KR101034716B1 - Quantum efficiency measurement apparatus and quantum efficiency measurement method - Google Patents
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Abstract
양자 효율의 측정 대상부인 시료(OBJ1), 및 기지의 반사율 특성을 갖는 표준체(REF1)가 각각 평면 미러(5)에 설치된 시료창(2)에 장착된다. 시료(OBJ1) 및 표준체(REF1)를 각각 장착한 경우에 분광기에 의해 측정되는 각각의 스펙트럼에 기초하여, 시료(OBJ1)의 양자 효율이 측정된다. 관측창(3)의 개구면을 시료(OBJ1) 또는 표준체(REF1)의 노출면과 실질적으로 일치시킴으로써 여기광(L1)을 받아 시료(OBJ1)에서 발생한 형광, 및 시료(OBJ1)에서 반사된 여기광(L1)이 직접적으로 관측창(3)에 입사되는 것을 억제한다. A sample OBJ1, which is a measurement target part of quantum efficiency, and a standard body REF1 having a known reflectance characteristic, are mounted on the sample window 2 provided in the planar mirror 5, respectively. In the case where the sample OBJ1 and the standard body REF1 are mounted, the quantum efficiency of the sample OBJ1 is measured based on the respective spectra measured by the spectroscope. By substantially matching the opening surface of the observation window 3 with the exposure surface of the sample OBJ1 or the standard body REF1, the excitation light L1 is received and the fluorescence generated in the sample OBJ1 and the excitation reflected from the sample OBJ1 are reflected. The light L1 is suppressed from being incident directly on the observation window 3.
시료, 반사율, 개구면, 관측창, 여기광 Sample, reflectance, aperture, observation window, excitation light
Description
본 발명은, 측정 대상물의 양자 효율을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for measuring the quantum efficiency of a measurement object.
최근, 형광 램프나 디스플레이의 개발이 급속하게 진행되고 있다. 이러한 개발에 수반하여, 그들에 사용되는 형광체의 성능을 보다 정확하게 평가하는 지표로서, 양자 효율이 주목되고 있다. 일반적으로, 양자 효율은 측정 대상물(전형적으로는, 형광체)에 흡수된 광양자 수에 대한 형광 발광의 광양자 수의 비율을 의미한다.In recent years, development of a fluorescent lamp and a display is progressing rapidly. With such development, quantum efficiency is attracting attention as an index for more accurately evaluating the performance of phosphors used in them. In general, quantum efficiency refers to the ratio of the number of photons of fluorescence to the number of photons absorbed by a measurement object (typically, a phosphor).
이러한 양자 효율을 측정하는 전형적인 방법으로서, "오오쿠보, 시게타 「NBS 표준 형광체의 양자 효율의 측정」"에 형광체 양자 효율의 측정 광학계가 개시되어 있다. 이와 같은 구성 대신에, 일본 특허 출원 공개 평09-292281호 공보(특허 문헌1), 일본 특허 공개 평10-142152호 공보(특허 문헌2) 및 일본 특허 출원 공개 평10-293063호 공보(특허 문헌3) 등에는 양자 효율을 측정하기 위한 구성 및 방법이 제안되어 있다.As a typical method for measuring such quantum efficiency, "Okubo, Shigeta" measurement of quantum efficiency of NBS standard phosphor "" discloses a measurement optical system for phosphor quantum efficiency. Instead of such a configuration, Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-292281 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-142152 (Patent Document 2) and Japanese Patent Application Publication No. 10-293063 (Patent Document) 3) and the like have proposed a structure and method for measuring quantum efficiency.
상술한 선행 기술에 따른 양자 효율을 측정하는 장치에서는, 모두 측정 대상 물(형광체)로부터 발해지는 형광을 포착하기 위해 적분구를 사용하고 있다. 일반적으로, 형광체로부터의 형광은 미약하기 때문에 측정 정밀도를 높이기 위해서는 보다 작은 직경을 갖는 적분구를 사용하는 것이 바람직하다.In the apparatus for measuring the quantum efficiency according to the above-described prior art, the integrating sphere is used to capture fluorescence emitted from the object to be measured (phosphor). In general, since the fluorescence from the phosphor is weak, it is preferable to use an integrating sphere having a smaller diameter in order to increase the measurement accuracy.
그런데, 이와 같은 적분구 내에는, 형광체로부터 발해진 형광 및 / 또는 형광체 표면에서 반사된 여기광이 직접적으로 검출기로 입사되는 것을 억제하기 위한 차광판이 설치된다.By the way, in such an integrating sphere, a light shielding plate for preventing the fluorescence emitted from the phosphor and / or the excitation light reflected from the surface of the phosphor is directly incident on the detector.
특허 문헌1 : 일본 특허 출원 공개 평09-292281호 공보 Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-292281
특허 문헌2 : 일본 특허 출원 공개 평10-142152호 공보 Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 10-142152
특허 문헌3 : 일본 특허 출원 공개 평10-293063호 공보 Patent Document 3: Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 10-293063
비특허 문헌1 : 오오쿠보, 시게타, 「NBS 표준 형광체의 양자 효율의 측정」, 조명학회지, 사단 법인 조명학회, 1999년, 제83권, 제2호, p.87-93[Non-Patent Document 1] Okubo, Shigeta, "Measurement of Quantum Efficiency of NBS Standard Phosphors," Journal of the Korean Society of Illumination, Illumination Society of Japan, 1999, Vol. 83, No. 2, p.87-93
그러나, 보다 직경이 작은 적분구를 사용한 경우에는 차광판에 의한 광흡수의 영향이 상대적으로 커져 측정 정밀도에 악영향을 끼칠 우려가 있었다.However, when a smaller diameter integrating sphere is used, the influence of light absorption by the light shielding plate is relatively increased, which may adversely affect measurement accuracy.
본 발명은, 이와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 양자 효율을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 양자 효율 측정 장치 및 양자 효율 측정 방법을 제공하는 것이다.This invention is made | formed in order to solve such a subject, The objective is to provide the quantum efficiency measuring apparatus and the quantum efficiency measuring method which can measure quantum efficiency with higher precision.
본 발명의 어느 국면에 따르는 양자 효율 측정 장치는, 내면에 광확산 반사층을 갖는 반구부와, 반구부의 실질적인 곡률 중심을 통과하면서, 또한 반구부의 개구부를 막도록 배치된 평면 미러를 포함한다. 평면 미러는, 반구부의 실질적인 곡률 중심의 위치에 설치되고, 측정 대상물을 장착하기 위한 제1 창과, 제1 창으로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에 설치된 제2 창을 포함한다. 본 양자 효율 측정 장치는, 또한 제2 창을 통하여 반구부 내의 스펙트럼을 측정하는 분광기와, 여기광을, 반구부에 설치된 제3 창을 통하여 평면 미러의 법선에 대하여 소정의 각도로 제1 창을 향하여 조사하는 광원과, 측정 대상물을 제1 창에 배치한 경우에 분광기에 의해 측정되는 제1 스펙트럼과, 측정 대상물 대신에 기지의 반사율 특성을 갖는 표준체를 제1 창에 배치한 경우에 분광기에 의해 측정되는 제2 스펙트럼에 기초하여, 측정 대상물의 양자 효율을 산출하는 연산 처리부를 포함한다.A quantum efficiency measuring device according to an aspect of the present invention includes a hemisphere having an optical diffusion reflecting layer on its inner surface, and a planar mirror arranged to block an opening of the hemisphere while passing through a substantially center of curvature of the hemisphere. The planar mirror is provided at a position of the center of curvature of the hemisphere, and includes a first window for mounting the measurement object and a second window provided at a position spaced a predetermined distance from the first window. The apparatus for measuring quantum efficiency further includes a spectrometer for measuring the spectrum in the hemisphere through the second window, and excitation light through the third window provided at the hemisphere to open the first window at a predetermined angle with respect to the normal of the plane mirror. The light source to be irradiated toward the light source, the first spectrum measured by the spectroscope when the measurement object is placed in the first window, and the standard body having a known reflectance characteristic instead of the measurement object by the spectroscope. An arithmetic processing part which calculates the quantum efficiency of a measurement object based on the measured 2nd spectrum is included.
바람직하게는, 제1 창은 측정 대상물을 측정 대상물의 노출면이 평면 미러의 반구부 내측의 면과 실질적으로 일치하도록 장착 가능하게 구성된다.Preferably, the first window is configured to mount the measurement object such that the exposed surface of the measurement object substantially coincides with the surface inside the hemisphere of the planar mirror.
바람직하게는, 제2 창은 반구부의 내부와 분광기 사이에 배치된, 광투과 확산 부재를 포함한다.Preferably, the second window comprises a light transmitting diffuser member, disposed between the interior of the hemisphere and the spectrometer.
본 발명의 다른 국면에 따르는 양자 효율 측정 장치는, 내면에 광확산 반사층을 갖는 반구부와, 반구부의 실질적인 곡률 중심을 통과하면서, 또한 반구부의 개구부를 막도록 배치된 평면 미러를 포함한다. 평면 미러는, 반구부의 실질적인 곡률 중심의 근방에 설치된 제1 창과, 제1 창으로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에 설치된 제2 창을 포함한다. 본 양자 효율 측정 장치는, 또한 반구부 내에 적어도 그 일부를 노출시켜 배치된 측정 대상물을 향하여 제1 창을 통하여 여기광을 조사하는 광원과, 제2 창을 통하여 반구부 내의 스펙트럼을 측정하는 분광기를 포함한다. 제2 창은, 측정 대상물로부터의 광이 분광기에 직접적으로 입사되는 것을 규제하고 있다. 본 양자 효율 측정 장치는, 또한 측정 대상물을 반구부 내에 배치한 경우에 분광기에 의해 측정되는 제1 스펙트럼과, 측정 대상물 대신에 기지의 반사율 특성 또는 투과율 특성도 표준체를 반구부 내에 배치한 경우에 분광기에 의해 측정되는 제2 스펙트럼에 기초하여, 측정 대상물의 양자 효율을 산출하는 연산 처리부를 포함한다.A quantum efficiency measuring device according to another aspect of the present invention includes a hemisphere having an optical diffusion reflecting layer on its inner surface, and a planar mirror disposed so as to pass through a substantial center of curvature of the hemisphere and to block the opening of the hemisphere. The planar mirror includes a first window provided near the substantial center of curvature of the hemisphere and a second window provided at a position spaced apart from the first window by a predetermined distance. The present quantum efficiency measuring device further includes a light source for irradiating excitation light through a first window toward a measurement object disposed by exposing at least a portion thereof in the hemisphere, and a spectrometer for measuring a spectrum in the hemisphere through a second window. Include. The second window regulates that light from the measurement object is directly incident on the spectrometer. The present quantum efficiency measuring apparatus further includes a first spectrum measured by a spectroscope when the measurement object is placed in the hemisphere, and a known reflectance characteristic or transmittance characteristic in place of the measurement object. An arithmetic processing part which calculates the quantum efficiency of a measurement object based on the 2nd spectrum measured by WHEREIN.
바람직하게는, 제2 창은 반구부의 내부측의 직경에 비교하여 반구부의 외부측의 직경이 큰 개구이다.Preferably, the second window is an opening having a larger diameter on the outer side of the hemisphere than the diameter on the inner side of the hemisphere.
