JP6967835B2 - 分光放射測定装置 - Google Patents
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Description
入射スリットと、前記入射スリットから入射された入射光を波長に応じて出射角を変化させる分散手段と、前記分散手段により分散された光のうち特定の波長帯域の光を出射させる出射スリットとを備えた分光器と、
被測定光源から出射された光を、拡散光にして前記入射スリットに照射する光導入手段と、
分光分布測定の基準とする標準光源と、
を備え、
前記標準光源は、発光ダイオードと該発光ダイオードからの光により励起される蛍光体とを含み、
前記標準光源の分光分布Ps(λ)と、該分光分布Ps(λ)の2次微分係数Ps”(λ)と、前記入射スリットの幅と前記分散手段の分散特性と前記出射スリットの幅とに基づいて規定されるスリット関数の波長幅Δλ(nm)とが、380nm〜780nmの波長範囲において、以下の式(1)の関係を満たすことを特徴とする。
Δλ2×(|Ps”(λ)|/Ps(λ))<0.5・・・式(1)
また、14の符号を付して示す部材は、自己吸収補正用光源である。
(i)分光放射計の測定値R(Λ)が、分光放射計のスリット関数g(λ,Λ)、分光放射計の応答度H(Λ)および光源の分光分布P(λ)により、次の式(3)で与えられること、
(ii)さらに、スリット関数g(λ,Λ)が、スリット波長幅Δλを有する二等辺三角形で与えられると仮定すると、式(3)は、式(4)で近似できることに着目して式(5)を得た。
ここで、一般にスリット関数は二等辺三角形になることが知られており、(ii)における仮定に問題はない。
式(5)によれば、スリット波長幅Δλを2.5nmとした場合、式(1)を満足するような分光分布の光源を標準光源として使用すれば、1%以下の測定誤差で分光分布を測定することが可能であることがわかる。
そこで、まず、本発明者らは、式(5)により、市販されている白色LEDの分光分布を測定して、その白色LEDを標準光源として用いて分光放射測定した場合の測定誤差を評価した。
図2Aに、その白色LEDの分光分布を示す。また、図2Bには、その白色LEDの分光分布について式(5)に基づき算出した測定誤差を示す。尚、この誤差評価は、評価対象とした白色LEDは410nm以下の波長の光をほとんど発光しないことから、410nm〜780nmの範囲で行った。
(a)まず、白色LEDに比較して、より広い範囲で蛍光体の光が支配的になるようにすることが好ましい。
具体的には、白色LEDに用いている青色発光ダイオードより短い波長の発光ダイオードを使用して、青色領域について急峻なピークを有する発光ダイオードに代えて、強度分布の変化量の変化(分光分布における傾きの変化、すなわち、分光分布の二次微分係数)が発光ダイオードより小さい蛍光体の光が支配的になるようにする。これにより、青色領域についても分光分布の二次微分係数を小さくすることができる。
(b)発光ダイオードの光が支配的な短い波長域(例えば、380nm〜410nmの波長域)における分光分布の二次微分係数を小さくするために、波長の異なる複数の種類の発光ダイオードを使用することが好ましい。ここで、本明細書では、可視光のうち特に波長が短い380nm〜430nmの範囲を近紫外領域といい、その近紫外領域にピーク波長を有する発光ダイオードを近紫外発光ダイオードという。
(c)さらに、発光ダイオードの光が支配的な短い波長域を除いた青色から赤色にわたる広い波長域の光を発光させるために複数の種類の蛍光体を用いることが好ましい。
図3Bに示す標準光源1は、基体2上に、ピーク波長が380nmの4個の近紫外発光ダイオード1aと、ピーク波長が390nmの12個の近紫外発光ダイオード1bと、ピーク波長が400nmの10個の近紫外発光ダイオード1cと、ピーク波長が410nmの4個の近紫外発光ダイオード1dが実装されている。そして、この30個の近紫外発光ダイオードうちの15個の近紫外発光ダイオード(2個の近紫外発光ダイオード1a、6個の近紫外発光ダイオード1b、5個の近紫外発光ダイオード1c、2個の近紫外発光ダイオード1d)が直列に接続され、残りの15個の近紫外発光ダイオードが直列に接続され、その2つの直列回路が並列に接続されている。ここで、近紫外発光ダイオードはそれぞれ発光面側にp側の電極とn側の電極とを有しており、隣接する近紫外発光ダイオード間がワイヤー7によって接続されている。
図3Bには、それぞれ近紫外領域にピーク波長を有する4種類の近紫外発光ダイオードを用いた例を示したが、本実施形態の標準光源1は、紫外領域(380nm未満の波長領域)にピーク波長を有する発光ダイオードを含むように構成してもよい。なお、この近紫外発光ダイオードまたは紫外領域にピーク波長を有する発光ダイオードとしては、例えばAlGaN等の窒化物半導体からなる発光ダイオードが挙げられる。
Aタイプの標準光源1は、
近紫外発光ダイオードとして、上述した、
ピーク波長が380nmの4個の近紫外発光ダイオード1aと、
ピーク波長が390nmの12個の近紫外発光ダイオード1bと、
