JP4452737B2 - 光束計および測定方法 - Google Patents

Description

この発明は、被測定光源から発生する全光束を測定するための光束計およびそれを用いた測定方法に関し、より特定的には、面光源からの全光束の測定に適した構成に関する。

光源の全光束を測定するための代表的な装置として、積分球を含む球形光束計が知られている。積分球は、その内面に拡散反射材料（たとえば、硫酸バリウムやＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）など）を塗布したものである。この積分球内に被測定光源を配置し、この被測定光源から発生する光束をその内面で繰返し反射させることにより、積分球内面の照度は均一化する。球形光束計は、この均一化した照度が被測定光源の全光束に比例することを利用するものである。一般的に、このような球形光束計によって測定される全光束は相対的な値となるので、発生する全光束が既知の全光束標準光源を用いた測定結果（標準値）との比較によって、被測定光源の全光束の絶対値が測定される。

このような球形光束計では、積分球内に被測定光源を配置するための支持構造物や、被測定光源から照度を測定するための受光部に直接的に光が入射することを防止するための遮蔽板（baffle）などによる光の吸収が避けられない。また、被測定光源自身も光を吸収する。

このような光吸収に対して、非特許文献１には、被測定光源の自己吸収を補正するための係数を用いることが開示されている。この自己吸収補正係数は、その発生する直接光が受光部に入射しないように自己吸収測定用光源（代表的に、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode））を設け、被測定光源を積分球内に配置した場合とそうでない場合とにおいて、それぞれ自己吸収測定用光源からの光束によって生じる受光部の出力の比をとることで算出される。しかしながら、この方法では、支持構造物や遮蔽板などによる光吸収を補正することはできない。

そのため、このような支持構造物などによる光吸収の影響を回避するために、特開平０６−１６７３８８号公報（特許文献１）に開示されるような半球型の光束計（以下「半球光束計」とも称す。）が提案された。この半球光束計は、積分球に代えて、半球状の内壁に光拡散材料を塗布した積分半球と、鏡面が積分半球の開口部を覆うように設置した平面ミラーとを備える。そして、被測定光源は、その中心が積分半球の内部半球の曲率中心に一致するように、平面ミラーの中心に設置される。

このような構成によれば、被測定光源と、平面ミラーによって生じる被測定光源の虚像とが積分球内（積分半球と積分半球の虚像との合成空間）に存在することになる、すなわち、平面ミラーと積分半球とは、あたかも被測定光源が積分球内の空間に光源を固定する支持構造物なしに点灯した状態を実現できるため、点灯治具などの支持構造物による光束吸収を回避できる。
特開平０６−１６７３８８号公報 日本工業規格ＪＩＳ Ｃ−８１５２：「照明用白色発光ダイオード（ＬＥＤ）の測光方法 Y.Ohno, "Integrating sphere simulation: application to total flux scale realization", APPLIED OPTICS, 1 May 1994, Vol.33, No.13

しかしながら、上述の半球光束計を用いたとしても、被測定光源自身の光吸収を回避することはできない。特に、半球光束計を用いた場合には、被測定光源が平面ミラー側に装着されるので、比較的発光面積の大きな面光源を被測定光源とすることができる。このような場合には、被測定光源自身による光吸収の量を無視することができない場合もある。

そこで、このような被測定光源自身の光吸収を補正するために、上述したような自己吸収測定用光源を設けた場合には、新たな問題が生じ得る。すなわち、自己吸収測定用光源を設けた場合には、この自己吸収測定用光源の虚像も積分球内に存在することになる。上述したように、自己吸収測定用光源からの直接光が受光部に入射しないように遮蔽板などを設ける必要があるが、自己吸収測定用光源およびその虚像から受光部への直接光の入射を回避しようとすると、遮蔽板は相対的に大きくなってしまう。その結果、この遮蔽板と自己吸収測定用光源とによる積分球内での照度ムラなどによって新たな測定誤差が生じ得る。

この発明は、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、被測定光源などによる光吸収を補正することが可能な半球型の光束計およびその光束計を用いた測定方法を提供することである。

この発明のある局面に従えば、被測定光源から発生する全光束を測定するための光束計を提供する。光束計は、その内面に光拡散反射層を形成した半球部と、半球部の実質的な曲率中心を通り、かつ半球部の開口部を塞ぐように配置された板状のミラー部と、半球部の内面における照度を測定するための受光部と、補正光束を発生する補正光源とを含む。ミラー部は、半球部の実質的な曲率中心を含む領域に形成され、かつ被測定光源をその発生する光束が半球部の内面に向けて照射されるように装着可能な第１の窓部と、第１の窓部から所定距離だけ離れた位置に形成された第２の窓部とを含む。補正光源は、第２の窓部を通じて補正光束を半球部の内面に照射するように配置される。

好ましくは、第１の窓部は、第１の窓部の開口領域と同じ大きさの校正用ミラーを、ミラー部の鏡面と同一面に沿って装着可能に構成される。光束計は、第１の窓部に非発光状態の被測定光源が装着され、かつ補正光源が発光状態の場合に測定される第１の照度と、第１の窓部に校正用ミラーが装着され、かつ補正光源が発光状態の場合に測定される第２の照度とに基づいて、被測定光源の光吸収に起因する補正係数を算出する補正係数算出手段をさらに含む。

