JP2000031542A - 発光装置、及び発光装置の光度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源の光度を誤検出なく正確に測定でき、価
格が低廉で、光源の光量減少も少ない測定手段を有する
発光装置、及び発光装置の光度測定方法を提供する。 【解決手段】 複数のＬＥＤ１５からなるＬＥＤアレイ
Ａと、脈流を供給する給電部１２を有する発光装置２０
において、ＬＥＤからの光を受けて検出電流に変換する
光センサー１７と、検出電流のうち周波数ｆ0 付近の周
波数帯域の電流成分のみを抽出するバンドパスフィルタ
２８と、抽出された周波数ｆ0 付近の周波数帯域の電流
成分からＬＥＤアレイＡの光度を測定する光度測定器１
８ｂを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光装置、及び発
光装置の光度測定方法に関し、特に、交通機関における
信号機等に用いられる発光装置、及び発光装置の光度測
定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道においては、列車運転上の規
制条件、列車の存在する線路区間の現在の状態等を乗務
員や駅等の職員に報知するため、発光装置の色、複数の
発光装置の色の組合わせ、複数の発光装置が形成する配
列等の形状等によって信号、合図等を表示する信号機，
合図機，標識等が用いられている。この発光装置として
は、電球とレンズからなるものが使用されてきたが、近
年、電流を光に変換して外部へ放出する半導体発光素子
である発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下、
「ＬＥＤ」という。）を光源とするものが使用されるよ
うになってきた。

【０００３】図５は、従来の発光装置の構成を示す図で
あり、図５（Ａ）は全体の斜視図を、図５（Ｂ）は発光
部の断面図を、それぞれ示している。図に示すように、
この発光装置３０は、灯箱３０Ａの一面に発光部３１が
取り付けられ、発光部３１の略上半部を囲むようにして
庇部材３０Ｂが設けられている。庇部材３０Ｂは、太陽
光等を遮り、発光部３１の光を視認しやすくするための
部材である。

【０００４】また、図５（Ｂ）に示すように、発光部３
１は、基板１１ａと、基板１１ａ上にアレイ状に並設さ
れた複数のＬＥＤ１５の集合Ａ（以下、「ＬＥＤアレ
イ」という。）と、透明なガラスや合成樹脂等からなり
ＬＥＤアレイＡを被覆する被覆体２４とを備えて構成さ
れている。また、ＬＥＤアレイＡの各ＬＥＤ１５には給
電部１２が接続され、給電部１２は商用交流電源に接続
されている。

【０００５】図６は、図５に示す発光装置におけるＬＥ
ＤアレイＡと給電部の電気的構成を示す回路図であり、
図６（Ａ）は全体図を、図６（Ｂ）はブリッジ整流回路
の詳細図を、それぞれ示している。図６（Ａ）に示すよ
うに、商用電源に接続される給電部１２は、ブリッジ整
流回路１２ａ，１２ｂを有している。ブリッジ整流回路
１２ａは、図６（Ｂ）に示すように、４個のダイオード
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４がブリッジ状に接続されて構成
された回路であり、商用電源からの交流電流を全波整流
し、脈状の順方向電流にしてＬＥＤアレイＡに出力す
る。

【０００６】また、図６（Ａ）に示すように、ＬＥＤア
レイＡは、ｎ個（ｎ：正の整数）のＬＥＤと抵抗Ｒを直
列に接続したユニットＵ（以下、「ＬＥＤ直列ユニッ
ト」という。）をｍ個（ｍ：正の整数）、並列に接続す
ることにより構成されている。

【０００７】次に、ＬＥＤの構成の概要を説明する。図
７は、上記したＬＥＤのさらに詳細な構成及び作用を説
明するための図であり、図７（Ａ）はＬＥＤの全体構成
を表す光軸方向に沿う方向から見た断面図を、図７
（Ｂ）は図７（Ａ）に示すＬＥＤにおけるチップ付近の
さらに詳細な構成を表す拡大断面図を、図７（Ｃ）は図
７（Ａ）及び図７（Ｂ）に図示したＬＥＤの発光光度の
指向特性の例を、それぞれ示している。

【０００８】図７（Ａ）に示すように、このＬＥＤ１５
は、リードフレーム１５ａ及び１５ｂと、ＬＥＤチップ
１５ｄと、ボンディングワイヤ１５ｅと、樹脂被覆部１
５ｆを有して構成されている。

【０００９】ＬＥＤチップ１５ｄは、電気を光に変換す
る素子であり、Ｐ型半導体で形成されたＰ層１５１（図
７（Ｂ）参照）と、Ｐ−Ｎ接合１５２（図７（Ｂ）参
照）と、Ｎ型半導体で形成されたＮ層１５３（図７
（Ｂ）参照）を有している。

【００１０】また、樹脂被覆部１５ｆは、合成樹脂材料
からなりＬＥＤチップ１５ｄの外方を被覆する部材であ
り、ＬＥＤチップ１５ｄを周囲の環境から保護する機能
を果たす一方、一種のレンズとしての機能も発揮し、Ｌ
ＥＤチップ１５ｄが発光した光を効率よく外部へ放出さ
せる。

【００１１】上記のＬＥＤチップ１５ｄにおいて、Ｐ側
電極１５４を正極としＮ側電極１５５を負極としてＰ側
電極１５４からＮ側電極１５５へ向けて電流を流すと、
Ｐ側電極１５４からは正孔（ホール：電子の抜けた孔。
図示せず。）が注入され、Ｐ−Ｎ接合１５２に到達す
る。Ｎ側電極１５５からは電子（図示せず）が注入さ
れ、Ｐ−Ｎ接合１５２に到達する。ここで、正孔及び電
子のエネルギ状態が所定の条件の場合には、正孔と電子
はＰ−Ｎ接合１５２を乗り越えて両者が結合し、その際
に光子が放出され、この放出された光子により「発光」
が起こる。

