JP6041691B2 - 測定装置および測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、蛍光体の光学的な性能を測定するための測定装置および測定方法に関する。

従来から蛍光物質を含む各種の蛍光体が様々な用途で利用されている。近年では、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)などを用いた発光デバイス、液晶ディスプレイや有機ＥＬ(Electro Luminescence)ディスプレイなどの表示デバイス、などに広く応用されている。このような蛍光体は、発光デバイスや表示デバイスの性能を左右するので、その光学的な性能を適切に評価する必要がある。

このような蛍光体の評価に係る構成として、特開２０１２−２０８０２４号公報（特許文献１）は、封止材中に分散させて発光装置に用いられる蛍光体の蛍光スペクトルを測定するための構成を開示する。

特開２０１２−２０８０２４号公報

上述の特開２０１２−２０８０２４号公報（特許文献１）に開示される構成は、蛍光体を封止材中に分散させた試料（サンプル）の蛍光体スペクトルを測定することに向けられており、基本的には、試料（サンプル）毎の蛍光スペクトルを測定することが想定されている。

一方で、蛍光体の製造ラインなどでは、検査対象になる複数の蛍光体をより短時間で測定したいというニーズがある。例えば、全面が蛍光体になっているシートの状態で製造や検査が行われる。このような全面が蛍光体になっているシートは、必要な寸法の領域が切り出されて、製品として使用される。特開２０１２−２０８０２４号公報（特許文献１）に開示される構成では、板状の試料（サンプル）に積分球を接触させて測定する必要がある。そのため、同一面内にある複数の測定点の蛍光スペクトルを測定する場合には、積分球の移動および試料（サンプル）への接触を繰返す必要があり、測定に要する時間を短縮することが難しい。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蛍光体の光学的な性能をより短時間で測定することができる測定装置および測定方法を提供することである。

本発明のある局面に従う蛍光体の光学的な性能を測定するための測定装置は、蛍光体に励起光を照射するための光源と、励起光のうち蛍光体を透過した光、および、励起光によって蛍光体で発生する蛍光を受光するための受光部と、受光部によって受光された光を検出するための検出部と含む。受光部は、励起光の照射方向に所定の長さを有する筺体と、筺体の蛍光体の側に配置された光拡散部と、筺体の光拡散部とは反対側に配置され、入射した蛍光を検出部へ導くための窓を含む。

好ましくは、受光部は、蛍光体から所定距離だけ離して配置される。
好ましくは、光拡散部は、窓からの視野を包含する範囲に配置される。

好ましくは、測定装置は、光源からの励起光が蛍光体に入射する位置を変更する移動機構をさらに含む。

好ましくは、蛍光体に対して、受光部が所定規則に従って複数配置されており、検出部は、複数の受光部によってそれぞれ受光された蛍光を並列的に測定する。

本発明の別の局面に従う蛍光体の光学的な性能を測定するための測定方法は、光源から蛍光体に励起光を照射するステップと、励起光のうち蛍光体を透過した光、および、励起光によって蛍光体で発生する蛍光を受光部で受光するステップと、受光部によって受光された光を検出部で検出するステップとを含む。受光部は、励起光の照射方向に所定の長さを有する筺体と、筺体の蛍光体の側に配置された光拡散部と、筺体の光拡散部とは反対側に配置され、入射した蛍光を検出部へ導くための窓を含む。

本発明によれば、蛍光体の光学的な性能をより短時間で測定することができる。

本実施の形態に従う測定装置の全体構成を示す模式図である。 本実施の形態に従う検出部の構成例を示す模式図である。 本実施の形態に従う処理装置の構成例を示す模式図である。 シート状のサンプルにおける蛍光の発生を説明するための模式図である。 積分球を用いてシート状のサンプルの光学的な性能を測定するための構成を示す模式図である。 積分球の余弦特性の一例を示す図である。 半球型積分球を用いてシート状のサンプルの光学的な性能を測定するための構成を示す模式図である。 本実施の形態に従う測定装置を用いてシート状のサンプルの光学的な性能を測定するための構成を示す模式図である。 本実施の形態に従う測定装置の受光部の余弦特性の一例を示す図である。 本実施の形態に従う測定装置の受光部を用いた色度の測定結果の一例を示す図である。 図１０に示す測定結果をサンプルと受光部との距離に関してプロットしたグラフを示す。 図１０に示す測定結果について、サンプルと受光部との距離に関して色度ｘおよび色度ｙの差をプロットしたグラフを示す。 本実施の形態に従う測定装置の受光部を用いたスペクトルの測定結果の一例を示す図である。 本実施の形態に従う受光部における受光角を説明するための模式図である。 本実施の形態に従う受光部において受光径を維持したまま投光径を変化させた場合の受光角の変化を示すグラフである。 本実施の形態に従う受光部において投光径を維持したまま受光径を変化させた場合の受光角の変化を示すグラフである。 本実施の形態に従う測定装置を含む検査装置の一例を示す模式図である。 図１７に示す検査装置を用いてサンプルの光学的な性能を測定する手順を示すフローチャートである。 本実施の形態に従う測定装置を含む検査装置の一例を示す模式図である。 本実施の形態に従う測定装置を含む検査装置の一例を示す模式図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

