JPWO2010084566A1 - 量子効率測定装置および量子効率測定方法 - Google Patents

Abstract

量子効率の測定対象部である試料（ＯＢＪ１）、および既知の反射率特性をもつ標準体（ＲＥＦ１）がそれぞれ平面ミラー（５）に設けられた試料窓（２）に装着される。試料（ＯＢＪ１）および標準体（ＲＥＦ１）をそれぞれ装着した場合に分光器で測定されるそれぞれのスペクトルに基づいて、試料（ＯＢＪ１）の量子効率が測定される。観測窓（３）の開口面を試料（ＯＢＪ１）または標準体（ＲＥＦ１）の露出面と実質的に一致させることで、励起光（Ｌ１）を受けて試料（ＯＢＪ１）で発生した蛍光、および試料（ＯＢＪ１）で反射された励起光（Ｌ１）が直接的に観測窓（３）に入射することを抑制する。

Description

この発明は、測定対象物の量子効率を測定するための装置および方法に関する。

近年、蛍光ランプやディスプレイの開発が急速に進んでいる。このような開発に伴って、それらに用いられる蛍光体の性能をより正確に評価する指標として、量子効率が着目されている。一般的に、量子効率は、測定対象物（典型的には、蛍光体）に吸収された光量子数に対する蛍光発光の光量子数の割合を意味する。

このような量子効率を測定する典型的な方法として、“大久保、重田 「ＮＢＳ標準蛍光体の量子効率の測定」”に、蛍光体量子効率の測定光学系が開示されている。このような構成に代えて、特開平０９−２９２２８１号公報（特許文献１）、特開平１０−１４２１５２号公報（特許文献２）および特開平１０−２９３０６３号公報（特許文献３）などには、量子効率を測定するための構成および方法が提案されている。

上述の先行技術に係る量子効率を測定する装置では、いずれも、測定対象物（蛍光体）から発せられる蛍光を捕捉するために積分球を用いている。一般的に、蛍光体からの蛍光は微弱であるため、測定精度を高めるためには、より小さな径を有する積分球を用いることが好ましい。

ところで、このような積分球内には、蛍光体から発せられた蛍光および／または蛍光体表面で反射した励起光が直接的に検出器へ入射することを抑制するための遮光板が設けられる。
特開平０９−２９２２８１号公報 特開平１０−１４２１５２号公報 特開平１０−２９３０６３号公報 大久保、重田，「ＮＢＳ標準蛍光体の量子効率の測定」、照明学会誌、社団法人照明学会、１９９９年、第８３巻、第２号、ｐ．８７−９３

しかしながら、より径の小さな積分球を用いた場合には、遮光板による光吸収の影響が相対的に大きくなり、測定精度に悪影響を与えるおそれがあった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、量子効率をより高い精度で測定することのできる量子効率測定装置および量子効率測定方法を提供することである。

この発明のある局面に従う量子効率測定装置は、内面に光拡散反射層を有する半球部と、半球部の実質的な曲率中心を通り、かつ半球部の開口部を塞ぐように配置された平面ミラーとを含む。平面ミラーは、半球部の実質的な曲率中心の位置に設けられ、測定対象物を装着するための第１の窓と、第１の窓から所定距離だけ離れた位置に設けられた第２の窓とを含む。本量子効率測定装置は、さらに、第２の窓を通じて、半球部内のスペクトルを測定する分光器と、励起光を、半球部に設けられた第３の窓を通じて、平面ミラーの法線に対して所定の角度で第１の窓に向けて照射する光源と、測定対象物を第１の窓に配置した場合に分光器で測定される第１のスペクトルと、測定対象物に代えて既知の反射率特性をもつ標準体を第１の窓に配置した場合に分光器で測定される第２のスペクトルとに基づいて、測定対象物の量子効率を算出する演算処理部とを含む。

好ましくは、第２の窓は、被測定物を被測定物の露出面が平面ミラーの半球部内側の面と実質的に一致するように装着可能に構成される。

好ましくは、第２の窓は、半球部の内部と分光器との間に配置された、光透過拡散部材を含む。

この発明の別の局面に従う量子効率測定装置は、内面に光拡散反射層を有する半球部と、半球部の実質的な曲率中心を通り、かつ半球部の開口部を塞ぐように配置された平面ミラーとを含む。平面ミラーは、半球部の実質的な曲率中心の近傍に設けられた第１の窓と、第１の窓から所定距離だけ離れた位置に設けられた第２の窓とを含む。本量子効率測定装置は、さらに、半球部内に少なくともその一部を露出して配置された測定対象物に向けて、第１の窓を通じて励起光を照射する光源と、第２の窓を通じて、半球部内のスペクトルを測定する分光器とを含む。第２の窓は、測定対象物からの光が分光器に直接的に入射することを規制している。本量子効率測定装置は、さらに、測定対象物を半球部内に配置した場合に分光器で測定される第１のスペクトルと、測定対象物に代えて既知の反射率特性または透過率特性をもつ標準体を半球部内に配置した場合に分光器で測定される第２のスペクトルとに基づいて、測定対象物の量子効率を算出する演算処理部とを含む。

好ましくは、第２の窓は、半球部の内部側の径に比較して、半球部の外部側の径が大きい開口である。

好ましくは、半球部は、半球部の実質的な曲率中心を通る平面ミラーの法線との交点の位置に設けられ、かつ測定対象物および標準体を装着するための第３の窓を含み、光源は、励起光を、平面ミラーの法線に対して所定の角度で第３の窓に向けて照射するように配置される。

好ましくは、測定対象物は、透光性をもつ容器に封入された液体であり、光源の光軸上に配置される。

さらに好ましくは、測定対象物は、全体が半球部内に収納される。
好ましくは、半球部は、半球部の実質的な曲率中心を通る平面ミラーの法線との交点の位置に設けられ、測定対象物および標準体を装着するための第３の窓を含む。第１の窓は、平面ミラー上の半球部の実質的な曲率中心の位置に設けられており、測定対象物は、筒状容器に封入された液体であり、筒状容器の第３の窓に装着される面は、透光性をもつ材料で構成されるとともに、その他の部位は、光反射性をもつ部材で構成される。

この発明のさらに別の局面に従う量子効率測定方法は、内面に光拡散反射層を有する半球部と、半球部の実質的な曲率中心を通り、かつ半球部の開口部を塞ぐように配置された平面ミラーとを含む装置を用意するステップと、平面ミラーの半球部の実質的な曲率中心を含む位置に設けられた第１の窓に、測定対象物を装着するステップと、励起光を、半球部に設けられた第３の窓を通じて、平面ミラーの法線に対して所定の角度で測定対象物に向けて照射するステップと、平面ミラーの第１の窓から所定距離だけ離れた位置に設けられた第２の窓を通じて、測定対象物が装着された場合の半球部内のスペクトルを第１のスペクトルとして測定するステップと、第１の窓に、既知の反射率特性をもつ標準体を装着するステップと、励起光を、第３の窓を通じて、平面ミラーの法線に対して所定の角度で標準体に向けて照射するステップと、第２の窓を通じて、標準体が装着された場合の半球部内のスペクトルを第２のスペクトルとして測定するステップと、第１のスペクトルと第２のスペクトルとに基づいて、測定対象物の量子効率を算出するステップとを含む。

この発明によれば、量子効率をより高い精度で測定することができる。

この発明の実施の形態１に関連する量子効率測定装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態１に従う量子効率測定装置の外観図である。 この発明の実施の形態１に従う量子効率測定装置の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に従う量子効率測定装置における測定原理について説明するための図である。 この発明の実施の形態１に従う量子効率測定装置の演算処理部における制御構造を示す図である。 この発明の実施の形態１に従う量子効率測定装置を用いた量子効率測定に係る処理手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１の第１変形例に従う量子効率測定装置における分光器および光源の位置関係を示す平面図である。 この発明の実施の形態１の第２変形例に従う量子効率測定装置の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に従う量子効率測定装置の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に関連する量子効率測定装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態３に従う量子効率測定装置の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に従う量子効率測定装置の演算処理部における制御構造を示す図である。 この発明の実施の形態３の第１変形例に従う量子効率測定装置の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態３の第２変形例に従う量子効率測定装置の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態４に従う量子効率測定装置の要部を示す断面図である。

