KR100247171B1 - 광검출기의 진폭선형성 - Google Patents

Abstract

광 검출기를 교정하기 위해, 슬롯이 있는 회전 디스크는 한정된 최대 회전 속도로부터 한정된 최소 속도로 속도를 감소시키는 상태로 광선에 배치되어 있으며, 신호의 크기 및 시간은 판독·저장된다. 버니어 (vernier) 신호쌍은 인접한 판독 간격에서 발생하며, 비 - 버니어 (non - vernier) 신호는 상기 버니어 신호쌍을 제외한 것이다. 버니어 신호쌍에 대한 판독 시간은 회전 대 시간의 예비 함수를 평가하는데 사용된다. 상기 함수로부터 각각의 버니어 신호쌍에 대한 발생시간 및 그러한 시간에서의 디스크 회전 주기가 평가된다. 버니어 부분은 상기 버니어 신호쌍의 합에 대한 상기 버니어 신호쌍을 이루는 한 신호의 비율이다. 시간 오프셋은 버니어 부분, 디스크의 슬롯 부분 및 평가된 주기의 곱이다. 상기 시간 오프셋과 상호관련된 발생 시간은 디스크 회전 대 시간의 보정된 함수를 정합시키는데 사용된다. 상기 비 - 버니어 신호에 대한 시점은 상기 보정된 함수로부터 결정되며, 각각의 시점은 해당 비 - 버니어 신호에 대한 디스크 회전에 해당한다. 이들 시점은 상기 광 검출기를 선형적으로 교정하는 해당 신호와 함께 사용된다.

Description

광 검출기의 진폭 선형성

제1도는 본 발명을 합체한 분광 사진 시스템에 대한 개략도.

제2도는 제1도 시스템의 광 검출기의 구성 부품을 간단히 도시한 도면.

제3도는 제1도 시스템의 회전 디스크의 구성 부품에 대한 도면.

제4a도, 제4b도 및 제5도는 제2도 광 검출기의 디스크 및 중복된 판독 간격에 의해 초래된 연속적인 광 펄스에 대한 개략도.

제6도는 본 발명에 사용된 컴퓨터 프로그램에 대한 흐름도.

제7도는 제2도의 광 검출기로 부터의 예시적인 판독, 및 디스크 회전 대 시간으로 나타낸 그러한 판독의 예비 곡선에 대한 그래프.

제8a도는 보정된 판독 발생 시간 및 그러한 시간에 적합한 곡선을 부가적으로 보여주는 제7도의 상세도.

제8b도는 제8a도 곡선의 도함수 및 그러한 도함수의 역수를 보여주는 한쌍의 그래프.

제9도는 광 검출기의 선형성을 나타내며 광 검출기로부터 발생된 신호 대 제8a도 및 제8b도로 부터 유도된 역도함수를 보여주는 그래프.

[발명의 분야]

본 발명은 광도측정 디바이스에 관한 것으로 특히, 판독 주기동안 수용된 빛의 양에 관계가 있는 광 검출기의 선형성을 그러한 광도 측정 디바이스에서 결정하는 것에 관한 것이다.

[발명의 배경]

광 검출기는, 빛의 양을 측정할 수 있는 여러 형태의 기구에 사용된다. 한 부류의 검출기는 연속적인 시간 주기동안 누적된 빛의 주기적 판독을 제공한다. 이러한 검출기는 잘 알려져 있으며 도우핑된 실리콘과 같은 표면상에 방사선이 입사됨에 따른 전하 발생의 원리에 기초한 고체 (solid state) 인 것이 일반적이다. 이미지 (image) 또는 분광 해상도를 제공하기 위하여, 상기 표면은 픽셀 (pixel) 영역으로 분할되어 있다. 그러한 픽셀로 부터 신호가 누적되고 판독되는 것은 상기 픽셀로부터 전하가 이동됨으로써 이루어지는데, 판독은 상기 픽셀을 통해 반복적으로 순환된다.

고체 광 검출기는 신호 강도 대 판독 주기시에 수집된 빛의 양에 대한 선형성에 있어서 매우 정밀하다. 상기 빛의 양은 판독 주기시에 걸쳐 통합된 빛의 강도 또는 수집된 총체적인 광량자의 수로서 여러가지로 한정될 수 있다. 그러나, 선형성은 완전하지 않으며 교정은 어떤 기기, 예컨대 액체 분석용 흡수 분광 광도측정기에 필요한 정밀 레벨 수준 측정에 필요하다.

