TWI660253B - 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 - Google Patents

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Abstract

本發明之時間測量裝置係將輸入第1觸發信號後至輸入第2觸發信號前之時間作為測量時間而算出者，且具備：啟動閘門，其產生啟動信號；終止閘門，其產生終止信號；TDC電路，其產生相當於輸入啟動信號後至輸入終止信號前之時間之數位碼；延遲電路，其使啟動信號及終止信號之至少一者向TDC電路之輸入以特定之延遲時間延遲；及控制部，其基於藉由TDC電路而產生之複數個數位碼，算出測量時間；且延遲電路選擇至少2個延遲時間。

Description

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
本發明之一態樣係關於一種時間測量裝置、時間測量方法、發光壽命測量裝置及發光壽命測量方法。
於測量對試樣照射激發光時之發光壽命之發光壽命測量裝置等中，使用輸出有關啟動脈衝信號及終止脈衝信號之時間差之資訊之時間測量裝置。作為此種時間測量裝置，已知有利用藉由將上述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)方式之時間測量裝置(例如參照非專利文獻1)。TDC方式與將時間差作為類比信號而輸出之TAC(Time-Analog-Converter，時間類比轉換器)方式相比較，於測量範圍長且低成本之方面有利。
先前技術文獻 非專利文獻
非專利文獻1：「Advanced Time-Correlated Single Photon Counting Techniques」 W.Becker (2005)
於利用TDC方式之時間測量裝置中，輸出與輸出啟動脈衝信號後至輸出終止脈衝信號前之實際時間對應之量化間隔之數位信號。然而，難以將量化間隔設為固定間隔，且難以使實際時間與量化間隔完 全對應。由於量化間隔不均(微分非線性之影響變大)，故有如下之虞：存在輸出原本與實際時間不對應之數位信號輸出之情形，於該情形時，無法充分保證時間測量之精度。
本發明之一態樣係為解決上述問題而完成者，其目的在於提供一種可高精度進行時間測量之時間測量裝置、時間測量方法、發光壽命測量裝置及發光壽命測量方法。
本發明之一態樣之時間測量裝置係將輸入第1觸發信號後至輸入第2觸發信號前之時間作為測量時間而算出者；且具備：第1信號產生部，其根據第1觸發信號產生第1信號；第2信號產生部，其根據第2觸發信號產生第2信號；數位轉換部，其接收第1信號及第2信號之輸入，產生相當於輸入第1信號後至輸入第2信號前之時間之數位信號；時間延遲部，其使第1信號及第2信號之至少一者向數位轉換部之輸入以自預先設定之複數個延遲時間選擇之延遲時間延遲；及時間算出部，其基於複數個數位信號算出測量時間；且時間延遲部選擇至少2個延遲時間。
於該時間測量裝置中，使第1信號及第2信號之至少一個信號延遲，基於由第1信號及第2信號之輸入時間差產生之複數個數位信號，算出輸入第1觸發信號後至輸入第2觸發信號前之時間即測量時間。並且，將賦予第1信號及第2信號之至少一個信號之延遲時間設為至少2個不同之延遲時間。通常而言，由於難以將有關數位轉換之量化間隔設為固定間隔，且量化間隔存在不均，故難以使實際時間與量化間隔完全對應，因此時間測量之精度容易降低。關於該方面，於本發明之一態樣中，由於根據對應於複數個延遲時間之複數個數位信號算出測量時間，故即使於量化間隔存在不均之情形時，亦可藉由複數個延遲時間使量化間隔之不均平滑，而可根據複數個數位信號全部高精度地 算出時間。根據以上內容，藉由本發明之一態樣，可高精度地進行時間測量。
又，亦可為，時間延遲部一面經時切換自複數個延遲時間選擇之延遲時間，一面使第1信號及第2信號之至少一者向數位轉換部之輸入延遲。藉此，可將時間不同之複數個延遲時間依次賦予第1信號及第2信號之至少一者，可有效率地產生對應於複數個延遲時間之複數個數位信號。即，可有效率地進行高精度之時間測量。
又，亦可為，時間算出部係藉由自數位信號所顯示之時間減去賦予該數位信號之延遲時間，而算出測量時間。藉此，可一面藉由對應於延遲時間之複數個數位信號使量化間隔之不均平滑，一面適當地算出減去延遲時間後之實際時間。
又，亦可為，數位轉換部相對於一個第1信號之輸入而接收複數個第2信號之輸入，針對各第2信號之輸入產生數位信號。藉此，亦可應對針對1個觸發信號輸入複數個第2觸發信號之情形。
又，亦可為，數位轉換部接收複數個第1信號及第2信號之對即信號對之輸入，針對各信號對產生數位信號。
