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モジュール式マルチポート積分球


  • Ø100 mm Integrating Sphere of Durable, Highly Reflective Sintered Optical PTFE
  • Modular Design Offered as Two Pre-Configured Versions or Custom Configurations
  • Up to Four Ø14 mm Dual, Ø1", or Ø2" Port Inserts
  • Up to Eight Ø5 mm Ports

4P4

Reflection Measurement
Integrating Sphere

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Interchangeable Port Inserts for Modular Faces

4P10

4P11

4P12

4P13

Related Items


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Compatible Mounted Photodiodes
Sensor TypeWavelength RangePhotodiodes
GaP150 - 550 nmSM05PD7Aa
Si200 - 1100 nmSM1PD2A
Si350 - 1100 nmSM1PD1A
SM1PD1B
InGaAs800 - 1700 nmSM05PD5Aa
Ge800 - 1800 nmSM05PD6Aa
  • SM05内ネジ&SM1外ネジ付きアダプタSM1A6とご使用ください。
4-Modular-Face Integrating Sphere Labeled
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積分球4P4の主な特長 

特長

  • モジュール式立方八面体筐体、内径Ø100 mm
  • 構成済みならびにカスタム構成の積分球をラインナップ
  • ポートインサートが交換可能なモジュール面が3つまたは4つ
    • ご提供可能なインサートØ14 mmデュアルポート、Ø25.4 mm(Ø1インチ)ポート、Ø50.8 mm(Ø2インチ)ポート、ポートプラグ
  • SM1ネジ付きØ5 mmポートが最大8個
    • 当社のSM1ネジ付きフォトダイオードは直接取り付け可能(右表をご覧ください)
    • SM1ファイバーアダプタを使用してファイバ出力型光源を取り付け
  • 球面の材質:高耐久性、白色、高反射
  • 動作範囲:250~2500 nm (ディテクタにより制限される場合を除く)
  • 側面パネルはM4タップ穴付きでレールシステム(標準品に付属)またはØ25 mm~Ø25.4 mm(Ø1インチ)ポストが取り付け可能

当社のモジュール式積分球は、耐久性があり、光を適切に拡散する高反射面付きです。 球面は立方八面体(14側面)の筐体内に作られており、幅広い用途向けに構成が可能です。8つの三角面はいずれもSM1内ネジ付きのØ5 mmポートに対応しており、LEDまたは分光計など当社のマウント付きフォトダイオードやファイバ結合型部品が簡単に取り付けられます(SM1ネジ付きアダプタが必要となる場合があります)。3つあるいは4つの四角面については、下記の「モジュール性」の段落で説明しているようにインサートを選択して構成が可能です。モジュール性のない2つの面にはM4タップ穴が付いており、25 mmレールシステム用スタンド(標準品に付属)またはØ25 mm~Ø25.4 mm(Ø1インチ)ポストが取り付け可能です。こちらの積分球は構成済み標準品を2種類ご用意しており、カスタム構成もご注文可能です(下記参照)。

球面はPTFEベースのバルク素材で作られており、250~2500 nmの波長範囲で高い反射率を示します(「仕様」タブ参照)。また熱、湿度、高レベルの放射線に耐性があります。反射面には特定の粗さがあり、反射を散乱させるよう設計されています。溶剤を使用したクリーニングは、積分球の内側表面を損傷する可能性があるので避けてください。積分球の内側表面のクリーニングには、圧縮空気のご使用をお勧めしています。

積分球は、様々なセットアップでの光信号の高感度測定が可能です。積分球により入射光が球面を複数回反射するため、ビーム光を拡散・攪乱させます。このためレーザーパワー、光束、反射率や輝度の測定など多くの用途にご使用いただけるほか、カメラ校正用に均一な光源を構築する際に適した機器になります。

モジュール性
こちらの積分球は3つまたは4つのモジュール面付きです。モジュール面には下記の交換可能ポートインサート4種類の中の1つが取り付け可能です。ポートインサートは様々なポートサイズ、SMネジ、ケージシステム取付用タップ穴付きでご用意しています。標準品としてご用意している構成済みの積分球は、一般的な用途向けにいくつかのポートインサートと固定のØ5 mmポートが付いています。カスタム仕様の積分球では、インサートの種類と最大8個のØ5 mmポートがお選びいただけます。

