TW202223559A - 時間測量裝置、螢光壽命測量裝置及時間測量方法 - Google Patents

時間測量裝置、螢光壽命測量裝置及時間測量方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202223559A
TW202223559A TW110122431A TW110122431A TW202223559A TW 202223559 A TW202223559 A TW 202223559A TW 110122431 A TW110122431 A TW 110122431A TW 110122431 A TW110122431 A TW 110122431A TW 202223559 A TW202223559 A TW 202223559A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
time
signal
measurement
tac
detection signal
Prior art date
Application number
TW110122431A
Other languages
English (en)
Inventor
新倉史智
吉見歩
北澤健
井上貴之
Original Assignee
日商濱松赫德尼古斯股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商濱松赫德尼古斯股份有限公司 filed Critical 日商濱松赫德尼古斯股份有限公司
Publication of TW202223559A publication Critical patent/TW202223559A/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F10/00—Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Measurement Of Unknown Time Intervals (AREA)

Abstract

本發明之時間測量裝置10具備：數位計數器20，其根據時脈信號而輸出計數信號；複數個TAC電路12(TAC電路12a～12j)，其等被輸入檢測器4中檢測出之檢測信號及時脈信號，且輸出與檢測信號及時脈信號間之時間相應之測量信號；控制部14，其基於自數位計數器20輸出之計數信號與自TAC電路12輸出之測量信號，將與檢測信號相關之時間資訊導出並輸出；及測量用閘極11，其考量TAC電路12之死區時間，而切換被輸入檢測信號之TAC電路12。

Description

時間測量裝置、螢光壽命測量裝置及時間測量方法
本發明之一態樣係關於一種時間測量裝置、螢光壽命測量裝置及時間測量方法。
於測量對試料照射激發光時之螢光之壽命之螢光壽命測量裝置等中，使用輸出開始脈衝信號及停止脈衝信號之時間差相關之資訊之時間測量裝置。作為此種時間測量裝置，已知有利用將時間差作為類比信號輸出之TAC(Time-Analog-Converter：時間類比轉換器)方式之時間測量裝置(例如參照專利文獻1)。TAC方式與藉由將時間差作為數位信號輸出而測量時間之TDC(Time-digital-converter：時間數位轉換器)方式相比時，有利點為時間分解力較高。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特表2003-522946號公報
[發明所欲解決之問題]
於如上所述之時間測量裝置中，若於TAC電路(時間振幅轉換器)中測量時間，則於測量後，一定時間成為無法再次進行時間測量之死區時間。藉由產生此種死區時間可充分提高測量效率。又，如上所述，TAC方式之有利點為時間分解力較高，但難以進行長時間之對於現象之時間測量(長時間測量)。
本發明之一態樣係鑑於上述實情而完成者，目的在於提供一種可減少死區時間使測量效率提高，且實現高時間分解且長時間測量之時間測量裝置、螢光壽命測量裝置及時間測量方法。 [解決問題之技術手段]
本發明之一態樣之時間測量裝置具備：計數器，其根據時脈信號而輸出計數信號；複數個第1時間振幅轉換器，其等被輸入檢測器中檢測出之檢測信號及時脈信號，輸出與檢測信號及時脈信號間之時間相應之測量信號；控制部，其基於自計數器輸出之計數信號與自第1時間振幅轉換器輸出之測量信號，將與檢測信號相關之時間資訊導出並輸出；及第1切換部，其考量第1時間振幅轉換器之死區時間，而切換被輸入檢測信號之第1時間振幅轉換器。
