CN109341857A - 分光测定装置及分光测定方法 - Google Patents
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Abstract
分光测定装置(1)具备光源(10)、积分器(20)、第1分光检测器(41)、第2分光检测器(42)及解析部(50)。积分器(20)包含：内部空间(21)，其配置有测定对象物；光输入部(22)，其将光输入到内部空间(21)；光输出部(23)，其将光自内部空间(21)输出；及试样安装部(24)，其安装测定对象物。第1分光检测器(41)接收自积分器(20)输出的光，对该光中的第1波段的光进行分光而取得第1光谱数据。第2分光检测器(42)接收自积分器(20)输出的光，对该光中的第2波段的光进行分光而取得第2光谱数据。第1波段与第2波段包含一部分重叠的波段。由此，实现了可分光测定更宽的波段的被测定光的分光测定装置及分光测定方法。
Description
本申请是申请日为2015年11月19日、申请号为201580065427.2、发明名称为分光 测定装置及分光测定方法的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的一个方面涉及分光测定装置及分光测定方法。
背景技术
已知有使用积分器及分光检测器来测定测定对象物的发光效率等的分光测定技术。积分器包含：内部空间，其配置有测定对象物；光输入部，其将自光源输出的光输入到内部空间；及光输出部，其将被测定光自内部空间输出至外部。积分器的内部空间是例如球形状，并通过反射率高且扩散性优良的内壁面覆盖。或者，积分器的内部空间是例如半球形状，在该情况下，半球部的内壁为反射率高且扩散性优良的壁面，平面部为反射率高的平坦的镜(参照专利文献1)。
积分器可将自光源输出的激发光自光输入部输入到内部空间，且使该激发光在内部空间内多重扩散反射。另外，积分器也可使通过对配置于内部空间的测定对象物照射激发光而发生的发生光(例如荧光等)在内部空间内多重扩散反射。然后，积分器将被测定光自内部空间经光输出部输出至外部。被测定光是激发光及/或发生光。
分光检测器将自积分器输出至外部的被测定光进行分光而取得光谱数据。分光检测器通过光栅或棱镜等分光元件将被测定光分光成各波长成分，并通过光传感器检测该分光的各波长的光的强度。该光传感器是多个受光部被1维排列后的光传感器，并可通过利用与各波长对应的受光部检测该波长成分的光的强度，而取得被检测光的光谱数据。然后，可通过解析该光谱数据，而可不依赖于测定对象物的发光的角度特性等而测定测定对象物的发光效率等。
作为使用积分器的分光测定技术的测定对象物，可列举有机EL(电致发光)材料或荧光材料等。另外，测定对象物的形态是溶液、薄膜及粉末等任意。这样的测定对象物其发光量子产率(内部量子效率)的评价是重要的。发光量子产率是在测定对象物所产生的发生光的光子数相对于由测定对象物所吸收的激发光的光子数的比。使用积分器的分光测定技术适合使用于评价测定对象物的发光量子产率时。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-196735号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
作为使用积分器的分光测定装置，可分光测定波段200～950nm、波段350～1100nm或波段900～1650nm的被测定光的装置已商品化。
但是，某测定对象物在400～600nm的短波段具有激发光波长，在1100nm以上的长波段具有荧光波长。由于现有的分光测定装置无法同时分光测定400～600nm的波段及1100nm以上的波段，因而无法分光测定更宽的波段的被测定光，从而无法测定这样的测定对象物的发光效率等。
在专利文献1的段落0037中记载有“测定器70的测定范围适合为覆盖自光源装置60照射的激发光的波长范围及接收激发光而在试样SMP发生的荧光的波长范围这两者”。但是，在专利文献1中，并未记载针对包含激发光及荧光这两者的被测定光的光带较宽的情况下如何取得该被测定光的光谱数据。
本发明的一个方面是为了解决上述问题而完成的发明，其目的在于，提供可分光测定更宽的波段的被测定光的分光测定装置及分光测定方法。
解决问题的技术手段
本发明的一个方面的分光测定装置具备(1)积分器，其具有配置有测定对象物的内部空间、将光自外部输入到内部空间的光输入部、将光自内部空间输出至外部的光输出部；(2)第1分光检测器，其对自光输出部输出的光中的第1波段的光进行分光，而取得经第1曝光时间的第1光谱数据；(3)第2分光检测器，其对自光输出部输出的光中的与第1波段一部分重叠的第2波段的光进行分光，而取得经第2曝光时间的第2光谱数据；及(4)解析部，其基于第1曝光时间及第2曝光时间而解析第1光谱数据及第2光谱数据。
