CN111257229B - 光学测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学测定装置，具备：光纤，其用于将来自光源的光引导至壳体；检测元件，其配置在所述壳体的内部；衍射光栅，其用于将来自所述光源的光引导至所述检测元件；冷却机构，其至少局部与所述检测元件接合，用于冷却所述检测元件；温度调节机构，其用于使所述壳体的内部空间的温度维持为固定；以及隔热机构，其配置在所述壳体的周围，用于减少热从所述壳体的周围向所述壳体内的侵入，其中，所述冷却机构包括：基部，其形成所述壳体的一部分，并且用于支承所述检测元件；第一电子冷却元件，其配置在所述基部的内部；以及冷却翅片，其经由接合层接合于所述基部的外表面。

Description

光学测定装置
本申请是申请日为2016年7月7日、申请号为2016105320062、发明名称为“光学特性测定系统以及光学特性测定系统的校正方法”的申请的分案申请。
技术领域
本技术涉及一种光学测定装置。
背景技术
存在如下需求：为了对含有光敏物质的材料或试剂的特性进行评价而想要对这些物质发出的微弱的光进行测定。例如，日本特开平09-159604号公报公开了一种纯态氧测定装置，其对于含有对从紫外区域到可视区域的任意的波长都具有光吸收特性的光敏物质的试样、对光直接或间接地不稳定且只能得到少量的试样也能够进行测定。
另外，日本特开平09-292281号公报、国际公开第2010/084566号以及日本特开2011-196735号公报公开了一种测定量子效率的测定装置和测定方法，其中，该量子效率表示含有荧光发光物质的试样所吸收的光量子量与从试样产生的荧光的光量子量之间的比。
在日本特开平09-159604号公报所公开的纯态氧测定装置中，为了提高检测灵敏度而使用了液氮冷却型锗探测器。通过使用液氮等来冷却检测元件，能够使检测元件稳定化，能够扩大检测动态范围。另一方面，为了用液氮冷却检测元件，将预冷等也包括在内到达能够实际使用的状态为止需要进行几个小时的准备，因此不实用。
发明内容
希望实现一种能够在较短的时间内安装并且能够提高检测灵敏度的光学特性测定系统。
按照本发明的某个方面，提供一种具备第一测定装置的光学特性测定系统。第一测定装置包括：第一检测元件，其配置在壳体内；第一冷却部，其至少局部与第一检测元件接合，用于冷却第一检测元件；以及抑制机构，其用于抑制在壳体内的第一检测元件的周围产生的温度变化。
优选的是，抑制机构包括第二冷却部，该第二冷却部至少局部与壳体接合，用于将壳体内的热向壳体的外部排出。
优选的是，抑制机构包括隔热机构，该隔热机构配置在壳体的周围，用于抑制热从壳体的周围向壳体内侵入。
优选的是，光学特性测定系统还包括第二测定装置。第一测定装置还包括第一衍射光栅，该第一衍射光栅与第一检测元件相对应地配置，构成为将第一波长范围的光引导至第一检测元件。第二测定装置包括：第二检测元件，其配置在壳体内；以及第二衍射光栅，其与第二检测元件相对应地配置，构成为将第二波长范围的光引导至第二检测元件。第一测定装置的第一检测元件构成为检测灵敏度比第二测定装置的第二检测元件的检测灵敏度高。
优选的是，光学特性测定系统还包括分枝光纤，该分枝光纤将来自测定对象的光分枝后分别引导至第一测定装置和第二测定装置。
优选的是，第一测定装置构成为对近红外区域的波长分量具有检测灵敏度。第二测定装置构成为对包含在从紫外区域到可视区域的范围内的至少一部分的波长分量具有检测灵敏度。
按照本发明的另一方面，提供一种具备第一测定装置以及第二测定装置的光学特性测定系统的校正方法，其中，该第二测定装置构成为检测灵敏度比第一测定装置的检测灵敏度低。光学特性测定系统的校正方法包括以下步骤：按照第一设置条件配置第二测定装置和预先被赋予了能量值的光源，基于通过第二测定装置接收来自光源的光而得到的输出值来决定第二测定装置的能量校正系数；按照第二设置条件配置光源和第二测定装置，基于通过第二测定装置接收来自光源的光而得到的输出值以及第二测定装置的能量校正系数，来决定与第二设置条件对应的光源的能量的换算值；以及按照第二设置条件配置光源和第一测定装置，基于通过第一测定装置接收来自光源的光而得到的输出值以及与第二设置条件对应的光源的能量的换算值，来决定第一测定装置的能量校正系数。
根据本发明的某个实施方式，提供一种能够在较短的时间内安装并且能够提高检测灵敏度的光学特性测定系统。
另外，根据本发明的某个实施方式，提供一种包括第一测定装置以及第二测定装置的光学特性测定系统的校正方法，其中，第二测定装置构成为检测灵敏度比第一测定装置的检测灵敏度低。
根据与附图关联地理解的同本发明有关的以下的详细说明，能够明确本发明的上述及其它目的、特征、方面以及优点。
附图说明
图1是表示包括本实施方式的光学特性测定装置的光学特性测定系统的结构例的示意图。
