紫外から近赤外まで、LEDのスペクトル、放射照度、光束を校正済みの測定器で測定します。
LED測定技術：放射照度・スペクトル・光束の測定
LED測定器は、測定タスクに応じてLEDの放射照度、スペクトル、放射束または光束を測定します。再現性のある結果を得るには、測定量、分光範囲、測定ジオメトリ、校正をアプリケーションに合わせる必要があります。
Opsytecは、UV・可視・近赤外LED向けに校正済みのLED測定技術を提供しています。SR900分光放射計、RMD ProおよびRMD Touch放射計と校正済みの放射計センサ、そしてカスタム仕様の積分球です。これらにより、単体のLEDからLEDモジュール、LEDシステムまで特性評価が可能です。
LEDではどの物理量が重要ですか？
必要な物理量はアプリケーションによって異なります。次の表に、各物理量に適した測定器と代表的なアプリケーションを示します。
| 物理量 | 単位 | 測定器 | 代表的なアプリケーション |
|---|---|---|---|
| 分光放射照度 | W/(m²·nm) | SR900（コサインディフューザまたは放射測定ヘッド付き） | LEDの特性評価、光生物学的評価 |
| 放射照度 | W/m²、mW/cm² | RMD ProまたはRMD Touchとセンサ；SR900 | UV硬化、UV接着、消毒 |
| UV積算光量 | J/m²、mJ/cm² | RMD ProまたはRMD Touchとセンサ | プロセス監視、露光 |
| 照度 | lx | RMD ProまたはRMD TouchとLUXセンサ；SR900 | 照明、試験ステーション |
| 放射束（放射パワー） | W | SR900と積分球 | UV・近赤外LED、効率 |
| 分光放射束 | W/nm | SR900と積分球 | 開発、ビニング |
| 光束 | lm | SR900と積分球 | 可視LEDおよびLEDモジュール |
| ピーク波長、主波長、半値全幅 | nm | SR900 | 品質検査・受入検査 |
| 色度、相関色温度 | x, y; K | SR900 | 照明技術、色の均一性 |
| 重み付け量（例：紅斑作用量、PPFD） | W/m²、µmol/(m²·s) | SR900とSRproの作用スペクトル | 植物照明、UV曝露 |
単純なプロセス管理であれば、校正済みの放射計で十分な場合が多くあります。完全な分光特性評価には分光放射計が必要です。どのような場合にどちらの方法が適しているかは、記事分光放射計か広帯域放射計かで比較しています。
LEDスペクトルの測定
LEDの発光スペクトルは、放射される光の分光分布を表します。分光放射計はそこからピーク波長、スペクトル帯域幅、分光放射照度を求めます。
SR900分光放射計は200～1100 nmの光放射を測定できるため、UV LED、可視LED、多くの近赤外光源に適しています。発光波長が変化する場合や複数のスペクトル成分が存在する場合、分光測定は広帯域センサよりもはるかに正確にLEDを評価できます。スペクトルの変化、ピーク波長のシフト、LEDロット間の差異を直接確認できます。
可視LEDについては、SRproソフトウェアがスペクトルから色度、主波長、相関色温度などの測光量・測色量も算出します。
代表的なアプリケーションは次のとおりです。
LEDの放射照度の測定
放射照度は面に入射する光放射パワーを表し、W/m²またはmW/cm²で表されます。多くの産業用途では、スペクトル全体ではなく、この絶対量が重要となります。
これは、例えばUV硬化、UV接着、露光、消毒、光化学プロセスに当てはまります。インプロセスおよび定期的な管理測定には、分光特性が適合したセンサと組み合わせたRMD ProおよびRMD Touch放射計を使用します。どちらも2つのセンサ入力で放射照度と積算光量を測定します。再現性のある結果を得るには、測定距離、入射角、センサ位置を一定に保つ必要があります。