本发明的一个方面的分光测定方法是(1)使用具有配置有测定对象物的内部空间、自外部将光输入到内部空间的光输入部、及自内部空间将光输出至外部的光输出部的积分器，而进行分光测定的方法，(2)使光自积分器的光输入部输入到内部空间，(3)通过第1分光检测器，对自光输出部输出的光中的第1波段的光进行分光，并取得经第1曝光时间的第1光谱数据，(4)通过第2分光检测器，对自光输出部输出的光中的与第1波段一部分重叠的第2波段的光进行分光，并取得经第2曝光时间的第2光谱数据，(5)通过解析部，基于第1曝光时间及第2曝光时间而解析第1光谱数据及第2光谱数据。
发明的效果
根据本发明的一个方面，可分光测定更宽的波段的被测定光。例如，可评价在可见光区域具有激发光波长且在波长1100nm以上的近红外线区域具有荧光波长的测定对象物的发光效率。
附图说明
图1是表示分光测定装置1的结构的图。
图2是表示包含激发光波长530nm的第1波段的第1光谱的例子的图。
图3是表示包含荧光波长1270nm的第2波段的第2光谱的例子的图。
图4是说明求出全波段的光谱的顺序的流程图。
图5是表示在步骤S12、S13中获得的第1光谱及第2光谱的例子的图。
图6是说明评价测定对象物的发光量子产率的顺序的流程图。
图7是表示分光测定装置2的结构的图。
图8是表示分光测定装置3的结构的图。
图9是表示分光测定装置1A的结构的图。
图10是表示安装于积分器20的滤波器安装部25的滤波器部的透过光谱的例子的图。
图11是表示安装于积分器20的滤波器安装部25的滤波器套组60的例子的图。
图12是表示分光测定装置1B的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行详细的说明。另外，在附图的说明中对相同要件附加相同符号，并省略重复的说明。本发明并非限定于这些例示，意图包含权利要求的范围所示且与权利要求的范围均等的意义及范围内的所有的变更。
图1是表示分光测定装置1的结构的图。分光测定装置1具备：光源10、输入用光导11、积分器20、第1输出用光导31、第2输出用光导32、第1分光检测器41、第2分光检测器42、解析部50、显示部51及输入部52。
光源10输出应输入到积分器20的内部空间21的光。光源10所输出的光是具有已知的光谱且用于进行装置整体的灵敏度校正的标准光、用于修正分别通过第1分光检测器41及第2分光检测器42取得的光谱数据的参照光、及应照射于配置于积分器20的内部空间21的测定对象物的激发光等。光源10输出的光的波长也可是可变的，优选为例如可在250nm～1600nm的波长范围内设定为可变。另外，光源10也可包含ND滤波器或中继光学系统。输入用光导11将自光源10输出的光导引至积分器20的光输入部22。
积分器(光积分器)20包含：内部空间21，其光学性地配置有测定对象物；光输入部22，其将自光源10输出且通过输入用光导11导引的光(输入光)输入到内部空间21；光输出部23，其将光(输出光)自内部空间21输出至外部；及试样安装部24，其安装测定对象物。内部空间21是球形状，并被反射率高且扩散性优良的内壁面覆盖。试样安装部24在经光输入部22输入到内部空间21的光所入射的位置配置测定对象物。
积分器20可将自光源10输出的光自光输入部22输入到内部空间21，并使该光在内部空间21内多重扩散反射。另外，积分器20也可使配置于内部空间21的测定对象物所发生的发生光(例如荧光等)在内部空间21内多重扩散反射。然后，积分器20将被测定光自内部空间21经光输出部23而输出至外部。被测定光是自光源10被输入到内部空间21的光、及/或在测定对象物所发生的发生光。
在试样安装部24，安装有保持例如由激发光的输入而输出上转换光的测定对象物的试样容器。例如，测定对象物为液体的情况下，将由透过光的透明材料(例如，石英玻璃或塑料等)构成的溶液样品用单元(cell)作为试样容器安装于试样安装部24。另外，在测定对象物为粉末或薄膜等固体的情况下，将由透过光的透明材料(例如，石英玻璃或塑料等)或金属构成的固体样品用单元或固体样品用容器作为试样容器安装于试样安装部24。
另外，不限于测定对象物完全配置于积分器20的内部空间21，只要测定对象物的一部分配置于积分器20的内部空间21即可。也可使用安装于试样安装部24的光学附件，将配置于积分器20的内壁外的试样光学性地配置于积分器20的内部空间21。
第1输出用光导31将自积分器20的光输出部23输出的光导引至第1分光检测器41。第2输出用光导32将自积分器20的光输出部23输出的光导引至第2分光检测器42。也可使第1输出用光导31与第2输出用光导32在光输出部23侧捆束为一个。
第1分光检测器41接收自积分器20的光输出部23输出且通过第1输出用光导31导引的光，并对该光中的第1波段的光进行分光而取得第1光谱数据。第2分光检测器42接收自积分器20的光输出部23输出且通过第2输出用光导32导引的光，并对该光中的第2波段的光进行分光而取得第2光谱数据。第1波段与第2波段包含一部分重叠的波段(以下称作“共同波段”)，另外，第1波段的波长短于第2波段的波长。