＜Ａ．測定装置の概略構成＞
まず、本実施の形態に従う測定装置の概略構成について説明する。図１は、本実施の形態に従う測定装置１の全体構成を示す模式図である。測定装置１は、蛍光体の光学的な性能を測定する。測定対象の蛍光体を、以下「サンプル２」とも称す。

図１を参照して、測定装置１は、サンプル２に対して励起光を照射し、その励起光のうち蛍光体を透過した光、および、その励起光によってサンプル２で発生する蛍光を検出する。典型的には、測定装置１は、透過型の蛍光測定装置である。

図１に示す測定装置１は、サンプル２に励起光を照射するための照射部５０と、励起光のうち蛍光体を透過した光、および、励起光によってサンプル２で発生する蛍光を受光するための受光部１０と、受光部１０によって受光された光を検出するための検出部２００と、処理装置３００とを含む。

照射部５０は、励起光を発生するための光源５２と、励起光の光軸上に配置された集光レンズ５４と、光源５２を駆動するための電源装置５６とを含む。光源５２は、サンプル２の特性に応じた波長帯域を含む励起光を発生するように設計される。より具体的には、光源５２として、青色ＬＥＤなどが採用される。あるいは、光源５２として、分光器付きの、ハロゲン光源、キセノン光源、水銀ランプなどを採用してもよい。これらの光源を採用することで、特定の波長を含む励起光を発生させることができる。集光レンズ５４は、光源５２からの励起光を平行光に変換するための光学系を含む。電源装置５６は、光源５２の種類に応じた電力を供給する。

照射部５０からの励起光がサンプル２に入射すると、サンプル２の成分や組成に応じた波長成分が吸収されて蛍光が発生する。励起光のうち、吸収されず、反射もされなかった光は、透過光となって出力される。受光部１０は、この発生した蛍光および透過光を受光して、検出部２００へ導く。

受光部１０は、サンプル２からの蛍光および透過光を直接的に受光するのではなく、光拡散部１４を透過した後の光を受光する。すなわち、受光部１０は、励起光の照射方向に所定の長さを有する筺体１２と、筺体１２のサンプル２側に配置された光拡散部１４と、筺体１２のサンプル２とは反対側に配置され、入射した蛍光を検出部２００へ導くための窓１８とを含む。

筺体１２は、窓１８からの視野範囲（断面積）を可能な限り大きくするために、励起光の照射方向（光軸方向）に所定の長さを有するように構成される。典型的には、円筒状の筺体１２が好ましいが、筺体１２の断面形状は円に限られない。例えば、六角形や八角形の多角形の断面形状を有する筒状の構造を採用してもよい。つまり、窓１８からの視野範囲（断面積）が筺体１２の内面１６によって制限されなければ、どのような形状を採用してもよい。さらに、筺体１２としては、光拡散部１４側の断面積がより大きく、窓１８の側の断面積がより小さい、円錐または円錐台のような形状を採用することもできる。

光拡散部１４は、サンプル２からの各方向に発光する蛍光を積分（均一化）するためのものである。典型的には、光拡散部１４は、所定の透光性を有する拡散シートで実現される。光拡散部１４は、筺体１２の開口部の全体を覆う必要はないが、窓１８を介して検出部２００へ導かれる光の全体をカバーすることが好ましい。つまり、光拡散部１４は、窓１８からの視野２４を包含する範囲に配置される。このような光拡散部１４を通過させることで、実質的に積分球を用いて蛍光を積分（均一化）するのと同様の効果を得ることができる。

窓１８には、受光部１０と検出部２００とを光学的に接続するための光ファイバー２０の接続端２２が挿入されており、受光部１０に入射した光は、光ファイバー２０を介して、検出部２００へ導かれる。光ファイバー２０としては、複数の素線からなる構成を採用してもよく、その場合には、接続端２２において複数の素線が集合することになる。このような接続端２２を用いる場合には、光ファイバー２０の開口数に応じて視野２４が定まることになる。あるいは、窓１８としてスリットを採用してもよい。この場合には、スリット幅などに応じて視野２４が定まる。また、光ファイバー２０を用いずに、検出部２００と受光部１０とを直接的に接続してもよい。

検出部２００は、受光部１０によって受光された光を検出する。典型的には、検出部２００は、入射した光の分光放射照度を測定する。このような検出部２００の一例として、蛍光に含まれる特性値を波長毎に測定できる分光光度計が用いられる。分光光度計としては、単一の波長での特性値を測定するモノクロメータを採用してもよいし、ある波長範囲における特性値（スペクトル）を同時測定するポリクロメータを採用してもよい。サンプル２の特性値としてスペクトルが必要ではなく、色度のみが必要な場合には、色度センサーを採用してもよい。サンプル２に対して要求されている評価項目などに応じて、適切な検出部２００が選択される。

