(57)【要約】【解決手段】レーザ走査式装置、特に、レーザ走査式顕微鏡の検出チャンネルで光子を計数するための方法において、流入光子の振幅測定を複数閾値を用いて行い、閾値測定と時間分割測定とを関連づけ、また個々の閾値に対してそれぞれパルスカウントを行って、閾値に対するカウント合計を求める方法であって、しかも光子がより上位の閾値に達した場合には、それより下位の閾値に対する計数値は、好ましくも計数目的のために保存されるという方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ走査式装置、特に、レーザ走査式顕微鏡の検出チャンネルで光子を計数するための方法において、流入光子の振幅測定を複数閾値を用いて行い、閾値測定と時間分割測定とを関連づけ、また個々の閾値に対してそれぞれパルスカウントを行って、閾値に対するカウント合計を求めることを特徴とする方法。
【請求項２】
光子がより上位の閾値に達した場合には、それより下位の閾値に対する計数値が計数目的のために保存されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
レーザ走査式装置、特に、レーザ走査式顕微鏡の検出チャンネルで光子を計数するための方法にかんするものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ走査式顕微鏡では、ＰＭＴにより検出された光子は、ＰＭＴの下位に設置されたパルス増幅器と比較器などの閾値スイッチング回路を通して計数され、それにより個々に分解されることがすでに知られている（図１）。
図２に、計測誤差の生じ得る典型的な例を図示している。
重なり合う光子の場合、幅は同じであるが、振幅は大きくなっている。
比較器／弁別器の利用により、所定振幅の単光子のみを計数することが可能である。設定閾値を越えた場合には、１個の光子と認識される。同時点で２個の光子が会合すれば、振幅は増大するが、スイッチング閾値は一度越えただけなので１回と計数される。
近接並列光子（距離的に分解不可能な光子）は、１光子よりも幅広であるが、同振幅である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
比較器は、ある状態から他の状態への移行には一定のスイッチング時間を必要とする。スイッチング時間では比較器が相互隣接光子のレベル変化を捕捉できないほど個別光子が相互密接している場合には、比較器は１つの状態しか認識せず、従ってやはり単に１光子と計数される。
【０００４】
このことは、１個と計数される同時発生２光子および５光子を例として図２に描かれている。後者の場合、相前後する２光子が別な３光子と相前後して極めて緊密に接合しているので、比較器は１光子としてしか感知しない。
【０００５】
別法として、周波数測定用ゲート時間として光子時間を利用することも考えられるが、これは相互合流光子を正確に検出するものの、相互重畳光子の場合そうはいかないので、この方法でも常に不正確さが付きまとうことになろう。
【０００６】
いくつかの閾値について振幅を計測し、且つその計測を時間走査で行うことにより、流入光子を２次元的に評価する。光子時間（１光子の計測に必要な経験的時間）に基づいて予備設定した場合よりも高い周波数を持つパルスは、光子時間に比べて少なくとも２倍の計数速度で測定する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
振幅測定と時間測定の総計より実際の光子数ＺＰが求められる。
閾値の測定には、例えば、比較器／弁別器、トリガが使用でき、またデジタル形式ではＡ／Ｄ変換器およびこれに付属するレジスタが利用できる。
時間分解測定には、光子時間をゲート時間として利用できるが、その時間より高い周波数をカウンタに送り込む。
【０００８】
測定結果はカウンタでも加算器でも集約可能で、それはレジスタから読み出すことができる。
それぞれの計測毎に、レジスタはクリアパルスによりリセットされる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
光子を２次元捕捉する本発明の原理について、図３ａおよび３ｂに基づき述べる。
測定すべき信号Ｓは、４つの比較器Ｋの入力側に同時セットされる。この入力信号がスイッチング閾値Ｓ１を越えると、比較器Ｋがトリガされ、第１否定ゲートＮ１を通じてゲート回路（否定ゲートおよびＡＮＤ回路）を開放する。
【００１０】
入力信号が１光子時間の長さしかない場合は、２個のパルス（計数周波数は、光子１個分の存続時間のあいだに２個のパルスが計数されるように選択される）が、ＡＮＤ回路を通ってカウンタ（Ｘ１）へ流れる。この計測時間（ＬＳＭのピクセル時間、１ピクセルを捕捉するための滞留時間）中にスイッチング閾値Ｓ２に達して、しかも比較器Ｋのパルス幅が１光子時間分だけであれば、同様に２個のパルスが、回路Ｆ、Ｎ２およびＡＮＤ回路＆を経由してカウンタに流入する。
【００１１】
この公式Ｆ＝２パルスは、走査定理から１光子時間当たり少なくとも２パルス計数されねばならないという意味である。その場合、全光子数算出のための総和式には係数１／２が挿入される。
これは、１光子当たり少なくとも２パルスという定理から帰着することである。計数周波数を１０倍にすれば、実際の光子数を求めるには、総和式に係数１／１０を挿入する必要がある。
【００１２】
比較器が閾値に達すると、該比較器の出力でただちに第１比較器Ｋ１のＡＮＤ回路が遮断され、第２比較器Ｋ２のＡＮＤ回路が開放される。第２比較器Ｋ２のそれ以降のスイッチングは、第１否定ゲートＮ１により第１比較器Ｋ１の信号作動時間を通して補償されるので、第２比較器Ｋ２は第１ゲート回路をより確実に遮断できる。カウンタＸ２におけるパルスは２倍（２×Ｆ）、カウンタＸ３におけるパルスは３倍（３×Ｆ）にされる等これによって比較器Ｋ１を経由してカウンタＸ１に入力するパルスよりも高い値が得られる。そのようにして第２次元が計測される。それは相前後して存在する光子の場合、より高い振幅を１つ生成するだけで、存続時間は同じだからある。
【００１３】
スイッチング閾値Ｓ３およびＳ４も同様の挙動を取る。より高い閾値が応答するごとに、それより下位の計数チャンネルは遮断される。その場合第１否定ゲートＮ１の場合と同様、他の否定ゲートＮ２，Ｎ３…．も対応の作動時間補償を担っているので、第２またはそれ以降のゲート回路についても遮断できる。
【００１４】
常に最大の閾値が優先される。計測時間の終了後にはカウンタＸの計数値Ｚが加算器で合算され（加算処理）、計測値ＺＰとして、例えばレジスタに入力され、次にコンピュータによって読みとられ、再加工される。比較器Ｋ１にしか応答しないが、１光子時間よりも長く存続するパルスの場合、それに相応してより多くのパルスが回路ＦおよびＡＮＤ回路を経てカウンタＸ１へ流入する。それにより、合体状態の、つまり互いに密着している光子が識別され、正しく計数され、解釈される。
【００１５】
出現する光子に対する振幅監視と時間計測とを組み合せれば、計測時間内に現われる実際の光子数を正確に求めることができる。
【００１６】
精度の向上により、次のことが達成される：
・比較器の多段式構成により、光子流の様々な振幅が検出評価される。
・時間計測により、関連する光子を分離することが可能となる。
・振幅計測と時間計測の結果から正確な光子数を求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ走査式装置の光子計数の古典的構成図
【図２】光子の計測誤差の生じ得る典型的な例を示す
【図３】ａ）光子を２次元捕捉する本発明の原理、ｂ）回路図
【符号の説明】
Ｓ１〜４    スイッチング閾値
Ｋ    弁別器／比較器
Ｎ１〜３    否定ゲート
Ｘ    カウンタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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