KR20170092520A - 분광 측정 장치 및 분광 측정 방법 - Google Patents

Abstract

분광 측정 장치(1)는 광원(10), 적분기(20), 제1 분광 검출기(41), 제2 분광 검출기(42) 및 해석부(50)를 구비한다. 적분기(20)는 측정 대상물이 배치되는 내부 공간(21)과, 광을 내부 공간(21)에 입력하는 광 입력부(22)와, 내부 공간(21)으로부터 광을 출력하는 광 출력부(23)와, 측정 대상물을 장착하는 시료 장착부(24)를 갖는다. 제1 분광 검출기(41)는 적분기(20)로부터 출력된 광을 수광하고, 그 광 중 제1 파장역의 광을 분광하여 제1 스펙트럼 데이터를 취득한다. 제2 분광 검출기(42)는 적분기(20)로부터 출력된 광을 수광하고, 그 광 중 제2 파장역의 광을 분광하여 제2 스펙트럼 데이터를 취득한다. 제1 파장역과 제2 파장역은 일부 중복되는 파장역을 포함한다. 이에 따라, 보다 넓은 파장역의 피측정광을 분광 측정할 수 있는 분광 측정 장치 및 분광 측정 방법이 실현된다.

Description

분광 측정 장치 및 분광 측정 방법{SPECTROMETRY DEVICE AND SPECTROMETRY METHOD}

본 발명의 일 측면은 분광 측정 장치 및 분광 측정 방법에 관한 것이다.

적분기 및 분광 검출기를 이용하여 측정 대상물의 발광 효율 등을 측정하는 분광 측정 기술이 알려져 있다. 적분기는 측정 대상물이 배치되는 내부 공간과, 광원으로부터 출력된 광을 내부 공간에 입력하는 광 입력부와, 내부 공간으로부터 피측정광을 외부로 출력하는 광 출력부를 갖는다. 적분기의 내부 공간은, 예를 들면 구(球) 형상이며, 반사율이 높고 또한 확산성이 뛰어난 내벽면으로 덮여 있다. 혹은, 적분기의 내부 공간은 예를 들면 반구 형상이며, 이 경우, 반구부의 내벽은 반사율이 높고 또한 확산성이 뛰어난 벽면으로 되어 있고, 평면부는 반사율이 높은 평탄한 미러로 되어 있다(특허문헌 1 참조).

적분기는 광원으로부터 출력되는 여기광(勵起光)을 광 입력부로부터 내부 공간에 입력하여, 그 여기광을 내부 공간 내에서 다중 확산 반사시킬 수 있다. 또한, 적분기는 내부 공간에 배치된 측정 대상물에 여기광이 조사된 것에 의해 생긴 발생광(예를 들면, 형광 등)도 내부 공간 내에서 다중 확산 반사시킬 수 있다. 그리고, 적분기는 내부 공간으로부터 광 출력부를 거쳐 외부로 피측정광을 출력한다. 피측정광은 여기광 및/또는 발생광이다.

분광 검출기는 적분기로부터 외부로 출력된 피측정광을 분광하여 스펙트럼 데이터를 취득한다. 분광 검출기는 회절격자(grating)나 프리즘 등의 분광 소자에 의해서 피측정광을 각 파장 성분으로 분광하고, 그 분광한 각 파장의 광의 강도를 광센서에 의해 검출한다. 이 광센서는 복수의 수광부가 1차원 배열된 것으로, 각 파장에 대응하는 수광부에 의해 해당 파장 성분의 광의 강도를 검출함으로써, 피측정광의 스펙트럼 데이터를 취득할 수 있다. 그리고, 이 스펙트럼 데이터를 해석함으로써, 측정 대상물의 발광의 각도 특성 등에 의존하는 일 없이, 측정 대상물의 발광 효율 등을 측정할 수 있다.

적분기를 이용한 분광 측정 기술에 있어서의 측정 대상물로서, 유기 EL(electroluminescence) 재료나 형광 재료를 들 수 있다. 또한, 측정 대상물의 형태는 용액, 박막 및 분말 등 임의이다. 이러한 측정 대상물에서는 발광 양자수율(내부 양자효율)의 평가가 중요하다. 발광 양자수율은 측정 대상물에 의해 흡수된 여기광의 포톤(photon) 수에 대한 측정 대상물에서 생긴 발생광의 포톤 수의 비이다. 적분기를 이용한 분광 측정 기술은 측정 대상물의 발광 양자수율을 평가할 때에 적합하게 이용된다.

일본국 특개 2011-196735호 공보

적분기를 이용한 분광 측정 장치로서, 파장역 200~950㎚, 파장역 350~1100㎚ 또는 파장역 900~1650㎚의 피측정광을 분광 측정할 수 있는 장치가 시판되고 있다.

그러나, 어떤 측정 대상물은, 400~600㎚의 단파장 영역에 여기광 파장이 있으며, 1100㎚ 이상의 장파장 영역에 형광 파장이 있다. 종래의 분광 측정 장치는 400~600㎚의 파장역 및 1100㎚ 이상의 파장역을 동시에 분광 측정할 수 없었기 때문에, 보다 넓은 파장역의 피측정광을 분광 측정하지 못해서, 이러한 측정 대상물의 발광 효율 등을 측정할 수가 없다.

특허문헌 1의 단락 0037에 「측정기(70)의 측정 범위는, 광원 장치(60)로부터 조사되는 여기광의 파장 범위 및 여기광을 받아 시료(試料)(SMP)에서 발생하는 형광의 파장 범위 양쪽을 커버하는데 적합하다」라는 기재가 있다. 그러나, 특허문헌 1에는, 여기광 및 형광 양쪽을 포함하는 피측정광의 대역이 넓은 경우에, 그 피측정광의 스펙트럼 데이터를 어떻게 해서 취득하는지에 대해서는 기재가 없다.

본 발명의 일 측면은, 상기 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 보다 넓은 파장역의 피측정광을 분광 측정할 수 있는 분광 측정 장치 및 분광 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의한 분광 측정 장치는, (1) 측정 대상물이 배치되는 내부 공간과, 외부로부터 광을 내부 공간에 입력하는 광 입력부와, 내부 공간으로부터 광을 외부로 출력하는 광 출력부를 가지는 적분기와, (2) 광 출력부로부터 출력되는 광 중 제1 파장역의 광을 분광하여, 제1 노광 시간에 걸친 제1 스펙트럼 데이터를 취득하는 제1 분광 검출기와, (3) 광 출력부로부터 출력되는 광 중 제1 파장역과 일부 중복되는 제2 파장역의 광을 분광하여, 제2 노광 시간에 걸친 제2 스펙트럼 데이터를 취득하는 제2 분광 검출기와, (4) 제1 노광 시간 및 제2 노광 시간에 기초하여 제1 스펙트럼 데이터 및 제2 스펙트럼 데이터를 해석하는 해석부를 구비한다.

본 발명의 일 측면에 의한 분광 측정 방법은, (1) 측정 대상물이 배치되는 내부 공간과, 외부로부터 광을 내부 공간에 입력하는 광 입력부와, 내부 공간으로부터 광을 외부로 출력하는 광 출력부를 가지는 적분기를 이용하여, 분광 측정을 행하는 방법으로서, (2) 광을 적분기의 광 입력부로부터 내부 공간에 입력시키고, (3) 제1 분광 검출기에 의해, 광 출력부로부터 출력되는 광 중 제1 파장역의 광을 분광하여, 제1 노광 시간에 걸친 제1 스펙트럼 데이터를 취득하며, (4) 제2 분광 검출기에 의해, 광 출력부로부터 출력되는 광 중 제1 파장역과 일부 중복되는 제2 파장역의 광을 분광하여, 제2 노광 시간에 걸친 제2 스펙트럼 데이터를 취득하며, (5) 해석부에 의해, 제1 노광 시간 및 제2 노광 시간에 기초하여 제1 스펙트럼 데이터 및 제2 스펙트럼 데이터를 해석한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 보다 넓은 파장역의 피측정광을 분광 측정할 수 있다. 예를 들면, 가시역에 여기광 파장이 있고 파장 1100㎚ 이상의 근적외역에 형광 파장이 있는 측정 대상물의 발광 효율을 평가하는 것이 가능해진다.