【００１２】上記したＬＥＤの発光光度の指向特性は、
例えば、図７（Ｃ）に示すようになっている。この指向
特性は、三次元的には、一方向に細長い略「球根」状、
あるいは一方向に細長い略「ラグビーボール」状となっ
ており、ＬＥＤの正面中央方向への光度が最も高く、横
方向になるにつれて光度が急激に低くなるようなビーム
状特性となっている。このＬＥＤの指向特性は、上記し
た樹脂被覆部１５ｆの樹脂の材質や形状等によって制御
することができる。

【００１３】上記したようなＬＥＤ１５の構成と発光作
用により、図５（Ｂ）に示すように、各ＬＥＤ１５から
放出された光Ｌ12は、ビーム状（略直線状）の光線とし
て被覆体２４の外部へ放出する。このため、発光部３１
が放出する光は、全体としては、略平行な多数の光線か
らなる光束（以下、「略平行光束」という。）となる。

【００１４】上記したＬＥＤ１５は、信号機等の光源と
して屋外で連続使用される場合には、徐々に劣化して発
光光度が低下し、その寿命は、１万〜数万時間程度とな
る。仮にＬＥＤアレイＡのうちの多数のＬＥＤ１５の光
度が低下し又は発光を停止すると、信号機が現示する信
号情報が視認しにくくなったり、著しい場合には信号内
容が誤って目視者に伝達されてしまい、列車運転の安全
確保の上で重大な支障となるおそれがある。したがっ
て、光源であるＬＥＤ１５の光度が所要値よりも低下し
たり発光停止に至る前にＬＥＤ１５の劣化を発見し、発
光装置の交換等の処置をとれるように、ＬＥＤ１５の光
度を常時測定して監視する必要がある。

【００１５】このような発光装置の光度測定方法として
用いられていた第１の方法は、発光部３１の各ＬＥＤ直
列ユニットＵに流れる電流を、例えば図６における点Ｑ
において測定し、この電流値に基づいて光度を換算する
方法である。すなわち、ＬＥＤ１５が劣化して光度が低
下した場合には、上記したＬＥＤチップ１５ｄにおける
Ｐ−Ｎ接合１５２を電子が通過しにくくなっており、Ｌ
ＥＤ１５内を流れる電流値は減少することになる。この
ことから、点Ｑの電流値を監視し、点Ｑのいずれかを流
れる電流値が所定値以下になった場合、あるいは電流値
が所定値以下となった点Ｑの個数が所定数に達した場合
等には、「発光部３１全体が劣化した」と判断し、発光
部３１全体を交換する等の処置をとっていた。

【００１６】また、従来行われていた発光装置の光度測
定方法の第２の方法は、受けた光を電流に変換する素子
である光センサー１７を、例えば図５（Ｂ）に示すよう
に被覆体２４の内面等に配置しておき、ＬＥＤ１５から
の光を直接受光して光度を測定する方法である。

【００１７】光センサー１７は、例えば、ＰＮフォトダ
イオード，ＰＩＮフォトダイオード，アバランシェ・フ
ォトダイオード，あるいはフォトトランジスタ等からな
る検出器であり、これらのフォトダイオードやフォトト
ランジスタは、半導体等からなる受光面又は受光部等を
有しており、受光面等に入射した光を電流に変換（以
下、「光電変換」という。）して出力する半導体素子で
ある。第２の方法では、光電変換によって出力された電
流値からＬＥＤ１５の光度を換算する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の発光装置の光度測定方法のうち、第１の方法に
おいては、個々のＬＥＤ１５に流れる電流を測定するの
ではなく、複数のＬＥＤ１５を直列に接続したＬＥＤ直
列ユニットＵ全体を流れる電流を測定しているため、Ｌ
ＥＤ直列ユニットＵ内で短絡故障が生じた場合には、Ｌ
ＥＤ１５自体を流れる電流値が減少していても、ＬＥＤ
直列ユニットＵ全体としては電流値が規定下限値より低
下せず、個々のＬＥＤ１５の劣化を検出できない、とい
う問題があった。

【００１９】また、上記した従来の発光装置の第２の光
度測定方法においては、外部から被覆体２４の内部に侵
入してくる太陽光等の光（以下、「外乱光」とい
う。）、例えば、太陽光がレール（図示せず）により反
射され下方から被覆体２４内部に侵入してくる外乱光Ｌ
15などが、ＬＥＤ１５の間の基板１１ａの表面で反射
し、反射光Ｌ16が光センサー１７に入射して受光され、
ＬＥＤ１５からの光として誤検出される場合があった。

【００２０】また、上記したように、ＬＥＤ１５の指向
性は強い（指向特性がかなり細長い）ので、従来の発光
装置の第２の光度測定方法においては、少数の光センサ
ーで発光部３１内の全てのＬＥＤ１５から同等の光量を
集めることは困難であり、光センサーの個数を増やすと
コストが増大するうえ、ＬＥＤ１５からの光が光センサ
ーによって遮られ外部に放出する光量が減少する、とい
う問題もあった。

【００２１】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたものであり、本発明の解決しようとする課題は、光
源の光度を誤検出なく正確に測定でき、価格が低廉で、
光源の光量減少も少ない測定手段を有する発光装置、及
び発光装置の光度測定方法を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る第１の発光装置は、供給電流を光に変
換することにより発光する光源と、周波数ｆ0 で交番的
に変化する前記供給電流を前記光源に供給する給電手段
を有する発光装置において、前記光源からの光を受けて
検出電流に変換する光電変換手段と、前記検出電流のう
ち前記周波数ｆ0付近の周波数帯域の所定電流成分のみ
を抽出する所定電流成分抽出手段と、前記抽出された前
記周波数ｆ0 付近の周波数帯域の所定電流成分から前記
光源の光度を測定する光度測定手段を備えることを特徴
とする。