於本發明之一態樣之時間測量裝置中，設置有複數個輸出與檢測信號及時脈信號間之時間相應之測量信號的第1時間振幅轉換器。且，於本時間測量裝置中，考量第1時間振幅轉換器之死區時間，執行被輸入檢測信號之第1時間振幅轉換器之切換。例如僅以1個第1時間振幅轉換器測量時間之情形時，產生時間振幅轉換器之測量後無法再次測量之死區時間。關於該點，藉由使時間振幅轉換器多級化，且考量時間振幅轉換器之死區時間切換時間振幅轉換器，而可自測量後無法再次測量之時間振幅轉換器切換成可測量之時間振幅轉換器，大幅減少上述之死區時間。又，於本發明之一態樣之時間測量裝置中，藉由與時脈信號同步動作之計數器輸出計數信號而進行依存於時脈頻率之大致之時間測量(低時間分解且長時間測量)，且藉由第1時間振幅轉換器輸出與檢測信號及時脈信號間之時間相應之測量信號而進行補充計數器之測量粗糙度之精細之時間測量(高時間分解且短時間測量)。藉由組合該等時間測量結果導出最終之時間資訊，可實現高時間分解且長時間測量。如上所述，根據本發明之一態樣之時間測量裝置，可減少死區時間使測量效率提高，且實現高時間分解且長時間測量。
第1切換部亦可基於考量死區時間而預先設定之切換資訊，切換第1時間振幅轉換器。根據此種構成，可基於預先設定之資訊(考量死區時間之切換資訊)，容易且適當地切換時間振幅轉換器。
控制部亦可藉由自與計數信號所示之計數值相應之時間減去測量信號所示之時間，而導出顯示直至被輸入檢測信號為止之時間的時間資訊。藉此，可基於計數信號及測量信號，高精度地導出直至被輸入檢測信號為止之時間。
第1切換部亦可以對非處於死區時間內之第1時間振幅轉換器輸入檢測信號之方式，切換第1時間振幅轉換器。藉此，可適當避免因第1時間振幅轉換器之死區時間之影響使測量效率惡化。
複數個第1時間振幅轉換器亦可設置有與死區時間相應之個數。藉此，可藉由切換第1時間振幅轉換器而適當避免受到死區時間之影響。
複數個第1時間振幅轉換器亦可設置有與檢測器4檢測之信號量相應之個數。藉此，設置與信號量相應之數量之第1時間振幅轉換器，可藉由切換第1時間振幅轉換器而適當避免受到死區時間之影響。
上述之時間測量裝置亦可進而具備：第2時間振幅轉換器，其輸出與檢測器中檢測之檢測信號相關之現象之同步信號相應之信號；且控制部進而考量與同步信號相應之信號，而導出時間資訊。藉此，可考量與檢測信號相關之現象之實際時序，更高精度地導出與檢測信號相關之時間資訊。
上述之時間測量裝置亦可具備複數個第2時間振幅轉換器，且進而具備：第2切換部，其考量第2時間振幅轉換器之死區時間，而切換被輸入同步信號之第2時間振幅轉換器。藉此，可適當避免因第2時間振幅轉換器之死區時間之影響使測量效率惡化。
本發明之一態樣之螢光壽命測量裝置係測量從測量對象物發出之螢光之壽命者，且具備：上述之時間測量裝置；光源，其將產生之光對測量對象物照射；檢測器，其檢測從被照射來自光源之光的測量對象物發出之螢光，並輸出檢測信號；及信號產生部，其控制光源之光之輸出，對光源及時間測量裝置輸出彼此同步之同步信號。根據此種螢光壽命測量裝置，可使用上述之時間測量裝置，有效測量螢光壽命，且對螢光壽命之測量實現高時間分解且長時間測量。
本發明之一態樣之時間測量方法係由一面切換複數個時間振幅轉換器一面測量時間之時間測量裝置實施之時間測量方法，且包含以下步驟：基於複數個時間振幅轉換器各者之死區時間，選擇要被輸入檢測器中檢測出之檢測信號的一個時間振幅轉換器；對被選擇之一個時間振幅轉換器，輸入檢測信號及時脈信號，獲得與檢測信號及時脈信號間之時間相應之測量信號；及基於與時脈信號相應之計數信號與測量信號，將與檢測信號相關之時間資訊導出並輸出。根據此種時間測量方法，可減少死區時間使測量效率提高，且實現高時間分解且長時間測量。
於上述之時間測量方法中，亦可於選擇步驟中，選擇非處於死區時間內之時間振幅轉換器。藉此，可適當避免因死區時間之影響使測量效率惡化。 [發明之效果]
根據本發明之一態樣，可減少死區時間，使測量效率提高，且實現高時間分解且長時間測量。
以下，一面參照圖式，一面針對本發明之一態樣之時間測量裝置、時間測量方法、螢光壽命測量裝置之實施形態進行詳細說明。
圖1係模式性顯示本實施形態之螢光壽命測量裝置1之圖。螢光壽命測量裝置1係測量自試料S(測量對象物)發出之螢光之壽命的裝置。
有機材料或螢光探針之螢光光譜係峰值波長或螢光強度等於控制、評估試料之功能或特性方面較為重要之參數。然而，由於螢光光譜取得按時間積分之資訊，故於試料中包含複數個物質或反應系統之情形時，僅能獲得該等積分之資訊。此種情形時，作為評估試料之功能或特性之方法，較為有效的是於亞毫微秒～毫秒之時間區域測定試料由脈衝光進行光激發後，至回到基態為止之時間的螢光壽命測量。於本實施形態之螢光壽命測量裝置1中，藉由後述之時間測量裝置10導出螢光之檢測時序，藉由複數次檢測螢光而獲得檢測時序之頻率分佈，並基於該頻率分佈推定試料S之螢光壽命。
如圖1所示，螢光壽命測量裝置1構成為包含脈衝發生器2(信號產生部)、光源3、檢測器4、電腦5、顯示裝置6、輸入裝置7、及時間測量裝置10。另，圖1中省略螢光壽命測量裝置1之構成中、後述之時脈產生電路9(參照圖3)之圖示。
