(57)【要約】  高速で半導体発光素子の発光状況を測定し、この測定結果に基づいてその半導体発光素子を検査することが可能な発光状況測定装置を提供することにある。  発光状況測定装置３は、ＬＥＤ１０１が放射する光を受光して発光状況の測定を行う発光状況測定装置３であって、ＬＥＤ１０１の発光中心軸上で、かつ、ＬＥＤ１０１に対向して配置され、ＬＥＤ１０１の発光状況を撮像するＣＣＤ１０５と、ＬＥＤ１０１が発光する光が入射され、光をＣＣＤ１０５へ向けて出射するレンズ部１２３と、を有し、レンズ部１２３は、ＬＥＤ１０１とＣＣＤ１０５との間に配置されるとともに、ＣＣＤ１０５よりもＬＥＤ１０１の近傍位置に配置されている。
2012120613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子が放射する光を受光して発光状況の測定を行う発光状況測定装置であって、
前記半導体発光素子の発光中心軸上で、かつ、前記半導体発光素子に対向して配置され、前記半導体発光素子の発光状況を撮像する撮像手段と、
前記半導体発光素子が発光する光が入射され、前記光を前記撮像手段へ向けて出射するレンズ部と、を有し、
前記レンズ部は、前記半導体発光素子と前記撮像手段との間に配置されるとともに、前記撮像手段よりも前記半導体発光素子の近傍位置に配置されている
発光状況測定装置。
【請求項２】
前記レンズ部の前記半導体発光素子側の焦点よりもわずかに遠方に前記半導体発光素子が位置するような位置にレンズ部を配置し、
撮像手段は、この半導体発光素子の実像が結ばれる位置に配置されている
請求項１に記載の発光状況測定装置。
【請求項３】
前記レンズ部は、その開口数が０．８６以上に形成される
請求項２に記載の発光状況測定装置。
【請求項４】
前記撮像手段において撮像された画像情報を処理する画像処理部と、
前記画像情報を画像として表示する表示部と、を有する
請求項１〜３いずれか１項に記載の発光状況測定装置。
【請求項５】
前記レンズ部は複数のレンズから構成される
請求項１〜４いずれか１項に記載の発光状況測定装置。
【請求項６】
少なくとも前記複数のレンズのうち最も半導体発光素子に近い位置に配置されるレンズは、フレネルレンズによって構成される
請求項５に記載の発光状況測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤなどの半導体発光素子からの光を受光してその発光状況を測定する発光状況測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＬＥＤから放射された光を半透明のスクリーンにあて、その像を撮影装置で撮影した撮影像によりＬＥＤから放射された光の強さの分布を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平５―３９５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、ＬＥＤ自体の発光の状況、及び外観等を検査可能とするような装置ではなかった。【０００５】
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、簡単な構成でＬＥＤチップ自体の発光状況、外観を検査することが可能な発光状況測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の発光状況測定装置は、半導体発光素子が放射する光を受光して発光状況の測定を行う発光状況測定装置であって、前記半導体発光素子の発光中心軸上で、かつ、前記半導体発光素子に対向して配置され、前記半導体発光素子の発光状況を撮像する撮像手段と、前記半導体発光素子が発光する光が入射され、前記光を前記撮像手段へ向けて出射するレンズ部と、を有し、前記レンズ部は、前記半導体発光素子と前記撮像手段との間に配置されるとともに、前記撮像手段よりも前記半導体発光素子の近傍位置に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】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。
【図２】本実施形態によるＬＥＤ発光状況を測定する方法の説明図である。
【図３】本実施形態によるＬＥＤの発光状況を測定する方法を説明する際に参照する比較例である。
【図４】第１の実施形態の半導体発光素子用受光モジュールの説明図である。
【図５】発光状況測定装置の概要の説明図である。
【図６】本実施形態の効果の説明図である。
【図７】本実施形態の効果を説明する際に用いられる比較例である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
図１（ａ）に記載されているように、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）１０１は発光面１０１ａから光を発光する。このＬＥＤ１０１の発光面１０１ａの法線を発光中心軸（ＬＣＡ）という。
