特許 7639899 光反応評価装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-25

(45)【発行日】2025-03-05

(54)【発明の名称】光反応評価装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/64 20060101AFI20250226BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20250226BHJP

【ＦＩ】

G01N21/64 Z

G01N21/27 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023518625

(86)(22)【出願日】2022-03-07

(86)【国際出願番号】 JP2022009626

(87)【国際公開番号】W WO2022234715

(87)【国際公開日】2022-11-10

【審査請求日】2023-10-19

(31)【優先権主張番号】P 2021078640

(32)【優先日】2021-05-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】玉木 隆宏

【審査官】横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１３４５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０７１４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１３５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０２２０３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０１０２８９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００４／００９０６２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２１／１６６３１０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／９５８

Ｇ０１Ｊ ３／００ － Ｇ０１Ｊ ３／５２

Ｇ０２Ｂ １９／００ － Ｇ０２Ｂ ２１／００

Ｇ０２Ｂ ２１／０６ － Ｇ０２Ｂ ２１／３６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料保持部に保持された試料の光反応を評価する光反応評価装置であって、
前記試料保持部の試料に励起光を照射する照射光源と、
前記照射光源に取り付けられ、前記試料保持部の面に均一な強度の光を照射可能とする均一照射レンズと、
前記試料保持部の試料を通過した測定光源の光を検出部で検出して光の強度分布を取得する分光光度計と、
試料が存在しない前記試料保持部に前記照射光源に代えて標準光源による白色光を照射し、かつ前記試料保持部に前記測定光源による光が照射されない状態で前記検出部により検出された光の強度分布を第１の検出強度分布として取得し、第１の測定動作時に、試料が存在しない前記試料保持部に前記照射光源による光を照射し、かつ前記試料保持部に前記測定光源による光が照射されない状態で前記検出部により検出された光の強度分布を第２の検出強度分布として取得する強度分布取得部と、
前記強度分布取得部により取得された第１の検出強度分布および第２の検出強度分布と前記標準光源の放射特性とに基づいて、前記照射光源の照射光の各波長での放射強度を算出する放射強度算出部と、
前記放射強度算出部により算出された各波長での放射強度に基づいて前記照射光源の照射光の各波長でのフォトン数を照射フォトン数として算出する照射フォトン数算出部と、
第２の測定動作時に、前記試料保持部の試料に前記照射光源による光を照射し、かつ前記試料保持部の試料に前記測定光源による光が照射された状態で前記検出部により検出された光の強度分布を吸光度スペクトルとして取得する吸光度スペクトル取得部と、
前記第２の測定動作時に、前記照射フォトン数算出部により算出された照射フォトン数および前記吸光度スペクトル取得部により取得された吸光度スペクトルに基づいて、試料により各波長で吸収されたフォトンの数を吸収フォトン数として算出する吸収フォトン数算出部と、を備え、
前記吸収フォトン数算出部で算出した吸収フォトン数に基づいて試料の光反応を評価する、光反応評価装置。

【請求項2】

前記測定光源と前記検出部とは、前記試料保持部を挟んで対向する位置に配置された、請求項１に記載の光反応評価装置。

【請求項3】

前記照射光源が光を照射する方向と、前記測定光源が光を照射する方向との角度差が所定の範囲内である、請求項２に記載の光反応評価装置。

【請求項4】

前記照射光源が光を照射する方向と、前記測定光源が光を照射する方向とが平行である、請求項２に記載の光反応評価装置。

【請求項5】

前記強度分布取得部により取得された第１の検出強度分布を記憶する記憶部をさらに備え、
前記強度分布取得部は、前記記憶部に第１の検出強度分布が記憶されている場合、試料が存在しない前記試料保持部に前記標準光源による白色光を照射し、かつ前記試料保持部に前記測定光源による光が照射されない状態で前記検出部により光の強度分布を検出することなく、前記記憶部に記憶された第１の検出強度分布を取得する、請求項１に記載の光反応評価装置。

【請求項6】

前記照射光源として、白色光、単色光または一定波長範囲の光を発生する光源が選択的に設けられる、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の光反応評価装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光反応評価装置に関する。

【背景技術】

【0002】

試料に励起光源により光が照射されると、他の物質または蛍光等が生成される。このような現象は光化学反応と呼ばれる。光化学反応の評価指標として、量子収率が用いられる。量子収率は、（光の照射により試料内で生成された物質の分子数）／（試料により吸収されたフォトン数）で表される。本明細書では、励起光源を照射光源と呼ぶ。

【0003】

量子収率を算出するためには、試料により吸収されたフォトン数を測定する必要がある。この場合、照射光源により試料に照射される光のフォトン数（以下、照射フォトン数と呼ぶ。）は、照射光源により異なるため、照射フォトン数を校正する必要がある。

【0004】

そこで、特定波長において化学反応当たり既知の吸収フォトン数を有する化学光量計を用いて照射フォトン数を校正する方法が提案されている。また、光のエネルギーを測定する光パワーメータを用いて照射フォトン数を校正する方法が提案されている。例えば、特許文献１の背景技術の欄には、化学光量計または光パワーメータを用いて照射フォトン数を校正する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－３４７１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、照射フォトン数は、光の波長により変化する。したがって、照射光源の光の波長に応じた化学光量計を用いて照射フォトン数を校正する必要がある。この場合、化学光量計による吸収ピークはややブロードであるため、各波長での照射フォトン数を正確に測定することは困難である。光パワーメータでは、通常、光のエネルギーの波長分布を測定することはできないので、照射フォトン数の正確な波長分布を校正することは困難である。そのため、光化学反応に広い波長範囲の光を発生する照射光源を用いた場合には、広い波長範囲における照射フォトン数の分布を正確に校正することは難しい。また、試料の形状には様々な形状があり、照射光源や測定装置などの配置によっては照射フォトン数を測定することが難しい。