【００２３】上記した第１の発光装置において、好まし
くは、前記給電手段は、周波数ｆ1の商用交流を全波整
流することにより、前記供給電流として周波数２×ｆ1
の脈流を供給し、前記所定電流成分抽出手段は、周波数
２×ｆ1 付近の周波数帯域の所定電流成分のみを抽出す
る。

【００２４】また、本発明に係る第２の発光装置は、供
給電流を光に変換することにより発光し略平行状の光束
を放出する光源と、前記供給電流を前記光源に供給する
給電手段を有する発光装置において、前記光源を被覆す
るとともに、前記光源からの光束の一部を外部に透過さ
せ、かつ前記光源からの光束の残りを反射させて内部の
焦点位置に集光させる半透鏡部材と、前記半透鏡部材に
より集光された光を受けて検出電流に変換する光電変換
手段と、前記検出電流から前記光源の光度を測定する光
度測定手段を備えることを特徴とする。

【００２５】上記した第２の発光装置において、好まし
くは、前記半透鏡部材の焦点位置に配置されるとともに
前記半透鏡部材により集光された光を前記光電変換手段
へ導く導光手段を備え、前記光電変換手段は、前記発光
装置の外部から侵入する外乱光が直接入射しない位置に
配置される。

【００２６】また、本発明に係る第１の発光装置の光度
測定方法は、供給電流を光に変換することにより発光す
る光源と、周波数ｆ0 により所定電流値と零との間で交
番的に変化する前記供給電流を前記光源に供給する給電
手段を有し前記周波数ｆ0 で点滅発光する発光装置の前
記光源の光度を測定する発光装置の光度測定方法であっ
て、前記光源からの光を検出電流に変換し、前記検出電
流のうち前記周波数ｆ0 付近の周波数帯域の所定電流成
分のみを抽出し、前記抽出された前記周波数ｆ0 付近の
周波数帯域の所定電流成分から前記光源の光度を測定す
ることを特徴とする。

【００２７】また、本発明に係る第２の発光装置の光度
測定方法は、供給電流を光に変換することにより発光し
略平行状の光束を放出する光源と、前記供給電流を前記
光源に供給する給電手段を有する発光装置の前記光源の
光度を測定する発光装置の光度測定方法であって、前記
光源を被覆する半透鏡部材を用いて前記光源からの光束
の一部を外部に透過させるとともに前記光源からの光束
の残りを反射させて内部の焦点位置に集光させ、前記半
透鏡部材により集光された光を検出電流に変換し、前記
検出電流から前記光源の光度を測定することを特徴とす
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図を参照しつつ詳細に説明する。

【００２９】（１）第１実施形態 まず、本発明の第１実施形態について説明を行う。図１
は、本発明の第１実施形態である発光装置の全体構成を
示す概念図である。また、図２は、本発明の第１実施形
態の発光装置の作用を示す図であり、図２（Ａ）は反射
鏡から光センサーに導かれる光の挙動を示している。

【００３０】図１に示すように、この発光装置１０は、
発光部１１と、給電部１２と、光測定部１３を備えて構
成されている。また、この発光装置１０は、上記した従
来の発光装置３０の庇部材３０Ｂと同様の庇部材（図示
せず）を備えている。また、発光部１１には給電部１２
が接続され、給電部１２は商用電源に接続されている。

【００３１】この第１実施形態の発光装置１０が従来の
発光装置３０と異なる点は、異なる発光部１１と、従来
例にはない光測定部１３を備えている点であり、給電部
１２の構成と作用は従来の発光装置３０の場合とまった
く同様であるため、給電部１２の説明は省略する。

【００３２】発光部１１は、基板１１ａと、複数のＬＥ
Ｄ１５と、被覆体１４と、反射鏡１６と、吸光部材１９
を有している。複数のＬＥＤ１５は、基板１１ａ上にア
レイ状に並設され、集合Ａ（以下、「ＬＥＤアレイ」と
いう。）を形成している。

【００３３】また、光測定部１３は、光センサー１７
と、増幅器１８ａと、光度測定器１８ｂと、表示器１８
ｃを有している。

【００３４】発光部１１が従来の発光装置３０における
発光部３０と異なる点は、異なる被覆体１４と、従来例
にはない反射鏡１６及び吸光部材１９を備えている点で
あり、基板１１ａ及びＬＥＤ１５の構成と作用は従来の
発光部３０の場合とまったく同様であるため、それらの
説明は省略する。

【００３５】被覆体１４は、ＬＥＤアレイＡを被覆する
曲面板状の部材である。被覆体１４の内面（ＬＥＤ側）
は、「回転放物面」の凹曲面となっている。この回転放
物面は、図１における基板１１ａの中心を通る垂直線を
ｚ軸とし、基板１１ａの表面に平行な線をｘ軸としたと
き、放物線ｚ＝ｋｘ² （ｋ：任意の実数）をｚ軸のまわ
りに回転させて得られる曲面である。図１において、Ｓ
1 で示す被覆体内面は、放物線となっている。

【００３６】被覆体１４の外面（外部側）は、内面Ｓ1
とほぼ平行な曲面となっている。また、被覆体１４は、
いわゆるハーフ・ミラー（マジック・ミラー）で形成さ
れている。すなわち、被覆体１４は、透明ガラス又は透
明合成樹脂からなり、内面Ｓ1 には水銀その他の金属等
を含む光反射性材料からなる光反射層が形成されてい
る。この光反射層には、多数の微細な小孔が形成されて
いる。このため、この光反射層は、照射された光の大半
を光反射層の後方（被覆体１４の外部）へ透過させる一
方、照射された光の一部を光の到来方向へ戻すように反
射させることができる。以下、この層を「半透鏡層」と
いう。

