(57)【要約】【課題】本発明では、試料への入射光の入射角を可変にし、かつ、全透過率及び全反射率の測定が可能な分光光度計及び分光測定方法を提供することを目的とする。【解決手段】光源と、光源からの光を分光する分光器と、前記分光器で分光された光を試料に照射し、当該試料から放出された光を検出する積分球と、積分球で検出された光の信号を処理する処理装置と、を備えた分光光度計において、前記積分球は第一の開口部を有し、前記第一の開口部に試料を設置可能であり、さらに前記試料の前記光の照射位置を中心に前記光の前記試料に対する照射角が変更されるように移動可能であることを特徴とする分光光度計。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
光源からの光を分光する分光器と、
前記分光器で分光された光を試料に照射し、当該試料から放出された光を検出する積分球と、
積分球で検出された光の信号を処理する処理装置と、
を備えた分光光度計において、
前記積分球は第一の開口部を有し、前記第一の開口部に試料を設置可能であり、
さらに前記試料の前記光の照射位置を中心に前記光の前記試料に対する照射角が変更されるように移動可能であることを特徴とする分光光度計。
【請求項２】
請求項１の分光光度計において、
前記積分球は光を入射させるための第二の開口部を有し、前記第二の開口部を通過した光を前記積分球で測定し、当該測定結果に基づいて、前記試料を経由して取得された分光光度計の測定データを補正することを特徴とする分光光度計。
【請求項３】
請求項２の分光光度計において、
前記第二の開口部は、前記積分球上で位置が変更可能であることを特徴とする分光光度計。
【請求項４】
請求項１の分光光度計において、
前記積分球は水平面上で移動可能であり、また積分球を回転可能であることを特徴とする分光光度計。
【請求項５】
光源と、
光源からの光を分光する分光器と、
前記分光器で分光された光を試料に照射し、当該試料から放出された光を検出する積分球と、
積分球で検出された光の信号を処理する処理装置と、
を備えた分光光度計において、
前記積分球は第一の開口部を有し、前記第一の開口部に試料を設置可能であり、
当該試料を透過した透過光を前記積分球で検出し、
さらに前記第一の開口部に設置した試料に対して前記光が垂直とは異なる角度で入射するように前記積分球の位置を移動し、前記試料に対して垂直とは異なる角度で光を入射させて透過した透過光を前記積分球で検出することを特徴とする分光光度計。
【請求項６】
請求項５の分光光度計において、
前記試料の前記光の照射位置を中心に前記光の前記試料に対する照射角が変更されるように移動可能であることを特徴とする分光光度計。
【請求項７】
請求項５の分光光度計において、
前記積分球は光を入射させるための第二の開口部を有し、前記第二の開口部を通過した光を前記積分球で測定し、当該測定結果に基づいて、前記試料を経由して取得された分光光度計の測定データを補正することを特徴とする分光光度計。
【請求項８】
請求項５の分光光度計において、
前記試料に対し、光を垂直に入射させて透過した透過光と、前記試料に対して垂直とは異なる角度で光を入射させて透過した透過光を同一画面上に表示することを特徴とする分光光度計。
【請求項９】
光源と、
光源からの光を分光する分光器と、
前記分光器で分光された光を試料に照射し、当該試料から放出された光を検出する積分球と、
積分球で検出された光の信号を処理する処理装置と、
を備えた分光光度計において、
前記積分球は第一の開口部を有し、前記第一の開口部に試料を設置可能であり、
当該試料で拡散した拡散光を前記積分球で検出し、
さらに前記第一の開口部に設置した試料に対して前記光が垂直とは異なる角度で入射するように前記積分球の位置を移動し、前記試料に対して垂直とは異なる角度で光を入射させて拡散した拡散光を前記積分球で検出することを特徴とする分光光度計。
【請求項１０】
請求項９の分光光度計において、
前記試料の前記光の照射位置を中心に前記光の前記試料に対する照射角が変更されるように移動可能であることを特徴とする分光光度計。
【請求項１１】
請求項９の分光光度計において、
前記積分球は光を入射させるための第二の開口部を有し、前記第二の開口部を通過した光を前記積分球で測定し、当該測定結果に基づいて、前記試料を経由して取得された分光光度計の測定データを補正することを特徴とする分光光度計。
【請求項１２】
請求項９の分光光度計において、
