JP6227067B1 - 光計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測光を精度良く検出可能な光計測装置を提供する。【解決手段】光計測装置１は、試料に励起光を照射し、計測光を検出する光計測装置である。光計測装置１は、励起光が入射される入射開口２２、及び計測光を出射する出射開口２３が形成され、試料が配置される積分器２０と、出射開口２３から出射された計測光を導光する導光部３０と、導光部３０によって導光された計測光を検出する光検出部４０と、を備える。導光部３０は、入射端面３２ａが出射開口２３を介して積分器２０内を向くように配置された複数の導光部材３２を有する。光検出部４０は、複数の導光部材３２の少なくとも１つによって導光された計測光を検出する。複数の導光部材３２の入射端面３２ａ側における受光領域は、積分器２０内で互いに重なっている。【選択図】図２

Description

本発明は、光計測装置に関する。

従来、測定対象となる試料に励起光を照射し、計測光を検出する光計測装置が知られている。この種の技術として、例えば特許文献１，２には、試料が配置される積分器と、積分器の出射開口から出射された計測光を検出する光検出器と、を備えた光計測装置が記載されている。特許文献１，２に記載された光計測装置では、広い波長領域での計測を可能とするために、分光感度特性が互いに異なる複数の光検出器が用いられている。積分器には、光検出器に対応した複数の出射開口が形成されている。

国際公開第２０１５／１５１２３３号 特開２００６−２３２８４号公報

上述したような光計測装置では、光検出器に対応した複数の出射開口が積分器に形成されていることから、積分器における開口面積が増えるため、積分器内での計測光の多重拡散反射特性が低下するおそれがある。更に、互いに異なる位置に形成された出射開口からの計測光を各光検出器が検出するため、各光検出器に入射する計測光の強度分布にばらつきが生じるおそれがある。よって、上述したような光計測装置では、計測光の検出精度の低下が懸念される。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、計測光を精度良く検出可能な光計測装置を提供することを課題とする。

本発明の光計測装置は、試料に励起光を照射し、計測光を検出する光計測装置であって、励起光が入射される入射開口、及び計測光を出射する出射開口が形成され、試料が配置される積分器と、出射開口から出射された計測光を導光する導光部と、導光部によって導光された計測光を検出する光検出部と、を備え、導光部は、入射端面が出射開口を介して積分器内を向くように配置された複数の導光部材を有し、光検出部は、複数の導光部材の少なくとも１つによって導光された計測光を検出し、複数の導光部材の入射端面側における受光領域は、積分器内で互いに重なっている。

この光計測装置では、入射端面が出射開口を介して積分器内を向くように複数の導光部材が配置されており、複数の導光部材の少なくとも１つによって導光された計測光を光検出部が検出する。これにより、複数の導光部材を介して共通の出射開口から計測光が取り出されることから、積分器における出射開口の形成数を低減することができ、積分器の多重拡散反射特性を確保することが可能となる。また、各導光部材によって取り出される計測光の強度分布を均一化することも可能となる。更に、この光計測装置では、複数の導光部材の入射端面側における受光領域が積分器内で互いに重なっている。これにより、積分器内における共通の領域からの計測光が複数の導光部材に入射するため、各導光部材によって取り出される計測光の強度分布を一層均一化することができる。よって、この光計測装置によれば、積分器の多重拡散反射特性を確保しつつ、均一な強度分布を有する計測光を取り出すことができ、計測光を精度良く検出することが可能となる。

本発明の光計測装置では、複数の導光部材の入射端面における光軸は、積分器内で互いに交わっていてもよい。この場合、上記作用効果、すなわち、積分器内における共通の領域からの計測光が複数の導光部材に入射するため、各導光部材によって取り出される計測光の強度分布を一層均一化できるという作用効果が顕著に奏される。

本発明の光計測装置は、積分器内における出射開口と対向する位置に配置されたバッフルを更に備えてもよい。この場合、試料からの光が出射開口に直接入射することをバッフルによって防止することができ、計測光を積分器内で確実に多重拡散反射させることが可能となる。

本発明の光計測装置では、複数の導光部材の入射端面における光軸は、出射開口とバッフルとの間で互いに交わっていてもよい。この場合、試料からの光が出射開口に直接入射することをバッフルによって防止しつつ、積分器内における共通の領域からの計測光を複数の導光部材によって取り出すことが可能となる。

本発明の光計測装置では、バッフルは、積分器内における前記出射開口の周辺に配置された一対の支持柱によって支持され、複数の導光部材が並ぶ方向と、一対の支持柱が並ぶ方向とは、交差していてもよい。この場合、導光部材に入射する計測光が支持柱によって遮られることを抑制することができ、各導光部材によって取り出される計測光の強度分布をより一層均一化することが可能となる。

本発明の光計測装置は、複数の光学フィルタを有し、複数の入射端面に入射する計測光それぞれの光路上に複数の光学フィルタの中の何れかを挿入フィルタとして挿入可能なフィルタ部を更に備えてもよい。この場合、複数の入射端面に入射する計測光それぞれの光路上に、光計測装置の測定条件に応じた光学フィルタを挿入することができる。その結果、高精度な測定が可能となる。

