SE535980C8

SE535980C8 -

Info

Publication number: SE535980C8
Authority: SE
Inventors: Ehn Mollevangsvagen 6B 222 40 Lund Sverige Andreas; Bood Sundholmsgatan 4 Lgh 1604 216 41 Limhamn Sverige Joakim; Johansson C O Sigrid Johansson Vasagatan 23 371 41 Karlskrona Sverige Olof
Original assignee: Andreas Ehn Möllevångsvägen 6B 222 40 Lund; Joakim Bood Klövervägen 2B 227 38 Lund; Joakim Bood Sundholmsgatan 4 Lgh 1604 216 41 Limhamn; Olof Johansson C O Sigrid Johansson Vasagatan 23 371 41 Karlskrona; Olof Johansson Revingegatan 13B 223 59 Lund
Publication date: 2013-05-28

Description

535 980 2 Generellt sett kan avbildande metoder delas in i två grupper; den ena gruppen är de metoder som har en- eller tvådimensionell detektor (såsom vektor- eller kamerasensorer) samt de metoder som successivt bygger upp en bild genom att skanna excitationsljuset över provet och på så sätt separat samla in signal från varje enskild pixel i den slutgiltiga bilden. Oberoende av vilken av dessa två grupper som de etablerade mätmetodema bygger på kan tre olika koncept identifieras för att mäta avklingningstider hos luminiscenssignaler: 1. Analys i frekvensdomänen (FD) 2. Analys i tidsdomänen (TD) 3. Tidskorrelerad singel-fotonräkning (TCSPC) Nedan återfinns korta beskrivningar av de tre koncepten. 535 980 2 In general, imaging methods can be divided into two groups; one group is the methods that have one- or two-dimensional detectors (such as vector or camera sensors) and the methods that successively build up an image by scanning the excitation light over the sample and thus separately collecting signal from each individual pixel in the final the picture. Regardless of which of these two groups the established measurement methods are based on, three different concepts can be identified for measuring decay times of luminescence signals: 1. Analysis in the frequency domain (FD) 2. Analysis in the time domain (TD) 3. Time-correlated single-photon counting (TCSPC) Below are short descriptions of the three concepts.

FD För bestämning av avklingningstiden hos optiska signaler används i frekvensdomänen en intensitetsmodulerad excitationskälla. Den består vanligtvis av en lysdiod, diodlaser eller laser och modulationsfrekvensen ligger vanligtvis i kHz-GHz-området beroende på avklingningstider för de signaler som ska mätas. Detektom kan bestå av en fotomultiplikator, en rad med intilliggande fotomultiplikatorer eller en förstärkt CCD-kamera (ICCD). Eﬁer det att signalen har blivit konverterad från fotoner till elektroner jämförs den detekterade signalen med excitationsmodulationen. Denna järníörelse kan göras antingen genom att modulera detektoms förstärkning med samma frekvens som excitationskällan eller genom att använda en lock-in-törstärkare. Fas-skiftet och demoduleringen mellan excitationskällan och detektoms förstärkning kan mätas. Från dessa mätdata kan fas-skiftet och demoduleringen till följd av den optiska signalens livstid erhållas, och livstiden kan bestämmas.FD An intensity-modulated excitation source is used in the frequency domain to determine the decay time of optical signals. It usually consists of an LED, diode laser or laser and the modulation frequency is usually in the kHz-GHz range depending on the decay times of the signals to be measured. The detector can consist of a photomultiplier, a row of adjacent photomultipliers or an amplified CCD camera (ICCD). If the signal has been converted from photons to electrons, the detected signal is compared with the excitation modulation. This iron movement can be done either by modulating the gain of the detector at the same frequency as the excitation source or by using a lock-in amplifier. The phase shift and the demodulation between the excitation source and the gain of the detector can be measured. From these measurement data, the phase shift and demodulation due to the lifetime of the optical signal can be obtained, and the lifetime can be determined.

TD Avklingningstidsbestärnning för optiska signaler i tidsdomänen utförs med hjälp av kameror (ICCD, CMOS, etc) med så kallad gate. Excitationskällan består av en kortpulsad lysdiod, diodlaser eller laser. Kamerans gate sätts till att vara öppen och stängd under olika tidsintervall av signalens avklingníng. De flesta kommersiella system innehåller en kamera.TD Decay time determination for optical signals in the time domain is performed using cameras (ICCD, CMOS, etc) with so-called gate. The excitation source consists of a short-pulsed LED, diode laser or laser. The camera gate is set to be open and closed during different time intervals of the signal decay. Most commercial systems include a camera.

Därmed måste minst två excitationer göras för att kunna extrahera avklingningstiden hos den optiska signalen. Det ﬁnns ﬂera scheman för ta bilder och analysera signalema som lagrats i varje kamerapixel. Algoritmer som medger snabb utvärdering kallas Rapid Lifetime Determination (RLD), och livstider bestäms i varje pixel i en bild. Dessa algoritmer utnyttjar kamerans gate för att kontrollera integrationstiden under signalen enligt följ ande ekvation: D = ftir/OJ d: där D är det totala antalet integrerade counts, tape, är tiden då karneragaten öppnas, ram är tidpunkten då kameragaten stängs, och integranden är exponentialfunktionen med avklíngningskonstant t.Thus, at least two excitations must be made in order to be able to extract the decay time of the optical signal. There are schedules for taking pictures and analyzing the signals stored in each camera pixel. Algorithms that allow rapid evaluation are called Rapid Lifetime Determination (RLD), and lifetimes are determined in each pixel of an image. These algorithms use the camera gate to control the integration time during the signal according to the following equation: D = ftir / OJ d: where D is the total number of integrated counts, tape, is the time when the core gate is opened, frame is the time when the camera gate is closed, and the integrand is the exponential function with decay constant t.

TCSPC TCSPC är en akronym för time-correlated single photon counting (tidskorrelerad singelfotonräkning) och det kan användas för punktmätningar. En bild skapas genom att excitation och detektion skarmas över mätprovets yta. Tidsskillnaden mellan laserexcitationspulsen och signalfotonema bestäms och sparas i ett minne. Utvärderingen of 535 980 3 luminiscensens avklingningstid görs oftast genom en kurvanpassning med någon typ av felmått, vanligtvis minsta kvadratmening.TCSPC TCSPC is an acronym for time-correlated single photon counting and can be used for point measurements. An image is created by shielding excitation and detection over the surface of the measurement sample. The time difference between the laser excitation pulse and the signal photons is determined and stored in a memory. The evaluation of the decay time of the luminescence is usually done by a curve fitting with some type of error measure, usually the least squares.

