分光測定装置
【課題】所望の温度に冷却した状態の試料を測定する場合でも、結露の発生を防ぐことが可能な分光測定装置を提供すること。
【解決手段】分光測定装置は、積分球２０と、デュワ５０と、ガス導入路と、を備えている。積分球２０は、測定対象の試料Ｓが内部に配置されており、試料Ｓから発せられる被測定光の観測に用いられる。デュワ５０は、試料Ｓを冷却するための冷媒Ｒを保持する。ガス導入路は、乾燥ガスを積分球２０内に導入する。
【解決手段】分光測定装置は、積分球２０と、デュワ５０と、ガス導入路と、を備えている。積分球２０は、測定対象の試料Ｓが内部に配置されており、試料Ｓから発せられる被測定光の観測に用いられる。デュワ５０は、試料Ｓを冷却するための冷媒Ｒを保持する。ガス導入路は、乾燥ガスを積分球２０内に導入する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積分球を備え、所望の温度に冷却された試料を測定するための分光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料から発せられる被測定光を観測する積分球を備えた分光測定装置において、試料を冷却するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された分光測定装置では、積分球内に臨むように配置された試料を冷媒に接触させることにより試料を所望の温度に冷却している。
【０００３】
また、積分球を備えた分光測定装置において、積分球内を冷却するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された分光測定装置では、積分球内に冷気を導入して、積分球を所望の温度に冷却している。
【０００４】
本出願人は、積分球を備えた光検出装置を出願している（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−０８２４４２号公報
【特許文献２】特開平０７−１４６１７５号公報
【特許文献３】特開２００７−８６０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された分光測定装置では、試料が冷媒に接触することにより冷却されるため、試料における積分球内に露出している部分に結露が生じ、適正な測定が阻害されることとなる。試料に結露が生じると、試料への被測定光の入射等の妨げとなる。また、積分球の内周面は、一般に、高い反射率を有し且つ拡散性に優れた拡散反射材料（例えば、スペクトラロン（登録商標）や硫酸バリウム等）により構成されているが、当該拡散反射材料の成分によっては、結露により発生した水分が付着すると拡散反射材料が溶解してしまい、積分球の内周面による拡散反射が不十分となる。
【０００７】
特許文献２に記載された分光測定装置では、積分球内に冷気を導入して積分球を冷却しているが、積分球内に配置されたランプから生じた熱を吸収するためであり、試料の冷却に関しては何ら考慮されていない。また、被測定対象が発熱するランプであるため、上述した結露の問題は生じ得ない。
【０００８】
ところで、試料を簡便且つ効率良く冷却するために、冷媒を保持するデュワを用いることが考えられる。しかしながら、デュワを用いた場合でも、デュワにおける積分球内に露出している部分に生じる結露は防止し難い。
【０００９】
本発明は、所望の温度に冷却した状態の試料を測定する場合でも、結露の発生を防ぐことが可能な分光測定装置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】
【００１０】
本発明は、測定対象の試料が内部に配置され、試料から発せられる被測定光を観測する積分球を備えた分光測定装置であって、試料を冷却するための冷媒を保持すると共に、少なくとも一部が積分球内に臨むように位置するデュワと、デュワに保持された冷媒から発生したガスを積分球内に導入するガス導入路と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、デュワに保持されている冷媒の気化により、比較的低温で且つ乾燥したガスが発生する。冷媒から発生したガスは、ガス導入路を通じて積分球内に導入される。このため、積分球内は、冷媒から発生したガスにより、比較的低温で且つ乾燥した環境下にあり、デュワにおける積分球内に露出している部分に結露が生じるのを防ぐことができる。
【００１２】
好ましくは、デュワの積分球から露出している部分を覆うカバーを更に備えている。この場合、冷媒から発生したガスが装置外に放散されてしまうのを防ぎ、当該ガスを効率良く積分球内に導くことができる。
【００１３】
より好ましくは、カバーに、ガス導入路が設けられている。この場合、ガス導入路の設置を確実且つ簡易に行なうことができる。
【００１４】
好ましくは、試料を収容すると共にデュワ内に配置された試料ホルダを更に備えている。この場合、試料が冷媒に接することなく、冷媒により冷却することができる。
【００１５】
好ましくは、乾燥ガスを積分球内に導入するガス導入路を更に備えている。この場合、デュワにおける積分球内に露出している部分に結露が生じるのをより一層防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、所望の温度に冷却した状態の試料を測定する場合でも、結露の発生を防ぐことが可能な分光測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】分光測定装置の一実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図２】積分球及びデュワ筐体の構成の一例を示す斜視図である。
【図３】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す断面図である。
【図４】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す断面図である。
【図５】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す断面図である。
【図６】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す断面図である。
【図７】排水開口部の構成の一例を示す断面図である。
【図８】データ解析装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す斜視図である。
【図１０】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す斜視図である。
【図１１】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す斜視図である。
【図１２】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す斜視図である。
【図１３】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す斜視図である。
【図１４】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る分光測定装置の構成を模式的に示す図である。本実施形態による分光測定装置１Ａは、照射光供給部１０と、積分球２０と、分光分析装置３０と、デュワ筐体４０と、デュワ５０と、データ解析装置９０とを備え、発光材料などの試料Ｓに対して所定波長の励起光を照射し、フォトルミネッセンス法によって試料Ｓの蛍光特性などの発光特性を測定、評価することが可能なように構成されている。
【００２０】
照射光供給部１０は、測定対象の試料Ｓが収容された積分球２０の内部へと供給される照射光として、試料Ｓの発光特性を測定するための励起光を供給する照射光供給手段である。図１においては、照射光供給部１０は、照射光源１１と、照射光源１１からの光を積分球２０へと導くライトガイド１３とによって構成されている。照射光供給部１０において、照射光源１１と、ライトガイド１３との間には波長切替部１２が設置されている。これにより、本構成例の照射光供給部１０は、積分球２０への照射光を、所定波長の励起光と、所定の波長範囲での光成分を含む光（以下、白色光という）とで切り替えることが可能に構成され、励起光供給手段及び白色光供給手段として機能するようになっている。
【００２１】
照射光供給部１０の具体的な構成例としては、照射光源１１として白色光源を用いるとともに、波長切替部１２において照射光源１１から供給される光のうちで所定の波長範囲内の光成分のみを選択してライトガイド１３へと通過させる波長選択手段を設ける構成を用いることができる。この場合、波長切替部１２において波長選択をＯＦＦとした場合、積分球２０への照射光は白色光となり、波長選択をＯＮとした場合、積分球２０への照射光は所定波長の励起光となる。波長選択手段としては、具体的には例えば分光フィルタ、あるいは分光器等を用いることができる。
【００２２】
積分球２０は、内部に配置される試料Ｓの発光特性の測定に用いられるものであり、試料Ｓに照射される励起光を積分球２０内に入射するための入射開口部２１と、試料Ｓからの被測定光を外部へと出射するための出射開口部２２と、積分球２０の内部に試料Ｓを導入するための第１試料導入開口部２３とを有して構成されている。第１試料導入開口部２３にはデュワ筐体４０が取付ねじにより着脱可能に取付けられている。
