JPH0441936B2

JPH0441936B2 -

Info

Publication number: JPH0441936B2
Application number: JP12485486A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Watanabe; Yutaka Tsucha; Ju Koishi
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1986-05-30
Filing date: 1986-05-30
Publication date: 1992-07-09
Also published as: JPS62282229A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、光現象を観察するストリークカメラ
装置に係り、特に繰り返し発光現象による被測定
光のストリーク像の二次元的曲がりを補正するス
トリーク像歪み補正装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、光現象を高時間分解能で観測するために
ストリークカメラが用いられている。

第３図は、ストリークカメラを用いた従来の光
測定装置の全体構成を示し、１１は被測定発光
光、１２はストリークカメラ、１３は高感度テレ
ビカメラ、１４は信号伝送ケーブル、１５は画像
処理装置である。

図において、光現象をサーキユラスキヤン方式
のストリークカメラ１２により螢光面上に表示
し、これを高感度テレビカメラ１３で走査して電
気信号に変換し、画像処理装置１５で解析・処理
している。

第４図は第３図におけるサーキユラスキヤン方
式のストリーク管を示す図、第５図はストリーク
管の偏向電圧波形を示す図で、同図Ａは垂直偏向
電圧波形を示す図、同図Ｂは水平偏向電圧波形を
示す図、第６図は楕円掃引における螢光面及びそ
の延長面上の光電子到達点を示す図、第７図は繰
り返し光現象を楕円掃引により観測する場合を示
す図で、同図Ａは繰り返し発光波形図、同図Ｂは
偏向電圧波形図、同図Ｃはストリーク像を示す図
である。図中、２１は光電陰極、２２はメツシユ
電極、２３，２４は収束電極、２５ａは垂直偏向
電極、２５ｂは水平偏向電極、２６ａ，２６ｂは
正弦波偏向電圧発生回路、２７は螢光面、E₁，
E₂は電源、Ｒは抵抗、P₁〜P₁₀，P₁′〜P₁₀′は光
電子到達点である。

次に動作を説明すると、被測定光は、光電陰極
２１により光電子に変換され、メツシユ電極２２
により加速される。収束電極２３，２４は、光電
陰極２１で発生した光電子を螢光面２７上に収束
させる電子レンズを形成してあり、メツシユ電極
２２により加速された光電子はこの電子レンズを
通して収束し、一対の平板からなる垂直偏向電極
２５ａ、水平偏向電極２５ｂで偏向され、螢光面
２７に達する。垂直偏向電極２５ａ、水平偏向電
極２５ｂにはそれぞれ正弦波偏向電圧発生回路２
６ａ，２６ｂにより第５図Ａ，Ｂに示すような正
弦波電圧V_a，V_bが印加されている。例えば、垂
直偏向電極２５ａに印加される電圧は、V₁ｐ−
ｐの正弦波電圧であり、水平偏向電極２５ｂに印
加される電圧は、ほぼV₂／２のバイアス電圧を
重畳したV₂ｐ−ｐの正弦波電圧であり、またこ
れらの電圧V_a，V_bは、π／２位相をずらせてあ
る。したがつて、電圧V_a，V_bを偏向電極２５ａ，
２５ｂに印加することにより、V₂／２のバイア
ス電圧分だけ水平方向に中心がずれた楕円掃引が
行われ、V_a，V_bの値を適宜選ぶことにより、例
えば時間ｔ＝t₁，t₂……t₉、に入射した光電子は、
それぞれ第６図のように出力螢光面２７とその延
長面上にわたる点P₁，P₂……P₉に到達する。

また、垂直偏向電圧２５ａ、水平偏向電極２５
ｂに印加する正弦波電圧の周波数は、被測定光の
繰り返し周波数の整数分の一に設定する。例えば
観測対象を励起するレーザー光の周波数と同期す
る正弦波を発生させて、印加する正弦波電圧とし
て用いる。このように垂直偏向電極２５ａ、水平
偏向電極２５ｂに印加する正弦波電圧を設定する
ことにより、繰り返し起こる被測定現象を出力螢
光面２７上の同じ位置に重ね合わせ、出力螢光面
２７上に輝度（エネルギー）を蓄積することがで
きると共に、第６図の点P₅から点P₉のように、
戻り掃引中の現象を出力螢光面２７からはずすよ
うにすることができる。

