光量安定性試験

室内近距離光量低下測定

新たに製作した放熱対策を施した LED 光源の光量が安定しているのかを調べるため、図 4.4に示すようなセットアップを組み測定を行った。測定方法は、光源から 55 cm離した位 置にスクリーンを置き、LED を照射する。光が照射されたスクリーンを同じ 55 cm離れた 位置から2f 実験装置で使用していたカメラで撮影する。撮影はLED点灯から、0、1、3、5、

10、20、30、45、60、90分後の計 10回で、各撮影で 8枚ずつ画像を取得した。また、これ

まで使用してきた白色LED 光源でも同様の測定を行った。試験結果を図4.5、4.6に示す。

図 4.4: 室内での光量安定性試験セットアップ

左が試験セットアップで、黄色で書かれた光源セッティング位置に測定したい LED を 合わせた後スクリーンに向けて照射する。右が光の当たったスクリーンの様子である。

図 4.5: 青色 LED の光量変化

図 4.6: 白色 LED の光量変化

試験の結果、放熱対策をとった新しい青色 LED では、点灯から 10 分の間で光量が急激 に低下し、その後光量低下しつつも、安定していくというような結果が得られた。90分間で の光量の低下は約 5 % ほどであった。それに対してこれまで使用していた白色LED では、

点灯から30 分後ぐらいまでほぼ同じ割合で光量が低下していき、その後安定に向かうこと ことがわかった。また90 分間での光量の低下は約 20 % ほどであった。よって、放熱対策 をとることで LED の光量の低下量を抑えられ、かつ早い時間で安定することがわかった。

また、新たなLED では電源供給部分に定電流ドライバーを採用したことも光量の安定につ ながっていると考えられる。

茨城大学 60 m 測定

先ほどの試験で新たな LED では光量が安定していることがわかったので、次に約 60 m 離れた距離からの照射でどれくらいの光が届くのかを測定した。測定場所は、茨城大学理学 部S棟 6階の研究室前の廊下で行った。測定方法は、光源とスクリーンの距離は約 60 m離 し、LED 点灯から1、3、5、10、15、20、30分後の計7 回で 8枚ずつ画像を取得した⁴。こ の 60 m 測定でも青色LED と白色 LED の両方を測定した。結果を図4.7、4.8に示す。

図 4.7: 青色 LED 60 m 先での光量

図 4.8: 白色 LED 60 m 先での光量

図4.7、4.8から新しい青色 LED の方が今までの白色LED に比べ、1 pixel あたりのカウ ント数が多いことがわかった。両者ともに 点灯から15分のところで光量が大きく変化して

4このときのカメラのシャッタースピードは 2.0秒

いるのは、測定をしていた時の環境が変化(おそらく廊下の電気がついたり消えたりしたこ とによる光量の変化)したことによるものであると考えている。また、測定を開始する前と 測定を終了後、LED を交換している間の計 3 回バックグラウンド光の光量測定も行った。

結果は、測定を開始する前が 11.3316 count/pixelで交換の時が 13.4287 count/pixel、測定 終了後が13.4986 count/pixelであった。この 2 countほどの差は、測定結果の15分の結果 で見られた測定環境の変化によるものと同程度である。このバックグラウンド光の光量のこ とを考えると、図4.8の 30分後での白色LED の光量はほとんどバックグラウンド光量と同 じである。それに対して、新しい青色 LED では 10 count 以上有意に検出することができ ている。これは、カメラのベイヤー配列の青色ピクセルの感度が高くなったためS/N 比が 向上したからだと考えられる。実際に新しい青色LED を使用した結像性能試験ではシャッ タースピードを早める必要があったのでS/N 比が向上したことは確認できている。

東京大学宇宙線研究所 60 m 測定

茨城大学での測定で新しい青色LED は約 60 m先でも有意に検出することができたので、

実際に東京大学宇宙線研究所 6 階の廊下で同様の測定を行った。このときの光源は、3.4.1 の図3.57の新 LED モジュールである(カメラは EOS Kiss X5)。光源とスクリーンの距離は 約56 m で、LED 点灯から、0、1、3、5、8、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60 分後の計 16 回で4 枚ずつ撮影した。そしてこのときはカメラのシャッタースピードは 0.5 秒で撮影した。また、LED の点灯前と 点灯後 10 分間隔でバックグラウンド光量の測定も 行った。光のOFFは暗幕を使用し行った。結果を図4.9に示す。

図 4.9: 宇宙線研 60 m 光量安定性試験

測定の結果、宇宙線研の60 m の試験でもそれほど急激な光量低下はみられず、またバッ クグラウンド自体も非常に安定していることがわかった。全7回のバックグラウンド光量測 定の平均をとり、各LEDの光量測定点からその量を引き、LEDからの光量だけを取り出し た結果を図4.10と表4.3に示す。エラーは 4 枚撮影の統計誤差。

図 4.10: 60 m測定での LED 光量(ON−BG)の時間変化 表 4.3: LED 光量の時間変化

経過時間 [min] LED 光量(ON-BG) [count/pixel]

0 2.379 ±0.0430

1 2.425 ±0.0789

3 2.309 ±0.0662

5 2.387 ±0.0650

8 2.188 ±0.0505

10 2.234 ±0.0274

15 2.217 ±0.0557

20 2.273 ±0.0697

25 2.168 ±0.0405

30 2.299 ±0.0314

35 2.322 ±0.0303

40 2.190 ±0.0482

45 2.185 ±0.0309

50 2.306 ±0.0623

55 2.301 ±0.0446

60 2.219 ±0.0565

バックグラウンド光量の平均：3.162± 0.0184 count/pixel

結果から約60 m先に届く光量は 60分間を通して2 count 強程度であることがわかった。

茨城大学では 10 count 以上で検出できていたが、その時のシャッタースピードは 2 秒で、

今回の測定では、結像性能試験に合わせカメラのシャッタースピードを 0.5 秒 に早くした ことで、検出できる光量が低下している。そのため、図4.10をみてわかるようにその値は、

8分以降 10 % 程度でばらついていることがわかった。