JP2016211970A - Optical measurement device and optical measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光測定装置および光測定方法に関し、特に、紫外光の測定に関する。 The present invention relates to a light measurement device and a light measurement method, and more particularly to measurement of ultraviolet light.
紫外光は、樹脂硬化の分野や、医療や食品分野における滅菌もしくは殺菌処理などで広く用いられている。紫外光による滅菌もしくは殺菌効果を適切に得るには、紫外光を所定の強度で処理対象に照射することが必要とされる。紫外光の強度を測定する方法として、シリコンフォトディテクタなどの受光素子により紫外光を直接検出する方法や、蛍光体を用いて紫外光を可視光に変換し、変換した可視光の強度から紫外光の強度を間接的に検出する方法がある(例えば、特許文献1参照)。 Ultraviolet light is widely used in the fields of resin curing, sterilization or sterilization treatment in the medical and food fields. In order to appropriately obtain the sterilization effect or sterilization effect by ultraviolet light, it is necessary to irradiate the object to be treated with a predetermined intensity. As a method of measuring the intensity of ultraviolet light, a method of directly detecting ultraviolet light with a light receiving element such as a silicon photodetector, or a method of converting ultraviolet light into visible light using a phosphor and converting the intensity of visible light into ultraviolet light. There is a method of indirectly detecting the intensity (see, for example, Patent Document 1).
紫外光による滅菌もしくは殺菌効果を広い面積で得られるように、複数の紫外光源をアレイ状に配置した紫外光発光装置が用いられることがある。このような発光装置の特性を評価するためには、紫外光の面強度分布を測定できることが望ましい。 An ultraviolet light emitting device in which a plurality of ultraviolet light sources are arranged in an array may be used so that sterilization or sterilization effect by ultraviolet light can be obtained in a wide area. In order to evaluate the characteristics of such a light emitting device, it is desirable to be able to measure the surface intensity distribution of ultraviolet light.
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、紫外光の面強度分布が得られる光測定技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and one of exemplary purposes thereof is to provide a light measurement technique capable of obtaining a surface intensity distribution of ultraviolet light.
本発明のある態様の光測定装置は、紫外光を可視光に変換する波長変換材料を含み、第1主面と、第1主面の反対側に設けられ、第1主面に入射する紫外光を可視光に変換して出射させる第2主面と、を有する波長変換板を備える。 An optical measurement device according to an aspect of the present invention includes a wavelength conversion material that converts ultraviolet light into visible light, and is provided on a side opposite to the first main surface and the first main surface, and is incident on the first main surface. A wavelength conversion plate having a second main surface that converts light into visible light and emits the light.
この態様によると、波長変換板の第1主面に入射する紫外光が可視光に変換され、第1主面に入射する紫外光の面強度分布に対応した面強度分布を有する可視光が第2主面から出射される。このため、紫外光の強度分布を第2主面における可視光の面強度分布として可視化することができる。 According to this aspect, the ultraviolet light incident on the first main surface of the wavelength conversion plate is converted into visible light, and the visible light having a surface intensity distribution corresponding to the surface intensity distribution of the ultraviolet light incident on the first main surface is the first. 2 is emitted from the main surface. For this reason, the intensity distribution of ultraviolet light can be visualized as the surface intensity distribution of visible light on the second main surface.
波長変換板は、紫外光を透過させる透明基板と、透明基板上に設けられる波長変換材料を含む波長変換層とを有し、第1主面、透明基板、波長変換層および第2主面が順に配置されてもよい。 The wavelength conversion plate has a transparent substrate that transmits ultraviolet light and a wavelength conversion layer that includes a wavelength conversion material provided on the transparent substrate, and the first main surface, the transparent substrate, the wavelength conversion layer, and the second main surface are You may arrange in order.
第2主面から出射される可視光の強度分布を測定する撮像素子と、撮像素子からの信号を用いて第2主面から出射される可視光の面強度分布を示すデータを生成する信号処理部と、をさらに備えてもよい。 An image sensor that measures the intensity distribution of visible light emitted from the second main surface, and a signal process that generates data indicating the surface intensity distribution of visible light emitted from the second main surface using a signal from the image sensor And a section.
波長変換板は、アレイ状に配置される複数の紫外光源に対向して配置され、信号処理部は、複数の紫外光源の発光強度を制御するためのフィードバック信号を出力してもよい。 The wavelength conversion plate may be arranged to face a plurality of ultraviolet light sources arranged in an array, and the signal processing unit may output a feedback signal for controlling the light emission intensity of the plurality of ultraviolet light sources.