【００３７】被覆体１４の内面Ｓ1 は回転放物面状に形
成されており、各ＬＥＤ１５からの放出光Ｌ1 はｚ軸に
平行な光線であるから、図１における各ＬＥＤ１５から
の放出光線Ｌ1 は、その大半が被覆体１４を透過し光Ｌ
2 となって被覆体１４の外部へ放出される。また、光Ｌ
1 の一部は、被覆体１４の内面Ｓ1 の点Ｐ（以下、「入
射点」という。）において、入射角度と反射角度が等し
くなるようにして反射される。この反射光線Ｌ3 は、ｘ
座標が異なる位置のＬＥＤから発射された光線であって
も、すべて回転放物面の焦点（後述）に集まる。

【００３８】次に、図２（Ａ）を参照しつつ、反射鏡１
６の構成、反射鏡１６と光センサー１７の位置関係、及
びその作用等について説明する。

【００３９】図２（Ａ）に示すように、反射鏡１６は、
平面鏡であり、ｚ軸に対して所定の角度（例えば４５
度）の角度をなすように設置されている。また、反射鏡
１６は、被覆体１４の内面Ｓ1 で反射された反射光線Ｌ
3 が集光される回転放物面の焦点Ｆ1 への光路上に配置
される。また、反射鏡１６の反射面Ｓ2 に関して焦点Ｆ
1 と対称な箇所に光センサー１７の受光面が位置するよ
うに設定されている。

【００４０】したがって、各ＬＥＤ１５からの入射光線
Ｌ1 （図１参照）が被覆体１４の内面Ｓ1 で反射された
反射光線Ｌ3 は、反射鏡１６により反射されてＬ9 のよ
うに光路を変え、光センサー１７の受光面に集光され
る。光センサー１７は、従来例のものと同様に光電変換
により受光した光の強度に応じて電流を出力する。

【００４１】次に、光測定部１３の構成と作用について
説明する。図１に示すように、光測定部１３において、
光センサー１７の出力側には増幅器１８ａが接続され、
増幅器１８ａの出力側には光度測定器１８ｂが接続さ
れ、光度測定器１８ｂの出力側には表示器１８ｃが接続
されている。

【００４２】上記のような構成により、光電変換により
受光した光の強度に応じて光センサー１７が出力した電
流は、増幅器１８ａで増幅される。また、この増幅器１
８ａは、Ｉ／Ｖ変換の機能も兼ね備えている。光度測定
器１８ｂは、例えば、電圧計（図示せず）と演算回路
（図示せず）を有しており、電圧計が増幅器１８ａで増
幅及びＩ／Ｖ変換されて入力された電圧値を測定すると
ともに、測定された電圧値を演算回路が予め設定された
換算係数等によりＬＥＤアレイＡの光強度に換算し、表
示器１８ｃに出力する。表示器１８ｃは、例えば液晶表
示器等から構成されており、ＬＥＤアレイＡの光強度を
数値等として表示する。

【００４３】あるいは、光度測定器１８ｂの演算回路に
ＬＥＤアレイの光強度の許容下限値を予め設定してお
き、この値を下まわった場合に「発光部１１を交換して
下さい」等の表示を行うように構成してもよい。

【００４４】このように、第１実施形態の発光装置１０
においては、ＬＥＤアレイＡの各ＬＥＤ１５のそれぞれ
から放出される光Ｌ1 からなる光束の一部を被覆体１４
の内面Ｓ1 の半透鏡層で反射させ、反射鏡１６により光
センサー１７に導いて検出するので、ＬＥＤアレイ全体
の光度を従来よりも精度よく測定することができる。

【００４５】また、外部から被覆体１４の内部に侵入し
ようとする太陽光等の外乱光（例えば図１における光Ｌ
5 ）は、その一部が被覆体１４の内面Ｓ1 の半透鏡層で
反射され光Ｌ6 として戻されるため、被覆体１４の内部
に透過する外乱光の強度は弱められる。

【００４６】また、半透鏡層を透過した外乱光（例えば
図１における光Ｌ7 ）のうち、光センサー１７に到達す
るのは、光センサー１７に直接入射する光と、反射鏡１
６を経て光センサー１７に入射する光である。このう
ち、光センサー１７に直接入射しようとする外乱光は、
光センサー１７の位置を発光部１１内の鉛直最下位置と
しておけば、庇部材（図示せず）により遮ることができ
る。

【００４７】また、反射鏡１６を経て光センサー１７に
入射しようとする光には、被覆体１４の内面Ｓ1 （回転
放物面）の焦点Ｆ1 （図２（Ａ）参照）に向かう光線
と、ＬＥＤ１５の間の基板１１ａの表面で反射してｚ軸
に平行な光線となったものがある。このうち、前者は、
透過した外乱光Ｌ7 全体のごく一部である。

【００４８】また、後者については、ＬＥＤ１５の間の
基板１１ａの表面に吸光部材１９を配設することにより
吸光部材１９に入射する光（例えば図１における光Ｌ8
）の反射を防止することができる。吸光部材として
は、例えば、光沢のない黒色部材等が利用可能である。
このように、第１実施形態の発光装置１０においては、
光センサー１７における外乱光の誤検出は大幅に減少す
る。

【００４９】第１実施形態の発光装置は、図１及び図２
（Ａ）に示すもの以外の構成も可能である。例えば、図
２（Ｂ）に示す第１変化例のように、平面鏡である反射
鏡１６Ａを、被覆体１４の内面Ｓ1 （回転放物面）の焦
点Ｆ2 への光路上においてｚ軸に対して垂直となるよう
に設置し、反射鏡１６Ａの反射面Ｓ3 に関して焦点Ｆ2
と対称な箇所、すなわち反射鏡１６Ａの手前側に受光面
が位置するように光センサー１７を設置してもよい。

