JP2011002412A - 光学指向特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の光学指向特性測定装置は、可動部が多く構造が複雑で高価であり更に測定に時間が掛かるため発光装置の温度が上昇してしまい、正確な光学指向特性の測定が出来ないという課題があった。
【解決手段】発光装置３と反射手段２と受光装置５ｎとデータ処理手段１０とを有する発光特性測定装置において、前記反射手段２は曲面または凹部状の反射面２ａを有するスクリーン２であり前記発光装置３は前記スクリーン２の反射面２ａ側の略中心位置に設けられ、前記受光装置５ｎは前記発光装置３の近傍に複数設けられ、前記データ処理手段１０は前記受光装置５ｎの複数の受光信号出力Ｓｎに基づき前記発光装置３の発光特性データＤ３を算出する発光特性算出部７０を有する。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＥＤ等の発光装置の光学指向特性を測定する装置に関するものである。

近年ＬＥＤなどの半導体素子を用いた発光装置は、従来のフィラメント電球や蛍光灯に代わって環境負荷の少ない次世代照明器具として脚光を浴びる様になり、多くの製品が上市され始めてきた。これに伴い製品としての特性を検査するための測定技術も多々提案されている。

たとえばＬＥＤなどの半導体素子を用いた発光装置（以下、「発光装置」と称する）を、検出測定手段の位置決め手段で把持し、発光装置からの正面光を検出測定手段の検出部で受光し検出測定手段の測定部で発光特性を得る技術が開示された。（例えば特許文献１参照）

この技術開示では発光装置の側面からの光が検出されず正確な測定が出来ない欠点があるので、発光装置を把持する位置決め手段に反射面を設け、発光装置の側面からの光を検出部に反射させて測定の正確性を高める技術が開示された。（例えば特許文献２参照）

また別の技術開示では、発光装置と受光装置の相対位置を様々に変化させ発光装置からの光を広い範囲にわたって測定し、得られた多くのデータを演算処理して発光装置の光学特性を得る測定システムの技術も開示されている。（例えば非特許文献１参照）

特開２０００−１８０１２２号公報（特許請求の範囲、第２図） 特開２００６−３０１３５号公報（特許請求の範囲、第１図）

岩永敏秀、外２名，「照明用ＬＥＤモジュールの光学特性測定システムの開発」，東京都立産業技術研究センター研究報告，第２号，２００７年，ｐ．３４−ｐ．３７

半導体素子を用いた発光装置は従来の照明素子と発光のメカニズムが異なるため、照度や全光束或いは指向性等の発光特性測定には、半導体発光の原理に適合した方式が必要である。

すなわち半導体技術を用いた発光装置においては、発光強度が半導体特有の温度特性を有していること、すなわち周囲温度や発光装置自身の温度上昇によって発光特性が変化するという特徴は測定に当たっては十分に考慮されなくてはならない。
例えば照明器具の最も重要な要素である指向性の測定においては、温度上昇によって特性が変化し測定が不確実になることを防ぐため、短時間で広範囲の測定をすませる必要がある。

特許文献１の開示技術は発光装置の前面からの光しか検出しないので完全な光学指向特性を得る事が出来ない。また、特許文献２の開示技術は、発光装置の側面からの光も反射面によって検出部に入るが、反射面の角度によって受光部に至る光は限定されるため、完全な指向特性を得るためには検出部の角度を変化させる必要があり、測定に時間が掛かってしまう。

また、非特許文献１の開示技術は発光装置からの全方位の光を測定できるが、測定時間については特許文献２の開示技術よりは短くなり改善されているものの、原理的に一次元の測定を繰り返して二次元の情報を得る方法なのでどうしても一定の時間を要し、温度上昇による測定誤差は避けることが出来ない。また装置の複雑化やモータなどの可動部に対するメンテナンスなど、コスト上昇も普及化の上で大きな障害となる。

このように、公知の技術で発光装置の光学指向特性を測定すると、測定のために多大の時間を要し、その結果発光装置の温度上昇によって測定が不正確になってしまい、また測定装置自体のコストも高いという課題があった。

本発明の目的は上記課題を解決し、発光装置からの全方位の光を極めて短時間で測定して発光装置自身の温度上昇を抑えることによって高精度を確保し、しかも可動部を有しないシンプルな構造でメンテナンスも僅かなローコストの光学指向特性測定装置を提供することである。

上記課題を解決するため本発明の光学指向特性測定装置は下記記載の構成を採用する。

本発明の光学指向特性測定装置は、
非測定物である発光装置３と、発光装置３からの光を反射する反射手段２と、反射手段２から反射される発光装置３からの光を検出する受光装置５ｎと、受光装置５ｎの受光信号出力Ｓｎに基づき発光装置３の発光特性を算出するデータ処理手段１０と、を有する発光特性測定装置１において、
反射手段２は曲面または凹部状の反射面２ａを有するスクリーン２であり、発光装置３はスクリーン２の反射面２ａ側の略中心位置に配置されるとともに、発光装置３の近傍に複数の受光装置５ｎを配置し、
データ処理手段１０は、複数の受光装置５ｎの受光信号出力Ｓｎに基づき発光装置３の発光特性である発光特性データＤ３を算出する発光特性算出部７０を有することを特徴とする。