本発明の光計測装置では、フィルタ部は、光学フィルタとして、ＮＤフィルタ、ショートパスフィルタ、ロングパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタ、及び光反射物質で構成されたフィルタの少なくとも１つを含んでいてもよい。この場合、光計測装置の測定条件に応じた測定を具体的に実現可能となる。

本発明の光計測装置では、フィルタ部は、複数の光学フィルタが設けられたベース部と、挿入フィルタが複数の光学フィルタの中で切り替わるようにベース部を駆動する駆動部と、駆動部の駆動を制御する制御部と、を有し、制御部は、複数の光学フィルタの中の何れかを選択フィルタとして選択し、選択した当該選択フィルタが挿入フィルタとなるように駆動部を駆動させてもよい。この場合、制御部により、例えば光計測装置の測定条件に応じた光学フィルタを選択して光路上に挿入させることができる。その結果、測定条件に応じた測定作業を容易化することが可能となる。

本発明の光計測装置では、光検出部は、複数の導光部材と同数の複数の光検出器を有し、複数の光検出器の分光感度特性は、互いに異なっていてもよい。この場合、分光感度特性が互いに異なる複数の光検出器を用いることで、広い波長領域での計測が可能となる。

本発明によれば、計測光を精度良く検出することが可能となる。

一実施形態に係る光計測装置の構成を模式的に示す図である。 図１の光計測装置の要部における一の断面を示す概略断面図である。 図１の光計測装置の要部における他の断面を示す概略断面図である。 （ａ）は、フィルタユニットのベース部を示す正面図、（ｂ）は、フィルタユニットのベース部を示す側面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

図１に示される光計測装置１は、測定対象となる試料について、例えば、フォトルミネッセンス法（ＰＬ法）により蛍光特性等の光特性を測定又は評価するための装置である。試料は、例えば、有機ＥＬ（Electroluminescence）材料や、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）用やＦＰＤ（Flat Panel Display）用等の発光材料等の蛍光試料である。試料としては、例えば、粉末状、液体状（溶液状）、固体状又は薄膜状のもの等を用いることができる。

光特性としては、吸収率、内部量子効率（発光量子収率）及び外部量子効率が挙げられる。吸収率は、吸収されるフォトン数に関するパラメータである。内部量子効率は、吸収する光のフォトン数に対する、発光により放出される光のフォトン数の割合に関するパラメータである。外部量子効率は、放出されるフォトン数に関するパラメータである。外部量子効率は、吸収率と内部量子効率との積である。吸収率は、反射されるフォトン数に関するパラメータである反射率と表裏の関係を有する。吸収率は、「１−反射率」と同義である。

光計測装置１は、励起光供給部１０と、積分器２０と、導光部３０と、光検出部４０と、解析部５１と、入力部５２と、表示部５３、を備えている。励起光供給部１０は、所定波長の励起光を積分器２０に供給する。励起光供給部１０は、励起光源１１と、入射用ライトガイド１２と、を有している。光計測装置１では、励起光供給部１０と積分器２０とが互いに光学的に接続され、積分器２０と導光部３０とが互いに光学的に接続され、導光部３０と光検出部４０とが互いに光学的に接続されている。光検出部４０と解析部５１とが互いに電気的に接続され、解析部５１と入力部５２とが互いに電気的に接続され、解析部５１と表示部５３とが互いに電気的に接続されている。

励起光源１１は、励起光を発生させる光源である。励起光源１１は、例えばキセノンランプや分光器等を含んで構成されている。励起光源１１が発生させる励起光の波長は、可変であってもよい。励起光源１１は、励起光の波長を、例えば２５０ｎｍ〜１６００ｎｍの波長範囲で可変に設定可能である。入射用ライトガイド１２は、励起光源１１で生じた励起光を積分器２０へと導光する。入射用ライトガイド１２としては、例えば光ファイバ等を用いることができる。

積分器２０は、積分球であって、中空の球状を呈している。積分器２０は、その内面２０ａに硫酸バリウム等の高拡散反射物質の塗布が施されるか、若しくはＰＴＦＥやスペクトラロン（登録商標）等の反射率が１に近い高反射物質により形成されている。積分器２０には、試料を導入するための試料導入窓である試料導入開口２１、励起光が入射される入射窓である入射開口２２、及び、計測光を出射する出射窓である出射開口２３が、それぞれ１つずつ設けられている。試料導入開口２１、入射開口２２及び出射開口２３のそれぞれは、複数設けられていてもよい。

試料導入開口２１には、試料容器ホルダ２４が挿入されて装着されている。試料容器ホルダ２４は、試料が収容された試料容器２（図３参照）を保持し、積分器２０内に試料を配置する。入射開口２２には、入射用ライトガイド１２によって導光された励起光が入射する。積分器２０内では、入射開口２２から入射した励起光が多重拡散反射される。更に、積分器２０内では、試料に対する励起光の照射によって生じた発生光が多重拡散反射される。これら励起光及び発生光を含む計測光は、出射開口２３から出射する。出射開口２３から出射した計測光は、導光部３０によって後段の光検出部４０へと導光される。

