JP2011033508A - 被測定物の特性計測装置、被測定物の特性計測方法、プログラムおよび発光体 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子を含む被測定物の放射輝度を測定し、被測定物の形状を考慮した演算処理により、被測定物から放射される光の放射強度分布と放射発散度分布をより正確に得ることができる被測定物の特性計測装置等を提供する。
【解決手段】予め定められた仮想的な球面に沿って移動し、ＬＥＤチップ２１から放射されイメージセンサに達する光の光量を測定するカメラ１２０と、ＬＥＤチップ２１の形状情報を取得し、カメラ１２０により測定されたイメージセンサに達する光の光量から放射強度分布を算出し、ＬＥＤチップ２１の形状情報および放射強度分布からＬＥＤチップ２１表面における光の放射発散度分布を算出する演算装置１６０と、を備えることを特徴とする被測定物の特性計測装置１００。
【選択図】図３

Description

本発明は、被測定物の特性計測装置、被測定物の特性計測方法、プログラム、発光体に関する。

近年、発光ダイオード(ＬＥＤ：Light Emitting Diode)等の固体発光素子を光源として用いた発光装置が種々実用化されてきている。このような発光装置は、照明装置や、液晶表示装置等における液晶パネルのバックライト等として広く利用されている。
この種の発光装置において、例えばＬＥＤチップの保護のためや、ＬＥＤチップから出射される光の光路を所望とする方向に屈折させるために、可視領域に対して透明な樹脂（以下、「封止樹脂」と呼ぶ）にて構成される封止部材によってＬＥＤチップを封止する場合がある。パッケージ型の発光体では、凹部に封止部材を注入することによってＬＥＤチップを封止している。

特許文献１では、配線基板に搭載される複数のＬＥＤチップ、各ＬＥＤチップを囲む反射体、反射体の内側に充填されてチップを覆いかつ表面が平坦になる透明でかつ絶縁体からなる樹脂体、を有し、反射体の内側の周面はＬＥＤチップから発光される光を反射して配線基板の第１の面の前方に導くような反射面になっている照明装置が提案されている。

また一般に、封止樹脂によりＬＥＤを封止する構造（パッケージ等）は、光の取り出し効率の観点から、その形状等の設計は重要である。そのためにはＬＥＤチップから放射される光の配光分布を詳しく知ることが望まれる。ところが、ＬＥＤチップを封止した発光体で、例えば照明設計を行なうときに、配光分布を測定するのに光が１点から放射するとして扱い、ＬＥＤチップの形状を考慮しない場合が一般的である。そのためＬＥＤチップ表面からの光の放射の具合を考慮していない。よって封止する構造の設計もＬＥＤチップの形状を考慮せずに行なうか、あるいは、光の放射の具合を数値計算により求めることで行なっている（例えば、非特許文献１、２参照）。

特開２００８−４１２９０号公報

比連崎文彦、外２名、「ＬＥＤ光源の照明設計に適用する計算方法の検討」、[online]、平成２０年９月４日、第２６回電気設備学会全国大会、[平成２１年７月２４日検索]、インターネット〈URL:http://www.cit.nihon-u.ac.jp/kenkyu/kouennkai/reference/No_40/2_dennki/2-007.pdf〉 岩崎電気株式会社、「ライティング講座 逐点法による照度計算 点光源による直射照度」、[online]、[平成２１年７月２４日検索]、インターネット〈URL: http://www.iwasaki.co.jp/kouza/211/index.html〉

本発明の目的は、発光素子を含む被測定物の放射輝度を測定し、被測定物の形状を考慮した演算処理により、被測定物から放射される光の放射強度分布と放射発散度分布をより正確に得ることができる被測定物の特性計測装置等を提供することである。

本発明の被測定物の特性計測装置は、被測定物から放射され測定面に達する光の光量を測定する光量測定部と、被測定物の形状情報を取得し、光量測定部により測定された測定面に達する光の光量から放射強度分布を算出し、形状情報および放射強度分布から被測定物表面における光の放射発散度分布を算出する演算部と、を備えることを特徴とする。

ここで、光量測定部は、予め定められた仮想的な球面に沿って予め定められた角度毎に移動することで光量を測定し、演算部は、角度毎に測定された光量から算出される放射強度に基づき放射強度分布を算出することが好ましく、光量測定部に入射する光を予め定められた領域に分割し、領域毎に光量を測定することが更に好ましい。
また演算部は、放射強度分布を体積積分することで測定面に達する光の光量から放射発散度分布を算出し、放射発散度分布より導出される位置座標情報、放射強度分布より導出される方向余弦情報および形状情報から被測定物表面における光の放射発散度分布を算出することが好ましい。
また更に、被測定物を載置する載置台を更に備え、演算部は、被測定物から放射され載置台に反射した光についても加えることで被測定物表面における光の放射発散度分布を算出することが好ましく、測定面に達する光は、被測定物を封止する封止部材を形成する材料と同程度の屈折率を有する充填液を通過したものであることが好ましい。