これにより発光装置３の全方位の光を一括して測定し、得られた複数の受光信号出力Ｓｎから総合の発光特性が算出されるので、測定時間が短くなり温度上昇も最低限に抑えられ、光学指向特性の高精度の測定が可能となる。また構造も可動部のない簡素なものとなる。

また複数の受光装置５ｎは発光装置３の周囲に等間隔で配置してもよい。

これにより、発光装置３の全方位の光は、発光装置３の周囲に等間隔で配置された複数の受光装置５ｎで均等に受光されるので、特定の受光装置５ｎへの光の集中が無くなり光学指向特性の高精度の測定が可能となる。

また複数の受光装置５ｎの各受光面５ｎａは発光装置３の発光面３ａに対し所定角度θ傾けてもよい。

これにより、発光装置３の全方位の光はスクリーン２の反射面２ａで反射し、受光装置５ｎに効率よく集中するので光学指向特性の高精度の測定が可能となる。

また複数の受光装置５ｎの各受光面５ｎａに魚眼レンズ４ｎを備えてもよい。

これにより、発光装置３の全方位の光はスクリーン２の反射面２ａで反射し、魚眼レンズ４によって受光装置５ｎに効率よく集中するので光学指向特性の高精度の測定が可能となる。

さらに受光装置５ｎはイメージセンサ装置であってもよい。

これにより、受光装置５ｎは各方位の光を一括して受光し各々の方位の光に応じた受光信号を一括して出力することが出来るので測定の短時間化が可能となる。

本発明によれば、発光装置の光学指向特性は短時間で測定されるので温度上昇による精度の低下もなく、さらに測定装置には何ら可動部分がないためメンテナンスも僅かなローコストかつ高精度の光学指向特性測定装置を提供することが可能となる。

本発明による光学指向特性測定装置の第１の実施形態の断面図である。 本発明による光学指向特性測定装置の第１の実施形態の模式的な側面図である。 本発明による光学指向特性測定装置の第１の実施形態の模式的な平面図である。 本発明による光学指向特性測定装置の第１の実施形態における光線図である。 本発明による光学指向特性測定装置の第１の実施形態のブロック図である。 本発明による光学指向特性測定装置の第１の実施形態のフローチャートである。 本発明による光学指向特性測定装置の第１の実施形態の動作を説明するための図表である。 本発明による光学指向特性測定装置の第１の実施形態の動作を説明するための図表である。 本発明による光学指向特性測定装置の第１の実施形態の動作を説明するための図表である。 本発明による光学指向特性測定装置の第１の実施形態の動作を説明するための図表である。 本発明による光学指向特性測定装置の第１の実施形態の動作を説明するための図表である。 本発明による光学指向特性測定装置の第２の実施形態の断面図である。 本発明による光学指向特性測定装置の第２の実施形態のブロック図である。 本発明による光学指向特性測定装置の第２の実施形態のフローチャートである。 本発明による光学指向特性測定装置の第２の実施形態の動作を説明するための図表である。 本発明による光学指向特性測定装置の第２の実施形態の動作を説明するための図表である。 本発明による光学指向特性測定装置の第３の実施形態の模式的な平面図である。 本発明による光学指向特性測定装置の第４の実施形態の模式的な平面図である。 本発明による光学指向特性測定装置の第５の実施形態の断面図である。 本発明による光学指向特性測定装置の第５の実施形態における光線図である。 光学指向特性測定装置の従来例の断面図である。

本発明の光学指向特性測定装置の大まかな動作は、発光装置を測定ステージに固定し駆動電源を供給して発光装置を発光させ、発光装置の上部に設けたスクリーンの反射面によってこの光を反射させるとともに発光装置の近傍に設けた複数の受光装置に反射光を集結し、複数の受光装置の信号出力をデータ処理手段で演算処理し、発光装置の全方位の光の強度分布すなわち光学指向特性を測定するものである。

また指向性が均一な基準光源の基準光源データをあらかじめ記憶させておき、発光装置の発光特性データを基準光源データで補正することによってスクリーンの反射面の反射特性のばらつきや、複数の受光装置の感度のばらつきや、発光装置とスクリーンの距離あるいはスクリーンと受光装置の距離の変動など、誤差を生じる要因を最低限に抑える手法を採用している。

［本発明の原理的説明：図４、図２１］
ここでどの様な仕組みで、発光装置の全方位の光の強度分布すなわち光学指向特性データを一括して測定することが可能なのか、図４と図２１を用いて本発明の考案の骨子について詳述する。

