JP6634766B2

JP6634766B2 - 分光放射束測定装置

Info

Publication number: JP6634766B2
Application number: JP2015193886A
Authority: JP
Inventors: 真也松岡; 芳紀山路
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: JP2017067625A

Description

本発明は、測定の対象物から放射される光束あるいは放射束を測定するための分光放射束測定装置に関する。

従来から、照明器具等に用いられる光源の性能を評価する指標として、全光束（ｌｍ：ルーメン）が用いられてきた。また近年の水銀による環境問題から紫外光源としてＬＥＤの普及が進んでおり、紫外光源を評価する指標をして全放射束（Ｗ：ワット）が用いられている。これら全光束や全放射束は、分光器で放射束と分光分布とを測定して分光放射束（Ｗ／ｎｍ）を算出し、さらに計算により光束や放射束を算出するのが一般的である。この分光放射束をより高い精度で測定する装置として、積分球を用いるのが主流である。この装置では、点灯した光源を積分球内に配置し、その光源からの光放射を積分球内壁に塗布された拡散反射材料（例えば、硫酸バリウムやＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）等）で繰返し反射させる。この繰返しの反射によって、積分球内壁面の放射照度は均一化する。この積分球内壁面の放射照度が光源の全放射束（放射照度）に比例することを利用して、積分球内壁面の放射照度を測定すると共に、この測定値を、予め取得しておいた標準光源により測定される放射照度と比較することで、測定対象の光源からの全放射束（放射照度）を求める。

積分球を用いた分光放射束測定装置として、例えば特許文献１に光源検査装置が開示されている。このような積分球の内面は、光線を拡散反射させるべく白色に形成されており、具体的には白色顔料を含有する樹脂から構成されていた。

特開２０１３−３０６１号公報

しかしながら、積分球を用いた分光放射束測定装置で測定する対象となる光には、紫外光のような短波長の光も含まれることがある。このような短波長の光を測定すると、白色顔料を含有する反射層を表面に有する積分球が短波長の光に晒されて樹脂が劣化し、反射率が変動するなどして測定の精度や信頼性が低下するという懸念がある。

本発明は、従来のこのような背景に鑑みてなされたものである。本発明の目的の一は、積分球の信頼性を高めた分光放射束測定装置を提供することにある。

以上の目的を達成するために、本発明の一の側面に係る分光放射束測定装置によれば、発光体からの光の分光放射束を測定するための分光放射束測定装置であって、前記発光体からの光を反射する内周面を有する積分球と、前記積分球内の光が該内周面で反射された反射光を受光するための受光部とを備え、前記積分球の内周面に、樹脂を用いず、多孔質の無機材料としてシリカを含み、前記シリカの厚さを５ｍｍ以上とすることができる。

上記構成により、信頼性の高い、高精度な分光放射束の測定装置を得ることができる。

本発明の実施形態１に係る分光放射束測定装置を示す模式断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（実施形態１）

本発明の実施形態１に係る分光放射束測定装置１００の例を図１に示す。この図に示す分光放射束測定装置１００は、積分球１０と受光部２０を備える。積分球１０は、その内部に、測定対象物である発光体ＬＳを保持する発光体保持部３０を挿入するための入射ポート１２と、受光部２０を接続する出射ポート１３を設けている。発光体保持部３０には、その先端で保持される発光体ＬＳを点灯させるための発光制御部４０が接続される。発光制御部４０は、発光体ＬＳを駆動する電力を供給し、またその駆動電流等を調整して、光量や点灯パターンを制御する。さらに受光部２０には、測定部５０が接続される。
（発光体ＬＳ）

発光体ＬＳは、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等の半導体発光素子あるいは発光装置が好適に利用できる。その発光波長は、特に限定するものでないが２００ｎｍ〜１１００ｎｍとできる。特に紫外光発光ダイオードの分光放射束測定に対して、本実施形態は有効となる（詳細は後述）。なお、発光体の発する光の内、積分球内に取り込まれて反射される光が測定の対象となる。いいかえると、漏れ光は測定の対象とならない。