モジュール面に付いているインサートは、ほかのインサートや下記の追加用ポートインサート(別売り、下記参照)と交換が可能です。インサートはそれぞれ2つのM3ネジで固定されています。ほかに付属しているインサートと交換する場合には、2 mm六角レンチまたはボール(六角)ドライバでネジを緩めてください。標準品のインサートが用途に適さない場合には、カスタムインサートがご提供可能な場合があります。詳細につきましては、 当社までお問い合わせください。

校正
当社ではご要望によりお客様が選択されたセンサと積分球で校正し、NISTやPTBトレーサブルCertificate of Calibration(校正証明書)のご提供が可能です。詳細につきましては、当社までお問い合わせください。

用途例

光測定
下図の左側のØ25.4 mm(Ø1インチ)ポートから入射されたインコヒーレント光源の光のほとんどは、ポート反対側の球面の完全に閉ざされた部分で反射します。 モジュール面が3つある積分球4P3を使用することで、継ぎ目に沿って生じる1次反射の発生率を下げます。Ø5 mmポートの1つは、PDに使用して光パワーの測定に、もう1つは分光計にご使用いただけます。

反射率測定
こちらの例で使用されている積分球4P4にはØ14 mmのデュアルポートが付いており、1つは光源、1つはPDに接続しています。反対側のØ25.4 mm(Ø1インチ)ポートには試料を取り付けたレンズチューブSM1L05が取り付けられています。デュアルポートは、1つ目のポートに入射した光が下図の右の試料で反射し、その反射光が直接2つ目のポートで検出されるよう8°の角度で設計されています。間接的な反射率については固定のØ5 mmポートの1つに設置されたPDで測定が可能です。

均一な光源
こちらの例では、3つのモジュール面を持つ積分球が使用されています。2つの面ではポートプラグインサート4P10によりポートが閉じられており、3つ目のには開口Ø50.8 mm(Ø2インチ)のポートインサート4P12が付いています。ファイバ出力型LED2つがØ5 mm固定ポートに取り付けられています。こちらでは例示として赤色と青色光が使用されていますが、2つとも同じ波長の光源を使用しても構いません。赤と青で図示された入射光は球面の周りを均一に拡散し、下の紫色の照明として均一に出力されています。その結果得られる均一な照明はカメラの校正などの用途に便利です。

3-Port Integrating Sphere Light Measurement Application
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構成済み積分球4P3による光測定

4-Port Integrating Sphere Reflection Measurement Application
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構成済み積分球4P4による反射率測定

3-Port Integrating Sphere Light Source Application
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積分球4P3-CUSTOMを使用して均一な光源を構成

Item #4P34P4Custom
Inner Sphere Diameter100 mm (3.94")
# of Modular Faces343 or 4
Interchangeable Port InsertsØ1" Port (4P11)
Two Port Plugs (4P10)
Ø1" Port (4P11)
Dual Ø14 mm Ports(4P13)
Two Port Plugs (4P10)
User-Selectablea
Fixed PortsTwo Ø5 mm Ports, SM1-ThreadedUp to 8, User-Selectablea
Maximum Reflectance> 95% @ 250 nm - 2500 nm
> 99% @ 350 nm - 1500 nm
Wavelength Range250 nm to 2500 nm
Operating Temperature-20 °C to 60 °C
Operating Humidity5% to 95%
Weight of Unmounted Sphere2460 g2505 g2170 gb
Dimensions of Unmounted Sphere
(L x W x H)
134.2 mm x 150.0 mm x 134.2 mm
(5.28" x 5.91" x 5.28")
Weight of Mounted Sphere3340 g3385 g3050 gb
Dimensions of Sphere Mounted 
to Rail System Standc (L x W x H)
163.0 mm x 205.4 mm x 226.3 mm
(6.42" x 8.09" x 8.91")
  • カスタム構成の積分球は、下のCustom Configuratorを使用しポートを選択することができます。
  • インサートは取り付けておりません。最終的な重量は下のConfiguratorでの選択によって異なります。
  • 構成済みのモジュール式積分球にはそれぞれスタンドが付属しておりますが、カスタム仕様の場合はオプションのアクセサリとしてご提供しております。
PTFE Reflectivity
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積分球の材料の反射率

Insights:積分球について

こちらのページでは積分球をセットアップに組込むときやデータ結果を分析するときに下記の考慮すべき点がご覧いただけます。

  • 積分球によって放射されるUV蛍光ならびに青色蛍光
  • 試料交換誤差について

このほかにも実験・実習や機器に関するヒントをまとめて掲載しています。こちらからご覧ください。

 

積分球によって放射されるUV蛍光ならびに青色蛍光

Generalized Spectral Fluorescence Output from PTFE Integrating Spheres
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図1:各波長における典型的な蛍光収量は、励起波長の強度より4桁程度低くなっています。[4]

蛍光スペクトルの収量は、積分球内で発光する蛍光の強度と励起波長の強度により決まります。収量(Yield)は積分球の内面全体で励起した蛍光量(波長に依存)を励起光の強度で割って計算します。

データご提供:Dr. Ping-Shine Shaw, Physics Laboratory, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD 20899, USA.