さらに好ましくは、第１の窓部に発光状態の被測定光源が装着された場合に測定される第３の照度と、補正係数とに基づいて、被測定光源から発生する全光束を算出する全光束算出手段をさらに含む。

さらに好ましくは、補正光源は、第２の窓部を通じて半球部の内面に向けて照射される補正光束の量が予め所定値となるように構成されている。全光束算出手段は、第１の照度と、第３の照度と、補正係数と、補正光束の量とに基づいて、被測定光源から発生する全光束の絶対値を算出する。

好ましくは、受光部は、半球部の内面における照度を波長別に測定可能な分光部を含む。補正係数算出手段は、波長別に補正係数を算出する。

好ましくは、受光部は、半球部またはミラー部に形成された第３の窓部を通じて照度を測定する。光束計は、第１の窓部から第３の窓部までの経路上に配置された遮蔽部をさらに含む。

この発明の別の局面に従えば、光束計を用いて、被測定光源から発生する全光束を測定するための測定方法を提供する。光束計は、その内面に光拡散反射層を形成した半球部と、半球部の実質的な曲率中心を通り、かつ半球部の開口部を塞ぐように配置された板状のミラー部と、半球部の内面における照度を測定するための受光部と、補正光束を発生する補正光源とを含む。ミラー部は、第１の窓部と、第１の窓部から所定距離だけ離れた位置に形成された第２の窓部とを含む。測定方法は、第１の窓部に、第１の窓部の開口領域と同じ大きさの校正用ミラーを、ミラー部の鏡面と同一面に沿って装着するステップと、補正光源を発光状態にして、受光部を用いて第１の照度を測定するステップと、第１の窓部に、被測定光源をその発生する光束が半球部の内面に向けて照射されるように装着するステップと、補正光源を発光状態にして、受光部を用いて第２の照度を測定するステップと、第１の照度と第２の照度とに基づいて、被測定光源の光吸収に起因する補正係数を算出するステップと、被測定光源を発光状態にして、受光部を用いて第３の照度を測定するステップと、第３の照度と補正係数とに基づいて、被測定光源から発生する全光束を算出するステップとを含む。

この発明によれば、被測定光源などによる光吸収を補正することができる。

この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。

［実施の形態１］
＜装置構成＞
図１は、この発明の実施の形態１に従う光束計１００の外観図を示す図である。図２は、この発明の実施の形態１に従う光束計１００の断面構造を示す概略図である。

図１を参照して、この発明の実施の形態１に従う光束計１００は、半球部１と、この半球部１の開口部を塞ぐように配置された円板状のミラー部３とからなる。また、半球部１は、回転軸１０４を介してベース部１０２と回転自在に連結される。

図１および図２を参照して、半球部１の内面（内壁）には光拡散反射層１ａが形成される。この光拡散反射層１ａは、代表的に、硫酸バリウムやＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）などの光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。

円板状のミラー部３は、半球部１の実質的な曲率中心を通り、かつ半球部１の開口部を塞ぐように配置される。なお、半球部１の曲率中心とは、代表的に半球部１の内面側についての曲率の中心を意味する。また、ミラー部３の反射面（鏡面）５は少なくとも半球部１の内面側に形成される。

さらに、ミラー部３には、半球部１の内面側と外部側との間を連通可能な、光源窓２および照明窓４が形成される。光源窓２は、主として被測定光源ＯＢＪを装着するための開口であり、ミラー部３の円板中心点を含む領域に形成される。言い換えれば、光源窓２は、半球部１の実質的な曲率中心を含む領域に形成される。なお、被測定光源ＯＢＪからの全光束を測定するためには、被測定光源ＯＢＪの中心が半球部１の曲率中心と一致することが好ましく、光源窓２は被測定光源ＯＢＪをこのような状態で装着可能であれば、いずれの形状であってもよい。

なお、被測定光源ＯＢＪは何ら限定されるものではないが、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ユニットやフラットパネルディスプレイなどの面光源からの全光束の測定に好適である。

ここで、本実施の形態に従う光束計１００における測定原理について説明する。被測定光源ＯＢＪで発生する光束は、主として半球部１の内面に向けて照射される。一方、ミラー部３は、半球部１で反射した後に入射する被測定光源ＯＢＪからの光束を反射するとともに、半球部１の内面の虚像を生成する。上述したように、ミラー部３は半球部１の曲率中心を通るように構成されるので、ミラー部３と半球部１との間に形成される空間は一定の曲率をもつ半球となる。そのため、この半球部１の内面と、ミラー部３が生成する虚像とによって、実質的に球体の積分球を用いた場合と等しい照度分布を得ることができる。言い換えれば、あたかも球体の積分球内に、互いに対称に配置された被測定光源ＯＢＪの発光面が２つ存在しているとみなすことができる。このような虚像によって、半球部１の内面の照度は均一化され、この均一化した照度の値から被測定光源ＯＢＪの全光束を算出することができる。