図２は、本実施の形態に従う検出部２００の構成例を示す模式図である。図２には、分光光度計（ポリクロメータ）を用いて検出部２００を実現した例を示す。より具体的には、検出部２００は、回折格子２０２と、検出素子２０４と、シャッター２０６と、スリット２０８とを含む。光ファイバー２０を介して入射した光は、スリット２０８を通過した後、回折格子２０２で反射される。回折格子２０２において、光に含まれる各波長成分は、その波長に応じたそれぞれの方向に反射する。そして、反射された各波長成分は、検出素子２０４の波長に対応する領域に入射する。検出素子２０４の表面領域は、所定の単位領域に区切られており、各単位領域での強度値に基づいて、受光スペクトルが検出される。

シャッター２０６は、ダーク補正などを行う場合などに検出部２００の内部に入射する光を遮断する。さらに、迷光成分などを低減するために、シャッター２０６の後段に、測定波長範囲外の波長の光を遮断するカットフィルターを配置してもよい。

再度図１を参照して、処理装置３００は、検出部２００から出力される検出信号に基づいて、サンプル２の光学的な性能を算出および出力する。サンプル２の光学的な性能は、分光特性（分光放射照度）に加えて、明るさや色合いといった評価値を含む。ここで、明るさは、サンプル２の輝度や光度などを意味し、色合いは、サンプル２の色度座標、主波長、刺激純度、および相関色温度などを意味する。

図３は、本実施の形態に従う処理装置３００の構成例を示す模式図である。図３に示すように、処理装置３００は、典型的には汎用コンピュータによって実現される。より具体的には、処理装置３００は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)３０２と、主メモリであるＲＡＭ(Random Access Memory)３０４と、ハードディスク（ＨＤＤ）３０６と、光学ディスクドライブ３０８と、入力部３１０と、表示部３１２と、入出力インターフェイス３１４とを含む。これらのコンポーネントは、バス３１６を介して相互に接続されている。

ハードディスク３０６には、後述する測定処理を実現するための計測プログラム３０７がインストールされている。計測プログラム３０７は、ＲＡＭ３０４などに展開されてＣＰＵ３０２によって実行される。このようなプログラムは、光学ディスク３０９などの記録媒体に格納されて、あるいはネットワークなどを介して流通する。光学ディスク３０９などの記録媒体に格納されて流通するプログラムは、光学ディスクドライブ３０８などによって記録媒体から読取られて、ハードディスク３０６にインストールされる。

入力部３１０は、キーボード、マウス、タッチパネルなどを含み、ユーザからの指令や操作を受付ける。表示部３１２は、ディスプレイや各種インジケータを含み、処理装置３００によって算出された測定結果を出力する。

入出力インターフェイス３１４は、測定装置１に含まれるコンポーネントへ指令を出力するとともに、検出部２００などからの入力信号を受付ける。入出力インターフェイス３１４としては、ＵＳＢ(Universal Serial Bus)などの汎用的なインターフェイスを採用してもよい。さらに、入出力インターフェイス３１４には、必要に応じて、プリンタなどの出力装置が接続されてもよい。

本実施の形態に従う測定装置１の処理装置３００においては、汎用的なプロセッサ（ＣＰＵ３０２）がプログラムを実行することで後述するような測定処理を実現する例について説明したが、その処理の全部または一部を専用のプロセッサまたはＩＣ(Integrated Circuit)などを用いて実現するようにしてもよい。あるいは、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)などの専用のハードウエア回路を用いて実現してもよい。

＜Ｂ．背景および関連技術＞
（１：背景およびニーズ）
上述したように、蛍光体は、発光デバイスや表示デバイスの製造に欠かせない材料である。典型的な蛍光体の製造ラインでは、蛍光体は、シート状で製造され、その状態で品質管理も行われる。このような品質管理の一部として、蛍光体シートの光学的な性能の面内分布測定が要求される。このような蛍光体シートの生産効率を向上させるためには、迅速な測定（検査）が要求される。つまり、製造ラインにおいて、蛍光体シート上の設定される複数の測定点をより短時間で測定したいというニーズが高まっている。また、測定の迅速化とともに、長期的に安定した測定ができるように、より簡素化された手順で測定装置を校正できる機能についてもニーズが高まっている。

（２：蛍光の発生）
図４は、シート状のサンプル２における蛍光の発生を説明するための模式図である。図４に示すように、シート状のサンプル２に対して励起光を照射することで発生する蛍光の配光パターンは、サンプル２（蛍光体）の種類および測定位置に応じて変化する。さらに、蛍光の配光パターンは、波長によっても異なる。そのため、シート状のサンプル２の光学的な性能を測定することは容易ではない。

（３：積分球を用いた測定）
まず、関連技術として、積分球を用いてシート状のサンプル２の光学的な性能を測定するための構成について説明する。

図５は、積分球を用いてシート状のサンプル２の光学的な性能を測定するための構成を示す模式図である。図５を参照して、サンプル２に対して励起光を照射するとともに、その励起光の照射によって発生する透過光および蛍光を積分球９０で積分（均一化）した上で、受光窓９４において分光放射照度などを測定する。なお、受光窓９４の前段には、入射した光が受光窓９４へ直接到達することを抑制するための反射板（バッフル）９２が設けられている。