脈衝發生器2基於來自電腦5之指示，對光源3及時間測量裝置10之基準用閘極15(細節予以後述)分別輸出同步(例如相同時序)之脈衝信號。脈衝發生器2控制光源3之光輸出，且將該控制信號作為脈衝信號輸出。基準用閘極15基於該脈衝信號，將同步信號輸出至TAC電路16a或TAC電路16b(細節予以後述)。由於對光源3及基準用閘極15輸入相同時序之脈衝信號，故自基準用閘極15輸出之同步信號係與來自光源3之光(激發光)之照射對應(同步)之信號。
光源3基於自脈衝發生器2輸出之上述脈衝信號，輸出照射至試料S之激發光。作為光源3，可使用LED(Light Emitting Diode：發光二極體)光源、雷射光源、SLD(Super Luminescent Diode：超發光二極體)光源、燈系光源等。激發光之強度例如亦可設定為對試料S照射激發光時發出1光子之程度。自被照射激發光之試料S輸出與激發光相應之螢光。
檢測器4檢測來自試料S之螢光，將檢測信號輸出至時間測量裝置10之測量用閘極11(細節予以後述)。作為檢測器4，可使用光電子倍增管或雪崩光電二極體、PIN(Positive Intrinsic Negative：正本徵負)光電二極體等。
電腦5基於自時間測量裝置10(更詳細而言為控制部14)輸出之測量結果，導出螢光壽命。具體而言，電腦5自測量結果所含之螢光之時間資訊(螢光之檢測時序)，導出螢光之檢測時序之頻率分佈，且根據該頻率分佈而求出試料S之螢光壽命。電腦5由例如CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)等運算部與RAM(Random Access Memory：隨機存取記憶體)或快閃記憶體等記憶部構成。另，亦可由電腦5擔當時間測量裝置10之控制部14之功能。
顯示裝置6為電性連接於電腦5之顯示器，顯示上述之試料S之螢光壽命解析結果。輸入裝置7為鍵盤或滑鼠等，可進行螢光壽命之解析條件或測量條件之輸入、設定。
時間測量裝置10係將被輸入第1觸發信號後，至被輸入第2觸發信號為止之時間，作為測量時間算出之時間測量裝置。時間測量裝置10可應用於自不同時序被輸入之2個信號(第1觸發信號及第2觸發信號)導出該2個信號之輸入時序之差的各種裝置及系統。於本實施形態中，如上所述，時間測量裝置10應用於測量自試料S發出之螢光之壽命的螢光壽命測量裝置1。
如圖1所示，時間測量裝置10具備測量用閘極11(第1切換部)、TAC(Time-Analog-Converter)電路12(第1時間振幅轉換器)、TAC控制部13、控制部14、基準用閘極15(第2切換部)、及TAC電路16(第2時間振幅轉換器)。更詳細而言，時間測量裝置10具有複數個TAC電路12a～12j作為TAC電路12，具有複數個TAC控制部13a～13f作為TAC控制部13，具有複數個TAC電路16a、16b作為TAC電路16。複數個TAC電路12a～12j相對於測量用閘極11相互並聯連接，複數個TAC電路16a、16b相對於基準用閘極15相互並聯連接。另，圖1中省略時間測量裝置10之構成中後述之數位計數器20(參照圖3)之圖示。該數位計數器20可設置於TAC控制部13，亦可與TAC控制部13分開設置。
TAC電路12係將被輸入第1觸發信號後，至被輸入第2觸發信號為止之時間差，作為類比信號(振幅)輸出之時間振幅轉換器之電路。TAC電路12可測量例如10 ns之時間而構成。TAC電路12具體而言將檢測器4中檢測之檢測信號作為第1觸發信號，將自時脈產生電路9(參照圖3)輸出之時脈信號作為第2觸發信號，將與檢測信號及時脈信號間之時間相應之類比信號(振幅)作為測量信號，輸出至TAC控制部13。即，TAC電路12被輸入檢測器4中檢測之檢測信號及時脈信號，輸出與檢測信號及時脈信號間之時間相應之測量信號。TAC電路12經由測量用閘極11，受理檢測信號之輸入。
TAC控制部13係將自TAC電路12輸入之測量信號即類比信號(振幅)轉換成數位信號之AD(Analog to Digital：類比-數位)轉換器。TAC控制部13將AD轉換後之數位信號作為測量信號輸出至控制部14。如上所述，時間測量裝置10具有複數個TAC控制部13a～13f作為TAC控制部13。如圖1所示，TAC控制部13a自TAC電路12a、12b受理測量信號之輸入，TAC控制部13b自TAC電路12c、12d受理測量信號之輸入，TAC控制部13c自TAC電路12e、16a受理測量信號之輸入，TAC控制部13d自TAC電路12f、12g受理測量信號之輸入，TAC控制部13e自TAC電路12h、12i受理測量信號之輸入，TAC控制部13f自TAC電路12j、16b受理測量信號之輸入。
測量用閘極11自檢測器4接收第1觸發信號即檢測信號之輸入，並將該檢測信號輸出至TAC電路12。詳細而言，測量用閘極11將自檢測器4輸入之檢測信號，僅輸出至複數個TAC電路12a～12j中之1個TAC電路12。圖2及圖3係說明多TAC測量之圖。此處之多TAC測量意指一面切換複數個TAC電路12a～12j一面利用之測量方法。
