JP6277206B2 - 光学測定装置 - Google Patents
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Description
図1を用いて、光学測定装置3で測定する発光素子101の発光状況について説明する。
図1は、光学測定装置3で測定する発光素子101の発光状況を示す。
図1(a)に示すように、発光素子101は、発光面101aから光を放射状に出射する。
発光面101aは、発光素子101の表面に位置する。発光素子101の発光面101aの法線を発光中心軸LCAという。発光面101aは、図1(a)において発光中心軸LCAの正方向側にある発光素子101の表面である。
発光面101aを含む平面上の一方向を基準軸(x軸)とした場合に、当該平面上のx軸からの反時計回りの角度をφと定義する。また、φを固定した場合における、発光中心軸LCAとなす角度をθと定義する。
発光素子101が発光して、発光面101aから出射される光の強度は、発光中心軸LCAからの角度θ等によって異なる。
この光量を知ることによって、その発光素子101が各種の使用に適切であるか否かを検査することが可能となる。
図1(b)において、x軸とy軸との交点部分がθ=0°を表わしている。円上の各点がθ=90°の各φの位置をそれぞれ表わしている。
図1(c)は、φの値が一定の位置における断面図である。
すなわち、配光強度E(θ)を、発光中心軸LCA周りの円周で積分して(φ=0°から360°まで積分)、周配光強度J(θ)を求める。周配光強度J(θ)は、J(θ)=E(θ)・2πr・sinθで表される。この周配光強度J(θ)を、θ=0°からθ°積分して、発光素子101の表面側の光量K(θ)を求めることができる。
また、発光素子101の裏面側の光量は、K(θ)に一定の係数κを乗算することで求めることができる。
すると、発光素子101の光量は、表面側の光量K(θ)と裏面側の光量K(θ)・κとを加算することで求めることができる。
なお、発光素子101の表面側の光量と裏面側の光量との差は、同一工程で製造された発光素子101では略一定となることが分かっている。このため、係数κは、1つの発光素子101について光量を実測して求めておけば、他の発光素子101についても同じ値を適用することができる。
図2を用いて、光学測定装置3の構成について説明する。
図2は、光学測定装置3の構成を概略的に示す。
また、光学測定装置3は、発光素子101の製造工程に含まれる検査工程で使用する検査装置に適用され得る。光学測定装置3は、発光素子101の光学特性に加えて電気特性も測定可能である。
テーブル103は、略一様な平板形状を有し、略水平に設置されている。
テーブル103と、これに載置された発光素子101とは、互いに略平行となる。
ガラステーブル103aは、サファイアやガラス等の光透過材料を用いて、略一様な平板形状に形成されている。
ダイシングシート103bは、表面に粘着性を有し、ガラステーブル103a上に積層されている。発光素子101は、このダイシングシート103b上に載置される。
ダイシングシート103bを有するテーブル103は、測定時に発光素子101をテーブル103に移載し易く、位置ズレを抑制することができる。
なお、発光素子101の製造工程において、発光素子101がダイシングシート103b上に予め複数配列されている場合には、発光素子101及びダイシングシート103bを一括してガラステーブル103a上に載置させてもよい。
図2のプローブ針109は、発光素子101の光学特性測定時、発光素子101の電極に接触して電圧を印加する。また、プローブ針109は、電気特性計測部125と接続されており、発光素子101の電気特性も同時に測定することができる。プローブ針109は、発光素子101の電極の位置に応じて、発光素子101の上面、下面、又は両面に配置される。
光ファイバ117は、ヘッド117aと、光伝送路117b、入射口117cとを含む。
ヘッド117aは、筒形状に形成されている。ヘッド117aの先端には、光を入射させるための開口である入射口117cが設けられている。ヘッド117aは、入射口117cが発光素子101の発光面101aに対向するように配置される。入射口117cの中心軸は、測定対象の発光素子101の発光中心軸LCAと略一致する。ヘッド117aの中心軸は、入射口117cの中心軸と略一致する。
入射口117cは、予め定められた光ファイバ117の開口数に応じた範囲の光を入射させる。
光伝送路117bは、入射口117cが設けられたヘッド117aの先端とは反対側の端部と、フォトディテクタ105及び分光器121とを光学的に接続する。
光伝送路117bは、入射口117cから入射した光をフォトディテクタ105及び分光器121に導光する。光伝送路117bは、入射口117cから入射した光を内部で全反射させ、伝送損失を極力抑制してフォトディテクタ105及び分光器121に導光する。
フォトディテクタ105が測定する光学特性には、発光素子101が発光した光の光量が少なくとも含まれる。
受光素子105aは、光が入射すると、光電変換によって入射光に応じた電荷を生成する。受光素子105aは、例えばフォトダイオード等であってもよい。
分光器121が測定する光学特性には、発光素子101が発光した光の光量、波長、色度が少なくとも含まれる。
受光素子121aは、光が入射すると、光電変換によって入射光に応じた電荷を生成する。受光素子121aは、例えばCCD(Charge Coupled Device)やフォトダイオードアレイ等であってもよい。
分光器121は、求めた各種光学特性に応じた電気信号を生成する。分光器121は、生成した電気信号を、信号線111を介して制御部151に出力する。この電気信号は、分光器121によって測定された波長スペクトル情報、色度情報、及び光量情報等に相当する。
通常、このHVユニット153からの電圧の印加状態で、発光素子101が発光する光をフォトディテクタ105及び分光器121が測定を行う。
HVユニット153が検出した各種特性情報は制御部151に出力される。
ESDユニット155が検出した静電破壊情報は制御部151に出力される。
切替えユニット157によって、プローブ針109を介して発光素子101に印加される電圧が変更される。そして、この変更によって、発光素子101の検査項目が、定格電圧での各種特性を検出、又は、静電破壊の有無を検出にそれぞれ変更される。
制御部151は、フォトディテクタ105によって測定された光量情報が入力される。制御部151は、分光器121によって測定された波長スペクトル情報、色度情報、及び光量情報が入力される。制御部151は、HVユニット153によって出力された各種電気特性情報が入力される。制御部151は、ESDユニット155が検出した静電破壊情報が入力される。
制御部151は、これらの入力から発光素子101の各種特性を分別・分析を行う。各種特性の分析後、制御部151は、その分析結果を出力部163から画像出力等の情報出力を行う。更に、制御部151は、その分析結果に基づき必要に応じて、光学測定装置3の各構成要素を制御する。
