JPH1065218A - 光学系用led - Google Patents

光学系用led

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JPH1065218A
JPH1065218A JP8222194A JP22219496A JPH1065218A JP H1065218 A JPH1065218 A JP H1065218A JP 8222194 A JP8222194 A JP 8222194A JP 22219496 A JP22219496 A JP 22219496A JP H1065218 A JPH1065218 A JP H1065218A
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JP
Japan
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light
led
optical system
monitor
radiation
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Pending
Application number
JP8222194A
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English (en)
Inventor
Michio Naka
道男 仲
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Arkray Inc
Original Assignee
KDK Corp
Kyoto Daiichi Kagaku KK
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Filing date
Publication date
Application filed by KDK Corp, Kyoto Daiichi Kagaku KK filed Critical KDK Corp
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Priority to US08/916,174 priority patent/US5910663A/en
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Publication of JPH1065218A publication Critical patent/JPH1065218A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • G01N21/474Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学系の光源にLEDを採用するとき、測定
用の光量がLEDの駆動条件および環境で変化する。 【解決手段】測定に供する放射光の一部をモニター光と
して取り出せるように、LEDの放射方向端部を斜めカ
ットし、その傾斜面で全反射した放射光を測定光として
供する一方、前記傾斜面に含まれる微細な凹凸で散乱し
た光をモニター光として得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種分析装置に組
み込まれる光学系の光源として採用されるLEDに関
し、特にモニター光を取り出せるようにした光学系用L
EDおよびこのLEDを具備するモニター機能付き光学
系に関する。
【0002】
【従来の技術】光源より発した光を測定対象に当てた時
に得られる反射光や透過光の強度から測定対象の反射率
(もしくは透過率)を測定する分析装置が臨床検査におい
て多用されており、小型のものにあってはしばしば光源
としてLEDが採用される。
【0003】図1に示した光学系においては、プレート
51に対して下方よりLED52の放射光Q1を測定光
2として当て、そのプレート51よりの反射光Q2'を
光センサ53で検出し、その光強度からプレート51上
の試薬の反射率を測定している。
【0004】ところでLEDは温度、電流(電圧)の変化
あるいは経年変化により、その発光量は変化し、発光量
が変化すれば、当然、測定値に誤差が生じる。従って、
測定の毎に測定時の光量を調べ、その光量の変化に応じ
て測定値を補正する必要がある。
【0005】放射光の光量変化を検出するには、通常、
図1に示したように、LED52の放射光経路の途中に
ビームスプリッタやハーフミラー54を配置することに
より、測定光Q2とは別に光量検出用のモニター光Q3
取り出してその光量を光センサ55で検出するか、ある
いは図2に示したように、LED52の発光要素52a
の側面から僅かに放射される光をモニター光Q3'として
検出し、その光量から間接的に測定光Q2の光量を知る
ようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図1の
ように、LED52の前方にビームスプリッタやハーフ
ミラー54を配置することは、光学系が複雑化してサイ
ズも大きくなることから、装置の小型化を妨げていた。
【0007】図3は、LEDの放射特性を示しており、
1のデータは、正面(放射角度0°)における放射強度
を1としたものであり、右側方(90°)では放射強度は
0.3になっている。G2は、LEDの印加電圧(電流)を
低下させ、正面における放射強度を1/2に減光したも
のであり、このときの右側方(左側方でも同じ)は、ほぼ
0.1まで低下しており、このようにG1とG2との放射
強度比は印加電圧によって異なり、放射光指向特性は一
