量子效率测量装置以及量子效率测量方法

摘要

将作为量子效率的测量对象部的试样(OBJ1)以及具有已知的反射率特性的标准体(REF1)分别安装到设置于平面镜(5)的试样窗(2)上。根据在分别安装了试样(OBJ1)以及标准体(REF1)的情况下由光谱仪测量到的各个光谱来测量试样(OBJ1)的量子效率。通过使观测窗(3)的开口面与试样(OBJ1)或者标准体(REF1)的露出面实质上一致，抑制接受激发光(L1)而由试样(OBJ1)产生的荧光以及由试样(OBJ1)反射的激发光(L1)直接入射到观测窗(3)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对测量对象物的量子效率进行测量的装置以及方法。

背景技术

近年来，荧光灯、显示器的开发正在迅速发展。伴随着这种开发，作为更正确地评价使用于该开发中的荧光体的性能的指标，量子效率受到关注。通常，量子效率意味着荧光发光的光量子数相对于被测量对象物(典型为荧光体)吸收的光量子数的比例。

作为对这种量子效率进行测量的典型的方法，在“大久保、重田「NBS標準蛍光体の量子効率の測定」”中公开了荧光体量子效率的测量光学系统。代替这种结构，在日本特开平09-292281号公报(专利文献1)、日本特开平10-142152号公报(专利文献2)以及日本特开平10-293063号公报(专利文献3)等中提出了用于测量量子效率的结构以及方法。

在上述的现有技术所涉及的测量量子效率的装置中都使用积分球来捕捉从测量对象物(荧光体)发出的荧光。通常，来自荧光体的荧光微弱，因此为了提高测量精确度，最好使用具有更小直径的积分球。

另外，在这种积分球内设置有遮光板，该遮光板用于抑制从荧光体发出的荧光和/或在荧光体表面上反射的激发光直接入射到检测器。

专利文献1：日本特开平09-292281号公报

专利文献2：日本特开平10-142152号公报

专利文献3：日本特开平10-293063号公报

非专利文献1：大久保、重田、「NB S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卷、第2号、p.87-93

发明内容

发明要解决的问题

然而，在使用直径更小的积分球的情况下，遮光板的光吸收的影响相对变大，有可能给测量精确度带来不良影响。

本发明是为了解决这种问题而完成的，其目的在于提供一种能够以更高精确度测量量子效率的量子效率测量装置以及量子效率测量方法。

用于解法问题的方案

按照本发明的某个局面的量子效率测量装置包括：半球部，其在内表面具有光漫反射层；以及平面镜，其配置成通过半球部的实质上的曲率中心，并且堵住半球部的开口部。平面镜包括第一窗和第二窗，该第一窗被设置在半球部的实质上的曲率中心的位置上，用于安装测量对象物，该第二窗被设置在从第一窗离开规定距离的位置上。本量子效率测量装置还包括：光谱仪，其通过第二窗，对半球部内的光谱进行测量；光源，其通过被设置在半球部上的第三窗，以相对于平面镜的法线的规定的角度向第一窗照射激发光；以及运算处理部，其根据第一光谱和第二光谱来算出测量对象物的量子效率，其中，该第一光谱是在将测量对象物配置到第一窗的情况下由光谱仪测量得到的光谱，该第二光谱是在代替测量对象物而将具有已知的反射率特性的标准体配置到第一窗的情况下由光谱仪测量得到的光谱。

优选的是，第二窗构成为能够将被测量物安装成被测量物的露出面实质上与平面镜的半球部内侧的面一致。

优选的是，第二窗包括配置在半球部的内部与光谱仪之间的光漫透射部件。

按照本发明的另一局面的量子效率测量装置包括：半球部，其在内表面具有光漫反射层；以及平面镜，其配置成通过半球部的实质上的曲率中心，并且堵住半球部的开口部。平面镜包括第一窗和第二窗，该第一窗设置在半球部的实质上的曲率中心附近，该第二窗设置在从第一窗离开规定距离的位置上。本量子效率测量装置还包括：光源，其通过第一窗向配置成在半球部内至少露出其一部分的测量对象物照射激发光；以及光谱仪，其通过第二窗对半球部内的光谱进行测量。第二窗抑制来自测量对象物的光直接入射到光谱仪。本量子效率测量装置还包括运算处理部，该运算处理部根据第一光谱和第二光谱来算出测量对象物的量子效率，其中，该第一光谱是在将测量对象物配置在半球部内的情况下由光谱仪测量得到的光谱，该第二光谱是在代替测量对象物而将具有已知的反射率特性或者透过率特性的标准体配置在半球部内的情况下由光谱仪测量得到的光谱。

优选的是，第二窗是如下的开口：与半球部的内部侧的直径相比，半球部的外部侧的直径较大。

优选的是，半球部包括第三窗，该第三窗设置在与通过半球部的实质上的曲率中心的平面镜的法线的交点的位置上，并且用于安装测量对象物以及标准体，光源被配置成相对于平面镜的法线以规定的角度向第三窗照射激发光。

优选的是，测量对象物是被封装到具有透光性的容器内的液体，被配置在光源的光轴上。

更优选的是，测量对象物的整体被容纳在半球部内。

优选的是，半球部包括第三窗，该第三窗设置在与通过半球部的实质上的曲率中心的平面镜的法线的交点的位置上，用于安装测量对象物以及标准体。第一窗设置在平面镜上的半球部的实质上的曲率中心的位置上，测量对象物是被封装到筒状容器内的液体，筒状容器的被安装到第三窗的面由具有透光性的材料构成，并且其它部位由具有光反射性的部件构成。

按照本发明的另一局面的量子效率测量方法包括以下步骤：准备装置的步骤，该装置包括内表面具有光漫反射层的半球部和被配置成通过半球部的实质上的曲率中心并且堵住半球部的开口部的平面镜；将测量对象物安装在第一窗上的步骤，其中，该第一窗设置在平面镜的包括半球部的实质上的曲率中心的位置上；通过设置在半球部上的第三窗以相对于平面镜的法线的规定的角度向测量对象物照射激发光的步骤；通过第二窗测量安装了测量对象物的情况下的半球部内的光谱作为第一光谱的步骤，其中，该第二窗设置在平面镜的从第一窗离开规定距离的位置上；在第一窗上安装具有已知的反射率特性的标准体的步骤；通过第三窗以相对于平面镜的法线的规定的角度向标准体照射激发光的步骤；通过第二窗测量安装了标准体的情况下的半球部内的光谱作为第二光谱的步骤；以及根据第一光谱和第二光谱来算出测量对象物的量子效率的步骤。