積分球９０は球体であるので、サンプル２に接触する範囲も曲面状になっている。そのため、積分球９０には、サンプル２に接触する範囲に、口金を含む入射窓９６が設けられている。すなわち、平面上に形成された口金の表面がサンプル２に接触し、サンプル２からの蛍光が積分球９０内に受光される。ここで、口金としては、約１０〜１５ｍｍ程度の厚みが必要であり、この厚みによって、蛍光の光学的な性能を正確に測定できない場合がある。つまり、サンプル２からの蛍光の配光パターンによっては、口金の厚みが蛍光の放射を妨げて、正確な測定を行うことができない場合がある。

また、積分球９０をサンプル２に接触させて測定する必要があり、蛍光体シートに対して面内分布の測定を行うとすると、積分球９０とサンプル２との間で接触と分離とを繰返す必要があり、測定効率を高めることができない。

さらに、積分球９０を用いた場合には、その内部の反射板９２の影響によって、入射光特性が劣化することもある。

図６は、積分球の余弦特性の一例を示す図である。すなわち、図６に示す余弦特性は、積分球９０の入射窓９６から見た入射光の斜め特性（入射の角度と入射窓における相対強度との関係）を示す。図６には、積分球の直径が２インチおよび４インチの例をそれぞれ示す。余弦特性との名前が示すように、入射光の斜め特性は、理想的には、余弦関数（ｃｏｓθ）と一致すべきである。しかしながら、積分球９０の現実の余弦特性は、理想的な特性からずれが生じてしまっている。

（４：半球型積分球を用いた測定）
次に、半球型積分球を用いてシート状のサンプル２の光学的な性能を測定するための構成について説明する。図７は、半球型積分球８０を用いてシート状のサンプル２の光学的な性能を測定するための構成を示す模式図である。図７を参照して、半球型積分球８０は、内面に拡散反射層を設けた半球と、内面に鏡面反射層を設けた円板とを組み合わせた積分装置である。このような半球型積分球８０の詳細については、例えば、特開２００９−１０３６５４号公報などを参照されたい。図７に示す半球型積分球８０では、円板に設けられた試料窓８６を介してサンプル２からの透過光および蛍光を受光し、その受光した光を半球型積分球８０の内部で積分（均一化）した上で、受光窓８４において分光放射照度などを測定する。なお、受光窓８４の前段には、入射した光が受光窓８４へ直接到達することを抑制するための反射板（バッフル）８２が設けられている。

図５に示す積分球９０を用いる場合とは異なり、半球型積分球８０では、サンプル２に接触する部分（試料窓８６）は平面状になっている。そのため、サンプル２との接触部分によって、サンプル２からの蛍光の照射が阻害されることがない。つまり、半球型積分球８０を用いることで、サンプル２からの蛍光の配光パターンに依存することなく、その照射される蛍光のすべてを受光することができ、正確な測定を実現できる。

但し、図５に示す積分球９０を用いる場合と同様に、半球型積分球８０を用いる場合であっても、半球型積分球８０をサンプル２に接触させて測定する必要がある。そのため、蛍光体シートに対して面内分布の測定を行うとすると、半球型積分球８０とサンプル２との間で接触と分離とを繰返す必要があり、測定効率を高めることができない。

＜Ｃ．本実施の形態に従う測定装置＞
（１：構成）
図８は、本実施の形態に従う測定装置１を用いてシート状のサンプル２の光学的な性能を測定するための構成を示す模式図である。図１を参照して説明したように、受光部１０は、励起光の照射方向に所定の長さを有する筺体１２と、筺体１２のサンプル２側に配置された光拡散部１４とを含む。ここで、受光部１０は、サンプル２から所定距離だけ離して配置される。図８に示すサンプル２と受光部１０との距離ｄは、励起光のスポットである投光径φ０と筺体１２の受光径φ１との関係、および、光拡散部１４の透過率などを考慮して最適化される。

なお、測定感度および測定精度を高めるためには、サンプル２と受光部１０との間の距離ｄを小さくするとともに、受光部１０の口径（受光径φ１）を大きくすることが好ましい。また、受光径φ１は、投光径φ０より十分に大きくすること（φ１＞＞φ０）が好ましい。

図８に示すような構成を採用することで、測定時において、受光部１０をサンプル２に接触させる必要がないので、蛍光体シートに対する面内分布の測定に要する時間を短縮できる。また、光学経路が短くて済むので、受光感度を高めることができ、より高いスループットを実現できる。例えば、同一の検出部２００を用いて、本実施の形態に従う受光部１０を用いて蛍光を測定する場合と、半球型積分球８０を用いて蛍光を測定する場合とについて、それぞれの測定に必要な露光時間を比較すると、半球型積分球８０を用いた場合には５５００ｍｓ必要であったのに対して、厚さ１５ｍｍの光拡散部１４で構成した検出部２００を用いた場合には４５０ｍｓであった。つまり、本実施の形態に従う受光部１０を用いることで、露光時間を約１／１０にできる。言い換えれば、本実施の形態に従う受光部１０を用いることで、受光部１０に入射する蛍光の明るさが約１０倍になり、スループットを約１０倍にできる。このようにスループットを高めることで、製造ラインのタクトタイムを短縮できる。

