DE102020122838A1

DE102020122838A1 - Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung, Verfahren zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung, Programm zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung, Programm zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung, Fluoreszenzspektrophotometer und Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE102020122838A1
Application number: DE102020122838.4A
Authority: DE
Inventors: Jun Horigome; Hiroki Okawa; Takahiro Tamashima; Imari Sato; Yinqiang Zheng
Original assignee: Hitachi High Tech Science Corp; Inter University Research Institute Corp Research Organization of Information and Systems
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp; Inter University Research Institute Corp Research Organization of Information and Systems
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2020-09-01
Publication date: 2021-03-04
Also published as: US20210063242A1; JP7284457B2; JP2021038972A; US11366013B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung bereitgestellt, umfassend: Bestrahlen eines Referenzmaterials mit Erregungslicht, mit einem ersten Wellenlängenbereich; Erlangen durch Aufnehmen eines Bildes des Referenzmaterials mit einer Fotografiervorrichtung, welche mindestens einen dem ersten Wellenlängenbereich entsprechenden ersten Kanal und einen einem zweiten Wellenlängenbereich entsprechenden zweiten Kanal umfasst, eines Bestrahlungsluminanzwerts des ersten Kanals und eines Bestrahlungsluminanzwerts des zweiten Kanals in jedem Pixel des Bildes des Referenzmaterials; Bestrahlen der vorgegebenen Oberfläche der Probe mit dem Erregungslicht; Erlangen eines Messluminanzwerts des ersten Kanals und eines Messluminanzwerts des zweiten Kanals in jedem Pixel eines Bildes der vorgegebenen Oberfläche durch Aufnehmen des Bildes der vorgegebenen Oberfläche mit der Fotografiervorrichtung; Berechnen eines Absorptionsluminanzwerts aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des ersten Kanals und dem Messluminanzwert des ersten Kanals; Berechnen eines Fluoreszenzluminanzwerts aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des zweiten Kanals und dem Messluminanzwert des zweiten Kanals; Berechnen eines Quantenwirkungsgrads jedes Pixels auf der Grundlage der Bestrahlungsluminanzwerte, des Absorptionsluminanzwerts und des Fluoreszenzluminanzwerts; und Erlangen der Quantenwirkungsgradverteilung an der vorgegebenen Oberfläche der Probe.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung, ein Verfahren zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung, ein Programm zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung, ein Programm zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung, ein Fluoreszenzspektrophotometer und eine Anzeigevorrichtung.
Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren sind Anstrengungen unternommen worden, um den Wirkungsgrad von in Anzeigen und weißen Leuchtdioden-Lichtquellen verwendeten fluoreszierenden Materialien mit dem Ziel zu verbessern, Anzeigen und weiße Leuchtdioden-Lichtquellen zu erlangen, welche energiesparend sind. Die Messung des Fluoreszenzquantenwirkungsgrads (Quantenausbeute) in einem festen Zustand wird als nützlich für die Bewertung des Lichtemissionswirkungsgrads dieser fluoreszierenden Materialien angesehen.
In ISO 20351 (2017): Feinkeramik (Hochleistungskeramik, technische Hochleistungskeramik) - Absolutmessung von internem Quantenwirkungsgrad von Leuchtstoffen für weiße Leuchtdioden unter Verwendung einer Ulbrichtschen Kugel (JIS R 1697) und Horigome, J., Wakui, T. et al., Bunseki Kagaku (Japan Analyst), Volume 58, Issue 6, 2009, Seiten 553-559, werden Fluoreszenzspektrophotometer für die Messung des Quantenwirkungsgrads offenbart. Fluoreszenzspektrophotometer dieses Typs sind im allgemeinen Vorrichtungen, welche eine Probe mit Erregungslicht bestrahlen, um das von der Probe abgestrahlte Fluoreszenzlicht zu messen.
Es ist bekannt, dass der Quantenwirkungsgrad in externen Quantenwirkungsgrad und internen Quantenwirkungsgrad gegliedert wird. Externer Quantenwirkungsgrad ist das Verhältnis aus der Anzahl von Photonen von abgestrahltem Fluoreszenzlicht zu der Anzahl von Photonen des ein fluoreszierendes Material bestrahlenden Erregungslichts, wohingegen interner Quantenwirkungsgrad das Verhältnis aus der Anzahl von Photonen von abgestrahltem Fluoreszenzlicht zu der Anzahl von Photonen von durch ein fluoreszierendes Material absorbiertem Erregungslicht ist. Die Anzahl von Photonen von durch ein fluoreszierendes Material absorbiertem Erregungslicht wird durch Entfernen einer Komponente erlangt, welche durch das fluoreszierende Material von dem das fluoreszierende Material bestrahlenden Erregungslicht reflektiert wird.
ISO 20351 (2017) (entspricht auch JIS R 1697) und Ohkubo, K. und Shigeta, T., Journal of the Illuminating Engineering Institute of Japan, Volume 83, Issue 2, 1999, Seiten 87-93 definiert internen Quantenwirkungsgrad durch nachstehenden Ausdruck (1).
$Interner Quantenwirkungsgrad = \frac{Relativwert der Fluoreszenzphotonenzahl (Fluoreszenzmenge)}{Relativwert der absorbierten Photonenanzahl (Absorptionsmenge)}$
Ohkubo, K. and Shigeta, T., Journal of the Illuminating Engineering Institute of Japan, Volume 83, Issue 2, 1999, Seiten 87-93 definiert externen Quantenwirkungsgrad durch nachstehenden Ausdruck (2).
$Externer Quantenwirkungsgrad = \frac{Relativwert der Fluoreszenzphotonenzahl (Fluoreszenzmenge)}{Relativwert der bestrahlenden Photonenanzahl (Bestrahlungmenge)}$
Der Relativwert der absorbierten Photonenzahl (Absorptionsmenge) und der Relativwert der Fluoreszenzphotonenzahl (Fluoreszenzmenge) zum Berechnen des internen Quantenwirkungsgrads und der Relativwert der bestrahlenden Photonenzahl (Bestrahlungsmenge) und der Relativwert der Fluoreszenzphotonenzahl (Fluoreszenzmenge) zum Berechnen des externen Quantenwirkungsgrads werden durch die vorstehend beschriebene Fluoreszenzspektrummessung erlangt.
Für den Relativwert der absorbierten Photonenzahl bei internem Quantenwirkungsgrad wird eine Spektralkomponente einer fluoreszierenden Materialprobe von einem gemessenen Spektrum von Erregungslicht subtrahiert, um dadurch eine Erregungslicht-Spektralkomponente in der Messprobe zu gewinnen. Der Relativwert der durch die fluoreszierende Materialprobe absorbierten Anzahl von Photonen (die Absorptionsmenge) wird durch Integration dieses Spektrums auf der Grundlage einer Bestrahlungswellenlänge des Erregungslichts erlangt.
Für den Relativwert der bestrahlenden Photonenzahl bei externem Quantenwirkungsgrad wird der Relativwert der die Probe bestrahlenden Anzahl von Photonen (die Bestrahlungsmenge) durch Integration von Spektren in einem Wellenlängenbereich des gemessenen Spektrums von Erregungslicht erlangt.
Für den Relativwert der Fluoreszenzphotonenzahl wird das Erregungslichtspektrum von einer gemessenen Spektralkomponente der fluoreszierenden Materialprobe subtrahiert und werden Spektren in einem Wellenlängenbereich, in welchem Fluoreszenzlicht erzeugt wird, integriert, um dadurch den Relativwert der Anzahl von aus der Probe abgestrahlten fluoreszierenden Photonen zu erlangen (die Fluoreszenzmenge).
Der Relativwert der erlangten absorbierten Photonenzahl (Absorptionsmenge) und der Relativwert der Fluoreszenzphotonenzahl (Fluoreszenzmenge) werden verwendet, um den internen Quantenwirkungsgrad durch den Ausdruck (1) zu berechnen. Der erlangte Relativwert der bestrahlenden Photonenzahl (Bestrahlungsmenge) und der erlangte Relativwert der Fluoreszenzphotonenzahl (Fluoreszenzmenge) werden verwendet, um den externen Quantenwirkungsgrad durch den Ausdruck (2) zu berechnen.
In der japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2012-117816 , wird von einer Quantenausbeute-Messvorrichtung berichtet, welche einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen einer Ulbrichtschen Kugel umfasst. Bei dieser Quantenausbeute-Messvorrichtung bewegt der Bewegungsmechanismus die Ulbrichtsche Kugel innerhalb eines dunklen Kastens, um zwischen einem Zustand, in welchem ein Probenbehälter einer Probenzelle innerhalb der Ulbrichtschen Kugel angeordnet ist, und einem Zustand, in welchem der Probenbehälter der Probenzelle außerhalb der Ulbrichtschen Kugel angeordnet ist, zu wechseln.
Dies ist ein Mechanismus zum Wechseln zu einem anderen Probenplatzierungszustand als eine Maßnahme zum Korrigieren von Mehrfachreflexion innerhalb der Ulbrichtschen Kugel, um die Präzision der Quantenausbeute-Messung zu verbessern, und die einzigen erlangten Daten sind eine Quantenausbeute, welche aus einer durchschnittlichen Spektralinformation an einer Messstelle erlangt wird.
Im Journal of Biomedical Optics; August 2015, Vol. 20 (8) wird ein Bild einer Quantenwirkungsgradverteilung durch Ausführen von Ortsfrequenzbereichsabbildung (SFDI), welches eine diffuse optische Weitfeld-Technik ist, an einem Bild erlangt, welches von der Verteilung von Fluoreszenzlicht aufgenommen ist, welches von Erregungslicht einer einzelnen Wellenlänge erzeugt wird, und somit wird der Effekt von Streuung und Reflexion berücksichtigt.
Gemäß der japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2019-020362 , kann andererseits ein Fluoreszenzlicht-Bild einer Probe mit Fluoreszenzlicht aufgenommen werden, welches von der Probe zum Zeitpunkt der Bestrahlung mit Erregungslicht erzeugt wird, indem ein Kameramodul (eine Fotografiervorrichtung) in der Nähe einer Ulbrichtschen Kugel in einem Fluoreszenzspektrophotometer vorgesehen wird.
In Y. Fu, A. Lam, I. Sato, T. Okabe und Y. Sato, IEEE Trans. PAMI 38 (7), Seiten 1313-1326, 2016, wird ein Verfahren zum Trennen von Reflexions- und Fluoreszenzabsorptionsbildern von einem RGB-Bild, welches unter Verwendung einer Lichtquelle, welche mit mehreren Wellenlängen bestrahlen kann, und einer Farbkamera aufgenommen wurde, und zum Abschätzen eines Absorptionsspektrums und eines Fluoreszenzspektrums offenbart.
Bei einem Fluoreszenzspektrophotometersystem des Stands der Technik, wie jenen, welche in ISO 20351 (2017) ; Horigome, J., Wakui, T. et al, Bunseki Kagaku (Japan Analyst), Volume 58, Issue 6, 2009, Seiten 553-559; Ohkubo, K. und Shigeta, T., Journal of the Illuminating Engineering Institute of Japan, Volume 83, Issue 2, 1999, Seiten 87-93; und der japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2012-117816 , offenbart sind, wird der Quantenwirkungsgrad durch Messen eines Erregungslichtspektrums unter Verwendung einer weißen Referenzplatte und Messen eines Fluoreszenzspektrum von Licht von einer Probe berechnet. Der Ort der Spektrummessung befindet sich jedoch auf einer bestrahlten Oberfläche, welche mit Erregungslicht bestrahlt wird, was den berechneten Quantenwirkungsgrad auf einen Durchschnittswert auf der bestrahlten Fläche beschränkt.
Im Journal of Biomedical Optics; August 2015, Vol. 20 (8), wird der Quantenwirkungsgrad aus einem Probenbild errechnet, jedoch ist das Verfahren der Berechnung ein relativer Vergleich mit einer Probe, deren Quantenwirkungsgrad bekannt ist, zum Beispiel Rhodamin B. Anfertigung einer geeigneten bekannten Probe ist erforderlich, und der Messwert schwankt dann in Abhängigkeit von dem Quantenwirkungsgrad der bekannten Probe.
Die Anzahl von Proben, deren Quantenwirkungsgrad bekannt ist, ist begrenzt, und daher ist es nicht leicht, eine bekannte Probe anzufertigen, welche für den Zustand einer Probe geeignet ist, welche eine flüssige Probe, eine feste Probe oder eine Probe in einem anderen Zustand sein kann. In dem Fall einer Lösungsprobe, deren Quantenwirkungsgrad in Abhängigkeit von der Konzentration der Probe schwankt, ist die Konzentration, bei welcher der Quantenwirkungsgrad berichtet wird, im Allgemeinen gering und die Fluoreszenzmenge ist in vielen verdünnten Lösungen klein. Dies führt zu einem mühsamen Vorgang bei der Auswahl einer Probe, welche eine zum Fotografieren geeignete Fluoreszenzmenge aufweist, und dem Verdünnen der Probe auf eine Konzentration, bei welcher der Quantenwirkungsgrad innerhalb des Bereichs des berichteten Wertes konstant gehalten wird und bei welcher ein Bild aufgenommen werden kann. Feste Proben sind ebenfalls bei der Anzahl von Proben, deren Quantenwirkungsgrad bekannt ist, begrenzt, und die begrenzte Anzahl verursacht einen mühsamen Vorgang bei der Auswahl einer bekannten Probe, welche für die Erregungswellenlänge und Fluoreszenzwellenlänge einer Probe geeignet ist. Daher wird nach einem Verfahren zum Erlangen eines Quantenwirkungsgrads aus einem Bild einer Probe ohne Verwendung einer Probe, deren Quantenwirkungsgrad bekannt ist, das heißt einem Absolutverfahren zum Erlangen eines Quantenwirkungsgrads verlangt.
In Y. Fu, A. Lam, I. Sato, T. Okabe und Y. Sato, IEEE Trans. PA MI 38 (7), Seiten 1313-1326, 2016, gibt es eine Beschreibung über ein Verfahren zum Trennen eines Reflexionskomponentenbildes und eines Fluoreszenzabsorptionskomponentenbildes von einem RGB-Bild, welches mit einer Farbkamera aufgenommen wurde, und zum Abschätzen eines Absorptionsspektrums und eines Fluoreszenzspektrums, jedoch keine Beschreibung über eine Quantenwirkungsgradberechnung. Für eine Absolutberechnung des Quantenwirkungsgrads ist es erforderlich, eine Absorptionsmenge (Bestrahlungsmenge) und eine Fluoreszenzmenge zu erlangen, welche genau angeben, wie viel absorbiertes Licht in das abgestrahlte Fluoreszenzlicht umgewandelt wird. Im Fall einer festen Probe ist insbesondere der Reflexionszustand bei spiegelnder Reflexion und diffuser Reflexion an einer Probenoberfläche ungleichmäßig und wird folglich ein Fehler aufgrund von Abhängigkeit von den Einbauwinkeln der Beleuchtung und einer Kamera bei einer Abschätzung der Menge des reflektierten Lichts verursacht. Ein möglicher Weg, diesen Effekt zu beseitigen, ist es, einen Zustand zu schaffen, in welchem die Beleuchtung unter Verwendung einer Ulbrichtschen Kugel gestreut wird, wie in der japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2019-020362 . In der japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2019-020362 , gibt es jedoch keine Beschreibung über die Quantenwirkungsgradberechnung, wohingegen die Messung eines Erregungsspektrums und eines Fluoreszenzspektrums und Fotografieren mit einer Kamera beschrieben sind. Anders als Y. Fu, A. Lam, I. Sato, T. Okabe und Y. Sato, IEEE Trans. PA MI 38(7), Seiten 1313-1326, 2016, werden in der japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2019-020362 , zur Beleuchtung Erregungslicht, welches an einem erregungsseitigen Spektroskop abgespaltet wird und dann ein Fluoreszenzspektrophotometer verlässt, und eine Ulbrichtsche Kugel zur Probenplatzierung und zum Fotografieren mit einer Farbkamera verwendet. Die beiden unterscheiden sich dementsprechend durch die optische Geometrie voneinander und es ist daher nicht leicht, einen berechneten Quantenwirkungsgrad einfach aus einem mit einer Farbkamera aufgenommen RGB-Bild auf der Grundlage von Y. Fu, A. Lam, I. Sato, T. Okabe und Y. Sato, IEEE Trans. PA MI 38 (7), Seiten 1313-1326, 2016, abzuleiten.
Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist, wie es in ISO 20351 (2017) erwähnt ist, dass ein erregungsseitiges optisches System und fluoreszenzlichtseitiges optisches System eines Fluoreszenzspektrophotometers Spektraleigenschaften aufweisen, welche auf die optischen Systeme beschränkt sind. Da das erregungsseitige optische System Spektraleigenschaften aufweist, schwankt die eine Probe bestrahlende Erregungslichtmenge von Wellenlänge zu Wellenlänge. Ähnlich schwankt mit dem fluoreszenzlichtseitigen optischen System mit spektralen Empfindlichkeitseigenschaften eine für Fluoreszenzlicht, welches von einer Probe abgestrahlt wird, erfasste Intensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Verfahren zum Korrigieren der Spektraleigenschaften des erregungsseitigen optischen Systems und fluoreszenzlichtseitigen optischen Systems sind bekannt, und jedes Verfahren wird verwendet, um instrumentelle Funktionen im Voraus zu erlangen und spektrale Empfindlichkeitskorrektur auszuführen. Es hat jedoch keinen Bericht über ein Verfahren zum Korrigieren spektraler Empfindlichkeitseigenschaften einer Kamera gegeben, welche in einer Ulbrichtschen Kugel eines Fluoreszenzspektrophotometers enthalten ist. Ein unter Verwendung der Ulbrichtschen Kugel aufgenommenes Bild wird daher durch Spektraleigenschaften des erregungsseitigen optischen Systems und der Ulbrichtschen Kugel beeinträchtigt. Somit wird es schwierig, eine Absorptionsmenge (Bestrahlungsmenge) und eine Fluoreszenzmenge zu erlangen, welche genau angeben, wie viel absorbiertes Licht in das abgestrahlte Fluoreszenzlicht umgewandelt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technologie zum Erfassen von Verteilungen von internem Quantenwirkungsgrad und externem Quantenwirkungsgrad bei einer beobachteten Fläche einer Probe.