Metoden som beskrivs i denna patentansökan kan mycket väl implementeras i mätuppställningar/apparater som utnyttjar TD- eller TCSPC-tekniker eftersom pulsad excitation används. Dock bör det tydligt påtalas att metoden som beskrivs i förevarande patentansökan inte är begränsad till analys av optiska signaler. Metoden kan med fördel användas till alla typer av responsfunktioner som konverteras till elektriska signaler. Vidare behöver inte den avklingande signalen likna en exponentiellt avklingande signal. Även om avklingningarna är linjära, multi-exponentiella, inversa, etc kan metoden som beskrivs i denna patentansökan användas för att skilja olika avklingningstider åt.The method described in this patent application may well be implemented in measurement arrays / apparatus utilizing TD or TCSPC techniques since pulsed excitation is used. However, it should be clearly stated that the method described in the present patent application is not limited to the analysis of optical signals. The method can be used to advantage for all types of response functions that are converted to electrical signals. Furthermore, the decay signal does not have to resemble an exponentially decay signal. Although the decay rates are linear, multi-exponential, inverse, etc., the method described in this patent application can be used to distinguish different decay times.

Sammanfattning av uppfinningen Idén bakom uppfinningen är att fórstärka/modulera en avklingande signal med hjälp av olika förstärkningskarakteristik och därefter integrera den modulerade signalen. Ett eller flera signalförhållande/signalförhållanden formas ifrån de integrerade värdena som resulterat från de olika förstärkningarna/moduleringarna av signalen. Förstärkningen/modulationen gör signalförhållandet till en ﬁmktion av avklingningstiden hos den avklingande signalen. Därmed är det för varje fórstärkningsprofil möjligt att integrera hela signalen. Eftersom att det är produkten mellan törstärkningsfuriktionema och signalfunktionen som integreras bestämmer förstärkningsfiinktionema om integranden går mot noll innan signalnivån är noll. De olika förstärkningarna ska vara kända eller mätas tillsammans med excitationspulsen. De förstärkta/modulerade signalerna kan därefter beräknas för olika signalavklingningstider.Summary of the invention The idea behind the invention is to amplify / modulate a decaying signal by means of different amplification characteristics and then integrate the modulated signal. One or more signal ratios / signal ratios are formed from the integrated values resulting from the various amplifications / modulations of the signal. The gain / modulation makes the signal ratio an estimate of the decay time of the decay signal. Thus, it is possible for each pre-amplification profile to integrate the entire signal. Since it is the product between the dry gain frictions and the signal function that is integrated, the gain functions determine if the integrand goes to zero before the signal level is zero. The various gains must be known or measured together with the excitation pulse. The amplified / modulated signals can then be calculated for different signal decay times.

Först faltas signalen med excitationspulsen. Sådana beräkningar skulle också kunna utföras genom användandet av mer sofistikerade metoder, t.ex. lösande av rate-ekvationer eller densitetsmatrisekvationer. Vidare, typiska signaler skulle kunna mätas och utgöra en databas/ett bibliotek av signaler med olika avklingningstakter som sedan skulle fungera som inputdata i beräkningarna. Om excitationspulsens tidsduration is mycket kortare än signalens avklingningstid är det inte alltid nödvändigt att utföra faltningen. Å andra sidan, om excitationspulsen är av samma storleksordning eller längre än avklingningstiden är det fortfarande möjligt att använda denna metod givet att den temporala formen hos de avklingande signalerna är kända. Dessa skulle kunna bestämmas antingen genom beräkningar eller mätningar, såsom nämnt ovan. Hämäst multipliceras signalen med förstärkningsfunktionerna och samma förhållanden som för mätdatan formas. De beräknade förhållandena jämförs sedan med de uppmätta för att ﬂnna avklingningstiden/avklingningstidema för mätdatan. Detta detektions/utvärderingsschema kan appliceras för punktmätningar, mätningar längs en linje samt för två-dimensionella mätningar.First, the signal is folded with the excitation pulse. Such calculations could also be performed using more sophisticated methods, e.g. solving rate equations or density matrix equations. Furthermore, typical signals could be measured and constitute a database / library of signals with different decay rates which would then act as input data in the calculations. If the duration of the excitation pulse is much shorter than the decay time of the signal, it is not always necessary to perform the convolution. On the other hand, if the excitation pulse is of the same order of magnitude or longer than the decay time, it is still possible to use this method given that the temporal shape of the decay signals is known. These could be determined either by calculations or measurements, as mentioned above. At most, the signal is multiplied by the amplification functions and the same conditions as for the measurement data are formed. The calculated conditions are then compared with those measured to find the decay time / decay times for the measurement data. This detection / evaluation scheme can be applied for point measurements, measurements along a line and for two-dimensional measurements.

Signalen kan utgöras av en godtycklig avklingande signal; elektrisk, optisk (infraröd, synlig, ultaviolett), radioaktiva partiklar, etc.The signal can be any arbitrary decay signal; electric, optical (infrared, visible, ultraviolet), radioactive particles, etc.

Korta ﬁgurbeskrivningar Ytterligare saker, särdrag och fördelar med uppﬁnningen kommer att bli synbara från följande detaljerade beskrivning av konkretiseringar av uppfinningen med avseende på ritningarna, i vilka: Figur l. Schematisk illustration av metoden då en optisk signal omvandlas till en elektrisk signal och därefter delas upp i minst två elektriska signaler. 535 980 4 Figur 2. Schematisk illustration av metoden då en elektrisk signal splittras upp i minst två elektriska signaler som sedan fórstärks/moduleras med förstärkningsfririktioner med olika temporal karaktäristik.Brief Descriptions Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description of embodiments of the invention with reference to the drawings, in which: Figure 1. Schematic illustration of the method in which an optical signal is converted into an electrical signal and then divided in at least two electrical signals. 535 980 4 Figure 2. Schematic illustration of the method when an electrical signal is split into at least two electrical signals which are then amplified / modulated with amplification frictions with different temporal characteristics.

Figur 3. Schematisk illustration av metoden då åtminstone tvâ stimulerande pulser används för att få mätprovet att sända ut åtminstone två signaler som konverteras till elektriska signaler.Figure 3. Schematic illustration of the method when at least two stimulating pulses are used to cause the measurement sample to emit at least two signals which are converted into electrical signals.

Figur 4. Schematisk illustration av metoden då minst två sensorer används för att detektera signalen från en enda pulsad stimulering av mätprovet.Figure 4. Schematic illustration of the method when at least two sensors are used to detect the signal from a single pulsed stimulation of the measurement sample.

Figur 5. Monte Carlo simuleringar av exponentiella avklingningar som uppmäts med två olika set av törstärkningsfunktioner. (a) Den exponentiella avklingningen och rektangelforrnade (övre) och rarnpade förstärkningarna (nedre). (b) Meritñguren för de två seten av törstärkningsfunktioner. Den solida kurvan korresponderar till de rampade förstärkningarna och den är oberoende av avklingningstiden med ett meritvärde lägre än 2. (c) Medelvärdesfelet för bestämda avklingningstider. (d) Det relativa felet i uppmätt avklingningstid är näst intill konstant för den rampade förstärkningskonﬁgurationen i motsats till de rektangelfonnade förstärkningarna.Figure 5. Monte Carlo simulations of exponential decay measured with two different sets of thirst boosting functions. (a) The exponential decay and rectangular (upper) and rarnpade reinforcements (lower). (b) The meritñguren of the two sets of thirst-strengthening functions. The solid curve corresponds to the ramped reinforcements and it is independent of the decay time with a merit value lower than 2. (c) The mean error for determined decay times. (d) The relative error in measured decay time is almost constant for the ramped gain configuration as opposed to the rectangular reinforcements.

