JP2009150791A - 発光体の測光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 不均一な配光特性を有する発光素子についても、その光量を迅速且つ高精度に測定できる測光装置の提供。
【解決手段】 受信光の受信強度に対応した検出データIiを出力するn個の受光部と、受信光のスペクトル分布データP(λ)を出力する分光分析部と、受光部の感度を特定する分光感度データPDi(λ)を、n個の受光部に対応して各々記憶する記憶部と、演算動作を実行する制御部と、を有して構成される。制御部は、n個の検出データIiと、n個の分光感度データPDi(λ)と、スペクトル分布データP(λ)とに基づいて、発光素子の放射エネルギーのスペクトル分布EGi(λ)を算出する第一処理と、スペクトル分布EGi(λ)に基づいて放射束EGiを算出する第二処理と、スペクトル分布EGi(λ)と分光視感効率V(λ)とに基づいて光束Φiを算出する第三処理とを有する。
【選択図】図1
【解決手段】 受信光の受信強度に対応した検出データIiを出力するn個の受光部と、受信光のスペクトル分布データP(λ)を出力する分光分析部と、受光部の感度を特定する分光感度データPDi(λ)を、n個の受光部に対応して各々記憶する記憶部と、演算動作を実行する制御部と、を有して構成される。制御部は、n個の検出データIiと、n個の分光感度データPDi(λ)と、スペクトル分布データP(λ)とに基づいて、発光素子の放射エネルギーのスペクトル分布EGi(λ)を算出する第一処理と、スペクトル分布EGi(λ)に基づいて放射束EGiを算出する第二処理と、スペクトル分布EGi(λ)と分光視感効率V(λ)とに基づいて光束Φiを算出する第三処理とを有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、LED(Light Emitting Diode)やLD(laser diode)などを構成する発光素子チップについて、チップごとに相違する配光特性に拘らず、その発光特性を迅速且つ高精度に特定できる測光装置に関する。
LEDなどの製造メーカでは、最終検査の一環として、各発光素子チップの光量(quantity of light)を計測する必要がある。光量値としては、例えば、光度(Luminous intensity)が要求される。ここで、光度Iγのカンデラ(candela)値は、光束(Luminous flux)Φγのルーメン(lumen)値に対する、単位立体角dΩ当りの割合であり、Iγ=dΦγ/dΩで与えられる。
一方、光束Φγは、放射束Φe(radiant flux)を、CIE(International Commission on Illumination)が規定した標準分光視感効率(Spectral luminous efficiency)V(λ)で重価積分したものであり、最大視感効果度(Maximum luminous efficacy)Kmも加味して、下式のように定義される。なお、放射束Φe(radiant flux)とは、光源が空間に放射するパワー[W]、つまり、単位時間当たりの放射エネルギー[J/s]である。
このような光量を計測するには、発光素子チップの放射光を受信する位置にフォトダイオードを配置して、視感度フィルタを経由する受信光を受け、フォトダイオードからの起電流値に基づいて、光束(Luminous flux)値や光度(Luminous Intensity)値を求めるのが一般的である。ここで、視感度フィルタは、人間の視感度に対応して、CIE標準分光視感効率の特性V(λ)を再現するフィルタである。
フォトダイオードは、このような視感度フィルタを通過した光を受けるため、その起電流値に基づいて、光束Φγのルーメン値や、光度Iγのカンデラ値を求めることができる。すなわち、フォトダイオードの出力を、光量が既知の別のマスター光源で校正するか、或いは、同一発光源を他の標準測定器を用いて測定し、その測定値に基づいてフォトダイオードの出力を補正すれば良いことになる。
