JP2006250656A - 発光素子アレイの照度むら測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子アレイの照度むらを簡単正確に測定する。
【解決手段】 ＬＥＤアレイを備えたＬＥＤモジュールの照度むらを測定する測定装置には、透明板の内部に光拡散物質を分散させたオパール型拡散板が設けられている。測定に際しては、拡散板を光路から退避させた状態で、ＬＥＤモジュールを点灯させ、ＬＥＤアレイからの出力光を直接ＣＣＤイメージセンサに結像させて、第１撮像データ（直接光データ）を得る。次に、拡散板を光路へ挿入して、ＬＥＤアレイからの出力光が拡散板を透過した透過光をＣＣＤイメージセンサに結像させて、第２撮像データ（透過光データ）を得る。これら２種類の撮像データを照合して、照度むらの発生部分に対応する素子位置を特定する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、複数の発光素子が配列された発光素子アレイの照度むら測定方法及び装置に関するものである。

発光素子であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップが複数個配列されたＬＥＤアレイを備えた光源装置（例えば、下記特許文献１〜４参照）が知られており、例えば、光定着性を有するカラー感熱記録紙などの感光材料に対する照射光源として用いられている。こうした光源装置は、感光材料の受光面に対して一様な照度で光を照射しなければならない場合が多い。

ＬＥＤアレイでは、点光源である複数個のＬＥＤチップがアルミ基板などに並べられてマウントされることにより、フラットな発光面が形成される。そのため、個々のＬＥＤチップの輝度差や、マウント位置のバラツキがあると、発光面内において照度むらが生じる。そこで、ＬＥＤアレイは、例えば、製造時に個々のユニット毎に照度むらが測定され、その測定結果に応じて、照度むらが解消されるように、個々のＬＥＤチップの輝度補正が行われる。

照度むら測定は、例えば、ＬＥＤアレイの発光面に対して受光面が平行に配置された感光材料に対して、ＬＥＤアレイからの光を照射して、その照射領域を現像して、その受光映像を目視で確認することにより行われる。そして、例えば、受光映像に照度むらが確認された場合には、照度むらの発生箇所に対応するＬＥＤアレイ内のＬＥＤチップを特定し、そのＬＥＤチップの駆動電流値を、照度むらが解消されるように補正する。

特開２００２−３７４００４号公報 特開平７−１９０７２６号公報 特開２０００−３６２０９号公報 特開平１１−２８２０９７号公報

しかしながら、上述した方法は、実際に感光材料を使用して照度むらを調べるため、むらの発生状況を正確に把握することができるものの、作業自体が手作業となるため、作業効率が悪いという問題がある。そこで、ＣＣＤイメージセンサを使用して、ＬＥＤアレイからの出力光を受光し、その受光映像をモニタに表示して、ＬＥＤアレイの照度むらを確認することが行われている。しかし、感光材料は、照射された光が内部で拡散するのに対して、ＣＣＤイメージセンサは、感光材料のような光の内部拡散がないため、その受光映像が感光材料のそれと一致せず、照度むらを正確に測定できないという問題があった。

本発明は、簡単正確に照度むらを測定することができる発光素子アレイの照度むら測定方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の発光素子アレイの照度むら測定装置は、基板上に複数の発光素子が配列された発光素子アレイの照度むら測定装置において、前記発光素子アレイの発光面から発光された光を、受光面で受光して前記発光面の配光を表す配光データを取得する撮像手段と、
前記発光面から前記受光面へ至る光路に挿抜自在に設けられ、透明板の内部に光拡散物質が分散された状態で含まれているオパール型拡散板とを備え、前記オパール型拡散板を光路から退避させた状態で、前記発光面からの光を前記撮像手段で受光することにより、前記各発光素子の基板上の位置を特定するための第１配光データを取得するとともに、前記オパール型拡散板を光路へ挿入した状態で、前記発光面から発光され前記オパール型拡散板を透過した透過光を前記撮像手段で受光することにより、前記透過光の照度分布を調べるための第２配光データとを取得することを特徴とする。