교정은 소오스 (source) 램프의 강도를 변화시키는 것과 같은 여러 방법으로 이행되었으나, 이는 필요로 하는 정밀성을 제공할 수 없다. 종래의 교정 방법은 검출기의 판독 주기를 변화시키는 것이다. 그러나, 자체적으로 스캐닝 (scanning) 된 어레이 검출기의 판독 주기를 변화시키는 것 자체는 검출기 응답성의 변화를 야기시킨다.

또다른 방법은 빛의 강도가 각각의 애퍼처 (aperture) 를 통한 결합상태로 측정될 수 있는 복수개의 애퍼처를 사용하는 것이다. 상기 결합된 강도 대 각각의 강도의 합에 대한 비율을 취함으로써, 비선형성의 정도가 결정될 수 있다. 유사한 스킴 (scheme) 을 기초로한 새롭게 구현된 방법은 제목이 "Automated High Precision Variable Aperture for Spectrophotometer Linearity Testing" 로서 제이. 씨. 징켈스와 디. 에스. 기그낙 명의로 실린 Applited Optics, 30, 1678 - 1687 면 (1991 년 5 월 1 일자) 에 기재되어 있다. 이는 마이크로 컴퓨터를 사용하는 상태하에서 전용제어기에 의해 구동되는 고정밀 PZT 모터를 필요로 한다.

[발명의 요약]

본 발명의 한 목적은, 각각의 신호가 해당 판독 주기동안 수용된 빛의 양과 서로 관련이 있는 신호의 연속적인 판독을 갖되, 각각의 판독이 판독시간을 가지며 모든 판독간격이 미리 결정된 판독 주기와 동일한 형태의 광 검출기의 선형성을 결정하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 정밀하게 교정된 광 검출기를 갖는 광고 측정기기를 제공하는 것이다.

상기 목적 및 다른 목적은, 연속 펄스사이에 가변 펄스 주기와 동일한 강도를 갖는 일렬의 광 펄스를 광 검출기에 향하게하고, 각각의 광 펄스가 펄스 주기의 일정 부분과 동일 가변 펄스폭을 갖는 방법에 의해 달성된다. 상기 일정 부분 및 최대 펄스 주기는 각각의 펄스폭이 상기 펄스 주기보다 크지 않도록 협동하여 선택된다. 최소 펄스 주기는 판독 주기의 2 배보다 작지않도록 선택된다. 전반적인 펄스 주기는 최대 펄스 주기와 최소 펄스 주기사이에서 완만하게 변화되지만, 광 검출기로부터 발생된 연속신호 및 그에 해당하는 판독 시간은 판독되어 저장된다.

한 세트의 버니어 (vernier) 신호쌍은 인접한 판독 간격에서 생기는 신호쌍으로 간주되며, 상기 버니어 신호쌍을 제외한 한 세트의 비 - 버니어 (non - vernier) 신호는 설정된다. 상기 버니어 신호쌍에 대한 발생 시간은, 각각의 발생시간에 해당하는 총체적인 광 펄스의 수인 것과 같이 확인된다. 상기 발생 시간은 총체적인 광 펄스의 수 대 시간에 대한 발생 함수를 마련하는데 사용된다.

상기 발생 함수에 대한 상호관계는 다음과 같이 이루어지는 것이 바람직하다. 발생 곡선으로부터 알 수 있는 바와같이, 비 - 버니어 신호에 대하여 시점이 결정되며 또한, 또다른 곡선은 펄스 주기 대 시간으로 계산되어 나타난다. 상기 또다른 곡선으로부터 알수있는 바와같이, 해당 펄스 주기는 각각의 시점에 대해 식별됨으로써 각각 해당하는 비 - 버니어 신호에 대해 식별된다. 상기 비 - 버니어 신호는 펄스 주기에 대하여 나타난다.

또한, 상기 목적은, 연속 펄스사이에 가변 펄스 주기 및 동일 강도를 지니며 펄스 주기의 일정 부분과 동일한 가변 펄스폭을 각각 갖는 일렬의 광 펄스를 광 검출기에 향하게 하기 위한 광 검출기 및 광 수단을 포함하는 정밀 광 측정기기로 달성된다. 상기 기기는 또한 상기 광 검출기로부터 발생된 연속 신호 및 그에 해당하는 판독 시간을 저장하기 위한 저장 수단, 및 일련의 연속 신호를 이루도록 최대 펄스 주기 및 최소 펄스 주기사이에서 펄스 주기를 완만하게 변화시키기 위한 변화 수단을 포함하되, 상기 최소 펄스 주기는 판독 주기의 2 배보다 작지 않게하며 상기 최대 펄스 주기 및 일정 부분은 각각의 펄스폭이 판독 주기보다 크지않을 정도로 협동적이다.