Figur 6. Schematisk illustration av den fulla analysproceduren beskriven i föreliggande patentansökan. Ett referensbibliotek av signalförhållanden för olika avklingningstider fonnas.Figure 6. Schematic illustration of the full analysis procedure described in the present patent application. A reference library of signal conditions for different decay times is found.

Om till exempel funktionstypen för den avklingande mätprovsignalen är känd och excitationspulssignalens funktion samt förstärknings/modulationsfunktionerna har mätts upp kan simulerade mätprovsignaler med olika avklingningstider faltas med excitationspulsfunktionen för att sedan multipliceras med fórstärkningsfunlctionema. Ett alternativt angreppssätt är att utnyttja ett set av uppmätta signaler med olika avklingningstider för att generera referensbiblioteket. Eﬁer multiplikation med törstärkningsfurilctionema integreras de simulerade signalerna och si gnalförhållanden skapas på samma sätt som för mätdata. De ration som erhålles från mätningar jämförs sedan med beräknade ration för att extrahera avklingningstiden/avklingningstidema för mätprovssignalen.For example, if the function type of the decay measurement signal is known and the function of the excitation pulse signal and the gain / modulation functions have been measured, simulated measurement signals with different decay times can be folded with the excitation pulse function and then multiplied by the pre-amplification functions. An alternative approach is to use a set of measured signals with different decay times to generate the reference library. Multiplying by the dry gain furilctions, the simulated signals are integrated and signal conditions are created in the same way as for measurement data. The ration obtained from measurements is then compared with calculated ration to extract the decay time / decay times of the measurement sample signal.

Figur 7. Schematisk illustration av en experimentell uppställning som använts för livstidsavbildning i två dimensioner av ﬂuorescenssignaler från mätningar i gas. Laserstrålen expanderas med hjälp av ett sfäriskt teleskåp (TS) och fokuseras därefter till ett laserark i mätvolymen med hjälp av en cylinderlins (CL). En triggningspuls (TP) skickas till de två ICCD-kamerorna samt till en triggningslåda (TB) som används för att skicka ut triggningspulser till en streakkarnera och en MCP-PMT.Figure 7. Schematic illustration of an experimental setup used for lifetime imaging in two dimensions of ores uorescence signals from measurements in gas. The laser beam is expanded by means of a spherical telescope (TS) and then focused on a laser sheet in the measuring volume by means of a cylinder lens (CL). A trigger pulse (TP) is sent to the two ICCD cameras and to a trigger box (TB) which is used to send trigger pulses to a streak frame and an MCP-PMT.

Figur 8. Sirnultant tagna laserinducerade ﬂuorescensbilder (LIF ) från singel-pulsexcitation av en toluenseedad luftjet med ett omgivningsflöde bestående av kvävgas syns i (aexp) och (bexp), tagna med en kamera med 2 ns bred gate respektive en kamera med 400 ns bred gate.Figure 8. Sirnultantly taken laser-induced ores uorescence images (LIF) from single-pulse excitation of a toluene-seeded air jet with an ambient flow consisting of nitrogen gas visible in (aexp) and (bexp), taken with a camera with 2 ns wide gate and a camera with 400 ns wide gate.

I (asim) och (bsim) återges graﬁska beskrivningar av simuleringar av detekterad ICCD- kamerasignal. De tjocka solida gråa kurvorna visar simulerade LIF-signaler, den streckade ljusgrå kurvan i (asim) är den 2 ns långa gatefunktionen medan den stigande ﬂanken för den 400 ns långa gaten syns i (bsim). Areoma are de simulerade signalema som detekteras av de två lCCD-kameroma enligt ekvationerna (1) och (2).In (asim) and (bsim) graphical descriptions of simulations of detected ICCD camera signal are displayed. The thick solid gray curves show simulated LIF signals, the dashed light gray curve in (asim) is the 2 ns long gate function while the rising ﬂ anchor of the 400 ns long gate is visible in (bsim). The areas are the simulated signals detected by the two ICC cameras according to equations (1) and (2).

Figur 9. F luorescensavklingningstider utvärderade från 900 streakkameraaccurnuleringar (streckad och heldragen linje) tillsammans med singel-puls fluorescenslivstidsbilder som 535 980 5 uppmätts med hjälp av konceptet som beskrivs i föreliggande patentansökan (fyllda och öppna cirklar med felstaplar). Två blandningar av syrgas och kvävgas användes som omgivande quenching-rnolekyler; 10.5/ 89.5 (öppna cirklar och streckad linje) och 17/83 (fyllda cirklar och solid linje).Figure 9. Fluorescence decay times evaluated from 900 streak camera accumulations (dashed and solid line) together with single-pulse fluorescence lifetime images measured using the concept described in the present patent application (filled and open circles with error bars). Two mixtures of oxygen and nitrogen were used as ambient quenching molecules; 10.5 / 89.5 (open circles and dashed line) and 17/83 (solid circles and solid line).

Figur 10. En apparat för mätning av avklingningstider hos avklingande optiska signaler.Figure 10. An apparatus for measuring decay times of decaying optical signals.

Mätprovet exciteras med hjälp av en pulsad laser, lysdiod eller diodlaser. Strålning som sänds ut från mätprovet detekteras med hjälp av en eller ﬂera sensorer. Fokuseringsoptiken och detektíonsoptiken skulle kunna bestå av ett mikroskåp eller fiberkopplad optik altemativt en kombination av lärnpliga linser. Lämpliga ﬁlterkombinationer används. De optiska signalerna konverteras till elektriska signaler av liknande temporal karakteristik som de från mätprovet utsända optiska, avklingande signalema. De elektriska signalema förstärks/moduleras genom användandet av antingen en eller ﬂera detektorintegrerade förstärkare eller en eller ﬂera externa förstärkare. De fórstärkta/modulerade signalema integreras därefter och ett eller flera signalförhållanden bildas. Detta/dessa signalförhållande/signalförhållanden används för extraktion av avklingningstiden/avklingningstiderna hos signalen från mätprovet. Det kan antingen ñnnas ett analytiskt samband mellan signalförhållande och avklingningstid eller så kan signalförhållandet/signalförhållandena simuleras för olika avklingningstider för den optiska signalen innanjärnförelse med den/de experimentellt erhållna förhållandet/förhållandena.The measurement sample is excited by means of a pulsed laser, LED or diode laser. Radiation emitted from the measurement sample is detected by means of one or ﬂ your sensors. Focusing optics and detection optics could consist of a microscope or fiber-optic optics or alternatively a combination of mandatory lenses. Appropriate alter combinations are used. The optical signals are converted into electrical signals of similar temporal characteristics as the optical, decaying signals emitted from the measurement sample. The electrical signals are amplified / modulated by the use of either one or det your detector integrated amplifiers or one or ﬂ your external amplifiers. The amplified / modulated signals are then integrated and one or more signal conditions are formed. This signal ratio (s) is used to extract the decay time (s) of the signal from the measurement sample. There can either be an analytical relationship between signal ratio and decay time or the signal ratio (s) can be simulated for different decay times of the optical signal internal ironing with the experiment (s) obtained experimentally.