なお、ＬＥＤ１０１から放射された光が発光面１０１ａの法線方向を中心としていない場合（例えば、図１（ａ）で斜め方向を中心として光が放射される場合等）には、ＬＥＤ１０１によって放射される光の中心となる方向を発光中心軸という。
図１（ｂ）は、発光中心軸上の発光面１０１ａ側から見たＬＥＤ１０１の外観図である。なお、ＬＥＤ１０１の形状はこのような形状に限定されるものではない。
ここで、ＬＥＤ１０１は発光可能なように設計した全ての部分で光の強度が均一であることが望ましい。
つまり、ＬＥＤ１０１の一部に発光していない部分が無いか、発光しているとしてもその光の強度が一定の範囲内であるか、等の状況の測定をして一定の性能を満足するＬＥＤ１０１のみを分別する必要が生ずる。
なお、ＬＥＤ１０１の、これらの発光の状況を総称して発光状況という。
特に、今後のＬＥＤ１０１は、より、発光状況が一定以上の性能を有するものが求められることが予想される。
そこで、ＬＥＤ１０１の各部分ごとに、発光の有無、発光している場合にはその強度を測定し、これに基づいて分別する必要がある。さらに、ＬＥＤ１０１の外観に何らかの異常が無いか等の検査をする必要も生ずる。
そこで、本実施形態では、ＬＥＤ１０１が放射した光が一定の位置でどのように受光されるかではなく、ＬＥＤ１０１の各部分でどのように発光しているかを直接測定して発光状況を測定する。
そのための具体的な方法を以下説明する。
【００１０】
図２は、本実施形態によるＬＥＤ１０１の発光状況を測定する方法の説明図である。
図３は、本実施形態によるＬＥＤ１０１の発光状況を測定する方法を説明する際に参照する比較例である。
【００１１】
図２のように、ワーク１０２上に配置されている測定対象であるＬＥＤ１０１を配置し、このＬＥＤ１０１の電極にプローブ針１０９の先端を接触させて電圧を印加する。
それによって発光したＬＥＤ１０１の光をレンズ部１２３によって、屈折させてＣＣＤ１０５にＬＥＤ１０１の像（実像）が結ばれる。
その際に、レンズ部１２３はＣＣＤ１０５よりもＬＥＤ１０１側の近傍位置に配置される。より限定的にいうと、レンズ部１２３のＬＥＤ１０１側の焦点位置Ｄ２よりもわずかに遠方にＬＥＤ１０１が位置するような位置にレンズ部１２３を配置する。
このわずかに遠方とは、レンズ部１２３の第１主点位置（物体側主点）及び第２主点位置（像側主点）がともにレンズ部中心位置Ｃ１のとき、レンズ部１２３中心Ｃ１と焦点位置Ｄ２までの距離（焦点距離、（有効焦点距離））から、レンズ部１２３中心位置Ｃ１と焦点位置Ｄ２までの距離の２倍の距離の間の距離をいう。
換言すると、レンズ部１２３の第１主点位置（物体側主点）及び第２主点位置（像側主点）がともにレンズ部中心位置Ｃ１のときには、焦点距離の１倍から２倍の間の距離の位置に、ＬＥＤ１０１が配置される。
この範囲であれば、ＣＣＤ１０５に結ばれる実像は実際のＬＥＤ１０１よりも大きくなるからである。
また、ＣＣＤ１０５は、このＬＥＤ１０１の像（実像）が結ばれる位置に配置されている。
なお、ＬＥＤ１０１の発光中心軸上に、レンズ部１２３のＬＥＤ１０１側の焦点Ｄ２、レンズ部１２３の中心Ｃ１、レンズ部１２３のＣＣＤ１０５側の焦点Ｄ１、ＣＣＤ１０１の中心が配置される。
また、ＣＣＤ１０５の受光面は発光中心軸と垂直になるように配置される。
【００１２】
以上のような位置関係を有するように、ＬＥＤ１０１、レンズ部１２３及びＣＣＤ１０５を配置すると、図２からわかるようにＣＣＤ１０５には実際のＬＥＤ１０１よりも大きな実像が結ばれる。
したがって、ＣＣＤ１０５によって、高い分解能でＬＥＤ１０１の状況が撮像することができる。つまり、ＬＥＤ１０１の表面を写真で撮影したのと同じ状況になる。
また、ＣＣＤ１０５のピントが完全にＬＥＤ１０１に合っている状態なので、ＬＥＤ１０１の発光状況をＣＣＤ１０５によって測定することができる。
具体的には、ＬＥＤ１０１のどの部分が発光していないか判別可能である。
さらに、光学フィルタ等を用いれば発光している部分であってもその光の波長及び強度を部分ごとに検出することができる。そして、場合には本実施形態の光の強度等による分別のならず波長による分別も可能となる。
【００１３】
しかも、図２から分かるようにこの方法では、θ１までの角度の光をレンズ部１２３で集光してＣＣＤ１０５に導光することができる。つまり、広範囲の光をＣＣＤ１０５に集光させることができ、短時間での測定が可能となる。
また、ＬＥＤ１０１のある部分の光の放射方向が発光中心軸とは異なる方向を向いている光をもＣＣＤ１０５に導光可能となる。
【００１４】
さらに、フォーカスしているＬＥＤ１０１とレンズ部１２３の距離が近いため、被写界深度が浅い状態となる。
なお、被写界深度が浅いと、フォーカスポイントの範囲が狭くなり、それを外れた距離の被写体はピントが合わずに撮影されることになる
本実施形態の場合には、プローブ針１０９の位置は相対的にフォーカスポイントから遠い状態となり、ＣＣＤ１０５に撮像される映像にはプローブ針１０９は全くピントが合っていない状態で撮像される。
場合によっては、全く映らない状態にもなる。
したがって、この方法では、実質的にＬＥＤ１０１のみを撮像することが可能となる。
また、プローブ針１０９に隠れた部分の発光状況をも測定することが可能となる。なお、このプローブ針１０９に隠れた部分の光は、プローブ針１０９によって遮られない光路を通った光によって測定されている。
