(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の透過光を球体上部の窓から受入れて、球状内壁面で拡散反射させて、球状内壁面の一部に設けられた検出器で光強度を検出する積分球において、
球状の内部空間を有する積分球本体と、
前記積分球本体の上部に設けられた窓を覆うように載置された拡散部材と、
前記拡散部材の上側に配置される試料をさらに上方から覆うように載置された開口部材と、
照射光を前記開口部材の上側に導いて前記試料を上側から照射する導光部と、を備え、
前記導光部は、平行光を試料に向けて上方から照射し、
前記開口部材の開口の大きさは試料を上方から見た輪郭よりも小さく、当該開口部材が前記導光部からの平行光を絞ってより小さい断面の平行光にして、
前記試料が照射光を屈折させる特性を有する際に、前記試料で屈折した透過光が特定方向に集光しないように、前記拡散部材がその透過光を拡散させることを特徴とする、照射光を屈折させる特性を有する試料用の積分球。
【請求項２】
球レンズ、凸レンズ、凹レンズ、半環状レンズのいずれかのレンズを試料とする積分球であることを特徴とする請求項１記載の積分球。
【請求項３】
試料の透過光を球体上部の窓から受入れて、球状内壁面で拡散反射させて、球状内壁面の一部に設けられた検出器で光強度を検出する積分球を使って、
前記積分球の上部の窓を拡散部材で覆う工程と、
照射光を屈折させる特性を有する試料を前記拡散部材の上側に配置する工程と、
前記試料の輪郭よりも小さい開口を有する開口部材で前記試料を覆う工程と、
上方から前記開口部材に向けて平行光を照射して、前記開口でより小さい断面に絞られた平行光を前記試料に照射する工程と、
前記試料の透過光を前記拡散部材で拡散させて、さらに前記球状内壁面で拡散反射させて、前記検出器で検出する工程と、
を備えることを特徴とする、照射光を屈折させる特性を有する試料の透過光を測定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料水平置き積分球に関する。また、この試料水平置き積分球を使って固体試料などの透過光を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料水平置き積分球
分光光度計の構造的な制約から、通常、分光光度計の試料室に供給される照射光は水平に設けられている。試料室に設置される付属品（アクセサリー）としての積分球も、側部の窓から照射光を取り込む方式のものが一般的であった。
【０００３】
しかし、近年、分光光度計の照射光は水平のままとし、その照射光を鉛直方向にする導光部を積分球に設けて、積分球の上部の窓に向けて光を鉛直下方に照射する方式のものが開発された。上部の窓に試料を置いて、試料に向けて鉛直下方に光を照射すれば、試料の透過光は窓から積分球内に入り、積分球に設けられた検出器によって透過光の強度が検出される。積分球の水平な窓板表面に試料をポンと置けるという機能から、以下、「試料水平置き積分球」と呼ぶ。例えば、特許文献１の図３には、円二色性測定装置に設置された積分球が開示されている。
【０００４】
この試料水平置き積分球を使えば、液体、固体（固体については粉体状など様々な形状）の試料の測定において、重力の影響を受けないので、上部の窓板表面の水平面内に試料を自由に設置できる。「牛乳」、「オイル」、「クリーム」、「砂」などのような水平に置かないとこぼれてしまうような試料についての分光分析の利便性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３２５３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、従来の積分球では、試料を立てた状態にしなければならなかったので、小型カメラレンズやコンタクトレンズなど形状に特徴のあるものについては、その制約を受けて、分析対象にすることができなかった。これに対して、試料水平置き積分球では、形状に特徴のある試料であっても、水平面内に置くだけで分析できる。
【０００７】
しかしながら、形状に特徴のある試料を単純に水平面内に置いて光を照射するだけでは、測定値が異常値になったり、再現性が低かったり、と満足できる分析結果が得られないことに気付いた。本発明は、形状に特徴のある試料について妥当な透過測定値を得ることができ、かつ、高い再現性を有する、積分球およびこれを用いた試料の透過光測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、球形など試料が形状的な特徴を有する場合、試料への入射角に応じて照射光が屈折するので、試料の位置や姿勢によっては、積分球内の検出窓に直接透過光が入ってしまうことが、異常値の原因ではないかと考えた。そこで、試料を置くホルダの底板を不透明なもの（拡散板）にしたところ、異常値がほとんどなくなり高い再現性が得られるようになり、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明に係る照射光を屈折させる特性を有する試料用の積分球は、試料の透過光を球体上部の窓から受入れて、球状内壁面で拡散反射させて、球状内壁面の一部に設けられた検出器で光強度を検出するものであって、
球状の内部空間を有する積分球本体と、
前記積分球本体の上部に設けられた窓を覆うように載置された拡散部材と、
前記拡散部材の上側に配置される試料をさらに上方から覆うように載置された開口部材と、
照射光を前記開口部材の上側に導いて前記試料を上側から照射する導光部と、
を備える。そして、
前記導光部は、平行光を試料に向けて上方から照射し、
前記開口部材の開口の大きさは試料を上方から見た輪郭よりも小さく、当該開口部材が前記導光部からの平行光を絞ってより小さい断面の平行光にして、