前記試料に対し、光を垂直に入射させて拡散した拡散光と、前記試料に対して垂直とは異なる角度で光を入射させて拡散した拡散光を同一画面上に表示することを特徴とする分光光度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は分光光度計及び分光測定方法に係り、特に積分球を使用する分光光度計及びそれを用いた分光測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料に光を照射すると、入射光の進路と同じ方向に透過する直進光と進路を変えて広がる拡散透過光が得られる。この直進光と拡散透過光を含めた総和を全透過光とする。また、反射について、試料への入射光の入射角と同じ角度で反射する光を正反射光とし、それ以外の光を拡散反射光とし、これら正反射光と拡散反射光の総和を全反射光とする。
【０００３】
従来の分光光度計においては、光を拡散させる試料の透過率測定をする場合には、固定した積分球に試料を密着させ、全透過光を測定している。また、試料から積分球までの距離を変更することにより、拡散の程度を評価している（例えば、特許文献１）。
【０００４】
光を拡散させる試料の反射率測定をする場合には、積分球背面に試料を密着させ、固定の入射角における全反射光または正反射光を除いた拡散反射光の測定が可能である。
【０００５】
また、試料を軸に積分球を回転させることで、一定方向の直進光及び拡散光の測定をしている（例えば、特許文献２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２１０８４８号公報
【特許文献２】特開昭６３−８８４３０号公報
【特許文献３】特開２００６−１３８７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、太陽電池部材などで使用されるテクスチャ基板や曇ガラスは入射光を拡散させる性質を有しており、また太陽光の照射角度は一定でないことからも、試料への入射光の入射角を任意に設定した全透過光の特性評価が必要となる。
【０００８】
従来の拡散性試料の透過率測定の機構は、大きく分けて３通りある。
【０００９】
１つ目は、試料を積分球に密着させる方法である。積分球とは検出器を搭載した検出部であり、積分球内に取込まれた照射光を内部の高反射素材で拡散させ、偏光を均一化させる効果を持つ。固体試料の測定に主に使用される。この場合、全透過率の測定が可能であるが、任意に設定した入射角における全透過率は、固定された積分球では対応できない。
【００１０】
２つ目は、試料から積分球までの距離を変更する方法である。積分球内に取込まれる光量は試料と積分球の距離により異なる点を利用した拡散性の評価方法である。この方法は拡散性の評価方法には適しているが、全透過光の評価としては用いることができない。
【００１１】
３つ目は、積分球から試料を離し、試料を入射光に対し回転させ、また、試料を中心に積分球を回転させる方法である。この方法は直進光のみ、または、拡散透過光のみを測定可能となる。この方法は拡散反射光の測定も可能だが、積分球と試料間の距離が生じるため、全透過光及び、全反射光の測定には対応できていない。
【００１２】
また、太陽電池部材に限らず、曇りガラスなど拡散性試料の反射率測定方法は、積分球背面に試料を設置することにより、試料に対して固定角の反射率の測定が可能である。しかし、任意に設定した入射角における全反射率は、固定された積分球では対応できない。装置間で積分球背面の試料設置角度が異なるため、得られた全反射率を比較できないという問題点があった。
【００１３】
これらのように、従来法では、積分球が試料室内に固定されているか、あるいは特定の方向にのみ駆動する構造であったため、任意の入射角における全透過光及び全反射光の測定には対応できていなかった。
【００１４】
本発明では、以上のような従来技術の問題点を解決しようとするものであり、試料への入射光の入射角を可変にし、かつ、全透過率及び全反射率の測定が可能な分光光度計及び分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】
【００１５】
