JP2020038226A - Optical measurement device - Google Patents

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Abstract

To provide an optical characteristics measurement system which can be set up in a relatively short time and enables the detection sensitivity thereof to be more improved.SOLUTION: A first measurement device 100 includes: a first detection element 108 arranged in a housing 102; first cooling means 110, 111, 112, 114 at least partially joined to the first detection element and cooling the detection element; and suppression means 130, 132, 136, 120 suppressing change in temperature occurring around the detection element in the housing.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、光学特性を測定することのできる光学特性測定システム、および光学特性測定システムの校正方法に関する。   The present invention relates to an optical property measurement system capable of measuring optical properties, and a calibration method for the optical property measurement system.

光増感物質を含むような材料または試薬の特性値を評価するために、それらの物質が発する微弱な光を測定したいというニーズがある。例えば、特開平09−159604号公報(特許文献1)は、紫外域から可視域の任意の波長に光吸収特性をもつ光増感物質を含む試料や、光に対して直接的および間接的に不安定で、少量しか入手できない試料でも測定可能な一重項酸素測定装置を開示する。   In order to evaluate characteristic values of materials or reagents containing a photosensitizer, there is a need to measure weak light emitted from those substances. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-159604 (Patent Document 1) discloses a sample containing a photosensitizer having a light absorption property at an arbitrary wavelength from an ultraviolet region to a visible region, and a method for directly and indirectly detecting light. A singlet oximeter that is unstable and can measure even a sample that is available in a small amount is disclosed.

また、特開平09−292281号公報(特許文献2)、国際公開第2010/084566号(特許文献3)、および、特開2011−196735号公報(特許文献4)は、蛍光発光する物質を含む試料が吸収した光量子量と、試料から発生した蛍光の光量子量との比を示す量子効率を測定する測定装置および測定方法を開示する。   In addition, JP-A-09-292281 (Patent Document 2), WO 2010/084566 (Patent Document 3), and JP-A-2011-196735 (Patent Document 4) contain a substance that emits fluorescent light. A measuring device and a measuring method for measuring a quantum efficiency indicating a ratio of a photon quantity absorbed by a sample to a photon quantity of fluorescence generated from the sample are disclosed.

特開平09−159604号公報JP 09-159604 A 特開平09−292281号公報JP-A-09-292281 国際公開第2010/084566号International Publication No. 2010/084566 特開2011−196735号公報JP 2011-196735 A

特許文献1に開示される一重項酸素測定装置は、検出感度を高めるために、液体窒素冷却型ゲルマニウム検出器を用いている。液体窒素などを用いて検出素子を冷却することにより、検出素子が安定化し、検出ダイナミックレンジを拡大することができる。一方で、液体窒素で検出素子を冷却するためには、予冷なども含めて、実際に使用できる状態にするまでに数時間の準備を要して実用的ではない。   The singlet oxygen measurement device disclosed in Patent Literature 1 uses a liquid nitrogen-cooled germanium detector to increase detection sensitivity. By cooling the detection element using liquid nitrogen or the like, the detection element is stabilized and the detection dynamic range can be expanded. On the other hand, cooling the detection element with liquid nitrogen requires several hours of preparation, including pre-cooling, until it can be actually used, which is not practical.

比較的短い時間でセットアップでき、かつ、検出感度をより高めることのできる光学特性測定システムの実現が要望されている。   There is a demand for an optical property measurement system that can be set up in a relatively short time and that can further increase the detection sensitivity.

本発明のある局面に従えば、第1の測定装置を備える光学特性測定システムが提供される。第1の測定装置は、筐体内に配置された第1の検出素子と、第1の検出素子に少なくとも部分的に接合し、検出素子を冷却する第1の冷却手段と、筐体内の検出素子の周囲に生じる温度変化を抑制する抑制手段とを含む。   According to an aspect of the present invention, there is provided an optical property measuring system including a first measuring device. The first measuring device includes a first detection element disposed in a housing, a first cooling unit that is at least partially joined to the first detection element and cools the detection element, and a detection element in the housing. And suppression means for suppressing a temperature change occurring around the device.

好ましくは、抑制手段は、筐体と少なくとも部分的に接合し、筐体内の熱を筐体の外部へ放出する第2の冷却手段を含む。   Preferably, the suppression means includes a second cooling means which is at least partially joined to the housing and discharges heat in the housing to the outside of the housing.

好ましくは、抑制手段は、筐体の周囲に配置され、筐体の周囲から筐体内への熱侵入を抑制するための断熱手段を含む。   Preferably, the suppression means is provided around the housing and includes heat insulation means for suppressing heat from entering the housing from around the housing.

好ましくは、光学特性測定システムは、さらに、第2の測定装置を含む。第1の測定装
置は、第1の検出素子に対応付けて配置され、第1の波長範囲の光を第1の検出素子に導くように構成された第1の回折格子をさらに含む。第2の測定装置は、筐体内に配置された第2の検出素子と、第2の検出素子に対応付けて配置され、第2の波長範囲の光を第2の検出素子に導くように構成された第2の回折格子とを含む。第1の測定装置の第1の検出素子は、第2の測定装置の第2の検出素子に比較して、検出感度がより高くなるように構成されている。
Preferably, the optical property measuring system further includes a second measuring device. The first measurement device further includes a first diffraction grating arranged in association with the first detection element and configured to guide light in a first wavelength range to the first detection element. The second measurement device is configured to be disposed in the housing and to be associated with the second detection element, and to guide light in a second wavelength range to the second detection element. A second diffraction grating. The first detecting element of the first measuring device is configured to have higher detection sensitivity than the second detecting element of the second measuring device.

好ましくは、光学特性測定システムは、測定対象からの光を分岐して、第1および第2の測定装置にそれぞれ導く分岐ファイバをさらに含む。   Preferably, the optical property measurement system further includes a branch fiber that branches light from the measurement target and guides the light to the first and second measurement devices, respectively.

好ましくは、第1の測定装置は、近赤外域の波長成分に検出感度を有するように構成されている。第2の測定装置は、紫外域から可視域の範囲に含まれる少なくとも一部の波長成分に検出感度を有するように構成されている。   Preferably, the first measurement device is configured to have a detection sensitivity for a wavelength component in a near infrared region. The second measuring device is configured to have detection sensitivity for at least a part of wavelength components included in a range from an ultraviolet region to a visible region.

本発明の別の局面に従えば、第1の測定装置と、第1の測定装置より検出感度が低くなるように構成されている第2の測定装置とを備える光学特性測定システムの校正方法が提供される。光学特性測定システムの校正方法は、第1の設置条件に従って、予めエネルギー値が値付けされた光源と第2の測定装置とを配置し、光源からの光を第2の測定装置で受光して得られる出力値に基づいて、第2の測定装置のエネルギー校正係数を決定するステップと、第2の設置条件に従って、光源と第2の測定装置とを配置し、光源からの光を第2の測定装置で受光して得られる出力値と、第2の測定装置のエネルギー校正係数とに基づいて、第2の設置条件に対応する光源のエネルギーの換算値を決定するステップと、第2の設置条件に従って、光源と第1の測定装置とを配置し、光源からの光を第1の測定装置で受光して得られる出力値と、第2の設置条件に対応する光源のエネルギーの換算値とに基づいて、第1の測定装置のエネルギー校正係数を決定するステップとを含む。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for calibrating an optical property measurement system including a first measurement device and a second measurement device configured to have lower detection sensitivity than the first measurement device. Provided. According to the calibration method of the optical characteristic measurement system, a light source whose energy value is previously valued and a second measurement device are arranged according to the first installation condition, and light from the light source is received by the second measurement device. Determining the energy calibration coefficient of the second measurement device based on the obtained output value; and arranging the light source and the second measurement device according to the second installation condition, and transmitting the light from the light source to the second measurement device. Determining a converted value of the energy of the light source corresponding to the second installation condition based on an output value obtained by receiving light by the measurement device and an energy calibration coefficient of the second measurement device; According to the conditions, the light source and the first measuring device are arranged, the output value obtained by receiving the light from the light source by the first measuring device, and the converted value of the energy of the light source corresponding to the second installation condition. Based on the energy of the first measuring device And determining the over calibration factor.

本発明のある実施の形態によれば、比較的短い時間でセットアップでき、かつ、検出感度をより高めることのできる光学特性測定システムを実現できる。   According to an embodiment of the present invention, it is possible to realize an optical characteristic measurement system that can be set up in a relatively short time and can further increase the detection sensitivity.

また、本発明のある実施の形態によれば、第1の測定装置と、第1の測定装置より検出感度が低くなるように構成されている第2の測定装置とを含む光学特性測定システムの校正方法が提供される。   Further, according to an embodiment of the present invention, there is provided an optical characteristic measurement system including a first measurement device and a second measurement device configured to have lower detection sensitivity than the first measurement device. A calibration method is provided.

本実施の形態に従う光学特性測定装置を含む光学特性測定システムの構成例を示す模式図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of an optical characteristic measurement system including an optical characteristic measurement device according to an embodiment. 図1に示す光学特性測定システムを用いた光学特性の測定方法を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a method for measuring optical characteristics using the optical characteristic measurement system shown in FIG. 1. 図1に示す光学特性測定システムを構成するデータ処理装置の装置構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a device configuration of a data processing device included in the optical characteristic measurement system illustrated in FIG. 1. 図1に示す光学特性測定システムを構成する測定装置の装置構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a device configuration of a measurement device included in the optical property measurement system illustrated in FIG. 1. 図4に示す測定装置の温度ドリフトの影響を評価した結果を示すグラフである。5 is a graph showing a result of evaluating an influence of a temperature drift of the measurement device shown in FIG. 量子効率の測定に適した光学特性測定システムの装置構成の要部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principal part of the apparatus structure of the optical characteristic measuring system suitable for the measurement of quantum efficiency. 本実施の形態に従う測定装置を用いた測定方法の手順を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a procedure of a measuring method using the measuring device according to the present embodiment. 図6に示す光学特性測定システムを用いて溶媒中のフラーレン(C60)から一重項酸素を発生させたときの測定例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a measurement example when singlet oxygen is generated from fullerene (C 60 ) in a solvent using the optical property measurement system illustrated in FIG. 6. 本実施の形態に従う光学特性測定システムに対して校正を行なうための手順を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a procedure for calibrating the optical property measurement system according to the present embodiment. 本実施の形態に従う光学特性測定システムに対して校正を行なうための手順を説明するための模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram for describing a procedure for performing calibration on the optical property measurement system according to the present embodiment.

本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り返さない。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.

<A.システム構成例>
まず、本実施の形態に従う光学特性測定装置(以下、「測定装置」とも略称する。)を含む光学特性測定システム1について説明する。図1は、本実施の形態に従う光学特性測定装置を含む光学特性測定システム1の構成例を示す模式図である。
<A. System configuration example>
First, an optical characteristic measuring system 1 including an optical characteristic measuring device (hereinafter, also abbreviated as “measuring device”) according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of an optical property measuring system 1 including an optical property measuring apparatus according to the present embodiment.

