JPS5958745A - 微弱発光現象の観測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高速で繰返し発生させられる生体や有機化合物
等からの微弱パルス光を高感度で観測する微！Ｊ（ｉ発
光現象の観測装置に関する。

有機化合物の螢光発光を観測して化合物の組成を特定し
たり、生体の螢光発光を観測して病巣を発見する等ｉｒ
＋’１弱な螢光発光を正Ｇ（「に測定したいと言う強い
要請がある。

このような場合４１０体や有機化合物である被観測体を
強く励起すると被観測体が変質さ・Ｕられる恐れがある
。したがっ′ζ、観測可能な螢光発光を得るのに充分な
励起をすることができないことがしばしばある。

（２） 高速で変化する微弱な発光現象を観Δ１りする装置とし
てマイクロチャンネルプレ−１・を内蔵したストリーク
管が知られている。

前記スＩ−リーク管により、微弱光を光電面で光電変換
して光電子を発生させ、前記光電子を偏向電極で偏向さ
−１、光電子をマイク＋１チヤンネルプレートで増倍し
、前記マイクロチャンネルプレー１・出力により螢光面
を励起し、螢光面に入射した光を増倍して観測すること
ができる。

しかし前記装置を使用しても、螢光面に充分な輝度を得
ることができないことが多い。

そこで本件発明者等は、被観測体の励起とストリーク管
の偏向を同期させて螢光発光のストリーク像を螢光面に
重畳させることにより、輝度を増加させることに着目し
、実験を行ったが良い結果が得られなかった。

この原因は次の理由によるものと考えられる。

マイクロチャンネルプレートのような連続ダイノードを
有する二次電子増倍器では、−次電子がダイノード壁へ
衝突する角度やチャンネルの入口か（３） ら出１」までの間７？−・次電イがクイノー１壁へｉｈ
突する回数にばらつきが生ずる。

一次電子の衝突する角度は、放出される二次電子の数に
影響しく垂直にｉΦｉ突する場合の方が水平に近い角度
で衝突′４る場合より二次電子増倍率は大きい）電Ｙの
衝突する回数は一回の衝突による二次電子増倍率の回数
乗として電子増倍率に影響する。

このようなことから、マイクロチャンネルプレー１・の
任意の一つのチャンネルに１個の電子が入射したとき出
力される電子の数は第１図へに示すように広い範囲に分
布する。

このグラフから一つの光電子に対する出力電子数が少な
い場合が月二例的に多く、出力電子数が多くなる確率は
次第に減少する分布となっていることが理解できる。

このような増倍特性のマイクロチャンネルプレー１−ヲ
用いたストリーク管で繰返し光パルスのス１−リーク像
を前記ストリーク管の螢光面」二に重ね合わせると、個
々の光パルスのストリーク像の輝（４） 度のばらつきが大きいため、その重ね合わせたストリー
ク像の輝度にもばらつきが生じ良好な重ね合−Ｖ像が得
られない。

一般にＮ（ｌｌｉＩの電子の量子ノイズはＮ　ｌ／２と
なり、Ｓ／Ｎ比はＮ　ｌ／２となるから重ね合わせによ
って、Ｓ／Ｎ比を向上させることができるように思われ
るが、前述のようなマイクロチャンネルプレー１・の増
倍率のばらつきもまたノイズの一回でその大きさばＮ　
１７２以上となり、結果的に期待する効果を得ることが
出来なかったのである。

本発明の目的は一光電子が入射したときマイクロチャン
ネルプレー１・から送出される電子数のばらつきを少な
くすることができるマイク＋１チヤンネルプレー１・を
用いて得られるストリーク管を螢光面」二で重畳し、得
られた螢光面の輝度を光電変換ずなわち撮像することに
よって、前記問題を解決した微弱発光現象の観測装Ｖ１
゛を提供するごとにある。

前記目的を達成するために本発明による微弱発光現象の
観測装置は、観測対象物に励起信号を−（５） 定周期で繰り返し送出して対応する発光をさ・已る励起
信号源と、前記繰り返し発光を光電変換する光電面、光
電子を偏向する偏向電界を発注する偏向電極、単一・光
電子を複数の略一定電半数に増倍するマイクロチャンネ
ルプレー１・、前記マイクロチャンネルプレート出力に
より励起される螢光面を有するストリーク管と、前記信
号源から送出した励起信号と同期した掃引電圧を前記偏
向電極に印加する偏向回路と、前記ストリーク管の螢光
面の輝度を光電変換して検出する検出手段とから構成さ
れている。

