专利名称：包括半球型的积分球的光学测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及包含用于使光均勻化的半球型的积分球的光学测量装置，尤其是涉及能够使积分效率提高的结构。
背景技术：
近年来，LED (Light Emitting Diode)、EL (ElectroLuminescence)等新光源的开发正在急速发展。作为用于评价这样的光源的指标，采用称作光源的总光通量、光色这样的指标。特别是，光源的总光通量不仅是该光源的输出(lm 流明)的重要指标，在谋求照明效率(lm/W)方面也是重要的指标。作为用于测量这样的光源的总光通量的方法，采用在中空的球的内壁上涂覆有硫酸钡等漫反射材料的积分球(球形光通量计)。在采用该积分球的情况下，通过在该积分球的中心点亮光源而使自该光源放射出的光均勻化，根据该均勻化后的光的照度来计算总光通量。在采用这样的积分球的以往的总光通量的测量方法中，用于将测量对象的光源固定在积分球的中心的辅具(jig)的光吸收和光源自身的自吸收成为误差的主要原因。因此，也提出了用于补正这样的误差的方法，但仅凭这样的补正，难以高精度地测量下述光源像高输出功率LED等那样的、点亮电路和放热、冷却器件被一体化了的光源；EL或背光灯(back light)等与光学系统成一体的面光源。作为用于解决这样的课题的方法，提出了日本特开平06-167388号公报中公开那样的半球型的积分球。另外，作为用于评价荧光灯、显示器等所用的荧光体的指标，逐渐采用量子效率。 另外，作为用于测量量子效率的典型的方法，在“大久保、重田、‘NBS标准荧光体的量子效率的测量’、照明学会志、社团法人照明学会、1999年、第83卷、第2号、P. 87-93”和日本特开平10493063号公报中公开了用于测量荧光体的量子效率的光学系统。在测量这样的量子效率的情况下，也可以采用上述那样的半球型的积分球。更加详细而言，日本特开平06-167388号公报中公开的半球型的积分球由半球部和平面镜构成，该半球部在内壁上具有由硫酸钡等漫反射材料构成的漫反射层，该平面镜用于将光正反射(镜面反射)。在测量光源的总光通量的情况下，将测量对象的光源安装在平面镜的面上且位于半球部的曲率中心的位置。这时，利用半球部和由平面镜所产生的半球部的虚像来形成假想性的、球状的积分空间。用于点亮测量对象的光源的电路、用于固定测量对象的光源的辅具等由于相对于平面镜位于与半球部相反的一侧，因此，能够使电路和辅具不位于该假想性的积分空间内。 因此，在原理上能够避免由上述的电路、辅具等引起的光吸收的误差。另外，在面光源为测量对象的情况下，通过以仅使发光部分自平面镜的窗暴露出的方式安装面光源，能够避免由该测量对象的不发光的部分引起的光吸收的影响。另外，在U.S. Patent Application Publication US2005/0156103 Al 中公开了一
4种能够组合来自多个光源的不同波长的长度的能量的积分室。该积分室不过是将来自光源的光混合，并不能将在测量总光通量时所需的光均勻化。如上所述，在半球型的积分球中，测量对象的光通过依次经由形成于半球部的内壁上的漫反射层和平面镜反射而被均勻化。因此，需要在半球部的内壁和平面镜各自的反射面上使用在测量对象的光所包含的所有波长区域具有相对较高的反射率的材质。但是，平面镜所使用的材质中的、尤其是在波长较短的紫外波长区域等具有相对较高反射率的材质的价格比较高。因此，存在如下问题若要实现更高的积分效率，则平面镜的成本提高，另一方面，若要降低成本，则积分效率会降低。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而做成的，其目的在于提供一种能够实现更高的积分效率且降低了成本的光学测量装置。本发明的光学测量装置包括在内壁上具有漫反射层的半球部；通过半球部的实际的曲率中心，且配置为封闭半球部的开口部的、在半球部的内表面侧具有反射层的平面部。平面部包括用于将要在形成于半球部与平面部之间的积分空间内被均勻化的光导入该积分空间内的窗和用于抽出在积分空间内被均勻化后的光的窗中的至少一种窗。平面部还包括自平面部与半球部的内壁相接触的最外周起至少占有规定宽度的区域的、由主要产生正反射的第1材质构成的外周部；由与第1材质相比至少在紫外波长区域具有更高的反射率且主要产生漫反射的第2材质构成的、占有外周部的内侧的区域的内周部。优选的是，将内周部的范围设定为实际上能够忽略内周部与半球部的内壁之间的光吸收产生的影响的范围。优选的是，将内周部的范围设定为使积分空间内的光吸收率在规定值以下的范围。优选的是，规定值为10%。优选的是，将内周部配置在具有下述半径的圆的内部，上述半径具有从半球部的实际的曲率中心到最外周的距离的50% 70%的长度。优选的是，内周部是以上述圆为外接圆的多边形。优选的是，将内周部设定为具有最外周内的面积的25% 50%的面积。优选的是，外周部由金属蒸镀镜构成，内周部由聚四氟乙烯烧结体或者硫酸钡构成。