(57)【要約】  本発明にかかる光学特性測定装置および光学特性測定方法ならびに二分光放射率係数測定方法では、測定域における互いに異なる部位が、部位ごとに異なる分光分布の照明光で照明され、これによって得られた前記部位ごとの放射光に関する情報に基づいて、試料の所定の光学特性が求められる。このため、蛍光試料の光学特性や二分光放射率係数等の光学特性が短時間で測定される。
2010103807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光試料の測定域における互いに異なる部位を、部位ごとに異なる分光分布の照明光で照明する照明部と、
前記照明光によって照明された前記蛍光試料から放射される放射光による前記測定域の像を結像する結像部と、
複数の画素を備え、所定の分光感度で前記結像部によって結像された像を受光する受光部と、
前記受光部から出力される前記部位ごとの放射光に関する情報に基づいて、前記蛍光試料の分光的な光学特性を求める演算部とを備えること
を特徴とする光学特性測定装置。
【請求項２】
前記測定域の各部位を照明する照明光で部位ごとに照明される参照域をさらに備え、
前記結像部は、前記照明光で照明された前記参照域の像を結像し、
前記受光部は、さらに前記結像部によって結像された前記参照域の像を受光し、
前記演算部は、前記受光部から出力される前記参照域の各部位から放射される放射光に関する情報に基づいて、前記測定域の各部位を照明する照明光の参照強度を求め、前記各部位の照明光の参照強度および前記各部位の放射光に関する情報に基づいて、前記蛍光試料の分光的な光学特性を求めること
を特徴とする請求項１に記載の光学特性測定装置。
【請求項３】
前記受光部は、前記測定域および前記参照域の各部位から放射される放射光を受光する複数の画素を備えるセンサーアレイであり、
前記演算部は、前記光学特性として、前記蛍光試料の分光蛍光量子収率を求めること
を特徴とする請求項２に記載の光学特性測定装置。
【請求項４】
前記蛍光試料は、既知の分光蛍光量子収率をもつ標準蛍光試料であり、
前記演算部は、前記標準蛍光試料の分光蛍光量子収率を求め、前記分光蛍光量子収率測定値と前記既知の分光蛍光量子収率とに基づいて、前記蛍光試料の分光蛍光量子収率測定値を校正するための校正係数をさらに求めること
を特徴とする請求項３に記載の光学特性測定装置。
【請求項５】
前記照明部は、部位ごとに異なる波長の単波長光である照明光で照明すること
を特徴とする請求項１に記載の光学特性測定装置。
【請求項６】
前記照明部は、光源と、第１の入射開口を持つ第１開口部材と、第１の波長分散部とを備え、
前記第１の波長分散部は、前記光源から前記第１の入射開口に入射した光束による、前記第１の入射開口の波長分散像を前記測定域につくること
を特徴とする請求項５に記載の光学特性測定装置。
【請求項７】
前記照明部は、前記光源から放射される光束から、蛍光波長域の成分を少なくとも部分的に除去する蛍光波長除去部をさらに備えること
を特徴とする請求項６に記載の光学特性測定装置。
【請求項８】
前記受光部は、複数の画素を備えるセンサーアレイを備え、該センサーアレイへの入射光の波長を選択する波長選択部をさらに備えること
を特徴とする請求項７に記載の光学特性測定装置。
【請求項９】
前記光源は、キセノンフラッシュランプであること
を特徴とする請求項６に記載の光学特性測定装置。
【請求項１０】
前記第１の波長分散部は、さらに前記光源から前記第１の入射開口に入射した光束による、前記第１の入射開口の波長分散像を拡大して前記測定域につくること
を特徴とする請求項６に記載の光学特性測定装置。
【請求項１１】
蛍光試料の測定域における互いに異なる部位を、部位ごとに異なる分光分布の照明光で照明する照明工程と、
前記照明光によって照明された前記蛍光試料から放射される放射光を、複数の画素を備えるセンサーアレイで受光する受光工程と、
前記センサーアレイから出力される前記測定域の前記部位ごとの放射光に関する情報に基づいて、前記蛍光試料の分光的な光学特性を求める演算工程とを備えること
を特徴とする光学特性測定方法。
【請求項１２】
前記受光部は、前記測定域の各部位から放射される放射光の分光分布を前記部位ごとに測定する多チャンネル分光器であり、
前記演算部は、前記多チャンネル分光器から出力される前記測定域の各部位から放射される放射光に関する情報に基づいて、前記蛍光試料の二分光放射率係数を求めること
を特徴とする請求項１に記載の光学特性測定装置。
【請求項１３】
前記多チャンネル分光器は、前記測定域の各部位から放射される放射光が前記測定域の像をつくって入射する第２の入射開口を持つ第２開口部材と、第２の波長分散部と、複数の画素を二次元的に備える二次元センサーアレイとを備え、
前記第２の波長分散部は、前記第２の入射開口に入射した前記測定域の各部位から放射される放射光による、前記第２の入射開口の波長分散像を前記二次元センサーアレイ上につくり、
前記演算部は、前記二次元センサーアレイから出力される前記各部位から放射される放射光に関する情報に基づいて、蛍光試料の二分光放射率係数を求めること
を特徴とする請求項１２に記載の光学特性測定装置。
【請求項１４】
前記測定域の各部位を照明する照明光で部位ごとに照明される参照域をさらに備え、
前記多チャンネル分光器は、前記参照域の各部位から放射される放射光が前記参照域の像をつくって入射する第３の入射開口を持つ第３開口部材をさらに備え、
前記第２の波長分散部は、前記第３の入射開口に入射した前記参照域の各部位から放射される放射光による、前記第３の入射開口の波長分散像を前記二次元センサーアレイ上につくり、
前記演算部は、前記二次元センサーアレイから出力される前記参照域の各部位から放射される放射光に関する情報に基づいて、前記測定域の各部位を照明する照明光の参照強度を求め、前記各部位の照明光の参照強度および前記各部位の放射光に関する情報に基づいて、前記蛍光試料の二分光放射率係数を求めること
を特徴とする請求項１３に記載の光学特性測定装置。
【請求項１５】
前記第２の入射開口をもつ前記第２開口部材および第３の入射開口をもつ前記第３開口部材は、前記第３の入射開口の分散像が前記第２の入射開口の分散像よりも短波長側に結像するように、それぞれ配置されること
を特徴とする請求項１４に記載の光学特性測定装置。
【請求項１６】
蛍光試料の測定域における互いに異なる部位を、部位ごとに異なる分光分布の照明光で照明する照明工程と、
前記異なる分光分布の照明光によって照明された前記蛍光試料から放射される放射光の分光分布を、多チャンネル分光器により前記部位ごとに測定する測定工程と、
前記多チャンネル分光器から出力される前記測定域の前記部位ごとの放射光に関する情報に基づいて、前記蛍光試料の二分光放射率係数を求める演算工程を備えること
を特徴とする二分光放射率係数測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学特性測定装置、光学特性測定方法および二分光放射率係数測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光物質を光エネルギーで励起すると、電子状態は、励起状態から中間状態を経て、最終的に再び基底状態に戻り、その途中の過程で蛍光が放射される。このような蛍光の放射過程から、蛍光は、物質中の電子状態を研究する重要な手段となっている。【０００３】
蛍光物質を含まない試料（以下、非蛍光試料）を或る波長の照明光で照明すると、試料から同じ波長の反射光が、試料の反射特性に応じて放射される。一方、蛍光物質を含む試料（以下、蛍光試料）を或る波長の照明光で照明すると、同じ波長の反射光の他に、試料の蛍光特性に応じて、通常、照明光の波長より長い波長の蛍光が放射される。このような蛍光試料の光学特性は、一般に二分光放射率係数や二分光蛍光放射率係数等で表される。【０００４】
二分光放射率係数は、各波長の単波長照明光で照明された蛍光試料からの放射光と、それと同様に照明、受光された完全白色拡散面からの放射光と、の波長毎の比Ｂ（μ，λ）で表される。ここで、μは、単波長照明光の波長、λは、放射光の波長である。二分光放射率係数は、例えば、図１３に示すようなマトリクスデータである。照明光の波長と放射光の波長とが一致する（μ＝λ）マトリクスの対角成分は、波長保存される分光反射率係数Ｂｒ（μ）であり、μ＜λの領域におけるふくらみは、二分光蛍光放射率係数Ｂｆ（μ，λ）であり、二分光放射率係数Ｂ（μ，λ）は、これらの和である。【０００５】
分光蛍光量子収率は、図１３に示す二分光放射率係数から対角成分を除いた二分光蛍光放射率係数を特定の蛍光波長について切り出したものである。分光蛍光量子収率は、二分光放射率係数や二分光蛍光放射率係数と同様に、蛍光試料の光学特性を表すためにしばしば用いられる。図１４は、代表的な蛍光試料である蛍光増白紙の相対蛍光量子収率およびそれらが放射する蛍光の代表的な相対分光強度である。Ｒ３は、蛍光基準紙の相対分光蛍光量子収率を、Ｐｈｏｔｏは、印画紙の相対分光蛍光量子収率を、ＣｏｌｏｒＣｏｐｙは、カラーコピー用紙の相対分光蛍光量子収率を、Ｂ／ＷＣｏｐｙは、モノクロコピー用紙の相対分光蛍光量子収率を、Ｇｌｏｓｓは、艶コート紙の相対分光蛍光量子収率を、それぞれ示し、Ｆｌｕｏｒ．は、代表的な蛍光増白紙が放射する蛍光の相対分光分布を示す。【０００６】
一方、試料に蛍光物質が含まれるか否かに関わらず、一般的に試料の光学的特性を表すものとして、全分光放射率係数がある。全分光放射率係数は、試料を所定の分光分布をもつ評価用照明光で照明した場合に観察される、蛍光試料からの放射光と、前記条件と同じ条件で照明、観察される完全白色拡散面からの放射光と、の波長毎の比である。全分光放射率係数を用いて、視覚的な特性を表す値、例えば色彩値が求まる。【０００７】