【００１５】
それに対して、図３に示された比較例の方法（ＣＣＤ１０５側にレンズ部１２３を配置する方法）では、ＣＣＤ１０５に実像が結ばれるとしても、その大きさは実際のＬＥＤ１０１よりも図３のように小さなものになってしまう。その結果、この方法では高い分解能でＬＥＤ１０１を撮像することができない。
また、図３に示された比較例の方法では、ＣＣＤ１０５によって導光される光の範囲はθ２の範囲だけである。その結果、ＣＣＤ１０５へ入射する光の光量が少なくなり、その分高速での撮像が困難になる。さらに、ＬＥＤ１０１のある部分の光の放射方向が発光中心軸とは異なる方向を向いている光の大部分を導光することはできなくなってしまう。
さらに、図３に示された比較例の方法では、フォーカスしているＬＥＤ１０１とレンズ部１２３の距離が遠いため、被写界深度が深い状態となっている。
つまり、プローブ針１０９も被写界深度の範囲内に入ってしまい、不要なプローブまで撮像してしまう。
そして、プローブ針１０９をも撮像してしまう結果、プローブ針１０９に隠れた部分の発光状況を測定することができない。
なお、図３において、Ｃ２はレンズ部１２３の中心であり、Ｄ３はレンズ部１２３のＣＣＤ１０５側の焦点であり、Ｄ４はレンズ部１２３のＬＥＤ１０１側の焦点である。
【００１６】
ところで上述したように、ＣＣＤ１０５が撮像する画像は拡大率が高いほど高い分解能でＬＥＤ１０１の発光状況を測定できる。また、レンズ部１２３がＬＥＤ１０１に近いほどＣＣＤ１０５に導光できる光の範囲を大きくすることができる。
さらに、レンズ部１２３がＬＥＤ１０１に近いほどプローブ針１０９の被写界深度を浅く設定することができる。
焦点距離が短いレンズ部１２３を用いると、これらを同時に実現することができる。
なぜなら、焦点距離が短いと拡大率を上げることできるからである。
また、焦点距離が短いと、レンズ部１２３の焦点よりもわずかに遠距離に配置するＬＥＤ１０１の位置もよりレンズ部１２３に近接できるからである。
さらに、ＬＥＤ１０１の位置もよりレンズ部１２３に近接させることができると、よりフォーカスポイントの位置とプローブ針１０９との距離差の影響を大きくすることができ、プローブ針の被写界深度を浅くして、プローブ針１０９の位置が被写界深度から相対的に大きく外れさせることができる。そして、その結果、プローブ針１０９をほとんど撮像しないようにすることが可能となる。
そこで、以下に、焦点距離を大きくすることが可能な実際の装置（半導体発光素子用受光モジュール１）の構造を説明する。
【００１７】
図４は、第１の実施形態の半導体発光素子用受光モジュール１の説明図である。
【００１８】
図４（ａ）のように、半導体発光素子用受光モジュール１は、本実施形態では、ワーク１０２（試料設置台）、ＣＣＤ１０５、ホルダ１０７、信号線１１１、画像処理部１１３、通信線１１５、スペーサ１１７、レンズ部１２３を有している。
もっとも、この全てが半導体発光素子用受光モジュール１の必須の構成ではなく、少なくとも、ＣＣＤ１０５、レンズ部１２３を有していれば足りる。
なお、図５の発光状況測定装置３は、半導体発光素子用受光モジュール１に加え、ＬＥＤ１０１の電気特性を検査するためのプローブ針１０９及び電気特性計測部１１９及びテスタ１５１を有している。
ＬＥＤ１０１は水平に設置されているワーク１０２上に配置されている。
このワーク１０２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、ＣＣＤ１０５が配置されている。
ＬＥＤ１０１、ワーク１０２及びＣＣＤ１０５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、光量の測定及び電気特性測定時にはＬＥＤ１０１に接触して、電圧をＬＥＤ１０１に印加する。
ワーク１０２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ワーク１０２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。
プローブ針１０９は、電気特性計測部１１９と接続されている。
プローブ針１０９は、ＬＥＤ１０１の発光面１０１ａとほぼ平行に、ＬＥＤ１０１の発光面１０１ａの法線と直角方向に放射状に延在している。
【００１９】
ホルダ１０７は、遮蔽部１０７ａ、円筒形状の側面部１０７ｂを有している。
さらに、ホルダ１０７は、遮蔽部１０７ａ、円筒形状の側面部１０７ｂとの間に、円筒形状の円筒部１０７ｄ及び延在部１０７ｅを有している。
側面部１０７ｂは円筒形状を有し、θ＝０°の方向（ＬＥＤ１０１の発光面１０１ａ法線方向）に延在した形状を有している。
円筒部１０７ｄは、底面（円形状）の直径の１．５倍程度の長さを有する円筒の形状を有している。そして、円筒部１０７ｄの中空空間を形成する内周面は、延在部１０７ｅがなす円柱状の中空空間を形成する内周面と一致するように形成されている。
円筒部１０７ｄの内周面及び延在部１０７ｅの内周面の直径、円筒部１０７ｄの外周面、側面部１０７ｂの内周面、側面部１０７ｂの外周面及び延在部１０７ｅの外周面の順に、直径が大きく形成されている。