优选的是，平面部还包括能够将作为测量对象的光源安装为朝向半球部的内壁照射其所产生的光通量的第1窗，光学测量装置包括通过半球部或者平面部的第2窗测量半球部的内壁上的照度的检测器；配置在自第1窗至第2窗的路径上的遮蔽部。优选的是，平面部还包括设在半球部的实际的曲率中心附近的第1窗和设在自第 1窗离开规定距离的位置的第2窗，光学测量装置包括通过第1窗照射激励光的光源；通过第2窗测量半球部的内壁上的光谱的分光器；运算处理部，其根据第1光谱和第2光谱来计算测量对象的量子效率，该第1光谱是在对以使至少一部分在半球部内暴露出的方式配置的测量对象照射光源的激励光时由分光器测量的光谱；该第2光谱是在对代替测量对象配置的、具有已知的反射率特性或者透射率特性的标准体照射光源的激励光时由分光器测量的光谱。根据本发明的光学测量装置，能够实现更高的积分效率且降低成本。对于本发明的其他目的、特征、技术方案以及优点，通过与附图相关联地理解出的本发明的接下来的详细说明能够明确。
图1表示本发明的实施方式的半球型的积分球的剖视图的一例。图2表示平面部所使用的材质的反射率的波长特性。图3示意性地表示构成本发明的实施方式的半球型的积分球的平面部。图4A和图4B示意性地表示光在半球部与平面部的连接部附近的动作的一例。图5表示用于评价本发明实施方式的半球型的积分球的平面部的非镜面反射区域对积分功能的影响的模型。图6表示在图5所示的模型中计算出的、被非镜面反射区域遮蔽的光通量的比例与非镜面反射区域的半径相对于平面部的半径的比率的关系。图7表示在图5所示的模型中计算出的、被非镜面反射区域遮蔽的光通量的比例与非镜面反射区域的面积相对于平面部的面积的比率的关系。图8示意性地表示构成本发明的实施方式的半球型的积分球的平面部的变化。图9示意性地表示构成本发明的实施方式的半球型的积分球的平面部的变化。图10表示本发明的实施方式的适用例1的光学测量装置的结构。图11是表示采用本发明的实施方式的适用例1的光学测量装置来测量光源的总光通量的处理顺序的流程图。图12表示本发明的实施方式的适用例2的光学测量装置的结构。图13表示在图12所示的光学测量装置中提供的假想性的积分空间。图14A和图14B是用于说明本发明的实施方式的适用例2的量子效率的测量原理的图。图15是表示采用本发明的实施方式的适用例2的光学测量装置来测量试样的量子效率的处理顺序的流程图。图16表示本发明的实施方式的适用例3的光学测量装置的结构。
具体实施例方式参照附图详细说明本发明的实施方式。另外，对于图中相同或相当的部分标注相同的附图标记，不再重复其说明。<Α·概要 >本实施方式的光学测量装置包括半球型的积分球。该半球型的积分球由在内壁上具有漫反射层的半球部和配置为封闭半球部的开口部的平面部构成。该平面部通过半球部的实际的曲率中心，且至少在半球部的内表面侧具有反射层。在该半球部与平面部之间形成有积分空间。即，在半球部与平面部之间呈现的像 (实像)通过被平面部反射而呈现为虚像。通过将该实像与虚像合成，能够提供与以往的全球型的积分球实质上相同的积分空间。
另外，如后所述，根据用途，在平面部上包括用于将要在形成于半球部与平面部之间的积分空间内被均勻化的光导入该积分空间内的窗和用于抽出在积分空间内被均勻化后的光的窗中的至少一种窗。另外，根据用途的不同，有时也在半球部的一部分上设置窗。尤其是，在本实施方式的半球型的积分球中，并不是在整个平面部采用产生镜面反射(正反射)的镜，而是在平面部的外周侧(以下也称为“外周部”)采用产生正反射的材质，并且，在平面部的内周侧(以下也称为“内周部”)采用与该外周部的材质相比至少在紫外波长区域具有更高的反射率的材质。如后所述，与在外周部所采用的材质相比较，在内周部采用的材质价格便宜且在紫外波长区域的反射率也较高。但是，由于在这样的材质的表面上会产生漫反射，因此，为了实现作为积分球的更适当的功能，需要恰当地选择外周部和内周部的范围(位置、区域、 大小等)。如此，通过分别采用适当的材质将外周部和内周部配置在适当的范围内，能够在降低成本的同时提供一种积分效率高(光吸收少)的半球型的积分球。<B.积分球的概要>首先，参照图1来说明本实施方式的半球型的积分球。本实施方式的半球型的积分球40包括半球部1和配置为封闭该半球部1的开口部的圆板状的平面部10。半球部1在内表面(内壁)上具有漫反射层la。该漫反射层Ia 代表性地是通过涂敷或喷涂聚四氟乙烯(PTFE :polytetrafluoroethylene)烧结体、硫酸钡等漫反射材料而形成。平面部10配置为通过半球部1的实际的曲率中心。另外，半球部1的曲率中心代表性地是指半球部1的内表面侧的曲率中心0。另外，至少在平面部10的半球部1的内表面侧形成有反射面。图1表示采用半球型的积分球40测量来自作为测量对象的光源SMPl的总光通量时的结构例。在该结构例中，在平面部10上形成有能够连通半球部1的内表面侧和外部之间的光源窗2。