以下図面等を参照して本発明をさらにｎ’ｆ　Ｌ、　＜
説明する。第２図は本発明による観測装置の実施例を示
ずブ１゛Ｊツク図である。

この実施例装置は癌の診断や治療に利用される有機分子
性結晶であるヘラｌ−ポルフィリン誘導体を特定するた
めに−・７１ポルフィリン誘導体の微弱な螢光発光を観
測することを目的として構成されたものである。

ダイレーデ発振器１は波長的６００　ｎｍ、パルス幅（
６） ５　ｐ　ｓｅｃのレーザ光を周波数８０〜２　（１０Ｍ
ｌｌｚの範囲の任意の繰返し周期で発光可能である。

このダイレーザ発振器１はこの実施例装置の観測対象物
に励起信号を前記周期で繰り返し送出し、対応する螢光
発光をさせる励起信号源を形成している。

反透明鏡２ばビームスプリンタを形成し、前記ダイレー
ザ発振器１の出力光を２系列に分岐する。

分岐された一方のパルスレーザ光は観測対象であるヘマ
トポルフィリン誘導体４を照射゛４゛る。

ヘマトポルフィリン誘導体４はパルスレーデ光によって
励起されて螢光を発生ずる。

前記螢光発光はストリーク管３の光電面３１に投影され
る。光電面３１から放出される電子は、入射する先の光
子数の数十パーセントであるが、その比は統計的に正確
に対応する。

光電面３１に投影される光の形成する像はス１−リーク
管３の後述する掃引方向に対して極めて狭い幅となるよ
うにする。そのため、スリット、レンズ等からなる光学
系を投影光学系として用いる。

（７） 分岐させられた他方のパルスレーザ光はＰＩＮフメトダ
・ｆオー１５に入射させられる。

１１Ｎソ第１・ダイオード′５は極め−ζ応答速度が速
い光電素子で、パルスレーデ光の入射に応答し゛（パル
ス電流を出力する。Ｉ）ＩＮツメ１−ダイオード５のｎ
“１力は増幅器におよび可変遅延量１／３７を経て同調
増幅器）（に１・妾続されている。

可変遅延回路７は、光電面３１からの光電子が偏向電極
３３を通過しているときに掃引電圧を加えるために）！
！ｊ当２ｋ　”、＋ｌ’　１ｉｆｌ　ｔｒＥ号を遅延す
るために設りたちのである。

同調用り’ｕｌ　Ａ：ｔ　Ｅ＋　１１：　ｆｌ　０〜２
００１・１１１１の範囲で仕、念の周波数を中心周波数
として動作可能であり、その中心周波数はダ・イレーザ
の発振器１の周波数と等しく設定されている。

そして、この同１１１Ｍ増幅器８はＰＩＮ−７ｔトダイ
オーＩ・５の出力パルスの繰返し周波数と同期した正弦
波を送出する。同調増幅器Ｅ（の出力である正弦波は駆
動増幅器９で増幅されストリーク管３の偏向電極３３に
印加される。

（８） この偏向電極３３に印加される正弦波の振幅は一５７５
ボルトから＋５７５ボルトまでの１１５０ポルｌ−であ
り、＋１００ボルトから一１００ポルＩ・までが掃引に
利用される。

ストリーク＠３の気密容器３０の入射面の内壁には、光
電面３１が形成されており、これに対向する他の面内壁
には螢光面３４が形成されている。

それ等の間に網状電極３５．柴束電極３６．アパーチャ
電極３７．偏向電極３３．わん曲したチャンネルを持つ
マイクロチャンネルプレーｔ−（またはカーブドマイク
ロチャンネルプレー１・とい゛う）３２が順次配置され
ている。

カーブドマイクロチャンネルプレート３２は、３２．７
ｍｍの外ｊｌ’、　　２７　ｍｍの内径をもつ枠の中に
チャンネル（二次電子増倍器）が平行に配列している。

各チャンネル（二次電子増倍器）は、内ｆ５１．２５μ
ｍでこの中心との間は３２μｍである。

各チャンネル（二次電子増倍器）の長さと内径の比は８
０：ｌである。各チャンネルに−次電子増倍器）の軸は
入口部分でカーブドマイク１′１チヤン（９） ネルプレート３２の軸と１５゛、中央部分で平行で、出
口部分で入口部分とは逆の方向に１５゛を保っている。

