JP2014020952A - 光学特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面光源などの測定に適した光学特性測定装置を提供する。
【解決手段】光学特性測定装置は、内壁に反射面を有する半球部と、半球部の開口を塞ぐように配置され、半球部の内壁側に反射面を有する平面部とを含む。平面部は、半球部の実質的な曲率中心を含む範囲に光源を装着するための第１の窓を含む。半球部および平面部の少なくとも一方は、所定の規則性をもって配置された、半球部の内部から光を取り出すための複数の第２の窓を含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、面光源などの測定に適した光学特性測定装置に関する。

近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＥＬ（Electro Luminescence）等の新しい光源の開発が急速に進んでいる。このような光源の性能を評価する指標として、全光束（ｌｍ：ルーメン）が用いられることが多い。

このような光源の全光束を測定する場合には、硫酸バリウムやＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）等の拡散反射材料を内壁面に塗布した中空の球である、積分球（球形光束計）が用いられることが一般的である。積分球を用いる測定方法では、その中心に配置した光源を点灯させ、その光源から放射される光が内壁面で繰り返し反射することで、内壁面の照度が均一化する。均一化した内壁面の照度が光源の全光束に比例することを利用して、光源の全光束が算出される。

しかしながら、積分球を用いる測定方法では、積分球内部の中心に光源が配置されるため、光源を支持するための構造物での光吸収、光源から受光部への直接入射を防止するためのバッフルでの光吸収、および光源自身の光吸収などによって、測定誤差が生じ得る。

例えば、ＪＩＳ Ｃ ８１５２：２００７「照明用白色発光ダイオード（ＬＥＤ）の測光方法」（非特許文献１）によれば、光源の自己吸収補正係数を求める方法の使用が推奨されている。但し、この方法では、光源を支持するための構造物およびバッフルでの光吸収を補正することはできない。

特開平０６−１６７３８８号公報（特許文献１）、および特開２００９−１０３６５４号公報（特許文献２）は、半球型の光束計を開示する。この半球型の光束計によれば、光源を支持するための構造物が不要になるので、構造物の光吸収による影響を回避できる。また、半球型の光束計では、特開２００９−１０３６５４号公報（特許文献２）に開示されるように、光源の自己吸収による誤差の補正を簡単な構成で実現することもできる。

特開平０６−１６７３８８号公報 特開２００９−１０３６５４号公報

ＪＩＳ Ｃ ８１５２：２００７、照明用白色発光ダイオード（ＬＥＤ）の測光方法（Measuring methods of white lighting emitting diode for general lighting）、２００７年７月

例えば、複数の発光素子をアレイ状に配置することで面光源を構成することができる。本願発明者らは、面光源の中央部にある発光素子と端部にある発光素子との間では、観測窓に対する位置関係が異なっており、このような面光源を測定する際に測定誤差が生じ得るという新規な課題を見いだした。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、面光源などの測定に適した光学特性測定装置を提供することである。

本発明のある局面に従う光学特性測定装置は、内壁に反射面を有する半球部と、半球部の開口を塞ぐように配置され、半球部の内壁側に反射面を有する平面部とを含む。平面部は、半球部の実質的な曲率中心を含む範囲に光源を装着するための第１の窓を含む。半球部および平面部の少なくとも一方は、所定の規則性をもって配置された、半球部の内部から光を取り出すための複数の第２の窓を含む。

好ましくは、複数の第２の窓は、半球部の頂点および実質的な曲率中心を通る直線に関して、対称的に配置される。

好ましくは、複数の第２の窓は、半球部の頂点および実質的な曲率中心を通る直線に関して対向する一対の窓を含む。

好ましくは、複数の第２の窓は、半球部に配置され、半球部は、第２の窓の視野に関連付けられるとともに、半球部の実質的な曲率中心により近い位置に配置されたバッフルを含む。

好ましくは、光学特性測定装置は、複数の第２の窓を介して半球部の内部の光を受光するための受光部をさらに含む。

さらに好ましくは、光学特性測定装置は、複数の第２の窓と受光部とを光学的に接続する導光部をさらに含む。導光部は、複数の第２の窓のそれぞれからの光を結合する合波部を含む。

本発明の別の局面に従う光学特性測定装置は、光源を装着するための第１の窓が形成されるとともに、内壁に反射面を有する球体を含む。球体は、球体の中心および第１の窓の中心を通る直線に関して、対称的に配置された、球体の内部から光を取り出すための複数の第２の窓を含む。

好ましくは、光学特性測定装置は、複数の第２の窓を介して球体の内部の光を受光する受光部をさらに含む。

本発明のある局面に従う光学特性測定装置によれば、面光源などの全光束測定をより高い精度で行なうことができる。

本発明の関連技術に従う半球型の積分器を含む光学特性測定装置の外観を示す模式図である。 図１に示す光学特性測定装置において測定される光源の一例を示す模式図である。 図１に示す光学特性測定装置における受光感度の異方性をシミュレーションするための光学モデルを示す図である。 図３に示す光学モデルにおける受光感度の異方性の一例を示す図である。 実施の形態１に従う光学特性測定装置の外観を示す模式図である。 実施の形態１に従う光学特性測定装置に含まれる積分器の断面構造を示す模式図である。 図５に示す光学特性測定装置２における受光感度の異方性をシミュレーションするための光学モデルを示す図である。 図７に示す光学モデルにおける受光感度の異方性の一例を示す図である。 実施の形態１の第１変形例に従う光学特性測定装置の外観を示す模式図である。 実施の形態１の第２変形例に従う光学特性測定装置の外観を示す模式図である。 実施の形態１の第３変形例に従う光学特性測定装置の外観を示す模式図である。 実施の形態１の第３変形例に従う光学特性測定装置に含まれる積分器の断面構造を示す模式図である。 実施の形態２に従う光学特性測定装置の外観を示す模式図である。 実施の形態２に従う光学特性測定装置に含まれる積分球の断面構造を示す模式図である。 図１３および図１４に示す光学特性測定装置における受光感度の異方性をシミュレーションするための光学モデルを示す図である。 実施の形態２の一変形例に従う光学特性測定装置の外観を示す模式図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