導光部３０は、複数（この例では、２つ）の導光部材３２，３２を有しており、複数の導光部材３２によって別々に計測光を導光する。光検出部４０は、導光部３０によって導光された計測光を検出する。光検出部４０は、複数の導光部材３２と同数（この例では、２つ）の複数の分光検出器４１，４１を有している。各分光検出器４１は、計測光を波長成分に分解する分光器４２と、分光器４２で分解された計測光を検出する光検出器４３と、を含んでいる。

光検出部４０に含まれる複数の光検出器４３，４３の分光感度特性は、互いに異なっている。光検出器４３としては、例えば、ＢＴ（Back-Thinned）−ＣＣＤリニアイメージセンサやＣＭＯＳリニアイメージセンサ、ＩｎＧａＡｓリニアイメージセンサ等を用いることができる。各光検出器４３は、検出した計測光の波長スペクトルデータを後段の解析部５１に出力する。なお、複数の分光検出器４１，４１による計測光の検出は、並行して行われてもよいし、互いにタイミングをずらして行われてもよい。或いは、一部の分光検出器４１による検出のみが行われ、他の分光検出器４１による検出は行われなくてもよい。並行して検出を行うことは、同時に、同時期に、同じタイミングで、又は、同時並列的に検出を行うことを含む。

解析部５１は、例えばコンピュータである。解析部５１は、例えば、プロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、記録媒体であるＲＡＭ（RandomAccess Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）などを含んで構成される。解析部５１は、ＣＰＵ及びＲＡＭ等のハードウェア上にプログラム等を読み込ませることにより動作する。解析部５１は、ＣＰＵにより、光検出部４０で生成された波長スペクトルデータに対して必要なデータ解析を行い、試料についての情報を取得する。解析部５１は、ＣＰＵにより、ＲＡＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行う。解析部５１には、データ解析等についての指示の入力、及び解析条件や測定条件等の入力等に用いられる入力部５２と、得られたデータ解析結果の表示等に用いられる表示部５３と、が電気的に接続されている。入力部５２は、例えばマウスやキーボード、タッチパネル等の入力機器である。表示部５３は、例えばディスプレイ等である。

続いて、図２及び図３を参照しつつ、積分器２０及び導光部３０について更に説明する。積分器２０は、例えば取付ネジ（不図示）等によって架台３に取り付けられている。試料導入開口２１、入射開口２２及び出射開口２３それぞれの中心線は、積分器２０の中央を通り、互いに直交している。

試料導入開口２１には、上述したように、試料容器ホルダ２４が挿入されて装着されている。試料容器ホルダ２４は、試料が収容された試料容器２を位置決めして保持している。この例では、積分器２０の中央部に試料が配置されている。

入射開口２２には、入射用ライトガイド１２（図１参照）を積分器２０に接続する入射用ライトガイドホルダ２２０が挿入されて装着されている。入射用ライトガイドホルダ２２０は、入射用ライトガイド１２を位置決めして保持するライトガイド保持部２２１を有している。入射用ライトガイド１２から出射した励起光Ｌは、積分器２０内において試料に照射される。

出射開口２３には、装着部３１が挿入されて装着されている。装着部３１は、積分器２０内から導光部材３２の入射端面３２ａに向かう計測光を通過させる開口３１ａを有している。開口３１ａの断面は、例えば、所定方向Ｄを長手方向とする長円形状又は楕円形状を呈している。この所定方向Ｄは、入射開口２２の中心線と平行な方向であり、後述するように複数の導光部材３２が並ぶ方向と一致する。開口３１ａは、出射開口２３において計測光が通過する光通過領域を形成する。

積分器２０内には、出射開口２３と対向する位置にバッフル２５が配置されている。バッフル２５は、円錐状を呈しており、頂部２５ａが出射開口２３側を向くように配置されている。バッフル２５の頂部２５ａは、例えば、出射開口２３の中心線上に位置している。バッフル２５は、試料容器２と出射開口２３との間に位置し、試料からの光（一次反射光）が出射開口２３に直接入射することを防止する。これにより、計測光を積分器２０内で確実に多重拡散反射させることが可能となっている。

バッフル２５は、積分器２０内における出射開口２３の周辺に配置された一対の支持柱２６によって支持されている。この例では、一対の支持柱２６は、装着部３１における開口３１ａの周縁部に立設され、開口３１ａ（出射開口２３の光通過領域）を挟んで互いに対向している。より具体的には、一対の支持柱２６は、所定方向Ｄと直交する方向に並んで配置され、出射開口２３の中心線を挟んで互いに対向している。

バッフル２５及び支持柱２６は、積分器２０内での計測光の多重拡散反射特性を確保するために、積分器２０の内面２０ａと同様に、その外面に高拡散反射物質の塗布が施されるか、若しくは高反射物質により形成されている。