【００５０】このように構成すれば、各ＬＥＤ１５から
の入射光線Ｌ1 （図１参照）が被覆体１４の内面Ｓ1 で
反射された反射光線Ｌ3 は、図２（Ｂ）に示すように反
射鏡１６Ａにより反射されてＬ10のように光路を変え、
光センサー１７の受光面に集光される。この場合には、
光センサー１７の受光面は被覆体１４の内側を向いてい
るので、庇部材（図示せず）が無い場合でも、外乱光が
直接光センサー１７に入射することを防止することがで
きる。

【００５１】第１実施形態の発光装置は、さらに他の構
成も可能である。例えば、図２（Ｃ）に示す第２変化例
のように、凹面鏡である反射鏡１６Ｂを、被覆体１４の
内面Ｓ1 （回転放物面）の焦点Ｆ3 への光路上において
ｚ軸に対して垂直となるように設置し、反射鏡１６Ｂの
反射面Ｓ4 に関して焦点Ｆ3 と逆側の箇所、すなわち反
射鏡１６Ｂの手前側に受光面が位置するように光センサ
ー１７を設置してもよい。

【００５２】このように構成すれば、各ＬＥＤ１５から
の入射光線Ｌ1 （図１参照）が被覆体１４の内面Ｓ1 で
反射された反射光線Ｌ3 は、図２（Ｃ）に示すように反
射鏡１６Ａにより反射されてＬ11のように光路を変え、
光センサー１７の受光面に集光される。この場合には、
光センサー１７の設置位置を基板１１ａに近い位置とす
ることができ、光センサー１７の取り付けが容易とな
る。また、第１変化例の場合と同様に、光センサー１７
の受光面は被覆体１４の内側を向いているので、庇部材
（図示せず）が無い場合でも、外乱光が直接光センサー
１７に入射することを防止することができる。

【００５３】（２）第２実施形態 次に、本発明の第２実施形態について説明を行う。図３
は、本発明の第２実施形態である発光装置の全体構成を
示す概念図である。また、図４は、本発明の第２実施形
態の発光装置の作用を示す図であり、図４（Ａ）は光セ
ンサーで受光する光の周波数と強度の関係を示す図を、
図４（Ｂ）は第２実施形態の発光装置の給電部が供給す
る供給電流の特性を示す波形図を、それぞれ示してい
る。

【００５４】図３に示すように、この発光装置２０は、
発光部２１と、給電部１２と、光測定部２３を備えて構
成されている。また、この発光装置２０は、上記した従
来の発光装置３０の庇部材３０Ｂと同様の庇部材（図示
せず）を備えている。また、発光部２１には給電部１２
が接続され、給電部１２は商用電源に接続されている。

【００５５】この第２実施形態の発光装置２０が従来の
発光装置３０と異なる点は、異なる発光部２１と、従来
例にはない光測定部２３を備えている点であり、給電部
１２の構成と作用は従来の発光装置３０の場合とまった
く同様であるため、給電部１２の説明は省略する。

【００５６】発光部２１は、基板１１ａと、複数のＬＥ
Ｄ１５と、被覆体２４と、吸光部材１９を有している。
複数のＬＥＤ１５は、基板１１ａ上にアレイ状に並設さ
れ、集合Ａ（以下、「ＬＥＤアレイ」という。）を形成
している。

【００５７】また、光測定部２３は、光センサー１７
と、増幅器１８ａと、バンドパスフィルタ２８と、光度
測定器１８ｂと、表示器１８ｃを有している。

【００５８】発光部２１が従来の発光装置３０における
発光部３０と異なる点は、従来例にはない吸光部材１９
を備えている点であり、基板１１ａと被覆体２４とＬＥ
Ｄ１５の構成と作用は従来の発光部３０の場合とまった
く同様であるため、それらの説明は省略する。また、吸
光部材１９は、第１実施形態の場合とまったく同様であ
るため、その説明も省略する。

【００５９】次に、光測定部２３の構成と作用について
説明する。光センサー１７は、図３に示すように、被覆
体２４の内面の適宜の位置に配置されている。

【００６０】したがって、各ＬＥＤ１５からの光線Ｌ13
は、光センサー１７の受光面に入射する。光センサー１
７は、従来例のものと同様に光電変換により受光した光
の強度に応じて電流を出力する。

【００６１】また、図１に示すように、光測定部２３に
おいて、光センサー１７の出力側には増幅器１８ａが接
続され、増幅器１８ａの出力側にはバンドパスフィルタ
２８が接続され、バンドパスフィルタ２８の出力側には
光度測定器１８ｂが接続され、光度測定器１８ｂの出力
側には表示器１８ｃが接続されている。

【００６２】上記のような構成により、光電変換により
受光した光の強度に応じて光センサー１７が出力した電
流は、増幅器１８ａで増幅されるとともにＩ／Ｖ変換さ
れる。

【００６３】バンドパスフィルタ２８は、周波数ｆ0
（以下、「濾過中心周波数」という。）を中心とする所
定の周波数範囲の電流成分のみを抽出して出力し、それ
以外の周波数領域の電流成分は出力しないように構成さ
れたフィルタであり、この第２実施形態においては、濾
過中心周波数ｆ0 は１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚに設定さ
れている。したがって、バンドパスフィルタ２８は、増
幅器１８ａからの電流のうち１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚ
付近の周波数帯域の電流のみを抽出して光度測定器１８
ｂに出力する。

【００６４】バンドパスフィルタ２８の濾過中心周波数
ｆ0 が１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚに設定されている理由
について以下に説明する。上述したように、給電部１２
は、ブリッジ整流回路１２ａ等により、商用電源からの
交流電流を全波整流し、脈状の順方向電流（以下、「脈
流」という。）にしてＬＥＤアレイＡに出力する。全波
整流されて得られる脈流では、図４（Ｂ）において破線
で示される元の交流の負側の電流成分が、実線で示すよ
うに零と正値Ｉ。の間で変化する正の電流となるため、
脈流の周波数は元の交流の周波数の２倍となる。