また本発明の被測定物の特性計測方法は、被測定物から放射され測定面に達する光の光量を測定し、被測定物の形状情報を取得し、測定された測定面に達する光の光量から放射強度分布を算出し、形状情報および放射強度分布から被測定物表面における光の放射発散度分布を算出することを特徴とする。

ここで、測定面に達する光の光量は、予め定められた仮想的な球面に沿って予め定められた角度毎に移動することで測定され、角度毎に測定された光量から算出される放射強度に基づき放射強度分布を算出することが好ましい。
また被測定物表面における光の放射発散度分布は、測定面に達する光の光量から求まる放射強度分布を体積積分することで測定面に達する光の光量から放射発散度分布を算出し、放射強度分布に含まれる方向余弦情報に基づき球面より光の進路を逆方向に辿り、被測定物の形状情報から光の被測定物表面における出射位置を特定し、測定面に達する光の光量から求まる放射発散度分布により、被測定物表面における予め定められた領域の放射発散度を特定することで算出することが好ましい。
また更に逆方向に辿った光が、被測定物を載置する載置台から出射すると特定されたときは、光は載置台により反射されたものとして扱うことで光の被測定物表面における出射位置を特定することが好ましく、測定面に達する光は、被測定物を封止する封止部材を形成する材料と同程度の屈折率を有する充填液を通過したものであることが好ましい。

また更に本発明のプログラムは、コンピュータに、被測定物から放射され測定面に達する光の光量を取得する機能と、被測定物の形状情報を取得する機能と、取得された測定面に達する光の光量から放射強度分布を算出する機能と、形状情報および測定面に達する光の光量より求まる放射強度分布から被測定物表面における光の放射発散度分布を算出する機能と、を実現することを特徴とする。

ここで測定面に達する光の光量は、予め定められた仮想的な球面に沿って予め定められた角度毎に移動することで測定され、角度毎に測定された光量から算出される放射強度に基づき放射強度分布を算出することが好ましく、測定面に達する光は、被測定物を封止する封止部材を形成する材料と同程度の屈折率を有する充填液を通過したものであることが好ましい。

また更に本発明の発光体は、発光素子と、発光素子が実装される基板と、発光素子を封止する封止部材と、を備え、封止部材は、発光素子の複数面における光の放射発散度分布に基づき形状が決定されることを特徴とする。

ここで、発光素子表面における光の放射発散度分布は、予め定められた球面に沿って移動することで、発光素子から放射され測定面に達する光の光量を測定し、発光素子の形状情報を取得し、測定された測定面に達する光の光量から放射強度分布を算出し、形状情報および放射強度分布から算出されることが好ましい。
また、測定面に達する光は、封止部材を形成する材料と同程度の屈折率を有する充填液を通過したものであることが好ましい。

本発明によれば、発光素子を含む被測定物の放射輝度を測定し、被測定物の形状を考慮した演算処理により、被測定物から放射される光の放射強度分布と放射発散度分布をより正確に得ることができる被測定物の特性計測装置等を提供できる。

本実施形態の発光体の全体構成の一例を示す図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態において用いられるＬＥＤチップの一例を説明した図である。 （ａ）〜（ｂ）は、被測定物の特性計測装置の一例について説明した図である。 カメラの構成例の一例を説明した図である。 載置部の第１の構成例を説明した図である。 載置部の第２の構成例を説明した図である。 演算装置の構成の一例を説明したブロック図である。 本実施の形態における光量を測定してＬＥＤチップ表面の光の放射発散度分布を演算する手順について説明したフローチャートである。 ＬＥＤチップから放射され、カメラのイメージセンサに達した光を２次元的に捉えた画像である。 カメラが光量を測定する際の動作を説明した図である。 ステップ１０５による放射発散度分布の演算で得られた結果を視覚的に示した図である。 ステムにより反射せずにイメージセンサに達する光と、ステムにより反射してイメージセンサに達する光について示した概念図である。 本実施の形態のＬＥＤチップの特性計測装置を使用して、本実施の形態のＬＥＤチップの特性計測方法により測定を行なった場合のＬＥＤチップ表面における光の放射発散度分布を視覚的に示した図である。

＜発光体の説明＞
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態の発光体１０の全体構成の一例を示す図である。
図１（ａ）に示すように、発光体１０は、複数（本実施形態では８個）の発光部１１と、発光部１１が取り付けられる基板１２、各発光部１１に電力を供給するコネクタ１３とを備えている。また、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ断面に対応する図１（ｂ）に示すように、発光部１１は、発光素子の一例としてのＬＥＤチップ２１と、ＬＥＤチップ２１から照射される光を反射するリフレクタ２２と、ＬＥＤチップ２１を封止する封止部材２３とを備えている。