도 1은 분광 측정 장치(1)의 구성을 나타내는 도이다.
도 2는 여기광 파장 530㎚를 포함하는 제1 파장역의 제1 스펙트럼의 예를 나타내는 도이다.
도 3은 형광 파장 1270㎚를 포함하는 제2 파장역의 제2 스펙트럼의 예를 나타내는 도이다.
도 4는 전 파장역의 스펙트럼을 구하는 절차를 설명하는 순서도이다.
도 5는 스텝 S12, S13에서 얻어진 제1 스펙트럼 및 제2 스펙트럼의 예를 나타내는 도이다.
도 6은 측정 대상물의 발광 양자수율을 평가하는 절차를 설명하는 순서도이다.
도 7은 분광 측정 장치(2)의 구성을 나타내는 도이다.
도 8은 분광 측정 장치(3)의 구성을 나타내는 도이다.
도 9는 분광 측정 장치(1A)의 구성을 나타내는 도이다.
도 10은 적분기(20)의 필터 장착부(25)에 장착되는 필터부의 투과 스펙트럼의 예를 나타내는 도이다.
도 11은 적분기(20)의 필터 장착부(25)에 장착되는 필터 세트(60)의 예를 나타내는 도이다.
도 12는 분광 측정 장치(1B)의 구성을 나타내는 도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 본 발명은 이들 예시로 한정되는 것이 아니라, 특허 청구범위에 의해서 나타내며, 특허 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

도 1은 분광 측정 장치(1)의 구성을 나타내는 도이다. 분광 측정 장치(1)는 광원(10), 입력용 광 가이드(light guide)(11), 적분기(20), 제1 출력용 광 가이드(31), 제2 출력용 광 가이드(32), 제1 분광 검출기(41), 제2 분광 검출기(42), 해석부(50), 표시부(51) 및 입력부(52)를 구비한다.

광원(10)은 적분기(20)의 내부 공간(21)에 입력해야 할 광을 출력한다. 광원(10)이 출력하는 광은, 이미 알고 있는 스펙트럼을 가지고 장치 전체의 감도 교정을 행하기 위한 표준광, 제1 분광 검출기(41) 및 제2 분광 검출기(42) 각각에 의해 취득되는 스펙트럼 데이터를 보정하기 위한 참조광, 및, 적분기(20)의 내부 공간(21)에 배치되는 측정 대상물에 조사되어야 할 여기광 등이다. 광원(10)이 출력하는 광의 파장은, 가변적이어도 되고, 예를 들면 250㎚~1600㎚의 파장 범위에서 가변적으로 설정 가능한 것이 적합하다. 또한, 광원(10)은 ND 필터나 릴레이 광학계를 포함하고 있어도 된다. 입력용 광 가이드(11)는 광원(10)으로부터 출력된 광을 적분기(20)의 광 입력부(22)로 이끈다.

적분기(광 적분기)(20)는 측정 대상물이 광학적으로 배치되는 내부 공간(21)과, 광원(10)으로부터 출력되어 입력용 광 가이드(11)에 의해 이끌린 광(입력 광)을 내부 공간(21)에 입력하는 광 입력부(22)와, 내부 공간(21)으로부터 광(출력 광)을 외부로 출력하는 광 출력부(23)와, 측정 대상물을 장착하는 시료 장착부(24)를 갖는다. 내부 공간(21)은 구(球) 형상이며, 반사율이 높고 또한 확산성이 뛰어난 내벽면으로 덮여 있다. 시료 장착부(24)는 광 입력부(22)를 거쳐 내부 공간(21)에 입력된 광이 입사하는 위치에 측정 대상물을 배치한다.

적분기(20)는 광원(10)으로부터 출력되는 광을 광 입력부(22)로부터 내부 공간(21)에 입력하고, 그 광을 내부 공간(21) 내에서 다중 확산 반사시킬 수 있다. 또한, 적분기(20)는 내부 공간(21)에 배치된 측정 대상물에서 생긴 발생광(예를 들면, 형광 등)도 내부 공간(21) 내에서 다중 확산 반사시킬 수 있다. 그리고, 적분기(20)는 내부 공간(21)으로부터 광 출력부(23)를 거쳐 외부로 피측정광을 출력한다. 피측정광은 광원(10)으로부터 내부 공간(21)에 입력된 광, 및/또는, 측정 대상물에서 생긴 발생광이다.

시료 장착부(24)에는, 예를 들면, 여기광의 입력에 의해 업 컨버전(up conversion) 광을 출력하는 측정 대상물을 유지한 시료 용기가 장착된다. 예를 들면, 측정 대상물이 액체인 경우, 광을 투과하는 투명 재료(예를 들면, 석영 유리나 플라스틱 등)로 구성되는 용액 샘플용 셀이 시료 용기로서 시료 장착부(24)에 장착된다. 또한, 측정 대상물이 분말이나 박막 등의 고체인 경우, 광을 투과하는 투명 재료(예를 들면, 석영 유리나 플라스틱 등) 또는 금속으로 구성되는 고체 샘플용 셀이나 고체 샘플용 용기가 시료 용기로서 시료 장착부(24)에 장착된다.

또한, 측정 대상물은 적분기(20)의 내부 공간(21)에 완전하게 배치되는 것으로 한정되지 않고, 측정 대상물의 일부가 적분기(20)의 내부 공간(21)에 배치되어 있으면 된다. 시료 장착부(24)에 장착된 광학 어태치먼트(attachment)를 이용하여, 적분기(20)의 내벽 밖에 배치된 시료를 적분기(20)의 내부 공간(21)에 광학적으로 배치해도 된다.

제1 출력용 광 가이드(31)는 적분기(20)의 광 출력부(23)로부터 출력된 광을 제1 분광 검출기(41)로 이끈다. 제2 출력용 광 가이드(32)는 적분기(20)의 광 출력부(23)로부터 출력된 광을 제2 분광 검출기(42)로 이끈다. 제1 출력용 광 가이드(31) 및 제2 출력용 광 가이드(32)는 광 출력부(23) 측에 있어서 하나로 통괄되고 있어도 된다.

제1 분광 검출기(41)는 적분기(20)의 광 출력부(23)로부터 출력되어 제1 출력용 광 가이드(31)에 의해 이끌린 광을 수광하고, 그 광 중 제1 파장역의 광을 분광하여 제1 스펙트럼 데이터를 취득한다. 제2 분광 검출기(42)는 적분기(20)의 광 출력부(23)로부터 출력되어 제2 출력용 광 가이드(32)에 의해 이끌린 광을 수광하고, 그 광 중 제2 파장역의 광을 분광하여 제2 스펙트럼 데이터를 취득한다. 제1 파장역과 제2 파장역은 일부 중복되는 파장역(이하, 「공통 파장역」이라고 한다)을 포함하고, 또한, 제1 파장역은 제2 파장역보다도 단파장이다.

분광 검출기(41, 42) 각각은, 회절격자나 프리즘 등의 분광 소자에 의해서 입력광을 각 파장 성분으로 분광하고, 그 분광한 각 파장의 광의 강도를 광센서에 의해 검출한다. 이 광센서는, 복수의 수광부가 1차원 배열된 것으로, 각 파장에 대응하는 수광부에 의해 해당 파장 성분의 광의 강도를 검출함으로써, 피측정광의 스펙트럼 데이터를 취득할 수 있다. 제1 분광 검출기(41)의 분광 소자는 제1 파장역의 광을 분광하고, 제1 분광 검출기(41)의 광센서는 제1 파장역의 광에 대해서 감도를 가진다. 제2 분광 검출기(42)의 분광 소자는 제2 파장역의 광을 분광하고, 제2 분광 검출기(42)의 광센서는 제2 파장역의 광에 대해서 감도를 가진다.