前記試料が照射光を屈折させる特性を有する際に、前記試料で屈折した透過光が特定方向に集光しないように、前記拡散部材がその透過光を拡散させることを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記導光部は、平行光を試料に導光することが好ましい。
さらに、前記ホルダ本体は、試料の上側を覆う開口部材（アパーチャー）を有し、その開口の大きさは、試料を上方から見た輪郭よりも小さく、前記導光部からの平行光を絞ってより小さい断面の平行光にすることが好ましい。
以上の積分球は、球レンズ、凸レンズ、凹レンズ、半環状レンズのいずれかのレンズを試料とする積分球であることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る積分球は、コンタクトレンズを試料とするものであって、前記積分球本体と、前記拡散部材と、前記ホルダ本体と、前記導光部とを備える。そして、前記ホルダ本体は、前記コンタクトレンズの直径以下の内径寸法を有する筒状で、上部に開口、下部に底を有する。透過光を測定する際、前記試料ホルダと前記レンズの間が保存液で満たされるように、保存液の入った前記ホルダ本体にコンタクトレンズが凹部を上向きにして置かれ、さらに、前記レンズの凹部に保存液が注入され、コンタクトレンズの表裏面が保存液で濡れた状態であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る積分球は、ダイヤモンドを試料とするものであって、前記積分球本体と、前記拡散部材と、前記ホルダ本体と、前記導光部とを備える。ここで、ダイヤモンドは、円周状のガードル部と、ガードル部より上側に形成されたクラウン部と、ガードル部より下側に形成されたパビリオン部とからなる。そして、前記試料ホルダは、前記拡散部材の上方に位置する孔を有する部材である。透過光を測定する際、前記ダイヤモンドは、そのガードル部の円周を含む面が鉛直となる姿勢で、前記試料ホルダの孔にガードル部の一部が挿入され、前記導光部は、ダイヤモンドのガードル部に向けて光を鉛直方向に照射することを特徴とする。
【００１３】
一方、本発明に係る照射光を屈折させる特性を有する試料の透過光を測定する方法は、
試料の透過光を球体上部の窓から受入れて、球状内壁面で拡散反射させて、球状内壁面の一部に設けられた検出器で光強度を検出する積分球を使って、
まず、前記積分球の上部の窓を拡散部材で覆う工程と、
照射光を屈折させる特性を有する試料を前記拡散部材の上側に配置する工程と、
前記試料の輪郭よりも小さい開口を有する開口部材で前記試料を覆う工程と、
上方から前記開口部材に向けて平行光を照射して、前記開口でより小さい断面に絞られた平行光を前記試料に照射する工程と、
前記試料の透過光を前記拡散部材で拡散させて、さらに前記球状内壁面で拡散反射させて、前記検出器で検出する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上の構成によれば、積分球本体の上部の窓とホルダ本体間に、拡散部材を配置したことで、試料の透過光が積分球に入射する直前で拡散部材により拡散透過し、予め、ならされた状態で積分球の内壁面を照らすようになる。これで、形状に特徴のある試料が照射光を屈折させる場合であっても、高い透過率（９０〜１００％）が得られて、しかも、透過率の高い再現性が得られる（０．５％以内）。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る積分球を示すもので、（Ａ）は全体構成を正面から見た縦断面図であり、（Ｂ）は、積分球の要部を示す縦断面図である。
【図２】前記積分球を使ったブランク測定の状態を示す縦断面図である。
【図３】比較例１の試料ホルダを示す縦断面図である。
【図４】比較例２として収束光を使った場合を示す図である。
【図５】比較例３の試料ホルダを示す縦断面図であり、（Ａ）はブランク測定、（Ｂ）は試料測定の状態を示す。
【図６】比較例４の試料ホルダを示す縦断面図である。
【図７】比較例５の積分球の全体構成を示す縦断面図である。
【図８】比較例６の試料ホルダを示す縦断面図であり、（Ａ）は試料がアパーチャーに近い状態、（Ｂ）は試料がアパーチャーから遠い状態を示す。
【図９】（Ａ）は第２実施形態における試料（小型カメラレンズ）の形状を示す図、（Ｂ）はその試料ホルダの縦断面図を示し、（Ｃ）は比較例７を示す。
【図１０】第３実施形態に係る積分球を示すもので、（Ａ）は全体構成を正面から見た縦断面図であり、（Ｂ）は、マスク部材を示す平面図である。
【図１１】第４実施形態に係る積分球を示すもので、（Ａ）は全体構成を正面から見た縦断面図であり、（Ｂ）は、ダイヤモンドの正面図である。
【図１２】第５実施形態に係る積分球の全体構成を正面から見た縦断面図である。
【図１３】前記積分球のホルダ本体を示す縦断面図であり、（Ｂ）はホルダ本体に注いだ保存液にコンタクトレンズを浸した状態を示す写真である。
【図１４】（Ａ）は、前記ホルダ本体を使った試料測定の状態を示す縦断面図であり、（Ｂ）は、そのブランク測定の状態を示す縦断面図である。
【図１５】（Ａ）は、前記ホルダ本体を使った試料測定の状態を模式的に示した図であり、（Ｂ）は、そのブランク測定の状態を模式的に示した図である。
【図１６】前記積分球におけるミラーと試料ホルダの位置関係を示す写真である。
【図１７】第１参考形態に係る積分球を示すもので、（Ａ）はその一部分を正面から見た縦断面図であり、（Ｂ）は溶液試料セルとマスクとの位置関係を示す平面図である。
【図１８】実施例１に係る冷陰極管の透過スペクトルを示す図である。
【図１９】実施例２に係るコンタクトレンズの透過スペクトルを示す図である。
【図２０】参考例１を示す図であり、（Ａ）は過マンガン酸カリウム水溶液の吸収スペクトルを示し、（Ｂ）は、検量線を示す。