基板１２には、発光部１１におけるＬＥＤチップ２１が実装される。基板１２には配線パターン（図示せず）が形成されており、各ＬＥＤチップ２１はボンディングワイヤ等により配線パターンと電気的に接続している。また、配線パターンは、コネクタ１３に接続している。コネクタ１３は、発光体１０が適用される照明装置等に電気的に接続され、照明装置本体から電力供給を受けるものである。そして、発光部１１における各ＬＥＤチップ２１は、コネクタ１３、配線パターンを介して電力供給を受けて各々発光する。

図１（ｂ）に示すように、リフレクタ２２は、ＬＥＤチップ２１の周囲を囲うように基板１２上に設けられる。そして、リフレクタ２２は、ＬＥＤチップ２１から照射された光のうち側方（例えば基板１２面に沿った方向）に進行する光を、基板１２とは反対側へと反射する部材である。本実施形態のリフレクタ２２には、例えば酸化チタン等の白色顔料が添加された白色樹脂を用いることができる。
封止部材２３は、ＬＥＤチップ２１を被覆する部材である。封止部材２３は、ＬＥＤチップ２１を被覆することで、ＬＥＤチップ２１を例えば湿気から保護する等の機能を有している。本実施形態の封止部材２３には、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の可視領域において透明な樹脂を用いることができる。

＜発光素子の説明＞
図２（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態において用いられるＬＥＤチップ２１の一例を説明した図である。ここで図２（ａ）は、ＬＥＤチップ２１の断面図である。また図２（ｂ）は、ＬＥＤチップ２１の上面図である。ここでは、例えば、発光ピーク波長が４６０ｎｍの青色発光のＬＥＤチップ２１について説明する。
図２（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ２１は、チップ基板３２と、チップ基板３２上に積層される中間層３４と、中間層３４上に積層される下地層３６とを備える。また、ＬＥＤチップ２１は、下地層３６上に積層されるｎ型半導体層３８と、ｎ型半導体層３８上に積層される発光層４０と、発光層４０上に積層されるｐ型半導体層４２とを備える。さらに、ＬＥＤチップ２１は、ｐ型半導体層４２上に積層され、発光層４０が発生する光を透過する透明電極４４を備える。そして、ＬＥＤチップ２１は、透明電極４４の上面４４ｃに積層され、ｐ型パッド電極となる第１ボンディングパッド電極５２を備える。さらにまた、ＬＥＤチップ２１は、ｐ型半導体層４２、発光層４０およびｎ型半導体層３８の一部を切り欠くことによって露出したｎ型半導体層３８の半導体層露出面３８ｃ上の一部に積層され、ｎ型パッド電極となる第２ボンディングパッド電極５４を備える。
さらに、ＬＥＤチップ２１は、第１ボンディングパッド電極５２および第２ボンディングパッド電極５４の表面の一部を除いて、ｎ型半導体層３８、発光層４０、ｐ型半導体層４２および透明電極４４を覆う保護層４６を備える。

第１ボンディングパッド電極５２を正極、第２ボンディングパッド電極５４を負極とし、ｐ型半導体層４２、発光層４０、およびｎ型半導体層３８に電流を流すことで、発光層４０が発光するようになっている。そして、発生した光は、ＬＥＤチップ２１の外部に取り出される。本発明においては、青色発光に限定されることなく、任意の波長を発光する公知なＬＥＤチップが使用できる。

＜被測定物の特性計測装置全体の説明＞
次に、被測定物の一例であり、発光素子の一例であるＬＥＤチップ２１表面における光の光量を測定し、放射発散度分布、放射強度分布を演算する装置について説明を行なう。なお、本発明においては被測定物はＬＥＤチップ２１であってもよく、ＬＥＤチップ２１を搭載したパッケージ（ランプ又は発光装置）であってもよい。
図３（ａ）〜（ｂ）は、ＬＥＤチップ２１表面における光の光量を測定し、放射発散度分布、放射強度分布を演算する特性計測装置１００の一例について説明した図である。ここで図３（ａ）は、特性計測装置１００の正面図である。また、図３（ｂ）は、特性計測装置１００の側面図である。
図３に示したＬＥＤチップ２１の特性計測装置１００は、ＬＥＤチップ２１から放射される光を撮像し、ＬＥＤチップ２１の光量放射輝度を測定する光量測定部の一例としてのカメラ１２０と、ＬＥＤチップ２１を測定のため載置する載置部１４０と、カメラ１２０により測定されたＬＥＤチップ２１の光量データを取得し、光量データからＬＥＤチップ２１表面における光の強弱を表す放射発散度分布と空間への放射具合を表す放射強度分布を算出する演算部の一例としての演算装置１６０とから主要部が構成されている。また、カメラ１２０を取り付け、回転軸Ｂを中心にして回転させるための架台１０２と、載置部１４０を回転軸Ａを中心にして回転させるためのステージ１０４と、架台１０２およびステージ１０４を固定するベース１０６とを更に備える。