符号の説明

１，１Ａ 半球部、１ａ 光拡散反射層、２，９ 試料窓、３，１３ 観測窓、４，１０，１２ 光源窓、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 平面ミラー、５ａ 反射面、６ 分光器、６ａ 装着部、６ｂ ファイバ端部、６ｃ 反射部、６ｄ 光ファイバ、６ｅ 検出器、７ 光源、７ａ ランプ、７ｂ 集光光学系、１４ 光透過拡散部材、１５，１５Ａ シール部材、１６，１６Ａ，１６Ｂ 透明セル、１００ 半球積分器、１０２ ベース部、１０４ 回転軸、２００，２００Ａ 演算処理部、２０２ 切換部、２０４，２０６ バッファ、２０８，２１０ 選択部、２１２，２２２ 掛算部、２１４，２２４ 積分部、２１６，２２６ 割算部、２１８ 初期設定保持部、２２０ 加減算部、３００，３５０ 量子効率測定装置、３０２，３５２ 積分球、３０４，３５８ 遮光板、３０６，３６０ 受光部、３０８，３６２ 光ファイバ、３１０，３６４ 分光測定装置、３１２ 試料窓、３１４，３６６ 光源窓、３１６，３６８ 観測窓、３２０，３７０ 励起光、３５４ 支持部、３５６ 透明容器、Ａｘ１，Ａｘ２，Ａｘ３ 光軸、Ｌ１ 励起光、ＯＢＪ，ＯＢＪ１，ＯＢＪ２ 試料、ＲＥＦ，ＲＥＦ１，ＲＥＦ２ 標準体、ＳＹＳ１，ＳＹＳ１Ａ，ＳＹＳ２，ＳＹＳ３，ＳＹＳ３Ａ，ＳＹＳ３Ｂ 量子効率測定装置。

この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
＜関連技術＞
まず、本実施の形態に従う量子効率測定装置の理解をより容易にするために、先に、図１を参照して、本実施の形態に関連する量子効率測定装置について説明する。

図１に示す本実施の形態に関連する量子効率測定装置３００は、蛍光体などの測定対象物（以下、「試料ＯＢＪ」とも称す。）の量子効率を測定する。具体的には、量子効率測定装置３００は、積分球３０２と、遮光板３０４と、受光部３０６と、光ファイバ３０８と、分光測定装置３１０とを含む。この量子効率測定装置３００では、試料ＯＢＪが積分球３０２に設けられた試料窓３１２に装着され、この試料ＯＢＪに対して、積分球３０２の外部に設けられた光源（図示しない）から励起光３２０が光源窓３１４を通じて照射される。この励起光３２０としては、低圧水銀蛍光ランプの場合には、２００〜４００ｎｍの紫外単色光が用いられ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）分野では、３００〜６００ｎｍの紫外もしくは可視単色光などが用いられる。試料ＯＢＪは、この励起光３２０を受けて蛍光発光する。この試料ＯＢＪから放射される蛍光は、積分球３０２の内面で多重反射され積分（均一化）される。なお、試料ＯＢＪでは、照射される励起光３２０の一部が反射され、この反射された励起光３２０も積分球３０２内で多重反射する。

受光部３０６は、積分球３０２に設けられた観測窓３１６を通じて、積分球３０２の光の一部を抽出して、光ファイバ３０８を介して分光測定装置３１０へ導く。なお、受光部３０６の観測窓３１６に接した部分には、一般的に光透過拡散部材が設けられる。これにより、観測窓３１６での視野角特性を完全拡散特性に近づけた上で、積分球３０２の内壁面全体からの光による照度（光スペクトル）を光ファイバ３０８に導くのが一般的である。

分光測定装置３１０は、受光部３０６で抽出された光のスペクトルを測定する。すなわち、分光測定装置３１０は、積分球３０２の内壁面における照度（光スペクトル）を測定する。

上述と同様の測定は、試料ＯＢＪに代えて、既知の反射率特性をもつ標準体ＲＥＦを装着した状態でも行なわれる。そして、試料ＯＢＪを装着した場合に測定されたスペクトルと、標準体ＲＥＦを装着した場合に測定したスペクトルとに基づいて、試料ＯＢＪの量子効率が算出される。

上述のように、積分球３０２を用いることで、試料ＯＢＪがその表面に鏡面性を有している場合のような、試料ＯＢＪが完全拡散反射特性をもたない場合であっても、正確に量子効率を測定することができる。また、積分球３０２自体が遮光容器として機能するため、外光の影響を抑える効果もある。

しかしながら、量子効率測定装置３００では、試料ＯＢＪで生じた蛍光および試料ＯＢＪで反射された一部の励起光３２０が直接的に観測窓３１６に入射すると、測定誤差となるため、試料窓３１２と観測窓３１６との間に遮光板３０４が設けられる。

一般的に、蛍光体からの蛍光は微弱であるため、測定精度を高めるためには、より小さな径を有する積分球３０２を用いることが好ましい。しかしながら、より径の小さな積分球３０２を用いた場合には、遮光板３０４による光吸収の影響が相対的に大きくなり、測定精度に悪影響を与えるおそれがある。すなわち、遮光板３０４は、積分球３０２の内壁面での相互反射を阻害し、また遮光板３０４による光の吸収は、積分効率を低下させるため、遮光板３０４が測定誤差要因になるという課題があった。

＜装置構成＞
次に、図２および図３を参照して、本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ１について説明する。

図２に示す量子効率測定装置ＳＹＳ１は、半球積分器１００と、演算処理部２００とを含む。図３に示すように、半球積分器１００は、半球部１と、半球部１の開口部を塞ぐように配置された円板状の平面ミラー５とからなる。半球部１は、回転軸１０４を介してベース部１０２と回転自在に連結される。量子効率測定装置ＳＹＳ１は、さらに、半球部１の内壁面の照度（光スペクトル）を測定するための分光器６と、励起光Ｌ１を発生する光源７とをさらに含む。

後述するように、本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ１では、量子効率の測定対象部である試料ＯＢＪ１、および既知の反射率特性をもつ標準体ＲＥＦ１がそれぞれ平面ミラー５に設けられた試料窓２に装着される。そして、試料ＯＢＪ１および標準体ＲＥＦ１をそれぞれ装着した場合に分光器６で測定されるそれぞれのスペクトルに基づいて、試料ＯＢＪ１の量子効率が測定される。

本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ１は、典型的に、蛍光ランプ用の蛍光体やＬＥＤ用の蛍光体といった固体状の試料についての量子効率測定に適している。また、標準体ＲＥＦ１は、典型的には、その表面に硫酸バリウムを塗布した物体である。試料ＯＢＪ１および標準体ＲＥＦ１は、いずれも試料窓２の径と略一致するように成型される。これは、外光による測定精度への影響を回避する目的で、半球積分器１００を遮光容器として機能させることが好ましいからである。なお、試料ＯＢＪ１および標準体ＲＥＦ１は、その径が試料窓２の径と略一致すればよく、それ以外の形状については、何ら限定されるものではない。

図３に示すように、半球部１の内面（内壁）には光拡散反射層１ａが設けられている。この光拡散反射層１ａは、代表的に、硫酸バリウムやＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）などの光拡散材料を塗布または吹付けることによって形成される。

また、半球部１には、半球部１の外部に設けられた光源７から放射される励起光Ｌ１を半球部１の内部に導くための光源窓４が設けられる。この励起光Ｌ１は、試料ＯＢＪ１または標準体ＲＥＦ１に向けて、平面ミラー５の法線Ｎ１に対して角度θをもつ光軸Ａｘ１に沿って照射される。これは、光源７からの励起光Ｌ１によって試料ＯＢＪ１または標準体ＲＥＦ１で正反射成分が生じるのを抑制するためである。すなわち、光源７からの励起光Ｌ１が試料ＯＢＪ１または標準体ＲＥＦ１で反射されて生じる光を、入射経路である光軸Ａｘ１とは異なる方向に導くためである。また、角度θとしては、５°程度が好ましい。

平面ミラー５は、半球部１の実質的な曲率中心Ｏを通り、かつ半球部１の開口部を塞ぐように配置される。ここで、半球部１の曲率中心Ｏとは、代表的に半球部１の内面側についての幾何学的な中心を意味する。少なくとも平面ミラー５の半球部１の内面側には、反射面（鏡面）５ａが形成される。