바람직하게는, 반구부는 반구부의 실질적인 곡률 중심을 통과하는 평면 미러의 법선과의 교점의 위치에 설치되며 또한 측정 대상물 및 표준체를 장착하기 위한 제3 창을 포함하고, 광원은 여기광을 평면 미러의 법선에 대하여 소정의 각도로 제3 창을 향하여 조사되도록 배치된다.Preferably, the hemisphere is installed at the intersection of the normal to the plane mirror passing through the substantially center of curvature of the hemisphere and further comprises a third window for mounting the measurement object and the standard, wherein the light source is configured to It is arranged to irradiate toward the third window at a predetermined angle with respect to the normal.
바람직하게는, 측정 대상물은 투광성을 갖는 용기에 봉입된 액체로서, 광원의 광축 상에 배치된다. Preferably, the object to be measured is a liquid enclosed in a container having light transmissivity, and is disposed on the optical axis of the light source.
더욱 바람직하게는, 측정 대상물은 전체가 반구부 내에 수납된다. More preferably, the measurement object is entirely contained in the hemisphere.
바람직하게는, 반구부는 반구부의 실질적인 곡률 중심을 통과하는 평면 미러의 법선과의 교점의 위치에 설치되고, 측정 대상물 및 표준체를 장착하기 위한 제3 창을 포함한다. 제1 창은 평면 미러 상의 반구부의 실질적인 곡률 중심의 위치에 설치되어 있고, 측정 대상물은 통 형상 용기에 봉입된 액체이며, 통 형상 용기의 제3 창에 장착되는 면은 투광성을 갖는 재료로 구성되는 동시에, 그 밖의 부위는 광반사성을 갖는 부재로 구성된다.Preferably, the hemisphere is provided at a point of intersection with the normal of the planar mirror passing through the substantially center of curvature of the hemisphere, and includes a third window for mounting the measurement object and the standard body. The first window is provided at a position of a substantially center of curvature of the hemisphere on the planar mirror, the measurement object is a liquid enclosed in a cylindrical container, and the surface mounted on the third window of the cylindrical container is made of a light transmitting material. At the same time, the other part is composed of a member having light reflectivity.
본 발명의 또 다른 국면에 따르는 양자 효율 측정 방법은, 내면에 광확산 반사층을 갖는 반구부와, 반구부의 실질적인 곡률 중심을 통과하면서 또한 반구부의 개구부를 막도록 배치된 평면 미러를 포함하는 장치를 준비하는 스텝과, 평면 미러의 반구부의 실질적인 곡률 중심을 포함하는 위치에 설치된 제1 창에 측정 대상물을 장착하는 스텝과, 여기광을 반구부에 설치된 제3 창을 통하여 평면 미러의 법선에 대하여 소정의 각도로 측정 대상물을 향하여 조사하는 스텝과, 평면 미러의 제1 창으로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에 설치된 제2 창을 통하여 측정 대상물이 장착된 경우의 반구부 내의 스펙트럼을 제1 스펙트럼으로서 측정하는 스텝과, 제1 창에 기지의 반사율 특성을 갖는 표준체를 장착하는 스텝과, 여기광을 제3 창을 통하여 평면 미러의 법선에 대하여 소정의 각도로 표준체를 향하여 조사하는 스텝과, 제2 창을 통하여 표준체가 장착된 경우의 반구부 내의 스펙트럼을 제2 스펙트럼으로서 측정하는 스텝과, 제1 스펙트럼과 제2 스펙트럼에 기초하여 측정 대상물의 양자 효율을 산출하는 스텝을 포함한다. A quantum efficiency measuring method according to another aspect of the present invention provides a device comprising a hemisphere having a light diffusing reflective layer on its inner surface and a planar mirror arranged to pass through a substantial center of curvature of the hemisphere and to block the opening of the hemisphere. A step of attaching the measurement object to a first window provided at a position including a substantially center of curvature of the hemisphere of the planar mirror, and a predetermined window with respect to the normal of the plane mirror through the third window provided at the hemisphere. Irradiating toward the measurement object at an angle and measuring the spectrum in the hemisphere when the measurement object is mounted as a first spectrum through a second window provided at a position spaced apart from the first window of the plane mirror by a predetermined distance; And a step of attaching a standard body having a known reflectance characteristic to the first window and a plane mirror method for exciting light through the third window. Irradiating toward the standard body at a predetermined angle with respect to the line, measuring the spectrum in the hemisphere when the standard body is mounted as a second spectrum through a second window, and based on the first spectrum and the second spectrum Calculating the quantum efficiency of the measurement object.
본 발명에 의하면, 양자 효율을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.According to the present invention, the quantum efficiency can be measured with higher accuracy.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관련된 양자 효율 측정 장치의 개략 구성 도이다.1 is a schematic configuration diagram of a quantum efficiency measuring device according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치의 외관도이다.2 is an external view of a quantum efficiency measuring device according to the first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치의 주요부를 도시하는 단면도이다.It is sectional drawing which shows the principal part of the quantum efficiency measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치에 있어서의 측정 원리에 대하여 설명하기 위한 도면이다.It is a figure for demonstrating the measuring principle in the quantum efficiency measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치의 연산 처리부에 있어서의 제어 구조를 도시하는 도면이다.It is a figure which shows the control structure in the arithmetic processing part of the quantum efficiency measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치를 사용한 양자 효율 측정에 따른 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.Fig. 6 is a flowchart showing the processing procedure according to the quantum efficiency measurement using the quantum efficiency measuring device according to the first embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태의 제1 변형예에 따른 양자 효율 측정 장치에 있어서의 분광기 및 광원의 위치 관계를 도시하는 평면도이다.It is a top view which shows the positional relationship of the spectroscope and the light source in the quantum efficiency measuring apparatus which concerns on the 1st modification of 1st Embodiment of this invention.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태의 제2 변형예에 따른 양자 효율 측정 장치의 주요부를 도시하는 단면도이다.It is sectional drawing which shows the principal part of the quantum efficiency measuring apparatus which concerns on the 2nd modified example of 1st Embodiment of this invention.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치의 주요부를 도시하는 단면도이다.It is sectional drawing which shows the principal part of the quantum efficiency measuring apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치의 개략 구성 도이다.It is a schematic block diagram of the quantum efficiency measuring apparatus which concerns on 3rd embodiment of this invention.
도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치의 주요부를 도시하는 단면도이다.It is sectional drawing which shows the principal part of the quantum efficiency measuring apparatus which concerns on 3rd embodiment of this invention.
도 12는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치의 연산 처리부에 있어서의 제어 구조를 도시하는 도면이다.It is a figure which shows the control structure in the arithmetic processing part of the quantum efficiency measuring apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention.
도 13은 본 발명의 제3 실시 형태의 제1 변형예에 따른 양자 효율 측정 장치의 주요부를 도시하는 단면도이다.It is sectional drawing which shows the principal part of the quantum efficiency measuring apparatus which concerns on the 1st modified example of the 3rd Embodiment of this invention.
도 14는 본 발명의 제3 실시 형태의 제2 변형예에 따른 양자 효율 측정 장치의 주요부를 도시하는 단면도이다.It is sectional drawing which shows the principal part of the quantum efficiency measuring apparatus which concerns on the 2nd modified example of the 3rd Embodiment of this invention.
도 15는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치의 주요부를 도시하는 단면도이다.It is sectional drawing which shows the principal part of the quantum efficiency measuring apparatus which concerns on 4th embodiment of this invention.
<부호의 설명><Code description>
1, 1A : 반구부1, 1A: hemisphere
1a : 광확산 반사층1a: light diffusing reflective layer
2, 9, 312 : 시료창2, 9, 312: Sample window
3, 13, 316, 368 : 관측창3, 13, 316, 368: observation window
4, 10, 12, 314, 366 : 광원창4, 10, 12, 314, 366: light source window
5, 5A, 5B, 5C : 평면 미러5, 5A, 5B, 5C: flat mirror
5a : 반사면5a: reflective surface
6 : 분광기6: spectrometer
6a : 장착부6a: Mounting part
6b : 파이버 단부6b: fiber end
6c : 반사부6c: reflector
6d, 308, 362 : 광 파이버6d, 308, 362: optical fiber
6e : 검출기6e: Detector
7 : 광원7: light source
7a : 램프7a: lamp
7b : 집광 광학계7b: condensing optical system
14 : 광투과 확산 부재14: light transmission diffusion member
15, 15A : 시일 부재15, 15A: seal member
16, 16A, 16B : 투명 셀16, 16A, 16B: transparent cell
100 : 반구 적분기100: hemisphere integrator
102 : 베이스부102: base portion
104 : 회전축104: rotation axis
200, 200A : 연산 처리부200, 200A: arithmetic processing unit
202 : 절환부202: switching part
204, 206 : 버퍼204, 206: buffer
208, 210 : 선택부208, 210: selection
212, 222 : 승산부212, 222 multiplier
214, 224 : 적분부214, 224: integral part
216, 226 : 제산부216, 226: division
218 : 초기 설정 유지부218: initial setting holding unit
220 : 가감산부220: additive and subtractive part
300, 350 : 양자 효율 측정 장치300, 350: Quantum efficiency measuring device
302, 352 : 적분구302, 352: integrating sphere
304, 358 : 차광판304, 358: shading plate
306, 360 : 수광부306, 360: light receiver
310, 364 : 분광 측정 장치310, 364: Spectrophotometer
320, 370, L1 : 여기광320, 370, L1: excitation light
354 : 지지부354 support
356 : 투명 용기356: transparent container
Ax1, Ax2, Ax3 : 광축Ax1, Ax2, Ax3: optical axis
OBJ, OBJ1, OBJ2 : 시료OBJ, OBJ1, OBJ2: Sample
REF, REF1, REF2 : 표준체REF, REF1, REF2: standard
SYS1, SYS1A, SYS2, SYS3, SYS3A, SYS3B : 양자 효율 측정 장치Quantum Efficiency Measuring Device: SYS1, SYS1A, SYS2, SYS3, SYS3A, SYS3B
본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중의 동일하거나 또는 상당 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 설명은 반복하지 않는다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Embodiment of this invention is described in detail, referring drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same or substantial part in drawing, and the description is not repeated.
[제1 실시 형태][First Embodiment]
<관련 기술> <Related Technology>
우선, 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치의 이해를 보다 쉽게 하기 위해, 먼저 도 1을 참조하여 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치에 대하여 설명한다. First, in order to make understanding of the quantum efficiency measuring device according to the present embodiment easier, first, the quantum efficiency measuring device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1.