しかしながら、上記の方法で得られる検出値は、視感度フィルタの特性に大きく依存し、特に、視感度フィルタの特性は青緑波長域にズレがあることも多いため、検出値の精度に信頼性が欠けるという欠点がある。また、フォトダイオードから発生する起電流は、受信光の波長に対応して変化するが、上記の方法では、この波長に対する感度の変化を全く考慮していないという欠点もある。
更にまた、放射方向に対して放射強度が均一でない配光特性を有する発光素子チップについては、その光量を正確に特定できないという致命的な問題があった。何故なら、発光素子チップの配光特性は、同一の半導体ウェハから切り出されたチップであっても、個々のチップごとに相違するので、測定対象のチップを如何に精密に位置決めしても、正確な計測値を得ることはできないからである。
ここで、受光面積を大きくすることはできるが、大面積の受光面では、点光源からの放射光を最適には受光できない(受光面と入射光が直交しない)ので、その分だけ測定誤差が増加する。
また、従来の装置では、上方に向う放射光は検査できても、下方に向かう放射光については、全くその強度を検出することができず、例えば、フリップチップパッケージを予定した発光素子には全く対応できないという問題もあった。
この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、視感度フィルタを用いる必要がなく、また、不均一な配光特性を有する発光素子についても、その光量を迅速且つ高精度に測定できる測光装置を提供することを目的とする。また、全方向の配光特性を検出することもできる測光装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、放射方向に対して放射強度が均一でない配光特性を有する発光素子の光量を自動計測する測光装置であって、前記発光素子の発光を受信して、受信した受信光の受信強度に対応した検出データI1〜Inを出力する複数n個の受光部と、前記発光素子の発光を受信して、受信した受信光について、受信強度の相対値を所定の波長間隔で特定するスペクトル分布データP(λ)を出力する1個又は複数個の分光分析部と、前記受光部における受信光の波長に対する感度を、前記所定の波長間隔で特定する分光感度データPD1(λ)〜PDn(λ)を、n個の受光部に対応して各々記憶する記憶部と、前記受光部、前記分光分析部、及び前記記憶部から、必要なデータを受けて演算動作を実行する制御部と、を有して構成され、前記制御部は、n個の受光部が出力する検出データI1〜Inと、前記記憶部が記憶するn個の分光感度データPD1(λ)〜PDn(λ)と、前記分光分析部が出力するスペクトル分布データP(λ)とに基づいて、前記発光素子の放射エネルギーのスペクトル分布EG1(λ)〜EGn(λ)を、n個の受光部ごとに算出する第一処理と、第一処理で算出されたスペクトル分布EG1(λ)〜EGn(λ)に基づいて、n個の受信部における放射束EG1〜EGnを算出する第二処理と、第一処理で算出されたスペクトル分布EG1(λ)〜EGn(λ)と、光の波長λに対する人間の視感度を示す分光視感効率V(λ)とに基づいて、n個の受光部における光束Φiを算出する第三処理と、を有して構成される。
本発明において受信部の個数nは、発光素子の配光特性の不均一度合いに応じて決定されるが、いずれの場合にも複数個である。したがって、受信部の受光面積を最適な大きさに設定することができ、受光面と入射光が直交することで測定精度が向上する。また、n個の受信部は、好ましくは、発光素子から同一距離の位置に規則的に配置されている。最適には、n個の受信部が、発光素子を、球面又は半球面で覆うように配置される。
本発明の第一処理では、好ましくは、第i番目の受光部におけるスペクトル分布EGi(λ)として、(式A)の演算を実行している。
EGi(λ)=Ii×P(λ)/[Σ(P(λ)×PDi(λ))]・・・・(式A)
EGi(λ)=Ii×P(λ)/[Σ(P(λ)×PDi(λ))]・・・・(式A)