複数の導光部材３２のそれぞれは、入射端面３２ａが出射開口２３を介して積分器２０内を向くように配置されている。複数の導光部材３２は、所定方向Ｄに並んで配置されている。すなわち、複数の導光部材３２が並ぶ方向と、一対の支持柱２６が並ぶ方向とは、直交している。各導光部材３２は、装着部３１の開口３１ａを通過して入射端面３２ａに入射した計測光を、後段の光検出部４０へと導光する。導光部材３２としては、例えばバンドルファイバ又はシングルファイバを用いることができる。

導光部材３２の入射端面３２ａ側の端部は、固定部材３３を介して架台３に対して固定されている。固定部材３３は、凹部３４ａが設けられた本体部３４と、凹部３４ａ内に配置されるスリーブ３５と、を有している。本体部３４は、架台３に固定されている。凹部３４ａは、例えば断面円形状を呈している。凹部３４ａは、本体部３４において、出射開口２３とは反対側に開口し、出射開口２３側の表面に近接する位置まで延在する。凹部３４ａは、複数の導光部材３２と同数設けられている。この例では、凹部３４ａは、出射開口２３の中心線を挟んで互いに対向する位置に２つ設けられている。２つの凹部３４ａは、その各軸が出射開口２３側に近づくほど互いに近づくように出射開口２３の中心線に対して傾斜した状態で、所定方向Ｄに沿って並置されている。凹部３４ａの底面には、本体部３４の出射開口２３側の表面に貫通する開口３４ｂが形成されている。

スリーブ３５は、例えば円筒状を呈している。スリーブ３５は、凹部３４ａに同軸で挿入され、凹部３４ａの底面に当接することによって本体部３４に対して位置決めされている。スリーブ３５は、ネジ３４ｃによって本体部３４に固定されている。これにより、スリーブ３５は、凹部３４ａに倣って次のように本体部３４に設けられている。すなわち、スリーブ３５は、複数の導光部材３２と同数設けられている。この例では、スリーブ３５は、出射開口２３の中心線を挟んで互いに対向する位置に２つ設けられている。２つのスリーブ３５は、その各軸が出射開口２３側に近づくほど互いに近づくように出射開口２３の中心線に対して傾斜した状態で、所定方向Ｄに沿って並置されている。

導光部材３２の入射端面３２ａ側の端部は、スリーブ３５内に同軸で配置され、スリーブ３５に沿って真っ直ぐに延びている。導光部材３２の当該端部は、入射端面３２ａとスリーブ３５の出射開口２３側の端面とが面一となるように、スリーブ３５内に設けられている。導光部材３２の入射端面３２ａは、開口３４ｂを介して露出する。導光部材３２の当該端部は、例えば接着剤によってスリーブ３５内に固定されている。

導光部材３２は、入射端面３２ａ側の受光領域の光を入射させて導光可能である。ここで、導光部材３２の入射端面３２ａに入射可能な光は、入射端面３２ａ側の視野角（つまり、入射端面３２ａに入射可能な光の最大入射角）内の領域の光である。すなわち、導光部材３２の受光領域とは、導光部材３２の入射端面３２ａ側の視野角内の領域（検出視野）を意味する。導光部材３２の受光領域の大きさは、入射端面３２ａにおける開口数（ＮＡ）により規定される。例えば導光部材３２の受光領域は、入射端面３２ａを頂点側とする円錐状の領域である。図２，３では、導光部材３２の受光領域の範囲が二点鎖線で示されている。

図２に示されるように、複数の導光部材３２の受光領域は、積分器２０内で互いに重なっている。具体的には、複数の導光部材３２の入射端面３２ａ側における各光軸Ｘが、バッフル２５の頂部２５ａにおいて互いに交わっている。複数の導光部材３２の受光領域のそれぞれは、光軸Ｘを中心軸として入射端面３２ａから放射状に拡がっている。そして、複数の導光部材３２の受光領域は、頂部２５ａの周辺の所定領域において互いに重なっている。これにより、積分器２０内における共通の領域からの計測光が複数の導光部材３２に入射することとなる。

図２、図３及び図４に示されるように、光計測装置１は、フィルタユニット（フィルタ部）６０を更に備えている。フィルタユニット６０は、複数の光学フィルタ６１と、複数の光学フィルタ６１が設けられたベース部６２と、ベース部６２を駆動する駆動部６３と、駆動部６３の駆動を制御する制御部６４と、を有している。駆動部６３と制御部６４とは、互いに電気的に接続されている。

ベース部６２は、円形板状を呈している。ベース部６２の周縁部には、周方向に沿って等間隔で並ぶように複数の配置孔６２ａが設けられている。配置孔６２ａは、例えば断面円形状を呈し、ベース部６２を厚さ方向に貫通している。複数の配置孔６２ａの中の一部には、光学フィルタ６１が配置され、複数の配置孔６２ａの中の他部は、光学フィルタ６１が配置されずに開口部６６となっている。すなわち、ベース部６２には、計測光をフィルタリングする光学フィルタ６１に加えて、計測光をそのまま通過させる開口部６６が設けられている。