【0007】

本発明は、試料の形状を考慮して照射光源や測定装置などを配置し、特定波長を有する光を発生する照射光源を用いた場合だけでなく広い波長範囲を有する光を発生する照射光源を用いた場合にも波長に依存する照射フォトン数の分布を正確に算出することが可能な光反応評価装置およびフォトン数算出方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一局面に従う光反応評価装置は、試料保持部に保持された試料の光反応を評価する光反応評価装置であって、試料保持部の試料に励起光を照射する照射光源と、照射光源に取り付けられ、試料保持部の面に均一な強度の光を照射可能とする均一照射レンズと、試料保持部の試料を通過した測定光源の光を検出部で検出して光の強度分布を取得する分光光度計と、試料が存在しない試料保持部に照射光源に代えて標準光源による白色光を照射し、かつ試料保持部に測定光源による光が照射されない状態で検出部により検出された光の強度分布を第１の検出強度分布として取得し、第１の測定動作時に、試料が存在しない試料保持部に照射光源による光を照射し、かつ試料保持部に測定光源による光が照射されない状態で検出部により検出された光の強度分布を第２の検出強度分布として取得する強度分布取得部と、強度分布取得部により取得された第１の検出強度分布および第２の検出強度分布と標準光源の放射特性とに基づいて、照射光源の照射光の各波長での放射強度を算出する放射強度算出部と、放射強度算出部により算出された各波長での放射強度に基づいて照射光源の照射光の各波長でのフォトン数を照射フォトン数として算出する照射フォトン数算出部と、第２の測定動作時に、試料保持部の試料に照射光源による光を照射し、かつ試料保持部の試料に測定光源による光が照射された状態で検出部により検出された光の強度分布を吸光度スペクトルとして取得する吸光度スペクトル取得部と、第２の測定動作時に、照射フォトン数算出部により算出された照射フォトン数および吸光度スペクトル取得部により取得された吸光度スペクトルに基づいて、試料により各波長で吸収されたフォトンの数を吸収フォトン数として算出する吸収フォトン数算出部と、を備え、吸収フォトン数算出部で算出した吸収フォトン数に基づいて試料の光反応を評価する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、特定波長を有する光を発生する照射光源を用いた場合だけでなく広い波長範囲を有する光を発生する照射光源を用いた場合にも波長に依存する照射フォトン数の分布を正確に算出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施の形態に係る光反応評価装置の構成を示すブロック図である。

【図2】比較対象である光反応評価装置の構成を示すブロック図である。

【図3】図１のデータ処理部の機能的な構成を示すブロック図である。

【図4】図３のデータ処理部の光反応評価動作を示すフローチャートである。

【図5】図３のデータ処理部の光反応評価動作を示すフローチャートである。

【図6】標準データ取得動作を説明するための図である。

【図7】標準データ取得動作により取得された第１の検出強度分布の例を示す図である。

【図8】第１の測定動作を説明するための図である。

【図9】第１の測定動作により取得された第２の検出強度分布の例を示す図である。

【図10】照射光源の各波長での放射強度の算出方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態に係る光反応評価装置およびフォトン数算出方法について図面を参照しながら詳細に説明する。

【0012】

（１）光反応評価装置の構成
図１は一実施の形態に係る光反応評価装置の構成を示すブロック図である。図１の光反応評価装置１００は、測定部１０およびデータ処理部３０を備える。測定部１０は、照射光源１、分光光度計２および試料セル３を含む。試料セル３には、試料Ｓがセットされる。本実施の形態では、試料セル３の位置が試料位置に相当する。また、本実施の形態において、試料Ｓについての光反応の評価は、試料Ｓの光化学反応における吸収フォトン数の評価を含む。

【0013】

照射光源１は、試料セル３に励起光として光を照射する。照射光源１としては、特定の波長の光、特定の波長範囲の光、多波長の光または白色光を発生する光源を用いることができる。照射光源１は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）、キセノンランプ、水銀ランプ、または重水素ランプ等の種々の光源であってもよい。照射光源１から光を照射する部分に均一照射レンズ１ａが取り付けられている。均一照射レンズ１ａは、照射光源１から照射する光を試料セル３の位置の全面に均一な強度の光を照射するための光学素子である。均一照射レンズ１ａを用いることで、試料セル３内のどの位置においてもほぼ均一な強度の光を照射することができる。特に、フィルム形状の試料Ｓを試料セル３にセットする場合、測定光を照射する試料Ｓの位置で均一な強度の光を照射する必要がある。均一照射レンズ１ａは、例えば、テレセントリックレンズ、ロッドレンズ等の均一な強度の光を照射できる光学素子であればよい。

【0014】

分光光度計２は、測定光源２１、分光器（図示せず）および検出部２２を含む。本実施の形態では、例えば、ポリクロメータを用いたマルチチャンネル分光光度計を用いることができる。

