WO2013140556A1

WO2013140556A1 - 半導体発光素子用の発光量推定装置及び発光量推定方法

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Publication number: WO2013140556A1
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Description

半導体発光素子用の発光量推定装置及び発光量推定方法

　本発明は、ＬＥＤなどの半導体発光素子からの光を測定することによって、その全発光量を推定することが可能な半導体発光素子用の発光量推定装置及び発光量推定方法に関する。

　特許文献１及び特許文献２には、発光中心軸からの角度に応じた光の強度である配光強度の分布（配光強度分布）を測定するために、１か所ずつ測定する技術が開示されている。
　また、特許文献３には、配光強度分布を測定するために、複数個所を同時に測定する技術が開示されている。
　さらに、特許文献４には、全発光量を測定する技術が開示されている。

特開平５―１０７１０７号公報特開平８―１１４４９８号公報特開２００５―１７２６６５号公報特開２００８―７６１２６号公報

　しかしながら、特許文献１、特許文献２及び特許文献３のいずれの方法においても全発光量を測定するにはきわめて多くの点における配光強度を測定しなければならないという不利益がある。
　さらに、特許文献４には、全発光量を測定することはできるものの、半導体発光素子を１個毎にしか測定できないという不利益があった。

　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一例は、高速で半導体発光素子の全発光量を推定することが可能な半導体発光素子用の発光量推定装置又は発光量推定方法を提供することにある。

　本発明の半導体発光素子用の発光量推定装置は、半導体発光素子が放射する光を受光する受光部と、前記半導体発光素子が放射した光を前記受光部が受光する範囲を変更することが可能な受光範囲変更手段と、演算部と、を有し、前記演算部は、前記受光範囲変更手段によって、１つの前記半導体発光素子に対して異なる複数の受光範囲において測定を行って、前記半導体発光素子の発光量を推定する。

　本発明の半導体発光素子用の発光量推定方法は、半導体発光素子が放射する光を受光し、第１の全受光量を測定する第１のステップと、前記半導体発光素子が放射した光を受光する範囲を変更して第２の全受光量を測定する第２のステップと、前記第１のステップ及び前記第２のステップとを繰返し行う第３のステップと、前記第３のステップによって測定した複数の異なる受光範囲での全受光量から前記半導体発光素子の発光量を推定する第４のステップと、を有する。

本発明の第１の実施形態におけるＬＥＤの発光状況の説明図である。配光強度分布Ｅについての説明図である。配光強度Ｅ（θ）（配光強度分布Ｅ）から全発光量を求める方法の第１の説明図である。配光強度Ｅ（θ）（配光強度分布Ｅ）から全発光量を求める方法の第２の説明図である。配光強度Ｅ（θ）（配光強度分布Ｅ）から全発光量を求める方法の第３の説明図である。第１の実施形態においてＬＥＤの検査を行うための発光素子用の発光量推定装置３の受光モジュール１の説明図である。半導体発光素子用の発光量推定装置の概要の説明図である。全受光量Ｓ（θ）を推測する元となる測定値を測定する方法の説明図である。３つの測定点からＳ（９０°）を求めるための方法の説明図である。推定全受光量Ｓｃ（９０°）を算出する方法のフローチャートである。以上の方法を用いた場合の誤差の説明図である。隣接したＬＥＤの影響の除去についての説明図である。隣接したＬＥＤの影響の除去のフローチャートである。以上の隣接したＬＥＤの影響の除去の方法を用いた場合の誤差の説明図である。全受光量Ｓ（θ）を推測する第２の方法の説明図である。全受光量Ｓ（θ）を推測する第２の方法のフローチャートである。

＜第１の実施形態＞
　以下、本発明の第１の実施形態を、図１を用いて詳細に説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態におけるＬＥＤ１０１の発光状況の説明図である。

　図１の（ａ）に記載されているように、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）１０１は発光面１０１１から光を発光する。このＬＥＤ１０１の発光面１０１１の法線を発光中心軸ＬＣＡという。また、発光面１０１１を含む平面上の、一方向を基準軸（Ｘ軸）とした場合に、この平面上のＸ軸からの反時計回りの角度をφとする。
　また、φを固定した場合における、発光中心軸となす角度をθと定義する。
　ＬＥＤ１０１の発光面１０１１から放射される光の強度は、発光中心軸からの角度θ等によって異なる（図２も参照のこと）。

　ところで、ＬＥＤ１０１の全発光量をより高速で取得するというニーズが存在する。ここで、全発光量とは、φの値が０°から３６０°について、θの値が０°～９０°までの光の強度を全て加算し、ＬＥＤ１０１の裏側についても行い、両者を加算したものである。
　この全発光量を知ることによって、そのＬＥＤ１０１が各種の使用に適切であるか否かを判断することが可能となる。
　ＬＥＤ１０１の光の強度は、θ及びφ毎に異なる値となる。
　そのような、光の強度を視覚的に表わすために、図１（ｂ）のような図が用いられる。
　この図１の（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。
　そして、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。
　なお、図１の（ｃ）は、φの値が一定の位置における断面図である。
　このような、図１において、ＬＥＤ１０１からの同一の距離、かつ、発光中心軸ＬＣＡからの角度θの位置における、光の強度を配光強度Ｅ（θ）と定義する。
　そして、この配光強度Ｅ（θ）を各θに応じて図示したものが配光強度分布Ｅである。配光強度分布Ｅの具体例は図２のところで説明する。