Detaljerad beskrivning av detaljuttöranden Nedan beskrivs ett flertal konkretiseringar av uppfinningen. Dessa konkretiseringar beskrivs i ett illustrerande syfte för att möjligöra för en person kunnig i ämnet att använda uppﬁnningen och att röja det mest lämpliga användningssättet. Uppfinningen är emellertid inte begränsad till nedan angivna konkretiseringar. Vidare visas och diskuteras vissa kombinationer och egenskaper. Andra kombinationer med andra egenskaper är emellertid fullt möjliga inom ramen för uppfinningen.Detailed description of the details The following describes a number of embodiments of the invention. These concretizations are described for an illustrative purpose in order to enable a person skilled in the art to use the invention and to reveal the most suitable method of use. However, the invention is not limited to the concretizations set forth below. Furthermore, certain combinations and properties are shown and discussed. However, other combinations with other features are entirely possible within the scope of the invention.

Det finns ett ﬂertal detektions- och signalprocesscheman som skulle kunna användas inom ramen för föreliggande koncept. Dessa sammanfattas i ﬁgurema 1-4. Figur l exempliﬁerar hur en singelpulsstimulering leder till en signal som antingen är av eller konverteras till en signal av elektrisk natur. Den elektriska signalen delas därefter upp i minst två signaler, vilka förstärks/moduleras med hjälp av funktioner som har olika temporal karaktäristik. Sedan integreras de förstärkta/modulerade signalema. Utifrån de integrerade signalema bildas ett eller ﬂera förhållande som sedan används för att extrahera avklingningen för signalen från mätprovet. Figur 2 visar hur signalen från en enda pulsstimulering av mätprovet delas upp i minst två signaler innan detektion med minst två sensorer. Sígnalema förstärks/moduleras med hjälp av åtminstone två förstärkningsﬁrnktioner med olika temporal karaktäristik. De förstärkta/modulerade signalema integreras därefter. Ett eller ﬂera förhållanden formas och detta/dessa används för att extrahera avklingningen för signalen från mätprovet. Figur 3 visar hur åtminstone två stimuleríngspulser används för att få mätprovet att sända ut åtminstone två signaler. Dessa signaler detekteras med hjälp av en eller flera sensorer med olika förstärknings/modulationsfunktioner för de olika signalema från mätprovet. Sígnalema integreras och de integrerade signalema används för att forma ett eller ﬂera förhållande som används för att extrahera avklingningen för signalema från mätprovet. Figur 4 visar hur åtminstone två sensorer används för att detektera signalen från en singelpulsstimulering av ett mätprov. De olika sensorema kan till exempel beskåda mätprovet från olika vinklar. De olika sensorema använder sig av olika förstärknings/modulationsfunktioner och de 535 980 b fórstärkta/modulerade signalema integreras därefter. De integrerade signalema används för att forma ett eller ﬂera förhållande som används för att extrahera avklingningen för signalen från mätprovet.There are a number of detection and signal processing schemes that could be used within the scope of the present concept. These are summarized in Figures 1-4. Figure 1 illustrates how a single pulse stimulation leads to a signal that is either off or converted to a signal of an electrical nature. The electrical signal is then divided into at least two signals, which are amplified / modulated by means of functions that have different temporal characteristics. Then the amplified / modulated signals are integrated. Based on the integrated signals, one or more conditions are formed which are then used to extract the decay of the signal from the measurement sample. Figure 2 shows how the signal from a single pulse stimulation of the measurement sample is divided into at least two signals before detection with at least two sensors. The signals are amplified / modulated by means of at least two amplification functions with different temporal characteristics. The amplified / modulated signals are then integrated. One or more conditions are formed and this / these are used to extract the decay of the signal from the measurement sample. Figure 3 shows how at least two stimulation pulses are used to make the measurement sample emit at least two signals. These signals are detected by means of one or more sensors with different amplification / modulation functions for the different signals from the measurement sample. The signals are integrated and the integrated signals are used to form one or more ratios used to extract the decay of the signals from the measurement sample. Figure 4 shows how at least two sensors are used to detect the signal from a single pulse stimulation of a measurement sample. The different sensors can, for example, view the measurement sample from different angles. The different sensors use different amplification / modulation functions and the 535 980 b pre-amplified / modulated signals are then integrated. The integrated signals are used to form one or more ratios used to extract the decay of the signal from the measurement sample.

I nedanstående konkretiseringar observeras avklingande ﬂuorescenssignaler efter excitation med laserpulser som har pulslängder på pikosekundsskala. Detektions- och analysschemat som beskrivs är dock inte begränsat till ﬂuorescensavklingningar. Signalen skulle kurma utgöras av vilken avklingande signal som helst.In the concretizations below, decaying ores uorescence signals are observed after excitation with laser pulses that have pulse lengths on a picosecond scale. However, the detection and analysis scheme described is not limited to ores uorescence decay. The signal would be made up of any decaying signal.

För enkelhets skull kommer endast två förstärkningsﬁtnktioner att användas i nedanstående konkretiseringar. I realiteten bestäms det övre antalet förstärkningsfunktioner som kan appliceras av hårdvaru- och mjukvarubegränsningar. Om rampade funktioner används kan analytiska uttryck härledas. Det kommer dock att framgå att uppfinningen inte är begränsad till användandet av rainpliknande funktioner.For simplicity, only two reinforcement functions will be used in the concretizations below. In reality, the upper number of amplification functions that can be applied by hardware and software limitations is determined. If ramped functions are used, analytical expressions can be derived. It will be appreciated, however, that the invention is not limited to the use of rain-like functions.

Antag en situation där den effektiva avklingningen för en avklingande signal beskrivs av en enkel exponentialfunktion och beteckna de två förstärkningsfunktionema G; respektive G2.Assume a situation where the effective decay for a decay signal is described by a simple exponential function and denote the two amplification functions G; respectively G2.

Den exponentiella avklingningen utgör emellertid enbart ett exempel. Det skulle kunna vara en godtycklig avklingande signal, men det är dock inte säkert att en godtycklig signal möjliggör analytiska lösningar och är därmed inte lämpligt i illustrationssyfte.However, the exponential decay is only an example. It could be an arbitrary decay signal, but it is not certain that an arbitrary signal enables analytical solutions and is thus not suitable for illustrative purposes.