本發明之一態樣之時間測量方法係將輸入第1觸發信號後至輸入第2觸發信號前之時間作為測量時間算出者，且具備如下步驟：根據第1觸發信號產生第1信號；根據第2觸發信號產生第2信號；藉由數位轉換部，接收第1信號及第2信號之輸入，產生相當於輸入第1信號後至輸入第2信號前之時間之數位信號；使第1信號及第2信號之至少一者向數位轉換部之輸入以自預先設定之複數個延遲時間選擇之延遲時間延遲；及基於複數個數位信號算出測量時間；且於延遲步驟中，選擇至少2個延遲時間。
本發明之一態樣之發光壽命測量裝置係測量關於自試樣發出之發光之壽命之資訊者；且具備：光源，其輸出照射於試樣之光；觸發 信號產生部，其輸出對應於光之輸出之第1觸發信號；光檢測器，其檢測來自試樣之發光，且將該檢測信號作為第2觸發信號而輸出；時間測量裝置，其將輸入第1觸發信號及第2觸發信號之一個觸發信號後至輸入另一個觸發信號前之時間作為測量時間而算出；及運算部，其基於測量時間，算出關於發光之壽命之資訊；且時間測量裝置具有：第1信號產生部，其輸入一個觸發信號，根據該一個觸發信號產生第1信號；第2信號產生部，輸入另一個觸發信號，根據該另一個觸發信號產生第2信號；數位轉換部，其接收第1信號及第2信號之輸入，產生相當於輸入第1信號後至輸入第2信號前之時間之數位信號；時間延遲部，其使第1信號及第2信號之至少一者向上述數位轉換部之輸入以自預先設定之複數個延遲時間選擇之延遲時間延遲；及時間算出部，其基於複數個數位信號，算出測量時間；且時間延遲部選擇至少2個延遲時間。
於該發光壽命測量裝置中，使對應於光源之光之照射之第1觸發信號所對應之第1信號及來自試樣之發光之檢測信號即第2觸發信號所對應之第2信號之至少一個信號，或對應於光源之光之照射之第1觸發信號所對應之第2信號及來自試樣之發光之檢測信號即第2觸發信號所對應之第1信號之至少一個信號延遲，基於由第1信號及第2信號之時間差產生之複數個數位信號，算出輸入第1觸發信號及第2觸發信號之一個觸發信號後至輸入另一個觸發信號前之時間即測量時間。將賦予第1信號及第2信號之至少一者之延遲時間設為至少2個不同之延遲時間。繼而基於測量時間，算出關於發光之壽命之資訊。由於根據對應於複數個延遲時間之複數個數位信號算出測量時間，故即使於量化間隔存在不均之情形時，亦可藉由複數個延遲時間使量化間隔之不均平平滑，而根據複數個數位信號全部高精度地算出時間。藉此，可高精度地算出有關自試樣發出之發光之壽命之資訊。
又，觸發信號產生部可為控制光源之光之輸出，將該控制信號作為第1觸發信號而輸出之脈衝發生器，亦可為檢測來自光源之光，且將該檢測信號作為第1觸發信號而輸出之第2光檢測器。關於發光壽命測量裝置，提出有各種形態之裝置，但本發明之一態樣可應對任一形態。
又，亦可為，第1觸發信號被輸入至第2信號產生部，第2觸發信號被輸入至第1信號產生部。例如，於測量螢光壽命之情形時，存在即使照射激發光亦不產生螢光之情形。於該情形時，若伴隨激發光之輸出而輸出第1信號，則存在無法進行時間測量之虞。因此，藉由將第1信號設為伴隨螢光之檢測之信號，可防止無法進行時間測量的情況。
本發明之一態樣之發光壽命測量方法係測量關於自試樣發出之發光之壽命之資訊者，且具備如下步驟：輸出照射於試樣之光；輸出對應於光之輸出之第1觸發信號；檢測來自試樣之發光，將該檢測信號作為第2觸發信號而輸出；將輸入第1觸發信號及第2觸發信號之一個觸發信號後至輸入另一個觸發信號前之時間作為測量時間而算出；及基於測量時間，算出關於發光之壽命之資訊；且於作為測量時間而算出之步驟中，包含如下步驟：根據一個觸發信號產生第1信號；根據另一個觸發信號產生第2信號；藉由數位轉換部，接收第1信號及第2信號之輸入，產生相當於輸入第1信號後至輸入第2信號前之時間之數位信號；使第1信號及第2信號之至少一者向數位轉換部之輸入以自預先設定之複數個延遲時間選擇之延遲時間延遲；及基於複數個數位信號而算出測量時間；且於延遲步驟中，選擇至少2個延遲時間。
根據本發明之一態樣，可高精度地進行時間測量。
1‧‧‧時間測量裝置
11‧‧‧啟動閘門
12‧‧‧終止閘門
13‧‧‧延遲電路
14‧‧‧TDC電路
15‧‧‧控制部
50‧‧‧發光壽命測量裝置
51‧‧‧脈衝發生器
52‧‧‧光源
53‧‧‧光檢測器
54‧‧‧電腦
55‧‧‧顯示裝置
56‧‧‧輸入裝置
60‧‧‧時間測量裝置
63a‧‧‧配線
63b‧‧‧配線
64‧‧‧TDC電路
80‧‧‧時間測量裝置
81‧‧‧選擇部
82‧‧‧選擇部
90‧‧‧發光壽命測量裝置
93‧‧‧光檢測器
S‧‧‧試樣
S1~S8‧‧‧步驟
S11~S22‧‧‧步驟