　なお、以上の説明は、ＬＥＤ１０１から十分に遠い位置で測定したことによって、ＬＥＤ１０１がほぼ点として考えることができるとして記載している。
　以後の説明も、特に記載のない限り、ＬＥＤ１０１がほぼ点であると仮定して記載している。なぜなら、ＬＥＤ１０１は通常フォトディテクタ１０５等（図６参照）と比較すると極めて小さいことから、このように仮定することができるからである。

　図２は、配光強度分布Ｅについての説明図である。

　図２の（ａ）は、図１の（ｃ）と同じ図である。
　図２の（ａ）のように、配光強度分布Ｅとは、ＬＥＤ１０１からの距離ｒが一定の位置において、一定のφの角度での、各θにおける光の強度のことである。
　なお、ＬＥＤ１０１は通常、その製造工程の誤差等によってＬＥＤ１０１毎に異なる配光強度分布Ｅを有する。
　この異なるＬＥＤ１０１は、図２の（ｂ）のｃｏｓ型のＬＥＤ１０１及び図２の（ｃ）のドーナツ型のＬＥＤ１０１が存在しうる。
　ｃｏｓ型及びドーナツ型のＬＥＤ１０１は、あくまで例であり、この２つの特性を有するＬＥＤ１０１を測定の対象に限定する趣旨ではない。もっとも、通常のＬＥＤ１０１は、光のピークがｃｏｓ型のＬＥＤ１０１とθ＝３０°に光の強度のピークをもつドーナツ型のＬＥＤ１０１の間の特性を持つことが多い。つまり、検査対象の通常のＬＥＤ１０１は、θが０°～３０°の範囲に光の強度のピークがあることが多い。
　次に、配光強度Ｅ（θ）（配光強度分布Ｅ）から全光量を求める方法について説明する。

　図３は、配光強度Ｅ（θ）（配光強度分布Ｅ）から全発光量を求める方法の第１の説明図である。図４は、配光強度Ｅ（θ）（配光強度分布Ｅ）から全発光量を求める方法の第２の説明図である。図５は、配光強度Ｅ（θ）（配光強度分布Ｅ）から全発光量を求める方法の第３の説明図である。

　図３の（ａ）のような配光強度分布Ｅを有するＬＥＤ１０１の場合を想定して以下説明する
　このような配光強度分布Ｅの角度θにおける配光強度Ｅ（θ）を、発光中心軸ＬＣＡ軸の周りの円周を積分したものを、周配光強度Ｌ（θ）と定義する（図４の（ｂ）参照のこと）。
　この周配光強度Ｌを各θに関してあらわした、図４の（ａ）のような図表を、周配光強度分布Ｌと定義する。周配光強度Ｌ（θ）は、Ｌ（θ）＝Ｅ（θ）×２ｓｉｎθ×πで表される。
　なお、図４の（ａ）においてθ＝０°の場合には、ｓｉｎ０°＝０となることから、Ｌ（０°）＝０となっている。
　この周配光強度Ｌ（θ）を、θ＝０°～θまで積分したものを、全受光量Ｓ（θ）という（図５の（ｂ）参照のこと）。そして、この全受光量Ｓを各θに関してあらわした、図５の（ａ）のような図を、全受光量分布Ｓと定義する。
　なおここで、θ値における全受光量Ｓは、図５の（ｂ）における点線Ａ上にフォトディテクタ１０５を配置すれば、Ｂ位置であってもＣ位置であってもフォトディテクタ１０５から出力される出力値は一緒である（この場合、フォトディテクタ１０５を位置に応じて、点線Ａに一致させるために面積を変化させる必要はある。）。
　さらになお、全受光量Ｓは全発光量とは異なる概念である。具体的には、ＬＥＤ１０１の表側の全受光量Ｓ（９０°）を算出（検出）できれば、これに一定の係数αをかけたものが裏側の全受光量Ｓ（９０°）となる。
　そうすると、全発光量＝Ｓ（９０°）+α×Ｓ（９０°）となる。
　ここで、αの値は１つのＬＥＤ１０１を測定して、α値を得れば、同じ工程にて製造されるＬＥＤ１０１は、ほぼすべて同じ値となる（誤差２％程度）。
　そのため、ＬＥＤ１０１の表側の全受光量Ｓ（９０°）を算出（検出）できれば全発光量を２％の誤差の程度で、全発光量を得ることができる。
　したがって、本実施形態では、全受光量Ｓ（９０°）を得ることを目的とする。

　しかし、全受光量Ｓ（９０°）を得るためには、フォトディテクタ１０５をＬＥＤ１０１にゼロ距離まで近接させるか、若しくは、フォトディテクタ１０５を無限の面積にする必要がある。
　フォトディテクタ１０５をＬＥＤ１０１にゼロ距離まで近接させることは、プローブ針１０９が必要とされることから不可能である。また、フォトディテクタ１０５を無限の面積とすることも同じく不可能である。
　そこで、本実施形態では、一定地点の測定値により、Ｓ（９０°）を高速かつ精度よく測定するための装置（方法）を以下に示す。