図２１は非特許文献１に示した「発光特性測定システム」の模式的な断面図であり、発光装置３は測定ステージ６の上にセットされ、さらに測定ステージ６はＸＹスライド部１５と傾斜用モータ１６と回転用モータ１８によってＸＹ方向１５ａと傾斜方向１６ａと回転方向１８ａとに移動が可能になっており、これら可動部を動かして測定ステージ６にセットした発光装置３の姿勢を様々に変化させて受光器１９に入る発光装置３の光の方位角度を様々に変化させ、順次全方位の光を受光器１９および分光器１４で測定して発光装置３の発光特性を得るものである。

すなわち図２１に示す従来例においては、発光装置３の光を受光するための受光器１９は１個の光センサによって構成されており、ある方位の光の強度しか測定が出来ないので、発光装置３の角度を、例えば−９０度から＋９０度まで０．５度ないし数度きざみで設定し、その都度光の強度の測定をするという作業が必要になるのである。すなわち全方位の測定には多くの時間を要する。

図４は本発明による光学指向特性測定装置の第１の実施形態における光線図であり、発光装置３の各方位の光がスクリーン２の反射面２ａで反射し発光装置３の近傍に設けられた２個の受光装置５ｎに集結するまでの、代表的な経路を示したものである。

図４において、発光装置３の光を受光するための２個の受光装置５ｎには、数十万ないし数百万の画素（図示せず）を有する固体撮像素子やＣＭＯＳ素子などのイメージセンサ装置が使用されている。例えば百万画素であれば一辺が１０００分割で他の一辺が１０００分割の、１０００×１０００＝１０００，０００万の網の目状の区画の各々に、光センサが存在しているのである。

すなわち図４に示す様に、発光装置３からの各方位の光はスクリーン２の反射面２ａで反射し、イメージセンサ装置の百万の画素一つ一つに入る。

さらにイメージセンサ装置の百万画素の信号は、電子回路的手法によって１０のマイナス５乗ないしマイナス４乗程度の極めて短い時間で取り出すことが可能である。そして予め標準電球などを用いた予備実験等によって、各画素の信号がどの方位からの光に対応しているかをテーブル化しておけば各方位の光の強度の分布を知ることが出来る。
以上の様な理由で、発光装置３の各方位の光の強度は事実上一括して測定することが可能となるのである。

以下、図面により本発明の光学指向特性測定装置の実施の形態を詳述する。

［第１の実施形態の全図面説明：図１〜図１１］
以下、図１から図１１を用いて本発明の光学指向特性測定装置の第１の実施形態を詳述する。
図１は光学指向特性測定装置１の断面図であり、図２はスクリーン２と発光装置３と受光装置５ｎについて側面からの位置関係を模式的に示した側面図であり、図３はスクリーン２と発光装置３と受光装置５ｎについてスクリーン２の上面からの位置関係を模式的に示した平面図であり、図４は発光装置３から受光装置５ｎに至る光の経路を表す光線図である。また図５はデータ処理手段１０のブロック図であり、図６は光学指向特性測定装置１の測定の流れを示すフローチャートであり、図７〜図１０はデータ処理の途中過程で算出される中間段階のデータ図であり、図１１は最終的な測定結果である光学指向特性データＤ４の一例である。

［第１の実施形態の構成説明：図１〜図５］
まず、図１〜図５を用いて本発明の光学指向特性測定装置１の構成を説明する。
図１において発光装置３は測定ステージ６の上に発光面３ａを真上に向けセットされ、電源端子８とスプリング電極８ａおよび電源供給ケーブル１０ａによってデータ処理手段１０と電気的に接続されている。

スクリーン２は球状又は放物線状の曲面を有し、図１に示す様に内側すなわち発光装置３側に反射面２ａを有しており、支持台９に固定されている。
反射面２ａは例えばアルミ蒸着などの表面処理が施され、光の波長に依らず反射率が高くかつ光の反射角が入射角に精密に依存するいわゆる鏡面の構造になっている。

受光装置５ｎは、発光装置３からの広範囲の光を受光するための数十万ないし数百万の画素を備えた固体撮像素子やＣＭＯＳ素子などのイメージセンサ装置であり、図１に示す様に、発光装置３を挟んだ対称な位置に、鉛直線から所定角度傾いて、２個設置されている。
支持台９は、測定ステージ６など各構造物を固定し保持する筐体である。

データ処理手段１０は、例えばパソコンとパソコンで制御される電源のセットであり、電源供給ケーブル１０ａを用いて発光装置３への電源供給を制御すると共に、信号ケーブル１０ｂによって２個の受光装置５ｎからの受光信号出力Ｓｎを取込み、これら受光信号出力Ｓｎに基づいて発光装置３の光学指向特性データＤ４を算出するためのデータ処理を行う。

次に図２〜図３を用いてスクリーン２と発光装置３と受光装置５ｎの位置関係を説明する。
図２はスクリーン２と発光装置３と受光装置５ｎについて側面からの配置を模式的に示したもので、Ｐ点は発光装置の中心位置である。

図２において、線分Ｌは発光装置３の発光面３ａの中心を通り、発光面に垂直な線分すなわち光軸であり、線分Ｋ１およびＫ２は、２個の受光装置５ｎの各受光面５ｎａの中心を通り、受光面５ｎに垂直な線分すなわち光軸である。なお「光軸」とは「発光面もしくは受光面の中心を通り発光面もしくは受光面に垂直な線」と定義する。
また図２に示す様に、スクリーン２の直径は２ｒであり、Ｏ点はスクリーン２の中心である。