Gemäß zumindest einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung an einer vorgegebenen Oberfläche einer Probe bereitgestellt, umfassend: Bestrahlen eines Referenzmaterials mit Erregungslicht, welches einem ersten Wellenlängenbereich angehört; Erlangen durch Aufnehmen eines Bildes des Referenzmaterials mit einer Fotografiervorrichtung, welche mindestens einen dem ersten Wellenlängenbereich entsprechenden ersten Kanal und einen einem zweiten Wellenlängenbereich entsprechenden zweiten Kanal umfasst, eines Bestrahlungsluminanzwerts des ersten Kanals und eines Bestrahlungsluminanzwerts des zweiten Kanals in jedem Pixel des Bildes des Referenzmaterials; Bestrahlen der vorgegebenen Oberfläche der Probe mit dem Erregungslicht; Erlangen eines Messluminanzwerts des ersten Kanals und eines Messluminanzwerts des zweiten Kanals in jedem Pixel eines Bildes der vorgegebenen Oberfläche durch Aufnehmen des Bildes der vorgegebenen Oberfläche mit der Fotografiervorrichtung; Berechnen eines Absorptionsluminanzwerts aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des ersten Kanals und dem Messluminanzwert des ersten Kanals; Berechnen eines Fluoreszenzluminanzwerts aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des zweiten Kanals und dem Messluminanzwert des zweiten Kanals; Berechnen eines Quantenwirkungsgrads jedes Pixels auf der Grundlage der Bestrahlungsluminanzwerte, des Absorptionsluminanzwerts und des Fluoreszenzluminanzwerts; und Erlangen der Quantenwirkungsgradverteilung an der vorgegebenen Oberfläche der Probe aus dem Quantenwirkungsgrad jedes Pixels.
Gemäß mindestens einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung an einer vorgegebenen Oberfläche einer Probe bereitgestellt, umfassend: Bestrahlen eines Referenzmaterials mit Erregungslicht; Erlangen eines Bestrahlungsluminanzwerts in jedem Pixel eines Bildes des Referenzmaterials für jede Wellenlänge durch Aufnehmen des Bildes des Referenzmaterials mit einer Fotografiervorrichtung; Bestrahlen der vorgegebenen Oberfläche der Probe mit dem Erregungslicht; Erlangen eines Messluminanzwerts in jedem Pixel des Bildes der vorgegebenen Oberfläche für jede Wellenlänge durch Aufnehmen eines Bildes der vorgegebenen Oberfläche mit der Fotografiervorrichtung; Erlangen eines Fluoreszenzspektrums, welches aus der Bestrahlung mit Erregungslicht erlangt wird; Berechnen auf der Grundlage des Fluoreszenzspektrums von Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten über eine jeder Fluoreszenzwellenlänge zuzuordnende Fluoreszenzintensitätsverteilung; Berechnen auf der Grundlage des Bestrahlungsluminanzwerts und des Messluminanzwerts, welche für jede Wellenlänge in jedem Pixel erlangt werden, und der Grundlage der Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten eines Reflexionskomponentenkoeffizienten und eines Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten in dem Pixel; Berechnen auf der Grundlage des Reflexionskomponentenkoeffizienten und des Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten eines Quantenwirkungsgrads jedes Pixels; und Erlangen der Quantenwirkungsgradverteilung an der vorgegebenen Oberfläche der Probe aus dem Quantenwirkungsgrad jedes Pixels.
Gemäß mindestens einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung bereitgestellt, umfassend Anzeigen auf einer Anzeigevorrichtung einer Quantenwirkungsgradverteilung, welche durch das vorstehend genannte Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung erlangt wird, in einem der vorgegebenen Oberfläche entsprechenden Koordinatensystem.
Gemäß mindestens einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Programm zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung an einer vorgegebenen Oberfläche einer Probe bereitgestellt, wobei die vorgegebene Oberfläche der Probe mit Erregungslicht, welches einem ersten Wellenlängenbereich angehört, durch ein Fluoreszenzspektrophotometer bestrahlt wird, wobei das Fluoreszenzspektrophotometer dafür ausgelegt ist, um sowohl ein Referenzmaterial als auch die vorgegebene Oberfläche der Probe mit dem Erregungslicht zu bestrahlen, wobei das Programm einen Computer steuert, so dass der Computer die folgenden Schritte ausführt: Erlangen durch Aufnehmen eines Bildes des Referenzmaterials mit einer Fotografiervorrichtung, welche mindestens einen dem ersten Wellenlängenbereich entsprechenden ersten Kanal und einen einem zweiten Wellenlängenbereich entsprechenden zweiten Kanal umfasst, eines Bestrahlungsluminanzwerts des ersten Kanals und eines Bestrahlungsluminanzwerts des zweiten Kanals in jedem Pixel des Bildes des Referenzmaterials; Erlangen eines Messluminanzwerts des ersten Kanals und eines Messluminanzwerts des zweiten Kanals in jedem Pixel eines Bildes der vorgegebenen Oberfläche durch Aufnehmen des Bildes der vorgegebenen Oberfläche mit der Fotografiervorrichtung; Berechnen eines Absorptionsluminanzwerts aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des ersten Kanals und dem Messluminanzwert des ersten Kanals; Berechnen eines Fluoreszenzluminanzwerts aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des zweiten Kanals und dem Messluminanzwert des zweiten Kanals; Berechnen eines Quantenwirkungsgrads jedes Pixels auf der Grundlage der Bestrahlungsluminanzwerte, des Absorptionsluminanzwerts und des Fluoreszenzluminanzwerts; und Erlangen der Quantenwirkungsgradverteilung an der vorgegebenen Oberfläche der Probe aus dem Quantenwirkungsgrad jedes Pixels.
Gemäß mindestens einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Programm zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung an einer vorgegebenen Oberfläche einer Probe bereitgestellt, wobei die vorgegebene Oberfläche der Probe mit Erregungslicht durch ein Fluoreszenzspektrophotometer bestrahlt wird, wobei das Fluoreszenzspektrophotometer dafür ausgelegt ist, um sowohl ein Referenzmaterial als auch die vorgegebene Oberfläche der Probe mit dem Erregungslicht zu bestrahlen, wobei das Programm einen Computer steuert, so dass der Computer die folgenden Schritte ausführt: Erlangen eines Bestrahlungsluminanzwerts in jedem Pixel eines Bildes des Referenzmaterials für jede Wellenlänge durch Aufnehmen des Bildes des Referenzmaterials mit einer Fotografiervorrichtung; Erlangen eines Messluminanzwerts in jedem Pixel eines Bildes der vorgegebenen Oberfläche für jede Wellenlänge durch Aufnehmen des Bildes der vorgegebenen Oberfläche mit der Fotografiervorrichtung; Erlangen eines Fluoreszenzspektrums, welches aus der Bestrahlung mit dem Erregungslicht erlangt wird; Berechnen von Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten in dem Fluoreszenzspektrum über eine jeder Erregungswellenlänge zuzuordnende Fluoreszenzintensitätsverteilung; Berechnen auf der Grundlage des Bestrahlungsluminanzwerts und des Messluminanzwerts, welche für jede Wellenlänge in jedem Pixel erlangt werden, und der Grundlage der Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten eines Reflexionskomponentenkoeffizienten und eines Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten in dem Pixel; Berechnen auf der Grundlage des Reflexionskomponentenkoeffizienten und des Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten eines Quantenwirkungsgrads jedes Pixels; und Erlangen der Quantenwirkungsgradverteilung an der vorgegebenen Oberfläche der Probe aus dem Quantenwirkungsgrad jedes Pixels.
Gemäß mindestens einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Programm zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung bereitgestellt, wobei das Programm eine Anzeigevorrichtung steuert, so dass die Anzeigevorrichtung eine Quantenwirkungsgradverteilung, welche durch das vorstehend genannte Programm zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung erlangt wird, in einem der vorgegebenen Oberfläche entsprechenden Koordinatensystem anzeigt.
Gemäß mindestens einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fluoreszenzspektrophotometer bereitgestellt, welches dafür ausgelegt ist, um eine Quantenwirkungsgradverteilung an einer vorgegebenen Oberfläche einer Probe zu erlangen, umfassend: eine Lichtquelle, welche dafür ausgelegt ist, um ein Referenzmaterial und die vorgegebene Oberfläche der Probe mit Erregungslicht, welches einem ersten Wellenlängenbereich angehört, zu bestrahlen; eine Fotografiervorrichtung, welche mindestens einen ersten Kanal, welcher dem ersten Wellenlängenbereich entspricht, und einen zweiten Kanal umfasst, welcher einem zweiten Wellenlängenbereich entspricht; und einen Computer. Bei dem Fluoreszenzspektrophotometer ist die Fotografiervorrichtung dafür ausgelegt, durch Aufnehmen eines Bildes des Referenzmaterials einen Bestrahlungsluminanzwert des ersten Kanals und einen Bestrahlungsluminanzwert des zweiten Kanals in jedem Pixel des Bildes des Referenzmaterials zu erlangen, und ist dafür ausgelegt, um durch Aufnehmen eines Bildes der vorgegebenen Oberfläche einen Messluminanzwert des ersten Kanals und einen Messluminanzwert des zweiten Kanals in jedem Pixel des Bildes der vorgegebenen Oberfläche zu erlangen. Ferner ist bei dem Fluoreszenzspektrophotometer der Computer dafür ausgelegt, um: einen Absorptionsluminanzwert aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des ersten Kanals und dem Messluminanzwert des ersten Kanals zu berechnen; einen Fluoreszenzluminanzwert aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des zweiten Kanals und dem Messluminanzwert des zweiten Kanals zu berechnen; einen Quantenwirkungsgrad jedes Pixels auf der Grundlage der Bestrahlungsluminanzwerte, des Absorptionsluminanzwerts und des Fluoreszenzluminanzwerts zu berechnen; und die Quantenwirkungsgradverteilung an der vorgegebenen Oberfläche der Probe aus dem Quantenwirkungsgrad jedes Pixels zu erlangen.
Gemäß mindestens einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fluoreszenzspektrophotometer bereitgestellt, welches dafür ausgelegt ist, um eine Quantenwirkungsgradverteilung an einer vorgegebenen Oberfläche einer Probe zu erlangen, umfassend: eine Lichtquelle, welche dafür ausgelegt ist, um ein Referenzmaterial und die vorgegebene Oberfläche der Probe mit Erregungslicht zu bestrahlen; eine Fotografiervorrichtung; einen Detektor, welcher dafür ausgelegt ist, um ein Fluoreszenzspektrum, welches aus der Bestrahlung mit dem Erregungslicht erlangt wird, zu erlangen; und einen Computer. Bei dem Fluoreszenzspektrophotometer ist die Fotografiervorrichtung dafür ausgelegt, durch Aufnehmen eines Bildes des Referenzmaterials für jede Wellenlänge einen Bestrahlungsluminanzwert in jedem Pixel des Bildes des Referenzmaterials zu erlangen, und ist dafür ausgelegt, um durch Aufnehmen eines Bildes der vorgegebenen Oberfläche für jede Wellenlänge einen Messluminanzwert in jedem Pixel des Bildes der vorgegebenen Oberfläche zu erlangen. Ferner ist bei dem Fluoreszenzspektrophotometer der Computer dafür ausgelegt, um: in dem Fluoreszenzspektrum Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten über eine jeder Erregungswellenlänge zuzuordnende Fluoreszenzintensitätsverteilung zu berechnen; auf der Grundlage des Bestrahlungsluminanzwerts und des Messluminanzwerts, welche für jede Wellenlänge in jedem Pixel erlangt werden, und der Grundlage der Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten einen Reflexionskomponentenkoeffizienten und einen Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten in dem Pixel zu berechnen; auf der Grundlage des Reflexionskomponentenkoeffizienten und des Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten einen Quantenwirkungsgrad jedes Pixels zu berechnen; und die Quantenwirkungsgradverteilung an der vorgegebenen Oberfläche der Probe aus dem Quantenwirkungsgrad jedes Pixels zu erlangen.
Gemäß mindestens einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anzeigevorrichtung bereitgestellt, welche dafür ausgelegt ist, um eine Quantenwirkungsgradverteilung, welche durch das vorstehend genannte Fluoreszenzspektrophotometer erlangt wird, in einem der vorgegebenen Oberfläche entsprechenden Koordinatensystem anzuzeigen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, kann die Verteilung des Quantenwirkungsgrads an der vorgegebenen Oberfläche der Probe erfasst werden, was die detaillierte Analyse der Eigenschaften der Probe ermöglicht.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Ausgestaltung eines Fluoreszenzspektrophotometers gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Graph, um ein mit dem Fluoreszenzspektrophotometer erlangtes Fluoreszenzspektrum einer Probe zu zeigen.
3A und 3B sind Ansichten zur Darstellung eines Beispiels einer Ausgestaltung einer Ulbrichtschen Kugel, von welchen 3A eine Draufsicht davon und 3B eine Seitenansicht davon ist.
4 ist ein Flussdiagramm von Schritten zum Ausführen eines Quantenwirkungsgradberechnungsverfahrens bei einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5A, 5B und 5C sind konzeptionelle Graphen, um die Zusammenhänge zwischen einem Bestrahlungsluminanzwert, einem Absorptionsluminanzwert und einem Fluoreszenzluminanzwert in einem R-Kanal, einem G-Kanal und einem B-Kanal bei der ersten Ausführungsform zu zeigen, von welchen 5A ein Graph mit Bestrahlungsluminanzwerten bei Referenzmessung ist, 5B ein Graph mit Luminanzwerten bei Probenmessung ist und 5C ein Graph mit berechneten Absorptionsluminanzwerten und Fluoreszenzluminanzwerten ist.
6A, 6B und 6C sind konzeptionelle Graphen von Fluoreszenzspektren zur Darstellung von R-Kanal-, G-Kanal- und B-Kanal-Wellenlängenbereichen einer weißen Referenzplatte und einer Probe bei den Fluoreszenzspektren, von welchen 6A ein Graph eines Spektrums bei Referenzmessung ist, 6B ein Graph eines Spektrums bei Probenmessung ist und 6C ein Graph eines Spektrums einer berechneten Absorptionsmenge und Fluoreszenzmenge ist.
7 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Ausgestaltung eines Fluoreszenzspektrophotometers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8A und 8B sind Ansichten zur Darstellung eines Beispiels der Ausgestaltung einer Ulbrichtschen Kugel, von welchen 8A eine Draufsicht davon und 8B eine Seitenansicht davon ist.
9 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Bildes der weißen Referenzplatte und eines Probenbildes, welche eingegeben werden, und ein Bild einer Quantenwirkungsgradverteilung, welches ausgegeben wird.
10 ist ein Flussdiagramm von Schritten zum Ausführen eines Quantenwirkungsgradberechnungsverfahrens bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Darstellung des Verfahrens zum Berechnen eines Reflexionskomponentenkoeffizienten und eines Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten.
12 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Darstellung des Vorgangs zum Bilden eines Fluoreszenzspektrums.
13 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Bildes der weißen Referenzplatte, eines Probenbildes und eines Fluoreszenzspektrums, welche eingegeben werden, und ein Bild einer Quantenwirkungsgradverteilung, welches ausgegeben wird.
14 ist ein Flussdiagramm von Schritten zum Ausführen eines Quantenwirkungsgradberechnungsverfahrens bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15A, 15B und 15C sind konzeptionelle Graphen, um die Zusammenhänge zwischen einem Bestrahlungsluminanzwert, einem Absorptionsluminanzwert und einem Fluoreszenzluminanzwert mehrkanalig bei der ersten Ausführungsform zu zeigen, von welchen 15A ein Graph mit Bestrahlungsluminanzwerten bei Referenzmessung ist, 15B ein Graph mit Luminanzwerten bei Probenmessung ist und 15C ein Graph mit berechneten Absorptionsluminanzwerten und Fluoreszenzluminanzwerten ist.
16 ist ein Diagramm eines auf einer Anzeigevorrichtung anzuzeigenden Meßergebnisbildes.
17 ist ein Diagramm eines auf einer Anzeigevorrichtung anzuzeigenden Meßergebnisbildes.
18 ist ein Diagramm eines auf einer Anzeigevorrichtung anzuzeigenden Meßergebnisbildes.
19 ist ein Diagramm zur Darstellung eines internen Quantenwirkungsgradverteilungsbildes und eines externen Quantenwirkungsgradverteilungsbildes.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine ausführliche Beschreibung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen von beispielhaften Ausführungsformen eines Verfahrens zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung, eines Verfahrens zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung, eines Programms zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung, eines Programms zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung eines Fluoreszenzspektrophotometer und einer Anzeigevorrichtung gegeben.