【００２３】
積分球２０の入射開口部２１には、照射光入射用のライトガイド１３の出射端部が固定されている。ライトガイド１３としては、例えば光ファイバを用いることができる。積分球２０の出射開口部２２には、試料Ｓからの被測定光を後段の分光分析装置３０へと導光するライトガイド２５の入射端部が固定されている。ライトガイド２５としては、例えばシングルファイバ、またはバンドルファイバを用いることができる。
【００２４】
分光分析装置３０は、積分球２０の出射開口部２２からライトガイド２５を介して出射された試料Ｓからの被測定光を分光して、その波長スペクトルを取得するための分光手段である。本構成例においては、分光分析装置３０は、分光部３１と、分光データ生成部３２とを有するマルチチャンネル分光器として構成されている。
【００２５】
分光部３１は、被測定光を波長成分に分解する分光器と、分光器からの光を検出する光検出器とによって構成されている。光検出器としては、例えば波長分解された被測定光の各波長成分を検出するための複数チャンネル（例えば１０２４チャンネル）の画素が１次元に配列されたＣＣＤリニアセンサを用いることができる。分光部３１による測定波長領域は、具体的な構成等に応じて適宜に設定して良いが、例えば３００ｎｍ〜９５０ｎｍである。分光データ生成部３２は、分光部３１の光検出器の各チャンネルから出力される検出信号に必要な信号処理を行って、被測定光の分光データである波長スペクトルのデータを生成する分光データ生成手段である。分光データ生成部３２で生成、取得された波長スペクトルのデータは、後段のデータ解析装置９０へと出力される。
【００２６】
データ解析装置９０は、分光分析装置３０によって取得された波長スペクトルに対して必要なデータ解析を行って、試料Ｓについての情報を取得するデータ解析手段である。解析装置９０での具体的なデータ解析の内容については後述する。データ解析装置９０には、データ解析等についての指示の入力、解析条件の入力等に用いられる入力装置９７と、データ解析結果の表示等に用いられる表示装置９８とが接続されている。
【００２７】
続いて、図２〜図６を参照して、図１に示した分光測定装置１Ａに用いられる積分球２０、デュワ筐体４０、及びデュワ５０の構成について説明する。図２は、図１に示した分光測定装置１Ａに用いられる積分球２０及びデュワ筐体４０の構成の一例を示す斜視図である。図３〜図６は、積分球２０、デュワ筐体４０、及びデュワ５０の構成の一例を示す断面図であり、励起光の照射光軸Ｌに沿った断面での積分球２０、デュワ筐体４０、及びデュワ５０の構成を示している。図３及び図５における断面と図４及び図６における断面とは直交している。
【００２８】
本構成例における積分球２０は、取付ねじ２８５によって架台２８０に取り付けられた積分球本体２００を備えている。架台２８０は、互いに直交する２つの接地面２８１、２８２を有するＬ字形状に形成されている。照射光軸Ｌは、積分球本体２００の中心位置を通り、接地面２８１に平行で接地面２８２に直交する方向に伸びている。
【００２９】
積分球本体２００には、図１に示した入射開口部２１、出射開口部２２、及び第１試料導入開口部２３が設けられている。入射開口部２１は、光軸Ｌの一方側の積分球本体２００の所定位置（図中の左側の位置）に設けられている。出射開口部２２は、積分球本体２００の中心位置を通り光軸Ｌに直交する面上の所定位置に設けられている。第１試料導入開口部２３は、積分球本体２００の中心位置を通り光軸Ｌに直交する面上で中心位置からみて出射開口部２２とは９０°ずれた位置（図中の上側の位置）に設けられている。
【００３０】
図３に示す構成例では、第１試料導入開口部２３に加えて、第２試料導入開口部２４が設けられている。第２試料導入開口部２４は、光軸Ｌの他方側であって入射開口部２１と対向する位置（図中の右側の位置）に設けられている。第２試料導入開口部２４には、試料を載置するための試料ホルダ２４０が取り付けられている。
【００３１】
入射開口部２１には、照射光入射用のライトガイド１３を接続するためのライトガイドホルダ２１０が挿入されて取り付けられている。出射開口部２２には、被測定光出射用のライトガイド２５を接続するためのライトガイドホルダ２２０が挿入されて取り付けられている。図２〜図６においては、ライトガイド１３、２５の図示を省略している。
【００３２】
デュワ筐体４０内には、積分球２０内で試料Ｓを所定位置に保持する試料ホルダ８０と、試料ホルダ８０に保持された試料Ｓを冷却するためのデュワ５０と、が設けられている。試料ホルダ８０は、一端が閉じられた管状の部材である。デュワ５０は、試料Ｓを冷却する冷媒（例えば、液体窒素等）を保持するためのものであり、一端が閉じられた略管状の容器である。デュワ５０は、真空層を有する断熱二重構造となっている。試料ホルダ８０は、デュワ５０の内側に位置決めされて配置されている。デュワ５０は、第１の内径を有し且つ他端側に位置する第１容器部５０ａと、第１の内径より小さい第２の内径を有し且つ一端側に位置する第２容器部５０ｂと、を有している。
【００３３】
第２の内径は、試料ホルダ８０の外径よりも大きく設定されており、試料ホルダ８０がデュワ５０内に配置された状態では、第２容器部５０ｂと試料ホルダ８０との間に空間が形成される。第２容器部５０ｂと試料ホルダ８０との間に空間に冷媒が存在することにより、試料ホルダ８０の一端側に保持されている試料Ｓが冷却されることとなる。
【００３４】
デュワ筐体４０は、内部にデュワ５０を収容する空間を有する部材であって、第１ケース４１、第２ケース４３、第１蓋板４５、及び第２蓋板４７を有している。第１ケース４１は、筒状（本実施形態では、円筒状）の胴部４１ａと胴部４１ａの一端側に位置する底部４１ｂとからなり、有底状の部材である。底部４１ｂには、その中央部分に開口部４２が形成されている。第１蓋板４５は、第１ケース４１の底部４１ｂに取付ねじ５１によって着脱可能に取付けられており、底部４１ｂに形成されている開口部４２を閉塞する。
【００３５】
第２ケース４３は、両端が開口した筒状（本実施形態では、円筒状）の胴部４３ａからなる。第１ケース４１と第２ケース４３とは、取付ねじ５２によって着脱可能に取付けられ、互いの他端側が当接した状態で固定されている。第２蓋板４７は、第２ケース４３の一端に取付ねじ５３によって着脱可能に取付けられており、当該一端における開口を閉塞する。第２蓋板４７の中央部分には、第１試料導入開口部２３に連通するように、デュワ５０の第２容器部５０ｂを挿通するための開口部４８が形成されている。第２蓋板４７には、図７に示されるように、デュワ筐体４０内に溜まった水を排出するための排水開口部４９が形成されている。排水開口部４９は、通常、ねじ５４により閉塞されている。
【００３６】
デュワ５０は、第１ケース４１及び第２ケース４３の内周面に所定間隔を有して設けられた複数のスペーサ７０により、径方向での位置決めがなされている。各スペーサ７０により、第１ケース４１及び第２ケース４３の内周面とデュワ５０の第１容器部５０ａの外周面との間に、所定の間隙Ｇ１が形成されている。
【００３７】
第２蓋板４７には、デュワ５０を支持する支持台６１が取付ねじ５５によって着脱可能に取付けられている。支持台６１は、略円柱状の部材であって、その中央部分には、第２蓋板４７に形成された開口部４８に連通するように、デュワ５０の第２容器部５０ｂを挿通するための貫通孔６２が形成されている。第２ケース４３の内周面と支持台６１の外周面との間には、所定の間隙Ｇ２が形成されている。第２蓋板４７と支持台６１との間には、貫通孔６２を囲むように、環状のパッキン（不図示）が設けられている。このパッキンが第２蓋板４７と支持台６１とに挟み込まれることで、第２蓋板４７と支持台６１との間の水密化が図られている。
【００３８】
支持台６１には、第２蓋板４７に取付けられて当接する第１面６１ａに対向する第２面６１ｂに、当該第２面６１ｂから突出する突出部６３が設けられている。突出部６３は、貫通孔６２の外側を囲むように、貫通孔６２の中心軸方向から見てリング状に形成されている。突出部６３は、デュワ５０と接触することにより、デュワ５０の挿入方向での位置を規定する。支持台６１の第２面６１ｂとデュワ５０とは、突出部６３の高さ分だけ隔てられており、支持台６１の第２面６１ｂとデュワ５０との間に所定の間隙Ｇ３が形成されている。支持台６１とデュワ５０との間には、突出部６３を囲むように、環状のパッキン（不図示）が設けられている。このパッキンが支持台６１とデュワ５０とに挟み込まれることで、支持台６１とデュワ５０との間の水密化が図られている。
【００３９】
支持台６１には、第２ケース４３の内周面と支持台６１の外周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ２と、支持台６１の第２面６１ｂとデュワ５０との間に形成されている所定の間隙Ｇ３と、を連通する連通路６４が複数形成されている。各連通路６４は、貫通孔６２の中心軸周りに等角度間隔（例えば、略９０°間隔）で配置されている。連通路６４は、支持台６１の外周面に開口し且つ支持台６１の外周面から支持台６１の径方向に伸びる第１通路部分６５と、当該第１通路部分６５から貫通孔６２の中心軸と平行な方向に伸び且つ第２面６１ｂに開口する第２通路部分６６と、からなる。
【００４０】