图2A和图2B是用于说明使用了图1所示的光学特性测定系统的光学特性的测定方法图。
图3是表示构成图1所示的光学特性测定系统的数据处理装置的装置结构的示意图。
图4是表示构成图1所示的光学特性测定系统的测定装置的装置结构的示意图。
图5是表示对图4所示的测定装置的温度漂移的影响进行评价所得到的结果的图表。
图6是表示适于量子效率的测定的光学特性测定系统的装置结构的主要部分的示意图。
图7是表示使用了本实施方式的测定装置的测定方法的过程的流程图。
图8A和图8B是表示使用图6所示的光学特性测定系统来从溶剂中的富勒烯(C60)产生纯态氧时的测定结果例的图。
图9是表示用于对本实施方式的光学特性测定系统进行校正的过程的流程图。
图10A～图10C是用于说明用于对本实施方式的光学特性测定系统进行校正的过程的示意图。
附图标记说明
1、1A：光学特性测定系统；2：系统主体；4：光源；5、7、71、72：光纤；6：积分器；50：投光光学系统；52：聚光透镜；61：半球部；61a：光漫反射层；62：平面镜；62a：光漫反射层；63：试样保持件；64：投光窗；65、66：试样窗；67：观测窗；68：光取出部；69：标准反射构件；73：分枝部；100、100A：测定装置；102：壳体；104：光学狭缝；106：凹面衍射光栅；108：检测元件；110：基部；111、130：电子冷却元件；112：冷却翅片；113：接合层；114、134：冷却控制器；116：连接构件；120：隔热件；132：散热板；136：制冷剂循环泵；138、139：制冷剂路径；150：标准灯；152、154：遮光板单元；156：减光网；200：数据处理装置；202：CPU；204：主存储器；206：硬盘；208：测定程序；210：CD-ROM驱动器；212：CD-ROM；214：网络接口；216：显示器；218：输入部；220：总线。
具体实施方式
参照附图来详细说明本发明的实施方式。此外，对图中的相同或相当的部分标注相同标记且不重复进行其说明。
<A.系统结构例>
首先，对包括本实施方式的光学特性测定装置(以下也简称为“测定装置”)的光学特性测定系统1进行说明。图1是表示包括本实施方式的光学特性测定装置的光学特性测定系统1的结构例的示意图。
参照图1，光学特性测定系统1包括数据处理装置200以及收纳有光源4、积分器6及测定装置100的系统主体2。图1示出将光源4、积分器6以及测定装置100收纳在一个壳体中的结构例，但并不限于此，也可以将一部分组件构成为另外的装置。在该情况下，也有时只由一个或多个测定装置100构成光学特性测定系统。
图1所示的光学特性测定系统1能够测定各种光学特性。作为光学特性，例如包括总光通量、照度(或光谱辐射照度)、亮度(或光谱辐射亮度)、光度、颜色显色(色度坐标、激发纯度、相关色温、显色性)、吸收率、透过率、反射率、发光光谱(以及峰值波长、半波值)、激发光谱、外部量子效率(或外部量子产率)、内部量子效率(或内部量子产率)等。
在以下的说明中，主要例示以下情况：对含有荧光发光物质的试样照射规定波长的激励光(典型的是紫外区域～可视区域的光)，检测从该试样产生的荧光(典型的是近红外区域～红外区域的光)。在该情况下，测定对象的光学特性典型地包括从试样产生的荧光的光谱和量子效率。
光源4产生向试样照射的激励光。作为光源4，例如能够使用氙气灯(Xe灯)、激光二极管、白色LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等。在测定试样的量子效率的情况下，优选使用具有与试样的特性相应的单一波长的单色光作为激励光。在产生的激励光具有宽波长带域的情况(例如采用了氙气灯等白色光源的情况)下，也可以设置用于选择目标的单色光的波长带通滤波器。
光学特性测定系统1采用半球型的积分球作为积分器6。作为积分器6，也可以使用全球型的积分球。通过采用半球型的积分球，能够提高测定精度，并且能够更容易地进行试样的装卸。
图2A示出测定粉末试样或固体试样的情况下的测定方法的一例，图2B示出测定溶液试样的情况下的测定方法的一例。
参照图2A，积分器6在其内部形成半球型的积分空间。更具体地说，积分器6包括半球部61以及圆板状的平面镜62，该圆板状的平面镜62被配置为经过半球部61的实质的曲率中心且将半球部61的开口部堵住。半球部61的内面(内壁)具有光漫反射层61a。典型地，通过涂布或喷吹硫酸钡或PTFE(polytetrafluoroethylene：聚四氟乙烯)等光漫射材料来形成光漫反射层61a。平面镜62具有向半球部61的内面侧进行镜面反射(规则反射和漫反射)的光漫反射层62a。平面镜62的光漫反射层62a被朝向半球部61的内部地配置，由此生成半球部61的虚像。当将在半球部61的内部定义的空间(实像)与通过平面镜62生成的虚像进行组合时，能够得到与使用了全球型的积分器的情况下的照度分布实质上相同的照度分布。