ここで、スペクトル分布データP(λ)を出力する分光分析部は、n個の受光部に近接して複数個設けるのが好適である。しかし、発光素子が、不均一な配光特性を有する場合であっても、スペクトル分布データP(λ)の分布形状には変化がない場合も多いので、そのような場合には、分光分析部は、単一個であっても良い。
本発明の第三処理では、好ましくは、第i番目の受光部における光束Φiとして、(式B)の演算を実行している。
Φi=Km×[Σ(V(λ)×EGi(λ))]・・・・(式B)
Φi=Km×[Σ(V(λ)×EGi(λ))]・・・・(式B)
このようにして、算出されたn個の光束値Φ1〜Φnについて、これらを総合評価すれば、非均一な配光特性を有する発光素子についても、より正確に光度を特定することができる。典型的には、積分処理や総和処理が採用される。
なお、検査対象の発光素子は、これを搬送ラインに配置したまま検査しても良いが、好ましくは、専用の検査台に配置して検査するべきである。この場合、検査対象の発光素子を半球面又は球面状に取り囲むようn個の受光部を配置するのが好適である。また、検査台を透光性の素材で構成すれば、全方向(360度)について光量を検査することができる。また、検査台を半透光性の素材で構成すれば、検査台を通過する過程で点光源からの放射光が散乱光に変換されるので、大面積の受光面でも正確に光量を把握することができる。
以上説明した本発明によれば、視感度フィルタを用いる必要がなく、また、不均一な配光特性を有する発光素子についても、その光量を迅速且つ高精度に測定できる。また、透光性の検査台を使用するだけで、全方向の配光特性を検出することができる。
以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図1(a)は、実施例に係る測光装置EQUの概略構成を示す回路ブロック図である。この測光装置EQUでは、検査対象の発光素子チップCHが、半透明ガラス製の検査台EXに載置されて点灯駆動され、その発光特性が自動計算されて出力される。
発光素子チップCHは、例えば、発光ダイオードを構成する半導体チップである。そして、半導体ウェハを切断して切出された多数の発光素子チップCH・・・CHが、粘着シートSEに保持されて待機されている(図3)。そして、ロボットハンドが、待機状態の発光素子チップCHを1個ずつ取り出して、検査台EXに載置するようになっている。
発光素子チップは、放射光の放射強度が放射方向に対して不均一な配光特性を有しており(図4参照)、しかも、その配光特性が、発光素子チップごとに同一ではない。しかし、この測光装置EQUでは、複数n個の計測ポイントを設け、n個の計測値を総合評価することで、配光特性が相違する個々の発光素子チップCHについて、その発光特性を正確に特定している。具体的には、個々の発光素子チップCHについて、放射束(Radiant flux)[W:ワット]と、視感度補正された光束(Luminous flux)[lm:ルーメン]と、光度(Luminous intensity)[Cd:カンデラ]とを自動計算して出力している。
図2は、測光装置EQUの計測ポイントを図示したものである。図2(a)の斜視図と図2(b)の平面図に示す通り、この実施例では、検査台EXの上方に、8個のフォトダイオードPD1〜PD8が、発光素子チップCHを、半球面状に覆うように配置されている。具体的には、8個のフォトダイオードPD1〜PD8が、発光素子チップCHから等距離Rの位置に配置されており、発光素子チップCHを通過する鉛直線(Z軸)に近接して、4つのフォトダイオードPD1〜PD4が、90°間隔で同心状に配置され、その外側に、4つのフォトダイオードPD5〜PD8が、90°間隔で同心状に配置されている。
なお、この実施例では、発光素子チップCHの配光特性の不均一度合いが、比較的軽微であるので(図4参照)、8個のフォトダイオードを使用しているが、配光特性の不均一度合いに応じて、配置個数nを増加させるのは勿論である。
