JPH0670612B2 - ストリークカメラ装置 - Google Patents
ストリークカメラ装置Info
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- JPH0670612B2 JPH0670612B2 JP1055530A JP5553089A JPH0670612B2 JP H0670612 B2 JPH0670612 B2 JP H0670612B2 JP 1055530 A JP1055530 A JP 1055530A JP 5553089 A JP5553089 A JP 5553089A JP H0670612 B2 JPH0670612 B2 JP H0670612B2
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- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
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- G—PHYSICS
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- 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
- G01N21/6408—Fluorescence; Phosphorescence with measurement of decay time, time resolved fluorescence
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- G01J2001/442—Single-photon detection or photon counting
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はストリークカメラ装置に関するもので、特に光
子計数型のストリークカメラ装置に用いると好適なもの
である。
子計数型のストリークカメラ装置に用いると好適なもの
である。
微弱な超高速光現象を観測する従来技術として、例えば
特開昭59−58745号、同62−294139号、テレビジョン学
会誌Vol.36,No.11,P.1010〜1012（1982年）などに示さ
れたものがある。
特開昭59−58745号、同62−294139号、テレビジョン学
会誌Vol.36,No.11,P.1010〜1012（1982年）などに示さ
れたものがある。
このような従来技術により構成された光子計数型のスト
リークカメラ装置を、第６図に示す。
リークカメラ装置を、第６図に示す。
図示の通り、モード同期色素レーザからなるパルス光源
１からのパルスレーザ光LBは、ハーフミラーHMによって
励起パルス光LB1とトリガパルス光LB2に分岐される。励
起パルス光LB1は光学遅延部２を構成するミラーで反射
された後、試料３に照射され、これによって試料３から
螢光PLが生成される。
１からのパルスレーザ光LBは、ハーフミラーHMによって
励起パルス光LB1とトリガパルス光LB2に分岐される。励
起パルス光LB1は光学遅延部２を構成するミラーで反射
された後、試料３に照射され、これによって試料３から
螢光PLが生成される。
この螢光PLはスリットS1を通り、レンズL1によってスト
リーク管の光電面41に結像される。螢光PLの入射により
光電面41から放出された光電子EBは、グリッド42を通っ
て加速電極43で加速され、偏向電極44で掃引されてマイ
クロチャネルプレート（MCP）45に入射される。MCP45で
増倍された電子は螢光面46に入射され、これによってス
トリーク像47が形成される。
リーク管の光電面41に結像される。螢光PLの入射により
光電面41から放出された光電子EBは、グリッド42を通っ
て加速電極43で加速され、偏向電極44で掃引されてマイ
クロチャネルプレート（MCP）45に入射される。MCP45で
増倍された電子は螢光面46に入射され、これによってス
トリーク像47が形成される。
一方、ハーフミラーHMで分岐されたトリガパルス光LB2
は光検出器５で検出され可変遅延回路６を介してトリガ
回路７に入力され、これによってトリガ信号が掃引回路
８に与えられる。ここで、励起パルス光LB1が試料３に
照射されるタイミングと、トリガ回路７からトリガ信号
が出力されるタイミングは、光学遅延部２および可変遅
延回路６の作用によって一定の関係に保たれている。従
って、螢光面46に形成されたストリーク像47の位置は、
試料３に励起パルス光LB1が入射してから螢光PLが生成
されるまでの時間に対応している。そこで、励起パルス
光LB1を試料３に照射し、発生する螢光PLを光電面に集
光して掃引を行わせる事により、螢光面上に螢光PLのス
トリーク像を得る。この操作を複数回繰り返し、螢光面
46におけるストリーク像47の位置を積算すれば、微弱な
高速光現像の計測が可能になる。
は光検出器５で検出され可変遅延回路６を介してトリガ
回路７に入力され、これによってトリガ信号が掃引回路
８に与えられる。ここで、励起パルス光LB1が試料３に
照射されるタイミングと、トリガ回路７からトリガ信号
が出力されるタイミングは、光学遅延部２および可変遅
延回路６の作用によって一定の関係に保たれている。従
って、螢光面46に形成されたストリーク像47の位置は、
試料３に励起パルス光LB1が入射してから螢光PLが生成
されるまでの時間に対応している。そこで、励起パルス
光LB1を試料３に照射し、発生する螢光PLを光電面に集
光して掃引を行わせる事により、螢光面上に螢光PLのス