分光检测器41、42分别通过光栅或棱镜等分光元件将输入光分光为各波长成分，并通过光传感器检测该分光的各波长的光的强度。该光传感器是多个受光部被1维排列后的光传感器，并可通过利用与各波长对应的受光部检测该波长成分的光的强度，而取得被测定光的光谱数据。第1分光检测器41的分光元件对第1波段的光进行分光，且第1分光检测器41的光传感器对第1波段的光具有灵敏度。第2分光检测器42的分光元件对第2波段的光进行分光，且第2分光检测器42的光传感器对第2波段的光具有灵敏度。
例如，第1分光检测器41的光传感器是形成于硅基板上的CCD线性影像传感器或CMOS线性影像传感器，且对于作为第1波段的波长350nm～1100nm的光具有灵敏度。另外，第2分光检测器42的光传感器是InGaAs线性影像传感器，对于作为第2波段的波长900nm～1650nm的光具有灵敏度。也可将第1分光检测器41与第2分光检测器42的灵敏度特性或波长分辨率等设为不同。
分光检测器41、42分别优选为可将测定时间(曝光时间)设为可变，优选为根据光传感器的灵敏度而适当设定曝光时间。在上述的光传感器的例子中，由于第2分光检测器42的光传感器灵敏度低于第1分光检测器41，因而，优选为设定第2分光检测器42的曝光时间长于第1分光检测器41。
解析部(分析器)50输入由第1分光检测器41取得的第1光谱数据，且输入由第2分光检测器42取得的第2光谱数据，并解析这些第1光谱数据与第2光谱数据。关于解析内容在后面叙述。解析部50包含存储所输入的第1光谱数据及第2光谱数据或解析结果等的存储部(储存器)。另外，解析部50也可控制光源10、第1分光检测器41及第2分光检测器42。解析部50是包含处理器及存储器的计算机。解析部50通过处理器而执行各种解析及控制。作为这样的计算机，例如有个人计算机或平板终端等。另外，可将解析部50与显示部51及输入部52设为一体。
显示部(显示器)51显示解析部50所输入的第1光谱数据及第2光谱数据，另外，显示解析部50的解析结果。输入部52是例如键盘或鼠标等，接收自使用分光测定装置1进行分光测定的操作者的输入指示，并将该输入信息(例如测定条件或显示条件等)提供给解析部50。
接着，对本实施方式的分光测定装置1的动作及本实施方式的分光测定方法进行说明。本实施方式的分光测定方法是使用上述的分光测定装置1进行分光测定。在本实施方式中，第1分光检测器41具有灵敏度的第1波段、与第2分光检测器42具有灵敏度的第2波段包含一部分重叠的波段(共同波段)，利用此情况而进行分光测定。
在以下说明的动作例中，使自光源10输出的激发光自积分器20的光输入部22输入到内部空间21，对配置于内部空间21内的测定对象物照射激发光并发生荧光，自积分器20的光输出部23输出被测定光(激发光及/或发生光)。然后，通过第1分光检测器41对包含被输出的激发光的第1波段的光进行分光，并取得第1光谱数据，且通过第2分光检测器42对包含被输出的荧光的第2波段的光进行分光，并取得第2光谱数据。
将激发光波长设为530nm，将第1波段设为350nm～1100nm。另外，将荧光波长设为1270nm，将第2波段设为900nm～1650nm。共同波段成为900nm～1100nm。图2是表示包含激发光波长530nm的第1波段的第1光谱的例子的图。图3是表示包含荧光波长1270nm的第2波段的第2光谱的例子的图。在这些图中的纵轴是光子数(相对值)。一般而言，因为第1分光检测器41与第2分光检测器42其灵敏度特性或波长分辨率等不同，因而仅简单地将第1光谱与第2光谱结合，无法求出全波段的光谱，也无法评价测定对象物的发光量子产率。
在本实施方式的第1动作例中，通过根据图4所示的流程的顺序而求得包含第1波段及第2波段这两者的全波段的光谱并进行显示。
在步骤S11中，通过使光谱为已知的第1波段的标准光输入到积分器20，此时通过第1分光检测器41对自积分器20输出的光进行分光而取得光谱，而进行第1分光检测器41的灵敏度校正。相同地，通过使光谱为已知的第2波段的标准光输入到积分器20，此时通过第2分光检测器42对自积分器20输出的光进行分光而取得光谱，而进行第2分光检测器42的灵敏度校正。在以后的各步骤中，可获得该灵敏度校正后的光谱。
在步骤S12中，使共同波段的参照光输入到积分器20的内部空间21，通过第1分光检测器41接收共同波段的光而取得经曝光时间TC1的第1光谱数据，且通过解析部50基于第1光谱数据求出共同波段的光子数IC1。另外，在步骤S13中，使相同的共同波段的参照光输入到积分器20的内部空间21，通过第2分光检测器42接收共同波段的光而取得经曝光时间TC2的第2光谱数据，且通过解析部50基于第2光谱数据而求出共同波段的光子数IC2。接着，解析部50将第1光谱数据的共同波段的光子数IC1与第2光谱数据的共同波段的光子数IC2的比作为修正值而存储。另外，光子数IC1及光子数IC2分别存储于解析部50，并根据需要每次计算该比的情况也与在解析部50存储修正值具有相同意义。