【００６５】日本の商用交流電源は、東日本地域（ほぼ
長野県以東）では周波数が５０Ｈｚとなっており、西日
本地域（ほぼ長野県以西）では周波数が６０Ｈｚとなっ
ている。したがって、５０Ｈｚの交流を全波整流した脈
流の周波数は１００Ｈｚとなり、６０Ｈｚの交流を全波
整流した脈流の周波数は１２０Ｈｚとなる。

【００６６】したがって、商用電源として５０Ｈｚの交
流が供給されている地域では、給電部１２からＬＥＤア
レイＡに供給される電流の周波数は１００Ｈｚとなって
おり、各ＬＥＤ１５は、周波数１００Ｈｚで点滅発光し
ている。同様に、商用電源として６０Ｈｚの交流が供給
されている地域では、給電部１２からＬＥＤアレイＡに
供給される電流の周波数は１２０Ｈｚとなっており、各
ＬＥＤ１５は、周波数１２０Ｈｚで点滅発光している。

【００６７】このことから、一般に、図３における光セ
ンサー１７が検出する光は、図４（Ａ）に示すような周
波数分布を有している。すなわち、周波数ｆ0 付近のピ
ーク部分がＬＥＤ１５からの光の成分であり、その他の
周波数成分はノイズである。特に、ほぼ零の周波数ｆs
のノイズ成分は、太陽光又は太陽光の反射光を含む外乱
光に起因するものである。このため、バンドパスフィル
タ２８の濾過中心周波数ｆ0 を１００Ｈｚ又は１２０Ｈ
ｚに設定しておけば、ＬＥＤ１５からの光に起因する電
流成分のみを抽出することができ、他のノイズ成分を除
去することが可能となるのである。

【００６８】光度測定器１８ｂは、第１実施形態の場合
と同様の構成を有しており、例えば、電圧計（図示せ
ず）と演算回路（図示せず）を有しており、電圧計が増
幅器１８ａからの電圧値を測定するとともに、測定され
た電圧値を演算回路が予め設定された換算係数等により
ＬＥＤアレイＡの光強度に換算し、表示器１８ｃに出力
する。表示器１８ｃは、例えば液晶表示器等から構成さ
れており、ＬＥＤアレイＡの光強度を数値等として表示
する。

【００６９】あるいは、第１実施形態の場合と同様に、
光度測定器１８ｂの演算回路にＬＥＤアレイの光強度の
許容下限値を予め設定しておき、この値を下まわった場
合に「発光部１１を交換して下さい」等の表示を行うよ
うに構成してもよい。

【００７０】このように、この第２実施形態の発光装置
２０においては、ＬＥＤアレイＡの各ＬＥＤ１５のそれ
ぞれから放出される光Ｌ13を光センサー１７に導き、バ
ンドパスフィルタ２８によりＬＥＤに起因する成分のみ
を検出するので、ＬＥＤアレイ全体の光度を従来よりも
精度よく測定することができる。

【００７１】第２実施形態の発光装置は、図３に示すも
の以外の構成も可能である。例えば、図示はしないが、
給電部１２のブリッジ整流回路１２ａ等にさらにコンデ
ンサやコイル等を含む平滑回路を付加して直流を生成
し、この直流をインバータ等によって、図４（Ｃ）に示
すように零と正値Ｉp の間で周波数ｆp で交番的に変化
する矩形パルス波状の電流に変換し、この電流をＬＥＤ
アレイＡに供給して周波数ｆp で点滅発光させ、かつ、
バンドパスフィルタ２８の濾過中心周波数ｆ0 ＝ｆp に
設定してもよい。このように構成しても、第２実施形態
とまったく同様の効果を得ることができる。

【００７２】上記において、ＬＥＤアレイＡは、光源に
相当している。また、ＬＥＤ１５は、発光素子に相当し
ている。また、給電部１２は、給電手段に相当してい
る。また、給電部１２がＬＥＤアレイＡに供給する電流
は、供給電流に相当している。また、被覆体１４は、半
透鏡部材に相当している。また、光センサー１７は、光
電変換手段に相当している。また、光センサー１７が光
電変換した電流は、検出電流に相当している。また、光
度測定器１８ｂは、光度測定手段に相当している。ま
た、反射鏡１６，１６Ａ，１６Ｂは、導光手段に相当し
ている。また、バンドパスフィルタ２８は、所定電流成
分抽出手段に相当している。また、周波数ｆ0 を中心と
する所定の周波数範囲の電流は、所定電流成分に相当し
ている。また、１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚの周波数は、
周波数ｆ1 に相当している。

【００７３】なお、本発明は、上記各実施形態に限定さ
れるものではない。上記各実施形態及び各実施例は、例
示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的
思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏
するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範
囲に包含される。

【００７４】例えば、上記各実施形態においては、発光
素子として、ＬＥＤ１５を例に挙げて説明したが、本発
明はこれには限定されず、他の構成の発光素子、例えば
半導体レーザ（レーザ・ダイオード）を使用してもよ
い。

【００７５】また、上記した第１実施形態においては、
光源としてＬＥＤアレイＡを例に挙げて説明したが、本
発明はこれには限定されず、他の構成の光源、例えば凸
レンズの焦点位置に電球等の発散光源を設置して構成し
た光源であってもよい。要は、略平行状の光束を放出す
る光源であれば、どのような光源であってもよいのであ
る。