すなわち、ミラー部３および半球部１の間に形成される空間と、ミラー部３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すことができればよい。そのため、「半球部の実質的な曲率中心」とは、半球部１の全くの曲率中心に加えて、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。

一方、照明窓４は、自己吸収を測定するために使用される補正光源９からの光束を半球部１の内面に向けて照射するための開口である。照明窓４は、光源窓２から所定距離だけ離れた位置に形成される。なお、補正光源９からの光束の被測定光源ＯＢＪの発光面への直接的な入射を可能な限り抑制することが好ましい。

照明窓４と連通するように、ミラー部３を挟んで半球部１の外側に光源格納部１１が配置される。光源格納部１１の内部には、補正光源９が配置され、補正光源９からの光束は、照明窓４を通じて半球部１の内面に照射される。この補正光源９は、後述するように、被測定光源ＯＢＪの光吸収に起因する補正係数を算出するための自己吸収測定用光源である。なお、以下では、被測定光源ＯＢＪから発生する光束と区別するために、補正光源９から発生する光束を「補正光束」とも称す。ここで、図２に示すように補正光束の光軸は、実質的に、照明窓４を通るミラー部３の円板面に垂直な線に相当する。一般的に、被測定光源ＯＢＪの積分球内での自己吸収補正は、被測定光源ＯＢＪが発する光が、積分球内面で繰返し反射し、再度被測定光源ＯＢＪに入射して吸収される成分を補正することを目的としている。そのため、補正光束は、被測定光源ＯＢＪが発する光と同様に積分球内部で繰返し反射する過程で、被測定光源ＯＢＪに入射する必要がある。補正光束が積分球内面で反射されず、被測定光源ＯＢＪに直接入射した場合には、被測定光源ＯＢＪの光束を測定する際の自己吸収が発生する照明条件とは異なったものとなり、自己吸収補正に誤差を生ずる。しかしながら、本実施の形態に従う光束計１００のように、ミラー部３の同一の円板面における異なる位置にそれぞれ形成された窓２，４を通じて、当該円板面に垂直な方向に光束が照射されるような構成を採用することで、照明窓４を通じて照射される補正光束が被測定光源ＯＢＪに直接に入射することを抑制できる。これにより、測定誤差を抑制することができる。

半球部１の内部の照度は、半球部１またはミラー部３のいずれかに形成された観測窓６を通じて受光部７によって検出される。図２に示す構成では、代表的に、照明窓４から離れた半球部１の内面に観測窓６が形成される。これは、補正光源９からの補正光束源が受光部７に直接的に入射することを抑制するためである。代替的に、ミラー部３に観測窓６を形成してもよい。

さらに、被測定光源ＯＢＪからの光束が受光部７に直接的に入射することを抑制するために、被測定光源ＯＢＪから観測窓６までの経路上に、遮蔽部８が形成される。なお、遮蔽部８は、それ自身による光吸収を抑制するために、その表面の反射率を相対的に高くすることが好ましい。

制御部１０は、受光部７で測定された半球部１の内面の照度を示す信号を受信するように構成される。そして、制御部１０は、この測定された照度に応じた出力から、被測定光源ＯＢＪでの自己吸収補正係数や被測定光源ＯＢＪからの全光束を算出する。

＜自己吸収補正係数の算出手順＞
以下、図２および図３を用いて、本実施の形態に従う光束計１００において、被測定光源ＯＢＪの自己吸収補正係数αを算出する手順について説明する。

図３は、被測定光源ＯＢＪの非装着状態を説明するための概略図である。
図３を参照して、光源窓２は、被測定光源ＯＢＪに加えて、ミラー部３の鏡面と同一面に沿って、光源窓２の開口領域と同じ大きさの校正用ミラー１２を装着可能に構成される。すなわち、光源窓２に被測定光源ＯＢＪが装着されていない状態においては、被測定光源ＯＢＪに代えて校正用ミラー１２が光源窓２に装着される。したがって、光源窓２の領域を含むミラー部３の円板面の全面（照明窓４の部分を除く）にわたって、反射面（鏡面）が形成されることになる。図３に示すような状態において、補正光源９からの補正光束によって受光部７で検出される照度は、被測定光源ＯＢＪによる自己吸収の影響を排除した標準値に相当する。そして、図２に示す被測定光源ＯＢＪを点灯せずに装着した状態において、補正光源９からの補正光束によって受光部７で検出される照度を、この標準値で規格化することによって、被測定光源ＯＢＪの自己吸収補正係数αを算出することができる。

すなわち、図３の状態において補正光束によって生じる照度に応じた受光部７からの出力値をｉ_０とし、図２の状態において補正光束によって生じる照度に応じた受光部７からの出力値をｉ_１とすると、被測定光源ＯＢＪの自己吸収補正係数αは、以下のような式で表すことができる。

α＝ｉ_１／ｉ_０
さらに、この自己吸収補正係数αを用いて、被測定光源ＯＢＪから発生する光束によって生じる照度を補正し、この補正後の照度を用いて被測定光源ＯＢＪの全光束を測定できる。