前記第１配光データと前記第２配光データの２種類の配光データに基づいて照度むらを解析する解析手段を設けることが好ましい。

前記解析手段は、前記第２配光データに基づいて照度むらの有無とそれが生じている照度むら発生部分を調べ、前記第１配光データに基づいて前記照度むら発生部分に対応する発光素子を特定することが好ましい。

さらに、前記解析手段による解析結果に基づいて、照度むらが解消されるように、前記各発光素子の駆動電流の補正値を算出する補正値算出手段を設けることが好ましい。

前記第１及び第２の各配光データに基づいて、配光状況を映像化して表示するモニタを設けることが好ましい。

前記撮像手段は、その受光面にマトリックス状に配置された受光セルが、１個の前記発光素子に対して、少なくとも４個ずつ割り当てられており、これら複数の受光セルで得た各々の撮像データを平均して、１個の前記発光素子の光出力のピーク値を求めることが好ましい。

前記オパール型拡散板を前記光路に挿入する挿入位置と、この挿入位置から退避される退避位置との間で移動させる移動機構を設けることが好ましい。

本発明の発光素子アレイの照度むら測定方法は、基板上に複数の発光素子が配列された発光素子アレイの照度むら測定方法において、前記発光素子アレイの発光面から撮像手段の受光面へ至る光路から、透明板の内部に光拡散物質が分散された状態で含まれているオパール型拡散板を退避させた状態で、前記発光面から発光される光を前記撮像手段によって受光することにより、前記各発光素子の基板上の位置を特定するための第１配光データを取得する第１ステップと、前記オパール型拡散板を前記光路に挿入した状態で、前記発光面から発光され前記オパール型拡散板を透過した透過光を前記撮像手段で受光することにより、前記透過光の照度分布を調べるための第２配光データとを取得する第２ステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、前記発光素子アレイの発光面から撮像手段の受光面へ至る光路から、透明板の内部に光拡散物質が分散された状態で含まれているオパール型拡散板を退避させた状態で、前記発光面から発光される光を前記撮像手段によって受光することにより、前記各発光素子の基板上の位置を特定するための第１配光データを取得し、前記オパール型拡散板を前記光路に挿入した状態で、前記発光面から発光され前記オパール型拡散板を透過した透過光を前記撮像手段で受光することにより、前記透過光の照度分布を調べるための第２配光データとを取得するようにしたから、これら２種類の配光データを比較することにより、簡単正確に照度むらを測定することができる。

図１（Ａ）に示すように、ＬＥＤモジュール１０は、例えば、放熱性の高いアルミニウム製の基板１１と、この基板１１上にマウントされる、ＬＥＤアレイ１２と、このＬＥＤアレイ１２を駆動するためのドライバＩＣ１４とからなる。ＬＥＤアレイ１２は、複数個のＬＥＤチップ１３をライン状に配列して形成される。基板１１には、導体パターンが形成されており、各ＬＥＤチップ１３と、ドライバＩＣ１４の端子は、ワイヤによって基板１１にボンディングされて導体パターンを介して電気的に接続される。ＬＥＤチップ１３の発熱量は大きいため、基板１１には、チップ実装面と反対側の面にヒートシンク１６が取り付けられる。図１（Ｂ）に示すように、例えば、ＬＥＤモジュール１０は、搬送中の感光材料１７に光を照射して、その受光面を一様な照度で露光する。

図２は、このＬＥＤモジュール１０の照度むらを測定する測定装置２１である。測定装置２１は、ＣＣＤカメラ２２と、装置本体２３とからなる。ＣＣＤカメラ２２は、撮像手段であるＣＣＤイメージセンサ２４と、このＣＣＤイメージセンサ２４の前方に配置されたレンズユニット２６とからなる。ＣＣＤイメージセンサ２４は、受光面２４ａに入射した光を光電変換して電気的な撮像信号として出力する。ＬＥＤモジュール１０は、その発光面１０ａが前記受光面２４ａに対して平行になるようにセットされる。