［Ａ．概要］
本実施の形態に従う光学特性測定装置では、複数の観測窓が設けられた積分空間を用いて測定を行なう。複数の観測窓を設けることで、測定対象の光源の大きさに依存して生じる照度のばらつきを均一化する。すなわち、複数の観測窓を設けることで、受光感度の異方性を低減する。

［Ｂ．関連技術および課題］
まず、本発明に関連する光学特性測定装置について説明する。図１は、本発明の関連技術に従う半球型の積分器を含む光学特性測定装置１の外観を示す模式図である。

図１を参照して、光学特性測定装置１は、半球型の積分器４００と、積分器４００の内部の光を受光するための受光部３００と、受光部３００を制御するための制御部３５０とを含む。測定対象の光源１０（被測定光源）は、積分器４００に設けられた光源窓４０４に装着される。光源１０の点灯により生じた光は、積分器４００の内部で繰り返し反射し、これによって、積分器４００の内壁面の照度は均一化する。この均一化された照度を測定することで、光源１０からの全光束が算出される。

より具体的には、積分器４００は、内壁に反射面を有する半球部４０２と、半球部４０２の開口を塞ぐように配置され、半球部４０２の内壁側に反射面を有する平面部４０６とを含む。半球部４０２は、その内壁の反射面として、拡散反射層を有する。拡散反射層は、代表的に、硫酸バリウムやＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）などの拡散材料を塗布または吹付けることによって形成される。一方、平面部４０６は、半球部４０２の内壁側に鏡面反射（正反射）する鏡面反射層を有する。

平面部４０６の鏡面反射層が半球部４０２の内壁に対向配置されることで、半球部４０２についての虚像が生成される。平面部４０６は、半球部４０２の曲率中心を通るように配置される。平面部４０６により生成される虚像は、一定の曲率をもつ半球状になる。半球部４０２の内壁で定義される積分空間（実像）と、平面部４０６により生成される虚像とを組合せると、球状の積分器を用いた場合と実質的に同じ照度分布を得ることができる。

半球部４０２には、半球部４０２の内部から光を取り出すための開口である観測窓４１０、および観測窓４１０と連通する取出部４１２が設けられている。取出部４１２は、導光手段である光ファイバ４０８を通じて受光部３００と光学的に接続される。受光部３００は、観測窓４１０、取出部４１２および光ファイバ４０８の経路で導かれる光を測定する。

半球部４０２の内壁には、光源１０からの光が直接的に観測窓４１０に入射することを防止するためのバッフル４１２が設けられている。バッフル４１２は、観測窓４１０からの視野内に光源１０が含まれないように陰をつくる。

図１に示す光学特性測定装置１は、典型的には、面光源などの全光束測定などに適している。図２は、図１に示す光学特性測定装置１において測定される光源１０の一例を示す模式図である。光源１０としては、図２の（ａ）に示すように、方形状の基板上に複数の発光素子（典型的には、ＬＥＤ）がアレイ状に配置されているものや、図２の（ｂ）に示すように、円状の基板上に複数の発光素子がアレイ状に配置されているものが想定される。

このような光源１０の測定内容としては、光源１０から放射される全光束の測定、および、個々の発光素子（ＬＥＤ）から放射される光束の測定がある。個々の発光素子について測定を行なう場合には、光源１０を構成する発光素子を１個ずつ順次点灯させて、測定が行われる。あるいは、各列に属する発光素子群から放射される光束が測定される場合もある。

本願発明者らは、観測窓４１０に対する位置関係が、光源１０の中央部にある発光素子と光源１０の端部にある発光素子との間で異なっており、これによって、光源１０を測定する際に測定誤差が生じ得るという新規な課題を見いだした。すなわち、複数の発光素子がアレイ状に実装された光源１０について、各発光素子を順次点灯して各々の全光束を測定する場合、各発光素子から放射される全光束が互いに同一であったとしても、発光素子の実装位置に依存して測定値が異なるという新規な課題を、本願発明者らは見いだした。すなわち、本願発明者らは、受光感度に異方性が存在し得るという新規な課題を見いだした。

本願発明者らは、このような新規な課題について、次のような光学モデルを用いて、シミュレーションによって解析を行なった。図３は、図１に示す光学特性測定装置１における受光感度の異方性をシミュレーションするための光学モデルを示す図である。図４は、図３に示す光学モデルにおける受光感度の異方性の一例を示す図である。

図３に示す光学モデルにおいて、光源１０を構成する発光素子１０−１および１０−２の配光が相対的に狭い場合を想定する。半球部４０２の壁面で生じる１次反射光が観測窓４１０を直接照明する照度を発光素子の位置毎に算出すると、発光素子の位置に依存して変動することがわかる。具体的には、半球部４０２の半径をｒとし、半球部４０２の曲率中心Ｏからの距離Ｘを各発光素子の位置とすると、受光部３００へ入力する光（１次反射光および拡散光）は、図４に示すようになる。ここで、発光素子からの全光束は、互いに同一であるとした。このように、受光部３００へ入力する光（観測窓４１０での照度）は、発光素子の位置に依存して異なる。

より詳しく解説すると、半球型の積分器４００の内壁で繰り返し反射した光（拡散光）は、発光素子の位置に依存することなく一定である。受光部３００は、１次反射光および拡散光を同時に受光する。１次反射光についてみれば、その強度（照度）は発光素子の位置に依存して変動するため、受光部３００の出力も発光素子の位置に依存して変動することになる。このように照度が変動する原因は、観測窓４１０が平面部４０６の近くに設けられることにより生じる感度の異方性であると考えられる。