光源窗2是用于将要在形成于半球部1与平面部10之间的积分空间内被均勻化的光导入该积分空间内的窗。即，能够将作为测量对象的光源SMPl以朝向半球部1的内壁照射其所产生的光通量的方式安装在光源窗2上。另外，半球部1具有用于测量半球部1的内壁上的照度的观测窗6。在该观测窗6 上连接有受光部7，利用未图示的检测器来检测半球部1的内壁上的照度。此外，在半球型的积分球40的内部设有遮蔽部(隔板baff Ie) 8，该遮蔽部8设在光源SMPl的发光面与观测窗6之间。该隔板8用于减小来自光源SMPl的光通量直接通过观测窗6而向检测器入射所引起的误差。在图1所示的结构中，在将自光源SMPl照射出的总光通量设为Φ的情况下，在形成于半球部1与平面部10之间的积分空间内被均勻化而获得的照度可以以下式来表达。 即，由受光部7测量出的受光面照度fe如⑴式所示。Ea = Φ/(4 3 . r2) {Ρ / (I-P ) + Ρμ · ρ / (1-ρΜ · ρ )} . · · (1)其中，r 半球部1的半径ρ :半球部1的漫反射层Ia的平均反射率
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ρ M 平面部10的平均反射率根据上述(1)式明显可知，半球部1的漫反射层Ia的平均反射率P和平面部10 的平均反射率P 的值越大，越能够加大受光面照度fe的绝对值。因此，优选半球部1的漫反射层Ia和平面部10的反射层的反射率为大概0. 95以上。图2表示对平面部10的反射层所采用的、铝蒸镀镜(AL蒸镀镜)和对铝蒸镀镜实施了涂敷处理后的高反射处理镜这两者的反射率进行比较。铝蒸镀镜在包括紫外波长区域和可视波长区域的、350nm 650nm的波长区域内维持0. 85 0. 9的反射率。与之相对，高反射处理镜在可视波长区域维持大概0. 95以上的反射率，但在紫外波长区域其反射率极端地下降。即，作为高反射处理镜的可使用范围， 大概为450nm 750nm。另外，半球部1的漫反射层Ia所采用的聚四氟乙烯(PTFE)烧结体、硫酸钡等能够在从紫外波长区域到可视波长区域的大致整个区域实现0. 95左右的反射率。根据图2所示的反射率的波长特性，在自作为测量对象的光源SMP 1主要照射出可视波长区域的光通量的情况下，通过采用高反射处理镜作为平面部10，能够提高积分效率。但是，在自作为测量对象的光源SMPl照射出的光通量中包含有紫外波长区域的成分的情况下，不能采用高反射处理镜作为平面部10而只能采用铝蒸镀镜作为平面部10。 结果，与采用高反射处理镜作为平面部10的情况相比，平面部10的反射率变低，因此，存在积分效率、即由受光部7测量出的受光面照度fe的绝对值降低这一问题。因此，在本实施方式的半球型的积分球40中，用以下部分构成平面部10 由产生正反射的材质构成的部分(外周部)和由与外周部相比至少在紫外波长区域具有更高的反射率的材质构成的部分(内周部)。参照图3，平面部10包括外周部12和内周部14，上述外周部12自平面部10与半球部1的内壁(漫反射层la)相接触的最外周起至少占有规定宽度的区域；上述内周部14 占有外周部12的内侧的区域。外周部12由金属蒸镀镜(典型的是铝蒸镀镜)构成，主要用于将入射的光正反射。内周部14与外周部12相比至少在紫外波长区域具有更高的反射率，且主要用于将入射的光漫反射。典型地，内周部14与半球部1的漫反射层Ia都由聚四氟乙烯(PTFE)烧结体、硫酸钡等构成。另外，作为这样的聚四氟乙烯(PTFE)烧结体，最好采用美国的 Labsphere，Inc.的Spectralon 。<C.平面部 >对于构成图3所示的平面部10的外周部12和内周部14，需要适当地设计其范围 (位置、区域、大小等)。下面来说明如何设计外周部12和内周部14。关于外周部12和内周部14的设计，需要考虑以下两个因素。(1)使积分球整体的积分效率在预先设定的设计值以上(2)使在内周部14产生的漫反射不对积分球的性能产生影响S卩，若基于(1)的因素，优选内周部14所占的范围越大越好。另一方面，若基于 ⑵的因素，优选内周部14所占的范围越小越好。因此，要满足⑴和(2)的因素地设计平面部10。(Cl.最外周部的光吸收)
作为上述(1)的因素，对于半球部1与平面部10的连接部附近(最外周部)的光吸收进行考察。图4A表示由正反射构件构成平面部10的情况，图4B表示由漫反射构件构成平面部10的情况。如图4A所示，在由正反射构件构成平面部10的情况下，任意的光入射到平面部10 都会以与该入射角相同的出射角反射。因此，即使光在半球部1的漫反射层Ia被漫反射， 也会被向与向平面部10入射的方向相反的方向反射，因此，无法将光封入半球部1与平面部10的连接部附近。与之相对，如图4B所示，在由漫反射构件构成平面部10的情况下，任意的光入射到平面部10，都会在以与该入射角相应的方向为中心的多个方向上产生反射光。另外，光在半球部1的漫反射层Ia也会被漫反射。因此，一部分光能在半球部1与平面部10之间产生多重反射。