図２において、発光装置３はスクリーン２の反射面２ａ側の中心近傍に発光面３ａを真上に向け設置されている。また２個の受光装置５ｎは各受光面５ｎａが発光装置３の発光面３ａに対し所定角度θ傾けられて設置されている。
なお２個の受光装置５ｎが発光装置３の発光面３ａに対し所定角度θ傾けられて設置されている理由については［本発明の光学指向特性測定装置１の動作の説明］において詳述する。

図３はスクリーン２と発光装置３と２個の受光装置５ｎについて、上面からみた配置を模式的に示したもので、２個の受光装置５ｎは、スクリーン２の反射面２ａ側（図面の裏側に相当する）に、発光装置３の両側に対称に配置されている。

図４は光線図であり、発光装置３から発光された光がスクリーン２の反射面２ａで反射され２個の受光装置５ｎに収束する際の、光の経路すなわち光線の代表的な経路を示している。詳細については後述する。

次に図５を用いてデータ処理装置１０の構成を説明する。
図５においてデータ処理装置１０は、２個の光分布データ算出部６ｎと、発光特性算出部７０と発光特性データ記憶部７１と補正データ記憶部７１ｂと光学指向特性算出部７２と光学指向特性表示部７３と電源制御部７４とから構成される。

２個の光分布データ算出部６ｎは、受光装置５ｎによって出力される受光信号出力Ｓｎの各画素の情報から各方位の光の強度を算出し、２個の光分布データＤｎを算出する。なお、「光分布データ」とは「方位別の光の強度分布図」と定義する。

発光特性算出部７０は、２個の光分布データ算出部６ｎによって算出された２つの光分布データＤｎから受光装置３の総合の発光特性である発光特性データＤ３を算出する。
言い換えると２つの光分布データＤｎはそれぞれ２個の受光信号出力Ｓｎに基づく部分的な方位の光分布データなので、発光特性算出部７０によって２個の光分布データＤｎを合成して、発光装置３の全方位の発光特性である発光特性データＤ３を算出する。

発光特性データ記憶部７１は、発光特性算出部７０が算出した発光特性データＤ３を、のちの演算のために一時的に記憶しておくバッファである。

また補正データ記憶部７１ｂは、過去の実験データや知見などに基づき作成された補正データＤ３ｂを記憶しており、これは発光特性データＤ３を補正する際に用いられる。

光学指向特性算出部７２は、発光特性データ記憶部７１によって記憶された発光装置３の発光特性データＤ３と補正データ記憶部７１ｂに記憶された補正データＤ３ｂから、最終目的である発光装置３の光学指向特性データＤ４を算出する。より詳細には、発光装置３の発光特性データＤ３を、実験データや知見などに基づき補正を行って発光装置３の光学指向特性データＤ４を算出する。

光学指向特性表示部７３は、光学指向特性算出部７２から出力される発光装置３の光学指向特性データＤ４を視覚的に表示するとともに印刷物を出力する。

電源制御部７４は発光装置３を点灯あるいは消灯させるなどの制御機能を有する駆動電源である。

［第１の実施形態の動作説明：図１〜図１１］
次に図１〜図１１を用いて本発明の光学指向特性測定装置１の動作を説明する。
図１において発光装置３を測定ステージ６の載置台６ａに設置し、電源端子８とスプリング電極８ａ及び電源供給ケーブル１０ａによってデータ処理手段１０から駆動電源を供給すると発光装置３は発光する。

すると、図４に示す様に発光装置３からの各方位の光はスクリーン２の反射面２ａで反射し、２個の受光装置５ｎに集結する。さらに詳細には図２に示す様に、スクリーン２の曲面は直径２ｒの球状であり、発光装置３の中心位置Ｐ点はスクリーン２の中心Ｏ点よりやや反射面２ａ側に偏った配置になっているので、発光装置３から出た光は、発光装置３の光軸Ｌを中心にほぼ左右均等に分散し、スクリーン２の反射面２ａで反射ののち再び２個の受光装置５ｎの近傍に収束する経路をたどるのである。なお図４の光線図には光の代表的な光線が示されており、勿論これら以外のも無数の光線が存在する。

また図４に示す様に、受光装置５ｎの近傍に収束する光線の代表的な角度は鉛直線に対しある角度傾いている。一方、図２に示す様に受光装置５ｎの各受光面５ｎａは発光装置３の発光面３ａに対し所定角度θ傾けてあるので、発光装置３の各方位の光はより広範囲かつ効率よく受光装置５ｎの各受光面５ｎａに集結するのである。

このようにして発光装置３からの各方位の光は、２個の受光装置５ｎへ入光し、図５に示す様に２個の受光装置５ｎはそれぞれ受光信号出力Ｓｎを生じる。そして２個の受光信号出力Ｓｎは２個の光分布データ算出部６ｎにそれぞれ入力され、光分布データ算出部６ｎは、２つの光分布データＤｎをそれぞれ出力する。