図1を参照して、光学特性測定システム1は、光源4と、積分器6と、測定装置100とを収納するシステム本体2と、データ処理装置200とを含む。図1には、光源4、積分器6、および測定装置100が一つの筐体に収納された構成例を示すが、これに限られず、一部または全部のコンポーネントを別体に構成してもよい。この場合には、1または複数の測定装置100のみで光学特性測定システムを構成することもある。   With reference to FIG. 1, an optical characteristic measuring system 1 includes a light source 4, an integrator 6, a system main body 2 that houses a measuring device 100, and a data processing device 200. FIG. 1 illustrates a configuration example in which the light source 4, the integrator 6, and the measurement device 100 are housed in one housing. However, the configuration is not limited to this, and some or all of the components may be configured separately. Good. In this case, the optical characteristic measuring system may be constituted by only one or a plurality of measuring devices 100.

図1に示す光学特性測定システム1は、様々な光学特性を測定することができる。光学特性としては、例えば、全光束量、照度(または、分光放射照度)、輝度(または、分光放射輝度)、光度、色演色(色度座標、刺激純度、相関色温度、演色性)、吸収率、透過率、反射率、発光スペクトル(および、ピーク波長、半波値)、励起スペクトル、外部量子効率(または、外部量子収率)、内部量子効率(または、内部量子収率)などを含む。   The optical property measuring system 1 shown in FIG. 1 can measure various optical properties. The optical characteristics include, for example, total luminous flux, illuminance (or spectral irradiance), luminance (or spectral radiance), luminous intensity, color rendering (chromaticity coordinates, excitation purity, correlated color temperature, color rendering), absorption Includes rate, transmittance, reflectance, emission spectrum (and peak wavelength, half-wave value), excitation spectrum, external quantum efficiency (or external quantum yield), internal quantum efficiency (or internal quantum yield), etc. .

以下の説明では、主として、蛍光発光する物質を含む試料に対して、所定波長の励起光(典型的には、紫外域〜可視域の光)を照射し、当該試料から発生する蛍光(典型的には、近赤外域〜赤外域の光)を検出する場合について例示する。この場合、測定対象の光学特性は、典型的には、試料から発生する蛍光のスペクトルおよび量子効率を含む。   In the following description, a sample containing a substance that emits fluorescence is mainly irradiated with excitation light of a predetermined wavelength (typically, light in the ultraviolet to visible range), and fluorescence (typically, light) generated from the sample is emitted. FIG. 2 illustrates an example in which near-infrared to infrared light is detected. In this case, the optical characteristics of the measurement object typically include the spectrum and the quantum efficiency of the fluorescence generated from the sample.

光源4は、試料に照射する励起光を発生する。光源4としては、例えば、キセノン放電ランプ(Xeランプ)、レーザダイオード、白色LED(Light Emitting Diode)などが用いられる。試料の量子効率を測定する場合には、励起光として、試料の特性に応じた単一波長を有する単色光を用いるのが好ましい。発生する励起光が波長帯域に広がりをもつ場合(キセノン放電ランプなどの白色光源を採用した場合)には、目的の単色光を選択するための波長帯域透過フィルターを設けてもよい。   The light source 4 generates excitation light for irradiating the sample. As the light source 4, for example, a xenon discharge lamp (Xe lamp), a laser diode, a white LED (Light Emitting Diode), or the like is used. When measuring the quantum efficiency of the sample, it is preferable to use monochromatic light having a single wavelength according to the characteristics of the sample as the excitation light. When the generated excitation light has a wide wavelength band (when a white light source such as a xenon discharge lamp is used), a wavelength band transmission filter for selecting a target monochromatic light may be provided.

光学特性測定システム1は、積分器6として半球型の積分球を採用する。積分器6としては、全球型のものを用いてもよい。半球型の積分球を採用することで、測定精度を高めることができるとともに、試料の着脱をより容易に行なうことができる。   The optical characteristic measuring system 1 employs a hemispherical integrating sphere as the integrator 6. As the integrator 6, a spherical type may be used. By using a hemispherical integrating sphere, the measurement accuracy can be improved, and the sample can be more easily attached and detached.

図2は、図1に示す光学特性測定システム1を用いた光学特性の測定方法を説明するための図である。図2(A)には、粉体試料または固体試料を測定する場合の測定方法の一例を示し、図2(B)には、溶液試料を測定する場合の測定方法の一例を示す。   FIG. 2 is a diagram for explaining a method for measuring optical characteristics using the optical characteristic measurement system 1 shown in FIG. FIG. 2A shows an example of a measurement method for measuring a powder sample or a solid sample, and FIG. 2B shows an example of a measurement method for measuring a solution sample.

図2(A)を参照して、積分器6は、その内部に半球型の積分空間を形成する。より具体的には、積分器6は、半球部61と、半球部61の実質的な曲率中心を通り、かつ半球部61の開口部を塞ぐように配置された円板状の光拡散反射層62aを含む平面ミラー6
2とからなる。半球部61の内面(内壁)に光拡散反射層61aを有する。光拡散反射層61aは、典型的には、硫酸バリウムまたは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。平面ミラー62は、半球部61の内面側に鏡面反射(正反射および拡散反射)する光拡散反射層62aを有する。平面ミラー62の光拡散反射層62aが半球部61の内部に向けて配置されることで、半球部61についての虚像が生成される。半球部61の内部に定義される空間(実像)と、平面ミラー62により生成される虚像とを組み合わせると、全球型の積分器を用いた場合と実質的に同じ照度分布を得ることができる。
Referring to FIG. 2A, integrator 6 forms a hemispherical integration space therein. More specifically, the integrator 6 includes a hemispherical portion 61 and a disc-shaped light diffusion / reflection layer disposed so as to pass through the substantial center of curvature of the hemispherical portion 61 and close the opening of the hemispherical portion 61. Planar mirror 6 including 62a
Consists of two. The light diffusion / reflection layer 61a is provided on the inner surface (inner wall) of the hemisphere 61. The light diffusion reflection layer 61a is typically formed by applying or spraying a light diffusion material such as barium sulfate or PTFE (polytetrafluoroethylene). The plane mirror 62 has a light diffusion reflection layer 62 a that performs specular reflection (specular reflection and diffuse reflection) on the inner surface side of the hemispherical portion 61. By arranging the light diffusion / reflection layer 62a of the plane mirror 62 toward the inside of the hemisphere 61, a virtual image of the hemisphere 61 is generated. When a space (real image) defined inside the hemispherical portion 61 and a virtual image generated by the plane mirror 62 are combined, it is possible to obtain substantially the same illuminance distribution as in the case where a spherical integrator is used.

粉体試料または固体試料である試料SMP1は、半球部61の頂点を含む領域に形成された試料窓65に装着される。試料SMP1は、その蛍光発光する物質が半球部61の内部に露出するように、試料窓65に装着される。   The sample SMP1, which is a powder sample or a solid sample, is mounted on a sample window 65 formed in a region including the apex of the hemisphere 61. The sample SMP1 is mounted on the sample window 65 such that the substance that emits fluorescent light is exposed inside the hemisphere 61.

光源4が発生した励起光は、光ファイバ5を伝搬して、投光光学系50を通じて、積分器6の内部に配置された試料SMP1へ照射される。投光光学系50は、集光レンズ52を含んでおり、光源4からの励起光を試料SMP1へ集光する。平面ミラー62には、励起光を積分器6の内部に導くための投光窓64が形成されている。   The excitation light generated by the light source 4 propagates through the optical fiber 5 and irradiates the sample SMP1 disposed inside the integrator 6 through the light projecting optical system 50. The light projecting optical system 50 includes a condenser lens 52, and condenses the excitation light from the light source 4 to the sample SMP1. A light projecting window 64 for guiding the excitation light into the integrator 6 is formed in the plane mirror 62.

試料SMP1が励起光を受けて発生する光(典型的には、蛍光)は、積分器6内部で繰り返し反射することで、積分器6の内面に表れる照度は均一化する。   Light (typically, fluorescence) generated by receiving the excitation light from the sample SMP1 is repeatedly reflected inside the integrator 6, so that the illuminance appearing on the inner surface of the integrator 6 is made uniform.

平面ミラー62には、積分器6の内面の照度を観測するための観測窓67が形成されており、観測窓67に対応付けて光取出部68が設けられている。光取出部68には、測定装置100と光学的に接続されている光ファイバ7の端部が接続されている。すなわち、積分器6の内面(観測窓67から見た視野範囲に相当)の照度に応じた強度をもつ光が測定装置100へ入射する。測定装置100は、光ファイバ7を通じて観測される光から、試料SMP1などの光学特性を測定する。   An observation window 67 for observing the illuminance on the inner surface of the integrator 6 is formed in the plane mirror 62, and a light extraction unit 68 is provided in association with the observation window 67. The end of the optical fiber 7 that is optically connected to the measuring device 100 is connected to the light extraction unit 68. That is, light having an intensity corresponding to the illuminance on the inner surface of the integrator 6 (corresponding to the visual field range viewed from the observation window 67) enters the measuring device 100. The measurement device 100 measures optical characteristics of the sample SMP1 and the like from light observed through the optical fiber 7.

図2(A)に示すように、ユーザは、半球部61の頂点(図面では最下部)に設けられた試料窓65に試料SMP1を装着さえすればよいので、複数の試料SMP1を測定する必要がある場合であっても、試料の装着および交換の作業を簡素化できる。   As shown in FIG. 2A, the user only needs to mount the sample SMP1 on the sample window 65 provided at the vertex of the hemispherical portion 61 (the lowermost portion in the drawing), so that it is necessary to measure a plurality of samples SMP1. Even if there is, the work of mounting and exchanging the sample can be simplified.

図2(B)を参照して、溶液試料である試料SMP2を測定する場合には、平面ミラー62の中心部に形成された試料窓66に試料ホルダー63が装着され、試料ホルダー63内に試料SMP2が配置される。このとき、半球部61の頂点を含む領域に形成された試料窓65には、標準反射部材69が装着される。   Referring to FIG. 2 (B), when measuring a sample SMP2 which is a solution sample, a sample holder 63 is attached to a sample window 66 formed at the center of the plane mirror 62, and the sample is placed in the sample holder 63. SMP2 is arranged. At this time, a standard reflection member 69 is attached to the sample window 65 formed in a region including the vertex of the hemispherical portion 61.