配置孔６２ａに配置される光学フィルタ６１は、仕様に応じた任意のフィルタとすることができる。光学フィルタ６１としては、例えば、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ、ショートパスフィルタ、ロングパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタ、及び、光反射物質で構成されたフィルタ等を用いることができる。光反射物質としては、積分器２０の内面２０ａに設けられる反射率が高く且つ拡散性が優れた材料であるスペクトラロン（登録商標）を用いることができる。つまり、可視域から近赤外域までの広い波長域に亘って略一定の反射率を有するスペクトラロンをシート状にしたスペクトラロンフィルタを、光学フィルタ６１として用いることができる。

光学フィルタ６１及び開口部６６の配置は、仕様に応じた任意の配置とすることができる。例えば、図４に示される配置例では、ベース部６２は、複数の第１セットＡ１、複数の第２セットＡ２、及び、１つの第３セットＡ３を含んで構成されている。第１セットＡ１は、周方向に隣り合う２つの光学フィルタ６１により構成されている。第２セットＡ２は、周方向に隣り合う光学フィルタ６１と開口部６６とにより構成されている。第３セットＡ３は、周方向に隣り合う２つの開口部６６により構成されている。複数の第１セットＡ１間では、含まれる光学フィルタ６１の種類の組み合わせが互いに異なっている。複数の第２セットＡ２間では、含まれる光学フィルタ６１の種類が互いに異なっている。一の第１セットＡ１に含まれる２つの光学フィルタ６１の各種類については、複数の第１セットＡ１間で当該各種類の組み合わせが異なっていれば、互いに違っていてもよいし、同一であってもよい。なお、一の配置孔６２ａに複数種類のフィルタが重ねて配置されていてもよい。

ベース部６２は、軸部６２ｂを介して支持部６７に接続されており、軸部６２ｂを回転軸として支持部６７に対して回転自在となっている。支持部６７は、例えば長方形板状を呈している。支持部６７の長手方向の一端は、ベース部６２の外周縁から突出する突出部６７ａを構成する。突出部６７ａは、先細り形状を呈している。ベース部６２を突出部６７ａ側から架台３内のフィルタ部配置空間Ｓに挿入する際には、突出部６７ａを架台３に当接させつつ、ベース部６２により当該挿入をガイドすることができる。これにより、ベース部６２及び支持部６７の挿入作業を容易化することができる。また、突出部６７ａがベース部６２の外周縁から突出していることで、挿入時におけるベース部６２の干渉ひいては損傷等を抑制することができる。

支持部６７の長手方向の他端には、当接部６７ｂが設けられている。当接部６７ｂは、ベース部６２及び支持部６７がフィルタ部配置空間Ｓに配置された状態で、架台３の支持面３ａに当接する。支持部６７は、当接部６７ｂが支持面３ａに当接すると共に、背面（当接部６７ｂ側の面）が架台３に接触することによって、架台３に対して位置決めされる。支持部６７には、開口６７ｃが設けられている。開口６７ｃは、複数の導光部材３２の入射端面３２ａに入射する計測光それぞれが通過する各位置に設けられている。開口６７ｃは、複数の導光部材３２と同数の複数設けられている。開口６７ｃの断面形状は、配置孔６２ａの断面形状と同一である。例えば開口６７ｃの断面形状は、断面円形状とされている。

支持部６７が架台３に対して位置決めされた状態において、ベース部６２を支持部６７に対して回転させることで、複数の導光部材３２の入射端面３２ａに入射する計測光それぞれの光路上に複数の光学フィルタ６１の中の何れかを挿入フィルタＦとして挿入することができる。また、本実施形態のようにベース部６２に開口部６６が設けられている場合、当該各光路の少なくとも一方上に開口部６６を配置することもできる。

駆動部６３は、例えばモータであり、駆動軸に接続されたギヤ６３ａとベース部６２の外周面に形成されたギヤ部（不図示）との噛合によって回転駆動力をベース部６２に伝達可能となっている。駆動部６３は、制御部６４からの信号に従って、挿入フィルタＦが複数の光学フィルタ６１の中で切り替わるようにベース部６２を駆動する。

制御部６４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read OnlyMemory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むコンピュータにより構成されている。制御部６４は、解析部５１、入力部５２及び表示部５３とは別個に設けられていてもよいし、解析部５１、入力部５２及び表示部５３の少なくとも何れかと一体に構成されていてもよい。

制御部６４は、光計測装置１の測定条件に応じて、複数の光学フィルタ６１の中の何れかを選択フィルタとして選択する。制御部６４は、選択した当該選択フィルタが挿入フィルタＦとなるように駆動部６３を駆動させる。以下、制御部６４のより具体的な動作について説明する。

制御部６４は、例えば、入力部５２と通信可能に接続されており、入力部５２に入力された測定条件を受け付ける。測定条件は、例えば、試料の種類、測定する光特性、励起光の種類や波長、強度、光検出器４３の分光感度特性等である。例えば、一方の光検出器４３がＢＴ−ＣＣＤリニアイメージセンサであり、他方の光検出器４３がＩｎＧａＡｓリニアイメージセンサであり、励起光がレーザ光である場合、一方の光検出器４３により検出される計測光の光路上には、光学フィルタ６１としてショートパスフィルタが配置され、他方の光検出器４３により検出される計測光の光路上には開口部６６が配置される。