図2(c)の正面図に示す通り、検査台EXの鉛直下方には、受光面の大きいフォトダイオードPD9が配置されている。本実施例では、検査台EXが半透明ガラス(すりガラス)で構成されているので、発光素子CHからの放射光は、検査台EXにおいて散乱光となって、フォトダイオードPD9に至る。そのため、フォトダイオードPD9は、受光面に直交する散乱光を受けることになり、受光面積が大きいことが特に問題にならない。なお、放射光が検査台EXを経由することによる減衰量は、予め実験的に把握できるので、計測動作時の補正演算によって補正される。
続いて、測光装置EQUの回路構成を説明する。図1(a)に示す通り、測光装置EQUは、発光素子チップCHを点灯制御する発光駆動部DRと、9個のフォトダイオードPD1〜PD9と、フォトダイオードPD1〜PD9の起電流に比例した電圧を出力する9個のPDアンプ1・・・1と、発光素子チップCHからの放射光の分光スペクトルを正確に求める分光計2と、PDアンプ1及び分光計2からの出力を受けて各種の測光値を算出する演算部3と、装置各部の動作を適宜に制御する機器制御部4とを中心に構成されている。
演算部3は、典型的にはパーソナルコンピュータで構成され、測光装置EQUの中央制御部として機能している。そして、演算部3で算出された測光値は、逐次、演算部4に内蔵又は接続されている記憶部に記憶されると共に、表示出力部DISPに出力される。
実施例の場合、フォトダイオードPD1〜PD8は、全て直径10mm程度の受光面を有している。但し、ハウジングなどの制約から、実効面積としては、半径r=4の円として、S=r2×π=50.27[mm2]となる。一方、発光素子チップCHとフォトダイオードPDの距離Rは、42mm程度に設定されている。そのため、各フォトダイオードPD1〜PD8を臨む立体角は、ほぼr2×π/(R×R)=0.028となる。なお、フォトダイオードPD9の受光面積は、他のフォトダイオードPD1〜PD8の受光面積の10倍〜20倍程度に設定されている。
図1(b)の原理図に示す通り、9個のPDアンプ1は、各々、OPアンプ6と、n個の帰還抵抗Ri(R1〜Rn)と、負荷抵抗RLと、n個のスイッチ素子Si(S1〜Sn)とで構成されている。ここで、スイッチ素子Siは、その何れか1つが機器制御部4によってON状態とされ、残りはOFF状態とされる。
OPアンプ6の反転入力端子と非反転入力端子とはイマジナル・ショート状態であり、OPアンプ6の入力インピーダンスはほぼ無限大である。そのため、フォトダイオードPDの起電流Iは、全て帰還抵抗Riに流れることになり、PDアンプ1の出力電圧Voは、フォトダイオードPDの起電流Iに比例して、Vo=−Ri×Iとなる。なお、帰還抵抗Ri(R1〜Rn)の抵抗値は、PDアンプ1に要求されるゲインに応じて設定されるので、例えば、105、106、107、108の4種類のゲインが要求される場合であれば、4つの帰還抵抗R1〜R4の抵抗値は、105〜108[Ω]となる。
9個のPDアンプ1・・・1の出力電圧Voは、各々、対応するA/Dコンバータ7・・・7に供給される。なお、A/Dコンバータ7の分解能は、例えば、12ビット又は16ビットであり、A/Dコンバータ7に供給される基準電圧など、A/Dコンバータ7の動作状態は、機器制御部4によって、PDアンプ1のゲインに応じて適宜に変更される。
A/Dコンバータ7・・・7が出力する各デジタルデータ(計測データ)は、全て第1通信部8に供給される。そして、第1通信部8は、9個の計測データを順番に演算部3に送信している。この実施例では、パラレル通信によって、計測データを伝送するので、演算部3は、多数の計測データを短時間で取得することができる。
分光計2としては、この実施例では、回折格子(grating)を用いて放射光を分光させる格子分光計(grating spectrometer)が1個だけ使用される。図2(c)に示す通り、この実施例では、分光計2のファイバーケーブルFiが、発光素子チップCHの真上に配置されている。なお、発光素子チップCHの分光特性に方向性がある場合には、複数の分光計2が離間して配置される(図2(c)の破線部参照)。