Två signaler, 1| och 12, erhålles. Antingen kan en signal detekteras och sedan delas upp i två delar eller kan två sensorer användas för att erhålla två signaler eller kan två signaler erhållas genom användandet av en enda detektor i kombination med två excitationer. Signaler-na kan beskrivas av följande ekvationer: 1,(f,f,,a)= iqtnqp-f, -aga (i) l2(r,r,,6)= cífs(r,r)Gz(r -12 -ö,)dr (2) där r är signalens avklingningstid, t; och t; är fórstärkningsftinktionemas tidsfördröjningar relativt excitationen och å; respektive å; är tidsjittren för fórstärkningsﬁinktionerna relativt excitationen. lntegrationsintervallet är satt från -oo till +00 för enkelhets skull med tanke på att integranderna är skilda ifrån noll endast i begränsade intervall. Naturligtvis används kortare intervall i realiteten.Two signals, 1 | and 12, are obtained. Either a signal can be detected and then divided into two parts or two sensors can be used to obtain two signals or two signals can be obtained by using a single detector in combination with two excitations. The signals can be described by the following equations: 1, (f, f ,, a) = iqtnqp-f, -aga (i) l2 (r, r ,, 6) = cífs (r, r) Gz (r -12 -ö,) dr (2) where r is the decay time of the signal, t; and t; are the time delays of the amplification functions relative to the excitation and å; respectively to; is the time jitter of the amplification relativt actions relative to the excitation. The integration interval is set from -oo to +00 for simplicity given that the integrands are separated from zero only in limited intervals. Of course, shorter intervals are used in reality.

Ett signalförhållande, R, kan formas på olika sätt. Tre exempel ges av ekvation (3), ekvation (4) och ínversen av ekvation (4), vilken återges i ekvation (5): 1 R --1': (3) 1.A signal ratio, R, can be formed in different ways. Three examples are given by equation (3), equation (4) and the inverse of equation (4), which is represented in equation (5): 1 R --1 ': (3) 1.

I, +12 R = (4) 535 980 (5) Om integrandema, S(t,z')G, (t -t,. - å), i ekvationerna (1) och (2) betecknas F, (m) respektive F, (1,1) kan R skrivas på följande sätt: 315] (t,r)dt R - Ti:- IF, (t,r)dt milf, (r,r)dr R = m _., -ﬂlﬁ (t,r)+ F,(t,f)]dt ÜHF", (t,r)+ F2(t,r)}It R = _., lagen, (6) (7) (3) for ekvationema (3), (4) och (S). I dessa ekvationer kan F',.(t,r) tolkas som den icke- normaliserade sannolikhetsfunktionen för tiden vid vilken till exempel en elektron kommer fram från fórstärkningselektroniken. Genom att derivera R med avseende på 1 sanitidigt som det antas att signalen beskrivs av en faltning mellan en Gaussisk funktion (excitationspulsen) och en enkel avklingande exponentialﬁlnktion härleds följande uttryck för ekvationema (6), (7) och (8): dR 1 TW, (r,r)d1- qøjFz(z,r)dz - uilfl(r,r)dr- írf',(z,r)dz { ïFz (t, f)dr} dr rz :[1-",(r,r)d:-jf1«"2(r,r)dr íflf,(r,r)dr :[rF2(r,r)dr 'frlš 1 :T T {ï[l-](r,r)+Fz(r,r)]dz}z :Jçﬁﬁﬂldf- :IOFÄYJVY -m \-:-v_--“ i Btw 152m (9) (10) 535 980 dR _ 1 :lurF,(r,z-)dr-Elﬂrﬂdr-:ozlﬂzﬂyr-:EF,(z,r-)dr ---,- (11) af 1 ümhàdty I ekvation (10) är E¿(t) förväntningsvärdet i tiden för F',«(t,r). Därmed, för att ekvation (10) ska ha en entydig lösning får inte förväntningsvärdena för F1(t,r) och F2(t,r) sarnrnanfalla. Det framgår även att liknande villkor gäller för ekvationema (9) och (ll) även om distributionsfunktíonerna, F',-(t,r), i dessa fall inte är ordentligt norrnaliserade. Till synes kan vilken kombination av två olika förstärkningsfunktioner användas. Det inkluderar även två likadana funktioner med olika t,r.I, +12 R = (4) 535 980 (5) If the integrands, S (t, z ') G, (t -t ,. - å), in equations (1) and (2), F, (m ) and F, (1,1), R can be written as follows: 315] (t, r) dt R - Ti: - IF, (t, r) dt milf, (r, r) dr R = m _. , -ﬂ l ﬁ (t, r) + F, (t, f)] dt ÜHF ", (t, r) + F2 (t, r)} It R = _., lagen, (6) (7) (3 ) for equations (3), (4) and (S) In these equations, F ',. (t, r) can be interpreted as the non-normalized probability function for the time at which, for example, an electron emerges from the amplification electronics. derive R with respect to 1 sanitially as it is assumed that the signal is described by a fold between a Gaussian function (the excitation pulse) and a simple decaying exponential function, the following expression is derived for equations (6), (7) and (8): dR 1 TW, ( r, r) d1- qøjFz (z, r) dz - uilfl (r, r) dr- írf ', (z, r) dz {ïFz (t, f) dr} dr rz: [1 - ", (r , r) d: -jf1 «" 2 (r, r) dr íflf, (r, r) dr: [rF2 (r, r) dr 'frlš 1: TT {ï [l -] (r, r) + Fz (r, r)] dz} z: Jç ﬁﬁﬂ ldf-: IOFÄYJVY -m \ -: - v _-- “i Btw 152m (9) (10) 535 980 dR _ 1: lurF, (r, z-) dr-El ﬂ r ﬂ dr-: ozl ﬂ z ﬂ yr-: EF, (z, r-) dr ---, - (11) af 1 ümhàdty I ekvation (10) är E¿ (t ) the expected value in time for F ', «(t, r). Thus, for equation (10) to have an unambiguous solution, the expectation values for F1 (t, r) and F2 (t, r) must not coincide. It also appears that similar conditions apply to equations (9) and (ll) even if the distribution functions, F ', - (t, r), in these cases are not properly normalized. Apparently, any combination of two different gain functions can be used. It also includes two similar functions with different t, r.

Utifrån ett teoretiskt perspektiv är emellertid G|=At och G2=A den bästa kombinationen för förhållandet som forrnades i ekvation (3). För ekvation (4) är det optimala valet av förstärkningsfunktioner G 1=Bt och G2=-BI+B. Med dessa val av förstärkningsfunktioner gäller likhet mellan avklingningstiden r och förhållandena som formats i ekvationema (3) och (4), det vill säga fullständigt linjära samband utan någon offset. För förhållandet i ekvation (5) leder rampade förstärkningsfunktioner till ett inversförhållande mellan signalavklingningstid och format förhållande. Ett sådant val av förhållande skulle kunna vara fördelaktigt under vissa omständigheter om signalens avklingningstid ska användas för mätningar av ämneskoncentrationer.From a theoretical perspective, however, G | = At and G2 = A are the best combination for the ratio formed in equation (3). For equation (4), the optimal choice of gain functions is G 1 = Bt and G2 = -BI + B. With these choices of gain functions, the similarity between the decay time r and the conditions formed in equations (3) and (4), i.e. completely linear relationships without any offset, applies. For the ratio in equation (5), ramped gain functions lead to an inverse relationship between signal decay time and formed ratio. Such a choice of ratio could be advantageous in certain circumstances if the decay time of the signal is to be used for measurements of substance concentrations.

Teoretiskt ger rarnpade törstärkningsfrinktioner lika hög känslighet för alla avklingningstider.Theoretically, rarnpade dry-strengthening fringes give equally high sensitivity for all decay times.

