JP2022553007A - 高感度非接触式色度測定装置 - Google Patents
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Abstract
本発明による高感度非接触式色度測定装置は、測定対象から出射された光を受光するレンズユニット、前記レンズユニットを通過した光を一側から受光し、受光された光をｎ個の経路を通じて分配して他側に出力し、開口数が既設定された基準値より大きく形成される光ファイバーと、前記光ファイバーの他側に出力された光の入射角を目標角度以下に減少させる集光レンズと、前記集光レンズを通過した光の相異なる波長を透過させるｎ個のカラーフィルターを含む光分配ユニット及び前記光分配ユニットから伝達された光を電気的信号に変換するフォトダイオードを含む信号変換ユニットを含む。
Description
本発明は非接触式色度測定装置に係り、より詳細には、光の入射角を減少させる集光レンズが備えられて開口数の高い光ファイバーを適用させることによって極低輝度を持つ測定対象に対する色度を測定可能にする高感度非接触式色度測定装置に関する。
現在、世界中のモニター市場は、ＣＲＴからＬＣＤモニターに、ＬＣＤからＬＥＤモニターに急変化している。特に、大型ＬＥＤモニターの需要が増加することによって生産量が急激に増えている。
このようなディスプレイ生産量が増加することによって生産品質も重要な要因の一つとして作用し、これに対する不良有無を判断する装置が開発されてきた。特に、ＬＣＤやＬＥＤなどのディスプレイで表現される色が実際に出力しようとする色をよく示すかどうかを測定する色度測定装置が開発されている。
一般的な色度測定装置はフォトダイオードで構成された感知センサーを通じて入射される光の色相を測定するように構成され、測定対象物と接触することで色相を測定する。
しかし、このように測定対象物と色度測定装置をいちいち接触して色相を測定する場合、測定時間が長くなって生産性が低下する問題がある。
したがって、このような問題を改善するために測定対象物と非接触された状態で遠距離から色度を測定する非接触式色度測定装置が開発された。
非接触式色度測定装置の場合、測定対象物が遠距離で離隔された状態で測定するので測定速度が早いという長所があるが、相対的に低輝度に対する測定正確度が落ちる問題がある。
このような問題点を改善するためには非接触式色度測定装置の内部に入射される光量をもっと増加しなければならない。
このための方案としては、非接触式色度測定装置の内部に備えられる光ファイバーの開口数（Ｎ／Ａ、Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を増加させて広範囲の角度で光を受光して光量を増加させる方法と、光ファイバーの入射部の面積を増加させて光量を増加させる方法があり得る。
電子のように光ファイバーの開口数を増加させる場合、非接触式色度測定装置に備えられるカラーフィルターが干渉フィルター（Ｄｉｃｈｒｏｉｃ）であるため、入射角度によって透過率が短波長帯に移動する現象が発生する。これはカラーフィルターのＸＹＺ分光特性に影響を及ぼすようになって、測定結果に誤差が発生する問題がある。
また、後者のように光ファイバーの入射部の面積を増加させる場合、光ファイバーの出射部の面積がフォトダイオードより大きくなって光損失が発生し、測定光源の一地点当たり測定角度が増加するようになって色度測定に問題が発生するようになる。
したがって、前記のような問題点を解決するための方法が要求される。
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するために案出された発明として、入射される光量を大きく増加させて極低輝度を持つ測定対象物に対する色度測定ができるようにするが、測定結果に誤差が発生しないように補正することができる構造を持つ非接触式色度測定装置を提供するための目的を持つ。
本発明の課題は以上で言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は以下の記載から当業者に明確に理解されることができる。