また、平面ミラー５には、半球部１の内面側と外面側との間を連通可能な、試料窓２および観測窓３が設けられる。試料窓２は、試料ＯＢＪ１または標準体ＲＥＦ１を装着するための開口であり、半球部１の実質的な曲率中心Ｏの位置に設けられる。言い換えれば、試料窓２は、半球部１の実質的な曲率中心Ｏを含む領域に形成される。また、観測窓３は、半球部１内面の照度を観測するための開口であり、試料窓２からより外周側に所定距離だけ離れた位置に設けられる。そして、観測窓３を通じて分光器６へ光が導かれる。

光源７は、ランプ７ａと、集光光学系７ｂと、波長制御光学系７ｃとを含む。ランプ７ａは、典型的には、キセノン放電ランプ（Ｘｅランプ）などが用いられる。集光光学系７ｂは、ランプ７ａで発生した光を試料ＯＢＪ１または標準体ＲＥＦ１上に結像するように導く。すなわち、集光光学系７ｂは、励起光Ｌ１の全体が試料ＯＢＪ１または標準体ＲＥＦ１の範囲内に収まるようにその光路を絞る。波長制御光学系７ｃは、励起光Ｌ１の波長成分を制御する。波長制御光学系７ｃは、典型的には、ランプ７ａと集光光学系７ｂとの間に配置され、光学干渉フィルタ（波長帯域透過フィルタ）や分光器が用いられる。

分光器６は、装着部６ａと、ファイバ端部６ｂと、反射部６ｃと、光ファイバ６ｄと、検出器６ｅとを含む。装着部６ａは、観測窓３を覆うように、平面ミラー５に配置される。装着部６ａの内部には、光ファイバ６ｄおよび光ファイバ６ｄに接続されたファイバ端部６ｂが挿入される。また、観測窓３の法線Ｎ１に沿う紙面下方向の延長線上には、反射部６ｃが設けられている。この反射部６ｃは、観測窓３を通じて入射する光の伝搬方向を約９０°変換した上で、ファイバ端部６ｂに導く。

検出器６ｅは、光ファイバ６ｄによって導入された光のスペクトルを検出する。典型的に、検出器６ｅは、回折格子および回折格子の回折方向に関連付けられたラインセンサを含んで構成され、入力された光の波長毎の強度を出力する。なお、試料ＯＢＪ１が蛍光体であるような場合には、検出器６ｅの測定可能範囲は、光源７から照射される励起光Ｌ１の波長範囲および励起光Ｌ１を受けて試料ＯＢＪ１で発生する蛍光の波長範囲の両方をカバーするように選択される。

＜積分機能＞
次に、本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ１における積分機能について説明する。図３に示すように、試料窓２に装着された試料ＯＢＪ１に光源７から照射された励起光Ｌ１が入射すると、材質や形状に応じた割合で励起光Ｌ１が試料ＯＢＪ１内に吸収され、そのエネルギーの一部は蛍光発光を発生する。また、試料ＯＢＪ１に吸収されなかった励起光Ｌ１は、試料ＯＢＪ１で反射される。このような試料ＯＢＪ１から放射される蛍光および試料ＯＢＪ１で反射される励起光Ｌ１を含む光束は、主として半球部１の内面に向けて伝搬する。

一方、平面ミラー５は、半球部１で反射した後に入射する試料ＯＢＪ１からの光束を反射するとともに、半球部１の内面の虚像を生成する。上述したように、平面ミラー５は半球部１の曲率中心を通るように配置されるので、平面ミラー５と半球部１との間に形成される空間は一定の曲率をもつ半球となる。そのため、この半球部１の内面と、平面ミラー５が生成する虚像とによって、実質的に球体の積分球を用いた場合と等しい照度分布を得ることができる。言い換えれば、あたかも球体の積分球内に、互いに対称に配置された２つの試料ＯＢＪ１にそれぞれ励起光Ｌ１が照射されているとみなすことができる。

試料ＯＢＪ１で発生した蛍光および試料ＯＢＪ１で反射された励起光Ｌ１は、半球部１と平面ミラー５とによって囲まれる空間内で繰返し反射することで、半球部１の内面の照度は均一化される。この均一化された照度（スペクトル）を測定することで、試料ＯＢＪ１の量子効率を測定することができる。

上述したように、本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ１では、平面ミラー５と半球部１との間に形成される空間、および平面ミラー５によって生成されるこの空間の虚像を合成した状態を実質的に球体とみなすことができればよい。そのため、「半球部の実質的な曲率中心」とは、半球部１の全くの曲率中心である場合に加えて、上記のように球体の積分球を用いた場合と実質的に等しい照度分布を得ることができる近傍位置をも含む概念である。

また、試料ＯＢＪ１に代えて、標準体ＲＥＦ１を試料窓２に装着した場合にも、同様の積分効果を得ることができる。なお、標準体ＲＥＦ１では蛍光発光が生じないので、試料窓２に装着された標準体ＲＥＦ１に光源７から照射された励起光Ｌ１が入射すると、標準体ＲＥＦ１の反射率特性に応じた光が反射される。

＜試料および標準体の装着＞
上述したように、試料ＯＢＪ１および標準体ＲＥＦ１は、平面ミラー５に設けられた試料窓２に装着されるが、この際、試料ＯＢＪ１および標準体ＲＥＦ１は、その露出面が平面ミラー５の半球部１側の面（反射面５ａ）と実質的に一致するように装着することが好ましい。これは、観測窓３の開口面が試料ＯＢＪ１または標準体ＲＥＦ１の露出面と実質的に一致しない場合、たとえば試料ＯＢＪ１の露出面が観測窓３の開口面より下がっている場合には、励起光Ｌ１を受けて試料ＯＢＪ１で発生した蛍光、および試料ＯＢＪ１で反射された励起光Ｌ１が、観測窓３の側面で吸収されることで、測定誤差が発生する。あるいは、試料ＯＢＪ１の露出面が観測窓３の開口面より突出している場合には、その突出した部分が、半球部１内面の光拡散反射層１ａと平面ミラー５の反射面５ａとにより構成される積分空間内において、励起光Ｌ１を受けて試料ＯＢＪ１で発生した蛍光、および試料ＯＢＪ１で反射された励起光Ｌ１の相互反射を阻害する。

なお、図３に示す構成では、試料窓２および観測窓３が同一平面上である平面ミラー５上にあるため、試料ＯＢＪ１および標準体ＲＥＦの露出面が平面であれば、観測窓３の観測視野に、その蛍光および反射光が直接入射しない。そのため、図１に示すような遮光板３０４を配置する必要がない。したがって、遮光板による光吸収誤差を抑制できるとともに、上述した「虚像」により、半球部１の内壁面の照度をより高めることができる。このような２つの作用により、量子効率をより高い精度で測定することができる。

＜測定原理＞
次に、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ１における測定原理について説明する。

典型的に蛍光体である試料ＯＢＪ１に対して、励起光Ｌ１が照射されると、その一部（光量子）が吸収されて蛍光発光に用いられるとともに、残りの励起光Ｌ１はその表面で反射される。ここで、励起光Ｌ１の波長範囲をλ_１Ｌ〜λ_１Ｈとし、試料ＯＢＪ１から発生する蛍光成分の波長範囲をλ_２Ｌ〜λ_２Ｈとする。なお、一般的に、励起光Ｌ１は紫外線であり、蛍光は可視光線であるので、波長範囲λ_１Ｌ〜λ_１Ｈと波長範囲λ_２Ｌ〜λ_２Ｈとは重複しない。そのため、分光器６で測定されるスペクトルのうち、それぞれの波長範囲に対応する成分を選択的に抽出することで、両者を分離することができる。

図４（Ａ）に示すように、励起光Ｌ１のスペクトルをＥ_０（λ）とする。このとき、励起光Ｌ１を照射することで試料ＯＢＪ１から発生する蛍光成分のスペクトルをＰ（λ）とし、試料ＯＢＪ１で反射される反射光成分のスペクトルをＲ（λ）とする。すなわち、蛍光成分のスペクトルＰ（λ）は、試料ＯＢＪ１を装着した場合に分光器６で測定されたスペクトルＥ^（１）（λ）の蛍光に対応する波長範囲（λ_２Ｌ〜λ_２Ｈ）の成分に相当し、反射光成分のスペクトルをＲ（λ）は、分光器６で測定されたスペクトルＥ^（１）（λ）の励起光Ｌ１に対応する波長範囲（λ_１Ｌ〜λ_１Ｈ）の成分に相当する。

