TWI227321B - Photon correlator - Google Patents

Description

1227321 五、發明說明（1) [技術領域] 本發明有關於光子相關計（Photon Correlator)，對流 體中之粒子’照射雷射光寺之相位一致之光，用來測定從 粒子散射成脈波狀之散射光（以下稱為r光子」）。 [背景技術] 光子相關計為著定量的和統計的處理光子之時間分布， 所以計數取樣閘開放時間（以下稱為「取樣時間」）内射入 到檢測器之光子數，和離開該等時間Γ之時刻之取樣時間 内射入到檢測器之光子數，用來算出本身相關函數。

圖5表示計數光子數之方法，橫軸表示時間七。取樣時間 以ts表示。在某一個時刻七之取樣時間内所檢測到之光子 f以N⑴表示，在時刻t+ τ之取樣時間内所檢測到之光子 = N(t+ 〇表示。本身相關函數G( 〇之求得可以利用 M ^ =N( ^ I )之積，以時間^進行積分而求得。上述之相 為數微秒至數十毫秒’涵蓋在非常寬廣之範 * 2 : :: ί t身相關演异時’在習知技術使用利用硬體之 九子相關计和利用軟體之光子相關計之任何一方。 機m光子相關計具備有用以計數上述之光子數之 棧構和该叶數到之光子數進行本身相關、奭管 機（以移位暫存器D m古、/相關肩异之累積乘异 算為其特徵。。Λ ) 了乂同速而且即時的實行相關演 子二::用軟體之光子相關計因為將取樣到之光 ’··、 。思盗，依照程式將寫入到該記憶器之計數資

C:\2D-C0DE\91-06\91106552.ptd 第4頁 1227321 五 發明說明（2) 料讀出，藉以進行演 取樣時間和演算處理 在利用上述之硬體 得相關時間τ之範圍 隔’和規格化之方法 定者，所以會有不能 能力等之軟性資料處 由於檢測試料中之灰 另外，在利用軟體 體之光子相關計慢， 子資料之情況時，因 光子測定之中斷，所 因此，本發明之目 性和軟體處理之軟性 [發明之揭示] 本發明之光子相關 開放時間成為不同； 對應’用來儲存與光 部’與對上述之記憶 0己憶裔之資料’利用 閘使各個閘開放之時 依照上述之構造時 成之機構，用來進行 後，與其並行的，因 鼻處理’所 方法。 之光子相關 ，在該範圍 之本身相關 進行提高特 理之問題。 塵而造成之 之光子相關 當欲獲得長 為資料處理 以會有資料 的是實現同 之光子相關 以可以軟性的設定和變更 計中，取 中使相關 演算之各 定範圍之 另夕卜，亦 散射光之 計中，處 相關時間 需要長時 之取得效 時具有硬 計0 樣時間ts 時間τ偏 種參數是 相關時間 不能除去 資料。 理時間比 ，取入大 間，造成 率變劣之 體之處理 ，欲獲 移之間 預先固 之分解 突發之 利用硬 量之光 其間之 問題。 之南速 計具備有：多個取樣閘，用來使閘之 多個記憶器，分別被設置成與取樣閘 子數相當之資料；和演算處理控制 器之儲存並行的，讀出被儲存在上述 軟體進行相關演算處理。上述之取樣 序不是隨機的，而是互相同步。 ’利用由取樣閘和記憶器之硬體所構 寅料之面速寫入和即時之讀出。然 為可以利用軟體進行相關演算處理， C:\2D-C0DE\91-06\91106552.ptd 第5頁 I22732l