非蛍光試料の全分光放射率係数は、分光反射率係数となる。一方、蛍光試料の全分光放射率係数は、分光反射率係数と蛍光分光放射率係数との和となる。二分光放射率係数と全分光放射率係数との既知の関係を用いて、二分光放射率係数から全分光放射率係数を求めることができる。【０００８】
このように二分光放射率係数や二分光蛍光放射率係数は、それら自身が蛍光の光学的特性を示すほか、全分光放射率係数などの光学特性を求めるために重要である。二分光放射率係数および分光蛍光量子収率を測定する光学特性測定装置として、例えば、二分光放射率係数を測定する二分光放射率係数測定装置および分光蛍光量子収率を測定する分光蛍光量子収率測定装置などが知られている。【０００９】
二分光放射率係数は、例えば、特許文献１に示されるように波長走査しつつ単波長光を、被測定試料に順次照射して、照射光の波長毎に、照射された試料からの放射光の分光分布を測定することによって測定される。【００１０】
また、分光蛍光量子収率は、波長を走査しつつ単波長光を、被測定試料に順次照射し、照射された単波長光によって励起され、放射される蛍光強度を照射光の波長毎に所定の波長域で測定することによって測定される。【００１１】
ところで、前記特許文献１に開示の二分光放射率係数測定装置は、大掛かりで高価であり、測定には数分から数１０分を要してしまう。【００１２】
また、分光蛍光量子収率測定装置も、大掛かりかつ高価であり、測定時間も長い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−３００５８３号公報
【発明の概要】
【００１４】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、蛍光試料の光学特性をより短い時間で測定することができる光学特性測定装置および光学特性測定方法を提供することである。また、他の目的は、二分光放射率係数をより短い時間で測定することができる二分光放射率係数測定方法を提供することである。
【００１５】
本発明にかかる光学特性測定装置および光学特性測定方法ならびに二分光放射率係数測定方法では、測定域における互いに異なる部位が、部位ごとに異なる分光分布の照明光で照明され、これによって得られた前記部位ごとの放射光に関する情報に基づいて、試料の所定の光学特性が求められる。このため、蛍光試料の光学特性や二分光放射率係数等の光学特性が短時間で測定される。
【００１６】
上記並びにその他の本発明の目的、特徴および利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１における分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ａの構成を示す図である。
【図２】蛍光増白紙の相対分光蛍光量子収率と相対分光蛍光強度とフィルターの分光透過率を示す図である。
【図３】図１に示す分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ａにおける分光蛍光量子収率を測定する場合の動作を示すフローチャートである。
【図４】図１に示す分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ａにおける変換係数を演算する動作を示すフローチャートである。
【図５】実施形態２における分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｂの構成を示す図である。
【図６】実施形態３における分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｃの光学系の構成図である。
【図７】実施形態４における分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｄの光学系の構成図である。
【図８】実施形態５における二分光放射率係数測定装置Ｍ２の光学系の側面視による構成を示す図である。
【図９】実施形態５における二分光放射率係数測定装置Ｍ２の正面視による構成を示す図である。
【図１０】図９に示す二分光放射率係数測定装置Ｍ２における二分光放射率係数を測定する場合の動作を示すフローチャートである。
【図１１】図９に示す蛍光試料の二分光放射率係数測定装置Ｍ２における白色校正の動作を示すフローチャートである。
【図１２】図９に示す二分光放射率係数測定装置Ｍ２の受光素子２３３で測定される、測定域Ａｓから放射される放射光のマトリクスデータと参照域Ａｒから放射される参照光のマトリクスデータとを説明するための図である。
【図１３】典型的な蛍光増白紙の二分光放射率係数を説明するための図である。
【図１４】典型的な蛍光増白紙の相対分光蛍光量子収率と相対分光蛍光強度とを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。
【００１９】
本実施の形態に係る光学特性測定装置は、例えば、蛍光試料における異なる部位を部位毎に異なる分光分布の照明光で同時に照明し、前記分光分布の照明光で照明された各部位からの放射光に関する情報に基づいて、蛍光試料の分光的な光学特性を測定する装置である。
【００２０】
蛍光試料の分光的な光学特性は、例えば、分光蛍光量子収率、二分光放射率係数および二分光蛍光放射率係数等で表される。ここでは、本発明の一実施形態として、分光蛍光量子収率測定装置および二分光放射率係数測定装置について説明する。なお、背景技術で述べたように、例えば、二分光放射率係数に基づいて、全分光放射率係数等を演算することは可能である。よって、本実施の形態に係る光学特性測定装置は、全分光放射率係数をはじめとする光学諸特性を測定する光学特性測定装置に適用が可能であり、分光蛍光量子収率測定装置および二分光放射率係数測定装置に限定されるものではない。
【００２１】
以下、分光蛍光量子収率測定装置を実施形態１乃至実施形態４で説明し、二分光放射率係数測定装置を実施形態５で、図面に基づいて説明する。
【００２２】
＜実施形態１＞
本実施形態１における分光蛍光量子収率測定装置は、例えば、蛍光試料における異なる部位を部位毎に異なる分光分布の照明光で同時に照明して、前記分光分布の照明光で照明された各部位からの放射光に関する情報に基づいて、蛍光試料の分光蛍光量子収率を測定する装置である。
【００２３】
図１は、実施形態１における分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ａの構成を示す図である。図１（ａ）は、入射開口部Ｓ１ａ、試料用開口Ａｓおよび参照域Ａｒの配置図であり、（ｂ）は、その光学系の構成図であり、（ｃ）は、その受光部の構成図であり、（ｄ）は、（ａ）の拡大図であり、そして（ｅ）は、その演算制御部４０のブロック図である。なお、図１（ａ）に示すｐは、図１（ｂ）に示す受光系の光軸ａｘと試料用開口Ａｓを含む平面（紙面に垂直な平面）との交点である。
【００２４】
図２は、代表的な蛍光試料である蛍光増白紙の相対的な分光蛍光量子収率、それらが放射する蛍光の代表的な相対分光強度および二種のフィルターの分光透過率である。図２におけるＲ３、Ｐｈｏｔｏ、ＣｏｌｏｒＣｏｐｙ、Ｂ／ＷＣｏｐｙ、ＧｌｏｓｓおよびＦｌｕｏｒ．は、それぞれ、前記図１４の場合と同じであり、ＳＰＦ（Short Pass Filter）は、遮断波長μｓが４２０ｎｍである分光透過率をもつ短波長透過フィルターを、ＬＰＦ（Long Pass Filter）は、遮断波長μｌが４６０ｎｍである分光透過率をもつ長波長透過フィルターをそれぞれ示す。
【００２５】
まず、本実施形態１の構成について説明する。本実施形態１の分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ａは、例えば、図１（ｂ）および図１（ｅ）に示すように、照明部１０と、結像部２０と、受光部３０と、演算制御部４０とを備えて構成され、照明部１０によって照明されるように、試料用開口Ａｓに蛍光試料Ｏが配置されている。
【００２６】
蛍光試料Ｏは、蛍光物質を含む試料であり、例えば、蛍光物質を含む繊維、紙製品などである。この他、蛍光試料Ｏは、紫外線など波長の短い電磁波の照射によって可視域の蛍光を発する蛍光体を塗布した板等であっても良い。
【００２７】
照明部１０は、蛍光試料Ｏにおける測定域Ａｓの互いに異なる部位を、部位毎に異なる分光分布の光で照明する分散照明系である。蛍光試料Ｏは、この照明部１０に照明されることで、蛍光を放射する。照明部１０は、例えば、図１（ｂ）に示すように、光源１１と、短波長透過部１２と、第１開口部材１３と、分散素子１４と、試料用開口部材１５とを備えて構成される。
【００２８】
光源１１は、蛍光試料Ｏの励起波長域をカバーする連続スペクトルをもつ光源であり、制御部４１に接続され、制御部４１によってその点灯および消灯が制御される。光源１１は、蛍光試料Ｏの蛍光物質に応じて適宜用いられ、例えば、キセノンフラッシュランプ、キセノンランプなどであり、重水素ランプと白熱灯とを組み合わせて用いることもできる。キセノンフラッシュランプは、高強度かつ高効率であり、低発熱で低コストという特長をもつ。
【００２９】
短波長透過部１２は、光源１１から射出される光束のうち、遮断波長μｓを境として、長波長側の光を遮断し、短波長側の光を透過するための部材である。遮断波長μｓは、蛍光試料Ｏによる蛍光の波長域の光を阻止するように設定される。このような遮断波長μｓをもつ短波長透過部１２によって、照明光から蛍光の波長域が除去される。これによって、受光部３０で蛍光試料Ｏによる蛍光のみが受光され、後述する演算部４１１で算出される分光蛍光量子収率の精度が高くなるという利点がある。短波長透過部１２は、より具体的には、例えば、図２のＳＰＦ（Short Pass Filter）で示される遮断波長μｓが４２０ｎｍである分光透過率をもつような短波長透過フィルターである。