いずれにしても、分光計2は、放射光のスペクトラム(分光分布データ)を、光エネルギー強度の相対値を示すカウント値として出力するが、そのカウント値は、第2通信部9を通して、演算部3に伝送される。第2通信部9は、この実施例では、8ビット幅又は16ビット幅で高速にデータを伝送するために、SCSI(Small Computer System Interface)規格に基づくパラレル通信方式を採っている。
演算部3には、9個のフォトダイオードPD1〜PD9について、図5に示すような分光感度データPD1(λ)〜PD9(λ)を記憶する分光感度テーブルTBL1が設けられている(図8(b)参照)。図5に示すように、一般に、フォトダイオードは、波長λに対応して感度が上がるが、この実施例では、可視域の波長範囲(λ=300〜800[nm])について、1[nm]間隔の分光感度データ[A/W]が記憶されている。
したがって、分光感度テーブルTBL1を参照すれば、単位エネルギー・単位時間照射(1[μJ/s]=1[μW])に対する、各フォトダイオードPD1〜PD9の起電流値[μA]を単位波長(1[nm])間隔で特定できることになる。なお、分光感度テーブルTBL1を構築するために、フォトダイオード毎に分光感度データを測定しても良いが、素子メーカから提供されるデータを使用するのが簡易的である。何れにしても、分光感度テーブルTBL1には、個々のフォトダイオードごとに、分光感度データが記憶されているので、フォトダイオードの特性のバラツキに拘らず正確な測定が可能となる。
また、演算部3には、人間の視感度特性V(λ)を、単位波長(1[nm])間隔で記憶する視感度テーブルTBL2も設けられている(図6、図8(b)参照)。視感度特性としては、CIEによる標準分光視感度効率(Spectral luminous efficiency)を使用している。この視感度特性は、波長λ=555[nm]の単色放射に対して感ずる明るさを1に正規化して、その他の波長で感ずる同一放射強度の明るさの比を表している。図6に示す通り、例えば、波長λ=470[nm]の光は、物理的に同一の放射強度であっても、波長λ=555[nm]の光の約10分の1の明るさにしか感じないことになる。
続いて、図1の測光装置EQUの動作内容(測光アルゴリズム)を、図8(a)のフローチャートに基づいて説明する。図示のように、最初に、演算部(中央制御部)3からの指示に基づいて機器制御部4が動作して、装置各部の動作条件が設定される(ST1)。例えば、測光時間間隔や、発光素子チップCHの点灯時間や、PDアンプ1・・・1のゲインや、分光計2の露光時間などが、必要とされる測定条件に応じて設定される。
このような初期処理が終われば、演算部3からの指示に基づいて機器制御部4が発光駆動部DRを制御して、発光素子チップCHに駆動信号が供給される(ST2)。また、発光素子チップCHの点灯に対応して分光計2の動作が開始される(ST3)。
次に、演算部3は、第1通信部8を通して、フォトダイオードPD1〜PD9の起電流に比例した電圧値(計測データ)を取得する(ST4)。そして、A/Dコンバータ7の分解能やPDアンプ1・・・1のゲインに基づいて、フォトダイオードPD1〜PD9の起電流値[μA]を求めてこれを記憶する。なお、ここでは、フォトダイオードPD1〜PD9の起電流値が、I1〜I9[μA]であったとする。
続いて、演算部3は、第2通信部9を通して、発光素子チップCHからの放射光の分光分布データP(λ)を取得して、記憶テーブルTBL3に格納する(ST6)。分光分布データP(λ)は、放射光のスペクトル分布を相対値で示すもので、光エネルギーの相対強度が、1[nm]間隔で計測カウント値として示される(図7、図8(b)参照)。