上記課題に鑑み、本発明は以下の構成を備える。光源と、光源からの光を分光する分光器と、前記分光器で分光された光を試料に照射し、当該試料から放出された光を検出する積分球と、積分球で検出された光の信号を処理する処理装置と、を備えた分光光度計において、前記積分球は第一の開口部を有し、前記第一の開口部に試料を設置可能であり、さらに前記試料の前記光の照射位置を中心に前記光の前記試料に対する照射角が変更されるように移動可能であることを特徴とする分光光度計。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、入射角を変えた際の全透過率、全反射率の測定を可能にする分光光度計を提供することができる。また、全反射測定において、従来の積分球では入射角を変えると積分球自体の交換が必要であったが、可動式台座を可動させることにより、同一のベースラインにて測定可能になる。これは全反射率の測定のみならず全透過率測定を含めて行うことが可能なため、装置間で積分球背面の試料設置角度が異なるため、評価できなかった全反射率が比較可能となる。本発明により、過去の蓄積データとの照合や、文献による参考値との比較も可能になり、拡散試料における研究開発に貢献することになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】測定装置概略図。
【図２】入射角が０°の場合の全透過測定法。
【図３】本発明の機構を用いた任意角における全透過測定法。
【図４】スライド式開口部を備えた積分球の概略図。
【図５】積分球の開口部の部材。
【図６】積分球基台の概略図。
【図７】入射角が０°の場合の全反射測定法。
【図８】本発明の機構を用いた任意角における全反射測定法。
【図９】拡散試料１における全透過率の測定結果。
【図１０】拡散試料２における全透過率の測定結果。
【図１１】拡散試料１における全反射率の測定結果。
【図１２】拡散試料２における全反射率の測定結果。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１を用いて、積分球を搭載した分光光度計の構成の一例を説明する。光源１より照射された白色光は、分光器２により単色光に分光される。分光された光は、セクター鏡３により光路を２分され、一方は試料側を通り試料光９として、もう一方は参照側を通り参照光１０として、試料室に導入される。積分球８の入り口には試料光の開口部６と参照光の開口部７があり、これより光は積分球８に導かれる。積分球８に導入された光は、拡散反射し均一化された光が、検知器１１により検出される。検知器１１からの出力である電気信号は、例えば、アナログ信号であり、Ａ／Ｄ変換機１２により変換され、デジタル信号を得る。試料を設置しない状態で得られるデジタル信号（Ｂ）を基準に透過率、反射率が算出される。例えば、試料を設置した状態でのデジタル信号（Ｓ）とすると、先に記憶した試料を設置しない状態で得られるデジタル信号（Ｂ）との比（Ｓ／Ｂ）がコンピュータ１３により算出され、この比が各波長の透過率（もしくは反射率）としてコンピュータ１３に記憶される。コンピュータ１３は、装置より出力される信号データを処理する演算部である。操作パネル１５に入力した測定条件などの情報はインターフェース１４に表示され、コンピュータ１３で制御される。なお、デジタル信号（Ｂ）は測定時の基準として記憶するため、ベースライン補正と呼ぶ。なお、図１は分光光度計の一般的な光路を説明したもので、下記に説明の実施例では、試料５は試料光の開口部６に密着設置される。
【００２０】
次に、積分球８について説明する。使用する積分球及びその構成部材の内面は同一の高反射素材が望ましく、例えば、硫酸バリウム又は酸化アルミニウム又はＰＴＦＥ系樹脂からなる白色材料などの使用が考えられる。積分球８の駆動機構について、本実施例では、図６に示すように積分球は駆動可能な基台の上に設置する。なお、試料５が設置される試料台は積分球の駆動に合わせ積分球に密着したまま移動する。積分球を保持する基台部は自在に可動し、かつ回転する機構をもつものとする。例えば、図６のように積分球８の基台が、Ｘ軸方向に可動する基台１８と、Ｙ軸方向に可動する基台１９と、Ｚ軸を起点に回転する基台１７を併せ持つ。ＸＹθステージのように基台部に固定したもので構成できる。このような基台を用いれば、任意の点を中心として積分球を自在に位置の移動や積分球自体の回転させることができる。
【００２１】
また、図４に示すように、参照光の開口部７が設けられた開口部設置部材１６が光束と並行方向にスライド可能な構成をしており、常に参照光を遮らない機構とする。参照光の開口部７の大きさが調整できるようにしてあってもよい。若しくは、図５に示すように参照光の開口部７の位置や大きさが異なる開口部設置部材１６を取り外し設置する場合など、参照光の開口部７の場所が任意に設置可能であればよい。試料台は積分球全面及び積分球背面に密着設置可能であればよい。その際、試料台は試料光を遮らない構造が望ましい。なお、参照光を使用しない装置構成の場合、試料光の開口部６のみの積分球も可能である。