将是粉末试样或固定试样的试样SMP1安装于在包含半球部61的顶点的区域内形成的试样窗65。将试样SMP1以使其荧光发光物质在半球部61的内部露出的方式安装于试样窗65。
光源4产生的激励光在光纤5中传播，通过投光光学系统50后向配置在积分器6的内部的试样SMP1照射。投光光学系统50包括聚光透镜52，将来自光源4的激励光会聚到试样SMP1。在平面镜62形成有用于将激励光引导至积分器6的内部的投光窗64。
试样SMP1接收激励光而产生的光(典型的是荧光)在积分器6内部反复反射，由此使呈现在积分器6的内面的照度均匀。
在平面镜62形成有用于观测积分器6的内面的照度的观测窗67，与观测窗67相对应地设置有光取出部68。光取出部68与同测定装置100以光学的方式连接的光纤7的端部连接。即，具有与积分器6的内面(相当于从观测窗67看到的视野范围)的照度相应的强度的光入射到测定装置100。测定装置100根据通过光纤7而观测到的光来测定试样SMP1等的光学特性。
如图2A所示，用户只要将试样SMP1安装在设置于半球部61的顶点(在附图中为最下部)的试样窗65即可，因此即使在需要测定多个试样SMP1的情况下，也能够简化试样的安装和更换的操作。
参照图2B，在测定是溶液试样的试样SMP2的情况下，将试样保持件63安装在形成于平面镜62的中心部的试样窗66，将试样SMP2配置在试样保持件63内。此时，在形成于包含半球部61的顶点的区域内的试样窗65安装标准反射构件69。
在试样保持件63沿长度方向延长的位置与试样窗66相对应地配置投光光学系统50。投光光学系统50使来自光源4的激励光通过试样保持件63的内部而向试样SMP2照射。试样SMP2接收激励光而产生的光(典型的是荧光)在积分器6内部反复反射，由此呈现于积分器6的内面的照度均匀。测定装置100通过与图2A同样的方法，基于通过光纤7而观测到的光来测定试样SMP2等的光学特性。
在图2B所示的使用状态下，还对投光窗64(未图示，参照图2A)安装标准反射构件。
根据试样的材质或特性等不同，有时会产生再激励荧光发光。再激励荧光发光是由于被试样表面反射的激励光在积分器6内漫反射之后再次入射到试样而进一步产生发光的现象。在光学特性测定系统1中，还能够对由这样的再激励荧光发光导致的误差进行校正。
再次参照图1，测定装置100接收通过光纤7而观测到的光，并且输出测定结果(光谱等)。数据处理装置200对来自测定装置100的测定结果进行处理，由此计算试样的光学特性。在后面记述测定装置100的详细内容。
典型地，通过通用的计算机实现数据处理装置200。图3是表示构成图1所示的光学特性测定系统1的数据处理装置200的装置结构的示意图。数据处理装置200包括：CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)202，其执行包括操作系统(OS：OperatingSystem)在内的各种程序；主存储器204，其暂时存储CPU 202执行程序所需的数据；以及硬盘206，其非易失性地保存由CPU 202执行的测定程序208。构成测定装置100的各组件经由总线220以能够相互之间进行通信的方式相连接。
硬盘206中预先保存有用于实现本实施方式的测定方法的测定程序208。利用CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory：光盘只读存储器)驱动器210从作为记录介质的一例的CD-ROM 212等读取这样的测定程序208。即，将用于实现本实施方式的测定方法的测定程序208保存在CD-ROM 212等记录介质等中来流通。或者也可以经由网络传送测定程序208。在这种情况下，经由数据处理装置200的网络接口214接收测定程序208，并将测定程序208保存在硬盘206中。
显示器216向用户显示测定结果等。典型地，输入部218包括键盘、鼠标等，用于受理用户的操作。
此外，也可以用专用的硬件电路来实现上述功能中的一部分或全部。另外，还可以将数据处理装置200作为系统主体2的一部分来进行组装。
<B.新课题的发现>
假定向试样照射具有紫外区域或可视区域的波长分量的激励光并且对该试样所产生的光进行测定的情况等。在这样的测定中，试样产生的光为具有近红外区域到红外区域的波长分量的极其微弱的光的情况居多。另外，根据试样不同，还存在寿命短，只能确保很短的测定时间的光。
因此，优选的是，使用尽可能地提高了检测灵敏度的测定装置。还知道一种如现有技术那样通过使用液氮等冷却检测元件来提高检测灵敏度的方法，但是存在安装需要的时间长并且不容易进行处理这种问题。
因此，不进行液氮等特殊的冷却而使用能够在常温下使用的检测元件来实现测定装置会提高测定的方便性。为了避免由于温度而产生的干扰，对这种在常温下使用的检测元件设置了将检测元件自身的温度维持为固定的功能。
