CN102192786A - 量子效率测量方法、量子效率测量装置和积分器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种量子效率测量方法、量子效率测量装置和积分器。该量子效率测量方法包括以下步骤：步骤(S10)，将试样配置在具有积分空间的积分器内的规定位置；步骤(S12)，向试样照射激发光，并且经由第2窗将积分空间内的光谱作为第1光谱进行测量；步骤(S20)，将激发光入射部分构成为使透过试样后的激发光不向积分空间内反射；步骤(22)，向试样照射激发光，并且经由第2窗将积分空间内的光谱作为第2光谱进行测量；步骤(S40、S42、S46)，基于第1光谱中的与激发光的波长范围相对应的成分和第2光谱中的与试样受到激发光的照射而发出的光的波长范围相对应的成分算出试样的量子效率。

Description

量子效率测量方法、量子效率测量装置和积分器

技术领域

本发明涉及用于测量量子效率的方法、装置以及适于它们的积分器。

背景技术

近年来，快速地进行荧光灯和显示器的开发。随着这样的开发，作为更准确地评价荧光灯和显示器所用的荧光体的性能的指标，量子效率引人注目。通常，量子效率是指从试样(典型地是荧光体)产生的光量子数占被试样吸收的光量子数的比例。

例如，“大久保、重田“NBS标准荧光体的量子效率的测量”、照明学会志、社团法人照明学会、1999年、第83卷、第2号P.87-93”公开了测量量子效率的典型结构。替代该典型结构，日本特开平09-292281号公报、日本特开平10-142152号公报以及日本特开平10-293063号公报等公开了用于测量量子效率的替代结构。

上述那样的用于测量量子效率的结构主要是面向固体试样或者面向被成形为固体状的试样进行量子效率的测量。即，向试样照射激发光并捕捉从该试样发出的荧光，从而来测量量子效率。

例如，EL(Electro Luminescent)发光所用的荧光体大多情况下为粉末状，在这样的情况下，使试样溶于溶剂而以溶液的状态进行测量。在这样的测量溶液的量子效率的情况下，将溶液试样封入到透光性的容器中之后，向该容器的溶液试样照射激发光而产生荧光。

不过，在这样的测量系统中，由于再激发(二次激发)所导致的测量误差成为问题，即、透过了溶液试样后的激发光在积分球的内部等反射而再次入射到溶液试样，从而产生发出比本来多的荧光这样的现象。

发明内容

本发明是为了解决这样的问题而做成的，其目的在于提供能够降低在测量量子效率时因再激发(二次激发)所导致的误差的量子效率测量方法、量子效率测量装置和适于它们的积分球。

本发明的量子效率测量方法，其包括以下步骤：将试样配置在具有积分空间的积分器内的规定位置；经由设置于积分器的第1窗向配置在规定位置的试样照射激发光，并且经由被设置在与积分器的激发光的光轴不交叉的位置的第2窗将积分空间内的光谱作为第1光谱进行测量；将激发光入射部分构成为使透过试样后的激发光不向积分空间内反射，该激发光入射部分与第1窗相对且与积分器内的激发光的光轴交叉；在激发光不向积分空间内反射的状态下，经由第1窗向配置在规定位置的试样照射激发光，并且经由第2窗将积分空间内的光谱作为第2光谱进行测量；基于第1光谱中的与激发光的波长范围相对应的成分和第2光谱中的与试样受到激发光的照射而发出的光的波长范围相对应的成分算出试样的量子效率。

优选在积分器的激发光入射部分形成有用于使激发光通过的第3窗；将激发光入射部分构成为使透过试样后的激发光不向上述积分空间内反射的步骤包括如下步骤：从利用具有与积分器的内表面实质上相同的反射特性的栓塞构件堵住第3窗的状态去除该栓塞构件。

优选本方法还包括以下步骤：将标准体配置在规定位置；经由第1窗向被配置在规定位置的标准体照射激发光，并且经由第2窗将积分空间内的光谱作为第3光谱进行测量，算出试样的量子效率的步骤包括如下步骤：将第1光谱中的与激发光的波长范围相对应的成分与第3光谱中的与激发光的波长范围相对应的成分之差作为被试样吸收的光成分算出。

本发明的量子效率测量装置，其包括：积分器，在其内部具有积分空间；光源，其用于经由被设置于积分器的第1窗而向积分空间内照射激发光；测量器，其用于经由被设置于与积分器的激发光的光轴不交叉的位置的第2窗来测量积分空间内的光谱；保持部，其用于将试样或标准体配置在积分器内的激发光的光轴上；切换机构，其用于将激发光入射部分切换成向积分空间内反射激发光的状态和不向积分空间内反射激发光的状态，激发光入射部分与第1窗相对且与积分器内的激发光的光轴交叉；运算部，其基于第1光谱和第2光谱算出试样的量子效率，第1光谱是在试样被配置在保持部且激发光入射部分处于反射激发光的状态的情况下由测量器测量得到的，第2光谱是在试样被配置在保持部且激发光入射部分处于不反射激发光的状态的情况下由测量器测量得到的。

优选切换机构包括：第3窗，其设置于积分器的激发光入射部分，用于使激发光通过；栓塞构件，其安装于第3窗，具有与积分器的内表面实质上相同的反射特性。

更优选切换机构还包括从积分器的外侧与第3窗相对应地安装于积分器的光吸收部。

优选积分器包括：半球部，在其内表面具有光扩散反射层；平面镜，其被配置成封堵半球部的开口，第1窗被设置在平面镜上的包括半球部的实质上的曲率中心的位置和包括半球部的顶点的位置中的任一位置。