圖1係表示本發明之第1實施形態之時間測量裝置之圖。
圖2係表示理想之量化間隔之測量結果之例之圖。
圖3係表示無延遲時間之情形時之測量結果之例之圖。
圖4係表示將延遲時間設為1nsec之情形時之測量結果之例之圖。
圖5係表示將延遲時間設為2nsec之情形時之測量結果之例之圖。
圖6係表示合計各測量結果之圖。
圖7係表示微分非線性之週期性之曲線圖。
圖8係表示圖1所示之時間測量裝置之時間測量處理之流程圖。
圖9係表示本發明之第2實施形態之發光壽命測量裝置之圖。
圖10係表示圖9所示之發光壽命測量裝置之發光壽命測量處理之流程圖。
圖11係表示變化例之時間測量裝置之圖。
圖12係表示變化例之時間測量裝置之圖。
圖13係表示變化例之發光壽命測量裝置之圖。
以下，一面參照圖式，一面對本發明之一態樣之時間測量裝置、時間測量方法、發光壽命測量裝置及發光壽命測量方法之一態樣之實施形態進行詳細說明。
[第1實施形態]
圖1係表示本發明之第1實施形態之時間測量裝置之圖。時間測量裝置1係將輸入第1觸發信號後至輸入第2觸發信號前之時間作為測量時間而算出之時間測量裝置。時間測量裝置1係根據以不同時序輸入之2個信號(第1觸發信號及第2觸發信號)算出該2個信號之輸入時序之差，且可適用於各種裝置及系統，例如，可適用於測量自試樣所發 出之發光之壽命之發光壽命測量裝置等。關於適用於發光壽命測量裝置之例之詳情，記載於第2實施形態中。
時間測量裝置1具備啟動閘門11(第1信號產生部)、終止閘門12(第2信號產生部)、延遲電路13(時間延遲部)、TDC(Time-Digital-Convertor)電路14(數位轉換部)、及控制部15(時間算出部)。
啟動閘門11係自外部接收第1觸發信號，根據該第1觸發信號產生啟動信號(第1信號)且將其輸出至TDC電路14之第1信號產生器(first signal generator)。啟動信號係例如脈衝信號。終止閘門12係自外部接收第2觸發信號之輸入，根據該第2觸發信號產生終止信號(第2信號)並將其輸出至延遲電路13之第2信號產生器(second signal generator)。終止信號係例如脈衝信號。第1觸發信號及第2觸發信號成對地被連續輸入至時間測量裝置1。由此，以該等信號為契機而輸出之啟動信號及終止信號亦成對地被連續輸出。再者，啟動閘門11接收第1觸發信號後至輸出啟動信號前所需之時間、與終止閘門12接收第2觸發信號後至輸出終止信號前所需之時間可設為大致相同，亦可設置為具有已知之時間之時間差。
延遲電路13係自終止閘門12接收終止信號之輸入，且使該終止信號向TDC電路14之輸入延遲自預先設定之複數個延遲時間選擇之一個延遲時間。該一個延遲時間係針對每個啟動信號及終止信號之對即信號對而設置。延遲電路13係將賦予複數個信號對中至少2個信號對之上述一個延遲時間設為互不相同之延遲時間。更詳細而言，延遲電路13一面經時切換複數個延遲時間(延遲量)，一面使終止信號延遲。再者，於複數個延遲時間中亦可包含延遲時間：0nsec(無延遲時間)。如此之複數個延遲時間係由控制部15預先設定，延遲時間之經時切換亦藉由控制部15進行控制。再者，延遲時間係以例如成為相當於量化間隔(詳情將於下文述)之單位之n倍(n為正整數)之時間之方式 設定。例如，延遲電路13於藉由控制部15將延遲時間設為1nsec之情形時，在接收終止信號之輸入並使其延遲1nsec後，輸出該終止信號。又，延遲電路13於藉由控制部15將延遲時間設為2nsec之情形時，根據該控制部15之控制將延遲時間切換為2nsec，在接收終止信號之輸入並使其延遲2nsec後，輸出該終止信號。再者，於本實施形態中，設為延遲電路13使終止信號延遲進行說明，但延遲電路13只要使啟動信號及終止信號之至少一信號延遲即可，既可接收來自啟動閘門11之啟動信號並使啟動信號延遲特定之延遲時間，亦可使啟動信號及終止信號之兩者延遲。
TDC電路14係接收複數個啟動信號及終止信號之對即信號對之輸入，並針對各信號對，基於預先設定之特定之量化間隔，輸出相當於輸入啟動信號後至輸入終止信號前之時間之數位碼(數位信號)之數位轉換器。TDC電路14參考藉由延遲電路13延遲後之終止信號之延遲時間，產生、輸出複數個基於特定之量化間隔之數位碼。作為TDC電路14，有CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)型TDC電路或組合TAC(Time-Analog-Converter)及ADC(Analog-Digital-Converter，類比/數位轉換器)而成之電路等。時間測量裝置1僅包含1個TDC電路14。以下，一面亦參照圖2~圖6，一面對TDC電路14之數位碼之輸出進行說明。圖2係表示理想之量化間隔之測量結果之例之圖。圖3係表示無延遲時間之情形時之測量結果之例之圖。圖4係表示將延遲時間設為1nsec之情形時之測量結果之例之圖。圖5係表示將延遲時間設為2nsec之情形時之測量結果之例之圖。圖6係表示合計各測量結果之圖。
