JP2012159457A - 積分球装置及び光測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産ラインの環境の影響を受けることなく、また、装置を複雑な構成にすることなく、ワーク（発光装置）から照射された光の測定を行うことができる積分球装置及び光測定方法を提供すること。
【解決手段】積分球装置１は、光を反射する球内面を有する球面拡散反射体２と、発光装置Ｗからの光を入射するように前記球面拡散反射体の光入射口１０に設けた拡散板と、この拡散板から入射した前記発光装置Ｗの光が前記球面拡散反射体の球面内に設けた光検出位置５に直接入射しないように当該球面拡散反射体内に設置した遮光板４と、を備え、前記拡散板は、前記光入射口から前記球面拡散反射体内に向かって凸状となる半球面形状に形成された半球面形状拡散板３である構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置の光束等を測定する積分球装置及びその積分球装置を使用して発光装置の光を測定する光測定方法に関する。

一般に、ＬＥＤに代表される発光装置等の発光するワークに対して、その光束等を測定する測定装置である積分球装置が知られている。この積分球装置は、生産ラインで使用される場合、ワークを連続的に測定する必要があるので、搬送されて来るワークに対して、光の取込口が開口されているように形成されている。そのため、積分球装置では、取込口から塵埃、湿度が入り込んでしまい、生産ラインでの環境の影響を受けてしまい、測定状態が大きく左右されていた。

そこで従来、生産ラインの環境に影響を受けないような積分球装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この積分球装置は、球面拡散反射体と、この球面拡散反射体内に光を取り込む光入射口に設けた平坦な拡散板等を備え、測定位置に搬送されたワークに電極を導通して光を照射させ、拡散板を介して取込まれた光を球面拡散反射体で拡散させ光検出位置でその拡散した光を測定するようにしていた。

特開２００３−１７７０６１号公報

しかし、従来の積分球装置では、以下に示すような問題点が存在していた。
従来の積分球装置は、単に平坦な拡散板により光の取込口を密閉した場合には、ワークから広角で照射されて広がる光束のうち、拡散板により反射される光が多くなり、球面拡散反射体内に取込まれる光が少なくなってしまう。

また、光を照射するワークは、配光特性、発光素子の位置方向、又は、近年の高輝度化に伴い発光素子を多数使用する場合があるので、発光点の位置が複雑化して、光束等の測定に大きく影響する場合がある。しかし、平坦な拡散板の積分球装置の構成では、測定するワークの特性ごとに球面拡散反射体に設けるバッフル（遮光板）の設計変更、ワークの整列方向の向きの変更等、装置を複雑に構成しなければ、対応することができなかった。

本発明は、前記した問題を解決するために創案されたものであり、生産ラインの環境の影響を受けることなく、また、装置を複雑な構成にすることなく、ワーク（発光装置）から照射された光の測定を行うことができる積分球装置及び光測定方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る積分球装置は、発光装置の光の測定を行う積分球装置において、光を反射する球内面を有する球面拡散反射体と、前記発光装置からの光を入射するように前記球面拡散反射体の光入射口に設けた拡散板と、この拡散板から入射した前記発光装置の光が前記球面拡散反射体の球面内に設けた光検出位置に直接入射しないように当該球面拡散反射体内に設置した遮光板と、を備え、前記拡散板は、前記光入射口から前記球面拡散反射体内に向かって凸状となる半球面形状に形成された半球面形状拡散板である構成とした。

かかる構成により、積分球装置は、生産ラインに設置されたときに、球面拡散反射体の光入射口に半球面形状拡散板が設けられていることで、外部の塵埃あるいは湿度が浸入することがなく外部からの影響を受けない状態を維持できる。そして、積分球装置は、発光装置から光が照射されると、球面拡散反射体の光入射口に設けた半球面形状拡散板に発光素子から照射された光が、ほぼ均等な距離及び入射角度で到達するので、半球面形状拡散板により光が反射されることがほとんどなく球面拡散反射体内に取込まれて送られる。そして、積分球装置は、取込んだ光を球面拡散反射体面で拡散して光検出位置で測定する。また、球面拡散反射体内に取込んだ光は、取込まれた角度によっては光検出位置に直接送られる場合もあるため、遮光板の反射により遮光して球面拡散反射体面内に光を拡散させる。