デュワ５０の第２容器部５０ｂの外周と支持台６１に形成された貫通孔６２の内周面との間、第２容器部５０ｂの外周と第２蓋板４７に形成された開口部４８の内周面との間、及び、第２容器部５０ｂの外周と第１試料導入開口部２３の内周面との間には、それぞれ所定の間隙Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６が形成されている。これらの間隙Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６は、互いに連通すると共に、支持台６１の第２面６１ｂとデュワ５０との間に所定の間隙Ｇ３及び積分球２０内の空間とも連通している。これらにより、デュワ５０内の空間は、支持台６１に形成された複数の連通路６４、支持台６１の第２面６１ｂとデュワ５０との間に形成されている所定の間隙Ｇ３、第２容器部５０ｂの外周と貫通孔６２の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ４、第２容器部５０ｂの外周と第２蓋板４７の開口部４８の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ５、及び、第２容器部５０ｂの外周と第１試料導入開口部２３の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ６を通して積分球２０内の空間と連通している。
【００４１】
第２容器部５０ｂの長さは、デュワ５０が支持台６１の接触面に当接している状態で第２容器部５０ｂの先端部分が積分球２０内に所定長さ分突出するように設定されている。詳細には、デュワ５０内に位置決めされた試料ホルダ８０に保持されている試料Ｓが積分球２０内に位置するように、第２容器部５０ｂの長さが設定されている。これにより、デュワ５０の第２容器部５０ｂの先端部分が積分球２０内に露出することとなる。
【００４２】
デュワ５０及び試料ホルダ８０は、励起光及び被測定光を含む光を透過する材質で形成されていることが好ましく、例えば合成石英ガラス製の光学セルが好適に用いられる。
【００４３】
第１試料導入開口部２３及び試料ホルダ８０は、例えば発光材料が溶解された溶液が試料Ｓである場合に好適に用いることができる。試料Ｓが固形試料、粉末試料等である場合にも、このような試料ホルダ８０を用いることができる。第２試料導入開口部２４及び試料ホルダ２４０は、例えば試料Ｓが固形試料、粉末試料である場合に好適に用いることができる。この場合、試料ホルダとして、例えば試料保持基板、あるいはシャーレ等が用いられる。
【００４４】
これらの試料ホルダ８０，２４０は、試料Ｓの種類、分光測定の内容等に応じて使い分けられる。試料ホルダ８０を用いる場合、光軸Ｌが水平線に沿うように架台２８０の接地面２８１を下にした状態で積分球２０がセットされる。試料ホルダ２４０を用いる場合、光軸Ｌが鉛直線に沿うように架台２８０の接地面２８２を下にした状態で積分球２０がセットされる。以下においては、試料ホルダ８０を用いて試料Ｓの分光測定を実行する場合について説明する。
【００４５】
照射光入射用のライトガイド１３は、ライトガイドホルダ２１０のライトガイド保持部２１１によって位置決めされた状態で保持されている。照射光源１１（図１参照）からの光は、ライトガイド１３によって積分球２０へと導光され、ライトガイドホルダ２１０内に設置された集光レンズ２１２によって集光されつつ、試料ホルダ８０内に照射される。本実施形態では、試料ホルダ８０の試料Ｓを保持している部分が、励起光の入射開口部２１からの光路から外れた箇所に位置している。被測定光出射用のライトガイド２５は、ライトガイドホルダ２２０によって位置決めされた状態で保持されている。
【００４６】
照射光供給部１０からの照射光として所定波長の励起光が供給された場合、励起光が照射された試料Ｓからの光は、積分球本体２００の内壁に塗布された高拡散反射粉末（例えば、スペクトラロン（登録商標）や硫酸バリウム等）によって多重拡散反射される。拡散反射された光は、ライトガイドホルダ２２０に接続されたライトガイド２５に入射されて、被測定光として分光分析装置３０へと導かれる。これによって、試料Ｓからの被測定光について分光測定が行われる。被測定光となる試料Ｓからの光としては、励起光の照射によって試料Ｓで生じた蛍光などの発光、及び励起光のうちで試料Ｓで散乱、反射等された光成分がある。
【００４７】
図８は、図１に示した分光測定装置１Ａに用いられるデータ解析装置９０の構成の一例を示すブロック図である。本構成例におけるデータ解析装置９０は、分光データ入力部９１と、試料情報解析部９２と、補正データ取得部９３と、解析データ出力部９６とを有して構成されている。また、本構成例のデータ解析装置９０では、補正データ取得部９３に対して、補正データ算出部９４と、補正データ記憶部９５とが設けられている。
【００４８】
分光データ入力部９１は、分光分析装置３０によって分光データとして取得された波長スペクトルなどのデータを入力する入力手段である。入力部９１から入力された分光データは、試料情報解析部９２へと送られる。解析部９２は、入力された波長スペクトルを解析して、試料Ｓについての情報を取得する試料情報解析手段である。補正データ取得部９３は、積分球２０内で試料ホルダ８０に試料Ｓが保持される上記構成に対し、試料ホルダ８０による光の吸収、具体的には励起光または試料Ｓからの発光の少なくとも一方の吸収を考慮して波長スペクトルを補正するための補正データを取得する補正データ取得手段である。解析部９２は、補正データ取得部９３で取得された補正データによって波長スペクトルを補正するとともに、補正された波長スペクトルを解析して、ＰＬ法による発光量子収率などの試料Ｓの情報を取得する。
【００４９】
波長スペクトルの補正データは、例えば補正データ算出部９４から取得することができる。算出部９４は、所定条件で実行された補正データ導出用の測定結果の波長スペクトルを参照し、それに基づいて補正データを算出する補正データ算出手段である。具体的な補正データの算出方法については後述する。波長スペクトルの補正データがあらかじめ求められている場合には、補正データを補正データ記憶部９５に記憶しておき、必要に応じて補正データ取得部９３が補正データを読み出して取得する構成とすることも可能である。この場合、補正データ算出部９４を設けない構成としても良い。補正データ算出部９４で算出された補正データを補正データ記憶部９５に記憶し、必要に応じて補正データ取得部９３がその補正データを読み出す構成としても良い。
【００５０】
解析データ出力部９６は、試料情報解析部９２において解析が行われた試料情報の解析結果を出力する出力手段である。解析結果のデータが出力部９６を介して表示装置９８へと出力されると、表示装置９８は、その解析結果を操作者に対して所定の表示画面で表示する。解析結果の出力先については、表示装置９８に限らず、他の装置にデータを出力しても良い。図８の構成では、出力部９６に対して、表示装置９８に加えて外部装置９９が接続された構成を示している。外部装置９９としては、例えば印刷装置、外部記憶装置、他の端末装置などが挙げられる。
【００５１】
図１〜図７に示した分光測定装置１Ａにおいては、励起光入射用の開口部２１、及び被測定光出射用の開口部２２が設けられてＰＬ法による試料Ｓの発光特性の測定が可能に構成された積分球２０と、励起光及び試料Ｓからの発光を波長スペクトルによって区別可能なように被測定光を分光測定する分光分析装置３０とを用いて分光測定装置１Ａを構成する。そして、積分球２０内で試料Ｓを保持する試料ホルダ８０について、解析装置９０において試料容器による光の吸収が考慮された補正データを用意し、この補正データによって波長スペクトルを補正した上で、波長スペクトルの解析及び試料情報の導出を行っている。これにより、試料ホルダ８０による光の吸収の影響が無視できない場合でも、発光量子収率等の解析結果に生じる誤差を抑制して、試料Ｓの分光測定を好適かつ精度良く行うことが可能となる。
【００５２】
ところで、本実施形態では、図９及び図１０に示されるように、デュワ５０に保持された冷媒Ｒにより試料Ｓが冷却されている状態で測定を行なうことができる。例えば、冷媒Ｒとして液体窒素を用いた場合には、液体窒素温度（略−１９６℃）付近での試料Ｓの分光測定が可能となる。このように、本実施形態によれば、冷媒Ｒを保持するデュワ５０を用いているので、試料Ｓを簡便且つ効率良く冷却することができる。
【００５３】
測定の際に、デュワ５０に保持されている冷媒Ｒは気化し、冷媒Ｒの気化により、比較的低温で且つ乾燥したガスが発生する。冷媒Ｒから発生したガスは、図９及び図１０において矢印にて示されるように、第１ケース４１及び第２ケース４３の内周面と第１容器部５０ａの外周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ１、第２ケース４３の内周面と支持台６１の外周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ２、支持台６１に形成された複数の連通路６４、支持台６１の第２面６１ｂとデュワ５０との間に形成されている所定の間隙Ｇ３、第２容器部５０ｂの外周と貫通孔６２の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ４、第２容器部５０ｂの外周と第２蓋板４７の開口部４８の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ５、及び、第２容器部５０ｂの外周と第１試料導入開口部２３の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ６を通って、積分球２０内に導入される。すなわち、これらの間隙Ｇ１〜Ｇ６及び連通路６４は、デュワ５０に保持された冷媒Ｒから発生したガスを積分球２０内に導入するガス導入路として機能する。そして、積分球２０内に導入されたガスは、積分球２０内の水分を吸収し、積分球２０内の温度を低下させる。