本申请发明人发现了以下这种新的问题：当为了检测极其微弱的光而提高检测元件的检测增益时，无论检测元件自身的温度是否维持为固定，都会受到测定装置的周围温度的影响。根据本申请发明人的专门研究，得出了以下的结论：随着测定装置的周围温度变化，测定装置内部也产生温度变化，导致提高了增益的检测元件还捕获到由于该温度变化而引起的辐射热的变化，其结果，虽然测定对象的光的强度没有变化，但是在测定结果中产生因该影响而造成的误差。因此，本申请发明人发明了测定装置100，其除了采用不会产生检测元件自身的温度变化的影响的功能以外，还新采用了不会产生在测定装置内部所产生的温度变化的影响、即由于辐射热而造成的影响的功能。根据本实施方式的测定装置100，即使测定装置100的周围温度变化，也能够进行稳定的测定。
<C.测定装置100的结构例>
接着，对本实施方式的测定装置100的结构例进行说明。
图4是表示构成图1所示的光学特性测定系统1的测定装置100的装置结构的示意图。参照图4，测定装置100是分光受光器，包括光学狭缝104、凹面衍射光栅106以及检测元件108。这些组件被配置在壳体102的内部。
在壳体102的一部分设置有用于安装光纤7的端部的连接构件116。光纤7的开口端的光轴通过连接构件116而与光学狭缝104的中心轴位置对准。从积分器6取出的光(以下也称为“测定光”)在光纤7中传播，穿过测定装置100的光学狭缝104。测定光被光学狭缝104调整了截面直径后入射到凹面衍射光栅106。
测定光入射到凹面衍射光栅106，由此测定光所包含的各个波长分量以光学方式被分离。即，测定光被凹面衍射光栅106衍射，由此测定光所包含的各波长分量向与该波长的长度相应的不同的方向前进。各个波长分量入射到以光学的方式与凹面衍射光栅106位置对准的检测元件108。凹面衍射光栅106与检测元件108相对应地配置，构成为将规定的波长范围(在本结构例中是近红外区域～红外区域)的光引导至检测元件108。
检测元件108采用了并排配置多个彼此独立的检测面而形成的阵列传感器。作为检测元件108，也可以采用CCD(Charge-Coupled Device：电荷耦合元件)图像传感器。根据凹面衍射光栅106的衍射特性和作为检测对象的波长宽度来设计构成检测元件108的检测面的个数和长度。作为阵列传感器的检测元件108按照每个规定波长宽度检测测定光的强度光谱。
检测元件108具有至少局部与检测元件108接合来冷却检测元件108的自我冷却功能。检测元件108是自我冷却型的检测元件，构成为通过降低热噪声并且降低暗电流(DarkCurrent)来提高检测灵敏度，并且提高S/N(Signal to Noise：信噪)比。具体地说，检测元件108具有基部110，该基部110具有冷却功能。基部110的内部安装有用于冷却检测元件108的功能。典型地，基部110的内部也可以采用帕尔贴元件等电子冷却元件111。
基部110的与检测元件108相反的一侧经由接合层113而与冷却翅片112接合。由检测元件108产生的热的一部分被基部110内部的电子冷却元件111吸收，并且另一部分经由基部110和接合层113而从冷却翅片112向测定装置100的外部排出。
基部110的电子冷却元件111的电流值等被冷却控制器114控制。冷却控制器114基于来自未图示的温度传感器等的检测值来控制电流值等，以使检测元件108维持为预先决定的温度。
本实施方式的测定装置100除了安装检测元件108自身的冷却功能以外，还安装避免对检测元件108施加由于辐射热的变化而产生的影响那样的功能。即，测定装置100具有用于抑制在壳体102内的检测元件108的周围产生的温度变化的功能和结构。在图4所示的结构例中，示出将用于将壳体102的内部空间的温度维持为固定的温度调节功能与用于降低热向壳体102的侵入的隔热功能组合起来的例子。
通过至少局部与壳体102接合来将壳体102内的热向壳体102的外部排出的冷却机构来实现温度调节功能。更具体地说，温度调节功能包括配置在壳体102的侧面的电子冷却元件130以及与电子冷却元件130接合的散热板132。电子冷却元件130包括帕尔贴元件等，被冷却控制器134控制电流值等。
散热板132的内部形成有流过制冷剂(典型的是水或氟利昂等)的流路(未图示)。散热板132通过制冷剂路径138、139而与制冷剂循环泵136相连结。制冷剂循环泵136使制冷剂按照制冷剂路径138、散热板132、制冷剂路径139的顺序循环。通过制冷剂循环泵136的运转，处于壳体102的内部的热的一部分从散热板132向外部排出，并且在散热板132中与制冷剂进行热交换后在制冷剂循环泵136的循环路径上向外部排出。即，散热板132和制冷剂循环泵136促进电子冷却元件130对壳体102内部的冷却。