【００２２】
積分球の駆動及び開口部の動作は、例えばコンピュータ１３の中に試料面の同一箇所に光を当てるように予めプログラムされており、インターフェース１４を介して制御される。積分球８の径、試料光の開口部６や参照光の開口部７の開口径、光束サイズは任意の角度を操作パネル１５にてキーインすることによって、モーター２０によって積分球及び試料が移動し、また、同時に試料光の開口部６や参照光の開口部７も駆動し、入射光を積分球に取込み可能な位置へ設定される。
【００２３】
その際、入射角、光束サイズ、積分球８の径、試料光の開口部６や参照光の開口部７の開口径及び、透過や反射の積分球の回転軸により、入射光を積分球に取込むことが可能な積分球の角度は制限されるため、試料の設置角度も同様に制限される。例えば、内径φ６０mmの積分球、光束サイズφ０.５mm、開口径φ１７mmとした場合、約３０°まで測定できる。そのため、プログラムには設置可能な入射角のみ入力ができる。
【００２４】
〔分光光度計を用いた透過率測定の方法〕
本発明の分光光度計を用いた透過率測定の方法を図２、図３に示す。
【００２５】
透過率測定の際は、入射角０°の状態で試料を設置せずベースライン補正を行う。予め積分球を目的の角度に駆動させてからベースライン補正をしてもよい。なお、試料光が試料に垂直に照射される場合を入射角０°とし、これを起点として試料の設置角度の変更により得られる試料と光束との角度を入射角として示した。
【００２６】
ベースライン補正後、拡散板やテクスチャ基板など拡散を有する試料を試料台に取り付け、入射光に対し積分球前面に密着設置し、入射角０°の全透過率を測定する。入射角を変えて測定する場合、試料上の前記入射光の照射点、もしくは透過光の出射点（薄い試料の場合は同一の点とみなしてよい）を中心に、試料が積分球に設置された状態で、任意に移動、回転する。
【００２７】
例えば、透過率測定の入射角を１０°に設定し、操作パネル１５にてキーインする。試料への入射角が１０°に設定され、積分球が図３の位置に移動し、開口部２１も移動され参照光１０を取込む。もしくは参照光１０が積分球に対して移動してもよい。その結果、参照光が全て積分球内に取込まれる。任意の波長で測定可能だが、今回は波長３５０〜８００nmにて測定した。試料は拡散試料１及び２を使用した。
【００２８】
測定結果について、拡散試料１を図９に、拡散試料２を図１０に示す。図９から、拡散試料１は入射角０°と入射角１０°の透過率は異なり、入射角０°の方が高い透過率を示した。図１０から、拡散試料２は入射角０°と入射角１０°の透過率はほぼ同様であることが分かった。このことから、本発明の全透過率は試料の入射角特性によるものであり、光拡散性の評価指標に有効である。
【００２９】
なお、試料を積分球前面に設置する場合、試料の厚みは様々であるため積分球開口部にてＺ軸を調整すると、試料入射面の位置は試料により異なることになる。この点に関して、基台のＸ軸１８とＹ軸１９を微調整することにより、試料入射面が軸の中心になるように制御することができる。
【００３０】
本発明の装置は、積分球に試料を密着して全透過光を測定するものだが、試料を積分球から離して測定することにより、従来の拡散特性の評価も可能である。例えば、試料設置箇所は固定し、積分球のみをＸ軸方向に駆動させることにより、試料から積分球までの距離を変更できるため、距離による拡散性の評価が可能である。また、積分球から試料を離し、試料を入射光に対し回転させ、試料を中心に積分球を回転させ反射率、透過率の測定も可能である。本発明の機構を使用することにより、従来の拡散評価方法及び本発明の入射角を変えた測定も可能となる。
【００３１】
〔分光光度計を用いた反射率測定の方法〕
本発明の分光光度計を用いた反射率測定の方法を図７、図８に示す。
【００３２】
反射率測定の際は、入射角０°の状態で試料を設置せずベースライン補正を行う。予め積分球を目的の角度に駆動させてからベースライン補正をしてもよい。ベースライン補正は積分球背面の副白板を基準として補正するため、高反射素材が望ましい。例えば、ＰＴＦＥ系樹脂からなる白色材料などの使用が考えられる。予め積分球を駆動させてからベースラインを補正してもよい。