また、図４（Ｂ）に示すように、標準体ＲＥＦ１の反射率特性をρ_Ｓ（λ）とすると、スペクトルＥ_０（λ）をもつ励起光Ｌ１を標準体ＲＥＦ１に照射することで測定されるスペクトルは、Ｅ^（２）（λ）＝ρ_Ｓ（λ）・Ｅ_０（λ）となる。この式より、励起光Ｌ１のスペクトルＥ_０（λ）は、（１）式のように表わすことができる。

Ｅ_０（λ）＝Ｅ^（２）（λ）／ρ_Ｓ（λ） …（１）
また、図４（Ａ）に示すように、励起光Ｌ１のスペクトルＥ_０（λ）から試料ＯＢＪ１で反射される反射光成分のスペクトルＲ（λ）を除いた成分（光量子）が、試料ＯＢＪ１に吸収されたものとみなすことができる。

したがって、スペクトル（放射パワー）を光量子数に変換するために、ｈｃ／λ（但し、ｈ：プランク定数、ｃ：光速）でスペクトルを除算すると、試料ＯＢＪ１に吸収された光量子数Ａｂは、（２）式のように表わすことができる。なお、ｋ＝１／ｈｃである。

また、蛍光の光量子数Ｐｐｈは、（３）式のように表わすことができる。

したがって、試料ＯＢＪ１の内部量子効率ＱＥｉｎは、（４）式のように表わすことができる。

ＱＥｉｎ＝Ｐｐｈ／Ａｂ …（４）
＜制御構造＞
次に、図５を参照して、本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ１の演算処理部２００における制御構造について説明する。

図５に示すように、演算処理部２００は、その制御構造として、切換部２０２と、バッファ２０４，２０６と、選択部（ＳＥＬ）２０８，２１０と、割算部２１６，２２６と、初期設定保持部２１８と、加減算部２２０と、掛算部２１２，２２２と、積分部２１４，２２４とを含む。

切換部２０２は、試料窓２への装着状態に応じて入力される信号に応じて、分光器６からの出力（検出スペクトル）の格納先を、バッファ２０４および２０６のいずれか一方に切換える。すなわち、切換部２０２は、試料窓２に試料ＯＢＪ１が装着されている場合には、分光器６で検出されたスペクトルＥ^（１）（λ）をバッファ２０４へ格納し、試料窓２に標準体ＲＥＦ１が装着されている場合には、分光器６で検出されたスペクトルＥ^（２）（λ）をバッファ２０６へ格納する。

バッファ２０４および２０６は、分光器６で検出されたスペクトルを格納するメモリであり、分光器６の波長分解能に応じた領域を有する。すなわち、分光器６が、波長λ１，λ１，・・・，λｎの合計ｎ個の波長からなるスペクトルを出力する場合には、ｎ個の波長別に対応する強度を格納するためのエリアを有する。

選択部２０８および２１０は、それぞれバッファ２０４および２０６に格納されたスペクトルの波長成分を選択的に読出す。選択部２０８は、読出したスペクトルＥ^（１）（λ）の波長成分のうち、励起光Ｌ１の波長範囲λ_１Ｌ〜λ_１Ｈに含まれるものを掛算部２２２へ出力し、試料ＯＢＪ１から発生する蛍光成分の波長範囲λ_２Ｌ〜λ_２Ｈに含まれるものを掛算部２１２へ出力する。また、選択部２０８は、読出した波長成分の波長λを掛算部２１２および２２２へ出力する。

掛算部２１２および積分部２１４は、上述の（３）式に相当する演算を行なって、蛍光の光量子数Ｐｐｈを算出する。具体的には、掛算部２１２は、選択部２０８によって読出されたスペクトルＥ^（１）（λ）の波長成分に、その波長λ自体を掛け合わせる。そして、掛算部２１２は、その掛け合わせた値を積分部２１４へ出力する。積分部２１４は、掛算部２１２から出力される値の総和を算出する。上述したように、掛算部２１２には、蛍光成分の波長範囲λ_２Ｌ〜λ_２Ｈに対応するスペクトルＥ^（１）（λ）の波長成分が出力されるので、実質的に、上述の（３）式に相当する演算が波長毎に行なわれる。

割算部２１６、加減算部２２０、掛算部２２２、および積分部２２４は、上述の（２）式に相当する演算を行なって、試料ＯＢＪ１に吸収された光量子数Ａｂを算出する。具体的には、割算部２１６は、選択部２１０によって読出されたスペクトルＥ^（２）（λ）の波長成分を、初期設定保持部２１８に格納される標準体ＲＥＦ１の反射率特性をρ_Ｓ（λ）のうち対応する波長成分で割算する。そして、割算部２１６は、その商（Ｅ^（２）（λ）／ρ_Ｓ（λ））を加減算部２２０へ出力する。加減算部２２０は、選択部２１０によって読出されたスペクトルＥ^（２）（λ）の波長成分から、割算部２１６で算出された商を引く。そして、加減算部２２０は、その算出した値を掛算部２２２へ出力する。掛算部２２２は、加減算部２２０で算出された値に、対応する波長λを掛け合わせる。そして、掛算部２２２は、その掛け合わせた値を積分部２２４へ出力する。積分部２２４は、掛算部２２２から出力される値の総和を算出する。上述したように、加減算部２２０には、励起光Ｌ１の波長範囲λ_１Ｌ〜λ_１Ｈに対応するスペクトルＥ^（１）（λ）の波長成分が出力されるので、実質的に、上述の（２）式に相当する演算が波長毎に行なわれる。

割算部２２６は、積分部２１４によって算出される蛍光の光量子数Ｐｐｈを、積分部２２４によって算出される試料ＯＢＪ１に吸収された光量子数Ａｂで割算する。そして、割算部２２６は、その商（Ｐｐｈ／Ａｂ）を試料ＯＢＪ１の内部量子効率ＱＥｉｎとして出力する。

＜処理手順＞
次に、図６を参照して、本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ１を用いた量子効率測定に係る処理手順を示すフローチャートである。

ユーザは、量子効率測定装置ＳＹＳ１を用意する（ステップＳ１００）。続いて、ユーザは、試料窓２に試料ＯＢＪ１を装着し（ステップＳ１０２）、光源７からの励起光Ｌ１の照射および分光器６での測定を開始させる（ステップＳ１０４）。このとき、ユーザは、演算処理部２００に対して、試料窓２に試料ＯＢＪ１が装着されていることを入力してもよい。すると、演算処理部２００は、分光器６で測定されたスペクトルＥ^（１）（λ）を格納する（ステップＳ１０６）。

次に、ユーザは、試料窓２に標準体ＲＥＦ１を装着し（ステップＳ１０８）、光源７からの励起光Ｌ１の照射および分光器６での測定を開始させる（ステップＳ１１０）。このとき、ユーザは、演算処理部２００に対して、試料窓２に標準体ＲＥＦ１が装着されていることを入力してもよい。すると、演算処理部２００は、分光器６で測定されたスペクトルＥ^（２）（λ）を格納する（ステップＳ１１２）。

スペクトルＥ^（１）（λ）およびＥ^（２）（λ）の取得が完了すると、演算処理部２００は、これらのスペクトルに基づいて、試料ＯＢＪ１の内部量子効率ＱＥｉｎを算出する（ステップＳ１１４）。より具体的には、演算処理部２００は、スペクトルＥ^（１）（λ）の波長範囲λ_１Ｌ〜λ_１Ｈに対応する波長成分、スペクトルＥ^（２）（λ）の波長成分、および標準体ＲＥＦ１の反射率特性をρ_Ｓ（λ）に基づいて、試料ＯＢＪ１に吸収された光量子数Ａｂを算出する。また、演算処理部２００は、スペクトルＥ^（１）（λ）の波長範囲λ_２Ｌ〜λ_２Ｈに対応する波長成分に基づいて、蛍光の光量子数Ｐｐｈを算出する。さらに、演算処理部２００は、光量子数Ａｂおよび光量子数Ｐｐｈに基づいて、試料ＯＢＪ１の内部量子効率ＱＥｉｎを算出する。

さらに、演算処理部２００は、算出した試料ＯＢＪ１の内部量子効率ＱＥｉｎを出力する（ステップＳ１１６）。なお、内部量子効率ＱＥｉｎの出力の一例としては、内部量子効率ＱＥｉｎのモニタ上などでの表示、内部量子効率ＱＥｉｎのプリント出力、内部量子効率ＱＥｉｎの記憶媒体への格納などが挙げられる。