예를 들면, 제1 분광 검출기(41)의 광센서는 실리콘 기판상에 형성된 CCD 리니어 이미지 센서나 CMOS 리니어 이미지 센서이며, 제1 파장역으로서 파장 350㎚~1100㎚의 광에 대해서 감도를 가진다. 또한, 제2 분광 검출기(42)의 광센서는 InGaAs 리니어 이미지 센서이며, 제2 파장역으로서 파장 900㎚~1650㎚의 광에 대해서 감도를 가진다. 제1 분광 검출기(41)와 제2 분광 검출기(42)는, 감도 특성이나 파장 분해능 등이 달라도 된다.

분광 검출기(41, 42) 각각은, 측정 시간(노광 시간)을 가변적으로 설정할 수 있는 것이 적합하며, 광센서의 감도에 따라 노광 시간을 적절하게 설정하는 것이 적합하다. 상기의 광센서의 예에서는, 제1 분광 검출기(41)보다 제2 분광 검출기(42)의 광센서 감도가 낮기 때문에, 제1 분광 검출기(41)보다 제2 분광 검출기(42)의 노광 시간을 길게 설정하는 것이 적합하다.

해석부(analyzer)(50)는 제1 분광 검출기(41)에 의해 취득된 제1 스펙트럼 데이터를 입력하는 것과 함께, 제2 분광 검출기(42)에 의해 취득된 제2 스펙트럼 데이터를 입력하여, 이들 제1 스펙트럼 데이터 및 제2 스펙트럼 데이터를 해석한다. 해석 내용에 대해서는 후술한다. 해석부(50)는 입력한 제1 스펙트럼 데이터 및 제2 스펙트럼 데이터나 해석 결과 등을 기억하는 기억부(storage)를 포함한다. 또한, 해석부(50)는 광원(10), 제1 분광 검출기(41) 및 제2 분광 검출기(42)를 제어해도 된다. 해석부(50)는 프로세서 및 메모리를 구비하는 컴퓨터이다. 해석부(50)는, 프로세서에 의해, 각종 해석 및 제어를 실행한다. 이러한 컴퓨터로서는, 예를 들면 퍼스널 컴퓨터나 태블릿 단말 등이 있다. 또한, 해석부(50)는 표시부(51) 및 입력부(52)와 함께 일체로 할 수 있다.

표시부(디스플레이)(51)는 해석부(50)가 입력한 제1 스펙트럼 데이터 및 제2 스펙트럼 데이터를 표시하고, 또한, 해석부(50)에 의한 해석 결과를 표시한다. 입력부(52)는 예를 들면 키보드나 마우스 등이며, 분광 측정 장치(1)를 이용하여 분광 측정을 행하는 조작자로부터의 입력 지시를 접수하고, 그 입력 정보(예를 들면 측정 조건이나 표시 조건 등)를 해석부(50)에 제공한다.

다음으로, 본 실시 형태의 분광 측정 장치(1)의 동작 및 본 실시 형태의 분광 측정 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 분광 측정 방법은 상기의 분광 측정 장치(1)를 이용하여 분광 측정을 행한다. 본 실시 형태에서는 제1 분광 검출기(41)가 감도를 가지는 제1 파장역과, 제2 분광 검출기(42)가 감도를 가지는 제2 파장역이, 일부 중복되는 파장역(공통 파장역)을 포함하고 있고, 이것을 이용하여 분광 측정을 행한다.

이하에 설명하는 동작 예에서는, 광원(10)으로부터 출력된 여기광을 적분기(20)의 광 입력부(22)로부터 내부 공간(21)에 입력시키고, 내부 공간(21) 내에 배치된 측정 대상물에 여기광을 조사하여 형광을 발생시키며, 적분기(20)의 광 출력부(23)로부터 피측정광(여기광 및/또는 발생광)을 출력시킨다. 그리고, 출력된 여기광을 포함하는 제1 파장역의 광을 제1 분광 검출기(41)에 의해 분광하여 제1 스펙트럼 데이터를 취득하는 것과 함께, 출력된 형광을 포함하는 제2 파장역의 광을 제2 분광 검출기(42)에 의해 분광하여 제2 스펙트럼 데이터를 취득한다.

여기광 파장을 530㎚로 하고, 제1 파장역을 350㎚~1100㎚로 한다. 또한, 형광 파장을 1270㎚로 하고, 제2 파장역을 900㎚~1650㎚로 한다. 공통 파장역은 900㎚~1100㎚가 된다. 도 2는 여기광 파장 530㎚를 포함하는 제1 파장역의 제1 스펙트럼의 예를 나타내는 도이다. 도 3은 형광 파장 1270㎚를 포함하는 제2 파장역의 제2 스펙트럼의 예를 나타내는 도이다. 이들 도면에 있어서 세로축은 포톤 수(상대치)이다. 일반적으로, 제1 분광 검출기(41)와 제2 분광 검출기(42)는 감도 특성이나 파장 분해능 등이 다르기 때문에, 제1 스펙트럼과 제2 스펙트럼을 단순하게 서로 연결하는 것만으로는, 전(全) 파장역의 스펙트럼을 구할 수 없고, 측정 대상물의 발광 양자수율을 평가하는 것도 가능하지 않다.

본 실시 형태의 제1 동작 예에서는, 도 4에 나타나는 순서에 따른 절차에 의해, 제1 파장역 및 제2 파장역 양쪽을 포함하는 전 파장역의 스펙트럼을 구하여 표시한다.

스텝 S11에서는, 스펙트럼이 이미 알고 있는 제1 파장역의 표준광을 적분기(20)에 입력시키고, 그때에 적분기(20)로부터 출력되는 광을 제1 분광 검출기(41)에 의해 분광하여 스펙트럼을 취득함으로써, 제1 분광 검출기(41)의 감도 교정을 행한다. 마찬가지로, 스펙트럼이 이미 알고 있는 제2 파장역의 표준광을 적분기(20)에 입력시키고, 그때에 적분기(20)로부터 출력되는 광을 제2 분광 검출기(42)에 의해 분광하여 스펙트럼을 취득함으로써, 제2 분광 검출기(42)의 감도 교정을 행한다. 이후의 각 스텝에서는, 이 감도 교정을 한 후의 스펙트럼이 얻어진다.

스텝 S12에서는, 공통 파장역의 참조광을 적분기(20)의 내부 공간(21)에 입력시키고, 제1 분광 검출기(41)에 의해 공통 파장역의 광을 수광하여, 노광 시간 T_C1에 걸친 제1 스펙트럼 데이터를 취득하고, 해석부(50)에 의해 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 공통 파장역의 포톤 수 I_C1을 구한다. 또한, 스텝 S13에서는, 같은 공통 파장역의 참조광을 적분기(20)의 내부 공간(21)에 입력시키고, 제2 분광 검출기(42)에 의해 공통 파장역의 광을 수광하여, 노광 시간 T_C2에 걸친 제2 스펙트럼 데이터를 취득하고, 해석부(50)에 의해 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 공통 파장역의 포톤 수 I_C2를 구한다. 그리고, 해석부(50)는 제1 스펙트럼 데이터에 있어서의 공통 파장역의 포톤 수 I_C1과, 제2 스펙트럼 데이터에 있어서의 공통 파장역의 포톤 수 I_C2의 비를 보정치로서 기억한다. 또한, 포톤 수 I_C1 및 포톤 수 I_C2를 해석부(50)에 각각 기억하고, 필요에 따라서 그때마다 그 비를 계산하는 것도, 해석부(50)에 보정치를 기억하는 것과 마찬가지이다.

도 5는 스텝 S12, S13에서 얻어진 제1 스펙트럼 및 제2 스펙트럼의 예를 나타내는 도이다. 포톤 수 I_C1, I_C2는 공통 파장역에 걸친 스펙트럼 데이터의 적분치로서 구할 수 있다. 이후에서 구하는 포톤 수도, 마찬가지로 하여 소정 파장역에 걸친 스펙트럼 데이터의 적분치로서 구할 수 있다.