定でない。
【0008】図4は、LEDの駆動電圧および駆動電流
を一定とし、横軸を放射角度(正面方向を0°)、前後軸
を温度(5〜40℃)として、縦軸に、各放射角度および
各温度における放射強度Iを3次元グラフにして表した
ものである。但し、図3で示したように放射角度によっ
て変化するが、図4では放射温度5℃のラインで一律に
“1"に規格化している。この図4でわかるように、周
囲温度が高くなると、放射強度が上昇しているが、その
上昇の程度が各放射角度で異なっている。つまり、温度
が変化すれば、正面方向の測定光Q1と側方のモニター
光Q3'との比が放射角度によって異なり、放射光指向特
性が変化する。
【0009】このように印加電圧および周囲温度の変化
でLEDの放射光指向特性が変わるという事実を本発明
者は見い出している。このように放射光指向特性が変化
する原因は、各デバイスの固体差や、発光要素における
電極接合精度の僅かな違いにより、発光要素52aに流
れる電流密度が変化すること等によるものと考えられ
る。従って側方に放射される光Q3'をモニター光として
検出しても、そのときの測定光Q1の光量を正確に知る
ことはできず、よって正確な測定値を得ることはできな
い。
【0010】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、測定に供する放射光の一部をモニ
ター光として取り出せる光学系用LED、およびそれを
具備したモニター機能付き光学系を提供することを目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】ビームスプリッタやハー
フミラーを使用せず、かつ測定に供される放射光の一部
をモニター光として取り出すには、請求項1にあるよう
に、LEDから直接にモニター光を取り出す必要があ
る。そのためには、図5に示すように、LEDの放射方
向端部、つまり、レンズが形成された先端部に、Wで示
す微細な凹凸を形成することにより、放射光の大半は測
定光Q2として放射されるが、放射光の一部はその箇所
で散乱し、その散乱光をモニター光Q3に用いることが
できる。この場合、測定光Q2とモニター光Q3とが同一
方向に放射されるため、両光の選別が容易でない。
【0012】そこで図6では、異なる方向に放射される
ように、放射方向端面に二つの反射面R1,R2を形成し
ている。ここで、モニター光Q3は測定光Q2の数%でよ
いが、元々、発光要素52aから放射されるビーム径φ
は、1〜1.5mmと極めて小さく、よって、測定光と
モニター光とをそのような比率で配分できる反射面を形
成するのは困難である。
【0013】そこで図7に示したように、放射方向端部
を斜めにカットした一つの反射面Rを形成し、放射光を
この反射面Rで全反射させて測定光Q2を得るととも
に、反射面Rに微細な凹凸Wを形成することにより、そ
こで放射光の一部を散乱させ、モニター光Q3を得る。
この場合、測定光Q2とモニター光Q3とは異なる方向に
放射されるため、図5に関して述べたような問題は生じ
ない。
【0014】しかしながら、放射光Qのビーム径は小さ
く、凹凸Wで数%のモニター光が得るには、極めて微細
な凹凸Wを精密よく形成しなてはならず、やはり困難が
伴う。
【0015】このような点に鑑み本発明者は、安定的に
数%のモニター光を得る方策を模索しているうちに、反
射面Rにわざわざ凹凸を設けなくても数%の散乱光が得
られることを発見した。その理由は、前記反射面Rをモ
ールド加工にて形成する場合でも、切り取り加工する場
合であっても、一般の加工精度では、加工面に完全な鏡
面にはなっておらず、微細の凹凸が自然に存在してい
る。その凹凸によって放射光の一部が散乱してモニター
光Q3が得られるためである。その構成が請求項3で請
求したものである。
【0016】請求項1ないし3で述べたLEDを用いて
請求項4のごとく光学系を構成すれば、測定光の光量を
特定できるモニター機能付きの光学系を提供できる。
【0017】
【発明の実施の形態】図8は、本発明の1形態である光
学系用LED2aを採用した光学系2を示している。プ
レート1上の測定部位1aに対して下方から光を投射す
るものにあっては、プレート1の下方に光学系2が位置
し、その光学系2自身は基板3上に実装される。
【0018】光学系2において、光学系用LED2aは
横向きに設けられ、その放射方向端部(先端部)の凸状レ
ンズ部が削除され、替わりに45°方向の傾斜面Rが形
成される。これにより、LEDの放射光Q1はその傾斜
面Rで全反射することにより、その全反射光は測定光Q
2として上方に進む。その測定光Q2が発散しないよう、
LED2aには新たに上方に凸部をもつレンズPが形成
されている。
【0019】その測定光Q2はプレート1に照射して反
射するが、光センサ2bは45°方向の反射光Q2'を受
光できるよう所定の位置に配設される。2dは温度セン
サである。
【0020】前記の傾斜面Rは、通常のモールド加工で
形成されたものであり、その程度の加工精度では、既述
したように、完全な鏡面にはなっておらず、微細ではあ
るがその表面には多数の凹凸が存在する。従って、前記
の放射光Q1の一部は傾斜面Rにて散乱して前方方向に
散乱光Q3が放射される。光センサ2eはその散乱光Q3
を検出するために設けられたものである。この場合のよ
うに、放射光Q1の一部を散乱光Q3として検出する場
合、測定光Q2と散乱光Q3との割合はLEDの駆動条件
に関係なく常に一定であるため、散乱光Q3を検出する
ことにより、測定光Q2の光量を正確に知ることができ
る。
【0021】尚、図8では、各要素2a、2b、2eを
全部を表示するために平面上に並べて示したが、光学系