【００７６】また、上記した第１実施形態においては、
半透鏡部材として被覆体１４を例に挙げて説明したが、
本発明はこれには限定されず、他の構成の半透鏡部材、
例えば、半透鏡層の曲面の形状が「回転楕円面」の凹曲
面に形成されたものあってもよい。回転楕円面は、図１
における基板１１ａの中心を通る垂直線をｚ軸とし、基
板１１ａの表面に平行な線をｘ軸としたとき、楕円曲線
（ｘ² ／ａ² ）＋（ｚ² ／ｂ² ）＝１（ａ，ｂ：任意の
実数）をｚ軸のまわりに回転させて得られる曲面であ
る。この回転楕円面の場合も、ｚ軸に平行な光束は所定
の焦点に集光される。また、半透鏡層が、水銀等の光反
射性材料からなる光反射層の厚みを非常に薄くして構成
されたものであってもよい。また、半透鏡層は、被覆体
１４の外表面に形成されてもよい。要は、光源を被覆す
るとともに、光源からの光束の一部を外部に透過させ、
かつ光源からの光束の残りを反射させて内部の焦点位置
に集光させる手段であれば、どのようなものであっても
よいのである。

【００７７】また、上記した第１実施形態においては、
導光手段として反射鏡１６，１６Ａ，１６Ｂを例に挙げ
て説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成
の導光手段、例えば、プリズム、光ファイバー等であっ
てもよい。要は、半透鏡部材により集光された光を光電
変換手段へ導く手段であれば、どのようなものであって
もよいのである。また、第１実施形態において、反射鏡
１６の直上位置となる被覆体１４の部分に外乱光の入射
を防止する遮光部材を設けてもよい。

【００７８】また、上記した第１実施形態においては、
光電変換手段として、半透鏡部材により集光された光が
導光手段により導かれる位置に配置された光センサー１
７を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定され
ず、他の構成の光電変換手段、例えば、半透鏡部材の焦
点が光電変換手段の受光面上にくるように構成してもよ
い。要は、半透鏡部材により集光された光を受けて検出
電流に変換する手段であれば、どのようなものであって
もよいのである。

【００７９】また、上記した第２実施形態においては、
光源としてＬＥＤアレイＡを例に挙げて説明したが、本
発明はこれには限定されず、他の構成の光源、例えば、
電球等の発散光源であってもよい。要は、給電手段から
供給され周波数ｆ0 で交番的に変化する供給電流により
発光する光源であれば、どのような光源であってもよい
のである。

【００８０】また、上記した第１実施形態と第２実施形
態を適宜組み合わせた構成であってもよい。例えば、第
１実施形態の発光装置の光測定部の増幅器１８ａと光度
測定器１８ｂとの間に、第２実施形態のバンドパスフィ
ルタ２８を接続して構成した発光装置（図示せず）であ
ってもよい。

【００８１】また、上記した各実施形態においては、光
測定部に表示器１８ｃを備えた例について説明したが、
本発明はこれには限定されず、他の構成、例えば、液晶
表示装置やＣＲＴ（Cathode Ray Tube：ブラウン管装
置）等の視覚的情報を出力する画像表示装置、音又は録
音音声若しくは人工音声等の聴覚的情報を出力するブザ
ー，ベル，スピーカー等の音響発生装置、あるいはこれ
らを適宜組み合わせた出力装置であってもよい。

【００８２】また、上記した各実施形態においては、Ｌ
ＥＤ１５の間の基板１１ａの表面に吸光部材１９を配設
した例について説明したが、本発明はこれには限定され
ず、この吸光部材は設けなくてもよい。

【００８３】また、上記した各実施形態においては、光
度測定手段である光度測定器１８ｂは、光電変換手段で
ある光センサー１７が受光した光を光電変換して出力し
た検出電流が増幅器１８ａで増幅及びＩ／Ｖ変換された
電圧値を測定するとともに光強度に換算する例について
説明したが、本発明はこれには限定されず、光電変換手
段が出力した検出電流の値を直接測定し光強度に換算す
るように構成してもよい。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本願の第１の発明
によれば、供給電流を光に変換することにより発光する
光源と、周波数ｆ0 で交番的に変化する供給電流を光源
に供給する給電手段を有する発光装置において、光源か
らの光を受けて検出電流に変換する光電変換手段と、検
出電流のうち周波数ｆ0 付近の周波数帯域の所定電流成
分のみを抽出する所定電流成分抽出手段と、抽出された
周波数ｆ0 付近の周波数帯域の所定電流成分から光源の
光度を測定する光度測定手段を備えて構成したので、光
源の光度を誤検出なく正確に測定でき、価格が低廉な測
定手段を有する発光装置、及び発光装置の光度測定方法
を提供することができる、という利点がある。また、本
願の第２の発明によれば、供給電流を光に変換すること
により発光し略平行状の光束を放出する光源と、供給電
流を光源に供給する給電手段を有する発光装置におい
て、光源を被覆するとともに、光源からの光束の一部を
外部に透過させ、かつ光源からの光束の残りを反射させ
て内部の焦点位置に集光させる半透鏡部材と、半透鏡部
材により集光された光を受けて検出電流に変換する光電
変換手段と、検出電流から光源の光度を測定する光度測
定手段を備えて構成したので、光源の光度を誤検出なく
正確に測定でき、価格が低廉で、光源の光量減少も少な
い測定手段を有する発光装置、及び発光装置の光度測定
方法を提供することができる、という利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である発光装置の全体構
成を示す概念図である。

【図２】本発明の第１実施形態の発光装置の作用を示す
図であり、図２（Ａ）は反射鏡から光センサーに導かれ
る光の挙動を、図２（Ｂ）は第１実施形態の第１変化例
の発光装置の反射鏡から光センサーに導かれる光の挙動
を、図２（Ｃ）は第１実施形態の第２変化例の発光装置
の反射鏡から光センサーに導かれる光の挙動を、それぞ
れ示している。