図3A及び図3Bを用いて、本実施形態の発光素子101の構成について説明する。
図3Aは、光学測定装置3に含まれる光ファイバ117と発光素子101とを拡大した図を示す。図3Bは、図3Aに示された発光素子101を発光中心軸LCAの方向から視た図を示す。
本実施形態の発光素子101は、特定の色を呈する光を生成し、生成した光を別の色を呈する光に波長変換した後、外部に出射する。すなわち、本実施形態の発光素子101は、生成した光の色とは別の色を呈する光を発光する。発光素子101は、例えば青色発光ダイオードを黄色蛍光体で覆った疑似白色発光ダイオードであってもよい。
本実施形態の発光素子101は、生成部101bと、波長変換部101cとを少なくとも含む。
生成部101bは、エレクトロルミネセンス現象を利用した部材であってもよい。生成部101bは、例えば発光ダイオードであってもよい。生成部101bは、例えば青色発光ダイオードであってもよい。
波長変換部101cは、フォトルミネセンス現象を利用した部材であってもよい。波長変換部101cは、例えば蛍光体であってもよい。波長変換部101cは、例えば黄色蛍光体であってもよい。
波長変換部101cは、生成部101bの表面を覆うように設けられている。このとき、波長変換部101cには、生成部101bが出射した光が入射する。波長変換部101cは、入射した光の波長を波長変換し、外部に出射する。波長変換部101cが外部に出射した光の色は、生成部101bが出射した光の色と異なる色を呈する。
発光素子101の製造工程の一つである検査工程では、発光素子101は、図3A及び図3Bに示すように、格子状に複数並べる態様で配列されている。発光素子101は、ダイシングシート上に貼着された半導体ウェアをダイシングして複数のチップに分割することによって製造される。ダイシング後の発光素子101は、ダイシングシート上に格子状に複数配列された状態となる。
言い換えると、本実施形態では、測定対象の発光素子101が発光した光が入射することよって測定対象以外の発光素子101が発光した光、及び、測定対象の発光素子101が発光した光が測定対象以外の発光素子101で反射された光を、「測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光」ともいう。
測定対象以外の発光素子101が発光した黄色の光が光ファイバ117に入射すると、当該黄色の光はフォトディテクタ105及び分光器121に導光され、受光素子105a及び受光素子121aによって検出される。結果的に、測定対象の発光素子101の色度に関する測定結果では、黄色の成分比率が上昇してしまう。黄色の成分比率が上昇することは、測定対象の発光素子101の色度を高精度で測定できなかったことを意味する。
よって、複数配列された発光素子101において、測定対象の発光素子101の光学特性を高精度で測定し得る技術が望まれている。
本実施形態の光学測定装置3は、複数配列された発光素子101のうち測定対象の発光素子101が発光した光を検出すると共に、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光を検出しない構成を備える。
図3A及び図3Bにおいて、中央に配置された発光素子101を測定対象とする。当該101の周囲に配置された発光素子101は、測定対象以外の発光素子101である。
測定対象の発光素子101の光学特性を測定するとき、光学測定装置3は、光ファイバ117の入射口117cと測定対象の発光素子101とを対向させる。好適には、光学測定装置3は、測定対象の発光素子101の発光中心軸LCAと入射口117cの中心軸とを略一致させて、両者を対向させる。
また、光ファイバ117内で全反射し得る光の入射角の最大値をαとする。光ファイバ117と発光素子101との間の媒質は空気であるとし、屈折率=1であるとする。光ファイバ117の開口数をNAとし、開口数NAが示す範囲をS0とする。範囲S0を発光素子101に投影したときの、発光素子101の中心から範囲S0の外縁までの距離をDとする。
このとき、開口数NAは、NA=sinαである。距離Xは、X=A+Bである。距離Dは、D=Ltanαである。
このため、開口数NAが示す範囲S0は、フォトディテクタ105に含まれる受光素子105a及び分光器121に含まれる受光素子121aによって検出可能な光の範囲に相当する。
本実施形態では、受光素子105a及び受光素子121aによって検出される光の範囲を、「検出範囲」ともいう。
また、受光素子105a及び受光素子121aの検出範囲は、光学測定装置3が光学特性を測定可能な光の範囲に相当する。
受光素子105a及び受光素子121aの検出範囲は、例えば、測定対象の発光素子101と光ファイバ117との距離Lを調節することによって、調節される。
光学測定装置3は、測定対象の発光素子101が発光した光を検出すると共に測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光を検出しないために、次のように距離Lを調節する。すなわち、光学測定装置3は、測定対象の発光素子101が範囲S0内に位置し、且つ、測定対象以外の発光素子101が範囲S0内に位置しないように距離Lを調節する。
A/tanα≦L≦X/tanα
これにより、光学測定装置3は、複数の発光素子101が配列された状態において、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光を検出せずに、測定対象の発光素子101が発光した光を検出することができる。
例えば、測定対象の発光素子101の生成部101bが範囲S0内に位置すれば測定精度を十分に確保できる場合がある。この場合、測定対象の発光素子101の中心から生成部101bの外縁までの距離をa(<A)とすると、光学測定装置3は、距離Lを次式の関係を満たすように調節する。
a/tanα≦L≦X/tanα
いずれにしても、光学測定装置3は、少なくともL≦X/tanαの関係を満たすように距離Lを調節すればよい。
図4及び図5を用いて、光学測定装置3が備える調節部について説明する。
図4は、光学測定装置3の調節部の例1を説明するための図を示す。図5は、光学測定装置3の調節部の他の例2を説明するための図を示す。
調節部は、受光素子105a及び受光素子121aによって検出される光の範囲である検出範囲を調節する手段である。
光学測定装置3は、受光素子105a及び受光素子121aの検出範囲を調節するための調節部として、例えば距離Lの調節機構を備える。
距離Lの調節機構は、例えば光ファイバ117に取り付けられた図示しないアクチュエータによって構成することができる。距離Lの調節機構は、図4に示すように、光ファイバ117を発光中心軸LCAに沿って移動させる。よって、距離Lの調節機構によって光ファイバ117が移動されても、光ファイバ117の入射口117c、発光素子101、及びテーブル103は、互いに略平行な配置関係が維持される。