カメラ１２０は、架台１０２の回転により予め定められた円に沿ってＬＥＤチップ２１を撮像することができる。本実施の形態では、回転軸Ａを中心としてこの位置にカメラ１２０が位置したときに０°とした場合、−１２０°〜１４３°の範囲でカメラ１２０を回転させることができる。またステージ１０４は、回転軸Ａを中心にして３６０°回転することができるため、ＬＥＤチップ２１を載置する載置部１４０もそれに応じて回転させることができる構成となっている。即ち、架台１０２を回転軸Ｂを中心にして回転させ、ステージ１０４を回転軸Ａを中心にして回転させることにより、カメラ１２０は、予め定められた仮想的な球面に沿って移動する。

＜カメラの説明＞
ここで、カメラ１２０について更に詳しく説明を行なう。
図４は、カメラ１２０の構成例の一例を説明した図である。
図４に示したカメラ１２０は、ＬＥＤチップ２１から放射された光を収束する光学系１２２と、光学系１２２により収束された光を検出する撮像手段であり、測定面の一例としてのイメージセンサ１２４とを備える。

光学系１２２は、単一のレンズまたは複数のレンズを組み合わせて構成される。レンズの組み合わせおよびレンズ表面に施されたコーティング等により、各種の不要な収差は適切に除去されている。
本実施の形態において、カメラ１２０により撮像するＬＥＤチップ２１は、チップサイズでは、例えば上面が５００μｍ×２４０μｍで、厚さが８０μｍ程度の大きさである。また前述の通り、カメラ１２０を架台１０２とステージ１０４を回転させながら移動してＬＥＤチップ２１を撮像する場合、ＬＥＤチップ２１の最大辺長より少し大きな領域を撮像できることが好ましく、さらにはＬＥＤチップ２１側面より出てステム１４２（図５参照）に反射する光を含む領域とするのがより好ましい。よってそのために、光学系１２２は、例えば×５〜×２０程度の拡大レンズとすることが好ましい。

イメージセンサ１２４は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を所定の平面上に配列して構成される。このイメージセンサ１２４の表面がカメラ１２０の撮像面となり、ＬＥＤチップ２１から放射され、カメラ１２０に到達した光を２次元的に捉えることができる。
またイメージセンサ１２４がＬＥＤチップ２１から受光する光の量を調整し、測定レンジを超えないようにするために、光学系１２２の前面にフィルタを設置してもよい。更にカメラ１２０の周囲には、外部からの光を遮断してＬＥＤチップ２１からの光を撮像するために、図示しない遮蔽囲い、暗幕等を設置することが好ましい。

前述の通り、カメラ１２０は、予め定められた仮想的な球面に沿って移動する。これによりカメラ１２０に対し、ＬＥＤチップ２１から放射され、撮像面でもあり測定面でもあるイメージセンサ１２４に達する光の光量を測定する動作を行なわせることが可能となる。

＜載置部の説明＞
次に載置部１４０について更に詳しく説明を行なう。
図５は、載置部１４０の第１の構成例を説明した図である。
図５に示した載置部１４０は、ＬＥＤチップ２１を直接載置する載置台の一例としてのステム１４２と、ステム１４２を介してＬＥＤチップ２１に備えられた第１ボンディングパッド電極５２（図２参照）および第２ボンディングパッド電極５４（図２参照）と接続する電極線１４４と、電極線１４４を差し込むことでステム１４２を固定するソケット１４６と、ソケット１４６を介して電極線１４４と接触することで電力を供給する給電部材１４８とからなる。

ここで、ソケット１４６の頂部には、電極線１４４を差込むことができる孔部１４６ａが形成されている。また給電部材１４８にはネジ切りが施されておりネジ切り部１４８ａを形成している。そしてソケット１４６の側面部に給電部材１４８のネジ切り部１４８ａに対応したネジ切り部１４６ｂを施すことで給電部材１４８をソケット１４６に挿入することができる。またソケット１４６に施されたネジ切り部１４６ｂは、孔部１４６ａと内部で接続されている。そのため電極線１４４と給電部材１４８とは、ソケット１４６の内部で互いに接触することができる。また、ソケット１４６の底部にはネジ切り部１４６ｃが施されておりステージ１０４に作成されたネジ部１０４ａと結合することができる。これによりソケット１４６は、ステージ１０４に固定される。

そしてこのような構成の載置部１４０の給電部材１４８と図示しない電源とをクリップ等を利用して接続することができる。上述の通り給電部材１４８は、電極線１４４と接触する。更に電極線１４４は、ＬＥＤチップ２１の第１ボンディングパッド電極５２および第２ボンディングパッド電極５４と接続する、よって給電部材１４８に電力を供給することによりＬＥＤチップ２１を発光させることができる。