遮蔽部１０７ａ、円筒部１０７ｄ、延在部１０７ｅ及び側面部１０７ｂの中心軸はθ＝０°の方向を有しており、ＬＥＤ１０１の発光面１０１ａの法線と同一である。
側面部１０７ｂの内周面が形成する中空空間に、ＣＣＤ１０５が配置されている。
遮蔽部１０７ａの中心部には、円錐台形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ＣＣＤ１０５が受光可能となっている。
遮蔽部１０７ａの外周面は、ＬＥＤ１０１に向かって傾斜する外周傾斜面１０７ｉから形成されている。遮蔽部１０７ａの内周面によって形成される中空空間は、傾斜面１０７ｆ、平行面１０７ｇ及び直角面１０７ｈから形成されている。
ＬＥＤ１０１側から、傾斜面１０７ｆ、平行面１０７ｇ及び直角面１０７ｈの順に形成されている。
傾斜面１０７ｆは、ＬＥＤ１０１側に向かって直径が大になるように形成されており、これによって上記した円錐台形の中空部をなす円形開口部１０７ｃを形成する。
平行面１０７ｇは、上記した発光中心軸からの放射方向に向かって延在する平面を有しており、より具体的には、上記した円錐台形の中空部をなす円形開口部１０７ｃの上面の外周位置（開口面端部１０７ｊ）から底面の外周位置に相当する経方向の位置に向かって水平に延びる平面を有している。また、平行面１０７ｇの法線方向は発光中心軸と同一の方向を有している。
直角面１０７ｈは、発光中心軸を中心とした円柱形状の中空区間を形成する。
また、この傾斜面１０７ｆのＣＣＤ１０５側の端部である開口面端部１０７ｊは、θ＝６０°以上となる位置に形成される。
【００２０】
レンズ部１２３は、ＬＥＤ１０１から放射された光を屈折させてＣＣＤ１０５に導く機能を有している。
レンズ部１２３は、ＬＥＤ１０１側から順に、第１のフレネルレンズ１２５ａ（第１のレンズ１２５）、第２のフレネルレンズ１２７ａ（第２のレンズ１２７）及び第３のフレネルレンズ１２９ａ（第３のレンズ１２９）から形成される。
このように複数のレンズを用いることで、全体としてみれば焦点距離が短いレンズ部１２３とすることが可能となる。
以下、レンズ部１２３について、より詳細に説明する。
【００２１】
レンズ部１２３はＣＣＤ１０５よりもＬＥＤ１０１側の近傍位置に配置される。より限定的にいうと、レンズ部１２３のＬＥＤ１０１側の焦点位置Ｄ２よりもわずかに遠方にＬＥＤ１０１が位置するような位置にレンズ部１２３を配置する。
このわずかに遠方とは、レンズ部１２３の第１主点位置（物体側主点）及び第２主点位置（像側主点）がともにレンズ部中心位置Ｃ１のとき、レンズ部１２３中心Ｃ１と焦点位置Ｄ２までの距離（焦点距離、（有効焦点距離））から、レンズ部１２３中心位置Ｃ１と焦点位置Ｄ２までの距離の２倍の距離の間の距離をいう。
換言すると、レンズ部１２３の第１主点位置（物体側主点）及び第２主点位置（像側主点）がともにレンズ部中心位置Ｃ１のときには、焦点距離の１倍から２倍の間の距離の位置に、ＬＥＤ１０１が配置される。
この範囲であれば、ＣＣＤ１０５に結ばれる実像は実際のＬＥＤ１０１よりも大きくなるからである。
また、ＣＣＤ１０５は、このＬＥＤ１０１の像（実像）が結ばれる位置に配置されている。
さらに、第１のフレネルレンズ１２５ａ、第２のフレネルレンズ１２７ａ及び第３のフレネルレンズ１２９ａから形成されるレンズ部１２３の開口数ＮＡは０．８６以上を有していると好適である。
なぜ、開口数ＮＡが０．８６以上であると好適であるか以下説明する。
まず、開口数ＮＡは、
ＮＡ＝ｎｓｉｎθ  で表される（図４（ｂ）も参照のこと）。
ｎはレンズ入射前光を通過させている物質の屈折率である。
本実施形態では、ＬＥＤ１０１から放射された光は、空気内を通過するのでｎ＝１．０００３程度であるから、ＮＡ＝ｓｉｎθと考えて良い。
ここで、通常のＬＥＤ１０１はθが６０°までの範囲に光を照射可能であればよい場合が大多数である。
また、θが６０°以上の範囲は通常光の強度が弱く、そのθが６０°以上の範囲については使用しないことが通常である。
したがって、θが６０°の範囲までの光をＣＣＤ１０１で受光してその光の状況を測定できれば足りる。
そのため、上記ＮＡを求める式のθに６０°を代入すると、開口数ＮＡは０．８６以上を有すれば良いことになる。
また、開口数ＮＡが大きいということは、屈折率か高いことを意味し、屈折率が高いということは焦点距離も短いということである。
【００２２】
もっとも、１個のレンズ部１２３で開口数ＮＡを０．８６以上とすることは困難なので、本実施形態では、レンズ部１２３は、第１のフレネルレンズ１２５ａ、第２のフレネルレンズ１２７ａ及び第３のフレネルレンズ１２９ａから形成されている。
つまり、第１のフレネルレンズ１２５ａ、第２のフレネルレンズ１２７ａ及び第３のフレネルレンズ１２９ａを組み合わせて１つのレンズ部１２３としてみなしたことで、開口数ＮＡが０．８６以上となるように形成されている。
【００２３】
ここで、レンズ部１２３を第１のフレネルレンズ１２５ａ、第２のフレネルレンズ１２７ａ及び第３のフレネルレンズ１２９ａで形成した理由は以下の理由による。