投光光学系50は、試料ホルダー63を長さ方向に延長した位置に、試料窓66に対応付けて配置される。投光光学系50は、光源4からの励起光を試料ホルダー63の内部を通じて試料SMP2へ照射する。試料SMP2が励起光を受けて発生する光(典型的には、蛍光)は、積分器6内部で繰り返し反射することで、積分器6の内面に表れる照度は均一化する。測定装置100は、図2(A)と同様の方法で、光ファイバ7を通じて観測される光から、試料SMP2などの光学特性を測定する。   The light projecting optical system 50 is arranged at a position where the sample holder 63 is extended in the length direction in association with the sample window 66. The light projecting optical system 50 irradiates the sample SMP2 with the excitation light from the light source 4 through the inside of the sample holder 63. Light (typically, fluorescence) generated by the sample SMP2 receiving the excitation light is repeatedly reflected inside the integrator 6, so that the illuminance appearing on the inner surface of the integrator 6 is made uniform. The measuring apparatus 100 measures the optical characteristics of the sample SMP2 and the like from the light observed through the optical fiber 7 in the same manner as in FIG.

図2(B)に示す使用状態において、投光窓64(図2(A)参照)にも標準反射部材が装着される。   In the use state shown in FIG. 2B, the standard reflection member is also mounted on the light emitting window 64 (see FIG. 2A).

試料の材質または特性などによっては、再励起蛍光発光が生じる場合がある。再励起蛍光発光とは、試料表面で反射した励起光が積分器6内で拡散反射され、再び試料に入射することにより、さらに発光を生じる現象である。光学特性測定システム1では、このよう
な再励起蛍光発光による誤差を補正することも可能である。
Depending on the material or characteristics of the sample, re-excitation fluorescence emission may occur. The re-excitation fluorescence emission is a phenomenon in which the excitation light reflected on the sample surface is diffusely reflected in the integrator 6 and re-enters the sample, thereby causing further emission. In the optical property measurement system 1, it is also possible to correct such an error due to the re-excitation fluorescence emission.

再度図1を参照して、測定装置100は、光ファイバ7を通じて観測される光を受光して、測定結果(スペクトルなど)を出力する。データ処理装置200は、測定装置100からの測定結果を処理することで、試料の光学特性を算出する。測定装置100の詳細については、後述する。   Referring to FIG. 1 again, measuring device 100 receives light observed through optical fiber 7 and outputs a measurement result (a spectrum or the like). The data processing device 200 calculates the optical characteristics of the sample by processing the measurement result from the measuring device 100. Details of the measuring device 100 will be described later.

データ処理装置200は、典型的には汎用的なコンピュータによって実現される。図3は、図1に示す光学特性測定システム1を構成するデータ処理装置200の装置構成を示す模式図である。データ処理装置200は、オペレーティングシステム(OS:Operating System)を含む各種プログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)202
と、CPU202でのプログラムの実行に必要なデータを一時的に記憶する主メモリ204と、CPU202で実行されるプログラムを不揮発的に記憶するハードディスク206とを含む。測定装置100を構成する各コンポーネントは、バス220を介して互いに通信可能に接続されている。
The data processing device 200 is typically realized by a general-purpose computer. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a device configuration of the data processing device 200 included in the optical characteristic measurement system 1 illustrated in FIG. The data processing device 200 includes a CPU (Central Processing Unit) 202 that executes various programs including an operating system (OS).
And a main memory 204 for temporarily storing data necessary for the CPU 202 to execute the program, and a hard disk 206 for nonvolatilely storing the program to be executed by the CPU 202. The components constituting the measuring apparatus 100 are communicably connected to each other via a bus 220.

ハードディスク206には、本実施の形態に従う測定方法を実現するための測定プログラム208が予め格納されている。このような測定プログラム208は、CD−ROM(Compact Disk-Read Only Memory)ドライブ210によって、記録媒体の一例であるCD
−ROM212などから読取られる。すなわち、本実施の形態に従う測定方法を実現するための測定プログラム208は、CD−ROM212などの記録媒体などに格納されて流通する。あるいは、ネットワークを介して測定プログラム208を配信してもよい。このような場合、測定プログラム208は、データ処理装置200のネットワークインターフェイス214を介して受信され、ハードディスク206に格納される。
Measurement program 208 for implementing the measurement method according to the present embodiment is stored in hard disk 206 in advance. Such a measurement program 208 is transmitted from a CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory) drive 210 to a CD as an example of a recording medium.
-Read from the ROM 212 or the like. That is, measurement program 208 for implementing the measurement method according to the present embodiment is stored in a recording medium such as CD-ROM 212 and distributed. Alternatively, the measurement program 208 may be distributed via a network. In such a case, the measurement program 208 is received via the network interface 214 of the data processing device 200 and stored in the hard disk 206.

ディスプレイ216は、測定結果などをユーザへ表示する。入力部218は、典型的には、キーボードやマウスなどを含み、ユーザの操作を受付ける。   The display 216 displays measurement results and the like to the user. The input unit 218 typically includes a keyboard, a mouse, and the like, and receives a user operation.

なお、上述の機能の一部または全部を専用のハードウェア回路で実現してもよい。また、データ処理装置200をシステム本体2の一部として組み込んでもよい。   Note that some or all of the above functions may be realized by a dedicated hardware circuit. Further, the data processing device 200 may be incorporated as a part of the system main body 2.

<B.新たな課題の発見>
紫外域または可視域の波長成分を有する励起光を試料に照射し、当該試料が生じる発光を測定する場合などを想定する。このような測定において、試料が生じる光は、近赤外域から赤外域の波長成分を有する極めて微弱なものとなる場合が多い。また、試料によっては、寿命が短く、わずかな測定時間しか確保できないものもある。
<B. Discovering new issues>
It is assumed that the sample is irradiated with excitation light having a wavelength component in the ultraviolet or visible range, and the emission generated by the sample is measured. In such a measurement, the light generated by the sample is often extremely weak having a wavelength component in the near-infrared region to the infrared region. In addition, some samples have a short life and only a short measurement time can be secured.

そのため、検出感度を可能な限り高めた測定装置を用いることが好ましい。先行技術のように、液体窒素などを用いて検出素子を冷却することで、検出感度を高める方法も知られているが、セットアップに長時間を要し、また、取扱いが容易ではないという課題もある。   For this reason, it is preferable to use a measuring device whose detection sensitivity is increased as much as possible. As in the prior art, there is also known a method of increasing the detection sensitivity by cooling the detection element using liquid nitrogen or the like, but there are also problems that a long time is required for setup and handling is not easy. is there.

そこで、液体窒素などの特別な冷却をすることなく、常温で使用可能な検出素子を用いて測定装置を実現することが、測定の利便性をより高めることになる。このような常温で使用される検出素子には、温度による外乱を避けるために、検出素子自体の温度を一定に維持する機能が設けられている。   Therefore, realizing a measurement device using a detection element that can be used at room temperature without special cooling such as liquid nitrogen will further enhance the convenience of measurement. Such a detection element used at normal temperature is provided with a function of keeping the temperature of the detection element itself constant in order to avoid disturbance due to temperature.

本願発明者らは、極めて微弱な光を検出するために、検出素子の検出ゲインを高めていくと、検出素子自体の温度が一定に維持されているにもかかわらず、測定装置の周囲温度の影響を受けるという新たな課題を見出した。本願発明者らの鋭意研究によれば、測定装
置の周囲温度が変化することに伴って、測定装置内部にも温度変化が生じ、ゲインを高めた検出素子は、その温度変化による輻射熱の変化も捉えてしまい、その結果、測定対象の光の強度が変化していないにもかかわらず、測定結果には、その影響による誤差を生じるという結論にたどり着いた。そこで、本願発明者らは、検出素子自体に加えて、測定装置内部で生じる温度変化の影響、すなわち輻射熱による影響を生じさせない機能を採用した、測定装置100を発明した。本実施の形態に従う測定装置100によれば、測定装置100の周囲温度が変化したとしても、安定した測定が可能である。
The present inventors increase the detection gain of the detection element in order to detect extremely weak light, and despite the fact that the temperature of the detection element itself is kept constant, the ambient temperature of the measurement device is reduced. I found a new issue of being affected. According to the earnest study of the inventors of the present application, as the ambient temperature of the measuring device changes, a temperature change also occurs inside the measuring device, and the detection element with an increased gain also changes the radiant heat due to the temperature change. As a result, it was concluded that although the intensity of the light to be measured did not change, an error was caused in the measurement result due to the influence. Therefore, the inventors of the present application have invented a measuring device 100 that employs a function that does not cause an effect of a temperature change occurring inside the measuring device, that is, an effect of radiant heat, in addition to the detecting element itself. According to measuring apparatus 100 according to the present embodiment, stable measurement is possible even when the ambient temperature of measuring apparatus 100 changes.

<C.測定装置100の構成例>
次に、本実施の形態に従う測定装置100の構成例について説明する。
<C. Configuration example of measurement device 100>
Next, a configuration example of measurement apparatus 100 according to the present embodiment will be described.

図4は、図1に示す光学特性測定システム1を構成する測定装置100の装置構成を示す模式図である。図4を参照して、測定装置100は、分光受光器であり、光学スリット104と、凹面回折格子106と、検出素子108とを含む。これらのコンポーネントは、筐体102の内部に配置される。   FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a device configuration of the measuring device 100 included in the optical characteristic measuring system 1 illustrated in FIG. Referring to FIG. 4, measurement apparatus 100 is a spectral light receiver, and includes optical slit 104, concave diffraction grating 106, and detection element 108. These components are arranged inside the housing 102.

筐体102の一部には、光ファイバ7の端部を装着する接続部材116が設けられている。接続部材116により、光ファイバ7の開口端の光軸は、光学スリット104の中心軸に位置合わせされている。積分器6から取り出された光(以下、「測定光」とも称す。)は、光ファイバ7を伝搬して測定装置100の光学スリット104を通過する。測定光は、光学スリット104で断面径を調整された上で、凹面回折格子106に入射する。   A connection member 116 for attaching the end of the optical fiber 7 is provided in a part of the housing 102. The optical axis of the opening end of the optical fiber 7 is aligned with the central axis of the optical slit 104 by the connecting member 116. Light extracted from the integrator 6 (hereinafter also referred to as “measurement light”) propagates through the optical fiber 7 and passes through the optical slit 104 of the measuring device 100. The measurement light is incident on the concave diffraction grating 106 after the cross-sectional diameter is adjusted by the optical slit 104.

測定光が凹面回折格子106に入射することで、測定光に含まれるそれぞれの波長成分が光学的に分離される。すなわち、測定光が凹面回折格子106によって回折されることで、測定光に含まれる各波長成分は、その波長の長さに応じた異なる方向に進むことになる。それぞれの波長成分は、凹面回折格子106に対して光学的に位置合わせされた検出素子108に入射する。このように、凹面回折格子106は、検出素子108に対応付けて配置され、所定の波長範囲(本構成例では、近赤外域〜赤外域)の光を検出素子108に導くように構成されている。   When the measurement light enters the concave diffraction grating 106, each wavelength component included in the measurement light is optically separated. That is, when the measuring light is diffracted by the concave diffraction grating 106, each wavelength component included in the measuring light travels in a different direction according to the length of the wavelength. Each wavelength component is incident on a detection element 108 that is optically aligned with the concave diffraction grating 106. As described above, the concave diffraction grating 106 is arranged in association with the detection element 108, and is configured to guide light in a predetermined wavelength range (in the present configuration example, near infrared to infrared) to the detection element 108. I have.