더우기, 상기 기기는, 인접한 판독 간격에서 발생하는 신호로서 한 세트의 버니어 신호쌍을 간주하는 수단, 상기 버니어 신호쌍을 제외한 한세트의 비 - 버니어 신호를 설정하는 수단, 상기 버니어 신호쌍에 대한 발생 시간 및 각각의 발생 시간에 해당하는 총체적인 광 펄스의 수를 확인하는 수단, 총체적인 광 펄스의 수 대 시간에 대한 발생 함수를 마련하도록 상기 발생 시간을 사용하는 수단, 및 광 검출기의 선형성 측정으로서 비 - 버니어 신호 대 펄스 주기에 대한 그래프를 이루도록 상기 비 - 버니어 신호를 상기 발생함수와 상호 관련시키는 수단을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 일렬의 광 펄스를 향하게 하는 수단은 안정된 광선을 방출하는 광원, 및 상기 광원에 배분되는 디스크를 포함한다. 상기 디스크는, 회전할 경우 상기 디스크가 광 검출기로 광 펄스를 통과시키도록 선택된 슬롯 폭을 갖는 슬롯을 상기 디스크 내부에 지닌다. 상기 펄스 주기를 완만하게 변화시키는 수단은, 바람직하게는 우선 최대 회전 속도보다 큰 속도로 상기 디스크를 구동시킨다음에, 최대 회전 속도에서 최소 회전 속도로 활강하도록 상기 디스크를 구속하지 않음으로써 완만하게 변화하는 속도로 상기 디스크를 회전시키는 수단을 포함한다.

[본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명]

제 1 도에는 광 진폭에 대한 선형성의 교정이 본 발명에 따라 이루어질 수 있는 광 검출기 (11) 를 갖는 전형적인 광도측정 기기 (10) 가 예시되어 있다. 전형적인 기기는, 예를들면 가솔린을 구성하는 옥탄에서 미세한 변화를 측정하기 위해 적외선 부근에서 높은 감도를 필요로하는 분광사진 폴리크로메이터 (spectrographic polychromator) 또는 화학적 측정 (chemometric) 기기일 수 있다. 안정되어 있으나, 그러하지 않은경우 통상적인 광원 (12) 은 빛 (13) 을 제공하며, 이러한 빛 (13) 은 광섬유 (16) 의 입력단부에 초점을 맞추는 조준 렌즈 (14) 를 관통한다. 상기 광섬유는 테스트될 가솔린과 같은 액체에 침수되어 있는 프로브 (probe) 조립체 (18) 로 상기 빛을 향하게 한다. 상기 프로브 조립체는 홀트 명의로 1991 년 10 월 8 일자 출원된 계류중에 있는 미합중국 특허출원 제 773,189 호에 개시된 형태일 수 있으며 단순화를 위해 제 1 도에 도시되지 않은 광학기기를 포함할 수 있다. 직류 관통 (straight - through) 프로브로서 도시되어 있지만, 그 대신에 상기 프로브는 반사기를 갖는 접을 수 있는 광학기기를 지님으로써 한다발의 광섬유로 이루어진 복귀 경로로 빛을 다시 복귀시킬 수 있다.

상기 프로브에서는, 샘플 공간 (20) 이 액체로 제공됨으로써 약간의 빛이 선택적으로 필터링될 수 있는 액체를 통해 지나간다. 상기 필터링된 빛은 제 2 의 광섬유 (24) 에 의해 픽업 (pick up) 된다. 상기 섬유를 통해 빛을 액체에 선택적으로 바이패스 (bypass) 시키기 위해 광학 스위치 (28) 를 갖는 바이패스 섬유 (26) 가 제공되어, 상기 필터링된 빛을 비교해야 할 표준을 제공한다. 상기 제 2 의 광섬유 (24) 는, 예를들면 빛 (35) 을 광 검출기 (11) 로 분산시키는 요 (凹) 면 격자 (33) 를 사용하여 상기 빛을 분광 측정기 (32) 로 이동시킨다. 상기 검출기로부터 발생되며 분광 (spectrum) 을 나타내는 신호는 컴퓨터 (37) 의 저장부 (39) 및 처리부로 향하게 된다. 본 실시예에서는, 분광이 샘플 액체의 "지문 (fingerprint)" 으로서 사용된다.