【図２１】参考例２に係るＤＮＡの吸収スペクトルを示す図である。
【図２２】参考例３に係るインクジェットプリンタ用のインク原液の透過スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１実施形態
以下、本発明に係る試料水平置き積分球の各実施形態について図面に基づいて説明する。図１のＡは、第１実施形態の積分球の全体構成図であり、図１のＢは、その要部の拡大図である。透過光測定の対象は、球レンズ（ボールレンズ）Ｓである。これらの図に示すように、積分球は、積分球本体１と、拡散板２と、ホルダ本体３と、スペーサ４と、開口板（アパーチャー板）５と、導光光学系（導光部）７とを備える。本実施形態では、符号２〜５をまとめて試料ホルダ６と呼ぶ。
【００１７】
図１のＡにおいて、積分球本体１は、球状の内部空間を有する箱であり、その上部には入射用の窓、下部に標準白板（１ａ）用の窓、側部の２箇所に検出器（９）用の窓が形成されている。入射用の窓から進入した光は、球状内壁面で拡散反射して、検出器用の窓に設けられた検出器９で光強度が検出される。
【００１８】
図１のＢにおいて、拡散板２は、入射用の窓を覆うように積分球本体１の上部に載置されている。拡散板２は、例えば、石英板を磨って「すりガラス」にしたものを採用できる。拡散板は、入射光を拡散透過させる。
【００１９】
ホルダ本体３は、円筒状または角筒状である。筒部の内径は、拡散板２の外径より大きい。筒部には拡散板２がすっぽりと入る。ホルダ本体３は、積分球本体１の上部に、拡散板２を囲むように載置されている。
【００２０】
本実施形態では、ホルダ本体３の筒部にスペーサ４を入れる。スペーサ４も筒状であって、その外径はホルダ本体１の筒部の内径と同じである。スペーサ４の内径および高さは、球レンズＳの直径と同じである。スペーサ４に球レンズＳを入れて、ホルダ本体３ごとスペーサ４の位置を積分球本体１の上面で移動させる。球レンズＳのほぼ中心に上方からの光が照射するように、球レンズＳの位置を定める。球レンズＳの大きさに応じて、内径および高さ寸法の異なるスペーサを事前に準備しておき、球レンズＳの大きさが変更した際にスペーサ４のみを交換すれば、球レンズの大きさに関わらず同様の測定を実行することができる。なお、スペーサ４を用いなくて、ホルダ本体３の内径を球レンズの大きさに合わせて、ホルダ本体３に直接球レンズを入れるようにしても良い。
【００２１】
開口板５は、円形または四角形の板状であり、平面を水平にした状態でホルダ本体３の筒部に挿入できる大きさを持つ。開口板５は、ホルダ本体３の筒部に挿入され、球レンズＳを覆う。開口板５の平面の中心には円形の開口（アパーチャー）があり、開口の大きさは、球レンズの直径よりも小さい。例えば、球レンズの直径が１ｍｍの場合、開口の直径を０．５ｍｍとする。本実施形態では、スペーサ４の上に開口板５を載置する構成になっているが、スペーサなしで、開口板５を球レンズに直接載置することによって球レンズを位置決めするようにしてもよい。
【００２２】
ここまでの説明で、拡散板２をホルダ本体３の底部に固定してもよい。
【００２３】
図１のＡに戻って、導光光学系７は、外部からの測定光を試料ホルダ６の上側に導いて、球レンズＳを上側から照射するように配置された複数の光学素子（７ａ〜７ｄ）から成る。本実施形態の積分球は、既存の紫外可視分光光度計などの分光測定装置と組み合わせて、試料Ｓの透過スペクトルの測定に有効に用いられる。例えば、積分球を、分光光度計の試料室に取り付ける場合を説明すると、分光光度計からの測定光（単色光）は、積分球本体１の側方から水平に供給されるのが一般的である。本実施形態の導光光学系７では、積分球本体１の側方に配置されたミラー７ｄが、測定光の向きを鉛直上向きに変える。その上方に配置されたミラー７ｃが測定光を再び水平方向に変える。そして、試料ホルダ６の上方に配置されたミラー７ａが測定光を鉛直下向きに変える。また、２つのミラー（７ａ，７ｃ）間の光路上には、コリメータレンズ７ｂが配置され、分光光度計の光源からの測定光を平行光束にする。つまり、コリメータレンズ７ｂからの平行光は、ミラー７ａを反射した後、平行光のまま下方向に進んで、開口板５を照射する。
【００２４】
導光光学系７のレンズ７ｂにより形成される平行光の断面形状は、開口（アパーチャー）の直径よりも大きくて構わない。開口によって平行光が所定の断面形状に絞られるからである。つまり、その開口は、試料Ｓを上方から見た輪郭（円形）よりも小さく、コリメータレンズ７ｂからの平行光を絞ってより小さい断面の平行光にする。ただし、球レンズの直径が平行光よりも大きい場合などは、開口板５を用いずに、レンズ７ｂからの所定の断面積の平行光をそのまま球レンズＳに照射しても構わない。
【００２５】
導光光学系７の光学素子群は、図示しない支持部材によってそれぞれの位置や姿勢が定められている。光学素子群の支持部材は、積分球本体１とともに、図示しない専用ケースに固定されている。このため、分光光度計のアクセサリーとして本実施形態の積分球を扱い易くなっている。
【００２６】
積分球を使った透過光測定の手順を簡単に説明する。
まず、試料である球レンズＳの設置方法を説明する。最初に、積分球本体１の上部の窓を拡散板２で覆う。次に、拡散板２の周囲にホルダ本体３を置いて、その内部にスペーサ４を入れる。スペーサ４の筒部に球レンズＳを入れて、球レンズに開口板５を被せればよい。これで試料ホルダ６が組み立てられる。なお、予めホルダ本体３の底部に拡散板２が嵌め込まれていて、別のところで、試料ホルダ６を組み立ててから、積分球本体１の上に置くようにしてもよい。
【００２７】
次に、分光光度計などの光源から積分球に照射光を供給する。照射光は導光光学系７によって所定の平行光にされ、試料ホルダ６の上方から開口板５を照射する。この際に、開口板５の照射領域を確認しながら、試料ホルダ６を移動させて、平行光が開口のほぼ中心に当るようにする。