【0015】

次に、測定部１０における照射光源１、分光光度計２および試料セル３の配置について説明する。まず、比較対象として、試料セルにセットする試料の形状がキューブ形状あるいはキューブ形状の試料セルに溶液試料をセットする場合の配置について説明する。図２は、比較対象である光反応評価装置１００Ａの構成を示すブロック図である。図２に示す光反応評価装置１００Ａは、測定部１０Ａにおける照射光源１、分光光度計２および試料セル３の配置が、図１に示す光反応評価装置１００と異なる以外、同じ構成である。そのため、図２に示す光反応評価装置１００Ａにおいて、図１に示す光反応評価装置１００と同じ構成には同じ番号を付してある。

【0016】

測定部１０Ａでは、照射光源１からの照射光に対して分光光度計２の測定光源２１からの測定光が試料セル３Ａにおいて直交している。分光光度計２の検出部２２は、試料セル３Ａを挟んで測定光源２１と対向する位置に配置されている。なお、試料セル３Ａにセットする試料ＳＡは、光を照射する面において広がりを有していないので、均一照射レンズ１ａを照射光源１に設ける必要がない。

【0017】

しかし、図２に示す測定部１０Ａの配置では、フィルム形状の試料を測定する場合、試料の一部にしか照射光源１からの光を照射できず、また試料の側面（フィルムの厚みの部分）に測定光を照射する必要があり、フォトン数を測定することが困難であった。

【0018】

そこで、本実施の形態に係る光反応評価装置１００では、図１に示す測定部１０の配置とすることで、試料セル３にセットしたフィルム形状の試料Ｓに対するフォトン数の測定を可能としている。具体的に、測定部１０は、照射光源１から光を照射する方向と、分光光度計２の測定光源２１から光を照射する方向とがほぼ平行となるように、照射光源１および測定光源２１を配置している。つまり、照射光源１および測定光源２１から光を照射する方向は、試料セル３の面に対してほぼ直交している（角度α≒９０°，角度β≒９０°）。

【0019】

さらに、照射光源１には均一照射レンズ１ａを設け、照射光源１から照射する光を試料セル３の位置において全面に均一な強度の光として照射している。そのため、試料セル３の面内であれば、何れの位置でも均一な強度の光が照射光源１から照射されているので、試料セル３の面内の何れの位置においても測定光源２１からの光を照射して分光光度計２の検出部２２で測定することができる。なお、図１から分かるように、照射光源１から光を照射する方向と直交する試料セル３の面の位置Ｐから水平方向（図中上下方向）に遠ざかるに従い、試料セル３の面と照射光との成す角が小さくなる。そのため、位置Ｐより遠い位置で測定光源２１からの光を照射して分光光度計２の検出部２２で測定した方が、試料セル３の面で反射した照射光の影響を受け難くなる。

【0020】

また、均一照射レンズ１ａは、試料セル３の位置において全面に均一な強度の光を照射しなくてもよい。均一照射レンズ１ａにより試料セル３の位置において均一な強度の光が照射された部分で、測定光源２１からの光を照射して分光光度計２の検出部２２で測定すればよい。つまり、分光光度計２の検出部２２は、均一照射レンズ１ａからの照射光および測定光源２１からの測定光が照射されている試料Ｓの部分を測定すればよい。なお、フィルム形状の試料Ｓが測定中において形状を維持できるのであれば試料セル３は不要であり、試料セル３の位置に試料Ｓのみを設けてもよい。

【0021】

図１に示した測定部１０の配置は一例であり、少なくとも、測定光源２１が、照射光源１により光を照射する試料セル３の面の背面側に配置され、検出部２２が、照射光源１により光を照射する試料セル３の面の正面側に配置されていればよい。つまり、照射光源１と検出部２２とは、試料セル３を挟んで同じ側に配置され、照射光源１と測定光源２１とは、試料セル３を挟んで反対側に配置されていればよい。好ましくは、測定光源２１と検出部２２とは、試料セル３を挟んで対向する位置に配置されている。つまり、測定光源２１と検出部２２とは、試料セル３を挟んで直線上に配置されていることが好ましい。

【0022】

さらに好ましくは、照射光源１が光を照射する方向と、測定光源２１が光を照射する方向との角度差が所定の範囲内である。図１では、角度α≒９０°，角度β≒９０°と照射光源１が光を照射する方向と、測定光源２１が光を照射する方向との角度差が０（ゼロ）であると説明したが、測定に影響を与えない範囲であれば所定の範囲内の角度差があってもよい。なお、図１のように角度α≒９０°，角度β≒９０°であれば、照射光源１が光を照射する方向と、測定光源２１が光を照射する方向とが平行となる。このように測定部１０の照射光源１、分光光度計２および試料セル３を配置することで、試料セル３にセットする試料Ｓがフィルム試料またはフィルム形状の試料であってもフォトン数を測定することができる。

【0023】

次に、データ処理部３０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）３１、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３２、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３３、入出力Ｉ／Ｆ（インタフェース）３４、および記憶装置３５を含む。ＣＰＵ３１、ＲＡＭ３２、ＲＯＭ３３、入出力Ｉ／Ｆ３４および記憶装置３５はバス３６に接続されている。データ処理部３０のバス３６には、操作部４０および表示部５０が接続される。操作部４０は、キーボードまたはマウス等を含み、データ処理部３０に各種指令およびデータの入力のためにユーザにより操作される。表示部５０は、液晶ディスプレイまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ等を含み、各種データ等を表示する。