さらに、積分球を用いる場合に比較して、装置構成が簡素化できるので、よりコンパクト化できるとともに、コストも低減できる。

（２：測定性能）
本実施の形態に従う測定装置１では、入射光特性の劣化を抑制できる。図９は、本実施の形態に従う測定装置１の受光部１０の余弦特性の一例を示す図である。すなわち、図９に示す余弦特性は、受光部１０の光拡散部１４から見た入射光の斜め特性（入射の角度と光拡散部１４における相対強度との関係）を示す。図９に示すように、受光部１０の入射光の斜め特性は、理想的な余弦特性にほぼ一致しており、積分球９０を用いる場合に比較して、測定精度をより高めることができる。

（３：サンプルと受光部との距離）
次に、サンプル２と受光部との距離ｄについて説明する。上述したように、図７に示す半球型積分球８０を用いてサンプル２の光学的な性能を測定することで、積分球９０を用いた場合に比較して測定精度を高めることができる。そのため、以下の検討では、半球型積分球８０を用いた場合に得られる測定結果を基準値とみなす。

図１０は、本実施の形態に従う測定装置１の受光部１０を用いた色度の測定結果の一例を示す図である。図１０には、サンプル２と受光部１０との距離ｄを異ならせて測定を行った結果を示す。図１０に示す測定結果においては、同一のサンプル２および検出部２００の条件下で、図７に示す半球型積分球８０を用いて測定した色度（色度ｘおよび色度ｙ）の基準値との差を示す。つまり、図１０に示すΔｘおよびΔｙは、それぞれ色度ｘおよび色度ｙについての測定結果の差を示し、色差は、ΔｘおよびΔｙの二乗和の平方根（色差＝√（Δｘ＾２＋Δｙ＾２））を示す。

図１１は、図１０に示す測定結果をサンプル２と受光部１０との距離ｄに関してプロットしたグラフを示す。図１２は、図１０に示す測定結果について、サンプル２と受光部１０との距離ｄに関して色度ｘおよび色度ｙの差をプロットしたグラフを示す。

図１０〜図１２に示すように、サンプル２と受光部１０との距離ｄを変化させることで、色差、すなわち半球型積分球８０を用いた測定結果（基準値）との差（誤差）を最小化できることがわかる。言い換えれば、サンプル２と受光部１０との距離ｄを最適化することで、測定精度を高めることができる。より具体的には、図１１に示すようなサンプル２と受光部１０との距離ｄおよび色差をそれぞれ軸とする座標系を用いて、または、図１２に示すような色度ｘの差および色度ｙの差をそれぞれ軸とする座標系を用いて、距離ｄの最適値を決定できる。図１０〜図１２に示す結果から見れば、サンプル２と受光部１０との距離ｄは、１０ｍｍ程度にすることが好ましいことが判る。

図１３は、本実施の形態に従う測定装置１の受光部１０を用いたスペクトルの測定結果の一例を示す図である。図１３には、サンプル２と受光部１０との距離ｄを異ならせて測定を行った結果を示す。なお、スペクトルの強度については規格化しており、相対強度として表現される。

図１３に示すスペクトルのうち、同一のサンプル２および検出部２００の条件下で、図７に示す半球型積分球８０を用いて測定したスペクトルに最も近いものは、サンプル２と受光部１０との距離ｄを１０ｍｍ程度に設定した場合のものである。つまり、図１０〜図１２に示す測定結果から決定される距離ｄと一致している。

このように、予め基準となる測定値を取得しておき、この基準値と最も合致するように、サンプル２と受光部１０との距離ｄを最適化することが好ましい。

（４．受光部における受光角）
次に、受光部１０における受光角について説明する。図１４は、本実施の形態に従う受光部１０における受光角を説明するための模式図である。

図１４に示すように、受光部１０の受光角θは、サンプル２から発生した蛍光が受光部１０に入射できる最大の角度として定義される。この受光角θは、基本的には、サンプル２と受光部１０との距離ｄ、投光径φ０（励起光のスポット径）、および受光径φ１（受光部１０の口径の３つのパラメータに依存して変化する。そのため、例えば、サンプル２と受光部１０との距離ｄを変更する場合には、この受光角θが距離ｄの変更前後で同一になるように、他のパラメータも調整することが好ましい。

図１５は、本実施の形態に従う受光部１０において受光径φ１を維持したまま投光径φ０を変化させた場合の受光角の変化を示すグラフである。図１６は、本実施の形態に従う受光部１０において投光径φ０を維持したまま受光径φ１を変化させた場合の受光角の変化を示すグラフである。

図１５に示すように、投光径φ０を変化させると受光角θが変化するので、投光径φ０の変更前後において受光角θを同一に維持するためには、サンプル２と受光部１０との距離ｄについても調整する必要がある。一方、図１６に示すように、受光径φ０を変化させても受光角θが変化する。この受光角θの変化度合いは、投光径φ０を変化させた場合に比較してより大きくなる。そのため、受光径φ１の変更前後において受光角θを同一に維持するためには、サンプル２と受光部１０との距離ｄについて調整する必要があり、この調整量は、投光径φ０を変化させた場合に比較してより大きくなる。