なお、載置部１４０の構成はこれに限られるものではない。
図６は、載置部１４０の第２の構成例を説明した図である。
図６に示した載置部１４０は、図４に示したものに対し、ガラスボール１５０を更に備えている。このガラスボール１５０は、底面が平坦にカットされており、さらにこの平坦部の中心に円筒状の空洞部１５２が形成されている。
この空洞部１５２は、ステム１４２および電極線１４４を収用できる大きさで形成されている。そして封止部材２３（図１参照）を形成する材料と同程度の屈折率を有する充填液が空洞部１５２に充填される。これにより、ＬＥＤチップ２１から放射された光は、空洞部１５２に充填された充填液を通して出射することになる。つまり封止部材２３を通してＬＥＤチップ２１からの光が出射する発光体１０（図１参照）と類似の構成をガラスボール１５０および充填液を使用することにより実現させることができる。即ち、より実際の発光体１０に近い構成で、測定を行なうことが可能となる。なおこの充填液は、所謂屈折率マッチング液として捉えることができる。

＜演算装置の説明＞
次に演算装置１６０について更に詳しく説明を行なう。
図７は、演算装置１６０の構成を説明したブロック図の一例である。
図７に示した演算装置１６０は、カメラ１２０（図３参照）に組み込まれたイメージセンサ１２４に達する光の光量（光量データ）を取得し、この光量データから求まる放射強度分布を算出する放射強度分布算出部１６２と、放射強度分布算出部１６２により算出された上記イメージセンサ１２４に達する光の光量より求まる放射強度分布を体積積分することでこのイメージセンサ１２４に達する光の光量より求まる放射発散度分布を算出する第１の放射発散度分布算出部１６４と、ＬＥＤチップ２１の形状情報を記憶する形状情報記憶部１６６と、位置座標情報、方向余弦情報、および形状情報記憶部１６６から取得したＬＥＤチップ２１の形状情報からＬＥＤチップ２１表面における光の放射発散度分布を算出する第２の放射発散度分布算出部１６８とを備える。

詳しくは後述するが、このような構成の演算装置１６０により、予め定められた仮想的な球面に沿って移動することで測定されＬＥＤチップ２１から放射されてイメージセンサ１２４に達する光の光量を取得し、ＬＥＤチップ２１の形状情報を取得し、測定されたイメージセンサ１２４に達する光の光量から放射強度分布を算出し、ＬＥＤチップ２１の形状情報およびイメージセンサ１２４に達する光の光量より求まる放射強度分布からＬＥＤチップ２１の表面における光の放射発散度分布を算出する機能を実現することができる。
なお、これらの機能は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することにより実現される。即ち、演算装置１６０は、例えばパーソナルコンピュータ等であり、パーソナルコンピュータ等内部の図示しないＣＰＵが、放射強度分布算出部１６２、第１の放射発散度分布算出部１６４、形状情報記憶部１６６、第２の放射発散度分布算出部１６８の各機能を実現するプログラムを、例えばハードディスク等の外部記憶装置からメインメモリに読み込んで、演算装置１６０内においてこれらの各機能を実現する。

＜被測定物の特性計測方法の説明＞
次に、図３に示したＬＥＤチップ２１の特性計測装置１００を使用して、ＬＥＤチップ２１の特性を計測する方法について説明を行なう。

ここで図８は、本実施の形態におけるＬＥＤチップ２１表面の光の放射発散度分布を測定する手順の一例について説明したフローチャートである。
以下、図３、図７、および図８を使用して、ＬＥＤチップ２１表面における光の放射発散度分布を算出する方法について順に説明する。

まずＬＥＤチップ２１が載置されたステム１４２を図示しない積分球の中に入れる。そしてＬＥＤチップ２１を駆動させ、放射される光の総出力を測定する（ステップ１０１）。

次に図３で説明した特性計測装置１００のソケット１４６（図５参照）にＬＥＤチップ２１を実装したステム１４２を載置する。そして、ＬＥＤチップ２１を仮想的な球面の中心に合わせる原点調整や、カメラ１２０の焦点を合わせる焦点合わせを行なう。

そしてカメラ１２０によりＬＥＤチップ２１から放射される光の画像を撮像していく（ステップ１０２）。これはＬＥＤチップ２１から放射され、カメラ１２０のイメージセンサ１２４に達した光を２次元的に捉えたもので、図９に示したような画像としてデータ化される。そしてこの際に図３で説明したように、架台１０２を回転軸Ｂを中心にして回転させ、ステージ１０４を回転軸Ａを中心にして回転させることにより、カメラ１２０に対し、予め定められた仮想的な球面に沿って移動させる。これによりカメラ１２０は、ＬＥＤチップ２１から放射され、イメージセンサ１２４に達する光の光量を測定する動作を行なう。より具体的には、カメラ１２０を、予め定められた角度毎に移動することで光量を測定する。本実施の形態では、仮想的な球面と回転軸Ａとが交差する位置を極とした場合に緯度方向、経度方向に対し５°毎に区切り、この角度増分毎に撮像を行なう。これは回転軸Ａを５°毎に回転させ、また回転軸Ｂを同様に５°毎に回転させることで実現できる。なお、ＬＥＤチップ２１が設置されている平面より下側の部分は測定する必要がないため実際には回転軸Ｂに対するカメラ１２０の回転は、回転軸Ａの位置を０°とした場合に−９０°〜９０°の範囲で移動させる。