发明的效果

根据本发明，能够以更高精确度对量子效率进行测量。

附图说明

图1是与本发明的实施方式一相关的量子效率测量装置的概要结构图。

图2是按照本发明的实施方式一的量子效率测量装置的外观图。

图3是表示按照本发明的实施方式一的量子效率测量装置的主要部分的截面图。

图4是用于说明按照本发明的实施方式一的量子效率测量装置的测量原理的图。

图5是表示按照本发明的实施方式一的量子效率测量装置的运算处理部中的控制结构的图。

图6是表示使用了按照本发明的实施方式一的量子效率测量装置的量子效率测量所涉及的处理过程的流程图。

图7是表示按照本发明的实施方式一的第一变形例的量子效率测量装置中的光谱仪以及光源的位置关系的俯视图。

图8是表示按照本发明的实施方式一的第二变形例的量子效率测量装置的主要部分的截面图。

图9是表示按照本发明的实施方式二的量子效率测量装置的主要部分的截面图。

图10是与本发明的实施方式三相关的量子效率测量装置的概要结构图。

图11是表示按照本发明的实施方式三的量子效率测量装置的主要部分的截面图。

图12是表示按照本发明的实施方式三的量子效率测量装置的运算处理部中的控制结构的图。

图13是表示按照本发明的实施方式三的第一变形例的量子效率测量装置的主要部分的截面图。

图14是表示按照本发明的实施方式三的第二变形例的量子效率测量装置的主要部分的截面图。

图15是表示按照本发明的实施方式四的量子效率测量装置的主要部分的截面图。

附图标记说明

1、1A：半球部；1a：光漫反射层；2、9：试样窗；3、13：观测窗；4、10、12：光源窗；5、5A、5B、5C：平面镜；5a：反射面；6：光谱仪；6a：安装部；6b：光纤端部；6c：反射部；6d：光纤；6e：检测器；7：光源；7a：灯；7b：聚光光学系统；14：光漫透射部件；15、15A：密封部件；16、16A、16B：透明容器；100：半球积分器；102：底座部；104：转动轴；200、200A：运算处理部；202：切换部；204、206：缓冲器；208、210：选择部；212、222：乘法部；214、224：积分部；216、226：除法部；218：初始设定保持部；220：加减法部；300、350：量子效率测量装置；302、352：积分球；304、358：遮光板；306、360：受光部；308、362：光纤；310、364：分光测量装置；312：试样窗；314、366：光源窗；316、368：观测窗；320、370：激发光；354：支承部；356：透明容器；Ax1、Ax2、Ax3：光轴；L1：激发光；OBJ、OBJ1、OBJ2：试样；REF、REF1、REF2：标准体；SYS1、SYS1A、SYS2、SYS3、SYS3A、SYS3B：量子效率测量装置。

具体实施方式

参照附图详细说明本发明的实施方式。此外，对图中的相同或者相当部分附加相同附图标记，不重复其说明。

[实施方式一]

<相关技术>

首先，为了更容易理解按照本实施方式的量子效率测量装置，先参照图1说明与本实施方式相关的量子效率测量装置。

图1示出的与本实施方式相关的量子效率测量装置300对荧光体等测量对象物(以下还称为“试样OBJ”。)的量子效率进行测量。具体地说，量子效率测量装置300包括积分球302、遮光板304、受光部306、光纤308、分光测量装置310。在该量子效率测量装置300中，试样OBJ被安装到设置于积分球302的试样窗312上，激发光320从设置在积分球302的外部的光源(未图示)通过光源窗314对该试样OBJ进行照射。作为该激发光320，在低压水银荧光灯的情况下，使用200～400nm的紫外单色光，在LED(Light Emitting Diode：发光二极管)领域中，使用300～600nm的紫外线或者可见单色光等。试样OBJ接受该激发光320而荧光发光。从该试样OBJ放射的荧光在积分球302的内表面被多重反射而积分(均匀化)。此外，在试样OBJ上，照射的激发光320的一部分被反射，所反射的该激发光320也在积分球302内被多重反射。

受光部306通过设置在积分球302上的观测窗316来提取积分球302的光的一部分，并通过光纤308引导到分光测量装置310。此外，通常，在受光部306的与观测窗316连接的部分处设置光漫透射部件。由此，通常在使观测窗316的视角特性接近完全漫射特性之后，将来自积分球302的内壁面整体的光的照度(光谱)引导到光纤308。

分光测量装置310对由受光部306提取出的光的光谱进行测量。即，分光测量装置310对积分球302的内壁面的照度(光谱)进行测量。

在代替试样OBJ而安装了具有已知的反射率特性的标准体REF的状态下也进行与上述相同的测量。并且，根据在安装试样OBJ的情况下测量到的光谱和在安装标准体REF的情况下测量到的光谱来算出试样OBJ的量子效率。

如上所述，通过使用积分球302，即使在试样OBJ的表面具有镜面性的情况那样试样OBJ不具有完全漫反射特性的情况下，也能够正确地测量量子效率。另外，积分球302本身作为遮光容器而发挥作用，因此还具有抑制外光的影响的效果。

然而，在量子效率测量装置300中，当由试样OBJ产生的荧光以及由试样OBJ反射的一部分激发光320直接入射到观测窗316时，成为测量误差，因此在试样窗312与观测窗316之间设置遮光板304。

通常，来自荧光体的荧光微弱，因此为了提高测量精确度，最好使用具有更小直径的积分球302。然而，在使用更小直径的积分球302的情况下，由遮光板304引起的光吸收的影响相对变大，有可能给测量精确度带来不良影响。即，存在以下问题：遮光板304妨碍积分球302的内壁面上的相互反射，并且由遮光板304引起的光吸收使积分效率降低，因此遮光板304成为测量误差的主要原因。