【００３０】
第１開口部材１３は、所定形状の入射開口部Ｓ１ａをもつ部材であり、この入射開口部Ｓ１ａには、短波長透過部１２で蛍光波長域が除去された光束が入射する。第１開口部材１３は、例えば、入射開口部Ｓ１ａとして、入射スリットを持つスリット板等であり、入射スリットは、例えば、矩形形状を有しており、矩形形状の長手方向は、図１（ｂ）の紙面に直交する方向に沿うように設けられている。
【００３１】
分散素子１４は、入射開口部Ｓ１ａから入射した光を波長分散した分散像Ｓ１ａ’を、試料用開口部材１５上に結ぶための光学素子である。分散素子１４は、例えば、図１（ｂ）に示すように、凹面に複数の溝を略平行に刻線した凹面回折格子等である。例えば、分散素子１４と第１開口部材１３との光学的距離が、分散素子１４と試料用開口部材１５との光学的距離にほぼ等しくなるように構成された場合には、分散素子１４は、入射開口部Ｓ１ａの波長分散像Ｓ１ａ’を、ほぼ等倍で試料用開口部材１５上に結ぶ。
【００３２】
試料用開口部材１５は、蛍光試料Ｏの測定域を決定し、照明された測定域の各部位から放射される放射光を結像部２０へ入射させると共に、照明された参照域Ａｒからの反射光（参照光）を結像部２０へ入射させる部材である。試料用開口部材１５は、例えば、前記測定域を規定する試料用開口Ａｓを空けられた板等である。試料用開口部材１５は、例えば、図１（ｄ）に示すように、試料用開口Ａｓと、参照域Ａｒとを備えて構成される。
【００３３】
試料用開口Ａｓは、例えば、図１（ｄ）に示すように、試料用開口部材１５が結像部２０から受光部３０に至る光学系の光軸ａｘと交わる交点ｐの一方片側に設けられた矩形の開口であり、矩形の長手方向が分散方向ｘ１に平行に設けられている。試料用開口Ａｓに蛍光試料Ｏが配設され、蛍光試料Ｏにおける試料用開口Ａｓに対応する区域内が測定域となる。以下、この測定域は、測定域Ａｓと表される。
【００３４】
参照域Ａｒは、例えば、図１（ｄ）に示すように、前記交点ｐの他方片側に設けられ、試料用開口Ａｓと前記交点ｐに対し点対称な位置に設けられている。参照域Ａｒ（反射域）は、白色拡散面を有する。
【００３５】
結像部２０は、試料用開口Ａｓ（すなわち、測定域Ａｓ）に配置され、分散像Ｓ１ａ’で照明された蛍光試料Ｏの放射光による測定域Ａｓの像および参照域Ａｒからの反射光による参照域Ａｒの像を、受光部３０に結ぶための光学系である。結像部２０は、照明光および蛍光の波長域の光を透過させ結像する光学系であり、例えば、結像レンズ等である。
【００３６】
受光部３０は、演算制御部４０に接続され、測定域Ａｓの蛍光試料Ｏからの蛍光による測定域Ａｓの像および参照域Ａｒからの反射光による参照域Ａｒの像を受光し、測定した蛍光による測定域の像および反射光による参照域の像における各部位毎の強度を、制御部４１に出力する。受光部３０は、長波長透過部３１と受光素子３２とを備えて構成される。
【００３７】
長波長透過部３１は、結像部２０により受光部３０に結像する放射光のうち、遮断波長μｌを境として、短波長側の光を遮断し、長波長側の光、つまり蛍光を透過するための部材である。長波長透過部３１は、蛍光受光素子ＳＡｓの前面に配置される。遮断波長μｌは、蛍光試料Ｏによる反射光を遮断し、かつ、蛍光試料Ｏの蛍光波長域の少なくとも一部の光を透過するように設定される。このような遮断波長μｌを持つ長波長透過部３１によって、測定域Ａｓから反射される照明光が除去され、後述する演算部４１１での分光蛍光量子収率の演算に必要となる測定域Ａｓからの蛍光成分のみを測定することができる。長波長透過部３１は、例えば、図２において、遮断波長μｌが４６０ｎｍであるＬＰＦ（Long Pass Filter）で示される分光透過率をもつ長波長透過フィルター等である。
【００３８】
受光素子３２は、測定域Ａｓの蛍光試料Ｏからの蛍光および参照域Ａｒからの参照光を受光する。受光素子３２は、例えば、測定域Ａｓにおける蛍光試料Ｏの各部位からの蛍光および参照域Ａｒにおける各部位からの反射光（参照光）をそれぞれ部位毎に受光すべく、２チャンネルセンサーアレイを備えて構成される。
【００３９】
受光素子３２は、例えば、図１（ｃ）に示すように、蛍光受光素子ＳＡｓと、参照光受光素子ＳＡｒとを備えて構成される。蛍光受光素子ＳＡｓは、測定域Ａｓの各部位からの蛍光を受光し、その強度分布である蛍光強度Ｆ（ｘ）を制御部４１に出力する素子である。参照光受光素子ＳＡｒは、参照域Ａｒの各部位からの参照光を受光し、その強度分布である参照光強度Ｉ（ｘ）を制御部４１に出力する素子である。ただし、ｘは、部位を示す。
【００４０】
演算制御部４０は、照明部１０の点灯および消灯を制御すると共に、受光部３０より出力される蛍光強度分布Ｆ（ｘ）および参照光強度分布Ｉ（ｘ）に関する情報と、予め入力され記憶された、公的機関で標準蛍光試料Ｒに値付けされた分光蛍光量子収率Ｑ０に関するデータとに基づいて、公的機関にトレーサブルな蛍光試料Ｏの分光蛍光量子収率を演算し、出力する装置である。演算制御部４０は、制御部４１と、入力部４１３と、出力部４１４とを備えて構成される。
【００４１】
入力部４１３は、例えば、測定開始の指示や、公的機関にトレーサブルな分光蛍光量子収率Ｑの演算に必要となる、公的機関で標準蛍光試料Ｒに値付けされた分光蛍光量子収率Ｑ０に関するデータを入力するための装置である。入力部４１３は、例えばキーボードやタッチパネル等である。入力部４１３は、制御部４１に接続され、標準蛍光試料Ｒに関するデータを後述する記憶部４１２へ出力する。
【００４２】
出力部４１４は、制御部４１に接続され、制御部４１で演算された蛍光試料Ｏの分光蛍光量子収率を出力するための装置である。出力部４１４は、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）、７セグメントＬＥＤ、有機フォトルミネセンス表示装置、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）表示装置およびプラズマ表示装置等の表示装置や、プリンタ等の印刷装置等である。
【００４３】
制御部４１は、照明部１０および受光部３０を制御し、受光部３０から出力される蛍光強度分布Ｆ（ｘ）と参照光強度分布Ｉ（ｘ）と入力部４１３から入力される標準蛍光試料Ｒに関するデータとに基づいて、蛍光試料の光学的特性を出力部４１４に出力する装置である。制御部４１は、例えば、後述する演算処理を行う各演算処理プログラム等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、いわゆるワーキングメモリとして機能し一時的にデータを格納するＲＡＭ（Random Access Memory）、書換え可能なＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable Read Only Memory）等の不揮発性の記憶素子および前記演算処理プログラム等を前記ＲＯＭから読み出して実行する中央処理装置（ＣＰＵ）およびその周辺回路等である。
【００４４】
制御部４１は、例えば、図１（ｅ）に示すように、演算部４１１と記憶部４１２とを備え、予め記憶された制御プログラムに従い、光源１１、受光部３０、入力部４１３および出力部４１４を当該機能に応じてそれぞれ制御する。
【００４５】
演算部４１１は、中央処理装置として機能し、記憶部４１２に格納された公的機関で標準蛍光試料Ｒに値付けされた分光蛍光量子収率Ｑ０に関するデータと受光部３０から出力される測定データ（蛍光強度分布Ｆ（ｘ）および参照光強度分布Ｉ（ｘ））とに基づいて、公的機関にトレーサブルな分光蛍光量子収率を演算し、演算した分光蛍光量子収率を出力部４１４に出力する。
【００４６】
記憶部４１２は、公的機関で標準蛍光試料Ｒに値付けされた分光蛍光量子収率Ｑ０に関するデータ、蛍光試料Ｏの二分光蛍光量子収率を演算するプログラムや照明部１０を制御するプログラム等の各種プログラム、および、各種プログラムの実行に必要なデータやその実行中に生じるデータ等の各種データを記憶する。
【００４７】
次に、本実施形態の動作について図３および図４を用いて説明する。
【００４８】
図３は、実施形態１における分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ａにおける分光蛍光量子収率を測定する場合の動作を示すフローチャートである。図４は、実施形態１における分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ａにおける変換係数を演算する動作を示すフローチャートである。分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ａは、例えば、その起動によって演算処理プログラムを実行する。そして、分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ａは、以下の動作によって、公的機関で標準蛍光試料Ｒに値付けされた分光蛍光量子収率Ｑ０に関するデータに基づいて、公的機関にトレーサブルな分光蛍光量子収率を測定する。
【００４９】
＜＜分光蛍光量子収率演算フロー（Ｓ１〜Ｓ５）＞＞
分光蛍光量子収率演算フローでは、蛍光試料Ｏの蛍光強度分布Ｆ（ｘ）および参照光強度分布Ｉ（ｘ）について、測定（ステップＳ１〜ステップＳ３）が行われた後に、公的機関にトレーサブルな分光蛍光量子収率Ｑが演算され（ステップＳ４）、前記分光蛍光量子収率Ｑが出力される（ステップＳ５）。測定に先立って、蛍光試料Ｏが試料用開口部材１５の試料用開口Ａｓに配置される。
【００５０】
まず、ステップＳ１において、制御部４１は、照明部１０を点灯する、すなわち、光源１１を点灯する。
【００５１】