トリーク像を得る。この操作を複数回繰り返し、螢光面
46におけるストリーク像47の位置を積算すれば、微弱な
高速光現像の計測が可能になる。
しかしながら、上記のシステムでパルス光源１を構成す
るモード同期色素レーザのパワー変動があると、螢光面
46上のストリーク像47が掃引の度に動く所謂ジッタと呼
ばれる現象を生ずる。これは、第７図（ａ）のようなレ
ーザのパワー変動（Pa,Pb）により、同図（ｂ）のよう
に光検出器５の出力Va,Vbが変動し、これによってスト
リークカメラのトリガのタイミング（TRGa,TRGb）が変
動し、その結果、光パルスに対する掃引のタイミングが
ずれる（Vsa,Vsb）ことにより生ずる（同図（ｃ）図
示）。
るモード同期色素レーザのパワー変動があると、螢光面
46上のストリーク像47が掃引の度に動く所謂ジッタと呼
ばれる現象を生ずる。これは、第７図（ａ）のようなレ
ーザのパワー変動（Pa,Pb）により、同図（ｂ）のよう
に光検出器５の出力Va,Vbが変動し、これによってスト
リークカメラのトリガのタイミング（TRGa,TRGb）が変
動し、その結果、光パルスに対する掃引のタイミングが
ずれる（Vsa,Vsb）ことにより生ずる（同図（ｃ）図
示）。
このようなタイミングのずれは、レーザの品質や調整状
況によっても異なるが、数psecから数10psecのジッタを
生ずる。また、例えばレーザのパワー変動は全くなく、
理想的なトリガ信号が得られたとしても、ストリークカ
メラ内の電子回路は数psecから数10psec程度のジッタ
と、ドリフトと呼ばれる長時間の掃引のタイミング変動
を持つ。
況によっても異なるが、数psecから数10psecのジッタを
生ずる。また、例えばレーザのパワー変動は全くなく、
理想的なトリガ信号が得られたとしても、ストリークカ
メラ内の電子回路は数psecから数10psec程度のジッタ
と、ドリフトと呼ばれる長時間の掃引のタイミング変動
を持つ。
このジッタ、ドリフトは光現象を単一のストリーク掃引
で計測する場合は問題にならないが、サンプルの微弱な
光現象を数ピコ秒からサブピコ秒の時間分解能で、か
つ、複数回積算してＳ／Ｎの良い計測を行おうとする場
合、計測の時間分解能を制限する。例えば、2psecの時
間分解能を持つストリークカメラでも、10psecのジッタ
があれば系の時間分解能は11psec程度になってしまう。
で計測する場合は問題にならないが、サンプルの微弱な
光現象を数ピコ秒からサブピコ秒の時間分解能で、か
つ、複数回積算してＳ／Ｎの良い計測を行おうとする場
合、計測の時間分解能を制限する。例えば、2psecの時
間分解能を持つストリークカメラでも、10psecのジッタ
があれば系の時間分解能は11psec程度になってしまう。
そこで本発明は、ドリフトやジッタが生じる場合にも、
時間分解能を低下させないようにした光子計数型のスト
リークカメラ装置を提供することを目的とする。
時間分解能を低下させないようにした光子計数型のスト
リークカメラ装置を提供することを目的とする。
本発明に係るストリークカメラ装置は、励起光照射によ
り試料から生成された現象光（例えば螢光）を時間計測
する現像ストリークカメラ系と、励起光と同一タイミン
グの基準光を時間計測する基準ストリークカメラ系を並
設したことを特徴とする。すなわち、本発明は、所定周
期で繰り返されるパルス光を基準光と試料に入射される
励起光に分岐する光分岐手段と、基準光のタイミングに
同期したトリガ信号を生成するトリガ信号生成手段と、
基準光を入射して生成される光電子をトリガ信号を基準
として掃引する基準ストリーク手段と、励起光の入射に
より試料から生成された現象光を入射して生成される光
電子を同一のトリガ信号を基準として掃引する現象スト
リーク手段と、基準ストリーク手段による基準ストリー
ク像の形成された時間位置を検出する基準位置検出手段
と、現象ストリーク手段による現象ストリーク像の形成
された時間位置を検出する現象位置検出手段と、出力と
基準位置検出手段の出力の差分から現象光の生成タイミ
ングを算出する演算手段とを備えることを特徴とする。
り試料から生成された現象光（例えば螢光）を時間計測
する現像ストリークカメラ系と、励起光と同一タイミン
グの基準光を時間計測する基準ストリークカメラ系を並
設したことを特徴とする。すなわち、本発明は、所定周
期で繰り返されるパルス光を基準光と試料に入射される
励起光に分岐する光分岐手段と、基準光のタイミングに
同期したトリガ信号を生成するトリガ信号生成手段と、
基準光を入射して生成される光電子をトリガ信号を基準
として掃引する基準ストリーク手段と、励起光の入射に
より試料から生成された現象光を入射して生成される光
電子を同一のトリガ信号を基準として掃引する現象スト
リーク手段と、基準ストリーク手段による基準ストリー
ク像の形成された時間位置を検出する基準位置検出手段
と、現象ストリーク手段による現象ストリーク像の形成
された時間位置を検出する現象位置検出手段と、出力と
基準位置検出手段の出力の差分から現象光の生成タイミ
ングを算出する演算手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、光源駆動回路やパルス光源自体のパワ
ー変動によりドリフト、ジッタ等が発生しても、その影
響は現象ストリーク系と基準ストリーク系に同様に現れ
る。従って、結果の差分を得るようにすれば、時間分解
能の著しい向上が可能になる。
ー変動によりドリフト、ジッタ等が発生しても、その影
響は現象ストリーク系と基準ストリーク系に同様に現れ
る。従って、結果の差分を得るようにすれば、時間分解
能の著しい向上が可能になる。
〔実施例〕 以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第１図は第１実施例に係るストリークカメラ装置の構成