1 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Ausgestaltung eines Fluoreszenzspektrophotometers gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, mit welchem eine Quantenwirkungsgradverteilung erlangt wird. Die Ausgestaltung des Fluoreszenzspektrophotometers gemäß dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf 1 ausführlich beschrieben.
Ein Fluoreszenzspektrophotometer 1 gemäß dieser Ausführungsform ist eine Vorrichtung, welche dafür ausgelegt ist, um eine Probe mit Erregungslicht zu bestrahlen, um von der Probe abgestrahltes Fluoreszenzlicht zu messen, und umfasst ein Photometer 10, einen Datenprozessor 30, welcher in dem Photometer 10 angeordnet und dafür ausgelegt ist, um das Photometer 10 zu steuern, um die Probe zu analysieren, und eine Bedienungsvorrichtung 40, welche zur Eingabe und Ausgabe verwendet wird.
Das Photometer 10 umfasst eine Lichtquelle 11, ein erregungsseitiges Spektroskop 12, welches dafür ausgelegt ist, um Licht von der Lichtquelle 11 abzuspalten, um das Erregungslicht zu erzeugen, einen Strahlenteiler 13, welcher dafür ausgelegt ist, um Licht von dem erregungsseitigen Spektroskop 12 abzuspalten, einen Monitordetektor 14, welcher dafür ausgelegt ist, um eine Intensität eines Teillichts zu messen, welches durch den Strahlenteiler 13 abgespaltet wurde, ein fluoreszenzlichtseitiges Spektroskop 15, welches dafür ausgelegt ist, um das von der Probe abgestrahlte Licht in monochromatisches Licht abzuspalten, einen Detektor (Fluoreszenzdetektor) 16, welcher dafür ausgelegt ist, um ein elektrisches Signal des monochromatischen Fluoreszenzlichts zu erfassen, einen erregungsseitigen Impulsmotor 17, welcher dafür ausgelegt ist, um ein Beugungsgitter des erregungsseitigen Spektroskops 12 anzutreiben, und einen fluoreszenzlichtseitigen Impulsmotor 18, welcher dafür ausgelegt ist, um ein Beugungsgitter des fluoreszenzlichtseitigen Spektroskops 15 anzutreiben.
Der Datenprozessor 30 umfasst einen Computer 31, eine Steuerung 32, welche in dem Computer 31 angeordnet ist, und einen A/D-Wandler 33, welcher dafür ausgelegt ist, um das Fluoreszenzlicht von der Probe in ein digitales Signal umzuwandeln. Darüber hinaus umfasst die Bedienungsvorrichtung 40 eine Bedienungstafel 41, an welcher eine Bedienperson ein Eingangssignal eingibt, welches für die Verarbeitung durch den Computer 31 erforderlich ist, eine Anzeigevorrichtung 42, welche dafür ausgelegt ist, um verschiedene, durch den Computer 31 bearbeitete Analyseergebnisse anzuzeigen, und eine Schnittstelle 43, welche dafür ausgelegt ist, um die Bedienungstafel 41 und die Anzeigevorrichtung 42 mit dem Computer 31 zu verbinden.
Auf der Grundlage von durch die Bedienperson in die Bedienungstafel 41 eingegebenen Messbedingungen gibt der Computer 31 ein Signal an den erregungsseitigen Impulsmotor 17 aus und wird der erregungsseitige Impulsmotor 17 angetrieben, um das erregungsseitige Spektroskop 12 auf eine Zielwellenlängenposition einzustellen. Ähnlich gibt der Computer 31 auf der Grundlage der Messbedingungen ein Signal an den fluoreszenzlichtseitigen Impulsmotor 18 aus und wird der fluoreszenzlichtseitige Impulsmotor 18 angetrieben, um das fluoreszenzlichtseitige Spektroskop 15 auf eine Zielwellenlängenposition einzustellen. Sowohl das erregungsseitige Spektroskop 12 als auch das fluoreszenzlichtseitige Spektroskop 15 weisen ein Beugungsgitter mit einer vorgegebenen Schlitzbreite, ein Prisma und andere derartige optische Elemente auf, und die optischen Elemente werden bewegt, um mit dem erregungsseitigen Impulsmotor 17 und dem fluoreszenzlichtseitigen Impulsmotor 18 zu drehen, welche als Antriebskräfte über Zahnräder, Nocken und andere derartige Antriebssystemteile dienen, um eine Spektralabtastung zu ermöglichen.
Das Photometer 10 umfasst ferner eine Ulbrichtsche Kugel 20. Die Ulbrichtsche Kugel 20 besitzt eine im Wesentlichen kugelförmige Gestalt, in deren Inneren keine Substanz vorhandenen ist, um einen Innenraum zu definieren. Darüber hinaus umfasst die Ulbrichtsche Kugel 20 einen Probenhalter (Probenplatzierungsabschnitt) 23, in welchem eine zu messende Probe, welche verschiedene Formen annimmt, wie beispielsweise fest, pulverförmig und flüssig, platziert und gehalten (enthalten oder eingeschlossen) werden kann. Der Probenhalter 23 ist dafür ausgelegt, um von der Ulbrichtschen Kugel 20 entfernbar zu sein, besitzt eine kreisförmige Plattengestalt und hält die Probe mit Federspannung.
Ferner wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein Kameramodul (Fotografiervorrichtung) 21 in der Nähe der Ulbrichtsche Kugel 20 vorgesehen. Im Gegensatz zu dem Detektor 16, welcher dafür ausgelegt ist, das elektrische Signal des Fluoreszenzlichts von der Probe zu erfassen, um eine Intensität eines Spektrums zu erlangen, ist das Kameramodul 21 dafür ausgelegt, um ein Probenbild (Bild einer Probenoberfläche) mit dem Fluoreszenzlicht von der Probe zu fotografieren und zu erlangen. Bei dieser Ausführungsform ist der Probenhalter 23 an einer Position platziert, an welcher die Probe nicht direkt mit dem Teilerregungslicht bestrahlt wird, welches durch den Strahlenteiler 13 abgespaltet wurde. Das Kameramodul 21 ist indessen an einer Position platziert, welche der Position des Probenhalters 23 gegenüberliegt (einschließlich der Umgebung der Position, welche gegenüberliegt), wenn aus einem Zentrum der Ulbrichtschen Kugel 20 geblickt wird, um die Fläche der zu fotografierenden Probe auf der Grundlage des Fluoreszenzlichts, welches durch die mit dem Licht von der Lichtquelle 11 bestrahlte Probe abgestrahlt wird.
Die Ulbrichtsche Kugel 20 nimmt das Teilerregungslicht auf, welches durch den Strahlenteiler 13 abgespaltet wurde. Auf einer Innenfläche (welche den Innenraum definiert) der Ulbrichtsche Kugel 20 ist ein hochreflektierendes weißes Material, zum Beispiel Bariumsulfat, aufgebracht. Die Ulbrichtsche Kugel 20 reflektiert und streut an der Innenfläche das Erregungslicht, welches in die Ulbrichtsche Kugel 20 eingetreten ist, um die in dem Probenhalter 23 gehaltene Probe mit durchschnittlichem Erregungslicht zu bestrahlen. Ferner wird das von der Probe abgestrahlte Fluoreszenzlicht von der Innenfläche der Ulbrichtsche Kugel 20 reflektiert und gestreut, tritt aus der Ulbrichtsche Kugel aus und wird zu dem fluoreszenzlichtseitigem Spektroskop 15 und dem Detektor 16 geleitet. Details der Ulbrichtschen Kugel 20 werden später beschrieben.
Das abgestrahlte Fluoreszenzlicht wird durch das fluoreszenzlichtseitige Spektroskop 15 aufgenommen und in das monochromatische Licht abgespaltet und das monochromatische Licht wird durch den Detektor 16 erfasst und aufgenommen als eine Signalintensität durch den Computer 31 über den A/D-Wandler 33 mit dem Ergebnis aufgenommen, dass die verschiedenen Analyseergebnisse auf der Anzeigevorrichtung 42 angezeigt werden. Unterdessen wird das abgestrahlte Fluoreszenzlicht durch das Kameramodul 21 mit dem Ergebnis fotografiert, dass das Probenbild erlangt und auf der Anzeigevorrichtung 42 angezeigt wird.
2 ist ein Graph, um ein Fluoreszenzspektrum zu zeigen, welches ein Beispiel für Daten ist, welche von allgemeinen Fluoreszenzspektrophotometern einschließlich dem Fluoreszenzspektrophotometer gemäß der Ausführungsform von 1 erlangt werden. Das Fluoreszenzspektrum ist bei der Vorrichtung von 1 ein Spektrum, welches durch Bestrahlen einer Messprobe in dem Probenhalter 23 mit Erregungslicht einer festen Wellenlänge und Messen der Fluoreszenzintensität für jede Fluoreszenzwellenlänge, wenn die Fluoreszenzwellenlänge verändert wird, erlangt wird. Die Messprobe wird mit Erregungslicht von dem erregungsseitigen Spektroskop 12 bestrahlt, welches auf eine feste Wellenlänge eingestellt ist. Das fluoreszenzlichtseitige Spektroskop 15 bewirkt Veränderungen der Wellenlänge von Fluoreszenzlicht, welche zu der Zeit von einer Messanfangswellenlänge zu einer Messendwellenlänge zu messen ist, und eine Änderung des Fluoreszenzlichts bei jeder Wellenlänge wird durch den Detektor 16 erfasst und durch den Computer 31 über den A/D-Wandler 33 als eine Signalintensität aufgenommen. Der Computer 31 führt eine Analyseverarbeitung an der Signalintensität durch, um über die Schnittstelle 43 auf dem Anzeigegerät 42 ein Spektrum anzuzeigen. Ein zweidimensionales Fluoreszenzspektrum der Fluoreszenzwellenlänge und Fluoreszenzintensität, wie beispielsweise das in 2 gezeigte, wird auf der Anzeigevorrichtung 42 als ein Messergebnis angezeigt. Das Spektrum von 2 gibt die erlangte Fluoreszenzintensität an, wenn das Erregungslicht eine bestimmte Wellenlänge (zum Beispiel 440 nm) aufweist und die Fluoreszenzwellenlänge geändert wird.
Um ein Erregungslichtspektrum zu messen wird zum Beispiel eine weiße Referenzplatte als ein Referenzmaterial in dem Probenhalter 23 der Ulbrichtschen Kugel 20 platziert. Erregungslicht einer ausgewählten Wellenlänge wird aus einem Erregungslicht einführenden Öffnungsabschnitt der Ulbrichtschen Kugel 20 in Richtung der weißen Referenzplatte ausgestrahlt, um die Intensität von aus einem Messlichtöffnungsabschnitt austretendem Licht zu messen. Das Erregungslicht wird auf eine Intensität eingestellt, welche eine Sättigung eines Signals des Detektors 16 vermeidet. Die punktierte Linie in 2 stellt das Spektrum des Erregungslichts dar.
Um als nächstes das Spektrum einer Fluoreszenzmaterialprobe zu messen, wird die Probe in dem Probenhalter 23 der Ulbrichtschen Kugel 20 platziert. In der gleichen Weise wie bei der Messung des Erregungslichtspektrums wird die Probe mit Erregungslicht bestrahlt und misst der Detektor die Lichtintensität, um ein Spektrum zu erlangen, welches Streulicht von dem Erregungslicht und Fluoreszenzlicht umfasst. Die durchgezogene Linie in 2 stellt das Fluoreszenzspektrum der Fluoreszenzmaterialprobe dar.
Das Verhältnis aus einer der Fläche des Fluoreszenzspektrums entsprechenden Fluoreszenzmenge zu einer der Fläche des Erregungslichtspektrums entsprechenden Absorptionsmenge entspricht einem durch Ausdruck (1) erlangten internen Quantenwirkungsgrad. Das Verhältnis aus einer der Fläche des Fluoreszenzspektrums entsprechenden Fluoreszenzmenge zu einer Bestrahlungsmenge (keine Absorptionsmenge) des Erregungslichts ist ein durch Ausdruck (2) erlangter externer Quantenwirkungsgrad.
3A und 3B sind Ansichten zur Darstellung der Details der Ulbrichtschen Kugel 20 bei dieser Ausführungsform, von welchen 3A eine Draufsicht der Ulbrichtschen Kugel 20 und 3B eine Seitenansicht der Ulbrichtschen Kugel 20 ist. Bei der Ulbrichtschen Kugel 20 in diesem Beispiel sind sechs Öffnungen (Löcher) P1 bis P6, welche eine Außenfläche und die Innenfläche der Ulbrichtschen Kugel 20 durchbrechen, ausgebildet. Die Öffnung P1 und die Öffnung P3, die Öffnung P2 und die Öffnung P4 und die Öffnung P5 und die Öffnung P6 sind an einander gegenüberliegenden Positionen ausgebildet, wobei ein Mittelpunkt der Kugel dazwischen angeordnet ist. An der Öffnung P1 ist nichts an einer Position vorgesehen, welche dem Strahlenteiler 13 gegenüberliegt, und es wird dem Erregungslicht, welches in dem erregungsseitigen Spektroskop 12 erzeugt und durch den Strahlenteiler 13 abgespaltet wird, erlaubt, durch die Öffnung P1 zu gelangen. Der eine Probe S haltende Probenhalter 23 ist an der Öffnung P5 angebracht. Jede Öffnung P3 und P4 ist mit einer weißen Platte 22 geschlossen, welche zum Beispiel aus einem stark reflektierenden weißen Material (zum Beispiel das gleiche Material wie das der Innenfläche der Ulbrichtschen Kugel 20) gebildet ist, um einen Teil der Innenfläche der Ulbrichtschen Kugel 20 zu bilden. Um eine Verringerung der Lichtmenge zu unterbinden, welche durch Entweichen von Erregungslicht und Fluoreszenzlicht durch Öffnungen verursacht wird, ist die Öffnung P4, welche der Öffnung P2 gegenüberliegt, wünschenswerterweise, jedoch nicht notwendigerweise, mit der weißen Platte 22 geschlossen. An der Öffnung P2 ist nichts an einer Position vorgesehen, welche dem fluoreszenzlichtseitigen Spektroskop 15 gegenüberliegt, und die Öffnung P6 ist an einer Position vorgesehen, welche dem Kameramodul 21 gegenüberliegt.
Wenn bei dieser Ausgestaltung dem Erregungslicht erlaubt wird, durch die Öffnung P1 einzutreten, wird das Erregungslicht durch die Innenfläche der Ulbrichtschen Kugel 20 gestreut und reflektiert (diffus reflektiert) und wird der Innenraum der Ulbrichtschen Kugel 20 mit dem Erregungslicht gefüllt. Dann ist die Öffnung P2 angeordnet, welche dafür ausgelegt ist, um das Fluoreszenzlicht in einer Richtung von 90 Grad in Bezug auf eine Einfallsrichtung des Erregungslichts abzufangen, welches durch die Öffnung P1 eingetreten ist, und das von der Probe in dem Probehalter 23 abgestrahlte Fluoreszenzlicht gelangt durch die Öffnung P2, um zu dem fluoreszenzlichtseitigen Spektroskop 15 geleitet zu werden, in welchem das Spektrum gemessen wird.
Darüber hinaus ist der die Probe haltende Probenhalter 23 an einer Position der Öffnung P5 platziert, welche eine Position ist, welche nicht direkt mit dem Erregungslicht bestrahlt wird. Das Kameramodul 21 ist platziert, um der Öffnung P6 gegenüberzuliegen, welche der Öffnung P5, das heißt dem Probenhalter 23, gegenüber angeordnet ist. Das Kameramodul 21 ist mit einer derartigen Linse, welche auf die Probe S fokussiert ist, einer Blende zum Einstellen eine Lichtmenge, einem Langpassfilter, welcher dafür ausgelegt ist, um unnötiges Licht zu sperren, einem Fotografierelement und anderen derartigen Komponenten ausgebildet. Das Kameramodul 21 wird durch den Computer 31 des Datenprozessors 30 gesteuert. Solange die Bedingung, dass die Probe in dem Probenhalter 23 nicht direkt mit dem Erregungslicht bestrahlt wird, erfüllt ist, sind eine Ausgestaltung, die Anzahl und dergleichen der Öffnungen der Ulbrichtschen Kugel 20 nicht auf diejenigen, welche in 3A und 3B dargestellt sind, beschränkt. Darüber hinaus sind die Durchmesser der Öffnungen bei dieser Ausführungsform alle gleich, müssen jedoch nicht unbedingt gleich sein. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die weiße Platte 22 eine derartige Größe aufweist, welche es Umgebungslicht nicht erlaubt, von der Öffnung, auf welcher die weiße Platte 22 angebracht ist, in die Ulbrichtsche Kugel einzutreten. Eine Ausgestaltung des Probenhalters 23 ist ebenfalls nicht besonders beschränkt. Das Material der Innenfläche der Ulbrichtschen Kugel 20 ist auch nicht besonders beschränkt, es ist jedoch bevorzugt, dass sie aus einem Material mit einem hohen Reflexionskomponentenkoeffizienten ausgebildet ist.
Ein Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als nächstes beschrieben. Das Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung gemäß der ersten Ausführungsform ist ein Verfahren zum Erlangen eines Quantenwirkungsgradverteilungszustands bei einer vorgegebenen Oberfläche einer Probe durch Berechnen einer Absorptionsmengenverteilung und einer Fluoreszenzmengenverteilung aus RGB-Luminanzwerten jedes Pixels in einem von der Probe aufgenommenen Bild.