스텝 S14에서는, 적분기(20)의 내부 공간(21)에 측정 대상물을 배치한 상태에서 여기광을 적분기(20)에 입력시키고, 제1 분광 검출기(41)에 의해 제1 파장역의 광을 수광하여, 노광 시간 T_S1에 걸친 제1 스펙트럼 데이터를 취득한다. 또한, 스텝 S15에서는, 마찬가지로 적분기(20)의 내부 공간(21)에 측정 대상물을 배치한 상태에서 여기광을 적분기(20)에 입력시키고, 제2 분광 검출기(42)에 의해 제2 파장역의 광을 수광하여 노광 시간 T_S2에 걸친 제2 스펙트럼 데이터를 취득한다.

스텝 S16에서는, 해석부(50)에 의해, 스텝 S12에서 얻어진 포톤 수 I_C1, 스텝 S13에서 얻어진 포톤 수 I_C2, 스텝 S12의 노광 시간 T_C1, 스텝 S13의 노광 시간 T_C2, 스텝 S14의 노광 시간 T_S1 및 스텝 S15의 노광 시간 T_S2에 기초하여, 스텝 S14에서 얻어진 제1 스펙트럼 데이터 및 스텝 S15에서 얻어진 제2 스펙트럼 데이터 양쪽 또는 어느 한쪽을 보정한다. 이에 따라, 제1 파장역 및 제2 파장역 양쪽을 포함하는 전 파장역의 스펙트럼을 구한다. 이 전 파장역의 스펙트럼을 표시부(51)에 표시한다.

스텝 S16에 있어서, 에너지 베이스(energy base)로 보정을 하는 경우, 하기 식 (1)에서 나타내는 보정 계수(E)를 에너지 베이스의 제2 스펙트럼 데이터에 곱한 것을, 에너지 베이스의 제1 스펙트럼 데이터와 서로 연결하여, 에너지 베이스의 전 파장역의 스펙트럼을 구한다. 식 (1)에 있어서의 I_C1/I_C2는 해석부(50)에 기억된 보정치이다.

스텝 S16에 있어서, 포톤 수 베이스로 보정을 하는 경우, 하기 식 (2)에서 나타내는 보정 계수(PN)를 포톤 수 베이스의 제2 스펙트럼 데이터에 곱한 것을, 포톤 수 베이스의 제1 스펙트럼 데이터와 서로 연결하여, 포톤 수 베이스의 전 파장역의 스펙트럼을 구한다. Δλ₁은 제1 분광 검출기(41)의 파장 분해능이며, Δλ₂는 제2 분광 검출기(42)의 파장 분해능이다. 식 (2)에 있어서의 I_C1/I_C2는 해석부(50)에 기억된 보정치이다.

또한, 스텝 S16에 있어서, 상기 보정 계수의 역수를 제1 스펙트럼 데이터에 곱한 것을, 제2 스펙트럼 데이터와 서로 연결하여, 전 파장역의 스펙트럼을 구해도 된다. 또한, 임의의 계수 k₁을 제1 스펙트럼 데이터에 곱한 것과, 계수 k₂(=상기 보정 계수×k₁)를 제2 스펙트럼 데이터에 곱한 것을 서로 연결하여, 전 파장역의 스펙트럼을 구해도 된다.

또한, 스텝 S12~S15의 순서는 임의이다. 스텝 S12, S13에 있어서의 노광 기간은 일부 중복되고 있어도 된다. 스텝 S14, S15에 있어서의 노광 기간은 일부 중복되고 있어도 된다.

스텝 S11~S13은 분광 측정 장치(1)가 공장에서 출하되기 전에 행해지고, 스텝 S14~S16은 공장 출하 후에 분광 측정 장치(1)의 이용자에 의해서 행해져도 된다. 스텝 S11~S13에 의해 얻어진 결과는, 그 후의 측정시마다 이용되어도 된다. 스텝 S11~S13은, 스텝 S14~S16에 앞서 매회 행해져도 된다. 여기광 또는 형광의 파장이 공통 파장역에 포함되는 경우에는, 스텝 S12, S13에서는 여기광 또는 형광을 측정해도 된다.

본 실시 형태의 제2 동작 예에서는, 도 6에 나타나는 순서에 따른 절차에 의해, 측정 대상물의 발광 양자수율을 평가한다. 제2 동작 예에 있어서의 스텝 S21~S23은, 전술한 제1 동작 예에 있어서의 스텝 S11~S13과 같다.

스텝 S24, S25에서는, 적분기(20)의 내부 공간(21)에 측정 대상물을 배치하지 않은 상태에서 레퍼런스(reference) 측정을 행한다. 스텝 S26, S27에서는, 적분기(20)의 내부 공간(21)에 측정 대상물을 배치한 상태에서 샘플(sample) 측정을 행한다. 샘플 측정 시에 측정 대상물이 용기에 넣어진 상태에서 내부 공간(21)에 배치되는 경우에는, 레퍼런스 측정 시에는 해당 용기가 내부 공간(21)에 배치된다.

스텝 S24에서는, 적분기(20)의 내부 공간(21)에 측정 대상물을 배치하지 않은 상태에서 여기광을 적분기(20)에 입력시키고, 제1 분광 검출기(41)에 의해 제1 파장역의 광을 수광하여, 노광 시간 T_R1에 걸친 제1 스펙트럼 데이터를 취득한다. 그리고, 해석부(50)에 의해 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 여기광 파장역의 포톤 수 I_R1을 구한다.

스텝 S25에서는, 적분기(20)의 내부 공간(21)에 측정 대상물을 배치하지 않은 상태에서 여기광을 적분기(20)에 입력시키고, 제2 분광 검출기(42)에 의해 제2 파장역의 광을 수광하여, 노광 시간 T_R2에 걸친 제2 스펙트럼 데이터를 취득한다. 그리고, 해석부(50)에 의해 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 형광 파장역의 포톤 수 I_R2를 구한다.

스텝 S26에서는, 적분기(20)의 내부 공간(21)에 측정 대상물을 배치한 상태에서 여기광을 적분기(20)에 입력시키고, 제1 분광 검출기(41)에 의해 제1 파장역의 광을 수광하여 노광 시간 T_S1에 걸친 제1 스펙트럼 데이터를 취득한다. 그리고, 해석부(50)에 의해 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 여기광 파장역의 포톤 수 I_S1을 구한다.

스텝 S27에서는, 적분기(20)의 내부 공간(21)에 측정 대상물을 배치한 상태에서 여기광을 적분기(20)에 입력시키고, 제2 분광 검출기(42)에 의해 제2 파장역의 광을 수광하여 노광 시간 T_S2에 걸친 제2 스펙트럼 데이터를 취득한다. 그리고, 해석부(50)에 의해 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 형광 파장역의 포톤 수 I_S2를 구한다.

또한, 스텝 S24, S25, S26, S27에 있어서의 여기광 파장역 및 형광 파장역은, 분광 측정 장치(1)의 이용자가 입력부(52)에 의해 설정해도 되고, 제1 스펙트럼 데이터나 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 해석부(50)가 자동적으로 설정해도 된다. 스텝 S24에 있어서의 여기광 파장역과, 스텝 S26에 있어서의 여기광 파장역은, 서로 같은 파장역이다. 스텝 S25에 있어서의 형광 파장역과, 스텝 S27에 있어서의 형광 파장역은, 서로 같은 파장역이다.

스텝 S28에서는, 해석부(50)에 의해, 각 스텝의 노광 시간 T_C1, T_C2, T_R1, T_R2, T_S1, T_S2, 및, 각 스텝에서 얻어진 포톤 수 I_C1, I_C2, I_R1, I_R2, I_S1, I_S2에 기초하여, 하기 식 (3)에 의해, 측정 대상물의 발광 양자수율 PLQY(Photoluminescence Quantum Yield)를 구한다. 이 식의 우변의 4개의 인자 중, 제1 인자는 보정 전의 발광 양자수율이며, 제2 인자는 스텝 S22, S23에서 검출된 공통 파장역의 포톤 수에 관한 보정 인자이며, 제3 인자 및 제4 인자는 각 스텝의 노광 시간에 관한 보정 인자이다. 측정 대상물의 흡수율과 내부 양자수율의 곱에 의해 외부 양자효율을 구할 수도 있다. 또한, 수학식 (3)에 있어서의 I_C1/I_C2는 해석부(50)에 기억된 보정치이다.