광 검출기 (11) (제 2 도 참조) 는 EG & G Reticon 에 의해 제작된 RL1024S 와 같은 종래의 고체 형태이다. 그러한 검출기는 자체적으로 스캐닝되는 광 다이오드 어레이 또는 전하 결합 디바이스이거나 전하 주입 디바이스 또는 그와는 다른 것일 수 있는 것이 전형적이다. 이는 인접한 감광성 픽셀 영역 (34) 의 선형 어레이, 예를들면 1024 개의 픽셀로 이루어진 선형 어레이를 갖는다. 한 영역상에 빛이 입사되는 경우에는 전하가 축적되는데, 이는 새로운 전하 축적을 개시하도록 상기 영역이 또한 지워지는 경우 게이트 (36) 를 통해 주기적으로 판독된다. 상기 디바이스에 클록 (38) 및 증폭기 (40) 를 포함하는 집적 회로를 사용하는 경우, 상기 픽셀이 순차적으로 판독되어 라인 (42) 을 통해 컴퓨터 (37) (제 1 도 참조) 로 공급되는 전압 신호를 발생시킨다. 각각의 신호는 판독 간격, 즉 판독간의 주기동안 선택된 픽셀에 의해 수용된 빛의 양을 나타낸다. 상기 수용된 빛의 양은 상기 판독 간격을 통해 통합된 검출된 빛의 강도로서 선택적으로 기술되는 총체적인 광량자의 수이다. 또한, 상기 판독 주기는 총체적인 픽셀 어레이를 통한 판독 사이클 시간인 것이 일반적이다. 이러한 주기는 예컨대 10 내지 100 밀리초의 적절한 동작 범위를 실현하도록 빛의 레벨에 따라 선택될 수 있다.

본 발명의 목적은 컴퓨터 (37) 에 내제하는 아날로그/디지탈 변환기를 포함하는 기기에서 집적 회로 및 다른 어떤 관련 회로를 포함하는 검출기 (11) 의 선형성을 결정하는 것이다. 문제로 삼고있는 선형성은 서로 다른 빛의 양을 나타내는 판독 신호의 크기와 관계가 있다.

본 발명에 따르면, 회전 디스크 (46) 를 삽입시키기 위해 섬유중 한 섬유에 갭 (44) 이 제공되어 있다. 도시된 바와같이, 상기 디스크는 제 1 의 섬유 (16) 에서 형성된 갭에 존재하지만, 상기 디스크가 광원과 검출기 사이에 존재하는한은 실제 위치는 중요하지 않다. 여기에 제공된 단계들은 대개 프로브에 액체가 전혀없는 상태나 정위치에서 바이패스되는 상태로 이행되어야 하지만, 상기 방법은 정위치에 액체가 있는 상태로 달성될 수 있다.

제 3 도에는 갭 (44) 및 디스크 (46) 가 보다 상세히 도시되어 있다. 상기 디스크는 베어링 (50) 상에 장착된 축 (48) 을 지니며, 상기 디스크는 모터 (52) 에 의해 상기 모터에서 디스크를 해제시킬 수 있는 클러치 (54) 를 통하여 구동된다. 상기 디스크는 최소한 하나의 슬롯 (56) 을 지니며, 상기 슬롯 (56) 은 광선 (13) 이 지나가게 한다. 본 발명은 여기에서 한개의 슬롯에 대해 기술하고 있지만, 2 개 이상의 슬롯이 산정수치를 고려하여 적절하게 사용될 수 있다. 상기 갭에 있는 섬유단부가 이들 사이에 존재하는 디스크와 서로 매우 근접해 있거나 (제 1 도 참조), 제 3 도에 도시된 바와같이 한쌍의 렌즈 (58) 가 섬유단부와 디스크에서 각각 한쌍의 초점과 직렬로 위치되어 있는 것이 바람직하다.

디스크 (46) 는, 모터 (52) 를 사용하여 선택된 최대 회전속도 이상의 속도로 상기 디스크를 구동시키고, 상기 디스크의 자유 구동이 최대 회전속도에서 최소 회전속도로 활강할 수 있도록 클러치 (54) 를 해제함으로써 동작되는 것이 유리하다. 광학 감지용 회전 속도 측정기 (60) (제 1 도 참조) 는 속도를 측정하여 측정된 속도가 극단적인 상태에 있을때 데이타를 취하라고 컴퓨터에 신호를 보내는데 사용될 수 있다. 양호한 베어링 (50) 및 비교적 무거운 디스크 (예컨대 25 cm 의 지름 및 2.5 kg 의 질량) 를 사용할 경우, 상기 디스크는 선택된 범위에 걸친 속도에서 매우 완만하게 감속하게 된다. 감속되는 것이 반드시 필요한 것은 아니다. 즉, 속도는 완만하게 증가되거나 정연한 주기를 이룰 수 있다. 그러나, 클러치를 사용하는 바람직한 방법이 매우 간단하며 특히 완만하게 구동하는 모터를 필요로 하지않고서도 속도의 범위를 만들어 내는데 적합하다.