カメラ１２０により撮像されたＬＥＤチップ２１の画像の情報は、イメージセンサ１２４上の位置およびその位置における光量データとして、演算装置１６０に送信される。本実施の形態では、カメラ１２０は、図１０に示した仮想的な球面１３０に沿って移動しつつ、入射する光を予め定められた領域に分割し、この領域毎に光量を測定する。本実施の形態では、イメージセンサ１２４の各画素毎に光量の測定を行なう。この光量の単位は、例えば〔Ｗ／（ｓｒ・ｍ^２）〕である。

これらの情報を取得した演算装置１６０内の放射強度分布算出部１６２は、まずイメージセンサ１２４における各領域毎の放射強度を算出する（ステップ１０３）。この放射強度の単位は、例えば〔Ｗ／ｓｒ〕である。これは光量データに各画素が占める被測定物の見掛けの面積を掛ける計算を行なうことで求めることができる。
そして、放射強度分布算出部１６２は、これをカメラ１２０により撮像された全ての画像に対し行なうことで、この画像毎にイメージセンサ１２４における分割された各領域の放射強度を求める。これにより求められた放射強度の分布は、仮想的な球面１３０に沿って移動するイメージセンサ１２４に達する光の放射強度分布である（ステップ１０４）。

次に演算装置１６０内の第１の放射発散度分布算出部１６４は、ステップ１０４で求めた放射強度分布を体積積分する。そして予め定められた領域に分割し、体積積分値をこの領域の面積で割る計算を行なうことで、この各領域毎にイメージセンサ１２４に達する光の光量から放射発散度を求めることができる。この放射発散度の単位は、例えば〔Ｗ／ｍ^２〕である。このようにして求められた放射発散度の分布は、本実施の形態では、放射発散度分布と呼ぶ（ステップ１０５）。

図１１は、ステップ１０５による放射発散度分布より導出される位置座標情報の演算で得られた結果を視覚的に示した図である。
なおここでは、図２に示した直方体形状のＬＥＤチップ２１を駆動させ発光を行なっている。このステップ１０５を終了した時点では、ＬＥＤチップ２１の形状が未考慮なため、図１１に示したようにイメージセンサ１２４に捉えられたＬＥＤチップ２１の像は、ガス状の光の集まりである。この画像から明らかなように、ＬＥＤチップ２１の輪郭は定かではない。この原因の一例としては、ＬＥＤチップ２１が載置されているステム１４２（図５参照）によってＬＥＤチップ２１から放射された光が反射し、それがカメラ１２０のイメージセンサ１２４に捉えられることが挙げられる。よって、この画像のみでは、例えばＬＥＤチップ２１の各面における光の放射発散度分布を判断するのは困難である。

そのため従来の測定方法では、光源を非常に遠い所に置いて光源の形状を無視するような扱いをしている。即ち、配光分布を測定するのに光が１点から放射するとして扱い、ＬＥＤチップの形状を考慮しない。これは、一般に「Far Field測定」と呼ばれる。このFar Field測定は、ＬＥＤチップより、どのように光が放射されるかを知る方法としてよく使われる方法ではある。しかしながら封止部材２３（図１参照）の封止構造の設計を行う際、その形状はＬＥＤチップ２１の最長辺の３倍〜５倍程度の構造であることが多く、ＬＥＤチップ２１を点とみなす発光分布を使用する設計では、ＬＥＤチップ２１の各面からの放射の強弱を十分考慮することができない。そのため好適な封止構造の設計が困難となる。
そこで本実施の形態では、ＬＥＤチップ２１の形状を考慮し、ＬＥＤチップ２１表面における光の放射発散度分布を算出する。そのため発光素子から放射される光の配光分布をより詳しく調べることができるため封止構造の設計をより好適に行なうことが可能となる。

そこで、次に演算装置１６０内の第２の放射発散度分布算出部１６８は、形状情報記憶部１６６からＬＥＤチップ２１の形状情報を取得する（ステップ１０６）。この形状情報は、具体的には、球面１３０の中心を原点とした場合に、直方体形状のＬＥＤチップ２１の各面が占める位置の情報である。

そして、第２の放射発散度分布算出部１６８は、ステップ１０５で算出された放射発散度分布により導出される位置座標情報、ステップ１０４で算出された放射強度分布より導出される方向余弦情報、ステップ１０６により取得されたＬＥＤチップ２１の形状情報からＬＥＤチップ２１表面における光の放射発散度分布を算出する（ステップ１０７）。