如圖2所示，測量用閘極11具有以與複數個TAC電路12a～12j以1對1對應之方式設置於TAC電路12a～12j之前段之複數個閘極電路11a～11j。測量用閘極11之複數個閘極電路11a～11j設為僅1者有效(受理檢測信號之輸入之狀態)。未設為有效之閘極電路11a～11j設為待機狀態(不受理檢測信號之輸入之狀態)。測量用閘極11藉由切換設為有效之閘極電路11a～11j，而僅對複數個TAC電路12a～12j中之1者輸入檢測信號。
測量用閘極11考量複數個TAC電路12a～12j之死區時間，切換被輸入檢測信號之TAC電路12a～12j。此處之死區時間意指於TAC電路12中測量時間後一定時間無法再次進行時間測量之時間。各TAC電路12a～12j為彼此同等之性能，死區時間亦為相同程度。另，各TAC電路12a～12j之死區時間亦可互不相同。於例如圖2所示之例中，測量用閘極11首先將閘極電路11a設為有效，將其他閘極電路11b～11j設為待機狀態。於該狀態下，自檢測器4對測量用閘極11輸入檢測信號時，僅對閘極電路11a輸入檢測信號，並經由閘極電路11a對TAC電路12a輸入檢測信號。於TAC電路12a中，輸出與檢測信號及時脈信號間之時間相應之測量信號。關於進行輸出該測量信號之處理後之一定時間，成為於TAC電路12a中無法再次進行時間測量之死區時間。因此，測量用閘極11使第2個閘極電路11b有效，將其他閘極電路11a、11c～11j設為待機狀態。於該狀態下，自檢測器4對測量用閘極11輸入檢測信號時，僅對閘極電路11b輸入檢測信號，並經由閘極電路11b對TAC電路12a輸入檢測信號。且，與TAC電路12a同樣，關於TAC電路12b，亦成為死區時間，因此測量用閘極11接著使第3個閘極電路11c有效，將其他閘極電路11a、11b、11d～11j設為待機狀態。如此，測量用閘極11藉由依序使與各TAC電路12a～12j對應之閘極電路11a～11j僅1者有效，而依序切換被輸入檢測信號之TAC電路12a～12j。根據該方式，丟失光子之死區時間並非TAC電路12之死區時間(TAC處理中死區時間)，僅成為閘極電路11a～11j之切換時間。由於TAC處理中死區時間為例如150 ns，閘極電路之切換時間為例如1 ns，故藉由本方式，可大幅縮短丟失光子之死區時間。
測量用閘極11基於考量死區時間預先設定之切換資訊，切換被輸入檢測信號之TAC電路12a～12j。該切換資訊係以不對死區時間中之TAC電路12a～12j輸入檢測信號之方式，定義TAC電路12a～12j之切換順序(關於閘極電路11a～11j設為有效之順序)之資訊。即，測量用閘極11以檢測信號之輸入目的地為非處於死區時間內之TAC電路12a～12j之方式，切換TAC電路12a～12j。作為可進行此種切換之前提，複數個TAC電路12a～12j設置有與TAC電路12之死區時間相應之個數。與死區時間相應之個數係不會於以對各TAC電路12依序輸入檢測信號之方式進行TAC電路12之切換時對死區時間中之TAC電路12輸入檢測信號的個數。又，複數個TAC電路12a～12j設置有與檢測器4檢測之信號量相應之個數。與檢測器4檢測之信號量相應之個數意指即便於以設想之最大之信號量輸入檢測信號之情形，亦不會於以對各TAC電路12依序輸入檢測信號之方式進行TAC電路12之切換時對死區時間中之TAC電路12輸入檢測信號的個數。
控制部14係基於自數位計數器20(參照圖3)輸出之計數信號與自TAC電路12輸出且於TAC控制部13中轉換成數位信號之測量信號，將藉由檢測器4檢測之檢測信號相關之時間資訊導出並輸出。如圖3所示，數位計數器20係被輸入來自檢測器4之檢測信號與來自時脈產生電路9之時脈信號之計數器。數位計數器20與時脈信號同步動作，根據時脈信號(對時脈信號進行計數)將計數信號輸出至控制部14。此種數位計數器20雖可對檢測信號進行長時間測量，但難以提高時間分解力。控制部14藉由將數位計數器20之時間測量結果、與時間分解力較高之TAC電路12之時間測量結果組合，而實現檢測信號相關之時間資訊之高時間分解且長時間測量。
圖4～圖6係說明上述之時間資訊之導出之圖。於圖4～圖6中，橫軸顯示時間軸。如圖4所示，數位計數器20對時脈信號進行計數並輸出計數信號。圖4中顯示有數位計數器20輸出顯示23、24、25、26、27、28之計數信號之例。如上所述，數位計數器20與時脈信號同步動作。且，如圖4所示，當前，TAC電路12已測量被輸入來自檢測器4之檢測信號TRG1後，至被輸入檢測信號TRG1之下個時脈信號TRG2為止之時間差T。TAC電路12輸出之測量信號中，如圖5所示，自被輸入檢測信號TRG1之時序(時間t1)起，電壓(振幅)根據檢測信號TRG1開始增加，自被輸入時脈信號TRG2之時序(時間t2)起，電壓(振幅)根據時脈信號TRG2為一定。
控制部14藉由自與計數信號顯示之計數值相應之時間，減去測量信號顯示之時間，而導出顯示直至檢測信號被輸入至TAC電路12為止之時間之時間資訊。即，於圖4所示之例中，控制部14藉由自與計數信號顯示之計數值相應之時間即23，減去測量信號顯示之時間資訊即時間差T，而導出顯示直至檢測信號TRG1被輸入至TAC電路12為止之時間之時間資訊(23-T)。藉由輸入至數位計數器20之時脈信號、與輸入至TAC電路12之時脈信號對應(輸入至TAC電路12之時脈信號顯示之計數值唯一確定)，可實現此種時間資訊之導出。