　図６は、第１の実施形態においてＬＥＤ１０１の検査を行うための発光素子用の発光量推定装置３の受光モジュール１の説明図である。

　図６の受光モジュール１は、ＬＥＤ１０１の検査を行うためのデータを得るために用いられている。
　以下、図６の受光モジュール１の構成を説明する。
　図６のように、受光モジュール１は、本実施形態では、テーブル１０２ｂ（試料設置台）、フォトディテクタ１０５、ホルダ１０７、信号線１１１、アンプ１１３、通信線１１５、プローブ針１０９を有している。もっとも、この全てが受光モジュール１の必須の構成ではなく、少なくとも、フォトディテクタ１０５を有していれば足りる。

　また、導光部１１７及びこの導光部１１７によって導光された光を通過させる光ファイバ１１９も配置されている。

　ＬＥＤ１０１は水平に設置されているテーブル１０２ｂ上に複数個配置されている。
　このテーブル１０２ｂと対向する位置に、ホルダ１０７が、空間を隔てて配置されている。
　ホルダ１０７の内部には、フォトディテクタ１０５が配置されている。
　ＬＥＤ１０１、テーブル１０２ｂ及びフォトディテクタ１０５は互いに平行となる様に配置されている。
　プローブ針１０９は、受光状況の測定及び電気特性測定時にはＬＥＤ１０１の電極に接触して、電圧をＬＥＤ１０１に印加する。
　テーブル１０２ｂ及びＬＥＤ１０１が固定されている状態でプローブ針１０９が移動して、プローブ針１０９とＬＥＤ１０１とが接触してもよい。逆に、プローブ針１０９が固定されている状態でテーブル１０２ｂ及びＬＥＤ１０１が移動して、プローブ針１０９とＬＥＤ１０１とが接触してもよい。
　また、プローブ針１０９は、電気特性計測部１２５と接続されている。
　プローブ針１０９は、ＬＥＤ１０１の発光面１０１１とほぼ平行に、ＬＥＤ１０１の法線と直角方向に放射状に延在している。

　ホルダ１０７は、円筒形状の側面部１０７ｂを有している。
　側面部１０７ｂは円筒形状を有し、θ＝０°の方向に延在した形状を有している。
　遮蔽部１０７ａ及び側面部１０７ｂの中心はθ＝０°の方向を有しており、ＬＥＤ１０１の発光面１０１１の発光中心軸と同一である。
　側面部１０７ｂの内周面が形成する中空空間に、フォトディテクタ１０５が配置されている。
　遮蔽部１０７ａの中心部には、円柱形状の中空部を形成する円形開口部１０７ｃが形成されている。この円形開口部１０７ｃがあることによって、ＬＥＤ１０１から放射された光をフォトディテクタ１０５が受光可能となっている。
　テーブル１０２ｂ上に配置されたシート１０２ｃに複数のＬＥＤ１０１が配設されている。
　なお、本実施形態では、このシート１０２ｃ上に配置された複数のＬＥＤ１０１のそれぞれの全発光量を、高速にかつ精度よく得ることを目的としている。

　図７は、半導体発光素子用の発光量推定装置３の概要の説明図である。

　半導体発光素子用の発光量推定装置３は、受光モジュール１に加え、電気特性計測部１２５、記憶部１６１、出力部１６３及び演算部１５１を有している。
　なお、受光モジュール１は、本実施形態では、テーブル１０２ｂ（試料設置台）、フォトディテクタ１０５、ホルダ１０７、信号線１１１、ＡＭＰ１１３、通信線１１５、を有している（図６も参照のこと）。
　もっとも、この全てが半導体発光素子用の発光量推定装置３の必須の構成ではなく、少なくとも、フォトディテクタ１０５、演算部１５１を有していれば足りる。
　電気特性計測部１２５は、ＨＶユニット１５３、ＥＳＤユニット１５５、切替えユニット１５７及び位置決めユニット１５９を有している。

　フォトディテクタ１０５は、ＬＥＤ１０１から放射された光を受光する。
　そして、フォトディテクタ１０５が受光した光の全ての強度を足した量に応じて出力された電気信号（受光光量情報）をアナログ信号として、ＡＭＰ１１３に出力する。
　このフォトディテクタ１０５が出力する受光光量情報は、図５の（ｂ）で表された全受光量Ｓ（θ）の値と比例する。
　ＡＭＰ１１３は、この受光光量情報を増幅して、後述する演算部１５１が検出可能な電圧値に変換する。

　また、光ファイバ１１９は、導光された光の周波数及び光の強度（配光強度Ｅ（θ））を測定可能な分光器１２１に接続されている。
　そして、分光器１２１は、周波数及び配光強度Ｅ（θ）の情報を、演算部１５１に出力する。

　プローブ針１０９は、ＬＥＤ１０１の表面に物理的に接触してＬＥＤ１０１を発光させるための電圧を印加する機能を有している。
　また、プローブ針１０９は位置決めユニット１５９によって位置決め固定されている。
　この位置決めユニット１５９は、テーブル１０２ｂが移動する形式のものであれば、プローブ針１０９の先端位置を一定の位置に保持する機能を有する。逆に、この位置決めユニット１５９は、プローブ針１０９が移動する形式のものであれば、プローブ針１０９の先端位置をＬＥＤ１０１が載置されるテーブル１０２ｂ上の所定の位置に移動させ、その後その位置に保持する機能を有する。