도 1에 도시되는 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(300)는 형광체 등의 측정 대상물(이하, 「시료(OBJ)」라고도 칭한다)의 양자 효율을 측정한다. 구체적으로는, 양자 효율 측정 장치(300)는 적분구(302)와, 차광판(304)과, 수광 부(306)와, 광 파이버(308)와, 분광 측정 장치(310)를 포함한다. 이 양자 효율 측정 장치(300)에서는 시료(OBJ)가 적분구(302)에 설치된 시료창(312)에 장착되고, 이 시료(OBJ)에 대하여, 적분구(302)의 외부에 설치된 광원(도시하지 않은)으로부터 여기광(320)이 광원창(314)을 통하여 조사된다. 이 여기광(320)으로서는, 저압 수은 형광 램프의 경우에는 200 내지 400㎚의 자외 단색광이 사용되고, LED(Light Emitting Diode) 분야에서는, 300 내지 600㎚의 자외 혹은 가시 단색광 등이 사용된다. 시료(OBJ)는 이 여기광(320)을 받아 형광 발광한다. 이 시료(OBJ)로부터 방사되는 형광은 적분구(302)의 내면에서 다중 반사되어 적분(균일화)된다. 또한, 시료(OBJ)에서는, 조사되는 여기광(320)의 일부가 반사되고, 이 반사된 여기광(320)도 적분구(302) 내에서 다중 반사된다.The quantum
수광부(306)는 적분구(302)에 설치된 관측창(316)을 통하여 적분구(302)의 광의 일부를 추출하여 광 파이버(308)를 통하여 분광 측정 장치(310)로 유도한다. 또한, 수광부(306)의 관측창(316)에 접한 부분에는 일반적으로 광투과 확산 부재가 설치된다. 이에 의해, 관측창(316)에서의 시야각 특성을 완전 확산 특성에 근접시킨 후에, 적분구(302)의 내벽면 전체로부터의 광에 의한 조도(광 스펙트럼)를 광 파이버(308)로 유도하는 것이 일반적이다.The
분광 측정 장치(310)는 수광부(306)에서 추출된 광의 스펙트럼을 측정한다. 즉, 분광 측정 장치(310)는 적분구(302)의 내벽면에 있어서의 조도(광 스펙트럼)를 측정한다.The
상술한 바와 마찬가지의 측정은 시료(OBJ) 대신에 기지의 반사율 특성을 갖 는 표준체(REF)를 장착한 상태에서도 행하여진다. 그리고, 시료(OBJ)를 장착한 경우에 측정된 스펙트럼과, 표준체(REF)를 장착한 경우에 측정한 스펙트럼에 기초하여, 시료(OBJ)의 양자 효율이 산출된다.The same measurement as described above is performed even in a state where a standard body REF having a known reflectance characteristic is attached instead of the sample OBJ. The quantum efficiency of the sample OBJ is calculated based on the spectrum measured when the sample OBJ is mounted and the spectrum measured when the standard body REF is attached.
상술한 바와 같이, 적분구(302)를 사용함으로써 시료(OBJ)가 그 표면에 경면성을 갖고 있는 경우와 같은, 시료(OBJ)가 완전 확산 반사 특성을 갖지 않는 경우에도 정확하게 양자 효율을 측정할 수 있다. 또한, 적분구(302) 자체가 차광 용기로서 기능하기 때문에 외광의 영향을 억제하는 효과도 있다.As described above, by using the integrating
그러나, 양자 효율 측정 장치(300)에서는 시료(OBJ)에서 발생한 형광 및 시료(OBJ)에서 반사된 일부의 여기광(320)이 직접적으로 관측창(316)에 입사되면 측정 오차가 되기 때문에 시료창(312)과 관측창(316) 사이에 차광판(304)이 설치된다.However, in the quantum
일반적으로, 형광체로부터의 형광은 미약하기 때문에, 측정 정밀도를 높이기 위해서는, 보다 작은 직경을 갖는 적분구(302)를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 보다 직경이 작은 적분구(302)를 사용한 경우에는 차광판(304)에 의한 광흡수의 영향이 상대적으로 커져 측정 정밀도에 악영향을 끼칠 우려가 있다. 즉, 차광판(304)은 적분구(302)의 내벽면에서의 상호 반사를 저해하고, 또한 차광판(304)에 의한 광의 흡수는 적분 효율을 저하시키기 때문에 차광판(304)이 측정 오차 요인이 된다고 하는 과제가 있었다.In general, since the fluorescence from the phosphor is weak, it is preferable to use the integrating
<장치 구성> <Device configuration>
다음에, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장 치(SYS1)에 대하여 설명한다.Next, the quantum efficiency measuring device SYS1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
도 2에 도시하는 양자 효율 측정 장치(SYS1)는 반구 적분기(100)와, 연산 처리부(200)를 포함한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 반구 적분기(100)는 반구부(1)와, 반구부(1)의 개구부를 막도록 배치된 원판 형상의 평면 미러(5)로 이루어진다. 반구부(1)는 회전축(104)을 통하여 베이스부(102)와 회전 가능하게 연결된다. 양자 효율 측정 장치(SYS1)는, 또한 반구부(1)의 내벽면의 조도(광 스펙트럼)를 측정하기 위한 분광기(6)와, 여기광(L1)을 발생시키는 광원(7)을 더 포함한다.The quantum efficiency measuring device SYS1 shown in FIG. 2 includes a
후술하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS1)에서는, 양자 효율의 측정 대상부인 시료(OBJ1), 및 기지의 반사율 특성을 갖는 표준체(REF1)가 각각 평면 미러(5)에 설치된 시료창(2)에 장착된다. 그리고, 시료(OBJ1) 및 표준체(REF1)를 각각 장착한 경우에 분광기(6)에 의해 측정되는 각각의 스펙트럼에 기초하여, 시료(OBJ1)의 양자 효율이 측정된다. As will be described later, in the quantum efficiency measuring apparatus SYS1 according to the present embodiment, the sample OBJ1 which is the measurement target portion of the quantum efficiency and the standard body REF1 having known reflectivity characteristics are provided in the
본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS1)는, 전형적으로 형광 램프용의 형광체나 LED용의 형광체와 같은 고체 상태의 시료에 관한 양자 효율 측정에 적합하다. 또한, 표준체(REF1)는 전형적으로는 그 표면에 황산바륨을 도포한 물체이다. 시료(OBJ1) 및 표준체(REF1)는 모두 시료창(2)의 직경과 대략 일치하도록 성형된다. 이것은, 외광에 의한 측정 정밀도에의 영향을 회피할 목적으로, 반구 적분기(100)를 차광 용기로서 기능시키는 것이 바람직하기 때문이다. 또한, 시료(OBJ1) 및 표준체(REF1)는 그 직경이 시료창(2)의 직경과 대략 일치하면 좋고, 그 이외의 형상에 대해서는 전혀 한정되는 것이 아니다.The quantum efficiency measuring device SYS1 according to the present embodiment is typically suitable for quantum efficiency measurement on a solid state sample such as a phosphor for a fluorescent lamp or a phosphor for an LED. Also, the standard body REF1 is typically an object obtained by coating barium sulfate on the surface thereof. The sample OBJ1 and the standard body REF1 are both molded to substantially match the diameter of the
도 3에 도시된 바와 같이, 반구부(1)의 내면(내벽)에는 광확산 반사층(1a)이 설치되어 있다. 이 광확산 반사층(1a)은, 대표적으로 황산바륨이나 PTFE(polytetrafluoroethylene) 등의 광확산 재료를 도포 또는 분무함으로써 형성된다.As shown in FIG. 3, the light
또한, 반구부(1)에는 반구부(1)의 외부에 설치된 광원(7)으로부터 방사되는 여기광(L1)을 반구부(1)의 내부로 유도하기 위한 광원창(4)이 설치된다. 이 여기광(L1)은 시료(OBJ1) 또는 표준체(REF1)를 향하여 평면 미러(5)의 법선(N1)에 대하여 각도(θ)를 갖는 광축(Ax1)을 따라 조사된다. 이것은, 광원(7)으로부터의 여기광(L1)에 의해 시료(OBJ1) 또는 표준체(REF1)에서 정반사 성분이 발생하는 것을 억제하기 위해서이다. 즉, 광원(7)으로부터의 여기광(L1)이 시료(OBJ1) 또는 표준체(REF1)에서 반사되어 발생하는 광을, 입사 경로인 광축(Ax1)과는 다른 방향으로 유도하기 때문이다. 또한, 각도(θ)로서는 5° 정도가 바람직하다.In addition, the
평면 미러(5)는 반구부(1)의 실질적인 곡률 중심(O)을 통과하면서 또한 반구부(1)의 개구부를 막도록 배치된다. 여기서, 반구부(1)의 곡률 중심(O)이란, 대표적으로 반구부(1)의 내면측에 관한 기하학적인 중심을 의미한다. 적어도 평면 미러(5)의 반구부(1)의 내면측에는 반사면(경면)(5a)이 형성된다.The
또한, 평면 미러(5)에는 반구부(1)의 내면측과 외면측 사이를 연통 가능한, 시료창(2) 및 관측창(3)이 설치된다. 시료창(2)은, 시료(OBJ1) 또는 표준체(REF1)를 장착하기 위한 개구로서, 반구부(1)의 실질적인 곡률 중심(O)의 위치에 설치된다. 바꿔 말하면, 시료창(2)은 반구부(1)의 실질적인 곡률 중심(O)을 포함하는 영 역에 형성된다. 또한, 관측창(3)은 반구부(1) 내면의 조도를 관측하기 위한 개구로서, 시료창(2)으로부터 보다 외주측에 소정 거리만큼 이격된 위치에 설치된다. 그리고, 관측창(3)을 통하여 분광기(6)로 광이 유도된다.In addition, the
광원(7)은, 램프(7a)와, 집광 광학계(7b)와, 파장 제어 광학계(7c)를 포함한다. 램프(7a)는 전형적으로는, 크세논 방전 램프(Xe 램프) 등이 사용된다. 집광 광학계(7b)는 램프(7a)에서 발생한 광을 시료(OBJ1) 또는 표준체(REF1) 상에 결상되도록 유도한다. 즉, 집광 광학계(7b)는 여기광(L1) 전체가 시료(OBJ1) 또는 표준체(REF1)의 범위 내로 수습되도록 그 광로를 좁힌다. 파장 제어 광학계(7c)는 여기광(L1)의 파장 성분을 제어한다. 파장 제어 광학계(7c)는 전형적으로는 램프(7a)와 집광 광학계(7b) 사이에 배치되고, 광학 간섭 필터(파장 대역 투과 필터)나 분광기가 사용된다.The
분광기(6)는 장착부(6a)와, 파이버 단부(6b)와, 반사부(6c)와, 광 파이버(6d)와, 검출기(6e)를 포함한다. 장착부(6a)는, 관측창(3)을 덮도록 평면 미러(5)에 배치된다. 장착부(6a)의 내부에는 광 파이버(6d) 및 광 파이버(6d)에 접속된 파이버 단부(6b)가 삽입된다. 또한, 관측창(3)의 법선을 따르는 지면 하방향의 연장선 상에는 반사부(6c)가 설치되어 있다. 이 반사부(6c)는 관측창(3)을 통하여 입사되는 광의 전반 방향을 약 90° 변환한 후 파이버 단부(6b)로 유도한다.The
검출기(6e)는, 광 파이버(6d)에 의해 도입된 광의 스펙트럼을 검출한다. 전형적으로, 검출기(6e)는 회절 격자 및 회절 격자의 회절 방향에 관련지어진 라인 센서를 포함하여 구성되며, 입력된 광의 파장마다의 강도를 출력한다. 또한, 시료(OBJ1)가 형광체인 경우에는 검출기(6e)의 측정 가능 범위는, 광원(7)으로부터 조사되는 여기광(L1)의 파장 범위 및 여기광(L1)을 받아 시료(OBJ1)에서 발생하는 형광의 파장 범위의 양쪽을 커버하도록 선택된다.The
<적분 기능> <Integration function>