調節機構によって光ファイバ117を移動させると、光ファイバ117の入射口117cと発光素子101とが近接・離間し、距離Lが変更される。それにより、光ファイバ117に入射する光は制限され、受光素子105a及び受光素子121aの検出範囲は調節される。
なお、距離Lの調節機構は、光ファイバ117を移動させるのではなく、発光素子101が載置されたテーブル103を移動させてもよいし、当該テーブル103及び光ファイバ117の両者を移動させてもよい。
光学測定装置3は、測定対象の発光素子101が発光した光の一部を遮断し光ファイバ117に入射する光を制限することによって、受光素子105a及び受光素子121aの検出範囲を調節することができる。
光学測定装置3は、図5に示すように、受光素子105a及び受光素子121aの検出範囲を調節するための調節部として、例えば絞り201を備えてもよい。
図5の光学測定装置3では、光ファイバ117の位置が、測定対象以外の発光素子101が範囲S0内に含まれないような位置に固定されている。すなわち、光ファイバ117の位置は、距離LがL=X/tanαとなる位置に固定されている。そして、絞り201は、当該位置に固定された光ファイバ117の範囲S0が開口部201a内に収まるように設計されている。
絞り201の開口部201aの大きさを変更すると、測定対象の発光素子101が発光した光を遮断する範囲が変更される。それにより、光ファイバ117に入射する光は制限され、受光素子105a及び受光素子121aの検出範囲は調節される。
図6〜図8を用いて、発光素子101の光学特性を光学測定装置3で測定した測定結果について説明する。
まず、図6を用いて、測定条件について説明する。
図6は、発光素子101の光学特性を光学測定装置3で測定する際の測定条件を説明するための図を示す。
図6では、測定対象の発光素子101は、黒色で示され、測定対象以外の発光素子101は、白色で示されている。
発光素子101の光学特性を光学測定装置3で測定する際の測定条件を、測定条件1〜4とする。測定条件1〜4は、発光素子101の配列態様が異なる。
測定条件1〜4共に、測定対象の発光素子101及び測定対象以外の発光素子101は、生成部101b及び波長変換部101cを含む同一の発光素子101である。この発光素子101は、生成部101bが青色発光ダイオードであり波長変換部101cが黄色蛍光体である疑似白色発光ダイオードとする。そして、発光素子101は、1辺が1mmの正方形形状に形成されている。
測定条件1〜4共に、隣接する発光素子101同士の間隔は、0.3mmである。
測定条件1〜4共に、1つの発光素子101を測定対象として電力を供給して発光させ、その色度及び光量を測定する。
測定条件1〜4共に、本実施形態の光学測定装置3と、従来の測定装置とを用いて測定する。本実施形態の光学測定装置3の調節部は、図5に示された例2の調節部を用いる。
その他の条件においても、測定条件1〜4で共通である。
測定条件1は、1個の発光素子101が用いられる。測定条件1の配列態様は、測定対象の発光素子101が1個だけ配置された個片状態の態様である。発光素子101の配列全体の長さは、1mmである。
測定条件2は、5個の発光素子101が用いられる。測定条件2の配列態様は、測定対象の発光素子101が中央に配置され、その周囲に測定対象以外の発光素子101が4個隣接して配置された態様である。発光素子101の配列全体の長さは、3.6mmである。
測定条件3は、9個の発光素子101が用いられる。測定条件3の配列態様は、測定対象の101が中央に配置され、その周囲に測定対象以外の発光素子101が8個隣接して配置された態様である。発光素子101の配列全体の長さは、3.6mmである。
測定条件4は、25個の発光素子101が用いられる。測定条件4の配列態様は、測定対象の発光素子101が中央に配置され、その周囲に測定対象以外の発光素子101が24個隣接して配置された態様である。発光素子101の配列全体の長さは、6.2mmである。
図7Aは、図6に示された発光素子101の色度に関する測定結果であって、CIE−XYZ表色系での色度座標xを示す。図7Bは、図6に示された発光素子101の色度に関する測定結果であって、CIE−XYZ表色系での色度座標yを示す。
図7A及び図7Bに示すように、従来の測定装置を用いて色度を測定した場合、測定条件1の測定結果と、測定条件2〜4の各測定結果とは乖離している。
測定条件1では、発光素子101の配列態様が個片状態である。測定条件1の測定結果は、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光の影響を受けない理想的な結果である。
測定条件2〜4では、測定対象の発光素子101に隣接して、測定対象以外の複数の発光素子101が配置された配列態様である。測定条件2〜4の測定結果と測定条件1の測定結果とが乖離した理由は、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光の影響を受けたからである。例えば、測定対象以外の発光素子101の波長変換部101cが発光した黄色の光が光ファイバ117に入射し、受光素子121aで検出され、分光器121で色度が測定されたからである。
すなわち、複数配列された発光素子101の色度測定において、従来の測定装置の測定結果は、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光の影響を受けて、測定精度が低下する。
この理由は、測定対象以外の発光素子101が多く配置される程、測定対象以外の発光素子101が発光する黄色の光が増加し、受光素子121aで検出される黄色の光の成分比率が増加するからである。
すなわち、複数配列された発光素子101の色度測定において、従来の測定装置の測定結果は、測定対象以外の発光素子101が多く配置される程、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光の影響を受け易くなる。それにより、従来の測定装置の測定結果は、測定対象以外の発光素子101が多く配置される程、測定精度が低下し易くなる。
この理由は、本実施形態の光学測定装置3は、上述の調節部を備えることで、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光は、光ファイバ117に入射せず、受光素子121aで検出されないからである。
すなわち、複数配列された発光素子101の色度測定において、本実施形態の光学測定装置3の測定結果は、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光の影響を受けずに、個片状態での測定結果と同等の高い測定精度が得られている。
図8は、図6に示された発光素子101の光量に関する測定結果を示す。