如此，在由漫反射构件构成平面部10的情况下，光被封入半球部1与平面部 10的连接部附近，结果，在该连接部附近产生光吸收。因此，将外周部12设计为至少自平面部10与半球部1的内壁相接触的最外周起占有规定宽度的区域。换言之，将内周部14的范围设定为实际上能够忽略内周部14与半球部1的内壁之间的光吸收所产生的影响。 (c2.积分效率/吸收率)作为上述(1)的因素应该考虑的一点是，设定外周部12与内周部14的比率，使得形成在半球部1与平面部10之间的积分空间内的光吸收率为规定值以下。由于图2所示的铝蒸镀镜的反射率为0.9(90% )左右，因此，优选设计为使积分空间内的光吸收率至少为10%以下。换言之，优选使自测量对象的光源射出的总光通量中的90%以上呈现为半球部1 的内壁的照度。(c3.平面部的非镜面反射区域对积分功能的影响)作为上述(1)和(2)的因素，对形成在平面部10上的非镜面反射区域对积分功能的影响进行考察。在半球型的积分球的情况下，若平面部10上的非镜面反射区域(内周部14或者光源SMP1)所占的比例变大，则不产生作为虚像的光通量的比例变大，导致光学性的积分球无法成立。即，在非镜面反射区域如内周部14等那样为产生漫反射的构件的情况下，无法呈现出准确的虚像。另外，在非镜面反射区域如光源SMPl等那样为吸收光那样的构件的情况下，不仅无法呈现出虚像，积分效率也会降低。在此，参照图5考察由非镜面反射区域以虚像形式产生的影的情况。图5表示在半球部1的漫反射层Ia的任意位置产生的各反射光被平面部10的非镜面反射区域遮蔽而产生的影S和S’。另外，平面部10是以半球部1的曲率中心0为中心的半径r的圆，平面部10的非镜面反射区域是以半球部1的曲率中心0为中心的半径rs 的圆。如图5所示，由平面部10的非镜面反射区域所产生的影中最大的影是平面部10的非镜面反射区域的铅垂方向上的、由在半球部1的壁面上的点A处产生的反射光所形成的
影So此外，以影S为基准，相对于平面部10的非镜面反射区域的铅垂方向呈角度β的、由在半球部1的壁面上的点A’处产生的反射光所形成的影S’为S’ = S · cos β。如果将非镜面反射区域的端部的铅垂角设为θ，则半球部1的内表面侧的曲率中心0相对于球帽状的非镜面反射区域的影所成的立体角cos能够以( 式来表达。ω3 = 2 π ‘ (1-cos 2 θ ). . . (2)由于由实像和虚像构成的积分空间内的、半球部1的曲率中心0的全立体角为 4 π，因此，由非镜面反射区域产生的影S(与由A的反射光产生的影相对应的球帽)相对于积分空间的内面积的比例R为cos/4 π。因此，与平面部10的非镜面反射区域的铅垂方向呈角度β的、由在半球部1的壁面上的点Α’处产生的反射光所形成的影S’相对于积分空间的内面积的比例R(3)可以以⑶式来表达。R(^) = (ω5/4 3 ) · cos^ . . . (3)在半球部1的漫反射层Ia进行完全漫反射时，漫反射层Ia的反射光的配光完全漫反射。因此，如果半球部1的壁面上的点A和点A’均产生相同的反射光，则用角度β对 (3)式进行积分的所得为以积分空间的内表面积为基准的、产生的影的面积的比率。图6表示在图5所示的模型中计算出的、被非镜面反射区域遮蔽的光通量的比例与非镜面反射区域的半径rs相对于平面部的半径r的比率的关系。图7表示在图5所示的模型中计算出的、被非镜面反射区域遮蔽的光通量的比例与非镜面反射区域的面积相对于平面部的面积的比率的关系。另外，被非镜面反射区域遮蔽的光通量的比例相当于非镜面反射区域的面积相对于积分空间的内表面积的比率。例如，考虑平面部10的非镜面反射区域的半径平面部10的半径r的60% (平面部10的非镜面反射区域的面积为平面部10的面积的36% )的情况。在这种情况下， 在非镜面反射区域的反射率为约0. 95时，与不存在该非镜面反射区域的情况相比，能够将由非镜面反射区域的影引起的半球部1的壁面的照度下降的程度抑制为以下。通过以具有这样的设计值的方式来构成平面部10，能够使积分球的性能不恶化地提高积分球整体的积分效率。另外，在上述情况下，在非镜面反射区域安装有作为测量对象的光源SMPl且该光源SMPl的反射率为零的情况(将入射的光全部吸收的情况)下，与不存在该非镜面反射区域的情况相比，由非镜面反射区域的影引起的半球部1的壁面上的照度的下降约为12%。 即，如图6和图7所示，被非镜面反射区域遮蔽的光通量的比例为0. 12。因此，如图6所示，优选将平面部10的非镜面反射区域的半径rs的范围设计在以平面部10的半径r的60%为中心士 10%左右的范围、即约为平面部10的半径r的50% 70 %的范围内。换言之，内周部14优选配置在具有下述半径(半径rs)的圆的内部，上述半径为从半球部1的实际的曲率中心0到最外周的距离(半径r)的约50% 70%的长度。或者，如图7所示，将非镜面反射区域的面积相对于平面部10的面积的比率设计在以36%为中心的大概士 15%左右的范围、即约为25% 50%的范围内。