【００２８】
以上の手順によって、開口板５で絞られた平行光によって球レンズＳが照射される。そして、球レンズＳの透過光は、拡散板２によって拡散されてから、積分球本体１の内部に入る。球状内壁面で拡散反射された光の強度が、検出器９で検出される。このようにして、試料測定が完了する。
【００２９】
なお、ブランク測定を行う際は、図２のように、試料ホルダ６に球レンズＳが無い状態で、前述と同様の測定を行なう。
【００３０】
以降、比較例１〜６を用いて、本実施形態の積分球の効果を説明する。
従来は、直径１ｍｍの球レンズＳについて、その透過率を測る装置が無く、誰も透過率の真値を知らなかった。発明者らは、このような球レンズＳを、従来の積分球で測定するには、１ｍｍぐらいの穴を開けたホルダ板を数多く作成し、球レンズＳを隙間なく保持できるものを選定するという非常に大変な試みを行なった。その上、水平方向の照射光の光軸上に球レンズＳをセットするために、ホルダ板を立てた状態にしなければならなかった。これに対して、本実施形態の試料水平置き積分球を使えば、球レンズを試料ホルダ６に入れて積分球本体１の上部に載せるだけで測定することができる。試料である球レンズＳの取扱いが非常に容易になった。
【００３１】
直径１ｍｍの球レンズＳは、例えば、光ファイバを接続するカプラーなどに使われている。光通信の性能を上げるため、カプラーでの透過率を上げたい。そのため、球レンズＳには反射防止膜が施されている場合が多い。このような球レンズＳの透過率は、近赤外領域で極めて高くなり、１００％から僅かに低い値を示す。本実施形態の積分球を使えば、このようなレベルの透過率を正確に測定することができる。
【００３２】
また、球レンズＳの載置位置が積分球本体１の最上面になるので、球レンズＳの位置決めを使用者の目視下で実行できる。これによって、球レンズＳのムラや表面の傷などを容易に避けることができて、適正な測定値が得られる。
【００３３】
図３は、比較例１として、透明板８ａ上に筒状ホルダ８ｂを設けただけの試料ホルダ８を示す。この試料ホルダ８に球レンズＳを入れて、水平置き積分球の上部の窓に置き、測定光を当てる。測定光（平行光）は、球レンズＳから約０．５ｍｍ下方のところに集光して、その後、発散する。特に、球レンズＳを上方から見た際の円形輪郭の輪郭付近に当った光は、大きく発散する。このような発散光がそのまま積分球本体１に入ってしまうと、透過率が異常値を示すことがあって、再現性が非常に悪かった。その原因として、積分球の検出器用の窓に発散光が直接入ってしまうことなどがあり得る。本実施形態では、試料ホルダ６の底面に拡散板２が設けられているから、このような問題を解決することができた。
【００３４】
また、図３の比較例１では、球レンズＳの直径よりも大きい光束を照射することを避けなければならない。理由は、測定光が球レンズＳの外側を通り抜けないようにするためである。また、球レンズＳを上方から見た際の輪郭付近では測定光の入射角が大きくなる。仮に、球レンズ表面に反射防止膜が施されていたとしても、それが有効に働かないで、反射光が大きくなる。結果として、透過率が小さく評価されてしまう。光束径をｄとし、球レンズの直径をＤとした場合に、ｄ／Ｄ＝０．８を満たすような光束径を用いたとすると、直径１ｍｍの球レンズでは、光束径ｄが０．８ｍｍとなり、照射光が球レンズから外れないようにするためのマージンは０．１ｍｍと非常に小さくなる。適正な値として、ｄ／Ｄ＝０．５を満たすものになる。本実施形態では、直径１ｍｍの球レンズに対して、光束径ｄを０．５ｍｍとした。
【００３５】
０．５ｍｍの微小な平行光束を、レンズとアパーチャーを使って形成することは難易度が高い。図４の比較例２は、平行光ではなく、収束光を使った場合の説明図である。収束光であれば顕微分光計などを使うことで、比較的容易に０．５ｍｍの微小な光束を形成できる。図４の比較例２では、顕微分光計によって光束を５０μｍまで絞って照射してみた。しかし、このような収束光では、透過率の再現性が得られず、２０％ぐらいはすぐに外れてしまう。その原因は、図４に示すように、収束光の場合、発散角が極端に大きくなって、積分球の球内壁面で乱反射してしまうことが考えられた。
【００３６】
そのため、照射光を可能な限り細い平行光束にするにとどめて、球レンズＳの近辺に直径０．５ｍｍの開口（アパーチャー）を有する開口板５を配置してみた。図５の比較例３は、開口１８ａを有する試料ホルダ１８を使って、その開口１８ａの上に球レンズＳを置いた場合を示す。開口１８ａに球レンズＳを置けば、球レンズＳの位置の固定に役立つ。しかし、この構成では、球レンズＳを置かないブランク測定での透過率を１００％とした場合（図５のＡ）に、球レンズＳを置いた試料測定で得られる透過率が、１００％を超えて１２０％になってしまう。ブランク測定では試料ホルダ１８で遮断される光が、球レンズＳで中央部に集められて下方の開口１８ａを通ってしまうからである。
【００３７】
これに対して、図６の比較例４では、図５と同じ試料ホルダ１８を球レンズＳの上方に配置してみた。すると、透過率が９５％程度となった。つまり、所定の大きさに絞った平行光を球レンズＳに照射することで、高い透過率（９０〜１００％）が得られることが分かった。また、ブランク測定の際には、照射光の断面積が変わらないので、正確な基準値が得られる。さらに、試料ホルダ１８を照射する平行光束の断面領域に、開口１８ａが入ってさえいればよいので、球レンズＳの位置調整の負担が軽減される。
【００３８】
しかし、比較例４であっても、測定を繰り返した結果、再現性が悪いことが判明した。透過率が場合によっては１００％を超えたり、照射光を短波長側にするほど透過率が大きくなったり、妥当とは言えない異常な測定値となってしまった。
【００３９】