【００５４】
したがって、本実施形態によれば、積分球２０内は、冷媒Ｒから発生したガスにより、比較的低温で且つ乾燥した環境下にあり、デュワ５０の第２容器部５０ｂにおける積分球２０内に露出している部分に結露が生じるのを防ぐことができる。
【００５５】
本実施形態では、冷媒Ｒから発生したガスは、第２容器部５０ｂの外周と第１試料導入開口部２３の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ６から積分球２０内に流れ込むため、デュワ５０の第２容器部５０ｂにおける積分球２０内に露出している部分に沿って流れることとなる。このガスの流れは、第２容器部５０ｂにおける積分球２０内に露出している部分近傍の雰囲気温度及び湿度を積極的に低下させる。これにより、第２容器部５０ｂにおける積分球２０内に露出している部分に結露が生じるのをより一層確実に防ぐことができる。
【００５６】
積分球２０は、基本的には、光が漏れ得ない構造とされているものの、入射開口部２１や出射開口部２２等には気体が通り得る僅かな間隙が存在している。このため、積分球２０内の水分を吸収したガスは、入射開口部２１や出射開口部２２等に存在している僅かな間隙から積分球２０外に排出される。ところで、積分球２０内の水分を吸収したガスを積分球２０外に排出する排出開口部を別途設けても良い。しかしながら、積分球２０を光が漏れ得ない構成とする要請から、入射開口部２１や出射開口部２２等に存在する上述した僅かな間隙からガスを排出する構成を採用することが好ましい。
【００５７】
本実施形態では、上述したように、冷媒Ｒから発生したガスは、デュワ筐体４０内において、第１ケース４１及び第２ケース４３の内周面と第１容器部５０ａの外周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ１を流れる。これにより、第１容器部５０ａの外周面近傍の雰囲気温度及び湿度も低下することとなり、第１容器部５０ａの外周面等に結露が生じるのを防ぐこともできる。万が一、第１容器部５０ａの外周面等に結露が生じ、デュワ筐体４０内に水が溜まった場合でも、パッキン７１，７２により第２蓋板４７と支持台６１との間及び支持台６１とデュワ５０との間の水密化が図られているので、積分球２０内に水が浸入するのを防ぐことができる。また、連通路６４が第１通路部分６５と第２通路部分６６とからなることから、水が連通路６４を通して積分球２０内へ浸入し難い。デュワ筐体４０内に溜まっている水は、排水開口部４９から排出される。
【００５８】
本実施形態では、デュワ５０の積分球２０から露出している第１容器部５０ａがデュワ筐体４０で覆われている。これにより、冷媒Ｒから発生したガスが装置外に放散されてしまうのを防ぎ、当該ガスを効率良く積分球２０内に導くことができる。また、本実施形態では、デュワ筐体４０が上述したガス導入路の一部を構成している。これにより、上述したガス導入路の設置を確実且つ簡易に行なうことができる。
【００５９】
本実施形態では、試料Ｓを収容すると共にデュワ５０内に配置された試料ホルダ８０が備えられている。これにより、試料Ｓが冷媒Ｒに接することなく、確実に冷却することができる。
【００６０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００６１】
本実施形態では、デュワ５０を収容するデュワ筐体４０が設けられているが、デュワ筐体４０は必ずしも必要ではない。デュワ筐体４０が存在しない場合、デュワ５０と積分球２０とをパイプ等により接続し、当該パイプ等により冷媒Ｒから発生したガスを積分球２０内に導入してもよい。
【００６２】
本実施形態では、デュワ筐体４０と積分球２０とを、支持台６１に形成された複数の連通路６４、支持台６１の第２面６１ｂとデュワ５０との間に形成されている所定の間隙Ｇ３、第２容器部５０ｂの外周と貫通孔６２の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ４、第２容器部５０ｂの外周と第２蓋板４７の開口部４８の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ５、及び、第２容器部５０ｂの外周と第１試料導入開口部２３の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ６を通して接続しているが、これに限られない。デュワ筐体４０と積分球２０とをパイプ等により接続し、当該パイプ等により冷媒Ｒから発生したガスをデュワ筐体４０内から積分球２０内に導入してもよい。
【００６３】
本実施形態では、冷媒Ｒの気化により発生したガスを積分球２０内に導入しているが、当該ガスの導入と共に、乾燥ガスを積分球２０内に導入してもよい。例えば、図１１及び図１２に示されるように、デュワ筐体４０（例えば、第１ケース４１）に乾燥ガスを導入する導入開口部７５を設け、当該導入開口部７５に乾燥ガス送出部７６からのガス通路７７を接続しても良い。この場合、乾燥ガスは、冷媒Ｒから発生したガスと共に積分球２０内に導入される。すなわち、冷媒Ｒから発生したガスを積分球２０内に導入するガス導入路が乾燥ガスを積分球２０内に導入するガス導入路として機能することとなる。なお、乾燥ガスを積分球２０内に導入するガス導入路と冷媒Ｒから発生したガスを積分球２０内に導入するガス導入路とを別経路とし、乾燥ガスを積分球２０内に直接導入しても良い。乾燥ガスとしては、例えば窒素ガスやヘリウムガス等を用いることができる。
【００６４】
本実施形態では、図１３に示されるように、デュワ５０に保持される冷媒Ｒの温度をチラー１０１により調節しても良い。この場合、任意の温度での試料Ｓの分光測定が可能となる。チラー１０１との接続は、デュワ筐体４０（例えば、第１ケース４１及び第１蓋板４５）にチューブコネクタ１０３を設け、このチューブコネクタ１０３にチューブ１０５を接続することにより実現できる。
【００６５】
連通路６４の第１通路部分６５は、図１４に示されるように、第２通路部分６６との接続箇所から支持台６１の外周面への開口箇所に向かって下方に傾斜するように形成されていてもよい。この場合、連通路６４内にて発生した水滴が支持台６１外に排出され易い。第２通路部分６６は、貫通孔６２の中心軸と平行な方向に伸びるように形成されている必要はなく、貫通孔６２の中心軸と平行な方向に対して傾斜するように形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１Ａ…分光測定装置、２０…積分球、２１…入射開口部、２２…出射開口部、２３…第１試料導入開口部、４０…デュワ筐体、４１…第１ケース、４３…第２ケース、４５…第１蓋板、４７…第２蓋板、４８…開口部、５０…デュワ、６１…支持台、６２…貫通孔、６４…連通路、８０…試料ホルダ、Ｇ１〜Ｇ６…間隙、Ｒ…冷媒、Ｓ…試料。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積分球を備え、所望の温度に冷却された試料を測定するための分光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料から発せられる被測定光を観測する積分球を備えた分光測定装置において、試料を冷却するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された分光測定装置では、積分球内に臨むように配置された試料を冷媒に接触させることにより試料を所望の温度に冷却している。
【０００３】
また、積分球を備えた分光測定装置において、積分球内を冷却するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された分光測定装置では、積分球内に冷気を導入して、積分球を所望の温度に冷却している。
【０００４】
本出願人は、積分球を備えた光検出装置を出願している（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−０８２４４２号公報
【特許文献２】特開平０７−１４６１７５号公報
【特許文献３】特開２００７−８６０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された分光測定装置では、試料が冷媒に接触することにより冷却されるため、試料における積分球内に露出している部分に結露が生じ、適正な測定が阻害されることとなる。試料に結露が生じると、試料への被測定光の入射等の妨げとなる。また、積分球の内周面は、一般に、高い反射率を有し且つ拡散性に優れた拡散反射材料（例えば、スペクトラロン（登録商標）や硫酸バリウム等）により構成されているが、当該拡散反射材料の成分によっては、結露により発生した水分が付着すると拡散反射材料が溶解してしまい、積分球の内周面による拡散反射が不十分となる。
【０００７】
特許文献２に記載された分光測定装置では、積分球内に冷気を導入して積分球を冷却しているが、積分球内に配置されたランプから生じた熱を吸収するためであり、試料の冷却に関しては何ら考慮されていない。また、被測定対象が発熱するランプであるため、上述した結露の問題は生じ得ない。
【０００８】
ところで、試料を簡便且つ効率良く冷却するために、冷媒を保持するデュワを用いることが考えられる。しかしながら、デュワを用いた場合でも、デュワにおける積分球内に露出している部分に生じる結露は防止し難い。