検出素子108は、互いに独立した検出面を複数並べて配置したアレイセンサが採用されている。検出素子108としては、CCD(Charge-Coupled Device)イメージセンサ
を採用してもよい。検出素子108を構成する検出面の数および長さは、凹面回折格子106の回折特性および検出対象となる波長幅に応じて設計されている。アレイセンサである検出素子108は、測定光の強度スペクトルを所定波長幅ごとに検出する。
As the detection element 108, an array sensor in which a plurality of mutually independent detection surfaces are arranged is used. As the detection element 108, a CCD (Charge-Coupled Device) image sensor may be employed. The number and length of the detection surfaces constituting the detection element 108 are designed according to the diffraction characteristics of the concave diffraction grating 106 and the wavelength width to be detected. The detection element 108, which is an array sensor, detects the intensity spectrum of the measurement light for each predetermined wavelength width.

検出素子108は、検出素子108に少なくとも部分的に接合し、検出素子108を冷却する自己冷却機能を有している。検出素子108は、自己冷却型の検出素子であり、熱雑音を低減して、暗電流(ダーク電流)を低減させることで、検出感度を高めるとともに、S/N(Signal to Noise)比を向上させるように構成されている。具体的には、検出
素子108は、冷却機能を有する基部110を有している。基部110の内部には、検出素子108を冷却するための機能が実装されている。典型的には、基部110の内部には、ペルチェ素子などの電子冷却素子111が採用されてもよい。
The detection element 108 has a self-cooling function of being at least partially joined to the detection element 108 and cooling the detection element 108. The detecting element 108 is a self-cooling type detecting element, which reduces thermal noise and dark current (dark current), thereby increasing detection sensitivity and improving the S / N (Signal to Noise) ratio. It is configured to be. Specifically, the detection element 108 has a base 110 having a cooling function. A function for cooling the detection element 108 is mounted inside the base 110. Typically, an electronic cooling element 111 such as a Peltier element may be employed inside the base 110.

基部110の検出素子108とは反対側には、接合層113を介して冷却フィン112が接合されている。検出素子108で発生した熱の一部は、基部110内部の電子冷却素子111にて吸収されるとともに、別の一部は、基部110および接合層113を介して、冷却フィン112から測定装置100の外部へ放出される。   A cooling fin 112 is joined to the base 110 on a side opposite to the detection element 108 via a joining layer 113. A part of the heat generated by the detecting element 108 is absorbed by the electronic cooling element 111 inside the base 110, and another part is transferred from the cooling fin 112 to the measuring device 100 via the base 110 and the bonding layer 113. Is released to the outside.

基部110の電子冷却素子111は、冷却コントローラ114によって電流値などが制
御される。冷却コントローラ114は、図示しない温度センサなどからの検出値に基づいて、検出素子108が予め定められた温度に維持されるように、電流値などを制御する。
The current value of the electronic cooling element 111 of the base 110 is controlled by the cooling controller 114. The cooling controller 114 controls a current value and the like based on a detection value from a temperature sensor or the like (not shown) so that the detection element 108 is maintained at a predetermined temperature.

本実施の形態に従う測定装置100は、検出素子自体の冷却機能に加えて、検出素子108に対して輻射熱の変化による影響を与えないような機能が実装される。すなわち、測定装置100は、筐体102内の検出素子108の周囲に生じる温度変化を抑制する機能および構成を有している。図4に示す構成例においては、筐体102の内部空間の温度を一定に維持するための温調機能と、筐体102への熱侵入を低減するための断熱機能とを組み合わせた例を示す。   Measuring apparatus 100 according to the present embodiment has, in addition to the cooling function of the detection element itself, a function that does not affect detection element 108 due to a change in radiant heat. That is, the measuring apparatus 100 has a function and a configuration for suppressing a temperature change occurring around the detection element 108 in the housing 102. The configuration example illustrated in FIG. 4 illustrates an example in which a temperature control function for maintaining a constant temperature of the internal space of the housing 102 and a heat insulating function for reducing heat intrusion into the housing 102 are combined. .

温調機能は、筐体102と少なくとも部分的に接合し、筐体102内の熱を筐体102の外部へ放出する冷却機構により実現される。より具体的には、温調機能は、筐体102の側面に配置された電子冷却素子130と、電子冷却素子130に接合された放熱プレート132とを含む。電子冷却素子130は、ペルチェ素子などからなり、冷却コントローラ134によって電流値などが制御される。   The temperature control function is realized by a cooling mechanism which is at least partially joined to the housing 102 and discharges heat inside the housing 102 to the outside of the housing 102. More specifically, the temperature control function includes an electronic cooling element 130 arranged on a side surface of the housing 102 and a heat dissipation plate 132 joined to the electronic cooling element 130. The electronic cooling element 130 includes a Peltier element and the like, and the current value and the like are controlled by the cooling controller 134.

放熱プレート132の内部には、冷媒(典型的には、水またはフロンなど)が流れる流路(図示しない)が形成されている。放熱プレート132は、冷媒経路138,139を通じて冷媒循環ポンプ136と連結されている。冷媒循環ポンプ136は、冷媒経路138、放熱プレート132、冷媒経路139の順で冷媒を循環させる。冷媒循環ポンプ136の運転により、筐体102の内部にある熱の一部は、放熱プレート132から外部へ放出されるとともに、放熱プレート132において冷媒と熱交換されて、冷媒循環ポンプ136による循環経路上で外部へ放出される。すなわち、放熱プレート132および冷媒循環ポンプ136は、電子冷却素子130による筐体102内部の冷却を促進する。   Inside the heat radiation plate 132, a flow path (not shown) through which a refrigerant (typically, water or Freon) flows is formed. The heat radiating plate 132 is connected to the refrigerant circulation pump 136 through the refrigerant paths 138 and 139. The refrigerant circulation pump 136 circulates the refrigerant in the order of the refrigerant path 138, the radiating plate 132, and the refrigerant path 139. By the operation of the refrigerant circulation pump 136, a part of the heat inside the housing 102 is released to the outside from the heat radiation plate 132, and the heat is exchanged with the refrigerant in the heat radiation plate 132, and the circulation path of the refrigerant circulation pump 136 is formed. It is released outside on top. That is, the heat radiation plate 132 and the refrigerant circulation pump 136 promote cooling of the inside of the housing 102 by the electronic cooling element 130.

温調機能としては、冷媒循環ポンプ136により放熱プレート132との間で冷媒を循環させる構成を例示したが、検出素子108の自己冷却機能と同様に、放熱プレート132に代えて冷却フィンを用いる構成を採用してもよい。   As the temperature control function, a configuration in which the refrigerant is circulated between the cooling plate and the heat radiating plate 132 by the refrigerant circulation pump 136 has been exemplified. May be adopted.

断熱機能は、筐体102の周囲に配置され、筐体102の周囲から筐体102内への熱侵入を抑制するための構造により実現される。より具体的には、断熱機能として、筐体102の外周に断熱材120が配置されている。断熱材120としては、任意の材質のものを用いることができるが、例えば、グラスウールおよびロックウールなどの繊維系の断熱材を用いてもよい。あるいは、ウレタンフォームおよびポリスチレンフォームなどの発泡系の断熱材を用いてもよい。このような断熱材120を筐体102の外周に配置することで、周囲から筐体102の内部への熱侵入を低減することができる。   The heat insulation function is realized by a structure that is arranged around the housing 102 and that suppresses heat from entering the housing 102 from around the housing 102. More specifically, a heat insulating material 120 is arranged on the outer periphery of the housing 102 as a heat insulating function. As the heat insulating material 120, any material can be used. For example, a fiber heat insulating material such as glass wool and rock wool may be used. Alternatively, a foam-based heat insulating material such as urethane foam and polystyrene foam may be used. By arranging such a heat insulating material 120 on the outer periphery of the housing 102, it is possible to reduce heat penetration from the periphery into the inside of the housing 102.

上述のように、本実施の形態に従う測定装置100は、検出素子108の周囲に生じる温度変化を抑制することで、輻射熱の変化による影響を与えないような機能および構成を有している。検出素子108の周囲に生じる温度変化を抑制するものであれば、図4に示す構成例に限られず、どのようなものを採用してもよい。   As described above, measuring device 100 according to the present embodiment has a function and a configuration that suppresses a temperature change occurring around detection element 108 so as not to be affected by a change in radiant heat. The configuration is not limited to the configuration example shown in FIG. 4 as long as it suppresses a temperature change occurring around the detection element 108, and any configuration may be employed.

例えば、図4には、電子冷却素子130を主とする温調機能と、断熱材120を主とする断熱機能との組み合わせの構成例を示すが、いずれか一方の機能だけを採用してもよい。   For example, FIG. 4 illustrates a configuration example of a combination of a temperature control function mainly including the electronic cooling element 130 and a heat insulation function mainly including the heat insulating material 120. However, even if only one of the functions is adopted. Good.

別の構成例として、断熱材120に代えて、筐体102の外周側または内周側に真空層を設けることで、周囲温度からの熱侵入を低減するようにしてもよい。あるいは、温度制御された冷媒(典型的には、乾燥空気および窒素など)を筐体102の周囲に循環させることで、筐体102の内部の温度を一定に維持するようにしてもよい。   As another configuration example, a vacuum layer may be provided on the outer peripheral side or the inner peripheral side of the housing 102 instead of the heat insulating material 120, so that heat penetration from the ambient temperature may be reduced. Alternatively, a temperature-controlled refrigerant (typically, dry air, nitrogen, or the like) may be circulated around the housing 102 to keep the temperature inside the housing 102 constant.

さらに、上述した複数の機能のうち、2つ以上の機能を適宜組み合わせてもよい。
本実施の形態に従う測定装置100は、上述したような本願発明者らの新たな知見に基づいて、検出素子108が配置される筐体102の内部の温度を制御する安定化することで、検出素子108に対する輻射熱の影響を低減し、検出感度を高めるとともに、S/N比を向上させることができる。
Furthermore, two or more of the above-described functions may be appropriately combined.
Measuring apparatus 100 according to the present embodiment performs detection based on the above-described new findings of the present inventors by controlling the temperature inside casing 102 in which detecting element 108 is disposed, thereby stabilizing the temperature. The influence of radiant heat on the element 108 can be reduced, the detection sensitivity can be increased, and the S / N ratio can be improved.

筐体102内の検出素子108の周囲に生じる温度変化を抑制する機能および構成に加えて、検出素子108の検出面のうち、測定に用いない部分についてマスク処理をすることで、暗出力の安定性を向上させることもできる。   In addition to the function and configuration for suppressing a temperature change occurring around the detection element 108 in the housing 102, the masking process is performed on a portion of the detection surface of the detection element 108 that is not used for measurement, thereby stabilizing the dark output. It can also improve the performance.