次に、例えば第７図Ａのような繰り返し光現象
を、同図Ｂに示すように電圧波形で掃引すると、
同図Ｃに示すように螢光面２７上にストリーク像
が形成される。このときｔ＝T₀からｔ＝T₁まで
の光現象のストリーク像P₁〜P₄は、螢光面２７
上に蓄積されるが、ｔ＝T₁からｔ＝T₂までの光
現象のストリーク像P₅〜P₁₀は、螢光面上に形成
されない。したがつて、長時間の現象や、繰り返
し周波数が掃引周波数より大きな光現象が螢光面
上で重なり合うことがないようにして二重露光を
防止することができる。また、ｔ＝T₀′からｔ＝
T₁′までの光現象のストリーク像P₁′〜P₄′は、そ
れぞれP₁〜P₄と同じ位置に重ねられ、螢光面上
でエネルギーの蓄積がなされる。

第８図は、従来の光測定装置におけるストリー
ク像のTVカメラによる読み出しと記憶の様子を
説明するための図で、図中２８はフレームメモリ
である。

図に示すように、前述の楕円掃引により螢光面
２７上に得られたストリーク像は、TVカメラ等
により螢光面を走査して読み出し、その画像信号
をＡ／Ｄコンバータ（図示せず）で量子化し、大
容量のデイジタルメモリ２８（以下フレームメモ
リと言う。）に記憶している。フレームメモリ２
８は、Ｎ×Ｎ画素を有する二次元のメモリで、図
示するようにストリーク管の出力螢光面２７上に
得られたストリーク像を一枚の画像として記憶す
る。このＮは、通常Ｎ＝512程度である。

第９図、第１０図はフレームメモリを示す図、
第１１図はフレームメモリに記憶されたストリー
ク像を示す図である。

図において、フレームメモリの各画素の位置を
（ｉ，ｊ）、ただし０ｉ，ｊ＜Ｎと表し、画素
（ｉ，ｊ）に記録されている輝度値をＩ（ｉ，ｊ）
と表し、第９図に示すように、ｉはフレームメモ
リの横軸で螢光面上の横軸に相当し、ｊはフレー
ムメモリの縦軸でストリーク像の時間軸に相当す
る。

ここで、第１０図に示すように、あるエリア
AV（i₀，i₁）、AH（j₀、j₁）を次のように定義す
る。

AV（i₀，i₁）＝｛（ｉ，ｊ）｜i₀ｉi₁，０ｊ＜
Ｎ｝ AH（j₀，j₁）＝｛（ｉ，ｊ）｜０ｉ＜Ｎ，j₀ｊ
j₁｝また、第１１図に示すように、輝度にたいする
情報IV（i₀，i₁，ｊ）、IH（j₀，j₁，ｉ）を次のよう
に定義する。

IV（i₀，i₁，ｊ）＝_i1 〓ⁱ⁼ⁱ⁰ Ｉ（ｉ，ｊ）、０ｊ＜Ｎ IH（j₀，j₁，ｉ）＝_j1 〓^j=j0 Ｉ（ｉ，ｊ）、０ｉ＜Ｎ第１１図に示すように、IV（i₀，i₁，ｊ）はAV
（i₀，i₁）の中を各ｊ毎にｉについてｉ＝i₀からｉ
＝i₁まで積分したもので、IH（j₀，j₁，ｉ）はAH
（j₀，j₁）の中を各ｉ毎にｊについてｊ＝j₀からｊ
＝j₁まで積分したものである。すなわち、垂直方
向は、各走査線についてi₀からi₁までの輝度の積
分値を各走査線について求めたものをIVとし、
また水平方向は走査線として垂直な線を仮定し、
この垂直線に沿う輝度のj₀からj₁までの積分値を
各垂直な走査線について求めたものをIHとする。

従来の装置では、このようにしてIV（i₀，i₁，
ｊ）、IH（j₀，j₁，ｉ）を求めてこれらの解析・処
理を行つている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来のサーキユラスキヤン・ス
トリークシステムは、ストリーク像が楕円状に曲
がり、これによる不都合が生ずる。

第１２図は従来のサーキユラスキヤン・ストリ
ークシステムによるストリーク像の曲がりを説明
するための図、第１３図は時間分光におけるフレ
ームメモリ上のストリーク像を示す図で、図中、
２９はピンホール板、３０はピンホールである。

図において、時間的に一定な強度を持つ光をピ
ンホール３０を通してストリークカメラに入射さ
せて掃引すると、第１２図に示すように曲がりを
有するストリーク像がフレームメモリ２８中に得
られる。

次に、ストリークカメラの前の分光器（図示せ
ず）を配置し、光現象を分光してストリークカメ
ラに入射し、楕円掃引すれば、第１３図のように
波長λ₁，λ₂，λ₃，……がそれぞれ時間分光され
る。第１３図に示すような曲がりを有するストリ
ーク像を、前述したIV，IHによりそのまま解析
すると、IV（i₀，i₁，ｊ）はｊにより波長情報が
異なつてしまい、またIH（j₀，j₁，ｉ）とIH（j₂，
j₃，ｉ）は同じｉに関して異なる波長情報を持つ
てしまう。したがつて、前述したIV，IHにより
そのままストリーク像を解析したのでは、例え
ば、各波長毎の時間変化の比較や各時間毎の波長
変化の比較等が困難である。