半導体発光素子は、液相成長法、ＨＤＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法により基板上にＺｎＳ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＺｎＳｅ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成させたものが好適に用いられる。半導体層の材料やその混晶度の選択により、半導体発光素子の発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。特に、野外でも好適に利用することができる表示装置とするときには、高輝度発光可能な発光素子が求められる。そこで、緑色系及び青色系の高輝度な発光する発光素子の材料として、窒化物半導体を選択することが好ましい。例えば、発光層の材料として、Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）等が利用できる。また、このような発光素子と、その発光により励起され、発光素子の発光波長と異なる波長を有する光を発する種々の蛍光体３６（詳細は後述）とを組み合わせた発光素子とすることもできる。赤色系の発光する発光素子の材料として、ガリウム・アルミニウム・砒素系の半導体やアルミニウム・インジウム・ガリウム・燐系の半導体を選択することが好ましい。なお、カラー表示装置とするためには、赤色系の発光波長が６１０ｎｍから７００ｎｍ、緑色が４９５ｎｍから５６５ｎｍ、青色の発光波長が４３０ｎｍから４９０ｎｍのＬＥＤチップを組み合わせることが好ましい。

また、この半導体発光素子は、電極形成面を基体に面するように位置させて、バンプや半田ボール等で実装すると共に、電極形成面の裏面側を主光取出し面とするフェイスダウン実装（所謂フリップチップ実装）としている。ただ、この構成に限らず基体への実装面側と反対側の電極形成面側を主光取り出し面としたフェイスアップ実装型とすることもできる。

さらに発光体は、このような半導体発光素子に蛍光体等の波長変換部材を組み合わせた発光装置とすることもできる。波長変換部材には、半導体発光素子１０の発する光で励起可能な蛍光体が好適に利用できる。蛍光体には、ＹＡＧ、ＣＡＳＮ、ＳＣＡＳＮ等が好適に利用できる。例えば、半導体発光素子にＩｎＧａＮのＬＥＤを利用し、蛍光体に希土類元素で賦活されたＹＡＧを利用することで、ＬＥＤの青色光と、この青色光で蛍光体が励起されて波長変換させた黄色の蛍光とが得られ、これらの混色によって白色光が得られる。これにより、白色の発光装置を得ることができる。また、必要に応じて蛍光体は複数種類を混入させることができる。例えば赤色系の蛍光体を付加して、赤み成分を加えた暖色系の発光色を得ることができる。また白色光以外の発光色を得ることも可能である。ここでは、発光ダイオードのピーク波長を４４５〜４５５ｎｍの青色、蛍光体には、この青色光で励起されて黄色の蛍光を発するＹＡＧ、黄緑の蛍光を発するＬＡＧ、赤色の蛍光を発するＳＣＡＳＮを組み合わせて、これらの混色により電球色の白色光を出力光として生成する発光装置を得ている。
（発光体保持部３０）

発光体保持部３０は、その先端面３１に発光体ＬＳを保持するための部材である。この発光体保持部３０は、積分球１０に開口された発光体ＬＳの出射光を入射させるための入射ポート１２に挿入される。図１の例では、発光体保持部３０は、右側に開口された入射ポート１２から、挿入され、その先端面３１を積分球１０の内周面１１に表出させる構成としている。発光体保持部３０の先端面３１には、発光体ＬＳを保持するための保持機構が設けられている。特に図１に示すように、発光体保持部３０の先端面３１が垂直となる姿勢で、発光体ＬＳを保持するため、発光体ＬＳが落ちないような粘着層による貼付や狭持機構等を用いて、発光体ＬＳをこの面に固定している。また発光体ＬＳが、積分球１０の内周面１１の延長面上に配置されるように位置決めすることが好ましい。さらに発光体保持部３０の先端面３１も、入射ポート１２にセットされた状態で積分球１０の内周面１１の一部をなすため、表面を白色等に着色して反射率を内周面１１と同じ程度の反射率に形成することが好ましい。
（受光部２０）

受光部２０は、積分球１０内の光が積分球１０の内周面１１で反射された反射光を受光する。この受光部２０は、検出面で検出された発光体ＬＳの光を配光測定データとして検出する。このような受光部２０には、光ファイバ等が好適に利用できる。

好ましくは積分球１０に、内部の光を外部に向けて出射するための出射ポート１３を設け、この出射ポート１３に受光部２０を接続する形態とする。なお積分球１０に設けられた出射ポート１３と入射ポート１２は、それぞれの中心からの積分球１０の空洞の中心への方向が直交する位置に配置されている。また出射ポート１３や入射ポート１２は、発光体保持部３０や受光部２０を挿入した状態で埃等の異物が侵入しないように隙間が生じないよう設計される。
（測定部５０）

受光部２０と接続される測定部５０は、受光部２０で受光された光を電気信号に変換して、分光放射束を測定する。測定部５０は、ＣＣＤや受光素子（ＰＤ）等の半導体受光素子が好適に用いられる。
（積分球１０）

積分球１０は、発光体ＬＳからの光を反射する内周面１１を有する。内周面１１はほぼ球状の空洞に形成され、表面は光を反射する反射面としている。内周面１１の分光反射率は、可視波長域で９０％以上であることが望ましい。