次に、ステップＳ２では、照明部１０の点灯により、紫外域で十分な強度をもつ光源１１からの光束が、短波長透過部１２を経て第１開口部材１３の入射開口部Ｓ１ａに入射する。光源１１は、例えば、波長４００ｎｍ以下の紫外域で十分な強度を持つキセノンフラッシュランプである。
【００５２】
分散素子１４は、入射開口部Ｓ１ａから入射した光束によって、試料用開口部材１５上に開口部Ｓ１ａの波長分散像Ｓ１ａ´を結像させる。分散素子１４は、例えば、凹面回折格子である。例えば、分散素子１４と第１開口部材１３との光学的距離が、分散素子１４と試料用開口部材１５との光学的距離にほぼ等しくなるように構成された場合には、分散素子１４は、入射開口部Ｓ１ａから入射した光束を分散した波長分散像Ｓ１ａ’を、ほぼ等倍で試料用開口部材１５上に結ぶ。したがって、蛍光試料Ｏの試料用開口Ａｓ内の各部位は、ｘ１方向に中心波長が変化する狭い波長帯域の略単波長光で照明される。波長μの単波長光で照明される蛍光試料Ｏの各部位から、反射光とともに、該単波長光で励起された蛍光が放射される。例えば、波長域３００−４３０ｎｍを線分散０．１ｍｍ／ｎｍでカバーする波長分散像Ｓ１ａ´の分散幅は、およそ１４ｍｍとなる。
【００５３】
入射開口部Ｓ１ａの大きさが、例えば、幅１ｍｍ、長さ５ｍｍで線分散が上述したような０．１ｍｍ／ｎｍの場合、分散像Ｓ１ａ´の大きさは、長さ５ｍｍ、分散幅１４ｍｍ程度となる。試料用開口Ａｓが、例えば、２ｍｍ×１５ｍｍの大きさの場合には、波長分散像Ｓ１ａ´の１０ｎｍあたりの試料面は、２ｍｍ×１ｍｍとなる。また、例えば、蛍光試料Ｏが図２のＦｌｕｏｒ．で示す分光分布をもつ場合には、上述した波長域３００−４３０ｎｍの波長分散像Ｓ１ａ´で励起される蛍光試料Ｏが放射する蛍光の波長域は、波長４００−６００ｎｍである。
【００５４】
つまり、ｘ１方向に変化する略単波長光の中心波長をμ（ｘ１）とすれば、測定域Ａｓの蛍光試料Ｏの部位ｘ１は、中心波長μ（ｘ１）の照明光で照明され、各部位ｘ１から、放射光Ｅｓ（μ（ｘ１），λ）が同時に放射される。放射光Ｅｓ（μ（ｘ１），λ）は、蛍光成分Ｅｓｆ（μ（ｘ１），λ）と反射光成分Ｅｓｒ（μ（ｘ１））との和である。ここで、λは、放射光の波長であり、蛍光成分Ｅｓｆ（μ（ｘ１）, λ）は、波長μ（ｘ１）の照明光で励起された測定域Ａｓの部位ｘ１による波長λの蛍光である。また、反射光成分Ｅｓｒ（μ（ｘ１））は、波長μ（ｘ１）の照明光の測定域Ａｓの部位ｘ１による波長μ（ｘ１）の反射光で波長変換を伴わない。
【００５５】
部位ｘ１から放射される蛍光成分Ｅｓｆ（μ（ｘ１）, λ）は、照明光の強度と蛍光試料Ｏの分光蛍光量子収率に依存する。
【００５６】
結像部２０は、入射した測定域Ａｓからの放射光による等倍の測定域Ａｓの像を蛍光受光素子ＳＡｓ上に結ぶ。蛍光受光素子ＳＡｓの前面には、長波長透過部３１が設置されている。長波長透過部３１は、蛍光試料Ｏによって放射された反射光成分Ｅｓｒ（μ）を除去するので、蛍光受光素子ＳＡｓは、蛍光成分Ｅｓｆ（μ，λ）のみを受光する。例えば、長波長透過部３１が図２のＬＰＦ（Long Pass Filter）の分光透過率をもつ遮断波長４６０ｎｍの長波長透過フィルターである場合には、波長４３０ｎｍ以下の成分が除去される。
【００５７】
したがって、蛍光受光素子ＳＡｓの各画素には、蛍光試料Ｏの対応する部位ｘ１から、波長μ（ｘ１）の単波長照明光で励起された蛍光成分Ｅｓｆ（μ（ｘ１），λ）の長波長透過フィルターを透過した成分が入射する。蛍光受光素子ＳＡｓの各画素は、蛍光成分Ｅｓｆ（μ（ｘ１），λ）の長波長透過フィルターを透過した成分を受光し、蛍光強度Ｆ（μ（ｘ１））を測定する。このように受光部３０は、励起波長μ（ｘ１）での蛍光強度Ｆ（μ（ｘ１））を測定して、演算部４１１に出力する。
【００５８】
次に、蛍光強度Ｆ（μ（ｘ１））と同時に受光部３０で測定される、参照域Ａｒから放射される参照光について説明する。参照域Ａｒの各部位ｘ１は、測定域Ａｓの各部位ｘ１と同様、各部位に対応する波長μ（ｘ１）の単波長照明光で照明され、参照域Ａｒの各部位ｘ１から同時に、参照光Ｅｒ（μ（ｘ１））が放射される。ここで、参照光Ｅｒ（μ（ｘ１））は、波長μ（ｘ１）の照明光の参照域Ａｒの部位ｘ１による波長変換を伴わない反射光である。
【００５９】
拡散反射された参照域Ａｒからの参照光Ｅｒの一部が結像部２０に入射し、結像部２０による参照域Ａｒの像が受光部３０の参照光受光素子ＳＡｒ上につくられる。参照光受光素子ＳＡｒの画素には参照域Ａｒの対応する部位ｘ１から、対応する波長の照明光の反射光（参照光）Ｅｒ（μ（ｘ１））が入射する。参照光受光素子ＳＡｒの各画素は、蛍光試料Ｏの対応する部位を照明する波長μ（ｘ１）の単波長照明光、の参照光強度Ｉ（ｘ１）を同時に測定し、各単波長照明光の強度を参照するための参照光強度Ｉ（ｘ１）を演算部４１１に出力する。
【００６０】
受光部３０には、蛍光受光素子ＳＡｓと参照光受光素子ＳＡｒとが並列している（例えば、蛍光受光素子ＳＡｓと参照光受光素子ＳＡｒとには、それぞれ、複数の画素が０．５ｍｍピッチで直線的に配列する）。蛍光受光素子ＳＡｓの各画素と参照光受光素子ＳＡｒの各画素とは、波長μ（ｘ１）の照明光によって励起される測定域Ａｓの部位ｘ１からの蛍光成分Ｅｓｆ（μ（ｘ１），λ）を受光する画素と、波長μ（ｘ１）の照明光による参照域Ａｒの部位ｘ１からの参照光Ｅｒ（μ（ｘ１））を受光する画素とが、蛍光受光素子ＳＡｓの各画素（参照光受光素子ＳＡｒの各画素）の配列方向の対応する位置に配置されている。
【００６１】
次に、ステップＳ３では、制御部４１は、照明部１０の光源１１を消灯する。
【００６２】
続いて、ステップＳ４では、演算部４１１は、分光蛍光量子収率を演算する。まず、演算部４１１は、蛍光強度Ｆ（μ（ｘ１））と参照光強度Ｉ（μ（ｘ１））とを用いて、相対化蛍光強度を演算する。相対化蛍光強度は、Ｆ（ｘ１）／Ｉ（ｘ１）である。以下、Ｆ（μ（ｘ１））をＦ（μ）と、Ｉ（μ（ｘ１））をＩ（μ）と略記する。
【００６３】
このように、蛍光受光素子ＳＡｓの蛍光強度Ｆ（μ）を、蛍光強度Ｆ（μ）を出力した蛍光受光素子ＳＡｓの画素に対応する参照光受光素子ＳＡｒの画素から出力される参照光強度Ｉ（μ）で相対化することで、光源１１による照明光の分光分布の発光ごとの変動の影響を抑制することができる。
【００６４】
次に、演算部４１１は、相対化蛍光強度分布（Ｆ（μ）／Ｉ（μ））を、予め記憶部４１２に格納されている変換係数Ｃ（μ）によって、式（１）で与えられる分光蛍光量子収率Ｑ（μ）に変換する。
【００６５】
2010103807.tif 000003
【００６６】
ここで、変換係数Ｃ（μ）は、本実施形態における分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ａで測定された相対化蛍光強度分布Ｆ（μ）／Ｉ（μ）を、公的機関にトレーサブルな分光蛍光量子収率Ｑ（μ）に変換するための係数である。分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ａでは、例えば製造時に変換係数Ｃ（μ）を求める感度校正が行われる。
【００６７】
次に、ステップＳ５では、制御部４１は、公的機関にトレーサブルな分光蛍光量子収率Ｑ（μ）を出力部４１４に出力する。例えば、蛍光試料ＯがＲ３である場合には、制御部４１は、測定される分光蛍光量子収率として、図２のＲ３で示される結果を出力する。
【００６８】
上記実施形態では、結像部２０により受光部３０に結ばれる像を等倍としたが、これを例えば０．５倍とすれば、蛍光受光素子ＳＡｓと参照光受光素子ＳＡｒのサイズを半分にすることができる。
【００６９】
＜＜変換係数演算フロー（Ｓ６〜Ｓ９）＞＞
変換係数演算フローでは、標準蛍光試料の蛍光強度Ｆ０（μ）および参照光強度Ｉ０（μ）について、その測定（ステップＳ６〜ステップＳ８）が行われた後に、変換係数Ｃ（μ）が演算される（ステップＳ８）。測定に先立って、標準蛍光試料Ｒ（Labsphere社のSpectralon Fluorescent Standard
USFS-205など）が試料用開口部材１５の試料用開口Ａｓに配置される。なお、標準蛍光試料Ｒは、測定試料と類似の励起波長域および蛍光波長域をもち、ＮＲＣ（National Research Council Canada）などの公的機関で分光蛍光量子収率Ｑ０（μ）が値付けされている。
【００７０】
まず、ステップＳ６では、制御部４１は、入力部４１３から、値付けされた分光蛍光量子収率Ｑ０（μ）が入力される。記憶部４１２は、入力された分光蛍光量子収率Ｑ０（μ）を記憶する。続いて、演算制御部４０は、照明部１０を点灯する、すなわち、光源１１を点灯する。これによって、試料用開口Ａｓの標準蛍光試料Ｒは、波長分散光で照明される。
【００７１】
そして、ステップＳ７では、制御部４１は、受光部３０によって、各波長μの照明光によって励起された蛍光強度Ｆ０（μ）と、参照光強度Ｉ０（μ）とを同時に測定し、測定結果を制御部４１に出力する。
【００７２】
次に、ステップＳ８では、制御部４１は、受光部３０により出力された、波長μの照明光によって励起された蛍光強度Ｆ０（μ）と、参照光の強度Ｉ０（μ）とを記憶部４１２に記憶する。続いて、制御部４１は、光源１１を消灯する。
【００７３】
ステップＳ９において、演算部４１１は、製造時に予め記憶部４１２に格納されるか、または入力部４１３に入力されて記憶部４１２に記憶される分光蛍光量子収率Ｑ０（μ）と、蛍光強度分布Ｆ０（μ）と、参照光強度分布Ｉ０（μ）とを用いて、式（２）で与えられる変換係数Ｃ（μ）を演算する。
【００７４】
2010103807.tif 000004
【００７５】
変換係数Ｃ（μ）を求めることが、この分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ａの校正であり、この校正によって、この分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ａで測定された分光蛍光量子収率は、公的機関にトレーサブルとなる。