以上のようにして計測結果を取得すると、取得した計測データに基づいて、適宜な演算処理を実行し、受光面の放射束Φe[μW]と、受光面の光束量Φγ[μlm]と、光度Iγ[μcd]とを算出して記憶及び表示する(ST7)。以下、同様であり、次の検査対象(発光素子チップ)についてもステップST2〜ST7の処理を繰り返す。
図6は、データ演算処理(ST6)の具体的内容を示すフローチャートである。最初に、第1フォトダイオードの出力I1と、分光計の出力P(λ)に基づいて、発光素子チップCHの放射エネルギーのスペクトル分布EG1(λ)と光束Φ1とを特定する(ST61)。具体的には、
EG1(λ)=I1×P(λ)/Σ[P(λ)×PD1(λ)]・・・(式1)
Φ1=Km×[Σ(V(λ)×EG1(λ))]・・・(式2)
の演算によるが、以下、(式1)の意味を順番に説明する。
EG1(λ)=I1×P(λ)/Σ[P(λ)×PD1(λ)]・・・(式1)
Φ1=Km×[Σ(V(λ)×EG1(λ))]・・・(式2)
の演算によるが、以下、(式1)の意味を順番に説明する。
先ず、(式1)の分母に示すP(λ)×PD1(λ)の演算によって、分光計2から得られたカウント値である分光分布データP(λ)が、第1フォトダイオードの感度特性PD1(λ)に合わせて補正される。したがって、補正された分光分布データP(λ)×PD1(λ)を有する放射光が、フラットな感度特性を有するフォトダイオードPD1に照射された結果として、起電流I1が得られたと擬制することができる。
次に、(式1)の分母に示すΣ[P(λ)×PD1(λ)]の演算によって、補正した分光分布データP(λ)×PD1(λ)が、全波長λについて積分され、総カウント値SUM=Σ[P(λ)×PD1(λ)]が算出される。したがって、P(λ)×PD1(λ)/SUMの値は、各波長λについて、トータル値(=SUM)との案分比を意味することになる。
そのため、I1×P(λ)×PD1(λ)/SUMの演算によって、第1フォトダイオードPD1の起電流値I1が、波長λ成分ごとに分解されることになる。言い換えると、第1フォトダイオードPD1から検出された総物理量たる起電流値I1が、その構成要素(波長成分)ごとに分解されたと擬制される。
そこで、次に、起電流値I1の構成要素I1×P(λ)×PD1(λ)/SUMを、第1フォトダイオードPD1の分光感度データPD1(λ)で除算すれば、発光素子チップCHからの放射光のパワーが、単位波長λ[=1nm]ごとに分解されることになる。
以上説明した全ての演算を纏めると、I1×P(λ)/SUM=I1×P(λ)/Σ[P(λ)×PD1(λ)]となり、結局、(式1)を演算に一致する。この(式1)演算の結果、放射光のスペクトル分布を正確に特定するが、相対値に過ぎない分光分布データP(λ)が、放射光の絶対値に比例する物理量たる起電流値I1によって校正される。言い換えると、相対値に過ぎない分光分布データP(λ)が、放射エネルギーのスペクトル分布EG1(λ)に変換されたことになる。なお、スペクトル分布EG1(λ)を全波長について総和を求めると、フォトダイオードPD1の受光面での視感パワー量[μW]、つまり放射束EG1が求まる。
ところで、光束Φ[Lm]は、放射束を、分光視感効率(Spectral luminous efficiency)V(λ)と最大視感効果度(Maximum luminous efficacy)Kmとに基づいて変換したものであり、(式2)で与えられる。なお、分光視感効率V(λ)は、予め、視感度テーブルTBL2に記憶されている。
Φ1=Km×[Σ(V(λ)×EG1(λ))]・・・(式2)
Φ1=Km×[Σ(V(λ)×EG1(λ))]・・・(式2)
以上、ステップST61の処理を説明したが、ステップST62〜ST68の処理も、ほぼ同一である。すなわち、第2フォトダイオードPD2〜第8フォトダイオードPD8の起電流値I2〜I8と、分光計2の出力P(λ)とに基づいて、発光素子チップCHの放射エネルギーのスペクトル分布EG2(λ)〜EG8(λ)及び光束Φ2〜Φ8を特定する(ST62〜ST68)。
例えば、第iフォトダイオードPDiについては、(式A)と(式B)が使用される。