なお、図６に示すフローチャートでは、測定手順の一例として、先に試料ＯＢＪ１についてのスペクトルＥ^（１）（λ）を取得し、続いて、標準体ＲＥＦについてのスペクトルＥ^（２）（λ）を取得する場合について例示したが、スペクトルＥ^（１）（λ）およびスペクトルＥ^（２）（λ）が取得できる限り、この手順の限定されることはない。たとえば、先に標準体ＲＥＦについてのスペクトルＥ^（２）（λ）を取得した後、試料ＯＢＪ１についてのスペクトルＥ^（１）（λ）を取得してもよい。この場合には、標準体ＲＥＦについて取得したスペクトルＥ^（２）（λ）を用いて、複数の試料ＯＢＪ１のそれぞれについてのスペクトルＥ^（１）（λ）を順次取得することで、複数の試料ＯＢＪ１についての内部量子効率ＱＥｉｎを効率的に算出できる。すなわち、試料窓２に標準体ＲＥＦを装着してスペクトルＥ^（２）（λ）を取得した後、試料窓２に複数の試料ＯＢＪ１を順次装着すればよい。

＜本実施の形態による効果＞
本実施の形態によれば、試料からの直接光の入射を抑制するための遮光板を半球積分器内に設ける必要がないので、遮光板の光吸収による測定誤差の発生を抑制することができる。また、本実施の形態によれば、平面ミラーによって生成される虚像によって、同じ半径をもつ積分球を用いた場合に比較して、原理的には２倍の光強度を得ることができる。したがって、量子効率をより高い精度で測定することができる。

さらに、本実施の形態によれば、原理的に２倍の光強度を得ることができるので、測定精度を高めるために、半球部の半径を過剰に小さくする必要がない。そのため、観測窓の開口面積を半球積分器の内表面積に対して相対的に小さくできるので、観測窓による測定誤差の発生を抑制できる。

［実施の形態１の第１変形例］
上述の実施の形態１においては、分光器６と光源７との間の位置関係については特に限定されないが、図７に示すような位置関係で両者を配置することが好ましい。

図７の半球積分器１００を半球部１側から見た平面図に示すように、実施の形態１の第１変形例においては、分光器６の装着部６ａは、光源７から放射される励起光Ｌ１の光軸Ａｘ１に直交する垂線ＬＮ１方向に延伸するように配置される。分光器６および光源７をこのような位置関係で配置することで、試料ＯＢＪ１に照射される励起光Ｌ１が直接的に分光器６へ入射することを抑制できる。

［実施の形態１の第２変形例］
上述の実施の形態１に従う量子効率測定装置ＳＹＳ１において、観測窓３の光の伝搬経路上に光透過拡散部材を配置することが好ましい。以下、図８を参照して、本実施の形態の第２変形例に従う量子効率測定装置ＳＹＳ１Ａについて説明する。

図８に示す量子効率測定装置ＳＹＳ１Ａは、図３に示す実施の形態１に従う量子効率測定装置ＳＹＳ１において、観測窓３に光透過拡散部材１４を追加したものである。すなわち、光透過拡散部材１４は、半球部１の内部と分光器６との間に配置される。それ以外の構成については、図３と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

光透過拡散部材１４は、半球積分器１００における光束を拡散した上で、分光器６へ導く。そのため、観測窓３の観測視野が比較的狭い場合であっても、半球部１の内面に設けられた光拡散反射層１ａにおける反射率のムラなどの影響を低減することができる。すなわち、光透過拡散部材１４が存在しない場合には、観測窓３には、半球部１の内面のうち、その観測視野に対応する部分の照度のみが観測される。そのため、観測視野に対応する部分に反射率のムラなどがあると、測定結果にもその影響を受けやすい。これに対して、光透過拡散部材１４が存在する場合には、観測窓３の周囲に存在する光束が拡散された上で、分光器６へ導かれるので、上述のような問題を回避できる。

［実施の形態２］
上述の実施の形態１においては、平面ミラーに設けた試料窓に試料が装着される量子効率測定装置ＳＹＳ１について例示した。一方、実施の形態２においては、半球部に設けた試料窓に試料が装着される構成について例示する。

この発明の実施の形態２に従う量子効率測定装置ＳＹＳ２の外観は、上述の図２と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。図９を参照して、量子効率測定装置ＳＹＳ２の半球積分器は、半球部１Ａと、半球部１Ａの開口部を塞ぐように配置された円板状の平面ミラー５Ａと、半球部１Ａの内壁面の照度（光スペクトル）を測定するための分光器６と、励起光Ｌ１を発生する光源７とをさらに含む。

半球部１Ａは、試料ＯＢＪ１および標準体ＲＥＦ１を装着するための試料窓９が設けられている点を除いて、図３に示す半球部１と同様である。試料窓９は、半球部１Ａの実質的な曲率中心Ｏを通る平面ミラー５Ａの法線Ｎ２との交点の位置に設けられる。すなわち、試料窓９は、半球部１Ａおよび平面ミラー５Ａとによって囲まれる半球の頂点位置に設けられる。なお、試料ＯＢＪ１および標準体ＲＥＦ１についても、上述の実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

平面ミラー５Ａには、半球部１Ａの内面側と外面側との間を連通可能な、光源窓１０および観測窓１３が設けられる。

光源窓１０は、半球部１Ａの実質的な曲率中心Ｏの近傍に設けられる。より具体的には、光源窓１０は、平面ミラー５の法線Ｎ２に対して角度θで励起光Ｌ１が試料窓９に向けて照射されるような位置に設けられる。すなわち、光源７は、励起光Ｌ１を、平面ミラー５Ａの法線Ｎ２に対して角度θをもつ光軸Ａｘ２に沿って、試料窓９に装着される試料ＯＢＪ１または標準体ＲＥＦ１に向けて照射する。

観測窓１３は、半球部１Ａ内面の照度を観測するための開口であり、光源窓１０からより外周側に所定距離だけ離れた位置に設けられる。そして、観測窓１３を通じて分光器６へ光が導かれる。観測窓１３は、励起光Ｌ１を受けて試料ＯＢＪ１で発生した蛍光、および試料ＯＢＪ１で反射された励起光Ｌ１が分光器６に直接的に入射することを規制する。より具体的には、観測窓１３は、一種のアパーチャであり、半球部１Ａの内部側の径に比較して、半球部１Ａの外部側の径が大きくなるように構成された開口である。このような観測視野を制限する観測窓１３を設けることで、図１に示すような遮光板３０４を配置することなく、量子効率をより高い精度で測定することができる。

平面ミラー５Ａのその他の部分は、図３に示す平面ミラー５と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。また、分光器６および光源７についても、上述したので詳細な説明は繰返さない。なお、分光器６および光源７については、上述した図７に示すような位置関係で両者を配置することが好ましい。

また、本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ２の演算処理部２００における制御構造、および本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ２を用いた量子効率測定に係る処理手順を示すフローチャートについては、それぞれ図５および図６と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

＜本実施の形態による効果＞
本実施の形態によれば、観測視野が制限された観測窓を採用することで、試料からの直接光の入射を抑制するための遮光板を半球積分器内に設ける必要がない。そのため、遮光板の光吸収による測定誤差の発生を抑制することができる。また、本実施の形態によれば、平面ミラーによって生成される虚像によって、同じ半径をもつ積分球を用いた場合に比較して、原理的には２倍の光強度を得ることができる。そのため、観測窓の観測視野を制限したとしても、十分な明るさを得ることができる。

したがって、量子効率をより高い精度で測定することができる。
［実施の形態３］
上述の実施の形態１および２においては、主として、固体状の試料の量子効率測定に適した構成について例示した。一方、実施の形態３においては、液体状の試料の量子効率測定に適した構成について例示する。

＜関連技術＞
まず、本実施の形態に従う量子効率測定装置の理解をより容易にするために、先に、図１０を参照して、本実施の形態に関連する量子効率測定装置について説明する。

図１０に示す本実施の形態に関連する量子効率測定装置３５０は、主として液体状の試料ＯＢＪの量子効率を測定する。具体的には、量子効率測定装置３５０は、積分球３５２と、支持部３５４と、遮光板３５８と、受光部３６０と、光ファイバ３６２と、分光測定装置３６４とを含む。この量子効率測定装置３５０では、試料を封入した透明容器３５６が支持部３５４によって積分球３５２内に吊下げられ、この試料ＯＢＪに対して、積分球３５２の外部に設けられた光源（図示しない）から光源窓３６６を通じて励起光３７０が照射される。試料ＯＢＪは、この励起光３７０を受けて蛍光発光する。この試料ＯＢＪから放射される蛍光は、積分球３５２の内面で多重反射され積分（均一化）される。受光部３６０は、積分球３５２に設けられた観測窓３６８を通じて、積分球３５２の光の一部を抽出して、光ファイバ３６２を介して分光測定装置３６４へ導く。