【００７６】
＜実施形態２＞
図５は、実施形態２における分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｂの光学系の構成を示す図である。（ａ）は、その試料用開口Ａｓと参照域Ａｒの配置図であり、（ｂ）は、その光学系であり、そして、（ｃ）は、その受光系の構成図である。
【００７７】
実施形態２では、分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｂは、実施形態１における照明部１０に代えて、照明部１０ｂを備えて構成される。照明部１０ｂは、実施形態１における照明部１０と類似しているが、分散素子１４ｂと試料用開口部材１５ｂとの光学的距離が、分散素子１４と第１開口部材１３との光学的距離より大きくなるように構成される。
【００７８】
実施形態２では、分散素子１４ｂは、実施形態１より拡大した波長分散像Ｓ１ａ´を試料用開口部材１５ｂ上に結ぶ。なお、この波長分散像Ｓ１ａ´の拡大倍率は、分散素子１４ｂと試料用開口部材１５ｂとの光学的距離と分散素子１４ｂと第１開口部材１３との光学的距離との比に比例する。
【００７９】
この拡大した波長分散像Ｓ１ａ´の１０ｎｍあたりの測定域Ａｓおよび参照域Ａｒは、実施形態１における１０ｎｍあたりの測定域Ａｓおよび参照域Ａｒよりも大きくなる。
【００８０】
以下、具体的な数値例を用いて、より詳細に照明部１０ｂについて説明する。例えば、試料用開口部材１５ｂと分散素子１４ｂとの光学的距離が、第１開口部材１３と分散素子１４ｂとの光学的距離の１．５倍の場合には、試料用開口部材１５ｂ上の波長分散像Ｓ１ａ´は、実施形態１の波長分散像Ｓ１ａ´の１．５倍となる。実施形態２においても、入射開口部Ｓ１ａの大きさを、実施形態１と同じ幅１ｍｍ、長さ５ｍｍであるとする。実施形態２では、試料用開口部材１５ｂ上の波長分散像Ｓ１ａ´の線分散は、０．１５ｍｍ／ｎｍであり、３００−４３０ｎｍをカバーする像は、長さ７．５ｍｍ、分散幅２１ｍｍ程度となり、それに応じて試料用開口Ａｓの大きさが３ｍｍ×２２．５ｍｍとすると、１０ｎｍあたりの試料面は、３ｍｍ×１．５ｍｍである。これは、実施形態１の１０ｎｍあたりの試料面２ｍｍ×１ｍｍの２．２５倍である。
【００８１】
このように実施形態２では、照明部１０ｂを備えることにより、波長分散像Ｓ１ａ´の１０ｎｍあたりの試料面が、実施形態１における波長分散像Ｓ１ａ´の１０ｎｍあたりの試料面より広くなる。したがって、実施形態２では、分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｂは、実施形態１より広い測定域Ａｓの蛍光試料Ｏから到達する蛍光を受光部３０で測定するので、蛍光試料Ｏの不均一性の影響を軽減することができる。
【００８２】
また、図５（ｂ）に示すように、実施形態２では、試料用開口部材１５ｂが、光源１１、短波長透過部１２、第１開口部材１３などからなる光源系から離れる（図５（ｂ）で左側に離れる）ので、光源系に干渉することなく蛍光試料Ｏを試料用開口Ａｓに配設することができる。したがって、実施形態２における分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｂは、大きな蛍光試料を切り取ることなく、分光蛍光量子収率を測定することができる。
【００８３】
＜実施形態３＞
図６は、実施形態３における分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｃの光学系の構成を示す図である。実施形態３では、分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｃは、分散素子１４と試料用開口部材１５との間に、拡大部１６をさらに備えて構成される。拡大部１６は、分散素子１４による波長分散像Ｓ１ａ´を拡大して、試料用開口部材１５上に波長分散像Ｓ１ａ´´として再結像させる光学系である。拡大部１６は、例えば、図６に示すように、光軸上の、分散素子１４と試料用開口部材１５との間における所定の位置（分散素子１４から所定の距離）に配置されたリレーレンズ等である。
【００８４】
拡大部１６により、試料用開口部材１５上に再結像した波長分散像Ｓ１ａ´´で照明される１０ｎｍあたりの蛍光試料Ｏの試料面が、実施形態１の波長分散像Ｓ１ａ´で照明される１０ｎｍあたりの試料面より大きくなる。したがって、実施形態３では、分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｃは、実施形態２と同様に、蛍光試料Ｏの不均一性の影響を軽減することができる。そして、実施形態３では、分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｃは、分散素子１４のような分散系と拡大部１６のような拡大系とが分離されるので、分散系の性能を損なうことなく拡大した波長分散像Ｓ１ａ´´を得ることができる。さらに、実施形態３では、分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｃは、実施形態２と同様、蛍光試料Ｏと光源系との干渉を避けることができる。したがって、実施形態３における分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｃは、大きな蛍光試料を切り取ることなく、分光蛍光量子収率を測定することができる。
【００８５】
＜実施形態４＞
図７は、実施形態４における分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｄの光学系の構成を示す図である。実施形態４では、分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｄは、実施形態１における光源１１と短波長透過部１２と第１開口部材１３と分散素子１４とからなる照明部１０に代えて、光源１１ｄとフィルター部１４ｄと照明結像部１７とからなる照明部１０ｄを備えて構成されている。
【００８６】
光源１１ｄは、光源１１と同様に蛍光試料Ｏの励起波長域をカバーする連続スペクトルを持ち、所定の領域から光束を放射する面光源である。
【００８７】
フィルター部１４ｄは、光源１１ｄが放射する光束のうち、フィルター部１４ｄの部位ｘ０ごとに異なる波長（中心波長）μ（ｘ０）の帯域光を透過する部材である。フィルター部１４ｄは、例えば、図７に示すように、フィルター部１４ｄの透過波長μ（ｘ０）の変化するｘ０方向と光源１１ｄの長手方向とが平行になるように、光源１１ｄの放射面に配置される。このように、フィルター部１４ｄによって、その部位ｘ０ごとに異なる波長の光束が得られる。フィルター部１４ｄは、例えば、ウェッジ帯域透過フィルターである。フィルター部１４ｄは、より具体的には、例えば、図７のｘ０方向に、３００ｎｍから４３０ｎｍまで変化するウェッジ帯域透過フィルターである。
【００８８】
照明結像部１７は、光軸上の、光源１１ｄと試料用開口部材１５との間における所定の位置（光源１１ｄから所定の距離）に配置され、フィルター部１４ｄから入射した、ｘ０方向に異なる中心波長μ（ｘ０）をもつ光束による、フィルター部１４ｄの像を試料用開口部材１５上に、ｘ１方向に異なる波長μ（ｘ１）をもつ照明光の像として結ぶための部材である。
【００８９】
このように実施形態４では、試料用開口部材１５上の測定域Ａｓの蛍光試料Ｏおよび参照域Ａｒは、実施形態１と同様に、ｘ１方向に中心波長μ（ｘ１）が異なる照明光で照明される。したがって、実施形態４の分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｄは、実施形態１と同様な効果が得られる。そして、この分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｄは、キセノンフラッシュランプのような線状の光源を用いる場合、光源の長手方向をｘ０方向に平行に設置することで放射光束を有効に用いることができ、照明光の強度を高めることができる。
【００９０】
＜実施形態５＞
実施形態５における二分光放射率係数測定装置は、例えば、蛍光試料における異なる部位を部位毎に異なる分光分布の照明光で同時に照明し、受光した、前記分光分布の照明光で励起された蛍光を含む各部位からの放射光に関する情報に基づいて、蛍光試料の二分光蛍光放射率係数を測定する装置である。
【００９１】
図８は、実施形態５における二分光放射率係数測定装置Ｍ２の光学系の側面視による構成を示す図である。図８（ａ）は、その試料用開口Ａｓおよび参照域Ａｒの配置図であり、そして（ｂ）は、その光学系の構成図である。図９は、実施形態５における二分光放射率係数測定装置Ｍ２の正面視による構成を示す図である。図９（ａ）は、入射開口部Ｓ１ａ、試料用開口Ａｓおよび参照域Ａｒの配置図であり、（ｂ）は、その光学系の構成図であり、（ｃ）は、放射光開口部Ｓ２ｓおよび参照光開口部Ｓ２ｒの配置図であり、（ｄ）は、光の進行方向から視た受光素子２３３の拡大図であり、そして、（ｅ）は、その演算制御部２４０のブロック図である。
【００９２】
まず、本実施形態５の構成について説明する。本実施形態５における二分光放射率係数測定装置Ｍ２は、例えば、図８（ｂ）、図９（ｂ）および図９（ｅ）に示すように、照明部２１０と、結像部２２０と、受光部２３０と、演算制御部２４０とを備えて構成され、照明部２１０によって照明されるように被測定試料として蛍光試料Ｏが配置されている。
【００９３】