具体的には、自己吸収補正係数αを考慮した場合の、被測定光源ＯＢＪの全光束φと、受光部７で検出される照度Ｅｄとの理論的な関係は、以下のようになる。

φ≒２πｒ^２×α×Ｅｄ×｛（１−ρ）／ρ｝∝α×ｉ_ｄ
但し、ｒは半球部１の曲率中心から内面までの半径であり、ρは半球部１の内面における反射率であり、これらの値はいずれも既知である。また、ｉ_ｄは、補正光源９を非発光状態とし、かつ被測定光源ＯＢＪを発光状態とした場合における受光部７からの出力値である。

すなわち、被測定光源ＯＢＪの全光束φは、自己吸収補正係数αと受光部７からの出力値ｉ_ｄとの積に比例することになる。実際には、受光部７で検出される絶対的な照度を正確に測定することは難しいので、発生する全光束の量が予め既知である全光束標準光源の測定結果と比較することで、被測定光源ＯＢＪの全光束を間接的に測定する。

＜制御構造＞
図４は、この発明の実施の形態１に従う制御部１０における制御構造を示す概略図である。

図４を参照して、制御部１０は、選択部１１１と、バッファ部１１２，１１３，１１４と、割算部１１５と、全光束算出部１１６とをその機能として含む。

選択部１１１は、受光部７からの出力値をユーザなどからの状態入力に応じて、バッファ部１１２，１１３，１１４のいずれかに選択的に出力する。ここで、状態入力とは、代表的に以下の３つの場合を含む。

（１）光源窓２に被測定光源ＯＢＪが装着されており、かつ補正光源９のみが発光状態
（２）光源窓２に校正用ミラー１２が装着されており、かつ補正光源９のみが発光状態
（３）光源窓２に被測定光源ＯＢＪが装着されており、かつ被測定光源ＯＢＪのみが発光状態
すなわち、ユーザは、上述の図２または図３に示すような状態にセットした上で、各状態に応じた状態入力を制御部１０に与えることになる。

バッファ部１１２は、状態入力として上記の（１）が入力されている場合において、選択部１１１から出力される受光部７の出力値を受信し、出力値ｉ_１として保持出力する。また、バッファ部１１３は、状態入力として上記の（２）が入力されている場合において、選択部１１１から出力される受光部７の出力値を受信し、出力値ｉ_０として保持出力する。さらに、バッファ部１１４は、状態入力として上記の（３）が入力されている場合において、選択部１１１から出力される受光部７の出力値を受信し、出力値ｉ_ｄとして保持出力する。なお、バッファ部１１２，１１３，１１４の各々は、ノイズ除去回路や平均化回路を含むように構成してもよい。

割算部１１５は、バッファ部１１２から出力される出力値ｉ_１をバッファ部１１３から出力される出力値ｉ_０で割り算して、その商を自己吸収補正係数αとして全光束算出部１１６へ出力する。

全光束算出部１１６は、バッファ部１１４から出力される出力値ｉ_ｄに、割算部１１５から出力される自己吸収補正係数αを乗じた値を、被測定光源ＯＢＪの全光束φに応じた相対値として出力する。なお、全光束算出部１１６は、その対応する光束計１００の設計定数に応じた係数をさらに乗じた上で、出力値を算出してもよい。

＜点灯姿勢＞
図１に示すように、本実施の形態に従う光束計１００では、半球部１が回転自在に構成されるので、被測定光源ＯＢＪの点灯姿勢を連続的に変更して全光束測定を容易に行うことができる。

図５は、この発明の実施の形態１に従う光束計１００を用いた測定形態を模式的に示す図である。

図５（ａ）〜図５（ｃ）を参照して、予め、自己吸収補正係数αを取得した上で、被測定光源ＯＢＪを光源窓２に装着し、半球部１を適宜の回転角度に順次設定し、各回転角度において被測定光源ＯＢＪの全光束を順次測定する。被測定光源ＯＢＪの種類によっては、その点灯姿勢に応じて発光性能が異なるものがあり、本実施の形態に従う光束計１００は、このような被測定光源ＯＢＪの発光性能の評価をより迅速に行うことができる。なお、点灯姿勢に応じて発光性能が異なる理由の一つとしては、点灯姿勢に応じて被測定光源ＯＢＪの放熱特性が異なるため、被測定光源ＯＢＪの内部温度が異なることが知れている。

＜測定手順＞
図６は、この発明の実施の形態１に従う光束計１００を用いた全光束の測定に係る処理手順を示すフローチャートである。

図６を参照して、まず、ユーザは、光源窓２に校正用ミラー１２を装着し（ステップＳ１００）、補正光源９を発光させる（ステップＳ１０２）。そして、ユーザは、制御部１０に、上述の「（２）光源窓２に校正用ミラー１２が装着されており、かつ補正光源９のみが発光状態」を示す選択指令を入力する。すると、制御部１０は、そのときに受光部７から出力される値を出力値ｉ_０として一時的に格納する（ステップＳ１０４）。