Die Messung wird unter Verwendung von zum Beispiel dem Fluoreszenzspektrophotometer 1 durchgeführt, in welchem die Ulbrichtsche Kugel 20 und das Kameramodul (Fotografiervorrichtung) 21 angebracht sind, welche die in 1 und 3A und 3B dargestellten Ausgestaltungen aufweisen. Das erregungsseitige optische System und das fluoreszenzlichtseitige optische System weisen jeweils Spektraleigenschaften auf, welche auf optische Systeme beschränkt sind. Da das erregungsseitige optische System Spektraleigenschaften aufweist, schwankt die eine Probe bestrahlende Erregungslichtmenge von Wellenlänge zu Wellenlänge. Da das fluoreszenzlichtseitige optische System spektrale Empfindlichkeitseigenschaften aufweist, schwankt eine für Fluoreszenzlicht, welches von einer Probe abgestrahlt wird, erfasste Intensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Verfahren zum Korrigieren der Spektraleigenschaften des erregungsseitigen optischen Systems und fluoreszenzlichtseitigen optischen Systems sind bekannt, und jedes Verfahren wird verwendet, um instrumentelle Funktionen im Voraus zu erlangen und spektrale Empfindlichkeitskorrektur auszuführen.
4 ist eine Darstellung des Ablaufs von Schritten zum Ausführen des Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsform. Die Bedienperson führt zuerst eine Vorrichtungskalibrierung zum Kalibrieren der Vorrichtung (Fluoreszenzspektrophotometer) durch (Schritt S1). Die Vorrichtungskalibrierung umfasst zumindest Luminanzwertkalibrierung mit einer weißen Referenzplatte, RGB-Empfindlichkeitskalibrierung mit einer weißen Referenzplatte und Empfindlichkeitskalibrierung der Ulbrichtschen Kugel.
Zunächst wird die Luminanzwertkalibrierung mit einer weißen Referenzplatte, das heißt Kalibrierung des Luminanzwerts des Kameramoduls 21 unter Verwendung einer weißen Referenzplatte durchgeführt. Wenn die Bit-Tiefe des Kameramoduls 21 8 Bit beträgt, werden für einen Luminanzwert von 0 bis 255 Daten von 256 Abstufungen erlangt. Obwohl Luminanzwertanpassung in allgemeiner Fotografie ausgeführt wird, wird eine für dieses Verfahren geeignete Vorrichtungskalibrierung nachstehend beschrieben.
Im Allgemeinen werden Fotografierbedingungen eingestellt, welche Sättigung des Luminanzwerts des Kameramoduls 21 in Bezug auf das Innere eines zu fotografierenden Objekts (hier eine Messprobe) vermeiden, nämlich eine Sättigung des Luminanzwerts über 8 Bit, welche die obere Grenze in einem aufgenommenen Bild darstellen. Jedoch ist die Erlangung einer Absorptionsmenge erforderlich, mit welcher die Messprobe Erregungslicht absorbiert, um den Quantenwirkungsgrad zu berechnen. Es ist daher erforderlich, dass der Luminanzwert nicht auf der Grundlage der Messprobe, sondern von Bestrahlungslicht kalibriert wird, mit welchem die Probe bestrahlt wird. Dementsprechend wird der Luminanzwert des Kameramoduls 21 unter Verwendung einer weißen Referenzplatte als Referenzmaterial kalibriert, welche bei Bestrahlung mit dem für die Messung verwendeten Erregungslicht bewirkt, dass ein aufgenommenes Bild einen maximalen Luminanzwert aufweist.
Erstens wird eine weiße Referenzplatte W in dem Probenhalter 23 der Ulbrichtschen Kugel 20 platziert. Das für die weiße Referenzplatte W verwendete Material ist zum Beispiel ein hochreflektierendes Material, welches einen Reflexionskomponentenkoeffizienten von 90% oder mehr aufweist und welches kein Fluoreszenzlicht abstrahlt (zum Beispiel Aluminiumoxid, Bariumsulfat oder Polytetrafluoräthylen (PTFE)). Um Sättigung zu vermeiden, wird Fotografieren unter Verwendung eines hochreflektierenden Materials als eine Basis für einzustellende Fotografierbedingungen bevorzugt.
Eine Vielzahl von Parametern, welche die Belichtungszeit, die Empfindlichkeit (Verstärkung) und die Blendeneinstellung umfassen, funktionieren als Fotografierbedingungen, welche den Luminanzwert beeinflussen. Wenn es eine Vielzahl von Parametern gibt, kann die Anpassung vorgenommen werden, indem ein Parameter als eine Variable verwendet und der Rest der Parameter festgelegt wird. Beispielsweise wird die Belichtungszeit mit festgelegter Empfindlichkeit (Verstärkung) und Blendeneinstellung angepasst, um einen Wert einzustellen, bei welchem der Luminanzwert nicht sättigt.
Licht, mit welchem die weiße Referenzplatte W zu bestrahlen ist, wird im Voraus mit monochromatischem Licht kalibriert, welches als Erregungslicht des Fluoreszenzspektrophotometers 1 abgespaltet wurde. Das Fluoreszenzspektrophotometer 1 ist auch zur Bestrahlung mit Weißlicht (Licht nullter Ordnung) in der Lage, welches nicht abgespaltet wird, aber Fotografierbedingungen werden im Voraus unter einem Erregungswellenlängenzustand von zu verwendendem monochromatischem Licht eingestellt, weil der Quantenwirkungsgrad normalerweise für jede Erregungswellenlänge erlangt wird. Wenn sowohl Weißlicht (Licht nullter Ordnung), welches nicht abgespaltet wird, als auch abgespaltetes monochromatisches Licht zur Messung verwendet werden, unterscheiden sich das Licht nullter Ordnung und das monochromatische Licht erheblich bei der Lichtmenge, und es wird daher empfohlen, andere Werte als Luminanzwerte zu verwenden, bei welchen Fotografierbedingungen eingestellt werden.
Die von dem erregungsseitigen Spektroskop 12 und dem Strahlenteiler 13 des Fluoreszenzspektrophotometers 1 ausgestrahlte monochromatische Lichtmenge schwankt von Wellenlänge zu Wellenlänge. Die Empfindlichkeit des Kameramoduls (Fotografiervorrichtung) 21 schwankt ebenfalls, weil spektrale Empfindlichkeitseigenschaften eines R-Farbfilters, G-Farbfilters und B-Farbfilters in Abhängigkeit von der verwendeten Vorrichtung schwanken. Im Hinblick auf die Schwankungen der Erregungslichtmenge und der in dem Kameramodul 21 erlangten Intensität, werden Fotografierbedingungen an dem Luminanzwert des Erregungslichts im Voraus für jede zu verwendende Erregungswellenlänge erlangt.
Im Fall von aufeinanderfolgender Messung verursacht jedoch die Änderung von Fotografierbedingungen für jede Erregungswellenlänge beim Fotografieren mit dem Kameramodul 21 eine Nichtabtastzeit in einem Sensor der Kamera, was zu einem Durchsatzverlust führen kann. Wenn eine zu verwendende Vorrichtung eine festgelegte Ausgestaltung aufweist, sind eine maximale Wellenlänge bei der Erregungslichtmenge und eine maximale Wellenlänge der spektralen Empfindlichkeit des Kameramoduls 21 auf die Vorrichtung beschränkt. Mit der Vorrichtungsausgestaltung, welche die Ulbrichtsche Kugel 20 verwendet, sind das Reflexionsvermögen eines weißen Materials auf der Innenfläche der Ulbrichtschen Kugel 20 und das Reflexionsvermögen eines weißen Materials der weißen Referenzplatte W auch Eigenschaften, welche das Ergebnis beeinflussen. Es wird daher empfohlen, eine maximale Wellenlänge zu berechnen, indem eine Spektralverteilung bei der Erregungslichtmenge und die Empfindlichkeit des Kameramoduls 21 mit Reflexionskurven des weißen Materials an der Innenfläche der Ulbrichtschen Kugel und der weißen Referenzplatte multipliziert werden, die Fotografierbedingungen bei der berechneten maximalen Wellenlänge zu kalibrieren und die kalibrierten Bedingungen als einen repräsentativen Wert zu verwenden.
Zweitens wird die RGB-Empfindlichkeitskalibrierung mit einer weißen Referenzplatte, das heißt Kalibrierung der R-Empfindlichkeit, G-Empfindlichkeit und B-Empfindlichkeit des Kameramoduls 21 unter Verwendung einer weißen Referenzplatte ausgeführt. Diese Kalibrierung wird ausgeführt, weil es Empfindlichkeitsunterschiede zwischen einem R-Kanal, G-Kanal und B-Kanal des Kameramoduls 21 gibt und die Empfindlichkeitsunterschiede dazu führen können, dass die Kanäle Werte aufweisen, welche beim Fotografieren unter Weißlicht nicht übereinstimmen. Diese Kalibrierung entspricht einer allgemeinen Weißabgleichanpassung. Ein „Kanal“ entspricht einem Abschnitt eines in dem Kameramodul 21 enthaltenen fotografischen Elements, welcher Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich einfängt.
Hier wird die Ulbrichtsche Kugel 20 mit der darin platzierten weißen Referenzplatte W mit Weißlicht (Licht nullter Ordnung), welches nicht abgespaltet wird, von dem Fluoreszenzspektrophotometer 1 bestrahlt, werden Koeffizienten für R, G und B erlangt, so dass der R-Kanal, G-Kanal und B-Kanal Luminanzwerte aufweisen, welche annähernd gleiche Wert sind, und wird die Empfindlichkeit korrigiert. Beispielsweise wird die Korrektur ausgeführt, indem im Voraus Empfindlichkeitskorrekturwerte, welche an die Luminanz des R-Kanals und die Luminanz des B-Kanals mit der Luminanz des G-Kanals als eine Referenz angepasst sind, erlangt werden und erlangte Pixelempfindlichkeiten des R-Kanals und des B-Kanals mit dem Empfindlichkeitskorrekturwert multipliziert werden.
Beleuchtung bei der Korrektur unterscheidet sich von der idealen Weißlichtbeleuchtung, bei welcher die Verteilung über alle Wellenlängen hinweg gleichmäßig ist, aufgrund der Wellenlängenverteilung der Menge an Licht nullter Ordnung sowie der Wellenlängenverteilung des Reflexionsvermögens des weißen Materials auf der Innenfläche der Ulbrichtschen Kugel 20 und des Reflexionsvermögens des weißen Materials der weißen Platte W. Kurz gesagt, eine Verteilung, welche durch Multiplizieren der Wellenlängenverteilung des Lichts nullter Ordnung mit den Reflexionsverteilungen des weißen Materials auf der Innenfläche der Ulbrichtschen Kugel zusammen mit der weißen Referenzplatte kann als die Wellenlängenverteilung von Weißlichtbeleuchtung angesehen werden, mit welcher ein Objekt zu bestrahlen ist. Um diese Wellenlängenverteilung zu erlangen, wird die weiße Referenzplatte W in der Ulbrichtschen Kugel 20 platziert und wird das erregungsseitige Spektroskop 12 verwendet, um Licht nullter Ordnung einzustellen und mit dem Licht nullter Ordnung zu bestrahlen. Ein Lichtfluss aus der Ulbrichtschen Kugel 20 wird in dem fluoreszenzlichtseitigen Spektroskop 15 in einem Wellenlängenbereich abgetastet, in welchem der R-Kanal, der G-Kanal und der B-Kanal erfassbar sind (zum Beispiel von 380 nm bis 700 nm), und wird durch den Detektor 16 erfasst, um dadurch die Wellenlängenverteilung der Lichtmenge zu erlangen.
Die erlangte Verteilung der Lichtmenge von Weißlichtbeleuchtung in der Ulbrichtschen Kugel wird verwendet, um spektrale Empfindlichkeitskurven zu unterteilen, welche die Wellenlängenverteilungen des R-Kanals, des G-Kanals und des B-Kanals widerspiegeln. Der Effekt der Lichtmengenverteilung aufgrund von Beleuchtung wird somit korrigiert.
Drittens wird ein Korrekturkoeffizient für die Empfindlichkeitskalibrierung der Ulbrichtschen Kugel, das heißt die Kalibrierung der Empfindlichkeit der Ulbrichtschen Kugel erlangt. Ein hochreflektierendes Material, welches ein Reflexionsvermögen von 90% oder mehr aufweist und welches kein Fluoreszenzlicht abstrahlt (zum Beispiel Aluminiumoxid, Bariumsulfat oder Polytetrafluoräthylen (PTFE)) ist an der Innenwand der Ulbrichtschen Kugel 20 aufgebracht. Die Ulbrichtsche Kugel 20 reflektiert und absorbiert nicht nur die Ulbrichtsche Kugel bestrahlendes Erregungslicht 20 sondern auch reflektiertes Licht, welches durch eine Messprobe reflektiert wird, und durch die Messprobe abgestrahltes Fluoreszenzlicht. Das heißt, Licht, welches die Messprobe bestrahlt, enthält sein eigenes reflektiertes Licht und Fluoreszenzlicht, und das beobachtete Licht ist ähnlich eine Verschmelzung von verschiedenen Lichtstrahlen. Dieser durch die Ulbrichtsche Kugel eingebrachte Effekt muss korrigiert werden, um ein genaues Reflexionsvermögen zu messen.
Ein Korrekturkoeffizient der Ulbrichtschen Kugel bei einem Fluoreszenzspektrum von Licht von dem fluoreszenzlichtseitigen Spektroskop 15 kann durch Messen des Reflexionsvermögens der die weiße Referenzplatte umfassenden Ulbrichtschen Kugel 20 erlangt werden. Dieses Verfahren zum Erlangen des Korrekturkoeffizienten ist in Horigome, J. , Wakui, T. et al., Bunseki Kagaku (Japan Analyst), Volume 58, Issue 6, 2009, Seiten 553-559, beschrieben, wo Fluoreszenzspektren in dem fluoreszenzlichtseitigen Spektroskop 15 und dem Detektor 16 mit entfernter Ulbrichtscher Kugel 20 und mit installierter Ulbrichtscher Kugel 20 gemessen werden und der Korrekturkoeffizient durch Division berechnet wird. Bei einem anderen bekannten Verfahren wird eine Standardlichtquelle, deren spektrale Empfindlichkeitskurve bekannt ist, in die Ulbrichtsche Kugel eingesetzt, wird ein Lichtemissionsspektrum in dem fluoreszenzlichtseitigen Spektroskop 15 und dem Detektor 16 gemessen und wird der Korrekturkoeffizient durch Dividieren des Emissionsspektrums durch die bekannte spektrale Empfindlichkeitskurve berechnet.
Bei dieser Ausgestaltung beeinträchtigt eine durch die Innenwand der Ulbrichtschen Kugel verursachte Mehrfachreflexion kaum eine Fluoreszenzkomponente, wohingegen eine Reflexionskomponente ohne weiteres durch die Mehrfachreflexion beeinträchtigt wird. Trotz einer bekannten Tatsache, dass eine aus Mehrfachreflexion entstehende Komponente höherer Ordnung das beobachtete Licht erheblich beeinträchtigt, ist eine genaue Berechnung der Reflexionskomponente für die Berechnung des Quantenwirkungsgrads unerlässlich. Ein mit dem Kameramodul 21 aufgenommenes Bild erfordert daher eine Korrektur der aus Mehrfachreflexion entstehenden Komponente höherer Ordnung. Bei der ersten Ausführungsform wird der durch die Ulbrichtsche Kugel 20 eingebrachte Effekt von Mehrfachreflexion auf ein Bild, welches mit dem Kameramodul 21 aufgenommen und von ihm erlangt wird, durch ein in Ausdruck (3) ausgedrücktes nichtlineares Modell korrigiert.
$\begin{matrix} R (λ) = c_{1} R'^{m 1} (λ) + c_{2} R'^{m 2} (λ) + \dots \\ = \sum_{i} c_{i} R^{m i} (λ) \end{matrix}$
In Ausdruck (3) stellen R und R' ein unter Verwendung eines wahren Wertes beobachtetes spektrales Reflexionsvermögen und ein unter Verwendung der Ulbrichtschen Kugel 20 beobachtetes spektrales Reflexionsvermögen dar, und stellen c_i und m_i (i = 1, 2, ...) jeweils eine Koeffizientenfolge und eine Exponentenfolge dar, welche bei der Korrektur verwendet werden. Bei der ersten Ausführungsform wird jede geeignete Folge als die Exponentenfolge m_i festgelegt und die Koeffizientenfolge c_i wird aus der Messung unter Verwendung einer weißen Referenzplatte, welche ein Referenzmaterial ist, und der Ulbrichtschen Kugel berechnet. Die hier erlangte Koeffizientenfolge, nämlich der Korrekturkoeffizient c_i wird verwendet, um Reflexionskorrektur in Schritt S4 auszuführen.
Die Bedienperson führt als nächstes Referenzmessung zum Messen von Referenzmaterialien aus, welche eine weiße Referenzplatte und eine schwarze Platte umfassen, um Daten der Referenzmaterialien zu erlangen (Schritt S2). Die Referenzmessung umfasst zumindest Bildaufnahme der weißen Referenzplatte, Spektrummessung der weißen Referenzplatte, Bildaufnahme der schwarzen Platte und Spektrummessung der schwarzen Platte.