【0024】

記憶装置３５は、半導体メモリまたはメモリカード等の記憶媒体を含み、光反応評価プログラムを記憶する。ＲＡＭ３２は、ＣＰＵ３１の作業領域として用いられる。ＲＯＭ３３には、システムプログラムが記憶される。ＣＰＵ３１は、記憶装置３５に記憶された光反応評価プログラムをＲＡＭ３２上で実行することにより入出力Ｉ／Ｆ３４を通して照射光源１および分光光度計２を制御するとともに、分光光度計２の出力信号を入出力Ｉ／Ｆ３４を通して受ける。これにより、後述する光反応評価方法が実施される。光反応評価方法は、フォトン数算出方法を含む。

【0025】

光反応評価装置１００は、後述する標準光源１Ｓ（図３）を用いた標準データ取得動作、照射光源１を用いた第１の測定動作、および試料Ｓの測定を行う第２の測定動作を実行する。

【0026】

（２）データ処理部３０の機能的な構成
図３は図１のデータ処理部３０の機能的な構成を示すブロック図である。図３に示すように、データ処理部３０は、強度分布取得部３１０、記憶部３２０、放射強度算出部３３０、照射フォトン数算出部３４０、動作制御部３５０、吸光度スペクトル取得部３６０、吸収フォトン数算出部３７０および表示制御部３８０を含む。上記の構成要素（３１０～３８０）の機能は、図１のＣＰＵ３１が記憶装置３５等の記憶媒体（記録媒体）に記憶されたコンピュータプログラムである光反応評価プログラムを実行することにより実現される。なお、データ処理部３０の一部または全ての構成要素が電子回路等のハードウエアにより実現されてもよい。

【0027】

標準データ取得動作時には、測定部１０（図１）に、照射光源１に代えて図３に一点鎖線で示される標準光源１Ｓが取り付けられる。標準光源１Ｓは、照射光源１により発生される光の波長範囲以上の波長範囲を有する光を発生する光源である。標準光源１Ｓとして白色光源が用いられる。白色光源は、例えば、白色光を発生するＬＥＤであるが、他の白色光源が用いられてもよい。標準光源１Ｓは、広い波長範囲の光を発生する光源である。以下、標準光源１Ｓが発生する光の全波長における放射強度分布を標準光源１Ｓの放射特性と呼ぶ。放射特性は、標準光源１Ｓが発生する光の各波長での放射強度を含む。標準光源１Ｓの放射特性は、予め正確に測定されている。分光光度計２は、波長に依存する波長感度分布特性を有するので、通常、標準光源１Ｓが発生する光の放射強度分布と分光光度計２により検出される標準光源１Ｓからの光の強度分布とは異なる。

【0028】

強度分布取得部３１０は、標準データ取得動作時に、分光光度計２の検出部２２により検出される光の強度分布を第１の検出強度分布として取得する。第１の検出強度分布は、標準光源１Ｓにより試料セル３に照射される白色光の全波長において検出された光の強度分布である。また、強度分布取得部３１０は、第１の測定動作時に、分光光度計２の検出部２２により検出される光の強度分布を第２の検出強度分布として取得する。第２の検出強度分布は、照射光源１により試料セル３に照射される光の波長範囲において検出された光の強度分布である。照射光源１が白色光源である場合には、第２の検出強度分布は全波長において検出された光の強度分布である。照射光源１が特定の波長の光または特定の波長範囲の光を発生する光源である場合には、第２の検出強度分布は特定の波長または特定の波長範囲において検出された光の強度分布である。

【0029】

記憶部３２０は、標準データ取得時に強度分布取得部３１０により取得された第１の検出強度分布および第１の測定動作時に強度分布取得部３１０により取得された第２の検出強度分布を記憶する。また、記憶部３２０は、標準光源１Ｓの放射特性を予め記憶する。さらに、記憶部３２０は、後述する照射フォトン数算出部３４０により算出された照射フォトン数および吸収フォトン数算出部３７０により算出された吸収フォトン数を記憶する。

【0030】

放射強度算出部３３０は、第１の測定動作時に、記憶部３２０に記憶された第１の検出強度分布、第２の検出強度分布、および標準光源１Ｓの各波長での放射強度に基づいて、照射光源１の各波長での放射強度を算出する。算出方法の詳細については後述する。

【0031】

照射フォトン数算出部３４０は、放射強度算出部３３０により算出された各波長での放射強度に基づいて、照射光源１により試料セル３に照射される光のフォトン数（以下、照射フォトン数と呼ぶ。）を算出する。算出方法の詳細については後述する。

【0032】

動作制御部３５０は、ユーザによる操作部４０の操作に基づいて標準データ取得動作、第１の測定動作および第２の測定動作を実行するために、データ処理部３０の各構成要素の動作を制御するとともに、標準光源１Ｓ、照射光源１、および分光光度計２の測定光源２１の動作を制御する。

【0033】

吸光度スペクトル取得部３６０は、第２の測定動作時に、分光光度計２の検出部２２により検出される光の強度分布を吸光度スペクトルとして取得する。吸収フォトン数算出部３７０は、吸光度スペクトル取得部３６０により取得された吸光度スペクトルおよび照射フォトン数算出部３４０により算出された照射フォトン数に基づいて各波長での吸収フォトン数を算出する。算出方法の詳細については後述する。