図である。図示の通り、モード同期色素レーザ、CPMリ
ングレーザ等からなるパルス光源１からのパルスレーザ
光LBは、ハーフミラーHMで励起パルス光LB1とトリガパ
ルス光LB2に分岐される。トリガパルス光LB2は高速ホト
ダイオードなどの光検出器５に受光され、従来例と同様
にトリガ信号が生成されて掃引回路８に送られる。な
お、第１図では可変遅延回路６およびトリガ回路７を省
略してある。励起パルス光LB1は双方向ミラーM1で反
射、分岐され、一方は基準パルス光LB11としてミラーM2
で反射される。そして、スリットS1を通ってレンズL11
で集光され、基準ストリーク管41の光電面411に入射さ
れる。他方のものは励起パルス光LB12として試料３に入
射され、これによって観測すべき現象光としての螢光PL
が生成される。螢光PLはスリットS2を通ってレンズL12
で集光され、現象ストリーク管42の光電面412に入射さ
れる。
図である。図示の通り、モード同期色素レーザ、CPMリ
ングレーザ等からなるパルス光源１からのパルスレーザ
光LBは、ハーフミラーHMで励起パルス光LB1とトリガパ
ルス光LB2に分岐される。トリガパルス光LB2は高速ホト
ダイオードなどの光検出器５に受光され、従来例と同様
にトリガ信号が生成されて掃引回路８に送られる。な
お、第１図では可変遅延回路６およびトリガ回路７を省
略してある。励起パルス光LB1は双方向ミラーM1で反
射、分岐され、一方は基準パルス光LB11としてミラーM2
で反射される。そして、スリットS1を通ってレンズL11
で集光され、基準ストリーク管41の光電面411に入射さ
れる。他方のものは励起パルス光LB12として試料３に入
射され、これによって観測すべき現象光としての螢光PL
が生成される。螢光PLはスリットS2を通ってレンズL12
で集光され、現象ストリーク管42の光電面412に入射さ
れる。
基準パルス光LB11および螢光PLの入射により、それぞれ
光電面411,412で光電子が生成される。基準ストリーク
管41の光電面411から生成される光電子は通常基準パル
ス光のパルス幅が小さく、かつ強いため、１つの光パル
スに対して１個ないし複数個であり、単一光子計数方式
を適用する必要がない。これに対し、現象ストリーク管
42については単一光子計数方式の動作による。このた
め、１回の光パルスに対して生成する光電子が１個以下
となるように、NDフィルタなどを用いて光電面412への
入射光量が制限されている。
光電面411,412で光電子が生成される。基準ストリーク
管41の光電面411から生成される光電子は通常基準パル
ス光のパルス幅が小さく、かつ強いため、１つの光パル
スに対して１個ないし複数個であり、単一光子計数方式
を適用する必要がない。これに対し、現象ストリーク管
42については単一光子計数方式の動作による。このた
め、１回の光パルスに対して生成する光電子が１個以下
となるように、NDフィルタなどを用いて光電面412への
入射光量が制限されている。
ここで、単一光子計数方式について簡単に説明する。
１回の光パルスが試料に照射されたことによる螢光によ
り、ストリーク管の光電面で１個だけ生成された光電子
は、上記の光パルスに同期した掃引電圧でストリーク掃
引されてMCPで増倍され、螢光面にストリーク像を形成
する。従って、このストリーク像の時間位置は、試料へ
の光パルスの照射から試料より螢光が生成されるまでの
時間に対応している。そこで、上記の動作を多数回にわ
たって繰り返し、ストリーク像の時間位置に関するデー
タを記憶しておく。このような処理が終わったら、得ら
れた時間位置に関するデータを、横軸に時間をとり縦軸
に頻度をとってヒストグラムに表わす。すると、光観測
波形を螢光寿命特性として求めることができる。
り、ストリーク管の光電面で１個だけ生成された光電子
は、上記の光パルスに同期した掃引電圧でストリーク掃
引されてMCPで増倍され、螢光面にストリーク像を形成
する。従って、このストリーク像の時間位置は、試料へ
の光パルスの照射から試料より螢光が生成されるまでの
時間に対応している。そこで、上記の動作を多数回にわ
たって繰り返し、ストリーク像の時間位置に関するデー
タを記憶しておく。このような処理が終わったら、得ら
れた時間位置に関するデータを、横軸に時間をとり縦軸
に頻度をとってヒストグラムに表わす。すると、光観測
波形を螢光寿命特性として求めることができる。
さて、前述のようにして光電面411,412から生成された
光電子は、従来例と同様に加速されて偏向電極441,442
の間を通り、ストリーク掃引されてMCP451,452でそれぞ
れ増倍される。従って、基準ストリーク管41および現象
ストリーク管42のそれぞれの螢光面461,462には、それ
ぞれ基準パルス光LB11および螢光PLに対応したストリー
ク像（基準ストリーク像、現象ストリーク像）が形成さ
れる。ここで重要なことは、基準ストリーク管41および
現象ストリーク管42のそれぞれの偏向電極441,442に印
加される掃引電圧は、掃引回路８から共通に与えられて
いることである。このため、パルス光源１の発光パワー
が変動してジッタが生じるときでも、基準ストリーク像
と現象ストリーク像は同様に時間位置がシフトするの
で、その差分は常に現象光の生成タイミングに対応した
正確なものとなる。
光電子は、従来例と同様に加速されて偏向電極441,442
の間を通り、ストリーク掃引されてMCP451,452でそれぞ
れ増倍される。従って、基準ストリーク管41および現象
ストリーク管42のそれぞれの螢光面461,462には、それ
ぞれ基準パルス光LB11および螢光PLに対応したストリー
ク像（基準ストリーク像、現象ストリーク像）が形成さ