【００３３】
ベースライン補正後、拡散板やテクスチャ基板など拡散を有する試料を試料台に取り付け、入射光に対し積分球背面に密着設置し、例えば、入射角０°の全反射率を測定する。入射角０°の場合は試料からの正反射光は積分球前面の開口部より外へ逃れるため、拡散光のみの反射率が得られる。入射角を変えて測定する場合、試料上の入射光の照射点を移動させずに、試料が積分球に固定されたまま、積分球は移動、回転する。積分球の駆動可動の機構については、実施例１と同様の方法で可動する。
【００３４】
全反射率測定の場合、例えば反射率測定の入射角を１０°に設定し、操作パネル１５にてキーインする。試料への入射角が１０°に設定され、積分球が図８の位置に、開口部２２、開口部２１の位置が移動し、照射光が全て積分球内に取込まれる。任意の波長で測定可能だが、今回は波長３５０〜８００nmにて測定した。試料は拡散試料１及び２を使用した。
【００３５】
試料がテクスチャ素材であった場合、正反射光はほとんどないので、積分球８で検出された信号を検出すれば十分である。一方、試料が反射性が高い素材の場合には、正反射光の割合も大きく、図８のように、移動可能なライトトラップ２３（単なる開口でも良い）を設けて正反射光を除去し、拡散光のみを積分球８で検出する。そのデータを、入射角０の時に検出された拡散光のデータと比較すれば、角度依存の拡散光の情報を取得することができる。
【００３６】
全反射率の測定結果について、拡散試料１を図１１に、拡散試料２を図１２に示す。拡散試料１及び２ともに全反射率の差異の程度は異なるが、入射角１０°が入射角２０°より全反射率は高くなることが分かった。
【００３７】
このことから、本発明を用いることにより、入射角の違いによる全反射測定が可能になり、試料の全反射率の入射角特性を知ることができ、光拡散性の評価指標に有効である。同様に、正反射を除いた拡散光の角度ごとの波長依存性の情報も同時表示可能である。
【００３８】
反射測定の際、従来の積分球では入射角を変えると積分球自体の交換が必要であったが、本発明の方法は可動式台座を可動させることにより、全反射率の測定のみならず全透過率測定を含めて同一ベースラインにて測定可能となる。
【００３９】
本発明の分光測定装置及び分光測定方法により、太陽電池パネルなどにおいて、従来からの変換効率などの総合的な評価に加え、部材として使用されるテクスチャ基板や曇りガラスの詳細な光学的特性の評価が可能になる。部材の光学特性の向上は、太陽電池部材の発電効率向上に大きく貢献すると考えられ、重要な検討要素となる。また、太陽電池パネルに限らず、ＬＥＤ照明やテレビなどに反射板として拡散板は使用されており、本発明を用いることにより、詳細な評価が可能になり、産業の発展に寄与できるものと考える。また、拡散資料の全反射率の測定のみならず全透過率測定を含めて行うことが可能なため、装置間で積分球背面の試料設置角度が異なるため、評価できなかった全反射率が比較可能になり、過去の蓄積データとの照合や、文献による参考値との比較も可能になり、拡散試料における研究開発に貢献することになる。
【符号の説明】
【００４０】
１  光源部
２  波長選択部
３  セクター鏡
４  反射鏡
５  試料
６  試料光用の開口部
７  参照光用の開口部
８  積分球
９  試料光
１０  参照光
１１  検知器
１２  Ａ／Ｄ変換器
１３  コンピュータ
１４  インターフェース
１５  操作パネル
１６  開口部設置部材
１７  回転式基台
１８  Ｘ軸式基台
１９  Ｙ軸式基台
２０  モーター
２１、２２  開口部
２３  ライトトラップ
【図１】
2013246161.tif 000003
【図２】
2013246161.tif 000004
【図３】
2013246161.tif 000005
【図４】
2013246161.tif 000006
【図５】
2013246161.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013246161.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013246161.tif 000011
【図１０】
2013246161.tif 000012
【図１１】
2013246161.tif 000013
【図１２】
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