本願発明者らは、このような新規な課題を検討し、複数の観測窓を設けることで、このような感度の異方性を緩和できるという新たな技術思想に想到したものである。以下、このような技術思想を具現化したいくつかの実施の形態について説明する。以下に説明する実施の形態はあくまでも例示であって、本願発明の技術範囲はこれらに限定されるものではない。

［Ｃ．実施の形態１］
（１．装置構成）
図５は、実施の形態１に従う光学特性測定装置２の外観を示す模式図である。図６は、実施の形態１に従う光学特性測定装置２に含まれる積分器１００の断面構造を示す模式図である。

図５および図６を参照して、光学特性測定装置２は、半球型の積分器１００と、積分器１００の内部の光を受光するための受光部３００と、受光部３００を制御するための制御部３５０とを含む。

より具体的には、積分器１００は、内壁に反射面１０２ａを有する半球部１０２と、半球部１０２の開口を塞ぐように配置され、半球部１０２の内壁側に反射面１０６ａを有する平面部１０６とを含む。典型的には、半球部１０２の反射面１０２ａは、例えば、硫酸バリウムやＰＴＦＥなどの拡散材料を塗布または吹付けることによって形成された拡散反射層からなる。平面部１０６の反射面１０６ａは、アルミ蒸着などによって形成された鏡面反射（正反射）層からなる。平面部１０６は、半球部１０２の実質的な曲率中心Ｏがその表面上に位置するように配置される。

積分器１００の平面部１０６には、半球部１０２の実質的な曲率中心Ｏを含む範囲に、測定対象の光源１０を装着するための光源窓１０４が設けられている。この光源窓１０４には、典型的には面光源などの光源１０が装着される。実施の形態１に従う光学特性測定装置２は、面光源などの光学特性（例えば、全光束）の測定に適しているが、これに限られることなく、光源窓１０４に装着可能ないずれの光源についても光学特性を測定できる。

図１を参照して説明したように、光源１０の点灯により生じた光は、積分器１００の内部で繰り返し反射し、これによって、積分器１００の内壁面の照度は均一化する。この均一化された照度を測定することで、光源１０からの全光束が算出される。このように、内壁に反射面１０２ａを有する半球部１０２と、反射面１０６ａを有する平面部１０６とを組合せることで、球体の積分器を用いた場合と実質的に同じ照度分布を得ることができる。すなわち、平面部１０６および半球部１０２の間に形成される空間と、平面部１０６によって生成されるこの空間の虚像とを合わせた状態が球体とみなせるように、積分器１００は構成される。そのため、「半球部１０２の実質的な曲率中心」とは、半球部１０２の全くの曲率中心Ｏに加えて、上記のように球体の積分球を用いた場合と実質的に等しい照度分布を得ることができる近傍位置をも含む概念である。

半球部１０２には、積分器１００の内部から光を取り出すための開口である観測窓１１０および１２０、ならびに観測窓１１０および１２０とそれぞれ連通する取出部１１２および１２２が設けられている。取出部１１２は、導光手段である光ファイバ１１６を通じて受光部３００と光学的に接続されるとともに、取出部１２２は、導光手段である光ファイバ１２６を通じて受光部３００と光学的に接続される。より具体的には、光ファイバ１１６および１２６は、合波部１０９において１つに結合された上で、光ファイバ１０８を介して、受光部３００と光学的に接続される。合波部１０９は、光ファイバ１１６を介して導かれる光と、光ファイバ１２６を介して導かれる光とを結合することで、両者を平均化（積分）する。このような合波部１０９は、典型的には、複数の光ファイバを束ねたＹ型ファイバなどを用いて構成される。

このように、光学特性測定装置１は、複数の観測窓１１０および１２０を介して、積分器１００の内部の光を受光する受光部３００を含む。また、光学特性測定装置１は、複数の観測窓１１０および１２０と、受光部３００とを光学的に接続する接続部（光ファイバ１１６および１２６、ならびに光ファイバ１０８）を含む。この接続部は、複数の観測窓１１０および１２０のそれぞれからの光を結合する合波部１０９を含む。すなわち、複数の観測窓１１０および１２０のそれぞれでとらえられた光は、光ファイバなどの導光手段で受光部３００へ導かれる。

半球部１０２の内壁には、観測窓１１０および１２０の視野に関連付けられるとともに、半球部１０２の実質的な曲率中心Ｏにより近い位置に配置されたバッフル１１４および１２４が設けられている。より具体的には、バッフル１１４および１２４は、光源１０からの光が観測窓１１０および１２０へ直接的に入射することを防止する。すなわち、バッフル１１４および１２４は、観測窓１１０および１２０からの視野内に光源１０が含まれないように陰をつくる。言い換えれば、バッフル１１４および１２４は、受光部３００が光源１０からの光を直接受光することを妨げる。

受光部３００は、観測窓１１０および１２０における照度を測定し、例えば、光源１０の全光束を算出する。受光部３００は、少なくとも特定の波長にわたる照度を測定するものであってもよいし、相対照度スペクトルを測定するものであってもよい。受光部３００は、回折格子および回折格子と光学的に関連付けられたラインセンサ等を含む。分光測定可能な受光部３００を採用することで、全光束に加えて、色度、相関色温度、演色性といった光源としての性能評価などを行なうこともできる。

制御部３５０は、受光部３００に対して、測定開始や測定内容などの指示を与えるとともに、受光部３００での測定結果などを外部出力する。なお、光源１０の全光束を算出する計算自体は、制御部３５０が実行するようにしてもよい。制御部３５０は、典型的には、汎用コンピュータで実現される。すなわち、制御部３５０は、プロセッサ、メモリ、ハードディスクといったエレメントからなる。プロセッサがプログラムを実行することで、光学特性測定装置２で必要な各種処理が実現される。