波長変換板の第1主面および第2主面は、曲面で構成されてもよい。 The first main surface and the second main surface of the wavelength conversion plate may be configured by curved surfaces.
波長変換材料は、波長300nm以下の紫外光を可視光に変換してもよい。 The wavelength conversion material may convert ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less into visible light.
本発明の別の態様は、光測定方法である。この方法は、紫外光を可視光に変換する波長変換材料を含み、第1主面と、第1主面の反対側に設けられ、第1主面に入射する紫外光を可視光に変換して出射させる第2主面と、を有する波長変換板を、アレイ状に配置される複数の紫外光源に第1主面が対向するように配置することと、第2主面から出射される可視光を観測することと、を備える。 Another aspect of the present invention is a light measurement method. This method includes a wavelength conversion material that converts ultraviolet light into visible light, is provided on the opposite side of the first main surface and the first main surface, and converts ultraviolet light incident on the first main surface into visible light. A wavelength conversion plate having a second main surface to be emitted and disposed so that the first main surface faces a plurality of ultraviolet light sources arranged in an array, and visible light emitted from the second main surface Observing light.
本発明の光測定装置および光測定方法によれば、紫外光の面強度分布を簡易に得ることができる。 According to the light measurement device and the light measurement method of the present invention, the surface intensity distribution of ultraviolet light can be easily obtained.
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same elements are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate.
図1は、実施の形態に係る光測定装置10の構成を概略的に示す図である。光測定装置10は、発光装置50から出力される紫外光の強度を測定する装置であり、発光装置50から出力される紫外光の面強度分布を可視化する装置である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a
発光装置50は、複数の紫外光源52と、本体部54と、駆動部56を備える。
The
紫外光源52は、紫外線ランプや紫外光を発するLED(Light Emitting Diode)などである。本実施の形態では、紫外光源52としてUV−LEDを使用し、その中心波長またはピーク波長が約200nm〜300nmの紫外領域に含まれるLEDを用いる。発光装置50を殺菌用途に用いる場合、殺菌効率の高い波長である260nm付近の紫外光を発するものを用いることが好ましい。このような紫外光LEDとして、例えば、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)を用いたものが知られている。なお、樹脂硬化など他の用途に用いる場合には、用途に適した波長の紫外光を発する光源を選択すればよい。
The
複数の紫外光源52は、図2に示すように、本体部54の表面55にアレイ状に配置される。紫外光源52は、例えば、四方格子状または六方格子状に配置される。これにより、複数の紫外光源52は、表面55に対向する被照射体に向けて面状に紫外光を放射する。したがって、発光装置50は、紫外光の面発光装置と言うことができる。
The plurality of
本体部54は、複数の紫外光源52を固定する。本体部54は、例えば、紫外光源52が直接取り付けられる実装基板と、実装基板と熱的に接続されるヒートシンクを有する。本体部54は、ヒートシンクを空冷または水冷するための冷却機構を有してもよい。また、本体部54は、紫外光源52から放射される紫外光を反射して被照射体に向かわせる反射機構を有してもよい。このような反射機構は、紫外光の反射率の高いアルミニウム(Al)の反射面を有することが望ましい。
The
駆動部56は、複数の紫外光源52を発光させるための駆動電流を生成し、紫外光源52に供給する。駆動部56は、例えば、所定の発光強度が得られるような定電流を紫外光源52に供給する。駆動部56は、本体部54に取り付けられる複数の紫外光源52の発光強度を個別に調整できるように、それぞれの紫外光源52に異なる値の駆動電流を供給可能に構成される。また、駆動部56は、後述する信号処理部40からのフィードバック信号に基づいてそれぞれの紫外光源52の駆動電流を制御する。
The
光測定装置10は、波長変換板20と、撮像部30と、信号処理部40を備える。
The
波長変換板20は、紫外光61が入射される第1主面21と、透明基板24と、波長変換層26と、可視光62が出射される第2主面22を有する。第1主面21、透明基板24、波長変換層26および第2主面22は、この順に配置される。波長変換板20は、複数の紫外光源52に対向するように配置され、例えば、発光装置50の表面55の全体を覆うように設けられる。
The