图5是表示在步骤S12、S13中所获得的第1光谱及第2光谱的例子的图。光子数IC1、IC2可作为遍及共同波段的光谱数据的积分值而求得。在以后求出的光子数也可相同地作为遍及规定波段的光谱数据的积分值而求得。
在步骤S14中，以在积分器20的内部空间21配置测定对象物的状态将激发光输入到积分器20，并通过第1分光检测器41接收第1波段的光，而取得经曝光时间TS1的第1光谱数据。另外，在步骤S15中，相同地以在积分器20的内部空间21配置测定对象物的状态将激发光输入到积分器20，并通过第2分光检测器42接收第2波段的光，而取得经曝光时间TS2的第2光谱数据。
在步骤S16中，通过解析部50，基于在步骤S12中获得的光子数IC1、步骤S13中获得的光子数IC2、步骤S12的曝光时间TC1、步骤S13的曝光时间TC2、步骤S14的曝光时间TS1及步骤S15的曝光时间TS2，而修正在步骤S14中获得的第1光谱数据及在步骤S15中获得的第2光谱数据的两者或任一者。由此求得包含第1波段及第2波段这两者的全波段的光谱。该全波段的光谱显示于显示部51。
在步骤S16中，在以能量基准修正的情况下，将以下述(1)式表示的修正系数(E)乘以能量基准的第2光谱数据的值与能量基准的第1光谱数据结合，而求得能量基准的全波段的光谱。(1)式的IC1/IC2是存储于解析部50的修正值。
[数1]
在步骤S16中，在以光子数基准进行修正的情况下，将以下述(2)式表示的修正系数(PN)乘以光子数基准的第2光谱数据而得的值、与光子数基准的第1光谱数据结合，而求得光子数基准的全波段的光谱。Δλ1是第1分光检测器41的波长分辨率，Δλ2是第2分光检测器42的波长分辨率。(2)式的IC1/IC2是存储于解析部50的修正值。
[数2]
另外，在步骤S16中，也可将上述修正系数的倒数乘以第1光谱数据而得的值、与第2光谱数据结合，而求得全波段的光谱。另外，也可将任意的系数k1乘以第1光谱数据而得的值、与将系数k2(＝上述修正系数×k1)乘以第2光谱数据的值结合，而求得全波段的光谱。
另外，步骤S12～S15的顺序为任意。步骤S12、S13的曝光期间也可一部分重叠。步骤S14、S15的曝光期间也可一部分重叠。
步骤S11～S13也可在分光测定装置1自工厂出货前进行，步骤S14～S16也可在工厂出货后由分光测定装置1的用户进行。由步骤S11～S13获得的结果也可使用于其后每次的测定。步骤S11～S13也可每次先于步骤S14～S16而进行。在激发光或荧光的波长包含于共同波段的情况下，也可在步骤S12、S13中测定激发光或荧光。
在本实施方式的第2动作例中，通过根据图6所示的流程的顺序，而评价测定对象物的发光量子产率。第2动作例的步骤S21～S23与上述的第1动作例的步骤S11～S13相同。
在步骤S24、S25中，在未在积分器20的内部空间21配置测定对象物的状态下进行参考测定。在步骤S26、S27中，在积分器20的内部空间21配置测定对象物的状态下进行样品测定。在样品测定时测定对象物在放入容器的状态下配置于内部空间21的情况下，参考测定时该容器配置于内部空间21。
在步骤S24中，在未在积分器20的内部空间21配置测定对象物的状态下将激发光输入到积分器20，通过第1分光检测器41接收第1波段的光而取得经曝光时间TR1的第1光谱数据。然后，通过解析部50基于第1光谱数据求得激发光波段的光子数IR1。
在步骤S25中，在未在积分器20的内部空间21配置测定对象物的状态下将激发光输入到积分器20，通过第2分光检测器42接收第2波段的光而取得经曝光时间TR2的第2光谱数据。然后，通过解析部50基于第2光谱数据求得荧光波段的光子数IR2。
在步骤S26中，以在积分器20的内部空间21配置测定对象物的状态将激发光输入到积分器20，通过第1分光检测器41接收第1波段的光而取得经曝光时间TS1的第1光谱数据。然后，通过解析部50基于第1光谱数据求得激发光波段的光子数IS1。
在步骤S27中，以在积分器20的内部空间21配置测定对象物的状态将激发光输入到积分器20，通过第2分光检测器42接收第2波段的光而取得经曝光时间TS2的第2光谱数据。然后，通过解析部50基于第2光谱数据求得荧光波段的光子数IS2。
另外，步骤S24、S25、S26、S27的激发光波段及荧光波段既可由分光测定装置1的用户由输入部52设定，也可基于第1光谱数据或第2光谱数据由解析部50进行自动设定。步骤S24的激发光波段与步骤S26的激发光波段是互相相同的波段。步骤S25的荧光波段与步骤S27的荧光波段是互相相同的波段。