ここで、試料ＯＢＪで生じた蛍光および試料ＯＢＪで反射された励起光３７０が直接的に観測窓３６８に入射すると、測定誤差となるため、透明容器３５６と観測窓３６８との間に遮光板３５８が設けられる。

上述のように、支持部３５４および遮光板３５８は蛍光などを吸収されるため、量子効率測定装置３５０では、支持部３５４および遮光板３５８が内部構造物として測定誤差要因となる。

＜装置構成＞
次に、本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３について説明する。

この発明の実施の形態３に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３の外観は、上述の図２と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。図１１を参照して、量子効率測定装置ＳＹＳ３の半球積分器は、半球部１Ａと、半球部１Ａの開口部を塞ぐように配置された円板状の平面ミラー５Ｂと、半球部１Ａの内壁面の照度（光スペクトル）を測定するための分光器６と、励起光Ｌ１を発生する光源７とをさらに含む。

半球部１Ａは、図９に示す半球部１Ａと基本的には同一であるが、試料ＯＢＪ１ではなく、透明セル１６に封入された液体状の試料ＯＢＪ２が装着される点が異なっている。また、半球部１Ａには、試料ＯＢＪ２に対応する標準体ＲＥＦ２の装着も可能である。標準体ＲＥＦ２は、典型的には、試料ＯＢＪ２と同量の基準物質（典型的には、試料のうち蛍光物質を除いた媒体のみ）を同一の透明セル１６に封入した物体である。この標準体ＲＥＦ２では、実質的に蛍光発光がないものとみなすことができる。

平面ミラー５Ｂには、半球部１Ａの内面側と外面側との間を連通可能な、光源窓１２および観測窓１３が設けられる。

光源窓１２は、半球部１Ａの実質的な曲率中心Ｏの位置に設けられる。言い換えれば、光源窓１２は、半球部１Ａの実質的な曲率中心Ｏを含む領域に形成される。光源７は、光源窓１２を通じて、励起光Ｌ１を平面ミラー５Ｂの法線と一致する光軸Ａｘ３に沿って、試料窓９に装着される試料ＯＢＪ２または標準体ＲＥＦ２に向けて照射する。

観測窓１３は、半球部１Ａ内面の照度を観測するための開口であり、光源窓１２からより外周側に所定距離だけ離れた位置に設けられる。そして、観測窓１３を通じて分光器６へ光が導かれる。観測窓１３は、励起光Ｌ１を受けて試料ＯＢＪ２で発生した蛍光、および試料ＯＢＪ２で反射された励起光Ｌ１が分光器６に直接的に入射することを規制する。より具体的には、観測窓１３は、一種のアパーチャであり、半球部１Ａの内部側の径に比較して、半球部１Ａの外部側の径が大きくなるように構成された開口である。このような観測視野を制限する観測窓１３を設けることで、図１０に示すような遮光板３５８を配置することなく、量子効率をより高い精度で測定することができる。

平面ミラー５Ｂのその他の部分は、図３に示す平面ミラー５と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。また、分光器６および光源７についても、上述したので詳細な説明は繰返さない。

透明セル１６は、その壁面が透光性をもつ材料で構成された筒状の容器である。この透明セル１６は、試料窓９に装着されることで、光源７の光軸Ａｘ３上に配置される。すなわち、透明セル１６に封入された試料ＯＢＪ２に対して、光軸Ａｘ３に沿って励起光Ｌ１が照射される。また、透明セル１６は、試料窓９に装着された場合には、その全体が半球部１Ａ内に収納される。このとき、透明セル１６の最外部には、シール部材１５が装着される。このシール部材１５は、透明セル１６およびその中の試料ＯＢＪ２を透過した後の励起光Ｌ１が半球部１Ａから洩れ出ることを防ぐ。そのため、シール部材１５は、少なくとも、透明セル１６と接する面には、半球部１の光拡散反射層１ａと同程度の光拡散反射層が設けられている。

＜測定原理＞
次に、本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３における測定原理について説明する。

図１１に示すように、典型的に蛍光体である試料ＯＢＪ２に対して、励起光Ｌ１が照射されると、その一部（光量子）が吸収されて蛍光発光に用いられるとともに、残りの励起光Ｌ１は、試料ＯＢＪ２を透過した後にシール部材１５などで散乱反射される。ここで、励起光Ｌ１の波長範囲をλ_１Ｌ〜λ_１Ｈとし、試料ＯＢＪ２から発生する蛍光成分の波長範囲をλ_２Ｌ〜λ_２Ｈとする。

励起光Ｌ１のスペクトルをＥ_０（λ）とする。また、励起光Ｌ１を照射することで試料ＯＢＪ２から発生する蛍光成分のスペクトルをＰ（λ）とし、試料ＯＢＪ２を透過した後に散乱反射される透過光成分のスペクトルをＴ（λ）とする。すなわち、蛍光成分のスペクトルＰ（λ）は、試料ＯＢＪ２を装着した場合に分光器６で測定されたスペクトルＥ^（１）（λ）の蛍光に対応する波長範囲（λ_２Ｌ〜λ_２Ｈ）の成分に相当し、透過光成分のスペクトルＴ（λ）は、スペクトルＥ^（１）（λ）の励起光Ｌ１に対応する波長範囲（λ_１Ｌ〜λ_１Ｈ）の成分に相当する。

また、標準体ＲＥＦ２を装着した場合に分光器６で測定されたスペクトルＥ^（２）（λ）は、標準体ＲＥＦ２に照射された蛍光発光に用いることが可能な放射パワーに相当する。

したがって、スペクトル（放射パワー）を光量子数に変換するために、ｈｃ／λ（但し、ｈ：プランク定数、ｃ：光速）でスペクトルを除算すると、試料ＯＢＪ２に吸収された光量子数Ａｂは、（５）式のように表わすことができる。なお、ｋ＝１／ｈｃである。

また、蛍光の光量子数Ｐｐｈは、（６）式のように表わすことができる。

したがって、試料ＯＢＪ２の内部量子効率ＱＥｉｎは、（７）式のように表わすことができる。

ＱＥｉｎ＝Ｐｐｈ／Ａｂ …（７）
＜制御構造＞
次に、図１２を参照して、本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３の演算処理部２００Ａにおける制御構造について説明する。

図１２に示す演算処理部２００Ａは、図５に示す実施の形態１に従う演算処理部２００の制御構造において、割算部２１６および初期設定保持部２１８を取除いた上で、選択部２１０によって読出されたスペクトルＥ^（２）（λ）の波長成分を加減算部２２０へ出力するようにしたものである。すなわち、上述の（５）式に従って、試料ＯＢＪ２に吸収された光量子数Ａｂを算出するようにしたものである。

その他の部位については、図５に示す演算処理部２００と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

＜処理手順＞
本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３を用いた量子効率測定に係る処理手順を示すフローチャートについては、光量子数Ａｂの算出式を除いて、図６と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

＜本実施の形態による効果＞
本実施の形態によれば、観測視野が制限された観測窓を採用することで、試料からの直接光の入射を抑制するための遮光板を半球積分器内に設ける必要がない。そのため、遮光板の光吸収による測定誤差の発生を抑制することができる。また、本実施の形態によれば、平面ミラーによって生成される虚像によって、同じ半径をもつ積分球を用いた場合に比較して、原理的には２倍の光強度を得ることができる。そのため、観測窓の観測視野を制限したとしても、十分な明るさを得ることができる。

したがって、量子効率をより高い精度で測定することができる。
［実施の形態３の第１変形例］
上述の実施の形態３においては、半球部１に設けられた光源窓１２から励起光Ｌ１を半球部１内の装着された試料に向けて照射する構成について例示した。これに対して、光源と試料とを近接して配置するようにしてもよい。以下、図１３を参照して、本実施の形態の第１変形例に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３Ａについて説明する。

図１３に示す量子効率測定装置ＳＹＳ３Ａは、図１１に示す実施の形態３に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３において、光源窓１２に、液体状の試料ＯＢＪ２が封入された透明セル１６Ａおよび光源７を装着し、かつ試料窓９にシール部材１５のみを装着したものに相当する。