다음에, 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS1)에 있어서의 적분 기능에 대하여 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 시료창(2)에 장착된 시료(OBJ1)에 광원(7)으로부터 조사된 여기광(L1)이 입사되면, 재질이나 형상에 따른 비율로 여기광(L1)이 시료(OBJ1) 내로 흡수되어, 그 에너지의 일부는 형광 발광을 발생시킨다. 또한, 시료(OBJ1)에 흡수되지 않은 여기광(L1)은, 시료(OBJ1)에서 반사된다. 이러한 시료(OBJ1)로부터 방사되는 형광 및 시료(OBJ1)에서 반사되는 여기광(L1)을 포함하는 광속은, 주로 반구부(1)의 내면을 향하여 전반된다. Next, the integration function in the quantum efficiency measuring device SYS1 according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 3, when the excitation light L1 irradiated from the
한편, 평면 미러(5)는 반구부(1)에서 반사된 후에 입사되는 시료(OBJ1)로부터의 광속을 반사하는 동시에, 반구부(1)의 내면의 허상을 생성한다. 상술한 바와 같이, 평면 미러(5)는 반구부(1)의 곡률 중심을 통과하도록 배치되므로, 평면 미러(5)와 반구부(1) 사이에 형성되는 공간은 일정한 곡률을 갖는 반구로 된다. 그로 인해, 이 반구부(1)의 내면과, 평면 미러(5)가 생성하는 허상에 의해, 실질적으로 구체의 적분구를 사용한 경우와 동등한 조도 분포를 얻을 수 있다. 바꿔 말하면, 마치 구체의 적분구 내에 서로 대칭으로 배치된 2개의 시료(OBJ1)에 각각 여기광(L1)이 조사되고 있다고 간주할 수 있다.On the other hand, the
시료(OBJ1)에서 발생한 형광 및 시료(OBJ1)에서 반사된 여기광(L1)은 반구부(1)와 평면 미러(5)에 의해 둘러싸이는 공간 내에서 반복하여 반사됨으로써, 반구부(1)의 내면의 조도는 균일화된다. 이 균일화된 조도(스펙트럼)를 측정함으로써, 시료(OBJ1)의 양자 효율을 측정할 수 있다.The fluorescence generated from the sample OBJ1 and the excitation light L1 reflected from the sample OBJ1 are repeatedly reflected in the space surrounded by the
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS1)에서는 평면 미러(5)와 반구부(1) 사이에 형성되는 공간, 및 평면 미러(5)에 의해 생성되는 이 공간의 허상을 합성한 상태를 실질적으로 구체로 간주할 수 있으면 된다. 그로 인해, 「반구부의 실질적인 곡률 중심」이란, 반구부(1)의 완전한 곡률 중심인 경우 외에 추가로, 상기와 같이 구체의 적분구를 사용한 경우와 실질적으로 동등한 조도 분포를 얻을 수 있는 근방 위치까지 포함하는 개념이다.As described above, in the quantum efficiency measuring apparatus SYS1 according to the present embodiment, a space formed between the
또한, 시료(OBJ1) 대신에 표준체(REF1)를 시료창(2)에 장착한 경우에도 마찬가지의 적분 효과를 얻을 수 있다. 또한, 표준체(REF1)에서는 형광 발광이 발생하지 않으므로, 시료창(2)에 장착된 표준체(REF1)에 광원(7)으로부터 조사된 여기광(L1)이 입사되면, 표준체(REF1)의 반사율 특성에 따른 광이 반사된다.The same integration effect can be obtained even when the standard body REF1 is attached to the
<시료 및 표준체의 장착><Mounting of Samples and Standards>
상술한 바와 같이, 시료(OBJ1) 및 표준체(REF1)는 평면 미러(5)에 설치된 시료창(2)에 장착되지만, 이때 시료(OBJ1) 및 표준체(REF1)는 그 노출면이 평면 미러(5)의 반구부(1)측의 면[반사면(5a)]과 실질적으로 일치하도록 장착되는 것이 바람직하다. 이것은, 관측창(3)의 개구면이 시료(OBJ1) 또는 표준체(REF1)의 노출면과 실질적으로 일치하지 않을 경우, 예를 들어 시료(OBJ1)의 노출면이 관측창(3)의 개구면보다 저하되어 있는 경우에는, 여기광(L1)을 받아 시료(OBJ1)에서 발생한 형광, 및 시료(OBJ1)에서 반사된 여기광(L1)이 관측창(3)의 측면에서 흡수됨으로써 측정 오차가 발생한다. 혹은, 시료(OBJ1)의 노출면이 관측창(3)의 개구면으로부터 돌출되어 있는 경우에는, 그 돌출된 부분이 반구부(1) 내면의 광확산 반사층(1a)과 평면 미러(5)의 반사면(5a)에 의해 구성되는 적분 공간 내에 있어서, 여기광(L1)을 받아 시료(OBJ1)에서 발생한 형광, 및 시료(OBJ1)에서 반사된 여기광(L1)의 상호 반사를 저해한다.As described above, the sample OBJ1 and the standard body REF1 are mounted on the
또한, 도 3에 도시된 구성에서는 시료창(2) 및 관측창(3)이 동일 평면 상인 평면 미러(5) 상에 있기 때문에, 시료(OBJ) 및 표준체(REF1)의 노출면이 평면이면, 관측창(3)의 관측 시야로 그 형광 및 반사광이 직접 입사되지 않는다. 그로 인해, 도 1에 도시된 바와 같은 차광판(304)을 배치할 필요가 없다. 따라서, 차광판에 의한 광흡수 오차를 억제할 수 있는 동시에, 상술한 「허상」에 의해 반구부(1)의 내벽면의 조도를 보다 높일 수 있다. 이와 같은 2개의 작용에 의해, 양자 효율을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.In addition, in the structure shown in FIG. 3, since the
<측정 원리> Measurement principle
다음에, 도 4의 (A) 및 도 4의 (B)를 참조하여 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS1)에 있어서의 측정 원리에 대하여 설명한다.Next, with reference to FIG. 4A and FIG. 4B, the measurement principle in the quantum efficiency measuring apparatus SYS1 which concerns on this embodiment is demonstrated.
전형적으로 형광체인 시료(OBJ1)에 대하여, 여기광(L1)이 조사되면 그 일부(광양자)가 흡수되어 형광 발광에 사용되는 동시에, 나머지의 여기광(L1)은 그 표 면에서 반사된다. 여기서, 여기광(L1)의 파장 범위를 λ1L 내지 λ1H로 하고 시료(OBJ1)로부터 발생하는 형광 성분의 파장 범위를 λ2L 내지 λ2H로 한다. 또한, 일반적으로, 여기광(L1)은 자외선이며, 형광은 가시광선이므로 파장 범위(λ1L 내지 λ1H)와 파장 범위(λ2L 내지 λ2H)는 중복되지 않는다. 그로 인해, 분광기(6)에 의해 측정되는 스펙트럼 중 각각의 파장 범위에 대응하는 성분을 선택적으로 추출함으로써, 양자를 분리할 수 있다.Typically, when the excitation light L1 is irradiated onto the sample OBJ1, which is a phosphor, a portion (photon) of the excitation light is absorbed and used for fluorescence emission, while the remaining excitation light L1 is reflected on its surface. Here, the wavelength range of the excitation light L1 is λ 1L to λ 1H , and the wavelength range of the fluorescent component generated from the sample OBJ1 is λ 2L to λ 2H . In addition, in general, since the excitation light L1 is an ultraviolet ray and the fluorescence is visible light, the wavelength ranges λ 1L to λ 1H and the wavelength ranges λ 2L to λ 2H do not overlap. Therefore, by selectively extracting the component corresponding to each wavelength range from the spectrum measured by the
도 4의 (A)에 도시된 바와 같이, 여기광(L1)의 스펙트럼을 E0(λ)로 한다. 이때, 여기광(L1)을 조사함으로써 시료(OBJ1)로부터 발생하는 형광 성분의 스펙트럼을 P(λ)로 하고 시료(OBJ1)에서 반사되는 반사광 성분의 스펙트럼을 R(λ)로 한다. 즉, 형광 성분의 스펙트럼 P(λ)은 시료(OBJ1)를 장착한 경우에 분광기(6)에 의해 측정된 스펙트럼 E(1)(λ)의 형광에 대응하는 파장 범위(λ2L 내지 λ2H)의 성분에 상당하고, 반사광 성분의 스펙트럼 R(λ)은, 분광기(6)에 의해 측정된 스펙트럼 E(1)(λ)의 여기광(L1)에 대응하는 파장 범위(λ1L 내지 λ1H)의 성분에 상당한다. As shown in Fig. 4A, the spectrum of the excitation light L1 is set to E 0 (λ). At this time, by irradiating the excitation light L1, the spectrum of the fluorescent component generated from the sample OBJ1 is set to P (λ), and the spectrum of the reflected light component reflected from the sample OBJ1 is set to R (λ). That is, the spectrum P (λ) of the fluorescent component has a wavelength range (λ 2L to λ 2H ) corresponding to the fluorescence of the spectrum E (1) (λ) measured by the
또한, 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이, 표준체(REF1)의 반사율 특성을 ρS(λ)로 하면 스펙트럼 E0(λ)을 갖는 여기광(L1)을 표준체(REF1)에 조사함으로써 측정되는 스펙트럼은, E(2)(λ)=ρS(λ)·E0(λ)이 된다. 이 식으로부터, 여기 광(L1)의 스펙트럼 E0(λ)은 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 4B, when the reflectance characteristic of the standard body REF1 is ρ S (λ), the standard body REF1 is irradiated with the excitation light L1 having the spectrum E 0 (λ). The spectrum to be measured is set to E (2) (λ) = ρ S (λ) E 0 (λ). From this equation, the spectrum E 0 (λ) of the excitation light L1 can be expressed as in Equation (1).
또한, 도 4의 (A)에 도시된 바와 같이, 여기광(L1)의 스펙트럼 E0(λ)로부터 시료(OBJ1)에서 반사되는 반사광 성분의 스펙트럼 R(λ)을 제외한 성분(광양자)이 시료(OBJ1)에 흡수된 것으로 간주할 수 있다.In addition, as shown in Fig. 4A, the component (photon) except for the spectrum R (λ) of the reflected light component reflected from the sample OBJ1 from the spectrum E 0 (λ) of the excitation light L1 is sampled. Can be regarded as absorbed by (OBJ1).
따라서, 스펙트럼(방사 파워)을 광양자 수로 변환하기 위해, hc/λ(단, h:플랭크 정수, c:광속)로 스펙트럼을 제산하면 시료(OBJ1)에 흡수된 광양자 수(Ab)는 수학식 2와 같이 표현할 수 있다. 또한, k=1/hc이다.Therefore, in order to convert the spectrum (radiation power) to the number of photons, when the spectrum is divided by hc / λ (h: flank constant, c: luminous flux), the number of photons absorbed by the sample OBJ1 is represented by
또한, 형광의 광양자 수(Pph)는 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.In addition, the photon number Pph of fluorescence can be expressed as in Equation (3).