次に、ユーザは、光源窓２に被測定光源ＯＢＪを装着し（ステップＳ１０６）、補正光源９を発光させる（ステップＳ１０８）。そして、ユーザは、制御部１０に、上述の「（１）光源窓２に被測定光源ＯＢＪが装着されており、かつ補正光源９のみが発光状態」を示す選択指令を入力する。すると、制御部１０は、そのときに受光部７から出力される値を出力値ｉ_１として一時的に格納する（ステップＳ１１０）。

さらに、制御部１０は、出力値ｉ_１を出力値ｉ_０で割り算することで、自己吸収補正係数αを算出する（ステップＳ１１２）。制御部１０は、この算出した自己吸収補正係数αを格納する。

次に、ユーザは、光源窓２に被測定光源ＯＢＪが装着された状態で、補正光源９を非発光状態にするとともに、被測定光源ＯＢＪを発光させる（ステップＳ１１４）。そして、ユーザは、制御部１０に、上述の「（３）光源窓２に被測定光源ＯＢＪが装着されており、かつ被測定光源ＯＢＪのみが発光状態」を示す選択指令を入力する。すると、制御部１０は、そのときに受光部７から出力される値である出力値ｉ_ｄに対して、ステップＳ１１２において算出された自己吸収補正係数αを乗じた値を算出し、被測定光源ＯＢＪの全光束（相対値）として出力する（ステップＳ１１６）。

その後、別の点灯姿勢における測定が必要である場合（ステップＳ１１８においてＹＥＳの場合）には、ユーザは、半球部１を所定の回転角度に設定し（ステップＳ１２０）、ステップＳ１１６以降の処理を制御部１０に実行させる。

これに対して、別の点灯姿勢における測定が必要でない場合（ステップＳ１１８においてＮＯの場合）には、測定処理は終了する。

＜変形例＞
本実施の形態に従う光束計においては、補正光源９の種類が特に限定されることはないが、被測定光源ＯＢＪの種類によっては、補正光源９として被測定光源ＯＢＪと同一種類の光源を用いることが好ましい場合がある。

たとえば、蛍光水銀灯では、水銀灯の外管の内面側に蛍光体が塗布されており、水銀灯自体から発生する光と、この光の一部を受けて蛍光体から発生する蛍光とが放射される。一般的に、水銀灯の輝線スペクトルには、２５４ｎｍや３６５ｎｍの紫外線が含まれており、この紫外線が半球部１の内面などで拡散反射される過程で、蛍光水銀灯の蛍光体に再入射し得る。そのため、蛍光水銀灯から一旦放射された紫外線によって、蛍光体が再度発光するという「再励起現象」が生じる。

また、白色ＬＥＤを用いた場合にも同様に「再励起現象」が生じ得る。
図７は、白色ＬＥＤの代表的な構造を示す断面図である。

図７を参照して、白色ＬＥＤは、リードフレームであるカソード２０２上に、銀ペースト２１４を挟んで配置されたＬＥＤチップ２１２を含む。また、白色ＬＥＤは、カソード２０２に加えて、同じくリードフレームであるアノード２００を含む。そして、ＬＥＤチップ２１２は、ボンディングワイヤ２０６によってアノード２００と電気的に接続されるとともに、ボンディングワイヤ２１６によってカソード２０２と電気的に接続される。さらに、ＬＥＤチップ２１２の上表面は、蛍光体を分散させた封入剤２１０によって封入される。そして、ＬＥＤチップ２１２および封入剤２１０を含む全体を砲弾形状にパッケージすることで、レンズ２０８を構成する。

このＬＥＤチップ２１２から放射される光は、蛍光体である封入剤２１０に照射される。そして、封入剤２１０から発生する蛍光がレンズ２０８を通って拡散放射される。ここで、一般的な白色ＬＥＤでは、ＬＥＤチップ２１２として青色発光ＬＥＤが用いられ、蛍光体としてＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体が用いられる。白色ＬＥＤからは、ＬＥＤチップ２１２から放射される青色成分光の一部も放射されることになるが、この青色成分光が半球部１の内面などで拡散反射される過程で、封入剤２１０に再入射し得る。そのため、白色ＬＥＤから一旦放射された光によって蛍光体が再度発光するという「再励起現象」が生じる。

したがって、自己吸収現象に加えて、上述のような再励起現象による測定誤差を補正するためには、補正光源９として、被測定光源ＯＢＪと同一種類の光源を用いることが好ましい。ここで、「同一種類の光源」とは、補正光源９から発生する光の波長成分（スペクトル）が、被測定光源ＯＢＪから発生する光の波長成分（スペクトル）と実質的に等価であることを意味し、両光源を全く同一のものにする必要はない。

補正光源９として、上述のような被測定光源ＯＢＪと同一種類の光源を用いることで、自己吸収現象および再励起現象を考慮した自己吸収補正係数αを算出することができる。なお、自己吸収補正係数αの算出手順および全光束の測定手順は、上述したそれぞれの手順と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