또한, 스텝 S22~S27의 순서는 임의이다. 스텝 S22, S23에 있어서의 노광 기간은 일부 중복되고 있어도 된다. 스텝 S24, S25에 있어서의 노광 기간은 일부 중복되고 있어도 된다. 스텝 S26, S27에 있어서의 노광 기간은 일부 중복되고 있어도 된다.

스텝 S21~S23은 분광 측정 장치(1)가 공장에서 출하되기 전에 행해지고, 스텝 S24~S28은 공장 출하 후에 분광 측정 장치(1)의 이용자에 의해서 행해져도 된다. 스텝 S21~S23에 의해 얻어진 결과는, 그 후의 측정시마다 이용되어도 된다. 스텝 S21~S23은, 스텝 S24~S28에 앞서 매회 행해져도 된다.

도 7은 분광 측정 장치(2)의 구성을 나타내는 도이다. 도 1에 나타난 분광 측정 장치(1)의 구성과 비교하면, 도 7에 나타나는 분광 측정 장치(2)는 적분기(20)가 광 출력부(23) 대신에 제1 분광 출력부(23₁) 및 제2 분광 출력부(23₂)를 가지는 점에서 다르다. 제1 출력용 광 가이드(31)는 적분기(20)의 제1 분광 출력부(23₁)로부터 출력된 광을 제1 분광 검출기(41)로 이끈다. 제2 출력용 광 가이드(32)는 적분기(20)의 제2 분광 출력부(23₂)로부터 출력된 광을 제2 분광 검출기(42)로 이끈다.

이러한 구성으로 함으로써, 제1 분광 출력부(23₁)와 제1 분광 검출기(41)의 사이의 광로(光路) 상에 제1 분광 필터를 설치하는 것으로, 제1 분광 검출기(41)에 입력되는 제1 파장역의 광의 파워를 용이하게 조정할 수 있고, 제1 분광 검출기(41)의 노광 시간을 용이하게 조정할 수 있다. 또한, 제2 분광 출력부(23₂)와 제2 분광 검출기(42)의 사이의 광로 상에 제2 분광 필터를 설치하는 것으로, 제2 분광 검출기(42)에 입력되는 제2 파장역의 광의 파워를 용이하게 조정할 수 있고, 제2 분광 검출기(42)의 노광 시간을 용이하게 조정할 수 있다.

도 8은 분광 측정 장치(3)의 구성을 나타내는 도이다. 도 1, 도 7에 나타난 분광 측정 장치(1, 2)의 적분기(20)가 적분 구(積分球)인 것에 대해서, 도 8에 나타나는 분광 측정 장치(3)의 적분기(20)는 적분 반구인 점에서 다르다. 이 적분기(20)의 내부 공간(21)은 반구 형상이며, 반구부의 내벽은 반사율이 높고 또한 확산성이 뛰어난 벽면으로 되어 있고, 평면부는 반사율이 높은 평탄한 미러로 되어 있다. 광 입력부(22) 및 광 출력부(23)는 반구부 및 평면부의 어느 지점에 설치되어도 된다.

분광 측정 장치(2, 3)를 이용한 경우에도, 분광 측정 장치(1)를 이용한 경우와 같이, 보다 넓은 파장역의 피측정광을 분광 측정할 수 있다.

제1 분광 검출기 및 제2 분광 검출기에 더하여, 제3 파장역의 스펙트럼 데이터를 취득하는 제3 분광 검출기가 설치되어도 된다. 이 경우, 예를 들면, 제2 파장역 중 단파장 측의 일부가 제1 파장역 중 장파장 측의 일부와 중복되고, 제2 파장역 중 장파장 측의 일부가 제3 파장역 중 단파장 측의 일부와 중복되도록 한다. 이와 같이 함으로써, 더욱 넓은 파장역의 피측정광을 분광 측정할 수 있다.

일반적으로, 발생광 강도와 비교해서 여기광 강도는 몇 자릿수 크다. 그래서, 여기광 파장역 및 발생광 파장역 중 여기광 파장역의 광을 선택적으로 감쇠시키는 필터를, 여기광 파장역의 광을 검출하는 분광 검출기와 적분기의 사이의 광로 상에 설치하는 것도 적합하다. 이와 같이 함으로써, 각 분광 검출기는 포화되는 일 없이 적절한 노광 시간으로 분광 측정을 할 수 있다.

상기의 실시 형태에서는, 발생광(예를 들면 형광) 파장은 여기광 파장보다 길다. 그러나, 이와는 반대로, 발생광 파장은 여기광 파장보다 짧아도 된다. 후자의 경우, 발생광은 예를 들면 업 컨버전(up conversion) 광이다. 분광 측정 장치(1)를 이용하여, 여기광 및 업 컨버전 광 양쪽을 포함하는 스펙트럼을 측정하는 경우나, 업 컨버전 발광 효율을 측정하는 경우에는, 제1 분광 검출기(41)가 검출하는 단파장 측의 제1 파장역은 업 컨버전 광 파장을 포함하고, 제2 분광 검출기(42)가 검출하는 장파장 측의 제2 파장역은 여기광 파장을 포함한다.

또한, 업 컨버전 광을 발생시키기 위해서는, 측정 대상물에 조사하는 여기광의 강도 밀도를 높일 필요가 있다. 한편, 업 컨버전 발광 효율이 작은 것 때문에, 흡수된 여기광 강도 및 업 컨버전 광 강도 양쪽을 취득할 필요가 있는 발광 양자수율(내부 양자효율) 등의 평가를 행하는 경우, 고강도의 여기광에 의해 분광 검출기가 포화되는 일이 있다. 또한, 업 컨버전 발광 재료 중에는, 조사하는 여기광의 강도 밀도를 높게 하면 발광 양자수율도 오르는 재료가 있다. 그러한 재료에서는, 고강도의 업 컨버전 광에 의해 분광 검출기가 포화되는 일이 있다.

여기서, 업 컨버전 발광 효율을 측정할 때에는, 적분기(20)로부터 출력되는 여기광에 대해서 적절한 감쇠를 줄 뿐만 아니라, 적분기(20)로부터 출력되는 업 컨버전 광에 대해서도 적절한 감쇠를 주는 것이 적합하다. 이때 감쇠를 주는 필터부는, 여기광에 대한 감쇠율이 업 컨버전 광에 대한 감쇠율보다 큰 투과 스펙트럼을 가지는 것으로 한다.

이하, 도 9~도 12를 이용하여, 업 컨버전 발광 효율을 측정하는데 적합한 분광 측정 장치에 대해 설명한다.

도 9는 분광 측정 장치(1A)의 구성을 나타내는 도이다. 도 9에 나타나는 분광 측정 장치(1A)는, 도 1에 나타난 분광 측정 장치(1)의 구성과 비교하여, 적분기(20)가 필터부를 장착하는 필터 장착부(25)를 가지는 점에서 다르다. 필터 장착부(25)는 적분기(20)의 광 출력부(23)에 설치되고, 광 출력부(23)로부터 출력되는 광을 감쇠시키는 상기의 필터부를 배치한다.

도 10은 적분기(20)의 필터 장착부(25)에 장착되는 필터부의 투과 스펙트럼의 예를 나타내는 도이다. 이 필터부의 투과 특성은, 여기광 파장역(980㎚를 포함하는 파장역)에서의 감쇠율이, 업 컨버전 광 파장역에서의 감쇠율보다 크다. 필터부는, 이러한 투과 스펙트럼에 따라서, 광 출력부(23)로부터 출력되는 광을 감쇠시킨다. 이 필터부는 여기광 및 업 컨버전 광 중 장파장 측의 여기광을 선택적으로 감쇠시키는 제1 필터와, 여기광 및 업 컨버전 광 양쪽을 감쇠시키는 제2 필터를 포함하여 구성될 수 있다.