図５および図６に示す実施の形態１に従う光学特性測定装置２では、一例として、半球部１０２に、２つの観測窓１１０および１２０が設けられている。これらの観測窓１１０および１２０は、積分器１００の内部から光を取り出すために、所定の規則性をもって配置されている。より具体的には、半球部１０２の中心軸ＡＸ１に関して、観測窓１１０と観測窓１２０とは互いに対向した位置に設けられる。すなわち、観測窓１１０および１２０は、半球部１０２の頂点および実質的な曲率中心Ｏを通る直線（中心軸ＡＸ１）に関して、対称的に配置される。

別の言い方をすれば、半球部１０２の中心軸ＡＸ１に垂直な面と半球部１０２とが交わる位置であって、半球部１０２の中心軸ＡＸ１に関して点対象となる位置に、観測窓１１０および１２０が設けられる。

（２．シミュレーションによる効果の検証）
次に、上述の実施の形態１に従う光学特性測定装置２により感度の異方性が緩和されることをシミュレーションにより検証した結果を示す。図７は、図５に示す光学特性測定装置２における受光感度の異方性をシミュレーションするための光学モデルを示す図である。図８は、図７に示す光学モデルにおける受光感度の異方性の一例を示す図である。図７および図８のシミュレーションにおいても、光源１０を構成する発光素子の配光が相対的に狭い場合を想定する。図８には、図４に示す関連技術に従う光学特性測定装置１でのシミュレーション結果をあわせて示す。

関連技術に従う光学特性測定装置１では、１つの観測窓４１０のみが設けられており、この場合には、図８に示すように、曲率中心Ｏから直径の２０％に相当する距離だけ離れた位置において、受光部３００へ入力する光は１．５％程度変動する。これに対して、実施の形態１に従う光学特性測定装置２では、半球部１０２の曲率中心Ｏに関して対向するように、２つの観測窓１１０および１２０が設けられている。このような構成を採用することで、図８に示すように、曲率中心Ｏから直径の２０％に相当する距離だけ離れた位置における受光部３００へ入力する光の変動は、０．３％以内に抑制されている。

また、曲率中心Ｏから直径の３５％に相当する距離だけ離れた位置における受光部３００へ入力する光の変動についてみれば、関連技術に従う光学特性測定装置１では、３％程度であるのに対して、実施の形態１に従う光学特性測定装置２では、１％以内に抑制されていることがわかる。

（３．まとめ）
実施の形態１に従う光学特性測定装置１は、半球部１０２と平面部１０６とで構成された積分器１００を含む。積分器１００では、平面部１０６に近接した、半球部１０２の曲面上に、半球部１０２の実質的な曲率中心Ｏに関して対向するように観測窓１１０および１２０が配置される。これらの観測窓１１０および１２０を介して測定される照度の合成値を用いることで、受光感度の異方性を低減できる。すなわち、半球部１０２の曲率中心Ｏから離れた位置にある光源についても、より正確に、その光学特性を測定できる。言い換えれば、光源窓１０４に装着された光源１０の位置の偏りによって生じる、半球部１０２の内壁における空間的な照度ムラに起因する測定誤差を低減できる。

また、実施の形態１に従う光学特性測定装置１において、観測窓１１０および１２０からそれぞれ取り出された光は合波部１０９で光学的に平均化（積分）されるので、１つの観測窓が設けた場合と同様の受光処理を採用することができる。

［Ｄ．実施の形態１の第１変形例］
上述の実施の形態１においては、半球部１０２に、２つの観測窓１１０および１２０が設けられている光学特性測定装置２について例示した。受光感度の異方性を緩和するためには、より多くの観測窓を設けてもよい。以下、半球部に４つの観測窓が設けられた光学特性測定装置３について例示する。

図９は、実施の形態１の第１変形例に従う光学特性測定装置３の外観を示す模式図である。図９を参照して、光学特性測定装置３は、半球型の積分器１００Ａと、積分器１００Ａの内部の光を受光するための受光部３００と、受光部３００を制御するための制御部３５０とを含む。

より具体的には、積分器１００Ａは、内壁に反射面を有する半球部１０２と、半球部１０２の開口を塞ぐように配置され、半球部１０２の内壁側に反射面を有する平面部１０６とを含む。平面部１０６は、半球部１０２の実質的な曲率中心Ｏがその表面上に位置するように配置される。積分器１００Ａは、観測窓の数を除いて、図５に示す積分器１００と同様の構成を有するので、共通部分についての詳細な説明は繰返さない。

半球部１０２には、積分器１００Ａの内部から光を取り出すための開口である観測窓１１０、１２０、１３０、１４０、および観測窓１１０、１２０、１３０、１４０とそれぞれ連通する取出部１１２、１２２、１３２、１４２が設けられている。

半球部１０２の内壁には、さらに、観測窓１１０、１２０、１３０、１４０の視野にそれぞれ関連付けられるとともに、半球部１０２の実質的な曲率中心Ｏにより近い位置に配置されたバッフル１１４、１２４、１３４、１４４が設けられている。より具体的には、バッフル１１４、１２４、１３４、１４４は、光源１０からの光が観測窓１１０、１２０、１３０、１４０へ直接的に入射することを防止する。

取出部１１２、１２２、１３２、１４２は、導光手段である光ファイバ１１６、１２６、１３６、１４６を通じて受光部３００とそれぞれ光学的に接続される。より具体的には、光ファイバ１１６、１２６、１３６、１４６は、合波部１０９Ａにおいて１つに結合された上で、光ファイバ１０８を介して、受光部３００と光学的に接続される。合波部１０９Ａは、光ファイバ１１６、１２６、１３６、１４６を介して導かれるそれぞれの光同士を結合することで、これらの光を平均化（積分）する。このような合波部１０９Ａは、典型的には、複数の光ファイバを束ねたＹ型ファイバなどを用いて構成される。