【0034】

表示制御部３８０は、操作部４０の操作に基づいて、照射フォトン数算出部３４０により算出された照射フォトン数、吸収フォトン数算出部３７０により算出された吸収フォトン数および吸光度スペクトル取得部３６０により取得された吸光度スペクトルを表示部５０に表示させる。

【0035】

（３）光反応評価装置１００の動作
図４および図５は図３のデータ処理部３０の光反応評価動作を示すフローチャートである。図６は標準データ取得動作を説明するための図である。図７は標準データ取得動作により取得された第１の検出強度分布の例を示す図である。図８は第１の測定動作を説明するための図である。図９は第１の測定動作により取得された第２の検出強度分布の例を示す図である。図１０は照射光源１の各波長での放射強度の算出方法を説明するための図である。図７、図９および図１０の縦軸は、分光光度計２により検出される各波長での検出強度を表し、横軸は波長λを表す。

【0036】

光反応評価装置１００の光反応評価動作は、上記のように、標準データ取得動作、第１の測定動作および第２の測定動作を含む。図４および図５の光反応評価動作は、図３のＣＰＵ３１が光反応評価プログラムを実行することにより行われる。

【0037】

標準データ取得動作は、例えば、光反応評価装置１００の据付け時またはメンテナンス時に行われる。ここで、標準データは、第１の検出強度分布および標準光源１Ｓの放射特性（各波長での放射強度）を含む。第１の測定動作は、例えば、日常的に行われる。第２の測定動作は、試料Ｓの測定時に行われる。

【0038】

標準データ取得動作時には、作業者が操作部４０に照射光源１の代わりに標準光源１Ｓを取り付ける。試料セル３には試料Ｓはセットされない。動作制御部３５０は、操作部４０により標準データ取得動作が指示されたか否かを判定する（ステップＳ１）。標準データ取得動作が指示された場合には、動作制御部３５０は、標準光源１Ｓが試料セル３に光を照射するように標準光源１Ｓを制御する（ステップＳ２）。これにより、図６に示すように、標準光源１Ｓにより放射された光が試料セル３に照射され、試料セル３からの光が分光光度計２に入射する。このとき、分光光度計２の測定光源２１からは試料セル３に光が照射されない。なお、図６に示す標準光源１Ｓ、分光光度計２、および試料セル３の配置は、実際の配置とは異なり説明を簡単にするため模式的に示した配置である。

【0039】

強度分布取得部３１０は、分光光度計２の検出部２２により検出された光の強度分布を第１の検出強度分布として取得する（ステップＳ３）。図７には、検出強度と波長λとの関係が第１の検出強度分布Ｅ１として示される。強度分布取得部３１０は、取得された第１の検出強度分布Ｅ１を記憶部３２０に記憶させる（ステップＳ４）。これにより、標準データ取得動作が完了する。

【0040】

第１の測定動作時には、ユーザが測定部１０に照射光源１を取り付ける。試料セル３には試料Ｓはセットされない。動作制御部３５０は、操作部４０により第１の測定動作が指示されたか否かを判定する（ステップＳ５）。第１の測定動作が指示された場合には、動作制御部３５０は、照射光源１が試料セル３に光を照射するように照射光源１を制御する（ステップＳ６）。これにより、図８に示すように、照射光源１により放射された光が試料セル３に照射され、試料セル３からの光が分光光度計２に入射する。このとき、分光光度計２の測定光源２１からは試料セル３に光が照射されない。なお、図８に示す照射光源１、分光光度計２、および試料セル３の配置は、実際の配置とは異なり説明を簡単にするため模式的に示した配置である。

【0041】

強度分布取得部３１０は、分光光度計２の検出部２２により検出された光の強度分布を第２の検出強度分布として取得する（ステップＳ７）。図９には、検出強度と波長λとの関係が第２の検出強度分布Ｅ２として示される。強度分布取得部３１０は、取得された第２の検出強度分布Ｅ２を記憶部３２０に記憶させる（ステップＳ８）。

【0042】

放射強度算出部３３０は、記憶部３２０に記憶された第１の検出強度分布Ｅ１、第２の検出強度分布Ｅ２および標準光源１Ｓの放射特性から以下の方法で照射光源１の各波長での放射強度を算出する（ステップＳ９）。本例で、各波長とは、特定ピッチで分割された一定の波長区間を意味する。

【0043】

標準光源１Ｓの放射特性をＦｓｔｄとし、分光光度計２の波長感度分布特性をＦｍｏｎｏとすると、第１の検出強度分布Ｅ１は次式で表される。

【0044】

Ｅ１＝Ｆｓｔｄ×Ｆｍｏｎｏ …（１）
照射光源１の放射特性をＦｉｒｒとすると、第２の検出強度分布Ｅ２は次式で表される。ここで、照射光源１の放射特性Ｆｉｒｒは、照射光源１により発生される光の放射強度分布を表す。放射特性Ｆｉｒｒは、照射光源１の各波長での放射強度を含む。

【0045】

Ｅ２＝Ｆｉｒｒ×Ｆｍｏｎｏ …（２）
上式（１）および（２）より次式が得られる。

【0046】

Ｅ１／Ｅ２＝（Ｆｓｔｄ×Ｆｍｏｎｏ）／（Ｆｉｒｒ×Ｆｍｏｎｏ） …（３）
上式（３）より次式が得られる。

【0047】

Ｆｉｒｒ＝（Ｅ２／Ｅ１）×Ｆｓｔｄ …（４）
第１の検出強度分布Ｅ１および標準光源１Ｓの放射特性Ｆｓｔｄは既知である。したがって、各波長での光の強度を検出することができる分光光度計２を用いて、照射光源１の第２の検出強度分布Ｅ２を得ることにより上式（４）から照射光源１の放射特性Ｆｉｒｒを算出することができる。それにより、特定波長の光を発生する光源だけでなく、特定の波長範囲の光を発生する光源、多波長の光を発生する光源および白色光を発生する光源について各波長での放射強度を得ることができる。