照明部２１０は、実施形態１における照明部１０と類似した分散照明系である。照明部２１０は、例えば、図９（ｂ）に示すように、光源２１１と、第１開口部材２１３と、第１分散部２１４と、試料用開口部材２１５とを備えて構成される。光源２１１は、光源１１に、第１開口部材２１３は、第１開口部材１３に、第１分散部２１４は、分散素子１４に、試料用開口部材２１５は、試料用開口部材１５に、それぞれ対応する。ここで、照明部２１０は、照明部１０における、短波長透過部１２に対応する長波長を除去するための部材を備えずに構成されている。後述するように、実施形態５では、受光素子２３３が、測定域Ａｓから放射される放射光の反射光成分と蛍光成分とを重複することなく各受光素子（画素）によって個別に受光することができるので、照明部２１０は、短波長透過部１２に相当する部材を備えていない。
【００９４】
結像部２２０は、受光部２３０の第２開口部材２３１上に、試料用開口Ａｓ（すなわち、測定域Ａｓ）に配置され分散像Ｓ１ａ’で照明された、蛍光試料Ｏからの放射光による測定域Ａｓの像および参照域Ａｒからの反射光（参照光）による参照域Ａｒの像を結ぶための光学系である。結像部２２０は、例えば、図９（ｂ）に示すように、結像光学素子２２１と、像面光学素子２２２とを備えて構成される。
【００９５】
結像光学素子２２１は、測定域Ａｓからの放射光による測定域Ａｓの像および参照域Ａｒからの反射光による参照域Ａｒの像を第２開口部材２３１上に結ぶ光学素子である。結像光学素子２２１は、測定域Ａｓからの放射光および参照光両方の波長域の光を透過させ結像する光学素子であり、例えば結像レンズである。
【００９６】
像面光学素子２２２は、結像光学素子２２１の像を後述する第２分散部２３２上につくる光学素子であり、結像光学素子に入射した測定域Ａｓからの放射光および参照域Ａｒからの参照光を、効率よく第２分散部２３２に入射させる。像面光学素子２２２は、例えば、凸レンズ等である。
【００９７】
第２開口部材２３１は、所定形状の放射光開口部Ｓ２ｓおよび参照光開口部Ｓ２ｒをもつ部材である。測定域Ａｓからの放射光および参照域Ａｒからの参照光は、それぞれ放射光開口部Ｓ２ｓおよび参照光開口部Ｓ２ｒに入射する。第２開口部材２３１は、例えば、図８（ｂ）に示すように、光の進行方向からみて像面光学素子２２２の後面に配置される、入射用のスリットを持つスリット板等である。前記スリットは、例えば矩形形状を有しており、矩形形状の長手方向は、図９（ｃ）に示すように、測定域Ａｓ上の照明光の分散方向ｘ１に対応する第２開口部材２３１上の方向ｘ２に平行に設けられている。
【００９８】
第２分散部２３２は、放射光開口部Ｓ２ｓおよび参照光開口部Ｓ２ｒの各部位から入射した光をｘ２方向と直交するｙｓおよびｙｒ方向にそれぞれ波長分散し、その分散像を、受光素子２３３の受光面上に二次元的に結ぶための光学素子である。第２分散部２３２は、第１分散部２１４と同様な光学素子である。
【００９９】
放射光開口部Ｓ２ｓおよび参照光開口部Ｓ２ｒには、それぞれ測定域Ａｓおよび参照域Ａｒの像が結像するので、受光素子２３３は、測定域Ａｓにおける蛍光試料Ｏの各部位から放射される放射光の波長分散像および参照域Ａｒの各部位からの参照光の波長分散像を受光し、各部位からの放射光の分光分布および各部位からの参照光の分光分布を、制御部２４１に出力する。受光素子２３３は、異なる波長μの単波長光で照明された測定域および参照域の各部位から得られる放射光および参照光の分光分布を測定するので、照明光の波長域μと放射光の波長域λとに対応して画素が二次元配列された２次元センサーアレイである。受光素子２３３は、例えば、列方向（ｘ３方向）に照明光の波長（μ）域３００−７００ｎｍを、行方向（ｙｓおよびｙｒ方向）に放射光の波長（λ）域３００−７８０ｎｍの波長域を受光する２次元センサーアレイである。
【０１００】
入力部２４１３は、入力部４１３に対応する装置である。出力部２４１４は、出力部４１４に対応する装置である。
【０１０１】
制御部２４１は、照明部２１０および受光素子２３３を制御し、受光部から出力される測定データ（照明光の波長μ毎の放射光分光分布Ｅ（μ，λ）および参照光分光分布Ｉ（μ）と、感度補正係数Ｄ（μ，λ）と校正係数Ｋ（μ）とに基づいて、二分光放射率係数を演算し、前記二分光放射率係数を出力部２４１４に出力する装置である。制御部２４１は、制御部４１と同様な装置である。
【０１０２】
この制御部２４１は、例えば、図９（ｅ）に示すように、機能的に、演算部２４１１と記憶部２４１２とを備え、予め記憶された制御プログラムに従い、照明部２１０、受光素子２３３、入力部２４１３および出力部２４１４を当該機能に応じてそれぞれ制御する。
【０１０３】
演算部２４１１は、記憶部２４１２に格納されている、例えば製造時等に求められた感度補正係数Ｄ（μ，λ）と、白色校正で求められた校正係数Ｋ（μ）と、受光素子２３３から出力される測定データとに基づいて、二分光放射率係数を演算し、演算した二分光放射率係数を出力部２４１４に出力する。記憶部２４１２は、入力部２４１３から入力された、あるいは、算出された補正および校正用データと演算部２４１１で演算した二分光放射率係数とを記憶する。
【０１０４】
記憶部２４１２は、蛍光試料Ｏの二分光放射率係数を演算するプログラムや照明部２１０を制御するプログラム等の各種プログラム、および、各種プログラムの実行に必要なデータやその実行中に生じるデータ等の各種データを記憶する。記憶部２４１２は、記憶部４１２に対応する。
【０１０５】
上述した実施形態２における分光蛍光量子収率測定装置Ｍ１ｂでは、結像部２０による測定域Ａｓからの放射光および参照域Ａｒからの参照光の結像位置に受光部３０が配置されていたが、実施形態５における二分光放射率係数測定装置Ｍ２では、受光部３０に代えて第２開口部材２３１が配置され、その直前に像面光学素子２２２が配置される。
【０１０６】
以下、本実施形態５の動作について、図面に基づき説明する。図１０は、実施形態５における二分光放射率係数測定装置Ｍ２における二分光放射率係数を測定する場合の動作を示すフローチャートである。図１１は、実施形態５における蛍光試料の二分光放射率係数測定装置Ｍ２における白色校正の動作を示すフローチャートである。二分光放射率係数測定装置Ｍ２は、例えば、その起動によって演算処理プログラムを実行する。そして、二分光放射率係数測定装置Ｍ２は、以下の動作によって、例えば製造時等に求められた感度補正係数Ｄ（μ，λ）および白色校正で求められた校正係数Ｋ（μ）に基づいて、二分光放射率係数Ｂ（μ，λ）を測定する。
【０１０７】
＜＜二分光放射率係数演算フロー（Ｓ１１〜Ｓ１５）＞＞
二分光放射率係数演算フローでは、蛍光試料Ｏの放射光の照明光の波長μ毎の分光分布Ｅ（μ，λ）および照明光の分光分布Ｉ（μ）について、その測定（ステップＳ１１〜ステップＳ１３）が行われた後に、二分光放射率係数が演算され（ステップＳ１４）、前記二分光放射率係数が出力される（ステップＳ１５）。測定に先立って、蛍光試料Ｏが試料用開口部材１５の試料用開口Ａｓに配置される。
【０１０８】
ステップＳ１１において、制御部２４１は、照明部２１０を点灯する、すなわち光源２１１を点灯する。
【０１０９】
ステップＳ１２では、実施形態１におけるステップＳ２と同様に、光源２１１の点灯により、測定域Ａｓから放射される放射光および参照域Ａｒから反射される参照光（反射光）の一部が、それぞれが結像光学素子２２１に入射する。
【０１１０】
実施形態１での説明と同様に、ｘ１方向に変化する略単波長光の中心波長をμ（ｘ１）とすれば、測定域Ａｓの蛍光試料Ｏおよび参照域の部位ｘ１は、中心波長μ（ｘ１）の単波長照明光で照明される。したがって、測定域Ａｓの部位ｘ１から放射光Ｅｓ（μ（ｘ１），λ）（放射光Ｅｓは蛍光成分Ｅｓｆ（（μ（ｘ１），λ）と反射光成分Ｅｓｒ（μ（ｘ１））との和である）が、参照域Ａｒの部位ｘ１から参照光Ｅｒ（μ（ｘ１））が、放射される。
【０１１１】
結像光学素子２２１は、測定域Ａｓ内の蛍光試料Ｏおよび参照域Ａｒからの放射光Ｅｓ（μ，λ）、Ｅｒ（μ）を、像面光学素子２２２を経て第２開口部材２３１上に結像させる。放射光開口部Ｓ２ｓに結像する測定域Ａｓの部位ｘ１からの放射光Ｅｓ（μ（ｘ１），λ）および参照光開口部Ｓ２ｒに結像する参照域Ａｒの部位ｘ１からの参照光Ｅｒ（μ（ｘ１））は、放射光開口部Ｓ２ｓおよび参照光開口部Ｓ２ｒの矩形形状の長手方向の結像部位ｘ２に結像する。測定域Ａｓおよび参照域Ａｒでの部位ｘ１のｘ１方向の変化に対応して、図９（ｃ）に示すように、放射光開口部Ｓ２ｓおよび参照光開口部Ｓ２ｒにおいて、部位ｘ２は、ｘ１方向と反対方向であるｘ２方向に変化する。測定域Ａｓの部位ｘ１からの放射光Ｅｓ（μ，λ）および参照域Ａｒの部位ｘ１からの参照光Ｅｒ（μ）は、放射光開口部Ｓ２ｓ、参照光開口部Ｓ２ｒの対応する部位ｘ２を通って、第２分散部２３２に入射する。第２分散部２３２は、第２開口部材２３１の放射光開口部Ｓ２ｓおよび参照光開口部Ｓ２ｒをそれぞれ通過した、放射光Ｅｓ（μ，λ）および参照光Ｅｒ（μ）をｘ２と直交する方向に波長分散し、受光素子２３３上に入射させる。
【０１１２】
放射光開口部Ｓ２ｓの部位ｘ２から得られる放射光Ｅｓ（μ（ｘ２），λ）および参照光開口部Ｓ２ｒの部位ｘ２から得られる参照光Ｅｒ（μ（ｘ２））、の各波長分散像は、受光素子２３３上の対応するｘ３座標の行に結像する。
【０１１３】
放射光開口部Ｓ２ｓの部位ｘ２から得られる放射光Ｅｓ（μ，λ）の波長分散像は、反射光成分Ｅｓｒ（μ）が波長μに対応するｘ３座標の、波長μに対応するｙｓ座標に入射すると共に、蛍光成分Ｅｓｆ（μ，λ）も同じｘ３座標の蛍光波長λに対応するｙｓ座標に入射する。図９（ｄ）および図１３に示すように、蛍光は、励起光より長波長側に波長変換されるために、蛍光成分（ＦＬ）の位置は、同じｘ３座標の反射光成分（Ｒｓ）の位置より長波長側になる。
【０１１４】
参照光開口部Ｓ２ｒの部位ｘ２から得られる参照光Ｅｒ（μ）の波長分散像は、図９（ｄ）に示すように、同じｘ３座標の波長μに対応するｙｒ座標に入射する。
【０１１５】