优选积分器是在内表面具有光扩散反射层的球体，保持部构成为将试样和标准体配置在球体的中心部。

根据本发明的另一技术方案提供一种积分器，在其内部具有积分空间，其包括：保持部，其用于将试样或标准体配置在经由第1窗而向积分空间内照射的激发光的光轴上；光取出部，为了测量积分空间内的光谱，其用于经由被设置在与激发光的光轴不交叉的位置的第2窗对光进行引导；切换机构，其用于将激发光入射部分切换成向积分空间内反射激发光的状态和不向积分空间内反射激发光的状态，激发光入射部分与第1窗相对且与积分器内的激发光的光轴交叉。

根据本发明，能够在测量量子效率时降低因再激发(二次激发)所导致的误差。

本发明的上述内容和其他目的、特征、技术方案和优点从与附图相关联的理解的与本发明有关的如下详细的说明清楚得知。

附图说明

图1是表示本发明的量子效率测量装置的整体结构的示意图。

图2表示图1所示的量子效率测量装置中所提供的假想的积分空间。

图3A和图3B是用于说明量子效率的测量原理的图。

图4A和图4B是用于说明采用本发明的量子效率测量装置来测量试样的量子效率的程序的图。

图5是表示由图4A和图4B所示的测量程序测量的光谱的一个例子。

图6是表示本发明的第1实施方式的量子效率测量装置的整体结构的示意图。

图7A和7B表示图6所示的栓塞构件的更详细的构造。

图8是表示采用本发明的第1实施方式的量子效率测量装置来测量第1光谱的状态。

图9是表示采用本发明的第1实施方式的量子效率测量装置来测量第2光谱的状态。

图10是表示采用本发明的第1实施方式的量子效率测量装置来测量第3光谱的状态。

图11是表示采用本发明的第1实施方式的量子效率测量装置来测量量子效率的程序的流程图。

图12A和12B是用于说明采用本发明的第1实施方式的变形例的量子效率测量装置来测量试样的量子效率的程序的图。

图13是是表示本发明的第2实施方式的量子效率测量装置的整体结构的示意图。

图14是是表示本发明的第3实施方式的量子效率测量装置的整体结构的示意图。

具体实施方式

参照附图详细地说明本发明的实施方式。另外，对图中的相同和相当部分标注同一附图标记而省略其说明。

[A.概要]

在本实施方式的量子效率测量方法中，通过对向配置在积分空间内的试样照射激发光而产生的光(荧光)进行测量来测量量子效率。此时，在透过了试样后的激发光向积分空间内反射那样的状态下，对试样所吸收的激发光进行测量，在透过了试样后的激发光不向积分空间内反射那样的状态下，对从试样所产生的光(荧光)进行测量。

通过这样进行2阶段的测量处理，降低因再激发(二次激发)所导致的测量误差。

[B.相关技术]

首先，参照图1说明本发明的量子效率测量装置400。

(b1.装置结构)

图1表示采用半球型积分器40来测量样品(试样)SMP的量子效率的量子效率测量装置400。

积分器40由半球部1和圆板状的平面镜10构成，该平面镜10通过半球部1的实质上的曲率中心O，且被配置成封堵半球部1的开口部。积分器40在内部形成积分空间。所谓半球部1的曲率中心代表性地是指半球部1的内表面侧的几何中心。

半球部1在内表面(内壁)具有光扩散反射层1a。该光扩散反射层1a代表性地是涂覆或喷涂硫酸钡、PTFE(聚四氟乙烯)等光扩散材料来形成的。平面镜10具有向半球部1的内表面侧进行镜面反射(正反射)的反射层10a。平面镜10的反射层10a与半球部1的内表面相对配置，从而在半球部1上生成虚像。如上所述，平面镜10以通过半球部1的曲率中心O的方式配置，因此由平面镜10生成的虚像成为具有恒定曲率的半球状。在将半球部1的内表面定义的空间(实像)和由平面镜10生成的虚像进行组合时，能够得到与采用全球型积分器的情况实质上相同的照度分布。

即、在积分器40中，将由半球部1的内表面定义的空间(实像)和由平面镜10生成的虚像所组合而成的空间构成实质上的积分空间。

在积分器40上，在平面镜10的中心部形成有试样窗16。量子效率测量装置400包括光源装置60，该光源装置60用于经由被设置于该积分器40的试样窗16而向积分空间内照射激发光。

光源装置60包括用于产生激发光的光源。作为该光源，例如采用氙放电灯(Xe灯)、白色LED(发光二极管)等。在测量试样SMP的量子效率的情况下，作为激发光，优选采用具有与对象的试样SMP相对应的特定的单一波长的单色光(例如、具有200～400nm内的单一波长的紫外线单色光)。因此，光源装置60包括用于选择光源产生的光中的目标单色光的波段透过滤光片。

光源装置60产生的激发光由光纤62向与试样窗16相对应地配置的照射部64引导。并且，激发光从照射部64向积分空间内照射，沿着光轴Ax1传输。

在积分器40内的激发光的光轴上配置有用于配置试样SMP或标准体REF的保持部22。该保持部22是在其中心形成有空洞的筒状的壳体，能够在其中心部配置透光性的容器(盒(cell))。该盒由透光性材质构成，在其内部封入有溶液状的试样SMP或者标准体REF。