2を小型にするため、実際には立体的に配設されてい
る。図8において左側方から眺めたのが図9であり、こ
の図9でわかるように、光センサ2bは、測定光Q2
対し、右側方45°方向の反射光Q2'を受光できるよう
配設されている。尚、図9において光センサ2eおよび
温度センサ2dは図示していない。
【0022】各要素2a,2b,2d,2eは、遮光性
の樹脂2cにより、モールド成形により一体化されるこ
とで光学系2を完成している。但し、光Qの行路となる
箇所は中空Vになっている。又、測定部位1aの温度を
検出しやすいように温度センサ2dを光学系2内に埋設
して設けたが、従来例のように基板3上に実装してもよ
い。
【0023】以下に本光学系2を用い、モニター光Q3
に基づき測定光Q2の光量を正確に知り、正確な反射率
を測定する方法を述べる。最初に反射率(例えば50%)
が既知の試験片をプレート1の替わりにセットし、LE
D2aの点灯により、光センサ2bにより、44mVの
反射光の検出電圧が検出され、光センサ2eにより、
4.2mVのモニター光出力が検出されたとする。
【0024】次に、測定対象の試薬を有するプレートを
セットすると、反射光出力が12mVであり、モニター
光出力は4.2mVのままであれば、その試薬の反射率
σは、σ=50×12/44=13.6%で得られる。
【0025】一方、反射光出力が12mVであったが、
モニター光出力が4.2mから4.0mVに低下(LED
の光出力が4.0/4.2倍に低下)していた場合、その試
薬の反射率σは、σ=50×(12/44)÷(4.0/4.
2)=14.3%となる。
【0026】これよりわかるように、反射率P%の試験
片をセットしたときの反射光出力A、モニター光出力B
を予め測定しておき、異なる状況下で測定対象のプレー
トをセットしたときの反射光出力がCでモニター光出力
がDならば、そのプレートの試薬の反射率σは、 σ=P×(B/A)×(C/D) で得られ、P,B,Aを予め測定しておけば、測定時
に、LED2aの駆動条件(電圧および周囲温度)が変わ
っても、単にC,Dの値を測定するだけで正確な反射率
σを知ることができる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、LED
の放射方向端面に微細な凹凸を形成し(これは一般のモ
ールド成形等の加工精度で自然に生じるものでよい)、
その凹凸部で生じた散乱光をモニター光として検出する
ものであり、このように、測定光の一部をモニター光と
して取り出すため、LEDの動作特性が変化しても、測
定光とモニター光との光量比は一定であり、従ってモニ
ター光の検出により、正確な測定光の光量を知ることが
でき、それ故、正確な測定値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の光学系を示した図
【図2】 従来の光学系を示した図
【図3】 本発明のLEDの放射光指向特性を示した図
【図4】 温度変化によるLEDの放射光指向特性を示
した図
【図5】 本発明の1形態を示した図
【図6】 本発明の1形態を示した図
【図7】 本発明の1形態を示した図
【図8】 本発明の1形態のLEDを採用した光学系を
示した図
【図9】 図8の光学系を側方から眺めた図8
【符号の説明】
1 プレート 2 光学系 2a LED 2b 光センサ 2c 樹脂 2d 温度センサ 2e 光センサ 3 基板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各種分析装置の光学系に光源として採用
    されるLEDであり、測定に供する放射光の一部をモニ
    ター光として取り出せるようにしたことを特徴とする光
    学系用LED。
  2. 【請求項2】 LEDの放射方向端部に、微細な凹凸を
    形成することにより、その箇所で放射光の一部を散乱さ
    せてモニター光を得る請求項1記載の光学系用LED。
  3. 【請求項3】 LEDの放射方向端部を斜めカットし、
    その傾斜面で全反射した放射光を測定光として供する一
    方、前記傾斜面で僅かに散乱した光をモニター光として
    得る請求項1記載の光学系用LED。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載のL
    EDと、前記LEDよりの放射光を測定対象に当てて得
    られる反射光もしくは透過光を検出する第1の光センサ
    と、前記LEDよりのモニター光を検出する第2の光セ
    ンサとを備え、第2の光センサで検出したモニター光に
    基づき測定光の光量を特定することを特徴とするモニタ
    ー機能付き光学系。
JP8222194A 1996-08-23 1996-08-23 光学系用led Pending JPH1065218A (ja)

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JP8222194A JPH1065218A (ja) 1996-08-23 1996-08-23 光学系用led
US08/916,174 US5910663A (en) 1996-08-23 1997-08-21 Optical system and light emitting diode having a light dividing surface portion
EP97114541A EP0825432A3 (de) 1996-08-23 1997-08-22 Leuchtdiode und optische Vorrichtung

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