Det kan jämföras med standard-RLD-metoder, vilka i princip enbart fungerar bra inom begränsade intervall av avklingningstider. Detta faktum illustreras i figur 5 där valet att använda två rampade och två rektangulära förstärkningsproﬁler jämförs. Resultaten som presenteras är framtagna med hjälp av Monte Carlo-simuleringar av 500 emitterade, Poissonfördelade partiklar med en exponentiellt avtagande partikelström. Simuleringarna upprepades 1000 gånger ßr att generera statistik.It can be compared with standard RLD methods, which in principle only work well within limited intervals of decay times. This fact is illustrated in Figure 5 where the choice to use two ramped and two rectangular reinforcement poles is compared. The results presented are generated using Monte Carlo simulations of 500 emitted, Poisson's distributed particles with an exponentially decreasing particle current. The simulations were repeated 1000 times to generate statistics.

De rektangulära förstärkningsfunktionerna i ﬁgur 5a består av två på varandra följ ande tidsfönster med 3 ns längd. AB är signalens amplitud och LIF återges av de tjocka, solida, avklingande kurvoma. De rampade förstärkningsfunktionema är definierade inom ett tidsfönster som är 40 ns brett. De två rarnpemas lutningar har samma absolutbelopp, men olika tecken. Figur 5b visar merittigurerna för de två valen av förstärkningsfunktioner.The rectangular reinforcement functions in Figure 5a consist of two consecutive time windows with a length of 3 ns. AB is the amplitude of the signal and LIF is represented by the thick, solid, decaying curves. The ramped amplification functions are defined within a time window that is 40 ns wide. The slopes of the two rarnpemas have the same absolute amount, but different signs. Figure 5b shows the merit figures for the two choices of gain functions.

Meritﬁguren är deﬁnierad som (a/Û-(aN/N), där a, är standardavvikelsen i r och a” är signalens standardavvikelse. För Poissonstatistik gäller att a” = fl? . Meritvärdet är ett mått på hur brus förstärks av systemet och ska därmed vara så lågt som möjligt. Figur 5c illustrerar felet i r och figure Sd visar r/a, som funktion av r.The merit de gure is de ﬁ nied as (a / Û- (aN / N), where a, is the standard deviation ir and a "is the standard deviation of the signal. For Poisson statistics, a" = fl?. thus be as low as possible.Figure 5c illustrates the error ir and figure Sd shows r / a, as a function of r.

Förutom att ge lika god sensitivitet för alla avklingningstider är ramp-liknande förstärkningsproﬁler enklare att realisera än vad rektangulära förstärkningsftlnktioner är på grund av de höga frekvenskomponenter som är nödvändiga för att skapa den stigande och den fallande ﬂanken hos rektangulära förstärkningsprofiler. Dessutom är det fördelaktigt att kunna integrera hela signalen eftersom att det ger maximalt signal-till-brusförhållande. Det bör dock ännu en gång betonas att rampade förstärkningskurvor enbart är det optimala valet för vissa signalkurvor. Vidare bör det påtalas att de tre förhållandena i ekvationema (3), (4) och (5) enbart är exempel. Det finns fler sätt på vilka förhållande kan bildas med hjälp av två signaler. 535 980 Oberoende av vilka förstärkningsfunktioner som används är det fördelaktigt att på ett detalj erat sätt karaktärísera excitations- och detektionssystemen. Om förstärkningsprofilerna och excitationsfunktionen är kända eller kan mätas är det möjligt att bestämma avklingningstiden i princip utan några approximationer i analysen. Ett bibliotek av signalförhållanden kan beräknas för olika avklingningstider genom att räkna fram signalen som skulle erhållas för olika signalavklingningstider genom att utnyttja de applicerade förstärkningsﬁrnktionema och excitationsﬁmktionen. Genom att jämföra uppmätta signalförhållanden med de beräknade värdena i biblioteket kan avklingningen för signalen från mätprovet erhållas. Det är av största vikt att signalförhållanden bildas eftersom att det innbär att den initiala signalainplituden förkortas bort, vilket är nödvändigt för att beräknade värden på ett enkelt sätt ska kunna jämföras med uppmätta värden. Referensbiblioteket skulle altemativt kunna tas fram genom att förhållanden beräknas utifrân uppmätta avklingningsfunktioner. Figur 6 åskådliggör den generella proceduren.In addition to providing equal sensitivity for all decay times, ramp-like reinforcement profiles are easier to realize than rectangular reinforcement functions due to the high frequency components required to create the rising and falling angles of rectangular reinforcement profiles. In addition, it is advantageous to be able to integrate the entire signal because it provides maximum signal-to-noise ratio. However, it should be emphasized once again that ramped gain curves are only the optimal choice for certain signal curves. Furthermore, it should be pointed out that the three conditions in equations (3), (4) and (5) are only examples. There are several ways in which relationships can be formed using two signals. 535 980 Irrespective of the amplification functions used, it is advantageous to characterize the excitation and detection systems in a detailed manner. If the gain profiles and the excitation function are known or can be measured, it is possible to determine the decay time in principle without any approximations in the analysis. A library of signal conditions can be calculated for different decay times by calculating the signal that would be obtained for different signal decay times by using the applied amplification functions and the excitation function. By comparing measured signal conditions with the calculated values in the library, the decay of the signal from the measurement sample can be obtained. It is of the utmost importance that signal conditions are formed because it means that the initial signal amplitude is shortened away, which is necessary for calculated values to be easily compared with measured values. The reference library could alternatively be produced by calculating conditions based on measured decay functions. Figure 6 illustrates the general procedure.

Figur 7 visar den experimentella uppställning som använts för två-dimensionell avbilning av fluorescensavklingningstider genom användandet av två förstärkta CCD (ICCD) kameror då den optiska signalen delas och en pikosekundslaser används för excitation. Den tredje övertonen (266 nm) från en pulsad (l0 Hz) Nd:YAG-laser med 30 ps pulsduration fokuserades till ett laserark som linjerades in i mätvolymen. Toluenseedad gas strömmade ut från ett rör med 2.2 mm diameter. Röret var instucket i centrum av en porös plugg som möjliggjorde ett kontrollerbart omgivningsflöde som skyddade den centrala gasströmmen.Figure 7 shows the experimental setup used for two-dimensional imaging of fluorescence decay times using two amplified CCD (ICCD) cameras when the optical signal is split and a picosecond laser is used for excitation. The third harmonic (266 nm) from a pulsed (10 Hz) Nd: YAG laser with 30 ps pulse duration was focused to a laser sheet that was aligned into the measurement volume. Toluene-seeded gas flowed out of a 2.2 mm diameter pipe. The pipe was inserted in the center of a porous plug that enabled a controllable ambient flow that protected the central gas flow.