　ＨＶユニット１５３は、定格電圧を印加して、定格電圧に対するＬＥＤ１０１での各種特性を検出する役割を有している。
　通常、このＨＶユニット１５３からの電圧の印加状態で、ＬＥＤ１０１が発光する光をフォトディテクタ１０５が測定を行う。
　ＨＶユニット１５３が検出した各種特性情報は演算部１５１に出力される。

　ＥＳＤユニット１５５は、ＬＥＤ１０１に一瞬の間大きな電圧をかけて静電気放電させ静電気破壊されないか等の検査を行うユニットである。
　ＥＳＤユニット１５５が検出した静電破壊情報は演算部１５１に出力される。

　切替えユニット１５７は、ＨＶユニット１５３とＥＳＤユニット１５５との切替えを行う。
　つまり、この切替えユニット１５７によって、プローブ針１０９を介してＬＥＤ１０１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、ＬＥＤ１０１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。

　記憶部１６１は、通信線１１５から演算部１５１に入力されるＡＭＰ１１３によって出力された電圧を全受光量Ｓ（θ）に換算するための、比例係数等を記憶している。
　さらに、記憶部１６１は、裏側の全受光量Ｓ（９０°）を算出するためのα値も記憶している。

　演算部１５１は、ＡＭＰ１１３によって出力された電圧、分光器１２１からの配光強度及び周波数の情報、ＨＶユニット１５３が検出した各種電気特性情報、ＥＳＤユニット１５５が検出した静電破壊情報の入力を受ける。
　そして、演算部１５１は、これらの入力からＬＥＤ１０１の特性を分析・分別を行う。
　特に、本実施形態において、演算部１５１はＡＭＰ１１３によって出力された電圧、及び、記憶部１６１が記憶している情報から、後述する図９～図１６に記載された各種の処理を行い、全発光量を算出する。
　そして、必要に応じて出力部１６３から画像出力、情報出力等する。
　なお、演算部１５１が行う具体的な処理は、後述する。

＜全受光量Ｓ（θ）を推測する第１の方法＞
　図８は、全受光量Ｓ（θ）を推測する元となる測定値を測定する方法の説明図である。
　図９は、３つの測定点からＳ（９０°）を求めるための方法の説明図である。

　図８の（ａ）のように、テーブル１０２ｂ上のシート１０２ｃに配置されたＬＥＤ１０１を、フォトディテクタ１０５とＬＥＤ１０１との距離がＬＡとなる位置に配置している。
　この場合に、フォトディテクタ１０５の端部とＬＥＤ１０１とを結んだ直線と、発光中心軸ＬＣＡとの角度がθＡとなる位置にＬＥＤ１０１を配置する。
　そうすると、θ＝θＡでの全受光量Ｓ（θＡ）をフォトディテクタ１０５によって検出することができる。
　また、テーブル１０２ｂを移動させることによって、ＬＥＤ１０１をフォトディテクタ１０５との距離を移動させることができる。
　例えば、図８の（ｂ）のようにテーブル１０２ｂを移動させて、ＬＥＤ１０１とフォトディテクタ１０５との距離をＬＢの距離に移動させる。
　その結果、フォトディテクタ１０５の端部とＬＥＤ１０１とを結んだ直線と、発光中心軸ＬＣＡとの角度がθＢとなる位置にＬＥＤ１０１を配置することになる。
　そうすると今度は、θ＝θＢでの全受光量Ｓ（θＢ）をフォトディテクタ１０５によって検出することができる。

　そして、θＡとθＢとを近接させる。
　具体的にはθＡ＝θ１＋Δθとし、θＢ＝θ１－Δθとして、Δθを微小にする。
　そうすると、Ｓ（θＡ）―Ｓ（θＢ）を計算することによって、θ＝θ１における周配光強度Ｌ（θ１）を計算することが可能となる（図４の（ｂ）を参照のこと）。
　数式によってあらわすと、
　Ｌ（θ１）＝Ｓ（θ１＋Δθ）―Ｓ（θ１―Δθ）と表すことができる。

　以上の計測及び計算を、θ＝θ１のみならず、θ＝θ２及びθ＝θ３の２点にも行う。
　そして、θ１、θ２及びθ３の３点での、それぞれの周配光強度分布Ｌ（θ）である、Ｌ（θ１）、Ｌ（θ２）及びＬ（θ３）を得る。
　そして、この３点を、図４の（ａ）にプロットした図が、図９である。そして、θ＝０°ではＬ（０°）＝０である。
　このθ＝０°、θ１、θ２及びθ３を通過する４次関数で近似する。なお、このθ＝０°でＬ（０°）＝０は、誤差があっても必ず成立する値なので、４次関数のゼロ次の係数はゼロとしても良いし、単なる４次関数で近似しても良い。