前記目的を達成するための本発明の高感度非接触式色度測定装置は、測定対象から出射された光を受光するレンズユニット、前記レンズユニットを通過した光を一側から受光し、受光された光をｎ個の経路を通じて分配して他側に出力し、開口数が既設定された基準値より大きく形成される光ファイバーと、前記光ファイバーの他側に出力された光の入射角を目標角度以下に減少させる集光レンズと、前記集光レンズを通過した光の相異なる波長を透過させるｎ個のカラーフィルターとを含む光分配ユニット及び前記光分配ユニットから伝達された光を電気的信号に変換するフォトダイオードを含む信号変換ユニットを含む。
そして前記光分配ユニットは、前記集光レンズと前記カラーフィルターの間に備えられ、前記集光レンズを通過した光に対して分光透過率が変動されないように補償するマイクロアレイレンズをさらに含むことができる。
また、前記マイクロアレイレンズは前記光ファイバーのｎ個の経路それぞれに対応されるようにｎ個が備えられることができる。
そして前記マイクロアレイレンズは前記光ファイバーのｎ個の経路全体の出力面積に対応される面積を持つように形成されることができる。
同時に、前記集光レンズは前記光ファイバーのｎ個の経路それぞれに対応されるようにｎ個が備えられることができる。
一方、前記光ファイバーの開口数基準値は０．２以上と形成されることができる。
そして前記レンズユニットは平行光のみを受光するテレセントリックレンズに形成されることができる。
また、本発明は前記信号変換ユニットによって変換された電気的信号を増幅して外部システムに伝送する信号増幅ユニットをさらに含むことができる。
前記課題を解決するための本発明の高感度非接触式色度測定装置は、輝度及び色度測定の際に高い開口数を持つ光ファイバーへ入射される光の高い入射角度による透過率の差を集光レンズ及びマイクロアレイレンズを通じて補償することができるので、輝度及び色度測定の正確度を大きく向上させることができるし、また極低輝度を持つ測定対象に対しても色度を精密に測定できる長所がある。
本発明の効果は以上で言及した効果に制限されず、言及されていないまた他の効果は請求範囲の記載から当業者に明確に理解されることができる。
以下、本発明の目的が具体的に実現されることができる本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照して説明する。本実施例を説明するにあたり、同一構成に対しては同一名称及び同一符号が使われ、これによる付加的説明は省略する。
図１は本発明の第１実施例による高感度非接触式色度測定装置を通じて測定対象Ｄの色度を測定する姿を示す図面で、図２は本発明の第１実施例による高感度非接触式色度測定装置の各構成要素を分解して示す図面である。
図１に示されたように、本発明の第１実施例による高感度非接触式色度測定装置は測定対象物Ｄと離隔された状態で配置され、前記測定対象物Ｄから出射される光を感知してこれに対する色度を測定する。
そして、図２に示されたように、本発明の第１実施例による高感度非接触式色度測定装置は、内部に収容空間が形成されたケース１００と、前記ケースの一側に装着されて測定対象Ｄから出射された光を受光するレンズユニット２００と、前記レンズユニット２００を通過した光を分配及び補正する光分配ユニット４００と、光分配ユニットから伝達された光を電気的信号に変換する信号変換ユニット３００と、前記信号変換ユニットによって変換された電気的信号を増幅して外部システムに伝送する信号増幅ユニット５００とを含む。
この時、前記レンズユニット２００はテレセントリックレンズ部２１０及びレンズ連結部２２０を含み、視準光線、すなわち光軸に平行な平行光のみを受光するように形成されることができる。
そして、本実施例において、前記光分配ユニット４００、信号変換ユニット３００及び信号増幅ユニット５００は前記ケース１００内部の収容空間に備えられ、前記レンズユニット２００は前記ケースの一側に露出された状態で備えられた形態を持つ。ただし、これは一つの実施例に過ぎず、本発明による高感度非接触式色度測定装置の外観及び連結構造は多様に形成されることができることは勿論である。
図３は本発明の第１実施例による高感度非接触式色度測定装置の内部構造を簡略に示す図面で、図４は本発明の第１実施例による高感度非接触式色度測定装置において、光分配ユニット４００及び信号変換ユニット３００の要部を示す図面である。
図３及び図４に示されたように、本発明の第１実施例による高感度非接触式色度測定装置は、レンズユニット２００と、光分配ユニット４００と、信号変換ユニット３００と、信号増幅ユニット５００とが順次配置される。