また、積分球装置において、前記半球面形状拡散板は、複数の発光素子を有する前記発光装置の端部に設置された前記発光素子の垂直照射光から８０度の角度の照射光を入射できる範囲に形成されている構成とすることや、あるいは、前記半球面形状拡散板は、前記発光装置の垂直照射光から６０度の角度の照射光を入射できる範囲に形成されている構成としてもよい。

かかる構成により、積分球装置は、発光装置の発光素子から照射する光に対して、半球面形状拡散板がその光を取込むことができる範囲で形成されているので、平板の拡散板と比較して反射される光が少なく球面拡散反射体内に取込むことができる光（光束）の量が多い。

さらに、本発明に係る光測定方法は、発光装置の光を積分球装置に取込み測定する光測定方法であって、前記発光装置を前記積分球装置の測定位置に配置する工程と、測定位置に配置した発光装置から光を照射する工程と、前記発光装置から照射した光を、球面拡散反射体内に向かって凸状となる半球面形状に形成した半球形状拡散板を介して球面拡散反射体内に取り込む工程と、球面拡散反射体内に取り込んだ光を拡散させて反射させ当該球面拡散反射体内の光検出位置で測定する工程と、を含むこととした。

かかる手順により、光測定方法は、測定する発光装置が測定位置に配置されると、例えば、電極等が発光装置に当接して光を照射させる。さらに、光測定方法では、発光装置から光が照射されると半球面形状拡散板を介して球面拡散反射体内に光が取込まれる。そして、球面拡散反射体内に取込まれた光は、その球内面で拡散されて反射されることで積分され発光装置の光の広がりや入射角度に依存することがなくなり、発光装置の強度に比例した均一な強度分布となり光検出位置で測定される。

本発明に係る積分球装置及び光測定方法では、以下に示す優れた効果を奏するものである。
積分球装置は、発光装置から照射された光を、半球面形状拡散板を介して球面拡散反射体内に取込んでいるため、平面の拡散板と比較して多くの光が反射されずに取込むことが可能となり、測定位置の発光装置の向き等にかかわらず、光束等の測定を正確に行うことができる。

積分球装置は、発光装置の発光素子が複数あっても照射される光のほとんどを半球面形状拡散板から球面拡散反射体内に取込むことができるので、構成を複雑にすることなく適切な発光装置の光束等の測定を発光装置の向きにかかわらず、正確に行うことが可能となる。

光測定方法では、測定位置に配置した発光装置からの光を、半球面形状拡散板を介して球面拡散反射体内に取込み、取込んだ光を球面拡散反射体内で拡散させて光検出位置に送り測定するので、迅速で正確な発光装置の光束等の測定が可能となる。

本発明に係る積分球装置を分類システムに設置した状態を模式的に示す分類システムの全体構成図である。 本発明に係る積分球装置の半球面形状拡散板の構成を発光装置の光照射角度との関係で示す断面図である。 本発明に係る光測定方法の手順を示すフロー図である。

以下、本発明に係る積分球装置について図面を参照して説明する。
なお、積分球装置は、ここでは、分類システムの測定装置に設置した状態について説明する。
図１に示すように、分類システムＡは、図示しない整列装置、ワーク切出機構や、測定装置１Ａの搬送チャック１１、電極機構１２や、測定装置１Ａに隣接して配置した分類装置２Ａを備えており、発光装置であるワークＷの照射する光の光束や色調を経路に沿って間欠搬送しながら測定装置１Ａで測定して、その測定結果によりワークを、測定装置１Ａの隣接位置に配置した分類装置２Ａにより分類するものである。なお、分類システムＡの測定装置１Ａでは、ワークＷの配光特性等の他の光特性についても、他の測定機構（図示せず）を介して測定することができるように構成されているが、ここでは、積分球装置１で測定する構成について説明し、その他の測定機構の説明は省略する。また、分類装置２Ａは、測定装置１Ａの搬送チャック１１から光特性を測定したワークを受取り、予め設定された分類区分となるように、ワークＷを周回経路に沿って搬送して分類するものであり、その周回経路が水平方向あるいは垂直方法であっても構わない。