【0048】

具体的には、放射強度算出部３３０は、次の方法により照射光源１の各波長での放射強度を算出することができる。

【0049】

図１０に示すように、第１の検出強度分布Ｅ１および第２の検出強度分布Ｅ２が一定の波長ピッチで複数の波長区間に分割される。放射強度算出部３３０は、各波長区間における第１の検出強度分布Ｅ１および第２の検出強度分布Ｅ２下の面積を算出する。図１０において、第１の検出強度分布Ｅ１の任意の波長区間における第１の検出強度分布Ｅ１下の面積をＥ１ｉとし、第２の検出強度分布Ｅ２の任意の波長区間における第２の検出強度分布Ｅ２下の面積をＥ２ｉとする。ｉは自然数である。この場合、第１の検出強度分布Ｅ１の複数の波長区間の面積は、Ｅ１１，Ｅ１２，…Ｅ１ｉ，…となる。第２の検出強度分布Ｅ２の複数の波長区間の面積は、Ｅ２１，Ｅ２２，…Ｅ２ｉ，…となる。また、任意の波長区間での標準光源１Ｓの放射強度をＦｓｔｄｉとする。

【0050】

放射強度算出部３３０は、次式より任意の波長区間での照射光源１の放射強度Ｆｉｒｒｉを算出する（ステップＳ９）。

【0051】

Ｆｉｒｒｉ＝（Ｅ２ｉ／Ｅ１ｉ）×Ｆｓｔｄｉ …（５）
波長λにおける照射フォトン数Ｎｉｒｒ（λ）は、プランク定数ｈ、光の速度ｃおよび放射強度Ｆｉｒｒｉを用いてアインシュタインのエネルギーの式より次式で定義される。本実施の形態では、波長λは、ｉ番目の波長区間に相当する。

【0052】

Ｎｉｒｒ（λ）＝（λ／ｈｃ）×Ｆｉｒｒｉ …（６）
照射フォトン数算出部３４０は、上式（５）より算出される各波長区間での放射強度Ｆｉｒｒｉを用いて、上式（６）より各波長λでの照射フォトン数Ｎｉｒｒ（λ）を算出する（ステップＳ１０）。照射フォトン数算出部３４０は、算出された各波長λでの照射フォトン数Ｎｉｒｒ（λ）を記憶部３２０に記憶させる（ステップＳ１１）。これにより、第１の測定動作が完了する。

【0053】

第２の測定動作時には、ユーザが測定部１０（図１）の試料セル３に試料Ｓをセットする。動作制御部３５０は、操作部４０により第２の測定動作が指示されたか否かを判定する（ステップＳ１２）。第２の測定動作が指示された場合には、動作制御部３５０は、分光光度計２の測定光源２１が試料セル３の試料に光を測定光として照射するように測定光源２１を制御する（ステップＳ１３）。また、動作制御部３５０は、照射光源１が試料セル３の試料に光を励起光として照射するように照射光源１を制御する（ステップＳ１４）。これにより、照射光源１により照射された励起光のフォトンが試料Ｓにより吸収され、光化学反応が起こる。この場合、吸収されるフォトン数は波長λに依存する。分光光度計２の検出部２２は、試料Ｓからの光の強度分布を検出する。

【0054】

吸光度スペクトル取得部３６０は、分光光度計２の検出部２２により検出される光の強度分布を吸光度スペクトルとして取得する（ステップＳ１５）。また、吸光度スペクトル取得部３６０は、取得された吸光度スペクトルを記憶部３２０に記憶させる（ステップＳ１６）。測定期間中、試料Ｓに照射光源１により照射フォトン数Ｎｉｒｒ（λ）の励起光が照射される。この照射フォトン数Ｎｉｒｒ（λ）に応じて光化学反応が進行する。したがって、吸光度スペクトル取得部３６０は、時系列データである吸光度スペクトルを取得する。ここで、時点ｔにおける吸光度スペクトルをＡｂｓ（ｔ，λ）とする。また、時点ｔにおいて試料Ｓが波長λで吸収するフォトン数を吸収フォトン数Ｎａｂｓ（ｔ，λ）とする。吸収フォトン数Ｎａｂｓ（ｔ，λ）は、次式により表される。

【0055】

Ｎａｂｓ（ｔ，λ）＝α×（１－１０^{－Ａｂｓ（ｔ，λ）}）×Ｎｉｒｒ（λ） …（７）
上式（７）において、αは試料セル３による照射光反射成分を補正するための係数である。吸収フォトン数算出部３７０は、照射フォトン数算出部３４０により算出された照射フォトン数Ｎｉｒｒ（λ）および吸光度スペクトル取得部３６０により取得された吸光度スペクトルＡｂｓ（ｔ，λ）を用いて上式（７）より吸収フォトン数Ｎａｂｓ（ｔ，λ）を算出する（ステップＳ１７）。また、吸収フォトン数算出部３７０は、算出された吸収フォトン数Ｎａｂｓ（ｔ，λ）を記憶部３２０に記憶させる（ステップＳ１８）。これにより、第２の測定動作が完了する。