前記レンズユニット２００は測定対象Ｄから出射された光を受光して前記光分配ユニット４００に伝達する。
そして、前記光分配ユニット４００は、光ファイバー４１０、集光レンズ４４０、マイクロアレイレンズ４５０及びカラーフィルター４６０を含む。
前記光ファイバー４１０は前記レンズユニット２００を通過した光を一側から受光し、受光された光をｎ個の経路を通じて分配して他側に出力する構成要素である。このために前記光ファイバー４１０の一側には光入力部４２０が形成され、前記光ファイバー４１０の他側には光出力部４３０が形成される。
そして、本実施例の場合、前記光ファイバー４１０は受光された光を３つの経路に分配して出力する形態を持つものの、分配される経路の個数はこれに制限されず、多様に決まることができる。
このように、本実施例は前記光分配ユニット４００に光ファイバー４１０を適用することで消失される光を最小化することができるし、柔軟にしなうことができる光ファイバー４１０の特徴によって光分配ユニット４００と信号変換ユニット３００を必ず一直線上に配置する必要がないので、空間の活用度を増加させることができる。
また、前記光ファイバー４１０は、開口数（Ｎ／Ａ、Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が既設定された基準値より大きく形成されることができる。このようにする理由は非接触式色度測定装置の内部に入射される光量をさらに増加させて、低輝度に対する測定正確度を向上させるためのである。
例えば、前記光ファイバー４１０の開口数の基準値は０．２以上であってもよく、本実施例では開口数が０．５の光ファイバー４１０を適用するものとして例示した。
ただし、このように光ファイバー４１０の開口数の基準値を０．２以上に形成する場合、後述するカラーフィルター４６０が干渉フィルター（Ｄｉｃｈｒｏｉｃ）であるため、入射角度の増加によって透過率が短波長帯に移動する現象が発生することがある（図５及び図６参照）。これはカラーフィルター４６０のＸＹＺ分光特性に影響を及ぼして測定結果に誤差が発生する問題がある。
このため、本実施例の場合、前記光ファイバー４１０の他側に出力された光の入射角を目標角度以下に減少させる集光レンズ４４０と、前記集光レンズ４４０と前記カラーフィルター４６０の間に備えられ、前記集光レンズ４４０を通過した光に対して分光透過率が変動されないように補償するマイクロアレイレンズ４５０を備えた。
前記集光レンズ４４０は光が高い入射角度で伝達される光ファイバー４１０によって発散される光を集めて目標角度以下の入射角で補正するようになり、前記マイクロアレイレンズ４５０は前記集光レンズ４４０を通じて収斂された光を補償して波長別透過率が変わることを防ぐことになる。ここで前記集光レンズ４４０の目標角度は５°である。
一方、前記集光レンズ４４０及び前記マイクロアレイレンズ４５０は前記光ファイバー３１０のｎ個の経路それぞれに対応されるようにｎ個が備えられることができる。本実施例の場合、前記光ファイバー３１０は３つの経路で光を分配するので、前記集光レンズ４４０及び前記マイクロアレイレンズ４５０も総３個が備えられ、前記光ファイバー３１０の各光出力部４３０ごとに対応されるように備えられた形態を持つ。
ただし、これは本実施例で適用された形態であって、前記集光レンズ４４０及び前記マイクロアレイレンズ４５０の個数及び面積は本実施例以外の他の形態でも適用されることができる。
もし本実施例と違って前記マイクロアレイレンズ４５０と光ファイバー束が１：１でマッチングされない場合は、光の分散が発生して高角で入射される光の偏差を減らすことができる効果を得られる。
そして前記光分配ユニット４００は、前記集光レンズ４４０及び前記マイクロアレイレンズ４５０を通過した光の相異なる波長を透過させるｎ個のカラーフィルター４６０をさらに含む。
具体的に、前記カラーフィルター４６０は伝達される光を受光して特定波長の光のみ透過させ、前述したように本実施例のカラーフィルター４６０は干渉フィルターであることにした。
前記干渉フィルターは薄い膜の上で起こる干渉現象を利用して特定波長の波動を選別するフィルターであり、望む波動を得る方式とフィルター材質の種類によって幾つかの種類に分けることができる。
信号変換ユニット３００は前記光分配ユニット４００から伝達された光を電気的信号に変換するフォトダイオード３１０を含む。