より具体的には、次の手順でステップ１０７の処理を行なうことができる。
（１）まずステップ１０５で算出された放射発散度分布に対応した確率分布、すなわち光の発生起源となる位置座標情報とステップ１０４で算出された放射強度分布に対応した確率分布、すなわち光の進む方向となる方向余弦情報を持ち、イメージセンサ１２４が測定時に描く仮想的な球面に達する多数の仮想的な光の粒子を発生させる。ここで放射発散度分布に対応した確率分布で光を発生させるとは、例えば乱数を使用し、放射発散度が大きい領域は、多くの光の粒子を発生させ、放射発散度が小さい領域は、少なく光の粒子を発生させることを意味する。同様に放射強度分布に対応した確率分布で光を発生させるとは、例えば乱数を使用し、放射強度が大きい領域は、多くの光の粒子を発生させ、放射強度が小さい領域は、少なく光の粒子を発生させることを意味する。
（２）そして、発生させた仮想的な光の方向余弦の符号を逆転させる。
（３）方向余弦の符号を逆転させた仮想的な光粒子をその方向余弦の向きに進行させる計算を行う。即ち、これはイメージセンサ１２４が測定時に描く仮想的な球面に達する多数の仮想的な光の粒子を逆に辿ることを意味する。
（４）ステップ１０６により取得されたＬＥＤチップ２１の形状情報からＬＥＤチップ２１の各表面と逆に辿った光が交差したとき、この光はその面から放射したものと判断する。またこのＬＥＤチップ２１の各表面も予め定められた領域に分割されており、どの領域から放射されたものであるかを交差座標により記憶する。なおこの際に図６で説明した載置部１４０を使用する場合は、充填液の屈折率や光の吸収率等も考慮する。
（５）仮想的な光は、予め定められた本数発生する。そして、その結果、ＬＥＤチップ２１の各面の各領域について何本の光が放射したかがわかる。なおこの分割された各領域内では光は均一に発生したものとみなす。
（６）ＬＥＤチップ２１の各面の各領域について発生した仮想的な光の本数とステップ１０１で測定した放射される光の総出力とを対応付け、ＬＥＤチップ２１の各面の各領域から放射される光の発散度分布を算出する。

以上のようにして、ＬＥＤチップ２１表面における光の放射発散度分布を算出することができる。
なお、ここで前述したようにＬＥＤチップ２１が載置されているステム１４２（図５参照）によってＬＥＤチップ２１から放射された光が反射し、それがカメラ１２０のイメージセンサ１２４に捉えられることがある。
本実施の形態によるＬＥＤチップ２１の特性計測方法によれば、このような光も加えて考慮して、ＬＥＤチップ２１表面における光の放射発散度分布を算出することができる。
即ち、逆方向に辿った光が、ＬＥＤチップ２１を載置するステム１４２から出射すると特定されたときは、この光はステム１４２により反射されたものとして扱うことで光のＬＥＤチップ２１表面における出射位置を特定することができる。なおこの際にステム１４２の反射率を考慮し、その反射率に応じて反射前の光の光量を増加させることで、より正確にＬＥＤチップ２１の各面の各領域から放射される光の発散度分布を算出することができる。なおこの際には、ステム１４２の形状情報も必要であるため形状情報記憶部１６６（図７参照）にこの情報も記憶させておく。

図１２は、ステム１４２により反射せずにイメージセンサ１２４に達する光と、ステム１４２により反射してイメージセンサ１２４に到達する光について示した概念図である。
図１２において、光Ｌ１は、ステム１４２により反射せずにイメージセンサ１２４に達する場合を意味する。また光Ｌ２は、ステム１４２により反射してイメージセンサ１２４に達する光を意味する。図１２に示したように何れの場合もイメージセンサ１２４に達する際の方向余弦がわかれば、その光のＬＥＤチップ２１表面における出射位置を特定することができる。

図１３は、図３で詳述した本実施の形態のＬＥＤチップ２１の特性計測装置１００を使用して、本実施の形態のＬＥＤチップ２１の特性計測方法により測定を行なった場合のＬＥＤチップ２１表面における光の放射発散度分布を視覚的に示した図である。ここで、ＬＥＤチップ２１の各面において色が薄い箇所は光の放射強度が大きく、色が濃い箇所は光の放射強度が小さいことを意味する。
図１３によれば、ＬＥＤチップ２１の各面における光の放射発散度分布が算出できていることがわかる。例えば、第１ボンディングパッド電極５２および第２ボンディングパッド電極５４（図２参照）の部分は光が放射しないが、図１３ではその通りになっていることがわかる。また図１１の場合と比較すると、ＬＥＤチップ２１の輪郭がはっきりとわかる。

１０…発光体、１２…基板、２１…ＬＥＤチップ、２３…封止部材、１００…特性計測装置、１２０…カメラ、１２４…イメージセンサ、１３０…球面、１４２…ステム、１６０…演算装置

Claims (17)