れる。ここで重要なことは、基準ストリーク管41および
現象ストリーク管42のそれぞれの偏向電極441,442に印
加される掃引電圧は、掃引回路８から共通に与えられて
いることである。このため、パルス光源１の発光パワー
が変動してジッタが生じるときでも、基準ストリーク像
と現象ストリーク像は同様に時間位置がシフトするの
で、その差分は常に現象光の生成タイミングに対応した
正確なものとなる。
また、基準ストリーク管41のMCP451のゲインは、現象ス
トリーク管42のMCP452のゲインよりも低くなっている。
これは、基準パルス光LB11に比べて螢光PLがはるかに微
弱なためである。現象ストリーク管42としては、例えば
光子計数型ストリーク管を用いることができる。これ
は、複数枚（通常２〜５枚）のMCP若しくはカーブドMCP
を内蔵したストリーク管で、単一光電子に対する高い電
子増倍率と良好なパルスハイト特性をもつ。通常のスト
リーク管と比べて高ゲインのため検出効率が高く、パル
スハイト特性が揃っているためＳ／Ｎが良い。また、読
み出し装置でスレッショルドレベルを設定し、あるレベ
ル以上の出力のみを計数するような動作にすれば、ノイ
ズやドリフトの影響を軽減できる特徴がある。
トリーク管42のMCP452のゲインよりも低くなっている。
これは、基準パルス光LB11に比べて螢光PLがはるかに微
弱なためである。現象ストリーク管42としては、例えば
光子計数型ストリーク管を用いることができる。これ
は、複数枚（通常２〜５枚）のMCP若しくはカーブドMCP
を内蔵したストリーク管で、単一光電子に対する高い電
子増倍率と良好なパルスハイト特性をもつ。通常のスト
リーク管と比べて高ゲインのため検出効率が高く、パル
スハイト特性が揃っているためＳ／Ｎが良い。また、読
み出し装置でスレッショルドレベルを設定し、あるレベ
ル以上の出力のみを計数するような動作にすれば、ノイ
ズやドリフトの影響を軽減できる特徴がある。
基準ストリーク管41の螢光面461に形成された基準スト
リーク像は、レンズL21を介して基準光入射位置検出装
置91に入射され、入射位置（重心位置）に応じた電気信
号（光電流信号）に変えられて基準テーブル101に送ら
れる。基準テーブル101はストリーク掃引の際の掃引非
直線性を補正するもので、補正された基準ストリーク像
の時間位置に関する情報は、演算器11に送られる。一
方、現象ストリーク管42の螢光面462に形成された現象
ストリーク像は、レンズL22に介して現象光入射位置検
出装置92に入射され、螢光PL（単一光子）の入射位置に
応じた信号の変えられて現象テーブル102に送られる。
現象テーブル102は基準テーブル101と同様のものであ
り、補正された現象ストリーク像の時間位置に関する情
報は演算器11に送られる。
リーク像は、レンズL21を介して基準光入射位置検出装
置91に入射され、入射位置（重心位置）に応じた電気信
号（光電流信号）に変えられて基準テーブル101に送ら
れる。基準テーブル101はストリーク掃引の際の掃引非
直線性を補正するもので、補正された基準ストリーク像
の時間位置に関する情報は、演算器11に送られる。一
方、現象ストリーク管42の螢光面462に形成された現象
ストリーク像は、レンズL22に介して現象光入射位置検
出装置92に入射され、螢光PL（単一光子）の入射位置に
応じた信号の変えられて現象テーブル102に送られる。
現象テーブル102は基準テーブル101と同様のものであ
り、補正された現象ストリーク像の時間位置に関する情
報は演算器11に送られる。
演算器11は基準ストリーク像の時間位置と、現象ストリ
ーク像の時間位置の差分を求め、結果を解析装置12に送
る。ここで、パルス光源１のパワー変動により光検出器
５の出力タイミングが変動し、これによって掃引回路８
によりストリーク掃引のタイミングが変動したとする。
すると、現象ストリーク管42において現象ストリーク像
の時間位置基準も変動することになるが、基準ストリー
ク管41において同様の変動が基準ストリーク像に現れ
る。従って、基準ストリーク像と現像ストリーク像の差
分は、励起パルス光LB12が入射されてから、現象光とし
ての螢光PLが出射されるまでのタイミングと、正確に対
応していることになる。
ーク像の時間位置の差分を求め、結果を解析装置12に送
る。ここで、パルス光源１のパワー変動により光検出器
５の出力タイミングが変動し、これによって掃引回路８
によりストリーク掃引のタイミングが変動したとする。
すると、現象ストリーク管42において現象ストリーク像
の時間位置基準も変動することになるが、基準ストリー
ク管41において同様の変動が基準ストリーク像に現れ
る。従って、基準ストリーク像と現像ストリーク像の差
分は、励起パルス光LB12が入射されてから、現象光とし
ての螢光PLが出射されるまでのタイミングと、正確に対
応していることになる。
以上の１周期の操作は、パルス光源１からのパルスレー
ザ光LBの出力を複数周期にわたって継続することで繰り
返され、その結果は解析装置12に送られる。解析装置12
はこれらを積算し、これによって時間差の確率分布を求
めれば、現象光波形が求まる。この結果は、解析装置12
に付設された表示装置（CRT）13に表示される。
ザ光LBの出力を複数周期にわたって継続することで繰り
返され、その結果は解析装置12に送られる。解析装置12
はこれらを積算し、これによって時間差の確率分布を求
めれば、現象光波形が求まる。この結果は、解析装置12
に付設された表示装置（CRT）13に表示される。
この実施例の装置では、ストリーク管の掃引時のジッタ
は存在するが、２つのストリーク管は同一の偏向電圧で
掃引されるため、掃引が完全に直線的に行われ、光入射