<D.改善効果>
次に、図4に示す測定装置100での温度ドリフトの改善効果について説明する。図5は、図4に示す測定装置100の温度ドリフトの影響を評価した結果を示すグラフである。図5には、図4に示す測定装置100と、図4に示す温調機能(電子冷却素子130、放熱プレート132、冷却コントローラ134、冷媒循環ポンプ136)および断熱機能(断熱材120)が存在しない測定装置(比較例)とについて、それぞれ恒温槽内に配置して、周囲温度を変化させた場合の出力値の変化を評価した結果である。
<D. Improvement effect>
Next, the effect of improving the temperature drift in the measuring apparatus 100 shown in FIG. 4 will be described. FIG. 5 is a graph showing a result of evaluating the influence of the temperature drift of the measuring device 100 shown in FIG. In FIG. 5, the measuring device 100 shown in FIG. 4, the temperature control function (the electronic cooling element 130, the radiating plate 132, the cooling controller 134, the refrigerant circulation pump 136) and the heat insulating function (the heat insulating material 120) shown in FIG. This is a result of evaluating a change in an output value when an ambient temperature is changed by disposing each measuring device (comparative example) in a constant temperature bath with respect to the measurement device.

図5に示す「周囲温度」は、恒温槽内の温度変化を示す。具体的には、10℃〜30℃の範囲で、2時間ごとに5℃ずつステップ的に変化させた。   “Ambient temperature” shown in FIG. 5 indicates a temperature change in the thermostat. Specifically, the temperature was changed stepwise by 5 ° C every 2 hours within a range of 10 ° C to 30 ° C.

比較例の測定装置については、検出素子の検出感度を標準にしたもの(図5の(1)標準感度(比較例))と、検出素子の検出感度を高くなるように設定したもの(図5の(2)高感度(比較例))との2種類について測定した。一方、図4に示す測定装置100については、検出素子の検出感度を高くなるように設定した状態で測定した(図5の(3)高感度(実施の形態))。   The measurement device of the comparative example is one in which the detection sensitivity of the detection element is set as a standard ((1) standard sensitivity in FIG. 5 (comparative example)) and one in which the detection sensitivity of the detection element is increased (FIG. 5). (2) High sensitivity (Comparative Example)). On the other hand, the measurement device 100 shown in FIG. 4 was measured in a state where the detection sensitivity of the detection element was set to be high ((3) high sensitivity (embodiment) in FIG. 5).

いずれの場合も、測定光の入射を遮断した状態での、ダーク補正後の出力値を示す。各出力値は、露光時間を20秒とした撮像を4回繰り返した積算値である。図5に示す測定結果は、ダーク補正後の出力値であり、その値が小さいほど好ましい。   In each case, the output value after dark correction in a state where the incidence of the measurement light is blocked is shown. Each output value is an integrated value obtained by repeating imaging four times with an exposure time of 20 seconds. The measurement result shown in FIG. 5 is an output value after dark correction, and a smaller value is more preferable.

図5に示すように、比較例の測定装置であっても、標準感度で使用する場合には、周囲温度の変化による影響は小さいが、検出感度を高めると、周囲温度の変化による影響を受けて、同一の測定条件であっても、その出力値は変動することが分かる。   As shown in FIG. 5, even when the measurement device of the comparative example is used at the standard sensitivity, the influence of the change in the ambient temperature is small, but when the detection sensitivity is increased, the measurement device is affected by the change in the ambient temperature. Thus, it can be seen that the output value fluctuates even under the same measurement conditions.

これに対して、本実施の形態に従う測定装置100は、周囲から筐体102の内部への熱侵入を低減する対策を施しているので、検出感度を高くなるように設定しているにもかかわらず、周囲温度の変化による影響は小さい。その結果、比較例の測定装置を標準感度で使用する場合よりも、よりノイズの影響を小さくできていることが分かる。   On the other hand, the measuring apparatus 100 according to the present embodiment takes measures to reduce heat intrusion from the surroundings into the inside of the housing 102, so that the detection sensitivity is set to be high. The effect of changes in ambient temperature is small. As a result, it can be seen that the influence of noise can be reduced more than when the measuring device of the comparative example is used at the standard sensitivity.

<E.量子効率の測定に適した構成>
次に、量子効率の測定に適した構成例について説明する。例えば、蛍光発光する物質を含む試料の量子効率を測定する場合には、紫外域または可視域の波長成分を有する励起光を試料に照射するとともに、その照射された励起光を測定し、併せて、当該試料が生じる近赤外域または赤外域の波長成分を有する蛍光を測定する必要がある。一般的に、発生する蛍光は、励起光に比較して極めて微弱である。さらに、試料の寿命が短く、測定時間がわずかしか確保できないものもある。
<E. Configuration suitable for measuring quantum efficiency>
Next, a configuration example suitable for measurement of quantum efficiency will be described. For example, when measuring the quantum efficiency of a sample containing a substance that emits fluorescent light, the sample is irradiated with excitation light having a wavelength component in the ultraviolet or visible range, and the irradiated excitation light is measured. It is necessary to measure fluorescence having a wavelength component in a near-infrared region or an infrared region generated by the sample. Generally, the generated fluorescence is extremely weak as compared with the excitation light. In addition, there is a sample in which the life of the sample is short and only a short measurement time can be secured.

このような場合には、主として励起光を測定する第1の測定装置と、主として蛍光を測
定する第2の測定装置とを組み合わせた構成を採用してもよい。以下、蛍光発光する物質の量子効率を測定するのに適した装置構成について例示する。
In such a case, a configuration may be adopted in which a first measurement device that mainly measures excitation light and a second measurement device that mainly measures fluorescence are combined. Hereinafter, an example of an apparatus configuration suitable for measuring the quantum efficiency of a substance that emits fluorescence will be described.

図6は、量子効率の測定に適した光学特性測定システム1Aの装置構成の要部を示す模式図である。図6を参照して、光学特性測定システム1Aは、主として励起光を測定するための測定装置100Aと、主として蛍光を測定するための測定装置100とを含む。   FIG. 6 is a schematic diagram showing a main part of a device configuration of an optical property measurement system 1A suitable for measurement of quantum efficiency. Referring to FIG. 6, optical characteristic measurement system 1A includes a measurement device 100A for mainly measuring excitation light and a measurement device 100 for mainly measuring fluorescence.

光学特性測定システム1Aは、測定対象からの光を分岐して、測定装置100および測定装置100Aにそれぞれ導く分岐ファイバを含む。すなわち、積分器6の光取出部68に接続された光ファイバ7は、分岐部73にて、測定装置100Aに接続される光ファイバ71と、測定装置100に接続される光ファイバ72とに分かれる。すなわち、光ファイバ7を通じて観測される光は、2つに分離されて、それぞれ測定装置100および測定装置100Aへ入射する。   The optical property measurement system 1A includes a branch fiber that branches light from a measurement target and guides the light to the measurement device 100 and the measurement device 100A, respectively. That is, the optical fiber 7 connected to the light extraction unit 68 of the integrator 6 is split at the branching unit 73 into an optical fiber 71 connected to the measuring device 100A and an optical fiber 72 connected to the measuring device 100. . That is, the light observed through the optical fiber 7 is split into two and enters the measuring device 100 and the measuring device 100A, respectively.

測定装置100Aは、主として励起光を測定するものであり、検出範囲が紫外域〜可視域となるように設計される。一方、測定装置100は、主として蛍光を測定するためのものであり、検出範囲が近赤外域〜赤外域となるように設計される。すなわち、測定装置100Aは、主として、近赤外域または赤外域の波長成分に検出感度を有するように構成されており、測定装置100は、紫外域から可視域の範囲に含まれる少なくとも一部の波長成分に検出感度を有するように構成されている。   The measuring device 100A mainly measures the excitation light, and is designed so that the detection range is from the ultraviolet region to the visible region. On the other hand, the measuring device 100 is mainly for measuring fluorescence, and is designed so that the detection range is in the near infrared region to the infrared region. That is, the measuring device 100A is mainly configured to have detection sensitivity to wavelength components in the near-infrared region or the infrared region, and the measuring device 100 has at least some wavelengths included in the range from the ultraviolet region to the visible region. The components are configured to have detection sensitivity.

測定装置100の装置構成は、上述の図4に示す装置構成と同様である。一方、測定装置100Aの装置構成についても、上述の図4に示すのと同様の装置構成を採用してもよいが、励起光を測定する場合には、検出対象となる光の強度が高いので、図4に示す温調機能(電子冷却素子130、放熱プレート132、冷却コントローラ134、冷媒循環ポンプ136)および断熱機能を必ずしも設ける必要はない。図6に示す光学特性測定システム1Aにおいては、温調機能および断熱機能を省略した測定装置100Aを採用している。   The device configuration of the measuring device 100 is the same as the device configuration shown in FIG. 4 described above. On the other hand, as for the device configuration of the measuring device 100A, the same device configuration as that shown in FIG. 4 described above may be employed. However, when the excitation light is measured, the intensity of the light to be detected is high. It is not always necessary to provide the temperature control function (electronic cooling element 130, heat radiation plate 132, cooling controller 134, refrigerant circulation pump 136) and heat insulation function shown in FIG. The optical characteristic measurement system 1A shown in FIG. 6 employs a measurement device 100A in which the temperature control function and the heat insulation function are omitted.

測定装置100Aと測定装置100との間の検出範囲の相違に応じて、測定装置100Aの凹面回折格子106は、所定の波長範囲(本構成例では、近赤外域〜赤外域)の光を検出素子108に導くように構成されており、一方、測定装置100の凹面回折格子106は、異なる波長範囲(本構成例では、紫外域〜可視域)の光を検出素子108に導くように構成されている。   In accordance with the difference in the detection range between the measurement device 100A and the measurement device 100, the concave diffraction grating 106 of the measurement device 100A detects light in a predetermined wavelength range (in the present configuration example, near infrared region to infrared region). The concave diffraction grating 106 of the measuring apparatus 100 is configured to guide light in a different wavelength range (in the present configuration example, from the ultraviolet range to the visible range) to the detection element 108. ing.

また、測定装置100Aの検出素子108は、測定装置100の検出素子108に比較して、検出感度がより高くなるように設定されている。言い換えれば、測定装置100は、測定装置100Aより検出感度が低くなるように構成されている。   The detection element 108 of the measurement device 100A is set to have higher detection sensitivity than the detection element 108 of the measurement device 100. In other words, the measuring device 100 is configured to have lower detection sensitivity than the measuring device 100A.