1. 被測定物から放射され測定面に達する光の光量を測定する光量測定部と、
   前記被測定物の形状情報を取得し、前記光量測定部により測定された前記測定面に達する光の光量から放射強度分布を算出し、当該形状情報および当該放射強度分布から当該被測定物表面における光の放射発散度分布を算出する演算部と、
   を備えることを特徴とする被測定物の特性計測装置。
2. 前記光量測定部は、予め定められた仮想的な球面に沿って予め定められた角度毎に移動することで前記光量を測定し、
   前記演算部は、前記角度毎に測定された前記光量から算出される放射強度に基づき前記放射強度分布を算出することを特徴とする請求項１に記載の被測定物の特性計測装置。
3. 前記光量測定部は、当該光量測定部に入射する光を予め定められた領域に分割し、当該領域毎に光量を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の被測定物の特性計測装置。
4. 前記演算部は、前記放射強度分布を体積積分することで前記測定面に達する光の光量から放射発散度分布を算出し、当該放射発散度分布より導出される位置座標情報、当該放射強度分布より導出される方向余弦情報および前記形状情報から前記被測定物表面における光の放射発散度分布を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の被測定物の特性計測装置。
5. 前記被測定物を載置する載置台を更に備え、
   前記演算部は、前記被測定物から放射され前記載置台に反射した光についても加えることで前記被測定物表面における光の放射発散度分布を算出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の被測定物の特性計測装置。
6. 前記測定面に達する光は、前記被測定物を封止する封止部材を形成する材料と同程度の屈折率を有する充填液を通過したものであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の被測定物の特性計測装置。
7. 被測定物から放射され測定面に達する光の光量を測定し、
   前記被測定物の形状情報を取得し、
   測定された前記測定面に達する光の光量から放射強度分布を算出し、
   前記形状情報および前記放射強度分布から前記被測定物表面における光の放射発散度分布を算出することを特徴とする被測定物の特性計測方法。
8. 測定面に達する光の光量は、予め定められた仮想的な球面に沿って予め定められた角度毎に移動することで測定され、
   前記角度毎に測定された前記光量から算出される放射強度に基づき前記放射強度分布を算出することを特徴とする請求項７に記載の被測定物の特性計測方法。
9. 前記被測定物表面における光の放射発散度分布は、
   前記測定面に達する光の光量から求まる放射強度分布を体積積分することで当該測定面に達する光の光量から放射発散度分布を算出し、
   前記放射強度分布に含まれる方向余弦情報に基づき前記球面より前記光の進路を逆方向に辿り、前記被測定物の形状情報から当該光の当該被測定物表面における出射位置を特定し、
   前記測定面に達する光の光量から求まる放射発散度分布により、前記被測定物表面における予め定められた領域の放射発散度を特定することで算出することを特徴とする請求項７または８に記載の被測定物の特性計測方法。
10. 逆方向に辿った前記光が、前記被測定物を載置する載置台から出射すると特定されたときは、当該光は当該載置台により反射されたものとして扱うことで当該光の前記被測定物表面における出射位置を特定することを特徴とする請求項７乃至９の何れか１項に記載の被測定物の特性計測方法。
11. 前記測定面に達する光は、前記被測定物を封止する封止部材を形成する材料と同程度の屈折率を有する充填液を通過したものであることを特徴とする請求項７乃至１０の何れか１項に記載の被測定物の特性計測方法。
12. コンピュータに、
    被測定物から放射され測定面に達する光の光量を取得する機能と、
    前記被測定物の形状情報を取得する機能と、
    取得された前記測定面に達する光の光量から放射強度分布を算出する機能と、
    前記形状情報および前記測定面に達する光の光量から求まる放射強度分布から前記被測定物表面における光の放射発散度分布を算出する機能と、
    を実現するためのプログラム。
13. 測定面に達する光の光量は、予め定められた仮想的な球面に沿って予め定められた角度毎に移動することで測定され、
    前記角度毎に測定された前記光量から算出される放射強度に基づき前記放射強度分布を算出することを特徴とする請求項１２に記載のプログラム。
14. 前記測定面に達する光は、前記被測定物を封止する封止部材を形成する材料と同程度の屈折率を有する充填液を通過したものであることを特徴とする請求項１２または１３に記載のプログラム。
15. 発光素子と、
    前記発光素子が実装される基板と、
    前記発光素子を封止する封止部材と、を備え、
    前記封止部材は、前記発光素子の複数面における光の放射発散度分布に基づき形状が決定されることを特徴とする発光体。
16. 前記発光素子表面における光の放射発散度分布は、
    予め定められた球面に沿って移動することで、前記発光素子から放射され測定面に達する光の光量を測定し、
    前記発光素子の形状情報を取得し、
    測定された前記測定面に達する光の光量から放射強度分布を算出し、
    前記形状情報および前記放射強度分布から算出されることを特徴とする請求項１５に記載の発光体。
17. 前記測定面に達する光は、前記封止部材を形成する材料と同程度の屈折率を有する充填液を通過したものであることを特徴とする請求項１５または１６に記載の発光体。

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