もちろん、発光面１０ａから前記受光面２４ａへ至る光路は、本例のように直線でなくてもよく、光路内に反射ミラーなどの光学部品を配置して、屈曲させてもよい。その場合には、発光面１０ａと前記受光面２４ａとは必ずしも平行になるとは限らない。このように、光路を屈曲させれば、ＬＥＤモジュール１０やＣＣＤイメージセンサ２４のレイアウトの自由度が増すので、例えば、測定装置２１の小型化などに寄与する。

レンズユニット２６は、発光面１０ａから出力される出力光を受光面２４ａに結像させる。ＬＥＤモジュール１０を点灯させると、その出力光が、ＣＣＤイメージセンサ２４の受光面２４ａに入射して、発光面１０ａの配光が受光面２４ａに投影される。ＣＣＤイメージセンサ２４は、その配光を表す撮像信号を装置本体２３へ出力する。

図３に示すように、このＣＣＤイメージセンサ２４の受光面２４ａは、周知のとおり、フォトセンサからなる複数の受光セル２５がマトリックス状に配列されて構成される。そして、１個のＬＥＤチップ１３に対して、例えば、４個の受光セル２５を割り当てられるように、ＣＣＤイメージセンサ２４の画素数が決定される。というのは、各ＬＥＤチップ１３の個々の発光面（以下、素子発光面という）の光出力は、その中心輝度と、周辺輝度との輝度差（出力差）が大きい。そのため、例えば、周辺輝度を捉えられる程度に感度を高くすると、中心付近が白飛びしてしまうというように、光出力の輝度範囲がＣＣＤイメージセンサ２４のダイナミックレンジに収まらないことが多く、ＬＥＤチップ１３の最大輝度を捉えにくい。そこで、１個のＬＥＤチップ１３に対して複数の受光セル２５を割り当てて、各受光セル２５で検知した光量信号を平均処理することで、各ＬＥＤチップ１３の最大輝度を比較できるようにしている。

なお、１個のＬＥＤチップ１３に対する受光セル２５の割り当て数は、４個以上でもよい。ＬＥＤチップ１３は、所定の配列規則にしたがって基板１１上に実装されるが、実装時に発生する誤差により、図３に示すとおり、ＬＥＤチップ１３の実装位置は、上下左右にばらつく。そのため、受光セル２５の割り当数を増やせば、それだけ１個のＬＥＤチップ１３に割り当てられる受光領域Ａの面積が大きくなるので、各ＬＥＤチップ１３をその受光領域Ａ内に収めやすくなるという効果が得られる。

装置本体２３は、コントローラ３１，モニタ３２，ＨＤＤ３３，Ａ／Ｄ変換器３４，データ解析部３６，補正値算出部３７からなる。コントローラ３１は、ＣＰＵ，メモリなどからなり、装置各部を制御する。Ａ／Ｄ変換器３４は、ＣＣＤイメージセンサ２４から出力されたアナログの撮像信号をデジタルな撮像データに変換する。この撮像データは、ＬＥＤアレイ１２の配光を表す配光データとして、データストレージデバイスであるＨＤＤ（ハードディスクドライブ）３３に記憶される。モニタ３２には、配光データに基づいて、ＣＣＤイメージセンサ２４の受光面２４ａに投影されたＬＥＤアレイ１２の配光を映像化した画像や、照度分布を示すグラフ等が表示される。

データ解析部３６は、配光データに基づいて照度むら測定を行う。補正値算出部３７は、データ解析部３６の解析結果に基づいて、ＬＥＤアレイ１２の照度むらが解消されるように、予め決められた各ＬＥＤチップ１３の駆動電流値を補正して、補正駆動電流値を算出する。