作为温度调节功能，例示出通过制冷剂循环泵136使制冷剂在制冷剂循环泵136与散热板132之间循环的结构，但是也可以代替散热板132而与检测元件108的自我冷却功能同样地采用使用冷却翅片的结构。
通过配置在壳体102的周围的、用于抑制热从壳体102的周围向壳体102内侵入的构造来实现隔热功能。更具体地说，作为隔热功能，在壳体102的外周配置了隔热件120。作为隔热件120，能够使用任意材质的隔热件，例如可以使用玻璃棉和岩棉等纤维系的隔热件。或者，也可以使用聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫等发泡系的隔热件。通过将这种隔热件120配置在壳体102的外周，能够降低热从周围向壳体102的内部侵入。
如上述那样，本实施方式的测定装置100具有通过抑制在检测元件108的周围产生的温度变化来避免产生由于辐射热的变化而造成的影响的功能和结构。只要是抑制在检测元件108的周围产生的温度变化的结构即可，并不限于图4所示的结构例，也可以采用任意的结构。
例如，图4示出以电子冷却元件130为主的温度调节功能与以隔热件120为主的隔热功能组合的结构例，但是也可以只采用任一方的功能。
作为其它结构例，也可以代替隔热件120而在壳体102的外周侧或内周侧设置真空层，由此降低热从周围侵入。或者也可以通过使温度受到控制的制冷剂(典型的是干燥空气和氮气等)在壳体102的周围循环来将壳体102的内部的温度维持为固定。
还可以将上述的多个功能中的两个以上的功能进行适当组合。
本实施方式的测定装置100基于上述那样的本申请发明人的新的见解，对配置有检测元件108的壳体102的内部的温度进行控制来使该温度稳定，由此能够降低辐射热对检测元件108的影响，提高检测灵敏度，并且能够提高S/N比。
除了用于抑制在壳体102内的检测元件108的周围产生的温度变化的功能和结构以外，还能够通过对检测元件108的检测面中的不用于测定的区域进行掩模处理来提高暗输出的稳定性。
<D.改进效果>
接着，对图4所示的测定装置100的温度漂移的改进效果进行说明。图5是表示对图4所示的测定装置100受温度漂移的影响进行评价所得到的结果的图表。在图5中，是对将图4所示的测定装置100以及不存在图4所示的温度调节功能(电子冷却元件130、散热板132、冷却控制器134、冷却循环泵136)和隔热功能(隔热件120)的测定装置(比较例)分别配置在恒温槽内并使周围温度变化的情况下的输出值的变化进行评价所得到的结果。
图5所示的“周围温度”表示恒温槽内的温度变化。具体地说，在10℃～30℃的范围内每隔2个小时改变5℃地逐步改变。
对于比较例的测定装置，针对将检测元件的检测灵敏度设为标准的测定装置(图5的(1)标准灵敏度(比较例))以及将检测元件的检测灵敏度设定得高的测定装置(图5的(2)高灵敏度(比较例))这两种进行了测定。另一方面，针对图4所示的测定装置100，在将检测元件的检测灵敏度设定得高的状态下进行了测定(图5的(3)高灵敏度(实施方式))。
任一情况下都示出遮断了测定光的入射的状态下的暗校正后的输出值。各输出值是重复进行4次将曝光时间设为20秒的摄像所得的累积值。图5所示的测定结果是暗校正后的输出值，其值越小越好。
如图5所示，可知即使是比较例的测定装置，在标准灵敏度下使用的情况下，由于周围温度的变化而产生的影响小，但是当提高检测灵敏度时，受到由于周围温度的变化而产生的影响，即使是相同的测定条件，其输出值也会变动。
与此相对，本实施方式的测定装置100实施了降低热从周围向壳体102的内部侵入的对策，因此无论是否将检测灵敏度设定得高，由于周围温度的变化而产生的影响都小。其结果可知，与在标准灵敏度下使用比较例的测定装置的情况相比，能够进一步减小噪声的影响。
<E.适于测定量子效率的结构>
接着，对适于测定量子效率的结构例进行说明。例如，在对含有荧光发光物质的试样的量子效率进行测定的情况下，需要向试样照射具有紫外区域或可视区域的波长分量的激励光，并且测定该照射的激励光，同时需要测定该试样产生的具有近红外区域或红外区域的波长分量的荧光。一般地，所产生的荧光与激励光相比极其微弱。并且，还存在试样的寿命短、只能确保很短的测定时间的荧光。
在这种情况下，也可以采用将主要测定激励光的第一测定装置与主要测定荧光的第二测定装置组合起来的结构。以下，对适于测定荧光发光物质的量子效率的装置结构进行例示。
图6是表示适于测定量子效率的光学特性测定系统1A的装置结构的主要部分的示意图。参照图6，光学特性测定系统1A包括主要用于测定激励光的测定装置100A以及主要用于测定荧光的测定装置100。
光学特性测定系统1A包括将来自测定对象的光分枝后分别引导至测定装置100和测定装置100A的分枝光纤。即，与积分器6的光取出部68连接的光纤7被分枝部73分枝为与测定装置100A连接的光纤71和与测定装置100连接的光纤72。即，通过光纤7而观测的光被分离为两束后分别入射到测定装置100和测定装置100A。