＜Ｄ．応用例１＞
（１：全体構成）
次に、本実施の形態に従う測定装置１の応用例について説明する。図１７は、本実施の形態に従う測定装置１を含む検査装置４００の一例を示す模式図である。検査装置４００は、蛍光体シートの光学的な性能の面内分布を測定する。より具体的には、検査装置４００は、測定用暗箱４１０と、校正用暗箱４２０とを含む。サンプル２は、測定用暗箱４１０内に配置され、励起光源６２からの励起光が照射される。この励起光の照射によって発生する蛍光が受光部１０および光ファイバー２０を介して、検出部２００によって測定される。

より具体的には、励起光源６２で発生した励起光は、光ファイバー６６を介して照射部６０へ導かれる。照射部６０から照射された励起光は、サンプル２へ向けて伝搬する。励起光の入射によってサンプル２から発生した透過光および蛍光は、受光部１０で受光され、光ファイバー２０を介して検出部２００へ導かれる。ここで、サンプル２上の励起光の入射する位置を変更するために、測定用暗箱４１０内にサンプルステージ４１２が設けられる。すなわち、サンプルステージ４１２は、励起光源６２からの励起光がサンプル２（蛍光体）に入射する位置を変更する移動機構に相当する。サンプルステージ４１２は、位置制御コントローラ４１４からの指示に従って、任意の位置に移動可能になっている。

励起光源６２の照射側には波長選択部６４が設けられており、測定に適した波長を選択可能に構成されている。この波長選択部６４としては、分光器を利用したフィルタを採用できる。さらに、複数の異なる種類の光源を用意しておき、測定対象のサンプル２に応じて適宜選択できるようにしてもよい。励起光の波長が変化すると、透過光量および蛍光量が変化するので、透過型の蛍光測定装置においては、励起光の波長を一定に制御することが重要である。

なお、励起光源６２の調光を行う機能を搭載してもよい。この調光機能としては、励起光の経路上にサンプル２が存在しないようにサンプルステージ４１２を移動させた状態で、励起光を照射し、そのときの測定結果に基づいて、励起光源６２の発光強度を調整する。起光の波長が変化すると、透過光量および蛍光量が変化するので、透過型の蛍光測定装置においては、励起光の波長を一定に制御することが重要である。

検出部２００は、受光部１０および光ファイバー２０を介して入射した光のスペクトルを測定する。処理装置３００は、検出部２００による測定結果を対応するサンプル２の位置（座標値）に関連付けて順次格納する。この測定結果としては、ＣＩＥ表色系における色度（色度ｘおよび色度ｙ）や相関色温度などを含む。サンプル２の位置（座標値）としては、位置制御コントローラ４１４の位置情報が用いられる。

さらに、処理装置３００は、測定された面内分布に基づいて、対象のサンプル２の良否を判断することもできる。サンプル２が不良であるとは、例えば、光学的な性能が面内において不均一である（ばらつきが所定のしきい値を超えている）場合や、測定された色度が所定のしきい範囲を超えている場合などが挙げられる。

図１７に示す検査装置４００には、さらに校正機能が実装されている。より具体的には、校正用暗箱４２０内に校正用の標準光源４２２が配置されている。校正時には、受光部１０が校正用暗箱４２０内に配置されるとともに、標準光源用電源４２４により標準光源４２２が点灯される。このときの検出部２００による測定値に対して校正（値付け）が行われる。なお、校正に必要な補正計算は、検出部２００および／または処理装置３００において実行される。

（２：処理手順）
次に、図１７に示す検査装置４００を用いてサンプル２の光学的な性能を測定する手順について説明する。図１８は、図１７に示す検査装置４００を用いてサンプル２の光学的な性能を測定する手順を示すフローチャートである。図１８に示す演算処理については、典型的には、処理装置３００がプログラムを実行することで実現される。

図１８を参照して、まず、検出部２００で検出される分光放射照度についての校正が実行される。より具体的には、ユーザは、受光部１０を校正用暗箱４２０内に配置し、標準光源４２２を点灯させる（ステップＳ２）。処理装置３００は、標準光源４２２に値付けされた基準スペクトルと検出部２００による測定値とを比較して、校正係数を決定する（ステップＳ４）。

続いて、サンプル２に照射される励起光の調光が実行される。すなわち、励起光源６２からの励起光の分光放射照度が測定され、この測定された分光放射照度が予め定められた規定範囲に収まるように励起光源６２の発光強度が調整される。励起光の光量が変化すると、透過蛍光の値が変化するので、同じ品種のサンプルの測定に対しては、励起光の光量を一定にする必要がある。

より具体的には、ユーザは、受光部１０を測定用暗箱４１０内に配置するとともに、励起光の光路上にサンプル２が存在しないようにサンプルステージ４１２を所定位置まで移動させた後、波長選択部６４を制御して波長を設定し、励起光源６２を点灯させる（ステップＳ６）。続いて、処理装置３００は、検出部２００により測定された分光放射照度が規定範囲に収まっているか否か、および、ピーク波長が設定波長から外れていないか否かを判断する（ステップＳ８）。検出部２００により測定された分光放射照度が規定範囲に収まっていない場合、および／または、ピーク波長が設定波長から外れている場合（ステップＳ８においてＮＯの場合）には、処理装置３００は、励起光源６２に対して励起光の強度を調整するための指令を出力する（ステップＳ１０）。そして、ステップＳ８の処理が繰返される。