ピーク波長が400nmの10個の近紫外発光ダイオード1cと、
ピーク波長が410nmの4個の近紫外発光ダイオード1dと、
を用い、
青色に発光する第1の蛍光体として、(SrCaBaMg)5(PO4)3Cl:Euで表される蛍光体(SCA)を用い、
黄色に発光する第2の蛍光体として、Lu3Al5O12:Ceで表される蛍光体(LAG)を用い、
赤色に発光する第3の蛍光体として、CaAlSiN3:Euで表される蛍光体(CASN)を用いて、構成した。
近紫外発光ダイオードとして、上述した、
ピーク波長が380nmの4個の近紫外発光ダイオード1aと、
ピーク波長が390nmの12個の近紫外発光ダイオード1bと、
ピーク波長が400nmの10個の近紫外発光ダイオード1cと、
ピーク波長が410nmの4個の近紫外発光ダイオード1dと、
を用い、
青色に発光する第1の蛍光体として、BaMgAl0O17:Euで表される蛍光体(BAM)の蛍光体を用い、
黄色に発光する第2の蛍光体として、Lu3Al5O12:Ceで表される蛍光体(LAG)を用い、
赤色に発光する第3の蛍光体として、CaAlSiN3:Euで表される蛍光体(CASN)を用いて、構成した。
尚、図4A及び図4Bにはそれぞれ、白色LED及び標準電球の分光分布と、白色LED及び標準電球を標準光源として用いた分光放射測定装置の測定誤差とを併せて示している。
例えば、標準光源1は、360nm〜430nmの範囲において、異なるピーク波長を有する2種以上の発光ダイオード(例えば、異なるピーク波長を有する4種の発光ダイオード)を含んで構成することができる。
この点に関し、発光ダイオードと蛍光体を組み合わせた光源は、発光ダイオードの種類及び蛍光体の種類及びそれらの組み合わせを適宜変更して、種々の発光スペクトルを実現できる。また、発光ダイオード及び蛍光体を被覆する透光性樹脂の形状を適宜変更することにより、種々の配光特性を実現できる。したがって、被測定光源の発光スペクトルや配光特性を考慮して、それに適した標準光源を実現することができ、発光スペクトルや配光特性等の相違に起因する測定誤差を小さくすることができる。
(i)JISZ8724,付属書C.1,条件bに規定された拡散反射面に光源の光を垂直に当て、その拡散反射面の法線から45°方向の拡散反射光を導入する手段、
(ii)JISZ8724,付属書C.1,条件cに規定された拡散透過面に当てて、その拡散透過光を導入する手段が挙げられる。
尚、本明細書において、分光器に入射される拡散反射光及び拡散透過光を総括して拡散光という。
1a,1b,1c,1d 近紫外発光ダイオード
3 ペルチエ素子
5 フォルダ
7 ワイヤー
10 光導入部
10a 積分球
11 光源取付部
12 出射部
13 遮光板
14 自己吸収補正用光源
20 分光器
21 入射スリット板
21s 入射スリット
22 分散手段
23 出射スリット板
23s 出射スリット
22M1,22M2 平面ミラー
22Mc コリメータミラー
22G 回折格子
22Mf フォーカシングミラー
30 検出器
Claims (5)
- 入射スリットと、前記入射スリットから入射された入射光を波長に応じて出射角を変化させる分散手段と、前記分散手段により分散された光のうち特定の波長帯域の光を出射させる出射スリットとを備えた分光器と、
被測定光源から出射された光を、拡散光にして前記入射スリットに照射する光導入手段と、
分光分布測定の基準とする標準光源と、
を備え、
前記標準光源は、発光ダイオードと該発光ダイオードからの光により励起される蛍光体とを含み、
前記標準光源の分光分布Ps(λ)と、該分光分布Ps(λ)の2次微分係数Ps”(λ)と、前記入射スリットの幅と前記分散手段の分散特性と前記出射スリットの幅とに基づいて規定されるスリット関数の波長幅Δλ(nm)とが、380nm〜780nmの波長範囲において、以下の式(1)の関係を満たすことを特徴とする分光放射測定装置。
Δλ2×(|Ps”(λ)|/Ps(λ))<0.5・・・式(1)
- 前記発光ダイオードは、紫外から近紫外領域にピーク波長を有し、
前記蛍光体は、
励起されることによって青色に発光する第1の蛍光体と、
励起されることによって黄色に発光する第2の蛍光体と、
励起されることによって赤色に発光する第3の蛍光体と、を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の分光放射測定装置。 - 前記第1の蛍光体は、異なる2種類の蛍光体を含むことを特徴とする請求項2に記載の分光放射測定装置。
- 前記発光ダイオードは、360nm〜430nmの範囲において、異なるピーク波長を有する2種以上の発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の分光放射測定装置。
- 前記発光ダイオードは、360nm〜430nmの範囲において、異なるピーク波長を有する4種の発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の分光放射測定装置。
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