前記フォトダイオード３１０は前記光分配ユニット４００から伝達された光を通じて色相を感知する構成であって、少なくとも一つ以上で構成されることができる。
具体的に、前記フォトダイオード３１０は光を受光して電気的信号に変換する一種のセンサーとして、前記カラーフィルター４６０を経由した光を受光して電気的信号に変換する。このように受光された電気的信号は別途外部システムによって受光された光の色相を測定するために利用される。
そして、前記信号増幅ユニット５００は前記信号変換ユニット３００によって変換された電気的信号を増幅して外部システムに伝送する構成要素であり、これは当業者にとって自明な事項なので前記信号増幅ユニット５００についた説明は省略する。
以上のように、本発明は輝度及び色度測定の際、高い開口数を持つ光ファイバー４１０に入射される光の高い入射角度による透過率の差を集光レンズ４４０及びマイクロアレイレンズ４５０を通じて補償することができるので、輝度及び色度測定の正確度を大きく向上させることができるし、また極低輝度を持つ測定対象についても色度を精密に測定することができる。
一方、ＣＩＥ １９３１ ＸＹＺ色空間（あるいは、ＣＩＥ １９３１色空間）は人間の色彩認知に対する研究に基づいて数学的に定義された最初色空間の一つである。
人間の目には短波長、中波場、長波長の３つの光を受け入れる受容器の円錐細胞が存在し、これによって原則的に、３つの変数で人間の色感覚を表現することができる。
三色刺激値は加算混合モデルで三原色を組み合わせて所望の色と同じ色を作ることができる組み合わせを示し、このような三色刺激値は主にＣＩＥ １９３１色空間でＸ、Ｙ、Ｚ値で表される。
すなわち、多様なディスプレイ装置は結局人間が使うものであって、人の目を基準にして色度を評価するようになり、色差計の出力値は人の目の基準であるＣＩＥ １９３１グラフに近いほど優れる装備と言える。
本発明において、レンズユニット２００の中心を通る光は光ファイバーに０°で入射されるが、レンズユニット２００の外郭を通る光は所定高角（例えば、３０°）で入射される。つまり、測定しようとする試料が大きいほど入射される光の角度が増加する。この時、前記マイクロアレイレンズ４５０は高い角度で入射される光を０°に近く変えたり、０°と３０°の光を広角で分散させる。
結果的に、試料の大きさによって光の角度の差が消えて、光の角度の差がないため分光プロファイル（ＣＩＥ １９３１）の変化量が少なくなる。
そして、このような事実を検証するために、次のような過程を遂行することができる。
先ず、単色波長を出すことができる装備（例：４００ｎｍ、４０１ｎｍの光のみ出力）を準備（以下、モノクロメーター）と、モノクロメーターで３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの光を
１ｎｍ間隔で出力する（例：３８０ｎｍ光出力、１秒後３８１ｎｍ光出力）。
１ｎｍ間隔で出力する（例：３８０ｎｍ光出力、１秒後３８１ｎｍ光出力）。
以後、本願発明の色度測定装置を通じて出力される光を毎回測定して記録した後、記録された値をグラフで表現してＣＩＥ １９３１グラフと比べる。
図７は同一光学系にマイクロアレイレンズ４５０の有無による分光プロファイル差を示す図面である。
前記のような過程を通じて導出された図７に示されたグラフを参照すれば、同一光学系にマイクロアレイレンズ４５０を追加する場合、マイクロアレイレンズ４５０が備えられていない状態の光学系に比べて基準となるＹグラフにもっと近くなったことを確認することができる。
以下では、本発明の他の実施例について説明する。
図８は本発明の第２実施例による高感度非接触式色度測定装置の姿を示す図面である。
図８に示された本発明の第２実施例による高感度非接触式色度測定装置の場合、マイクロアレイレンズ１４５０が前記光ファイバー３１０のｎ個の経路全体の出力面積に対応される面積を持つように形成される点が前述の第１実施例と異なる。
すなわち、本実施例において、前記マイクロアレイレンズ１４５０は一個が前記光ファイバー３１０の３つの経路全体の出力面積に対応される面積を持ち、このような場合、前記マイクロアレイレンズ１４５０は領域ごとに異なる透過特性を持つように形成されることもできる。
また、前記マイクロアレイレンズ１４５０と同様、前記集光レンズ４４０も前記光ファイバー３１０のｎ個の経路全体の出力面積に対応される面積を持つように形成されることもできることは勿論である。