　そうすると、近似式Ｌｃを算出することが可能となる。
　そして、この近似式Ｌｃをθ＝０°からθ＝９０°まで積分すると、推定全受光量Ｓｃ（９０°）が計算できる。
　なおここで、実際に多数点測定して周配光強度分布Ｌを測定した真の値がＬｔで表される。
　このＬｔから真値全受光量Ｓｔ（９０°）を算出することが可能である。
　この真値全受光量Ｓｔ（９０°）と推定全受光量Ｓｃ（９０°）との誤差は、図９のようにθ＝９０°付近のＬｃとＬｔとで存在するが、その差はわずかであることが分かる。
　その結果、かなり高い精度で全受光量Ｓ（９０°）を算出することができたことが分かる。
　また、６点の測定（θ１について２点、θ２について２点、θ３について２点）しか必要としないため、極めて短時間で測定することも可能となる。
　以上より、高速でかつ高精度の測定が可能となっている。

　なお、θ１＝２０°、θ２＝５０°、θ３＝７０°、Δθ＝１°で実際に測定し、多数点を測定して求められた真値全受光量Ｓｔ（９０°）と以上の方法による推定全受光量Ｓｃ（９０°）とを比較したところ、その偏差は１．８５％程度であった。十分に高精度で測定できたことが分かる。

　図１０は、推定全受光量Ｓｃ（９０°）を算出する方法のフローチャートである。

　［ステップＳＴ１０１］
　ステップＳＴ１０１において、所定の角度θ＝θ１の角度よりΔθだけ小さい位置にＬＥＤ１０１が位置するようにテーブル１０２ｂを移動する。
　そして、この位置における全受光量Ｓ（θ１―Δθ）をフォトディテクタ１０５によって測定する。

　［ステップＳＴ１０３］
　ステップＳＴ１０３において、所定の角度θ＝θ１の角度よりΔθだけ大きい位置にＬＥＤ１０１が位置するようにテーブル１０２ｂを移動する。
　そして、この位置における全受光量Ｓ（θ１＋Δθ）をフォトディテクタ１０５によって測定する。

　［ステップＳＴ１０５］
　ステップＳＴ１０５において、全受光量Ｓ（θ１＋Δθ）―全受光量Ｓ（θ１―Δθ）を計算することによって、Ｌ（θ１）の値を得る。

　［ステップＳＴ１０７］
　ステップＳＴ１０７において、所定の角度θ＝θ２の角度よりΔθだけ小さい位置にＬＥＤ１０１が位置するようにテーブル１０２ｂを移動する。
　そして、この位置における全受光量Ｓ（θ２―Δθ）をフォトディテクタ１０５によって測定する。

　［ステップＳＴ１０９］
　ステップＳＴ１０９において、所定の角度θ＝θ２の角度よりΔθだけ大きい位置にＬＥＤ１０１が位置するようにテーブル１０２ｂを移動する。
　そして、この位置における全受光量Ｓ（θ２＋Δθ）をフォトディテクタ１０５によって測定する。

　［ステップＳＴ１１１］
　ステップＳＴ１１１において、全受光量Ｓ（θ２＋Δθ）―全受光量Ｓ（θ２―Δθ）を計算することによって、Ｌ（θ２）の値を得る。

　［ステップＳＴ１１３］
　ステップＳＴ１１３において、所定の角度θ＝θ３の角度よりΔθだけ小さい位置にＬＥＤ１０１が位置するようにテーブル１０２ｂを移動する。
　そして、この位置における全受光量Ｓ（θ３―Δθ）をフォトディテクタ１０５によって測定する。

　［ステップＳＴ１１５］
　ステップＳＴ１１５において、所定の角度θ＝θ３の角度よりΔθだけ大きい位置にＬＥＤ１０１が位置するようにテーブル１０２ｂを移動する。
　そして、この位置における全受光量Ｓ（θ３＋Δθ）をフォトディテクタ１０５によって測定する。

　［ステップＳＴ１１７］
　ステップＳＴ１１７において、全受光量Ｓ（θ３＋Δθ）―全受光量Ｓ（θ３―Δθ）を計算することによって、Ｌ（θ３）の値を得る。

　［ステップＳＴ１１９］
　θ＝０°におけるＬ（０°）＝０となることが分かっているので、この点と、上記ステップＳＴ１０５で求めたθ＝θ１におけるＬ（θ１）値、ステップＳＴ１１１で求めたθ＝θ２におけるＬ（θ２）値、及び、ステップＳＴ１１７で求めたθ＝θ３におけるＬ（θ３）値、を用いて４次関数で近似し、近似式Ｌｃを算出する。

　［ステップＳＴ１２１］
　近似式Ｌｃをθ＝０°からθ＝９０°まで積分することによって、推定全受光量Ｓｃ（９０°）を算出することが可能となる。

　図１１は、以上の方法を用いた場合の誤差の説明図である。

　以上の方法は、４次の近似式を用いるため、配光強度分布Ｅが異なる場合に精度が十分であるか問題となる。
　図１１の（ａ）、図１１の（ｂ）及び図１１の（ｃ）に表されたような異なる配光強度分布Ｅを有するＬＥＤ１０１を用いて、以上の方法の正確性について検討を行った。
　図１１の（ａ）では偏差は－０．０６％となり、図１１の（ｂ）では偏差は－０．４５％となり、図１１の（ｃ）では偏差は０．９８％となった。
　以上より、この方法においては、高速で、かつ、精密な全受光量Ｓ（９０°）の推定が可能となっていることが実験的にも裏付けられた。