制御部６４には、ベース部６２上における光学フィルタ６１及び開口部６６の配置関係、すなわち第１〜第３セットＡ１〜Ａ３の配置関係が予め記憶されている。制御部６４は、当該配置関係を参照しつつ、測定条件に基づき駆動部６３を駆動させることで、第１〜第３セットＡ１〜Ａ３の中の何れかに含まれる光学フィルタ６１又は開口部６６を各光路上に配置する。

より具体的には、制御部６４は、まず、測定条件に応じて、第１〜第３セットＡ１〜Ａ３の中の何れかを選択する。例えば、制御部６４は、一の第１セットＡ１を選択する。一の第１セットＡ１を選択することは、一方の光検出器４３により検出される計測光の光路上に挿入する光学フィルタ６１を選択すると共に、他方の光検出器４３により検出される計測光の光路上に挿入する光学フィルタ６１を選択することに相当する。次いで、制御部６４は、選択した第１セットＡ１に含まれる２つの光学フィルタ６１が挿入フィルタＦとなる回転位置まで駆動部６３を駆動させる。

或いは、制御部６４は、測定条件に応じて一の第２セットＡ２を選択する。一の第２セットＡ２を選択することは、一方の光検出器４３により検出される計測光の光路上に挿入する光学フィルタ６１を選択すると共に、他方の光検出器４３により検出される計測光の光路上に開口部６６を配置することを選択することに相当する。次いで、制御部６４は、選択した第２セットＡ２に含まれる光学フィルタ６１が挿入フィルタＦとなり且つ当該光路上に開口部６６が位置する回転位置まで駆動部６３を駆動させる。

或いは、制御部６４は、測定条件に応じて第３セットＡ３を選択する。第３セットＡ３を選択することは、２つの光検出器４３により検出される計測光それぞれの光路上に開口部６６を配置することを選択することに相当する。次いで、制御部６４は、当該各光路上に２つの開口部６６が位置する回転位置まで駆動部６３を駆動させる。

以上に説明した光計測装置１では、入射開口２２から入射した励起光が試料に照射され、試料で生じた発生光を含む計測光が積分器２０内で多重拡散反射される。このとき、試料からの光が出射開口２３に直接入射することがバッフル２５によって防止されることで、計測光が積分器２０内で確実に多重拡散反射される。そして、多重拡散反射され均一化された計測光が、積分器２０内における共通の受光領域から１つの出射開口２３を介して複数の導光部材３２の入射端面３２ａに入射する。各入射端面３２ａに入射した計測光は、複数の光検出器４３を有する光検出部４０によって並行して又は互いにタイミングをずらして検出され、解析部５１で解析される。解析部５１による解析結果は、表示部５３に表示される。

以上、光計測装置１では、入射端面３２ａが出射開口２３を介して積分器２０内を向くように複数の導光部材３２が配置されており、複数の導光部材３２によって導光された計測光を光検出部４０が検出する。これにより、複数の導光部材３２を介して共通の出射開口２３から計測光が取り出されることから、積分器２０における出射開口２３の形成数を低減することができ、積分器２０の多重拡散反射特性を確保することが可能となる。また、各導光部材３２によって取り出される計測光の強度分布を均一化することも可能となる。更に、光計測装置１では、複数の導光部材３２の入射端面３２ａ側における受光領域が積分器２０内で互いに重なっている。これにより、積分器２０内における共通の領域からの計測光が複数の導光部材３２に入射するため、各導光部材３２によって取り出される計測光の強度分布を一層均一化することができる。よって、光計測装置１によれば、積分器２０の多重拡散反射特性を確保しつつ、均一な強度分布を有する計測光を取り出すことができ、計測光を精度良く検出することが可能となる。

仮に、光計測装置１とは異なり、１つの導光部材３２を介して取り出した計測光を切替器等によって複数の光検出器４３へと切り替えて導光可能とした場合と比較して、光計測装置１では、複数の導光部材３２を介して同じタイミングで取り出された計測光を検出できることから、計測光を精度良く検出することが可能となる。更に、切替器等を不要として装置構成を簡易化することも可能となる。また、光計測装置１では、共通の出射開口２３から複数の導光部材３２を介して計測光が取り出されることから、例えば積分器２０における開口の形成数が予め決まっている場合でも、開口が不足して複数の計測光を取り出せないことが生じ難い。

光計測装置１では、複数の導光部材３２の入射端面３２ａにおける光軸Ｘが積分器２０内で互いに交わっている。これにより、上記作用効果、すなわち、積分器２０内における共通の領域からの計測光が複数の導光部材３２に入射するため、各導光部材３２によって取り出される計測光の強度分布を一層均一化することができるという上記作用効果が顕著に奏される。

光計測装置１は、積分器２０内における出射開口２３と対向する位置に配置されたバッフル２５を更に備えている。これにより、試料からの光が出射開口２３に直接入射することをバッフル２５によって防止することができ、計測光を積分器２０内で確実に多重拡散反射させることが可能となる。