디스크가 저속으로 활강하고 광선을 통해 슬롯을 주기적으로 지나가는 동안, 검출기상에서 연속적인 판독이 적어도 하나의 픽셀에 대하여 취해진다. 검출기로부터 발생되며 슬롯에 의해 통과되는 빛의 양을 나타내는 전압 신호 대 각각의 판독 시간은 적절한 아날로그 - 디지탈 변환후에 컴퓨터에 저장된다. 상기 슬롯은 선택된 각도의 폭 (W) 을 지니며, 이러한 폭은 360°에 대한 각도의 폭의 비율인 디스크 원의 일부 각도이다.

제 4a 도는 판독 간격 (62) 을 도시한 것인데, 각각의 판독 간격 (62) 은 컴퓨터를 통해 세트된 검출기에 대한 미리 결정된 판독주기 (P) 와 동일하다. 광펄스에 대한 타이밍 (64) 은 상기 판독주기 (P) 상에 중복된다. 펄스가 각각의 간격의 단부 (66) 에서 판독되기 때문에 슬롯에서 나타난 펄스의 실제 타이밍은 알수없다. 그러나, 광원의 안정성 때문에, 저장된 신호에 비례하는 펄스 시간폭 (T) 은 디스크의 회전 비율과 슬릿폭에 의하여 결정되는 것이 효과적이다. 제 4b 도는 디스크가 보다 느린 속도로 회전하는 경우의 펄스 (64') 를 도시한 것이다.

이하에서 명백하게 될 이유로해서, 펄스 (64, 64') 가 인접한 간격이내에 있다라는 제한, 즉 펄스가 제 4a 도에 도시된 바와 같이 다른 모든 간격보다는 종종 더 많이 발생하지 않아야 한다는 제한이 필요하다. 그러므로, 디스크의 최대 회전 속도는 판독주기 (P) 의 역수의 절반보다 크지않아야 한다. 또한, 슬롯의 폭 (W) 및 최소 회전 속도는, 어떠한 펄스 기간 (T) 도 판독주기 (P) 보다 길지 않도록 협동하여 선택된다.

때때로, 광펄스 (70) 는 제 5 도에 도시된 바와 같이 2 개의 판독간격에 걸쳐있게 된다. 흐름도 (제 6 도 참조) 를 비교참조하면, 개시 (110) 하여 저장된 신호대 시간 (112) 을 판독한 후에는, 상기 걸침은 인식되어 컴퓨터 프로그램에서 2 개의 인접한 판독 (72, 74) 으로서 식별 (114) 된다. 그러한 인접 판독은 상기에 기술한 바 있는 최대 회전 속도상에서의 제한때문에 항상 걸침이 존재한다. 이러한 인접 판독은 디스크 속도를 계산하는데 사용되므로, 여기에서는 버니어 신호쌍 (76) 으로 지칭된다. 상기 버니어 신호쌍을 제외한 다른 것은 비 - 버니어 신호 (예컨대, 제 4a 도 및 제 4b 도에 도시된 신호 (64, 64') 로 지칭되며 이들 한세트 비 - 버니어 신호는 또한 컴퓨터 프로그램에 의해 설정 (116) 된다.

초기 (단계 (114) 이전) 에는, 컴퓨터 프로그램내에 그래프나 계수가 모든 판독 신호 발생 대 시간으로 형성 (118) 되어 개시점에서 (즉, 선택된 최대 속도에서) 의 디스크 회전 계수 대 시간을 제공한다. 예 (제 7 도 참조) 를 들면, 비 - 버니어 신호 (64) 는 판독 간격에 내재하는 펄스 시간의 불확실성을 나타내는 짧은 수평라인으로 도시되어 있다. 버니어 신호쌍 (76) 에 대하여는, 각각의 쌍의 제 1 신호 (72) (제 5 도 참조) 만이 나타나 있는데, 그 이유는 광펄스 판독에 대하여 제 2 의 신호가 동일하기 때문이다. 이러한 버니어 신호시간은 펄스폭의 정밀성을 갖는 실제 판독시간이고, 이때문에 보다 잘 알수있게 점으로 나타나 있다. 비 - 버니어 신호 (64) 를 포함하는 초기 그래프는 각 버니어 신호쌍 (76) 에 대한 회전 계수를 설정 (120) 하는데, 이러한 그래프에서의 비 - 버니어 신호쌍의 역할은 완전 계수를 제공하는 것이다.