そこで、本実施形態では、試料ホルダ６の底部に拡散板２を設けることにした。その結果、球レンズＳの透過光が積分球本体１に入る直前で、拡散透過され、予め「ならされた」状態になって、積分球の内壁面を照らすようになる。これによって、透過率の再現性が０．５％の範囲内に収まって、適正な透過率を測定できるようになった。
【００４０】
図７の比較例５には、拡散板を用いない場合の積分球を示す。拡散板の代わりに透明板８ａを窓の上に置き、その上に球レンズＳをセットした。拡散板がないため、球レンズＳを透過した光が、場合によっては、図７のように検出器９付近に集まってしまうような状態が生じて、理想的な積分球の測定状態から逸脱してしまう。このことが、測定値が異常を示すことの原因と考えられる。
【００４１】
つまり、本実施形態では、試料である球レンズＳが照射光を屈折させる特性を有しているから、球レンズＳによって屈折した透過光が特定方向に集光しないようにするために、拡散板２を設けて透過光を拡散させるようにしたと言える。
【００４２】
次に、図８の比較例６を使って、ホルダ本体の高さ寸法について説明する。図８は、長めの鏡筒１３に納まった球レンズＳを示す。鏡筒１３は、本実施形態のホルダ本体３に相当する。図８のＡに示す状態で透過光を測定すると、開口板５で絞られた平行光は球レンズＳで集光された後、発散し、鏡筒１３の内壁に当ってしまい、透過率の再現性が得られない。これに対して、図８のＢの状態で透過光を測定すると、上記の問題は解消されるが、満足できる再現性が得られない。その原因は、測定光を完全な平行光束にすることができないため、そのような平行光束を開口板５で絞っても擬似的な平行光束になるに過ぎず、開口板から球レンズＳまでの空間で平行光束が広がってしまい、一部が鏡筒１３の内壁に当ってしまうからである。本実施形態においては、ホルダ本体３（若しくはスペーサ４）の高さ寸法を、球レンズＳの直径程度まで短くしたので、擬似的な平行光束であっても満足のいく再現性が得られるようになった。
【００４３】
第２実施形態
図９のＡに第２実施形態の積分球で測定対象となる微小カメラレンズ（凸レンズ）Ｓ１を示す。微小カメラレンズＳ１は、携帯電話などに用いられるもので、通常のカメラレンズと同様に、表面での光反射はフレアやゴーストの原因となるため、反射防止膜が施されている。そのため、本実施形態の積分球は、素材の光透過率よりも、むしろ、反射防止膜の性能評価のための透過率を測定することを目的としている。
【００４４】
微小カメラレンズＳ１は、凸レンズ部と、その周囲に形成された帽子のようなツバ部とから成る。凸レンズ部Ｓ１の直径は２〜３ｍｍ、ツバ部の直径は７ｍｍ前後であり、レンズ部は平凸状の他に、凹凸状、両凸状など様々な種類がある。
【００４５】
第１実施形態での球レンズＳに比べて、微小カメラレンズＳ１にはツバ部のある分、扱い易く、かつ、曲率も大きくはないので、集光や発散の程度が小さくなる。しかし、図９のＣの比較例７に示す拡散板を使わない試料ホルダ２８を使って、第１実施形態と同様の測定をしたところ、特定のレンズＳ１について透過率が１００％を超えてしまった。この原因は、積分球本体１の内部を目視で確認することによって判明した。レンズＳ１の焦点距離が数センチで、レンズＳ１の中心線とアパーチャーの中心が僅かにずれていて、測定光が検出器用の窓の近くに集光し、その部分が特に明るく光っていることが判った。このような状態では、積分球の本来の機能を発揮できず、球体内の光を適正に平均化したものを検出することができなくなる。このような状態は、たまたまレンズＳ１の焦点距離と中心位置のずれが重なって測定値の偏りが大きくなり、一見して異常値であると分かったのであるが、他の微小カメラレンズにおいても大なり小なり同様のことが起こっていて、偏りが小さいために気が付かないだけではないかと懸念される。
【００４６】
このように、図９のＣの比較例７では、積分球であっても、常に完全に均一に、入射光を「ならせる」とは限らないことを示す。
【００４７】
本実施形態の積分球では、図９のＢのように、筒状のホルダ本体２３の底部に拡散板１２を嵌めておき、拡散板１２の上側にリング状のスペーサ１４を介して、凸部が下を向くようにして微小カメラレンズＳ１のツバ部をスペーサ１４の上に置くようにした。（なお、比較例７では、拡散板１２を使わず、大きめのスペーサ２４を使った。）そして、微小カメラレンズＳ１の上面を開口板１５で覆った。当然、開口の大きさは、凸レンズ部の直径よりも小さい。このような試料ホルダ１６を使って、第１実施形態と同様の透過光測定を行えば、微小カメラレンズＳ１の透過光が積分球に入る直前で、拡散板１２によって透過光を拡散させているので、満足のいく透過率の再現性が得られる。
【００４８】
従来、微小カメラレンズＳ１の透過率は、測るすべが無かったために真の透過率を誰も知らない状態だった。そのため、本実施形態の積分球によって測定された透過率が、真値であるかどうかの判断はできないが、経験的に正しいと言えるレベルの測定値が得られた。また、再現性も０．５％の範囲に収まった。
【００４９】
第３実施形態
図１０のＡは、第３実施形態の積分球の全体構成図である。測定対象は冷陰極管を長手方向に沿って半分に割ったもの（半環状レンズＳ２）である。冷陰極管は、例えば、液晶ディスプレイのバックライトなどに使われている。同図に示すとおり、試料ホルダ２６は、拡散板２２と、ホルダ本体３３と、マスク（開口板）２５とによって構成されている。
【００５０】
ホルダ本体３３は、板状であり、下面に拡散板２２を嵌め込むための凹部を有し、この凹部には予め拡散板２２が嵌め込まれている。凹部の中央には、厚さ方向に凹部から上面に貫通する孔３３ａが形成されている。ホルダ本体３３を上方から見たときの孔３３ａの形状は長方形であり、長方形の幅は半環状レンズＳ２の直径（例えば２ｍｍ）と同じで、長さは半環状レンズＳ２の長さと同じである。孔３３ａの深さは、半環状レンズＳ２の半径と同じである。すなわち、この孔３３ａに半環状レンズＳ２がちょうど入る。図１０のＡに示すように、半環状レンズＳ２の断面形状が上側に膨らむ姿勢で、半環状レンズＳ２を拡散板２２の上面に載せる。このようにして、半環状レンズＳ２の位置および姿勢が、ホルダ本体３３によって定められる。