透明基板24は、紫外光を透過する材料で構成される板状部材であり、石英(SiO2)やサファイア(Al2O3)等で構成される。なお透明基板24は、紫外光の透過率の高い樹脂材料で構成されてもよい。透明基板24を樹脂材料とする場合、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素樹脂や、透明性のシリコーン樹脂などを用いればよい。
The
波長変換層26は、紫外光を可視光に変換する波長変換材料を含む層である。本実施の形態では、波長変換材料として、紫外光を励起光として可視光の蛍光を発する蛍光体を用いる。蛍光体は、波長200nm〜300nmの紫外光に対して高い励起効率を有するものが望ましい。このような蛍光体として、例えば、ネモト・ルミマテリアル社製の蛍光体(例えば、青色蛍光体:D1230、緑色蛍光体:D1164、赤色蛍光体:D1120)が挙げられる。
The
波長変換層26は、上述の蛍光体をシリコン(Si)等を主成分とするバインダに混合したものを透明基板24の表面に塗布して焼成することにより形成できる。波長変換層26は、入射する紫外光61の強度に比例する可視光62を出射できるように、蛍光体の濃度が第2主面22において均一となるように形成されることが望ましい。なお、透明基板24の表面には、バインダとの密着性を高めるための微細な凹凸構造が設けられてもよい。
The
撮像部30は、波長フィルタ32と、撮像レンズ34と、撮像素子36を有する。つまり、撮像部30は、例えば、第2主面22の可視光画像を取得するためのカメラである。
The
波長フィルタ32は、可視光を透過させ、紫外光を遮断するローパスフィルタである。波長フィルタ32を設けることで、撮像素子36や撮像部30の封止に用いる樹脂材料などに紫外光が照射されて劣化してしまうのを防ぐ。なお、波長フィルタ32は、波長変換層26から出力される可視光の波長を選択的に通過させるバンドパスフィルタであってもよい。
The
撮像レンズ34は、波長変換板20から出射される可視光を撮像素子36に結像させる。撮像レンズ34は、一枚のレンズで構成されてもよいし、複数のレンズからなるレンズ群により構成されてもよい。撮像レンズ34は、撮像素子36に結像させる像の倍率を変えられるようにズーム機能を有してもよい。
The
撮像素子36は、入射する光の強度に応じた電気信号を生成する光電変換素子である。本実施の形態において、撮像素子36は、撮像レンズ34により結像される像に対応した画像信号の生成が可能な二次元イメージセンサであり、例えば、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサなどである。撮像素子36は、グレースケールの画像信号が生成可能となるように構成されてもよいし、カラーの画像信号が生成可能となるように構成されてもよい。撮像素子36が生成する画像信号は、信号処理部40に送られる。
The
信号処理部40は、撮像素子36からの信号を用いて第2主面22から出射される可視光62の面強度分布を示すデータを生成する。信号処理部40は、第2主面22における面強度分布データとして、光強度の強弱が各画素の輝度値に対応するグレースケール画像データを生成する。撮像素子36がカラー画像を測定可能な場合、信号処理部40は、第2主面22を目視した場合に対応するカラー画像データを生成してもよい。信号処理部40は、生成した画像データを図示しないディスプレイ等に出力して可視化してもよいし、さらなるデータ処理のために外部のコンピュータ等に画像データを出力してもよい。
The
信号処理部40は、生成した画像データを解析して、第2主面22から出射される可視光の面強度分布が所望の値となるように複数の紫外光源52の発光強度を制御するためのフィードバック信号を駆動部56に出力する。信号処理部40は、例えば、紫外光源52の点灯および消灯を個別に制御するための点灯指示信号を駆動部56に出力し、点灯中の紫外光源52が画像データのどの位置にあるのかを割り出す。信号処理部40は、紫外光源52の位置の割り出すことによって複数の紫外光源52のそれぞれの寄与に基づく強度を算出し、これらの強度が均一となるようにフィードバック信号を出力する。信号処理部40は、第2主面22から出射される可視光の強度分布が不均一な所望の分布となるようにフィードバック信号を出力してもよい。
The
つづいて、本実施の形態に係る光計測方法について述べる。まず、波長変換板20を用意し、波長変換板20の第1主面21がアレイ状に配置される複数の紫外光源52に対向するように波長変換板20を配置する。つづいて、波長変換板20の第2主面22から出射される可視光62を観測する。第2主面22から出射される可視光62は、目視により確認してもよいし、撮像部30などに含まれる撮像素子を用いて測定してもよい。
Next, the optical measurement method according to the present embodiment will be described. First, the
光測定装置10は、発光装置50の紫外光強度の測定が必要なときに一時的に発光装置50の前面に配置してもよいし、発光装置50の前面に常時配置して発光装置50にフィードバック信号を供給してもよい。後者の場合、光測定装置10は、発光装置50が設けられる機器等に組み込まれてもよい。また光測定装置10は、発光装置50と波長変換板20の間に紫外光の照射対象が位置する配置で、発光装置50が出力する紫外光の面強度分布を測定してもよい。
The
本実施の形態によれば、発光装置50からの紫外光61の強度分布を可視光62を介して測定するため、可視光用の撮像素子やカメラを用いて紫外光の面強度分布を得ることができる。一般に、紫外光用の撮像素子は、汎用的な可視光用の撮像素子と比べてコストが高い。また、シリコンフォトディテクタなどを用いた紫外光用の受光素子は、半導体素子部分を樹脂材料等で封止している場合があり、紫外光の照射を受けて樹脂材料が劣化することで封止性が低下し、受光素子としての特性が低下してしまう。そうすると、測定される紫外光の強度が安定せず、測定装置としての信頼性が低下してしまう。また、受光素子を頻繁に交換する必要が生じ、メンテナンスコストも高くなる。
According to the present embodiment, since the intensity distribution of the