本実施の形態によれば、円板状のミラー部３に光源窓２および照明窓４が互いに所定距離だけ離して形成されており、光源窓２に被測定光源ＯＢＪが装着されるとともに、半球部１の外部に形成された補正光源９からの補正光束が照明窓４を通じて半球部１の内面へ照射される。これにより、補正光源９からの補正光束が直接的に被測定光源ＯＢＪへ入射することを抑制でき、その結果、補正光束が直接的に被測定光源ＯＢＪへ入射することを抑制するための遮蔽板を半球部１の内部に設ける必要がない。そのため、簡素な構成を維持したまま、被測定光源ＯＢＪの光吸収（自己吸収）に起因する誤差を補正して、全光束を高精度に測定することができる。

また、本実施の形態によれば、半球部１が回転自在に構成されるので、被測定光源ＯＢＪをミラー部３に装着した状態のまま、さまざまな点灯姿勢における全光束測定を容易に行うことができる。

［実施の形態２］
上述の実施の形態１においては、被測定光源ＯＢＪの全光束に応じた相対値を出力する構成について例示したが、補正光源から半球部１の内面の照射される光束を厳密に設定することにより、被測定光源ＯＢＪの全光束の絶対値を１回の測定で取得することもできる。

図８は、この発明の実施の形態２に従う光束計１００Ａの断面構造を示す概略図である。

図８を参照して、この発明の実施の形態２に従う光束計１００Ａは、上述の実施の形態１に従う光束計１００において、集光光学系１３を追加するとともに、補正光源９および制御部１０をそれぞれ補正光源９Ａおよび制御部１０Ａに代えたものである。その他の部位については、光束計１００と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

補正光源９Ａは、その発生する光の光度が予め所定値に設計された光度標準光源からなる。光度とは、単位立体角あたりの光束の量であるため、補正光源９Ａから放射される立体角（開口面積）を正確に設計することで、補正光源９Ａから半球部１の内面へ照射される標準光束の量を任意に決定することができる。

より具体的には、補正光源９Ａと照明窓４との光軸上に集光光学系１３を配置し、この集光光学系１３を適宜光学設計することにより、補正光源９Ａから発生する光束のうち、照明窓４を通じて半球部１へ照射される標準光束を定めることができる。より正確に標準光束を定めるために、予め定められた標準電球との比較などによって、校正することが好ましい。なお、照明窓４の大きさを可能な限り小さくするために、補正光源９Ａからの補正光束が照明窓４で収束するように集光光学系１３を設計することが好ましい。

そして、光源窓２に校正用ミラー１２が装着されており、かつ補正光源９Ａのみが発光状態である場合において、補正光源９Ａからの補正光束（標準光束φ_０）による照度に応じて受光部７から出力される出力値をｉ_０とし、光源窓２に被測定光源ＯＢＪが装着されており、かつ被測定光源ＯＢＪのみが発光状態である場合において、受光部７から出力される出力値をｉ _ｄ とすると、被測定光源ＯＢＪの全光束φは、以下のようになる。

φ＝φ_０×α×ｉ_ｄ／ｉ_０
なお、自己吸収補正係数αは上述と同様の手順によって算出される。

このように、本実施の形態に従う光束計１００Ａによれば、全光束標準光源との比較測定を行うことなく、１回の測定で被測定光源ＯＢＪの全光束の絶対値を測定することができる。

＜制御構造＞
図９は、この発明の実施の形態２に従う制御部１０Ａにおける制御構造を示す概略図である。

図９を参照して、制御部１０Ａは、選択部１１１と、バッファ部１１２，１１３，１１４と、割算部１１５と、全光束算出部１１６Ａとをその機能として含む。全光束算出部１１６Ａを除く他の機能ブロックについては、上述した図４に示す制御部１０の制御構造と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

全光束算出部１１６Ａは、バッファ部１１４から出力される出力値ｉ_ｄと、割算部１１５から出力される自己吸収補正係数αと、補正光源９Ａから半球部１の内部に照射される標準光束φ_０と、バッファ部１１３から出力される出力値ｉ_０とに基づいて、被測定光源ＯＢＪの全光束φを算出する。

具体的には、全光束算出部１１６Ａは、上述した算出式（φ＝φ_０×α×ｉ_ｄ／ｉ_０）に従って全光束φを算出する。なお、標準光束φ_０は、補正光源９Ａの設計値に基づいて予め設定される。

＜測定手順＞
図１０は、この発明の実施の形態２に従う光束計１００Ａを用いた全光束の測定に係る処理手順を示すフローチャートである。なお、図１０に示すステップのうち、図６に示すフローチャートにおけるステップと実質的に同一の処理を行うものについては、同じ参照番号を付している。

図１０を参照して、まず、ユーザは、光源窓２に校正用ミラー１２を装着し（ステップＳ１００）、制御部１０Ａに標準光束φ_０の値を入力した上で（ステップＳ１０１）、補正光源９Ａを発光させる（ステップＳ１０２）。そして、ユーザは、制御部１０Ａに、上述の「（２）光源窓２に校正用ミラー１２が装着されており、かつ補正光源９Ａのみが発光状態」を示す選択指令を入力する。すると、制御部１０Ａは、そのときに受光部７から出力される値を出力値ｉ_０として一時的に格納する（ステップＳ１０４）。