前記カーブドマイクし１チヤンネルプレート３２の入力
側電極を接地し、出力側電極に１５００ボルトを印加し
て、入力側に１個の電子が入射すると第３図に示すよう
に約１．５ｘｌＯら（Ｉｆｉｌを中心として半値幅［１
Ｘ１０５個の極めて狭い範囲に分布する数の電子が出力
側から送出される。

マイクロチャンネルプレート３２の入力側電極およびア
パーチ中電極３７は接地されている。電源２Ｉと分割抵
抗２２，２３，２４．２５によって光電面３１に一４０
００ボルト、網状電極−３０００ボルト、集束電極に一
３１００ボルトの電位が与えられている。螢光面３４は
電源２５によりカーブド−フィクロチャンネルプレー１
・３２の出力側電極より３０１１０ボルト高い電位が与
えられている。カーブドマイクロチャンネルプレー１・
３２の出力側電極は、電源２６によりＩ　５００ポル１
−の電位がＬ５えられている。

（１０） テレビジョンカメラ１０はストリーク１（（３の螢光面
を撮像するように設置されている。テレビジョンカメラ
１０の水平走査線の方向とス１−リーク管３の偏向方向
とは垂直の関係にある。

次に前記装置の動作を第４図を参ｊｊ／ｊ　Ｌ、　７説
明する。第４図は動作原理を説明する１ｌｌＪｆ図であ
る。

信号源であるダイレーザ発振器１出力に、１、って励起
され−０発光した有機分子性結晶であるー・マＩ−ポル
フィリン誘導体４からの螢光はスリン１ｓ１、およびレ
ンズ１．］を介し“Ｃ前記ストリーククゞｉ３の光電面
３１に導かれる。

ストリーク管３の光電面３１には第４図にボずように線
状の螢光像が形成される。

１）；ｊ記ストリーク管３の光電面３１で１ｉｌられた
光電子は螢光面３４の方向へ加速され゛Ｃストリーク管
の中を進め、その途中で前記偏向電極；（３（第２図番
１１Ｑ　）に加えられた掃引電圧にょ−Ｊ　’（Ｉｉ’
＊ｌ引される。掃引の方向は前記螢光像に泊交１−るツ
ノ向である。

なおス１−リーク像を生ずる掃引に対して、α・ず逆方
向の掃引電圧が生ずるが、このときはその電界内に光電
子はないので、逆方向のストリーク像が市なることはな
い。

偏向電極３３に加えられた掃引電圧は、前述の螢光発光
現象を生ぜしめる励起借り源であるダイレーザ発振’Ａ
：４１の出力と同期している。

その結果、前述の螢光発光現象のストリーク像は螢光面
３４」、の−・定の部分に繰り返し重畳され表示される
。螢光面３４に輝度と時間の座標を重ねて示しである。

例えば繰り返し周波数１００　Ｍｌｌｚのダイレーザで
励起した螢光を１秒間重ねると、重ね合ね・Ｕたストリ
ーク像の数番、Ｉ：　Ｆ　０８個となり、１０’〜１０
４回のＪｊｉＩ＋起によって光子１１１１ｉ１を牛しる
ような超微弱な光現象の測定がｉｉＪ能となる。

ごの市４ツされ輝度を増加さ・ＵられたスＩ−リーク像
は、テレビジ−１ンカメラＩ（Ｈこより撮像される。

テレビジ−ジンカメラＩＯの水平走査線の方向は前記肋
間軸に１１１１角で、走査線ごとに対応する時間の輝度
の情）・Ｕが取り出される。

この映像信号を解析することにより、−＼７トボルフイ
リン誘導体４の螢光発光の時間的変化の情を目を得るこ
とができる。このようにしＣ（ニアられた螢光の強度と
時間の関係を解析するこ−とに、１、り種類等を特定す
ることができる。

第５図にヘマトポルフィリン誘導体の典型的な螢光発光
波形の２例ＡおよびＢを示しＣある。

螢光の波形は物質の化学的な性質および構造を表すもの
であるから、前述のように螢光波形を第４国人または■
３に得ることによって癌の治療に者与するヘマトポルフ
ィリン誘導体を特定したり、あるいはその構造を１す１
月男することができる。ヘマトポルフィリン誘導体のあ
るものは、人体に１−一プすると癌組織に集中する性質
があることが知られており、癌の発見と治療に応用でき
る。