ここで、ｙｓとｙｒとには、関係式ｙｓ＝ｙｒ＋Δｙが成立する。ここで、Δｙは、Ｅｓｒ（μ）とＥｒ（μ）との入射位置のずれである。この位置のずれは、放射光開口部Ｓ２ｓと参照光開口部Ｓ２ｒとが所定の間隔（ｘ２に直交する方向での水平間隔）で並列しているために、受光素子２３３の各行には測定域Ａｓおよび参照域Ａｒの対応する部位ｘ１からの、同じ波長μ（ｘ１）の反射光成分Ｅｓｒおよび参照光Ｅｒとが同時に入射し、それぞれの波長分散像がΔｙだけずれた位置に入射することに因る。この位置のずれΔｙは、放射光開口部Ｓ２ｓと参照光開口部Ｓ２ｒとの間隔（例えば、図９（ｃ）に示すように、ｘ２方向に直交する方向での水平距離）に依存する。
【０１１６】
したがって、測定域Ａｓおよび参照域Ａｒの各部位ｘ１から得られる、反射光成分Ｅｓｒ、蛍光成分Ｅｓｆおよび参照光Ｅｒが、受光素子２３３上の対応するｘ３座標と、波長に対応するｙｓおよびｙｒ座標との位置に、同時に入射する。受光素子２３３の対応する行の各画素は、反射光成分Ｅｓｒ、蛍光成分Ｅｓｆおよび参照光Ｅｒの波長分散像をそれぞれ受光する。
【０１１７】
参照域Ａｒからの参照光Ｅｒ（μ）は、照明光の波長が保存されるので、波長分散像は、λ＝μの成分のみである。一方、測定域Ａｓの蛍光試料Ｏからの放射光Ｅｓ（μ，λ）は、反射光成分Ｅｓｒ（μ）とともに波長変換を伴う蛍光成分Ｅｓｆ（μ，λ）とを含むので、波長分散像は、λ＝μの反射光成分とともに、λ＞μの領域の蛍光成分を含む。
【０１１８】
したがって、受光素子２３３から得られるマトリクスデータは、図１２に示すように、λ＝μの対角成分Ｅｒから成る、参照域Ａｒから得られる放射光のマトリクスデータＩ２ｒと、対角成分Ｒｓとλ＞μの蛍光成分ＦＬとから成る、測定域Ａｓから得られる放射光のマトリクスデータＩ２ｓとから成る。ここで、ＦＬは、測定域Ａｓからの蛍光成分Ｅｓｆが結像する領域であり、Ｒｓは、測定域Ａｓからの反射光成分Ｅｓｒが結像する領域であり、Ｒｒは、参照域Ａｒからの参照光が結像する領域である。例えば、図９（ｄ）に示すように、ＦＬは、ｘ３、ｙｓの両方向に拡がる領域で、ＲｓとＲｒは、Δｙだけ離れた対角線近傍の領域である。以下、対角線近傍の成分を対角成分と記す。このように、測定域Ａｓから得られる放射光Ｅｓの蛍光成分の領域ＦＬは、λ＝μの対角成分Ｒｓより短波長側で生じることはないので、図９（ｄ）のように、参照域Ａｒから得られる放射光の対角成分Ｒｒを対角成分Ｒｓの短波長側になるように、図９（ｃ）の放射光開口部Ｓ２ｓおよび参照光開口部Ｓ２ｒを配置することで、マトリクスデータから、参照域Ａｒから得られる参照光Ｅｒの対角成分Ｉｒ（μ，λ）と、測定域Ａｓから得られる放射光ＥｓのマトリクスデータＩｓ（μ，λ）とを容易に分離することができる。
【０１１９】
受光素子２３３は、測定した参照域Ａｒからの参照光Ｅｒの分光分布Ｉｒ（μ，λ）と、測定域Ａｓからの放射光Ｅｓの分光分布Ｉｓ（μ，λ）とを、制御部２４０へ出力する。制御部２４０は、入力されたＩｒ（μ，λ）とＩｓ（μ，λ）とを記憶部２４１２に記憶させ、ステップＳ１３に進む。
【０１２０】
ステップＳ１３では、制御部２４０は、照明部２１０を消灯する。
【０１２１】
続いて、ステップＳ１４では、演算部２４１１は、記憶部２４１２に記憶されている感度補正係数Ｄ（μ，λ)と、校正係数Ｋ（μ）と、Ｉｒ（μ，λ）と、Ｉｓ（μ，λ）とに基づき、式（３）で与えられる二分光放射率係数Ｂ（μ，λ）を演算する。
【０１２２】
2010103807.tif 000005
【０１２３】
ここで、感度補正係数Ｄ（μ，λ）は、受光素子２３３の各行内の試料放射光を受光する各画素のそれぞれに至る光学系の効率を含む相対感度を補正する係数であり、校正係数Ｋ（μ）は、各行の参照光の強度を試料と同じ条件で照明、観察された完全白色拡散面からの反射光の強度に変換するための係数であり、詳細については、後述する。
【０１２４】
次に、ステップＳ１５では、出力部２４１４は、二分光放射率係数Ｂ（μ，λ）を出力する。
【０１２５】
この二分光放射率係数測定装置Ｍ２は、二分光放射率係数Ｂ（μ，λ）に基づいて、全分光放射率係数や色彩値等を演算することができる。
【０１２６】
以下、波長校正、感度補正および白色校正について説明する。二分光放射率係数測定装置Ｍ２は、例えば製造時等に波長校正と感度補正とが行われる。波長校正とは、公知の方法によって、図１２に示す受光素子２３３の行方向の座標に波長λを対応させる校正である。
【０１２７】
感度補正とは、受光素子２３３の行内における各画素の相対感度を感度補正係数Ｄ（μ，λ）で補正することによってマトリクスデータＩｓ（μ，λ）を基準化分光分布Ｉｓ´（μ，λ）に変換する補正である。感度補正係数Ｄ（μ，λ）は、既知の分光分布Ｉ０（λ）をもつ照明光を試料用開口Ａｓ全域からほぼ一様に入射させたときに受光素子２３３から得られるマトリクスデータＩｓ０（μ，λ）から、以下の式（４）によって求められる。この場合、試料用開口Ａｓの各部位ｘ１からの入射光は、Ｉ０（λ）と同じ相対分光分布を持ち、受光素子２３３の全ての行の画素から同じ相対分光分布に対応する出力が得られる。感度補正は、以下の式（５）によって行われる。
【０１２８】
2010103807.tif 000006
【０１２９】
2010103807.tif 000007
【０１３０】
＜＜白色校正フロー（Ｓ１６〜Ｓ１９）＞＞
白色校正とは、測定域Ａｓからの放射光の分光分布を二分光放射率係数に変換するための校正係数Ｋ（μ）を求める校正である。白色校正時、白色標準試料Ｗの反射光（照明光）の強度について、その測定（ステップＳ１６〜ステップＳ１８）が行われた後に、校正係数が演算される（ステップＳ１９）。測定に先立って、分光反射率係数Ｒｗ（μ）が既知の、無蛍光の白色標準試料Ｗが試料用開口部材２１５の試料用開口Ａｓに配置される。
【０１３１】
まず、ステップＳ１６では、制御部４１には、入力部４１３から、白色標準試料Ｗに値付けされた分光反射率係数Ｒｗ（μ）が入力される。記憶部４１２は、入力された分光反射率係数Ｒｗ（μ）を記憶する。そして、制御部２４１は、光源１１を点灯することで、白色標準試料Ｗを照明する。
【０１３２】
次に、ステップＳ１７では、受光素子２３３は、マトリクスデータＩｗ（μ，λ）を測定する。測定域Ａｓにおける無蛍光の白色標準試料から放射光として反射光のみが放射されるので、受光素子２３３は、マトリクスデータＩｗ（μ，λ）として参照域Ａｒから得られる放射光の対角成分Ｒｒｗの分光分布Ｉｒｗ（μ）と、白色標準試料から得られる放射光の対角成分の分光分布Ｉｓｗ（μ，λ）とを測定し、測定結果を制御部２４１に出力する。制御部２４１は、測定結果を記憶部２４１２に記憶する。
【０１３３】
次に、ステップＳ１８では、制御部２４１は、光源１１を消灯する。
【０１３４】
続いて、ステップＳ１９では、演算部２４１１は、記憶部２４１２に記憶されたＩｓｗ（μ，λ）をλについて積分することによって白色基準試料からの放射光の対角成分の強度Ｉｓｗ（μ）を求め、Ｉｒｗ（μ，λ）をλについて積分することによって参照光の対角成分の強度Ｉｒｗ（μ）を求める。演算部２４１１は、Ｉｓｗ（μ）、Ｉｒｗ（μ）およびＲｗ（μ）を用いて、蛍光試料測定時の、参照域Ａｒから得られる放射光の対角成分の強度Ｉｒｗ（μ）を試料と同じ条件で照明、観察された完全白色拡散面から得られる放射光の強度に変換する校正係数Ｋ（μ）を、式（６）で求める。
【０１３５】
2010103807.tif 000008
【０１３６】
白色校正は、測定に先立って行われ、校正係数Ｋ（μ）は記憶部２４１２に記憶される。
【０１３７】
他の実施形態において、二分光放射率係数測定装置は、第２開口部材２３１と第２分散部２３２と受光素子２３３とに代えて、多チャンネル分光器を備えて構成される。多チャンネル分光器は、放射光開口部Ｓ２ｓおよび参照光開口部Ｓ２ｒの各部位に入射する光束に対し部位毎に分光測定を行う装置である。多チャンネル分光器は、例えば、第２開口部材２３１と第２分散部２３２と受光素子２３３とを備えて構成される。
【０１３８】
本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
【０１３９】
一態様にかかる光学特性測定装置は、蛍光試料の測定域における互いに異なる部位を、部位ごとに異なる分光分布の照明光で照明する照明部と、前記照明光によって照明された前記蛍光試料から放射される放射光による前記測定域の像を結像する結像部と、複数の画素を備え、所定の分光感度で前記結像部によって結像された像を受光する受光部と、前記受光部から出力される前記部位ごとの放射光に関する情報に基づいて、前記蛍光試料の分光的な光学特性を求める演算部とを備える。
【０１４０】
このような構成の光学特性測定装置では、異なる分光分布の照明光によって照明された蛍光試料の各部位から放射される放射光を同時に測定し、前記各部位から放射される放射光の特性に基づいて蛍光試料の分光的な光学特性を求めることができる。したがって、機械的な波長走査が無いので、信頼性が高く、短時間に蛍光試料の光学特性を求めることができる。さらに、このような構成の光学特性測定装置では、異なる分光分布の照明光で照明された蛍光試料の各部位からの放射光を、他の部位からの放射光と分離して受光することができ、蛍光試料の光学特性を精度よく求めることができる。
【０１４１】
また、他の一態様では、上述の光学特性測定装置において、前記測定域の各部位を照明する照明光で部位ごとに照明される参照域をさらに備え、前記結像部は、前記照明光で照明された前記参照域の像を結像し、前記受光部は、さらに前記結像部によって結像された前記参照域の像を受光し、前記演算部は、前記受光部から出力される前記参照域の各部位から放射される放射光に関する情報に基づいて、前記測定域の各部位を照明する照明光の参照強度を求め、前記各部位の照明光の参照強度および前記各部位の放射光に関する情報に基づいて、前記蛍光試料の分光的な光学特性を求めるものである。