从照射部64照射的激发光透过被保持于保持部22的盒而朝向半球部1的顶点照射。利用激发光的照射来激发试样SMP中的荧光体，从该荧光体产生荧光。该产生的荧光的强度由后述的方法测量。

标准体REF典型地由用于调制溶液状的试样SMP的溶剂构成。即、封入有标准体REF的盒相当于从封入有溶液状的试样SMP的盒除去了荧光体之后而替代性地添加了溶剂而成的盒。

在积分器40中，在自平面镜10的中心离开的位置形成有观测窗18。观测窗18被设置在与积分器40内的激发光的光轴Ax1部不交叉的位置。量子效率测量装置400还包括用于经由被设置于该积分器40的观测窗18来测量积分空间内的照度(光谱)的测量器70。经由该观测窗18测量的照度相当于在采用由利用半球部1的内表面定义的空间(实像)和由平面镜生成的虚像所构成的全球型积分器的情况下在该全球型积分器的内壁面所呈现的照度。

例如，如图2所示，在将试样SMP或标准体REF配置在积分器40内时，在试样SMP或标准体REF上显现实像和虚像。例如，试样SMP受到激发光的照射而发光时，在图2所示的积分空间内，能够得到与2个试样SMP分别发光的情况同样的照度分布。

再次参照图1，在平面镜10的外侧，设置有用于经由观测窗10而将积分空间内的光的一部分向测量器70引导的光取出部26。光取出部26包括用于覆盖观测窗18的壳体26a。在壳体26a内设有与光纤26d连接的用于向测量器70引导光的光纤端部26b。在壳体26a内设置有反射部26c，该反射部26c用于将经由观测窗18入射的光的传输方向变换大约90°而后向光纤端部26b引导。

测量器70用于测量由光纤端部26b导入的光的光谱。典型地测量器70包括与衍射光栅以及与衍射光栅的衍射方向相关的线性传感器等，用于检测所入射的光的每个波长的强度。在测量荧光体的量子效率的情况下，向试样SMP照射的激发光的波长范围和从试样SMP发生的荧光的波长范围不同，因此测量器70的测量范围适合于覆盖从光源装置60照射的激发光的波长范围和试样SMP受到激发光的照射而产生的荧光的波长范围这两者。

量子效率测量装置400包括运算部80，该运算部80与测量器70连接，采用测量器70的检测结果来算出试样SMP的量子效率。运算部80典型地是具有通用的结构的计算机，通过执行预先安装的程序(命令编码)提供后述那样的量子效率的算出功能。提供这样的功能的程序被存储在CD-ROM(Compact Disc READ Only Memory)等存储介质中来分发，或者经由网络来传输。这样的算出量子效率的程序也被编入到其他程序的一部分来提供。在该情况下，也能利用提供其他程序的组件来实现处理，因此有时也不包括向算出量子效率的程序本身提供其他程序的组件。

并且，也可以将由程序提供的一部分或者全部功能安装为专用的硬件电路。例如，将运算部80所提供的全部功能组装到测量器70中。

在积分器40中，在从平面镜10的中心离开的位置形成有观测窗14。观测窗14主要是在测量前等用于观测积分器40内的状态的窗，在通常的测量时，由栓塞构件28塞住，以便干扰光不入射到积分空间内。

在量子效率测量装置400内，优选积分器40整体被收纳在暗箱8内。为了提高测量精度而优选限制干扰光向积分器40的积分空间入射的缘故。

(b2.测量原理)

接着，对采用图1所示的量子效率测量装置400来测量试样SMP的量子效率(内部量子收获率)η_内部的原理和程序进行说明。

在采用图1所示的量子效率测量装置400的量子效率测量中，以将来自光源装置60的激发光向标准体REF(只是溶剂)照射的情况下所测量的光谱(激发光光谱)为基准，评价将来自光源装置60的激发光向试样SMP(试样+溶剂)照射时所测量的光谱(试样光谱)。

图3A表示标准(溶剂)测量的状态，图3B表示试样(溶液)测量的状态。在本实施方式的量子效率测量中，如图3A所示，将来自光源装置60的激发光(光源光光谱E₀(λ)向标准体REF(仅溶液)照射时所测量的光谱作为激发光光谱E(λ)而取得。该激发光光谱E(λ)为用于算出在进行图3B所示的试样测量时被试样SMP吸收的光能(激发能)的基准值。即，激发光光谱E(λ)相当于从光源装置60照射的光能中的除了被溶剂和容器(盒)所吸收的吸收部分之外的光能。

并且，如图3B所示，将来自光源装置60的激发光(光源光光谱E₀(λ)向试样SMP照射时所测量透过光的光谱作为透过光光谱R(λ)而取得。此时，试样SMP中的荧光物质被激发光激发而产生荧光(荧光光谱P(λ))。因此，激发光透过标准体REF(仅溶剂)时所测量的激发光光谱E(λ)与激发光透过试样SMP时所测量的透过光光谱R(λ)之差相当于荧光发生时所使用的光能(吸收光能Ab)。