このように、光学特性測定装置３において、受光部３００は、複数の観測窓１１０、１２０、１３０、１４０を介して、積分器１００Ａの内部の光を受光する。光学特性測定装置３は、複数の観測窓１１０、１２０、１３０、１４０と、受光部３００とを光学的に接続する接続部（光ファイバ１１６、１２６、１３６、１４６および光ファイバ１０８）を含む。この接続部は、複数の観測窓１１０、１２０、１３０、１４０のそれぞれからの光を結合する合波部１０９Ａを含む。すなわち、複数の観測窓１１０、１２０、１３０、１４０のそれぞれでとらえられた光は、光ファイバなどの導光手段で受光部３００へ導かれる。

図９に示す実施の形態１の第１変形例に従う光学特性測定装置３では、４つの観測窓１１０、１２０、１３０、１４０が半球部１０２に設けられている。これらの観測窓１１０、１２０、１３０、１４０は、積分器１００Ａの内部から光を取り出すために、所定の規則性をもって配置されている。より具体的には、半球部１０２の中心軸ＡＸ１に関して、観測窓１１０と観測窓１２０とが互いに対向した位置に設けられ、観測窓１３０と観測窓１４０とが互いに対向した位置に設けられる。すなわち、積分器１００Ａは、半球部１０２の頂点および実質的な曲率中心Ｏを通る直線（中心軸ＡＸ１）に関して、対向する一対の観測窓（観測窓１１０と観測窓１２０との組、および、観測窓１３０と観測窓１４０との組）を有する。

別の言い方をすれば、観測窓１１０、１２０、１３０、１４０は、半球部１０２の中心軸ＡＸ１に垂直な面と半球部１０２との交線上の位置であって、ある隣接する２つの位置が半球部１０２の中心軸ＡＸ１に対してなす角と、他の隣接する２つの位置が半球部１０２の中心軸ＡＸ１に対してなす角とが互いに一致する（図９では、９０°）ような位置に配置される。図９に示す例では、観測窓１１０および観測窓１２０を通る光軸と、観測窓１３０および観測窓１４０を通る光軸とは、直交することになる。

実施の形態１の第１変形例では、実施の形態１に比較して、より多くの観測窓が設けられるので、受光感度の異方性をより低減できる。これによって、半球部１０２の曲率中心Ｏから離れた位置にある光源についても、より正確に、その光学特性を測定できる。言い換えれば、光源窓１０４に装着された光源１０の位置の偏りによって生じる、半球部１０２の内壁における空間的な照度ムラに起因する測定誤差をより低減できる。

［Ｅ．実施の形態１の第２変形例］
上述の実施の形態１および第１変形例においては、対向配置された一対の観測窓が１つまたは複数設けられた構成について例示した。但し、受光感度の異方性を緩和するための規則性を有していれば、観測窓を対向配置しなくともよい。以下、半球部に３つの観測窓が対称性をもって配置された光学特性測定装置４について例示する。

図１０は、実施の形態１の第２変形例に従う光学特性測定装置４の外観を示す模式図である。図１０を参照して、光学特性測定装置４は、半球型の積分器１００Ｂと、積分器１００Ｂの内部の光を受光するための受光部３００と、受光部３００を制御するための制御部３５０とを含む。

より具体的には、積分器１００Ｂは、内壁に反射面を有する半球部１０２と、半球部１０２の開口を塞ぐように配置され、半球部１０２の内壁側に反射面を有する平面部１０６とを含む。平面部１０６は、半球部１０２の実質的な曲率中心Ｏがその表面上に位置するように配置される。積分器１００Ｂは、観測窓の数を除いて、図５に示す積分器１００と同様の構成を有するので、共通部分についての詳細な説明は繰返さない。

半球部１０２Ｂには、半球部１０２Ｂの内部から光を取り出すための開口である観測窓１１０、１５０、１６０、および観測窓１１０、１５０、１６０とそれぞれ連通する取出部１１２、１５２、１６２が設けられている。

半球部１０２の内壁には、さらに、観測窓１１０、１５０、１６０の視野にそれぞれ関連付けられるとともに、半球部１０２の実質的な曲率中心Ｏにより近い位置に配置されたバッフル１１４、１５４、１６４が設けられている。より具体的には、バッフル１１４、１５４、１６４は、光源１０からの光が観測窓１１０、１５０、１６０へ直接的に入射することを防止する。

取出部１１２、１５２、１６２は、導光手段である光ファイバ１１６、１５６、１６６を通じて受光部３００とそれぞれ光学的に接続される。より具体的には、光ファイバ１１６、１５６、１６６は、合波部１０９Ｂにおいて１つに結合された上で、光ファイバ１０８を介して、受光部３００と光学的に接続される。合波部１０９Ｂは、光ファイバ１１６、１５６、１６６を介して導かれるそれぞれの光同士を結合することで、これらの光を平均化（積分）する。このような合波部１０９Ｂは、典型的には、複数の光ファイバを束ねたＹ型ファイバなどを用いて構成される。

このように、光学特性測定装置４において、受光部３００は、複数の観測窓１１０、１５０、１６０を介して、積分器１００Ｂの内部の光を受光する。光学特性測定装置４は、複数の観測窓１１０、１５０、１６０と、受光部３００とを光学的に接続する接続部（光ファイバ１１６、１５６、１６６および光ファイバ１０８）を含む。この接続部は、複数の観測窓１１０、１５０、１６０のそれぞれからの光を結合する合波部１０９Ｂを含む。すなわち、複数の観測窓１１０、１５０、１６０のそれぞれでとらえられた光は、光ファイバなどの導光手段で受光部３００へ導かれる。

図１０に示す実施の形態１の第２変形例に従う光学特性測定装置４では、３つの観測窓１１０、１５０、１６０が半球部１０２に設けられている。これらの観測窓１１０、１５０、１６０は、積分器１００Ｂの内部から光を取り出すために、所定の規則性をもって配置されている。より具体的には、積分器１００Ｂは、半球部１０２の頂点および実質的な曲率中心Ｏを通る直線（中心軸ＡＸ１）に関して、互いに対称性を有して配置された、観測窓１１０、１５０、１６０を有する。

