JPS61266942A - ２次元微弱発光測定装置 - Google Patents

２次元微弱発光測定装置

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JPS61266942A
JPS61266942A JP60108740A JP10874085A JPS61266942A JP S61266942 A JPS61266942 A JP S61266942A JP 60108740 A JP60108740 A JP 60108740A JP 10874085 A JP10874085 A JP 10874085A JP S61266942 A JPS61266942 A JP S61266942A
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JP
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time
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incident position
incident
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JP60108740A
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Nobuyuki Hirai
伸幸 平井
Mitsuo Watanabe
光男 渡辺
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Hamamatsu Photonics KK
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Hamamatsu Photonics KK
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
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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】 （産業上の利用分野） 本発明は、拡がりを持つ試料の微弱な発光をその発光の
位置の情報とともに測定することができる２次元微弱発
光測定装置に関する。
（従来の技術） 単一光子レベルのサブナノ秒領域での発光現象を測定す
る装置として光電子増倍管を用いた単一光子計数法によ
る測定装置が知られている。
第３図は従来の単一光子レベルの計数法による発光現象
を測定する装置の略図である。
試料１は植物の光合成色素である。
試料１はパルス幅１００　ｐ　ｓｅｅ程度レーザのレー
ザパルス列の励起光２により、繰返して励起される。そ
の励起光２の一部はホトダイオード３で受光され電気信
号に変換される。
前記ホトダイオード３で変換された電気信号は、増幅器
８により増幅される。そして、コンスタントフラクショ
ン弁別器１２で波形整形され基準信号パルスを発生する
。
この基準信号パルスのジッタは１０　ｐ　ｓｅｃ程度で
ある。
同時に励起光２による励起された試料１の単一光子レベ
ルの螢光発光は、光学系６により光電子増倍管３０に入
射させられる。
光電子増倍管３０により検出され、増幅器７で増幅され
コンスタントフラクション弁別器１１によリジング２０
０　ｐ　ｓｅｃ程度のパルスを発生する。
このパルスと遅延回路１２ａにより基準信号パルスとの
時間差が時間電圧変換器のフルスケール以下になるよう
に遅延された前記基準パルスは、時間電圧変換器１４に
入力され、パルス間の時間差に対応する電圧が出力され
る。
パルスハイドアナライザ３１は時間差に対応する電圧を
量子化して、その量子化された位置ごとに出力を複数回
蓄積し、時間間隔を横軸、多数回の励起で得られた度数
分布を縦軸にとりグラフ化すると、励起光２による試料
１の発光時間特性が２００　ｐ　ｓｅｃ程度の時間分解
能で測定される。
（発明が解決しようとする問題点） 現実に存在する試料の微弱発光は、試料の部分により、
異なると考えられる。
前記測定装置を用いて面的な拡がりを持つ試料の各部の
微弱発光を測定しようとすると、場所ごとに、前記測定
を繰り返す必要がある。
この場合、試料自体が変化しないということが前提とな
る。
本発明の目的は２次元対象物の微弱な発光を、例えば２
００ｐｓｅｃ以下の時間分解能で位置情報と同時に測定
を行うことができる２次元微弱発光測定装置を提供する
ことにある。
（問題を解決するための手段） 前記目的を達成するために本発明による２次元微弱発光
測定装置は、励起されて微弱発光する試料の微弱画像の
単一光子レベルの入射位置情報を出力する２次元入射位
置検出管と、前記励起に同期した基準時間パルスを発生
する基準時間パルス発生装置と、前記２次元入射位置検
出管の出力を演算して入射位置の座標を出力する入射位
置演算装置と、前記演算された座標に対応する入射位置
検出管の出力発生時点と前記基準パルスの出力の時間差
を比較して時間差に対応する時間差信号を発生する時間
差信号発生装置と、多数回の励起ごとに、前記座標と時
間差ごとの出力の発生を集積するデータ処理装置とから
構成されている。
（実施例） 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
。
第１図は本発明による、２次元微弱発光測定装置の実施
例を示すブロック図である。
試料１はピコ秒領域の超短時間の励起光２により繰返し
励起される。
その励起光は５０　ｐ　ｓｅｃの立ち上がり速度をもつ
高速フォトダイオード３によって受光され、増幅器８、
コンスタントフラクション弁別器１２により成形されて
、ジッタ１０　ｐ　ｓｅｃ以下の基準信号を発生する。
一方試料１中に分布する物質による単一光子レベルの発
光強度の螢光像は、光学系６により２次元入射位置検出
管９に入射させられる。
２次元入射位置検出管９は光電面９ａ、加速用メソシュ
電極９ｂ、電子レンズ系９Ｃ、マイクロチャンネルプレ
ー１−９ｄ、半導体入射位置検出装置９ｅを備えている
。
入射した螢光発光の単一光子レベルの発光強度の螢光の
入射位置の情報を半導体入射位置検出装置９ｅの出力端
子から、入射時点に対応する情報をマイクロチャンネル
プレー）９ｄの電極から出力する。
入射時点に対応する情報は、増幅器７により増幅され、
コンスタントフラクション弁別器１１により波形成形さ
れて出力される。
コンスタントフラクション弁別器１１の出力と前記入射
時点に対応する情報を含むコンスタントフラクション弁
別器１２の出力は前記基準パルスとの時間差が時間電圧
変換器１４のフルスケール以下となるように遅延回路１
２ａにより適当な時間遅れを与えられて、時間電圧変換
器１４に入力され、ここでパルス間の時間差に対応する
電圧が出力される。
前記入射位置検出管９の半導体入射位置検出装置９ｅの
出力は位置演算装置１３に入力され、入射位置（ｘ、ｙ
）が演算されて出力される。
二次元位置信号と時間信号はデータ処理部１６に入力さ
れ、記録される。
データ処理部１６は以上の単一光子検出データを多数回
積算する。
前記位置情報を例えば３×３画素単位に区切り、各場所
における単一光子の入力回数を量子化された時間単位で
積算すると、前記各３×３画素単位に相当する試料の微
弱螢光発光の経時的変化のデータが得られる。
第２図はデータ処理部１６により処理された前記デ、−
夕の例を示したグラフである。
図は２次元画像の画素（ｘｉ、ｙｉ）を中心とする９つ
の画素と、同じ＜　　（ｘｊ、ｙｊ）を中心とする９つ
の画素の螢光発光の経時的変化を示している。
（ｘｉ、ｙｉ）を中心とする９つの画素においては、多
数回の測定で、基準パルス発生時点から量子化されたｔ
ｎＯ時点に５回の入射があり、ｔ　（ｎ＋２）の時点に
３回の入射があり、ｔ　　（ｎ＋２）を越える時点には
入射がないことを示している。
（ｘｊ、ｙｊ）を中心とする９つの画素においては、多
数回の測定で、基準パルス発生時点から量子化されたｔ
ｎＯ時点に３回の入射があり、ｔ　（ｎ＋２）の時点に
２回の入射があり、ｔ（ｎ’＋７）を越える時点には入
射がないことを示している。
螢光物質は物質により異なる螢光減衰時間を持つと考え
られる。
試料１の表面上には様々な螢光物質が偏在している場合
、特にある一定時間例えばサブナノ領域にのみ螢光発光
をする物質の位置を知りたきときは、画面の総てのデー
タのうちから、サブナノ領域にのみ出力のあったものを
表示装置１７に表示することにより、その物質の分布を
知ることができる。
２次元入射位置検出管９は電子レンズにより有効画面上
の中心に対して半径方向に対応した時間遅れを光子の検
出時発生する場合があるが、これは測定位置と中心との
距離をパラメータとしてデータ処理部１６により校正す
ることができる。
（発明の効果） 以上詳しく説明したように、本発明による２次元微弱発
光測定装置は、螢光の励起に同期した基準時間パルスを
売主し、２次元入射位置検出管により、微弱発光の入射
位置情報と、前記基準時間パルスからの時間情報を出力
して処理することにより、２次元位置情報を含む螢光減
衰時間の測定が可能となった。
螢光物質が２次元的に混在するときに、前記測定により
得られたデータから、例えばサブナノ領域にのみの螢光
発光をする物質の位置を知ることが可能となった。
また、得られた螢光減衰時間により、物質がなんである
かが特定可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による２次元微弱発光測定装置の実施例
を示すプロ・７り図である。 第２図は前記実施例の動作原理を説明するための略図で
ある。 第３図は従来行われている光電子増倍管を用いた単一光
子計数法の装置の構成を示すブロック図である。 １・・・試料　　　　　　　　２・・・励起光束３・・
・ホトダイオード　　　６・・・レンズ（光学系）７．
８・・・増幅器 ９・・・２次元入射位置検出管 ９ａ・・・光電面 ９ｂ・・・加速用メツシュ電極 ９Ｃ・・・電子レンズ系 ９ｄ・・・マイクロチャンネルプレート９ｅ・・・半導
体入射位置検出装置 １１．１２・・・コンスタントフラクション弁別器１２
ａ・・・遅延回路 １３・・・位置演算装置 １４・・・時間電圧変換器 １６・・・データ処理装置 １７・・・出力装置