１；）、ｊ二のように本発明によれば、ストリーク像を
形成する原因となる光電子をｔｌｌ−の光電子ごとに一
定の電子数に増倍して螢光面にストリーク（Ｚｉを重畳
して表示することができる。そし−（、二の螢光面の像
を撮像して映像信号をＩＪるので、彼観測体（１３） が微弱な発光現象であってもＳ／’Ｎ比の大きなストリ
ーク像の映＋４！　ｉｎすが１ｑられる。ずなわら本発
明によれば、充う）ｌｉ光発光得ることができない観測
物の発光を重畳し゛（観測可能なレー、ルとし′（撮像
し観測できるという効果がある。

以上詳しく説明した実施例にｆ＝Ｊさ本発明の範囲で種
々の変形を施すことができる。

前述した実施例ではマイクしｌチャンネルプレー１・と
じてカーブドマイクロチャンネルプレー１−を使用した
。

一段ごとにハイーｊ′ス角（チャンネルの軸とマイクロ
ヂャンネルプレーＩのなず角）をｒｌ力゛向にとって積
み重ねた２枚Ｑルｙ−ヤンネルプシ・−１−を用いたシ
ェブロン形のマイクＩＪヂャンネルプレート、同様に積
め市ねた３枚のチャンネルプレー１・を用いたＺブレー
１・などと呼ばれているマーイクロチャンネルプレ−１
〜、孔の位置を少し−Ｊ゛−アＪ′らして積め重ねた積
層チャンネルプレー１・も同様に利用できる・さらに最
大の出力の電流に飽和特性を与えるごとに、Ｌ、す、単
一・光電子に対する出力電子数のう）（１４） 布範囲を狭くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のマイクロチャンネルプレー１・の単一電
子の増倍特性の一例を示−３−グラフである。 第２図に本発明による装置の実施例を示ずブロック図で
ある。 第３図は本発明による装置で使用するマ・イクロチャン
ネルプレ−１・の単一光電子の増（ｐｉ率を示すグラフ
である。 第４図は本発明による装置の動作を説明するだめの説明
図である。 第５図はヘマトポルフィリン誘導体の螢光発光特性の例
を示すグラフである。 １・・・ダイレーザ発振器 ２・・・民選明鏡 ３・・・ストリーク管 ３０・・・気密容器 ３１・・・ストリーク管の光電面 ３２・・・マイクロチャンネルプレ−１〜３３・・・偏
向電極 ３４・・・螢光面 ３５・・・網状電極 ３６・・・集束電極 ３７・・・アパーヂャ電極 ４・・・ヘラ１−ポルフィリン誘導体 ５・・・））ＩＮソ第１−ダイオード゛６・・・増幅器 ７・・・１■変遅延回路 ８・・・同調用り６ｉ器 ９・・・駆動増幅器 １０・・・う−レビジョンカメラ ２１．２５．２＋ｉ・・・電源 ２２．２３．２４・・・・分割抵抗 特許出願人　　　浜松テレビ株式会社 代理人　弁理士　　井　ノ　ロ　　壽 手続補正書 昭和５７年１０月２９日 特許庁長官　若杉　和夫　殿 １、事件の表示 ■計ロ５７年特　許　願第１Ｇ９３８１号２、発明の名
称 微弱発光現象の観訓装置 ３、特許出願人 ４、代理人

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）観測対象物に励起信号を一定周期で繰り返し送出
   して対応する発光をさ−Ｕる励起信号源と、前記繰り返
   し発光を光電変換する光電面、光電子を偏向する偏向電
   界を発生ずる偏向電極　ｊｌｉ−光電子を複数の略一定
   電子数に増倍するマイク１」チャンネルプレー１・、前
   記マイクロチャンネルプレーＩ〜出力により励起される
   螢光面を有するストリーク管と、前記信号源から送出し
   た励起（＃？”’ｊと同期した掃引電圧を前記偏向電極
   に印加する偏向口ｌ洛と、前記ストリーク管の螢光面の
   輝度を光電変換して検出する検出手段とから構成したｔ
   ｉｊ（、弱発光現象の観測装置。
2. （２）前記ストリーク管のマイク１１チヤンネルプレー
   トはカーブドマイクし１チヤンネルプレー１・である特
   許請求の範囲第１項記載の微弱発光現象の観測装置。
3. （３）前記検出手段はテレビジョン撮（に１装置であり
   （１） 撮像管の水平走査線の方向は前記ス１−リーク管の偏向
   方向と垂直である特許請求の範囲第１項記載の微弱発光
   現象の観測装置。
4. （４）前記観測対象物に励起信号を一定周期で繰り返し
   送出し゛ζ対応する発光をさせる励起信号源はダイレー
   ザ発振器である特許請求の範囲第１項記載の微弱発光現
   象の観測装置。