换言之，内周部 14优选设定为具有平面部10的最外周内的面积的约25% 50%的面积。作为典型的设计例，在从半球部1的实际的曲率中心0到最外周的距离为约 70mm(2. 75英尺)的情况下，可以使内周部14的半径为约42mm(l. 65英尺)。<D.变化〉在上述图3所示的平面部10的基础上，若满足C.项中考察的两个因素，则外周部12和内周部14可以采用任意的形状。图8和图9示意性地表示构成本发明的实施方式的半球型的积分球40的平面部 10的变化。图8表示构成为内周部14的重心与平面部10的中心0 —致的例子，图9表示构成为内周部14的重心与平面部10的中心0不同的例子。作为一例，优选将图8的(b)所示的正方形的内周部14、图8的(c)所示的正六边形的内周部14、图8的(e)所示的正三角形的内周部14、图8的(f)所示的正五边形的内周部14、图8的(g)示的正七边形的内周部14以及图8的(i)所示的正八边形的内周部14设计为以图8的(a)所示的圆形的内周部14为外接圆那样的尺寸。S卩，上述多边形的内周部14可以构成为与具有平面部10的半径r的50% 70%的半径rs的圆内接。另外，如图9所示，也可以构成为内周部14的重心与平面部10的中心0不同。另外，内周部14的形状有时也设计为与测量对象的大小、形状相适合。即，本实施方式的半球型的积分球40能够适用于各种光学测量方法，根据适用的测量方法的不同，有时需要将测量对象的光源等配置为在半球内暴露出。在该情况下，还设想出如下一种使用方式使外周部12与内周部14能够分离，去除整个内周部14或者内周部14的一部分而安装测量对象的光源。<Ε·适用例 1>接下来，说明采用本实施方式的半球型的积分球40测量自测量对象的光源放射出的总光通量时的结构。在测量该总光通量时，基本上构成与图1相同的光学测量装置。但是，在以下的说明中例示出具有用于补正光源等的光吸收的机构的结构。参照图10，构成光学测量装置100的半球型的积分球40基本上与图1所示的半球型的积分球相同，不同之处在于用于朝向半球部1的内表面侧照射用来测量自吸收的光通量的开口即照明窗4设在平面部10上。在平面部10的外侧以与照明窗4相连通的方式配置有用于收纳补正光源M的光源收纳部22。如后所述，补正光源M是用于计算由测量对象的光源SMPl的光吸收引起的补正系数的、自吸收测量用的光源。下面，为了与由光源 SMPl产生的光通量区分开，将由补正光源M产生的光通量也称为“补正光通量”。光学测量装置100通过借助观测窗6和受光部7来检测半球部1的内壁上的照度， 从而计算出光源SMPl的自吸收补正系数，并且光学测量装置100包括用于测量光源SMP 1 的总光通量的检测运算部50。接下来，对于采用光学测量装置100来测量光源SMPl的总光通量的处理顺序进行说明。参照图11，首先，用户在光源窗2上安装校正用镜(步骤S100)，使补正光源M发光(步骤S102)。然后，用户向检测运算部50输入表示“在光源窗2上安装有校正用镜，且仅补正光源M处于发光状态”的选择指令。这样，检测运算部50将此时由受光部7检测出的照度作为输出值io暂时存储起来(步骤S104)。另外，也可以将构成平面部10的整个内周部14作为校正用镜。S卩，也可以将内周部14设计为具有与测量对象的光源SMPl (光源窗2、相同的截面形状，将安装有内周部14 的状态作为“在光源窗2上安装有校正用镜的状态”。接着，用户在光源窗2上安装测量对象的光源SMPl (步骤S106)，使补正光源M发光(步骤S108)。然后，用户向检测运算部50输入表示“在光源窗2上安装有测量对象的光源SMP1，且仅补正光源M处于发光状态”的选择指令。这样，检测运算部50将此时由受光部7检测出的照度作为输出值il暂时存储起来(步骤S110)。然后，检测运算部50通过用输出值I1除以输出值、而计算出自吸收补正系数 α (步骤S112)。检测运算部50将该计算出的自吸收补正系数α存储起来。接着，在光源窗2上安装有测量对象的光源SMPl的状态下，用户使补正光源M处于非发光状态且使测量对象的光源SMPl发光(步骤S114)。然后，用户向检测运算部50输入表示“在光源窗2上安装有测量对象的光源SMP1，且仅测量对象的光源SMPl处于发光状态”的选择指令。这样，检测运算部50计算出此时由受光部7检测出的照度即输出值id乘以在步骤S112中计算出的自吸收补正系数α所得的值，且将该值作为表示测量对象的光源SMPl的总光通量的相对值输出(步骤S116)。然后结束处理。〈F.适用例 2>接下来，对于采用本实施方式的半球型的积分球40来测量测量对象的量子效率时的结构进行说明。该量子效率是指荧光发光的光量子数相对于被测量对象(典型的为荧光体)吸收的光量子数的比例。参照图12，构成光学测量装置200的半球型的积分球40包括半球部1和配置为封闭该半球部1的开口部的圆板状的平面部10。平面部10具有能够连通半球部1的内表面侧与外部之间的光源窗17和观测窗18。