於圖2~圖6所示之例中，將TDC電路14之量化間隔設定為1nsec，相對於0~1nsec設定數位碼000，相對於1~2nsec設定數位碼001。又，相對於2~3nsec設定數位碼010，相對於3~4nsec設定數 位碼011。又，相對於4~5nsec設定數位碼100，相對於5~6nsec設定數位碼101。又，相對於6~7nsec設定數位碼110，相對於7~8nsec設定數位碼111。若連續輸入相對於第1觸發信號非同步之第2觸發信號，則如圖2所示，於量化間隔為固定(理想之量化間隔)之情形時，自TDC電路14輸出之數位碼之計數數量各時間成為相同程度。然而，因各種因素(例如TDC電路14為CMOS型之情形時之因素為內部延遲電路之精度、TDC電路14為TAC及ADC之組合型時之因素為類比電路之精度等)，TDC電路14之量化間隔產生不均性(圖3)。例如於圖3中，與數位碼001之量化間隔相比，數位碼011之量化間隔較大。於如此之情形時，於量化間隔均一之情形時相同之各時間之數位碼之計數數量如圖3所示般因量化間隔變得不均而出現偏差。即，量化間隔相對較大之數位碼011之計數數量少於量化間隔相對較小之數位碼001之計數數量。由此可明確，由於TDC電路14之量化間隔產生不均一性(微分非線性)，故有所要輸出之數位碼之精度下降之虞。
關於該方面，藉由於TDC電路14中產生對應於延遲時間不同之複數個終止信號之數位碼，而最終保證自控制部15輸出之時間測量結果之精度。即，TDC電路14係例如圖4所示，基於延遲1nsec後之終止信號，輸出相當於輸入啟動信號後至輸入終止信號前之時間之數位碼，進而，如圖5所示，基於延遲2nsec後之終止信號，輸出相當於輸入啟動信號後至輸入終止信號前之時間之數位碼。繼而，藉由控制部15將各延遲時間(延遲時間：0nsec、1nsec、2nsec)中之同一時間之數位碼(圖3~圖5)之計數數量合計，由此可輸出量化間隔之不均被平滑化後之測量信號。再者，所謂同一時間之數位碼，係例如若實際時間為0~1nsec，則延遲時間為0nsec之數位碼「000」(圖3)，延遲時間為1nsec之數位碼「001」(圖4)，及延遲時間為2nsec之數位碼「010」。即，由於對應之數位碼偏移相當於各延遲時間之量，故於偏移延遲時 間之後將各數位碼之計數數量合計。
如圖6所示，可確認考慮延遲時間而合計出之各時間之數位碼之計數數量為大致固定，微分非線性得以改善。再者，關於因賦予延遲時間而無法測量之時間，具體而言，延遲時間為1nsec、2nsec之情形時無法測量之實際時間7~8nsec、及延遲時間為2nsec之情形時無法測量之實際時間6~7nsec，因延遲時間之影響而無法成為正確之計數數量。
上述之複數個延遲時間係根據藉由TDC電路14之數位碼之產生之微分非線性之週期性而決定。即，關於將被延遲後之各終止信號之間隔及數量設為何種程度，係根據數位碼之計數數量之不均之週期性(微分非線性之週期性)而決定。圖7係表示微分非線性之週期性之曲線圖。於圖7所示之例中，TDC電路14之量化間隔設定為1psec，只要各量化間隔為固定(理想之量化間隔)，則以數位碼之計數數量於各量化間隔成為固定之方式，連續輸入相對於第1觸發信號非同步之第2觸發信號。如圖7所示，實際上因量化間隔之不均一性，而使數位碼之計數數量產生不均，不均之間隔(週期)達到900psec，不均之寬度達到200psec。於該情形時，由於只要使200psec之不均於900psec之週期內均等地擴散即可，故只要例如每100psec切換10次延遲即可。即，只要藉由控制部15，於延遲電路13設定10個100psec間隔之終止信號即可。又，由於不均存在週期性，故能以輸出延遲1週期以上之終止信號之方式設定，亦能於延遲電路13設定10個1000psec間隔之終止信號。
返回至圖1，控制部15基於延遲時間不同之複數個數位碼算出測量時間，且輸出測量結果(測量信號)。控制部15之功能可藉由例如FPGA(Field Programmable Gate Array，場可程式化閘陣列)等之處理器實現。控制部15係如上所述，於偏移延遲時間之後，合計各數位碼 之計數數量。即，控制部15自輸入之數位碼顯示之時間減去賦予該數位碼之延遲時間。繼而，將該輸入之數位碼轉換成上述減法運算後之數位碼。如此，控制部15於進行對應於延遲時間之轉換後，合計各數位碼之計數數量。又，控制部15控制延遲電路13之延遲時間之變更。