これに対して、検出部２００により測定された分光放射照度が規定範囲に収まっており、かつ、ピーク波長が設定波長から外れていない場合（ステップＳ８においてＹＥＳの場合）には、サンプル２に対する測定処理が開始される。具体的には、処理装置３００は、サンプルステージ４１２を移動させるための指令を出力し、サンプル２の測定点を励起光の光路と一致させる（ステップＳ１２）。検出部２００は、受光部１０によって受光された、励起光を受けてサンプル２から発生する透過光および蛍光の分光放射照度を測定する（ステップＳ１４）。そして、処理装置３００は、検出部２００による測定結果を、現在のサンプル２（あるいは、サンプルステージ４１２）の位置（座標）に関連付けて格納する（ステップＳ１６）。

なお、サンプル２に対する面内分布の測定中、励起光源６２から励起光を常に照射するようにしてもよいし、サンプル２の位置決めが完了した時点で、スポット的に励起光を照射するようにしてもよい。

続いて、処理装置３００は、サンプル２のすべての測定点について測定が完了したか否かを判断する（ステップＳ１８）。サンプル２の測定点のうち測定が完了していない測定点がある場合（ステップＳ１８においてＮＯの場合）には、処理装置３００は、サンプルステージ４１２を移動させるための指令を出力し、サンプル２の次の測定点を励起光の光路と一致させる（ステップＳ２０）。そして、ステップＳ１４以下の処理が実行される。

これに対して、サンプル２のすべての測定点について測定が完了した場合（ステップＳ１８においてＹＥＳの場合）には、処理装置３００は、格納された測定結果を出力する（ステップＳ２２）。このとき、各種の光学特性を算出する処理や異常の有無を判定する処理などを付加的に行ってもよい。

以上の手順によって、１つのサンプル２に対する測定が完了する。
（３：変形例）
図１７には、代表的に、１つのサンプル２に対する測定を行う場合について示したが、実際の製造ラインでは、多数のサンプル２を効率的に測定する必要がある。このような場合には、例えば、以下に示すような構成を採用できる。

図１９は、本実施の形態に従う測定装置１を含む検査装置４０２の一例を示す模式図である。図１９（ａ）には、検査装置４０２の平面図を示し、図１９（ｂ）には、検査装置４０２の側面図を示す。この検査装置４０２においては、複数のシート状のサンプル２がサンプルホルダに所定規則に従って配置される。図１９（ａ）に示す例では、１つのサンプルホルダ４４０に４つのサンプル２が配置されている例を示す。１つのサンプル２の面内には、複数（図１９では、９個）の測定点が設定されており、各測定点について、光学的な性能が測定される。いずれかの測定点の測定結果に基づいて不良であると判断されると、その測定点を含むサンプル２に対して、（図示しないマーキング装置にて）不良であることを示すマーキングがなされる。

複数のサンプル２が配置されたサンプルホルダ４４０の各々は、カセット４５０に装着されている。カセット４５０は、重力方向に積み重ねることができるように構成されている。このように積み重ねられた複数のカセット４５０がサンプル収納部４９０に収納される。搬送ロボット４６０は、アーム４６２をカセット４５０の各スロットへ順次挿入し、対象のスロットに収められているサンプルホルダ４４０をサンプルステージ４１２へ搬送する。このサンプルホルダ４４０の移動は、サンプルステージ４１２の前段に設けられたエリアセンサ４６４によって検出される。サンプルステージ４１２上に載せられたサンプルホルダ４４０内のサンプル２に対して、上述したような手順に従って、必要な光学的な性能の測定が実行される。

なお、照射部６０および受光部１０は、サンプルステージ４１２の上下方向に配置された支持部材４７０に固定される。

図１９に示すような構成を採用することで、複数のサンプル２に対する測定を連続的に行うことができる。サンプル収納部４９０を複数配置することが好ましい。複数のサンプル収納部４９０を配置することで、一方のサンプル収納部４９０に収納された複数のカセット４５０に対して測定処理が実行されている間に、別のサンプル収納部４９０に対して、新たな複数のカセット４５０の装着、または、測定済の複数のカセット４５０の取出しを行うことができる。

＜Ｅ．応用例２＞
上述の説明では、サンプル２に励起光を照射するための照射部５０と、励起光によってサンプル２で発生する透過光および蛍光を受光するための受光部１０との一対のみが配置される構成を例示したが、これらの照射部５０と受光部１０との対を複数配置してもよい。

図２０は、本実施の形態に従う測定装置１を含む検査装置５００の一例を示す模式図である。図２０に示す検査装置５００では、サンプル２に設定される複数の測定点に対応して、照射部５０と受光部１０との対が複数配置された構成例を示す。すなわち、検査装置５００においては、サンプル２（蛍光体）に対して、受光部１０が所定規則に従って複数配置されており、検出部は、複数の受光部１０によってそれぞれ受光された透過光および蛍光を並列的に測定する。