図8に示すように、従来の測定装置を用いて光量を測定した場合、測定条件1の測定結果と、測定条件2〜4の各測定結果とは乖離している。そして、測定条件1、測定条件2、測定条件3、測定条件4の順に光量が増加している。
この理由は、測定対象以外の発光素子101が多く配置される程、測定対象以外の発光素子101が発光する黄色の光が増加し、受光素子105aで検出され易くなり、フォトディテクタ105で測定された光量が増加するからである。
すなわち、複数配列された発光素子101の光量測定においても、従来の測定装置の測定結果は、測定対象以外の発光素子101が多く配置される程、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光の影響を受け易くなる。それにより、従来の測定装置の測定結果は、測定対象以外の発光素子101が多く配置される程、測定精度が低下し易くなる。
この理由は、本実施形態の光学測定装置3は、上述の調節部を備えることで、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光は、光ファイバ117に入射せずに、受光素子105aで検出されないからである。
すなわち、複数配列された発光素子101の光量測定においても、本実施形態の光学測定装置3の測定結果は、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光の影響を受けずに、個片状態での測定結果と同等の高い測定精度が得られる。
しかしながら、光学測定装置3は、複数の発光素子101が配列された状態において、複数の発光素子101を同時に測定対象としてもよい。すなわち、光学測定装置3は、複数の発光素子101を測定対象として同時に電力を供給して発光させ、その光学特性を同時に測定してもよい。
複数の発光素子101を測定対象として同時に測定する光学測定装置3には、プローブ針109及び光ファイバ117が予め複数設けられる。また、この光学測定装置3では、フォトディテクタ105、アンプ113、分光器121、電気特性計測部125、及び制御部151が、複数の発光素子101を同時に測定可能なように予め設計されている。
そして、この光学測定装置3では、測定対象となる複数の発光素子101のそれぞれに複数の光ファイバ117が対向して配置されている。更に、この光学測定装置3では、測定対象となる複数の発光素子101のそれぞれの電極に複数のプローブ針109が接触されている。光学測定装置3は、測定対象となる複数の発光素子101に同時に電力を供給して発光させ、それらの光学特性を同時に測定する。
但し、この光学測定装置3では、1つの測定対象の発光素子101に対向配置された光ファイバ117に対して他の測定対象の発光素子101から発光された光が入射しないように、測定対象の発光素子101同士の間隔が定められている。
例えば、図9A及び図9Bに示すように、各発光素子101が1mm角の正方形形状に形成され、隣接する発光素子101同士の間隔が0.3mmで配列されている場合、測定対象の発光素子101同士の間隔は6.2mmに定められている。6.2mmの間隔は、測定対象の発光素子101が4個分の間隔に相当する。この間隔の大きさは、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光が、光ファイバ117に入射しないような大きさである。同時に、この間隔の大きさは、1つの測定対象の発光素子101が発光した光が、他の測定対象の発光素子101に入射しないような大きさである。
光学測定装置3は、この間隔を空けて複数の発光素子101を同時に測定することで、複数の発光素子101を1つずつ順次測定する場合と同様の測定精度を得ることができる。
図10A〜図23を用いて、光学測定装置3の変形例について説明する。
図10A〜図23に示す光学測定装置3の構成において、図2〜図9Bに示された光学測定装置3と同様の構成については説明を省略する。
図10Aは、光学測定装置3の変形例1を説明するための図を示す。図10Bは、図10Aに示された発光素子101及びバンドルファイバ118を発光中心軸LCAの方向から視た図を示す。図10Cは、図10A及び図10Bに示されたバンドルファイバ118の他の断面形状を説明するための図を示す。
変形例1の光学測定装置3は、バンドルファイバ118を備える。
バンドルファイバ118は、その入射口118cが測定対象の発光素子101の発光面101aに対向するように配置されている。バンドルファイバ118の中心軸上にある光ファイバ117は、その中心軸が測定対象の発光素子101の発光中心軸LCAと略一致している。
バンドルファイバ118を構成する複数の光ファイバ117は、図示していないが、フォトディテクタ105及び分光器121にそれぞれ接続されている。
なお、バンドルファイバ118の発光中心軸LCAに垂直な断面の形状は、図10Bに示すように矩形形状であってもよいし、図10Cに示すように円形形状であってもよい。
バンドルファイバ118の開口数が示す範囲S1は、バンドルファイバ118に含まれる1本の光ファイバ117の開口数NAが示す範囲S0よりも拡大される。
このため、バンドルファイバ118の位置は、1本の光ファイバ117を用いる場合の光ファイバ117の位置よりも、測定対象の発光素子101に十分に近接した位置でよい。そのため、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光は、バンドルファイバ118に入射することが困難となり得る。それにより、変形例1の光学測定装置3では、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光が検出されずに、測定対象の発光素子101が発光した光が受光素子105a及び受光素子121aで検出され得る。
更に、変形例1の光学測定装置3は、バンドルファイバ118を構成する複数の光ファイバ117にフォトディテクタ105及び分光器121がそれぞれ接続されているため、測定対象の発光素子101の発光面101aの光強度分布や色度分布等を測定することができる。
バンドルファイバ118を構成する複数の光ファイバ117の数を変更する手段は、変形例1の光学測定装置3が備える調節部を構成する。
或いは、変形例1の光学測定装置3は、バンドルファイバ118を構成する複数の光ファイバ117と受光素子105a及び受光素子121aとの間の各接続を有効又は無効に切り替えるスイッチを備えてもよい。そして、変形例1の光学測定装置3は、当該スイッチを制御することにより、バンドルファイバ118の開口数が示す範囲S1を変更してもよい。それにより、変形例1の光学測定装置3は、受光素子105a及び受光素子121aの検出範囲を調節することができる。
バンドルファイバ118を構成する複数の光ファイバ117と受光素子105a及び受光素子121aとの各接続を切り替える手段も、変形例1の光学測定装置3が備える調節部を構成する。