図6に示す光学特性測定システム1Aによれば、2つの測定装置が並列に測定できるので、紫外域から近赤外域(または、赤外域)までのスペクトルを同時計測できる。例えば、1台の測定装置で紫外域から近赤外域(または、赤外域)までのスペクトルを測定するための機能としては、回折格子を機械的に順次回転させて検出対象の波長を順次変化させる(すなわち、波長を掃引する)ものが知られている。しかしながら、このような機能を採用した場合には、目的のスペクトルの測定が完了するのに、比較的長い時間を要するという課題がある。また、紫外域および可視域の測定が完了し、近赤外域または赤外域の測定に移行する際に、機械的な切り替え動作が必要となり、測定上の不安定要因となり得るという課題もある。   According to the optical characteristic measurement system 1A shown in FIG. 6, two measurement devices can measure in parallel, so that spectra from the ultraviolet region to the near infrared region (or infrared region) can be measured simultaneously. For example, as a function for measuring a spectrum from the ultraviolet region to the near-infrared region (or infrared region) with one measuring device, the wavelength of the detection target is sequentially changed by sequentially rotating the diffraction grating mechanically. One is known (ie, sweeping the wavelength). However, when such a function is adopted, there is a problem that it takes a relatively long time to complete the measurement of the target spectrum. In addition, when the measurement in the ultraviolet region and the visible region is completed, and a transition is made to the measurement in the near-infrared region or the infrared region, a mechanical switching operation is required, which may cause an unstable measurement.

これに対して、図6に示す光学特性測定システム1Aは、紫外域から可視域の波長を一
度に測定できるアレイセンサ(測定装置100Aの検出素子108)と、近赤外域から赤外域の波長を一度に測定できるアレイセンサ(測定装置100の検出素子108)とを有している。このような構成を採用することで、波長を掃引することなく、広い波長域のスペクトルを同時かつ短時間で測定することができる。また、発光強度の高い励起光を測定するための測定装置100Aと、発光強度の低い蛍光を測定するための測定装置100との間で、検出素子108の検出感度をそれぞれ最適化することで、量子効率を高精度で測定できる合理的かつ経済的な光学特性測定システム1Aを実現できる。
On the other hand, the optical characteristic measuring system 1A shown in FIG. 6 includes an array sensor (the detection element 108 of the measuring device 100A) that can measure wavelengths from the ultraviolet region to the visible region at once, and a wavelength from the near infrared region to the infrared region. It has an array sensor (detection element 108 of measurement device 100) that can measure at once. By employing such a configuration, spectra in a wide wavelength range can be measured simultaneously and in a short time without sweeping the wavelength. In addition, by optimizing the detection sensitivity of the detection element 108 between the measurement device 100A for measuring excitation light having high emission intensity and the measurement device 100 for measuring fluorescence having low emission intensity, A rational and economical optical characteristic measuring system 1A capable of measuring quantum efficiency with high accuracy can be realized.

<F.測定方法>
次に、図4に示す測定装置100を用いた測定方法について説明する。なお、図6に示す光学特性測定システム1Aのように、測定装置100および測定装置100Aを用いる場合も同様の手順で測定を行なうことができる。
<F. Measurement method>
Next, a measuring method using the measuring apparatus 100 shown in FIG. 4 will be described. Note that the measurement can be performed in the same procedure when using the measuring device 100 and the measuring device 100A as in the optical property measuring system 1A shown in FIG.

図7は、本実施の形態に従う測定装置100を用いた測定方法の手順を示すフローチャートである。図7を参照して、まず、ユーザは、光学特性測定システムの各コンポーネントの電源を投入してエージングする(ステップS100)。具体的には、エージングは、測定装置100を構成する検出素子108の自己冷却機能の安定化、測定装置100の筐体102内における温度の安定化、光源4の安定化などを含む。   FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of a measuring method using measuring apparatus 100 according to the present embodiment. Referring to FIG. 7, first, the user turns on the power of each component of the optical property measurement system and performs aging (step S100). Specifically, the aging includes stabilization of the self-cooling function of the detection element 108 constituting the measuring device 100, stabilization of the temperature in the housing 102 of the measuring device 100, stabilization of the light source 4, and the like.

まず、ユーザは、レファレンスを、光源4からの励起光が当該レファレンスに直接照射されるように、積分器6内に配置する(ステップS102)。粉体試料または固体試料の場合には、標準反射部材69がレファレンスとなり、溶液試料の場合には、試料が封入される容器と同型の容器に溶媒のみが封入されたものがレファレンスとなる。測定装置100は、レファレンスに励起光を照射したときの光を測定する(ステップS104)。この測定値は、試料の測定時に生じる光吸収などの影響を示す値であり、補正値として用いられる。   First, the user places the reference in the integrator 6 such that the excitation light from the light source 4 is directly applied to the reference (step S102). In the case of a powder sample or a solid sample, the standard reflection member 69 serves as a reference. In the case of a solution sample, a reference in which only a solvent is sealed in a container of the same type as the container in which the sample is sealed is used. The measurement device 100 measures the light when the reference is irradiated with the excitation light (step S104). This measured value is a value that indicates the influence of light absorption or the like that occurs when the sample is measured, and is used as a correction value.

続いて、ユーザは、光源4からの励起光が試料に直接照射されるように、積分器6内に試料を配置する(ステップS106)。測定装置100は、励起光を受けて試料から発生する光を測定する(ステップS108)。このとき、測定装置100は、試料から発生する光に加えて、試料を透過した励起光、および/または、試料で反射した励起光を測定することになる。   Subsequently, the user places the sample in the integrator 6 so that the sample is directly irradiated with the excitation light from the light source 4 (step S106). The measuring device 100 measures the light generated from the sample in response to the excitation light (Step S108). At this time, the measuring apparatus 100 measures the excitation light transmitted through the sample and / or the excitation light reflected by the sample, in addition to the light generated from the sample.

続いて、ユーザは、再励起蛍光発光を補正するための設定をする(ステップS110)。測定装置100は、励起光を受けて試料から発生する光を測定する(ステップS112)。再励起蛍光発光を補正するための設定としては、粉体試料または固体試料の場合には、光源4からの励起光が直接照射されない位置に試料を配置し、積分器6内で反射した励起光が試料に照射されたときに発生する光を測定する。また、溶液試料の場合には、積分器6の試料窓65に装着されている標準反射部材69を取り外し、試料を透過した励起光が積分器6内に反射されないようにした状態で測定を行なう。   Subsequently, the user makes settings for correcting the re-excitation fluorescence emission (step S110). The measuring device 100 measures the light generated from the sample in response to the excitation light (Step S112). As a setting for correcting the re-excitation fluorescence emission, in the case of a powder sample or a solid sample, the sample is disposed at a position where the excitation light from the light source 4 is not directly irradiated, and the excitation light reflected in the integrator 6 is set. The light generated when irradiates the sample is measured. In the case of a solution sample, the measurement is performed in a state where the standard reflection member 69 attached to the sample window 65 of the integrator 6 is removed so that the excitation light transmitted through the sample is not reflected into the integrator 6. .

最終的に、データ処理装置200は、ステップS104において測定装置100が測定した結果と、ステップS108において測定装置100が測定した結果と、ステップS112において測定装置100が測定した結果とを用いて、試料の光学特性値(例えば、量子効率など)を算出する(ステップS114)。   Finally, the data processing device 200 uses the result measured by the measuring device 100 in step S104, the result measured by the measuring device 100 in step S108, and the result measured by the measuring device 100 in step S112 to obtain a sample. Is calculated (for example, quantum efficiency or the like) (step S114).

<G.測定例>
次に、図6に示す光学特性測定システム1Aを用いて試料を測定した結果の一例を示す。図8は、図6に示す光学特性測定システム1Aを用いて溶媒中のフラーレン(C60)から一重項酸素を発生させたときの測定例を示す図である。図8(A)には、比較例とし
て、検出素子の検出感度を標準にした測定装置を用いた例を示し、図8(B)には、図4に示すような構成を採用するとともに、検出素子の検出感度を高くなるように設定した測定装置を用いた例を示す。
<G. Measurement example>
Next, an example of a result of measuring a sample using the optical property measurement system 1A shown in FIG. 6 will be described. FIG. 8 is a diagram showing a measurement example when singlet oxygen is generated from fullerene (C 60 ) in a solvent using the optical property measurement system 1A shown in FIG. FIG. 8A shows, as a comparative example, an example in which a measuring device using the detection sensitivity of the detection element as a standard is used, and FIG. 8B employs the configuration shown in FIG. An example using a measuring device set to increase the detection sensitivity of a detection element will be described.

より具体的には、重水素化したベンゼン(C)の溶媒中に存在するフラーレンに対して、励起光を照射して一重項酸素を発生させた。図8には、一重項酸素を発生させるプロセスにおいて生じる蛍光のスペクトルを測定した結果の一例を示す。励起光を発生する光源4としては、532nmのレーザ光源(出力20mW)を用いた。 More specifically, fullerene present in a solvent of deuterated benzene (C 6 D 6 ) was irradiated with excitation light to generate singlet oxygen. FIG. 8 shows an example of a result of measuring a spectrum of fluorescence generated in a process of generating singlet oxygen. As the light source 4 for generating the excitation light, a 532 nm laser light source (output 20 mW) was used.

図8(A)に示すように、検出素子の検出感度を標準にした状態では、発生する蛍光のスペクトルを測定できていないが、図8(B)に示すように、検出素子の検出感度を高くした状態では、発生する蛍光のスペクトルを測定できていることが分かる。   As shown in FIG. 8A, when the detection sensitivity of the detection element is set to the standard, the spectrum of the generated fluorescence cannot be measured. However, as shown in FIG. It can be seen that the spectrum of the generated fluorescence was measured when the height was increased.

さらに、図6に示す光学特性測定システム1Aを用いて、溶媒中のフラーレンの内部量子効率を測定した。なお、再励起蛍光発光についての補正も行なっている。測定の安定性を検討するため、同一の試料に対して、3日間にわたって同じ測定を繰り返した(測定は、1日1回、合計3回行なった)。その結果を以下に示す。   Further, the internal quantum efficiency of fullerene in the solvent was measured using the optical property measurement system 1A shown in FIG. It should be noted that the re-excitation fluorescence emission is also corrected. In order to examine the stability of the measurement, the same measurement was repeated for the same sample over three days (measurement was performed once a day, for a total of three times). The results are shown below.

・1日目:0.061%
・2日目:0.062%
・3日目:0.062%
この量子効率の測定結果によれば、量子効率がごく小さい試料であっても、安定して測定できていることが分かる。
-Day 1: 0.061%
-Day 2: 0.062%
-Day 3: 0.062%
According to the measurement results of the quantum efficiency, it can be seen that even a sample having a very small quantum efficiency can be measured stably.