位置検出装置に図形歪みがなければ、演算器の出力ジッ
タの影響を受けない。現実には偏向電圧の非直線性や光
入射位置検出装置の図形歪みなどが存在し、このためジ
ッタにより螢光面上の信号の位置が動くと、例えば全く
同一の時間差の信号でも、演算器の出力は誤差を生じ
る。しかしながら、偏向の非直線性や光入射位置検出装
置の図形歪みは再現性があるため、測定前にあらかじめ
螢光面上の入射位置による誤差を計測しておけば補正が
可能である。本発明の装置では、それぞれの光入射位置
検出装置の後にテーブルを持ち、上記の歪みを補正する
ことができるようにしている。
は存在するが、２つのストリーク管は同一の偏向電圧で
掃引されるため、掃引が完全に直線的に行われ、光入射
位置検出装置に図形歪みがなければ、演算器の出力ジッ
タの影響を受けない。現実には偏向電圧の非直線性や光
入射位置検出装置の図形歪みなどが存在し、このためジ
ッタにより螢光面上の信号の位置が動くと、例えば全く
同一の時間差の信号でも、演算器の出力は誤差を生じ
る。しかしながら、偏向の非直線性や光入射位置検出装
置の図形歪みは再現性があるため、測定前にあらかじめ
螢光面上の入射位置による誤差を計測しておけば補正が
可能である。本発明の装置では、それぞれの光入射位置
検出装置の後にテーブルを持ち、上記の歪みを補正する
ことができるようにしている。
次に、本発明の第２実施例に係るストリークカメラ装置
を説明する。
を説明する。
第２図はその構成図である。そして、これが第１図の構
成と異なる点は、基準ストリーク管41、現象ストリーク
管42中の螢光面461,462に変えて、それぞれ電子入射位
置検出素子911,912が設けられ、これらの入射位置に応
じて基準演算器921および現象演算器922をそれぞれ介し
て、基準テーブル101および現象テーブル102のそれぞれ
に与えられていることである。
成と異なる点は、基準ストリーク管41、現象ストリーク
管42中の螢光面461,462に変えて、それぞれ電子入射位
置検出素子911,912が設けられ、これらの入射位置に応
じて基準演算器921および現象演算器922をそれぞれ介し
て、基準テーブル101および現象テーブル102のそれぞれ
に与えられていることである。
電子入射位置検出素子911,922としては、例えばリニア
イメージセンサ、２次元固体撮像素子、位置敏感検出素
子などがある。また位置敏感検出素子としては、例えば
ポジションセンシティブデバイス（PSD）と呼ばれるPN
接合を有する半導体チップで構成されるもの、レジィス
ティブアノードと呼ばれる均一な抵抗体で構成されるも
のなどがある。第２図では検出素子911,922をストリー
ク管41,42内に螢光面461,462に代えて配設しているが、
ストリーク管41,42外に螢光面461,462の後方に設けても
よい。
イメージセンサ、２次元固体撮像素子、位置敏感検出素
子などがある。また位置敏感検出素子としては、例えば
ポジションセンシティブデバイス（PSD）と呼ばれるPN
接合を有する半導体チップで構成されるもの、レジィス
ティブアノードと呼ばれる均一な抵抗体で構成されるも
のなどがある。第２図では検出素子911,922をストリー
ク管41,42内に螢光面461,462に代えて配設しているが、
ストリーク管41,42外に螢光面461,462の後方に設けても
よい。
一般に、ストリーク管のMCPに入射した光電子はMCPで10
6倍に増倍され、更にMCPの出力側と螢光面の間に印加さ
れた高電圧により加速されて螢光面に射突し、108倍に
増強されて光に変換される。螢光面の像はレンズでPSD
の受光面に投影され、電子電荷信号に変換される。第３
図のように、PSD100の４辺には４つの信号電極101〜104
があり、各電極からは光が入射した位置と各信号電極と
の間の抵抗値、即ち距離に逆比例した電荷を得る。この
信号を第３図に示す如き回路で加算、減算及び除算を行
う事により、光すなわち、MCPに入射した光電子の位置
を求める。なお、第３図にＡで示すブロックはアンプ、
X1、X2,Y1,Y2で示すブロックは積分器である。
6倍に増倍され、更にMCPの出力側と螢光面の間に印加さ
れた高電圧により加速されて螢光面に射突し、108倍に
増強されて光に変換される。螢光面の像はレンズでPSD
の受光面に投影され、電子電荷信号に変換される。第３
図のように、PSD100の４辺には４つの信号電極101〜104
があり、各電極からは光が入射した位置と各信号電極と
の間の抵抗値、即ち距離に逆比例した電荷を得る。この
信号を第３図に示す如き回路で加算、減算及び除算を行
う事により、光すなわち、MCPに入射した光電子の位置
を求める。なお、第３図にＡで示すブロックはアンプ、
X1、X2,Y1,Y2で示すブロックは積分器である。
実際には、MCPに入射した光電子は、第４図に示す如くM
CPで増幅される過程（MCP出力から螢光面に進行する過
程で）で広がってしまう。しかしながら、PSDなどの位
置敏感検出素子を用いた電子入射位置検出素子では、螢
光面上の像が広がっても、その重心位置を正確に求める
ことができる特長がある。なお、PSDは２次元のもので
あるとして説明したが、これは時間軸（Ｙ）と空間軸
（Ｘ）（この空間軸とはストリークカメラの入射ストリ
ックS1,S2への光の入射位置である）の２次元情報を測
定する事になる。
CPで増幅される過程（MCP出力から螢光面に進行する過
程で）で広がってしまう。しかしながら、PSDなどの位
置敏感検出素子を用いた電子入射位置検出素子では、螢
光面上の像が広がっても、その重心位置を正確に求める
ことができる特長がある。なお、PSDは２次元のもので
あるとして説明したが、これは時間軸（Ｙ）と空間軸
（Ｘ）（この空間軸とはストリークカメラの入射ストリ