Die Bedienperson platziert zuerst die weiße Referenzplatte W in dem Probenhalter 23 der Ulbrichtschen Kugel 20. Die weiße Referenzplatte W wird mit Erregungslicht in einem geeigneten Wellenlängenbereich und bei geeigneten Wellenlängenintervallen bestrahlt, um ein Bild der weißen Referenzplatte bei jeder Erregungswellenlänge mit dem Kameramodul 21 zu fotografieren und ein Fluoreszenzspektrum der weißen Referenzplatte zu messen. Dieses Bild entspricht der Bestrahlungsmenge in jedem Pixel und eine Bestrahlungsmengenverteilung bei jeder Erregungswellenlänge wird durch Berechnung für jedes Pixel entsprechend erlangt. Bei dieser Messung wird ein Fluoreszenzspektrum einer Standardprobe gemessen. Das erlangte Spektrum entspricht einem durchschnittlichen Spektrum von die Oberfläche der Probe bestrahlendem Erregungslicht.
Die Bedienperson platziert als nächstes die schwarze Platte B in dem Probenhalter 23 der Ulbrichtschen Kugel 20. Die gleichen Bedingungen wie jene der weißen Referenzplatte W werden verwendet, um ein Bild der schwarzen Platte B zu fotografieren und ein Fluoreszenzspektrum der schwarzen Platte B zu messen. Es ist wünschenswert, dass die schwarze Platte B aus einem diffus reflektierenden Material besteht, welches ein Reflexionsvermögen von 0% aufweist, um Licht vollständig zu absorbieren. Das Bild und Fluoreszenzspektrum der schwarzen Platte B entsprechen Hintergründen von jeweiligen Messwerten. Messwerte der schwarzen Platte B werden als die Hintergründe von R-, G- und B-Helligkeitswerten jedes Pixels in einem Bild von einer Fluoreszenzintensität eines Fluoreszenzspektrums subtrahiert. Es kann daher gesagt werden, dass die schwarze Platte B eines der Referenzmaterialien ist, wie es die weiße Referenzplatte ist.
Die Bedienperson führt als nächstes Probenmessung zum Erlangen von Daten einer Probe aus, welche ein zu messendes Objekt ist (Schritt S3). Die Probenmessung umfasst zumindest Bildaufnahme der Messprobe und Spektrummessung der Messproben. Die Bedienperson platziert die Messprobe S in dem Probenhalter 23 der Ulbrichtschen Kugel 20. Unter den gleichen Bedingungen wie jenen für die Messung der weißen Referenzplatte W wird eine vorgegebene Oberfläche (im Allgemeinen eine ebene Ausschnitt-Oberfläche) der Probe S mit Erregungslicht mit einer Erregungswellenlänge in einem geeigneten Wellenlängenbereich bei geeigneten Wellenlängenintervallen bestrahlt und wird ein Bild der bestrahlten Messprobe S aufgenommen. Ein Fluoreszenzspektrum der Messprobe S wird anschließend unter den gleichen Bedingungen wie jenen für die Messung der weißen Referenzplatte gemessen.
Die vorstehend beschriebenen Messergebnisse dienen als Grundlage für den nächsten Schritt, bei welchem der Computer 31 Lichtmengenverteilungsberechnung zur Berechnung einer Verteilung der Lichtmenge auf der Grundlage von Luminanzunterschieden zwischen dem R-Kanal, dem G-Kanal und dem B-Kanal auf der Grundlage der Berechnung ausführt (Schritt S4). Die Lichtmengenverteilungsberechnung umfasst zumindest Bestrahlungsmengenverteilungsberechnung, welche auf dem von der weißen Referenzplatte W in Schritt S2 aufgenommenen Bild basiert, und Absorptionsmengenverteilungsberechnung und Fluoreszenzmengenverteilungsberechnung, welche auf einem von der Messprobe S in Schritt S3 aufgenommenen Bild basieren. 5A bis 5C sind konzeptionelle Graphen, um Zusammenhänge zwischen einem Bestrahlungsluminanzwert, einem Absorptionsluminanzwert und einem Fluoreszenzluminanzwert in dem R-Kanal, G-Kanal und B-Kanal des Kameramoduls 21 zu zeigen. Eine „obere Grenze“ in 5A bis 5C gibt eine obere Grenze für den Luminanzwert des Kameramoduls 21 an, welches mit der weißen Referenzplatte W in Schritt S1 kalibriert worden ist, und, wenn die weiße Referenzplatte W in Schritt S2 gemessen wird, überschreitet ihr Luminanzwert nicht den oberen Grenzwert.
In diesem Beispiel werden die Zusammenhänge zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert, dem Absorptionsluminanzwert und dem Fluoreszenzluminanzwert in dem R-Kanal, dem G-Kanal und dem B-Kanal beschrieben, indem 440 nm, welches eine einzelne in 2 gezeigte Erregungswellenlänge ist, als Beispiel genommen wird. Im Allgemeinen weist ein Fotografierelement, welches in dem Kameramodul 21 enthalten sein kann, zum Beispiel ein Farb-CCD oder ein Farb-CMOS, einen B-Kanal, welcher Licht in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 500 nm entspricht, einen G-Kanal, welcher Licht in einem Wellenlängenbereich von 480 nm bis 580 nm entspricht, und einen R-Kanal auf, welcher Licht in einem Wellenlängenbereich von 550 nm bis 700 nm entspricht, und können die Kanäle jeweils Licht in ihrem entsprechenden Wellenlängenbereich empfangen.
5A zeigt die Luminanzwerte des R-Kanals, des G-Kanals und des B-Kanals bei der Referenzmessung in Schritt S2. Bei der Referenzmessung in Schritt S2 wird Licht, welches einer Wellenlänge von 440 nm entspricht, durch den B-Kanal empfangen und wird der Bestrahlungsluminanzwert erlangt. Luminanzwerte werden ebenfalls in dem G-Kanal und in dem R-Kanal erlangt, aber die erlangten Luminanzwerte sind kleine Werte, welche auf dem Niveau von Schwankungen liegen, welche durch Streulicht des Erregungslichts oder durch Rauschen verursacht werden. In diesem Schritt wird der Luminanzwert der schwarzen Platte B von den erlangten Luminanzwerten subtrahiert, um Nettoluminanzwerte zu berechnen.
5A zeigt gemessene Luminanzwerte des R-Kanals, des G-Kanals und des B-Kanals bei der Probenmessung in Schritt S3, nämlich Messluminanzwerte. Die Messprobe absorbiert Licht mit einer Wellenlänge von 440 nm und Licht, welches von der Messprobe reflektiert wird, wird, anstatt absorbiert zu werden, beobachtet. Das reflektierte Licht ist hauptsächlich durch den B-Kanal reflektiertes Licht, welches einem Wellenlängenbereich von 440 nm entspricht. Der Luminanzwert des B-Kanals ist in diesem Schritt kleiner als der Luminanzwert der weißen Referenzplatte W bei der Referenzmessung, weil die Absorption des Erregungslichts durch die Probe S die Lichtmenge verringert.
Indessen wird Fluoreszenzlicht als Ergebnis von Erregung abgestrahlt und bildet ein Spektrum von 2, welches bei der Fluoreszenzwellenlänge von 520 nm seinen Höhepunkt erreicht. Mit der Emission des Fluoreszenzlichts werden Helligkeitswerte in dem G-Kanal und dem R-Kanal in dem Kameramodul 21 erlangt. Die Luminanzwerte des G-Kanals und des R-Kanals sind in diesem Schritt größer als der Luminanzwert der weißen Referenzplatte W bei der Referenzmessung, weil die Probe S Fluoreszenzlicht abstrahlt.
Dieses Phänomen ist der Tatsache geschuldet, dass nach dem Prinzip der Stokes-Fluoreszenz, bei welcher Fluoreszenzlicht als langwelliges Licht erzeugt wird, welches im Energieniveau niedriger ist als Erregungslicht, als Ergebnis der Erregung bei 440 nm verursachtes Fluoreszenzlicht als Licht mit einer Wellenlänge länger als 440 nm emittiert wird. In den Kanälen des Kameramoduls 21 wird Fluoreszenzlicht in dem G-Kanal und dem R-Kanal beobachtet, wenn die Messprobe S in dem Bereich des B-Kanals erregt wird. Das bedeutet, dass der Absorptionsluminanzwert in dem B-Kanal theoretisch auf die Fluoreszenzluminanzwerte des G-Kanals und des R-Kanals verteilt wird. Zusätzlich wird als das Erregungslicht einzufallendes Licht mit der gleichen Wellenlänge wie der Reflexionswellenlänge erzeugt und werden dementsprechend Reflexions- und Absorptionsluminanzwerte in einem Kanal der weißen Referenzplatte W beobachtet, in welchem Reflexions- und Absorptionsluminanzwerte bei der Referenzmessung beobachtet worden sind. Der Reflexions- und Absorptionsluminanzwert werden unter Verwendung dieses Zusammenhangs berechnet.
In dem B-Kanal, welchem die Erregungswellenlänge „440 nm“ von bestrahlendem Licht angehört, entspricht insbesondere eine Luminanzwertdifferenz (Veränderung), welche durch Subtrahieren des Luminanzwerts (Bestrahlungsluminanzwert) der Referenzmessung von dem Luminanzwert (Messluminanzwert) der Probenmessung erlangt wird, wie es in 5C gezeigt ist, dem Absorptionsluminanzwert. In dem G-Kanal und dem R-Kanal, zu welchen die Erregungswellenlänge nicht gehört, entspricht eine Luminanzwertdifferenz (Veränderung), welche durch Subtrahieren des Luminanzwerts (Bestrahlungsluminanzwert) der Referenzmessung von dem Luminanzwert (Messluminanzwert) der Probenmessung erlangt wird, dem Fluoreszenzluminanzwert. Eine Absorptionsluminanzverteilung und eine Fluoreszenzluminanzverteilung werden durch Berechnung des Absorptionsluminanzwerts und des Fluoreszenzluminanzwerts für jedes Pixel erlangt. Die Absorptionsluminanzverteilung und die Fluoreszenzluminanzverteilung werden für jede in der Messung verwendete Erregungswellenlänge berechnet, um dadurch eine auf Erregungswellenlänge basierende Absorptionsluminanzverteilung und eine auf Anregungswellenlänge basierende Fluoreszenzluminanzverteilung zu erlangen.
Als nächstes berechnet der Computer 31 den internen Quantenwirkungsgrad und den externen Quantenwirkungsgrad (Schritt S5). Die Wellenlängenbereiche der Kanäle werden berücksichtigt und wenn die Erregungswellenlänge zwischen 400 nm und 500 nm liegt, wird der Luminanzwert des B-Kanals als der Absorptionsluminanzwert verwendet und werden die Luminanzwerte des G-Kanals und des R-Kanals als der Fluoreszenzluminanzwert verwendet. Die Luminanzwerte des R-Kanals, G-Kanals und B-Kanal sind in diesem Schritt Werte, welche durch die Luminanzwertkalibrierung in Schritt S1 korrigiert worden sind, und können daher einem Vergleich unterzogen werden. Die Summe der Luminanzwerte des G-Kanals und des R-Kanals entspricht dem Fluoreszenzluminanzwert. Wenn die Erregungswellenlänge zwischen 480 nm und 580 nm liegt, wird der Luminanzwert des G-Kanals als der Absorptionsluminanzwert verwendet und wird der Luminanzwert des R-Kanals als der Fluoreszenzluminanzwert verwendet.
Der interne Quantenwirkungsgrad kann durch Dividieren der Fluoreszenzmenge durch die auf Ausdruck (1) basierende Absorptionsmenge erlangt werden und eine interne Quantenwirkungsgradverteilung kann dementsprechend durch Dividieren der berechneten Fluoreszenzmengenverteilung durch die Absorptionsmengenverteilung erlangt werden. Mit anderen Worten wird der interne Quantenwirkungsgrad jedes Pixels aus dem Verhältnis zwischen dem Fluoreszenzluminanzwert und dem Absorptionsluminanzwert berechnet und kann ein interner Quantenwirkungsgradteil bei einer vorgegebenen Oberfläche der beobachteten Probe durch Auftragen des internen Quantenwirkungsgrads jedes Pixels in entsprechenden Koordinaten der vorgegebenen Oberfläche erlangt werden.
Eine externe Quantenwirkungsgradverteilung kann durch Dividieren der berechneten Fluoreszenzmengenverteilung durch die in Schritt S2, basierend auf dem Ausdruck (2), erlangte Bestrahlungsmengenverteilung erlangt werden. Mit anderen Worten wird der externe Quantenwirkungsgrad jedes Pixels aus dem Verhältnis zwischen dem Fluoreszenzluminanzwert und dem Bestrahlungsluminanzwert berechnet und kann eine externe Quantenwirkungsgradverteilung bei einer vorgegebenen Oberfläche der beobachteten Probe durch Auftragen des externen Quantenwirkungsgrads jedes Pixels in entsprechenden Koordinaten der vorgegebenen Oberfläche erlangt werden. Diese Berechnung wird für jede Erregungswellenlänge wiederholt, um dadurch eine auf Erregungswellenlänge basierende interne Quantenwirkungsgradverteilung und eine auf Erregungswellenlänge basierende externe Quantenwirkungsgradverteilung zu erlangen.
Bilder der internen Quantenwirkungsgradverteilung und der externen Quantenwirkungsgradverteilung können somit durch Berechnen der Bestrahlungsmengenverteilung der Absorptionsmengenverteilung und der Fluoreszenzmengenverteilung erlangt werden, welche unter Verwendung von Bildern der Luminanzwerte in dem R-Kanal, G-Kanal und B-Kanal jedes Pixels bei der weißen Referenzplatte und der Messprobe berechnet werden können.
In diesem Beispiel wird angenommen, dass das Kameramodul 21 ein allgemeines Kameramodul ist, und ein Fotografierelement des Kameramoduls drei Kanäle aufweist, welche ein erster Kanal (der B-Kanal), ein zweiter Kanal (der G-Kanal) und ein dritter Kanal (der R-Kanal) sind. Bestrahlung mit dem B-Kanal angehörenden Erregungslicht, welches einem Bereich der kürzesten Wellenlängen von allen Wellenlängenbereichen entspricht, wird verwendet, um den Absorptionsluminanzwert aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert und Messluminanzwert des B-Kanals zu berechnen und den Fluoreszenzluminanzwert aus der Summe einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des G-Kanals und des Messluminanzwerts des G-Kanals und einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des R-Kanals und des Messluminanzwerts des R-Kanals zu berechnen. Es ist unnötig zu erwähnen, dass, solange es mindestens zwei Kanäle gibt, der Absorptionsluminanzwert aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert und Messluminanzwert eines einem ersten Wellenlängenbereich, welchem die Wellenlänge des Erregungslichts angehört, entsprechenden ersten Kanals berechnet werden kann und der Fluoreszenzluminanzwert aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert und Messluminanzwert eines zweiten Kanals berechnet werden kann. Es ist hier erforderlich, dass der erste Wellenlängenbereich im Allgemeinen kleiner als ein zweiter Wellenlängenbereich ist.
6A bis 6C zeigen Spektren, welche bei der Spektrummessung in Schritt S2 und Schritt S3 erlangt wurden, und entsprechen jeweils 5A bis 5C. In den Spektren erscheinen die Absorptionsmenge und die Fluoreszenzmenge an Stellen, welche dem Absorptionsluminanzwert und dem Fluoreszenzluminanzwert entsprechen.
Gemäß der ersten Ausführungsform können eine interne Quantenwirkungsgradverteilung und eine externe Quantenwirkungsgradverteilung letztlich basierend auf Luminanzwerten des R-Kanals, des G-Kanals und des B-Kanals erlangt werden, wie es vorstehend beschrieben wurde, und eine Spektrummessung ist nicht immer erforderlich. Wie es jedoch in 6A bis 6C dargestellt ist, ermöglicht es die Messung eines Fluoreszenzspektrums bei einer Erregungswellenlänge, zu erfassen, welcher des R-Kanals, des G-Kanals und des B-Kanals der/dem Absorptionsmenge/Absorptionsluminanzwert und der/dem Fluoreszenzmenge/Fluoreszenzluminanzwert zugeordnet ist, und ist daher nützlich. Wenn eine Messung eines Fluoreszenzspektrums nicht erforderlich ist, können das fluoreszenzlichtseitige Spektroskop 15, der Detektor 16 und der fluoreszenzlichtseitige Impulsmotor 18 wie in einer anderen in 7 und 8A und 8B dargestellten Ausführungsform weggelassen werden, ohne das Ausführen der vorliegenden Erfindung zu beeinträchtigen.
9 zeigt ein Beispiel eines Bildes der weißen Referenzplatte, eines Messprobenbildes und eines Bildes, welches das Ergebnis der Berechnung der Quantenwirkungsgradverteilung auf gleicher Ebene ist. Wenn das in Schritt S2 erlangte Bild der weißen Referenzplatte und das in Schritt S3 erlangte Bild der Messprobe eingegeben werden, wird als Ausgang ein in Schritt S5 bis Schritt S4 berechnetes Bild der Quantenwirkungsgradverteilung erlangt. Die Anzeigevorrichtung 42 zeigt die Eingangsbilder und das Ausgangsbild an und ermöglicht es somit der Bedienperson, durch Beobachten der Bilder die Eigenschaften der Probe im Detail zu analysieren. Quantenwirkungsgrad ist ein Verhältnis und nimmt einen Wert zwischen 0 und 1 an, weil die Menge (Photonenzahl) von absorbiertem Licht nicht durch die Menge von erzeugtem Fluoreszenzlicht übertroffen wird. Jedes Pixel weist einen Wert von 0 bis 1 auf und es wird dementsprechend empfohlen, ein Bild einer Quantenwirkungsgradverteilung als Heatmap oder andere Abstufungsbilder aufzuzeichnen. Obwohl das in 9 dargestellte Verteilungsbild das des internen Quantenwirkungsgrads ist, kann eine Ausgestaltung, bei welcher das angezeigte Verteilungsbild zu einem Verteilungsbild des externen Quantenwirkungsgrads gewechselt wird, verwendet werden (siehe 19).