繼而，參照圖8對時間測量裝置1之處理流程進行說明。圖8係表示圖1所示之時間測量裝置之時間測量處理之流程圖。
最初，藉由控制部15，於延遲電路13設定使終止信號延遲之複數個延遲時間(步驟S1)。要被延遲之各終止信號之間隔及數量係根據數位碼之計數數量之不均之週期性(微分非線性之週期性)而決定。再者，作為最初之延遲時間，以不使終止信號延遲之方式設定延遲時間：0nsec。但是，亦可未必設定延遲時間：0nsec。
繼而，藉由啟動閘門11將對應於第1觸發信號之啟動信號輸入至TDC電路14(步驟S2)。其後，藉由終止閘門12將對應於第2觸發信號之終止信號輸入至延遲電路13，並使其延遲由延遲電路13設定之延遲時間後，將終止信號輸入至TDC電路14(步驟S3)。繼而，藉由TDC電路14，輸出相當於輸入啟動信號後至輸入終止信號前之時間之數位碼(步驟S4)。
相同延遲時間中之S2~S4之處理之重複次數已預先設定，藉由控制部15判定是否達到該重複次數(是否結束一連串之測量)(步驟S5)。於S5中判定為未達到重複次數之情形時，再次重複S2~S4之處理。另一方面，於S5中判定為達到重複次數之情形時，藉由控制部15判定是否變更延遲時間(步驟S6)。
於S6中判定為變更延遲時間之情形時，藉由控制部15於延遲電路13指示延遲時間之變更(步驟S7)。另一方面，於關於預先設定之延遲時間全部結束處理，且於S6中判定為未變更延遲時間之情形時，藉由控制部15，基於延遲時間不同之複數個數位碼算出測量結果(測量 信號)且將其輸出(步驟S8)。
繼而，對本實施形態之時間測量裝置1之作用、效果進行說明。
於該時間測量裝置1中，使包含啟動信號及終止信號之信號對之終止信號延遲特定之延遲時間，基於由複數個信號對中之啟動信號及終止信號之時間差產生之複數個數位碼，算出輸入第1觸發信號後至輸入第2觸發信號前之時間即測量時間。並且，將賦予各信號對中至少2個信號對之延遲時間設為互不相同之延遲時間。通常而言，由於難以將有關數位轉換之量化間隔設為固定間隔，量化間隔存在不均，故難以使實際時間與量化間隔完全對應，由此時間測量之精度容易降低。關於該方面，於時間測量裝置1中，由於根據對應於複數個延遲時間k之複數個數位碼算出測量時間，故即使於量化間隔存在不均之情形時，亦可藉由複數個延遲時間使量化間隔之不均平滑化，且可由複數個數位碼全部高精度地算出時間。
又，由於延遲電路13一面經時切換自複數個延遲時間選擇之一個延遲時間，一面使終止信號對TDC電路14之輸入延遲，故可將時間不同之複數個延遲時間依次賦予終止信號，可有效率地產生對應於複數個延遲時間之複數個數位碼。即，可有效率地進行高精度之時間測量。
又，控制部15係自輸入之數位碼所示之時間減去賦予該數位碼之延遲時間。繼而，控制部15將該輸入之數位碼轉換為上述減法運算後之數位碼。如此，控制部15於進行對應於延遲時間之轉換後，合計各數位碼之計數數量。藉此，可一面藉由對應於延遲時間之複數個數位碼使量化間隔之不均平滑化，一面適當算出減去延遲時間後之實際時間。
又，複數個延遲時間係根據藉由TDC電路14之數位信號之產生中之微分非線性之週期性而決定。微分非線性存在一定週期性，藉由考 慮微分非線性之週期，以量化間隔之不均遍及該週期之整體而擴散之方式決定複數個延遲時間，可有效地使量化間隔之不均平滑化。
[第2實施形態]
繼而，參照圖9，對第2實施形態之發光壽命測量裝置進行說明。圖9係表示本發明之第2實施形態之發光壽命測量裝置之圖。發光壽命測量裝置50係應用有第1實施形態之時間測量裝置1之應用例，且係測量自試樣S發出之發光之壽命之裝置。
有機材料或螢光探測器之螢光光譜係峰值波長或螢光強度等於控制、評價試樣之功能或特性之方面較為重要之參數。然而，於為了取得螢光光譜在時間上積分所得之資訊，而於試樣中含有複數個物質或反應系統之情形時，僅能得到其等積分所得之資訊。於如此之情形時，作為評價試樣之功能或特性之手段，於亞毫微秒~毫秒之時間區域測定試樣因脈衝光而光激發後至返回基態之時間的發光壽命測量為有效。於發光壽命測量裝置中，基於根據來自脈衝發生器之脈衝信號而輸出之啟動信號、及有關根據該脈衝信號而接收自光源輸出之激發光後之試樣所輸出之發光(螢光或磷光等)之終止信號，而算出發光之檢測時序。繼而，藉由複數次檢測發光，可獲得檢測時序之頻率分佈，基於該頻率分佈而推斷試樣之發光壽命。
如圖9所示，發光壽命測量裝置50具備時間測量裝置1、脈衝發生器51(觸發信號發生部)、光源52、光檢測器53、電腦54(運算部)、顯示裝置55、輸入裝置56。時間測量裝置1係與第1實施形態相同之構成，即，構成為包含啟動閘門11、終止閘門12、延遲電路13(時間延遲部)、TDC電路14(數位轉換部)、及控制部15(時間算出部)。