<装置结构>

接着，参照图2以及图3来说明按照本实施方式的量子效率测量装置SYS1。

图2示出的量子效率测量装置SYS1包括半球积分器100和运算处理部200。如图3所示，半球积分器100由半球部1和圆板状的平面镜5构成，其中，上述平面镜5被配置成堵住半球部1的开口部。半球部1通过转动轴104与底座部102转动自如地连结。量子效率测量装置SYS1还包括：光谱仪6，其用于对半球部1的内壁面的照度(光谱)进行测量；以及光源7，其产生激发光L1。

如后面所述，在按照本实施方式的量子效率测量装置SYS1中，将作为量子效率的测量对象部的试样OBJ1以及具有已知的反射率特性的标准体REF1分别安装到设置于平面镜5的试样窗2上。并且，根据在分别安装了试样OBJ1以及标准体REF1的情况下由光谱仪6测量到的各自的光谱来测量试样OBJ1的量子效率。

按照本实施方式的量子效率测量装置SYS1典型地适合于对荧光灯用的荧光体、LED用的荧光体这种固体状的试样进行量子效率测量。另外，标准体REF1典型地是其表面涂敷了硫酸钡的物体。试样OBJ1以及标准体REF1都成型为与试样窗2的直径大致一致。这是由于，以避免外光对测量精确度的影响为目的，最好使半球积分器100作为遮光容器而发挥作用。此外，只要试样OBJ1以及标准体REF1的直径与试样窗2的直径大致一致即可，对除此以外的形状没有任何限定。

如图3所示，在半球部1的内表面(内壁)上设置有光漫反射层1a。该光漫反射层1a代表性地为通过涂敷或者喷射硫酸钡、PTFE(polytetrafluoroethylene：聚四氟乙烯)等光漫射材料来形成。

另外，在半球部1上设置有光源窗4，该光源窗4用于将从设置在半球部1的外部的光源7放射的激发光L1引导到半球部1的内部。该激发光L1向试样OBJ1或者标准体REF1，沿着相对于平面镜5的法线N1具有角度θ的光轴Ax1进行照射。这是为了抑制由来自光源7的激发光L1在试样OBJ1或者标准体REF1上产生正反射成分。即，是为了将来自光源7的激发光L1在试样OBJ1或者标准体REF1上反射而产生的光引导到与作为入射路径的光轴Ax1不同的方向上。另外，作为角度θ优选为5°左右。

平面镜5被配置成通过半球部1的实质上的曲率中心O并且堵住半球部1的开口部。在此，半球部1的曲率中心O代表性地意味着半球部1的内表面侧的几何学中心。至少在平面镜5的半球部1的内表面侧形成反射面(镜面)5a。

另外，在平面镜5上设置能够连通半球部1的内表面侧和外表面侧之间的试样窗2以及观测窗3。试样窗2是用于安装试样OBJ1或者标准体REF1的开口，被设置在半球部1的实质上的曲率中心O的位置。换言之，试样窗2形成为包括半球部1的实质上的曲率中心0的区域。另外，观测窗3是用于观测半球部1内表面的照度的开口，被设置在从试样窗2向外周侧离开规定距离的位置上。并且，光通过观测窗3被引导到光谱仪6。

光源7包括灯7a、聚光光学系统7b、波长控制光学系统7c。灯7a典型地使用氙放电灯(Xe灯)等。聚光光学系统7b引导由灯7a产生的光使其在试样OBJ1或者标准体REF1上成像。即，聚光光学系统7b收缩激发光L1的光路使激发光L1的整体收束在试样OBJ1或者标准体REF1的范围内。波长控制光学系统7c控制激发光L1的波长成分。波长控制光学系统7c典型地被配置在灯7a与聚光光学系统7b之间，使用光学干涉滤光片(波长频带透过滤光片)、光谱仪。

光谱仪6包括安装部6a、光纤端部6b、反射部6c、光纤6d、检测器6e。安装部6a覆盖观测窗3地配置在平面镜5上。光纤6d以及与光纤6d连接的光纤端部6b被插入到安装部6a的内部。另外，在沿着观测窗3的法线N1的纸面下方向的延长线上设置有反射部6c。该反射部6c将通过观测窗3入射的光的传播方向变换90°之后引导到光纤端部6b。

检测器6e对由光纤6d导入的光的光谱进行检测。检测器6e典型地构成为包括衍射光栅以及与衍射光栅的衍射方向相关的线传感器，输出所输入的光的每个波长的强度。此外，在试样OBJ1为荧光体的情况下，将检测器6e的可测量范围选择为覆盖从光源7照射的激发光L1的波长范围以及接受激发光L1而由试样OBJ1产生的荧光的波长范围两者。

<积分功能>

接着，说明按照本实施方式的量子效率测量装置SYS1中的积分功能。如图3所示，当从光源7照射的激发光L1入射到安装在试样窗2上的试样OBJ1时，激发光L1以与试样OBJ1材质、形状相应的比例被吸收到试样OBJ1内，其能量的一部分产生荧光发光。另外，没有被试样OBJ1吸收的激发光L1被试样OBJ1反射。这种包括从试样OBJ1放射的荧光以及由试样OBJ1反射的激发光L1的光束主要向半球部1的内表面传播。

另一方面，平面镜5反射在半球部1中反射之后入射的来自试样OBJ1的光束，并且生成半球部1内表面的虚像。如上所述，平面镜5被配置成通过半球部1的曲率中心，因此在平面镜5与半球部1之间形成的空间为具有固定曲率的半球。因此，通过该半球部1的内表面和平面镜5所生成的虚像能够得到与实质上使用球体积分球的情况相等的照度分布。换言之，能够视为在宛如球体的积分球内对相互对称地配置的两个试样OBJ1分别照射激发光L1。

由试样OBJ1产生的荧光以及由试样OBJ1反射的激发光L1在由半球部1和平面镜5围起的空间内反复反射，由此半球部1的内表面的照度被均匀化。通过测量均匀化的该照度(光谱)能够测量试样OBJ1的量子效率。