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）励起されて微弱発光する試料の微弱画像の単一光
    子レベルの入射位置情報を出力する２次元入射位置検出
    管と、前記励起に同期した基準時間パルスを発生する基
    準時間パルス発生装置と、前記２次元入射位置検出管の
    出力を演算して入射位置の座標を出力する入射位置演算
    装置と、前記演算された座標に対応する入射位置検出管
    の出力発生時点と前記基準パルスの出力の時間差を比較
    して時間差に対応する時間差信号を発生する時間差信号
    発生装置と、多数回の励起ごとに、前記座標と時間差ご
    との出力の発生を集積するデータ処理装置とから構成さ
    れた２次元微弱発光測定装置。
  2. （２）前記基準時間パルス発生装置は前記試料を励起す
    る励起光パルスを検出して基準時間パルスを発生する基
    準パルス発生装置である特許請求の範囲第１項記載の２
    次元微弱発光測定装置。
  3. （３）前記２次元入射位置検出管は、光電面の発生する
    単一光子レベルに対応する電子を加速集束して半導体入
    射位置検出装置またはレジスティブアノードに入射させ
    前記光電面への単一光子レベルの入射光の位置に対応す
    る入射位置情報を出力する入射位置検出管である特許請
    求の範囲第１項記載の２次元微弱発光測定装置。
  4. （４）前記２次元入射位置検出管は、光電面の発生する
    単一光子レベルに対応する電子を加速集束してマイクロ
    チャンネルプレートで増倍して半導体入射位置検出装置
    またはレジスティブアノードに入射させ前記光電面への
    単一光子レベルの入射光の位置に対応する入射位置情報
    を出力する入射位置検出管である特許請求の範囲第１項
    記載の２次元微弱発光測定装置。
  5. （５）前記入射位置演算装置は、前記半導体入射位置検
    出回路またはレジスティブアノードの出力から、入射位
    置座標を演算して出力する特許請求の範囲第１項記載の
    ２次元微弱発光測定装置。
  6. （６）前記時間差信号発生装置は時間差に対応する電圧
    を発生する装置である特許請求の範囲第１項記載の２次
    元微弱発光測定装置。
JP60108740A 1985-05-21 1985-05-21 ２次元微弱発光測定装置 Pending JPS61266942A (ja)

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