また、ＬＥＤモジュール１０とＣＣＤカメラ２２の間の光路内には、発光面１０ａからの出力光を拡散させる拡散板４１が挿抜自在に配置される。図４に示すように、拡散板４１は、透明なガラス板４２の内部に光拡散物質４３を練り込んだオパール型拡散板が使用される。拡散板には、一般的に強い光を減光及び散光させる作用があるが、オパール型拡散板は、内部に光拡散物質を分散させており、それを透過する透過光が内部で光拡散を生じる。このように、オパール型拡散板は、表面を荒らしただけのフロスト型拡散板（例えば、磨りガラスなど）に比べて、光拡散特性が感光材料１７に近い。そのため、その透過光を捉えることで、感光材料１７の受光状況をシミュレートすることが可能になる。

なお、感光材料にも各種のものがあり、その種類によって光拡散特性は異なる。オパール型拡散板の光拡散特性も、それに含まれる光拡散物質の種類や量に応じて異なるので、使用するオパール型拡散板としては、各種の感光材料の光拡散特性に最も近いものが選択されることが好ましい。

測定装置２１には、拡散板４１を、光路に挿入する挿入位置と、この挿入位置から退避させる退避位置との間で移動させる移動機構４６が設けられている。移動機構４６は、コントローラ３１によって制御される。発光面１０ａの配光は、拡散板４１を光路に挿入した状態と、退避させた状態の２回に分けて撮影が行われ、これら２種類の配光データに基づいて照度むらが解析される。また、各々の状態での撮影は、１回でなくてもよく、複数回撮影を行ってそれらを平均してもよい。こうすれば測定精度が向上する。

図５は、拡散板４１を光路から退避させて発光面１０ａからの出力光を、受光面２４ａで受光して得た配光データを表し、図６は、拡散板４１を光路へ挿入して発光面１０ａからの出力光を拡散板４１に照射し、その透過光を受光面２４ａで受光して得た配光データを表す。ここで、図５に示す配光データを、拡散板４１を透過させずに得た配光データであることから、直接光データと呼び、図６に示す配光データを、拡散板４１を透過させて得た配光データであることから、透過光データと呼ぶ。図５（Ａ）及び図６（Ａ）は、それぞれＣＣＤイメージセンサ２４の受光面２４ａに結像した発光面１０ａの配光を映像化した配光映像であり、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）は、それぞれ、発光面１０ａの幅方向の特定位置における長手方向の照度分布を表す。

拡散板４１を光路から退避させた場合には、各ＬＥＤチップ１３の光拡散が少ないため、直接光データを取得することにより、図５（Ａ）に示すように、各ＬＥＤチップ１３の実装位置を正確に測定することができるとともに、図５（Ｂ）に示すように、各ＬＥＤチップ１３の最大輝度（光出力のピーク値）の輝度差（出力差）を測定することができる。もちろん、最大輝度がＣＣＤイメージセンサ２４のダイナミックレンジを越えている場合には、輝度差を測定することができない。そのような場合には、ＣＣＤイメージセンサ２４の感度調整などが必要になる。さらに、直接光データの場合には、ＣＣＤイメージセンサ２４の受光面２４ａと感光材料１７との光拡散特性が異なるため、感光材料１７に照射した場合の光の拡散状況の測定が難しく、照度むらの有無及びその発生場所を特定することができない。

これに対して、透過光データを取得することにより、ＬＥＤアレイ１２の照度むらの発生状況を測定することができる。拡散板４１は感光材料１７に似た拡散特性を示すので、その透過光をＣＣＤイメージセンサ２４で受光すると、図６（Ａ）に示すように、あたかもＬＥＤアレイ１２の出力光を感光材料１７に照射したかのような拡散状態を捉えることができる。この透過光映像では、濃度が高い部分は輝度が低く、濃度が低い部分は輝度が高いことを表す。この図に示すように、ＬＥＤアレイ１２の幅方向の中心領域の輝度が最も高く、周辺領域に向かうにつれて輝度が低くなる。図６（Ｂ）は、幅方向の特定位置における長手方向の照度分布を示すグラフである。これら図６（Ａ）の映像，図６（Ｂ）の照度分布から、発光面１０ａ内における照度むらの有無と、その発生部分が特定される。