如上所述，在按照本实施方式的量子效率测量装置SYS1中，只要能够将合成了形成在平面镜5和半球部1之间的空间以及由平面镜5生成的该空间的虚像的状态实质上视为球体即可。因此，“半球部的实质上的曲率中心”是如下概念：除了半球部1的完全曲率中心的情况以外，还包括能够上述那样得到与使用球体积分球的情况实质上相等的照度分布的附近位置。

另外，在代替试样OBJ1而将标准体REF1安装到试样窗2的情况下，也能够得到同样的积分效果。此外，在标准体REF1的情况下不产生荧光发光，因此当从光源7照射的激发光L1入射到安装在试样窗2上的标准体REF1时，与标准体REF1的反射率特性相应的光被反射。

<试样以及标准体的安装>

如上所述，将试样OBJ1以及标准体REF1安装到设置于平面镜5的试样窗2上，此时，最好将试样OBJ1以及标准体REF1安装成其露出面与平面镜5的半球部1侧的面(反射面5a)实质上一致。其在观测窗3的开口面与试样OBJ1或者标准体REF1的露出面实质上不一致的情况下、例如在试样OBJ1的露出面低于观测窗3的开口面的情况下，接受激发光L1而由试样OBJ1产生的荧光以及由试样OBJ1反射的激发光L1在观测窗3的侧面被吸收，由此产生测量误差。或者，在试样OBJ1的露出面比观测窗3的开口面突出的情况下，所突出的部分在由半球部1内表面的光漫反射层1a和平面镜5的反射面5a构成的积分空间内阻碍接受激发光L1而由试样OBJ1产生的荧光以及由试样OBJ1反射的激发光L1的相互反射。

此外，在图3示出的结构中，试样窗2以及观测窗3位于相同平面上即平面镜5上，因此如果试样OBJ1以及标准体REF的露出面为平面，则其荧光以及反射光不会直接入射到观测窗3的观测视场。因此，不需要配置图1所示那样的遮光板304。因而，能够抑制由遮光板引起的光吸收误差，并且通过上述的“虚像”，能够进一步提高半球部1的内壁面的照度。通过这样的两个作用，能够以更高精确度测量量子效率。

<测量原理>

接着，参照图4的(A)以及图4的(B)说明按照本实施方式的量子效率测量装置SYS1中的测量原理。

在对作为典型的荧光体的试样OBJ1照射激发光L1时，激发光L1的一部分(光量子)被吸收而使用于荧光发光，并且剩余的激发光L1在试样OBJ1表面上被反射。在此，将激发光L1的波长范围设为λ_1L～λ_1H，将从试样OBJ1产生的荧光成分的波长范围设为λ_2L～λ_2H。此外，通常，激发光L1是紫外线，荧光是可见光线，因此波长范围λ_1L～λ_1H与波长范围λ_2L～λ_2H不会重复。因此，通过选择性地提取由光谱仪6测量的光谱之中与各自的波长范围对应的成分能够分离两者。

如图4的(A)所示，将激发光L1的光谱设为E_o(λ)。此时，将通过照射激发光L1而从试样OBJ1产生的荧光成分的光谱设为P(λ)，将由试样OBJ1反射的反射光成分的光谱设为R(λ)。即，荧光成分的光谱P(λ)相当于在安装了试样OBJ1的情况下由光谱仪6测量到的光谱E⁽¹⁾(λ)的与荧光对应的波长范围(λ_2L～λ_2H)的成分，反射光成分的光谱R(λ)相当于由光谱仪6测量到的光谱E⁽¹⁾(λ)的与激发光L1对应的波长范围(λ_1L～λ_1H)的成分。

另外，如图4的(B)所示，在将标准体REF1的反射率特性设为ρ_s(λ)时，将具有光谱E_o(λ)的激发光L1照射到标准体REF1而测量到的光谱为E⁽²⁾(λ)＝ρ_s(λ)·E_o(λ)。根据该式，能够将激发光L1的光谱E_o(λ)表示为式(1)。

E_o(λ)＝E⁽²⁾(λ)/ρ_s(λ)…(1)

另外，如图4的(A)所示，能够将从激发光L1的光谱E_o(λ)中去除了由试样OBJ1反射的反射光成分的光谱R(λ)而得到的成分(光量子)视为被试样OBJ1吸收的成分。

因而，为了将光谱(放射功率)变换为光量子数，当以hc/λ(其中，h：普朗克常数，c：光速)对光谱进行除法运算时，被试样OBJ1吸收的光量子数Ab能够表示为式(2)。此外，k＝1/hc。

[数1]

$\mathrm{Ab}=k·{\int }_{{\lambda }_{1L}}^{{\lambda }_{1H}}\lambda ·\{\frac{E^{\left(2\right)}\left(\lambda \right)}{{\rho }_s\left(\lambda \right)}-E^{\left(1\right)}\left(\lambda \right)\}\mathrm{\delta \lambda }···\left(2\right)$

另外，荧光的光量子数Pph能够表示为式(3)。

[数2]

$\mathrm{Pph}=k·{\int }_{{\lambda }_{2l}}^{{\lambda }_{2H}}\lambda ·E^{\left(1\right)}\left(\lambda \right)\mathrm{\delta \lambda }···\left(3\right)$

因而，试样OBJ1的内部量子效率QEin能够表示为式(4)。

QEin＝Pph/Ab…(4)

<控制结构>

接着，参照图5说明按照本实施方式的量子效率测量装置SYS1的运算处理部200中的控制结构。

如图5所示，运算处理部200作为其控制结构而包括切换部202、缓冲器204、206、选择部(SEL)208、210、除法部216、226、初始设定保持部218、加减法部220、乘法部212、222以及积分部214、224。

切换部202根据与试样窗2的安装状态相应地输入的信号，将来自光谱仪6的输出(检测光谱)的保存目的地切换为缓冲器204以及206中的某一个。即，在试样窗2中安装有试样OBJ1的情况下，切换部202将由光谱仪6检测出的光谱E⁽¹⁾(λ)保存到缓冲器204，在试样窗2中安装有标准体REF1的情况下，将由光谱仪6检测出的光谱E⁽²⁾(λ)保存到缓冲器206。