積分球１０の内部には、必要に応じてバッフル等を配置する。バッフルは、発光体ＬＳの光が直接受光部２０に入射しないように遮光するための部材であり、例えば積分球１０の内周面１１の内、受光部２０と入射ポート１２との間に配設される。

積分球１０は、内周面１１で光線を繰り返して反射させることにより、内部の光を均一化する。積分球１０の内周面１１の大きさは、例えば直径１インチ（半径約１．２７ｃｍ）〜直径８０インチ（半径約２００ｃｍ）とする。

積分球１０の内周面１１には、多孔質の無機材料を含む。従来の積分球は硫酸バリウム等の樹脂製として一様な白色拡散反射特性とするものが主流であった。この方法では、測定対象物である発光体が紫外光のような波長の短い光を発する場合、このような短波長の光に晒された樹脂の反射率が変動することがあった。例えば紫外線照射量が少ないと樹脂が劣化し、透明度が低下して着色され、反射率が低下する。あるいは紫外線照射量が多いと樹脂の劣化が進み、分解されて硫酸バリウムがむき出しとなり、逆に反射率が既定値よりも増大してしまう。このように、反射率が変動すると分光放射束の測定性能の精度が低下し、好ましくない。これに対して本実施形態では、樹脂を用いず、多孔質の無機材料を用いている。多孔質の無機材料として具体的な材料としては、多孔質のシリカや多孔質のサファイアなどがあげられる。特に多孔質のシリカが好ましい。一般のシリカ（多孔質でない）は透明な材質であり鏡面反射となるため、積分球には利用できないが、これに対して多孔質のシリカは界面の面積を多くして拡散特性を向上させることができ、積分球の内面層として好適に利用できる。しかも樹脂を用いないことから、紫外光などによる劣化を回避でき、特に紫外光の放射束の測定に際しても、長期に渡って信頼性に優れた高精度な測定が実現される。

以下は、多孔質の無機材料としてシリカを用いる場合で説明するが、多孔質のシリカは好ましくは膜状に形成する。いいかえると、積分球１０を別の材質で構成して、その内周面１１に多孔質のシリカ層を形成してもよい。このような多孔質のシリカ層の厚さは、１ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上とする。これにより、厚みによるばらつきが低減される利点が得られる。

また積分球１０の内周面１１は、白色とすることが好ましい。ただ、測定対象の光の波長等に応じて、銀色や金色等、白色以外の色を採用することも可能である。

また、粉末状のシリカを圧縮成型して、膜状に成形しても反射面として利用することもできる。

このような多孔質のシリカを内周面１１とする積分球１０は、シリカのブロック体を削り出すことにより形成できる。例えば、予め多孔質のシリカのブロック体を構成しておき、このブロックを削り出して積分球１０を形成する。また、ブロック体の内部をくり抜いて球状に形成する他、タイル状にシリカを切り出して他の材質の積分球の内面に貼り合わせる構成としてもよい。

以上のような構成によって、積分球の内周面１１の耐光性を向上させた信頼性の高い、さらに紫外光のような強い光の測定に際しても反射率の変動を抑制した高精度な分光放射束の測定装置を得ることができる。

本発明の分光放射束測定装置は、ＬＥＤや半導体レーザ（ＬＤ）、有機ＥＬ等の照明用途やバックライト用途の光源の光束を測定する検査機器として好適に利用できる。

１００…分光放射束測定装置
１０…積分球
１１…内周面
１２…入射ポート
１３…出射ポート
２０…受光部
３０…発光体保持部
３１…先端面
４０…発光制御部
５０…測定部
ＬＳ…発光体

Claims

発光体からの光の放射束を測定するための分光放射束測定装置であって、
前記発光体からの光を反射する内周面を有する積分球と、
前記積分球内の光が該内周面で反射された反射光を受光するための受光部と
を備え、
前記積分球の内周面に、樹脂を用いず、多孔質の無機材料としてシリカを含み、前記シリカの厚さが５ｍｍ以上である分光放射束測定装置。
前記多孔質の無機材料は膜状である請求項１に記載の分光放射束測定装置。
前記多孔質の無機材料はブロック体から成形した形成体である請求項１又は２に記載の分光放射束測定装置。
前記多孔質の無機材料の反射率が、９０％以上である請求項１〜３のいずれか一に記載の分光放射束測定装置。
前記発光体が発光ダイオードである請求項１〜４のいずれか一に記載の分光放射束測定装置。
前記発光体からの光が紫外光成分を含む請求項１〜５のいずれか一に記載の分光放射束測定装置。