脈衝發生器51係基於來自電腦54之指示，將同一時序之脈衝信號(第1觸發信號)分別輸出至光源52及啟動閘門11之觸發器信號產生器(Trigger signal generator)。脈衝發生器51控制光源52之光之輸出， 且將該控制信號作為脈衝信號(第1觸發信號)輸出。啟動閘門11係基於該脈衝信號將啟動信號輸出至TDC電路14。由於對光源52及啟動閘門11輸入同一時序之脈衝信號，故自啟動閘門11輸出之啟動信號係對應於來自光源52之光(激發光)之照射之信號。
光源52係基於自脈衝發生器51輸出之上述脈衝信號，輸出照射至試樣S之激發光。作為光源52，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。激發光之強度例如設定為若對試樣S照射激發光則為發射1光子之程度。自被照射有激發光之試樣S輸出對應於激發光之發光(螢光或磷光等)。
光檢測器53係檢測發光，且對終止閘門12輸出檢測信號(第2觸發信號)。作為光檢測器53，可使用光電子倍增管或雪崩光二極體、PIN光電二極體等。終止閘門12係基於來自光檢測器53之檢測信號，將終止信號輸出至延遲電路13。延遲電路13、TDC電路14、及控制部15之功能係如於第1實施形態中所說明般。即，延遲電路13係使終止信號延遲特定之延遲時間並將其輸出至TDC電路14。又，TDC電路14係輸出相當於輸入啟動信號後至輸入終止信號前之時間之數位碼。繼而，控制部15基於延遲時間不同之複數個數位碼算出時間。控制部15將算出之時間即測量結果輸出至電腦54。
電腦54基於自時間測量裝置1(更詳細而言為控制部15)輸出之測量結果，算出(解析)關於發光壽命之資訊。具體而言，電腦54中所包含之處理器執行如下功能：自測量結果中所包含之終止信號之數位碼(發光之檢測時序)導出發光之檢測時序之頻率分佈，根據該頻率分佈求得試樣S之發光壽命值或成分比、於時間軸上之強度分佈等有關發光壽命之資訊之功能。再者，亦可由電腦54承擔時間測量裝置1之控制部15之功能。於該情形時，電腦54自時間測量裝置1之TDC電路14 接收數位碼。繼而，電腦54中所包含之處理器執行基於延遲時間不同之複數個數位碼而算出時間之控制部15之功能。
顯示裝置55係電性連接於電腦54之顯示器，顯示上述試樣S之發光壽命解析結果。輸入裝置56係鍵盤或滑鼠等，可進行發光壽命之解析條件或測量條件之輸入、設定。
繼而，參照圖10對發光壽命測量裝置50之處理流程進行說明。圖10係表示圖9所示之發光壽命測量裝置之發光壽命測量處理之流程圖。
最初，藉由控制部15，於延遲電路13設定使終止信號延遲之複數個延遲時間(步驟S11)。繼而，藉由脈衝發生器51，將脈衝信號輸出至光源52及啟動閘門11(步驟S12)，基於該脈衝信號，將啟動信號自啟動閘門11輸出至TDC電路14(步驟S13)，自光源52輸出照射至試樣S之激發光(步驟S14)。
繼而，由光檢測器53檢測自試樣S產生之發光(螢光或磷光等)(步驟S15)，自光檢測器53輸出檢測信號。繼而，基於該檢測信號，自終止閘門12輸出終止信號，該終止信號被輸入至延遲電路13，使終止信號延遲由延遲電路設定之延遲時間後，將該終止信號輸入至TDC電路14(步驟S16)。繼而，藉由TDC電路14，輸出相當於輸入啟動信號後至輸入終止信號前之時間之數位碼(步驟S17)。
相同延遲時間中之S12~S17之處理之重複次數已預先設定，藉由控制部15判定是否達到該重複次數(是否結束一連串之測量)(步驟S18)。於S18中判定為未達到重複次數之情形時，再次重複S12~S17之處理。另一方面，於S18中判定為達到重複次數之情形時，藉由控制部15判定是否變更延遲時間(步驟S19)。
於S19中判定為變更延遲時間之情形時，藉由控制部15於延遲電路13指示延遲時間之變更(步驟S20)。另一方面，於關於預先設定之 延遲時間全部完成處理，且於S19中判定為未變更延遲時間之情形時，藉由控制部15，基於與得到之複數個數位碼對應之延遲時間而算出測量結果且輸出(步驟S21)。繼而，藉由電腦54，基於測量結果，算出(解析)關於試樣之發光壽命之資訊(步驟S22)。
於如此之發光壽命測量裝置50中，使包含與成為光源52照射光之契機之第1觸發信號對應之啟動信號、及與來自試樣S之發光之檢測信號即第2觸發信號對應之終止信號之信號對中之終止信號延遲特定之延遲時間，基於由複數個信號對中之啟動信號、及終止信號之時間差產生之複數個數位碼，算出輸入第1觸發信號後至輸入第2觸發信號前之時間即測量時間。又，將賦予各信號對中至少2個信號對之延遲時間設為互不相同之延遲時間。繼而，基於測量時間算出關於發光壽命之資訊。由於自複數個延遲時間所對應之複數個數位信號算出測量時間，故即使於量化間隔存在不均之情形時，亦可藉由複數個延遲時間使量化間隔之不均平滑化，而由複數個數位碼全部高精度地算出時間。藉此，可高精度地算出關於自試樣S發出之發光之壽命之資訊。