データ解析部３６は、透過光データに基づいて、照度むらの有無とその発生部分を調べるとともに、透過光データと直接光データとを照合して、両者の各画素位置が対応するように重ね合わせて比較することにより、照度むらの発生部分に対応するＬＥＤチップ１３を特定する。補正値算出部３７は、特定されたＬＥＤチップ１３に起因する照度むらが解消されるように、予め設定された駆動電流値を補正する。そして、補正した駆動電流値（補正値）を、ＬＥＤチップ１３の識別情報とともに、ＨＤＤ３３に格納する。この補正値データは、ＬＥＤモジュール１０の発光制御値として使用される。

図７に示すように、ＬＥＤモジュール１０は、例えば、これを制御するコントローラ６１とともに、光源装置６２を構成する。この光源装置６２には、ＥＥＰＲＯＭ６３が設けられる。このＥＥＰＲＯＭ６３には、測定装置２１によって補正済みの駆動電流値（Ｉ１〜Ｉ１０）が各ＬＥＤチップ１３の識別ＩＤ（Ｎｏ１〜Ｎｏ１０）とともに格納される。コントローラ６１は、ＥＥＰＲＯＭ６３から駆動電流値を読み出し、その値に基づいてＬＥＤモジュール１０を点灯させる。

以下、上記構成による作用について、図８に示すフローチャートを参照しながら説明する。ＬＥＤモジュール１０が組み立てられると、測定装置２１にセットされて照度むら測定が行われる。ＬＥＤモジュール１０を点灯して、まず、拡散板４１を光路から退避させて、ＣＣＤイメージセンサ２４によってＬＥＤアレイ１２からの出力光を直接受光して、直接光データを取得する。次に、拡散板４１を光路へ挿入して、拡散板４１を透過した透過光をＣＣＤイメージセンサ２４によって透過光データを取得する。

データ解析部３６は、透過光データを解析して照度むらの有無とその発生部分とを調べ、透過光データと直接光データとを照合して、照度むら発生部分に対応するＬＥＤチップ１３を特定する。補正値算出部３７は、特定されたＬＥＤチップ１３について、補正値（駆動電流値）を算出する。算出された補正値は、光源装置６２のＥＥＰＲＯＭ６３に格納される。なお、この補正値を用いてＬＥＤモジュール１０を点灯させて、上述した手順で測定及び補正値の算出を繰り返してもよい。

このように、拡散板４１を透過した透過光データに基づいて、照度むらの発生状況を調べるようにしたので、感光材料１７を用いることなくその受光状態を予測することができるので、簡単正確に照度むらの測定が可能になる。

上記実施形態では、取得した配光データを、データ解析部で解析して、その解析結果に基づいて補正値算出部により駆動電流値を補正する例で説明しているが、配光データに基づいて、発光面の配光や照度分布をモニタに表示して、それを目視で確認することにより解析を行って、駆動電流値を求めるようにしてもよい。

上記実施形態では、本発明を、発光素子としてＬＥＤチップを例に説明したが、ＬＥＤチップに限らず、例えば、ＥＬ（Electro Luminescence）素子など他の発光素子に適用することができる。また、ＬＥＤアレイの配列ライン数を１列の例で説明したが、もちろん、複数列でもよい。

上記実施形態では、感光材料に対する照射光源に発光素子アレイを用いる例で説明したが、発光素子アレイは、自動車用のヘッドライト，室内照明，液晶ディスプレイのバックライト，ストロボ装置，信号灯などに用いることが可能である。こうした各種の用途に発光素子アレイを用いる場合には、拡散板と組み合わされて使用される場合も多い。このような発光素子アレイの照度むらを測定する場合にも、本発明を適用することができる。この場合には、発光素子アレイと組み合わされる拡散板の光拡散特性に合わせて、照度むら測定装置に使用するオパール型拡散板を選択して測定を行うとよい。