【図３】本発明の第２実施形態である発光装置の全体構
成を示す概念図である。

【図４】本発明の第２実施形態の発光装置の作用を示す
図であり、図４（Ａ）は光センサーで受光する光の周波
数と強度の関係を示す図を、図４（Ｂ）は第２実施形態
の発光装置の給電部が供給する供給電流の特性を示す波
形図を、図４（Ｃ）は第２実施形態の変化例である発光
装置の給電部が供給する供給電流の特性を示す波形図
を、それぞれ示している。

【図５】従来の発光装置の構成を示す図であり、図５
（Ａ）は全体の斜視図を、図５（Ｂ）は発光部の断面図
を、それぞれ示している。

【図６】図５に示す発光装置におけるＬＥＤアレイと給
電部の電気的構成を示す回路図であり、図６（Ａ）は全
体図を、図６（Ｂ）はブリッジ整流回路の詳細図を、そ
れぞれ示している。

【図７】図１，図３及び図５（Ａ）に示す発光装置に使
用するＬＥＤのさらに詳細な構成及び作用を説明するた
めの図であり、図７（Ａ）はＬＥＤの全体構成を表す光
軸方向に沿う方向から見た断面図を、図７（Ｂ）は図７
（Ａ）に示すＬＥＤにおけるチップ付近のさらに詳細な
構成を表す拡大断面図を、図７（Ｃ）は図７（Ａ）及び
図７（Ｂ）に図示したＬＥＤの発光光度の指向特性の例
を、それぞれ示している。

【符号の説明】

１０ 発光装置 １１ 発光部 １１ａ 基板 １２ 給電部 １２ａ，１２ｂ ブリッジ整流回路 １３ 光測定部 １４ 被覆体 １５ ＬＥＤ １５ａ，１５ｂ リードフレーム １５ｃ 凹部 １５ｄ ＬＥＤチップ １５ｅ ボンディングワイヤ １５ｆ 樹脂被覆部 １６，１６Ａ，１６Ｂ 反射鏡 １７ 光センサー １８ａ 増幅器 １８ｂ 光度測定器 １８ｃ 表示器 １９ 吸光部材 ２０ 発光装置 ２１ 発光部 ２３ 光測定部 ２４ 被覆体 ２８ バンドパスフィルタ ３０ 発光装置 ３０Ａ 灯箱 ３０Ｂ 庇部材 ３１ 発光部 １５１ Ｐ層 １５２ Ｐ−Ｎ接合 １５３ Ｎ層 １５４ Ｐ側電極 １５５ Ｎ側電極 Ａ ＬＥＤアレイ Ｆ1 〜Ｆ3 焦点 Ｌ1 〜Ｌ16 光 Ｐ 入射点 Ｓ1 被覆体内面 Ｓ2 〜Ｓ4 反射鏡反射面 Ｕ ＬＥＤ直列ユニット

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給電流を光に変換することにより発光
   する光源と、 周波数ｆ0 で交番的に変化する前記供給電流を前記光源
   に供給する給電手段を有する発光装置において、 前記光源からの光を受けて検出電流に変換する光電変換
   手段と、 前記検出電流のうち前記周波数ｆ0 付近の周波数帯域の
   所定電流成分のみを抽出する所定電流成分抽出手段と、 前記抽出された前記周波数ｆ0 付近の周波数帯域の所定
   電流成分から前記光源の光度を測定する光度測定手段を
   備えることを特徴とする発光装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の発光装置において、 前記給電手段は、周波数ｆ1 の商用交流を全波整流する
   ことにより、前記供給電流として周波数２×ｆ1 の脈流
   を供給し、 前記所定電流成分抽出手段は、周波数２×ｆ1 付近の周
   波数帯域の所定電流成分のみを抽出することを特徴とす
   る発光装置。
3. 【請求項３】 供給電流を光に変換することにより発光
   し略平行状の光束を放出する光源と、 前記供給電流を前記光源に供給する給電手段を有する発
   光装置において、 前記光源を被覆するとともに、前記光源からの光束の一
   部を外部に透過させ、かつ前記光源からの光束の残りを
   反射させて内部の焦点位置に集光させる半透鏡部材と、 前記半透鏡部材により集光された光を受けて検出電流に
   変換する光電変換手段と、 前記検出電流から前記光源の光度を測定する光度測定手
   段を備えることを特徴とする発光装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の発光装置において、 前記半透鏡部材の焦点位置に配置されるとともに前記半
   透鏡部材により集光された光を前記光電変換手段へ導く
   導光手段を備え、 前記光電変換手段は、前記発光装置の外部から侵入する
   外乱光が直接入射しない位置に配置されることを特徴と
   する発光装置。
5. 【請求項５】 供給電流を光に変換することにより発光
   する光源と、周波数ｆ0 により所定電流値と零との間で
   交番的に変化する前記供給電流を前記光源に供給する給
   電手段を有し前記周波数ｆ0 で点滅発光する発光装置の
   前記光源の光度を測定する発光装置の光度測定方法であ
   って、 前記光源からの光を検出電流に変換し、前記検出電流の
   うち前記周波数ｆ0 付近の周波数帯域の所定電流成分の
   みを抽出し、前記抽出された前記周波数ｆ0 付近の周波
   数帯域の所定電流成分から前記光源の光度を測定するこ
   とを特徴とする発光装置の光度測定方法。
6. 【請求項６】 供給電流を光に変換することにより発光
   し略平行状の光束を放出する光源と、前記供給電流を前
   記光源に供給する給電手段を有する発光装置の前記光源
   の光度を測定する発光装置の光度測定方法であって、 前記光源を被覆する半透鏡部材を用いて前記光源からの
   光束の一部を外部に透過させるとともに前記光源からの
   光束の残りを反射させて内部の焦点位置に集光させ、前
   記半透鏡部材により集光された光を検出電流に変換し、
   前記検出電流から前記光源の光度を測定することを特徴
   とする発光装置の光度測定方法。