제1 필터는 쇼트 패스(Short Pass) 필터 또는 밴드 패스 필터여도 된다. 제2 필터는 ND 필터여도 되고, 광 반사 물질로 구성된 것이어도 된다. 후자의 경우, 광 반사 물질로서, 적분기(20)의 내벽면에 설치되는 반사율이 높고 또한 확산성이 뛰어난 재료인 'Spectralon'(등록상표)을 이용할 수 있다. Spectralon은 가시역에서 근적외역까지의 넓은 파장역에 걸쳐서 대략 일정한 반사율을 가진다. Spectralon을 시트 형상으로 한 Spectralon 필터를 제2 필터로서 이용할 수 있다. 이러한 Spectralon 필터는 제2 필터로서 이용될 뿐만 아니라, 적분기(20)의 내벽면의 일부로 하여 광을 확산 반사시키는 것으로서도 이용될 수 있다.

적분기(20)의 필터 장착부(25)는, 도 10에 나타나는 바와 같은 투과 스펙트럼을 가지는 필터부 외, 다른 투과 스펙트럼을 가지는 필터와, 광로 상에서 교환이 자유로운 것이 적합하다. 도 11은 적분기(20)의 필터 장착부(25)에 장착되는 필터 세트(60)의 예를 나타내는 도이다. 이 필터 세트(60)는, 도 10에 나타나는 바와 같은 투과 스펙트럼을 가지는 필터부(61)와, 여기광 및 업 컨버전 광 중 여기광을 선택적으로 감쇠시키는 쇼트 패스 필터(62)와, 개구부(필터 없음)(63)를 병렬로 배치한 것이다. 필터 장착부(25)에 있어서 필터 세트(60)를 슬라이드 시킴으로써, 어느 필터를 광로 상에 배치할 수 있다.

도 12는 분광 측정 장치(1B)의 구성을 나타내는 도이다. 도 12에 나타나는 분광 측정 장치(1B)는 도 1에 나타난 분광 측정 장치(1)의 구성과 비교하여, 제1 분광 검출기(41)의 광 입력부에 필터 장착부(43)가 설치되는 점, 및, 제2 분광 검출기(42)의 광 입력부에 필터 장착부(44)가 설치되는 점에서 다르다. 이들 필터 장착부(43, 44)는 분광 검출기(41, 42)에 입력되는 광을 감쇠시키는 상기의 필터부(61) 또는 필터 세트(60)를 배치한다.

분광 측정 장치(1B)에서는, 필터 장착부(43, 44) 각각의 광 입력부에, 같은 투과 스펙트럼을 가지는 필터부를 배치해도 되고, 서로 다른 투과 스펙트럼을 가지는 필터부를 배치해도 된다. 후자의 경우, 업 컨버전 광 파장역을 분광 측정하는 제1 분광 검출기(41)의 광 입력부에 설치되는 필터는, 업 컨버전 광 파장역을 선택적으로 감쇠시킬 수 있으면 되고, 여기광 파장역을 분광 측정하는 제2 분광 검출기(42)의 광 입력부에 설치되는 필터는 여기광 파장역을 선택적으로 감쇠시킬 수 있으면 된다.

또한, 상기와 같은 필터부를 설치하는 것에 더하여, 또는, 이것에 대신하여, 분광 검출기(41, 42) 각각의 노광 시간을 적절히 설정해도 된다. 전술한 바와 같이, 광센서로서 InGaAs 리니어 이미지 센서를 포함하는 제2 분광 검출기(42)는, 광센서로서 실리콘의 리니어 이미지 센서를 포함하는 제1 분광 검출기(41)와 비교하여 감도가 낮기 때문에, 분광 검출기(41, 42) 각각의 감도를 고려하여, 필터의 투과 스펙트럼이나 노광 시간을 적절히 설정하는 것이 적합하다.

상기와 같은 여기광 또는 발생광을 감쇠시키는 필터부(61)를 설치하는 경우, 해석부(50)는 분광 검출기(41, 42)에 의해 취득된 분광 스펙트럼 데이터를 필터부(61)의 투과 스펙트럼 데이터에 기초하여 보정하고, 감쇠 전의 분광 스펙트럼 데이터에 기초하여 상술한 해석을 행한다.

필터부의 투과 스펙트럼은 이하와 같이 하여 구한다. 적분기(20)의 내부 공간(21)에 측정 대상물을 배치하지 않은 상태로 한다. 필터 장착부(25)에 있어서 광로 상에 필터부(61) 또는 개구부(필터 없음)(63)를 배치한 경우에 있어서, 표준광을 적분기(20)에 입력시키고, 그때에 적분기(20)로부터 출력되는 광을 분광 검출기(41, 42)에 의해 분광하여 스펙트럼을 취득한다.

광로 상에 필터부(61)를 배치했을 때에 제1 분광 검출기(41)에 의해 취득된 스펙트럼 데이터를 S₁₁(λ)으로 하고, 광로 상에 개구부(63)를 배치했을 때에 제1 분광 검출기(41)에 의해 취득된 스펙트럼 데이터를 S₁₀(λ)으로 한다. 스펙트럼 데이터 S₁₁(λ), S₁₀(λ)을 취득할 때의 노광 시간을 같게 한다. 광로 상에 필터부(61)를 배치했을 때에 제2 분광 검출기(42)에 의해 취득된 스펙트럼 데이터를 S₂₁(λ)로 하고, 광로 상에 개구부(63)를 배치했을 때에 제2 분광 검출기(42)에 의해 취득된 스펙트럼 데이터를 S₂₀(λ)으로 한다. 스펙트럼 데이터 S₂₁(λ), S₂₀(λ)을 취득할 때의 노광 시간을 같게 한다.

제1 분광 검출기(41)에 입력되는 광에 대한 필터부(61)의 투과 스펙트럼 데이터 T₁(λ)은, 하기 식 (4a)로 구해진다. 제2 분광 검출기(42)에 입력되는 광에 대한 필터부(61)의 투과 스펙트럼 데이터 T₂(λ)는, 하기 식 (4b)로 구해진다. λ는 파장이다. 이 투과 스펙트럼 데이터 T₁(λ), T₂(λ)는 해석부(50)의 기억부에 기억된다.

레퍼런스 측정 및 샘플 측정 각각에서, 광로 상에 필터부(61)를 배치한 상태에서 제1 분광 검출기(41)에 의해 취득된 분광 스펙트럼 데이터를 투과 스펙트럼 데이터 T₁(λ)으로 나누는 것과 함께, 제2 분광 검출기(42)에 의해 취득된 분광 스펙트럼 데이터를 투과 스펙트럼 데이터 T₂(λ)로 나누는 것으로, 필터부(61)에 의한 감쇠 전의 각각의 분광 스펙트럼 데이터를 구할 수 있다. 이와 같이 하여 보정된 분광 스펙트럼 데이터를 이용하여, 상술한 전 파장역의 스펙트럼의 산출이나 측정 대상물의 발광 양자수율의 평가를 행한다.

다만, 제1 분광 검출기(41)가 발생광(업 컨버전 광)을 분광 검출하는 것과 함께 제2 분광 검출기(42)가 여기광을 분광 검출하는 점에서, 상술한 경우와 비교하면 반대이므로, 이에 따라서 PLQY 산출식은 다르다. 업 컨버전 발광재료의 발광 양자수율 PLQY는 하기 식 (5)로 나타낸다. 이 식의 우변의 각 파라미터는 상기 식 (3) 중의 것과 같다. 또한, 수학식 (3)에 있어서의 I_C2/I_C1는 해석부(50)에 기억된 보정치이다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 가능하다. 또한, 본 발명은 각 청구항에 기재한 요지를 변경하지 않는 범위에서 변형하거나, 또는 다른 것에 적용해도 된다.