따라서, 시료(OBJ1)의 내부 양자 효율(QEin)은 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.Therefore, the internal quantum efficiency QEin of the sample OBJ1 can be expressed as in
<제어 구조> <Control structure>
다음에, 도 5를 참조하여 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS1)의 연산 처리부(200)에 있어서의 제어 구조에 대하여 설명한다. Next, with reference to FIG. 5, the control structure in the
도 5에 도시된 바와 같이, 연산 처리부(200)는 그 제어 구조로서, 절환부(202)와, 버퍼(204, 206)와, 선택부(SEL)(208, 210)와, 제산부(216, 226)와, 초기 설정 유지부(218)와, 가감산부(220)와, 승산부(212, 222)와, 적분부(214, 224)를 포함한다.As shown in FIG. 5, the
절환부(202)는 시료창(2)으로의 장착 상태에 따라 입력되는 신호에 따라, 분광기(6)로부터의 출력(검출 스펙트럼)의 저장처를, 버퍼(204 및 206) 중 어느 한쪽으로 절환한다. 즉, 절환부(202)는 시료창(2)에 시료(OBJ1)가 장착되어 있을 경우에는 분광기(6)에 의해 검출된 스펙트럼 E(1)(λ)을 버퍼(204)에 저장하고, 시료창(2)에 표준체(REF1)가 장착되어 있는 경우에는 분광기(6)에 의해 검출된 스펙트럼E(2)(λ)을 버퍼(206)에 저장한다. The
버퍼(204 및 206)는 분광기(6)에 의해 검출된 스펙트럼을 저장하는 메모리이며, 분광기(6)의 파장 분해능에 따른 영역을 갖는다. 즉, 분광기(6)가 파장(λ1, λ2, …, λn)의 합계 n개의 파장으로 이루어지는 스펙트럼이 출력할 경우에는 n개의 파장별에 대응하는 강도를 저장하기 위한 에어리어를 갖는다.The
선택부(208 및 210)는 각각 버퍼(204 및 206)에 저장된 스펙트럼의 파장 성분을 선택적으로 판독한다. 선택부(208)는 판독된 스펙트럼 E(1)(λ)의 파장 성분 중 여기광(L1)의 파장 범위(λ1L 내지 λ1H)에 포함되는 것을 승산부(222)로 출력하고, 시료(OBJ1)로부터 발생하는 형광 성분의 파장 범위(λ2L 내지 λ2H)에 포함되는 것을 승산부(212)로 출력한다. 또한, 선택부(208)는 판독한 파장 성분의 파장(λ)을 승산부(212 및 222)로 출력한다.
승산부(212) 및 적분부(214)는 상술한 수학식 3에 상당하는 연산을 행하여 형광의 광양자 수(Pph)를 산출한다. 구체적으로는, 승산부(212)는 선택부(208)에 의해 판독된 스펙트럼 E(1)(λ)의 파장 성분에 그 파장(λ) 자체를 승산한다. 그리고, 승산부(212)는 그 승산된 값을 적분부(214)로 출력한다. 적분부(214)는 승산부(212)로부터 출력되는 값의 총합을 산출한다. 상술한 바와 같이, 승산부(212)에는 형광 성분의 파장 범위(λ2L 내지 λ2H)에 대응하는 스펙트럼 E(1)(λ)의 파장 성분이 출력되므로 실질적으로 상술한 수학식 3에 상당하는 연산이 파장마다 행하여진다.The
제산부(216), 가감산부(220), 승산부(222), 및 적분부(224)는 상술한 수학식 2에 상당하는 연산을 행하여 시료(OBJ1)에 흡수된 광양자 수(Ab)를 산출한다. 구체적으로는, 제산부(216)는 선택부(210)에 의해 판독된 스펙트럼 E(2)(λ)의 파장 성분을 초기 설정 유지부(218)에 저장되는 표준체(REF1)의 반사율 특성을 ρS(λ) 중 대응하는 파장 성분으로 제산한다. 그리고, 제산부(216)는 그 몫[E(2)(λ)/ρS(λ)]을 가감산부(220)로 출력한다. 가감산부(220)는 선택부(208)에 의해 판독된 스펙트럼 E(1)(λ)의 파장 성분으로부터, 제산부(216)에 의해 산출된 몫을 뺀다. 그리고, 가감산부(220)는 그 산출된 값을 승산부(222)로 출력한다. 승산부(222)는 가감산부(220)에서 산출된 값에, 대응하는 파장(λ)을 승산한다. 그리고, 승산부(222)는 그 승산된 값을 적분부(224)로 출력한다. 적분부(224)는 승산부(222)로부터 출력되는 값의 총합을 산출한다. 상술한 바와 같이, 승산부(222)에는 여기광(L1)의 파장 범위(λ1L 내지 λ1H)에 대응하는 스펙트럼 E(1)(λ)의 파장 성분이 출력되므로, 실질적으로 상술한 수학식 2에 상당하는 연산이 파장마다 행하여진다.The
제산부(226)는 적분부(214)에 의해 산출되는 형광의 광양자 수(Pph)를 적분부(224)에 의해 산출되는 시료(OBJ1)에 흡수된 광양자 수(Ab)로 제산한다. 그리고, 제산부(226)는 그 몫(Pph/Ab)을 시료(OBJ1)의 내부 양자 효율(QEin)로서 출력한다.The
<처리 수순> <Processing procedure>
다음에, 도 6을 참조하여 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS1)를 사용한 양자 효율 측정에 따른 처리 수순에 대하여 설명한다.Next, with reference to FIG. 6, the processing procedure by the quantum efficiency measurement using the quantum efficiency measuring apparatus SYS1 which concerns on this embodiment is demonstrated.
사용자는, 양자 효율 측정 장치(SYS1)를 준비한다(스텝 S100). 계속해서, 사용자는 시료창(2)에 시료(OBJ1)를 장착하고(스텝 S102), 광원(7)으로부터의 여기광(L1)의 조사 및 분광기(6)에 의한 측정을 개시시킨다(스텝 S104). 이때, 사용자는 연산 처리부(200)에 대하여 시료창(2)에 시료(OBJ1)가 장착되어 있는 것을 입력해도 좋다. 그러면, 연산 처리부(200)는 분광기(6)에 의해 측정된 스펙트럼E(1)(λ)을 저장한다(스텝 S106).The user prepares the quantum efficiency measuring device SYS1 (step S100). Subsequently, the user attaches the sample OBJ1 to the sample window 2 (step S102), starts the irradiation of the excitation light L1 from the
다음에, 사용자는, 시료창(2)에 표준체(REF1)를 장착하고(스텝 S108), 광원(7)으로부터의 여기광(L1)의 조사 및 분광기(6)에 의한 측정을 개시시킨다(스텝 S110). 이때, 사용자는 연산 처리부(200)에 대하여 시료창(2)에 표준체(REF1)가 장착되어 있는 것을 입력해도 된다. 그러면 연산 처리부(200)는 분광기(6)에 의해 측정된 스펙트럼 E(2)(λ)을 저장한다(스텝 S112).Next, the user attaches the standard body REF1 to the sample window 2 (step S108), and starts the irradiation of the excitation light L1 from the
스펙트럼 E(1)(λ) 및 E(2)(λ)의 취득이 완료되면 연산 처리부(200)는 이들 스펙트럼에 기초하여 시료(OBJ1)의 내부 양자 효율(QEin)을 산출한다(스텝 S114). 보다 구체적으로는 연산 처리부(200)는 스펙트럼 E(1)(λ)의 파장 범위(λ1L 내지 λ1H)에 대응하는 파장 성분, 스펙트럼 E(2)(λ)의 파장 성분, 및 표준체(REF1)의 반사율 특성을 ρS(λ)에 기초하여, 시료(OBJ1)에 흡수된 광양자 수(Ab)를 산출한다. 또한, 연산 처리부(200)는 스펙트럼 E(1)(λ)의 파장 범위(λ2L 내지 λ2H)에 대응하 는 파장 성분에 기초하여 형광의 광양자 수(Pph)를 산출한다. 또한, 연산 처리부(200)는 광양자 수(Ab) 및 광양자 수(Pph)에 기초하여 시료(OBJ1)의 내부 양자 효율(QEin)을 산출한다.When the acquisition of the spectra E (1) (λ) and E (2) (λ) is completed, the
또한, 연산 처리부(200)는 산출된 시료(OBJ1)의 내부 양자 효율(QEin)을 출력한다(스텝 S116). 또한, 내부 양자 효율(QEin)의 출력의 일례로서는, 내부 양자 효율(QEin)의 모니터 상 등에서의 표시, 내부 양자 효율(QEin)의 프린트 출력, 내부 양자 효율(QEin)의 기억 매체로의 저장 등을 들 수 있다.In addition, the
또한, 도 6에 도시된 흐름도에서는, 측정 수순의 일례로서 먼저 시료(OBJ1)에 관한 스펙트럼 E(1)(λ)을 취득하고, 계속해서 표준체(REF1)에 관한 스펙트럼 E(2)(λ)을 취득할 경우에 대하여 예시했지만, 스펙트럼 E(1)(λ) 및 스펙트럼 E(2)(λ)을 취득할 수 있는 한, 이 수순에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 먼저 표준체(REF1)에 관한 스펙트럼 E(2)(λ)을 취득한 후, 시료(OBJ1)에 관한 스펙트럼 E(1)(λ)을 취득해도 좋다. 이 경우에는, 표준체(REF1)에 관하여 취득한 스펙트럼 E(2)(λ)을 사용하여, 복수의 시료(OBJ1) 각각에 관한 스펙트럼 E(1)(λ)을 순차 취득함으로써, 복수의 시료(OBJ1)에 관한 내부 양자 효율(QEin)을 효율적으로 산출할 수 있다. 즉, 시료창(2)에 표준체(REF1)를 장착하여 스펙트럼 E(2)(λ)을 취득한 후, 시료창(2)에 복수의 시료(OBJ1)를 순차 장착하면 좋다.In addition, in the flowchart shown in FIG. 6, the spectrum E (1) ((lambda) ) regarding the sample OBJ1 is acquired first as an example of a measurement procedure, and then the spectrum E (2) ((lambda) ) regarding the standard body REF1. Although the case of acquiring is demonstrated, it is not limited to this procedure as long as spectrum E (1) ((lambda)) and spectrum E (2) ((lambda)) can be acquired. For example, you may acquire the spectrum E (2) ((lambda) ) about the standard body REF1, and then acquire the spectrum E (1) ((lambda) ) regarding the sample OBJ1. In this case, the plurality of samples OBJ1 is obtained by sequentially obtaining the spectra E (1) (λ) for each of the plurality of samples OBJ1 using the spectra E (2) (λ) acquired with respect to the standard body REF1. The internal quantum efficiency (QEin) with respect to) can be calculated efficiently. That is, after attaching the standard body REF1 to the
<본 실시 형태에 의한 효과><Effect by this embodiment>
본 실시 형태에 의하면, 시료로부터의 직접광의 입사를 억제하기 위한 차광판을 반구 적분기 내에 설치할 필요가 없기 때문에, 차광판의 광흡수에 의한 측정 오차의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 의하면, 평면 미러에 의해 생성되는 허상에 의해, 동일한 반경을 갖는 적분구를 사용한 경우에 비교하여 원리적으로는 2배의 광 강도를 얻을 수 있다. 따라서, 양자 효율을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.According to this embodiment, since it is not necessary to provide the light shielding plate for suppressing incidence of direct light from a sample in a hemispherical integrator, generation of the measurement error by the light absorption of a light shielding plate can be suppressed. In addition, according to the present embodiment, in principle, twice as much light intensity can be obtained as compared with the case where the integrating sphere having the same radius is used by the virtual image generated by the planar mirror. Therefore, the quantum efficiency can be measured with higher precision.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 원리적으로 2배의 광 강도를 얻을 수 있으므로, 측정 정밀도를 높이기 위해 반구부의 반경을 과잉으로 작게 할 필요가 없다. 그로 인해, 관측창의 개구 면적을 반구 적분기 중 표면적에 대하여 상대적으로 작게 할 수 있으므로, 관측창에 의한 측정 오차의 발생을 억제할 수 있다.In addition, according to this embodiment, since the light intensity of 2 times is obtained in principle, it is not necessary to make the radius of a hemispherical part excessively small in order to improve measurement accuracy. Therefore, since the opening area of the observation window can be made relatively small with respect to the surface area of the hemisphere integrator, the occurrence of measurement error by the observation window can be suppressed.