本発明は上記問題点を解決するためのものであ
つて、ストリークカメラにより繰り返し光現象を
観測する際、被測定光のストリーク像歪を補正
し、ストリーク像の解析を容易に行えるようにし
たストリーク像歪み補正装置を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明のストリーク像歪み補正装置
は、一方にバイアス電圧を重畳した互いに90度の
位相差を有する正弦波電圧を、直交する偏向軸の
偏向電圧としてそれぞれ加えて掃引することによ
り戻り掃引による二重露光を防止すると共に、繰
り返し発光現象を、該繰り返し周波数の整数分の
一のシンクロスキヤン周波数で観測するストリー
クカメラであつて、ストリーク像または電子軌道
より前記掃引によるストリーク像の二次元的曲が
り量を検出する検出手段と、検出した曲がりの量
に応じてメリモ上のデータ操作より曲がりの量を
補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明のストリーク像歪み補正装置は、ストリー
クカメラにより、繰り返し発光現象を、該繰り返
し周波数の整数分の一のシンクロスキヤン周波数
で観測する場合、一方にバイアス電圧を重畳した
互いに90度の位相差を有する正弦波電圧を、直交
する偏向軸の偏向電圧としてそれぞれ加えて掃引
することにより生じたストリーク像の二次元的曲
がりを検出し、検出した曲がりの量によりストリ
ーク像の歪みを補正してストリーク像の解析を容
易に行えるようにする。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明によるストリーク像の歪み補正
を説明するための図、第２図はフレームメモリ上
のストリーク像を示す図で、図中、３１はスリツ
ト板、３２はスリツト、３３は光電面である。

図において、スリツト３２は水平に開口してお
り、ここを通して光が入射し、光電面３３からの
光電子群が垂直偏向電極２５ａにｔ＝t₀で入射す
ると、光電子群は垂直偏向電極２５ａ，水平偏向
電極２５ｂにより偏向され、出力螢光面２７上で
垂直方向にT_V（t₀）、水平方向にT_H（t₀）だけ、何
も偏向されなかつた場合に対して平行移動した場
所に投影される。このように、ストリークカメラ
の入力光学系のスリツトが水平に開口していると
き、スリツトの横方向の情報は螢光面でも水平な
軸ｘに投影される。ｙを螢光面の縦方向の空間軸
とし、ｓ（ｙ）を螢光面上での水平方向シフト量
としたとき、ｓ（ｙ）が知られれば、ｓ（ｙ）をも
とに画像変換を行い、ストリーク像の曲がりを補
正することが可能となる。この水平方向シフト量
は次のようにして求めることができる。

第１の方法は、第１図のスリツトをピンホール
に置き換えて連続光を入射し、前述したように楕
円掃引して螢光面上に蓄積された像を高感度TV
カメラにより読み出し、フレームメモリに記憶す
る。このとき、フレームメモリに記憶された像を
第２図に示す。

第２図に示したストリーク像で各ｊ＜Ｎに対
し、IH（ｊ，ｊ，ｉ）を求め、IH（ｊ，ｊ，ｉを
MAXとするｉをｍ（ｊ）とする。即ち IH（ｊ，ｊ，ｍ（ｊ））＞IH（ｊ，ｊ，ｉ）for all0
ｉ＜Ｎこのｍ（ｊ）は、ストリーク像が記憶されてい
る横座標ｉを表しており、シフト量ss（ｊ）を ss（ｊ）＝ｍ（ｊ）−ｍ（Ｎ／２）で定義し、ss（ｊ）を最小自乗法によりｎ次多項
式にあてはめて得られるものをｓ（ｊ）とすれば、
ｓ（ｊ）は、第２図に示すように、ｊ＝Ｎ／２に
おけるストリーク像の記憶位置に対する任意のｊ
におけるストリーク像記憶位置の水平方向シフト
量を表わすこととなる。

第２の方法は、垂直偏向電極２５ａ、水平偏向
電極２５ｂに加える正弦波偏向電圧の振幅と位相
のずれ、及びストリーク管の偏向感度よりストリ
ーク管内の電子軌道を計算する方法で、ストリー
ク管内の電子軌道を計算により算出し、水平方向
偏向量ｓ（ｊ）を求める。