放射計センサは7つの分光範囲でご用意しています：UVC（200～280 nm）、UVB（280～315 nm）、UVA（315～400 nm）、UVA+（330～455 nm）、UVBB（230～400 nm）、VISB（400～480 nm）、LUX（380～780 nm、V(λ)重み付け）。校正済みの測定ヘッドにより、研究室でも生産環境でも再現性のある測定が可能です。
LEDの光束と放射束の測定
LEDは多くの場合、顕著な空間配光特性を持っています。そのため、一方向だけの測定では、放射される全光出力を完全には捉えられません。
積分球は、LEDから放射される光の総量を捉えます。可視LEDではルーメン単位の光束として表し、UV LEDおよび近赤外LEDではワット単位の放射束が対象となる物理量です。分光放射計と組み合わせることで、積分球は角度積分で、つまり配光特性に依存せずに測定するため、指向性の強いLEDや空間的な放射が複雑なLEDでも比較できます。
そのために、SR900をOpsytecの積分球と組み合わせることができます。LEDやディスプレイにおける光束、輝度、色度の関係については、照明技術・LED・ディスプレイ技術のページで詳しく説明しています。
365、385、395、405 nmのUV LEDの測定
UV LEDでは、センサの分光範囲が実際の発光に適合している必要があります。短波長域では広帯域放射計の分光ミスマッチが、UVAと可視光の境界領域ではセンサのフィルタエッジが、結果を大きく歪めることがあります。
産業分野で一般的なUVA LEDは365、385、395、405 nmで発光し、半値全幅は約10～16 nmです。UVAセンサの範囲は400 nmまでです。Opsytecスペクトルデータベースの実測スペクトルでは、385 nm LEDでは放射パワーの約95%が400 nm未満にありますが、395 nm LEDでは約70%、405 nm LEDでは30%弱にすぎません。そのため、温度や電流によるピーク波長のわずかなシフトでも測定値が大きく変化します。このためOpsytecは、365～405 nmのUV LEDには、発光全体を捉えられる330～455 nmのUVA+センサを推奨しています。
あるいは、SR900を使えば、フィルタ特性に左右されずに200 nmからLEDを分光的に評価できます。これは、LEDロット、劣化の影響、温度による波長シフトを調べる場合に特に有利です。生産・管理測定用には、校正済みのUVC、UVB、UVA、UVA+センサをご用意しています。
UV LEDの放射束を積分球で測定する場合、コーティングは波長によって決まります。300 nm未満では硫酸バリウムの反射率が低下し、その領域で実用的な反射率を持つ唯一のコーティングはPTFEです。UV LEDの技術、効率、寿命については、記事UVA・UVB・UVC用UV LEDで説明しています。
可視LEDの測定
可視LEDでは、放射量に加えて測光・測色パラメータが重要となることが多くあります。
測定構成に応じて、分光測定により色度座標、色温度、測光量などを求めます。光生物学的評価、例えばEN 62471に基づくブルーライトハザードの評価も、測定したスペクトルに基づいて行います。詳しくは労働安全と光生物学的安全性をご覧ください。白色LEDの照度には、V(λ)重み付けセンサを備えた照度計で十分な場合が多くあります。
積分球と組み合わせることで、LED、LEDモジュール、小型照明器具の全光出力を測定できます。
光源の比較：ハロゲンランプ、蛍光ランプ、LED
ランプが電力1ワットからどれだけの光を生み出すかは、データシートに発光効率（lm/W）として記載されています。この比較では、同じ電力におけるハロゲンランプ、蛍光ランプ、LEDランプの代表的なデータシート値を使用しています。値は上書きできます。Opsytecスペクトルデータベースの実測スペクトルから、色度、相関色温度、平均演色評価数Ra、および電力のうち可視放射として放出される割合を求めます。選択肢には、CIE 015:2018に基づく代表的な蛍光ランプとLEDの基準スペクトルも含まれています。ランプの種類ごとに、RoHS指令における位置付けを表示します。
SR900
200～1100 nmに対応するアレイ分光放射計で、積分球、コサイン拡散板、各種プローブをアクセサリとして使用可能です。
放射計 RMD Pro