別の言い方をすれば、観測窓１１０、１５０、１６０は、半球部１０２の中心軸ＡＸ１に垂直な面と半球部１０２との交線上の位置であって、ある隣接する２つの位置が半球部１０２の中心軸ＡＸ１に対してなす角と、他の隣接する２つの位置が半球部１０２の中心軸ＡＸ１に対してなす角とが互いに一致する（図９では、１２０°）ような位置に配置される。

実施の形態１の第２変形例では、実施の形態１に比較して、より多くの観測窓が設けられるので、受光感度の異方性をより低減できる。これによって、半球部１０２の曲率中心Ｏから離れた位置にある光源についても、より正確に、その光学特性を測定できる。言い換えれば、光源窓１０４に装着された光源１０の位置の偏りによって生じる、半球部１０２の内壁における空間的な照度ムラに起因する測定誤差をより低減できる。

［Ｆ．実施の形態１の第３変形例］
上述の実施の形態１ならびに第１変形例および第２変形例においては、半球部１０２に観測窓が複数設けられた構成について例示した。但し、観測窓を設ける位置は半球部１０２に限られない。以下、平面部に２つの観測窓が対称性をもって配置された光学特性測定装置５について例示する。

図１１は、実施の形態１の第３変形例に従う光学特性測定装置５の外観を示す模式図である。図１２は、実施の形態１の第３変形例に従う光学特性測定装置５に含まれる積分器１００Ｃの断面構造を示す模式図である。

図１１および図１２を参照して、光学特性測定装置５は、半球型の積分器１００Ｃと、積分器１００Ｃの内部の光を受光するための受光部３００と、受光部３００を制御するための制御部３５０とを含む。

より具体的には、積分器１００Ｃは、内壁に反射面を有する半球部１０２と、半球部１０２の開口を塞ぐように配置され、半球部１０２の内壁側に反射面を有する平面部１０６とを含む。平面部１０６は、半球部１０２の実質的な曲率中心Ｏがその表面上に位置するように配置される。積分器１００Ｃは、観測窓の位置を除いて、図５に示す積分器１００と同様の構成を有するので、共通部分についての詳細な説明は繰返さない。

平面部１０６には、積分器１００Ｃの内部から光を取り出すための開口である観測窓１７０および１８０、ならびに観測窓１７０および１８０とそれぞれ連通する取出部１７２および１８２が設けられている。積分器１００Ｃにおいては、観測窓１７０および１８０に関連付けられるバッフルを設ける必要はない。これは、観測窓１７０および１８０と、光源１０とが同一平面上にあるため、バッフルがなくとも、光源１０からの光が観測窓１７０および１８０へ直接的に入射することを防止できるからである。なお、外乱光をより低減するためには、バッフルを設けることが好ましい。

取出部１７２および１８２は、導光手段である光ファイバ１７６および１８６を通じて受光部３００とそれぞれ光学的に接続される。より具体的には、光ファイバ１７６および１８６は、合波部１０９Ｃにおいて１つに結合された上で、光ファイバ１０８を介して、受光部３００と光学的に接続される。合波部１０９Ｃは、光ファイバ１７６および１８６を介して導かれるそれぞれの光同士を結合することで、これらの光を平均化（積分）する。このような合波部１０９Ｃは、典型的には、複数の光ファイバを束ねたＹ型ファイバなどを用いて構成される。

このように、光学特性測定装置５において、受光部３００は、複数の観測窓１７０および１８０を介して、積分器１００Ｃの内部の光を受光する。光学特性測定装置５は、複数の観測窓１７０および１８０と、受光部３００とを光学的に接続する接続部（光ファイバ１７６および１８６、ならびに光ファイバ１０８）を含む。この接続部は、複数の観測窓１７０および１８０のそれぞれからの光を結合する合波部１０９Ｃを含む。すなわち、複数の観測窓１７０および１８０のそれぞれでとらえられた光は、光ファイバなどの導光手段で受光部３００へ導かれる。

図１１および図１２に示す実施の形態１の第３変形例に従う光学特性測定装置５では、２つの観測窓１７０および１８０が平面部１０６に設けられている。これらの観測窓１７０および１８０は、積分器１００Ｃの内部から光を取り出すために、所定の規則性をもって配置されている。より具体的には、半球部１０２の中心軸ＡＸ１に関して、観測窓１７０と観測窓１８０とが互いに対向した位置に設けられる。すなわち、積分器１００Ｃは、半球部１０２の頂点および実質的な曲率中心Ｏを通る直線（中心軸ＡＸ１）に関して、対向する観測窓（観測窓１７０および観測窓１８０）を有する。

実施の形態１の第３変形例では、実施の形態１に比較して、バッフルを設ける必要がないので、バッフルでの光吸収がなく、より誤差の少ない光学特性の測定を実現できる。

さらに、実施の形態１の第３変形例のさらなる変形例として、上述の実施の形態１の第１変形例および第２変形例において説明したように、平面部１０６上で９０°ずつ離れた位置に４つの観測窓を配置した構成や、平面部１０６上で１２０°ずつ離れた位置に３つの観測窓を配置した構成などを採用することもできる。

さらに、平面部１０６に複数の観測窓を配置するとともに、半球部１０２にも複数の観測窓を配置した構成を採用することもできる。

［Ｇ．実施の形態１の第４変形例］
上述の実施の形態１および第１〜第４変形例においては、光ファイバを介して導かれる光を合波部によって結合した上で、１つの受光部を用いて光学特性を測定する構成について例示した。これに対して、積分器に設けられた観測窓の数と同数の受光部を配置するとともに、それぞれの受光部による測定結果を統計処理（典型的には、平均化処理）を行なうことで、光源１０についての光学特性の測定を行なってもよい。すなわち、前処理として、積分器から取り出された光を光学的に結合するのではなく、後処理として、積分器から取り出されたそれぞれの光についての測定結果を電子的に結合してもよい。