能够从产生的荧光的荧光光谱P(λ)测量荧光所具有的光能，因此该荧光所具有的光能与荧光产生时所使用的光能之间的比率成为量子效率(内部量子收获率)η_内部。并且，透过光光谱R(λ)相对于激发光光谱E(λ)的比率成为对于试样SMP的激发光的透过率。

例如，光源装置60所产生的激发光的波长范围设为λ₁～λ₂，试样SMP所产生的荧光的波长范围设为λ₃～λ₄时，量子效率(内部量子收获率)η_内部能够由以下所示那样的式(1)表示。

另外，在(1)式的分母和分子中，光谱乘以波长λ是为了将光谱(光强度)变换为光量子数的缘故。

参照图4A和图4B来说明用于采用量子效率测量装置400来测量试样SMP的量子效率的程序。图4A表示标准(溶液)测量的状态，图4B表示试样(溶液)测量的状态。

如图4A所示，将标准体REF配置在保持部22上之后，从光源装置60(图1)照射激发光，从而来测量积分空间内的光谱(激发光光谱E(λ))。

另外，如图4B所示，将试样SMP配置在保持部22上之后，从光源装置60(图1)照射激发光，从而来测量积分空间内的光谱(透过光光谱R(λ)和荧光光谱P(λ))。另外，在量子效率测量装置400中，采用具有能够覆盖激发光和荧光的波长范围这两者的检测范围的测量器70，因此在图4B所示的状态中，能够同时测量透过光光谱R(λ))和荧光光谱P(λ)。另外，在测量荧光体的量子效率的情况下，采用紫外线作为激发光，产生的荧光是可见光线，因此容易将两者在波长轴上分离。

即、如果分别进行图4A和图4B所示的测量，理想地测量了图5所示那样的光谱。另外，也能够以任一顺序执行图4A和图4B所示的测量。

(b3.再激发)

接着，对在上述那样量子效率的测量方法中所产生的再激发进行说明。

再次参照图4B，在向试样SMP照射激发光的情况下，能够得到如下两种荧光：通过将来自光源装置60的激发光直接入射到试样SMP而产生的荧光(由一次激发光L1产生的荧光)；透过试样SMP的激发光在半球部1的内壁面等反射而再次入射到试样SMP所产生的荧光(由二次激发光L2产生的荧光)。这样由二次激发光L2所导致的荧光的产生也被称为“再激发现象”或者“二次激发现象”。

结果，在积分器40内部的积分空间中显现这些荧光的合计照度。即如图5所示，为了算出量子效率，应该测量由一次激发光L1产生的荧光的荧光光谱P(λ)，但现实是，测量到的是大了由二次激发光L2产生的荧光那样的量的荧光光谱P’(λ)。结果，就算出了数值比本来应该算出的值大的量子效率。

在以下所述的本发明的实施方式的量子效率测量装置中，以降低这样的再激发(二次激发)所导致的测量误差为一个目的。

[C.第1实施方式]

(c1.装置结构)

参照图6说明本发明的第1实施方式的量子效率测量装置100。图6所示的量子效率测量装置100采用半球型积分器50A形成用于测量试样SMP的量子效率的积分空间。

在积分器50A中，在半球部1的顶点部形成激发光通过窗12。激发光通过窗12与试样窗16相对并位于积分器50内的激发光的光轴Ax1交叉的激发光入射的部分。即，若激发光通过窗12处于开放状态，自光源装置60照射的激发光中的透过试样SMP后的成分(二次激发光)被排出到积分器50A的外部。

在激发光通过窗12上安装有具有与处于半球部1的内表面的光扩散反射层1a实质上相同的反射特性的栓塞构件30。若栓塞构件30安装于激发光通过窗12，使激发光通过窗12处于堵住状态，则自光源装置60照射的激发光中的透过试样SMP后的成分(二次激发光)扩散反射到积分器50A的内部。

即、激发光通过窗12和栓塞构件30起到切换机构的作用，该切换机构用于切换向积分空间内反射激发光(二次激发光)的状态和不向积分空间内反射激发光(二次激发光)的状态。

参照图7A和7B来说明图6所示的栓塞构件30的详细构造的一个例子。图7A所示的栓塞构件30由基材32和具有与激发光通过窗12大致相同的半径的反射部31构成。在反射部31的靠积分空间侧的表面形成有反射层，该反射层由与半球部1的光扩散反射层1a相同的扩散材料(例如PTFE烧结体和硫酸钡等)构成。因此，栓塞构件30安装在激发光通过窗12上时，积分器50A所提供的积分空间与图1所示的量子效率测量装置400的积分器40所提供的积分空间实质上相同。

作为将栓塞构件30安装在激发光通过窗12上的方法的一个例子，图7A表示采用了设置在激发光通过窗12的周围的磁铁34的结构。即，栓塞构件30的基材32由金属构成，利用该基材32和磁铁34之间的磁力将栓塞构件30接合于半球部1。

作为替代结构，也可以通过将半球部1和栓塞构件30之间用螺纹固定来堵住激发光通过窗12。具体而言，如图7B所示，在栓塞构件30的反射部31的外周部分形成有螺纹槽36，并且，在激发光通过窗12的内周侧形成有用于与螺纹槽36螺纹连接的螺纹槽38。由此，能够将栓塞构件30安装在激发光通过窗12上。