EGi(λ)=Ii×P(λ)/Σ[P(λ)×PDi(λ)]・・・(式A)
Φi=Km×[Σ(V(λ)×EGi(λ))]・・・(式B)
EGi(λ)=Ii×P(λ)/Σ[P(λ)×PDi(λ)]・・・(式A)
Φi=Km×[Σ(V(λ)×EGi(λ))]・・・(式B)
一方、第9フォトダイオードPD9は、半透明ガラス製の検査台EXを経由して放射光を受けるので、検査台EXでの減衰量を考慮して、下記の(式3)と(式4)が使用される。なお、補正パラメータX(λ)は、予め実験的の決定されている。
EG9(λ)=X(λ)×I9×P(λ)/Σ[P(λ)×PD9(λ)]・・・(式3)
Φ9=Km×[Σ(V(λ)×EG9(λ))]・・・(式4)
EG9(λ)=X(λ)×I9×P(λ)/Σ[P(λ)×PD9(λ)]・・・(式3)
Φ9=Km×[Σ(V(λ)×EG9(λ))]・・・(式4)
以上の処理によって、9箇所の計測点における放射エネルギーのスペクトル分布EG1(λ)〜EG9(λ)と、光束Φ1〜Φ9が特定される。また、各計測点における放射エネルギーのスペクトル分布EGi(λ)を、全波長について総和演算ΣEGi(λ)することで放射束EG1〜EG9も特定される。
そこで、9箇所の計測点における放射束EG1〜EG9を総合評価して放射束Φeを決定する(ST70)。総合評価の手法は特に限定されないが、各フォトダイオードPDiの配置位置や受光面積に応じた重みを付した総和演算とすることができる。最も簡易的には、各フォトダイオードPDiにおける放射束EGiを加算すれば、各フォトダイオードの受光面積の総和面積についての放射束ΣEGiが特定される。この算出値ΣEGiは、発光素子チップの全放射束Φeに対応した相関性の高い値となる。
また、図2(b)に示す通り、フォトダイオードPD3に近接する、濃い網掛け部分(表面積S1)は、フォトダイオードPD3における放射束ER3と同一値であると擬制する一方、フォトダイオードPD7に近接する、薄い網掛け部分(表面積S2)は、フォトダイオードPD7における放射束ER7と同一値であると擬制することもできる。
このように擬制した場合には、[S1×(EG1+EG2+EG3+EG4)+S2×(EG5+EG6+EG7+EG8)]/Sの演算によって、上方に放射された放射光の放射束の全量を特定することができる。なお、面積Sは、フォトダイオードPD1〜PD8の受光面積である。この実施例では、計測点が8箇所であるため、正確性にやや欠けるとは言え、従来のように、1箇所での計測値に基づいて発光素子チップの発光特性を評価する場合に比べると格段に精度が上がる。しかも、本発明によれば、計測点を増加させれば、幾らでも精度を高めることができる利点がある。
また、本実施例では、受光面積の大きいフォトダイオードPD9を発光素子チップCHの裏面側に配置しているので、例えば、フリップチップパッケージを予定した発光素子チップCHの計測も可能となる。なお、フリップチップパッケージとは、ダイ(die)と接続端子との接続にワイヤを使用せず、ダイ表面に直接形成された導電性のバンプによって実現させるものを言う。
以上、放射束について説明したが、光束値Φγについても、9箇所の計測点における光束値Φ1〜Φ9を総合評価して決定される(ST71)。総合評価の手法は、特に、限定されないが、例えば、光束値Φ1〜Φ8を平均化して光束値Φγとする。最初に説明した通り、本実施例では、フォトダイオードに視感度フィルタを装着しないので、放射束と光束とを同時に取得できる利点がある。
ところで、光度Iγ[カンデラ]は、単位立体角(1ステラジアン)当りの光束値Φγ[ルーメン]である。本実施例では、発光素子チップCHとフォトダイオードPD1〜PD8の離間距離がRであり、各フォトダイオードPD1〜PD8の受光面積Sが同一であるから、Iγ=Φγ×R×R/Sの計算によって光度Iγが算出される(ST72)。なお、この実施例では、R≒42mm、S≒r2×π=50.27[mm2]である。