【０００９】
本発明は、所望の温度に冷却した状態の試料を測定する場合でも、結露の発生を防ぐことが可能な分光測定装置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】
【００１０】
本発明は、測定対象の試料が内部に配置され、試料から発せられる被測定光を観測する積分球を備えた分光測定装置であって、試料を冷却するための冷媒を保持すると共に、少なくとも一部が積分球内に臨むように位置するデュワと、デュワに保持された冷媒から発生したガスを積分球内に導入するガス導入路と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、デュワに保持されている冷媒の気化により、比較的低温で且つ乾燥したガスが発生する。冷媒から発生したガスは、ガス導入路を通じて積分球内に導入される。このため、積分球内は、冷媒から発生したガスにより、比較的低温で且つ乾燥した環境下にあり、デュワにおける積分球内に露出している部分に結露が生じるのを防ぐことができる。
【００１２】
好ましくは、デュワの積分球から露出している部分を覆うカバーを更に備えている。この場合、冷媒から発生したガスが装置外に放散されてしまうのを防ぎ、当該ガスを効率良く積分球内に導くことができる。
【００１３】
より好ましくは、カバーに、ガス導入路が設けられている。この場合、ガス導入路の設置を確実且つ簡易に行なうことができる。
【００１４】
好ましくは、試料を収容すると共にデュワ内に配置された試料ホルダを更に備えている。この場合、試料が冷媒に接することなく、冷媒により冷却することができる。
【００１５】
好ましくは、乾燥ガスを積分球内に導入するガス導入路を更に備えている。この場合、デュワにおける積分球内に露出している部分に結露が生じるのをより一層防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、所望の温度に冷却した状態の試料を測定する場合でも、結露の発生を防ぐことが可能な分光測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】分光測定装置の一実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図２】積分球及びデュワ筐体の構成の一例を示す斜視図である。
【図３】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す断面図である。
【図４】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す断面図である。
【図５】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す断面図である。
【図６】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す断面図である。
【図７】排水開口部の構成の一例を示す断面図である。
【図８】データ解析装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す斜視図である。
【図１０】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す斜視図である。
【図１１】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す斜視図である。
【図１２】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す斜視図である。
【図１３】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す斜視図である。
【図１４】積分球、デュワ筐体、及びデュワの構成の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る分光測定装置の構成を模式的に示す図である。本実施形態による分光測定装置１Ａは、照射光供給部１０と、積分球２０と、分光分析装置３０と、デュワ筐体４０と、デュワ５０と、データ解析装置９０とを備え、発光材料などの試料Ｓに対して所定波長の励起光を照射し、フォトルミネッセンス法によって試料Ｓの蛍光特性などの発光特性を測定、評価することが可能なように構成されている。
【００２０】
照射光供給部１０は、測定対象の試料Ｓが収容された積分球２０の内部へと供給される照射光として、試料Ｓの発光特性を測定するための励起光を供給する照射光供給手段である。図１においては、照射光供給部１０は、照射光源１１と、照射光源１１からの光を積分球２０へと導くライトガイド１３とによって構成されている。照射光供給部１０において、照射光源１１と、ライトガイド１３との間には波長切替部１２が設置されている。これにより、本構成例の照射光供給部１０は、積分球２０への照射光を、所定波長の励起光と、所定の波長範囲での光成分を含む光（以下、白色光という）とで切り替えることが可能に構成され、励起光供給手段及び白色光供給手段として機能するようになっている。
【００２１】
照射光供給部１０の具体的な構成例としては、照射光源１１として白色光源を用いるとともに、波長切替部１２において照射光源１１から供給される光のうちで所定の波長範囲内の光成分のみを選択してライトガイド１３へと通過させる波長選択手段を設ける構成を用いることができる。この場合、波長切替部１２において波長選択をＯＦＦとした場合、積分球２０への照射光は白色光となり、波長選択をＯＮとした場合、積分球２０への照射光は所定波長の励起光となる。波長選択手段としては、具体的には例えば分光フィルタ、あるいは分光器等を用いることができる。
【００２２】
積分球２０は、内部に配置される試料Ｓの発光特性の測定に用いられるものであり、試料Ｓに照射される励起光を積分球２０内に入射するための入射開口部２１と、試料Ｓからの被測定光を外部へと出射するための出射開口部２２と、積分球２０の内部に試料Ｓを導入するための第１試料導入開口部２３とを有して構成されている。第１試料導入開口部２３にはデュワ筐体４０が取付ねじにより着脱可能に取付けられている。
【００２３】
積分球２０の入射開口部２１には、照射光入射用のライトガイド１３の出射端部が固定されている。ライトガイド１３としては、例えば光ファイバを用いることができる。積分球２０の出射開口部２２には、試料Ｓからの被測定光を後段の分光分析装置３０へと導光するライトガイド２５の入射端部が固定されている。ライトガイド２５としては、例えばシングルファイバ、またはバンドルファイバを用いることができる。
【００２４】
分光分析装置３０は、積分球２０の出射開口部２２からライトガイド２５を介して出射された試料Ｓからの被測定光を分光して、その波長スペクトルを取得するための分光手段である。本構成例においては、分光分析装置３０は、分光部３１と、分光データ生成部３２とを有するマルチチャンネル分光器として構成されている。
【００２５】
分光部３１は、被測定光を波長成分に分解する分光器と、分光器からの光を検出する光検出器とによって構成されている。光検出器としては、例えば波長分解された被測定光の各波長成分を検出するための複数チャンネル（例えば１０２４チャンネル）の画素が１次元に配列されたＣＣＤリニアセンサを用いることができる。分光部３１による測定波長領域は、具体的な構成等に応じて適宜に設定して良いが、例えば３００ｎｍ〜９５０ｎｍである。分光データ生成部３２は、分光部３１の光検出器の各チャンネルから出力される検出信号に必要な信号処理を行って、被測定光の分光データである波長スペクトルのデータを生成する分光データ生成手段である。分光データ生成部３２で生成、取得された波長スペクトルのデータは、後段のデータ解析装置９０へと出力される。
【００２６】
データ解析装置９０は、分光分析装置３０によって取得された波長スペクトルに対して必要なデータ解析を行って、試料Ｓについての情報を取得するデータ解析手段である。解析装置９０での具体的なデータ解析の内容については後述する。データ解析装置９０には、データ解析等についての指示の入力、解析条件の入力等に用いられる入力装置９７と、データ解析結果の表示等に用いられる表示装置９８とが接続されている。
【００２７】
続いて、図２〜図６を参照して、図１に示した分光測定装置１Ａに用いられる積分球２０、デュワ筐体４０、及びデュワ５０の構成について説明する。図２は、図１に示した分光測定装置１Ａに用いられる積分球２０及びデュワ筐体４０の構成の一例を示す斜視図である。図３〜図６は、積分球２０、デュワ筐体４０、及びデュワ５０の構成の一例を示す断面図であり、励起光の照射光軸Ｌに沿った断面での積分球２０、デュワ筐体４０、及びデュワ５０の構成を示している。図３及び図５における断面と図４及び図６における断面とは直交している。
【００２８】
本構成例における積分球２０は、取付ねじ２８５によって架台２８０に取り付けられた積分球本体２００を備えている。架台２８０は、互いに直交する２つの接地面２８１、２８２を有するＬ字形状に形成されている。照射光軸Ｌは、積分球本体２００の中心位置を通り、接地面２８１に平行で接地面２８２に直交する方向に伸びている。
【００２９】