[제1 실시 형태의 제1 변형예] [First Modification of First Embodiment]
상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 분광기(6)와 광원(7) 사이의 위치 관계에 대해서는 특별히 한정되지 않으나, 도 7에 나타내는 위치 관계로 양자를 배치하는 것이 바람직하다. In the first embodiment described above, the positional relationship between the
도 7의 반구 적분기(100)를 반구부(1)측으로부터 본 평면도에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태의 제1 변형예에 있어서는, 분광기(6)의 장착부(6a)는 광원(7)으로부터 방사되는 여기광(L1)의 광축(Ax1)에 직교하는 수선(LN1) 방향으로 연신되도록 배치된다. 분광기(6) 및 광원(7)을 이러한 위치 관계로 배치함으로써 시료(OBJ1)에 조사되는 여기광(L1)이 직접적으로 분광기(6)로 입사되는 것을 억제할 수 있다.As shown in the plan view of the
[제1 실시 형태의 제2 변형예] Second Modified Example of First Embodiment
상술한 제1 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS1)에 있어서, 관측창(3)의 광의 전반 경로 상에 광투과 확산 부재를 배치하는 것이 바람직하다. 이하, 도 8을 참조하여 본 실시 형태의 제2 변형예에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS1A)에 대하여 설명한다.In the quantum efficiency measuring apparatus SYS1 according to the above-described first embodiment, it is preferable to arrange the light transmitting diffusion member on the propagation path of the light of the
도 8에 도시된 양자 효율 측정 장치(SYS1A)는 도 3에 도시된 제1 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS1)에 있어서, 관측창(3)에 광투과 확산 부재(14)를 추가한 것이다. 즉, 광투과 확산 부재(14)는 반구부(1)의 내부와 분광기(6) 사이에 배치된다. 그 이외의 구성에 대해서는, 도 3과 마찬가지이므로 상세한 설명은 반복하지 않는다.In the quantum efficiency measuring device SYS1A shown in FIG. 8, in the quantum efficiency measuring device SYS1 according to the first embodiment shown in FIG. 3, the light transmitting
광투과 확산 부재(14)는 반구 적분기(100)에 있어서의 광속을 확산시킨 후, 분광기(6)로 유도한다. 그로 인해, 관측창(3)의 관측 시야가 비교적 좁은 경우에도 반구부(1)의 내면에 설치된 광확산 반사층(1a)에 있어서의 반사율의 편차 등의 영향을 저감시킬 수 있다. 즉, 광투과 확산 부재(14)가 존재하지 않을 경우에는 관측창(3)에는 반구부(1)의 내면 중, 그 관측 시야에 대응하는 부분의 조도만이 관측된다. 그로 인해, 관측 시야에 대응하는 부분에 반사율의 편차 등이 있으면, 측정 결과에도 그 영향을 받기 쉽다. 이에 대해, 광투과 확산 부재(14)가 존재할 경우에는 관측창(3) 주위에 존재하는 광속이 확산된 후, 분광기(6)로 유도되므로, 상술한 바와 같은 문제를 회피할 수 있다.The light transmitting
[제2 실시 형태] Second Embodiment
상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 평면 미러에 설치한 시료창에 시료가 장착되는 양자 효율 측정 장치(SYS1)에 대하여 예시했다. 한편, 제2 실시 형태에 있어서는, 반구부에 설치한 시료창에 시료가 장착되는 구성에 대하여 예시한다. In 1st Embodiment mentioned above, the quantum efficiency measuring apparatus SYS1 with which a sample is attached to the sample window provided in the plane mirror was illustrated. In addition, in 2nd Embodiment, the structure by which a sample is attached to the sample window provided in the hemisphere part is illustrated.
본 발명의 제2 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS2)의 외관은, 상술한 도 2와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다. 도 9를 참조하여 양자 효율 측정 장치(SYS2)의 반구 적분기는 반구부(1A)와, 반구부(1A)의 개구를 막도록 배치된 원판 형상의 평면 미러(5A)와, 반구부(1A)의 내벽면의 조도(광 스펙트럼)을 측정하기 위한 분광기(6)와, 여기광(L1)을 발생하는 광원(7)을 더 포함한다.Since the external appearance of the quantum efficiency measuring apparatus SYS2 which concerns on 2nd Embodiment of this invention is the same as that of FIG. 2 mentioned above, detailed description is not repeated. With reference to FIG. 9, the hemispherical integrator of the quantum efficiency measuring device SYS2 includes a
반구부(1A)는 시료(OBJ1) 및 표준체(REF1)를 장착하기 위한 시료창(9)이 설치되어 있는 점을 제외하고, 도 3에 도시된 반구부(1)와 마찬가지이다. 시료창(9)은, 반구부(1A)의 실질적인 곡률 중심(O)을 통과하는 평면 미러(5A)의 법선(N2)의 교점의 위치에 설치된다. 즉, 시료창(9)은 반구부(1A) 및 평면 미러(5A)에 의해 둘러싸이는 반구의 정점 위치에 설치된다. 또한, 시료(OBJ1) 및 표준체(REF1)에 대해서도, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.The
평면 미러(5A)에는 반구부(1A)의 내면측과 외면측 사이를 연통 가능한, 광원창(10) 및 관측창(13)이 설치된다.The
광원창(10)은, 반구부(1A)의 실질적인 곡률 중심(O)의 근방에 설치된다. 보다 구체적으로는, 광원창(10)은 평면 미러(5)의 법선(N2)에 대하여 각도(θ)로 여 기광(L1)이 시료창(9)을 향하여 조사되는 위치에 설치된다. 즉, 광원(7)은 여기광(L1)을 평면 미러(5A)의 법선(N2)에 대하여 각도(θ)를 갖는 광축(Ax2)을 따라 시료창(9)에 장착되는 시료(OBJ1) 또는 표준체(REF1)를 향하여 조사된다.The
관측창(13)은, 반구부(1A) 내면의 조도를 관측하기 위한 개구로서, 광원창(10)으로부터 보다 외주측에 소정 거리만큼 이격된 위치에 설치된다. 그리고, 관측창(13)을 통하여 분광기(6)로 광이 유도된다. 관측창(13)은, 여기광(L1)을 받아 시료(OBJ1)에서 발생한 형광, 및 시료(OBJ1)에서 반사된 여기광(L1)이 분광기(6)에 직접적으로 입사되는 것을 규제한다. 보다 구체적으로는, 관측창(13)은, 일종의 애퍼쳐로서, 반구부(1A)의 내부측의 직경에 비교하여 반구부(1A)의 외부측의 직경이 커지도록 구성된 개구이다. 이와 같은 관측 시야를 제한하는 관측창(13)을 설치함으로써, 도 1에 도시된 바와 같은 차광판(304)을 배치하는 일 없이, 양자 효율을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.The
평면 미러(5A)의 그 밖의 부분은, 도 3에 도시된 평면 미러(5)와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다. 또한, 분광기(6) 및 광원(7)에 대해서도, 상술했으므로 상세한 설명은 반복하지 않는다. 또한, 분광기(6) 및 광원(7)에 대해서는, 상술한 도 7에 도시된 위치 관계로 양자를 배치하는 것이 바람직하다.Since the other parts of the
또한, 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS2)의 연산 처리부(200)에 있어서의 제어 구조, 및 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS2)를 사용한 양자 효율 측정에 따른 처리 수순을 나타내는 흐름도에 대해서는, 각각 도 5 및 도 6과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.Moreover, the control structure in the
<본 실시 형태에 의한 효과><Effect by this embodiment>
본 실시 형태에 의하면, 관측 시야가 제한된 관측창을 채용함으로써, 시료로부터의 직접광의 입사를 억제하기 위한 차광판을 반구 적분기 내에 설치할 필요가 없다. 그로 인해, 차광판의 광흡수에 의한 측정 오차의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 의하면 평면 미러에 의해 생성되는 허상에 의해, 동일한 반경을 갖는 적분구를 사용한 경우에 비교하여 원리적으로는 2배의 광 강도를 얻을 수 있다. 그로 인해, 관측창의 관측 시야를 제한했다고 해도 충분한 밝기를 얻을 수 있다.According to this embodiment, it is not necessary to provide a light shielding plate for suppressing the incidence of direct light from a sample in the hemisphere integrator by employing an observation window with a limited viewing field. Therefore, generation | occurrence | production of the measurement error by the light absorption of a light shielding plate can be suppressed. In addition, according to the present embodiment, in principle, twice the light intensity can be obtained compared to the case of using the integrating sphere having the same radius by the virtual image generated by the planar mirror. Therefore, sufficient brightness can be obtained even if the observation field of the observation window is limited.
따라서, 양자 효율을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.Therefore, the quantum efficiency can be measured with higher precision.
[제3 실시 형태] [Third Embodiment]
상술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 있어서는, 주로 고체 상태의 시료의 양자 효율 측정에 적합한 구성에 대하여 예시하였다. 한편, 제3 실시 형태에 있어서는, 액체 상태의 시료의 양자 효율 측정에 적합한 구성에 대하여 예시한다.In 1st Embodiment and 2nd Embodiment mentioned above, the structure suitable for the measurement of the quantum efficiency of the sample of a solid state mainly was illustrated. In addition, in 3rd Embodiment, the structure suitable for the measurement of the quantum efficiency of the sample of a liquid state is illustrated.
<관련 기술> <Related Technology>
우선, 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치의 이해를 보다 쉽게 하기 위해, 먼저 도 10을 참조하여 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치에 대하여 설명한다.First, in order to make understanding of the quantum efficiency measuring apparatus according to the present embodiment easier, first, the quantum efficiency measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 10.