分類システムＡは、測定装置１Ａにおいて、図示しない整列装置で整列させワーク切出機構で一つずつに分けたワークＷを搬送チャック１１で把持し、積分球装置１の測定位置に搬送する。搬送チャック１１は、測定位置でのワークＷの光照射を阻害しないように把持して搬送経路に沿って移動する搬送手段であれば、ワークＷの側面を左右あるいは前後から把持するものや、ワークＷを載置あるいは吸着して搬送するもの等、その構成が限定されるものではない。

また、ワークＷは、例えばＬＥＤである発光装置であり、下面、側面等に電極を形成し、その上面、側面等に発光素子を一つ、あるいは、複数備えており、光を照射するものでその光の特性を測定する必要があるものであれば、その形状、大きさ等が限定されるものではない。

搬送チャック１１で搬送位置に搬送されたワークＷは、測定位置に待機している電極機構１２の電極部（プローブ）１２ａが上昇することで当接して導通されて光照射する。電極機構１２は、図示しないセンサにより測定するワークＷが搬送チャック１１により測定位置に到来したことを検出すると、駆動機構（図示せず）を駆動させて電極部１２ａを上昇させ、所定時間が経過（測定が終了）すると駆動機構により降下させるように構成されている。

測定位置には、積分球装置１が設置されている。この積分球装置１は、光取込口１０を測定位置に対向させて設置され、球面拡散反射体２と、この球面拡散反射体２の光取込口１０に設けた半球面形状拡散板３と、球面拡散反射体２内に設けた遮蔽板４と、球面拡散反射体２内に形成した光検出位置５とを備えており、光検出位置５に着脱自在に設けた測定装置６により光束等を測定するように構成されている。

半球面形状拡散板３は、光を透過して球面拡散反射体２内に取込むことができる素材で形成され、半球面形状に形成されてその凸面を球面拡散反射体２内に臨むように光取込口１０に設けられている。この半球面形状拡散板３は、その周端部３ｂが球面拡散反射体２の光取込口１０を密閉するように設置され、球面拡散反射体２内に向かって凸状となるように設けられている。半球面形状拡散板３は、ここでは、半球凹面に光を入射できる状態として、その球の中心点から垂直な位置となる頂部３ａを０度として、その頂部の０度を中心に９０度ずつ計１８０度の周端部３ｂとなる半球面形状となるように形成されている。そして、半球面形状拡散板３は、その半球凹面の頂部３ａが測定位置の中央となるように設定されている。

半球面形状拡散板３は、頂部３ａを０度としたときに１８０度の半球凹面形状とすることで、ワークＷから照射する光の指向性に対して、中央の垂直光から８５度の範囲（全体で１７０度）について確実に光を取込むことができ、垂直光から９０度までの範囲に対応することができる。そして、半球面形状拡散板３は、その半球曲面が中心点から一定の距離となる球曲面と同等か、それに近い曲面で形成されている。このような構成である半球面形状拡散板３では、図２に示すように、ワークＷの中央から光が照射されると垂直な垂直光ＬＡ１あるいは所定角度傾斜する傾斜光ＬＡ２が半球面形状拡散板３に到達する距離がほぼ等しい関係になり、かつ、半球面形状拡散板３に入射する入射角度θＡ１、θＡ２もおなじようになるため、ワークＷから照射された光の大部分を球面拡散反射体２内に取込むことが可能となる。

図２に示すように、半球面形状拡散板３は、ワークＷが複数の発光素子を有する場合は、例えば、垂直光ＬＡ１、ＬＢ１は、ワークＷからの光の到達距離、および、入射角度θＡ１、θＢ２がほぼ同じになる。また、半球面形状拡散板３は、傾斜光ＬＡ２、ＬＢ２と、傾斜光ＬＡ３，ＬＢ３についても、ワークＷから光の到達距離、および、入射角度θＡ３、θＢ３がほぼ同じとなり、従来の平板の拡散板と比較すると、これらの傾斜光ＬＡ２，ＬＢ２，ＬＡ３，ＬＢ３の入射する割合が大幅に改善されることになる。なお、半球面形状拡散板３の一例としての素材は、合成石英ガラス、ポリカーボネート、オパールガラス等が使用され、取込む光が透過後に拡散するように、砂掛けや研磨して表面を拡散面とすることや、乳白色ガラス面（ファイアポリッシュ面）として拡散面とすることや、素材自体が光を拡散するもの等を使用することができる。半球面形状拡散板３から入射されたワークからの光は、球面拡散反射体２内に取込まれる。