【００５１】
図１０のＢに示すようにマスク２５は、長方形の板であり、その中央にスリット孔２５ａが形成されている。例えば、半環状レンズＳ２が直径１ｍｍで長さが３ｍｍの場合、スリット孔２５ａの大きさを、幅０．５ｍｍ×長さ２ｍｍとする。
【００５２】
本実施形態の積分球によれば、直径の非常に小さい半環状レンズＳ２の透過スペクトルを再現性よく取得することができる。
【００５３】
第４実施形態
図１１のＡは、第４実施形態の積分球の全体構成図である。測定対象は同図のＢに示す形状のダイヤモンドＳ３である。数十面体に研磨されたダイヤモンドＳ３は、円周状のガードル部と、ガードル部より上側に形成されたクラウン部と、ガードル部より下側に形成されたパビリオン部とからなる。
【００５４】
図１１のＡに示すように、ダイヤモンド用の試料ホルダ３６は、拡散板２２と、ホルダ本体３３と、マスク（穴付き）３５とによって構成されている。マスク３５以外の拡散板２２とホルダ本体３３は、図１０と共通する。
【００５５】
ホルダ本体３３の上面には、貫通孔３３ａを覆う板状のマスク３５が載置されている。マスク３５には小さい孔３５ａが開いている。透過光測定をする際、ダイヤモンドＳ３は、そのガードル部の円周を含む面が鉛直となる姿勢で、マスクの孔３５ａに一部が挿入される。つまり、図１１のＢに示すダイヤモンドの姿勢を９０度倒して（横にして）、マスクの孔３５ａに立てる。このように、本実施形態ではマスク３５によってダイヤモンドＳ３の位置および姿勢が定められる。
【００５６】
ダイヤモンドＳ３は、小さくて、形が極めて高度に整えられている。分光光度計にとっては単純な平行平板が最も測定し易いので、ダイヤモンドＳ３のような宝石類は、測定の困難な試料の代表と言える。ただし、ダイヤモンドＳ３の透過光測定では、前述の各種レンズなどと異なり、縦軸の正確さは要求されないことが多い。通常、所定波長のピークの有無の判別さえできればよい。とは言え、ダイヤモンドＳ３を所望の姿勢、例えば、従来の積分球で測定できるように、ダイヤモンドＳ３を立てた状態（図１１のＢの姿勢）でセットするのは非常に困難であった。
【００５７】
ダイヤモンドＳ３の場合、光を透過させるには、ガードル部の円周を含む平面に沿って（ガードル方向）、すなわち、図１１のＢにおいて矢印で示す横方向から測定光を入射させる必要がある。本実施形態のように、試料水平置き積分球を使えば、ダイヤモンドＳ３を横にして、上から測定光を当てればよい。図１１のＡの試料ホルダ３６は、適当な大きさ（１〜２ｍｍ）の孔３５ａを有するマスク３５を備えているので、光軸上にその孔３５ａを合わせるようにして、試料ホルダ３６を積分球本体の上部に置けば、後はダイヤモンドを横にして孔３５ａに立てるだけで、測定準備が完了する。
【００５８】
本実施形態の積分球を使えば、取扱いにくいダイヤモンドＳ３であっても、容易に所望の姿勢にセットすることができて、適正な透過スペクトルが得られる。それだけではなく、ダイヤモンドＳ３の載置位置が積分球本体１の最上面になるので、ダイヤモンドＳ３に光が当っている様子を使用者の目視で容易に確認することができる。これによって、適切な状態で測定を開始できて、良好な測定値を早く取得できる。再測定の回数も少なくなる。
【００５９】
なお、本実施形態の試料ホルダ３６に、マスク３５の位置を光軸に直交する２方向に微調整するための調整装置を設けることによって、一層、利便性が向上する。
【００６０】
第５実施形態
図１２は、第５実施形態の積分球の全体構成図である。測定対象はコンタクトレンズＳ４である。同図に示すとおり、コンタクトレンズ用の試料ホルダ４６は、拡散板３２と、中間板（穴付き）２４と、ホルダ本体４３とによって構成されている。
【００６１】
拡散板３２は、積分球本体１の上部の窓を覆うように載置されている。ホルダ本体４３は、円筒状の透光性の容器であり、拡散板３２の上に、中間板２４を介して置かれている。ホルダ本体４３の内径は、コンタクトレンズＳ４の直径より僅かに小さい。コンタクトレンズＳ４は、その凹部を上向きにして、ホルダ本体４３の上部の開口に載置される。ホルダ本体４３の深さは、コンタクトレンズＳ４が底面に接触しない程度であればよい。
【００６２】
透過光を測定する際、試料ホルダ４６とコンタクトレンズＳ４の間がレンズ用保存液Ｓ５で満たされるように、予め保存液Ｓ５を入れたホルダ本体４３にコンタクトレンズＳ４を凹部が上向きになるようにして置く。試料ホルダ４３とコンタクトレンズＳ４の下面との間に気泡などが入らないように、保存液Ｓ５を十分に満たす方がよい。さらに、コンタクトレンズＳ４の凹部に保存液Ｓ５を注ぐ。照射光が直接コンタクトレンズＳ４の上面を照射しないように、保存液Ｓ５で照射領域を完全に覆うためである。コンタクトレンズＳ４における光の照射領域が保存液Ｓ５に十分に浸った状態にして、コンタクトレンズＳ４の位置および姿勢が定められる。なお、比較的面積の広い中間板２４は、保存液Ｓ５が積分球の球体内部に落下しないようにするために設けられている。
【００６３】
コンタクトレンズＳ４の透過率を保存液Ｓ５に浸した状態で測定することの意義について、以下に詳しく説明する。
【００６４】
通常、ガラス板の透過率は可視領域では９０％強になる。入射光の９０％強の光が透過光になる。残りの１０％弱の光の殆どは、ガラスの表裏面で反射する。透明ガラスの可視光吸収は小さく、よほど厚いガラス材でない限り、正味の吸収光が計測されることは稀である。従って、ガラス板の透過率の実体は、「反射などで失われなかった分の割合」になり、この値は製品としてガラス板の特性を表わす際に、的を得た指標になると言える。