在步骤S28中，通过解析部50基于各步骤的曝光时间TC1、TC2、TR1、TR2、TS1、TS2、及在各步骤中所获得的光子数IC1、IC2、IR1、IR2、IS1、IS2，利用下述(3)式，求出测定对象物的发光量子产率PLQY(Photoluminescence Quantum Yield)。该式右边的4个因子中，第1因子是修正前的发光量子产率，第2因子是与在步骤S22、S23中检测出的共同波段的光子数所相关的修正因子，第3因子及第4因子是与各步骤的曝光时间相关的修正因子。也可通过测定对象物的吸收率与内部量子产率的积求出外部量子效率。另外，数式(3)的IC1/IC2是存储于解析部50的修正值。
[数3]
另外，步骤S22～S27的顺序为任意。步骤S22、S23的曝光期间也可一部分重叠。步骤S24、S25的曝光期间也可一部分重叠。步骤S26、S27的曝光期间也可一部分重叠。
步骤S21～S23也可在分光测定装置1自工厂出货前进行，步骤S24～S28也可在工厂出货后由分光测定装置1的用户进行。由步骤S21～S23获得的结果也可使用于其后每次的测定。步骤S21～S23也可每次先于步骤S24～S28而进行。
图7是表示分光测定装置2的结构的图。相较于图1所示的分光测定装置1的结构，图7所示的分光测定装置2的不同之处在于，积分器20具有第1分光输出部231及第2分光输出部232而代替光输出部23。第1输出用光导31将自积分器20的第1分光输出部231输出的光导引至第1分光检测器41。第2输出用光导32将自积分器20的第2分光输出部232输出的光导引至第2分光检测器42。
通过这样的结构，可通过在第1分光输出部231与第1分光检测器41之间的光路上设置第1分光滤波器，容易地调整输入到第1分光检测器41的第1波段的光的功率，从而易于调整第1分光检测器41的曝光时间。另外，可通过在第2分光输出部232与第2分光检测器42之间的光路上设置第2分光滤波器，容易调整输入到第2分光检测器42的第2波段的光的功率，从而易于调整第2分光检测器42的曝光时间。
图8是表示分光测定装置3的结构的图。在相对于图1、图7所示的分光测定装置1、2的积分器20为积分球，图8所示的分光测定装置3的积分器20是积分半球的方面不同。该积分器20的内部空间21是半球形状，且半球部的内壁形成为反射率高且扩散性优良的壁面，平面部形成为反射率高的平坦的镜。光输入部22及光输出部23也可设于半球部及平面部的任一部位。
在使用分光测定装置2、3的情况下，与使用分光测定装置1的情况相同地，也可分光测定更宽的波段的被测定光。
除了第1分光检测器及第2分光检测器之外，也可设置取得第3波段的光谱数据的第3分光检测器。在该情况下，例如，第2波段中的短波长侧的一部分与第1波段中的长波长侧的一部分重叠，第2波段中的长波长侧的一部分与第3波段中的短波长侧的一部分重叠。通过这样设置，可分光测定更宽的波段的被测定光。
一般而言，相较于发生光强度，激发光强度大数位数。因此，优选为将使激发光波段及发生光波段中的激发光波段的光选择性地衰减的滤波器设置于检测激发光波段的光的分光检测器与积分器之间的光路上。通过这样设置，可不使各分光检测器饱和而可以适当的曝光时间进行分光测定。
在上述实施方式中，发生光(例如荧光)波长长于激发光波长。但是，与此相反，发生光波长也可短于激发光波长。在后者的情况下，发生光是例如上转换光。在使用分光测定装置1测定包含激发光及上转换光这两者的光谱的情况、或测定上转换发光效率的情况下，第1分光检测器41所检测出的短波长侧的第1波段包含上转换光波长，第2分光检测器42所检测出的长波长侧的第2波段包含激发光波长。
另外，为了发生上转换光，有必要提高照射于测定对象物的激发光的强度密度。另一方面，因为上转换发光效率低，因而在进行有必要取得被吸收的激发光强度及上转换光强度这两者的发光量子产率(内部量子效率)等的评价的情况下，有因高强度的激发光而导致分光检测器饱和的情况。另外，上转换发光材料中有提高照射的激发光的强度密度的话则发光量子产率也上升的材料。这样的材料有因高强度的上转换光而导致分光检测器饱和的情况。
因此，在测定上转换发光效率时，优选不仅对自积分器20输出的激发光赋予适当的衰减，也对自积分器20输出的上转换光赋予适当的衰减。此时赋予衰减的滤波器部设为具有相对于激发光的衰减率大于相对于上转换光的衰减率的透过光谱的滤波器部。
以下，使用图9～图12，对适合测定上转换发光效率的分光测定装置进行说明。
图9是表示分光测定装置1A的结构的图。图9所示的分光测定装置1A相较于图1所示的分光测定装置1的结构，不同之处在于，积分器20具有安装滤波器部的滤波器安装部25。滤波器安装部25设置于积分器20的光输出部23，且配置使自光输出部23输出的光衰减的上述滤波器部。
图10是表示安装于积分器20的滤波器安装部25的滤波器部的透过光谱的例子的图。该滤波器部的透过特性中，在激发光波段(包含980nm的波段)的衰减率大于在上转换光波段的衰减率。滤波器部根据该透过光谱，使自光输出部23输出的光衰减。该滤波器部可包含使激发光及上转换光中的长波长侧的激发光选择性地衰减的第1滤波器、与使激发光及上转换光这两者衰减的第2滤波器而构成。