球面拡散反射体２は、その内周面となる内球面を硫酸バリウム等の反射拡散面とするように形成されており、半球面形状拡散板３から取込まれた光を拡散して均等に分散するように構成されている。この球面拡散反射体２は、ここでは、取込まれる光を拡散するように反射して測定できるように構成されていれば、その素材、表面構造等、特に限定されるものではない。なお、球面拡散反射体２は、その外周面の形状は、限定されるものではなく、測定装置６が着脱自在に設けることができる形状であれば限定されるものではない。

また、この球面拡散反射体２は、ワークＷとの搬送経路との設置位置の関係では、ワークＷを搬送する搬送チャック１１が移動できる空間と共に、ワークＷからの距離ｄ１が小さくなるように設定されている。なお、ここでは、ワークＷからの光の特性（光束等）を連続して高速で測定できるように、測定位置に到来したワークＷは、上下方向に移動しない構成としている。

図１に示すように、遮蔽板４は、取込まれた光が直接、光検出位置５に到達しないようにするためのものである。この遮光板（バッフル）４は、その表面が球面拡散反射体２の表面と同等な素材で形成され、半球面形状拡散板３と光検出位置５との間に設けられている。

光検出位置５は、外部に設置された測定装置６により、球面拡散反射体２内に取込まれた光を測定するためのものである。この光検出位置５は、球面拡散反射体２を貫通して形成されており、ここでは、球面拡散反射体２の高さ方向における中央となる位置の拡散反射体壁面を測定装置６で測定できる範囲に貫通して形成されている。

測定装置６は、球面拡散反射体２の外周面に着脱自在に設置されており、光束等を測定するものである。この測定装置６は、どんな光特性を測定するかにより、自在に取り替えて使用することができるように、ここでは構成されている。なお、測定装置６により測定された測定結果は、制御部Ｂに送られワークＷを分類するためのデータとして使用される。

つぎに、分類システムＡの動作における積分球装置１の作用を図３（適宜図１参照）を参照して説明する。
分類システムＡは、図示しない整列装置及び切出機構によりワークＷを整列して、列の先頭のワークＷが他のワークＷから離されて搬送チャック１１に受け渡される（整列切出工程Ｓ１）。つぎに、分類システムＡでは、搬送チャック１１は、ＬＥＤ等の発光装置であるワークＷを一つずつ把持して移動させ（搬送工程Ｓ２）、ワークＷを測定位置に搬送して配置する（配置する工程Ｓ３）。

測定位置に到来した搬送チャック１１に把持されたワークＷは、半球面形状拡散板３の中央となる直下に位置する。このとき、ワークＷの位置が半球面形状拡散板３の球面からほぼ等距離となる中央に配置されることになる。ワークＷが測定位置に配置されると、図示しないセンサで検出されて、下方から電極部１２ａが上昇してワークＷの電極に当接することで導通して光を照射する（照射する工程Ｓ４）。なお、電極部１２ａがワークＷに当接するときに、ワークＷの位置が変化しないように、ワークＷの上面側で発光素子の周囲となる部分を爪が押えるように構成するようにしてもよい。

ワークＷから光が照射されると、半球面形状拡散板３を透過して半球面形状拡散板３から球面拡散反射体２内に光が取込まれて（取り込む工程Ｓ５）、内部で拡散するように反射する。
積分球装置１では、ワークＷからの光として、垂直光あるいは傾斜光が、半球面形状拡散板３にほぼ等距離で到達し、ほぼ同じ入射角度で入射するので、平面板の従来の拡散板と比較して、ワークＷから照射される光のほとんどを、球面拡散反射体２内に取込むことができる。したがって、ワークＷの向きや、位置決め精度を厳密に制御する必要がない。

積分球装置１は、遮蔽板４が光検出位置５と半球面形状拡散板３との間に設けられているので、取込んだ光が直接、光検出位置５に入射することがなく、適切な測定ができるように拡散される。積分球装置１では、光がワークＷから照射されて取込まれると光検出位置５に設けた測定装置６により、ここでは光束が測定される（測定する工程Ｓ６）。