从提高积分器50A的积分效率的观点出发，优选激发光通过窗12的开口面积尽可能的小。作为一个例子，采用IES(Illuminating Engineering Society of North America)的规定为LM-79-08的“Electrical and Photometric Measurements of Solid-State Lighting Products”的基准，推荐积分器内部的反射层的面积为90％～98％。例如，为了将积分器内部的反射层的面积维持在90％～98％，在将半球部1的曲率半径设为R、将激发光通过窗12的半径设为r时，需要满足式(2)那样的关系式。另外，在半球型积分器40上也显现激发光通过窗12的虚像，因此在式(2)中激发光通过窗12的开口面积为两倍。

2×πr²/4πR²≤0.02 ...(2)

r/R≤0.2

即、优选激发光通过窗12的半径r为半球部1的曲率半径R的20％以下。

例如，考虑到从照射部64射出的激发光具有7mm×7mm的方型的截面的情况。此时，半球部1的曲率半径约为7cm(直径φ5.5英寸)时，激发光通过窗12的半径r为14mm(直径φ28mm)。即，激发光通过窗12的最大容许尺寸比具有7mm×7mm的截面的激发光充分大。并且，半球部1的曲率半径约为4.2cm(直径φ3.1英寸)时，激发光通过窗12的半径r为8.4mm(直径φ16.8mm)。在这种情况下，激发光通过窗12的最大容许尺寸比激发光的截面积充分大。

因而，即使设置上述那样的激发光通过窗12，在实用上也能够忽略对测量精度的影响。

另外，也可以在照射部64设置用于将激发光变换成平行光的光学系统。通过采用这样的光学系统，能够防止透过试样SMP和标准体REF的激发光的光束直径扩大。

图6所示的本发明的第1实施方式的量子效率测量装置100除了在半球部1的顶点部形成有激发光通过窗12这点之外，与图1所示的量子效率测量装置400相同，因此，对其他部分省略详细的说明。

(c2.测量原理)

接着，对采用图6所示的量子效率测量装置100来测量试样SMP的量子效率(内部量子收获率)η_内部的原理及程序进行说明。

在图6所示的量子效率测量装置100的量子效率测量中，采用了在以下的3个状态下所测量的第1～第3光谱。

(1)第1光谱E⁽¹⁾(λ)：将试样SMP配置在保持部22上且激发光通过窗12处于反射二次激发光的状态的情况(安装有栓塞构件30的状态)。

(2)第2光谱E⁽²⁾(λ)：将试样SMP配置在保持部22上且激发光通过窗12处于不反射二次激发光的状态的情况(取下栓塞构件30的状态)。

(3)第3光谱E⁽³⁾(λ)：将标准体REF配置在保持部22上且激发光通过窗12处于反射二次激发光的状态的情况(安装有栓塞构件30的状态)。

采用上述那样测量的第1光谱E⁽¹⁾(λ)～第3光谱E⁽³⁾(λ)分别算出透过光光谱R(λ)、荧光光谱P(λ)、激发光光谱E(λ)。

图8表示采用量子效率测量装置100来测量第1光谱E⁽¹⁾(λ)的状态，图9表示采用量子效率测量装置100来测量第2光谱E⁽²⁾(λ)的状态，图10表示采用量子效率测量装置100来测量第3光谱E⁽³⁾(λ)的状态.

如图8所示，第1光谱E⁽¹⁾(λ)是在将试样SMP配置在保持部22上且栓塞构件30安装在激发光通过窗12上来反射二次激发光的状态下测量的。该测量的第1光谱E⁽¹⁾(λ)中的激发光的波长范围(λ₁～λ₂)的部分作为图5所示的透过光光谱R(λ)而算出。

如图9所示，第2光谱E⁽²⁾(λ)是在将试样SMP配置在保持部22上且栓塞构件30被从激发光通过窗12取下而不反射二次激发光的状态下测量的。该测量的第2光谱E⁽²⁾(λ)中的荧光的波长范围(λ₃～λ₄)的部分作为图5所示的荧光光谱P(λ)而算出。

如图10所示，第3光谱E⁽³⁾(λ)是在将标准体REF配置在保持部22上且栓塞构件30安装在激发光通过窗12上来反射二次激发光的状态下测量的。该测量的第3光谱E⁽³⁾(λ)中的激发光的波长范围(λ₁～λ₂)的部分作为图5所示的激发光光谱E(λ)而算出。

然后，运算部80采用按照上述程序算出的透过光光谱R(λ)、荧光光谱P(λ)、激发光光谱E(λ)来算出试样SMP的量子效率(内部量子收获率)η_内部。

即、在本发明的第1实施方式中，如图8所示，以与本发明的量子效率测量装置400(参照图4B)同样的方法测量透过光光谱R(λ)，另一方面，如图9所示，在试样SMP不产生再激发(二次激发)的状态下测量荧光光谱P(λ)。透过以这样的2阶段测量光谱，能够降低因在激发(二次激发)所导致的误差。

另外，如图8和图10所示，在激发光在积分器内反复反射的状态下测量光谱，因此，优选预先进行能量校正。在该能量校正中，将已知的光向积分器照射而以此时所测量的光谱为基准，对所测量的光谱校正光谱能量。由此，能够准确地测量被试样SMP吸收的光能(激发能量)。

(c3.测量程序)