控制部14於切換複數個TAC電路12之構成中，基於來自各TAC電路12之資訊而分別導出時間資訊，藉此於多光子之情形時亦可適當進行時間測量。圖6所示之例中，於導出首先被輸入檢測信號之TAC電路12(圖6中記載為TAC1)之時間資訊後，導出第2個被輸入檢測信號之TAC電路12(圖6中記載為TAC2)之時間資訊，進而導出第3個被輸入檢測信號之TAC電路12(圖6中記載為TAC3)之時間資訊。即，圖6所示之例中，控制部14藉由自與計數信號顯示之計數值相應之時間即23減去TAC1輸出之測量信號顯示之時間資訊而導出TAC1之測量結果相關之時間資訊，藉由自與計數信號顯示之計數值相應之時間即24減去TAC2輸出之測量信號顯示之時間資訊而導出TAC2之測量結果相關之時間資訊，藉由自與計數信號顯示之計數值相應之時間即27減去TAC3輸出之測量信號顯示之時間資訊而導出TAC3之測量結果相關之時間資訊。控制部14將導出之時間資訊(測量結果)輸出至電腦5。
TAC電路16係將被輸入第1觸發信號後，至被輸入第2觸發信號為止之時間差，作為類比信號(振幅)輸出之時間振幅轉換器之電路。TAC電路16輸出與檢測器4中檢測之檢測信號相關之現象之同步信號相應之信號。與檢測器4中檢測之檢測信號相關之現象，意指於檢測器4中檢測之來自試料S之螢光。現象之同步信號意指基於脈衝發生器2對光源3及基準用閘極15以同步(例如相同)之時序輸出之脈衝信號，由基準用閘極15對TAC電路16輸出的同步信號。即，此處之同步信號意指針對螢光之檢測，與自光源3照射至試料S之激發光同步之信號。TAC電路16具體而言將自基準用閘極15輸入之同步信號作為第1觸發信號，將自時脈產生電路9輸出之時脈信號作為第2觸發信號，將與同步信號及時脈信號之時間差相應之類比信號(振幅)作為與上述之同步信號相應之信號而輸出至TAC控制部13。時間測量裝置10具有2個TAC電路16a、16b作為TAC電路16。TAC電路16a將與上述之同步信號相應之信號輸出至TAC控制部13c。又，TAC電路16b將與上述之同步信號相應之信號輸出至TAC控制部13f。TAC控制部13c、13f將自TAC電路16a、16b輸入之信號轉換成數位信號且輸出至控制部14。且，控制部14亦可進而考量與上述之同步信號相應之信號而導出時間資訊。即，控制部14亦可自與上述之同步信號相應之信號，特定出現象之開始時序(始點)，以更高精度導出由檢測器4檢測出之檢測信號相關之時間資訊。
基準用閘極15考量TAC電路16之死區時間，切換要被輸入上述之同步信號之TAC電路16a、16b。基準用閘極15自脈衝發生器2接收脈衝信號之輸入，僅將與該脈衝信號相應之同步信號輸出至TAC電路16a、16b中之一者。基準用閘極15基於考量死區時間而預先設定之切換資訊，切換要被輸入同步信號之TAC電路16a、16b。該切換資訊以不對死區時間中之TAC電路16a、16b輸入同步信號之方式規定。
接著，對本實施形態之時間測量裝置10、及具備該時間測量裝置10之螢光壽命測量裝置1之作用、效果進行說明。
本實施形態之時間測量裝置10具備：數位計數器20，其根據時脈信號輸出計數信號；複數個TAC電路12(TAC電路12a～12j)，其等被輸入檢測器4中檢測之檢測信號及時脈信號，輸出與檢測信號及時脈信號間之時間相應之測量信號；控制部14，其基於自數位計數器20輸出之計數信號與自TAC電路12輸出之測量信號，將檢測信號相關之時間資訊導出並輸出；及測量用閘極11，其考量TAC電路12之死區時間，切換被輸入檢測信號之TAC電路12。
於此種時間測量裝置10中，設置有複數個輸出與檢測信號及時脈信號間之時間相應之測量信號的TAC電路12。且，於本時間測量裝置10中，考量TAC電路12之死區時間，執行被輸入檢測信號之TAC電路12之切換。例如僅以1個TAC電路12測量時間之情形時，產生TAC電路12之測量後無法再次測量之死區時間。關於該點，藉由使TAC電路12多級化，且考量TAC電路12之死區時間切換TAC電路12，而可自測量後無法再次測量之TAC電路12切換成可測量之TAC電路12，大幅減少上述之死區時間。又，於本實施形態之TAC電路12中，藉由與時脈信號同步動作之數位計數器20輸出計數信號而進行依存於時脈頻率之大致之時間測量(低時間分解且長時間測量)，且藉由TAC電路12輸出與檢測信號及時脈信號間之時間相應之測量信號而進行補充數位計數器20之測量粗糙度之精細之時間測量(高時間分解且短時間測量)。藉由組合該等時間測量結果導出最終之時間資訊，可實現高時間分解且長時間測量。如以上所述，根據本實施形態之時間測量裝置10，可減少死區時間使測量效率提高，且實現高時間分解且長時間測量。時間測量裝置10之時間分解力之一例為0.25 ps，長時間測量之一例為24小時以上。另，此處之時間分解力意指測量單位，並非顯示測量系統全體之時間分解力。