测定装置100A主要测定激励光，检测范围被设计为紫外区域～可视区域。另一方面，测定装置100主要用于测定荧光，检测范围被设计为近红外区域～红外区域。即，测定装置100构成为主要对近红外区域或红外区域的波长分量具有检测灵敏度，测定装置100A构成为对从紫外区域到可视区域的范围内包含的至少一部分波长分量具有检测灵敏度。
测定装置100的装置结构与上述的图4所示的装置结构同样。另一方面，对于测定装置100A的装置结构，也可以采用与上述的图4所示的结构同样的装置结构，但是在测定激励光的情况下，作为检测对象的光的强度高，因此并不必须设置图4所示的温度调节功能(电子冷却元件130、散热板132、冷却控制器134、制冷剂循环泵136)以及隔热功能。在图6所示的光学特性测定系统1A中，采用省略了温度调节功能和隔热功能的测定装置100A。
与测定装置100同测定装置100A之间的检测范围不同相应地，测定装置100的凹面衍射光栅106构成为将规定的波长范围(在本结构例中为近红外区域～红外区域)的光引导至检测元件108，另一方面，测定装置100A的凹面衍射光栅106构成为将不同的波长范围(在本结构例中为紫外区域～可视区域)的光引导至检测元件108。
另外，测定装置100的检测元件108被设定为检测灵敏度比测定装置100A的检测元件108的检测灵敏度高。换言之，测定装置100A构成为检测灵敏度比测定装置100的检测灵敏度低。
根据图6所示的光学特性测定系统1A，两个测定装置能够并行地进行测定，因此能够同时测定从紫外区域到近红外区域(或红外区域)的光谱。例如，作为用于通过一台测定装置对从紫外区域到近红外区域(或红外区域)的光谱进行测定的功能，已知的是使衍射光栅以机械的方式顺次旋转来使检测对象的波长顺次变化(即对波长进行扫描)。然而，在采用了这种功能的情况下，存在为了完成目标光谱的测定而需要较长的时间这样的课题。另外，还存在以下这样的课题：在紫外区域和可视区域的测定完成并转移到近红外区域或红外区域的测定时，需要进行机械性的切换动作，成为测定上的不稳定因素。
与此相对，图6所示的光学特性测定系统1A具有能够一次测定从紫外区域到可视区域的波长的阵列传感器(测定装置100A的检测元件108)以及能够一次测定从近红外区域到红外区域的波长的阵列传感器(测定装置100的检测元件108)。通过采用这种结构，不对波长进行扫描就能够同时并且在短时间内测定宽的波长区域的光谱。另外，在用于测定发光强度高的激励光的测定装置100A与用于测定发光强度低的荧光的测定装置100之间，分别使检测元件108的检测灵敏度最优化，由此能够实现能够高精度地测定量子效率的合理且经济的光学特性测定系统1A。
<F.测定方法>
接着，对使用了图4所示的测定装置100的测定方法进行说明。此外，在如图6所示的光学特性测定系统1A那样使用测定装置100和测定装置100A的情况下也能够通过同样的过程进行测定。
图7是表示使用了本实施方式的测定装置100的测定方法的过程的流程图。参照图7，首先，用户接通光学特性测定系统的各组件的电源来进行熟化(步骤S100)。具体地说，熟化包括构成测定装置100的检测元件108的自我冷却功能的稳定化、测定装置100的壳体102内的温度的稳定化、光源4的稳定化等。
用户以使来自光源4的激励光直接照射到参照物的方式将参照物配置在积分器6内(步骤S102)。在粉末试样或固体试样的情况下，标准反射构件69(参照图2B)成为参照物，在溶液试样的情况下，在与封入试样的容器相同型号的容器内只封入溶剂所得到的构件成为参照物。测定装置100测定向参照物照射激励光时的光(步骤S104)。该测定值是示出测定试样时产生的光吸收等影响的值，被用作校正值。
接着，用户以使来自光源4的激励光直接照射到试样的方式将试样配置在积分器6内(步骤S106)。测定装置100对接收激励光而从试样产生的光进行测定(步骤S108)。此时，测定装置100除了测定从试样产生的光以外，还测定透过了试样的激励光和/或被试样反射的激励光。
接着，用户进行用于校正再激励荧光发光的设定(步骤S110)。测定装置100对接收激励光而从试样产生的光进行测定(步骤S112)。作为用于校正再激励荧光发光的设定，在粉末试样或固定试样的情况下，将试样配置在不直接被来自光源4的激励光照射的位置，对向试样照射在积分器6内反射的激励光时产生的光进行测定。另外，在溶液试样的情况下，将安装在积分器6的试样窗65的标准反射构件69卸下，在避免透过了试样的激励光反射到积分器6内的状态下进行测定。
最终，数据处理装置200使用在步骤S104中由测定装置100测定出的结果、在步骤S108中由测定装置100测定出的结果、以及在步骤S112中由测定装置100测定出的结果，来计算试样的光学特性值(例如量子效率等)(步骤S114)。