예를 들면, 분광 스펙트럼 데이터는 각각의 파장에 대한 포톤 수를 나타내는 데이터로 한정되지 않고, 각각의 파장에 대한 검출 강도를 나타내는 데이터여도 된다. 이 경우, 각각의 파장에 대한 검출 강도를 나타내는 데이터로부터 제1 스펙트럼 데이터에 있어서의 공통 파장역의 강도 적산치(積算値)를 구하는 것과 함께, 제2 스펙트럼 데이터에 있어서의 공통 파장역의 강도 적산치를 구하며, 그 강도 적산치의 비인 보정치를 구해도 된다. 또한, 각각의 파장에 대한 검출 강도를 나타내는 데이터로부터 포톤 수 I_C1, I_C2, I_R1, I_R2, I_S1, I_S2를 구해도 된다.

상기 실시 형태에 의한 분광 측정 장치에서는, (1) 측정 대상물이 배치되는 내부 공간과, 외부로부터 광을 내부 공간에 입력하는 광 입력부와, 내부 공간으로부터 광을 외부로 출력하는 광 출력부를 가지는 적분기와, (2) 광 출력부로부터 출력되는 광 중 제1 파장역의 광을 분광하여, 제1 노광 시간에 걸친 제1 스펙트럼 데이터를 취득하는 제1 분광 검출기와, (3) 광 출력부로부터 출력되는 광 중 제1 파장역과 일부 중복되는 제2 파장역의 광을 분광하여, 제2 노광 시간에 걸친 제2 스펙트럼 데이터를 취득하는 제2 분광 검출기와, (4) 제1 노광 시간 및 제2 노광 시간에 기초하여 제1 스펙트럼 데이터 및 제2 스펙트럼 데이터를 해석하는 해석부를 구비하는 구성으로 하고 있다.

상기 실시 형태에 의한 분광 측정 방법에서는, (1) 측정 대상물이 배치되는 내부 공간과, 외부로부터 광을 내부 공간에 입력하는 광 입력부와, 내부 공간으로부터 광을 외부로 출력하는 광 출력부를 가지는 적분기를 이용하여, 분광 측정을 행하는 방법으로서, (2) 광을 적분기의 광 입력부로부터 내부 공간에 입력시키고, (3) 제1 분광 검출기에 의해, 광 출력부로부터 출력되는 광 중 제1 파장역의 광을 분광하여, 제1 노광 시간에 걸친 제1 스펙트럼 데이터를 취득하며, (4) 제2 분광 검출기에 의해, 광 출력부로부터 출력되는 광 중 제1 파장역과 일부 중복되는 제2 파장역의 광을 분광하여, 제2 노광 시간에 걸친 제2 스펙트럼 데이터를 취득하고, (5) 해석부에 의해, 제1 노광 시간 및 제2 노광 시간에 기초하여 제1 스펙트럼 데이터 및 제2 스펙트럼 데이터를 해석하는 구성으로 하고 있다.

상기 구성의 분광 측정 장치 및 방법에서는, 해석부에 의해, 제1 파장역과 제2 파장역이 중복되는 파장역인 공통 파장역의 광이 적분기의 광 입력부로부터 내부 공간에 입력되었을 때에, 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 공통 파장역의 포톤 수를 구하는 것과 함께, 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 공통 파장역의 포톤 수를 구하며, 이들 포톤 수, 제1 노광 시간 및 제2 노광 시간에 기초하여 제1 스펙트럼 데이터 및 제2 스펙트럼 데이터 양쪽 또는 어느 한쪽을 보정하여, 제1 파장역 및 제2 파장역 양쪽을 포함하는 전 파장역의 스펙트럼을 구하는 구성으로 해도 된다.

또한, 상기 구성의 분광 측정 장치 및 방법에서는, 해석부에 의해, 제1 파장역과 제2 파장역이 중복되는 파장역인 공통 파장역의 광이 적분기의 광 입력부로부터 내부 공간에 입력되었을 때에 취득되는, 공통 파장역에 있어서의 제1 스펙트럼 데이터 및 공통 파장역에 있어서의 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 보정치가 산출되고, 기억되는 구성으로 해도 된다.

또한, 분광 측정 장치에서는, 해석부가 제1 파장역과 제2 파장역이 중복되는 파장역인 공통 파장역에 있어서의 제1 스펙트럼 데이터 및 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 산출된 보정치를 기억하는 구성으로 해도 된다. 또한, 분광 측정 방법에서는, 해석부에 의해, 제1 파장역과 제2 파장역이 중복되는 파장역인 공통 파장역에 있어서의 제1 스펙트럼 데이터 및 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 산출된 보정치를 기억하는 구성으로 해도 된다.

상기한 보정치는 제1 스펙트럼 데이터에 있어서의 공통 파장역의 포톤 수 및 제2 스펙트럼 데이터에 있어서의 공통 파장역의 포톤 수에 기초하여 산출되어도 된다. 또한, 분광 측정 장치에서는, 해석부가 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 공통 파장역의 포톤 수를 구하는 것과 함께, 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 공통 파장역의 포톤 수도 구하며, 이들 포톤 수에 기초하여 보정치를 산출하는 구성으로 해도 된다. 또한, 분광 측정 방법에서는, 해석부에 의해, 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 공통 파장역의 포톤 수를 구하는 것과 함께, 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 공통 파장역의 포톤 수도 구하며, 이들 포톤 수에 기초하여 보정치를 산출하는 구성으로 해도 된다.

또한, 상기한 보정치는 제1 스펙트럼 데이터에 있어서의 공통 파장역의 강도 적산치 및 제2 스펙트럼 데이터에 있어서의 공통 파장역의 강도 적산치에 기초하여 산출되어도 된다. 또한, 분광 측정 장치에서는, 해석부가 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 공통 파장역의 강도 적산치를 구하는 것과 함께, 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 공통 파장역의 강도 적산치도 구하며, 이들 강도 적산치에 기초하여 보정치를 산출하는 구성으로 해도 된다. 또한, 분광 측정 방법에서는, 해석부에 의해, 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 공통 파장역의 강도 적산치를 구하는 것과 함께, 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 공통 파장역의 강도 적산치도 구하며, 이들 강도 적산치에 기초하여 보정치를 산출하는 구성으로 해도 된다.

또한, 분광 측정 장치에서는, 해석부가 보정치 및 제1 노광 시간과 제2 노광 시간에 기초하여 제1 스펙트럼 데이터 및 제2 스펙트럼 데이터 양쪽 또는 어느 한쪽을 보정하여, 제1 파장역 및 제2 파장역 양쪽을 포함하는 전 파장역의 스펙트럼을 구하는 구성으로 해도 된다. 또한, 분광 측정 방법에서는, 해석부에 의해, 보정치 및 제1 노광 시간과 제2 노광 시간에 기초하여 제1 스펙트럼 데이터 및 제2 스펙트럼 데이터 양쪽 또는 어느 한쪽을 보정하여, 제1 파장역 및 제2 파장역 양쪽을 포함하는 전 파장역의 스펙트럼을 구하는 구성으로 해도 된다.

또한, 상기 구성의 분광 측정 장치 및 방법에서는, 해석부에 의해, 여기광의 입사에 의해 발생광을 출사(出射)하는 측정 대상물이 내부 공간에 배치되어 있지 않은 상태에서, 여기광이 적분기의 광 입력부로부터 내부 공간에 입력되었을 때에, 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 여기광 파장역의 포톤 수를 구하는 것과 함께, 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 발생광 파장역의 포톤 수를 구하며, 측정 대상물이 내부 공간에 배치되어 있는 상태에서, 여기광이 적분기의 광 입력부로부터 내부 공간에 입력되었을 때에, 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 여기광 파장역의 포톤 수를 구하는 것과 함께, 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 발생광 파장역의 포톤 수를 구하며, 이들 포톤 수와 보정치, 및 제1 노광 시간과 제2 노광 시간에 기초하여 측정 대상물의 발광 효율을 평가하는 구성으로 해도 된다.

또한, 상기 구성의 분광 측정 장치 및 방법에서는, 제2 파장역이 제1 파장역보다도 장파장이며, 제2 노광 시간이 제1 노광 시간보다도 긴 구성으로 해도 된다.