放射照度と積算光量を測定する全デジタル方式のハンディ放射計で、2つのセンサ入力と8 GBメモリを備えています。
RMD Touch
2つのセンサ入力で放射照度と積算光量を測定できる、タッチディスプレイ搭載のデジタル実験用放射計です。
放射計センサ
RMD Pro、RMD Touch、RM-12に対応する、7つの波長範囲を持つ交換可能なUV・光センサ（Ø 40 mm）。
研究室・産業向けLED測定システム
LEDの測定タスクは、簡単な強度チェックから、完全な分光特性評価および空間積分による特性評価まで多岐にわたります。放射計、分光放射計、ライトガイド、測定ヘッド、積分球を組み合わせることで、測定システムを個々のLED、ジオメトリ、測定量に適合させます。
測定システムは、規定の分光範囲についてPTBにトレーサブルな校正が行われています。DAkkS認定の校正はOpsytec校正機関で実施します。トレーサブルな校正と記録された測定条件は、開発、品質保証、産業プロセス管理において比較可能な結果を得るための基盤です。
LED測定に関するよくある質問
どのLED測定にどの測定器が適していますか？
UV硬化や消毒などにおける測定面での放射照度の測定には、RMD ProやRMD Touchなどの校正済み放射計に、適切な分光範囲のセンサを組み合わせれば十分です。スペクトル、ピーク波長、主波長、色度、色温度の測定には、SR900などの分光放射計が必要です。LEDの全光束または全放射束は、SR900と積分球を組み合わせて測定します。すべての放射方向からの放射を捉えられるのは積分球だけだからです。
LEDは照度計で測定できますか？
はい、照度を求める場合で、LEDが白色光または広帯域の光を発する場合は可能です。照度計は、標準比視感度曲線V(λ)に近似させたセンサで光を重み付けします。有色の狭帯域LEDでは、発光波長におけるセンサとV(λ)とのずれがそのまま測定値に影響するため、SR900による分光測定の方が正確です。V(λ)は380 nm未満でゼロとなるため、照度計はUV LEDには適していません。UV放射は放射計または分光放射計で測定します。また、照度計ではルーメン単位の光束は測定できません。光束の測定には積分球が必要です。
365~405 nmのUV LEDにはどの分光範囲が適していますか?
UV LEDには、Opsytecは330~455 nmのUVA+範囲を推奨しています。従来のUVAセンサは400 nmまでしか対応しておらず、395 nmや405 nmのLEDでは発光の一部がフィルタの端にかかってしまい、温度や電流によるピーク波長のわずかな変化が測定値に顕著な影響を与えます。UVA+範囲はLEDの発光全体を捉えるため、このような変動の影響を受けにくい測定が可能です。
LEDのパワーはどのように測定しますか？
LEDでは、電気的なパワーと光学的なパワーを区別する必要があります。電気的なパワーは電流と電圧の積です。光学的なパワーは、すべての放射方向からの放射を捉える積分球を用いて、ワット単位の放射束として測定し、可視LEDではさらにルーメン単位の光束としても測定します。放射束と電力の比がLEDの効率です。さまざまなランプが電力1ワットからどれだけの光を生み出すかは、このページのランプ比較で確認できます。
LED測定器の校正はなぜ重要なのですか？
校正によって、センサ信号と物理量との関係が確立されます。狭帯域の発光はセンサの分光感度のずれに敏感に反応するため、LEDの場合、校正は光源に分光的に適合している必要があります。OpsytecはPTBにトレーサブルな校正を行っており、ご要望に応じてISO/IEC 17025認定の校正機関でも校正を実施します。
著者:マーク・パラヴィア博士
マーク・パラヴィア博士（工学博士）は、エッティンゲンにあるOpsytec Dr. Gröbel GmbHの代表取締役であり、認定校正機関の所長を務めています。KITの照明工学研究所においてパルスキセノンエキシマ放電に関する研究を行った後、現在は光放射計測を専門としています。同氏はDIN規格委員会FNL 7「光放射」の副委員長であり、DVGWのUV消毒に関するプロジェクトグループのメンバーでもあります。