缓冲器204以及206是保存由光谱仪6检测出的光谱的存储器，具有与光谱仪6的波长分辨率相应的区域。即，在光谱仪6输出由波长λ1，λ1，…，λn的合计n个波长构成的光谱的情况下，具有用于保存分别与n个波长对应的强度的区域。

选择部208以及210分别选择性地读出保存在缓冲器204以及206内的光谱的波长成分。选择部208将所读出的光谱E⁽¹⁾(λ)的波长成分之中包含在激发光L1的波长范围λ_1L～λ_1H内的波长成分输出到乘法部222，将由试样OBJ1产生的荧光成分的包含在波长范围λ_2L～λ_2H内的波长成分输出到乘法部212。另外，选择部208将所读出的波长成分的波长λ输出到乘法部212以及222。

乘法部212以及积分部214进行相当于上述的式(3)的运算，算出荧光的光量子数Pph。具体地说，乘法部212对由选择部208读出的光谱E⁽¹⁾(λ)的波长成分乘上其波长λ本身。然后，乘法部212将相乘得到的值输出到积分部214。积分部214算出从乘法部212输出的值的总和。如上所述，将与荧光成分的波长范围λ_2L～λ_2H对应的光谱E⁽¹⁾(λ)的波长成分输出到乘法部212，因此实质上按照每个波长进行相当于上述的式(3)的运算。

除法部216、加减法部220、乘法部222以及积分部224进行相当于上述式(2)的运算，算出被试样OBJ1吸收的光量子数Ab。具体地说，除法部216用由选择部210读出的光谱E⁽²⁾(λ)的波长成分除以保存在初始设定保持部218中的标准体REF1的反射率特性ρ_s(λ)之中的对应的波长成分。然后，除法部216将其商(E⁽²⁾(λ)/ρ_s(λ))输出到加减法部220。加减法部220从由选择部210读出的光谱E⁽²⁾(λ)的波长成分中减去由除法部216算出的商。然后，加减法部220将该算出的值输出到乘法部222。乘法部222对由加减法部220算出的值乘上对应的波长λ。然后，乘法部222将该相乘得到的值输出到积分部224。积分部224算出从乘法部222输出的值的总和。如上所述，与激发光L1的波长范围λ_1L～λ_1H对应的光谱E⁽¹⁾(λ)的波长成分被输出到加减法部220，因此实质上按照每个波长进行相当于上述的式(2)的运算。

除法部226用由积分部214算出的荧光的光量子数Pph除以由积分部224算出的试样OBJ1所吸收的光量子数Ab。并且，除法部226输出其商(Pph/Ab)作为试样OBJ1的内部量子效率QEin。

<处理步骤>

接着，参照图6说明使用了按照本实施方式的量子效率测量装置SYS1的量子效率测量所涉及的处理过程的流程图。

用户准备量子效率测量装置SYS1(步骤S100)。接着，用户将试样OBJ1安装到试样窗2(步骤S102)，开始来自光源7的激发光L1的照射以及光谱仪6中的测量(步骤S104)。此时，用户也可以对运算处理部200输入在试样窗2中安装有试样OBJ1。于是，运算处理部200保存由光谱仪6测量到的光谱E⁽¹⁾(λ)(步骤S106)。

接着，用户将标准体REF1安装到试样窗2(步骤S108)，开始来自光源7的激发光L1的照射以及光谱仪6中的测量(步骤S110)。此时，用户也可以对运算处理部200输入在试样窗2中安装有标准体REF1。于是，运算处理部200保存由光谱仪6测量到的光谱E⁽²⁾(λ)(步骤S112)。

在完成光谱E⁽¹⁾(λ)以及光谱E⁽²⁾(λ)的获取时，运算处理部200根据这些光谱来算出试样OBJ1的内部量子效率QEin(步骤S114)。更具体地说，运算处理部200根据光谱E⁽¹⁾(λ)的与波长范围λ_1L～λ_1H对应的波长成分、光谱E⁽²⁾(λ)的波长成分以及标准体REF1的反射率特性ρ_s(λ)来算出被试样OBJ1吸收的光量子数Ab。另外，运算处理部200根据光谱E⁽¹⁾(λ)的与波长范围λ_2L～λ_2H对应的波长成分来算出荧光的光量子数Pph。并且，运算处理部200根据光量子数Ab以及光量子数Pph来算出试样OBJ1的内部量子效率QEin。

并且，运算处理部200输出所算出的试样OBJ1的内部量子效率QEin(步骤S116)。此外，作为内部量子效率QEin的输出的一例可举出在监视器上等显示内部量子效率QEin、打印输出内部量子效率QEin、向存储介质保存内部量子效率QEin等。

此外，在图6所示的流程图中，作为测量步骤的一例例示了首先获取关于试样OBJ1的光谱E⁽¹⁾(λ)，接着获取关于标准体REF的光谱E⁽²⁾(λ)的情况，但是只要能够获取光谱E⁽¹⁾(λ)以及光谱E⁽²⁾(λ)就不限于该步骤。例如，也可以首先获取关于标准体REF的光谱E⁽²⁾(λ)，之后获取关于试样OBJ1的光谱E⁽¹⁾(λ)。在这种情况下，使用对标准体REF获取的光谱E⁽²⁾(λ)，依次获取关于多个试样OBJ1的各自的光谱E⁽¹⁾(λ)，能够高效率地算出关于多个试样OBJ1的内部量子效率QEin。即，在将标准体REF安装到试样窗2并获取光谱E⁽²⁾(λ)之后将多个试样OBJ1依次安装到试样窗2即可。

<本实施方式的效果>

根据本实施方式，不需要在半球积分器内设置用于抑制来自试样的直接光入射的遮光板，因此能够抑制由于遮光板的光吸收而产生测量误差。另外，根据本实施方式，通过由平面镜生成的虚像，与使用了具有相同半径的积分球的情况相比，原理上能够得到两倍的光强度。因而，能够以更高精确度测量量子效率。