フレームメモリに記録されるストリーク像Ｉ
（ｉ，ｊ）は、スリツトの横軸の情報に関して各
ｊに対してｓ（ｊ）だけＩ（ｉ，Ｎ／２）からシフ
トした軸となつている。例えば、時間分解分光の
場合スリツト横軸は波長軸となるが、各（ｉ，
ｊ）に対応する波長情報をλ（ｉ，ｊ）とすれば、 λ（ｉ，ｊ）＝λ（ｉ−ｓ（ｊ），Ｎ／２）が成り立つ。したがつて、得られたストリーク像
Ｉ（ｉ，ｊ）を I′（ｉ，ｊ）＝Ｉ（ｉ＋ｓ（ｊ），ｊ）とI′（ｉ，ｊ）に変換してシフト量ｓ（ｊ）分だけ
横軸方向に補正してやれば、縦軸方向の等値線
（等波長線）と縦軸方向（時間軸）とが平衡なス
トリーク像が得られる。このような横軸方向のシ
フト量ａ（ｊ）、０ｊ＜Ｎを前述したような方法
で求め、簡単な画像変換を施すことににより、後
は従来の方法に従つてI′（ｉ，ｊ）に対するAV，
AH，IV，IHを求め、従来の方法に比べ極めて
高精度な測定解析が可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、ストリーク像の二次元的曲がり量を予め知
り、この曲がり量でもつてフレームメモリ上のデ
ータを所定方向に移動して補正し、歪のないスト
リーク像を求めることができるので、時間分解分
光の方法がサーキユラスキヤン方式のストリーク
カメラシステムでも容易にかつ高精度に行えるこ
とができ、そのため生物化学分野での時間分解分
光による長寿命螢光の測定、光通信分野での半導
体レーザーのサーキユラスキヤン方式の時間分解
分光等、いろいろな分野での利用が可能となり、
多大な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるストリーク像の歪み補正
を説明するための図、第２図はフレームメモリ上
のストリーク像を示す図、第３図はストリークカ
メラを用いた従来の光測定装置の全体構成を示す
図、第４図は第３図におけるサーキユラスキヤン
方式のストリーク管を示す図、第５図はストリー
ク管の偏向電圧波形を示す図で、同図Ａは垂直偏
向電圧波形を示す図、同図Ｂは水平偏向電圧波形
を示す図、第６図は楕円掃引における螢光面及び
その延長面上の光電子到達点を示す図、第７図は
繰り返し光現象を楕円掃引により観測する場合を
示す図で、同図Ａは繰り返し発光波形図、同図Ｂ
は偏向電圧波形図、同図Ｃはストリーク像を示す
図、第８図は、従来の光測定装置におけるストリ
ーク像のTVカメラによる読み出しと記憶の様子
を説明するための図、第９図、第１０図はフレー
ムメモリを示す図、第１１図はフレームメモリに
記憶されたストリーク像を示す図、第１２図は、
従来のサーキユラスキヤン・ストリークシステム
によるストリーク像の曲がりを説明するための
図、第１３図は、時間分光におけるフレームメモ
リ上のストリーク像を示す図である。１１……被測定発光光、１２……ストリークカ
メラ、１３……高感度テレビカメラ、１４……信
号伝送ケーブル、１５……画像処理装置、２１…
…光電陰極、２２……メツシユ電極、２３，２４
……収束電極、２５ａ……垂直偏向電極、２５ｂ
……水平偏向電極、２６ａ，２６ｂ……正弦波偏
向電圧発生回路、２７……螢光面、E₁，E₂……
電源、Ｒ……抵抗、P₁〜P₁₀，P₁′〜P₁₀′……光電
子到達点、２８……フレームメモリ、２９……ピ
ンホール板、３０……ピンホール、３１……スリ
ツト板、３２……スリツト、３３……光電面。

Claims

【特許請求の範囲】１一方にバイアス電圧を重畳した互いに90度の
位相差を有する正弦波電圧を、直交する偏向軸の
偏向電圧としてそれぞれ加えて掃引することによ
り戻り掃引による二重露光を防止すると共に、繰
り返し発光現象を、該繰り返し周波数の整数分の
一のシンクロスキヤン周波数で観測するストリー
クカメラであつて、ストリーク像または電子軌道
より前記掃引によるストリーク像の二次元的曲が
りの量を検出する検出手段と、検出した曲がりの
量に応じてメモリ上のデータ操作により曲がりの
量を補正する補正手段とを備えたことを特徴とす
るストリーク像歪み補正装置。２前記検出手段は、スポツト状連続入射光によ
り得られたストリーク像からストリーク像の二次
元的曲がりの量を検出することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のストリーク像歪み補正装
置。３前記検出手段は、偏向電圧の振幅と位相のず
れ、及びストリークカメラの偏向感度から算出さ
れる電子軌道からストリーク像の二次元的曲がり
の量を検出することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のストリーク像歪み補正装置。４前記補正手段は、検出した曲がりの量に応じ
てフレームメモリ上のデータを所定方向に移動し
て補正することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のストリーク像歪み補正装置。