JP2009150791A - 発光体の測光装置 - Google Patents

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

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）

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）

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＝ｒ^２×π＝５０．２７［ｍｍ^２］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ｒ^２×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、１０^５、１０^６、１０^７、１０^８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、１０^５〜１０^８［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。

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）

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）

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）

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≒ｒ^２×π＝５０．２７［ｍｍ^２］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。

実施例に係る測光装置の概略構成を示すブロック図である。 フォトダイオードの配置位置を例示する図面である。 待機状態の発光素子チップを示す平面図である。 発光素子チップの配光特性を示す図面である。 フォトダイオードの分光感度特性を例示する特性図である。 人間の視感度効率を示す特性図である。 発光素子チップからの放射光のスペクトル分布を例示する特性図である。 図１の測光装置の動作を示すフローチャート（ａ）と、演算部の内部構成を示す図面（ｂ）である。 図１の測光装置の演算処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

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

Claims (6)

1. 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。
2. 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
3. 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
4. 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。
5. 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。
6. 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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