【０１４２】
このような構成の光学特性測定装置は、参照域の放射光の強度を測定することで、測定域各部位の照明光の強度変化を補正してより高精度に分光的な光学特性を測定することができる。
【０１４３】
また、他の一態様では、上述の光学特性測定装置において、前記受光部は、前記測定域および前記参照域の各部位から放射される放射光を受光する複数の画素を備えるセンサーアレイであり、前記演算部は、前記光学特性として、前記蛍光試料の分光蛍光量子収率を求めるものである。
【０１４４】
このような構成の光学特性測定装置は、全ての波長の単波長照明光によって照明された測定域および参照域から放射される放射光を、センサーアレイで並列に同時に測定するので、測定精度が高く測定時間の短い分光蛍光量子収率測定装置を実現できる。
【０１４５】
また、他の一態様では、上述の光学特性測定装置において、前記蛍光試料は、既知の分光蛍光量子収率をもつ標準蛍光試料であり、前記演算部は、前記標準蛍光試料の分光蛍光量子収率を求め、前記分光蛍光量子収率測定値と前記既知の分光蛍光量子収率とに基づいて、前記蛍光試料の分光蛍光量子収率測定値を校正するための校正係数をさらに求めるものである。
【０１４６】
このような構成の光学特性測定装置は、標準蛍光試料を値付けした公的機関にトレーサブルな分光蛍光量子収率を測定することができる。
【０１４７】
また、他の一態様では、上述の光学特性測定装置において、前記照明部は、部位ごとに異なる波長の単波長光である照明光で照明するものである。
【０１４８】
このような構成の光学特性測定装置は、前記複数部位から放射される放射光の特性を容易に蛍光試料の分光的な光学特性に変換することができる。
【０１４９】
また、他の一態様では、上述の光学特性測定装置において、前記照明部は、光源と、第１の入射開口を持つ第１開口部材と、第１の波長分散部とを備え、前記第１の波長分散部は、前記光源から前記第１の入射開口に入射した光束による、前記第１の入射開口の波長分散像を前記測定域につくるものである。
【０１５０】
このような構成の光学特性測定装置は、測定域の各部位を部位ごとに異なる波長の単波長光で効率よく照明することができる。
【０１５１】
また、他の一態様では、上述の光学特性測定装置において、前記照明部は、前記光源から放射される光束から、蛍光波長域の成分を少なくとも部分的に除去する蛍光波長除去部をさらに備える。
【０１５２】
このような構成の光学特性測定装置は、蛍光より光強度の強い照明光の影響を抑制することができ、より精度よく分光蛍光量子収率を測定することができる。
【０１５３】
また、他の一態様では、上述の光学特性測定装置において、前記受光部は、複数の画素を備えるセンサーアレイへの入射光の波長を選択する波長選択部をさらに備える。
【０１５４】
このような構成の光学特性測定装置は、照明光の影響を抑制することができ、精度よく分光蛍光量子収率を測定することができる。
【０１５５】
また、他の一態様では、上述の光学特性測定装置において、前記光源は、キセノンフラッシュランプである。
【０１５６】
このような構成の光学特性測定装置は、一般に普及しているキセノンフラッシュランプを用いることで、低コストで十分な紫外強度をもつ照明光を得ることができる。また、例えば、１ｍｓ以下の短時間に高強度の照明光が照明されるので、この光学特性測定装置は、外光の影響を受けにくい。また、この光学特性測定装置は、発熱が小さいため、回路、光学系への熱的影響が小さい。さらに、この光学特性測定装置は、消費電力が小さく、駆動回路の規模も小さいので、ポータブルな測定装置を実現することができる。
【０１５７】
また、他の一態様では、上述の光学特性測定装置において、前記第１の波長分散部は、さらに前記光源から前記第１の入射開口に入射した光束による、前記第１の入射開口の波長分散像を拡大して前記測定域につくるものである。
【０１５８】
このような構成の光学特性測定装置は、測定面の不均一性の影響を軽減することができる。
【０１５９】
また、他の一態様にかかる光学特性測定方法は、蛍光試料の測定域における互いに異なる部位を、部位ごとに異なる分光分布の照明光で照明する照明工程と、前記照明光によって照明された前記蛍光試料から放射される放射光を、複数の画素を備えるセンサーアレイで受光する受光工程と、前記センサーアレイから出力される前記測定域の前記部位ごとの放射光に関する情報に基づいて、前記蛍光試料の分光的な光学特性を求める演算工程とを備える。
【０１６０】
このような構成の分光蛍光量子収率測定方法は、異なる分光分布の照明光によって照明された蛍光試料の各部位から放射される放射光の強度を同時に測定し、前記各部位の放射光の強度に基づいて分光蛍光量子収率を測定することができる。したがって、この分光蛍光量子収率測定方法は、機械的な波長走査が無いので、短時間に蛍光試料の光学特性を求めることができる。
【０１６１】
また、他の一態様では、上述の光学特性測定装置において、前記受光部は、前記測定域の各部位から放射される放射光の分光分布を前記部位ごとに測定する多チャンネル分光器であり、前記演算部は、前記多チャンネル分光器から出力される前記測定域の各部位から放射される放射光に関する情報に基づいて、前記蛍光試料の二分光放射率係数を求めるものである。
【０１６２】
このような構成の光学特性測定装置は、信頼性が高く小型化した二分光放射率係数測定装置を実現することができる。また、この光学特性測定装置は、多チャンネル分光器で同時測定するので、二分光放射率係数を短時間に求めることができる。
【０１６３】
また、他の一態様では、上述の光学特性測定装置において、前記多チャンネル分光器は、前記測定域の各部位から放射される放射光が前記測定域の像をつくって入射する第２の入射開口を持つ第２開口部材と、第２の波長分散部と、複数の画素を二次元的に備える二次元センサーアレイとを備え、前記第２の波長分散部は、前記第２の入射開口に入射した前記測定域の各部位から放射される放射光による、前記第２の入射開口の波長分散像を前記二次元センサーアレイ上につくり、前記演算部は、前記二次元センサーアレイから出力される前記各部位から放射される放射光に関する情報に基づいて、蛍光試料の二分光放射率係数を求めるものである。
【０１６４】
このような構成の光学特性測定装置は、信頼性が高く小型化した二分光放射率係数測定装置を実現することができる。また、この光学特性測定装置は、全ての波長の単波長照明光による放射光の分光分布を、二次元センサーアレイで同時測定するので、測定時間を短縮できる。
【０１６５】
また、他の一態様では、上述の光学特性測定装置において、前記測定域の各部位を照明する照明光で部位ごとに照明される参照域をさらに備え、前記多チャンネル分光器は、前記参照域の各部位から放射される放射光が前記参照域の像をつくって入射する第３の入射開口を持つ第３開口部材をさらに備え、前記第２の波長分散部は、前記第３の入射開口に入射した前記参照域の各部位から放射される放射光による、前記第３の入射開口の波長分散像を前記二次元センサーアレイ上につくり、前記演算部は、前記二次元センサーアレイから出力される前記参照域の各部位から放射される放射光に関する情報に基づいて、前記測定域の各部位を照明する照明光の参照強度を求め、前記各部位の照明光の参照強度および前記各部位の放射光に関する情報に基づいて、前記蛍光試料の二分光放射率係数を求めるものである。
【０１６６】
このような構成の光学特性測定装置は、参照域の照明光の強度を測定することで、各部位の照明光の強度変化を補正して二分光放射率係数を測定することができる。したがって、この光学特性測定装置は、より高精度に二分光放射率係数を測定することができる。
【０１６７】
また、上述の光学特性測定装置において、前記第２の入射開口をもつ前記第２開口部材および第３の入射開口をもつ前記第３開口部材は、前記第３の入射開口の分散像が前記第２の入射開口の分散像よりも短波長側に結像するように、それぞれ配置されることを特徴とする。
【０１６８】
このような構成の光学特性測定装置では、参照域から放射される各単波長照明光と同じ波長の放射光の分散光と、測定域から放射される単波長照明光の波長と同じか、それより長波長側の放射光の分散光とを容易に分離して、測定域の各部位から放射される放射光と、同じ部位を照明する照明光に近似する参照域照明光の分光分布とを得ることができる。
【０１６９】
また、他の一態様にかかる二分光放射率係数測定方法は、蛍光試料の測定域における互いに異なる部位を、部位ごとに異なる分光分布の照明光で照明する照明工程と、前記異なる分光分布の照明光によって照明された蛍光試料から放射される放射光の分光分布を、多チャンネル分光器により前記部位ごとに測定する測定工程と、前記多チャンネル分光器から出力される前記測定域の前記部位ごとの放射光に関する情報に基づいて、前記蛍光試料の二分光放射率係数を求める演算工程を備える。
【０１７０】
このような構成の二分光放射率係数測定方法は、異なる分光分布の照明光で照明された蛍光試料から放射される放射光を、多チャンネル分光器で同時測定するので、二分光放射率係数を短時間に求めることができる。
【０１７１】
この出願は、２００９年３月１１日に出願された日本国特許出願特願２００９−５７８１２を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
【０１７２】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明によれば、光学特性測定装置および該方法ならびに二分光放射率係数測定装置を提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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