測定されたワークＷの測定データは、制御部Ｂに送られて記憶され分類するときに使用されることになる。ワークＷの測定が終了すると、電極部１２ａが降下して搬送チャック１１が移動し、つぎのワークＷを、次の搬送チャック１１が測定位置に配置し（配置する工程Ｓ３）、前記したように、ワークＷから光を照射する工程Ｓ４、照射した光を取り込む工程Ｓ５、取込んだ光を測定する工程Ｓ６が行われこれらの工程が繰り返されることで複数のワークＷの測定が行われる。

なお、測定する工程Ｓ６のつぎの工程としては、制御部Ｂにより他の測定データと併せてワークＷのクラスが分類判定（分類判定工程Ｓ７）され、分類装置２Ａ（図１参照）により所定のクラスに仕分けされることになる（仕分工程Ｓ８）。

そして、積分球装置１は、球面拡散反射体２の光取込口１０を半球面形状拡散板３で覆うことで、塵埃、湿度の球面拡散反射体２内の浸入を防ぎ、また、ワークＷから照射した光が半球面形状拡散板３まで到達する距離がほぼ等しくなり、半球面形状拡散板３に入射する角度もほぼ等しくなる。そのため、積分球装置１は、半球面形状拡散板３を設けることで、球面拡散反射体２の拡散反射面の劣化を防ぎ、ワークＷからの光の取込み量を平面板の拡散板と比較すると数倍以上増やすことができるため、正確で安定した測定を可能とする。

なお、積分球装置１は、ワークＷに複数の発光素子が設けられている場合であっても、半球面形状拡散板３が設けられていることで、ワークＷの発光する位置が測定位置の中央からずれていても、あるいは電極の位置が反転した位置であっても、平面板の拡散板と比較して、ワークＷからの光の多くを取込むことが可能となる。そのため、積分球装置１は、ワークＷの発光素子の数、位置が変化しても、半球面形状拡散板３から光を入射することで正確な測定に対応することが可能となり、装置側の構成をワークＷの種類に対応して変更することがなく操作性がよい。

また、積分球装置１は、半球面形状拡散板３を、球中心点から光照射する垂直方向の位置を基準として１８０度の位置までの球面の一部（半球）の範囲で形成されていることで、ワークの光の指向性が１８０度までの範囲について有効に測定することができるが、測定されるワークＷの指向性が６０度であれば、そのワークＷの指向性に対応した範囲の光を取込むことができる構成としても構わない。

１ 積分球装置
２ 球面拡散反射体
３ 半球面形状拡散板
４ 遮蔽板
５ 光検出位置
６ 測定装置
１０ 光取込口
１１ 搬送チャック
１２ 電極機構
１２ａ 電極部
Ａ 分類システム
Ｂ 制御部
Ｓ１ 整列切出工程
Ｓ２ 搬送工程
Ｓ３ 配置する工程
Ｓ４ 照射する工程
Ｓ５ 取り込む工程
Ｓ６ 測定する工程
Ｓ７ 分類判定工程
Ｓ８ 仕分工程
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 発光装置の光の測定を行う積分球装置において、
   光を反射する球内面を有する球面拡散反射体と、前記発光装置からの光を入射するように前記球面拡散反射体の光入射口に設けた拡散板と、この拡散板から入射した前記発光装置の光が前記球面拡散反射体の球面内に設けた光検出位置に直接入射しないように当該球面拡散反射体内に設置した遮光板と、を備え、
   前記拡散板は、前記光入射口から前記球面拡散反射体内に向かって凸状となる半球面形状に形成された半球面形状拡散板であることを特徴とする積分球装置。
2. 前記半球面形状拡散板は、複数の発光素子を有する前記発光装置の端部に設置された前記発光素子の垂直照射光から８０度の角度の照射光を入射できる範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積分球装置。
3. 前記半球面形状拡散板は、前記発光装置の垂直照射光から６０度の角度の照射光を入射できる範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積分球装置。
4. 発光装置の光を積分球装置に取込み測定する光測定方法であって、
   前記発光装置を前記積分球装置の測定位置に配置する工程と、
   測定位置に配置した発光装置から光を照射する工程と、
   前記発光装置から照射した光を、球面拡散反射体内に向かって凸状となる半球面形状に形成した半球面形状拡散板を介して球面拡散反射体内に取り込む工程と、
   球面拡散反射体内に取り込んだ光を拡散させて反射させ当該球面拡散反射体内の光検出位置で測定する工程と、を含むことを特徴とする光測定方法。

Images