実施の形態１の第４変形例によれば、より自由度の高い統計処理を行なって、光源１０についての光学特性を算出できる。例えば、それぞれの観測窓を介して取り出された光についての測定結果に対して、光源１０の形状などに応じた重み係数を乗じた上で、光学特性を算出してもよい。

［Ｈ．実施の形態２］
（１．装置構成）
上述の実施の形態１およびその変形例では、半球型の積分器を含む光学特性測定装置について例示した。しかしながら、本願発明者らが想到した新たな技術思想は、一般的な積分球を含む光学特性測定装置にも適用可能である。以下では、積分球に本願発明に係る技術思想を適用した実施形態について例示する。

図１３は、実施の形態２に従う光学特性測定装置６の外観を示す模式図である。図１４は、実施の形態２に従う光学特性測定装置６に含まれる積分球２００の断面構造を示す模式図である。

図１３および図１４を参照して、光学特性測定装置６は、積分球２００と、積分球２００の内部の光を受光するための受光部３００と、受光部３００を制御するための制御部３５０とを含む。測定対象の光源１０（被測定光源）は、積分球２００に設けられた光源窓２０４に装着される。

より具体的には、積分球２００は、内壁に反射面２００ａを有する。積分球２００の反射面２００ａは、例えば、硫酸バリウムやＰＴＦＥなどの拡散材料を塗布または吹付けることによって形成された拡散反射層からなる。積分球２００には、積分球２００の内部から光を取り出すための開口である観測窓２１０および２２０、ならびに観測窓２１０および２２０とそれぞれ連通する取出部２１２および２２２が設けられている。このように、積分球２００は、光源１０を装着するための光源窓２０４が形成されるとともに、内壁に反射面２００ａを有する球体である。

積分球２００の内壁には、観測窓２１０および２２０の視野にそれぞれ関連付けられるとともに、光源１０により近い位置に配置されたバッフル２１４および２２４が設けられている。より具体的には、バッフル２１４および２２４は、光源１０からの光が観測窓２１０および２２０へ直接的に入射することを防止する。

取出部２１２および２２２は、導光手段である光ファイバ２１６および２２６を通じて受光部３００とそれぞれ光学的に接続される。より具体的には、光ファイバ２１６および２２６は、合波部２０９において１つに結合された上で、光ファイバ２０８を介して、受光部３００と光学的に接続される。合波部２０９は、光ファイバ２１６および２２６を介して導かれるそれぞれの光同士を結合することで、これらの光を平均化（積分）する。このような合波部１０９は、典型的には、複数の光ファイバを束ねたＹ型ファイバなどを用いて構成される。

このように、光学特性測定装置６において、受光部３００は、複数の観測窓２１０および２２０を介して、積分球２００の内部の光を受光する。光学特性測定装置６は、複数の観測窓２１０および２２０と、受光部３００とを光学的に接続する接続部（光ファイバ２１６および２２６、ならびに光ファイバ２０８）を含む。この接続部は、複数の観測窓２１０および２２０のそれぞれからの光を結合する合波部２０９を含む。すなわち、複数の観測窓２１０および２２０のそれぞれでとらえられた光は、光ファイバなどの導光手段で受光部３００へ導かれる。

図１３および図１４に示す実施の形態２に従う光学特性測定装置６では、２つの観測窓２１０および２２０が積分球２００に設けられている。これらの観測窓２１０および２２０は、積分球２００の内部から光を取り出すために、所定の規則性をもって配置されている。より具体的には、積分球２００の中心軸ＡＸ２に関して、観測窓２１０と観測窓２２０とが互いに対向した位置に設けられる。すなわち、積分球２００は、積分球２００の中心Ｏおよび光源窓２０４の中心を通る直線（中心軸ＡＸ２）に関して、対称的に配置された、積分球２００の内部から光を取り出すための窓（観測窓２１０および２２０）を含む。

別の言い方をすれば、観測窓２１０および２２０は、積分球２００の中心軸ＡＸ２に垂直な面と積分球２００との交線上の位置であって、積分球２００の中心軸ＡＸ２に関して、互いに対向した位置に設けられる。バッフルでの光吸収を低減する観点からは、積分球２００の中心Ｏを含む水平軸上に観測窓２１０および２２０を設けることが好ましいが、必ずしもこの位置に限られることはない。例えば、観測窓２１０および２２０を、積分球２００の中心Ｏを含む水平軸より上側に設けてもよいし、下側に設けてもよい。

その他の構成については、上述の光学特性測定装置と同様の構成を有するので、共通部分についての詳細な説明は繰返さない。

（２．シミュレーションによる効果の検証）
次に、上述の実施の形態２に従う光学特性測定装置２により感度の異方性が緩和されることをシミュレーションにより検証した結果を示す。図１５は、図１３および図１４に示す光学特性測定装置６における受光感度の異方性をシミュレーションするための光学モデルを示す図である。図１５のシミュレーションにおいても、光源１０を構成する発光素子１０−１および１０−２の配光が相対的に狭い場合を想定する。

図１５に示す光学モデルを想定すると、受光感度の異方性は、図７に示す光学モデルの場合と同様になる。すなわち、積分球２００に対して観測窓２１０が設けられている場合には、図８に示す「関連技術」の場合と同様の受光感度の異方性を有することになる。これに対して、観測窓２１０に加えて、観測窓２２０が積分球２００に設けられることで、受光感度の異方性は、図８に示す「実施の形態１」の場合と同様に改善する。

（３．まとめ）
実施の形態２に従う光学特性測定装置６は、内部から光を取り出すための開口である観測窓２１０および２２０が設けられた積分球２００を含む。これらの観測窓２１０および２２０を介して測定される照度の合成値を用いることで、受光感度の異方性を低減できる。すなわち、積分球２００の中心軸ＡＸ２から離れた位置にある光源についても、より正確に、その光学特性を測定できる。言い換えれば、光源窓２０４に装着された光源１０の位置の偏りによって生じる、積分球２００の内壁における空間的な照度ムラに起因する測定誤差を低減できる。