第1滤波器也可为短波通滤波器(short pass filter)或带通滤波器。第2滤波器既可为ND滤波器，也可为由光反射物质构成的滤波器。在后者的情况下，作为光反射物质，可使用设于积分器20的内壁面的反射率高且扩散性优良的材料即SPECTRALON(注册商标)。SPECTRALON遍及自可见光区域至近红外区域的宽波段具有大致一定的反射率。可将使SPECTRALON为薄片状后的SPECTRALON滤波器作为第2滤波器而使用。这样的SPECTRALON滤波器不仅可作为第2滤波器使用，也可作为积分器20的内壁面的一部分而作为使光扩散反射的构件而使用。
积分器20的滤波器安装部25优选为除了与具有如图10所示的透过光谱的滤波器部之外，也能与具有其他透过光谱的滤波器在光路上自由更换。图11是表示安装于积分器20的滤波器安装部25的滤波器套组60的例子的图。该滤波器套组60是将具有如图10所示的透过光谱的滤波器部61、使激发光及上转换光中的激发光选择性地衰减的短波通滤波器62、及开口部(无滤波器)63并列地配置后的构件。通过在滤波器安装部25中使滤波器套组60滑动，可将任一滤波器配置于光路上。
图12是表示分光测定装置1B的结构的图。图12所示的分光测定装置1B相较于图1所示的分光测定装置1的结构，不同之处在于，在第1分光检测器41的光输入部设置滤波器安装部43、及在第2分光检测器42的光输入部设置滤波器安装部44。这些滤波器安装部43、44配置使输入到分光检测器41、42的光衰减的上述滤波器部61或滤波器套组60。
在分光测定装置1B中，在滤波器安装部43、44各自的光输入部，既可配置具有相同透过光谱的滤波器部，也可配置具有相互不同的透过光谱的滤波器部。在后者的情况下，只要设置于对上转换光波段进行分光测定的第1分光检测器41的光输入部的滤波器可选择性地使上转换光波段衰减即可，只要设置于对激发光波段进行分光测定的第2分光检测器42的光输入部的滤波器可选择性地使激发光波段衰减即可。
另外，除了设置如上述的滤波器部以外，或者，代替上述滤波器部，也可适当设定分光检测器41、42各自的曝光时间。如上所述，包含InGaAs线性影像传感器作为光传感器的第2分光检测器42相较于包含硅的线性影像传感器作为光传感器的第1分光检测器41，其灵敏度较低，因而优选考虑分光检测器41、42各自的灵敏度而适当设定滤波器的透过光谱或曝光时间。
在设置如上述那样的使激发光或发生光衰减的滤波器部61的情况下，解析部50对由分光检测器41、42取得的分光光谱数据基于滤波器部61的透过光谱数据而进行修正，且基于衰减前的分光光谱数据进行上述的解析。
滤波器部的透过光谱按以下所述求得。设为在积分器20的内部空间21未配置测定对象物的状态。在滤波器安装部25中在光路上配置滤波器部61或开口部(无滤波器)63的情况下，使标准光输入到积分器20，此时通过分光检测器41、42对自积分器20输出的光进行分光而取得光谱。
将在光路上配置滤波器部61时由第1分光检测器41取得的光谱数据设为S11(λ)，将在光路上配置开口部63时由第1分光检测器41取得的光谱数据设为S10(λ)。将取得光谱数据S11(λ)、S10(λ)时的曝光时间设为相同。将在光路上配置滤波器部61时由第2分光检测器42取得的光谱数据设为S21(λ)，将在光路上配置开口部63时由第2分光检测器42取得的光谱数据设为S20(λ)。将取得光谱数据S21(λ)、S20(λ)时的曝光时间设为相同。
滤波器部61对于输入到第1分光检测器41的光的透过光谱数据T1(λ)由下述(4a)式求得。滤波器部61对于输入到第2分光检测器42的光的透过光谱数据T2(λ)由下述(4b)式求得。λ是波长。该透过光谱数据T1(λ)、T2(λ)存储于解析部50的存储部。
[数4]
T1(λ)＝S11(λ)/S10(λ)…(4a)
T2(λ)＝S21(λ)/S20(λ)…(4b)
在参考测定及样品测定各个中，可通过将在光路上配置滤波器部61的状态下由第1分光检测器41取得的分光光谱数据，除以透过光谱数据T1(λ)，且将由第2分光检测器42取得的分光光谱数据除以透过光谱数据T2(λ)，而求出由滤波器部61所进行的衰减前的各分光光谱数据。使用这样修正的分光光谱数据进行上述全波段的光谱的计算或测定对象物的发光量子产率的评价。
但是，在第1分光检测器41分光检测发生光(上转换光)且第2分光检测器42分光检测激发光的方面，与上述的情况相比为相反，因而，根据该状况PLQY算出式不同。上转换发光材料的发光量子产率PLQY以下述(5)式表示。该式的右边的各参数与上述(3)式中相同。另外，数式(3)的IC2/IC1是存储于解析部50的修正值。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是，本发明并非限定于上述实施方式，可进行各种变形。另外，本发明也可在未变更各权利要求所记载的主旨的范围内变形、或应用于其他方面。