【００６５】
カメラ用にしても眼鏡用にしても、表面反射はゴーストやフレアの原因となるので、これらの発生を極力低減させるために、通常は反射防止層が施されている。レンズの透過率の測定は、このような反射防止層の性能評価として行なわれると言える。
【００６６】
レンズは測定光を屈折させる特性を持っているから、試料を測定するときとブランク値を測定するときとでは、測定光の進行方向などの状況が異なる。例えば、凸レンズに平行光束を照射すれば、透過光はまずレンズの焦点に集光され、その後、発散する。凸レンズが無ければ、平行光は平行光のまま進行する。従って、試料測定とブランク測定とで異なる状況を、何らかの手段で等価にする必要がある。このような場合に、積分球は非常に役に立つ。
【００６７】
人は、カメラ用でも眼鏡用でもレンズを空気中に置いた状態で、レンズの向こう側からの光を観察し、レンズが無い状態での光の観察と比較して、レンズを評価している。従って、透過測定においても、同様に、空気を参照にして透過率を評価するということは、的を得ていると言える。
【００６８】
しかし、コンタクトレンズＳ４の透過率を評価する場合には、一筋縄では行かない。まず、コンタクトレンズＳ４をどのような状態にして透過率を評価すべきか、という問題がある。コンタクトレンズＳ４は眼球に貼り付いた状態で使用されるので、レンズの裏面に空気が接触する普通のレンズとは事情が異なる。反射防止膜を施さない普通のレンズの場合、レンズの裏面での反射光は全体の５％弱程度になる。しかし、コンタクトレンズＳ４の場合、涙とレンズとの屈折率があまり違わないので、レンズ裏面での反射光をほとんど無視することができる。もちろん、レンズ裏面に反射防止層は施されていない。一方、レンズ表面での反射は状況が異なる。眼球表面がそうであるように、コンタクトレンズＳ４の表面にある程度の反射が生じるのが自然である。仮に、反射がない（レンズ表面に何も映っていない）とすれば、気味が悪い。とは言え、ハードコンタクトレンズであれば兎も角、ソフトコンタクトレンズの場合には、涙の表面の反射率を評価するようなものであるので、その反射率を積極的に評価しようという話にはならない。そうすると、コンタクトレンズＳ４の評価において、表面・裏面による反射分は、ブランクとして補正するに留めて、その上で、正味の吸収がないかどうかの評価や、カラーコンタクトの場合で適正な色となるような吸収があるかどうかの評価をすることが、妥当と言える。このように、コンタクトレンズＳ４の透過光測定の際、レンズを保存液Ｓ５に浸した状態で試料測定を行ない、保存液Ｓ５だけの状態でブランク測定を行なうことによって、適切な評価ができる。
【００６９】
レンズ全般に共通する「光を屈折させる」という問題は、コンタクトレンズＳ４であっても他のレンズと同様に、積分球の使用によって解決される。コンタクトレンズＳ４の透過光を積分球で受ければよい。しかし、従来の積分球を前提にして説明すると、保存液Ｓ５で濡らしたコンタクトレンズＳ４を積分球の窓の付近に立てることに対しては、「それ自体が可能か不可能か、容易であるか困難か」という議論よりも、「積分球の中に保存液が入って濡れてしまったらどうするのか」という現実的な心配の方が強くなる。２枚の石英ガラスに保存液Ｓ５で濡れたコンタクトレンズＳ４を挟んで固定するという方法もあるが、コンタクトレンズＳ４に撓みが生じるとか、気泡が抜けにくいとか、定位置に固定するのが困難であるとかいった問題が生じることが明白である。ハードレンズに関しては、挟むとレンズが割れてしまう。
【００７０】
本実施形態においては、試料水平置きの積分球を使うことによって、コンタクトレンズＳ４が保存液Ｓ５で濡れた状態であっても、積分球本体１を濡らさないで透過光を測定できるようになった。例えば、図１３のＡに示す専用のホルダ本体５３を使う。このホルダ本体５３は、石英ガラス板５３ａの上に環状部材５３ｂを熔着したものであり、図１３のＢに示すように、ホルダ本体５３に置いたコンタクトレンズＳ４を保存液Ｓ５（または洗浄液）で浸すことができる。
【００７１】
図１４のＡ，Ｂは、試料測定およびブランク測定での測定光の状況を示す。測定光が検出される前に減少・減衰するプロセスは、多重反射を無視すると、まず、コンタクトレンズＳ４の測定では（図１４のＡ）、保存液Ｓ５の表面での反射、レンズＳ４の表面・裏面での反射、レンズＳ４における吸収、および、ホルダ本体４３の底の裏表での反射になる。次に、ブランク測定では（図１４のＢ）、保存液Ｓ５の表面での反射、および、ホルダ本体４３の底の裏表での反射になる。ここで、保存液Ｓ５の表面での反射は、空気と保存液Ｓ５の屈折率の違いによるもので、試料測定とブランク測定では全く同等になる。同じ理由で、ホルダ本体４３の底での反射も同等になる。更に、レンズＳ４の表面・裏面での反射は、保存液Ｓ５とコンタクトレンズＳ４の屈折率が極めて近いため、非常に小さくなり、無視して差し支えないレベルである。
【００７２】
試料測定およびブランク測定での各測定光の強度を図１５のＡ、Ｂに示すように定義する。入射光強度をＩ０、保存液の表面反射をＲ１、試料吸収の透過率をＴ、ホルダ本体の底での裏面反射をＲ２とすると、試料測定での出射光強度Ｉは、次の式（１）になる。
【数１】
0005406402.tif 000002
【００７３】
ブランク測定での出射光強度Ｉ０’は、次の式（２）になる。
【数２】
0005406402.tif 000003
【００７４】
よって、レンズの透過率Ｔは、次の式（３）で表わされる。従って、各測定での出射光強度Ｉ、Ｉ０’の比をとれば、入射光強度Ｉ０、表・裏面反射Ｒ１、Ｒ２の分が完全に取り除かれて、レンズだけの正味の透過率Ｔを得ることができる。
【数３】
0005406402.tif 000004
【００７５】