　＜隣接したＬＥＤ１０１の影響の除去＞
　図１２は、隣接したＬＥＤ１０１の影響の除去についての説明図である。

　図２及び図３の（ａ）のように、配光強度Ｅ（θ）がθ＝９０°においてＥ（９０°＝０となっているのは、以下の理由による。
　図１２の（ａ）のように、複数のＬＥＤ１０１が配列されている場合には、θが９０°の近傍では、発光しているＬＥＤ１０１に隣接しているＬＥＤ１０１によって、光が遮られてしまう。そのため、配光強度Ｅ（θ）の値がθ＝９０°においてＥ（９０°）＝０となってしまうし、θが９０°に近づくに従い、配光強度Ｅ（θ）の値が徐々に低下する。
　この隣接するＬＥＤ１０１の影響を除去した場合、つまり図１２の（ｂ）のような状況においては、配光強度分布Ｅは、図１２の（ｃ）のようになる。
　つまり、θ＝９０°においてＥ（９０°）≠０となる。

　このように、隣接しているＬＥＤ１０１による影響の無い配光強度分布Ｅを求めることが本来のＬＥＤ１０１の特性を得るために必要である。
　その方法として、ＬＥＤ１０１を一個毎に取出して、隣接するＬＥＤ１０１の無い状態で、上記の＜全受光量Ｓ（θ）を推測する第１の方法＞によって配光強度分布Ｅを求めることも考えられる。
　しかし、それでは、シート１０２ｃ上に複数配置されたＬＥＤ１０１の配光強度分布を求めるには、時間がかかりすぎ、本実施形態の目的である高速での測定・推定できなくなってしまう。
　そこで、以下のような方法によって、隣接したＬＥＤ１０１の影響を除去している。

　図１３は、隣接したＬＥＤ１０１の影響の除去のフローチャートである。

　［ステップＳＴ２０１］
　ステップＳＴ２０１において、隣接したＬＥＤ１０１がある状態における、測定対象の複数のＬＥＤ１０１のＳ（９０°）の値を測定する。
　例えば、２６個のＬＥＤ１０１を想定して、一番目のＬＥＤ１０１を第１ＬＥＤ１０１ａとし、以下順に第２ＬＥＤ１０１ｂ、・・、第２６ＬＥＤ１０１ｚとする。
　この第１ＬＥＤ１０１ａ～第２６ＬＥＤ１０１ｚのＳａ（９０°）～Ｓｚ（９０°）を上記＜全受光量Ｓ（θ）を推測する第１の方法＞によって推定する。

　［ステップＳＴ２０３］
　ステップＳＴ２０３において、複数のＬＥＤ１０１のうち１個を任意に選択し、隣接したＬＥＤ１０１が無い状態にして、Ｓ（９０°）（隣接したＬＥＤ１０１の無い状態におけるＳ（９０°）をＳＲ（９０°）と表現する）を＜全受光量Ｓ（θ）を推測する第１の方法＞によって推定する。
　例えば、第７ＬＥＤ１０１ｇを抽出して、上記＜全受光量Ｓ（θ）を推測する第１の方法＞によって、ＳＲｇ（９０°）を算出（推定）する。

　［ステップＳＴ２０５］
　ステップＳＴ２０５において、補正係数Ｍを、ＳＲ（９０°）／Ｓ（９０°）によって算出する。
　例えば、Ｍ＝ＳＲｇ（９０°）／Ｓｇ（９０°）によって、Ｍを算出する。
　なお、より正確を期すために、複数個抽出し、平均値を得る等することも可能である。

　［ステップＳＴ２０７］
　ステップＳＴ２０７において、ステップＳＴ２０１で推定しておいた各ＬＥＤ１０１にステップＳＴ２０５において算出した補正係数Ｍをかけ合わせる。
　例えば、第１ＬＥＤ１０１ａについてＭ×Ｓａ（９０°）、・・、第２６ＬＥＤ１０１ｚについてのＭ×Ｓｚ（９０°）を算出することが可能である。

　そして、これを基に、全発光量＝Ｓ（９０°）＋α×Ｓ（９０°）を計算することによって、全発光量を推定することができる。

　図１４は、以上の隣接したＬＥＤ１０１の影響の除去の方法を用いた場合の誤差の説明図である。

　以上の隣接したＬＥＤ１０１の影響の除去の方法を用いて、補正した場合に真値との誤差が問題となる。
　図１４の（ａ）、図１４の（ｂ）及び図１４の（ｃ）に表されたような異なる配光強度分布Ｅを有するＬＥＤ１０１を用いて、以上の方法の正確性について検討を行った。
　図１４の（ａ）では偏差は－１．４４％となり、図１４の（ｂ）では偏差は－２．７４％となり、図１４の（ｃ）では偏差は０．３２％となった。
　以上より、この方法においては、高速で、かつ、精密な全受光量Ｓ（９０°）の推定が可能となっていることが実験的にも裏付けられた。