또한, 상술한 수학식 (1) 혹은 수학식 (2), 수학식 (3), 수학식 (5)에 있어서, 제1 분광 검출기(41)에 대해서, 측정 대상물을 배치하는 경우의 노광 시간 T_S1 대신에, 측정 대상물을 배치하지 않는 경우의 노광 시간 T_R1을 이용해도 된다. 그 경우, 제2 분광 검출기(42)에 대해서, 측정 대상물을 배치하는 경우의 노광 시간 T_S2 대신에, 측정 대상물을 배치하지 않는 경우의 노광 시간 T_R2를 이용한다.

산업상의 이용 가능성

본 발명은 보다 넓은 파장역의 피측정광을 분광 측정할 수 있는 분광 측정 장치 및 분광 측정 방법으로서 이용 가능하다.

1, 1A, 1B, 2, 3…분광 측정 장치, 10…광원,
11…입력용 광 가이드, 20…적분기,
21…내부 공간, 22…광 입력부,
23…광 출력부, 24…시료 장착부,
25…필터 장착부, 31…제1 출력용 광 가이드,
32…제2 출력용 광 가이드, 41…제1 분광 검출기,
42…제2 분광 검출기, 43, 44…필터 장착부,
50…해석부, 51…표시부,
52…입력부, 60…필터 세트,
61…필터부.

Claims (14)

1. 측정 대상물이 배치되는 내부 공간과, 외부로부터 광을 상기 내부 공간에 입력하는 광 입력부와, 상기 내부 공간으로부터 광을 외부로 출력하는 광 출력부를 가지는 적분기와,
   상기 광 출력부로부터 출력되는 광 중 제1 파장역(波長域)의 광을 분광하여, 제1 노광 시간에 걸친 제1 스펙트럼 데이터를 취득하는 제1 분광 검출기와,
   상기 광 출력부로부터 출력되는 광 중 상기 제1 파장역과 일부 중복되는 제2 파장역의 광을 분광하여, 제2 노광 시간에 걸친 제2 스펙트럼 데이터를 취득하는 제2 분광 검출기와,
   상기 제1 노광 시간 및 상기 제2 노광 시간에 기초하여 상기 제1 스펙트럼 데이터 및 상기 제2 스펙트럼 데이터를 해석하는 해석부를 구비하는 분광 측정 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 해석부가 상기 제1 파장역과 상기 제2 파장역이 중복되는 파장역인 공통 파장역에 있어서의 상기 제1 스펙트럼 데이터 및 상기 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 산출된 보정치를 기억하는 분광 측정 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 해석부는 상기 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 상기 공통 파장역의 포톤(photon) 수를 구하는 것과 함께, 상기 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 상기 공통 파장역의 포톤 수도 구하며, 이들 포톤 수에 기초하여 상기 보정치를 산출하는 분광 측정 장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 해석부는 상기 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 상기 공통 파장역의 강도 적산치(積算値)를 구하는 것과 함께, 상기 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 상기 공통 파장역의 강도 적산치도 구하며, 이들 강도 적산치에 기초하여 상기 보정치를 산출하는 분광 측정 장치.
5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 해석부는 상기 보정치 및 상기 제1 노광 시간과 상기 제2 노광 시간에 기초하여 상기 제1 스펙트럼 데이터 및 상기 제2 스펙트럼 데이터 중 적어도 한쪽을 보정하여, 상기 제1 파장역 및 상기 제2 파장역 양쪽을 포함하는 전(全) 파장역의 스펙트럼을 구하는 분광 측정 장치.
6. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 해석부가,
   여기광(勵起光)의 입사에 의해 발생광을 출사(出射)하는 측정 대상물이 상기 내부 공간에 배치되어 있지 않은 상태에서, 상기 여기광이 상기 적분기의 상기 광 입력부로부터 상기 내부 공간에 입력되었을 때에, 상기 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 여기광 파장역의 포톤 수를 구하는 것과 함께, 상기 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 발생광 파장역의 포톤 수를 구하고,
   상기 측정 대상물이 상기 내부 공간에 배치되어 있는 상태에서, 상기 여기광이 상기 적분기의 상기 광 입력부로부터 상기 내부 공간에 입력되었을 때에, 상기 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 여기광 파장역의 포톤 수를 구하는 것과 함께, 상기 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 발생광 파장역의 포톤 수를 구하며,
   이들 포톤 수와 상기 보정치, 및 상기 제1 노광 시간과 상기 제2 노광 시간에 기초하여 상기 측정 대상물의 발광 효율을 평가하는 분광 측정 장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 파장역은 상기 제1 파장역보다도 장파장이며,
   상기 제2 노광 시간은 상기 제1 노광 시간보다도 긴 분광 측정 장치.
8. 측정 대상물이 배치되는 내부 공간과, 외부로부터 광을 상기 내부 공간에 입력하는 광 입력부와, 상기 내부 공간으로부터 광을 외부로 출력하는 광 출력부를 가지는 적분기를 이용하여, 분광 측정을 행하는 방법으로서,
   광을 상기 적분기의 상기 광 입력부로부터 상기 내부 공간에 입력시키고,
   제1 분광 검출기에 의해, 상기 광 출력부로부터 출력되는 광 중 제1 파장역의 광을 분광하여, 제1 노광 시간에 걸친 제1 스펙트럼 데이터를 취득하며,
   제2 분광 검출기에 의해, 상기 광 출력부로부터 출력되는 광 중 상기 제1 파장역과 일부 중복되는 제2 파장역의 광을 분광하여, 제2 노광 시간에 걸친 제2 스펙트럼 데이터를 취득하고,
   해석부에 의해, 상기 제1 노광 시간 및 상기 제2 노광 시간에 기초하여 상기 제1 스펙트럼 데이터 및 상기 제2 스펙트럼 데이터를 해석하는 분광 측정 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 해석부에 의해, 상기 제1 파장역과 상기 제2 파장역이 중복되는 파장역인 공통 파장역에 있어서의 상기 제1 스펙트럼 데이터 및 상기 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 산출된 보정치를 기억하는 분광 측정 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 해석부에 의해, 상기 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 상기 공통 파장역의 포톤 수를 구하는 것과 함께, 상기 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 상기 공통 파장역의 포톤 수도 구하며, 이들 포톤 수에 기초하여 상기 보정치를 산출하는 분광 측정 방법.
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 해석부에 의해, 상기 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 상기 공통 파장역의 강도 적산치를 구하는 것과 함께, 상기 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 상기 공통 파장역의 강도 적산치도 구하며, 이들 강도 적산치에 기초하여 상기 보정치를 산출하는 분광 측정 방법.
12. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해석부에 의해, 상기 보정치 및 상기 제1 노광 시간과 상기 제2 노광 시간에 기초하여 상기 제1 스펙트럼 데이터 및 상기 제2 스펙트럼 데이터 중 적어도 한쪽을 보정하여, 상기 제1 파장역 및 상기 제2 파장역 양쪽을 포함하는 전 파장역의 스펙트럼을 구하는 분광 측정 방법.
13. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해석부에 의해서,
    여기광의 입사에 의해 발생광을 출사하는 측정 대상물이 상기 내부 공간에 배치되어 있지 않은 상태에서, 상기 여기광이 상기 적분기의 상기 광 입력부로부터 상기 내부 공간에 입력되었을 때에, 상기 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 여기광 파장역의 포톤 수를 구하는 것과 함께, 상기 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 발생광 파장역의 포톤 수를 구하고,
    상기 측정 대상물이 상기 내부 공간에 배치되어 있는 상태에서, 상기 여기광이 상기 적분기의 상기 광 입력부로부터 상기 내부 공간에 입력되었을 때에, 상기 제1 스펙트럼 데이터에 기초하여 여기광 파장역의 포톤 수를 구하는 것과 함께, 상기 제2 스펙트럼 데이터에 기초하여 발생광 파장역의 포톤 수를 구하며,
    이들 포톤 수와 상기 보정치, 및 상기 제1 노광 시간과 상기 제2 노광 시간에 기초하여 상기 측정 대상물의 발광 효율을 평가하는 분광 측정 방법.
14. 청구항 8 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 파장역은 상기 제1 파장역보다도 장파장이며,
    상기 제2 노광 시간은 상기 제1 노광 시간보다도 긴 분광 측정 방법.

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