次に、ユーザは、光源窓２に被測定光源ＯＢＪを装着し（ステップＳ１０６）、補正光源９Ａを発光させる（ステップＳ１０８）。そして、ユーザは、制御部１０Ａに、上述の「（１）光源窓２に被測定光源ＯＢＪが装着されており、かつ補正光源９Ａのみが発光状態」を示す選択指令を入力する。すると、制御部１０Ａは、そのときに受光部７から出力される値を出力値ｉ_１として一時的に格納する（ステップＳ１１０）。

さらに、制御部１０Ａは、出力値ｉ_１を出力値ｉ_０で割り算することで、自己吸収補正係数αを算出する（ステップＳ１１２）。制御部１０Ａは、この自己吸収補正係数αを格納する。

次に、ユーザは、光源窓２に被測定光源ＯＢＪが装着された状態で、補正光源９Ａを非発光状態にするとともに、被測定光源ＯＢＪを発光させる（ステップＳ１１４）。そして、ユーザは、制御部１０Ａに、上述の「（３）光源窓２に被測定光源ＯＢＪが装着されており、かつ被測定光源ＯＢＪのみが発光状態」を示す選択指令を入力する。すると、制御部１０Ａは、そのときに受光部７から出力される値を出力値ｉ_ｄに対して、ステップＳ１０１において入力された標準光束φ_０、ステップＳ１１２において算出された自己吸収補正係数αを乗じ、かつステップＳ１０４において格納された出力値ｉ_０で割り算した結果を被測定光源ＯＢＪの全光束として出力する（ステップＳ１１７）。

その後、別の点灯姿勢における測定が必要である場合（ステップＳ１１８においてＹＥＳの場合）には、ユーザは、半球部１を所定の回転角度に設定し（ステップＳ１２０）、ステップＳ１１７以降の処理を制御部１０Ａに実行させる。

これに対して、別の点灯姿勢における測定が必要でない場合（ステップＳ１１８においてＮＯの場合）には、測定処理は終了する。

その他の構成については、上述した実施の形態１に従う光束計１００と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

本実施の形態によれば、上述した実施の形態１における効果に加えて、補正光源９Ａから半球部１の内面に向けて照射される光束が予め既知であるので、被測定光源ＯＢＪの全光束の絶対値を１回の測定で取得することができる。そのため、測定時間の短縮化および測定手順の簡素化を実現できる。

［実施の形態３］
上述の実施の形態１および２においては、照度の絶対値を検出する受光部を用いる構成について例示したが、波長別の照度を検出できる分光型の受光部を用いてもよい。

図１１は、この発明の実施の形態３に従う受光部７Ａの代表的な概略構成図である。
図１１を参照して、分光型の受光部７Ａは、観測窓６を通じて半球部１から抽出される光の光軸上に配置される反射型の回折格子７１と、回折格子７１による回折光を受光する検出部７２とを含む。回折格子７１は、所定の波長間隔毎の回折波が対応する各方向に反射するように構成されており、代表的にグレーティングなどによって構成される。検出部７２は、回折格子７１で分光された反射光に含まれる各波長成分の光強度に応じた電気信号を出力する。検出部７２は、代表的にフォトダイオードなどの検出素子をアレイ状に配置したフォトダイオードアレイや、マトリックス状に配置されたＣＣＤ（Charged Coupled Device）などからなる。

このような構成によって、受光部７Ａからは波長別の照度に応じた出力値ｉ（λ）が出力される。この受光部７Ａと接続される本実施の形態に従う制御部では、波長別に自己吸収補正係数が算出される。すなわち、本実施の形態に従う制御部では、図３の状態において、補正光束に応じて受光部７Ａから出力される出力値をｉ_０（λ）とし、図２の状態において、補正光束に応じた受光部７から出力される出力値をｉ_１（λ）とすると、被測定光源ＯＢＪの波長別の自己吸収補正係数α（λ）は、以下のような式で表すことができる。

α（λ）＝ｉ_１（λ）／ｉ_０（λ）
さらに、この自己吸収補正係数α（λ）を用いて、被測定光源ＯＢＪから発生する光束によって生じる照度を補正した上で、この補正後の照度を用いて、被測定光源ＯＢＪの全光束を波長別に測定することができる。

その他の構成ならびに、自己吸収補正係数の算出手順および全光束の測定手順などは、上述した実施の形態１または２と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

本実施の形態によれば、上述の実施の形態１における効果に加えて、被測定光源ＯＢＪの光吸収（自己吸収）が波長依存性を有する場合であっても、この自己吸収による誤差を適切に補正することができる。これにより、被測定光源ＯＢＪの全光束をより高精度に測定することができる。

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。

この発明の実施の形態１に従う光束計の外観図を示す図である。 この発明の実施の形態１に従う光束計の断面構造を示す概略図である。 被測定光源の非装着状態を説明するための概略図である。 この発明の実施の形態１に従う制御部における制御構造を示す概略図である。 この発明の実施の形態１に従う光束計を用いた測定形態を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態１に従う光束計を用いた全光束の測定に係る処理手順を示すフローチャートである。 白色ＬＥＤの代表的な構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に従う光束計の断面構造を示す概略図である。 この発明の実施の形態２に従う制御部における制御構造を示す概略図である。 この発明の実施の形態２に従う光束計を用いた全光束の測定に係る処理手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に従う受光部の代表的な概略構成図である。