S卩，光源窗17形成在包含半球部1的实际的曲率中心0的区域。另外，观测窗18是用于测量半球部1的内壁上的照度的开口，设在自光源窗17向外周侧离开规定距离的位置。光学测量装置200包括用于对试样SMP2或标准体RE F2 (透射率特性已知)照射激励光的光源60和用于测量试样SMP2的量子效率的分光运算部70。由光源60生成的激励光通过光源窗17沿与平面部10的法线一致的光轴Αχ3照射。该激励光透过安装在光源窗17上的试样SMP2或者标准体REF2。作为该激励光，在低压水银荧光灯的情况下，采用200 400nm的紫外单色光，在LED(LightEmitting Diode) 的领域中，采用300 600nm的紫外或可视单色光等。在平面部10的外侧以与观测窗18相连通的方式配置有用于检测半球部1的内壁上的光谱的受光部26。在受光部沈的覆盖观测窗18的壳体^a内插入有用于向分光运算部70引导光的光纤26d和与光纤26d相连接的光纤端部^b。另外，在壳体^a内设有反射部^c，该反射部26c用于将通过观测窗18入射的光的传播方向变换约90°后向光纤端部26b引导。分光运算部70用于检测由光纤^d导入的光的光谱。典型地，分光运算部70包括衍射光栅和与衍射光栅的衍射方向相关联安的直线传感器等，用于将输入的光的各个波长的强度输出。安装在图12所示的半球型的积分球40内的试样SMP2或者标准体REF2所发出的荧光也如上述那样地呈现出实像和虚像。即，如图13所示，在假想的积分空间内配置有两个试样SMP2或者标准体REF2。参照图14A，例如在对作为荧光体的试样SMP2照射激励光Ll时，激励光Ll的一部分(光量子)被吸收而用于荧光发光，并且其余的激励光Ll在试样SMP2的表面被反射。 在此，将激励光Ll的波长范围设为 λ 1Η，将由试样SMP2产生的荧光成分的波长范围设为λ% λ2Η。另外，通常来说，激励光L 1为紫外线，荧光为可视光线，因此，波长范围 λι λ 1Η与波长范围λ% λ 2Η不会重复。因此，在分光运算部70中，通过选择性地抽出测量出的光谱中的与各个波长范围相对应的成分，能够将激励光Ll与荧光这两者分离。在此，将激励光Ll的光谱设为( λ )。另外，将通过照射激励光Ll而由试样SMP2 产生的荧光成分的光谱设为Ρ( λ )，将被试样SMP2反射的反射光成分的光谱设为R(A )。 即，荧光成分的光谱Ρ(λ)相当于在安装有试样SMP 2的情况下由分光运算部70测量出的光谱Εω(λ)的与荧光相对应的波长范围 λ2Η)的成分，反射光成分的光谱R(X) 相当于由分光运算部70测量出的光谱Εω(λ)的与激励光L 1相对应的波长范围 λ1Η)的成分。另外，如图14Β所示，在将标准体REF2的反射率特性设为Ps(A)时，通过对标准体REF2照射具有光谱的激励光L 1而测量出的光谱为Ε(2) (λ) = ρ8(λ) -E0(A)o 利用该式，激励光L 1的光谱可以以(4)式来表达。Εο(λ) = E⑵(λ)/ρ“λ) …⑷另外，如图14Α所示，自激励光Ll的光谱中去掉被试样SMP2反射的反射光成分的光谱R(X)后的成分(光量子)可以视作被试样SMP2吸收的成分。因此，为了将光谱(放射能量)转换为光量子数，在用光谱除以hc/λ (其中，h 普朗克常数、c:光速)时，被试样SMP2吸收的光量子数Ab可以用(5)式来表达。其中，k =
1/hcoAb:k.广五⑴⑷}拟...(5)
Au [ρ8{λ) J另外，荧光的光量子数Pph可以用(6)式来表达。/^Zz = A:.广“义·五⑴⑷说...(6)因此，试样SMP2的内部量子效率QEin可以用(7)式来表达。QEin = Pph/Ab. . . (7)在像上述那样采用光学测量装置200测量量子效率时，根据第1光谱(Εω(λ)) 和第2光谱(Ε (λ))来计算试样SMP 2的量子效率，该第1光谱(Εω(λ))为在对以至少一部分在半球部1内暴露出的方式配置的作为测量对象的试样SMP2照射光源60的激励光时由分光运算部70测量出的光谱；该第2光谱(Ε (λ))为对代替试样SMP2配置的、具有已知的反射率特性或者透射率特性的标准体REF2照射光源60的激励光时由分光运算部 70测量出的光谱。接下来，对于采用光学测量装置200来测量试样SMP2的量子效率的处理顺序进行说明。参照图15，首先，用户在光源窗17上安装试样SMP2(步骤S200)，使光源60开始照射激励光且使分光运算部70开始测量(步骤S2(^)。用户向分光运算部70输入表示“在光源窗17上安装有试样SMP2”的选择指令。分光运算部70将此时测量出的光谱Ε(1) (λ) 暂时存储起来(步骤S204)。接着，用户在光源窗17上安装标准体REF2 (步骤S206)，使光源60开始照射激励光且使分光运算部70开始测量(步骤S208)。用户向分光运算部70输入表示“在光源窗17上安装有标准体REF2”的选择指令。分光运算部70将此时测量出的光谱Ε(2) (λ)暂时存储起来(步骤S 210)。