積分球内面のコーティングにはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が使用されています。この素材は白色ですが、幅広い波長において高い、かつ平坦な反射率と、化学的不活性があることなどの理由から好まれます。

しかし、積分球はPTFEならびにPTFEよりも反射率が低い硫酸バリウムでコーティングされており、UV光を照射した場合、低量ではありますがUVならびに青色の蛍光を発光することにご留意ください。[1-3]

PTFE内の炭化水素
蛍光発光しているのはPTFE自体ではなく、UVならびに青色の蛍光の原因はPTFE内の炭化水素です。コーティングの原料には低量の炭化水素不純物が存在しており、また積分球を使用したり保管している間に汚染源によりさらに炭化水素がコーティング材に付着します。[1]

蛍光波長域と強度
米国標準技術研究所(National Institute of Standards and Technology/NIST)の研究者がPTFEコーティング付き積分球の励起蛍光を調査しました。積分球の全蛍光量を蛍光波長と励起波長を変えて測定しています。最大蛍光量は、励起光強度より4桁程度低くなりました。

PTFEから発光するUVならびに青色の蛍光は主に200 nm~300 nmの吸収帯で励起されます。蛍光は図1のとおり250 nm~400 nmの波長範囲で発光します。励起波長を長波長側にすることにより、短い波長で発光する蛍光量が少なくなり、蛍光スペクトルの形状が変動することが示されています

PTFE内の炭化水素のレベルが高くなると、蛍光量も多くなります。それに伴い、積分球からの出力量は吸収帯波長において少なくなります。それは、このスペクトル域においてより多くの光が吸収されるからです。[1, 3]

使用への影響
PTFEから発光するUVならびに青色蛍光は、多くの用途において影響はほとんどありません。蛍光の強度が小さく、励起されるのは主に300 nm未満の入射波長の場合だからです。この蛍光に影響される用途には、UV放射の長期に渡る測定、UV光源の校正、UV反射率標準の確立、UVリモートセンシングの実施などがあります。

蛍光の影響の最小化
蛍光レベルの最小化ならびに安定化のためには、積分球をガソリン・ディーゼルエンジンの排気や、ナフタレン・トルレンなどの溶剤を含めあらゆる炭化水素源から隔離することが必要です。また、炭化水素による汚染は最小化または減少することはできますが、完全に除去できないことにご留意ください。[1]

炭化水素に曝される履歴は積分球ごとに異なるため、個別の積分球における入射光への応答性を予測することはできません。蛍光により、用途への悪影響があった場合には、積分球の校正をお勧めいたします。下記[4]では、校正に必要な光源(対象の波長にわたってスペクトルがよく知られている重水素ランプやシンクロトロン放射)、モノクロメータ、ディテクタ、積分球と、その手順について説明しています。

参考文献
[1] Ping-Shine Shaw, Zhigang Li, Uwe Arp, and Keith R. Lykke, "Ultraviolet characterization of integrating spheres," Appl.Opt. 46, 5119-5128 (2007).
[2] Jan Valenta, "Photoluminescence of the integrating sphere walls, its influence on the absolute quantum yield measurements and correction methods," AIP Advances 8, 102123 (2018).
[3] Robert D. Saunders and William R. Ott, "Spectral irradiance measurements: effect of UV-produced fluorescence in integrating spheres," Appl. Opt. 15, 827-828 (1976).
[4] Ping-Shine Shaw, Uwe Arp, and Keith R. Lykke, "Measurement of the ultraviolet-induced fluorescence yield from integrating spheres," Metrologia 46, S191 - S196 (2009).