并且，根据本实施方式，原理上能够得到两倍的光强度，因此不需要为了提高测量精确度而过于缩小半球部的半径。因此，能够使观测窗的开口面积相对于半球积分器的内表面积相对较小，因此能够抑制由观测窗产生的测量误差。

[实施方式一的第一变形例]

在上述的实施方式一中，没有特别限定光谱仪6和光源7之间的位置关系，但是最好以图7所示的位置关系来配置两者。

如图7的从半球部1侧观察半球积分器100的俯视图所示那样，在实施方式一的第一变形例中，光谱仪6的安装部6a被配置成在与从光源7放射的激发光L1的光轴Ax1正交的垂直线LN1方向上延伸。通过以这种位置关系来配置光谱仪6以及光源7能够抑制照射到试样OBJ1的激发光L1直接入射到光谱仪6。

[实施方式一的第二变形例]

在按照上述的实施方式一的量子效率测量装置SYS1中，最好在观测窗3的光传播路径上配置光漫透射部件。下面，参照图8说明按照本实施方式的第二变形例的量子效率测量装置SYS1A。

图8所示的量子效率测量装置SYS1A是如下结构：在按照图3所示的实施方式一的量子效率测量装置SYS1中在观测窗3上追加光漫透射部件14。即，光漫透射部件14被配置在半球部1的内部与光谱仪6之间。除此以外的结构与图3相同，因此不重复详细的说明。

光漫透射部件14将半球积分器100中的光束进行漫射之后引导到光谱仪6。因此，即使在观测窗3的观测视场比较狭窄的情况下，也能够降低设置在半球部1的内表面上的光漫反射层1a的反射率不均匀等的影响。即，在不存在光漫透射部件14的情况下，在观测窗3中仅观测到半球部1的内表面之中与观测窗3的观测视场对应的部分的照度。因此，当与观测视场对应的部分存在反射率不均匀等时，测量结果也容易受到其影响。与此相对，在存在光漫透射部件14的情况下，存在于观测窗3周围的光束在被漫射之后，被引导到光谱仪6，因此能够避免上述那样的问题。

[实施方式二]

在上述的实施方式中一，例示了将试样安装在设置于平面镜的试样窗上的量子效率测量装置SYS1。另一方面，在实施方式二中，例示将试样安装在设置于半球部中的试样窗上的结构。

按照本发明的实施方式二的量子效率测量装置SYS2的外观与上述的图2相同，因此不重复详细的说明。参照图9，量子效率测量装置SYS2的半球积分器还包括以下部分：半球部1A；圆板状的平面镜5A，其被配置成堵住半球部1A的开口部；光谱仪6，其用于测量半球部1A的内壁面的照度(光谱)；以及光源7，其产生激发光L1。

除了设置有用于安装试样OBJ1以及标准体REF1的试样窗9这一点以外，半球部1A与图3所示的半球部1相同。试样窗9被设置在与通过半球部1A的实质上的曲率中心O的平面镜5A的法线N2的交点的位置上。即，试样窗9被设置在由半球部1A以及平面镜5A所包围的半球的顶点位置上。此外，试样OBJ1以及标准体REF1也与上述的实施方式一相同，因此不重复详细的说明。

在平面镜5A上设置有能够连通半球部1A的内表面侧和外表面侧之间的光源窗10以及观测窗13。

光源窗10被设置在半球部1A的实质上的曲率中心O附近。更具体地说，光源窗10被设置在激发光L1相对于平面镜5的法线N2以角度θ向试样窗9进行照射的位置上。即，光源7沿着相对于平面镜5A的法线N2具有角度θ的光轴Ax2向安装在试样窗9上的试样OBJ1或者标准体REF1照射激发光L1。

观测窗13是用于观测半球部1A内表面的照度的开口，被设置在从观测窗10向外周侧离开规定距离的位置上。并且，光通过观测窗13被引导到光谱仪6。观测窗13抑制接受激发光L1而由试样OBJ1产生的荧光以及由试样OBJ1反射的激发光L1直接入射到光谱仪6。更具体地说，观测窗13是一种孔，是构成为与半球部1A的内部侧的直径相比半球部1A的外部侧的直径较大的开口。通过设置这种限制观测视场的观测窗13，即使不配置图1所示那样的遮光板304，也能够以更高精确度测量量子效率。

平面镜5A的其他部分与图3所示的平面镜5相同，因此不重复详细的说明。另外，关于光谱仪6以及光源7也与上述相同，因此不重复详细的说明。此外，最好以如上述的图7所示那样的位置关系来配置光谱仪6以及光源7两者。

另外，按照本实施方式的量子效率测量装置SYS2的运算处理部200中的控制结构、以及表示使用了按照本实施方式的量子效率测量装置SYS2的量子效率测量所涉及的处理过程的流程图分别与图5以及图6相同，因此不重复详细的说明。

<本实施方式的效果>

根据本实施方式，通过采用限制了观测视场的观测窗，不需要在半球积分器内设置用于抑制来自试样的直接光入射的遮光板。因此，能够抑制由于遮光板的光吸收而产生测量误差。另外，根据本实施方式，通过由平面镜生成的虚像，与使用了具有相同半径的积分球的情况相比，原理上能够得到两倍的光强度。因此，即使限制了观测窗的观测视场也能够得到足够的亮度。

因而，能够以更高精确度测量量子效率。

[实施方式三]

在上述的实施方式一以及实施方式二中主要例示了适合于固体状试样的量子效率测量的结构。另一方面，在实施方式三中例示适合于液体状试样的量子效率测量的结构。

<相关技术>

首先，为了更容易理解按照本实施方式的量子效率测量装置，首先参照图10说明与本实施方式相关的量子效率测量装置。

图10所示的与本实施方式相关的量子效率测量装置350主要对液体状试样OBJ的量子效率进行测量。具体地说，量子效率测量装置350包括积分球352、支承部354、遮光板358、受光部360、光纤362、分光测量装置364。在该量子效率测量装置350中，由支承部354将封装有试样的透明容器356悬挂在积分球352内，从设置在积分球352外部的光源(未图示)通过光源窗366对该试样OBJ照射激发光370。试样OBJ接受该激发光370而荧光发光。从该试样OBJ放射出的荧光在积分球352的内表面被多次反射(Multiple reflection)而积分(均匀化)。受光部360通过设置在积分球352上的观测窗368来提取积分球352的光的一部分，通过光纤362引导到分光测量装置364。