Massflödeskontrollers användes för att generera syrgas/kvävgasblandningar till det centrala gasﬂödet och till omgivningsﬂödet via separata gasmatningssystem. Två ICCD kameror positionerades i rät vinkel i förhållande till varandra med en 70/30 stråldelare som för att leda signal till de båda kamerorna. Valet av stråldelare kan göras så att ett maximalt signal-till- brusfórhållande erhålles för de två detektorema, det vill säga för att kompensera för skillnader i till exempel sensitivitet, detektorbrus och signalsarnlingseffektivitet. En gatebar MCP-PMT detekterade laserpulsema innan de nådde mätvolymen. Tidsseparationen mellan MCP-PMT- signalen och karneromas förstärkningsmonitorpulser loggades med hjälp av ett 3 GHz digitalt oscilloskop. Därmed möjliggiordes jitterkorrektion för varje enskild excitationspuls vid dataanalysen. Bilder över avklingningstider verifierades längs en horisontell pixelrad genom gasströmmen genom jämförelse med streakkamerarnätningar. En streakkarnera är en kommersiellt tillgänglig detektor som i en dimension kan upplösa förlopp som sker på pikosekundsskala. Bilder av ett rutsystem togs innan varje mätning för att överlappa bildema tagna med de två kamerorna. Ett egenhändigt skrivet matlabprogram baserat på simulated annealing användes för att hitta en bildtransforrnation som pixel-till-pixelöverlappade bildema tagna med de två kamerorna.Mass flow controllers were used to generate oxygen / nitrogen mixtures for the central gas flow and for the ambient flow via separate gas supply systems. Two ICCD cameras were positioned at right angles to each other with a 70/30 beam splitter as if to conduct a signal to the two cameras. The selection of beam splitters can be made so that a maximum signal-to-noise ratio is obtained for the two detectors, ie to compensate for differences in, for example, sensitivity, detector noise and signal sensing efficiency. A gatebar MCP-PMT detected the laser pulses before they reached the measurement volume. The time separation between the MCP-PMT signal and the karneromas amplification monitor pulses was logged using a 3 GHz digital oscilloscope. This enabled jitter correction for each individual excitation pulse in the data analysis. Images of decay times were verified along a horizontal pixel row by the gas stream by comparison with streak chamber networks. A streak core is a commercially available detector that in one dimension can resolve processes that occur on a picosecond scale. Pictures of a grid system were taken before each measurement to overlap the pictures taken with the two cameras. A handwritten matlab program based on simulated annealing was used to find an image transformation such as pixel-to-pixel overlapped images taken with the two cameras.

Från en enda excitation togs två LIF-bilder med olika kameraförstärkningskarakteristik.From a single excitation, two LIF images were taken with different camera gain characteristics.

Typiska experimentella resultat vid användandet av en 2 ns gate och en 400 ns gate återges i figurema 821m, respektive 8b.xp. Laserpulsen mättes med hjälp av streakkarneran och den temporala profilen visade sig beskrivas väl av en klockforrnad kurva med 30 ps full bredd vid halva maxvärdet (FWHM). Förstärkningsfunktionerna mättes genom att sekventiellt stega förstärkningsfördröjningen mellan karneragate och laserpuls samtidigt som Rayleighspridning från ett flöde av dammfri luft mättes. De uppmätta fórstärkningsfiinktionema korrigerades för skillnader i våglängdskänslighet mellan Rayleigh- och LlF-våglängdema. För att göra denna korrektion utfördes sekventiell stegning av förstärkningsfördröjningstiden samtidigt som Rayleigh och LIF signaler mättes. Förhållanden mellan dessa båda signaler formades för båda kamerorna och multiplicerades med förstärkningsftrnktionema. 535 980 [O Grafiska beskrivningar av signalsimuleringama visas i figur Sam och ﬁgur 8bsim. De tjocka, solida kurvorna visar LIF-signalen, vilken modelleras som en enkel avklingande exponentialfunktion faltad med laserpulsen. Kameromas iörstärkningsfunktioner, G1 och G2, återges i form av de streckade kurvoma. Exponentialfunktionen multiplicerad med fórstärkningsﬁinktionema visas som de tunna svarta linjema längs ytterkantema på de solida gråa ytoma och de solida gråa ytorna illustrerar de integrerade signalerna, det vill säga värdena som erhålles i ett pixelpar för de två kameroma.Typical experimental results using a 2 ns gate and a 400 ns gate are shown in Figures 821m and 8b.xp, respectively. The laser pulse was measured with the aid of the stripe carnation and the temporal profile was found to be well described by a clockwise curve with 30 ps full width at half the maximum value (FWHM). The gain functions were measured by sequentially increasing the gain delay between karneragate and laser pulse while measuring Rayleigh scattering from a stream of dust-free air. The measured pre-amplification functions were corrected for differences in wavelength sensitivity between the Rayleigh and L1F wavelengths. To make this correction, sequential increment of the gain delay time was performed while Rayleigh and LIF signals were measured. Relationships between these two signals were formed for both cameras and multiplied by the amplification functions. 535 980 [O Graphic descriptions of the signal simulations are shown in Figure Sam and Figure 8bsim. The thick, solid curves show the LIF signal, which is modeled as a simple decaying exponential function folded by the laser pulse. The camera's ear amplification functions, G1 and G2, are reproduced in the form of the dashed curves. The exponential function multiplied by the pre-amplification functions is shown as the thin black lines along the outer edges of the solid gray surfaces and the solid gray surfaces illustrate the integrated signals, ie the values obtained in a pixel pair for the two cameras.

Testsimuleringar av LIF-signalen gjordes för måttliga excitationsintensiteter med hjälp av densitetsmatrisekvationer (density matrix equations; DME) och rate ekvationer (RE).Test simulations of the LIF signal were performed for moderate excitation intensities using density matrix equations (DME) and rate equations (RE).

Spektralt överlapp och detuning törsummades. Skillnaden som uppstod vid utvärderingen av ﬂuorescensavklingningstider vid användande av faltning, rate ekvationer och densitetsmatrisekvationer var mindre än 0. 1%. Därmed har användandet av faltning som är den enklaste av de tre motiverats. Det enklaste alternativet hade varit att helt enkelt använda exponentialfunktionen utan faltning med laserpulsen.Spectral overlap and detuning were summed. The difference that occurred in the evaluation of ores uorescence decay times using convolution, rate equations and density matrix equations was less than 0.1%. Thus, the use of folding, which is the simplest of the three, has been justified. The simplest option would have been to simply use the exponential function without folding with the laser pulse.

Figur 9 visar ﬂuorescensavklingningstider uppmätta från en enda excitation i enskilda kamerapixlar längs en linje i dessa två-dimensionella gasfasmätningar. Detektions- och evalueringsalgoritmen som beskrivits ovan (förhållande enligt ekvation (4)) användes med törstärkningsfunktionema som visas i ﬁgur 9. I ﬁguren återges även resultatet från 900 medelvärdesbildade signaler uppmätta med streakkameran. Dessa streakkameramätningar gjordes för att validera metoden som beskrivs i föreliggande patentansökan. Det faktum att denna metod tillhandahöll tvådimensionella singel-excitationsmätningar av avklingningstider kortare än 1 ns med 120 ps standardavvikelse utan att optimala förstärkningsfunktioner användes illustrerar den signifikant högre känsligheten jämfört med ett jämförbart, tillgängligt instrument såsom en streakkamera. Det ska påpekas att streakkameran enbart tillhandahöll avklingningstider längs en linje medan metoden som beskrivs i föreliggande patentansökan gav data i två dimensioner.Figure 9 shows uorescence decay times measured from a single excitation in individual camera pixels along a line in these two-dimensional gas phase measurements. The detection and evaluation algorithm described above (ratio according to equation (4)) was used with the dry amplification functions shown in ﬁ gur 9. The ﬁ gur also shows the result from 900 averaged signals measured with the streak camera. These streak camera measurements were made to validate the method described in the present patent application. The fact that this method provided two-dimensional single-excitation measurements of decay times shorter than 1 ns with 120 ps standard deviation without using optimal amplification functions illustrates the significantly higher sensitivity compared to a comparable, accessible instrument such as a streak camera. It should be noted that the streak camera only provided decay times along a line while the method described in the present patent application provided data in two dimensions.