<H.校正方法>
図6に示す光学特性測定システム1Aは、それぞれ検出感度が異なる2台の測定装置100および100Aを含む。量子効率の測定などを考えると、同一の標準光源を用いてエネルギー校正を行なう必要がある。つまり、2台の測定装置の間で、測定値から換算されたエネルギーの大きさを整合する必要がある。一方で、検出感度が異なるため、同一の標準光源を用いて、2台の測定装置についてのエネルギー校正を行なうことは容易ではない。そこで、本実施の形態に従う光学特性測定システム1Aを校正する測定装置100および100Aに対する校正方法の一例について説明する。
<H. Calibration method>
The optical characteristic measuring system 1A shown in FIG. 6 includes two measuring devices 100 and 100A having different detection sensitivities. Considering the measurement of quantum efficiency and the like, it is necessary to perform energy calibration using the same standard light source. That is, it is necessary to match the magnitude of the energy converted from the measured value between the two measuring devices. On the other hand, since the detection sensitivities are different, it is not easy to perform energy calibration for two measurement devices using the same standard light source. Therefore, an example of a calibration method for measurement devices 100 and 100A that calibrate optical characteristic measurement system 1A according to the present embodiment will be described.

図9は、本実施の形態に従う光学特性測定システム1Aに対して校正を行なうための手順を示すフローチャートである。図10は、本実施の形態に従う光学特性測定システム1Aに対して校正を行なうための手順を説明するための模式図である。   FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for calibrating optical characteristic measuring system 1A according to the present embodiment. FIG. 10 is a schematic diagram for describing a procedure for performing calibration on optical characteristic measurement system 1A according to the present embodiment.

図9および図10を参照して、まず、校正に用いる標準ランプ150に対して、予め校正された上位の標準光源(国際標準トレーサブルな光源)を用いて、距離L1にて、照度などの値付けを行なう(ステップS200)。標準ランプ150は、例えば、50Wの光源であるとする。ステップS200によって、標準ランプ150についてのエネルギー値が取得される。エネルギー値は、典型的には、分光放射照度[μW・cm−2・nm−1]を用いて定義される。 Referring to FIGS. 9 and 10, first, for a standard lamp 150 used for calibration, a value of illuminance or the like at a distance L1 using an upper-level standard light source (international standard traceable light source) calibrated in advance. The attachment is performed (step S200). The standard lamp 150 is, for example, a 50 W light source. By step S200, an energy value for standard lamp 150 is obtained. The energy value is typically defined using the spectral irradiance [μW · cm −2 · nm −1 ].

続いて、所定の設置条件に従って、予めエネルギー値が値付けされた光源である標準ランプ150と測定装置100Aとを配置する。一例として、図10(A)に示すように、標準ランプ150と測定装置100A(標準感度)とを、光軸を合わせて距離L1だけ離して配置する(ステップS202)。標準ランプ150から生じる迷光成分などの影響を低減するために、標準ランプ150と測定装置100Aとの間には、遮光板ユニット152,154が配置される。   Subsequently, the standard lamp 150, which is a light source whose energy value is previously determined, and the measuring device 100A are arranged according to predetermined installation conditions. As an example, as shown in FIG. 10A, the standard lamp 150 and the measuring device 100A (standard sensitivity) are arranged at a distance L1 with their optical axes aligned (step S202). In order to reduce the influence of the stray light component or the like generated from the standard lamp 150, light shielding plate units 152 and 154 are arranged between the standard lamp 150 and the measuring device 100A.

そして、標準ランプ150からの光を測定装置100Aで受光して得られる出力値に基づいて、測定装置100Aのエネルギー校正係数を決定する。すなわち、図10(A)に示す設置条件での測定装置100Aからの出力値に基づいて、測定装置100Aについてのエネルギー校正係数を算出する(ステップS204)。   Then, the energy calibration coefficient of the measuring device 100A is determined based on the output value obtained by receiving the light from the standard lamp 150 by the measuring device 100A. That is, based on the output value from the measuring device 100A under the installation conditions shown in FIG. 10A, the energy calibration coefficient for the measuring device 100A is calculated (step S204).

エネルギー校正係数は、測定装置からの出力値(シグナル値)をエネルギーに換算する係数であり、エネルギー=ダーク補正後の出力値(測定値−ダーク補正時の測定値)/エネルギー校正係数の関係にある。   The energy calibration coefficient is a coefficient for converting an output value (signal value) from the measuring device into energy, and has a relation of energy = output value after dark correction (measured value−measured value at dark correction) / energy calibration coefficient. is there.

ステップS204においては、測定装置100Aの測定値I2から測定装置100Aのダーク補正値(ダーク状態で出力された測定値Id2)を差し引いた値を、標準ランプ150に対して値付けされたエネルギー値で除算することで算出される。すなわち、測定装置100Aのエネルギー校正係数k2=(I2−Id2)/(標準ランプ150の値付けされたエネルギー値E1)となる。   In step S204, a value obtained by subtracting the dark correction value of the measurement device 100A (the measurement value Id2 output in the dark state) from the measurement value I2 of the measurement device 100A is determined by the energy value assigned to the standard lamp 150. It is calculated by dividing. That is, the energy calibration coefficient k2 of the measuring device 100A is equal to (I2−Id2) / (the energy value E1 assigned to the standard lamp 150).

続いて、別の設置条件に従って、光源である標準ランプ150と測定装置100Aとを配置する。一例として、図10(B)に示すように、標準ランプ150と測定装置100A(標準感度)との間を距離L1から距離L2まで近付けた上で、標準ランプ150と測定装置100Aとの間の光軸上に減光メッシュ156を配置する(ステップS206)。減光メッシュ156としては、例えば、透過率1%(すなわち、1/100への減光)のものを採用することができる。なお、距離L1から距離L2まで近付けているのは、減光メッシュ156の減光度合いを弱めるためであり、より適切な減光メッシュ156を準備できれば、距離を変更する必要はない。   Subsequently, the standard lamp 150 as a light source and the measuring device 100A are arranged according to different installation conditions. As an example, as shown in FIG. 10B, the distance between the standard lamp 150 and the measuring device 100A (standard sensitivity) is reduced from the distance L1 to the distance L2, and then the distance between the standard lamp 150 and the measuring device 100A is reduced. The light reduction mesh 156 is arranged on the optical axis (step S206). As the light-attenuating mesh 156, for example, one having a transmittance of 1% (that is, light-attenuation to 1/100) can be adopted. The reason why the distance from the distance L1 to the distance L2 is reduced is to weaken the degree of dimming of the dimming mesh 156. If a more appropriate dimming mesh 156 can be prepared, the distance does not need to be changed.

そして、標準ランプ150からの光を測定装置100Aで受光して得られる出力値と、測定装置100Aのエネルギー校正係数とに基づいて、現在の設置条件に対応する標準ランプ150のエネルギーの換算値を決定する。すなわち、図10(B)に示す設置条件での測定装置100Aからの出力値に基づいて、減光メッシュ156および距離L2を反映した、標準ランプ150のエネルギーの換算値を算出する(ステップS208)。具体的には、測定装置100Aの測定値I2’から測定装置100Aのダーク補正値(ダーク状態で出力された測定値Id2)を差し引いた値に、ステップS204において算出されたエネルギー校正係数k2を乗じて、換算エネルギー値E2が算出される。すなわち、換算エネルギー値E2=(I2’−Id2)×エネルギー校正係数k2となる。   Then, based on the output value obtained by receiving the light from the standard lamp 150 by the measuring device 100A and the energy calibration coefficient of the measuring device 100A, the converted value of the energy of the standard lamp 150 corresponding to the current installation condition is calculated. decide. That is, based on the output values from the measuring device 100A under the installation conditions shown in FIG. 10B, a converted value of the energy of the standard lamp 150 that reflects the dimming mesh 156 and the distance L2 is calculated (step S208). . Specifically, a value obtained by subtracting the dark correction value (measured value Id2 output in the dark state) of the measuring device 100A from the measured value I2 ′ of the measuring device 100A is multiplied by the energy calibration coefficient k2 calculated in step S204. Thus, the converted energy value E2 is calculated. That is, converted energy value E2 = (I2'-Id2) * energy calibration coefficient k2.

続いて、当該別の設置条件に従って、光源である標準ランプ150と測定装置100とを配置する。一例として、図10(B)に示す状態において、遮光板ユニット152,154および減光メッシュ156の配置状態を維持したまま、測定装置100A(標準感度)に代えて、測定装置100(高感度)を配置する(図10(C)参照)(ステップS210)。   Subsequently, the standard lamp 150 as a light source and the measuring device 100 are arranged according to the different installation conditions. As an example, in the state shown in FIG. 10B, the measurement device 100 (high sensitivity) is used instead of the measurement device 100A (standard sensitivity) while maintaining the arrangement state of the light shielding plate units 152 and 154 and the light reduction mesh 156. Are arranged (see FIG. 10C) (step S210).

そして、標準ランプ150からの光を測定装置100で受光して得られる出力値と、図10(B)の設置条件に対応する、標準ランプ150のエネルギーの換算値とに基づいて、測定装置100のエネルギー校正係数を決定する。すなわち、図10(C)に示す設置条件での測定装置100からの出力値に基づいて、測定装置100についてのエネルギー校正係数を算出する(ステップS212)。ステップS212においては、測定装置100の測定値I1から測定装置100のダーク補正値(ダーク状態で出力された測定値Id1)を差し引いた値を、ステップS208において算出された換算エネルギー値E2で除算することで算出される。すなわち、測定装置100のエネルギー校正係数k1=(I1−Id1)/(標準ランプ150の換算エネルギー値E2)となる。   Then, based on the output value obtained by receiving the light from the standard lamp 150 with the measuring device 100 and the converted value of the energy of the standard lamp 150 corresponding to the installation condition of FIG. Determine the energy calibration coefficient of That is, based on the output value from the measuring device 100 under the installation conditions shown in FIG. 10C, the energy calibration coefficient for the measuring device 100 is calculated (step S212). In step S212, a value obtained by subtracting the dark correction value (measured value Id1 output in the dark state) of the measuring device 100 from the measured value I1 of the measuring device 100 is divided by the converted energy value E2 calculated in step S208. It is calculated by: That is, the energy calibration coefficient k1 of the measuring device 100 = (I1-Id1) / (converted energy value E2 of the standard lamp 150).

以上の手順によって、同一の標準光源を用いて、測定装置100および測定装置100Aのそれぞれについてのエネルギー校正係数を決定できる。   According to the above procedure, the energy calibration coefficient can be determined for each of the measuring device 100 and the measuring device 100A using the same standard light source.

なお、測定装置100(高感度)と測定装置100A(標準感度)との間の感度差に応じて、標準ランプ150のワット数、距離L1と距離L2との差、減光フィルターの特性などを適宜調整すればよい。   The wattage of the standard lamp 150, the difference between the distance L1 and the distance L2, the characteristics of the neutral density filter, and the like are determined according to the sensitivity difference between the measuring device 100 (high sensitivity) and the measuring device 100A (standard sensitivity). It may be adjusted appropriately.