図２０に示す構成において、検出部としては、多入力分光光度計２２０を用いることができる。この多入力分光光度計２２０は、例えば、並列に配置された複数のラインセンサなどを用いて、複数の蛍光の分光放射照度を並列的に同時測定することができる。このような多入力分光光度計２２０を用いることで、測定に要する時間をより短縮できるとともに、サンプルステージ４１２の構成を簡素化、あるいはサンプルステージ４１２を用いない構成を実現できる。なお、多入力分光光度計２２０に代えて、色度センサを受光部１０に取り付けて、透過蛍光色度を並列的に同時測定するようにしてもよい。

図２０には、照射部５０と受光部１０との対が行列状に配置された構成を示すが、必ずしも行列状に配置される必要はなく、一列分だけを配置するようにしてもよい。さらに、測定点が千鳥状に設定されている場合には、そのような千鳥状に設定された測定点にそれぞれ対応する位置に照射部５０と受光部１０との対を配置すればよい。

＜Ｆ．利点＞
本実施の形態によれば、蛍光体の光学的な性能の測定に際して、積分球を用いる場合のようなサンプルとの接触は必要なく、サンプルから所定距離だけ離れた位置に受光部を配置して測定できるので、面内分布測定をより短時間で行うことができる。また、サンプルとの接触がないので、サンプルを誤って損傷させることを回避できる。

本実施の形態によれば、校正機能を実装することができ、受光部の光拡散部での分光放射照度に対して校正を行うことができる。このような校正機能を実装することで、測定自体を長期的に安定化できる。

本実施の形態によれば、励起光源に対する調光機能を実装することもでき、この調光機能によって励起光の光量を一定に維持できる。このような調光機能を実装することで、測定自体を長期的に安定化できる。

上述の説明においては、主として、発光デバイスや表示デバイスなどに広く応用される蛍光材料を測定対象にする場合について説明した、測定対象の蛍光は、これらの限られるものではない。例えば、Langmuir Blodgett（ＬＢ）膜や機能性分子膜から生じる蛍光や、生物細胞やタンパク質から生じる蛍光などの測定にも応用できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 測定装置、２ サンプル、１０ 受光部、１２ 筺体、１４ 光拡散部、１６ 内面、１８ 窓、２０，６６ 光ファイバー、２２ 接続端、２４ 視野、５０，６０ 照射部、５２ 光源、５４ 集光レンズ、５６ 電源装置、６２ 励起光源、６４ 波長選択部、８０ 半球型積分球、８４，９４ 受光窓、８６ 試料窓、９０ 積分球、９２ 反射板、９６ 入射窓、２００ 検出部、２０２ 回折格子、２０４ 検出素子、２０６ シャッター、２０８ スリット、２２０ 多入力分光光度計、３００ 処理装置、３０２ ＣＰＵ、３０４ ＲＡＭ、３０６ ハードディスク、３０７ 計測プログラム、３０８ 光学ディスクドライブ、３０９ 光学ディスク、３１０ 入力部、３１２ 表示部、３１４ 入出力インターフェイス、３１６ バス、４００，４０２，５００ 検査装置、４１０ 測定用暗箱、４１２ サンプルステージ、４１４ 位置制御コントローラ、４２０ 校正用暗箱、４２２ 標準光源、４２４ 標準光源用電源、４４０ サンプルホルダ、４５０ カセット、４６０ 搬送ロボット、４６２ アーム、４６４ エリアセンサ、４７０ 支持部材、４９０ サンプル収納部。

Claims (6)

1. 蛍光体の光学的な性能を測定するための測定装置であって、
   前記蛍光体に励起光を照射するための光源と、
   前記蛍光体から所定距離だけ離して配置されるとともに、前記励起光のうち前記蛍光体を透過した光、および、前記励起光によって前記蛍光体で発生する蛍光を受光するための受光部と、
   前記受光部によって受光された光を検出するための検出部とを備え、
   前記受光部は、
   前記励起光の照射方向に所定の長さを有する筺体と、
   前記筺体の前記蛍光体の側に配置された光拡散部と、
   前記筺体の前記光拡散部とは反対側に配置され、入射した蛍光を検出部へ導くための窓を含む、測定装置。
2. 前記光拡散部は、前記窓からの視野を包含する範囲に配置される、請求項１に記載の測定装置。
3. 前記光源からの励起光が前記蛍光体に入射する位置を変更する移動機構をさらに備える、請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記蛍光体に対して、前記受光部が所定規則に従って複数配置されており、
   前記検出部は、複数の受光部によってそれぞれ受光された蛍光を並列的に測定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定装置。
5. 前記所定距離は、前記励起光の投光径と前記筺体の受光径との関係、および、前記光拡散部の透過率に応じて定められる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の測定装置。
6. 蛍光体の光学的な性能を測定するための測定方法であって、
   光源から前記蛍光体に励起光を照射するステップと、
   前記蛍光体から所定距離だけ離して配置された受光部で、前記励起光のうち前記蛍光体を透過した光、および、前記励起光によって前記蛍光体で発生する蛍光を受光するステップと、
   前記受光部によって受光された光を検出部で検出するステップとを備え、
   前記受光部は、
   前記励起光の照射方向に所定の長さを有する筺体と、
   前記筺体の前記蛍光体の側に配置された光拡散部と、
   前記筺体の前記光拡散部とは反対側に配置され、入射した蛍光を検出部へ導くための窓を含む、測定方法。

Images