以上，對本發明之一態樣之實施形態進行了說明，但本發明並不限定於上述實施形態。例如，對時間測量裝置1僅包含1個TDC電路14而構成之情形進行了說明，但並非限定於此。即，數位轉換部亦可藉由複數個TDC電路(數位轉換器)而構成。以下，參照圖11及圖12，對數位轉換部藉由複數個TDC電路而構成之例進行說明。圖11及12係表示變化例之時間測量裝置之圖。
於圖11所示之時間測量裝置60中，設置有複數個接收來自啟動閘門11之啟動信號、及來自終止閘門12之終止信號之輸入之TDC電路64。並且，以配線63a將啟動閘門11及各TDC電路64電性連接，根據啟動閘門11與TDC電路64之距離，使各配線63a之長度不同。又，以配線63b將終止閘門12與各TDC電路64電性連接，根據終止閘門12與 TDC電路64之距離，使各配線63b之長度不同。如此，藉由針對每個TDC電路64使配線63a、63b之長度不同，可對輸入至各TDC電路64之信號賦予時間差(延遲時間)。由於可藉由配線63a、63b之長度使啟動信號及終止信號延遲，故配線63a、63b具有作為時間延遲部之功能。如此，設為包含複數個TDC電路64之構成，藉由配線63a、63b之長度賦予延遲時間，各TDC電路64輸出對應於不同延遲時間之數位碼，藉此可同時進行不同延遲時間中之數位碼之輸出，可迅速進行時間測量。
又，如圖12所示之時間測量裝置80般亦可為如下構成：除了圖11所示之時間測量裝置60之構成，亦可進而包含選擇被輸入啟動信號之TDC電路64之選擇部81、及選擇被輸入終止信號之TDC電路64之選擇部82。於該時間測量裝置80中，亦與圖11之時間測量裝置60同樣地根據配線63a、63b之長度決定延遲時間。
又，於圖9所示之發光壽命測量裝置50中，設為自脈衝發生器51對啟動閘門11輸出脈衝信號(第1觸發信號)之構成，但並不限定於此，亦可設為如於圖13所示之發光壽命測量裝置90般之構成：另外設置檢測自光源52輸出之激發光之光檢測器93(觸發信號產生部、第2光檢測器)，自光檢測器93對啟動閘門11輸出脈衝信號(第1觸發信號)。於該情形時，光檢測器93成為將對應於光源52之光之輸出之脈衝信號(第1觸發信號)輸出至啟動閘門11之觸發信號產生器(Trigger signal generator)。再者，作為光檢測器93，可使用光電子倍增管或雪崩光二極體、PIN光電二極體等。又，亦可共用光檢測器53與光檢測器93。
又，於圖9所示之發光壽命測量裝置50中，設為自脈衝發生器51對啟動閘門11輸出脈衝信號(第1觸發信號)、自光檢測器53對終止閘門12輸出脈衝信號之構成，但亦可設為自光檢測器53對啟動閘門11輸 出脈衝信號、自脈衝發生器51對終止閘門12輸出脈衝信號之構成。當然，於圖13所示之發光壽命測量裝置90中亦可同樣地設為自光檢測器53對啟動閘門11輸出脈衝信號、自光檢測器93對終止閘門12輸出脈衝信號之構成。於該情形時，隨著自光檢測器53輸出之脈衝信號(第1觸發信號)，而自啟動閘門11輸出啟動信號(第1信號)。又，隨著伴隨光源52輸出光之脈衝信號(第2觸發信號)，而自終止閘門12輸出終止信號(第2信號)。
進而，構成為將來自脈衝發生器51或光檢測器53、93之脈衝信號經由啟動閘門11或終止閘門12而轉換為啟動信號或終止信號，但亦可將來自脈衝發生器51或光檢測器53、93之脈衝信號直接作為啟動信號或終止信號而利用，並將其輸入至延遲電路13或TDC電路14。
又，關於TDC電路14，對接收複數個啟動信號及終止信號之對即信號對之輸入，針對各信號對，基於預先設定之量化間隔，輸出相當於輸入啟動信號後至輸入終止信號前之時間之數位碼(數位信號)之數位轉換器進行了說明，但TDC電路14亦可為相對於一個啟動信號輸入複數個終止信號之構成。於該情形時，TDC電路14輸出相當於輸入啟動信號後至輸入各終止信號前之各個時間之複數個數位碼(數位信號)。

Claims (10)