＜全受光量Ｓ（θ）を推測する第２の方法＞
　図１５は、全受光量Ｓ（θ）を推測する第２の方法の説明図である。

　以下、図１５の（ａ）のような配光強度分布Ｅを有する場合（以下、第１のケースという）、及び、図１５の（ｂ）のような配光強度分布Ｅを有する場合（以下、第２のケースという）を例に全受光量Ｓ（θ）を推測する第２の方法を説明する。
　なお、図１５の（ｃ）に示された図において、実線は第１のケース（図１５（ａ））であり、理想的な配光強度Ｅを有する場合の全受光量分布Ｓである。第２のケース（図１５（ｂ））は理想的な配光強度と異なっているが、全受光量Ｓ（９０°）は第１のケースと同じである。第２のケースの全受光量分布Ｓは図１５の（ｃ）に示していない。

　図１５の（ｃ）において、第１のケースにおける、θ＝θ１１での全受光量Ｓ（θ１１）を表したのがＳ１である。図１５の（ｃ）において、第１のケースにおける、θ＝θ１２での全受光量Ｓ（θ１２）を表したのがＳ２である。
　同様に、図１５の（ｃ）において、第２のケースにおける、θ＝θ１１での全受光量Ｓ（θ１１）を表したのがＳ３である。図１５の（ｃ）において、第２のケースにおける、θ＝θ１２での全受光量Ｓ（θ１２）を表したのがＳ４である。
　Ｓ１とＳ２を結ぶ直線を求め、θ＝９０°と交わる点を求めることができる。そして、図１５の（ｃ）を参照すると、理想的な配光強度Ｅを有する場合のＳ（９０°）とほぼ同一であることが分かる。
　したがって、図１５の（ａ）のような配光強度Ｅを有する場合であっても、単に、θ＝θ１１におけるＳ（θ１１）の値、及び、θ＝θ１２におけるＳ（θ１２）の値、を測定し、この２点を通過する１次関数Ｎを求め、この１次関数においてθ＝９０°での値を求めることによって、Ｓ（９０°）を推定することができる。そして、その誤差はわずかである。
　同様に、図１５の（ｂ）のような配光強度Ｅを有する場合であっても、θ＝９０°での値はほぼ同一になることも、図１５の（ｃ）から分かる。
　以上から、ほぼどのような形状の配光強度分布Ｅを有するＬＥＤ１０１であっても、θ＝θ１１でのＳ（θ１１）及びθ＝θ１２でのＳ（θ１２）を測定することのみによって、Ｓ（９０°）を推定することが可能となることが分かる。

　なお、θ１１＝３９．３４°、θ１２＝６１．０４°の２点で実測したところ、偏差は－０．３９０％となっていた。このことから、全受光量Ｓ（θ）を推測する第２の方法は精度が高いことが分かる。また、測定点が２点のみなので、高速での推定が可能である。

　図１６は、全受光量Ｓ（θ）を推測する第２の方法のフローチャートである。

　［ステップＳＴ３０１］
　ステップＳＴ３０１において、所定の角度θ＝θ１１にＬＥＤ１０１が位置するようにテーブル１０２ｂを移動する。
　そして、この位置における全受光量Ｓ（θ１１）をフォトディテクタ１０５によって測定する。

　［ステップＳＴ３０３］
　ステップＳＴ３０３において、所定の角度θ＝θ１２にＬＥＤ１０１が位置するようにテーブル１０２ｂを移動する。
　そして、この位置における全受光量Ｓ（θ１２）をフォトディテクタ１０５によって測定する。

　［ステップＳＴ３０５］
　ステップＳＴ３０５において、Ｓ（θ１１）及びＳ（θ１２）を通過する１次関数Ｎを算出する。

　［ステップＳＴ３０７］
　ステップＳＴ３０７において、ステップＳＴ３０５において算出された１次関数Ｎにθ＝９０°を代入することによって、Ｓ（９０°）を推定する。

＜他の実施形態＞
　以上の実施形態では、ＬＥＤ１０１からの光を受光するのはフォトディテクタ１０５であったが、ＣＣＤを用いても良い。
　ＣＣＤを用いた場合には、１回の測定にて複数の全受光量Ｓ（θ）を求めることができるという利点があり、測定の速度を高めることができる。
　ただし、ＣＣＤの場合には、光の波長等に対する感度の差異がある上、受光量と出力に必ずしも比例関係が無く、正確に全発光量を求めるには最適とは言えない。もっとも、このことは、本実施形態においてＣＣＤを用いることを排除する趣旨ではない。

　また、以上の実施形態においては、テーブル１０２ｂの位置を変化させることによって、フォトディテクタ１０５が受光する光の範囲（θの値、Ｓ（θ））を変化させたが、これ以外の方法であってよい。
　具体的には、フォトディテクタ１０５を移動させても良いし、遮蔽部１０７ａの円形開口部１０７ｃの大きさを増減させても良い。遮蔽部１０７ａとは別に、遮断する部材を設けてもよい。
　さらに、ＣＣＤを用いる場合には、所望のθ値以外の測定データを単に無視すれば足りる。