一方、本実施の形態によれば、波長変換板20により紫外光61を可視光62に変換して測定するため、紫外光により撮像素子が劣化する影響を低減できる。これにより、測定装置としての信頼性を高めることができる。また、可視光用の撮像素子を用いることで、光測定装置10のコストを下げることができる。また、紫外光61を可視光62に変換することにより、発光装置50の面強度分布を目視で確認する場合の安全性を高めることができる。
On the other hand, according to the present embodiment, since the
また本実施の形態によれば、可視光62の観測対象となる第2主面22に波長変換層26を設けることで、波長変換板20に入射する紫外光61の面強度分布を精度良く可視光62の面強度分布に変換できる。仮に、透明基板24のような厚みのある基材に波長変換材料を混ぜて波長変換板を形成すると、紫外光が進行する厚さ方向の異なる位置で紫外光から可視光への変換が生じる。このとき、発光装置50から出力される紫外光は平行光とは限らないため、紫外光の進行方向の位置に応じて面強度分布は異なりうる。その結果、形状の異なる面強度分布を有する可視光が厚さ方向に重畳され、ピントがぼけたような面強度分布を有する可視光が生成される。そうすると、測定しようとする紫外光の面強度分布と、実際に観測する可視光の面強度分布のずれが大きくなってしまう。
Further, according to the present embodiment, the surface intensity distribution of the
一方、本実施の形態によれば、相対的に厚さの小さい波長変換層26を第2主面22に設けるため、波長変換層26に入射する紫外光61の面強度分布と波長変換層26から出射する可視光62の面強度分布とのずれを小さくすることができる。これにより、発光装置50から出力される紫外光の面強度分布を精度良く測定することができる。また、波長変換板20の位置を紫外光の進行方向に変化させることで、異なる観測面における紫外光の面強度分布を簡単に測定することができる。
On the other hand, according to the present embodiment, since the
図3は、変形例に係る光測定装置110の構成を概略的に示す図である。本変形例では、複数の紫外光源52が曲面155に設けられる発光装置150を測定対象とする点で上述の実施の形態と異なる。また、光測定装置110の波長変換板120は、湾曲する本体部154に対応した形状の曲面で構成される第1主面121および第2主面122を有する。以下、本変形例について上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the
発光装置150は、曲面155を有する本体部154を備える。複数の紫外光源52は、曲面155に取り付けられている。本変形例における曲面155は、凹面となるように形成されている。したがって、発光装置150は、被照射物に向けて集光させるように紫外光を出力することができる。
The
波長変換板120は、順に配置される第1主面121、透明基板124、波長変換層126、第2主面122を有する。第1主面121は、発光装置150の曲面155と対向し、凹面である曲面155に対応した形状の凸面で構成される。第2主面122は、第1主面121との距離が一定となるように設けられ、第1主面121に対応した形状の凹面で構成される。透明基板124および波長変換層126も同様に、湾曲した形状を有する。
The
第2主面122から出射される可視光62は、撮像部30により測定される。撮像部30により測定した画像信号は、信号処理部40に送られて画像データの生成および解析がなされる。
The
本変形例によれば、第1主面121および第2主面122が曲面で構成される波長変換板120を用いることにより、紫外光の面強度分布を測定しようとする観測面を曲面にできる。これにより、被照射物に向けて集光するような紫外光を出力する発光装置150について、紫外光の面強度分布を好適に測定することができる。
According to this modification, the observation surface on which the surface intensity distribution of the ultraviolet light is to be measured can be curved by using the
さらなる変形例においては、波長変換板の第1主面が凹面であり、第2主面が凸面となる光測定装置を用いてもよい。また、測定対象とする発光装置の形状に対応して、不均一に湾曲した曲面を有する波長変換板を用いてもよい。また、上述の実施の形態のように平面上に複数の紫外光源52が配置される発光装置50について、第1主面および第2主面が曲面で構成される波長変換板を用いてもよい。逆に、変形例に係る発光装置150について、上述の実施の形態のような第1主面21および第2主面22が平面で構成される波長変換板20を用いてもよい。つまり、測定しようとする観測面の形状に応じて、適切な形状を有する波長変換板を用いればよい。
In a further modification, an optical measurement device in which the first main surface of the wavelength conversion plate is a concave surface and the second main surface is a convex surface may be used. Further, a wavelength conversion plate having a curved surface that is unevenly curved may be used in accordance with the shape of the light emitting device to be measured. Further, for the
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。 In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It is understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, and various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. It is a place.