第１の理由は、フレネルレンズは薄く形成することができることから、第１のフレネルレンズ１２５ａをＬＥＤ１０１に近接させることが可能となるからである。
つまり、例えば通常の凸レンズであれば、発光中心軸部分が大きく膨らんだ構造となってしまうことから、レンズ部１２３をＬＥＤ１０１に近接させることが困難となるが、フレネルレンズとしたことから第１のフレネルレンズ１２５ａをＬＥＤ１０１に近接させることが可能となる。
第２の理由は、レンズ部１２３は、第１のフレネルレンズ１２５ａ、第２のフレネルレンズ１２７ａ及び第３のフレネルレンズ１２９ａの３つのレンズ部材から構成されているが、これらを発光中心軸部分が膨らんだ凸レンズ等を使用してしまうと、一つ一つが大きく空間を占有してしまい、レンズ部１２３の厚みが大きくなってしまうからである。
第３の理由は、凸レンズで形成すると、レンズ部１２３第１のレンズ中心１２５ｃと第２のレンズ中心１２７ｃとの距離、及び、第２のレンズ中心１２７ｃと第３のフレネルレンズ中心１２９ｃとの距離を大きく取らなければならないからである。
つまり、このようにレンズを配置する距離が大きくなると、第１のレンズ１２５を通過した後の光はフレネルレンズを使用した場合に比べて長い距離直進することになる、同様に、第２のレンズ１２７を通過した後の光は長い距離直進することになる。そうすると、光は大きく広がって進むことになり、この広がった光をＣＣＤ１０５の受光領域内に収める様に屈折させる為の第２のレンズ１２７および第３のレンズ１２９は大きな直径のレンズが必要となってしまう。
さらに、大きな直径の凸レンズは、発光中心軸の厚さがさらに厚くなってしまうという悪循環となってしまうからである。
以上より、複数枚のレンズを使用してレンズ部１２３を形成する場合には、フレネルレンズを用いることがより好適である。
【００２４】
フレネルレンズの材質はシリコンを主成分とすることが好適である。
このように構成すると、半導体発光素子用受光モジュール１が測定可能な波長の範囲を３００ｎｍ〜１５００ｎｍと広範囲とすることが可能となる。
つまり、フレネルレンズの材質はシリコンを主成分としたことによって、レンズ部１２３を高温にも耐えられるようにすることが可能となる。そして、高温に耐えられることから、ＬＥＤ１０１が放射する光の波長が３００ｎｍ〜１５００ｎｍであっても使用可能となる。
また、アクリル等のプラスチック材料であると光によって劣化のおそれがあるが、シリコンを主成分としたことから、光による劣化が極めて小さくすることが可能となる。
さらに、シリコンが主成分であることによって、アクリル等のプラスチック材料よりも高い屈折率を実現することが可能となる。
【００２５】
なお、以上の実施形態ではレンズ部１２３を構成するレンズの数は３個であったが、これ以上であってもよい。また、１つのレンズによって焦点距離を短くできるのであれば１つのレンズであってよい。
【００２６】
第１のフレネルレンズ１２５ａは、平行面１０７ｇ及び直角面１０７ｈが形成する中空空間に嵌合される。
また、第２のフレネルレンズ１２７ａ及び第３のフレネルレンズ１２９ａの順に、円筒部１０７ｄの内周面に所定の光学距離だけ離間した位置で発光中心軸に沿って嵌合される。
【００２７】
遮蔽部１０７ａの外周傾斜面１０７ｉの外部には、電気特性計測部１１９の機能をも有するニードル保持機構が配置されている。
このニードル保持機構は、プローブ針１０９を保持する位置決めユニット１５９としての機能を有している。また、このニードル保持機構は、後述するＥＳＤユニット１５５及びＨＶユニット１５３に電気的に接続されており、これらによって電気特性を計測する。
また、プローブ針１０９が移動してＬＥＤ１０１と接触する場合には、ニードル保持機構はプローブ針１０９を移動する機能及び位置決めする機能をも有している。
このように、外周傾斜面１０７ｉの外部にニードル保持機構を配置したことによって、ニードル保持機構が邪魔になって第１のフレネルレンズ１２５ａをＬＥＤ１０１に近接させることが困難となることがない。
つまり、このような構成によって、第１のフレネルレンズ１２５ａをＬＥＤ１０１に近接させることが可能となる。
【００２８】
ＣＣＤ１０５の各受光素子は、ＬＥＤ１０１から放射された光を受光する。
そして、その受光素子は受光した光の強度（情報）の電気信号をアナログ信号として、信号線１１１を介して画像処理部１１３に出力する。
このＣＣＤ１０５が出力する光の情報は、Ｘ方向(横方向)及びＹ方向（縦方向）の位置が特定された情報であることから、面としての受光情報（画像情報）ということができる。
また、ＣＣＤ１０５はレンズ部１２３によりＬＥＤ１０１にフォーカスしていることから、ＣＣＤ１０５はＬＥＤ１０１の発光状況の情報（発光情報）を測定している。
画像処理部１１３は、このアナログ値をアナログ値からデジタル値にＡ／Ｄ変換する。
さらに、画像処理部１１３は必要に応じて画像処理を行う。
そして、デジタル値に変換された光量情報は、通信線を介してテスタ１５１に出力される（図５も参照のこと）。
画像処理部１１３はスペーサ１１７を介してホルダ１０７と物理的に接続している。
【００２９】
図５は、発光状況測定装置３の概要の説明図である。
【００３０】