更には、変形例1の光学測定装置3は、図4を用いて説明した調節機構や図5を用いて説明した絞り201を備えてもよい。そして、これらの調節機構や絞り201が、変形例1の光学測定装置3が備える調節部を構成してもよい。
変形例1の光学測定装置3の他の構成については、図2〜図9Bに示された光学測定装置3の構成と同様である。
図11は、光学測定装置3の変形例2を説明するための図を示す。
変形例2の光学測定装置3は、変形例1の光学測定装置3に積分球108を追加した構成を備える。
積分球108は、内壁108aと、取込口108bと、取出口108cとを備えている。
内壁108aは、積分球108の内部空間を形成する。内壁108aは、高反射率の拡散性に優れた材料で形成されている。
内壁108aには、取込口108b及び取出口108cが設けられている。
図11の取込口108bの開口中心軸は、測定対象の発光素子101の発光中心軸LCAと略一致する。但し、バンドルファイバ118は曲げ得るため、取込口108bの開口中心軸を、測定対象の発光素子101の発光中心軸LCAと一致させなくてもよい。
図11の取込口108bは、バンドルファイバ118の外周形状と同様の開口形状に形成されている。取込口108bには、バンドルファイバ118が取り付けられている。
なお、バンドルファイバ118の外周形状は、その入射口118c付近の外周形状と、その取込口108b付近の外周形状とで異なっていてもよい。例えば、バンドルファイバ118の外周形状は、その入射口118c付近の外周形状は矩形形状であり、その取込口108b付近の外周形状は円形形状であってもよい。
図11の取込口108bは、バンドルファイバ118によって導光された光を積分球108の内部に導く。取込口108bから積分球108の内部に導かれた光は、内壁108aで反射を繰り返し、取出口108cに到達する。
取出口108cは、内壁108aの取込口108bとは異なる位置に設けられている。
図11の取出口108cには、光ファイバ117が設けられている。
図11の取出口108cは、内壁108aで反射された光を光ファイバ117に導く。光ファイバ117に導かれた光は、光ファイバ117に入射し、受光素子105a及び受光素子121aで検出され、フォトディテクタ105及び分光器121で光学特性が測定される。
変形例2の光学測定装置3の他の構成については、図10A〜図10Cに示された変形例1の光学測定装置3の構成と同様である。
図12Aは、光学測定装置3の変形例3を説明するための図を示す。図12Bは、図12Aに示されたレンズ202における光の屈折を説明するための図を示す。
変形例3の光学測定装置3は、変形例1の光学測定装置3にレンズ202を追加した構成を備える。
レンズ202は、例えば平凸レンズを用いて構成される。
レンズ202は、バンドルファイバ118と測定対象の発光素子101との間で両者に対向して配置されている。レンズ202は、バンドルファイバ118の入射口118c及び測定対象の発光素子101の発光面101aと、略平行に配置されている。
レンズ202の中心軸は、測定対象の発光素子101の発光中心軸LCAと略一致する。
更に、変形例3の光学測定装置3は、測定対象の発光素子101が発光した光をレンズ202でバンドルファイバ118に集光させる。このため、変形例3の光学測定装置3は、バンドルファイバ118等の位置ズレが発生しても、レンズ202を用いない場合より測定精度の低下を抑止することができる。バンドルファイバ118等の位置合わせ作業も更に容易に行うことができる。
レンズ202は、変形例3の光学測定装置3が備える調節部を構成する。
レンズ202を発光中心軸LCAに沿って移動させる移動手段も、変形例3の光学測定装置3が備える調節部を構成する。
変形例3の光学測定装置3の他の構成については、図10A〜図10Cに示された変形例1の光学測定装置3の構成と同様である。
図13Aは、光学測定装置3の変形例4を説明するための図を示す。図13Bは、図13Aに示された発光素子101及びバンドルファイバ119を発光中心軸LCAの方向から視た図を示す。
変形例4の光学測定装置3は、変形例1の光学測定装置3に含まれるバンドルファイバ118とは異なる構成のバンドルファイバ119を備える。
バンドルファイバ119は、その入射口119cが測定対象の発光素子101の発光面101aに対向するように配置されている。バンドルファイバ119の中心軸上にある光ファイバ117は、その中心軸が測定対象の発光素子101の発光中心軸LCAと略一致している。
バンドルファイバ119の中心軸近傍にある一又は複数の光ファイバ117は、分光器121に接続されている。バンドルファイバ119の中心軸近傍以外にある複数の光ファイバ117は、フォトディテクタ105に接続されている。
図13A及び図13Bでは、バンドルファイバ119の中心軸近傍にある一又は複数の光ファイバ117は、黒色で示されている。バンドルファイバ119の中心軸近傍以外にある複数の光ファイバ117は、白色で示されている。図14A〜図14Cでも同様である。
バンドルファイバ119の開口数が示す範囲S2は、バンドルファイバ118の開口数が示す範囲S1よりも拡大される。範囲S2内には、測定対象の発光素子101に加えて測定対象以外の発光素子101も含まれる。
変形例4の光学測定装置3は、バンドルファイバ119の中心軸と測定対象の発光素子101の発光中心軸LCAとが略一致し、バンドルファイバ119の中心軸近傍にある光ファイバ117のみが分光器121に接続されている。そのため、色度等の測定を行う分光器121の受光素子121aは、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光を検出せずに、測定対象の発光素子101が発光した光を検出し得る。よって、変形例4の光学測定装置3は、高い精度で色度等を測定することができる。
変形例4の光学測定装置3は、バンドルファイバ119の中心軸近傍以外にある複数の光ファイバ117がフォトディテクタ105にそれぞれ接続されているため、測定対象以外の発光素子101の発光面101aの光強度分布を測定することができる。
更に、変形例4の光学測定装置3は、バンドルファイバ119の範囲S2内には、測定対象以外の発光素子101も位置する。このため、変形例4の光学測定装置3は、分光器121に接続された光ファイバ117に対向する発光素子101は色度等の測定の測定対象とし、それ以外の複数の発光素子101は光量測定の測定対象とすることができる。すなわち、変形例4の光学測定装置3は、測定対象の発光素子101が異なるが、色度等の測定及び光量測定を同時に行うことができる。
変形例4の光学測定装置3の他の構成については、図10A〜図10Cに示された変形例1の光学測定装置3の構成と同様である。
図14Aは、光学測定装置3の変形例5を説明するための図を示す。図14Bは、光学測定装置3の変形例5における他の例1を説明するための図を示す。図14Cは、光学測定装置3の変形例5における他の例2を説明するための図を示す。