、發明說明（3) 斤以可以高速處理多樣之 之粒子之姐 ”件下之粒子之大小，和流體中 于之擴散係數等之資料。 演算處理在：疋t，因為與測定並行的利用軟體進行相關 “ΐ ·；所:f於發現由於試料中之灰塵等所造成之資 ”吊，可以簡單的除去異常資料。 最好：::ί 5控制：ί著避免資料處理時間之增大， 料之記憔哭。τ Β Γ ，伙多個記憶器之中選定進行讀出資 關ίΐϊ:算ί理控制部最好具有外部記憶器用來進行相 用該外邱1 π 7 °。用來收納光子數資料。因為利 即使相M A Μ老 收円相田大數目之光子數資料，所以 算。t、十、肩了处理之相關時間τ變長，亦可以進行相關演 之来早=之相s大數目」是在取入光子之時間可以檢測 檢、、1彳9 y P目例如散射之光子為每秒1〇, 0 0 0，該等之光子 知測2秒知變成為2 〇，〇 〇 〇。 「二面*將：知、附圖用來更詳細的說明本發明之實施形態。 L男'%本發明之最佳形態] 圖1是包含光子相H8 >、Β, ^ ν 矣+壯要彳Η7? ^ 相關冲8之測定系統之全體構造圖。從雷 射衣置1 ,、?、射之連貫光被透倍9 4 . ^ τ貝尤不反远鏡2集中，射入到射入用光纖 4。在射入用光纖4之前她έ士人丄 ^ ^ ^ ^ 之月』而…合有光散射測定探針3。光散 母了 ’則疋抹針3插入至丨丨刺 勾充滿试枓液體h之槽5。 來自试料内之散射體籍V + ^ Μ - - ^χ〇 ^ ^ ^體積V之散射光射入到被設置在光散 射測定棟針3之散射夹測定田t 4, - ,,7太心丄九則疋用光纖6，進入光倍增器等之受 九兀件7，在文光元件7測宕。 』疋先子之時間系列資料。然後，

1227321 五、發明說明（4) 一 - 在光子相關計8計算該資料之本身相關係數。元件編號9 ，電腦，用來求得粒子大小等和流體中之粒子之擴散係數 寺。另外，主電腦9用來進行測定系統全體之控制。 另外，上述之射入用光纖4和散射光測定用光纖6，為 保持光之連貫性，所以最好使用單模光纖。 上述之光子相關計8具備有計數光子數之功能丨〇和進行 本身相關計算之功能2〇。計數光子數之功能1〇由閘電路， ，憶器等之硬體構成。進行本身相關計算之功能2〇之實現 疋利用内藏電腦（該電腦以下稱為"Dsp(Digital Signai

Pr〇cessor)”），實行被記錄在程式R〇M等之記錄媒體之程 式。 圖2是用以貫現計數光子數之功能丨〇之閘，記憶器等之 硬體之構造圖。從受光元件7輸出之光子資料（例如利用與 光子數對應之脈波狀之電壓表示），輸入到多個閘電路丨】& 〜lie。各個閘電路lla〜lle分別以不同之時間，取得同 步的使閘開放。在圖2中具備有使閘開放之時間為i ^sec 之閘電路113,2/^“之閘電路111)，4#5“之閘電路11^ ，8#sec之閘電路lld，和16^sec之閘電路Ue之5個之閘 電路。 各個閘電路11 a〜lie之輸出施加到用以記憶光子數之 SRAM等之向速之記憶器j 2a〜j 2e。記憶器l 2a對應到j " sec之閘電路lla，具有用以記憶光子數之資料之4個區 域。記憶器1 2a將光子數之資料順序的記憶在該等之4個區 域。在4個區域被填滿之前，後面所述之資料因為順序的

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1227321 五、發明說明（6) 時，使用時間間 變為更長日寺，估#SeC之時間系列資料。相關時間r 列資料。但是::取的，用時間間隔1“ sec之時間系 和散射光量用來t ^ ί數字只是—實例’實際上依照試料 另外，設置二 數資料之寫入一 A 士 靖出電路1 3 a在比光子 數分之1 )之時間，1 :間（非#知1之時間；例如1 # s e c之 1 2a之光子數之次刺^^的和父替的讀出被記憶在記憶器 資料之寫入慢一貝—5貝出電路1 3b〜1 3e亦同樣的，在比 替的讀出。 門（例如1 # s e c之數分之1 )，分別交 利用上述之石更辦土 方式，輸出每} 以、’，從讀出電路13a，以大致即時之 以大致即時之方』“=光f數之資料。從讀出電路1 3b， 出電路13c，以夫^ p '出每2 # Sec之光子數之資料，從讀 之資料，從讀出電路ϋ之方式，輸出每4 #sec之光子數 sec之光子數之資料，…綠二大致即時之方式，輸出每8 // 式，輸出每16 "s:c之：；電路13e，以大致即時之方 20。各個讀出電路…叫= = 算之功能 關計算部21a〜2le^ ^先子數之貧料分別施加到相 子數之資料記憶在外用相關計算部21a〜21e將光 憶器構成）22a〜22e 以dram ’ sram等之高速記 22e之資料用來進行相己憶在：外部記憶器…〜 23,在該處進行規仃格相以^