例如，於將TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence：熱活化延遲螢光)等有機EL(Electro Luminescence：電致發光)發光材料進行光激發之情形時，可產生ns級之發光及ms級之發光。如此，於產生具有非常大之時間單位差之衰減特性的發光之情形時，為高效進行螢光壽命測量，需要可於維持高時間分解力之狀態下進行長時間測量的測定裝置。於此種螢光壽命測量等中，可有效利用本實施形態之實現高時間分解且長時間測量之時間測量裝置10。另，時間測量裝置10之測量對象不限定於上述之TADF，可包含其他螢光體、或發光現象以外之各種現象之對象。
又，上述之時間測量裝置10藉由切換複數個TAC電路12進行時間測量，可於例如螢光壽命測量中，以較先前更高之光量(例如10倍左右之光量)進行時間測量。於試料之發光強度較強之情形時，先前使用濾波器使發光大幅衰減而進行測量，以信號損失較多之狀態進行時間測量，但根據時間測量裝置10，可以抑制該信號損失之狀態高精度地進行時間測量。
測量用閘極11亦可基於考量死區時間預先設定之切換資訊，切換TAC電路12。根據此種構成，可基於預先設定之資訊(考量死區時間之切換資訊)，容易且適當地切換TAC電路12。
控制部14亦可藉由自與計數信號顯示之計數值相應之時間，減去測量信號顯示之時間，而導出顯示直至被輸入檢測信號為止之時間之時間資訊。藉此，可基於計數信號及測量信號，高精度地導出直至被輸入檢測信號為止之時間。
測量用閘極11亦可以對非處於死區時間內之TAC電路12輸入檢測信號之方式，切換TAC電路12。藉此，可適當避免因TAC電路12之死區時間之影響使測量效率惡化。
複數個TAC電路12亦可設置有與死區時間相應之個數。藉此，可藉由切換TAC電路12而適當避免受到死區時間之影響。
複數個TAC電路12亦可設置有與檢測器4檢測之信號量相應之個數。藉此，設置與信號量相應之數量之TAC電路12，可藉由切換TAC電路12而適當避免受到死區時間之影響。
時間測量裝置10亦可進而具備：複數個TAC電路16(TAC電路16a、16b)，其等輸出與檢測器4中檢測之檢測信號相關之現象之同步信號相應之信號；且控制部14進而考量與同步信號相應之信號，而導出時間資訊。藉此，可考量檢測信號相關之現象之實際時序，更高精度地導出檢測信號相關之時間資訊。
時間測量裝置10亦可進而具備：基準用閘極15，其考量TAC電路16之死區時間，切換被輸入同步信號之TAC電路16。藉此，可適當避免因TAC電路16之死區時間之影響使基準信號之測量效率惡化。
本實施形態之螢光壽命測量裝置1係測量自試料S發出之螢光之壽命之螢光壽命測量裝置，且具備：上述之時間測量裝置10；光源3，其對試料S照射產生之光；檢測器4，其檢測被光源3之光照射之試料S所發出之螢光，並輸出檢測信號；及脈衝發生器2，其控制光源3之光之輸出，對光源3及時間測量裝置10輸出彼此同步之同步信號。根據此種螢光壽命測量裝置1，可使用上述之時間測量裝置10，有效測量螢光壽命，且對螢光壽命之測量實現高時間分解且長時間測量。
以上，已對本發明之一實施形態進行說明，但本發明並未限定於上述實施形態。例如說明為時間測量裝置10具備同步信號相關之TAC電路16及基準用閘極15，但於可掌握時間測定對象之現象之時序(重複時序等)時，如圖7所示，亦可採用不具備TAC電路16及基準用閘極15之構成。
又，TAC電路12之數量亦不限定於實施形態中說明之數量(8個)，例如圖7所示，TAC電路12可為6個(TAC電路12a～12f)等，亦可為其他數量。若為例如螢光壽命測量，則此種TAC電路12之適當數量較佳根據測定之螢光壽命值而變化。例如，可於測定之螢光壽命值為5 μs以下之情形時將TAC電路12之數量設為8個(或其以下)，於測定之螢光壽命值較5 μs更長之情形時設置9個以上之TAC電路12。
1:螢光壽命測量裝置 2:脈衝發生器(信號產生部) 3:光源 4:檢測器 5:電腦 6:顯示裝置 7:輸入裝置 9:時脈產生電路 10:時間測量裝置 11:測量用閘極(第1切換部) 11a~11j:測量用閘極 12:TAC電路(第1時間振幅轉換器) 12a～12j:TAC電路 13:TAC控制部 13a~13f:TAC控制部 14:控制部 15:基準用閘極(第2切換部) 16:TAC電路(第2時間振幅轉換器) 16a:TAC電路 16b:TAC電路 20:數位計數器(計數器) S:試料(測量對象物) t1:時間 t2:時間 T:時間差 TRG1:檢測信號 TRG2:時脈信號
圖1係模式性顯示本實施形態之螢光壽命測量裝置之圖。 圖2係說明多TAC測量之圖。 圖3係說明多TAC測量之圖。 圖4係說明時間資訊之導出之圖。 圖5係說明時間資訊之導出之圖。 圖6係說明時間資訊之導出之圖。 圖7係模式性顯示變化例之時間測量裝置之一例之圖。