도 10에 도시된 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(350)는, 주로 액체 상태의 시료(OBJ)의 양자 효율을 측정한다. 구체적으로는, 양자 효율 측정 장치(350)는 적분구(352)와, 지지부(354)와, 차광판(358)과, 수광부(360)와, 광 파이 버(362)와, 분광 측정 장치(364)를 포함한다. 이 양자 효율 측정 장치(350)에서는, 시료를 봉입한 투명 용기(356)가 지지부(354)에 의해 적분구(352) 내에 현수되어, 이 시료(OBJ)에 대하여, 적분구(352)의 외부에 설치된 광원(도시하지 않은)으로부터 광원창(366)을 통하여 여기광(370)이 조사된다. 시료(OBJ)는, 이 여기광(370)을 받아 형광 발광한다. 이 시료(OBJ)로부터 방사되는 형광은, 적분구(352)의 내면에서 다중 반사되어 적분(균일화)된다. 수광부(360)는 적분구(352)에 설치된 관측창(368)을 통하여 적분구(352)의 광의 일부를 추출하여 광 파이버(362)를 통하여 분광 측정 장치(364)로 유도한다.The quantum
여기서, 시료(OBJ)에서 발생한 형광 및 시료(OBJ)에서 반사된 여기광(370)이 직접적으로 관측창(368)에 입사되면 측정 오차가 되기 때문에 투명 용기(356)와 관측창(368) 사이에 차광판(358)이 설치된다.Here, since the fluorescence generated from the sample OBJ and the
상술한 바와 같이, 지지부(354) 및 차광판(358)은 형광 등을 흡수하기 때문에 양자 효율 측정 장치(350)에서는 지지부(354) 및 차광판(358)이 내부 구조물로서 측정 오차 요인이 된다.As described above, since the
<장치 구성> <Device configuration>
다음에, 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS3)에 관하여 설명한다.Next, the quantum efficiency measuring apparatus SYS3 according to the present embodiment will be described.
본 발명의 제3 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS3)의 외관은, 상술한 도 2와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다. 도 11을 참조하여, 양자 효율 측정 장치(SYS3)의 반구 적분기는 반구부(1A)와, 반구부(1A)의 개구부를 막도록 배치된 원판 형상의 평면 미러(5B)와, 반구부(1A)의 내벽면의 조도(광 스펙트럼)을 측정하기 위한 분광기(6)와, 여기광(L1)을 발생하는 광원(7)을 더 포함한다.Since the external appearance of the quantum efficiency measuring apparatus SYS3 which concerns on 3rd Embodiment of this invention is the same as that of FIG. 2 mentioned above, detailed description is not repeated. Referring to FIG. 11, the hemispherical integrator of the quantum efficiency measuring device SYS3 includes a
반구부(1A)는, 도 9에 도시된 반구부(1A)와 기본적으로는 동일하지만, 시료(OBJ1)가 아니라, 투명 셀(16)에 봉입된 액체 상태의 시료(OBJ2)가 장착되는 점이 다르다. 또한, 반구부(1A)에는 시료(OBJ2)에 대응하는 표준체(REF2)의 장착도 가능하다. 표준체(REF2)는, 전형적으로는 시료(OBJ2)와 동량의 기준 물질(전형적으로는 시료 중 형광 물질을 제외한 매체만)을 동일한 투명 셀(16)에 봉입한 물체이다. 이 표준체(REF2)에서는, 실질적으로 형광 발광이 없는 것으로 간주할 수 있다.The
평면 미러(5B)에는 반구부(1A)의 내면측과 외면측 사이를 연통 가능한, 광원창(12) 및 관측창(13)이 설치된다. The
광원창(12)은, 반구부(1A)의 실질적인 곡률 중심(O)의 위치에 설치된다. 바꿔 말하면, 광원창(12)은 반구부(1A)의 실질적인 곡률 중심(O)을 포함하는 영역에 형성된다. 광원(7)은, 광원창(12)을 통하여 여기광(L1)을 평면 미러(5B)의 법선과 일치하는 광축(Ax3)을 따라 시료창(9)에 장착되는 시료(OBJ2) 또는 표준체(REF2)를 향하여 조사된다.The
관측창(13)은, 반구부(1A) 내면의 조도를 관측하기 위한 개구로서, 광원창(12)으로부터 보다 외주측에 소정 거리만큼 이격된 위치에 설치된다. 그리고, 관측창(13)을 통하여 분광기(6)로 광이 유도된다. 관측창(13)은, 여기광(L1)을 받 아 시료(OBJ2)에서 발생한 형광, 및 시료(OBJ2)에서 반사된 여기광(L1)이 분광기(6)에 직접적으로 입사되는 것을 규제한다. 보다 구체적으로는, 관측창(13)은, 일종의 애퍼쳐로서, 반구부(1A)의 내부측의 직경에 비교하여 반구부(1A)의 외부측의 직경이 커지도록 구성된 개구이다. 이와 같은 관측 시야를 제한하는 관측창(13)을 설치함으로써, 도 10에 도시된 바와 같은 차광판(358)을 배치하는 일 없이 양자 효율을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.The
평면 미러(5B)의 그 밖의 부분은, 도 3에 도시된 평면 미러(5)와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다. 또한, 분광기(6) 및 광원(7)에 대해서도 상술했으므로 상세한 설명은 반복하지 않는다.Since the other parts of the
투명 셀(16)은, 그 벽면이 투광성을 갖는 재료로 구성된 통 형상의 용기이다. 이 투명 셀(16)은, 시료창(9)에 장착됨으로써 광원(7)의 광축(Ax3) 상에 배치된다. 즉, 투명 셀(16)에 봉입된 시료(OBJ2)에 대하여, 광축(Ax3)을 따라 여기광(L1)이 조사된다. 또한, 투명 셀(16)은, 시료창(9)에 장착된 경우에는 그 전체가 반구부(1A) 내에 수납된다. 이때, 투명 셀(16)의 최외부에는 시일 부재(15)가 장착된다. 이 시일 부재(15)는 투명 셀(16) 및 그 중의 시료(OBJ2)를 투과한 후의 여기광(L1)이 반구부(1A)로부터 누출되는 것을 방지한다. 그로 인해, 시일 부재(15)는, 적어도 투명 셀(16)과 접하는 면에는 반구부(1A)의 광확산 반사층(1a)과 동일한 정도의 광확산 반사층이 설치되어 있다.The
<측정 원리> Measurement principle
다음에, 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS3)에 있어서의 측정 원리에 대하여 설명한다.Next, the measuring principle in the quantum efficiency measuring apparatus SYS3 according to the present embodiment will be described.
도 11에 도시된 바와 같이, 전형적으로 형광체인 시료(OBJ2)에 대하여 여기광(L1)이 조사되면, 그 일부(광양자)가 흡수되어 형광 발광에 사용되는 동시에, 나머지의 여기광(L1)은 시료(OBJ2)를 투과한 후에 시일 부재(15) 등에 의해 산란 반사된다. 여기서, 여기광(L1)의 파장 범위를 λ1L 내지 λ1H로 하고 시료(OBJ2)로부터 발생하는 형광 성분의 파장 범위를 λ2L 내지 λ2H로 한다.As shown in FIG. 11, when the excitation light L1 is irradiated onto a sample OBJ2, which is typically a phosphor, a portion (photon) thereof is absorbed and used for fluorescence emission, while the remaining excitation light L1 is After passing through the sample OBJ2, it is scattered and reflected by the sealing
여기광(L1)의 스펙트럼을 E0(λ)로 한다. 또한, 여기광(L1)을 조사함으로써 시료(OBJ2)로부터 발생하는 형광 성분의 스펙트럼을 P(λ)로 하고 시료(OBJ2)를 투과한 후에 산란 반사되는 투과광 성분의 스펙트럼을 T(λ)로 한다. 즉, 형광 성분의 스펙트럼 P(λ)는 시료(OBJ2)를 장착한 경우에 분광기(6)에 의해 측정된 스펙트럼 E(1)(λ)의 형광에 대응하는 파장 범위(λ2L 내지 λ2H)의 성분에 상당하고, 투과광 성분의 스펙트럼 T(λ)는 스펙트럼 E(1)(λ)의 여기광(L1)에 대응하는 파장 범위(λ1L 내지 λ1H)의 성분에 상당한다.The spectrum of the excitation light L1 is set to E 0 (λ). In addition, the spectrum of the fluorescent component generated from the sample OBJ2 by irradiating the excitation light L1 is P (λ), and the spectrum of the transmitted light component scattered and reflected after passing through the sample OBJ2 is T (λ). . That is, the spectrum P (λ) of the fluorescent component has a wavelength range (λ 2L to λ 2H ) corresponding to the fluorescence of the spectrum E (1) (λ) measured by the
또한, 표준체(REF2)를 장착한 경우에 분광기(6)에 의해 측정된 스펙트럼E(2)(λ)은 표준체(REF2)에 조사된 형광 발광에 사용하는 것이 가능한 방사 파워에 상당한다.In addition, the spectrum E (2) ((lambda) ) measured by the
따라서, 스펙트럼(방사 파워)을 광양자 수로 변환하기 위하여, hc/λ(단, h: 플랭크 정수, c:광속)로 스펙트럼을 제산하면 시료(OBJ2)에 흡수된 광양자 수(Ab)는 수학식 5와 같이 표현할 수 있다. 또한, k=1/hc이다.Therefore, in order to convert the spectrum (radiation power) to the number of photons, if the spectrum is divided by hc / λ (h: flank constant, c: luminous flux), the number of photons absorbed by the sample OBJ2 is expressed by
또한, 형광의 광양자 수(Pph)는 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.In addition, the photon number Pph of fluorescence can be expressed as in Equation (6).
따라서, 시료(OBJ2)의 내부 양자 효율(QEin)은 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.Therefore, the internal quantum efficiency QEin of the sample OBJ2 can be expressed by
<제어 구조> <Control structure>
다음에, 도 12를 참조하여 본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS3)의 연산 처리부(200A)에 있어서의 제어 구조에 대하여 설명한다.Next, with reference to FIG. 12, the control structure in 200 A of arithmetic processing units of the quantum efficiency measuring apparatus SYS3 which concerns on this embodiment is demonstrated.
도 12에 도시된 연산 처리부(200A)는, 도 5에 도시된 제1 실시 형태에 따른 연산 처리부(200)의 제어 구조에 있어서, 제산부(216) 및 초기 설정 유지부(218)를 제거한 후, 선택부(210)에 의해 판독된 스펙트럼 E(2)(λ)의 파장 성분을 가감산부(220)로 출력하도록 한 것이다. 즉, 상술한 수학식 5에 따라, 시료(OBJ2)에 흡 수된 광양자 수(Ab)를 산출하도록 한 것이다.The
그 밖의 부위에 대해서는, 도 5에 도시된 연산 처리부(200)와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.Other parts are the same as those of the
<처리 수순><Processing procedure>
본 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS3)를 사용한 양자 효율 측정에 따른 처리 수순을 나타내는 흐름도에 대해서는, 광양자 수(Ab)의 산출식을 제외하고, 도 6과 마찬가지이므로 상세한 설명은 반복하지 않는다.Since the flowchart showing the processing procedure according to the quantum efficiency measurement using the quantum efficiency measuring device SYS3 according to the present embodiment is the same as in FIG. 6 except for the calculation formula for the photon number Ab, detailed description is not repeated. .