変形例5の光学測定装置3は、変形例4の光学測定装置3にロッドレンズアレイ203又はマイクロレンズアレイ204を追加した構成を備える。
ロッドレンズ203aは、発光素子101が発光した光を内部で反射させバンドルファイバ119に導光するためのレンズである。
ロッドレンズ203aは、例えば複屈折性を有するレンズを用いて構成されている。ロッドレンズ203aは、中心軸付近の屈折率が外周付近の屈折率よりも大きい。
ロッドレンズ203aは、バンドルファイバ119と発光素子101との間に配置されている。ロッドレンズ203aの端面は、バンドルファイバ119の入射口119c及び発光素子101の発光面101aに対向する。
ロッドレンズ203aの中心軸は、発光素子101の発光中心軸LCAと略平行である。ロッドレンズアレイ203の中央に配置されたロッドレンズ203aの中心軸は、測定対象の発光素子101の発光中心軸LCAと略一致する。
ロッドレンズアレイ203の発光中心軸LCAに垂直な断面の大きさは、バンドルファイバ119の発光中心軸LCAに垂直な断面の大きさと同程度かやや大きい。
また、変形例5の光学測定装置3は、図14Cに示すように、マイクロレンズアレイ204の中央に貫通孔204aが設けられていてもよい。当該貫通孔204aには、バンドルファイバ119の中心軸近傍にある光ファイバ117が挿入されていてもよい。そして、バンドルファイバ119の中心軸近傍にある光ファイバ117のみが、受光素子121aを含む分光器121に接続されていてもよい。
図14Cに示された変形例5の光学測定装置3では、測定対象の発光素子101が発光した光が、マイクロレンズアレイ204を介さずに、バンドルファイバ119の中心軸近傍にある光ファイバ117に直接入射する。そのため、図14Cに示された変形例5の光学測定装置3では、より高い精度で色度等を測定することができる。更に、当該色度等の測定の再現性も向上させることができる。
ロッドレンズアレイ203又はマイクロレンズアレイ204は、変形例5の光学測定装置3が備える調節部を構成する。
ロッドレンズアレイ203又はマイクロレンズアレイ204を発光中心軸LCAに沿って移動させる移動手段も、変形例5の光学測定装置3が備える調節部を構成する。
変形例5の光学測定装置3の他の構成については、図13A及び図13Bに示された変形例4の光学測定装置3の構成と同様である。
図15Aは、光学測定装置3の変形例6を説明するための図を示す。図15Bは、図15Aに示されたフォトディテクタ105の受光素子105aを発光中心軸LCAの方向から視た図を示す。
変形例6の光学測定装置3は、図4に示された光学測定装置3に含まれる光ファイバ117のヘッド117aの先端周辺に、フォトディテクタ105の受光素子105aが設けられた構成を備える。
間隙105bには、光ファイバ117のヘッド117aが挿入され固定される。
変形例6の光学測定装置3に含まれる光ファイバ117は、分光器121にのみ接続されている。
また、測定対象の発光素子101が発光した光のうち光ファイバ117に入射しなかった光の大部分は、光ファイバ117を介さずに受光素子105aで直接検出され、フォトディテクタ105で光量が測定される。
変形例6の光学測定装置3の他の構成については、図4に示された光学測定装置3の構成と同様である。
図16は、光学測定装置3の変形例7を説明するための図を示す。
変形例7の光学測定装置3は、変形例6の光学測定装置3に積分球108を追加した構成を備える。また、変形例7の光学測定装置3は、変形例6の光学測定装置の受光素子105aを異なる位置に配置した構成を備える。
変形例7の光学測定装置3は、光ファイバ117の入射口117cが、積分球108の取込口108bに配置されている。積分球108の取込口108b及び光ファイバ117の入射口117cは、測定対象の発光素子101の発光面101aに対向して配置される。積分球108の取込口108bの大きさは、光ファイバ117の入射口117cよりも十分に大きい。
変形例7の光学測定装置3に含まれる光ファイバ117は、分光器121にのみ接続されている。
変形例7の光学測定装置3は、受光素子105aが、積分球108の取出口108cに配置されている。
また、測定対象の発光素子101が発光した光のうち光ファイバ117に入射しなかった光の大部分は、取込口108bから積分球108の内部に導かれる。取込口108bから積分球108の内部に導かれた光は、内壁108aで反射を繰り返し、取出口108cに到達する。そして、取出口108cに到達した光は、受光素子105aで検出され、フォトディテクタ105で光量が測定される。
変形例7の光学測定装置3の他の構成については、図15A及び図15Bに示された変形例6の光学測定装置3の構成と同様である。
図17は、光学測定装置3の変形例8を説明するための図を示す。
変形例8の光学測定装置3は、図5に示された光学測定装置3に含まれる絞り201の代りに筒205を追加した構成を備える。
筒205は、光を吸収する吸収部材で形成されている。
筒205は、光ファイバ117のヘッド117aを基端として、先端が測定対象の発光素子101に向かって延びている。筒205の先端にある開口205aは、発光素子101の発光面101a及び光ファイバ117の入射口117cに対向する。
筒205及び開口205aの中心軸は、測定対象の発光素子101の発光中心軸LCAと略一致する。
開口205aの大きさは、発光素子101の発光面101aの大きさと同程度かやや大きい。但し、開口205aの大きさは、図17に示すように、測定対象の発光素子101に隣接する発光素子101を覆わない程度の大きさである。
一方、筒205の長さは、開口205aの上下方向の位置を規定する。このため、筒205の長さは、角度βの大きさを規定する。
よって、筒205の長さは、光ファイバ117に入射する光の範囲を規定する。
このため、変形例8の光学測定装置3の光ファイバ117には、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光が入射されない。それにより、変形例8の光学測定装置3では、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光が検出されずに、測定対象の発光素子101が発光した光が受光素子105a及び受光素子121aで検出され得る。
筒205は、変形例8の光学測定装置3が備える調節部を構成する。
筒205の長さを変更する手段も、変形例8の光学測定装置3が備える調節部を構成する。
変形例8の光学測定装置3の他の構成については、図4に示された光学測定装置3の構成と同様である。
図18は、光学測定装置3の変形例9を説明するための図を示す。
変形例9の光学測定装置3は、変形例8の光学測定装置3に積分球108を追加した構成を備える。
変形例9の光学測定装置3に含まれる光ファイバ117は、積分球108の取出口108cに設けられている。