＜実施形態の構成及び効果＞
　本実施形態のＬＥＤ１０１用の発光量推定装置３は、ＬＥＤ１０１が放射する光を受光するフォトディテクタ１０５と、ＬＥＤ１０１が放射した光をフォトディテクタ１０５が受光する範囲を変更することが可能な受光範囲変更手段と、演算部１５１と、を有し、演算部１５１は、受光範囲変更手段によって、１つのＬＥＤ１０１に対して異なる複数の受光範囲において測定を行って、ＬＥＤ１０１の発光量を推定する。
　このような構成を有することから、高速で半導体発光素子の全発光量を推定することが可能な半導体発光素子用の発光量推定装置を提供することができる。

　演算部１５１が推定する発光量は、受光範囲変更手段が移動することによっては測定不能な範囲での発光量である。
　このような構成を有することから、測定範囲外までの全発光量を推定することが可能となる。

　受光範囲変更手段は、フォトディテクタ１０５の垂直方向に移動可能に形成されたテーブル１０２ｂであり、ＬＥＤ１０１はシート１０２ｃ上に複数個配置されており、シート１０２ｃはテーブル１０２ｂに対して固定されている。
　このような構成を有することから、容易に、受光範囲を変更することが可能となる。

　複数のＬＥＤ１０１の一部を抽出し、隣接するＬＥＤ１０１の無い状態において発光量を推定した結果に基づいて、複数のＬＥＤ１０１の発光量を補正する。
　このような構成を有することから、真の全発光量を推定することが可能となる。

　演算部１５１が推定するのは、発光中心軸ＬＣＡに対して９０度の角度までの全発光量である。
　このような構成を有することから、全発光量を推定することが可能となる。

　発光量推定装置３はフォトディテクタ１０５を用いている。
　このような構成を有することから、高い精度で全発光量を測定することができる。

　本実施形態のＬＥＤ１０１の発光量推定方法は、ＬＥＤ１０１が放射する光を受光し、第１の全受光量を測定する第１のステップ（ステップＳＴ１０１）と、ＬＥＤ１０１が放射した光を受光する範囲を変更して第２の全受光量を測定する第２のステップ（ステップＳＴ１０３）と、第１のステップ及び第２のステップとを繰返し行う第３のステップ（ステップＳＴ１０７、ステップＳＴ１０９、ステップＳＴ１１３及びステップＳＴ１１５）と、第３のステップによって測定した複数の異なる受光範囲での全受光量から半導体発光素子の発光量を推定する第４のステップ（ステップＳＴ１１９及びステップＳＴ１２１）と、を有する。
　このような構成を有することから、高速で半導体発光素子の全発光量を推定することが可能な半導体発光素子用の発光量推定装置を提供することができる。

＜定義等＞
　また、実施形態のフォトディテクタ１０５は、本発明における受光部の一例である。つまり、本発明における受光部は、光の強度を測定可能なものであればどのようなものであっても良い。
　また、ＬＥＤ１０１は、本発明における半導体発光素子の一例である。つまり、半導体発光素子とは、光を発光する素子であればどのようなものであっても良い。ここで、光は可視光に限定されるものではなく、例えば、赤外線、紫外線等であってよい。
　本発明において発光中心軸ＬＣＡは、半導体発光素子が光を発する際に光の中心となる軸をいう。
　本発明において演算部の一例が、実施形態の演算部１５１である。

　１　　　　受光モジュール
　３　　　　発光量推定装置
　１０１　　ＬＥＤ（半導体発光素子）
　１０２ｂ　テーブル
　１０５　　フォトディテクタ（受光部）
　１５１　　演算部
　１６１　　記憶部

Claims

　半導体発光素子が放射する光を受光する受光部と、
　前記半導体発光素子が放射した光を前記受光部が受光する範囲を変更することが可能な受光範囲変更手段と、
　演算部と、を有し、
　前記演算部は、前記受光範囲変更手段によって、１つの前記半導体発光素子に対して異なる複数の受光範囲において測定を行って、前記半導体発光素子の発光量を推定する
　半導体発光素子用の発光量推定装置。
　前記演算部が推定する発光量は、
　　前記受光範囲変更手段が移動することによっては測定不能な範囲での発光量である
　請求項１に記載の発光量推定装置。
　前記受光範囲変更手段は、前記受光部の垂直方向に移動可能に形成されたテーブルであり、
　前記半導体発光素子はシート上に複数個配置されており、
　前記シートはテーブルに対して固定されている
　請求項２に記載の発光量推定装置。
　複数の前記半導体発光素子の一部を抽出し、隣接する半導体発光素子の無い状態において発光量を推定した結果に基づいて、複数の前記半導体発光素子の発光量を補正する
　請求項３に記載の発光量推定装置。
　前記演算部が推定するのは、発光中心軸に対して９０度の角度までの全発光量である
　請求項２～４いずれか１項に記載の発光量推定装置
　前記受光部はフォトディテクタである
　請求項１～５いずれか１項に記載の発光量推定装置。
　半導体発光素子が放射する光を受光し、第１の全受光量を測定する第１のステップと、
　前記半導体発光素子が放射した光を受光する範囲を変更して第２の全受光量を測定する第２のステップと、
　前記第１のステップ及び前記第２のステップとを繰返し行う第３のステップと、
　前記第３のステップによって測定した複数の異なる受光範囲での全受光量から前記半導体発光素子の発光量を推定する第４のステップと、を有する
　半導体発光素子用の発光量推定方法。