<본 실시 형태에 의한 효과><Effect by this embodiment>
본 실시 형태에 의하면, 관측 시야가 제한된 관측창을 채용함으로써 시료로부터의 직접광의 입사를 억제하기 위한 차광판을 반구 적분기 내에 설치할 필요가 없다. 그로 인해, 차광판의 광흡수에 의한 측정 오차의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 의하면, 평면 미러에 의해 생성되는 허상에 의해, 동일한 반경을 갖는 적분구를 사용한 경우에 비교하여 원리적으로는 2배의 광 강도를 얻을 수 있다. 그로 인해, 관측창의 관측 시야를 제한했다고 해도 충분한 밝기를 얻을 수 있다.According to this embodiment, it is not necessary to provide the light shielding plate in the hemispherical integrator to suppress the incidence of the direct light from the sample by employing the observation window with limited observation field. Therefore, generation | occurrence | production of the measurement error by the light absorption of a light shielding plate can be suppressed. In addition, according to the present embodiment, in principle, twice as much light intensity can be obtained as compared with the case where the integrating sphere having the same radius is used by the virtual image generated by the planar mirror. Therefore, sufficient brightness can be obtained even if the observation field of the observation window is limited.
따라서, 양자 효율을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.Therefore, the quantum efficiency can be measured with higher precision.
[제3 실시 형태의 제1 변형예] [First Modification of Third Embodiment]
상술한 제3 실시 형태에 있어서는, 반구부(1)에 설치된 광원창(12)으로부터 여기광(L1)을 반구부(1) 내의 장착된 시료를 향하여 조사하는 구성에 대하여 예시했다. 이에 대해, 광원과 시료를 근접하여 배치하도록 해도 좋다. 이하, 도 13을 참조하여 본 실시 형태의 제1 변형예에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS3A)에 대하여 설명한다.In 3rd Embodiment mentioned above, the structure which irradiates the excitation light L1 toward the sample mounted in the
도 13에 도시된 양자 효율 측정 장치(SYS3A)는, 도 11에 도시된 제3 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS3)에 있어서, 광원창(12)에 액체 상태의 시료(OBJ2)가 봉입된 투명 셀(16A) 및 광원(7)을 장착하고, 또한 시료창(9)에 시일 부재(15)만을 장착한 것에 상당한다.In the quantum efficiency measuring device SYS3A shown in FIG. 13, in the quantum efficiency measuring device SYS3 according to the third embodiment shown in FIG. 11, the sample OBJ2 in a liquid state is sealed in the
투명 셀(16A)은, 그 전체가 투광성을 갖는 재료로 구성된 통 형상의 용기이다. 이 투명 셀(16A)은 광원(7)의 조사구와 접하도록 장착됨으로써 광원(7)의 광축(Ax3) 상에 배치된다. 광원(7)은, 광원창(12)을 통하여 여기광(L1)을 평면 미러(5B)의 법선과 일치하는 광축(Ax3)을 따라 광원창(12)에 장착되는 시료(OBJ2)[또는 표준체(REF2)]를 향하여 조사한다. 이에 의해, 투명 셀(16A)에 봉입된 시료(OBJ2)에 대하여, 광축(Ax3)을 따라 여기광(L1)이 조사된다. 또한, 투명 셀(16A)은 광원창(12)에 장착된 경우에는 그 전체가 반구부(1A) 내에 수납된다.The
상술한 투명 셀(16A) 및 광원(7)의 위치 관계를 제외하고, 그 이외의 구성에 대해서는 도 11과 마찬가지이므로 상세한 설명은 반복하지 않는다.Except for the positional relationship between the
또한, 본 제1 변형예에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS3A)의 연산 처리부에 있어서의 제어 구조, 및 본 제1 변형예에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS3A)를 사용한 양자 효율 측정에 따른 처리 수순을 나타내는 흐름도에 대해서는, 각각 도 12 및 도 6과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.In addition, a control structure in the arithmetic processing unit of the quantum efficiency measuring apparatus SYS3A according to the first modification, and the processing procedure according to the quantum efficiency measurement using the quantum efficiency measuring apparatus SYS3A according to the first modification About the flowchart shown, it is the same as that of FIG. 12 and FIG. 6, respectively, and detailed description is not repeated.
본 제1 변형예에 의하면, 광원과 시료의 거리를 보다 짧게 할 수 있으므로, 시료에 대하여, 보다 강한 여기광을 조사할 수 있다. 그 때문에 시료로부터 발생하는 형광의 강도를 보다 강하게 할 수 있으므로, 양자 효율을 보다 높은 정밀도로 측정할 수 있다.According to the first modification, since the distance between the light source and the sample can be made shorter, stronger excitation light can be irradiated to the sample. Therefore, since the intensity of the fluorescence generated from the sample can be made stronger, the quantum efficiency can be measured with higher accuracy.
[제3 실시 형태의 제2 변형예] Second Modification of Third Embodiment
상술한 제3 실시 형태에 있어서는, 시료를 봉입한 투명 셀의 전체가 반구부 내에 수납되는 구성에 대하여 예시했다. 그러나, 여기광을 투명 셀(시료)에 조사할 수 있으면, 시료를 봉입한 투명 셀의 전체를 반구부 내에 수납하지 않더라도 좋다. 이하, 도 14를 참조하여 본 실시 형태의 제2 변형예에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS3B)에 대하여 설명한다.In 3rd Embodiment mentioned above, the structure which the whole of the transparent cell which enclosed the sample was accommodated in the hemisphere part was illustrated. However, if the excitation light can be irradiated to the transparent cell (sample), the entire transparent cell containing the sample may not be stored in the hemisphere. Hereinafter, with reference to FIG. 14, the quantum efficiency measuring apparatus SYS3B which concerns on the 2nd modified example of this embodiment is demonstrated.
도 14에 도시된 양자 효율 측정 장치(SYS3B)는, 도 11에 도시된 제3 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS3)에 있어서, 실질적으로 시료창(9)에 장착되는 투명 셀의 형상을 변경한 것에 상당한다. 또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 양자 효율 측정 장치(SYS3B)에 있어서는 시료창(9)이 중력 하측에 위치하도록 배치하는 것이 바람직하다. In the quantum efficiency measuring device SYS3 according to the third embodiment shown in FIG. 11, the quantum efficiency measuring device SYS3B shown in FIG. 14 substantially takes the shape of the transparent cell mounted on the
보다 구체적으로는, 양자 효율 측정 장치(SYS3B)의 시료창(9)에는, 액체 상태의 시료(OBJ2)가 봉입된 투명 셀(16B) 및 시일 부재(15A)가 장착된다. 투명 셀(16B)은, 기본적으로 그 전체가 투광성을 갖는 재료로 구성된 통 형상의 용기이다. 이 투명 셀(16B)은, 시료창(9)에 장착됨으로써 광원(7)의 광축(Ax3) 상에 배치된다. 즉, 투명 셀(16B)에 봉입된 시료(OBJ2)에 대하여, 광축(Ax3)을 따라 여기광(L1)이 조사된다. 이때, 투명 셀(16B)의 여기광(L1)이 입사되는 면을 제외한 다른 표면에는 통 형상의 시일 부재(15A)가 장착된다. 이 시일 부재(15A)는, 투명 셀(16B) 및 그 안의 시료(OBJ2)를 투과한 후의 여기광(L1)이 반구부(1A)로부터 누출되는 것을 방지한다. 그로 인해, 시일 부재(15A)는, 그 내주면에 반구부(1A)의 광확산 반사층(1a)과 동일 정도의 광확산 반사층이 설치되어 있다.More specifically, the
상술한 투명 셀(16B) 및 시일 부재(15A)의 구성을 제외하고, 그 이외의 구성에 대해서는, 도 11과 마찬가지이므로 상세한 설명은 반복하지 않는다.Except for the configuration of the
또한, 본 제2 변형예에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS3B)의 연산 처리부에 있어서의 제어 구조, 및 본 제2 변형예에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS3B)를 사용한 양자 효율 측정에 따른 처리 수순을 나타내는 흐름도에 대해서는, 각각 도 12 및 도 6과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.In addition, the control structure in the arithmetic processing part of the quantum efficiency measuring apparatus SYS3B which concerns on this 2nd modification, and the processing procedure by the quantum efficiency measurement which used the quantum efficiency measuring apparatus SYS3B which concerns on this 2nd modification About the flowchart shown, it is the same as that of FIG. 12 and FIG. 6, respectively, and detailed description is not repeated.
본 제2 변형예에 의하면, 시료 및 표준체를 반구 적분기 내에 수납할 필요가 없기 때문에, 보다 단시간에 시료 및 표준체를 장착할 수 있다. 그로 인해, 보다 효율적으로 측정을 행할 수 있다.According to the second modification, it is not necessary to store the sample and the standard body in the hemispherical integrator, so that the sample and the standard body can be attached in a shorter time. Therefore, a measurement can be performed more efficiently.
[제4 실시 형태][4th Embodiment]
상술한 제2 실시 형태, 및 제3 실시 형태 및 그 변형예에 있어서 각각 설명한 양자 효율 측정 장치의 구성을, 필요에 따라 실현하기 위한 구성으로서, 도 15에 도시된 바와 같은 반구 적분기를 채용해도 좋다.A hemispherical integrator as shown in FIG. 15 may be employed as a configuration for realizing the configuration of the quantum efficiency measuring apparatus described in the second embodiment, the third embodiment, and the modifications described above as necessary. .
도 15를 참조하여, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치의 반구 적분기는, 반구부(1A)와, 반구부(1A)의 개구부를 막도록 배치된 원판 형상의 평면 미러(5C)를 포함한다. 평면 미러(5C)에는 반구부(1A)의 내면측과 외면측 사 이를 연통 가능한, 광원창(10 및 12), 및 관측창(13)이 설치된다. 광원창(10)은, 도 9에 도시된 제2 실시 형태에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS2)를 실현하기 위한 것이다. 광원창(12)은, 도 11, 도 13, 도 14에 도시된 제3 실시 형태 및 그 변형예에 따른 양자 효율 측정 장치(SYS3, SYS3A, SYS3B)를 실현하기 위한 것이다.With reference to FIG. 15, the hemispherical integrator of the quantum efficiency measuring apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention is a disk-shaped
이들 광원창(10 및 12) 및 관측창(13) 중, 시료(OBJ2)나 광원 등을 필요에 따라 장착하고, 사용하지 않는 창에 대해서는 각각 대응하는 시일 부재를 장착함으로써, 상술한 양자 효율 측정 장치 중 사용자가 원하는 것을 실현할 수 있다.Of these
본 실시 형태에 따르면 공통된 반구 적분기를 사용하여, 사용자가 원하는 장치 구성으로 양자 효율을 측정할 수 있다.According to the present embodiment, the quantum efficiency can be measured with a device configuration desired by a user using a common hemisphere integrator.
[기타 실시 형태][Other Embodiments]
상술한 양자 효율 측정 장치를 사용하여, 시료의 반사율 특성을 측정할 수도 있다. The reflectance characteristic of a sample can also be measured using the quantum efficiency measuring apparatus mentioned above.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 설명이 아니라, 청구의 범위에 의해 나타내고, 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.It should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and range equivalent to the claims.
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