よって、変形例9の光学測定装置3の光ファイバ117には、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光が入射せず、測定対象の発光素子101が発光した光が入射する。それにより、変形例9の光学測定装置3では、測定対象以外の発光素子101が出射する意図しない光が検出されずに、測定対象の発光素子101が発光した光が受光素子105a及び受光素子121aで検出され得る。
筒205が、変形例9の光学測定装置3が備える調節部を構成する。
なお、変形例9の光学測定装置3も、変形例8の光学測定装置3と同様に、筒205の長さを変更する手段を備えていてもよい。
筒205の長さを変更する手段も、変形例9の光学測定装置3が備える調節部を構成する。
変形例9の光学測定装置3の他の構成については、図17に示された変形例8の光学測定装置3の構成と同様である。
図19Aは、光学測定装置3の変形例10を説明するための図を示す。図19Bは、図19Aに示された遮蔽板206及び発光素子101を発光中心軸LCAの方向から視た図を示す。図20は、光学測定装置3の変形例10における他の例を説明するための図を示す。
変形例10の光学測定装置3は、変形例9の光学測定装置3に含まれる筒205の代りに遮蔽板206を追加した構成を備える。
図19に示す遮蔽板206は、隣接する発光素子101同士の間を空間的に仕切る板である。
遮蔽板206は、積分球108の取込口108bと発光素子101との間に配置されている。遮蔽板206の開口206aは、積分球108の取込口108b及び発光素子101が載置されたテーブル103と接している。測定対象の発光素子101は、積分球108及び遮蔽板206で形成された閉空間の内部に位置され得る。
リフレクタ207は、測定対象の発光素子101とそれ以外の発光素子101とを空間的に仕切る筒である。
リフレクタ207は、積分球108の取込口108bと測定対象の発光素子101との間に配置されている。リフレクタ207は、積分球108の取込口108bに固定されている。リフレクタ207の先端は、測定対象の発光素子101が載置されたテーブル103と接している。測定対象の発光素子101は、積分球108及びリフレクタ207で形成された閉空間の内部に位置され得る。
よって、図20に示された変形例10の光学測定装置3においても、光ファイバ117に入射する光は、測定対象の発光素子101が発光した光のみに制限される。
遮蔽板206及びリフレクタ207は、変形例10の光学測定装置3が備える調節部を構成する。
変形例10の光学測定装置3の他の構成については、図18に示された変形例9の光学測定装置3の構成と同様である。
図21は、光学測定装置3の変形例11を説明するための図を示す。図22は、図21に示された制御部151が光学特性測定時に行う処理を説明するためのフローチャートを示す。図23は、光学測定装置3の変形例11における他の例を説明するための図を示す。
変形例11の光学測定装置3は、図2〜図9Bに示された光学測定装置3に光導波路120及び光量調節器122を追加した構成を備える。
光導波路120は、光伝送路117bを、分光器121に向かう第1経路117dとフォトディテクタ105に向かう第2経路117eとに分岐する。第1経路117dは、光導波路120と分光器121との間を接続する光伝送路117bである。第2経路117eは、光導波路120とフォトディテクタ105との間を接続する光伝送路117bである。
光導波路120は、入射した光を内部で全反射させて伝送損失を極力抑制して、第1経路117d及び第2経路117eに導光する。
光量調節器122は、光導波路120と分光器121との間を接続する光伝送路117bの第1経路117d上に配置されている。
光量調節器122は、例えば、NDフィルタ(Neutral Density Filter)等の光量を減衰させる光学フィルタを用いて構成されている。或いは、光量調節器122は、電気光学素子、磁気光学素子、音響光学素子、又は液晶光学素子等を用いて構成されていてもよい。
光量調節器122は、制御部151と接続されている。
光量調節器122で調節される減衰量は、制御部151によって設定される。
光量調節器122で調節される減衰量は、分光器121の光電変換特性におけるダイナミックレンジ内に分光器121への入射光量が収まるように、適宜設定され得る。主として、発光素子101の品種に応じて異なる減衰量に設定され得る。なお、光量調節器122は、減衰量をゼロにし得る構成も備えている。
また、入力と出力とが比例関係にあることを、「直線性」という。更に、入力と出力との比例関係が成立する範囲のことを「ダイナミックレンジ」という。ダイナミックレンジは、直線性が成立する範囲のことである。
分光器121の光電変換特性におけるダイナミックレンジは、入射光量と出力電流との比例関係が成立する範囲であり、光電変換特性における直線性が成立する範囲である。
よって、発光素子101の光学特性を高い信頼性で測定し得る技術が望まれている。
また、品種の異なる発光素子101は、その発光特性が品種毎で異なることが多い。そのため、品種の異なる発光素子101の光学特性を測定する場合、分光器121への入射光量は異なることが多い。よって、発光素子101の品種毎で、適切な入射光量となるよう調整する必要がある。しかし、発光素子101の品種毎で測定環境を変えることによって、分光器121への入射光量を調整することは負荷が大きい。
よって、品種の異なる発光素子101の光学特性を測定する場合であっても、同じ測定環境下で高精度に測定し得る技術が望まれている。
そのために、変形例11の光学測定装置3は、光量調節器122を備えている。
制御部151は、フォトディテクタ105の光量測定結果及び分光器121の測定結果が入力されるまで待機する。一方、制御部151は、フォトディテクタ105の光量測定結果及び分光器121の測定結果が入力されたと判定されたならば、各結果を対応付けて所定の記憶領域に記憶する。そして、制御部151は、ステップS20に移行する。
制御部151は、分光器121の測定結果の妥当性を、例えば、次のような方法で検証し得る。
制御部151は、ステップS20での検証により、分光器121の測定結果が妥当であると判定されたならば、ステップS40に移行する。一方、制御部151は、ステップS20での検証によって、分光器121の測定結果が妥当ではないと判定されたならば、ステップS60に移行する。
分光器121の測定結果は、出力部163にて情報出力される。
制御部151は、ステップS60で無効にされた分光器121の測定結果と、当該結果に対応付けられたフォトディテクタ105の光量測定結果とを確認する。そして、制御部151は、当該光量測定結果に基づいて、光量調節器122で調節される減衰量を求める。制御部151は、求めた減衰量を含む制御信号を光量調節器122に出力し、光量調節器122に減衰量を設定する。
制御部151は、光量調節器122で調節される減衰量を、例えば、次のような方法で求め得る。