本実施形態の積分球を用いて、図１６の写真に示すように、まず、試料ホルダ４６を積分球本体１の上に置き、保存液Ｓ５を注いで、コンタクトレンズＳ４を置いた。試料水平置き積分球であれば、試料でレンズＳ４を容易に目視で観察できる。そのため、白色光を入射して測定部位を正確に定めることができる。また、コンタクトレンズＳ４自体に物理的な負荷は掛からないので、ハードレンズでも問題なく測定できる。
【００７６】
第１参考形態
図１７のＡは、第１参考形態としての積分球の部分構成図である。測定対象はセルに一滴落とされた微量溶液Ｓ６である。同図に示すとおり、積分球本体１の上面に、直径２ｍｍの開口４５ａを有するマスク４５が載置される。その開口４５ａの真上に、深さ０．１ｍｍの凹みを有する段差セル６３が載置される。段差セル６３には予め一滴の溶液試料（液滴）Ｓ６が入れられており、上からカバーガラス６４で蓋がされている。セル内の液滴Ｓ６はカバーガラス６４と段差セル６３の両方を濡らした状態であり、これらに安定的に保持されている。カバーガラス６４には、溶液試料Ｓ６の表面張力が作用して、段差セル６３側に引っ張られ、段差セル６３の縁に貼り付いた状態になっている。これによって、０．１ｍｍの液滴Ｓ６の厚さが定まる。段差セル６３を移動させたり、持ち運んだりしても、カバーガラス６４が直ぐには外れない。
【００７７】
図１７のＢは、段差セル６３を上方から見た図であり、セル内の溶液試料Ｓ６の位置と、マスクの開口４５ａの位置との関係を示す。段差セル６３は、開口４５ａの真上に溶液試料Ｓ６が重なるように載置され、透過光の測定が行われる。
【実施例１】
【００７８】
実施例１
図１８は、第３実施形態の積分球を使って、液晶パネルで使用されている冷陰極管の透過スペクトルを測定した結果である。もっともらしいスペクトルが再現性よく得られた。
【００７９】
実施例２
図１９は、第５実施形態の積分球を使って、コンタクトレンズの透過スペクトルを測定した結果である。
【００８０】
参考例１
図２０のＡ、Ｂは、第１参考形態の積分球を使って、濃度が６５〜４５５ｍｇ／ｌである過マンガン酸カリウム水溶液の吸収スペクトルを測定した結果である。図２０のＡに示すように、良好なＳ／Ｎが得られた。このスペクトル群から波長５２５ｎｍにおける吸光度値を読み取り、検量線をプロットしたところ、図２０のＢに示すように相関関係は０．９９９９（γ＝√（Ｒ２）＝√（０．９９９８）＝０．９９９９）となり、十分な定量性が得られることが確認できた。この時の１滴は５μｌであった。
【００８１】
参考例２
次に、第１参考形態の積分球を、極微量での測定に関心が持たれているＤＮＡの測定に適用した。なお、カバーガラスの代わりに石英ガラスを使った。図２１は、そのＤＮＡの吸収スペクトルを測定した結果である。良好なＳ／Ｎが得られた。さらに、カバーをしているので溶媒の蒸発は少なく、安定して良好な再現性が得られた。試料の回収、セルの洗浄も極めて容易であった。
【００８２】
参考例３
第１参考形態の積分球での光路長を短くできるという点を生かし、吸収の極めて大きい試料を直接測定してみた。図２２は、インクジェットプリンタ用のインク原液の透過スペクトルを測定した結果である。さすがに吸収が大きく深さ０．１ｍｍの段差セルでは厚過ぎることが分かり、ＳＰＦ用の深さ０．０２ｍｍの段差セルを使ったところ、適正なスペクトルが得られることを確認できた。
【符号の説明】
【００８３】
１        ・・・積分球本体
２、１２、２２、３２・・・拡散板（拡散部材）
３、２３、３３、４３、５３・・・ホルダ本体
４、１４  ・・・スペーサ
５、１５  ・・・開口板（開口部材）
６、１６、２６、３６、４６・・・試料ホルダ
７        ・・・導光光学系（導光部）
９        ・・・検出器
２４      ・・・中間板
２５、３５・・・マスク（開口板）
４５      ・・・マスク
６３      ・・・段差セル
６４      ・・・カバーガラス
【要約】
【課題】形状に特徴のある試料について妥当な透過測定値を得ることができ、かつ、高い再現性を有する積分球を提供すること。
【解決手段】積分球は、試料の透過光を球体上部の窓から受入れて、球状内壁面で拡散反射させて、球状内壁面の一部に設けられた検出器で光強度を検出する。球状の内部空間を有する積分球本体と、この上部に設けられた窓を覆う拡散部材と、この上側に配置される試料の位置及び姿勢の少なくとも一方を決めるホルダ本体と、照射光をホルダ本体の上側に導いて試料を上側から照射する導光部と、を備える。試料が照射光を屈折させる特性を有する際に、試料で屈折する透過光が特定方向に集光しないように、拡散部材がその透過光を拡散させるようになっている。
【選択図】      図１【図１】
0005406402.tif 000005
【図２】
0005406402.tif 000006
【図３】
0005406402.tif 000007
【図４】
0005406402.tif 000008
【図５】
0005406402.tif 000009
【図６】
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【図７】
0005406402.tif 000011
【図８】
0005406402.tif 000012
【図９】
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【図１０】
0005406402.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図１３】
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【図１６】
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