Ein Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als nächstes beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform werden Bilder von Luminanzwerten in dem R-Kanal, G-Kanal und B-Kanal jedes Pixels bei einer weißen Referenzplatte und einer Messprobe verwendet, um den Absorptionsluminanzwert und den Fluoreszenzluminanzwert durch Subtraktion zu berechnen und werden Bilder einer internen Quantenwirkungsgradverteilung und einer externen Quantenwirkungsgradverteilung aus den berechneten Helligkeitswerten erlangt. Mit diesem Verfahren kann es einen Wellenlängenbereich geben, bei welchem sich Detektionswellenlängen des R-Kanals, des G-Kanals und des B-Kanals überlappen (zum Beispiel liegt der B-Kanal zwischen 400 nm und 500 nm, der G-Kanal zwischen 480 nm und 580 nm und der R-Kanal zwischen 550 nm und 700 nm) . Wenn folglich verwendetes Erregungslicht eine Erregungswellenlänge in sich überlappenden Wellenlängenbereichen aufweist, ist die Absorptionsmenge zwei Kanälen zugeordnet, was einen Fehler bei der Berechnung der Absorptionsmenge verursachen kann. Wenn in ähnlicher Weise Fluoreszenzlicht in einem Wellenlängenbereich erzeugt wird, in welchem sich die Detektionswellenlängen des R-Kanals, des G-Kanals und des B-Kanals überlappen, kann ein Fehler bei der Berechnung der Fluoreszenzmenge verursacht werden.
Im Hinblick auf den vorstehend beschriebenen Sachverhalt wird bei der zweiten Ausführungsform ein mit dem fluoreszenzlichtseitigen Spektroskop 15 erlangtes Fluoreszenzspektrum verwendet, um eine Absorptionsmengenverteilung und eine Fluoreszenzmengenverteilung von dem R-Luminanzwert, G-Luminanzwert und B-Luminanzwert jedes Pixels eines Probenbildes zu berechnen. Die in 1 und 3A und 3B dargestellte Vorrichtung ist auch bei der zweiten Ausführungsform verwendbar. 10 ist eine Darstellung des Ablaufs von Schritten zum Ausführen des Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform. Schritt S1 bis Schritt S3 bei der zweiten Ausführungsform sind die gleichen wie Schritt S1 bis Schritt S3 bei der ersten Ausführungsform.
In Schritt S4 wird das mit dem fluoreszenzlichtseitigen Spektroskop 15 erlangte Fluoreszenzspektrum verwendet, um die Absorptionsmengenverteilung und die Fluoreszenzmengenverteilung von dem R-Luminanzwert, G-Luminanzwert und B-Luminanzwert jedes Pixels des Probenbildes zu berechnen. In dem Probenbild umfassen jeweils der R-Kanal, G-Kanal und B-Kanal jedes Pixels sowohl eine reflektierte Lichtkomponente als auch eine Fluoreszenzkomponente von der Probe S. Von einem spezifischen Punkt auf das Messobjekt zu beobachtendes Licht I (eine Lichtintensität I) ist beobachtbar, indem das Messprobenbild in Schritt S3 aufgenommen wird, kann aber als die Summe aus dem reflektierten Licht und dem Fluoreszenzlicht wie in Ausdruck (4) ausgedrückt werden. Ausdruck (4) entspricht Ausdruck (7) bis Ausdruck (9) der Nichtpatentliteratur.
$\begin{matrix} I = I_{R} (λ) + I_{F} (λ) \\ I_{R} = R (λ) L (λ) \\ I_{F} = a F (λ) \end{matrix}$
In Ausdruck (4) stellt L ein Intensitätsspektrum von diesen Punkt bestrahlender Beleuchtung dar, stellt R ein Reflexionsspektrum der Probe an diesem Punkt dar, stellt „a“ die Absorptionsmenge der Probe an diesem Punkt dar und dient somit als ein Fluoreszenzkomponentenkoeffizient, welcher die Fluoreszenzintensität bestimmt, und stellt F ein Fluoreszenzspektrum der Probe dar. Das Intensitätsspektrum L und das Fluoreszenzspektrum F können direkt durch Messung in Schritt S2 und Schritt S3 jeweils erlangt werden. Obwohl es in dem Ausdruck nicht erwähnt ist, wird ein durch Subtrahieren des Luminanzwerts der schwarzen Platte B, welcher dem Hintergrund entspricht, erlangter Nettoluminanzwert verwendet. Wenn dieses Konzept auf ein R/G/B-Bild (ein Farbbild) angewendet wird, sind ein R-Beobachtungswert I^r, G-Beobachtungswert I^g und B-Beobachtungswert I^b eines Pixels beobachtbar, indem das Messprobenbild in Schritt S3 aufgenommen wird, und auch berechenbar, indem Integration in Bezug auf die Wellenlänge durchgeführt wird, wobei die spektrale Empfindlichkeit von jedem Kanal ein Koeffizient wie in nachstehendem Ausdruck (5) ist. In Ausdruck (5) stellen C^r, C^g und C^b spektrale Empfindlichkeiten des R-Kanals, G-Kanals und B-Kanals jeweils eines in dem Kameramodul 21 enthalten Fotografierelements dar und sind bekannte Werte.
$\begin{matrix} I^{r} = \int I (λ) C^{r} (λ) d λ \\ = \int R (λ) L (λ) C^{r} (λ) d λ + a \int F (λ) C^{r} (λ) d λ \\ I^{g} = \int R (λ) L (λ) C^{g} (λ) d λ + a \int F (λ) C^{g} (λ) d λ \\ I^{b} = \int R (λ) L (λ) C^{b} (λ) d λ + a \int F (λ) C^{b} (λ) d λ \end{matrix}$
Um dieses Modell zu lösen, müssen entweder das Reflexionsspektrum R oder die Fluoreszenzeigenschaften der Probe (das das Absorptionsvermögen angebende Erregungslichtspektrum und das die spektrale Verteilung des abgestrahlten Lichts angebende Fluoreszenzspektrum) „a“ bekannt sein, und ein Problem, dass RGB-Bilder unzureichend sind, um detaillierte Wellenlängeninformation aufzuzeichnen, ist ein weiterer zu lösender Sachverhalt.
Dieses Schätzverfahren ist ein Versuch, diese Sachverhalte zu lösen, indem Erregungslicht, welches monochromatisches Licht des Fluoreszenzspektrophotometers ist, als die Beleuchtung L (das Intensitätsspektrum L der Beleuchtung) zu behandeln. Bei dem Fluoreszenzspektrophotometer 1 wird ein Messobjekt mit Licht einer einzigen Wellenlänge als Erregungslicht bestrahlt und wird Wellenlängeninformation des zu dem Zeitpunkt abgestrahlten Lichts gemessen. Die Erregungswellenlänge wird variiert und die Wellenlängeninformation wird für jede Erregungswellenlänge aufgezeichnet, um dadurch Fluoreszenzeigenschaften des Messobjekts umfassend zu messen. Ein Reflexion-/Fluoreszenz-Modell unter k-ter Einzelwellenlängenbeleuchtung L_k, welches durch L (λ_k) ausgedrückt wird, kann durch den nachstehenden Ausdruck (6) erlangt werden.
$\begin{matrix} I_{k}^{r} = R_{k} & (L_{k} C_{k}^{r}) & + a'_{k} F^{r} \\ I_{k}^{g} = R_{k} & (L_{k} C_{k}^{g}) & + a'_{k} F^{g} \\ I_{k}^{b} = R_{k} & (L_{k} C_{k}^{b}) & + a'_{k} F^{b} \end{matrix}$
In Ausdruck (6) stellt der Index „k“ einen Wert bei der k-ten Wellenlänge dar (Beispiel: R_k=R(λ_k)) . Wegen der Einwellenlängenbeleuchtung weist L_k keine Intensität bei anderen Wellenlängen als λ_k auf und es sei darauf hingewiesen, dass deren Integration durch einen Ein-Term-Ausdruck, wie zum Beispiel in nachstehendem Ausdruck (7), gegeben ist.
$\int R (λ) L_{k} C^{g} (λ) d λ = R (λ_{k}) L_{k} C^{g} (λ_{k}) = R_{k} L_{k} C_{k}^{g}$
11 ist ein konzeptionelles Diagramm zur Darstellung des Verfahrens zum Berechnen eines Reflexionskomponentenkoeffizienten (Reflexionsvermögen) R_k und eines Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten a'_k. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann (L_kC_k) in Ausdruck (6) durch das Fotografieren unter Verwendung der weißen Referenzplatte W in Schritt S2 gemessen werden und ist F ist durch die Messung unter Verwendung des Fluoreszenzspektrophotometers 1 in Schritt S3 messbar und als ein bekannter Wert aus der spektralen Empfindlichkeit des Kameramoduls 21 berechenbar. Das Fluoreszenzspektrum F wird durch das Reflexionsvermögen der Ulbrichtschen Kugel 20 beeinträchtigt. Ein von dem Fluoreszenzspektrophotometer 1 erlangtes Fluoreszenzspektrum wird daher unter Verwendung des in dem dritten Vorgang in Schritt S1 erlangten Korrekturkoeffizienten der Ulbrichtschen Kugel 20 korrigiert. Der Korrekturkoeffizient der Ulbrichtschen Kugel 20 wird als ein Wert für jede Wellenlänge, welche in Einheiten von mehreren nm variiert wird, angewendet, wie es für das Fluoreszenzspektrum der Fall ist.
Das Fluoreszenzspektrum F wird an einem vorgegebenen Punkt (Pixel) erlangt, wie es zum Beispiel in dem obersten Teil von 11 eingezeichnet ist. Die Gestalt des Fluoreszenzspektrums wird jedoch nicht durch eine Änderung des Absolutwerts der Fluoreszenzintensität verändert, solange sich das Material der zu messenden Oberfläche (Probenoberfläche) nicht ändert. Das heißt, mit dem erlangten Fluoreszenzspektrum F wird die Verteilung der Fluoreszenzintensität der Wellenlängenbereiche von R, G und B in einer Weise bestimmt, welche für einen beliebigen Punkt gleichförmig ist, und die Verteilung von F^r, F^g und F^b wird daher automatisch in jedem Pixel auf der Oberfläche ebenfalls bestimmt. Kurz gesagt, wird diese Verteilung in Form von Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten erlangt.
Damit bleiben der Reflexionskomponentenkoeffizient R_k und der Fluoreszenzkomponentenkoeffizient a'k bei der Wellenlänge λ_k als die einzigen unbekannten Größen in Ausdruck (6) und können die unbekannten Werte durch die Lösung dieses Gleichungssystem erlangt werden. Diese Berechnung wird für jede Erregungswellenlänge durchgeführt (die Wellenlängen λ_k1, λ_k2, ..., λ_k), um dadurch ein Reflexionsspektrum und ein Erregungslichtspektrum zu erlangen, wie es in 12 dargestellt ist. Das heißt, die Menge von reflektiertem Licht jedes Pixels ist auf der Grundlage des Reflexionskomponentenkoeffizienten und des Bestrahlungsluminanzwerts berechenbar und die Fluoreszenzmenge jedes Pixels ist auch auf der Grundlage des Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten und der Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten berechenbar. Eine reflektierte Lichtmengenverteilung I_R und eine Fluoreszenzmengenverteilung I_F kann durch Berechnen der Menge von reflektiertem Licht und der Fluoreszenzmenge für jedes Pixel erlangt werden.
Messung unter Verwendung des Fluoreszenzspektrophotometers 1 ergibt ein durchschnittliches Fluoreszenzspektrum der Fluoreszenz von der Messprobe S. Wenn die Messprobe S eine Mischung aus einer Vielzahl von Fluoreszenzkomponenten aufweist, ist das Fluoreszenzspektrum dieser Probe die Summe von Fluoreszenzspektren. Das Spektrum, welches die Summe ist, wird durch PARAFAC oder ein ähnliches Verfahren verarbeitet, um das Fluoreszenzspektrum für jede Komponente zu trennen, und F wird als komponentenbasiertes Fluoreszenzspektrum definiert, um die Fluoreszenzmengenverteilung I_F und die reflektierte Lichtmengenverteilung I_R in jeder Komponente zu erlangen.
Die erlangte Verteilung I_R wird dann durch Anwendung des Koeffizienten in Schritt S1 auf Ausdruck (3) korrigiert.
Die Absorptionsmenge in jedem Pixel wird aus einer Differenz zwischen der Bestrahlungsmenge (die Verteilung der Lichtmenge von von der Lichtquelle ausgestrahltem Licht), welche dem in Schritt S2 erlangten Bestrahlungsluminanzwert für sowohl den R-Kanal als auch den G-Kanal und B-Kanal in dem Kameramodul 21 entspricht, und der Menge von reflektiertem Licht in jedem Pixel berechnet. Das heißt, eine Absorptionsmengenverteilung I_A wird aus einer Differenz zwischen der Bestrahlungsmengenverteilung L, welche dem in Schritt S2 erlangten Bestrahlungsluminanzwert entspricht, und der reflektierten Lichtmenge I_Rerlangt, welche in Schritt S3 durch die vorstehend beschriebene Berechnung erlangt wird.
Insbesondere wird bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren der Bestrahlungsluminanzwert aus einem mit dem Kameramodul 21 aufgenommenen Bild der weißen Referenzplatte erlangt und wird der Messluminanzwert jedes Pixels auf der vorgegebenen Oberfläche der Probe ebenfalls erlangt. Das Fluoreszenzspektrum F wird ferner mit dem Detektor (Fluoreszenzdetektor) erlangt. Dieses Fluoreszenzspektrum ist eine ähnliche Figur an jeder Stelle auf der vorgegebenen Oberfläche und die Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten F^b, die Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten F^g und die Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten F^r, welche jeweils Fluoreszenzwellenlängenbereichen von drei Kanälen entsprechen, welche der erste Kanal (B-Kanal), der zweite Kanal (G-Kanal) und der dritte Kanal (R-Kanal) sind, werden in Bezug auf F für jedes Pixel (jeden Punkt) berechnet. Der Bestrahlungsluminanzwert, der Messluminanzwert und die Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten in jedem Pixel werden für jede Wellenlänge erlangt, und auf der Grundlage des wellenlängenbasierten Bestrahlungsluminanzwerts, Messluminanzwerts und der Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten eines Pixels können der Reflexionskomponentenkoeffizient R und der Fluoreszenzkomponentenkoeffizient a' in dem Pixel durch Ausdruck (6) berechnet werden.
Die Menge von reflektiertem Licht jedes Pixels kann ferner auf der Grundlage des Reflexionskomponentenkoeffizienten R und des Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten a' berechnet werden und die Fluoreszenzmenge jedes Pixels kann auch auf der Grundlage des Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten a' und der Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten berechnet werden. Die Absorptionsmenge jedes Pixels kann ebenfalls auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Bestrahlungsmenge und der Menge von reflektiertem Licht berechnet werden. Der Quantenwirkungsgrad jedes Pixels ist aus diesen Werten berechenbar und eine Quantenwirkungsgradverteilung bei der vorgegebenen Oberfläche der Probe kann somit erlangt werden.
In Schritt S5 wird der interne Quantenwirkungsgrad der Messprobe S durch nachstehenden Ausdruck (8) berechnet, welcher aus Ausdruck (1) abgeleitet ist. Das heißt, der interne Quantenwirkungsgrad jedes Pixels wird aus dem Verhältnis zwischen der Fluoreszenzmenge und der Absorptionsmenge berechnet.
$I Q E = \frac{\int I_{F} (λ) d λ}{\int L (λ) - I_{R} (λ) d λ}$
Ähnlich wird der externe Quantenwirkungsgrad der Messprobe S durch nachstehenden Ausdruck (9) berechnet, welcher aus Ausdruck (2) abgeleitet ist. Das heißt, der externe Quantenwirkungsgrad jedes Pixels wird aus dem Verhältnis zwischen der Fluoreszenzmenge und der Absorptionsmenge berechnet.
$E Q E = \frac{\int I_{F} (λ) d λ}{\int L (λ) d λ}$
Bei diesen Berechnungen werden, wenn die Lichtmenge bei einer einzigen Erregungswellenlänge mit der Summe der Luminanzwerte des R-Kanals, des G-Kanals und des B-Kanals angenähert wird, der nachstehende Ausdruck (10) und Ausdruck (11) als angenäherte Ausdrücke für den Quantenwirkungsgrad bei der k-ten Wellenlänge erhalten.
$I Q E_{k} ≅ \frac{α_{k}^{'} (F^{r} + F^{g} + F^{b})}{L_{k} (C_{k}^{r} + C_{k}^{g} + C_{k}^{b}) (1 - R_{k})}$
$E Q E_{k} ≅ \frac{α_{k}^{'} (F^{r} + F^{g} + F^{b})}{L_{k} (C_{k}^{r} + C_{k}^{g} + C_{k}^{b})}$
Der Nenner von Ausdruck (10) gibt das Produkt aus der Einfallsmenge der Absorptionsrate, nämlich der Absorptionsmenge, an und der Zähler des Ausdrucks (10) gibt die Fluoreszenzmenge an. Wie daraus hervorgeht, stimmt Ausdruck (10) mit Ausdruck (1) überein. Wie daraus auch hervorgeht, stimmt Ausdruck (11) mit Ausdruck (2) überein, was belegt, dass der Quantenwirkungsgrad durch den Ausdruck (11) berechnet werden kann.