例如，分光光谱数据不限于表示相对于各个波长的光子数的数据，也可为表示相对于各个波长的检测强度的数据。在该情况下，也可自表示相对于各个波长的检测强度的数据求得第1光谱数据中的共同波段的强度累计值，且求得第2光谱数据中的共同波段的强度累计值，并求得这些强度累计值的比即修正值。另外，也可自表示相对于各个波长的检测强度的数据求得光子数IC1、IC2、IR1、IR2、IS1、IS2。
[数5]
上述实施方式的分光测定装置构成为，具备(1)积分器，其具有配置有测定对象物的内部空间、自外部将光输入到内部空间的光输入部、自内部空间将光输出至外部的光输出部；(2)第1分光检测器，其对自光输出部输出的光中的第1波段的光进行分光，而取得经第1曝光时间的第1光谱数据；(3)第2分光检测器，其对自光输出部输出的光中的与第1波段一部分重叠的第2波段的光进行分光，而取得经第2曝光时间的第2光谱数据；(4)解析部，其基于第1曝光时间及第2曝光时间而解析第1光谱数据及第2光谱数据。
上述实施方式的分光测定方法构成为，是(1)使用具有配置有测定对象物的内部空间、自外部将光输入到内部空间的光输入部、及自内部空间将光输出至外部的光输出部的积分器，而进行分光测定的方法，(2)使光自积分器的光输入部输入到内部空间，(3)通过第1分光检测器，对自光输出部输出的光中的第1波段的光进行分光，而取得经第1曝光时间的第1光谱数据，(4)通过第2分光检测器，对自光输出部输出的光中的与第1波段一部分重叠的第2波段的光进行分光，而取得经第2曝光时间的第2光谱数据，(5)通过解析部，基于第1曝光时间及第2曝光时间而解析第1光谱数据及第2光谱数据。
在上述结构的分光测定装置及方法中，也可构成为，通过解析部，在第1波段与第2波段重叠的波段即共同波段的光自积分器的光输入部被输入到内部空间时，基于第1光谱数据而求得共同波段的光子数，且基于第2光谱数据而求得共同波段的光子数，基于这些光子数、第1曝光时间及第2曝光时间而修正第1光谱数据及第2光谱数据的两者或任一者，而求出包含第1波段及第2波段这两者的全波段的光谱。
另外，在上述结构的分光测定装置及方法中，也可构成为，通过解析部，基于将第1波段与第2波段重叠的波段即共同波段的光自积分器的光输入部输入到内部空间时取得的共同波段中的第1光谱数据及共同波段中的第2光谱数据而算出修正值并存储。
另外，分光测定装置也可构成为解析部存储基于第1波段与第2波段重叠的波段即共同波段中的第1光谱数据及第2光谱数据而算出的修正值。另外，分光测定方法也可构成为通过解析部，存储基于第1波段与第2波段重叠的波段即共同波段中的第1光谱数据及第2光谱数据而算出的修正值。
上述的修正值也可基于第1光谱数据中的共同波段的光子数及第2光谱数据中的共同波段的光子数而算出。另外，分光测定装置也可构成为解析部基于第1光谱数据而求得共同波段的光子数，且基于第2光谱数据而求得共同波段的光子数，并基于这些光子数而算出修正值。另外，分光测定方法也可构成为通过解析部，基于第1光谱数据而求得共同波段的光子数，且基于第2光谱数据而求得共同波段的光子数，并基于这些光子数而算出修正值。
另外，上述的修正值也可基于第1光谱数据中的共同波段的强度累计值及第2光谱数据中的共同波段的强度累计值而算出。另外，分光测定装置也可构成为解析部基于第1光谱数据而求得共同波段的强度累计值，且基于第2光谱数据而求得共同波段的强度累计值，并基于这些强度累计值而算出修正值。另外，分光测定方法也可构成为通过解析部，基于第1光谱数据而求得共同波段的强度累计值，且基于第2光谱数据而求得共同波段的强度累计值，并基于这些强度累计值而算出修正值。
另外，分光测定装置也可构成为解析部基于修正值及第1曝光时间与第2曝光时间而修正第1光谱数据及第2光谱数据的两者或任一者，而求出包含第1波段及第2波段这两者的全波段的光谱。另外，分光测定方法也可构成为通过解析部，基于修正值及第1曝光时间与第2曝光时间而修正第1光谱数据及第2光谱数据的两者或任一者，而求出包含第1波段及第2波段这两者的全波段的光谱。
另外，上述结构的分光测定装置及方法也可构成为通过解析部，在通过激发光的入射而射出发生光的测定对象物未配置于内部空间的状态下，激发光自积分器的光输入部被输入到内部空间时，基于第1光谱数据而求得激发光波段的光子数，且基于第2光谱数据而求得发生光波段的光子数，在测定对象物配置于内部空间的状态下，激发光自积分器的光输入部被输入到内部空间时，基于第1光谱数据而求得激发光波段的光子数，且基于第2光谱数据而求得发生光波段的光子数，并基于这些光子数及修正值、以及第1曝光时间及第2曝光时间而评价测定对象物的发光效率。