En apparat lör bestämning av luminiscensavklingningstider visas schematiskt i ﬁgur 10. Ett mätprov exciteras med hjälp av en pulsad strålningskälla, med en laser, diodlaser eller lysdiod. Fokuserings/insamlingsoptiken skulle kunna vara ett míkroskop, ﬁberkopplad optik, linser, etc. Emitterad luminiscens detekteras i två insamlingar av en enda sensor eller i en enda insamling av två eller ﬂer sensorer. Förstärkningsfiinktionema som multipliceras med signalema har olika temporal karaktäristik, men åtminstone en beskrivs av en rampiiknande funktion. De förstärkta/modulerade signalema integreras och ett förhållande bildas. Det formade lörhållandet jämförs med beräknade förhållanden. Dessa har beräknats antingen genom analytiska uttryck eller genom simuleringar (figur 5). De simulerade signalförhållanden har beräknats genom användandet av samma förstärkningsfunktioner som används för att törstärka/modulera signalema. Signalavklingningen från mätprovet modelleras som en enkel exponentialfunktion, det vill säga den kan åtminstone approximativt beskrivas av en enkel exponentiell avklingning.An apparatus for determining luminescence decay times is shown schematically in Figure 10. A measurement sample is excited by means of a pulsed radiation source, with a laser, diode laser or LED. Focusing / collection optics could be a microscope, ﬁcoupled optics, lenses, etc. Emitted luminescence is detected in two collections of a single sensor or in a single collection of two or sens sensors. The gain functions multiplied by the signals have different temporal characteristics, but at least one is described by a ramp-like function. The amplified / modulated signals are integrated and a relationship is formed. The shaped sediment ratio is compared with calculated conditions. These have been calculated either by analytical expressions or by simulations (Figure 5). The simulated signal conditions have been calculated using the same amplification functions used to amplify / modulate the signals. The signal decay from the measurement sample is modeled as a simple exponential function, i.e. it can at least approximately be described by a simple exponential decay.

Claims

10 15 20 25 30 535 980 ll PATENT REQUIREMENTS

A method of determining decay rates of a first signal derived from a pulse stimulated sample comprising the steps of: a) amplifying at least two decaying electrical signals derived from said first signal having functions having different temporal characteristics, at least one of these amplification functions having an increasing or decreasing ramp-like temporal shape, to form at least two processed electrical signals, b) integrating said processed electrical signals, c) forming at least one ratio by means of said integrated processed electrical signals, d) calculating said at least one decay rate from said at least one ratio .

The method of claim 1, wherein said first signal is an optical signal further comprising dividing the optical signal into at least two optical signals, converting said at least two optical signals to form said at least two decaying electrical signals.

The method of claim 1, further comprising detecting spatial portions of said first signal by at least two optical beam paths to form said at least two decaying electrical signals.

The method of claim 1, wherein said first signal is an optical signal, further comprising converting said first signal to an electrical signal, and dividing the electrical signal into at least two signals to form said at least two decaying electrical signals.

The method of claim 1, wherein said first signal comprises optical signals derived from at least two pulse stimuli of a sample, and the method further comprises converting said optical signals * Adikndt Tyg _. * W _, ._! / _ ('I ". 535 980 l 3 derived from at least two pulse stimuli of a sample to electrical signals to form said at least two decaying electrical signals.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the calculating step is exchanged for: a) establishing a library of signals with different library decay rates b) multiplying said set of library signals with said functions with different temporal characteristics and forming a set of processed library signals , c) integrating said set of processed library signals and forming a set of integrated processed library signals I | (7 |) 1207 :) IA / (Ti) 1i (f2) 1z (72) IA / (Tz) 15 Uiífn) IzGn) lukfn) jfl ~ “l (r, r,) dr jfFz (r, r,) rir jfFN (r, r,) dr aïf ﬂ (r, rz) dr aïF2 (r, r,) dr HJAFNQJIM: wjiq ﬁ lnidl Égul ﬁ id, °] F ~ (i, f,) di Vw d) insert said set of integrated processed library signals into said at least one ratio, forming at least one set of library quotas, e) form a decay rate function by creating an unambiguous relationship between said at least one set of quotas and said a different library decay rates, f) determining said at least one decay rate by introducing said at least one ratio of said first signal into said decay rate function.

An apparatus for determining at least one decay rate derived from a pulse stimulated sample, comprising: at least one amplifier for amplifying at least two decaying electrical signals derived from said first signal with functions having different temporal characteristics, at least one of said functions having an increasing or decreasing temporal shape, to form at least two processed electrical signals, at least one integrator for integrating said processed electrical signals and for calculating said at least one decay rate from said at least one ratio.

The device of claim 7, wherein said first signal is an optical signal, the device further comprising an optical unit arranged to divide the optical signal into at least two optical signals, and said device further comprising at least one photosensitive sensor to form said at least two decaying electrical signals by converting said at least two optical signals.

The apparatus of claim 7, wherein said first signal is an optical signal, said apparatus further comprising a photosensitive sensor for converting said first signal to an electrical signal, and a second unit arranged to divide the electrical signal into at least two signals for forming said at least two decaying electrical signals. 10 15 20 25 30 535 980

The device of claim 7, wherein said device further comprises at least one photosensitive sensor for generating said at least two decaying electrical signals by detecting different spatial portions of said first signal by at least two optical paths.

The device of claim 7, wherein said first signal comprises optical signals derived from at least two pulse stimuli of a sample, said device further comprising at least one photosensitive sensor to form said at least two decaying electrical signals by converting said optical signals derived from at least two pulse stimuli of a sample for electrical signals with temporal characteristics.

The device of any of claims 8-11, wherein said at least one photosensitive sensor comprises at least one in the group of: photodiodes, photomultiplier tubes, photodiode row detectors, or photomultiplier tube row detectors.

Device according to any one of claims 8-11, wherein said at least one photosensitive sensor is arranged to replace said integrator and is arranged to integrate said processed electrical signals.

A device according to any one of claims 8-11, wherein said at least one amplifier, said at least one integrator and said at least one foot-sensitive sensor are replaced by at least one in the group of: an amplified CCD camera, electron multiplier-CCD cameras, or electron m | tip | ikator CMOS cameras.

A computer readable storage medium with a program stored thereon for implementing the method according to any one of claims 1-6 when executed on a device with computer processing capability.