参照图11，用户准备量子效率测量装置100并且准备被封入有作为测量对象的试样SMP和标准体REF的盒(步骤S2)。然后，测量上述第1光谱E⁽¹⁾(λ)～第3光谱E⁽³⁾(λ)。另外，各光谱的测量顺序没有特别限定，最终只要在算出量子效率时测量3个光谱即可。图11表示以第1光谱、第2光谱、第3光谱这样的顺序测量的例子。

在步骤S10中，用户将试样SMP配置在积分器50A的保持部22上。即、用户将试样SMP配置在积分器50A的积分空间内的规定位置。此时，积分器50A的观测窗14被栓塞构件28堵住。

在下一步骤S12中，用户对试样SMP进行光谱的测量。即、经由积分器50A的试样窗16将来自光源装置60的激发光向试样SMP照射，并且，由测量器70经由积分器50A的观测窗18测量积分空间内的光谱。由该测量器70测量的光谱为第1光谱E⁽¹⁾(λ)。

在下一步骤S14中，运算部80存储由测量器70所测量的第1光谱E⁽¹⁾(λ)的数据。

在步骤S20中，用户维持被配置在积分器50A的保持部22上的试样SMP的状态下，将积分器50A内的激发光的光轴Ax1交叉的激发光入射部分(激发光通过窗12)构成为使得透过了试样SMP后的激发光(二次)不向积分空间内反射。即、用户将用于使二次激发光通过的激发光通过窗12从被栓塞构件30堵住的状态改变成取下栓塞构件30的状态。

在下一步骤S22中，用户对试样SMP进行光谱的测量。即、经由积分器50A的试样窗16将来自光源装置60的激发光向试样SMP照射，并且，由测量器70经由积分器50A的观测窗18测量积分空间内的光谱。由该测量器70测量的光谱为第2光谱E⁽²⁾(λ)。

在下一步骤S24中，运算部80存储由测量器70所测量的第2光谱E⁽²⁾(λ)的数据。

在步骤S30中，用户将标准体REF配置在积分器50A的保持部22。即、用户将标准体REF配置在积分器50A的积分空间的规定位置。

在下一步骤S32中，用户将积分器50A内的激发光的光轴Ax1交叉的激发光入射部分(激发光通过窗12)构成为透过了标准体REF后的激发光(二次)向积分空间内反射。即、用户将用于使二次激发光通过的激发光通过窗12从开放状态改变为被栓塞构件30堵住的状态。

在下一步骤S34中，用户对标准体REF进行光谱的测量。即、经由积分器50A的试样窗16将来自光源装置60的激发光向标准体REF照射，并且，由测量器70经由积分器50A的观测窗18测量积分空间内的光谱。由该测量器70测量的光谱为第3光谱E⁽³⁾(λ)。

在下一步骤S36中，运算部80存储由测量器70所测量的第3光谱E⁽³⁾(λ)的数据。

通过以上的处理来测量第1光谱E⁽¹⁾(λ)～第3光谱E⁽³⁾(λ)时，由运算部80执行量子效率的算出处理。

在步骤S40中，运算部80将第1光谱E⁽¹⁾(λ)中的与激发光的波长范围相对应的成分作为透过光光谱R(λ)而算出。在下一步骤S42中，运算部80将第2光谱E⁽²⁾(λ)中的与荧光的波长范围相对应的成分作为荧光光谱P(λ)而算出。在下一步骤S44中，运算部80将第3光谱E⁽³⁾(λ)中的与激发光的波长范围相对应的成分作为激发光光谱E(λ)而算出。

在步骤S46中，运算部80采用在步骤S40～S44中算出的透过光光谱R(λ)、荧光光谱P(λ)、激发光光谱E(λ)并根据上述(1)式算出试样SMP的量子效率(内部量子收获率)η_内部。此时，运算部80将第1光谱E⁽¹⁾(λ)中的与激发光相对应的透过光光谱R(λ)与第3光谱E⁽³⁾(λ)中的与激发光相对应的激发光光谱E(λ)之差作为被试样SMP吸收的光成分而算出。

在步骤S48中，运算部80输出所算出的量子效率(内部量子收获率)η_内部的值。另外，作为输出状态，可考虑与运算部80连接的显示器上显示该值的形态、将该值传送到与运算部80连接的上一级计算机等的形态、从与运算部80连接的打印机等打印该值的形态。

如上所述，能够以任意的顺序进行第1光谱E⁽¹⁾(λ)～第3光谱E⁽³⁾(λ)的测量。即、也能以图11所示的步骤S10～S14、步骤S20～S24、以及步骤S30～S36的处理单位调换顺序来进行。并且，在连续地测量多个试样SMP的情况下，也可以只进行一次步骤S30～S36所示的激发光光谱E(λ)的算出处理，对于多个试样SMP，共同地利用该算出的激发光光谱E(λ)。

(c4.变形例)

在上述第1实施方式中，例示了在测量第2光谱E⁽²⁾(λ)时取下了栓塞构件30的情况，但也可以安装吸收激发光那样的构件，以便使干扰光不入射到积分空间内。

参照图12A和12B来说明采用本发明的第1实施方式的变形例的量子效率测量装置来测量试样SMP的量子效率的程序。特别是，图12A表示第1光谱E⁽¹⁾(λ)和第3光谱E⁽³⁾(λ)的测量状态，图12B表示第2光谱E⁽²⁾(λ)的测量状态。

即、图12A所示的第1光谱E⁽¹⁾(λ)和第3光谱E⁽³⁾(λ)的测量状态与上述图8和图10相同，但在图12B所示的第2光谱E⁽²⁾(λ)的测量状态中，从积分器50A的外侧与激发光通过窗12相对应地安装有光吸收部90。