그다음에, 버니어 신호쌍에 대한 정밀 발생 시간은 확인 (122) 된다. 상기 버니어 신호쌍에 대하여만 판독 시간을 사용하는 경우, 곡선 (78) (제 7 도 참조) 으로 나타난 예비 함수는 발생 횟수, 즉 개시점에서 개시하는 계수와 시간으로서 디스크 회전 (R) (공전) 횟수 대 시간 (T) 을 나타내는 광선을 통한 슬롯의 통과 대 시간에 정합 (124) (제 6 도 참조) 한다. 상기 버니어 신호쌍에 대한 예비 발생시간 및 상기 발생시간에서의 1 회의 완전한 디스크 회전의 예비 시간주기 (128) 가 결정된다. 상기 예비 발생시간은 본 발명의 범위내에서 상기 버니어 신호쌍의 제 1 신호의 실제 저장된 판독 시간일 수 있으나, 적합한 예비곡선으로부터 취해진 평가는 보다 정확하다. 버니어 부분은 함께 부가된 버니어 신호쌍의 2 개 신호의 총체적인 크기에 대한 상기 버니어 신호쌍의 신호, 예컨대 상기 버니어 신호쌍의 제 1 신호의 비율로서 형성 (130) 된다.

버니어 펄스의 개시 시간 평가의 정밀성을 개선시키기 위하여, 시간 오프셋 (132) 이 계산된다. 완만한 곡선은 예비 발생시간 데이타에 정합한다. 버니어 지점에서의 기울기는 디스크의 회전 속도의 평가이다. 이때, 이러한 기울기의 역수는 전체 디스크의 회전 (128) 에 대한 평가시간이다. 각도 부분 (디스크 회전에 대한 슬롯) 과 이러한 시간의 곱셈 결과는 전체 펄스에 대한 평가 시간이다. 이러한 횟수를 버니어 부분과 곱셈한 결과가 얻어진다 (134).

버니어 신호쌍의 발생 시간은 시간 오프셋에 의해 보정 (134) 된다. 제 8a 도는 버니어 신호 (76), 비 - 버니어 신호 (64) 및 예비곡선 (78) 에 대한 초기 그래프를 보여주는 제 7 도 그래프의 상세 부분을 포함한다. 상기 버니어 신호에 대한 보정된 발생시간 (80) 은 계산된 시간 오프셋 (0) 으로 대체되어 도시되어 있는데, 상기 계산된 시간 오프셋 (0) 은 각각의 버니어에 대해 변화하는 양만큼 곡선을 이동시킨다.

다른 어떤 지점이 종료 시간이나 중간 지점과 같이 사용될 수 있지만, 각각의 광펄스의 개시 시간 (82) (제 5 도 참조) 으로 보정하는 것이 편리하다. 개시 시간의 경우에, 시간 오프셋은 예비 발생시간에서 감산된다. 이는 곡선을 좌측으로 이동시킨다. 여하튼간에, 상기 버니어 신호쌍에 대한 보정된 발생 시간은 디스크 회전 (R) 의 횟수대 시간을 나타내는 보정된 함수나 곡선 (84) (제 8a 도 참조) 을 정합 (136) (제 6 도 참조) 시키는데 사용된다. 이러한 함수곡선의 정합은, 지수함수 지연 곡선이 충분할 수 있지만, 바람직하게는, 종래의 입방 스플라인 (cubic spline) 방법을 사용하여 정밀하게 행해져야 한다.

보정된 발생시간은 진행 (137) 에 충분히 정확할 수 있다. 그러나, 필요하다면 상기 파라메타를 계산하고 보정된 함수를 정합시키는 단계는 최종적으로 보정된 함수 (136) 에 대한 정확성을 개선시키기 위해 적어도 한 번 반복 (138) 될 수 있다.

최종적으로 보정된 함수곡선 (84) 으로부터, 시점 (86) 은 비 - 버니어 신호 각각에 대한 디스크 회전수로 결정 (140) 된다. 현재, 이러한 시점 (86) 은, 이전에 판독주기 (P) 내에서 불확실하였던 비 - 버니어 신호 (64) 를 제시간에 정확하게 위치시킨다.

나머지 단계 및 수단 (139) 은, 비 - 버니어 신호를 발생함수에 서로 관련시킴으로써 광 검출기 (11) 의 선형성을 교정하여 상호관계 함수 대 펄스 주기를 달성하는데 사용한다. R 대 시간의 보정된 곡선 (84) 의 도함수 (85) (제 8b 도 참조) 의 계산은 디스크의 회전속도 (S) 대 시간을 나타내고, 펄스 주기 대 시간과 동일한 회전속도의 역수 (1/S) 대 시간을 나타내는 또 다른 곡선 (87) 이 계산 (142) 된다. 비 - 버니어 신호에 대한 시점 (86) 은 상기 또다른 곡선상에서 회전속도 (1/S) 의 역수에 대한 해당시점을 (예컨대 파선 (88) 을 통해) 식별하는데 사용된다. 이러한 곡선과 신호 크기를 갖는 지점의 또다른 식별에 따라, 상호 관련 함수의 그래프 (90) 는 비 - 버니어 신호 (64) 대 회전 속도의 역수 (제 9 도 참조), 즉 펄스주기로 형성 (144) 된다. 명확성을 위해, 상기 단계들은 그래프 곡선 (85, 87) 에 대해 예시된 것이지만, 통상적으로는 컴퓨터 프로그램이 이들을 함수적으로 조작한다.