発光状況測定装置３は、半導体発光素子用受光モジュール１、電気特性計測部１１９、テスタ１５１及び表示部１５２を有している。
半導体発光素子用受光モジュール１は、本実施形態では、ワーク１０２（試料設置台）、ＣＣＤ１０５、ホルダ１０７、信号線１１１、画像処理部１１３、通信線１１５、スペーサ１１７及びレンズ１２３を有している。
もっとも、この全てが半導体発光素子用受光モジュール１の必須の構成ではなく、少なくとも、ＣＣＤ１０５及びレンズ１２３を有していれば足りる。
電気特性計測部１１９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。
【００３１】
ＣＣＤ１０５の各受光素子は、ＬＥＤ１０１から放射された光を受光する。
そして、その受光素子は受光した光の強度（情報）の電気信号をアナログ信号として、信号線１１１を介して画像処理部１１３に出力する。
このＣＣＤ１０５が出力する光の情報は、Ｘ方向(横方向)及びＹ方向（縦方向）の位置が特定された情報であることから、面としての受光情報（画像情報）ということができる。
つまり、ＣＣＤ１０５が出力する情報は面としての受光情報であるから画像情報ということもできる。そのため、ＣＣＤ１０５は受光手段であるということができ、さらに特定的に表現すれば撮像手段であるということができる。
また、ＣＣＤ１０５はレンズ部１２３によりＬＥＤ１０１にフォーカスしていることから、ＣＣＤ１０５はＬＥＤ１０１の発光状況の情報（発光情報）を測定している。
画像処理部１１３は、このアナログ値をアナログ値からデジタル値にＡ／Ｄ変換する。さらに、画像処理部１１３は必要に応じて画像処理を行う。
そして、デジタル値に変換された光量情報は、通信線を介してテスタ１５１に出力される。
【００３２】
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、ワーク１０２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が載置されるワーク１０２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。
【００３３】
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ＣＣＤ１０５が測定を行う。
ＨＶユニット１５３が検出した各種特性情報はテスタ１５１に出力される。
【００３４】
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テスタ１５１に出力される。
【００３５】
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。
【００３６】
テスタ１５１は、画像処理部１１３が出力する画像情報、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、テスタ１５１は、この入力からＬＥＤ１０１の特性を分析・分別を行う。つまり、テスタ１５１はこの発光状況測定装置３の制御部としての機能を有している。
特に、本実施形態においては、テスタ１５１は、画像情報から必要に応じて画像処理等を行い、発光状況を検出（検査、測定）する。
さらに、テスタ１５１はこの発行状況に応じてＬＥＤ１０１を分析・分別する。
例えば、テスタ１５１は、一定の性能を有しないＬＥＤ１０１は破棄するべき旨の分別を行う。さらに、光の強度（光量）毎に分別を行う。
なお、物理的な分別は、発光状況測定装置３による検査の後の工程で行われる。
【００３７】
また、テスタ１５１は、発光状況を表示部（ディスプレイ等）に表示する。この表示に基づいてユーザが黙して確認等してもよい。
この場合には、ユーザによってさらに必要な検査・分別が可能となるという利点がある。
【００３８】
図６は本実施形態の効果の説明図である。図７は、本実施形態の効果を説明する際に用いられる比較例である。
【００３９】
図６では、プローブ針１０９ではなく、リード線１０１ｃによってＬＥＤ１０１に電力を供給して発光させている。なお、プローブ針１０９の場合であってもほぼ同様の結果となる。
図６（ａ）では、ＬＥＤ１０１の端子１０１ｂにリード線１０１ｃによって電力を供給することによってＬＥＤ１０１が発光している。また、レンズ部１２３はＬＥＤ１０１の近傍に位置している。それに対して、比較例では、図７（ａ）のように、レンズ部１２３はＣＣＤ１０５の近傍に位置している。
図６（ａ）の本実施形態の発光状況測定装置３を用いると図６（ｂ）のような画像情報が取得できる。それに対して、図７（ａ）の比較例の方法では、図７（ｂ）のような画像情報しか取得できない。なお、図７（ａ）の方法では、図６（ｂ）のような拡大した画像は取得できない（図３参照のこと）が、比較するために１０倍以上拡大して図７（ｂ）の画像としている。
この図６（ｂ）と図７（ｂ）とを比較すると容易に理解可能であるが、図６の方がより高分解能の画像と言うことができる。
また、本実施形態の発光状況測定装置３では、リード線１０１ｃが無い画像を得ることができたことも分かる。
【００４０】
＜第２の実施形態＞