<I.利点>
本実施の形態に従う測定装置100Aは、筐体102内の検出素子108の周囲に生じる温度変化を抑制する機能および構成を有している。このような機能および構成を採用することで、検出素子108の検出感度を高めたとしても、測定ノイズの影響を低減した測定が可能になる。このような測定装置100Aを用いることで、例えば、紫外域または可視域の波長成分を有する励起光を試料に照射し、当該試料から発生する、極めて微弱な発光についても安定して測定することができる。
<I. Advantages>
Measuring apparatus 100A according to the present embodiment has a function and a configuration for suppressing a temperature change occurring around detection element 108 in housing 102. By adopting such a function and configuration, even if the detection sensitivity of the detection element 108 is increased, it is possible to perform measurement with reduced influence of measurement noise. By using such a measuring apparatus 100A, for example, it is possible to irradiate a sample with excitation light having a wavelength component in the ultraviolet or visible range, and to stably measure extremely weak light emission generated from the sample. it can.

また、本実施の形態に従う測定装置100Aは、電子冷却素子を用いて、検出素子108自体および筐体102の内部をそれぞれ冷却する方式を採用しているので、液体窒素などを用いて冷却する方式に比較して、エージングも含めた測定時間を大幅に短縮できる。   Further, measuring apparatus 100A according to the present embodiment employs a method of cooling each of detection element 108 itself and the inside of housing 102 using an electronic cooling element, and thus a method of cooling using liquid nitrogen or the like. The measurement time including aging can be greatly reduced as compared to

本実施の形態に従う光学特性測定システム1Aによれば、それぞれ検出範囲の異なる測定装置100および測定装置100Aを用いて、測定対象からの光を同時計測することができる。測定装置100および測定装置100Aは、いずれも検出素子としてアレイセンサ(一例として、CCDイメージセンサ)を用いており、複数の波長成分の強度を一度に取得できる。これにより、広帯域にわたるスペクトルを高感度に測定することができる。併せて、波長を掃引する方式に比較して、測定時間を短縮化できる。   According to the optical characteristic measurement system 1A according to the present embodiment, it is possible to simultaneously measure light from the measurement target using the measurement devices 100 and 100A having different detection ranges. Each of the measuring device 100 and the measuring device 100A uses an array sensor (for example, a CCD image sensor) as a detecting element, and can acquire the intensities of a plurality of wavelength components at once. Thus, a spectrum over a wide band can be measured with high sensitivity. At the same time, the measurement time can be shortened as compared with the wavelength sweeping method.

また、測定装置100および測定装置100Aに対する検出感度をそれぞれ最適化することで、極めて微弱な光を、周囲環境の変化に影響されず、再現性よく安定して測定できる。そのため、高精度な量子効率の測定が可能である。このような装置構成を採用することで、例えば、例えば生体内の物質が発生する近赤外域の波長成分を有する蛍光を検出することができる。また、各種の材料開発にも応用できる。さらに、人工光を合成して利用するようなエネルギー開発の分野への応用も可能である。   In addition, by optimizing the detection sensitivity for the measurement device 100 and the measurement device 100A, extremely weak light can be stably measured with good reproducibility without being affected by changes in the surrounding environment. Therefore, highly accurate measurement of quantum efficiency is possible. By adopting such a device configuration, for example, it is possible to detect, for example, fluorescence having a near-infrared wavelength component generated by a substance in a living body. It can also be applied to the development of various materials. Furthermore, it can be applied to the field of energy development, such as combining and using artificial light.

上述した説明によって、本実施の形態に従う光学特性測定装置および光学特性測定システムに係るそれ以外の利点については明らかになるであろう。   From the above description, other advantages of the optical property measuring device and the optical property measuring system according to the present embodiment will be apparent.

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、特許請求の範囲によって示され、特許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。   The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1,1A 光学特性測定システム、2 システム本体、4 光源、5,7,71,72
光ファイバ、6 積分器、50 投光光学系、52 集光レンズ、61 半球部、61a 光拡散反射層、62 平面ミラー、62a 光拡散反射層、63 試料ホルダー、64 投光窓、65,66 試料窓、67 観測窓、68 光取出部、69 標準反射部材、73 分岐部、100,100A 測定装置、102 筐体、104 光学スリット、106 凹面回折格子、108 検出素子、110 基部、111,130 電子冷却素子、112 冷却フィン、113 接合層、114,134 冷却コントローラ、116
接続部材、120 断熱材、132 放熱プレート、136 冷媒循環ポンプ、138,139 冷媒経路、150 標準ランプ、152,154 遮光板ユニット、156 減光メッシュ、200 データ処理装置、202 CPU、204 主メモリ、206 ハードディスク、208 測定プログラム、210 CD−ROMドライブ、212 CD−ROM、214 ネットワークインターフェイス、216 ディスプレイ、218 入力部、220 バス。
1,1A optical characteristic measuring system, 2 system body, 4 light sources, 5, 7, 71, 72
Optical fiber, 6 integrator, 50 light projecting optical system, 52 light condensing lens, 61 hemisphere, 61a light diffuse reflection layer, 62 plane mirror, 62a light diffuse reflection layer, 63 sample holder, 64 light projecting window, 65, 66 Sample window, 67 observation window, 68 light extraction part, 69 standard reflection member, 73 branch part, 100, 100A measuring device, 102 housing, 104 optical slit, 106 concave diffraction grating, 108 detection element, 110 base, 111, 130 Electronic cooling element, 112 cooling fin, 113 joining layer, 114, 134 cooling controller, 116
Connecting member, 120 heat insulating material, 132 heat radiation plate, 136 refrigerant circulation pump, 138, 139 refrigerant path, 150 standard lamp, 152, 154 light shielding plate unit, 156 light reduction mesh, 200 data processing device, 202 CPU, 204 main memory, 206 hard disk, 208 measurement program, 210 CD-ROM drive, 212 CD-ROM, 214 network interface, 216 display, 218 input section, 220 bus.

Claims (7)

第1の測定装置を備える光学特性測定システムであって、
前記第1の測定装置は、
筐体内に配置された第1の検出素子と、
前記第1の検出素子に少なくとも部分的に接合し、前記検出素子を冷却する第1の冷却手段と、
前記筐体内の前記検出素子の周囲に生じる温度変化を抑制する抑制手段とを備える、光学特性測定システム。
An optical characteristic measurement system including a first measurement device,
The first measuring device comprises:
A first detection element disposed in the housing;
First cooling means that is at least partially joined to the first detection element and cools the detection element;
An optical characteristic measurement system comprising: a suppression unit configured to suppress a temperature change occurring around the detection element in the housing.
前記抑制手段は、前記筐体と少なくとも部分的に接合し、前記筐体内の熱を前記筐体の外部へ放出する第2の冷却手段を含む、請求項1に記載の光学特性測定システム。   The optical property measurement system according to claim 1, wherein the suppression unit includes a second cooling unit that is at least partially joined to the housing and that discharges heat in the housing to the outside of the housing. 前記抑制手段は、前記筐体の周囲に配置され、前記筐体の周囲から前記筐体内への熱侵入を抑制するための断熱手段を含む、請求項1または2に記載の光学特性測定システム。   The optical characteristic measurement system according to claim 1, wherein the suppression unit includes a heat insulation unit disposed around the housing and configured to suppress heat intrusion from the periphery of the housing into the housing. 前記光学特性測定システムは、さらに、第2の測定装置を備え、
前記第1の測定装置は、前記第1の検出素子に対応付けて配置され、第1の波長範囲の光を前記第1の検出素子に導くように構成された第1の回折格子をさらに備え、
前記第2の測定装置は、
筐体内に配置された第2の検出素子と、
前記第2の検出素子に対応付けて配置され、第2の波長範囲の光を前記第2の検出素子に導くように構成された第2の回折格子とを備え、
前記第1の測定装置の前記第1の検出素子は、前記第2の測定装置の前記第2の検出素子に比較して、検出感度がより高くなるように構成されている、請求項3に記載の光学特性測定システム。
The optical characteristic measurement system further includes a second measurement device,
The first measurement device further includes a first diffraction grating arranged in association with the first detection element and configured to guide light in a first wavelength range to the first detection element. ,
The second measuring device comprises:
A second detection element disposed in the housing;
A second diffraction grating arranged in association with the second detection element and configured to guide light in a second wavelength range to the second detection element,
4. The method according to claim 3, wherein the first detection element of the first measurement device is configured to have higher detection sensitivity as compared with the second detection element of the second measurement device. The optical property measurement system described in the above.
測定対象からの光を分岐して、前記第1および第2の測定装置にそれぞれ導く分岐ファイバをさらに備える、請求項4に記載の光学特性測定システム。   The optical characteristic measurement system according to claim 4, further comprising a branch fiber that branches light from the measurement target and guides the light to the first and second measurement devices. 前記第1の測定装置は、近赤外域の波長成分に検出感度を有するように構成されており、
前記第2の測定装置は、紫外域から可視域の範囲に含まれる少なくとも一部の波長成分に検出感度を有するように構成されている、請求項4または5に記載の光学特性測定システム。
The first measuring device is configured to have a detection sensitivity to a wavelength component in a near infrared region,
The optical characteristic measurement system according to claim 4, wherein the second measurement device is configured to have a detection sensitivity for at least some wavelength components included in a range from an ultraviolet region to a visible region.
第1の測定装置と、前記第1の測定装置より検出感度が低くなるように構成されている第2の測定装置とを備える光学特性測定システムの校正方法であって、
第1の設置条件に従って、予めエネルギー値が値付けされた光源と前記第2の測定装置とを配置し、前記光源からの光を前記第2の測定装置で受光して得られる出力値に基づいて、前記第2の測定装置のエネルギー校正係数を決定するステップと、
第2の設置条件に従って、前記光源と前記第2の測定装置とを配置し、前記光源からの光を前記第2の測定装置で受光して得られる出力値と、前記第2の測定装置のエネルギー校正係数とに基づいて、前記第2の設置条件に対応する前記光源のエネルギーの換算値を決定するステップと、
前記第2の設置条件に従って、前記光源と前記第1の測定装置とを配置し、前記光源からの光を前記第1の測定装置で受光して得られる出力値と、前記第2の設置条件に対応する前記光源のエネルギーの換算値とに基づいて、前記第1の測定装置のエネルギー校正係数を決定するステップとを含む、光学特性測定システムの校正方法。
A calibration method for an optical characteristic measurement system including a first measurement device and a second measurement device configured to have lower detection sensitivity than the first measurement device,
In accordance with a first installation condition, a light source whose energy value is previously valued and the second measuring device are arranged, and based on an output value obtained by receiving light from the light source by the second measuring device. Determining the energy calibration factor of the second measuring device;
According to a second installation condition, the light source and the second measuring device are arranged, and an output value obtained by receiving light from the light source by the second measuring device, and an output value of the second measuring device Determining a converted value of energy of the light source corresponding to the second installation condition based on the energy calibration coefficient;
According to the second installation condition, the light source and the first measurement device are arranged, and an output value obtained by receiving light from the light source by the first measurement device, and the second installation condition Determining an energy calibration coefficient of the first measurement device based on the converted value of the energy of the light source corresponding to the following.
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