ックS1,S2への光の入射位置である）の２次元情報を測
定する事になる。
レジィスティブアノード型の位置敏感検出素子は、均一
な抵抗体で構成されるため光には感度を持たない。した
がって、第２図のように検出器（検出素子91,92）をス
トリーク管に内蔵すればレジィスティブアノード型のも
のを使用できる。なお、前述のPSDでは、光入射でも電
子入射でもどちらにも感度を持つ。
な抵抗体で構成されるため光には感度を持たない。した
がって、第２図のように検出器（検出素子91,92）をス
トリーク管に内蔵すればレジィスティブアノード型のも
のを使用できる。なお、前述のPSDでは、光入射でも電
子入射でもどちらにも感度を持つ。
電子入射位置検出素子にリニアイメージセンサ、２次元
固体撮像素子を用いる場合には、位置敏感検出素子の様
な重心位置を自動的に求める機能を持たないため、高精
度な測定を行うには出力ビデオ信号から重心を求める演
算を行なうほうがよい。但し、基準ストリーク管41の様
に入射光電子が複数であるため、MCPが１枚でも十分に
Ｓ／Ｎの良い位置の測定が可能な場合には、MCP1枚なら
ば電子群の広がりは十分小さいため、厳密な重心位置の
計算は必要でない。従って、パルスのピーク位置を求め
るだけでもよい。
固体撮像素子を用いる場合には、位置敏感検出素子の様
な重心位置を自動的に求める機能を持たないため、高精
度な測定を行うには出力ビデオ信号から重心を求める演
算を行なうほうがよい。但し、基準ストリーク管41の様
に入射光電子が複数であるため、MCPが１枚でも十分に
Ｓ／Ｎの良い位置の測定が可能な場合には、MCP1枚なら
ば電子群の広がりは十分小さいため、厳密な重心位置の
計算は必要でない。従って、パルスのピーク位置を求め
るだけでもよい。
次に、本発明の第３実施例に係るストリークカメラ装置
を説明する。
を説明する。
第５図はその構成図である。そして、これが第１図の構
成と異なる点は、１本のストリーク管４によって現象光
および基準光の双方のストリーク手段が実現されている
ことである。すなわち、基準パルス光LB11と螢光PLによ
る光電子EB1,EB2は、共に同一の偏向電極44の間を通
り、共通の掃引がされる。従って、第１実施例と同様に
して、基準ストリーク像と現象ストリーク像の差分から
正確な時間計測が行なえる。なお、パルス光源１からの
パルスレーザ光LBを基準パルス光LB11、励起パルス光LB
12およびトリガパルス光LB2に分岐する光学系が前述の
ものと異なるが、本質的な差異をもたらすものではな
い。また、ストリーク管４の内側あるいは外側に、PSD
やリニアイメージセンサなどの検出器を設ける構成にし
てもよい。
成と異なる点は、１本のストリーク管４によって現象光
および基準光の双方のストリーク手段が実現されている
ことである。すなわち、基準パルス光LB11と螢光PLによ
る光電子EB1,EB2は、共に同一の偏向電極44の間を通
り、共通の掃引がされる。従って、第１実施例と同様に
して、基準ストリーク像と現象ストリーク像の差分から
正確な時間計測が行なえる。なお、パルス光源１からの
パルスレーザ光LBを基準パルス光LB11、励起パルス光LB
12およびトリガパルス光LB2に分岐する光学系が前述の
ものと異なるが、本質的な差異をもたらすものではな
い。また、ストリーク管４の内側あるいは外側に、PSD
やリニアイメージセンサなどの検出器を設ける構成にし
てもよい。
なお、トリガ信号はパルスレーザ光LBから分岐されたト
リガパルス光LB2より得ているが、パルス光源１が半導
体レーザであるときはその駆動信号からトリガ信号を得
てもよい。
リガパルス光LB2より得ているが、パルス光源１が半導
体レーザであるときはその駆動信号からトリガ信号を得
てもよい。
以上、詳細に説明した通り本発明によれば、光源駆動回
路やパルス光源自体にパワー変動があるためドリフト、
ジッタ等が発生しても、その影響は現象ストリーク系と
基準ストリーク系に同様に現れる。従って、結果の差分
を得るようにすれば、時間分解能の著しい向上が可能な
光子計数型のストリークカメラ装置を提供することがで
きる。
路やパルス光源自体にパワー変動があるためドリフト、
ジッタ等が発生しても、その影響は現象ストリーク系と
基準ストリーク系に同様に現れる。従って、結果の差分
を得るようにすれば、時間分解能の著しい向上が可能な
光子計数型のストリークカメラ装置を提供することがで
きる。
第１図は本発明の第１実施例に係るストリークカメラ装
置の説明図、第２図は本発明の第２実施例に係るストリ
ークカメラ装置の説明図、第３図はPSD出力の演算回路
図、第４図は光電子の広がりの説明図、第５図は本発明
の第３実施例に係るストリークカメラ装置の説明図、第
６図は従来のストリークカメラ装置の説明図、第７図は
光出力パワーの変動により生じるジッタの説明図であ
る。 １……パルス光源、２……光学遅延部、３……試料、４
……ストリーク管、41……基準ストリーク管、42……現
象ストリーク管、５……光検出器、６……可変遅延回
路、７……トリガ回路、８……掃引回路、91……基準光
入射位置検出装置、92……現象光入射位置検出装置、10
1……基準テーブル、102……現象テーブル、11……演算
器、12……解析装置、13……表示装置。
置の説明図、第２図は本発明の第２実施例に係るストリ
ークカメラ装置の説明図、第３図はPSD出力の演算回路
図、第４図は光電子の広がりの説明図、第５図は本発明
の第３実施例に係るストリークカメラ装置の説明図、第
６図は従来のストリークカメラ装置の説明図、第７図は
光出力パワーの変動により生じるジッタの説明図であ
る。 １……パルス光源、２……光学遅延部、３……試料、４
……ストリーク管、41……基準ストリーク管、42……現
象ストリーク管、５……光検出器、６……可変遅延回