最終更新日:2019年12月4日

 

試料交換誤差について

Reflectance measurement procedure that can result in sample substitution error.
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図2:拡散試料の透過率と反射率を上記のように測定することによって、試料交換誤差に起因する試料スペクトル歪みがもたらされる可能性があります。問題は基準試料と測定したい試料測定時の、試料領域の反射率が異なることです。
Reflectance measurement procedure that is immune to sample substitution error.
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図3:上の実験構成では、積分球内の条件が基準試料測定時と測定したい試料測定時で同じのため、試料交換誤差の影響は受けません。基準試料測定時、光は(R)に沿って通り、(S)に沿っては通りません。反対に測定したい試料測定時、光は(S)に沿って通り、(R)に沿っては通りません。

積分球を使用することにより光学試料の透過ならびに拡散反射スペクトルの絶対値が測定できます。これらのスペクトルは、測定したい試料と基準とする試料の両方のスペクトルを測定することによって求められます。

基準試料の測定は、照射光源のスペクトルを知る上で必要です。基準試料のスキャンで得られた値により、測定したい試料の測定値から光源のスペクトル測定値を差し引くことができます。

光源の基準測定は、透過率データの場合、試料を配置せずに測定し、反射率測定の場合には高反射の基準試料を置き、測定します。

この試料測定や基準試料測定時において試料交換誤差が生じた場合、この誤差の影響がない実験手法でない限り、補正された試料スペクトルの確度に悪影響を及ぼす場合があります。

試料交換誤差をもたらす条件
積分球の光学性能は、内面の各位置での反射率に依存します。透過スペクトルや拡散反射スペクトル測定時、積分球の内面の一部分に試料を置きます(図2)。しかしそのような内面の一部が変化することにより、積分球の性能が変動します。

試料交換誤差は、測定手順の中で、積分球内の試料をほかの試料に交換することがあるときに懸念されます。例えば、拡散反射を測定しているとき(図2下)、最初の測定は基準試料を積分球内に取り付けて実施するとします。次にこの試料を取り外して測定したい試料に交換し、2回目の測定を行います。そして両方のデータセットを利用して、試料の補正拡散反射率(絶対値)を求めます。

この手順では、試料スペクトルに歪みが生じます。測定したい試料と基準試料の吸収ならびに散乱特性が異なるため、これらを交換することで積分球内の試料面部分の反射率が変わってきます。2つの測定において積分球の平均反射率が変わってくるため、基準試料と測定したい試料には完全な互換性がありません。

解決策1:測定したい試料と基準試料を同時に取付ける
試料交換時の誤差を回避する1つの実験手法は、測定したい試料と基準試料を同時に積分球内に取付け、測定データを取得することです。この手法では、2つの試料を追加ポートとして取り付けられる大きさの積分球が必要です。

光源は積分球の外側に配置し、測定したい試料と基準試料の両方を順次測定します。試料からの正反射、あるいは透過ビームは、積分球の外に誘導されているため、拡散光のみが検知されます。積分球の内面(の条件)は、どちらの測定でも同じのため、試料交換時の誤差の懸念はありません。

解決策2:試料用ポートならびに基準ポートから測定する
測定したい試料と基準試料が積分球内に同時に取付けられない場合、試料の交換が発生します。交換が必要な場合には、下記[1]で説明する手順で試料交換時の誤差を取り除くことができます。

この手順では合計で4回の測定が必要です。基準試料を設置時、2つの異なるポートから測定を行います。1回目の測定では基準試料が視野内にある方向から測定し、2回目の測定では試料が視野内に無い方向から測定します。その後測定したい試料に交換し、同様の測定を繰り返します。これらの測定値を利用して下記[1]に説明する計算をすることにより、試料交換時の誤差は取り除かれます。

参考文献
[1] Luka Vidovic and Boris Majaron, "Elimination of single-beam substitution error in diffuse reflectance measurements using an integrating sphere," J. Biomed.Opt. 19, 027006 (2014).

最終更新日:2019年12月4日


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積分球、構成済み

  • 4P3:光パワー測定用構成済み積分球
  • 4P4:反射率測定用構成済み積分球
  • XE25シリーズレールシステム用スタンドが付属

積分球4P3は光パワーの測定用に予め構成済みで、光源が取り付けられるØ25.4 mm(Ø1インチ)ポートの反対側は継ぎ目のない連続球面となるよう設計されています。この設計によりポートプラグ付近での継ぎ目に沿って生じる1次反射の発生率を下げます。