次に図７〜図１１を用いて、図５に示すデータ処理手段１０の発光特性算出部７０が発光特性データＤ３を算出する過程を詳述する。なお図４および図５も一部引用するので参照されたい。

図７〜図１０は発光装置３の各方位の光の強度分布を表すデータ図である。
まず図７〜図１０の図の内容を説明する。図７〜図１０において、横軸は−９０度から＋９０度までの光の方位すなわち角度であり、−９０度は図２に示す発光装置３の発光面３ａの延長の水平方向を示し、＋９０度はそれと反対の水平方向を示し、さらに０度は発光装置３の発光面３ａの光軸方向すなわち鉛直方向を示している。また、縦軸は発光装置３の各方位の光の強度を相対値で示したものである。

まず図７の実線ｄ１ｘは、図４に示す発光装置３の光軸Ｌに向かって左側の光の強度分布データＤｎ（以下、“（左）光分布データＤｎ”と呼称する）であり、図４に示す２個の受光装置５ｎのうちの左側の受光装置５ｎから出力される受光信号出力Ｓｎを、図５に示す様に一方の光分布データ算出部６ｎに入力して、一方の光分布データ算出部６ｎによって算出されたものである。

この様に（左）光分布データＤｎは、発光装置３の光軸Ｌに向かって左側の光線が支配的な状態での光の強度分布を示すものであるので、図７の実線ｄ１ｘによって示す様に、方位角度が−９０度から０度までの光の相対強度が強く、方位角度が０度から＋９０度までの光の相対強度が弱い結果になっている。

また、図７の点線ｄ１ｙは、（左）光分布データＤｎの測定面と直角な測定面での光の相対強度を示している。この関係を図８により詳述する。

すなわち図８は発光装置３の（左）光分布データＤｎについて、１つの測定面に沿って測定した場合と、この測定面と直角すなわち図４の紙面に垂直な測定面に沿って、受光装置５ｎも垂直な測定面に９０度移動して設置し、測定した場合の２通りの結果を示しており、実線ｄｘは図４に示す面に沿って測定された（左）光分布データであり、点線ｄｙはそれと直角な面に沿って測定された光分布データを示している。発光装置３が対称に製造されていれば両者は一致するが、実際には僅かに存在する構造の不均一性によって、光分布データＤｎに若干の特性上のずれを生じていることが分かる。この特性上のずれは測定精度から勘案し小さければ無視される。

次に図９の実線ｄ２ｘは、図４に示す発光装置３の光軸Ｌに向かって右側の光の強度分布データＤｎ（以下、“（右）光分布データＤｎ”と呼称する）を示しており、図４に示す２個の受光装置５ｎのうちの右側の受光装置５ｎから出力される受光信号出力Ｓｎを、図５に示す様に他方の光分布データ算出部６ｎに入力して、他方の光分布データ算出部６ｎによって算出されたものである。

図９の様に（右）光分布データＤｎは、発光装置３の光軸Ｌに向かって右側の光線が支配的な状態での光の強度分布を示すものであるので、図９の実線ｄ２ｘによって示す様に、方位角度が−９０度から０度までの光の相対強度が弱く、方位角度が０度から＋９０度までの光の相対強度が強い結果になっている。

図９の点線ｄ２ｙは図７の場合と同様なので説明は省略する。

さらに図１０は、図５に示す発光特性算出部７０が算出する発光特性データＤ３の一例である。すなわち発光特性算出部７０は（左）光分布データＤｎおよび（右）光分布データＤｎから、これらの２個の信号を合成して発光装置３の全方位の光の強度分布である発光特性データＤ３を算出する。

図１０の点線ｄ３ｙは、発光特性データＤ３の測定面と直交する測定面でのデータであり、発光装置３に僅かに存在する構造の非対称性によって発光特性の若干のずれを生じているが、測定精度から勘案し小さければ無視される。

次の図１１には最終目的である発光装置３の光学指向特性データＤ４が示されている。
すなわち図１１において点線は、図５に示す発光特性算出部７０で算出され発光特性データ記憶部７１に記憶された補正前の発光特性データＤ３であり、実線は補正データ記憶部７１ｂに記憶された補正データＤ３ｂによって補正されたのちの光学指向特性データＤ４である。

なお補正データＤ３ｂには、発光装置３の温度依存性やスクリーン２の反射面２ａの反射特性のばらつき、さらには受光装置５ｎの受光面５ｎａへの光の入射角による感度のばらつきなど測定誤差に繋がる様々な変動要因の他に、測定面と直交する他の測定面での光の相対強度（図７〜図１０の点線に示すｄ１ｙ、ｄ２ｙ、ｄ３ｙ）を評価し、これが小さければ無視し大きければ平均を取る、などの補正項目も含まれている。