13 ist ein konzeptionelles Diagramm, welches den vorstehenden Vorgang darstellt. Eingabe 1 umfasst das in Schritt S2 erlangte Bild als ein Bild der Luminanzwerte in dem R-Kanal, G-Kanal und B-Kanal jedes Pixels bei der weißen Referenzplatte W, das in Schritt S2 erlangte Fluoreszenzspektrum, das in Schritt S3 erlangte Bild als ein Bild der Luminanzwerte in dem R-Kanal, G-Kanal und B-Kanal jedes Pixels bei der Messprobe S und das in Schritt S3 erlangte Fluoreszenzspektrum. Aus Eingabe 1 werden der Reflexionskomponentenkoeffizient R_k und der Fluoreszenzkomponentenkoeffizient a' k in Schritt S4 berechnet, um die reflektierte Lichtmengenverteilung I_R und die Fluoreszenzmengenverteilung I_F zu erlangen. Die Absorptionsmengenverteilung I_A, welche aus einer Differenz zwischen der Bestrahlungsmengenverteilung L und der reflektierten Lichtmengenverteilung I_R erlangt wird, wird ferner berechnet. Mit jenen als Eingabe 2 können die interne Quantenwirkungsgradverteilung und die externe Quantenwirkungsgradverteilung, welche ausgegeben werden, in Schritt S5 berechnet werden. Wie bei der ersten Ausführungsform ist der Quantenwirkungsgrad ein Verhältnis und nimmt einen Wert zwischen 0 und 1 an, weil die Menge (Photonenzahl) von absorbiertem Licht nicht durch die Menge von erzeugtem Fluoreszenzlicht übertroffen wird. Jedes Pixel weist einen Wert von 0 bis 1 auf und es wird dementsprechend empfohlen, ein Bild einer Quantenwirkungsgradverteilung als Heatmap oder andere Abstufungsbilder aufzuzeichnen.
14 und 15A bis 15C zeigen ein Verfahren gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der ersten Ausführungsform wird eine Quantenwirkungsgradverteilung mit dem Kameramodul 21 erlangt, bei welchem das Fotografierelement den R-Kanal, den G-Kanal und den B-Kanal umfasst. Bei der dritten Ausführungsform wird eine Mehrkanal-Kamera (Spektralkamera) verwendet, bei welcher ein Fotografierelement eine Vielzahl von Kanälen umfasst, anstatt einer Dreikanal-Farbkamera mit einem R-Kanal, einem G-Kanal und einem B-Kanal. 14 ist eine Darstellung von auszuführenden Rechenschritten, wenn eine derartige Mehrkanal-Kamera in dem Kameramodul 21 von 1 verwendet wird. In diesem Fall können Daten mit hoher Auflösung in einer Wellenlängenrichtung wegen vieler Kanäle erlangt werden, wie es in 15A bis 15C dargestellt ist. Mit den drei Kanälen für R, G und B stellt die Möglichkeit eines Fehlers bei der Berechnung der Fluoreszenzmenge ein Sachverhalt dar, wenn Fluoreszenzlicht in einem Wellenlängenbereich erzeugt wird, in welchem sich Detektionswellenlängen von einigen Kanälen überlappen. Fehler können durch Einsatz einer Mehrkanal-Kamera in dem Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform als die dritte Ausführungsform verringert werden.
16 bis 18 zeigen auf der Anzeigevorrichtung 42 als Bilder von Messergebnissen angezeigte Bilder, welche bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erlangt werden. Das heißt, die Anzeigevorrichtung 42 führt ein Verfahren zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung aus, mit welchem eine durch eines der vorstehend beschriebenen Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung erlangte Quantenwirkungsgradverteilung angezeigt wird.
Bei diesen Ausführungsformen werden in einem geeigneten Wellenlängenbereich bei geeigneten Wellenlängenintervallen erlangte Bilder und Fluoreszenzspektren verwendet, um bei jeder Erregungswellenlänge ein Bild einer Quantenwirkungsgradverteilung zu berechnen. „Fläche (i) -1: Quantenwirkungsgrad-Miniaturbilder“ ist eine Fläche, in welcher eine Vielzahl von Bildern der Quantenwirkungsgradverteilung bei jeder Erregungswellenlänge ausgerichtet und in einem Miniaturbildformat angezeigt werden. „Fläche (ii) : dreidimensionales Fluoreszenzspektrum“ ist eine Fläche, in welcher ein Fluoreszenzspektrum, welches dreidimensionalen Daten sind, wobei die Fluoreszenzwellenlänge auf einer X-Achse, die Erregungswellenlänge auf einer Y-Achse und die Fluoreszenzintensität auf einer Z-Achse aufgetragen sind, in der Form einer Konturkarte und einer Heatmap unter Verwendung von Abstufungen oder dergleichen angezeigt wird. Auf die Erregungswellenlänge und die Fluoreszenzwellenlänge bezogene Linienbalken T1 und T2 werden in Fläche (ii) angezeigt, und es ist bevorzugt, diese Flächen derartig einzustellen, dass, wenn eines der in Fläche (i) -1 angezeigten Miniaturbild-Bilder ausgewählt und markiert wird, sich der Linienbalken T2 des dreidimensionalen Fluoreszenzspektrums in Fläche (ii) damit zusammen bewegt. Es wird auch bevorzugt, diese Flächen derartig einzustellen, dass, umgekehrt, wenn der Linienbalken T2 des dreidimensionalen Fluoreszenzspektrums in der Fläche (II) bewegt wird, eines der in der Fläche (i)-1 angezeigten Miniaturbild-Bilder ausgewählt und hervorgehoben wird.
Aus dem in der Fläche (ii) angezeigten dreidimensionalen Fluoreszenzspektrum wird ein Erregungslichtspektrum erlangt, indem Daten, bei welchen die Fluoreszenzwellenlänge auf der X-Achse fix ist und die Erregungswellenlänge auf der Y-Achse eine Variable ist, ausgeschnitten werden. Daten, bei welchen die Erregungswellenlänge auf der Y-Achse fix ist und die Fluoreszenzwellenlänge auf der X-Achse eine Variable ist, werden aus dem dreidimensionalen Fluoreszenzspektrum ausgeschnitten, um ein Fluoreszenzspektrum zu erlangen. Die Stücke von ausgeschnittenen Daten werden an Wellenlängenpositionen auf den auf dem dreidimensionalen Fluoreszenzspektrum von Fläche (ii) angezeigten Linienbalken T1 und T2 ausgeschnitten, und es ist bevorzugt, diese Flächen derartig einzustellen, dass die ausgeschnittenen Daten in „Fläche (iii): Erregungs- und Fluoreszenzspektren“ als ein Erregungslichtspektrum oder Fluoreszenzspektrum angezeigt werden. Es ist bevorzugt, diese Flächen derartig einzustellen, dass das Erregungslichtspektrum und das Fluoreszenzspektrum in Fläche (iii) in Verbindung mit der Bewegung der Linienbalken T1 und T2 des dreidimensionalen Fluoreszenzspektrums angezeigt werden. Es ist auch bevorzugt, diese Flächen derartig einzustellen, dass Linienbalken T3 und T4, welche den Linienbalken T1 und T2 des dreidimensionalen Fluoreszenzspektrums entsprechen, ebenfalls in Fläche (iii) angezeigt werden.
Ein Bild einer Quantenwirkungsgradverteilung wird für jede Erregungswellenlänge berechnet und ausgerichtete Bilder einer Quantenwirkungsgradverteilung können dementsprechend entlang der Erregungswellenlängenachse von Fläche (iii) als „Fläche(i)-2: Quantenwirkungsgrad-Miniaturbilder“ angezeigt werden. In diesem Fall werden die entsprechenden Linienbalken T3 und T4 an Wellenlängenpositionen auf der X-Achse in einem Bereich zur Anzeige des Erregungslichtspektrums und des Fluoreszenzspektrums in der Fläche (III) angezeigt, und es wird empfohlen, diese Flächen derartig einzustellen, dass, wenn der einer Zielerregungswellenlänge entsprechende Linienbalken ausgewählt wird, ein Bild einer Quantenwirkungsgradverteilung bei der Zielerregungswellenlänge ausgewählt und in der Fläche (i)-2 hervorgehoben wird. Es wird auch empfohlen, diese Flächen derartig einzustellen, dass umgekehrt, wenn eines der Miniaturbild-Bilder in Fläche (i)-2 ausgewählt und hervorgehoben wird, sich einer der die Erregungswellenlänge des dreidimensionalen Fluoreszenzspektrums angebenden Linienbalken zusammen mit einer entsprechenden Erregungswellenlänge in Fläche (iii) bewegt.
In 16 wird ein Bild einer Quantenwirkungsgradverteilung bei einer Erregungslichtwellenlänge von 460 nm in Fläche (I)-1 ausgewählt, wird der Linienbalken T2 auf 460 nm auf der Y-Achse eingestellt und wird der Linienbalken T4 ebenfalls auf 460 nm auf der X-Achse eingestellt. Das Bild der Quantenwirkungsgradverteilung bei einer Erregungslichtwellenlänge von 460 nm wird auch in Fläche (i)-2 ausgewählt.
Auf einem Bildschirm von 16 verwendet die Bedienperson in diesem Zustand die Bedienungstafel 41, eine Maus oder dergleichen, um zuerst ein Bild einer Quantenwirkungsgradverteilung bei einer Erregungslichtwellenlänge von 500 nm in Fläche (i) -1 auszuwählen. Dann bewegen sich die Linienbalken T2 und T4 auf Positionen von 500 nm, um das Bild der Quantenwirkungsgradverteilung bei einer Erregungslichtwellenlänge von 500 nm in Fläche (i)-2 ebenfalls auszuwählen und der Bildschirm wechselt zu einem Bildschirm von 17. Der Wechsel zu dem Bildschirm von 17 erfolgt auch, wenn die Erstbedienung der Bedienperson auf dem Bildschirm von 16 darin besteht, den Linienbalken T2 oder T4 auf 500 nm zu bewegen oder das Bild der Quantenwirkungsgradverteilung bei einer Erregungslichtwellenlänge von 500 nm in Fläche (i)-2 auszuwählen.
In „Fläche (iv): Quantenwirkungsgradverteilungsbild“ wird das in Fläche (i) -1 und Fläche (i) -2 ausgewählte und hervorgehobene Bild der Quantenwirkungsgradverteilung vergrößert angezeigt. Eine Quantenwirkungsgradverteilung auf einer Oberfläche einer beobachteten Probe wird in Fläche (iv) in XY-Koordinaten angezeigt. Die Anzeigevorrichtung 42 zeigt ferner mindestens zwei Linienbalken T5 und T6 an, welche die Positionen der XY-Koordinaten auf der X-Achse und der Y-Achse spezifizieren. Änderungen des Wertes des Quantenwirkungsgrads entlang der Linienbalken T5 und T6 werden in Fläche (v) in einem Graphenformat angezeigt. Es wird empfohlen, diese Flächen derartig einzustellen, dass das Ausschneiden einer X-Koordinate und das Ausschneiden einer Y-Koordinate übereinander oder einzeln zusammen mit den Linienbalken T5 und T6 angezeigt werden. Zusammen mit dem Bewegen der Linienbalken T5 und T6 wird eine Quantenwirkungsgradverteilung an einer entsprechenden Koordinatenposition in Fläche (v) angezeigt. Teilstücke können in Fläche (iv) derartig angezeigt werden, dass durchschnittliche Quantenwirkungsgrade von ausgewählten Teilstücken als eine Liste angezeigt werden. In diesem Beispiel werden 5x5 Teilstücke in Spalte A bis Spalte E und Zeile 1 bis Zeile 5 angezeigt und werden fünfundzwanzig Teilstücke, insbesondere A1 bis E5, in einem Listenformat ausgewählt und angezeigt.
Wenn die Bedienperson die Bedienungstafel 41, eine Maus oder dergleichen an dem Bildschirm von 16 verwendet, um den Linienbalken T5 oder T6 in Fläche (iv) zu bewegen, wechselt der Bildschirm zu einem Bildschirm von 18. Was in Fläche (v) angezeigt wird, ändert sich ebenfalls mit dem Bewegen des Linienbalkens T5 oder T6.
Wie es in 16 bis 18 dargestellt ist, kann die Anzeigevorrichtung 42 auf dem Bildschirm Bilder von Quantenwirkungsgradverteilungen bei jeweiligen Erregungswellenlängen und ein dreidimensionales Fluoreszenzspektrum in verdichteter Weise anzeigen, welche unter Verwendung von in einem geeigneten Wellenlängenbereich bei geeigneten Wellenlängenintervallen erlangten Bildern und Fluoreszenzspektren berechnet werden. Dies ermöglicht es der Bedienperson, Fluoreszenzeigenschaften einer Probe in einer umfassenden Weise unter den Gesichtspunkten von Erregungswellenlänge, Fluoreszenzwellenlänge und der Quantenwirkungsgradverteilung auf gleicher Ebene leicht zu erfassen.
19 ist eine Darstellung eines Beispiels von Bildern einer internen Quantenwirkungsgradverteilung und einer externen Quantenwirkungsgradverteilung. Der interne Quantenwirkungsgrad und der externe Quantenwirkungsgrad nehmen grundsätzlich einen Wert zwischen 0 und 1 an und es wird dementsprechend empfohlen, deren Verteilungen in Grauskalen oder als Heatmap darzustellen. Im Falle einer Grauskala wird zum Beispiel eine Grauskala, bei welcher Weiß 1 zugeordnet ist, Schwarz 0 zugeordnet ist und ein Wert, welcher angibt, dass sich Helligkeit in Stufen zwischen 1 und 0 geändert hat, verwendet, um die Quantenwirkungsgradverteilungen anzuzeigen. Ein eine Helligkeit von 0 bis 1 angebender Skalenbalken kann in der Nähe der Verteilungsbilder angezeigt werden. Ausdruck (1) und Ausdruck (2) lassen erkennen, dass die Bestrahlungsphotonenzahl größer als die Absorptionsphotonenzahl des Nenners ist und der externe Quantenwirkungsgrad daher einen kleineren Wert als jener des internen Quantenwirkungsgrads aufweist. Der Farbton des externen Quantenwirkungsgradverteilungsbildes ist dementsprechend dunkler als der Farbton des internen Quantenwirkungsgradverteilungsbildes. Das interne Quantenwirkungsgradverteilungsbild und das externe Quantenwirkungsgradverteilungsbild sind aus dem gleichen Messergebnis berechenbar und werden dementsprechend gleichzeitig berechnet, um zum Beispiel in Fläche (iv) und Fläche (v) von 16 bis 18 der Reihe nach angezeigt zu werden.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren zum Erlangen und Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung sind mit einem vorgegebenen Programm ausführbar. Ein solches Programm wird von einer innerhalb oder außerhalb des Computers 31 installierten Speichervorrichtung ausgelesen. Das Programm veranlasst den Computer 31, die vorstehend beschriebenen Schritte auszuführen, was es dem Fluoreszenzspektrophotometer 1 ermöglicht, sich zu aktivieren, eine Quantenwirkungsgradverteilung zu erlangen und die Quantenwirkungsgradverteilung mit dem Fortschreiten der Schritte anzuzeigen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Quantenwirkungsgradverteilung an der vorgegebenen Oberfläche der zu messenden Probe erfasst werden und können die detaillierteren Eigenschaften der Probe daher herausgefunden werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und umfasst soweit erforderlich Modifikationen, Abänderungen und andere Änderungen. Die Materialien, Gestalten, Abmessungen, Zahlenwerte, Betriebsarten, Anzahlen, Platzierung und dergleichen der Komponenten bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sollen die vorliegende Erfindung auch nicht beschränken und jegliche Materialien, Gestalten, Abmessungen, Zahlenwerte, Betriebsarten, Anzahlen, Platzierung und dergleichen sind anwendbar, solange die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist für Gebiete nützlich, welche einen Zugriff auf detaillierte Eigenschaften einer Probe, insbesondere eine Quantenwirkungsgradverteilung an einer Oberfläche einer Probe und andere solche detaillierten Fluoreszenzeigenschaften erfordern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012117816 [0012, 0017]
JP 2019020362 [0015, 0020]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 20351 (2017) [0003, 0017, 0021]
J., Wakui, T. et al., Bunseki Kagaku (Japan Analyst), Volume 58, Issue 6, 2009, Seiten 553-559 [0003]
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Ohkubo, K. and Shigeta, T., Journal of the Illuminating Engineering Institute of Japan, Volume 83, Issue 2, 1999, Seiten 87-93 [0006]
In Y. Fu, A. Lam, I. Sato, T. Okabe und Y. Sato, IEEE Trans. PAMI 38 (7), Seiten 1313-1326, 2016 [0016]
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Y. Fu, A. Lam, I. Sato, T. Okabe und Y. Sato, IEEE Trans. PA MI 38(7), Seiten 1313-1326, 2016 [0020]
Horigome, J. , Wakui, T. et al., Bunseki Kagaku (Japan Analyst), Volume 58, Issue 6, 2009, Seiten 553-559 [0065]

Claims

Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung an einer vorgegebenen Oberfläche einer Probe, aufweisend: Bestrahlen eines Referenzmaterials mit Erregungslicht, welches einem ersten Wellenlängenbereich angehört; Erlangen durch Aufnehmen eines Bildes des Referenzmaterials mit einer Fotografiervorrichtung, welche mindestens einen dem ersten Wellenlängenbereich entsprechenden ersten Kanal und einen einem zweiten Wellenlängenbereich entsprechenden zweiten Kanal umfasst, eines Bestrahlungsluminanzwerts des ersten Kanals und eines Bestrahlungsluminanzwerts des zweiten Kanals in jedem Pixel des Bildes des Referenzmaterials; Bestrahlen der vorgegebenen Oberfläche der Probe mit dem Erregungslicht; Erlangen eines Messluminanzwerts des ersten Kanals und eines Messluminanzwerts des zweiten Kanals in jedem Pixel eines Bildes der vorgegebenen Oberfläche durch Aufnehmen des Bildes der vorgegebenen Oberfläche mit der Fotografiervorrichtung; Berechnen eines Absorptionsluminanzwerts aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des ersten Kanals und dem Messluminanzwert des ersten Kanals; Berechnen eines Fluoreszenzluminanzwerts aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des zweiten Kanals und dem Messluminanzwert des zweiten Kanals; Berechnen eines Quantenwirkungsgrads jedes Pixels auf der Grundlage der Bestrahlungsluminanzwerte, des Absorptionsluminanzwerts und des Fluoreszenzluminanzwerts; und Erlangen der Quantenwirkungsgradverteilung an der vorgegebenen Oberfläche der Probe aus dem Quantenwirkungsgrad jedes Pixels.
Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach Anspruch 1, wobei die Fotografiervorrichtung ferner einen einem dritten Wellenlängenbereich entsprechenden dritten Kanal umfasst, und wobei der Fluoreszenzluminanzwert aus einer Summe aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des zweiten Kanals und dem Messluminanzwert des zweiten Kanals und einer Differenz zwischen einem Bestrahlungsluminanzwert des dritten Kanals und einem Messluminanzwert des dritten Kanals berechnet wird.
Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach Anspruch 2, wobei der erste Kanal ein B-Kanal ist, der zweite Kanal ein G-Kanal ist und der dritte Kanal ein R-Kanal ist.
Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: Berechnen eines internen Quantenwirkungsgrads jedes Pixels aus einem Verhältnis des Fluoreszenzluminanzwerts und des Absorptionsluminanzwerts; und Berechnen eines externen Quantenwirkungsgrads jedes Pixels aus einem Verhältnis des Fluoreszenzluminanzwerts und des Bestrahlungsluminanzwerts.
Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Referenzmaterial eine weiße Referenzplatte ist.
Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Referenzmaterial und die Probe in einer mit dem Erregungslicht zu bestrahlenden Ulbrichtschen Kugel eines Fluoreszenzspektrophotometers platziert sind.
Verfahren zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung, aufweisend Anzeigen auf einer Anzeigevorrichtung einer Quantenwirkungsgradverteilung, welche durch das Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 erlangt wird, in einem der vorgegebenen Oberfläche entsprechenden Koordinatensystem.
Verfahren zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach Anspruch 7, wobei die Anzeigevorrichtung dafür ausgelegt ist, Quantenwirkungsgradverteilungen in einem Miniaturbildformat anzuzeigen, welche auf einer Fluoreszenzwellenlängenbasis erlangt werden und ausgerichtet sind.
Verfahren zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach Anspruch 7, wobei die Anzeigevorrichtung dafür ausgelegt ist, mindestens zwei Linienbalken anzuzeigen, welche verwendet werden, um eine Position auf einer X-Achse des Koordinatensystems und eine Position auf einer Y-Achse des Koordinatensystems zu spezifizieren, und wobei die Anzeigevorrichtung dafür ausgelegt ist, um ferner Wertänderungen des Quantenwirkungsgrads entlang der mindestens zwei Linienbalken in einem Graphenformat anzuzeigen.
Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung an einer vorgegebenen Oberfläche einer Probe, aufweisend: Bestrahlen eines Referenzmaterials mit Erregungslicht; Erlangen eines Bestrahlungsluminanzwerts in jedem Pixel eines Bildes des Referenzmaterials für jede Wellenlänge durch Aufnehmen des Bildes des Referenzmaterials mit einer Fotografiervorrichtung; Bestrahlen der vorgegebenen Oberfläche der Probe mit dem Erregungslicht; Erlangen eines Messluminanzwerts in jedem Pixel des Bildes der vorgegebenen Oberfläche für jede Wellenlänge durch Aufnehmen eines Bildes der vorgegebenen Oberfläche mit der Fotografiervorrichtung; Erlangen eines Fluoreszenzspektrums, welches aus der Bestrahlung mit dem Erregungslicht erlangt wird; Berechnen auf der Grundlage des Fluoreszenzspektrums von Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten über eine jeder Fluoreszenzwellenlänge zuzuordnende Fluoreszenzintensitätsverteilung; Berechnen auf der Grundlage des Bestrahlungsluminanzwerts und des Messluminanzwerts, welche für jede Wellenlänge in jedem Pixel erlangt werden, und der Grundlage der Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten eines Reflexionskomponentenkoeffizienten und eines Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten in dem Pixel; Berechnen auf der Grundlage des Reflexionskomponentenkoeffizienten und des Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten eines Quantenwirkungsgrads jedes Pixels; und Erlangen der Quantenwirkungsgradverteilung an der vorgegebenen Oberfläche der Probe aus dem Quantenwirkungsgrad jedes Pixels.
Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach Anspruch 10, wobei die Fotografiervorrichtung einen einem ersten Wellenlängenbereich entsprechenden B-Kanal, einen einem zweiten Wellenlängenbereich entsprechenden G-Kanal und einen einem dritten Wellenlängenbereich entsprechenden R-Kanal umfasst, wobei dem ersten Wellenlängenbereich, dem zweiten Wellenlängenbereich und dem dritten Wellenlängenbereich jeweils eine Fluoreszenzintensitätsverteilung zugeordnet ist, welche durch Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten angegeben ist, und wobei der Reflexionskomponentenkoeffizient und der Fluoreszenzkomponentenkoeffizient für jeweils den B-Kanal, den G-Kanal und den R-Kanal berechnet werden und dann der Reflexionskomponentenkoeffizient und der Fluoreszenzkomponentenkoeffizient in jedem Pixel berechnet werden.
Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach Anspruch 10 oder 11, ferner aufweisend: Berechnen einer Menge von reflektiertem Licht jedes Pixels auf der Grundlage des Reflexionskomponentenkoeffizienten und des Bestrahlungsluminanzwerts; Berechnen einer Fluoreszenzmenge jedes Pixels auf der Grundlage des Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten und der Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten; und Berechnen einer Absorptionsmenge jedes Pixels aus einer Differenz zwischen einer dem Bestrahlungsluminanzwert entsprechenden Bestrahlungsmenge und der Menge von reflektiertem Licht.
Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach Anspruch 12, ferner aufweisend: Berechnen eines internen Quantenwirkungsgrads jedes Pixels aus einem Verhältnis der Fluoreszenzmenge und der Absorptionsmenge; und Berechnen eines externen Quantenwirkungsgrads jedes Pixels aus einem Verhältnis der Fluoreszenzmenge und der Bestrahlungsmenge.
Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Referenzmaterial eine weiße Referenzplatte ist.
Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Referenzmaterial und die Probe in einer mit dem Erregungslicht zu bestrahlenden Ulbrichtschen Kugel eines Fluoreszenzspektrophotometers platziert sind.
Verfahren zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung, aufweisend Anzeigen auf einer Anzeigevorrichtung einer Quantenwirkungsgradverteilung, welche durch das Verfahren zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach einem der Ansprüche 10 bis 15 erlangt wird, in einem der vorgegebenen Oberfläche entsprechenden Koordinatensystem.
Verfahren zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach Anspruch 16, wobei die Anzeigevorrichtung dafür ausgelegt ist, Quantenwirkungsgradverteilungen in einem Miniaturbildformat anzuzeigen, welche auf einer Fluoreszenzwellenlängenbasis erlangt werden und ausgerichtet sind.
Verfahren zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach Anspruch 16, wobei die Anzeigevorrichtung dafür ausgelegt ist, mindestens zwei Linienbalken anzuzeigen, welche verwendet werden, um eine Position auf einer X-Achse des Koordinatensystems und eine Position auf einer Y-Achse des Koordinatensystems zu spezifizieren, und wobei die Anzeigevorrichtung dafür ausgelegt ist, um ferner Wertänderungen des Quantenwirkungsgrads entlang der mindestens zwei Linienbalken in einem Graphenformat anzuzeigen.
Programm zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung an einer vorgegebenen Oberfläche einer Probe, wobei die vorgegebene Oberfläche der Probe mit Erregungslicht, welches einem ersten Wellenlängenbereich angehört, durch ein Fluoreszenzspektrophotometer bestrahlt wird, wobei das Fluoreszenzspektrophotometer dafür ausgelegt ist, um sowohl ein Referenzmaterial als auch die vorgegebene Oberfläche der Probe mit dem Erregungslicht zu bestrahlen, wobei das Programm einen Computer steuert, so dass der Computer die folgenden Schritte ausführt: Erlangen durch Aufnehmen eines Bildes des Referenzmaterials mit einer Fotografiervorrichtung, welche mindestens einen dem ersten Wellenlängenbereich entsprechenden ersten Kanal und einen einem zweiten Wellenlängenbereich entsprechenden zweiten Kanal umfasst, eines Bestrahlungsluminanzwerts des ersten Kanals und eines Bestrahlungsluminanzwerts des zweiten Kanals in jedem Pixel des Bildes des Referenzmaterials; Erlangen eines Messluminanzwerts des ersten Kanals und eines Messluminanzwerts des zweiten Kanals in jedem Pixel eines Bildes der vorgegebenen Oberfläche durch Aufnehmen des Bildes der vorgegebenen Oberfläche mit der Fotografiervorrichtung; Berechnen eines Absorptionsluminanzwerts aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des ersten Kanals und dem Messluminanzwert des ersten Kanals; Berechnen eines Fluoreszenzluminanzwerts aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des zweiten Kanals und dem Messluminanzwert des zweiten Kanals; Berechnen eines Quantenwirkungsgrads jedes Pixels auf der Grundlage der Bestrahlungsluminanzwerte, des Absorptionsluminanzwerts und des Fluoreszenzluminanzwerts; und Erlangen der Quantenwirkungsgradverteilung an der vorgegebenen Oberfläche der Probe aus dem Quantenwirkungsgrad jedes Pixels.
Programm zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung, wobei das Programm eine Anzeigevorrichtung steuert, so dass die Anzeigevorrichtung eine Quantenwirkungsgradverteilung, welche durch das Programm zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach Anspruch 19 erlangt wird, in einem der vorgegebenen Oberfläche entsprechenden Koordinatensystem anzeigt.
Programm zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung an einer vorgegebenen Oberfläche einer Probe, wobei die vorgegebene Oberfläche der Probe mit Erregungslicht durch ein Fluoreszenzspektrophotometer bestrahlt wird, wobei das Fluoreszenzspektrophotometer dafür ausgelegt ist, um sowohl ein Referenzmaterial als auch die vorgegebene Oberfläche der Probe mit dem Erregungslicht zu bestrahlen, wobei das Programm einen Computer steuert, so dass der Computer die folgenden Schritte ausführt: Erlangen eines Bestrahlungsluminanzwerts in jedem Pixel eines Bildes des Referenzmaterials für jede Wellenlänge durch Aufnehmen des Bildes des Referenzmaterials mit einer Fotografiervorrichtung; Erlangen eines Messluminanzwerts in jedem Pixel eines Bildes der vorgegebenen Oberfläche für jede Wellenlänge durch Aufnehmen des Bildes der vorgegebenen Oberfläche mit der Fotografiervorrichtung; Erlangen eines Fluoreszenzspektrums, welches aus der Bestrahlung mit dem Erregungslicht erlangt wird; Berechnen von Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten in dem Fluoreszenzspektrum über eine jeder Erregungswellenlänge zuzuordnende Fluoreszenzintensitätsverteilung; Berechnen auf der Grundlage des Bestrahlungsluminanzwerts und des Messluminanzwerts, welche für jede Wellenlänge in jedem Pixel erlangt werden, und der Grundlage der Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten eines Reflexionskomponentenkoeffizienten und eines Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten in dem Pixel; Berechnen auf der Grundlage des Reflexionskomponentenkoeffizienten und des Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten eines Quantenwirkungsgrads jedes Pixels; und Erlangen der Quantenwirkungsgradverteilung an der vorgegebenen Oberfläche der Probe aus dem Quantenwirkungsgrad jedes Pixels.
Programm zum Anzeigen einer Quantenwirkungsgradverteilung, wobei das Programm eine Anzeigevorrichtung steuert, so dass die Anzeigevorrichtung eine Quantenwirkungsgradverteilung, welche durch das Programm zum Erlangen einer Quantenwirkungsgradverteilung nach Anspruch 21 erlangt wird, in einem der vorgegebenen Oberfläche entsprechenden Koordinatensystem anzeigt.
Fluoreszenzspektrophotometer, welches dafür ausgelegt ist, eine Quantenwirkungsgradverteilung an einer vorgegebenen Oberfläche einer Probe zu erlangen, aufweisend: eine Lichtquelle, welche dafür ausgelegt ist, um ein Referenzmaterial und die vorgegebene Oberfläche der Probe mit Erregungslicht, welches einem ersten Wellenlängenbereich angehört, zu bestrahlen; eine Fotografiervorrichtung, welche mindestens einen ersten Kanal, welcher dem ersten Wellenlängenbereich entspricht, und einen zweiten Kanal umfasst, welcher einem zweiten Wellenlängenbereich entspricht; und einen Computer, wobei die Fotografiervorrichtung dafür ausgelegt, durch Aufnehmen eines Bildes des Referenzmaterials einen Bestrahlungsluminanzwert des ersten Kanals und einen Bestrahlungsluminanzwert des zweiten Kanals in jedem Pixel des Bildes des Referenzmaterials zu erlangen, und ist dafür ausgelegt, um durch Aufnehmen eines Bildes der vorgegebenen Oberfläche einen Messluminanzwert des ersten Kanals und einen Messluminanzwert des zweiten Kanals in jedem Pixel des Bildes der vorgegebenen Oberfläche zu erlangen, und wobei der Computer dafür ausgelegt ist, um: einen Absorptionsluminanzwert aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des ersten Kanals und dem Messluminanzwert des ersten Kanals zu berechnen; einen Fluoreszenzluminanzwert aus einer Differenz zwischen dem Bestrahlungsluminanzwert des zweiten Kanals und dem Messluminanzwert des zweiten Kanals zu berechnen; einen Quantenwirkungsgrad jedes Pixels auf der Grundlage der Bestrahlungsluminanzwerte, des Absorptionsluminanzwerts und des Fluoreszenzluminanzwerts zu berechnen; und die Quantenwirkungsgradverteilung an der vorgegebenen Oberfläche der Probe aus dem Quantenwirkungsgrad jedes Pixels zu erlangen.
Anzeigevorrichtung, welche dafür ausgelegt ist, um eine Quantenwirkungsgradverteilung, welche durch das Fluoreszenzspektrophotometer nach Anspruch 23 erlangt wird, in einem der vorgegebenen Oberfläche entsprechenden Koordinatensystem anzuzeigen.
Fluoreszenzspektrophotometer, welches dafür ausgelegt ist, eine Quantenwirkungsgradverteilung an einer vorgegebenen Oberfläche einer Probe zu erlangen, aufweisend: eine Lichtquelle, welche dafür ausgelegt ist, um ein Referenzmaterial und die vorgegebene Oberfläche der Probe mit Erregungslicht zu bestrahlen; eine Fotografiervorrichtung; einen Detektor, welcher dafür ausgelegt ist, um ein Fluoreszenzspektrum, welches aus der Bestrahlung mit dem Erregungslicht erlangt wird, zu erlangen; und einen Computer, wobei die Fotografiervorrichtung dafür ausgelegt ist, durch Aufnehmen eines Bildes des Referenzmaterials für jede Wellenlänge einen Bestrahlungsluminanzwert in jedem Pixel des Bildes des Referenzmaterials zu erlangen, und dafür ausgelegt ist, um durch Aufnehmen eines Bildes der vorgegebenen Oberfläche für jede Wellenlänge einen Messluminanzwert in jedem Pixel des Bildes der vorgegebenen Oberfläche zu erlangen, und wobei der Computer dafür ausgelegt ist, um: in dem Fluoreszenzspektrum Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten über eine jeder Erregungswellenlänge zuzuordnende Fluoreszenzintensitätsverteilung zu berechnen; auf der Grundlage des Bestrahlungsluminanzwerts und des Messluminanzwerts, welche für jede Wellenlänge in jedem Pixel erlangt werden, und der Grundlage der Fluoreszenzintensitätsverteilungsdaten einen Reflexionskomponentenkoeffizienten und einen Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten in dem Pixel zu berechnen; auf der Grundlage des Reflexionskomponentenkoeffizienten und des Fluoreszenzkomponentenkoeffizienten einen Quantenwirkungsgrad jedes Pixels zu berechnen; und die Quantenwirkungsgradverteilung an der vorgegebenen Oberfläche der Probe aus dem Quantenwirkungsgrad jedes Pixels zu erlangen.
Anzeigevorrichtung, welche dafür ausgelegt ist, um eine Quantenwirkungsgradverteilung, welche durch das Fluoreszenzspektrophotometer nach Anspruch 25 erlangt wird, in einem der vorgegebenen Oberfläche entsprechenden Koordinatensystem anzuzeigen.