光計測装置１では、複数の導光部材３２の入射端面３２ａにおける光軸Ｘが出射開口２３とバッフル２５との間で互いに交わっている。これにより、試料からの光が出射開口２３に直接入射することをバッフル２５によって防止しつつ、積分器２０内における共通の領域からの計測光を複数の導光部材３２によって取り出すことが可能となる。

光計測装置１では、積分器２０内における出射開口２３の周辺に配置された一対の支持柱２６によってバッフル２５が支持されており、複数の導光部材３２が並ぶ方向と一対の支持柱２６が並ぶ方向とが直交している。これにより、導光部材３２に入射する計測光が支持柱２６によって遮られることを抑制することができ、各導光部材３２によって取り出される計測光の強度分布をより一層均一化することが可能となる。

光計測装置１は、複数の光学フィルタ６１を有し、複数の入射端面３２ａに入射する計測光それぞれの光路上に複数の光学フィルタ６１の中の何れかを挿入フィルタＦとして挿入可能なフィルタユニット６０を備えている。これにより、複数の入射端面３２ａに入射する計測光それぞれの光路上に、光計測装置１の測定条件に応じた光学フィルタ６１を挿入することができる。その結果、高精度な測定が可能となる。

光計測装置１では、フィルタユニット６０が、光学フィルタ６１として、ＮＤフィルタ、ショートパスフィルタ、ロングパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタ、及び光反射物質で構成されたフィルタの少なくとも１つを含んでいる。これにより、光計測装置１の測定条件に応じた測定を具体的に実現可能となる。

光計測装置１では、フィルタユニット６０が、複数の光学フィルタ６１が設けられたベース部６２と、挿入フィルタＦが複数の光学フィルタ６１の中で切り替わるようにベース部６２を駆動する駆動部６３と、駆動部６３の駆動を制御する制御部６４と、を有している。そして、制御部６４が、複数の光学フィルタ６１の中の何れかを選択フィルタとして選択し、選択した当該選択フィルタが挿入フィルタＦとなるように駆動部６３を駆動させる。これにより、制御部６４により、例えば光計測装置１の測定条件に応じた光学フィルタ６１を選択して光路上に挿入させることができる。その結果、例えば手動で挿入フィルタＦを切り替える場合と比較して、測定条件に応じた測定作業を容易化することが可能となる。

光計測装置１では、光検出部４０が複数の導光部材３２と同数の複数の光検出器４３を有しており、複数の光検出器４３の分光感度特性が互いに異なっている。この場合、分光感度特性が互いに異なる複数の光検出器４３を用いることで、広い波長領域での計測が可能となる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、積分器２０として積分球が用いられたが、その内部の光を空間的に積分する手段（光学コンポーネント）であればよく、例えば特開２００９−１０３６５４号公報に開示されているような積分半球が用いられてもよい。

上記実施形態において、光検出部４０は、複数の導光部材３２の配置数よりも少ない数の光検出器４３（分光検出器４１）を有していてもよい。この場合、例えば、光検出部４０は、一部の導光部材３２によって導光された計測光のみを検出し、他の導光部材３２によって導光された計測光を検出しなくてもよい。計測光の検出が行われない導光部材３２については、例えば、積分器２０内に光が入り込まないように棒状部材等によって塞がれていてもよい。すなわち、光検出部４０は、複数の導光部材３２の少なくとも１つによって導光された計測光を検出するものであればよい。

上記実施形態において、光計測装置１は、３つ以上の導光部材３２を備えていてもよい。この場合、複数の導光部材３２は、一列に並んで配置されてもよいし、複数列に並んで配置されていてもよいし、円形状に並ぶように配置されていてもよいし、矩形状に並ぶように配置されていてもよい。上記実施形態では、複数の導光部材３２が並ぶ方向と一対の支持柱２６が並ぶ方向とが直交していたが、垂直以外の角度で交差していてもよい。或いは、複数の導光部材３２が並ぶ方向と一対の支持柱２６が並ぶ方向とが交差していなくてもよい。

上記実施形態では、複数の導光部材３２の入射端面３２ａ側における光軸Ｘがバッフル２５の頂部２５ａにおいて互いに交わっていたが、積分器２０内で互いに交わっていればよく、例えば出射開口２３とバッフル２５との間の他の位置で互いに交わっていてもよい。上記実施形態では、複数の導光部材３２の受光領域が積分器２０内で互いに重なっていればよく、複数の導光部材３２の光軸Ｘが積分器２０内で互いに交わっていなくてもよい。

上記実施形態では、ベース部６２に開口部６６が設けられていなくてもよい。この場合、すべての配置孔６２ａに光学フィルタ６１が配置される。上記実施形態では、ベース部６２は、第１セットＡ１、第２セットＡ２及び第３セットＡ３を含んで構成されているが、第１セットＡ１及び第２セットＡ２のみを含んで構成されていてもよいし、第１セットＡ１及び第３セットＡ３のみを含んで構成されていてもよい。ベース部６２は、任意の形状であってもよく、例えば矩形板状であってもよい。ベース部６２は、支持部６７に対するスライド移動によって挿入フィルタＦを切り替え可能となっていてもよい。フィルタユニット６０は、駆動部６３を有していなくてもよいし、ベース部６２は、例えば手動で回転可能に構成されていてもよい。