［第１の実施形態の測定フロー説明：図６、図１〜図５］
図６は、以上述べた本発明の光学指向特性測定装置のフローチャートを示したものである。以下、図５に示すデータ処理手段１０の構成要素の動作と対比させ、測定のフローを詳述する。

［発光装置発光ステップ］
図１に示す測定ステージ６の載置台６ａに発光装置３をセットし、データ処理手段１０から駆動電源Ｖを供給して発光装置３を発光させる。（ＳＴ１０）

［発光特性データ算出ステップ］
図５に示す２個の受光装置５ｎの受光信号出力Ｓｎに基づき、２個の光分布データ算出部６ｎはそれぞれ（左）光分布データＤｎおよび（右）光分布データＤｎを算出し、発光特性算出部７０は（左）光分布データＤｎおよび（右）光分布データＤｎに基づき発光特性データＤ３を算出する。（ＳＴ２０）

［発光特性データ記憶ステップ］
図５に示す発光特性データ記憶部７１は、発光特性データＤ３をのちの演算のために一時的に記憶しておく。（ＳＴ３０）

［光学指向特性算出ステップ］
図５に示す光学指向特性算出部７２は、発光特性データ記憶部７１に記憶された発光特性データＤ３を補正データ記憶部７１ｂに記憶された補正データＤ３ｂによって補正し
光学指向特性データＤ４を算出する。（ＳＴ４０）

［第１の実施形態の効果］
以上の様に光学指向特性データＤ４の測定は極めて迅速に、かつ何ら動く部分もなく行われるので、半導体など温度上昇による特性変化が大きい素子の測定においては著しく優位であるといえる。さらに装置全体は可動部がないため簡素な構造とすることも可能で、コストなど経済的側面でも極めて優れているといえる。

［第２の実施形態の全図面説明：図１２〜図１６］
次に、図１２〜図１６を用いて、本発明の光学指向特性測定装置の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態に対して測定のステップが異なるものである。なお以下の説明において、同一要素には同一番号を付して重複する説明は省略する。

第２の実施形態は、測定対象である発光装置３の測定に先だって指向性が均一な基準光源１１の発光特性を測定し、次に測定対象である発光装置３の発光特性を測定し、次に発光装置３の発光特性を基準光源１１の発光特性で補正する、というステップを有している。

［第２の実施形態の構成説明：図１２、図１３］
まず図１２と図１３を用いて本発明の光学指向特性測定装置２００の構成を説明する。なお第１の実施形態と同一の要素は同一の番号を付し、重複する説明は省略する。

図１２は本発明の光学指向特性測定装置２００の断面図である。
図１２において、基準光源１１は指向特性が均一な基準光源であり、測定ステージ６の載置台６ａに、発光装置３をセットする位置と同一の位置にセットする。
なお図１２には、後続する測定ステップにおいて基準光源１１に変えて発光装置３を測定ステージ６の載置台６にセットする様子が模式的に示されている。

図１３は本発明の光学指向特性測定装置２００のデータ処理手段１００のブロック図である。
図１３において基準光源データ記憶部７１ａは、受光装置５ｎと光分布データ算出部６ｎと発光特性算出部７０とによって算出された基準光源の発光特性を、基準光源データＤ３ｋとして記憶する。
なお図１３には、後続する測定ステップにおいて基準光源１１に変えて発光装置３をデータ処理手段１０の電源制御部７４に接続する様子が模式的に示されている。

光学指向特性算出部７２は、発光装置３の発光特性データＤ３を基準光源データ記憶部７４に記憶された基準光源データＤ３ｋで補正し、光学指向特性データＤ４を算出する。

［第２の実施形態の動作説明：図１２〜図１６］
次に図１４を中心に、図１２〜図１６も併用して本発明の光学指向特性測定装置の動作を説明する。
図１４は本発明の光学指向特性測定装置のフローチャートである。図１３に示すデータ処理手段１０の構成要素の動作と対比させ、測定のフローを詳述する。

［基準光源発光ステップ］
図１２に示す様に測定ステージ６の載置台６ａに基準光源１１をセットしデータ処理手段１０から駆動電源Ｖを供給して基準光源１１を発光させる。（ＳＴ１）

［基準光源データ算出ステップ］
図１３に示す様に、光分布データ算出部６ｎは受光装置５ｎの受光信号出力Ｓｎに基づき光分布データＤｎを算出し、発光特性算出部７０は光分布データＤｎに基づき基準光源１１の発光特性を基準光源データＤ３ｋとして算出する。（ＳＴ２）

［基準光源データ記憶ステップ］
図１３に示す様に基準光源データ記憶部７１ａは発光特性算出部７０が算出した基準光源１１の発光特性を基準光源データＤ３ｋとして記憶する。（ＳＴ３）

［発光装置発光ステップ］
図１２に示す様に測定ステージ６の載置台６ａに基準光源１１に換えて発光装置３をセットし、データ処理手段１０から駆動電源Ｖを供給して発光装置３を発光させる。（ＳＴ１０）