光吸收部90典型地是被称为光阱的光学零件，对二次激发光进行吸收，以便使通过了激发光通过窗12的二次激发光不向积分空间内反射。同时，光吸收部90起到防止干扰光经由激发光通过窗12向积分空间内反射的作用。

或者，也可以将选择性地吸收激发光的波长范围的光那样的光学器件安装于激发光通过窗12。在该情况下，只二次激发光被吸收，从试样SMP产生的荧光被激发光通过窗12的部分反射。

[D.第2实施方式]

参照图13对本发明的第2实施方式的量子效率测量装置200的整体结构进行说明，图13所示的量子效率测量装置200相当于在图6所示的量子效率测量装置100的积分器50A中调换激发光通过窗12和试样窗16之间的位置关系后的装置。

即、在积分器50中，在平面镜10的中心部形成有用于使二次激发光通过的激发光通过窗13，在半球部1的顶点部形成有用于将激发光向积分空间内照射的试样窗17。激发光通过窗13与试样窗17相对且位于积分器50B内的激发光的光轴Ax2交叉的激发光入射的部分。若激发光通过窗13处于开放状态，从光源装置60照射的激发光中的透过试样SMP后的成分(二次激发光)沿着光轴Ax2传输后，被排出到积分器50B的外部。

图13所示的本发明的第2实施方式的量子效率测量装置200除了上述点之外，与图6所示的本发明的量子效率测量装置100相同，因此对其他部分省略说明。另外，对于量子效率的测量程序等也与上述第1实施方式相同，因此省略详细的说明。

[E.第3实施方式]

在上述第1和第2实施方式中例示了采用半球型积分器的结构，但也能够采用全球型积分器来同样地进行测量。

参照图14来说明本发明的第3实施方式的量子效率测量装置300的整体结构。图14所示的量子效率测量装置300采用全球型积分器50C形成用于测量试样SMP的量子效率的积分空间。

积分器50C包括全球部2a，该全球部2a在其内表面(内壁)具有光扩散反射层2a。该光扩散反射层2a代表性地是通过涂覆或喷涂硫酸钡、PTFE等光扩散材料而形成的。

在积分器50C中，在通过其内表面侧的实质上的曲率中心的光轴Ax3上，照射窗56与激发光通过窗58相对地形成，该照射窗56用于将来自光源装置60的激发光向积分空间内照射，该激发光通过窗58用于将透过试样SMP后的二次激发光向积分器50C的外部排出。在激发光通过窗58上安装有栓塞构件30，栓塞构件30具有与处于全球部2的内表面的光扩散反射层2a实质上相同的反射特性。若栓塞构件30被安装在激发光通过窗58而激发光通过窗58被堵住的状态下，自光源装置60照射的激发光中的透过了试样SMP后的成分(二次激发光)向积分器50C的内部扩散反射。

即、激发光通过窗58和栓塞构件30起到切换机构的作用，该切换机构用于切换向积分空间内反射激发光(二次激发光)的状态和不向积分空间内反射激发光(二次激发光)的状态。

在积分器50C的内部设置有用于将试样SMP或标准体REF配置在积分器内的激发光的光轴Ax3上的保持部51，封入有溶液状的试样SMP或标准体REF的盒52由保持部5悬吊于积分空间内。即、保持部51构成为将试样SMP和标准体REF配置在作为球体的积分器50C的中心部。

在积分器50C内，在与激发光的光轴Ax3不交叉的位置形成有观测窗54。经由该观测窗54来测量积分空间内的照度(光谱)。即、通过对试样SMP照射激发光而产生的荧光被积分器50C的内表面多重反射并被积分(均匀化)。该光的一部分经由观测窗54而从光取出部26向测量器70引导。另外，在保持部51和观测窗54之间设有挡板53，以便试样SMP所产生的荧光不直接入射到观测窗54。

与上述的量子效率测量装置100和200相同，在采用量子效率测量装置300的量子效率测量中，也采用了在以下的3个状态下分别测量的第1～第3光谱。

(1)第1光谱E⁽¹⁾(λ)：将封入有试样SMP的盒52配置在保持部51上且激发光通过窗58处于反射二次激发光的状态的情况(安装有栓塞构件30的状态)。

(2)第2光谱E⁽²⁾(λ)：将封入有试样SMP的盒52配置在保持部51上且激发光通过窗58处于不反射二次激发光的状态的情况(取下栓塞构件30的状态)。

(3)第3光谱E⁽³⁾(λ)：将封入有标准体REF的盒52配置在保持部51上且激发光通过窗58处于反射二次激发光的状态的情况(安装有栓塞构件30的状态)。

采用上述那样测量的第1光谱E⁽¹⁾(λ)～第3光谱E⁽³⁾(λ)分别算出透过光光谱R(λ)、荧光光谱P(λ)、激发光光谱E(λ)。然后，采用这些被算出的光谱来算出试样SMP的量子效率。

具体的量子效率的测量程序与上述第1实施方式相同，因此省略详细的说明。

[F.结论]