透明セル１６Ａは、その全体が透光性をもつ材料で構成された筒状の容器である。この透明セル１６Ａは、光源７の照射口と接するように装着されることで、光源７の光軸Ａｘ３上に配置される。光源７は、光源窓１２を通じて、励起光Ｌ１を平面ミラー５Ｂの法線と一致する光軸Ａｘ３に沿って、光源窓１２に装着される試料ＯＢＪ２（または標準体ＲＥＦ２）に向けて照射する。これにより、透明セル１６Ａに封入された試料ＯＢＪ２に対して、光軸Ａｘ３に沿って励起光Ｌ１が照射される。また、透明セル１６Ａは、光源窓１２に装着された場合には、その全体が半球部１Ａ内に収納される。

上述した透明セル１６Ａおよび光源７の位置関係を除いて、それ以外の構成については、図１１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

また、本第１変形例に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３Ａの演算処理部における制御構造、および本第１変形例に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３Ａを用いた量子効率測定に係る処理手順を示すフローチャートについては、それぞれ図１２および図６と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

本第１変形例によれば、光源と試料との距離をより短くできるので、試料に対して、より強い励起光を照射することができる。そのため、試料から発生する蛍光の強度をより強くすることができるので、量子効率をより高い精度で測定することができる。

［実施の形態３の第２変形例］
上述の実施の形態３においては、試料を封入した透明セルの全体が半球部内に収納される構成について例示した。しかしながら、励起光を透明セル（試料）に照射できれば、試料を封入した透明セルの全体を半球部内に収納しなくともよい。以下、図１４を参照して、本実施の形態の第２変形例に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３Ｂについて説明する。

図１４に示す量子効率測定装置ＳＹＳ３Ｂは、図１１に示す実施の形態３に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３において、実質的に、試料窓９に装着する透明セルの形状を変更したものに相当する。なお、図１４に示すように、量子効率測定装置ＳＹＳ３Ｂにおいては、試料窓９が重力下側に位置するように配置することが好ましい。

より具体的には、量子効率測定装置ＳＹＳ３Ｂの試料窓９には、液体状の試料ＯＢＪ２が封入された透明セル１６Ｂおよびシール部材１５Ａが装着される。透明セル１６Ｂは、基本的に、その全体が透光性をもつ材料で構成された筒状の容器である。この透明セル１６Ｂは、試料窓９に装着されることで、光源７の光軸Ａｘ３上に配置される。すなわち、透明セル１６Ｂに封入された試料ＯＢＪ２に対して、光軸Ａｘ３に沿って励起光Ｌ１が照射される。このとき、透明セル１６Ｂの励起光Ｌ１が入射する面を除く他の表面には、筒状のシール部材１５Ａが装着される。このシール部材１５Ａは、透明セル１６Ｂおよびその中の試料ＯＢＪ２を透過した後の励起光Ｌ１が半球部１Ａから洩れ出ることを防ぐ。そのため、シール部材１５Ａは、その内周面に、半球部１の光拡散反射層１ａと同程度の光拡散反射層が設けられている。

上述した透明セル１６Ｂおよびシール部材１５Ａの構成を除いて、それ以外の構成については、図１１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

また、本第１変形例に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３Ａの演算処理部における制御構造、および本第１変形例に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３Ａを用いた量子効率測定に係る処理手順を示すフローチャートについては、それぞれ図１２および図６と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

本第２変形例によれば、試料および標準体を半球積分器内に収納する必要がないので、より短時間に試料および標準体を装着することができる。そのため、より効率的に測定を行なうことができる。

［実施の形態４］
上述した実施の形態２、ならびに実施の形態３およびその変形例においてそれぞれ説明した量子効率測定装置の構成を、必要に応じて実現するための構成として、図１５に示すような半球積分器を採用してもよい。

図１５を参照して、この発明の実施の形態４に従う量子効率測定装置の半球積分器は、半球部１Ａと、半球部１Ａの開口部を塞ぐように配置された円板状の平面ミラー５Ｃとを含む。平面ミラー５Ｃには、半球部１Ａの内面側と外面側との間を連通可能な、光源窓１０および１２、ならびに観測窓１３が設けられる。光源窓１０は、図９に示す実施の形態２に従う量子効率測定装置ＳＹＳ２を実現するためのものである。光源窓１２は、図１１，１３，１４に示す実施の形態３およびその変形例に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３，ＳＹＳ３Ａ，ＳＹＳ３Ｂを実現するためのものである。

これらの光源窓１０および１２ならびに観測窓１３のうち、試料ＯＢＪ２や光源などを必要に応じて装着し、使用しない窓については、それぞれ対応するシール部材を装着することで、上述した量子効率測定装置のうち、ユーザが所望するものを実現できる。

本実施の形態によれば、共通の半球積分器を用いて、ユーザが所望の装置構成で量子効率を測定することができる。

［その他の実施の形態］
上述した量子効率測定装置を用いて、試料の反射率特性を測定することもできる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

バッファ２０４および２０６は、分光器６で検出されたスペクトルを格納するメモリであり、分光器６の波長分解能に応じた領域を有する。すなわち、分光器６が、波長λ１，λ２，・・・，λｎの合計ｎ個の波長からなるスペクトルを出力する場合には、ｎ個の波長別に対応する強度を格納するためのエリアを有する。

好ましくは、第１の窓は、測定対象物を測定対象物の露出面が平面ミラーの半球部内側の面と実質的に一致するように装着可能に構成される。

分光器６は、装着部６ａと、ファイバ端部６ｂと、反射部６ｃと、光ファイバ６ｄと、検出器６ｅとを含む。装着部６ａは、観測窓３を覆うように、平面ミラー５に配置される。装着部６ａの内部には、光ファイバ６ｄおよび光ファイバ６ｄに接続されたファイバ端部６ｂが挿入される。また、観測窓３の法線に沿う紙面下方向の延長線上には、反射部６ｃが設けられている。この反射部６ｃは、観測窓３を通じて入射する光の伝搬方向を約９０°変換した上で、ファイバ端部６ｂに導く。

なお、図３に示す構成では、試料窓２および観測窓３が同一平面上である平面ミラー５上にあるため、試料ＯＢＪ１および標準体ＲＥＦ１の露出面が平面であれば、観測窓３の観測視野に、その蛍光および反射光が直接入射しない。そのため、図１に示すような遮光板３０４を配置する必要がない。したがって、遮光板による光吸収誤差を抑制できるとともに、上述した「虚像」により、半球部１の内壁面の照度をより高めることができる。このような２つの作用により、量子効率をより高い精度で測定することができる。

割算部２１６、加減算部２２０、掛算部２２２、および積分部２２４は、上述の（２）式に相当する演算を行なって、試料ＯＢＪ１に吸収された光量子数Ａｂを算出する。具体的には、割算部２１６は、選択部２１０によって読出されたスペクトルＥ^（２）（λ）の波長成分を、初期設定保持部２１８に格納される標準体ＲＥＦ１の反射率特性をρ_Ｓ（λ）のうち対応する波長成分で割算する。そして、割算部２１６は、その商（Ｅ^（２）（λ）／ρ_Ｓ（λ））を加減算部２２０へ出力する。加減算部２２０は、選択部２０８によって読出されたスペクトルＥ^（１）（λ）の波長成分から、割算部２１６で算出された商を引く。そして、加減算部２２０は、その算出した値を掛算部２２２へ出力する。掛算部２２２は、加減算部２２０で算出された値に、対応する波長λを掛け合わせる。そして、掛算部２２２は、その掛け合わせた値を積分部２２４へ出力する。積分部２２４は、掛算部２２２から出力される値の総和を算出する。上述したように、掛算部２２２には、励起光Ｌ１の波長範囲λ_１Ｌ〜λ_１Ｈに対応するスペクトルＥ^（１）（λ）の波長成分が出力されるので、実質的に、上述の（２）式に相当する演算が波長毎に行なわれる。