積分球本体２００には、図１に示した入射開口部２１、出射開口部２２、及び第１試料導入開口部２３が設けられている。入射開口部２１は、光軸Ｌの一方側の積分球本体２００の所定位置（図中の左側の位置）に設けられている。出射開口部２２は、積分球本体２００の中心位置を通り光軸Ｌに直交する面上の所定位置に設けられている。第１試料導入開口部２３は、積分球本体２００の中心位置を通り光軸Ｌに直交する面上で中心位置からみて出射開口部２２とは９０°ずれた位置（図中の上側の位置）に設けられている。
【００３０】
図３に示す構成例では、第１試料導入開口部２３に加えて、第２試料導入開口部２４が設けられている。第２試料導入開口部２４は、光軸Ｌの他方側であって入射開口部２１と対向する位置（図中の右側の位置）に設けられている。第２試料導入開口部２４には、試料を載置するための試料ホルダ２４０が取り付けられている。
【００３１】
入射開口部２１には、照射光入射用のライトガイド１３を接続するためのライトガイドホルダ２１０が挿入されて取り付けられている。出射開口部２２には、被測定光出射用のライトガイド２５を接続するためのライトガイドホルダ２２０が挿入されて取り付けられている。図２〜図６においては、ライトガイド１３、２５の図示を省略している。
【００３２】
デュワ筐体４０内には、積分球２０内で試料Ｓを所定位置に保持する試料ホルダ８０と、試料ホルダ８０に保持された試料Ｓを冷却するためのデュワ５０と、が設けられている。試料ホルダ８０は、一端が閉じられた管状の部材である。デュワ５０は、試料Ｓを冷却する冷媒（例えば、液体窒素等）を保持するためのものであり、一端が閉じられた略管状の容器である。デュワ５０は、真空層を有する断熱二重構造となっている。試料ホルダ８０は、デュワ５０の内側に位置決めされて配置されている。デュワ５０は、第１の内径を有し且つ他端側に位置する第１容器部５０ａと、第１の内径より小さい第２の内径を有し且つ一端側に位置する第２容器部５０ｂと、を有している。
【００３３】
第２の内径は、試料ホルダ８０の外径よりも大きく設定されており、試料ホルダ８０がデュワ５０内に配置された状態では、第２容器部５０ｂと試料ホルダ８０との間に空間が形成される。第２容器部５０ｂと試料ホルダ８０との間に空間に冷媒が存在することにより、試料ホルダ８０の一端側に保持されている試料Ｓが冷却されることとなる。
【００３４】
デュワ筐体４０は、内部にデュワ５０を収容する空間を有する部材であって、第１ケース４１、第２ケース４３、第１蓋板４５、及び第２蓋板４７を有している。第１ケース４１は、筒状（本実施形態では、円筒状）の胴部４１ａと胴部４１ａの一端側に位置する底部４１ｂとからなり、有底状の部材である。底部４１ｂには、その中央部分に開口部４２が形成されている。第１蓋板４５は、第１ケース４１の底部４１ｂに取付ねじ５１によって着脱可能に取付けられており、底部４１ｂに形成されている開口部４２を閉塞する。
【００３５】
第２ケース４３は、両端が開口した筒状（本実施形態では、円筒状）の胴部４３ａからなる。第１ケース４１と第２ケース４３とは、取付ねじ５２によって着脱可能に取付けられ、互いの他端側が当接した状態で固定されている。第２蓋板４７は、第２ケース４３の一端に取付ねじ５３によって着脱可能に取付けられており、当該一端における開口を閉塞する。第２蓋板４７の中央部分には、第１試料導入開口部２３に連通するように、デュワ５０の第２容器部５０ｂを挿通するための開口部４８が形成されている。第２蓋板４７には、図７に示されるように、デュワ筐体４０内に溜まった水を排出するための排水開口部４９が形成されている。排水開口部４９は、通常、ねじ５４により閉塞されている。
【００３６】
デュワ５０は、第１ケース４１及び第２ケース４３の内周面に所定間隔を有して設けられた複数のスペーサ７０により、径方向での位置決めがなされている。各スペーサ７０により、第１ケース４１及び第２ケース４３の内周面とデュワ５０の第１容器部５０ａの外周面との間に、所定の間隙Ｇ１が形成されている。
【００３７】
第２蓋板４７には、デュワ５０を支持する支持台６１が取付ねじ５５によって着脱可能に取付けられている。支持台６１は、略円柱状の部材であって、その中央部分には、第２蓋板４７に形成された開口部４８に連通するように、デュワ５０の第２容器部５０ｂを挿通するための貫通孔６２が形成されている。第２ケース４３の内周面と支持台６１の外周面との間には、所定の間隙Ｇ２が形成されている。第２蓋板４７と支持台６１との間には、貫通孔６２を囲むように、環状のパッキン（不図示）が設けられている。このパッキンが第２蓋板４７と支持台６１とに挟み込まれることで、第２蓋板４７と支持台６１との間の水密化が図られている。
【００３８】
支持台６１には、第２蓋板４７に取付けられて当接する第１面６１ａに対向する第２面６１ｂに、当該第２面６１ｂから突出する突出部６３が設けられている。突出部６３は、貫通孔６２の外側を囲むように、貫通孔６２の中心軸方向から見てリング状に形成されている。突出部６３は、デュワ５０と接触することにより、デュワ５０の挿入方向での位置を規定する。支持台６１の第２面６１ｂとデュワ５０とは、突出部６３の高さ分だけ隔てられており、支持台６１の第２面６１ｂとデュワ５０との間に所定の間隙Ｇ３が形成されている。支持台６１とデュワ５０との間には、突出部６３を囲むように、環状のパッキン（不図示）が設けられている。このパッキンが支持台６１とデュワ５０とに挟み込まれることで、支持台６１とデュワ５０との間の水密化が図られている。
【００３９】
支持台６１には、第２ケース４３の内周面と支持台６１の外周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ２と、支持台６１の第２面６１ｂとデュワ５０との間に形成されている所定の間隙Ｇ３と、を連通する連通路６４が複数形成されている。各連通路６４は、貫通孔６２の中心軸周りに等角度間隔（例えば、略９０°間隔）で配置されている。連通路６４は、支持台６１の外周面に開口し且つ支持台６１の外周面から支持台６１の径方向に伸びる第１通路部分６５と、当該第１通路部分６５から貫通孔６２の中心軸と平行な方向に伸び且つ第２面６１ｂに開口する第２通路部分６６と、からなる。
【００４０】
デュワ５０の第２容器部５０ｂの外周と支持台６１に形成された貫通孔６２の内周面との間、第２容器部５０ｂの外周と第２蓋板４７に形成された開口部４８の内周面との間、及び、第２容器部５０ｂの外周と第１試料導入開口部２３の内周面との間には、それぞれ所定の間隙Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６が形成されている。これらの間隙Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６は、互いに連通すると共に、支持台６１の第２面６１ｂとデュワ５０との間に所定の間隙Ｇ３及び積分球２０内の空間とも連通している。これらにより、デュワ５０内の空間は、支持台６１に形成された複数の連通路６４、支持台６１の第２面６１ｂとデュワ５０との間に形成されている所定の間隙Ｇ３、第２容器部５０ｂの外周と貫通孔６２の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ４、第２容器部５０ｂの外周と第２蓋板４７の開口部４８の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ５、及び、第２容器部５０ｂの外周と第１試料導入開口部２３の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ６を通して積分球２０内の空間と連通している。
【００４１】
第２容器部５０ｂの長さは、デュワ５０が支持台６１の接触面に当接している状態で第２容器部５０ｂの先端部分が積分球２０内に所定長さ分突出するように設定されている。詳細には、デュワ５０内に位置決めされた試料ホルダ８０に保持されている試料Ｓが積分球２０内に位置するように、第２容器部５０ｂの長さが設定されている。これにより、デュワ５０の第２容器部５０ｂの先端部分が積分球２０内に露出することとなる。
【００４２】
デュワ５０及び試料ホルダ８０は、励起光及び被測定光を含む光を透過する材質で形成されていることが好ましく、例えば合成石英ガラス製の光学セルが好適に用いられる。
【００４３】
第１試料導入開口部２３及び試料ホルダ８０は、例えば発光材料が溶解された溶液が試料Ｓである場合に好適に用いることができる。試料Ｓが固形試料、粉末試料等である場合にも、このような試料ホルダ８０を用いることができる。第２試料導入開口部２４及び試料ホルダ２４０は、例えば試料Ｓが固形試料、粉末試料である場合に好適に用いることができる。この場合、試料ホルダとして、例えば試料保持基板、あるいはシャーレ等が用いられる。
【００４４】
これらの試料ホルダ８０，２４０は、試料Ｓの種類、分光測定の内容等に応じて使い分けられる。試料ホルダ８０を用いる場合、光軸Ｌが水平線に沿うように架台２８０の接地面２８１を下にした状態で積分球２０がセットされる。試料ホルダ２４０を用いる場合、光軸Ｌが鉛直線に沿うように架台２８０の接地面２８２を下にした状態で積分球２０がセットされる。以下においては、試料ホルダ８０を用いて試料Ｓの分光測定を実行する場合について説明する。
【００４５】
照射光入射用のライトガイド１３は、ライトガイドホルダ２１０のライトガイド保持部２１１によって位置決めされた状態で保持されている。照射光源１１（図１参照）からの光は、ライトガイド１３によって積分球２０へと導光され、ライトガイドホルダ２１０内に設置された集光レンズ２１２によって集光されつつ、試料ホルダ８０内に照射される。本実施形態では、試料ホルダ８０の試料Ｓを保持している部分が、励起光の入射開口部２１からの光路から外れた箇所に位置している。被測定光出射用のライトガイド２５は、ライトガイドホルダ２２０によって位置決めされた状態で保持されている。