在本实施方式的量子效率测量方法中，在透过了试样SMP后的二次激发光向积分空间内反射的状态下，测量被试样SMP吸收的激发光(透过光光谱)，并且在透过试样SMP后的二次激发光不向积分空间内反射的状态下，测量自试样SMP产生的荧光光谱。这样测量的荧光光谱不受激发光(二次激发)的影响。因而，能够降低因再激发(二次激发)引起的所测量的量子效率的误差。

在本实施方式的量子效率测量装置中，仅通过将栓塞构件安装在被设置于积分器的激发光通过窗，或者取下栓塞构件，就能够简单地切换向积分空间内反射已透过了试样SMP后的二次激发光的状态和不向积分空间内反射已透过了试样SMP后的二次激发光的状态。由此，能够缩短对试样SMP的量子效率进行测量所需的时间。

详细地说明并表示了本发明，但这只是例示，应该理解为不是限定，本发明的保护范围由所附的权利要求解释是显而易见的。

Claims (9)

1.一种量子效率测量方法，其包括以下步骤：

将试样配置在具有积分空间的积分器内的规定位置；

经由设置于上述积分器的第1窗向配置在上述规定位置的上述试样照射激发光，并且经由被设置在上述积分器的与上述激发光的光轴不交叉的位置的第2窗将上述积分空间内的光谱作为第1光谱进行测量；

将激发光入射部分构成为使透过上述试样后的激发光不向上述积分空间内反射，该激发光入射部分与上述第1窗相对且与上述积分器内的上述激发光的光轴交叉；

在激发光不向上述积分空间内反射的状态下，经由上述第1窗向配置在上述规定位置的上述试样照射上述激发光，并且经由上述第2窗将上述积分空间内的光谱作为第2光谱进行测量；

基于上述第1光谱中的与上述激发光的波长范围相对应的成分和上述第2光谱中的与上述试样受到上述激发光的照射而发出的光的波长范围相对应的成分算出上述试样的量子效率。

2.根据权利要求1所述的量子效率测量方法，其中，

在上述积分器的上述激发光入射部分形成有用于供上述激发光通过的第3窗；

上述将激发光入射部分构成为使透过上述试样后的激发光不向上述积分空间内反射的步骤包括如下步骤：从利用具有与上述积分器的内表面实质上相同的反射特性的栓塞构件堵住上述第3窗的状态去除该栓塞构件。

3.根据权利要求1或2所述的量子效率测量方法，其中，

该量子效率测量方法还包括以下步骤：

将标准体配置在上述规定位置；

经由上述第1窗向被配置在上述规定位置的上述标准体照射上述激发光，并且经由上述第2窗将上述积分空间内的光谱作为第3光谱进行测量，

算出上述试样的量子效率的步骤包括如下步骤：将上述第1光谱中的与上述激发光的波长范围相对应的成分与上述第3光谱中的与上述激发光的波长范围相对应的成分之差作为被上述试样吸收的光成分算出。

4.一种量子效率测量装置，其包括：

积分器，在其内部具有积分空间；

光源，其用于经由被设置于上述积分器的第1窗而向上述积分空间内照射激发光；

测量器，其用于经由被设置在上述积分器的与上述激发光的光轴不交叉的位置的第2窗来测量上述积分空间内的光谱；

保持部，其用于将试样或标准体配置在上述积分器内的上述激发光的光轴上；

切换机构，其用于将激发光入射部分切换成向上述积分空间内反射上述激发光的状态和不向上述积分空间内反射上述激发光的状态，上述激发光入射部分与上述第1窗相对并且与上述积分器内的上述激发光的光轴交叉；

运算部，其基于第1光谱和第2光谱算出上述试样的量子效率，上述第1光谱是在上述试样被配置在上述保持部且上述激发光入射部分处于反射上述激发光的状态的情况下由上述测量器测量得到的，上述第2光谱是在上述试样被配置在上述保持部且上述激发光入射部分处于不反射上述激发光的状态的情况下由上述测量器测量得到的。

5.根据权利要求4所述的量子效率测量装置，其中，

上述切换机构包括：

第3窗，其设置于上述积分器的上述激发光入射部分，用于使上述激发光通过，

栓塞构件，其安装于上述第3窗，具有与上述积分器的内表面实质上相同的反射特性。

6.根据权利要求5所述的量子效率测量装置，其中，

上述切换机构还包括从上述积分器的外侧与上述第3窗相对应地安装于上述积分器的光吸收部。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的量子效率测量装置，其中，

上述积分器包括：

半球部，在其内表面具有光扩散反射层；

平面镜，其被配置成封堵上述半球部的开口，

上述第1窗被设置在上述平面镜上的包括上述半球部的实质上的曲率中心的位置和包括上述半球部的顶点的位置中的任一位置。

8.根据权利要求4～6中任一项所述的量子效率测量装置，其中，

上述积分器是在内表面具有光扩散反射层的球体，

上述保持部构成为将上述试样和上述标准体配置在上述球体的中心部。

9.一种积分器，在其内部具有积分空间，其包括：

保持部，其用于将试样或标准体配置在经由第1窗而向上述积分空间内照射的激发光的光轴上；

光取出部，为了测量上述积分空间内的光谱，其用于经由被设置在与上述激发光的光轴不交叉的位置的第2窗对光进行引导；

切换机构，其用于将激发光入射部分切换成向上述积分空间内反射上述激发光的状态和不向上述积分空间内反射上述激发光的状态，上述激发光入射部分与上述第1窗相对且与上述积分器内的上述激发光的光轴交叉。

Images