在完成了光谱Ε(1)(λ)和Ε (λ)的获取后，分光运算部70根据这些光谱来计算试样SMP2的内部量子效率QEin (步骤S212)。更具体而言，分光运算部70根据光谱E (1) ( λ ) 的与波长范围 λ 1Η相对应的波长成分、光谱Ε(2) (λ)的波长成分以及标准体REF2的反射率特性P s ( λ )来计算被试样SMP2所吸收的光量子数Ab。另外，分光运算部70根据光谱Ε(1)(λ)的与波长范围 λ 2Η相对应的波长成分来计算荧光的光量子数Pph。然后，分光运算部70根据光量子数Ab和光量子数Pph来计算试样SMP2的内部量子效率QEin。然后，分光运算部70将计算出的SMP2的内部量子效率QEin输出(步骤S214)。 另外，作为内部量子效率QEin的输出的一例，可列举出在监视器等上显示内部量子效率 QEiru打印输出内部量子效率QEin、向存储介质中存储内部量子效率QEin等形式。然后，处理结束。另外，在图15所示的流程图中，作为测量顺序的一例，说明了先获取试样SMP2的光谱Ε(1)(λ)、再获取标准体RE F2的光谱Ε(2)(λ)的处理例，但只要能够获取光谱Εα)(λ) 和光谱Ε(2) (λ),不限定为该顺序。例如，也可以先获取标准体REF2的光谱Ε(2) ( λ )后再获取试样SMP2的光谱Εα) ( λ )。在这种情况下，采用对标准体REF2获取的E⑵(λ )，并通过依次获取多个试样SMP2各自的光谱Ε(1) (λ),能够高效率地计算出多个试样SMP2的内部量子效率QEin。即，只要在将标准体REF2安装在光源窗17上并获取了光谱Ε(2)(λ)后再依次在光源窗17上安装多个SMP2即可。<G.适用例 3>在上述本实施方式的适用例2的光学测量装置200中，例示了使激励光透过试样 SMP2和标准体REF2而测量量子效率的结构。另一方面，也可以通过向试样SMP2和标准体 REF2照射激励光而测量该激励光的反射光来测量量子效率。参照图16，本实施方式的适用例3的光学测量装置300与本实施方式的适用例2 的光学测量装置200(图1 相比，不同点在于光源窗17形成于自半球部1的内表面侧的曲率中心0偏离的位置；在半球部1的顶点附近设有用于安装试样SMP3和标准体REF3的试样窗19。其他点与光学测量装置200相同，因此不再重复详细的说明。由光源60生成的激励光通过光源窗17沿相对于平面部10的法线附呈角度θ 的光轴Αχ4朝向安装在试样窗19上的试样SMP3或者标准体REF3照射。试样窗19设在半球部1内表面侧的、与平面部10的通过曲率中心0的法线m相交的位置。即，试样窗19设在由半球部1和平面部10所围成的半球的顶点位置。此外，在试样窗19上安装有试样SMP3或者标准体REF3。通过对该被安装的试样SMP3照射激励光而产生荧光。采用光学测量装置300测量试样SMP3的量子效率的处理顺序与图15所示的流程图相同，因此不再重复详细的说明。〈H.测量例〉本申请的发明人采用图16所示的光学测量装置300评价了利用对铝蒸镀镜实施了涂敷处理的高反射处理镜制成的平面部和利用聚四氟乙烯(PTFE)烧结体制成的平面部之间的测量效率的差异。
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更加详细而言，在图16所示的光学测量装置300的试样窗19上安装硫酸钡的标准体或者蓝色荧光体样品(BAM样品)，测量在向标准体或者BAM样品照射激励光时的控制时间(gatetime)。该控制时间是指在分光运算部70中获得规定的光量所需要的曝光时间。另外，除了直接向BAM样品照射激励光的情况外，对向半球部1的不存在BAM样品的内表面照射激励光而使光间接地激励的情况下也进行了测量。该测量结果如下所示。在上述表中，“镜面反射体”表示利用高反射处理镜制成的平面部的情况，“漫反射体”表示利用聚四氟乙烯烧结体制成的平面部的情况。另外，“激励”表示将激励光直接照射到表面上涂敷有硫酸钡的标准体上的情况，“样品”表示将激励光直接照射到BAM样品上的情况，“再激励”表示将激励光间接照射到BAM样品上的情况。另外，作为激励光，采用从 260nm起至400nm的波长彼此间隔20nm的8种单色光。上述表中的数值的单位为“msec”。另外，在利用波长260nm来激励BAM样品的情况下，产生的光很微弱，因此不能充分地获取光，显示出分光运算部70的曝光时间的最大值 20000msec。此外，在上表中，根据各测量结果来计算不同的两种材质之间的差异(比率)(比率的项目)。根据该计算结果可知通过利用聚四氟乙烯烧结体制成平面部，能够进一步缩短控制时间。即，意思是通过采用由聚四氟乙烯烧结体构成的平面部，能够降低积分球的光吸收，从而能够获得更高的积分效率。<1.结论〉本实施方式的半球型的积分球，作为用于形成积分空间的平面部，采用组合由产生镜面反射(正反射)的材质构成的外周部和由与该外周部的材质相比至少在紫外波长区域具有更高反射率的材质构成的内周部而成的结构。通过采用这样的平面部，能够采用由反射率相对较高的聚四氟乙烯(PTFE)烧结体等构成的反射构件，由此，能够提高半球型的积分球的积分效率。同时，与高反射处理镜等相比较，PTFE等反射构件价格便宜，因此，能够抑制光学测量装置整体的成本。如此，由于能够实现积分效率相对较高的积分球，因此，在光源的总光通量的测量等中，能够进一步提高检测出的壁面的照度。结果，能够降低由积分球内的光吸收、检测器的噪声(noise)等引起的误差。另外，对于发光强度弱的荧光试样等，也能够更加高精度地测量其量子效率。以上详细地说明了本发明，但这不过是用于例示，并不作为限定，根据由权利要求书解释出的内容能够更清楚地理解本发明的范围。