以上説明したように、本実施例では、分光計2から得られるスペクトルデータP(λ)と、各フォトダイオードの分光感度データPD1(λ)〜PD9(λ)とに基づいて、フォトダイオードの検出値I1〜I9を、波長ごとの放射束の実値に変換している。ここで、相対値を示すスペクトルデータP(λ)の精度を上げることは、比較的容易であるから、算出される波長ごとの放射束実値の精度も高い。したがって、放射束実値から算出されて表示出力される各測光値も高精度なものとなる。なお、本実施例の測光値としては、受光総量の放射束[μW]、各波長放射束を視感度補正して換算した光束値[μLm]、1ステラジアン当りの光束である光度値[μCd]が算出されるが、表示出力する測光値は適宜に選択されて良いのは勿論である。
以上、本発明について具体的に説明したが、実施例として例示した記載内容は、何ら本発明を限定するものではない。例えば、可視域の計測に限定されず、紫外域や赤外域など任意の領域についても計測可能である。
CH 発光素子チップ
PD 受光部(フォトダイオード)
2 分光分析部(分光計)
3 演算部
EQU 測光装置
PD 受光部(フォトダイオード)
2 分光分析部(分光計)
3 演算部
EQU 測光装置
Claims (6)
- 放射方向に対して放射強度が均一でない配光特性を有する発光素子の光量を自動計測する測光装置であって、
前記発光素子の発光を受信して、受信した受信光の受信強度に対応した検出データI1〜Inを出力する複数n個の受光部と、
前記発光素子の発光を受信して、受信した受信光について、受信強度の相対値を所定の波長間隔で特定するスペクトル分布データP(λ)を出力する1個又は複数個の分光分析部と、
前記受光部における受信光の波長に対する感度を、前記所定の波長間隔で特定する分光感度データPD1(λ)〜PDn(λ)を、n個の受光部に対応して各々記憶する記憶部と、
前記受光部、前記分光分析部、及び前記記憶部から、必要なデータを受けて演算動作を実行する制御部と、を有して構成され、
前記制御部は、
n個の受光部が出力する検出データI1〜Inと、前記記憶部が記憶するn個の分光感度データPD1(λ)〜PDn(λ)と、前記分光分析部が出力するスペクトル分布データP(λ)とに基づいて、前記発光素子の放射エネルギーのスペクトル分布EG1(λ)〜EGn(λ)を、n個の受光部ごとに算出する第一処理と、
第一処理で算出されたスペクトル分布EG1(λ)〜EGn(λ)に基づいて、n個の受信部における放射束EG1〜EGnを算出する第二処理と、
第一処理で算出されたスペクトル分布EG1(λ)〜EGn(λ)と、光の波長λに対する人間の視感度を示す分光視感効率V(λ)とに基づいて、n個の受光部における光束Φiを算出する第三処理と、
を有して構成されることを特徴とする測光装置。 - 前記第一処理では、第i番目の受光部におけるスペクトル分布EGi(λ)として、(式A)の演算を実行している請求項1に記載の測光装置。
EGi(λ)=Ii×P(λ)/[Σ(P(λ)×PDi(λ))]・・・・(式A)
但し、
Ii:第i番目の受光部での検出データ
PDi(λ):第i番目の受光部の分光感度データ
Σ:全波長域での総和演算 - 前記第三処理では、第i番目の受光部における光束Φiとして、(式B)の演算を実行している請求項1又は2に記載の測光装置。
Φi=Km×[Σ(V(λ)×EGi(λ))]・・・・(式B)
Km:最大視感効果度 - 前記制御部は、
前記n個の光束Φiに基づいて、検査対象の発光素子の光度を特定する第四処理を更に有して構成されている請求項1〜3の何れかに記載の測光装置。 - 前記発光素子は、透光性又は半透光性の検査台に配置されて発光駆動される請求項1〜4の何れかに記載の測光装置。
- 前記受信部の個数nは、前記発光素子の配光特性の不均一度合いに応じて決定され、n個の受信部が、前記発光素子から同一距離の位置に規則的に配置されている請求項1〜5の何れかに記載の測光装置。
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