積分球4P4は上の中央の図面のとおり反射率測定用に構成されています。SM1ネジ付きのØ25.4 mm(Ø1インチ)ポートインサートにより、SM1ネジ付きマウント(レンズチューブSM1L05など)に取り付けた試料を光源の反対側に配置することができます。 試料の反対側の2つのØ14 mmポートが8°の角度で設計されており、Ø14 mmポートの1つに入射した光がØ25.4 mm(Ø1インチ)ポートで反射し、2つめのØ14 mmポートで直接検出されるようになっています。間接的な反射率については固定の2つのØ5 mmポートの1つで検出が可能です。

これらの積分球は、M4キャップスクリュで付属のレールシステムに取り付けられています。積分球を取り外す場合、3 mm六角レンチやボール(六角)ドライバを使用してネジを外します。交換が可能なポートインサートは、それぞれ2つのM3ネジで固定されています。ほかに付属しているインサートと交換する場合には、2 mm六角レンチまたはボールドライバでネジを緩めてください。

Item ## of Modular FacesInterchangeable Port InsertsApplication ExampleFixed PortsSphere SizeMaximum Reflectance
4P33Ø1" Port (4P11)
Two Port Plugs (4P10)
4P3 Application DiagramTwo Ø5 mm Ports,
SM1-Threaded
Ø100 mm
(Ø3.94")
> 95% @ 250 nm - 2500 nm
> 99% @ 350 nm - 1500 nm
4P44Ø1" Port (4P11)
Dual Ø14 mm Ports (4P13)
Two Port Plugs (4P10)
4P4 Application Diagram
+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
4P3 Support Documentation
4P3Ø100 mm積分球、3つのモジュール面付き、光パワー測定用
¥364,000
Lead Time
4P4 Support Documentation
4P4Ø100 mm積分球、4つのモジュール面付き、反射率測定用
¥396,500
3-5 Days

交換用ポートインサート

Sphere-Side of Dual Port Insert
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インサート4P13の内側

こちらの交換が簡単なポートインサートは、当社のØ100 mmモジュール式積分球用に設計されています。付属の2つのM3ネジにより各インサートを積分球に固定します。インサートは2 mmボール(六角)ドライバを使用してどのモジュール面のインサートとも交換が可能です。 インサート4P10、4P11、4P13の積分球面の曲率半径はみな同じです。また、積分球本体と同じ高反射のバルク材で設計・構築されているため、形状の違いによる光損失を最小に留めています。 インサート4P12にはバルク材が使用されていないのは、開口部が積分球のモジュール面の穴に厳密に一致しているからです。

インサート4P11と4P13については使用していないときの積分球を埃や汚れから保護するダストキャップが付属します。インサート4P12で同様に保護が必要な場合には、ポートプラグインサート4P10に交換してください。キャップで締められていないポートや開いたままのポートは、積分球の反射特性の均一性を妨げます。適切な性能を得るためには積分球を構成する際に、使用していない開いたままのポートをインサート4P10に交換してください。 

用途に適したインサートがない場合には、カスタム仕様のインサートについて当社までお問い合わせください。

Item #Port SizeThreadingCage System CompatibilityDust Cap(s)
4P10N/AN/AN/AN/A
4P11Ø1"SM1Four 4-40 Taps for 30 mm CageIncluded
4P12Ø2"SM2Four 4-40 Taps for 60 mm CageNone
4P13Two Ø14 mm, 8° GeometryaSM1NoneIncluded
  • この構成により、1つめのポートに入射された光が、反対側の球面で反射し、2つめのポートで直接検出できることが可能です。
+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
4P10 Support Documentation
4P10ポートプラグインサート、モジュール式Ø100 mm積分球用
¥32,500
3-5 Days
4P11 Support Documentation
4P11Ø25.4 mm(Ø1インチ)ポートインサート、モジュール式Ø100 mm積分球用、SM1ネジ付き
¥32,500
3-5 Days
4P12 Support Documentation
4P12Ø50.8 mm(Ø2インチ)ポートインサート、モジュール式Ø100 mm積分球用、SM2ネジ付き
¥19,500
3-5 Days
4P13 Support Documentation
4P13デュアルØ14 mmポートインサート、モジュール式Ø100 mm積分球用、SM1ネジ付き
¥32,500
3-5 Days

積分球、カスタム構成用

Item #4P3-CUSTOM4P4-CUSTOM
# of Modular FacesThreeFour
Support Documents4P3 Support Documentation4P4 Support Documentation

カスタム構成の積分球の構築には下のツールをご使用ください。このツールを使用して選択したモジュール面とØ5 mmの固定ポートの数は、恒久的な構造となるためご購入後は修正することはできません。各モジュール面用に選択したポートインサートはお客様自身で交換可能です。

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