図９は本発明の第３実施例による高感度非接触式色度測定装置の姿を示す図面である。
図９に示された本発明の第３実施例の場合、光ファイバー３１０の光出力部４３０とマイクロアレイレンズ４５０の間の離隔距離が集光レンズ４４０の厚さより大きく形成され、前記集光レンズ４４０は線形移動モジュール４４２によって光ファイバー３１０の光出力部４３０とマイクロアレイレンズ４５０の間で線形移動できるように形成される。
こうする場合、前記光ファイバー３１０の開口数によって前記集光レンズ４４０の位置を調節して光の集光度を調節させることができるので、状況に適した光ファイバー３１０を入れ替えて適用できる長所を持つようになる。
図１０は本発明の第４実施例による高感度非接触式色度測定装置の姿を示す図面である。
図１０に示された本発明の第４実施例の場合、集光レンズ４４０ａ、４４０ｂが多段で配置されるという特徴を持つ。
具体的に、本実施例は光ファイバー３１０の光出力部４３０とマイクロアレイレンズ４５０の間で前記光出力部４３０に接して第１群を形成する第１集光レンズ４４０ａと、前記マイクロアレイレンズ４５０に接して第２群を形成する第２集光レンズ４４０ｂを含む。
このようにする場合、多段構造で配列される集光レンズ４４０ａ、４４０ｂによって光の入射角度をさらに減少させることができるので、開口数がより高い光ファイバー４１０を適用することができる長所を持つ。
以上のように、本発明による好ましい実施例を詳察し、前述した実施例以外にも本発明がその趣旨や範疇から逸脱することがなく他の特定形態で具体化されることができるという事実は該当技術に通常の知識を有する人々には自明である。したがって、上述された実施例は制限的なものではなく例示的なものとして思われなければならず、これによって本発明は上述した説明に限定されずに添付された請求項の範疇及びそれ同等の範囲内で変更されることもできる。
１００：ケース
２００：レンズユニット
３００：信号変換ユニット
３１０：フォトダイオード
４００：光分配ユニット
４１０：光ファイバー
４４０：集光レンズ
４５０：マイクロアレイレンズ
４６０：カラーフィルター
５００：信号増幅ユニット
２００：レンズユニット
３００：信号変換ユニット
３１０：フォトダイオード
４００：光分配ユニット
４１０：光ファイバー
４４０：集光レンズ
４５０：マイクロアレイレンズ
４６０：カラーフィルター
５００：信号増幅ユニット
Claims (8)
- 測定対象から出射された光を受光するレンズユニット；
前記レンズユニットを通過した光を一側から受光し、受光された光をｎ個の経路を通じて分配して他側に出力し、開口数が既設定された基準値より大きく形成される光ファイバーと、前記光ファイバーの他側に出力された光の入射角を目標角以下に減少させる集光レンズと、前記集光レンズを通過した光の相異なる波長を透過させるｎ個のカラーフィルターを含む光分配ユニット；及び
前記光分配ユニットから伝達された光を電気的信号に変換するフォトダイオードを含む信号変換ユニット；
を含む高感度非接触式色度測定装置。 - 前記光分配ユニットは、
前記集光レンズと前記カラーフィルターの間に備えられ、前記集光レンズを通過した光に対して分光透過率が変動されないように補償するマイクロアレイレンズをさらに含む請求項１に記載の高感度非接触式色度測定装置。 - 前記マイクロアレイレンズは前記光ファイバーのｎ個の経路それぞれに対応されるようにｎ個が備えられる請求項２に記載の高感度非接触式色度測定装置。
- 前記マイクロアレイレンズは前記光ファイバーのｎ個の経路全体の出力面積に対応される面積を持つように形成される請求項２に記載の高感度非接触式色度測定装置。
- 前記集光レンズは前記光ファイバーのｎ個の経路それぞれに対応されるようにｎ個が備えられる請求項１に記載の高感度非接触式色度測定装置。
- 前記光ファイバーの開口数基準値は０．２以上に形成される請求項１に記載の高感度非接触式色度測定装置。
- 前記レンズユニットは平行光のみを受光するテレセントリックレンズで形成される請求項１に記載の高感度非接触式色度測定装置。
- 前記信号変換ユニットによって変換された電気的信号を増幅して外部システムに伝送する信号増幅ユニットをさらに含む請求項１に記載の高感度非接触式色度測定装置。
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