本発明の方法は、発光しない半導体デバイスにも適用可能である。それらのデバイスであってもその外観等を測定する必要がある場合もあり、その場合には同様に測定可能であるからである。
【００４１】
＜実施形態の効果＞
本実施形態の発光状況測定装置３は、ＬＥＤ１０１が放射する光を受光して発光状況の測定を行う発光状況測定装置３である。
また、発光状況測定装置３は、ＬＥＤ１０１の発光中心軸上で、かつ、ＬＥＤ１０１に対向して配置され、ＬＥＤ１０１の発光状況を撮像するＣＣＤ１０５と、を有する。
そして、ＬＥＤ１０１が発光する光が入射され、光をＣＣＤ１０５へ向けて出射するレンズ部１２３と、を有する。
加えて、レンズ部１２３は、ＬＥＤ１０１とＣＣＤ１０５との間に配置されるとともに、ＣＣＤ１０５よりもＬＥＤ１０１の近傍位置に配置されている。
このような構成を有することから、簡単な構成でＬＥＤ１０１自体の発光状況、外観を検査することが可能な発光状況測定装置３を得ることができる。
【００４２】
レンズ部１２３のＬＥＤ１０１側の焦点よりもわずかに遠方にＬＥＤ１０１が位置するような位置にレンズ部１２３を配置し、ＣＣＤ１０５は、このＬＥＤ１０１の実像が結ばれる位置に配置されている。
このような構成を有することから、ＣＣＤ１０５によって、高い分解能でＬＥＤ１０１の状況が撮像することができる。また、ＣＣＤ１０５のピントが完全にＬＥＤ１０１に合っている状態なので、ＬＥＤ１０１の発光状況をＣＣＤ１０５によって測定することができる。具体的には、ＬＥＤ１０１のどの部分が発光していないか判別可能である。さらに、光学フィルタ等を用いれば発光している部分であってもその光の強度及び波長を部分ごとに検出することができる。
また、広範囲の光をＣＣＤ１０５に集光させることができ、短時間での測定が可能となる。さらにまた、ＬＥＤ１０１のある部分の光の放射方向が発光中心軸とは異なる方向を向いている光をもＣＣＤ１０５に導光可能となる。
加えて、実質的にＬＥＤ１０１のみを撮像することが可能となる。また、プローブ針１０９に隠れた部分の発光状況をも測定することが可能となる。なお、このプローブ針１０９に隠れた部分の光は、プローブ針１０９によって遮られない光路を通った光によって測定されている。
【００４３】
レンズ部１２３は、その開口数が０．８６以上に形成される。
このような構成を有することから、より拡大されたことによって分解能が高く、θの角度が広範囲の光をＣＣＤ１０５に受光させることができ、ＬＥＤ１０１以外を排除した画像情報を得ることができる。
【００４４】
ＣＣＤ１０５において撮像された画像情報を処理する画像処理部１１３と、画像情報を画像として表示する表示部１５２と、を有する。
このような構成を有することから、ユーザによってさらに必要な検査・分別が可能となるという利点がある。
【００４５】
レンズ部１２３は複数のレンズから構成される。
このような構成によって高いＮＡ値を容易に得ることが可能となる。
【００４６】
少なくとも複数のレンズのうち最もＬＥＤ１０１に近い位置に配置されるレンズは、フレネルレンズによって構成される。
このような構成を有することによって、第１のフレネルレンズ１２５ａをＬＥＤ１０１に近接させることが可能となる。
【００４７】
また、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、様々な変化した構造、構成を行っていても良い。
【００４８】
＜定義等＞
本発明において発光状況とは、部分ごとの発光の有無、その部分において発光している光の強度、その部分において発光している光の波長等の光に含まれる全ての情報をいう。
また、実施形態のＣＣＤ１０５は、本発明における撮像手段の一例である。つまり、撮像手段とは面としての受光情報を取得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。
さらに、レンズ部１２３は、本発明のレンズ部の一例である。つまり、レンズ部１２３は、光を屈折し像を拡大可能なものであればどのようなものであっても良い。複数のレンズから構成されていても良い。また、凸レンズのみから構成される必要もない。
本発明において発光中心軸は、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。
【符号の説明】
【００４９】
１  半導体発光素子用受光モジュール
３  発光状況測定装置
１０１  ＬＥＤ（半導体発光素子）
１０５  ＣＣＤ（撮像手段）
１１３  画像処理部
１２３  レンズ部
１２５ａ  第１のフレネルレンズ
１５１  テスタ
１５２  表示部
【図１】
2012120613.tif 000003
【図２】
2012120613.tif 000004
【図３】
2012120613.tif 000005
【図５】
2012120613.tif 000006
【図４】
2012120613.tif 000007
【図６】
2012120613.tif 000008
【図７】
2012120613.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月7日(2011.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤが放射する光を受光して発光状況の測定を行う発光状況測定装置であって、