후자의 그래프 (상호관련 함수) 는 최소한 대략적인 성형이여야 하며, 광 검출기의 선형성 교정으로 사용된다. 이는, 여러 방법중 어느 한 방법으로, 예를들면 여러 용도에서의 통합된 광의 강도의 선형 범위를 선택할 수 있거나, 측정값에 보정 인자를 제공함으로써 사용될 수 있다.

그러한 교정 인자는 회귀 (回歸) 계수의 형태일 수 있다.

더욱 정밀성을 기하기 위해 픽셀 수에 대한 판독이 취해져서 상기 기술한 바 있는 측정에 대해 공동 계산될 수 있다. 예를들면, 검출기의 전역에서 선택된 10 개의 픽셀이 유용할 수 있다. 너무 많은 픽셀 수는 계산을 매우 느리게할 수 있다. 상기 선택된 픽셀사이의 판독에 있어서의 시간차가 있기 때문에, 상기 판독시간은 흐름도 (제 6 도 참조) 에 나타나있는 단계 (112) 로부터 이러한 차에 대해 보정되어야 한다. 그러한 시간 이동은 픽셀 어레이의 위치에 비례한다. 버니어 발생 빈도는, 10 개의 픽셀이 사용되는 경우 10 배로 증가하는 것과 같이 사용된 픽셀수에 비례하여 증가한다.

더우기, 복수개의 픽셀 사용은 시간 오프셋 (132) 을 계산하는 선택적인 방법을 가능하게 한다. 2 개 이상의 픽셀이 비임을 통한 슬롯의 동일 통과에 해당하는 버니어를 갖는 경우, 그러한 버니어 부분 (130) 은 판독에 있어서의 알고있는 이동시간 때문에 차이가 나게 된다. 이러한 이동시간은, 주어진 픽셀이 기준 픽셀보다 늦거나 이르게 판독될지의 여부에 따라 주어진 픽셀에서의 펄스의 개시시간의 가산 또는 감산에 의해 변한다. 상기 버니어 부분의 측정값과 함께 이러한 이동시간의 습득은 펄스폭의 직접 계산을 가능하게 한다. 여러개의 픽셀이 선택되는 경우, 이러한 계산은 사용가능한 모든 픽셀로부터 버니어를 나타냄으로써 가장 정확하게 이행될 수 있다.

제 6 도의 흐름도로 나타낸 바와같이 전술한 단계를 이행하는 프로그래밍 수단은 컴퓨터와 함께 사용되는 운영체계 (operating system) 의 공급자를 통해 일반적으로 사용될 수 있는 "C" 와 같은 종래의 컴퓨터 시스템으로 간편하고 용이하게 달성된다. 곡선 정합은 종래의 사항이며 프로그램은 용이하게 입수될 수 있다. 상기 프로그램은 분광 측정기와 관련된 디지탈 이큅먼트사의 모델 316 SX 컴퓨터상에서 컴파일링 (compiling) 될 수 있다.

본원에서 및 첨부된 특허청구의 범위에 기재된 몇가지 계산단계는 그러한 일련의 단계와 등가로 간주되는 하나의 공식으로 결합될 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 또한, 본원에 참고가된 그래프 단계는 프로그램내에서 이루어질 수 있으며 가시화 형태로 이루어지는 것을 반드시 필요로하지 않는다.

일례로, 25 cm 의 디스크에 대한 선택 파라메타의 경우, 판독주기는 10 밀리초이며 디스크 슬롯의 각도폭은 1.8°인데, 후자는 1.8/360 = 0.005 의 각도 부분이다. 보류 규칙에 따르면, 최대 디스크 속도는 3000 회전/분 (RPM) 보다 크지 않으며, 최소 디스크 속도는 30 RPM 보다 작지 않음으로써 선형성 테스트에서 100 : 1 의 동작범위를 이룬다.