【００４６】
照射光供給部１０からの照射光として所定波長の励起光が供給された場合、励起光が照射された試料Ｓからの光は、積分球本体２００の内壁に塗布された高拡散反射粉末（例えば、スペクトラロン（登録商標）や硫酸バリウム等）によって多重拡散反射される。拡散反射された光は、ライトガイドホルダ２２０に接続されたライトガイド２５に入射されて、被測定光として分光分析装置３０へと導かれる。これによって、試料Ｓからの被測定光について分光測定が行われる。被測定光となる試料Ｓからの光としては、励起光の照射によって試料Ｓで生じた蛍光などの発光、及び励起光のうちで試料Ｓで散乱、反射等された光成分がある。
【００４７】
図８は、図１に示した分光測定装置１Ａに用いられるデータ解析装置９０の構成の一例を示すブロック図である。本構成例におけるデータ解析装置９０は、分光データ入力部９１と、試料情報解析部９２と、補正データ取得部９３と、解析データ出力部９６とを有して構成されている。また、本構成例のデータ解析装置９０では、補正データ取得部９３に対して、補正データ算出部９４と、補正データ記憶部９５とが設けられている。
【００４８】
分光データ入力部９１は、分光分析装置３０によって分光データとして取得された波長スペクトルなどのデータを入力する入力手段である。入力部９１から入力された分光データは、試料情報解析部９２へと送られる。解析部９２は、入力された波長スペクトルを解析して、試料Ｓについての情報を取得する試料情報解析手段である。補正データ取得部９３は、積分球２０内で試料ホルダ８０に試料Ｓが保持される上記構成に対し、試料ホルダ８０による光の吸収、具体的には励起光または試料Ｓからの発光の少なくとも一方の吸収を考慮して波長スペクトルを補正するための補正データを取得する補正データ取得手段である。解析部９２は、補正データ取得部９３で取得された補正データによって波長スペクトルを補正するとともに、補正された波長スペクトルを解析して、ＰＬ法による発光量子収率などの試料Ｓの情報を取得する。
【００４９】
波長スペクトルの補正データは、例えば補正データ算出部９４から取得することができる。算出部９４は、所定条件で実行された補正データ導出用の測定結果の波長スペクトルを参照し、それに基づいて補正データを算出する補正データ算出手段である。具体的な補正データの算出方法については後述する。波長スペクトルの補正データがあらかじめ求められている場合には、補正データを補正データ記憶部９５に記憶しておき、必要に応じて補正データ取得部９３が補正データを読み出して取得する構成とすることも可能である。この場合、補正データ算出部９４を設けない構成としても良い。補正データ算出部９４で算出された補正データを補正データ記憶部９５に記憶し、必要に応じて補正データ取得部９３がその補正データを読み出す構成としても良い。
【００５０】
解析データ出力部９６は、試料情報解析部９２において解析が行われた試料情報の解析結果を出力する出力手段である。解析結果のデータが出力部９６を介して表示装置９８へと出力されると、表示装置９８は、その解析結果を操作者に対して所定の表示画面で表示する。解析結果の出力先については、表示装置９８に限らず、他の装置にデータを出力しても良い。図８の構成では、出力部９６に対して、表示装置９８に加えて外部装置９９が接続された構成を示している。外部装置９９としては、例えば印刷装置、外部記憶装置、他の端末装置などが挙げられる。
【００５１】
図１〜図７に示した分光測定装置１Ａにおいては、励起光入射用の開口部２１、及び被測定光出射用の開口部２２が設けられてＰＬ法による試料Ｓの発光特性の測定が可能に構成された積分球２０と、励起光及び試料Ｓからの発光を波長スペクトルによって区別可能なように被測定光を分光測定する分光分析装置３０とを用いて分光測定装置１Ａを構成する。そして、積分球２０内で試料Ｓを保持する試料ホルダ８０について、解析装置９０において試料容器による光の吸収が考慮された補正データを用意し、この補正データによって波長スペクトルを補正した上で、波長スペクトルの解析及び試料情報の導出を行っている。これにより、試料ホルダ８０による光の吸収の影響が無視できない場合でも、発光量子収率等の解析結果に生じる誤差を抑制して、試料Ｓの分光測定を好適かつ精度良く行うことが可能となる。
【００５２】
ところで、本実施形態では、図９及び図１０に示されるように、デュワ５０に保持された冷媒Ｒにより試料Ｓが冷却されている状態で測定を行なうことができる。例えば、冷媒Ｒとして液体窒素を用いた場合には、液体窒素温度（略−１９６℃）付近での試料Ｓの分光測定が可能となる。このように、本実施形態によれば、冷媒Ｒを保持するデュワ５０を用いているので、試料Ｓを簡便且つ効率良く冷却することができる。
【００５３】
測定の際に、デュワ５０に保持されている冷媒Ｒは気化し、冷媒Ｒの気化により、比較的低温で且つ乾燥したガスが発生する。冷媒Ｒから発生したガスは、図９及び図１０において矢印にて示されるように、第１ケース４１及び第２ケース４３の内周面と第１容器部５０ａの外周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ１、第２ケース４３の内周面と支持台６１の外周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ２、支持台６１に形成された複数の連通路６４、支持台６１の第２面６１ｂとデュワ５０との間に形成されている所定の間隙Ｇ３、第２容器部５０ｂの外周と貫通孔６２の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ４、第２容器部５０ｂの外周と第２蓋板４７の開口部４８の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ５、及び、第２容器部５０ｂの外周と第１試料導入開口部２３の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ６を通って、積分球２０内に導入される。すなわち、これらの間隙Ｇ１〜Ｇ６及び連通路６４は、デュワ５０に保持された冷媒Ｒから発生したガスを積分球２０内に導入するガス導入路として機能する。そして、積分球２０内に導入されたガスは、積分球２０内の水分を吸収し、積分球２０内の温度を低下させる。
【００５４】
したがって、本実施形態によれば、積分球２０内は、冷媒Ｒから発生したガスにより、比較的低温で且つ乾燥した環境下にあり、デュワ５０の第２容器部５０ｂにおける積分球２０内に露出している部分に結露が生じるのを防ぐことができる。
【００５５】
本実施形態では、冷媒Ｒから発生したガスは、第２容器部５０ｂの外周と第１試料導入開口部２３の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ６から積分球２０内に流れ込むため、デュワ５０の第２容器部５０ｂにおける積分球２０内に露出している部分に沿って流れることとなる。このガスの流れは、第２容器部５０ｂにおける積分球２０内に露出している部分近傍の雰囲気温度及び湿度を積極的に低下させる。これにより、第２容器部５０ｂにおける積分球２０内に露出している部分に結露が生じるのをより一層確実に防ぐことができる。
【００５６】
積分球２０は、基本的には、光が漏れ得ない構造とされているものの、入射開口部２１や出射開口部２２等には気体が通り得る僅かな間隙が存在している。このため、積分球２０内の水分を吸収したガスは、入射開口部２１や出射開口部２２等に存在している僅かな間隙から積分球２０外に排出される。ところで、積分球２０内の水分を吸収したガスを積分球２０外に排出する排出開口部を別途設けても良い。しかしながら、積分球２０を光が漏れ得ない構成とする要請から、入射開口部２１や出射開口部２２等に存在する上述した僅かな間隙からガスを排出する構成を採用することが好ましい。
【００５７】
本実施形態では、上述したように、冷媒Ｒから発生したガスは、デュワ筐体４０内において、第１ケース４１及び第２ケース４３の内周面と第１容器部５０ａの外周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ１を流れる。これにより、第１容器部５０ａの外周面近傍の雰囲気温度及び湿度も低下することとなり、第１容器部５０ａの外周面等に結露が生じるのを防ぐこともできる。万が一、第１容器部５０ａの外周面等に結露が生じ、デュワ筐体４０内に水が溜まった場合でも、パッキン７１，７２により第２蓋板４７と支持台６１との間及び支持台６１とデュワ５０との間の水密化が図られているので、積分球２０内に水が浸入するのを防ぐことができる。また、連通路６４が第１通路部分６５と第２通路部分６６とからなることから、水が連通路６４を通して積分球２０内へ浸入し難い。デュワ筐体４０内に溜まっている水は、排水開口部４９から排出される。
【００５８】
本実施形態では、デュワ５０の積分球２０から露出している第１容器部５０ａがデュワ筐体４０で覆われている。これにより、冷媒Ｒから発生したガスが装置外に放散されてしまうのを防ぎ、当該ガスを効率良く積分球２０内に導くことができる。また、本実施形態では、デュワ筐体４０が上述したガス導入路の一部を構成している。これにより、上述したガス導入路の設置を確実且つ簡易に行なうことができる。