另外，上述结构的分光测定装置及方法也可构成为第2波段的波长长于第1波段的波长，第2曝光时间长于第1曝光时间。
另外，在上述的数式(1)或数式(2)、数式(3)、数式(5)中，针对第1分光检测器41，也可使用未配置测定对象物时的曝光时间TR1代替配置测定对象物时的曝光时间TS1。在该情况下，针对第2分光检测器42，使用未配置测定对象物时的曝光时间TR2代替配置测定对象物时的曝光时间TS2。
产业上的可利用性
本发明可作为可分光测定更宽的波段的被测定光的分光测定装置及分光测定方法而利用。
符号的说明
1、1A、1B、2、3…分光测定装置、10…光源、11…输入用光导、20…积分器、21…内部空间、22…光输入部、23…光输出部、24…试样安装部、25…滤波器安装部、31…第1输出用光导、32…第2输出用光导、41…第1分光检测器、42…第2分光检测器、43、44…滤波器安装部、50…解析部、51…显示部、52…输入部、60…滤波器套组、61…滤波器部。
Claims (8)
1.一种分光测定装置，其特征在于，
具备：
积分器，其具有配置有测定对象物的内部空间、将光自外部输入到所述内部空间的光输入部、及将光自所述内部空间输出至外部的光输出部；
第1分光检测器，其对自所述光输出部输出的光中的第1波段的光进行分光，而取得经第1曝光时间的第1光谱数据；
第2分光检测器，其对自所述光输出部输出的光中的与所述第1波段一部分重叠的第2波段的光进行分光，而取得经第2曝光时间的第2光谱数据；及
解析部，其基于所述第1曝光时间及所述第2曝光时间而解析所述第1光谱数据及所述第2光谱数据，
所述第2波段的波长长于所述第1波段的波长，所述第2曝光时间长于所述第1曝光时间。
2.如权利要求1所述的分光测定装置，其特征在于，
所述解析部存储基于作为所述第1波段与所述第2波段重叠的波段的共同波段中的所述第1光谱数据及所述第2光谱数据而算出的修正值。
3.如权利要求2所述的分光测定装置，其特征在于，
所述解析部基于所述修正值、以及所述第1曝光时间及所述第2曝光时间而修正所述第1光谱数据及所述第2光谱数据中的至少一者，而求出包含所述第1波段及所述第2波段这两者的全波段的光谱。
4.如权利要求2所述的分光测定装置，其特征在于，
所述解析部
在通过激发光的入射而射出发生光的测定对象物未配置于所述内部空间的状态下，所述激发光自所述积分器的所述光输入部被输入到所述内部空间时，基于所述第1光谱数据而求得激发光波段的光子数，且基于所述第2光谱数据而求得发生光波段的光子数；
在所述测定对象物配置于所述内部空间的状态下，所述激发光自所述积分器的所述光输入部被输入到所述内部空间时，基于所述第1光谱数据而求得激发光波段的光子数，且基于所述第2光谱数据而求得发生光波段的光子数；
基于这些光子数及所述修正值、以及所述第1曝光时间及所述第2曝光时间而评价所述测定对象物的发光效率。
5.一种分光测定方法，其特征在于，
是使用具有配置有测定对象物的内部空间、自外部将光输入到所述内部空间的光输入部、及自所述内部空间将光输出至外部的光输出部的积分器，进行分光测定的方法，
使光自所述积分器的所述光输入部输入到所述内部空间，
通过第1分光检测器，对自所述光输出部输出的光中的第1波段的光进行分光，而取得经第1曝光时间的第1光谱数据，
通过第2分光检测器，对自所述光输出部输出的光中的与所述第1波段一部分重叠的第2波段的光进行分光，而取得经第2曝光时间的第2光谱数据，
通过解析部，基于所述第1曝光时间及所述第2曝光时间而解析所述第1光谱数据及所述第2光谱数据，
所述第2波段的波长长于所述第1波段的波长，所述第2曝光时间长于所述第1曝光时间。
6.如权利要求5所述的分光测定方法，其特征在于，
通过所述解析部，存储基于作为所述第1波段与所述第2波段重叠的波段的共同波段中的所述第1光谱数据及所述第2光谱数据而算出的修正值。
7.如权利要求6所述的分光测定方法，其特征在于，
通过所述解析部，基于所述修正值、以及所述第1曝光时间及所述第2曝光时间而修正所述第1光谱数据及所述第2光谱数据中的至少一者，而求出包含所述第1波段及所述第2波段这两者的全波段的光谱。
8.如权利要求6所述的分光测定方法，其特征在于，
通过所述解析部，
在通过激发光的入射而射出发生光的测定对象物未配置于所述内部空间的状态下，所述激发光自所述积分器的所述光输入部被输入到所述内部空间时，基于所述第1光谱数据而求得激发光波段的光子数，且基于所述第2光谱数据而求得发生光波段的光子数；
在所述测定对象物配置于所述内部空间的状态下，所述激发光自所述积分器的所述光输入部被输入到所述内部空间时，基于所述第1光谱数据而求得激发光波段的光子数，且基于所述第2光谱数据而求得发生光波段的光子数；
基于这些光子数及所述修正值、以及所述第1曝光时间及所述第2曝光时间而评价所述测定对象物的发光效率。
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