在此，当由试样OBJ产生的荧光以及由试样OBJ反射的激发光370直接入射到观测窗368时，成为测量误差，因此在透明容器356与观测窗368之间设置遮光板358。

如上所述，支承部354以及遮光板358吸收荧光等，因此在量子效率测量装置350中，支承部354以及遮光板358作为内部结构物而成为测量误差的主要原因。

<装置结构>

接着，说明按照本实施方式的量子效率测量装置SYS3。

按照本发明的实施方式三的量子效率测量装置SYS3的外观与上述的图2相同，因此不重复详细的说明。参照图11，量子效率测量装置SYS3的半球积分器还包括：半球部1A；圆板状的平面镜5B，其被配置成堵住半球部1A的开口部；光谱仪6，其用于测量半球部1A的内壁面的照度(光谱)；以及光源7，其产生激发光L1。

半球部1A与图9所示的半球部1A基本相同，不同点在于不是安装试样OBJ1，而是安装封装在透明容器16中的液体状的试样OBJ2。另外，还能够在半球部1A中安装与试样OBJ2对应的标准体REF2。标准体REF2典型地是将与试样OBJ2同量的基准物质(典型的是在试样中除去了荧光物质的只是介质)封装到相同的透明容器16中的物体。能够视为在该标准体REF2中实质上不会荧光发光。

在平面镜5B上设置有能够连通半球部1A的内表面侧和外表面侧之间的光源窗12以及观测窗13。

光源窗12被设置在半球部1A的实质上的曲率中心O的位置。换言之，光源窗12形成为包括半球部1A的实质上的曲率中心O的区域。光源7通过光源窗12使激发光L1沿着与平面镜5B的法线一致的光轴Ax3向安装在试样窗9上的试样OBJ2或者标准体REF2照射。

观测窗13是用于观测半球部1A内表面的照度的开口，设置在从光源窗12向外周侧离开规定距离的位置上。并且，光通过观测窗13被引导到光谱仪6。观测窗13抑制接受激发光L1而由试样OBJ2产生的荧光以及由试样OBJ2反射的激发光L1直接入射到光谱仪6。更具体地说，观测窗13是一种孔，是构成为与半球部1A的内部侧的直径相比半球部1A的外部侧的直径较大的开口。通过设置这种限制观测视场的观测窗13，能够不配置如图10所示那样的遮光板358而以更高精确度测量量子效率。

平面镜5B的其他部分与图3所示的平面镜5相同，因此不重复详细的说明。另外，关于光谱仪6以及光源7也与上述相同，因此不重复详细的说明。

透明容器16是其壁面由具有透光性的材料构成的筒状容器。该透明容器16被安装到试样窗9，从而被配置在光源7的光轴Ax3上。即，激发光L1沿着光轴Ax3照射被封装到透明容器16中的试样OBJ2。另外，透明容器16在安装到试样窗9的情况下，其整体被容纳在半球部1A内。此时，在透明容器16的最外部安装密封部件15。该密封部件15防止透过透明容器16以及其中的试样OBJ2之后的激发光L1从半球部1A中漏出。因此，密封部件15至少在与透明容器16连接的面上设置有与半球部1的光漫反射层1a相同程度的光漫反射层。

<测量原理>

接着，说明按照本实施方式的量子效率测量装置SYS3的测量原理。

如图11所示，在对典型的荧光体即试样OBJ2照射激发光L1时，激发光L1的一部分(光量子)被吸收而使用于荧光发光，并且剩余的激发光L1透过试样OBJ2之后在密封部件15等上散乱反射。在此，将激发光L1的波长范围设为λ_1L～λ_1H，将由试样OBJ2产生的荧光成分的波长范围设为λ_2L～λ_2H。

将激发光L1的光谱设为E_o(λ)。另外，将通过照射激发光L1而由试样OBJ2产生的荧光成分的光谱设为P(λ)，在透过试样OBJ2之后散乱反射的透过光成分的光谱设为T(λ)。即，荧光成分的光谱P(λ)相当于在安装了试样OBJ2的情况下由光谱仪6测量到的光谱E⁽¹⁾(λ)的与荧光对应的波长范围(λ_2L～λ_2H)的成分，透过光成分的光谱T(λ)相当于光谱E⁽¹⁾(λ)的与激发光L1对应的波长范围(λ_1L～λ_1H)的成分。

另外，在安装了标准体REF2的情况下由光谱仪6进行测量得到的光谱E⁽²⁾(λ)相当于照射到标准体REF2上的能够使用于荧光发光的放射功率。

因而，为了将光谱(放射功率)变换为光量子数，当以hc/λ(其中，h：普朗克常数，c：光速)对光谱进行除法运算时，能够将被试样OBJ2吸收的光量子数Ab表示为式(5)。此外，k＝1/hc。

[数3]

$\mathrm{Ab}=k·{\int }_{{\lambda }_{1L}}^{{\lambda }_{1H}}\lambda ·\{E^{\left(2\right)}\left(\lambda \right)-E^{\left(1\right)}\left(\lambda \right)\}\mathrm{\delta \lambda }···\left(5\right)$

另外，荧光的光量子数Pph能够表示为式(6)。

[数4]

$\mathrm{Pph}=k·{\int }_{{\lambda }_{2L}}^{{\lambda }_{2H}}\lambda ·E^{\left(1\right)}\left(\lambda \right)\mathrm{\delta \lambda }···\left(6\right)$

因而，试样OBJ2的内部量子效率QEin能够表示为式(7)。

QEin＝Pph/Ab…(7)

<控制结构>

接着，参照图12说明按照本实施方式的量子效率测量装置SYS3的运算处理部200A的控制结构。

图12示出的运算处理部200A是如下结构：在图5所示的按照实施方式一的运算处理部200的控制结构中去掉了除法部216以及初始设定保持部218之后，将由选择部210读出的光谱E⁽²⁾(λ)的波长成分输出到加减法部220。即，按照上述的式(5)来算出被试样OBJ2吸收的光量子数Ab。