路、７……トリガ回路、８……掃引回路、91……基準光
入射位置検出装置、92……現象光入射位置検出装置、10
1……基準テーブル、102……現象テーブル、11……演算
器、12……解析装置、13……表示装置。
Claims (6)
- 【請求項１】所定周期で繰り返されるパルス光を試料に
照射したときに生成される現象光を検出する操作を、前
記所定周期にしたがって複数回繰り返すことにより、前
記現象光の生成タイミングの確率分布を求めて時間波形
を計測するストリークカメラ装置において、 前記パルス光を基準光と前記試料に入射される励起光に
分岐する光分岐手段と、 前記基準光のタイミングに同期したトリガ信号を生成す
るトリガ信号生成手段と、 前記基準光を入射して生成される光電子を、前記トリガ
信号を基準として掃引する基準ストリーク手段と、 前記励起光の入射により前記試料から生成された前記現
象光を入射して生成される光電子を、前記トリガ信号を
基準として掃引する現象ストリーク手段と、 前記基準ストリーク手段による基準ストリーク像の形成
された時間位置を検出する基準位置検出手段と、 前記現象ストリーク手段による現象ストリーク像の形成
された時間位置を検出する現象位置検出手段と、 前記現状位置検出手段の出力と前記基準位置検出手段の
出力の差分から前記現象光の生成タイミングを算出する
演算手段と、 を備えることを特徴とするストリークカメラ装置。 - 【請求項２】前記現象ストリーク手段は高利得の光子計
数型ストリーク管を有する請求項１記載のストリークカ
メラ装置。 - 【請求項３】前記基準ストリーク手段および前記現象ス
トリーク手段は同一のストリーク管を二分割して構成さ
れる請求項１記載のストリークカメラ装置。 - 【請求項４】前記位置検出手段は、リニアイメージセン
サである請求項1,2又は３記載のストリークカメラ装
置。 - 【請求項５】前記位置検出手段は、２次元固体撮像素子
である請求項1,2又は３記載のストリークカメラ装置。 - 【請求項６】前記位置検出手段は、位置敏感検出素子で
ある請求項1,2又は３記載のストリークカメラ装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1055530A JPH0670612B2 (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | ストリークカメラ装置 |
| GB9004879A GB2230602B (en) | 1989-03-08 | 1990-03-05 | Streak camera device using a reference streak |
| US07/488,861 US5043584A (en) | 1989-03-08 | 1990-03-05 | Photon-counting type streak camera device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1055530A JPH0670612B2 (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | ストリークカメラ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02234049A JPH02234049A (ja) | 1990-09-17 |
| JPH0670612B2 true JPH0670612B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=13001287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1055530A Expired - Fee Related JPH0670612B2 (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | ストリークカメラ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5043584A (ja) |
| JP (1) | JPH0670612B2 (ja) |
| GB (1) | GB2230602B (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3176644B2 (ja) * | 1991-03-27 | 2001-06-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光波形の測定装置 |
| DE19533092A1 (de) * | 1995-09-07 | 1997-03-13 | Basf Ag | Vorrichtung zur parallelisierten Zweiphotonen-Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (TPA-FCS) und deren Verwendung zum Wirkstoff-Screening |
| JP3571467B2 (ja) * | 1996-08-06 | 2004-09-29 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光波形測定装置 |
| FR2809568B1 (fr) * | 2000-05-26 | 2002-11-29 | Thomson Csf | Dispositif et procede d'analyse d'un ou de plusieurs signaux a grande dynamique |