制御部151は、フォトディテクタ105及び分光器121に制御信号を出力して、フォトディテクタ105及び分光器121に再度測定するよう指示する。
再測定の際、分光器121は、ステップS70で設定された減衰量で減衰された光を検出し、光学特性を測定することができる。そして、再測定した分光器121の測定結果は、再び制御部151に入力されて、ステップS20で検証されることとなる。それにより、ステップS50で出力される分光器121の測定結果は、信頼性の高い測定だけとなる。
このため、変形例11の光学測定装置3は、発光素子101の光学特性測定時に、信頼性の高い測定結果のみを有効として出力することができる。
よって、変形例11の光学測定装置3の光学特性の測定結果は、高い信頼性を得ることができる。
このため、変形例11の光学測定装置3は、発光特性の異なる発光素子101の光学特性を測定する場合であっても、測定環境を変えずに、分光器121への入射光量を自動的に適正に保つことができる。
よって、変形例11の光学測定装置3は、品種の異なる発光素子101の光学特性を、同じ測定環境下で高精度に測定することができる。
変形例11の光学測定装置3は、光量調節器122で調節される減衰量を、分光器121で測定された測定結果に含まれる光量測定結果に基づいて設定してもよい。
このとき、変形例11の光学測定装置3は、図23に示すように、光導波路120、フォトディテクタ105、及びアンプ113を省いた構成であってもよい。
このため、図23に示された変形例11の光学測定装置3は、図21及び図22に示された11の光学測定装置3と比べて、より簡単な構成で信頼性の高い測定結果を得ることができる。
変形例11の光学測定装置3の他の構成については、図2〜図9Bに示された光学測定装置3の構成と同様である。
本実施形態の光学測定装置3は、他の発光素子101と隣接して配列された一の発光素子101が発光した光を検出する受光素子105a及び受光素子121aを備え、受光素子105a及び受光素子121aは、一の発光素子101に電力を供給することによって一の発光素子101が発光した光を検出し、一の発光素子101が発光した光によって他の発光素子101が発光した光、及び、一の発光素子101が発光した光のうち他の発光素子101で反射された光を検出しないことを特徴とする。
このような構成により、光学測定装置3は、発光素子101の光学特性を、発光素子101の配列態様に関わらず、簡単な構成で高精度に測定することができる。
このような構成により、光学測定装置3は、発光素子101の光学特性を、より高精度に測定することができる。
このような構成により、光学測定装置3は、発光素子101の光学特性を、発光素子101の配列態様に関わらず、簡単な構成で高精度に測定することができる。
このような構成により、光学測定装置3は、発光素子101の光学測定を、より簡単な構成で測定することができる。
このような構成により、光学測定装置3は、生成部101b及び波長変換部101cを含む発光素子101の光学特性を、発光素子101の配列態様に関わらず、簡単な構成で高精度に測定することができる。
このような構成により、光学測定装置3は、生成部101b及び波長変換部101cを含む発光素子101の光学特性を、より簡単な構成で測定することができる。
このような構成により、光学測定装置3は、生成部101b及び波長変換部101cを含む発光素子101の光学特性を、より簡単な構成で測定することができる。
このような構成により、光学測定装置3は、生成部101b及び波長変換部101cを含む発光素子101の光学特性を、より簡単な構成で測定することができる。
本発明の「一の発光素子」の一例は、複数配列された発光素子101のうち、測定対象の発光素子101である。
本発明の「他の発光素子」の一例は、複数配列された発光素子101のうち、測定対象以外の発光素子101である。
通常、測定対象の発光素子101は、測定毎に異なる。すなわち、本発明の「一の発光素子」と「他の発光素子」とは、測定対象か否かが異なるだけであって、その構成は実質的に同じであり得る。
本発明の「受光素子」の一例は、受光素子105a及び受光素子121aである。
本発明の「調節部」の一例は、距離Lの調節機構及び絞り201である。これ以外についても明細書中に適宜記載されている。
本発明の「導光管」の一例は、光ファイバ117、バンドルファイバ118、及びバンドルファイバ119である。
本発明の「生成部」の一例は、生成部101bである。
本発明の「波長変換部」の一例は、波長変換部101cである。
本発明の「入射口」の一例は、入射口117cである。
本発明の「遮蔽部材」の一例は、遮蔽板206及びリフレクタ207である。
101 発光素子
101a 発光面
101b 生成部
101c 波長変換部
105 フォトディテクタ
105a 受光素子
117 光ファイバ
117a ヘッド
117b 光伝送路
117c 入射口
121 分光器
121a 受光素子
206 遮蔽板
207 リフレクタ
Claims (3)
- 他の発光素子と隣接して配列された一の発光素子に電力が供給されることによって前記一の発光素子が発光した光を検出する受光素子と、
前記一の発光素子が発光した光が入射する入射口を有し、前記入射口から入射した光を前記受光素子に導光する導光管と、
前記入射口と前記一の発光素子との間の距離を調節して前記受光素子が検出する光の範囲である検出範囲を調節する調節部と、
を備え、
前記一の発光素子及び前記他の発光素子は、電力が供給されると特定の波長領域の光を生成する生成部と、前記生成部の表面を覆い、入射した光の波長を波長変換する波長変換部と、をそれぞれ含み、
前記導光管内で全反射し得る光の入射角の最大値をαとし、前記一の発光素子の中心から、前記一の発光素子と隣接する前記他の発光素子の外縁までの距離をXとし、前記一の発光素子の中心から、前記一の発光素子に含まれる前記生成部の外縁までの距離をaとすると、
前記調節部は、
前記入射口と前記一の発光素子との距離Lが、
a/tanα≦L≦X/tanα
の関係を満たすように前記距離Lを変更することによって、
前記一の発光素子が発光した光が前記他の発光素子の前記波長変換部に入射することによって前記他の発光素子が発光した光、及び、前記一の発光素子が発光した光のうち前記他の発光素子で反射された光が、前記受光素子で検出されないようにする
光学測定装置。 - 前記検出範囲は、前記導光管内で全反射し得る光の入射角の最大値に対応する部分を外縁とする、前記入射口に向けて円錐状に窄まる範囲である
請求項1に記載の光学測定装置。 - 前記入射口は、前記一の発光素子に対向して配置され、
前記調節部は、前記入射口と前記一の発光素子との距離を前記導光管の開口数に基づいて変更することによって、前記導光管に入射する光を制限する
請求項1又は請求項2に記載の光学測定装置。
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