上述の実施の形態および変形例においては、二次元の光強度が計測可能な撮像部30を用いて可視光の面強度分布を測定することとした。さらなる変形例においては、線状に一列に配置される複数の受光素子や、アレイ状に配置される複数の受光素子を用いて光強度分布を計測してもよい。また、第2主面22から出射される可視光の進行方向に交差する方向に受光素子を移動させ、測定対象をスキャンするように受光素子を移動させることにより面強度分布を計測してもよい。
In the embodiment and the modification described above, the surface intensity distribution of visible light is measured using the
さらなる変形例においては、波長変換層に複数種類の蛍光体が含まれるようにしてもよい。具体的には、励起波長および蛍光波長がそれぞれ異なる複数種類の蛍光体を波長変換層に含ませ、測定する可視光の波長ごとの強度から発光装置から出力される紫外光の波長ごとの強度を算出してもよい。 In a further modification, a plurality of types of phosphors may be included in the wavelength conversion layer. Specifically, a plurality of types of phosphors having different excitation wavelengths and fluorescence wavelengths are included in the wavelength conversion layer, and the intensity for each wavelength of ultraviolet light output from the light emitting device is determined from the intensity for each wavelength of visible light to be measured. It may be calculated.
さらなる変形例においては、波長変換層を第2主面ではなく紫外光が入射する第1主面に設けてもよい。この場合、波長変換板の透明基板として、硼珪酸ガラスなどの紫外光の透過率が低く可視光の透過率が高い材料を用いてもよい。 In a further modification, the wavelength conversion layer may be provided not on the second main surface but on the first main surface on which ultraviolet light is incident. In this case, a material having a low ultraviolet light transmittance and a high visible light transmittance, such as borosilicate glass, may be used as the transparent substrate of the wavelength conversion plate.
10…光測定装置、20…波長変換板、21…第1主面、22…第2主面、24…透明基板、26…波長変換層、36…撮像素子、40…信号処理部、52…紫外光源、61…紫外光、62…可視光。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記撮像素子からの信号を用いて前記第2主面から出射される可視光の面強度分布を示すデータを生成する信号処理部と、をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の光測定装置。 An image sensor for measuring an intensity distribution of visible light emitted from the second main surface;
The signal processing part which produces | generates the data which show the surface intensity distribution of the visible light radiate | emitted from the said 2nd main surface using the signal from the said image pick-up element is further provided. Light measuring device.
前記信号処理部は、前記複数の紫外光源の発光強度を制御するためのフィードバック信号を出力することを特徴とする請求項3に記載の光測定装置。 The wavelength conversion plate is arranged to face a plurality of ultraviolet light sources arranged in an array,
The optical measurement apparatus according to claim 3, wherein the signal processing unit outputs a feedback signal for controlling emission intensity of the plurality of ultraviolet light sources.
前記第2主面から出射される可視光を観測することと、を備えることを特徴とする光測定方法。 It includes a wavelength conversion material that converts ultraviolet light into visible light, is provided on the first main surface and on the opposite side of the first main surface, and converts ultraviolet light incident on the first main surface into visible light, which is emitted. A wavelength conversion plate having a second main surface to be disposed such that the first main surface faces a plurality of ultraviolet light sources arranged in an array;
Observing visible light emitted from the second main surface. A light measurement method comprising:
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