［Ｉ．実施の形態２の変形例］
図１３および図１４に示す実施の形態２に従う光学特性測定装置６に対しても、上述の実施の形態１の各変形例と同様の変形が可能である。すなわち、観測窓の数や位置についても、受光感度の異方性を低減できれば、どのようなものであってもよい。

図１６は、実施の形態２の一変形例に従う光学特性測定装置７の外観を示す模式図である。図１６に示す光学特性測定装置７は、図１３および図１４に示す光学特性測定装置６に比較して、観測窓をより多く配置したものである。

図１６を参照して、光学特性測定装置７は、積分球２００Ａと、積分球２００Ａの内部の光を受光するための受光部３００と、受光部３００を制御するための制御部３５０とを含む。積分球２００Ａには、積分球２００Ａの内部から光を取り出すための開口である観測窓２１０、２２０、２３０、２４０、および観測窓２１０、２２０、２３０、２４０とそれぞれ連通する取出部２１２、２２２、２３２、２４２が設けられている。

積分球２００Ａの内壁には、観測窓２１０、２２０、２３０、２４０の視野にそれぞれ関連付けられるとともに、光源１０により近い位置に配置されたバッフル２１４、２２４、２３４、２４４が設けられている。より具体的には、バッフル２１４、２２４、２３４、２４４は、光源１０からの光が観測窓２１０、２２０、２３０、２４０へ直接的に入射することを防止する。

取出部２１２、２２２、２３２、２４２は、導光手段である光ファイバ２１６、２２６、２３６、２４６を通じて受光部３００とそれぞれ光学的に接続される。より具体的には、光ファイバ２１６、２２６、２３６、２４６は、合波部２０９Ａにおいて１つに結合された上で、光ファイバ２０８を介して、受光部３００と光学的に接続される。

図１６に示す光学特性測定装置７では、１３および図１４に示す光学特性測定装置６に比較して、より多くの観測窓が設けられるので、受光感度の異方性をより低減できる。

さらに、より多くの観測窓を設けてもよい。この場合、積分球２００の中心Ｏに関して対向するように、１つまたは複数対の観測窓を設けることが好ましい。

あるいは、図１０と同様に、積分球２００の中心軸ＡＸ２に関して、複数の観測窓を対称的に配置してもよい。例えば、積分球２００の中心Ｏを含む水平軸上に、ある隣接する２つの位置が積分球２００の中心軸ＡＸ２に対してなす角と、他の隣接する２つの位置が積分球２００の中心軸ＡＸ２に対してなす角とが互いに一致する（例えば、１２０°）位置に、観測窓を配置してもよい。

さらに、実施の形態１の第４変形例と同様に、観測窓の数と同数の受光部を用いるような構成を採用してもよい。

［Ｊ．利点］
本実施の形態に従う光学特性測定装置によれば、光源の位置に依存した受光感度の異方性の影響を低減できる。積分空間に対して比較して大きな光源であっても、より正確にその全光束などを測定できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，２，３，４，５，６，７ 光学特性測定装置、１０ 光源、１０−１、１０−２ 発光素子、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，４００ 積分器、１０２，１０２Ｂ，４０２ 半球部、１０２ａ，１０６ａ，２００ａ 反射面、１０４，２０４，４０４ 光源窓、１０６，４０６ 平面部、１０８，１１６，１２６，１３６，１４６，１５６，１６６，１７６，１８６，２０８，２１６，２２６，４０８ 光ファイバ、１０９，１０９Ａ，１０９Ｂ，１０９Ｃ，２０９，２０９Ａ 合波部、１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０，２１０，２２０，４１０ 観測窓、１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２，１７２，２１２，４１２ 取出部、１１４，１２４，１３４，１４４，１５４，１６４，２１４，４１２ バッフル、２００，２００Ａ 積分球、３００ 受光部、３５０ 制御部。

Claims (8)

1. 内壁に反射面を有する半球部と、
   前記半球部の開口を塞ぐように配置され、前記半球部の内壁側に反射面を有する平面部とを備え、
   前記平面部は、前記半球部の実質的な曲率中心を含む範囲に光源を装着するための第１の窓を含み、
   前記半球部および前記平面部の少なくとも一方は、所定の規則性をもって配置された、前記半球部の内部から光を取り出すための複数の第２の窓を含む、光学特性測定装置。
2. 前記複数の第２の窓は、前記半球部の頂点および実質的な曲率中心を通る直線に関して、対称的に配置される、請求項１に記載の光学特性測定装置。
3. 前記複数の第２の窓は、前記半球部の頂点および実質的な曲率中心を通る直線に関して対向する一対の窓を含む、請求項１または２に記載の光学特性測定装置。
4. 前記複数の第２の窓は、前記半球部に配置され、
   前記半球部は、前記第２の窓の視野に関連付けられるとともに、前記半球部の実質的な曲率中心により近い位置に配置されたバッフルを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
5. 前記複数の第２の窓を介して前記半球部の内部の光を受光するための受光部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
6. 前記複数の第２の窓と前記受光部とを光学的に接続する導光部をさらに備え、
   前記導光部は、前記複数の第２の窓のそれぞれからの光を結合する合波部を含む、請求項５に記載の光学特性測定装置。
7. 光学特性測定装置であって、
   光源を装着するための第１の窓が形成されるとともに、内壁に反射面を有する球体を備え、
   前記球体は、前記球体の中心および前記第１の窓の中心を通る直線に関して、対称的に配置された、前記球体の内部から光を取り出すための複数の第２の窓を含む、光学特性測定装置。
8. 前記複数の第２の窓を介して前記球体の内部の光を受光する受光部をさらに備える、請求項７に記載の光学特性測定装置。

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