【0056】

次に、動作制御部３５０は、操作部４０により動作終了が指示されたか否かを判定する（ステップＳ１９）。動作終了が指示されない場合には、動作制御部３５０はステップＳ１に戻る。ステップＳ１において標準データ取得動作が指示されない場合には、動作制御部３５０はステップＳ５に進む。ステップＳ５において第１の測定動作が指示されない場合には、動作制御部３５０はステップＳ１２に進む。ステップＳ１２において第２の測定動作が指示されない場合には、動作制御部３５０はステップＳ１９に進む。ステップＳ１９において動作終了が指示された場合には、動作制御部３５０は光反応評価動作を終了する。

【0057】

試料Ｓ内で光化学反応により生成された物質（原子または分子）の分子数および上記の第２の測定動作により算出された吸収フォトン数を用いて光化学反応における量子収率を算出することができる。試料Ｓ内で光化学反応により生成された物質の分子数は、例えば、試料Ｓをガスクロマトグラフまたは液体クロマトグラフを用いて分析することにより得られる。

【0058】

（４）実施の形態の効果
本実施の形態に係る光反応評価装置１００においては、白色光を発生する標準光源１Ｓを用いて得られた第１の検出強度分布Ｅ１は広い波長範囲における各波長での検出強度を含み、標準光源１Ｓの放射特性Ｆｓｔｄは広い波長範囲における各波長での放射強度を含む。そのため、第１の測定動作時に、照射光源１の照射光の波長範囲における各波長での放射強度を正確に算出することができる。それにより、照射光源１の照射光の波長範囲における各波長での照射フォトン数を正確に算出することができる。

【0059】

その結果、特定波長を有する光を発生する照射光源１を用いた場合だけでなく広い波長範囲を有する光を発生する照射光源１を用いた場合にも波長に依存する照射フォトン数の分布を正確に算出することが可能である。

【0060】

また、第１の測定動作時に、照射光源１の照射光の波長範囲における各波長での照射フォトン数が正確に算出されているので、第２の測定動作時に、照射光源１の照射光の波長範囲における各波長での吸収フォトン数を正確に算出することができる。

【0061】

さらに、標準データ取得時に取得された第１の検出強度分布Ｅ１が記憶部３２０に記憶される。それにより、第１の測定動作時に、標準光源１Ｓを用いて第１の検出強度分布Ｅ１の検出を行う必要がない。したがって、第１の測定動作に要する時間および手間が削減される。

【0062】

また、標準光源１Ｓとして白色光源が用いられるので、照射光源１として種々の波長または波長範囲の光を発生する光源を用いることができる。それにより、種々の照射光源１の各波長での照射フォトン数を正確に算出することができる。したがって、所望の波長の光を用いて試料Ｓによる吸収フォトン数を正確に算出することができる。

【0063】

（５）他の実施の形態
上記実施の形態では、試料セル３の位置が試料位置に相当するが、試料位置は試料セル３の位置に限らず、試料Ｓが保持または支持される他の試料保持部または試料支持部の位置であってもよい。

【0064】

光反応評価装置１００のデータ処理部３０は、パーソナルコンピュータにより構成されてもよく、スマートフォン等の携帯電子端末により構成されてもよく、ネットワークに接続されたサーバ等により構成されてもよい。

【0065】

（６）態様
上述した複数の例示的な実施の形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0066】

（第１項） 一態様に係る光反応評価装置は、試料位置に配置された試料の光反応を評価する光反応評価装置であって、
前記試料位置に光を照射光として照射可能に配置されるとともに、白色光を発生する標準光源に交換可能に設けられた照射光源と、
前記照射光源に取り付けられ、前記試料位置の面に均一な強度の光を照射可能とする均一照射レンズと、
前記試料位置に光を照射可能に配置された測定光源、および前記試料位置からの光の強度分布を検出するように配置された検出部を含む分光光度計と、
試料が存在しない前記試料位置に前記標準光源により光が照射されかつ前記試料位置に前記測定光源により光が照射されない状態で前記検出部により検出された光の強度分布を第１の検出強度分布として取得し、第１の測定動作時に、試料が存在しない前記試料位置に前記照射光源により光が照射光として照射されかつ前記試料位置に前記測定光源により光が照射されない状態で前記検出部により検出された光の強度分布を第２の検出強度分布として取得する強度分布取得部と、
前記強度分布取得部により取得された第１の検出強度分布、前記強度分布取得部により取得された第２の検出強度分布および前記標準光源の放射特性に基づいて、前記照射光源の照射光の各波長での放射強度を算出する放射強度算出部と、
前記放射強度算出部により算出された各波長での放射強度に基づいて前記照射光源の照射光の各波長でのフォトン数を照射フォトン数として算出する照射フォトン数算出部とを備え、
前記測定光源は、前記照射光源により光を照射する前記試料位置の面の背面側に配置され、
前記検出部は、前記照射光源により光を照射する前記試料位置の面の正面側に配置されてもよい。

【0067】

第１項に記載の光反応評価装置によれば、標準光源を用いて得られた第１の検出強度分布が取得される。標準光源の放射特性は既知である。第１の測定動作時には、試料位置に照射光源により光が照射された状態で検出部により検出された光の強度分布が第２の検出強度分布として取得される。さらに、取得された第１の検出強度分布、取得された第２の検出強度分布および標準光源の放射特性に基づいて、照射光源の照射光の各波長での放射強度が算出される。また、算出された各波長での放射強度に基づいて照射光源の照射フォトン数が算出される。