  1. 一種時間測量裝置，其係將輸入第1觸發信號後至輸入第2觸發信號前之時間作為測量時間而算出者；且具備：第1信號產生部，其根據上述第1觸發信號產生第1信號；第2信號產生部，其根據上述第2觸發信號產生第2信號；數位轉換部，其接收上述第1信號及上述第2信號之輸入，產生相當於輸入上述第1信號後至輸入上述第2信號前之時間之數位信號；時間延遲部，其使上述第1信號及上述第2信號之至少一者向上述數位轉換部之輸入以自預先設定之複數個延遲時間選擇之延遲時間延遲；及時間算出部，其基於複數個上述數位信號算出上述測量時間；且上述時間延遲部選擇至少2個延遲時間；上述時間延遲部一面經時切換自上述複數個延遲時間選擇之延遲時間，一面使上述第1信號及上述第2信號之至少一者向上述數位轉換部之輸入延遲。
  2. 如請求項1之時間測量裝置，其中上述時間算出部係藉由自上述數位信號顯示之時間減去賦予該數位信號之上述延遲時間，而算出上述測量時間。
  3. 如請求項1或2之時間測量裝置，其中上述數位轉換部相對於1個上述第1信號之輸入而接收複數個上述第2信號之輸入，且針對各第2信號之輸入，產生上述數位信號。
  4. 如請求項1或2之時間測量裝置，其中上述數位轉換部接收複數個上述第1信號及上述第2信號之對即信號對之輸入，針對各信號對產生上述數位信號。
  5. 一種時間測量方法，其係將輸入第1觸發信號後至輸入第2觸發信號前之時間作為測量時間算出者，且具備如下步驟：根據上述第1觸發信號產生第1信號；根據上述第2觸發信號產生第2信號；藉由數位轉換部，接收上述第1信號及上述第2信號之輸入，產生相當於輸入上述第1信號後至輸入上述第2信號前之時間之數位信號；使上述第1信號及上述第2信號之至少一者向上述數位轉換部之輸入以自預先設定之複數個延遲時間選擇之延遲時間延遲；及基於複數個上述數位信號算出上述測量時間；且於上述延遲步驟中，選擇至少2個延遲時間；於上述延遲步驟中，一面經時切換自上述複數個延遲時間選擇之延遲時間，一面使上述第1信號及上述第2信號之至少一者向上述數位轉換部之輸入延遲。
  6. 一種發光壽命測量裝置，其係測量自試樣發出之發光之壽命者；且具備：光源，其輸出照射於上述試樣之光；觸發信號產生部，其輸出對應於上述光之輸出之第1觸發信號；光檢測器，其檢測來自上述試樣之發光，且將該檢測信號作為第2觸發信號而輸出；時間測量裝置，其將輸入上述第1觸發信號及上述第2觸發信號之一個觸發信號後至輸入另一個觸發信號前之時間作為測量時間而算出；及運算部，其基於上述測量時間，算出關於上述發光之壽命之資訊；且上述時間測量裝置具備：第1信號產生部，其輸入上述一個觸發信號，根據該一個觸發信號產生第1信號；第2信號產生部，其輸入上述另一個觸發信號，根據該另一個觸發信號產生第2信號；數位轉換部，其接收上述第1信號及上述第2信號之輸入，產生相當於輸入上述第1信號後至輸入上述第2信號前之時間之數位信號；時間延遲部，其使上述第1信號及上述第2信號之至少一者向上述數位轉換部之輸入以自預先設定之複數個延遲時間選擇之延遲時間延遲；及時間算出部，其基於複數個上述數位信號，算出上述測量時間；且上述時間延遲部選擇至少2個延遲時間；上述時間延遲部一面經時切換自上述複數個延遲時間選擇之延遲時間，一面使上述第1信號及上述第2信號之至少一者向上述數位轉換部之輸入延遲。
  7. 如請求項6之發光壽命測量裝置，其中上述觸發信號產生部係控制上述光源之上述光之輸出並將該控制信號作為第1觸發信號而輸出之脈衝發生器。
  8. 如請求項6之發光壽命測量裝置，其中上述觸發信號產生部係檢測來自上述光源之上述光，且將該檢測信號作為上述第1觸發信號輸出之第2光檢測器。
  9. 如請求項6至8中任一項之發光壽命測量裝置，其中上述第1觸發信號被輸入至上述第2信號產生部，上述第2觸發信號被輸入至上述第1信號產生部。
  10. 一種發光壽命測量方法，其係測量自試樣發出之發光之壽命者，且具備如下步驟：輸出照射於上述試樣之光；輸出對應於上述光之輸出之第1觸發信號；檢測來自上述試樣之發光，將該檢測信號作為第2觸發信號而輸出；將輸入上述第1觸發信號及上述第2觸發信號之一個觸發信號後至輸入另一個觸發信號輸入前之時間作為測量時間而算出；及基於上述測量時間，算出關於上述發光之壽命之資訊；且於作為上述測量時間而算出之步驟中，包含如下步驟：根據上述一個觸發信號產生第1信號；根據上述另一個觸發信號產生第2信號；藉由數位轉換部，接收上述第1信號及上述第2信號之輸入，產生相當於輸入上述第1信號後至輸入上述第2信號前之時間之數位信號；使上述第1信號及上述第2信號之至少一者向上述數位轉換部之輸入以自預先設定之複數個延遲時間選擇之延遲時間延遲；及基於複數個上述數位信號而算出上述測量時間；且於上述延遲步驟中，選擇至少2個延遲時間；於上述延遲步驟中，一面經時切換自上述複數個延遲時間選擇之延遲時間，一面使上述第1信號及上述第2信號之至少一者向上述數位轉換部之輸入延遲。
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