1:螢光壽命測量裝置
2:脈衝發生器(信號產生部)
3:光源
4:檢測器
5:電腦
6:顯示裝置
7:輸入裝置
10:時間測量裝置
11:測量用閘極(第1切換部)
12:TAC電路(第1時間振幅轉換器)
12a~12j:TAC電路
13:TAC控制部
13a~13f:TAC控制部
14:控制部
15:基準用閘極(第2切換部)
16:TAC電路(第2時間振幅轉換器)
16a:TAC電路
16b:TAC電路
S:試料(測量對象物)

Claims (11)

  1. 一種時間測量裝置，其具備： 計數器，其根據時脈信號而輸出計數信號； 複數個第1時間振幅轉換器，其等被輸入檢測器中檢測出之檢測信號及上述時脈信號，且輸出與上述檢測信號及上述時脈信號間之時間相應之測量信號； 控制部，其基於自上述計數器輸出之上述計數信號與自上述第1時間振幅轉換器輸出之上述測量信號，將與上述檢測信號相關之時間資訊導出並輸出；及 第1切換部，其考量上述第1時間振幅轉換器之死區時間，而切換被輸入上述檢測信號之上述第1時間振幅轉換器。
  2. 如請求項1之時間測量裝置，其中上述第1切換部基於考量上述死區時間而預先設定之切換資訊，切換上述第1時間振幅轉換器。
  3. 如請求項1或2之時間測量裝置，其中上述控制部藉由自與上述計數信號所示之計數值相應之時間減去上述測量信號所示之時間，而導出顯示直至被輸入上述檢測信號為止之時間的上述時間資訊。
  4. 如請求項1至3中任一項之時間測量裝置，其中上述第1切換部以對非處於上述死區時間內之上述第1時間振幅轉換器輸入上述檢測信號之方式，切換上述第1時間振幅轉換器。
  5. 如請求項1至4中任一項之時間測量裝置，其中上述複數個第1時間振幅轉換器設置有與上述死區時間相應之個數。
  6. 如請求項1至5中任一項之時間測量裝置，其中上述複數個第1時間振幅轉換器設置有與上述檢測器檢測之信號量相應之個數。
  7. 如請求項1至6中任一項之時間測量裝置，其進而具備： 第2時間振幅轉換器，其輸出與上述檢測器中檢測之上述檢測信號相關之現象之同步信號相應之信號；且 上述控制部進而考量與上述同步信號相應之信號，而導出上述時間資訊。
  8. 如請求項7之時間測量裝置，其具備： 複數個上述第2時間振幅轉換器；且進而具備： 第2切換部，其考量上述第2時間振幅轉換器之死區時間，而切換被輸入上述同步信號之上述第2時間振幅轉換器。
  9. 一種螢光壽命測量裝置，其係測量從測量對象物發出之螢光之壽命者，且具備： 請求項1至8中任一項之上述時間測量裝置； 光源，其將產生之光對上述測量對象物照射； 上述檢測器，其檢測從被照射來自上述光源之光的上述測量對象物發出之上述螢光，且輸出上述檢測信號；及 信號產生部，其控制上述光源之光之輸出，對上述光源及上述時間測量裝置輸出彼此同步之同步信號。
  10. 一種時間測量方法，其係由一面切換複數個時間振幅轉換器一面測量時間之時間測量裝置實施之時間測量方法，且包含以下步驟： 基於上述複數個時間振幅轉換器各者之死區時間，選擇要被輸入檢測器中檢測出之檢測信號的一個時間振幅轉換器； 對經選擇之上述一個時間振幅轉換器，輸入上述檢測信號及時脈信號，獲得與上述檢測信號及上述時脈信號間之時間相應之測量信號；及 基於與上述時脈信號相應之計數信號與上述測量信號，將與上述檢測信號相關之時間資訊導出並輸出。
  11. 如請求項10之時間測量方法，其中於上述選擇步驟中，選擇非處於上述死區時間內之上述時間振幅轉換器。
TW110122431A 2020-08-06 2021-06-18 時間測量裝置、螢光壽命測量裝置及時間測量方法 TW202223559A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-133839 2020-08-06
JP2020133839 2020-08-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202223559A true TW202223559A (zh) 2022-06-16

Family

ID=80117836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110122431A TW202223559A (zh) 2020-08-06 2021-06-18 時間測量裝置、螢光壽命測量裝置及時間測量方法

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TW202223559A (zh)
WO (1) WO2022030062A1 (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5576919A (en) * 1978-12-06 1980-06-10 Japan Spectroscopic Co Measuring method for rapid time division spectroscopic analysis