符号の説明

１ 半球部、１ａ 光拡散反射層、２ 光源窓、３ ミラー部、４ 照明窓、６ 観測窓、７，７Ａ 受光部、８ 遮蔽部、９，９Ａ 補正光源、１０，１０Ａ 制御部、１１ 光源格納部、１２ 校正用ミラー、１３ 集光光学系、７１ 回折格子、７２ 検出部、１００，１００Ａ 光束計、１０２ ベース部、１０４ 回転軸、１１１ 選択部、１１２，１１３，１１４ バッファ部、１１５ 割算部、１１６，１１６Ａ 全光束算出部、２００ アノード、２０２ カソード、２０６，２１６ ボンディングワイヤ、２０８ レンズ、２１０ 封入剤、２１２ ＬＥＤチップ、２１４ 銀ペースト、ＯＢＪ 被測定光源。

Claims (7)

1. 被測定光源から発生する全光束を測定するための光束計であって、
   その内面に光拡散反射層を形成した半球部と、
   前記半球部の実質的な曲率中心を通り、かつ前記半球部の開口部を塞ぐように配置された板状のミラー部と、
   前記半球部の内面における照度を測定するための受光部と、
   補正光束を発生する補正光源とを備え、
   前記ミラー部は、
   前記半球部の実質的な曲率中心を含む領域に形成され、かつ前記被測定光源をその発生する光束が前記半球部の内面に向けて照射されるように装着可能な第１の窓部と、
   前記第１の窓部から所定距離だけ離れた位置に形成された第２の窓部とを含み、
   前記補正光源は、前記第２の窓部を通じて前記補正光束を前記半球部の内面に照射するように配置される、光束計。
2. 前記第１の窓部は、前記第１の窓部の開口領域と同じ大きさの校正用ミラーを、前記ミラー部の鏡面と同一面に沿って装着可能に構成され、
   前記光束計は、前記第１の窓部に非発光状態の前記被測定光源が装着され、かつ前記補正光源が発光状態の場合に測定される第１の照度と、前記第１の窓部に前記校正用ミラーが装着され、かつ前記補正光源が発光状態の場合に測定される第２の照度とに基づいて、前記被測定光源の光吸収に起因する補正係数を算出する補正係数算出手段をさらに備える、請求項１に記載の光束計。
3. 前記第１の窓部に発光状態の前記被測定光源が装着された場合に測定される第３の照度と、前記補正係数とに基づいて、前記被測定光源から発生する全光束を算出する全光束算出手段をさらに備える、請求項２に記載の光束計。
4. 前記補正光源は、前記第２の窓部を通じて前記半球部の内面に向けて照射される前記補正光束の量が予め所定値となるように構成されており、
   前記全光束算出手段は、前記第１の照度と、前記第３の照度と、前記補正係数と、前記前記補正光束の量とに基づいて、前記被測定光源から発生する全光束の絶対値を算出する、請求項３に記載の光束計。
5. 前記受光部は、前記半球部の内面における照度を波長別に測定可能な分光部を含み、
   前記補正係数算出手段は、波長別に前記補正係数を算出する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の光束計。
6. 前記受光部は、前記半球部または前記ミラー部に形成された第３の窓部を通じて前記照度を測定し、
   前記光束計は、前記第１の窓部から前記第３の窓部までの経路上に配置された遮蔽部をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光束計。
7. 光束計を用いて、被測定光源から発生する全光束を測定するための測定方法であって、
   前記光束計は、
   その内面に光拡散反射層を形成した半球部と、
   前記半球部の実質的な曲率中心を通り、かつ前記半球部の開口部を塞ぐように配置された板状のミラー部と、
   前記半球部の内面における照度を測定するための受光部と、
   補正光束を発生する補正光源とを備え、
   前記ミラー部は、第１の窓部と、前記第１の窓部から所定距離だけ離れた位置に形成された第２の窓部とを含み、
   前記測定方法は、
   前記第１の窓部に、前記第１の窓部の開口領域と同じ大きさの校正用ミラーを、前記ミラー部の鏡面と同一面に沿って装着するステップと、
   前記補正光源を発光状態にして、前記受光部を用いて第１の照度を測定するステップと、
   前記第１の窓部に、前記被測定光源をその発生する光束が前記半球部の内面に向けて照射されるように装着するステップと、
   前記補正光源を発光状態にして、前記受光部を用いて第２の照度を測定するステップと、
   前記第１の照度と前記第２の照度とに基づいて、前記被測定光源の光吸収に起因する補正係数を算出するステップと、
   前記被測定光源を発光状態にして、前記受光部を用いて第３の照度を測定するステップと、
   前記第３の照度と前記補正係数とに基づいて、前記被測定光源から発生する全光束を算出するステップとを備える、測定方法。

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