【００５９】
本実施形態では、試料Ｓを収容すると共にデュワ５０内に配置された試料ホルダ８０が備えられている。これにより、試料Ｓが冷媒Ｒに接することなく、確実に冷却することができる。
【００６０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００６１】
本実施形態では、デュワ５０を収容するデュワ筐体４０が設けられているが、デュワ筐体４０は必ずしも必要ではない。デュワ筐体４０が存在しない場合、デュワ５０と積分球２０とをパイプ等により接続し、当該パイプ等により冷媒Ｒから発生したガスを積分球２０内に導入してもよい。
【００６２】
本実施形態では、デュワ筐体４０と積分球２０とを、支持台６１に形成された複数の連通路６４、支持台６１の第２面６１ｂとデュワ５０との間に形成されている所定の間隙Ｇ３、第２容器部５０ｂの外周と貫通孔６２の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ４、第２容器部５０ｂの外周と第２蓋板４７の開口部４８の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ５、及び、第２容器部５０ｂの外周と第１試料導入開口部２３の内周面との間に形成されている所定の間隙Ｇ６を通して接続しているが、これに限られない。デュワ筐体４０と積分球２０とをパイプ等により接続し、当該パイプ等により冷媒Ｒから発生したガスをデュワ筐体４０内から積分球２０内に導入してもよい。
【００６３】
本実施形態では、冷媒Ｒの気化により発生したガスを積分球２０内に導入しているが、当該ガスの導入と共に、乾燥ガスを積分球２０内に導入してもよい。例えば、図１１及び図１２に示されるように、デュワ筐体４０（例えば、第１ケース４１）に乾燥ガスを導入する導入開口部７５を設け、当該導入開口部７５に乾燥ガス送出部７６からのガス通路７７を接続しても良い。この場合、乾燥ガスは、冷媒Ｒから発生したガスと共に積分球２０内に導入される。すなわち、冷媒Ｒから発生したガスを積分球２０内に導入するガス導入路が乾燥ガスを積分球２０内に導入するガス導入路として機能することとなる。なお、乾燥ガスを積分球２０内に導入するガス導入路と冷媒Ｒから発生したガスを積分球２０内に導入するガス導入路とを別経路とし、乾燥ガスを積分球２０内に直接導入しても良い。乾燥ガスとしては、例えば窒素ガスやヘリウムガス等を用いることができる。
【００６４】
本実施形態では、図１３に示されるように、デュワ５０に保持される冷媒Ｒの温度をチラー１０１により調節しても良い。この場合、任意の温度での試料Ｓの分光測定が可能となる。チラー１０１との接続は、デュワ筐体４０（例えば、第１ケース４１及び第１蓋板４５）にチューブコネクタ１０３を設け、このチューブコネクタ１０３にチューブ１０５を接続することにより実現できる。
【００６５】
連通路６４の第１通路部分６５は、図１４に示されるように、第２通路部分６６との接続箇所から支持台６１の外周面への開口箇所に向かって下方に傾斜するように形成されていてもよい。この場合、連通路６４内にて発生した水滴が支持台６１外に排出され易い。第２通路部分６６は、貫通孔６２の中心軸と平行な方向に伸びるように形成されている必要はなく、貫通孔６２の中心軸と平行な方向に対して傾斜するように形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１Ａ…分光測定装置、２０…積分球、２１…入射開口部、２２…出射開口部、２３…第１試料導入開口部、４０…デュワ筐体、４１…第１ケース、４３…第２ケース、４５…第１蓋板、４７…第２蓋板、４８…開口部、５０…デュワ、６１…支持台、６２…貫通孔、６４…連通路、８０…試料ホルダ、Ｇ１〜Ｇ６…間隙、Ｒ…冷媒、Ｓ…試料。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の試料が内部に配置され、試料から発せられる被測定光の観測に用いられる積分球を備えた分光測定装置であって、
試料を冷却するための冷媒を保持するためのデュワと、
乾燥ガスを前記積分球内に導入するガス導入路と、を備えていることを特徴とする分光測定装置。
【請求項２】
前記デュワは、少なくとも一部が前記積分球内に位置していることを特徴とする請求項１に記載の分光測定装置。
【請求項３】
前記積分球は、前記デュワの前記少なくとも一部が挿通され、前記積分球の内部に試料を導入するための試料導入開口部を有し、
前記デュワと前記試料導入開口部との間の間隙が、前記ガス導入路を形成していることを特徴とする請求項２に記載の分光測定装置。
【請求項４】
前記デュワの前記積分球から露出している部分を覆うカバーを更に備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の分光測定装置。
【請求項５】
試料を収容すると共に前記デュワ内に配置された試料ホルダを更に備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の分光測定装置。
【請求項６】
前記デュワは、一端が閉じられた略管状の容器であると共に真空層を有する断熱二重構造となっており、第１の内径を有し且つ他端側に位置する第１容器部と、第１の内径より小さい第２の内径を有し且つ一端側に位置する第２容器部と、を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の分光測定装置。
【請求項７】
前記デュワは、前記第２容器部の先端部分が前記積分球内に突出することにより、前記積分球内に露出していることを特徴とする請求項６に記載の分光測定装置。
【請求項８】
前記試料ホルダは、一端が閉じられた管状の部材であることを特徴とする請求項５に記載の分光測定装置。
【請求項９】
前記デュワは、第１の内径を有し且つ他端側に位置する第１容器部と、第１の内径より小さい第２の内径を有し且つ一端側に位置する第２容器部と、を有し、
前記第２の内径は、前記試料ホルダの外径よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の分光測定装置。
【請求項１】
測定対象の試料が内部に配置され、試料から発せられる被測定光の観測に用いられる積分球を備えた分光測定装置であって、
試料を冷却するための冷媒を保持するためのデュワと、
乾燥ガスを前記積分球内に導入するガス導入路と、を備えていることを特徴とする分光測定装置。
【請求項２】
前記デュワは、少なくとも一部が前記積分球内に位置していることを特徴とする請求項１に記載の分光測定装置。
【請求項３】
前記積分球は、前記デュワの前記少なくとも一部が挿通され、前記積分球の内部に試料を導入するための試料導入開口部を有し、
前記デュワと前記試料導入開口部との間の間隙が、前記ガス導入路を形成していることを特徴とする請求項２に記載の分光測定装置。
【請求項４】
前記デュワの前記積分球から露出している部分を覆うカバーを更に備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の分光測定装置。
【請求項５】
試料を収容すると共に前記デュワ内に配置された試料ホルダを更に備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の分光測定装置。
【請求項６】
前記デュワは、一端が閉じられた略管状の容器であると共に真空層を有する断熱二重構造となっており、第１の内径を有し且つ他端側に位置する第１容器部と、第１の内径より小さい第２の内径を有し且つ一端側に位置する第２容器部と、を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の分光測定装置。
【請求項７】
前記デュワは、前記第２容器部の先端部分が前記積分球内に突出することにより、前記積分球内に露出していることを特徴とする請求項６に記載の分光測定装置。
【請求項８】
前記試料ホルダは、一端が閉じられた管状の部材であることを特徴とする請求項５に記載の分光測定装置。
【請求項９】
前記デュワは、第１の内径を有し且つ他端側に位置する第１容器部と、第１の内径より小さい第２の内径を有し且つ一端側に位置する第２容器部と、を有し、
前記第２の内径は、前記試料ホルダの外径よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の分光測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１０８９９８（Ｐ２０１３−１０８９９８Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−５０５４６（Ｐ２０１３−５０５４６）
【出願日】平成２５年３月１３日（２０１３．３．１３）
【分割の表示】特願２００８−３２７８５２（Ｐ２００８−３２７８５２）の分割
【原出願日】平成２０年１２月２４日（２００８．１２．２４）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年３月１３日（２０１３．３．１３）
【分割の表示】特願２００８−３２７８５２（Ｐ２００８−３２７８５２）の分割
【原出願日】平成２０年１２月２４日（２００８．１２．２４）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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