<G.测定结果例>
接着，示出使用图6所示的光学特性测定系统1A测定试样所得到的结果的一例。在图8A和图8B中，示出使用图6所示的光学特性测定系统1A来从溶剂中的富勒烯(C60)产生纯态氧时的测定结果例。作为比较例，图8A示出使用将检测元件的检测灵敏度设为标准的测定装置的例子，图8B示出采用图4所示那样的结构并且将检测元件的检测灵敏度设定得高的测定装置的例子。
更具体地说，向存在于氘代苯(C6D6)的溶剂中的富勒烯照射激励光来产生纯态氧。图8A和图8B示出对在产生纯态氧的过程中产生的荧光的光谱进行测定所得到的结果的一例。作为产生激励光的光源4，使用了532nm的激光光源(输出20mW)。
可知，如图8A所示，在将检测元件的检测灵敏度设为标准的状态下，没能测定出所产生的荧光的光谱，但是如图8B所示，在提高了检测元件的检测灵敏度的状态下，能够测定出所产生的荧光的光谱。
进一步使用图6所示的光学特性测定系统1A测定了溶剂中的富勒烯的内部量子效率。此外，还对再激励荧光发光进行了校正。为了研究测定的稳定性而针对同一试样在3天内重复进行相同的测定(1天1次，共计进行了3次测定)。以下示出测定结果。
第1天：0.061％
第2天：0.062％
第3天：0.062％
根据该量子效率的测定结果可知，即使是量子效率非常小的试样，也能够稳定地进行测定。
<H.校正方法>
图6所示的光学特性测定系统1A包括检测灵敏度互不相同的两台测定装置100和测定装置100A。当考虑量子效率的测定等时，需要使用同一标准光源进行能量校正。也就是说，需要在两台测定装置之间使从测定值换算出的能量的大小匹配。另一方面，检测灵敏度不同，因此难以使用同一标准光源进行两台测定装置的能量校正。因此，说明针对构成本实施方式的光学特性测定系统1A的测定装置100和测定装置100A的校正方法的一例。
图9是表示用于对本实施方式的光学特性测定系统1A进行校正的过程的流程图。图10A～图10C是用于说明用于对本实施方式的光学特性测定系统1A进行校正的过程的示意图。
参照图9和图10A～10C，首先针对用于校正的标准灯150，使用预先校正后的上层的标准光源(国际标准可跟踪光源)，在距离L1处进行照度等的赋值(步骤S200)。假设标准灯150例如是50W的光源。通过步骤S200，获取标准灯150的能量值。典型地，使用光谱辐射照度[μW×cm-2×nm-1]来定义能量值。
接着，按照规定的设置条件配置测定装置100A和作为预先被赋予了能量值的光源的标准灯150。作为一例，如图10A所示，将标准灯150和测定装置100A(标准灵敏度)配置为光轴一致且分离距离L1(步骤S202)。为了降低从标准灯150产生的杂散光成分等的影响而在标准灯150与测定装置100A之间配置遮光板单元152、154。
基于通过测定装置100A接收来自标准灯150的光而得到的输出值来决定测定装置100A的能量校正系数。即，基于图10A所示的设置条件下的测定装置100A的输出值来计算测定装置100A的能量校正系数(步骤S204)。
能量校正系数是将来自测定装置的输出值(信号值)换算为能量的系数，具有以下关系：能量＝暗校正后的输出值(测定值-暗校正时的测定值)/能量校正系数。
在步骤S204中，通过将从测定装置100A的测定值I2中减去测定装置100A的暗校正值(在暗状态下输出的测定值Id2)所得到的值除以对标准灯150赋予的能量值来计算测定装置100A的能量校正系数。即，测定装置100A的能量校正系数k2＝(I2-Id2)/(对标准灯150赋予的能量值E1)。
接着，按照另一设置条件配置测定装置100A和作为光源的标准灯150。作为一例，如图10B所示，将标准灯150与测定装置100A(标准灵敏度)之间的距离从距离L1缩短到距离L2，并且将减光网156配置在标准灯150与测定装置100A之间的光轴上(步骤S206)。作为减光网156，例如能够采用透过率为1％(即减光到1/100)的减光网。此外，从距离L1缩短到距离L2是为了减轻减光网156的减光程度，如果能够准备更适当的减光网156，则不需要变更距离。
基于通过测定装置100A接收来自标准灯150的光而得到的输出值以及测定装置100A的能量校正系数来决定与当前的设置条件对应的标准灯150的能量的换算值。即，基于图10B所示的设置条件下的测定装置100A的输出值，来计算反映出减光网156和距离L2的标准灯150的能量的换算值(步骤S208)。具体地说，将从测定装置100A的测定值I2’中减去测定装置100A的暗校正值(在暗状态下输出的测定值Id2)所得到的值与在步骤S204中计算出的能量校正系数k2相乘，来计算换算能量值E2。即，换算能量值为E2＝(I2’-Id2)×能量校正系数k2。