＜処理手順＞
次に、図６を参照して、本実施の形態に従う量子効率測定装置ＳＹＳ１を用いた量子効率測定に係る処理手順について説明する。

なお、図６に示すフローチャートでは、測定手順の一例として、先に試料ＯＢＪ１についてのスペクトルＥ^（１）（λ）を取得し、続いて、標準体ＲＥＦ１についてのスペクトルＥ^（２）（λ）を取得する場合について例示したが、スペクトルＥ^（１）（λ）およびスペクトルＥ^（２）（λ）が取得できる限り、この手順の限定されることはない。たとえば、先に標準体ＲＥＦ１についてのスペクトルＥ^（２）（λ）を取得した後、試料ＯＢＪ１についてのスペクトルＥ^（１）（λ）を取得してもよい。この場合には、標準体ＲＥＦ１について取得したスペクトルＥ^（２）（λ）を用いて、複数の試料ＯＢＪ１のそれぞれについてのスペクトルＥ^（１）（λ）を順次取得することで、複数の試料ＯＢＪ１についての内部量子効率ＱＥｉｎを効率的に算出できる。すなわち、試料窓２に標準体ＲＥＦ１を装着してスペクトルＥ^（２）（λ）を取得した後、試料窓２に複数の試料ＯＢＪ１を順次装着すればよい。

透明セル１６は、その壁面が透光性をもつ材料で構成された筒状の容器である。この透明セル１６は、試料窓９に装着されることで、光源７の光軸Ａｘ３上に配置される。すなわち、透明セル１６に封入された試料ＯＢＪ２に対して、光軸Ａｘ３に沿って励起光Ｌ１が照射される。また、透明セル１６は、試料窓９に装着された場合には、その全体が半球部１Ａ内に収納される。このとき、透明セル１６の最外部には、シール部材１５が装着される。このシール部材１５は、透明セル１６およびその中の試料ＯＢＪ２を透過した後の励起光Ｌ１が半球部１Ａから洩れ出ることを防ぐ。そのため、シール部材１５は、少なくとも、透明セル１６と接する面には、半球部１Ａの光拡散反射層１ａと同程度の光拡散反射層が設けられている。

より具体的には、量子効率測定装置ＳＹＳ３Ｂの試料窓９には、液体状の試料ＯＢＪ２が封入された透明セル１６Ｂおよびシール部材１５Ａが装着される。透明セル１６Ｂは、基本的に、その全体が透光性をもつ材料で構成された筒状の容器である。この透明セル１６Ｂは、試料窓９に装着されることで、光源７の光軸Ａｘ３上に配置される。すなわち、透明セル１６Ｂに封入された試料ＯＢＪ２に対して、光軸Ａｘ３に沿って励起光Ｌ１が照射される。このとき、透明セル１６Ｂの励起光Ｌ１が入射する面を除く他の表面には、筒状のシール部材１５Ａが装着される。このシール部材１５Ａは、透明セル１６Ｂおよびその中の試料ＯＢＪ２を透過した後の励起光Ｌ１が半球部１Ａから洩れ出ることを防ぐ。そのため、シール部材１５Ａは、その内周面に、半球部１Ａの光拡散反射層１ａと同程度の光拡散反射層が設けられている。

また、本第２変形例に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３Ｂの演算処理部における制御構造、および本第２変形例に従う量子効率測定装置ＳＹＳ３Ｂを用いた量子効率測定に係る処理手順を示すフローチャートについては、それぞれ図１２および図６と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

Claims (10)

1. 内面に光拡散反射層（１ａ）を有する半球部（１）と、
   前記半球部の実質的な曲率中心を通り、かつ前記半球部の開口部を塞ぐように配置された平面ミラー（５）とを備え、前記平面ミラーは、前記半球部の実質的な曲率中心の位置に設けられ、測定対象物を装着するための第１の窓（２）と、前記第１の窓から所定距離だけ離れた位置に設けられた第２の窓（３）とを含み、
   前記第２の窓を通じて、前記半球部内のスペクトルを測定する分光器（６）と、
   励起光を、前記半球部に設けられた第３の窓を通じて、前記平面ミラーの法線に対して所定の角度で前記第１の窓に向けて照射する光源（７）と、
   前記測定対象物を前記第１の窓に配置した場合に前記分光器で測定される第１のスペクトルと、前記測定対象物に代えて既知の反射率特性をもつ標準体を前記第１の窓に配置した場合に前記分光器で測定される第２のスペクトルとに基づいて、前記測定対象物の量子効率を算出する演算処理部（２００）とを備える、量子効率測定装置。
2. 前記第２の窓は、前記被測定物を前記被測定物の露出面が前記平面ミラーの前記半球部内側の面と実質的に一致するように装着可能に構成される、請求の範囲第１項に記載の量子効率測定装置。
3. 前記第２の窓は、前記半球部の内部と前記分光器との間に配置された、光透過拡散部材（１４）を含む、請求の範囲第１項に記載の量子効率測定装置。
4. 内面に光拡散反射層（１ａ）を有する半球部（１Ａ）と、
   前記半球部の実質的な曲率中心を通り、かつ前記半球部の開口部を塞ぐように配置された平面ミラー（５Ａ；５Ｂ；５Ｃ）とを備え、前記平面ミラーは、前記半球部の実質的な曲率中心の近傍に設けられた第１の窓（１０；１２）と、前記第１の窓から所定距離だけ離れた位置に設けられた第２の窓（１３）とを含み、
   前記半球部内に少なくともその一部を露出して配置された測定対象物に向けて、前記第１の窓を通じて励起光を照射する光源（７）と、
   前記第２の窓を通じて、前記半球部内のスペクトルを測定する分光器（６）とを備え、前記第２の窓は、前記測定対象物からの光が前記分光器に直接的に入射することを規制しており、
   前記測定対象物を前記半球部内に配置した場合に前記分光器で測定される第１のスペクトルと、前記測定対象物に代えて既知の反射率特性または透過率特性をもつ標準体を前記半球部内に配置した場合に前記分光器で測定される第２のスペクトルとに基づいて、前記測定対象物の量子効率を算出する演算処理部（２００；２００Ａ）とを備える、量子効率測定装置。
5. 前記第２の窓は、前記半球部の内部側の径に比較して、前記半球部の外部側の径が大きい開口である、請求の範囲第４項に記載の量子効率測定装置。
6. 前記半球部は、前記半球部の実質的な曲率中心を通る前記平面ミラーの法線との交点の位置に設けられ、かつ前記測定対象物および前記標準体を装着するための第３の窓を含み、
   前記光源は、前記励起光を、前記平面ミラーの法線に対して所定の角度で前記第３の窓に向けて照射するように配置される、請求の範囲第４項に記載の量子効率測定装置。
7. 前記測定対象物は、透光性をもつ容器に封入された液体であり、前記光源の光軸上に配置される、請求の範囲第４項に記載の量子効率測定装置。
8. 前記測定対象物は、全体が前記半球部内に収納される、請求の範囲第７項に記載の量子効率測定装置。
9. 前記半球部は、前記半球部の実質的な曲率中心を通る前記平面ミラーの法線との交点の位置に設けられ、前記測定対象物および前記標準体を装着するための第３の窓を含み、
   前記第１の窓は、前記平面ミラー上の前記半球部の実質的な曲率中心の位置に設けられており、
   前記測定対象物は、筒状容器に封入された液体であり、前記筒状容器の前記第３の窓に装着される面は、透光性をもつ材料で構成されるとともに、その他の部位は、光反射性をもつ部材で構成される、請求の範囲第４項に記載の量子効率測定装置。
10. 内面に光拡散反射層を有する半球部と、前記半球部の実質的な曲率中心を通り、かつ前記半球部の開口部を塞ぐように配置された平面ミラーとを含む装置を用意するステップ（Ｓ１００）と、
    前記平面ミラーの前記半球部の実質的な曲率中心を含む位置に設けられた第１の窓に、測定対象物を装着するステップ（Ｓ１０２）と、
    励起光を、前記半球部に設けられた第３の窓を通じて、前記平面ミラーの法線に対して所定の角度で前記測定対象物に向けて照射するステップ（Ｓ１０４）と、
    前記平面ミラーの前記第１の窓から所定距離だけ離れた位置に設けられた第２の窓を通じて、前記測定対象物が装着された場合の前記半球部内のスペクトルを第１のスペクトルとして測定するステップ（Ｓ１０６）と、
    前記第１の窓に、既知の反射率特性をもつ標準体を装着するステップ（Ｓ１０８）と、
    前記励起光を、前記第３の窓を通じて、前記平面ミラーの法線に対して前記所定の角度で前記標準体に向けて照射するステップ（Ｓ１１０）と、
    前記第２の窓を通じて、前記標準体が装着された場合の前記半球部内のスペクトルを第２のスペクトルとして測定するステップ（Ｓ１１２）と、
    前記第１のスペクトルと前記第２のスペクトルとに基づいて、前記測定対象物の量子効率を算出するステップ（Ｓ１１４）とを備える、量子効率測定方法。

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