| US7042600B2 (en) * | 2002-01-07 | 2006-05-09 | Xerox Corporation | Method and apparatus for eliminating lamp strobing in a digital input scanner |
| US6943572B2 (en) * | 2002-09-03 | 2005-09-13 | Credence Systems Corporation | Apparatus and method for detecting photon emissions from transistors |
| US6891363B2 (en) * | 2002-09-03 | 2005-05-10 | Credence Systems Corporation | Apparatus and method for detecting photon emissions from transistors |
| DE10335471A1 (de) * | 2003-08-02 | 2005-03-03 | Leica Microsystems Heidelberg Gmbh | Detektor und Verfahren zur Detektion schwacher fluoreszenter Strahlung mit einem Mikroskopsystem |
| US7355419B2 (en) * | 2004-08-05 | 2008-04-08 | International Business Machines Corporation | Enhanced signal observability for circuit analysis |
| WO2011031235A1 (en) * | 2009-09-14 | 2011-03-17 | Nitto Denko Corporation | A detection method |
| CN106768401B (zh) * | 2017-03-24 | 2023-03-21 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种微能量脉冲激光光子数测量装置及方法 |
| EP4027133A1 (en) | 2021-01-12 | 2022-07-13 | Vilnius University | Estimating the luminescence kinetics of rare earth ions in a transparent luminescent material |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU905915A1 (ru) * | 1978-07-26 | 1982-02-15 | Предприятие П/Я А-3162 | Способ преобразовани многоэлементного оптического изображени в электрические сигналы |
| JPS5958745A (ja) * | 1982-09-28 | 1984-04-04 | Hamamatsu Tv Kk | 微弱発光現象の観測装置 |
| JPS62188915A (ja) * | 1986-02-14 | 1987-08-18 | Hamamatsu Photonics Kk | ２重掃引ストリ−クカメラ装置 |
| JPS62204130A (ja) * | 1986-03-04 | 1987-09-08 | Hamamatsu Photonics Kk | ストリ−クカメラ装置 |
| JPS63271166A (ja) * | 1987-04-28 | 1988-11-09 | Hamamatsu Photonics Kk | 物体運動計測装置 |
| GB2210163B (en) * | 1987-09-18 | 1991-06-26 | Hamamatsu Photonics Kk | Apparatus for measuring the temporal correlation of fundamental particles |
| JPH0617819B2 (ja) * | 1988-05-13 | 1994-03-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電気光学式ストリークカメラ |
-
1989
- 1989-03-08 JP JP1055530A patent/JPH0670612B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-03-05 GB GB9004879A patent/GB2230602B/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-03-05 US US07/488,861 patent/US5043584A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2230602A (en) | 1990-10-24 |
| JPH02234049A (ja) | 1990-09-17 |
| GB2230602B (en) | 1992-11-25 |
| US5043584A (en) | 1991-08-27 |
| GB9004879D0 (en) | 1990-05-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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