1227321 — 五、發明說明（7) 圖4是流程圖，用來說明相關計算部2 1 a ~ 2 1 e所進行之 相關计异之步驟。依照流程圖進行說明時，首先，DSP指 定進打讀出之外部記憶器22a〜22e，用來指定資料之種類 (經由多少/z sec之閘所收集到之資料），藉以判斷計算方 法（例如相關時間τ為多少，積分範圍（資料數）為那個等） (步驟S1)。該指定和判斷由DSp依照來自主電腦9之指令進 行。 然f ’判斷外部記憶器22a〜22e是否為町讀出狀態（亦 =’疋f儲存有必要數目之資料）（步驟S2)，假如成為可 項出狀，％ ’就讀出資料，進行相關計算（步驟S3 )。 下面說明該相關計算方法。以下因為進行離散運算，所 以將記號’附力0字變更成為現在使用者。資料數以M表 示’取樣時刻以]•(卜1，2，· .·，Μ)表示，相關時間以k表 不。取樣時刻j之光子數以心表示。 本身相關函數G以

Gk = (1/M) h.W j 為1 至M) .......(1) 計算。 u。，關5十异完成時，使計數器增加1 (步驟S4 )，判定計數 為是否成為規定值（步驟S5)。該規定值相當於使時間偏移 之相關計异之次數。 達】規疋值時’使本身相關函數規格化（步驟S 6)。 規t化後之本身相關函數以A表示。a以下列之形式表 示。

Sk Gk/S。 (standard normalization) ....(2)

\\312\2d-code\91-06\91106552.ptd 第10頁 1227321 五、發明說明（8) 或變成為 gk 二 Gk/S0Sk (symmetric normalization) ....(3) 。在此處之Sk= Ση〆j為卜k至M-k)是平均光量。 依照上述之方式，所求得之本身相關函數之資料，發送 到主電腦9，在該處依照習知之程式，計算粒子之粒徑分 布， 擴散係數 等 〇 以 .上所說明 者 是 本 發 明 之 實 施 形 態 ，但是本 發 明 之 實施 並不 :只限於上 述 之 形 態 〇 例如 ， 在 圖 2之實施形態中 ’ I己 憶器1 2 a由4個 之 記 憶 器 構 成 5 記 憶 器 12b 〜12e 分 別 由 2個 之記憶器構成 但 是 記 憶 器 之 個 數 並 不只限於 上 述 之 數 字。 另夕卜， 1在 本 發 明 之 範 圍 内 亦 可 以 實施各種 之 變 更 〇 [元. 件編號 之說明] 8 光 子 相 關 計 9 主 電 腦 10 計 數 光 子 數 之 功 能 11a 〜1 1 e 閘 電 路 12a 〜1 2 e 記 憶 器 13a 〜1 3 e 讀 出 電 路 20 進 行 本 身 相 關 計 算 之 功 能 21a 〜2 1 e 相 關 計 算 部 22a 〜2 2 e 外 部 記 憶 器 23 規 格 化 部

\\312\2d-code\91-06\91106552.ptd 第11頁 1227321 圖式簡單說明 圖1是包含本發明之光子相關計8之測定系統之全體構造 圖。 圖2是用以實現計數光子數之功能1 0之閘，記憶器等之 硬體之構造圖。 圖3是方塊圖，用來說明DSP進行本身相關計算之功能 20 ° 圖4是流程圖，用來說明相關計算部2 1 a〜2 1 e之相關計 算之步驟。 圖5用來說明計數光子之方法。

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Claims (1)

1227321 你1么 2 Ά^1106552 企 η _ 替换! 六、申請專利範圍 1 ·—種光子相闕計，其特徵是具 :個取樣閘，相對於光子之ς : 設，用來使 閘之開放時間成為不同； “而+旅歹1 與之設置成與多個取樣蘭對應，用來儲存 憶二内的資料，利用軟體；；相;:、=在該被選定之記 料外部記憶器，用來收納與上述,；：處理；以及 料，且 隐盗不同之光子數資 並行進行從上述印卜w > 憶器之動作4中°隱益項出:貝料、及將資料寫入上述記 上述演算處理控制部 進行相關演算處理者。”用上述外部記憶器而依軟體 C:\ 總檔\91\91106552\91106552(替換）·1. Ptc 第13頁