接着，按照该另一设置条件配置测定装置100和作为光源的标准灯150。作为一例，在图10B所示的状态下，维持遮光板单元152、154以及减光网156的配置状态，代替测定装置100A(标准灵敏度)而配置测定装置100(高灵敏度)(参照图10C)(步骤S210)。
基于通过测定装置100接收来自标准灯150的光而得到的输出值以及与图10B的设置条件对应的标准灯150的能量的换算值来决定测定装置100的能量校正系数。即，基于图10C所示的设置条件下的测定装置100的输出值来计算测定装置100的能量校正系数(步骤S212)。在步骤S212中，通过将从测定装置100的测定值I1中减去测定装置100的暗校正值(在暗状态下输出的测定值Id1)所得到的值除以在步骤S208中计算出的换算能量值E2来计算测定装置100的能量校正系数。即，测定装置100的能量校正系数为k1＝(I1-Id1)/(标准灯150的换算能量值E2)。
通过以上的过程，能够使用同一标准光源来决定测定装置100和测定装置100A各自的能量校正系数。
此外，根据测定装置100(高灵敏度)与测定装置100A(标准灵敏度)之间的灵敏度差来对标准灯150的瓦数、距离L1与距离L2之间的差、减光网的特性等进行适当地调整即可。
<I.优点>
本实施方式的测定装置100具有用于抑制在壳体102内的检测元件108的周围产生的温度变化的功能和结构。通过采用这种功能和结构，即使提高了检测元件108的检测灵敏度，也能够进行降低了测定噪声的影响的测定。通过使用这种测定装置100，例如针对向试样照射具有紫外区域或可视区域的波长分量的激励光而从该试样产生的极其微弱的发光也能够稳定地进行测定。
另外，本实施方式的测定装置100采用了使用电子冷却元件来对检测元件108自身和壳体102的内部分别进行冷却的方式，因此与使用液氮等进行冷却的方式相比能够大幅度地缩短包括进行熟化在内的测定时间。
根据本实施方式的光学特性测定系统1A，能够使用检测范围互不相同的测定装置100和测定装置100A来同时测定来自测定对象的光。测定装置100和测定装置100A均将阵列传感器(作为一例，为CCD图像传感器)用作检测元件，能够一次获取多个波长分量的强度。由此，能够高灵敏度地测定宽频带的光谱。同时，与对波长进行扫描的方式相比能够缩短测定时间。
另外，通过分别针对测定装置100和测定装置100A将检测灵敏度最优化，能够不受周围环境的变化影响地再现性良好且稳定地测定极其微弱的光。因此，能够进行高精度的量子效率的测定。通过采用这种装置结构，例如能够检测生物体内的物质产生的具有近红外区域的波长分量的荧光。另外，还能够应用于各种材料开发。并且，还能够应用于将人工光合成来使用那样的能量开发的领域。
根据上述的说明，能够明确本实施方式的光学特性测定装置和光学特性测定系统的上述以外的优点。
对本发明的实施方式进行了说明，但是应当认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示而非限制性的。本发明的范围由权利要求书示出，意图包括与权利要求书均等的意义以及范围内的所有变更。

Claims (5)

1.一种光学测定装置，具备：
光纤，其用于将试样所产生的光引导至壳体；
检测元件，其配置在所述壳体的内部；
衍射光栅，其用于将所述试样所产生的光引导至所述检测元件；
冷却机构，其至少局部与所述检测元件接合，用于冷却所述检测元件；
温度调节机构，其用于使所述壳体的内部空间的温度维持为固定；以及
隔热机构，其配置在所述壳体的周围，用于减少热从所述壳体的周围向所述壳体内的侵入，
其中，所述冷却机构包括：
基部，其形成所述壳体的一部分，并且用于支承所述检测元件；
第一电子冷却元件，其配置在所述基部的内部；以及
冷却翅片，其经由接合层接合于所述基部的外表面。
2.根据权利要求1所述的光学测定装置，其特征在于，
所述温度调节机构包括以下机构：该机构至少局部与所述壳体接合，用于将所述壳体内的热向所述壳体的外部排出。
3.根据权利要求2所述的光学测定装置，其特征在于，
所述温度调节机构包括：
第二电子冷却元件，其至少局部与所述壳体接合；
散热板，其与所述第二电子冷却元件接合；以及
制冷剂循环泵，其使制冷剂在包括所述散热板的路径中循环。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的光学测定装置，其特征在于，
所述隔热机构包括隔热件和真空层中的一方。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的光学测定装置，其特征在于，
所述隔热机构包括使温度受到控制的制冷剂在所述壳体的周围循环的机构。
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