权利要求
1.一种光学测量装置，其包括 在内壁上具有漫反射层的半球部；通过上述半球部的实际的曲率中心，且配置为封闭上述半球部的开口部的、在上述半球部的内表面侧具有反射层的平面部； 上述平面部包括用于将要在形成于上述半球部与上述平面部之间的积分空间内被均勻化的光导入该积分空间内的窗和用于抽出在上述积分空间内被均勻化后的光的窗中的至少一种窗；自上述平面部与上述半球部的内壁相接触的最外周起至少占有规定宽度的区域的、由主要产生正反射的第1材质构成的外周部；由与上述第1材质相比至少在紫外波长区域具有更高的反射率且主要产生漫反射的第2材质构成的、占有上述外周部的内侧的区域的内周部。
2.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，将上述内周部的范围设定为实际上能够忽略上述内周部与上述半球部的内壁之间的光吸收产生的影响的范围。
3.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，将上述内周部的范围设定为使上述积分空间内的光吸收率在规定值以下的范围。
4.根据权利要求3所述的光学测量装置，其特征在于， 上述规定值为10%。
5.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，上述内周部配置在具有下述半径的圆的内部，上述半径具有从上述半球部的实际的曲率中心到上述最外周的距离的50% 70%的长度。
6.根据权利要求5所述的光学测量装置，其特征在于， 上述内周部是以上述圆为外接圆的多边形。
7.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，上述内周部设定为具有上述最外周内的面积的25% 50%的面积。
8.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于， 上述外周部由金属蒸镀镜构成，上述内周部由聚四氟乙烯烧结体或者硫酸钡构成。
9.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，上述平面部包括能够将作为测量对象的光源安装为朝向上述半球部的内壁照射其所产生的光通量的第1窗，上述光学测量装置还包括通过上述半球部或者上述平面部的第2窗测量上述半球部的内壁上的照度的检测器； 配置在从上述第1窗到上述第2窗的路径上的遮蔽部。
10.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，上述平面部包括设在上述半球部的实际的曲率中心附近的第1窗和设在从上述第1窗离开规定距离的位置的第2窗， 上述光学测量装置还包括 通过上述第1窗照射激励光的光源；通过上述第2窗测量上述半球部的内壁上的光谱的分光器；运算处理部，其根据第1光谱和第2光谱来计算上述测量对象的量子效率，该第1光谱是在对以使至少一部分在上述半球部内暴露出的方式配置的测量对象照射上述光源的上述激励光时由上述分光器测量的光谱；该第2光谱是在对代替上述测量对象配置的、具有已知的反射率特性或者透射率特性的标准体照射上述光源的上述激励光时由上述分光器测量的光谱。
全文摘要
本发明提供一种光学测量装置(100、200、300)，其包括内壁上具有漫反射层(1a)的半球部(1)；通过半球部的实际的曲率中心，且配置为封闭半球部的开口部的、在半球部的内表面侧具有反射层的平面部(10)。平面部包括用于将要在形成于半球部与平面部之间的积分空间内均匀化的光导入该积分空间内的窗(2、4、17)和用于抽出在积分空间内被均匀化了的光的窗(6、18)中的至少一种窗；自平面部与半球部的内壁相接触的最外周起至少占有规定宽度的区域的、由主要产生正反射的第1材质构成的外周部(12)；由与第1材质相比至少在紫外波长区域具有更高的反射率且主要产生漫反射的第2材质构成的、占有外周部的内侧的区域的内周部(14)。
文档编号G01J1/04GK102192832SQ20111004362
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年2月24日
发明者大久保和明, 大泽祥宏 申请人:大塚电子株式会社