［発光特性データ算出ステップ］
図１３に示す様に、光分布データ算出部６ｎは受光装置５ｎの受光信号出力Ｓｎに基づき光分布データＤｎを算出し、発光特性算出部７０は光分布データＤｎに基づき発光装置３の発光特性を発光特性データＤ３として算出する。（ＳＴ２０）

［発光特性データ記憶ステップ］
図１３に示す様に発光特性データ記憶部７１は、発光特性算出部７０が算出した発光特性データＤ３を記憶する。（ＳＴ３０）

［光学指向特性算出ステップ］
図１３に示す様に、光学指向特性算出部７２は、発光特性データ記憶部７１に記憶された発光特性データＤ３を基準光源データ記憶部７１ａに記憶された基準光源データＤ３ｋによって補正し、光学指向特性データＤ４として算出する。（ＳＴ４０）

［発明の効果詳細説明］
以上述べた様に、本発明の第２の実施形態と第１の実施形態との大きな差は、測定対象である発光装置３の発光特性データＤ３を最終的な光学指向特性データＤ４に補正するための補正内容にある、といえる。

すなわち第１の実施形態では、補正内容は過去の実験データや知見に基づく補正データＤ３ｂに基づくが、第２の実施形態では、補正内容は基準光源を実際に測定して得た基準光源データＤ３ｋに基づくものであるから周囲条件の変動や装置の機械的形状変化などの誤差要因を、理論上基準光源１１の安定度のレベルまで低減させることが可能で、光学指向特性測定装置２００の全体の精度をさらに高めることが可能である。

［第３の実施形態の全図面説明：図１７］
次に、図１７を用いて、本発明の光学指向特性測定装置の第３の実施形態について説明する。なお、第３の実施形態は、第２の実施形態に対して受光装置５ｎの数と配置が異なるものである。なお以下の説明において、同一要素には同一番号を付して重複する説明は省略する。

図１７を用いて本発明の光学指向特性測定装置３００（図示せず）の構成を説明する。
図１７は本発明の光学指向特性測定装置３００の模式的な平面図であり、発光装置３の周囲には３個の受光装置５ｎ（図１７には“５１”、“５２”、“５３”と表示されている）が、発光装置３の周囲に１２０度の等しい角をなす様に均等に配置されている。
なお３個の受光装置５ｎの各受光面５ｎａは発光装置３の発光面３ａに対し所定角度θ傾いている。

［発明の効果詳細説明］
本発明の光学指向特性測定装置３００の効果は、受光装置５ｎを発光装置３の周囲に３個設けたことによって光分布データＤｎの測定が更に綿密になり、最終的な光学来指向特性データＤ４の高精度化を図ることが出来る、ということである。

［第４の実施形態の全図面説明：図１８］
次に、図１８を用いて、本発明の光学指向特性測定装置の第４の実施形態について説明する。なお、第４の実施形態は、第２の実施形態に対して受光装置５ｎの数と配置が が異なるものである。なお以下の説明において、同一要素には同一番号を付して重複する説明は省略する。

図１８を用いて本発明の光学指向特性測定装置４００（図示せず）の構成を説明する。
図１８は本発明の光学指向特性測定装置４００の模式的な平面図であり、発光装置３の周囲には４個の受光装置５ｎ（図１８には“５１”、“５２”、“５３”、“５４”と表示されている）が、発光装置３の周囲に９０度の等しい角をなす様に均等に配置されている。
なお４個の受光装置５ｎの各受光面５ｎａは発光装置３の発光面３ａに対し所定角度θ傾いている。

［発明の効果詳細説明］
本発明の光学指向特性測定装置の効果は、受光装置５ｎを発光装置３の周囲に４個設けたことによって光分布データの測定が更に綿密になり、最終的な光学来指向特性データの高精度化を図ることが出来る。なお、受光装置の数および配置については、更に多くの受光装置を使用することも勿論可能である。

［第５の実施形態の全図面説明：図１９、図２０］
次に、図１９および図２０を用いて、本発明の光学指向特性測定装置の第５の実施形態について説明する。なお、第５の実施形態は、第２の実施形態に対して受光装置の姿勢および構成が異なるものである。なお以下の説明において、同一要素には同一番号を付して重複する説明は省略する。

まず図１９を用いて本発明の光学指向特性測定装置５００の構成を説明する。図１９は本発明の光学指向特性測定装置５００の断面図である。
図１９において、受光装置５ｎは発光装置３の近傍でかつ発光装置３とほぼ同一面上に、受光装置５ｎの光軸Ｋ１およびＫ２が発光装置３の光軸Ｌと平行になる様に、測定ステージ６に設置されている。また２個の受光装置５ｎの各受光面５ｎａには、それぞれ１８０度広角の魚眼レンズ４ｎが備えられている。

次に図２０を用いて本発明の光学指向特性測定装置５００の動作を説明する。
図２０は本発明の光学指向特性測定装置５００の光線図である。図２０において、発光装置３からの各方位の光はスクリーン２０のスクリーン反射面２０ａで反射し、魚眼レンズ４ｎによって収束されて受光装置５ｎに入る。魚眼レンズ４ｎは１８０度広角の魚眼レンズであるから、広範囲の方位の光を捉えることが可能である。