JPS5972049A (ja) * 1982-10-19 1984-04-23 Horiba Ltd 試料の発光寿命測定装置
JPS59108261U (ja) * 1983-01-08 1984-07-21 株式会社堀場製作所 試料の発光寿命測定装置
US6690463B2 (en) 2000-02-10 2004-02-10 Evotec Biosystems Ag Fluorescence intensity and lifetime distribution analysis

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022030062A1 (ja) 2022-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI660253B (zh) 時間測量裝置、時間測量方法、發光壽命測量裝置及發光壽命測量方法
KR101879492B1 (ko) 화염 검출 시스템
CN107272010B (zh) 距离传感器及其距离测量方法、3d图像传感器
Lubsandorzhiev et al. Studies of prepulses and late pulses in the 8 ″electron tubes series of photomultipliers
Sun et al. Fluorescence lifetime measurement from a designated single-bunch in the BEPC II colliding mode
TW202223559A (zh) 時間測量裝置、螢光壽命測量裝置及時間測量方法
JP6946599B1 (ja) 時間計測装置、蛍光寿命計測装置、及び時間計測方法
Aiello et al. Aging characterization on large area photo-multipliers
WO2022030063A1 (ja) 時間計測装置、蛍光寿命計測装置、及び時間計測方法
Zhao et al. Afterpulse measurement for 8-inch candidate PMTs for LHAASO
Mizutani et al. Time-between-photons method for measuring fluorescence lifetimes
US4724536A (en) Instrument to measure fluorescence which has occurred in a sample stimulated by X rays
JPS624659B2 (zh)
Raselli et al. Test and characterization of 20 pre-series hamamatsu R5916-MOD photomultiplier tubes for the ICARUS T600 detector
Zhang et al. Time structure measurement of the SSRF storage ring using TRXEOL method
JP2022031264A5 (zh)
Wang et al. Beam parameters measurement with a streak camera in HLS
Torino et al. Filling pattern measurements at ALBA using Time Correlated Single Photon Counting
Markovic et al. 15bit Time-to-Digital Converters with 0.9% DNL rms and 160ns FSR for single-photon imagers
JP2016017766A (ja) 光検出回路及び光量測定装置
Antoranz Canales et al. Testbench to characterize pixels of the Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov (MAGIC) telescope
JPH03142397A (ja) レーザ測距装置
JP2013072720A (ja) 分光光度計および分光光度計における信号積算方法
Thomas et al. Time domain measurements at Diamond
Morozov et al. Investigation of ion-feedback afterpulse spectra by the autocorrelation method