【0068】

この場合、白色光を発生する標準光源を用いて得られた第１の検出強度分布は広い波長範囲における各波長での検出強度を含み、標準光源の放射特性は広い波長範囲における各波長での放射強度を含む。そのため、第１の測定動作時に、照射光源の照射光の波長範囲における各波長での放射強度を正確に算出することができる。それにより、照射光源の照射光の波長範囲における各波長での照射フォトン数を正確に算出することができる。

【0069】

その結果、特定波長を有する光を発生する照射光源を用いた場合だけでなく広い波長範囲を有する光を発生する照射光源を用いた場合にも波長に依存する照射フォトン数の分布を正確に算出することが可能である。

【0070】

また、第１項に記載の光反応評価装置は、測定光源が、照射光源により光を照射する試料位置の面の背面側に配置され、検出部が、照射光源により光を照射する試料位置の面の正面側に配置されることで、試料セル３にセットする試料Ｓがフィルム試料またはフィルム形状の試料であってもフォトン数を測定することができる。

【0071】

（第２項） 第１項に記載の光反応評価装置は、
前記測定光源と前記検出部とは、前記試料位置を挟んで対向する位置に配置されてもよい。

【0072】

第２項に記載の光反応評価装置によれば、測定光源からの光が試料を通過して検出部に入るのでフォトン数を測定する精度が向上する。

【0073】

（第３項） 第２項に記載の光反応評価装置は、
前記照射光源が光を照射する方向と、前記測定光源が光を照射する方向との角度差が所定の範囲内であってもよい。

【0074】

第３項に記載の光反応評価装置によれば、測定光源からの光に対して照射光源からの光が影響を与え難くなる。

【0075】

（第４項） 第２項に記載の光反応評価装置は、
前記照射光源が光を照射する方向と、前記測定光源が光を照射する方向とが平行であってもよい。

【0076】

第４項に記載の光反応評価装置によれば、測定光源からの光に対して照射光源からの光が影響を与え難くい。

【0077】

（第５項） 第１項～第４項のいずれか１項に記載の光反応評価装置は、
第２の測定動作時に、前記試料位置の試料に前記測定光源により光が照射されかつ前記試料位置の試料に前記照射光源により光が照射された状態で前記検出部により検出された光の強度分布を吸光度スペクトルとして取得する吸光度スペクトル取得部と、
前記第２の測定動作時に、前記照射フォトン数算出部により算出された照射フォトン数および前記吸光度スペクトル取得部により取得された吸光度スペクトルに基づいて、試料により各波長で吸収されたフォトンの数を吸収フォトン数として算出する吸収フォトン数算出部とをさらに備えてもよい。

【0078】

第５項に記載の光反応評価装置によれば、第２の測定動作時に、照射光源により試料位置の試料に光が照射される状態で分光光度計により検出された光の強度分布が吸光度スペクトルとして取得される。照射フォトン数および吸光度スペクトルに基づいて、吸収フォトン数が算出される。この場合、第１の測定動作時に、照射光源の照射光の波長範囲における各波長での照射フォトン数が正確に算出されている。したがって、照射光源の照射光の波長範囲における各波長での吸収フォトン数を正確に算出することができる。

【0079】

（第６項） 第５項に記載の光反応評価装置は、
前記第１の測定動作時および前記第２の測定動作時より前に、前記強度分布取得部により取得された第１の検出強度分布を記憶する記憶部をさらに備えてもよく、前記強度分布取得部は、前記第１の測定動作時に、前記記憶部に記憶された第１の検出強度分布を取得してもよい。

【0080】

第６項に記載の光反応評価装置によれば、第１の測定動作時および第２の測定動作時より前に取得された第１の検出強度分布が記憶部に記憶される。それにより、第１の測定動作時に、標準光源を用いた第１の検出強度分布の検出を行う必要がない。したがって、第１の測定動作に要する時間および手間が削減される。

【0081】

（第７項） 第１項～第６項のいずれか１項に記載の光反応評価装置において、
前記照射光源として、白色光、単色光または一定波長範囲の光を発生する光源が選択的に設けられてもよい。

【0082】

第７項に記載の光反応評価装置によれば、照射光源として種々の波長または波長範囲の光を発生する光源を用いることができる。それにより、所望の波長の光を用いて種々の試料についての光反応を正確に評価することができる。

【0083】

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0084】

１…照射光源、１Ｓ…標準光源、２…分光光度計、３，３Ａ…試料セル、１０，１０Ａ…測定部、２１…測定光源、２２…検出部、３０…データ処理部、３１…ＣＰＵ、３２…ＲＡＭ、３３…ＲＯＭ、３４…入出力Ｉ／Ｆ、３５…記憶装置、３６…バス、４０…操作部、５０…表示部、１００，１００Ａ…光反応評価装置、３１０…強度分布取得部、３２０…記憶部、３３０…放射強度算出部、３４０…照射フォトン数算出部、３５０…動作制御部、３６０…吸光度スペクトル取得部、３７０…吸収フォトン数算出部、３８０…表示制御部、Ｅ１，Ｅ２…検出強度分布、Ｓ，ＳＡ…試料。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】