ＬＥＤモジュールの外観図である。 測定装置の構成図である。 ＣＣＤイメージセンサの受光面の説明図である。 オパール型拡散板の説明図である。 直接光データの説明図である。 透過光データの説明図である。 光源装置の説明図である。 測定手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ＬＥＤモジュール
１２ ＬＥＤアレイ
１３ ＬＥＤチップ
２１ 測定装置
２２ ＣＣＤカメラ
２４ ＣＣＤイメージセンサ
３１ 移動機構
３６ データ解析部
３７ 補正値算出部
４１ 拡散板

Claims (8)

1. 基板上に複数の発光素子が配列された発光素子アレイの照度むら測定装置において、
   前記発光素子アレイの発光面から発光された光を、受光面で受光して前記発光面の配光を表す配光データを取得する撮像手段と、
   前記発光面から前記受光面へ至る光路に挿抜自在に設けられ、透明板の内部に光拡散物質が分散された状態で含まれているオパール型拡散板とを備え、
   前記オパール型拡散板を光路から退避させた状態で、前記発光面からの光を前記撮像手段で受光することにより、前記各発光素子の基板上の位置を特定するための第１配光データを取得するとともに、前記オパール型拡散板を光路へ挿入した状態で、前記発光面から発光され前記オパール型拡散板を透過した透過光を前記撮像手段で受光することにより、前記透過光の照度分布を調べるための第２配光データとを取得することを特徴とする発光素子アレイの照度むら測定装置。
2. 前記第１配光データと前記第２配光データの２種類の配光データに基づいて照度むらを解析する解析手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の発光素子アレイの照度むら測定装置。
3. 前記解析手段は、前記第２配光データに基づいて照度むらの有無とそれが生じている照度むら発生部分を調べ、前記第１配光データに基づいて前記照度むら発生部分に対応する発光素子を特定することを特徴とする請求項２記載の発光素子アレイの照度むら測定装置。
4. さらに、前記解析手段による解析結果に基づいて、照度むらが解消されるように、前記各発光素子の駆動電流の補正値を算出する補正値算出手段を設けたことを特徴とする請求項２又は３記載の発光素子アレイの照度むら測定装置。
5. 前記第１及び第２の各配光データに基づいて、配光状況を映像化して表示するモニタを設けたことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の発光素子アレイの照度むら測定装置。
6. 前記撮像手段は、その受光面にマトリックス状に配置された受光セルが、１個の前記発光素子に対して、少なくとも４個ずつ割り当てられており、これら複数の受光セルで得た各々の撮像データを平均して、１個の前記発光素子の光出力のピーク値を求めることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の発光素子アレイの照度むら測定装置。
7. 前記オパール型拡散板を前記光路に挿入する挿入位置と、この挿入位置から退避される退避位置との間で移動させる移動機構を設けたことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の発光素子アレイの照度むら測定装置。
8. 基板上に複数の発光素子が配列された発光素子アレイの照度むら測定方法において、
   前記発光素子アレイの発光面から撮像手段の受光面へ至る光路から、透明板の内部に光拡散物質が分散された状態で含まれているオパール型拡散板を退避させた状態で、前記発光面から発光される光を前記撮像手段によって受光することにより、前記各発光素子の基板上の位置を特定するための第１配光データを取得する第１ステップと、
   前記オパール型拡散板を前記光路に挿入した状態で、前記発光面から発光され前記オパール型拡散板を透過した透過光を前記撮像手段で受光することにより、前記透過光の照度分布を調べるための第２配光データとを取得する第２ステップとを含むことを特徴とする発光素子アレイの照度むら測定方法。
   

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