其他部位与图5所示的运算处理部200相同，因此不重复详细的说明。

<处理步骤>

表示使用了按照本实施方式的量子效率测量装置SYS3的量子效率测量所涉及的处理过程的流程图，除了光量子数Ab的算出式以外与图6相同，因此不重复详细的说明。

<本实施方式的效果>

根据本实施方式，通过采用限制了观测视场的观测窗，不需要在半球积分器内设置用于抑制来自试样的直接光入射的遮光板。因此，能够抑制由于遮光板的光吸收而产生测量误差。另外，根据本实施方式，通过由平面镜生成的虚像，与使用了具有相同半径的积分球的情况相比，原理上能够得到两倍的光强度。因此，即使限制观测窗的观测视场，也能够得到足够的亮度。

因而，能够以更高精确度测量量子效率。

[实施方式三的第一变形例]

在上述实施方式三中，例示了从设置于半球部1的光源窗12向半球部1内的被安装的试样照射激发光L1的结构。与此相对，也可以将光源和试样相接近地配置。下面，参照图13说明按照本实施方式的第一变形例的量子效率测量装置SYS3A。

图13所示的量子效率测量装置SYS3A相当于如下结构：在图11所示的按照实施方式三的量子效率测量装置SYS3中，在光源窗12上安装封装了液体状的试样OBJ2的透明容器16A以及光源7，并且在试样窗9上仅安装密封部件15。

透明容器16A是其整体由具有透光性的材料构成的筒状容器。该透明容器16A通过安装成与光源7的照射口连接而配置在光源7的光轴Ax3上。光源7通过光源窗12，沿着与平面镜5B的法线一致的光轴Ax3向安装在光源窗12上的试样OBJ2(或者标准体REF2)照射激发光L1。由此，沿着光轴Ax3对被封装在透明容器16A中的试样OBJ2照射激发光L1。另外，透明容器16A在安装在光源窗12上的情况下，其整体被容纳在半球部1A内。

除了上述的透明容器16A以及光源7的位置关系，其以外的结构与图11相同，因此不重复详细的说明。

另外，关于按照本第一变形例的量子效率测量装置SYS3A的运算处理部中的控制结构以及表示使用了按照本第一变形例的量子效率测量装置SYS3A的量子效率测量所涉及的处理过程的流程图，分别与图12以及图6相同，因此不重复详细的说明。

根据本第一变形例，能够使光源与试样之间的距离变得更短，因此能够对试样照射更强的激发光。因此，能够使从试样产生的荧光的强度变得更强，因此能够以更高精确度测量量子效率。

[实施方式三的第二变形例]

在上述的实施方式三中例示了封装有试样的透明容器的整体被容纳在半球部内的结构。然而，如果能够对透明容器(试样)照射激发光，则也可以不将封装有试样的透明容器的整体容纳在半球部内。下面，参照图14说明按照本实施方式的第二变形例的量子效率测量装置SYS3B。

图14所示的量子效率测量装置SYS3B相当于如下结构：在图11所示的按照第三实施方式的量子效率测量装置SYS3中，实质上对安装到试样窗9的透明容器的形状进行了变更。此外，如图14所示，在量子效率测量装置SYS3B中，最好将试样窗9配置为位于重力下侧的位置。

更具体地说，在量子效率测量装置SYS3B的试样窗9上安装封装了液体状的试样OBJ2的透明容器16B以及密封部件15A。透明容器16B基本上是其整体由具有透光性的材料构成的筒状容器。通过将该透明容器16B安装到试样窗9上而将该透明容器16B配置在光源7的光轴Ax3上。即，沿着光轴Ax3对被封装在透明容器16B中的试样OBJ2照射激发光L1。此时，在除了透明容器16B的激发光L1入射的面以外的其它表面上安装筒状的密封部件15A。该密封部件15A防止透过透明容器16B以及其中的试样OBJ2之后的激发光L1从半球部1A漏出。因此，在密封部件15A的内周面上设置有与半球部1的光漫反射层1a相同程度的光漫反射层。

除了上述的透明容器16B以及密封部件15A的结构，其以外的结构与图11相同，因此不重复详细的说明。

另外，关于按照本第一变形例的量子效率测量装置SYS3A的运算处理部中的控制结构以及表示使用了按照本第一变形例的量子效率测量装置SYS3A的量子效率测量所涉及的处理过程的流程图，分别与图12以及图6相同，因此不重复详细的说明。

根据本第二变形例，不需要将试样以及标准体容纳在半球积分器内，因此，能够以更短时间安装试样以及标准体。因此能够更高效率地进行测量。

[第四实施方式]

也可以采用如图15所示的半球积分器作为如下结构：用于根据需要实现在上述的实施方式二和实施方式三以及其变形例中分别说明的量子效率测量装置的结构。

参照图15，按照本发明的实施方式四的量子效率测量装置的半球积分器包括半球部1A、被配置成堵住半球部1A的开口部的圆板状的平面镜5C。在平面镜5C上设置有能够连通半球部1A的内侧面与外侧面之间的光源窗10以及12和观测窗13。光源窗10是用于实现图9所示的按照实施方式二的量子效率测量装置SYS2的部分。光源窗12是用于实现图11、13、14所示的按照实施方式三及其变形例的量子效率测量装置SYS3、SYS3A、SYS3B的部分。

在这些光源窗10以及12和观测窗13之中，根据需要安装试样OBJ2、光源等，对不使用的窗分别安装对应的密封部件，由此能够实现上述的量子效率测量装置之中用户所期望的结构。

根据本实施方式，能够使用共用的半球积分器、以用户期望的装置结构来测量量子效率。

[其它实施方式]

还能够使用上述的量子效率测量装置来测量试样的反射率特性。

应该认为本次公开的实施方式在所有点上进行例示而不是进行限制。本发明的范围不是由上述的说明示出而是由权利要求范围示出，其包括与权利要求范围同等的意思以及在权利要求范围内的所有变更。