［発明の効果詳細説明］
本発明の光学指向特性測定装置５００の効果は、受光装置５ｎは発光装置３の近傍でかつ発光装置３とほぼ同一面上に、設置角度に関する制約もなく配置可能であり、魚眼レンズ４ｎによってより広範囲の方位の光を受光する事が可能であるため、発光装置３の光学指向特性データＤ４の高精度測定性を維持しつつスクリーン２０の小型化さらには光学指向特性測定装置５００の小型化が可能となる。

［全体説明まとめ］
以上述べたように、本発明の光学指向特性測定装置によれば、発光装置３の光学指向特性データＤ４は短時間で測定されるので温度上昇による精度の低下もなく、さらに測定装置には何ら可動部分がないためメンテナンスも不要なローコストかつ高精度の光学指向特性測定装置を提供することが可能となる。なお、以上説明した実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば任意に変更することができることはいうまでもない。

本発明は、従来の方式及び新しい原理に基づく光源など、多くの種類の発光装置について光学指向特性の測定が可能である。また、光学指向特性だけでなく、一般的な光度は勿論、照度や全光束あるいは彩度など多彩な測定にも応用可能である。
また波長が短い電波の挙動は光のそれと同一であることから、極超短波のアンテナなどの特性解析や特性測定においても有用であると考えられる。

１、２００、３００，４００、５００ 光学指向特性測定装置
２ スクリーン
２０ スクリーン
２ａ スクリーン反射面
２０ａ スクリーン反射面
２０ｂ スクリーン支持部
３ 発光装置
３ａ 発光装置発光面
４ｎ 魚眼レンズ
５ｎ 受光装置
５１〜５４ 受光装置
５ｎａ 受光面
６ 測定ステージ
６ａ 載置台
８ 電源端子
８ａ スプリング電極
９ 支持台
１０、１００ データ処理手段
１０ａ 電源供給ケーブル
１０ｂ 信号ケーブル
１１ 基準光源
１３ 光ファイバ
１４ 分光器
１５ ＸＹスライド部
１５ａ ＸＹスライド方向
１６ 傾斜用モータ
１６ａ 傾斜モータ回転方向
１７ 可動台
１８ 回転用モータ
１８ａ 回転モータ回転方向
１９ 受光器
Ｌ 発光装置３の光軸
Ｋ１、Ｋ２ 受光装置５ｎの光軸
６ｎ 光分布データ算出部
７０ 発光特性算出部
７１ 発光特性データ記憶部
７１ａ 基準光源データ記憶部
７１ｂ 補正データ記憶部
７２ 光学指向特性算出部
７３ 光学指向特性表示部
７４ 電源制御部
Ｓｎ 受光信号出力
Ｄｎ 光分布データ
ｄ１ｘ （左）光分布データ
ｄ１ｙ （左）光分布データと直交する測定面の光分布データ
ｄ２ｘ （右）光分布データ
ｄ２ｙ （右）光分布データと直交する測定面の光分布データ
Ｄ３ 発光特性データ
ｄ３ｘ 発光特性データ
ｄ３ｙ 発光特性データｄ３ｘと直交する測定面の全体発光特性データ
Ｄ３ｋ 基準光源データ
Ｄ３ｂ 補正データ
Ｄ４ 光学指向特性データ
ｄｘ ある面に沿った光学指向特性
ｄｙ ある面と直角な面に沿った光学指向特性
Ｖ 発光装置駆動信号
Ｐ点 発光装置３の中心位置
Ｏ点 スクリーン２の中心

Claims (5)

1. 非測定物である発光装置３と、前記発光装置３からの光を反射する反射手段２と、前記反射手段２から反射される前記発光装置３からの光を検出する受光装置５ｎと、前記受光装置５ｎの受光信号出力Ｓｎに基づき前記発光装置３の発光特性を算出するデータ処理手段１０と、を有する発光特性測定装置１において、前記反射手段２は曲面または凹部状の反射面２ａを有するスクリーン２であり、前記発光装置３は前記スクリーン２の反射面２ａ側の略中心位置に配置されるとともに、前記発光装置３の近傍に複数の前記受光装置５ｎを配置し、前記データ処理手段１０は、前記複数の受光装置５ｎの受光信号出力Ｓｎに基づき前記発光装置３の発光特性である発光特性データＤ３を算出する発光特性算出部７０を有することを特徴とする光学指向特性測定装置。
2. 前記複数の受光装置５ｎは前記発光装置３の周囲に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学指向特性測定装置。
3. 前記複数の受光装置５ｎの各受光面５ｎａは前記発光装置３の発光面３ａに対し所定角度θ傾けられていることを特徴とする請求項２に記載の光学指向特性測定装置。
4. 前記複数の受光装置５ｎの各受光面５ｎａに魚眼レンズ４ｎを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の光学指向特性測定装置。
5. 前記受光装置５ｎはイメージセンサ装置であることを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載の光学指向特性測定装置。
   
   

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