上記実施形態において、フィルタユニット６０は、互いに対向して配置された２つのベース部６２を有していてもよい。この場合、一のベース部６２の光学フィルタ６１と他のベース部６２の光学フィルタ６１とを計測光の光路上で重ねて使用することができ、選択可能な光学フィルタ６１の組み合わせを増加させることができる。光計測装置１は、フィルタユニット６０を備えていなくてもよい。

上記実施形態において、装着部３１の開口３１ａは、断面円形状であってもよい。ただし、上記実施形態のように複数の導光部材３２が所定方向Ｄに並んで配置される場合、開口３１ａの横断面が所定方向Ｄを長手方向とする長円形状又は楕円形状を呈している方が好ましい。この場合、開口３１ａを通過する計測光についての複数の導光部材３２の入射端面３２ａに入射しない光の割合を、低減することができるためである。

上記実施形態において、試料は、積分器２０の中央部以外の位置に配置されてもよく、例えば積分器２０内において試料導入開口２１とは反対側に載置されるように配置されてもよい。この場合、バッフルは、積分器２０の内面において、載置された試料と出射開口２３との間に立設され、出射開口２３の中心線上から外れた位置に位置していてもよい。このようなバッフルが設けられている場合、複数の導光部材３２の入射端面３２ａに入射する計測光がバッフルによって遮られることを抑制するために、複数の導光部材３２が並ぶ方向は、出射開口２３とバッフルとが並ぶ方向と交差していることが好ましい。

上記実施形態では、支持柱２６が装着部３１に設けられていたが、積分器２０の内面２０ａに設けられていてもよい。或いは、支持柱２６が設けられず、バッフル２５が積分器２０の内面２０ａに直接に設けられていてもよい。バッフル２５の形状は、試料からの光が出射開口２３に直接入射することを防止可能な形状であればよく、例えば平板状等であってもよい。

１…光計測装置、２０…積分器、２２…入射開口、２３…出射開口、２５…バッフル、２６…支持柱、３０…導光部、３２…導光部材、３２ａ…入射端面、４０…光検出部、４３…光検出器、６０…フィルタユニット（フィルタ部）、６１…光学フィルタ、６２…ベース部、６３…駆動部、６４…制御部、Ｆ…挿入フィルタ、Ｌ…励起光、Ｘ…光軸。

Claims (9)

1. 試料に励起光を照射し、計測光を検出する光計測装置であって、
   前記励起光が入射される入射開口、及び前記計測光を出射する出射開口が形成され、前記試料が配置される積分器と、
   前記出射開口から出射された前記計測光を導光する導光部と、
   前記導光部によって導光された前記計測光を検出する光検出部と、を備え、
   前記導光部は、入射端面が前記出射開口を介して前記積分器内を向くように配置された複数の導光部材を有し、
   前記光検出部は、複数の前記導光部材の少なくとも１つによって導光された前記計測光を検出し、
   複数の前記導光部材の前記入射端面側における受光領域は、前記積分器内で互いに重なっている、光計測装置。
2. 複数の前記導光部材の前記入射端面における光軸は、前記積分器内で互いに交わっている、請求項１に記載の光計測装置。
3. 前記積分器内における前記出射開口と対向する位置に配置されたバッフルを更に備える、請求項１又は２に記載の光計測装置。
4. 複数の前記導光部材の前記入射端面における光軸は、前記出射開口と前記バッフルとの間で互いに交わっている、請求項３に記載の光計測装置。
5. 前記バッフルは、前記積分器内における前記出射開口の周辺に配置された一対の支持柱によって支持され、
   複数の前記導光部材が並ぶ方向と、一対の前記支持柱が並ぶ方向とは、交差している、請求項３又は４に記載の光計測装置。
6. 複数の光学フィルタを有し、複数の前記入射端面に入射する前記計測光それぞれの光路上に複数の前記光学フィルタの中の何れかを挿入フィルタとして挿入可能なフィルタ部を更に備える、請求項１〜５の何れか一項に記載の光計測装置。
7. 前記フィルタ部は、前記光学フィルタとして、ＮＤフィルタ、ショートパスフィルタ、ロングパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタ、及び光反射物質で構成されたフィルタの少なくとも１つを含んでいる、請求項６に記載の光計測装置。
8. 前記フィルタ部は、
   複数の前記光学フィルタが設けられたベース部と、
   前記挿入フィルタが複数の前記光学フィルタの中で切り替わるように前記ベース部を駆動する駆動部と、
   前記駆動部の駆動を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   複数の前記光学フィルタの中の何れかを選択フィルタとして選択し、
   選択した当該選択フィルタが前記挿入フィルタとなるように前記駆動部を駆動させる、請求項６又は７に記載の光計測装置。
9. 前記光検出部は、複数の前記導光部材と同数の複数の光検出器を有し、複数の前記光検出器の分光感度特性は、互いに異なっている、請求項１〜８の何れか一項に記載の光計測装置。

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