前記ＬＥＤの発光中心軸上で、かつ、前記ＬＥＤに対向して配置され、前記ＬＥＤの発光状況を撮像する撮像手段と、
前記ＬＥＤが発光する光が入射され、前記光を前記撮像手段へ向けて出射するレンズ部と、を有し、
前記レンズ部は、前記ＬＥＤと前記撮像手段との間に配置されるとともに、前記撮像手段よりも前記ＬＥＤの近傍位置に配置され、
前記レンズ部は、複数のレンズから構成され、少なくとも前記複数のレンズのうち最もＬＥＤに近い位置に配置されるレンズは、フレネルレンズによって構成される発光状況測定装置。
【請求項２】
前記レンズ部の前記ＬＥＤ側の焦点の距離の１倍から２倍の間の距離の位置に前記ＬＥＤが位置するような位置にレンズ部を配置し、
前記レンズ部は、その開口数が０．８６以上に形成され、
撮像手段は、このＬＥＤの実像が結ばれる位置に配置されている
請求項１に記載の発光状況測定装置。
【請求項３】
前記撮像手段において撮像された画像情報を処理する画像処理部と、
前記画像情報を画像として表示する表示部と、を有する
請求項１〜２のいずれか１項に記載の発光状況測定装置。
【請求項４】
前記発光状況測定装置の外部には、前記ＬＥＤの表面に物理的に接触して前記ＬＥＤを発光させるための電圧を印加するプローブ針を備えたニードル保持機構を備える
請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光状況測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の発光状況測定装置は、ＬＥＤが放射する光を受光して発光状況の測定を行う発光状況測定装置であって、前記ＬＥＤの発光中心軸上で、かつ、前記ＬＥＤに対向して配置され、前記ＬＥＤの発光状況を撮像する撮像手段と、前記ＬＥＤが発光する光が入射され、前記光を前記撮像手段へ向けて出射するレンズ部と、を有し、前記レンズ部は、前記ＬＥＤと前記撮像手段との間に配置されるとともに、前記撮像手段よりも前記ＬＥＤの近傍位置に配置され、前記レンズ部は、複数のレンズから構成され、少なくとも前記複数のレンズのうち最もＬＥＤに近い位置に配置されるレンズは、フレネルレンズによって構成される。
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月7日(2012.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤが放射する光を受光して発光状況を直接測定する発光状況測定装置であって、
前記ＬＥＤの発光中心軸上で、かつ、前記ＬＥＤに対向して配置され、前記ＬＥＤの発光状況を撮像する撮像手段と、
前記ＬＥＤが発光する光が入射され、前記光を前記撮像手段へ向けて出射するレンズ部と、を有し、
前記レンズ部は、前記ＬＥＤと前記撮像手段との間に配置されるとともに、前記撮像手段よりも前記ＬＥＤの近傍位置に配置され、
前記レンズ部は、複数のレンズから構成され、少なくとも前記複数のレンズのうち最もＬＥＤに近い位置に配置されるレンズは、フレネルレンズによって構成される発光状況測定装置。
【請求項２】
前記レンズ部の前記ＬＥＤ側の焦点の距離の１倍よりもわずかに大の位置から２倍の位置の距離に前記ＬＥＤが位置するような位置にレンズ部を配置し、撮像手段は、このＬＥＤの実像が結ばれる位置に配置されている
請求項１に記載の発光状況測定装置。
【請求項３】
前記レンズ部は、その開口数が０．８６以上に形成されている
請求項２に記載の発光状況測定装置。
【請求項４】
前記撮像手段において撮像された画像情報を処理する画像処理部と、
前記画像情報を画像として表示する表示部と、を有する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光状況測定装置。
【請求項５】
前記発光状況測定装置の外部には、前記ＬＥＤの表面に物理的に接触して前記ＬＥＤを発光させるための電圧を印加するプローブ針を備えたニードル保持機構を備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光状況測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の発光状況測定装置は、ＬＥＤが放射する光を受光して発光状況を直接測定する発光状況測定装置であって、前記ＬＥＤの発光中心軸上で、かつ、前記ＬＥＤに対向して配置され、前記ＬＥＤの発光状況を撮像する撮像手段と、前記ＬＥＤが発光する光が入射され、前記光を前記撮像手段へ向けて出射するレンズ部と、を有し、前記レンズ部は、前記ＬＥＤと前記撮像手段との間に配置されるとともに、前記撮像手段よりも前記ＬＥＤの近傍位置に配置され、前記レンズ部は、複数のレンズから構成され、少なくとも前記複数のレンズのうち最もＬＥＤに近い位置に配置されるレンズは、フレネルレンズによって構成される。
【国際調査報告】
2012120613.tif 000010
2012120613.tif 000011
2012120613.tif 000012
2012120613.tif 000013