본 발명은, 특히 액체나 반투명한 고체에서의 광흡수의 정밀 측정에 사용되는 형태의 분광광도 측정기기에 대해 기술되었다. 그러나, 본 발명은, 넓게는 주기적 판독을 갖는 형태의 광 검출기를 교정하는 것에 관한 것이다. 그러므로, 본 발명은 원자 방출 분광학, 원자 흡수 분광학이나 천문학에 관한 검출기나 카메라와 같은 비 - 분광사진기기에 관한 검출기, 또는 사용하기전에 검출기를 교정하는데 간편한 검출기를 합체하는 어느 광도 측정기기와 함께 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

본 발명은 특정 실시예를 참고로하여 상기에 상세히 기술되었지만, 본 발명의 사상 및 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 여러 변경 및 수정은 당업자라면 자명할 것이다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 특허청구의 범위나 그의 등가범위에 의해 한정되려고만 의도한 것이다.

Claims (17)

1. 신호의 순차적인 판독을 지니되, 각각의 신호가 해당 판독 간격 동안에 수용된 빛의 양과 상호관련되게 하고, 각각의 판독이 판독시간을 지니며, 모든 판독 간격이 미리 결정된 판독 주기와 동일하게 하는 광 검출기의 선형성을 결정하는 방법에 있어서, 상기 광 검출기에 일렬의 광펄스를 향하게 하되, 상기 광펄스가 연속 펄스사이의 가변 펄스 주기와 동일 강도를 갖게하고, 각각의 광펄스가 펄스주기의 일정부분과 동일한 가변 펄스폭을 갖게하는 단계, 각각의 펄스폭이 상기 판독 주기보다 크지않도록 상기 일정부분과 최대 펄스주기를 선택하며, 상기 판독주기의 2 배보다 작지않은 최소 펄스주기를 부가적으로 선택하는 단계, 상기 최대 펄스주기 및 최소 펄스주기사이에서 상기 펄스주기를 완만하게 변화시키면서, 상기 광검출기로부터 발생된 순차적인 신호 및 해당 판독시간을 판독·저장하는 단계, 인접한 판독간격에서 발생한 신호쌍으로서 한세트의 버니어 신호쌍을 식별하며, 상기 버니어 신호쌍을 제외한 한세트의 비 - 버니어 신호를 설정하는 단계, 상기 버니어 신호쌍에 대한 발생시간 및 각각의 발생시간에 해당하는 총체적인 광펄스의 수를 확인하는 단계, 총체적인 광펄스의 수 대 시간의 발생함수를 정합시키는데 상기 발생 시간을 이용하는 단계, 및 상기 광검출기의 선형성 측정으로서 비 - 버니어 신호대 펄스주기의 상호관련 함수를 이루도록 상기 비 - 버니어 신호를 상기 발생함수에 상호 관련시키는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 상호 관련 단계는, 상기 발생 함수로부터 비 - 버니어 신호에 대한 시점을 결정하는 단계, 상기 발생함수로부터 펄스 주기 대 시간을 나타내는 또다른 함수를 계산하는 단계, 상기 또다른 함수로부터 각각의 시점, 결과적으로는 각각의 해당 비 - 버니어 신호에 대한 해당 펄스주기를 식별하는 단계, 및 상기 비 - 버니어 신호 대 해당 펄스주기를 사용하여 상호 관련 함수를 이루는 단계를 포함하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 발생 시간을 확인하는 단계는, 광펄스의 수 대 상기 버니어 신호쌍중 먼저 발생한 신호의 판독 시간의 예비 함수를 정합시키는 단계, 상기 예비 함수로부터 상기 버니어 신호쌍에 대한 예비 발생시간 및 상기 예비 발생시간에서의 예비 펄스주기를 결정하고, 상기 버니어 신호쌍을 구성하는 신호의 합에 대한 상기 버니어 신호쌍에 내재하는 한 신호의 비율로서 버니어 부분을 한정하며, 상기 버니어 부분, 상기 일정부분 및 상기 예비 주기의 곱으로서 시간 오프셋을 계산함으로써 각각의 버니어 쌍에 대한 발생 시간을 계산하는 단계, 및 상기 예비 발생시간을 상기 시간 오프셋으로 보정함으로써 한 세트의 보정된 발생 시간을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 초기에 미리정합된 발생 함수를 새로운 예비 함수로서 사용함으로써, 상기 발생 시간을 계산하는 단계를 적어도 한번 반복하는 단계를 부가적으로 포함하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 일렬의 광펄스를 향하게 하는 단계는 상기 광 검출기에 광펄스를 지나가게 하도록 선택 슬롯이 있는 슬롯을 지니는 회전 디스크를 안정된 광선에 배치시키는 단계를 포함하며, 상기 펄스 주기를 완만하게 변화시키는 단계는 완만한 변화 속도로 상기 디스크를 회전시키는 단계를 포함하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 회전 단계는, 초기에 상기 최대 회전 속도이상으로 상기 디스크를 구동시킨다음, 상기 최대 회전 속도로부터 상기 최소 회전속도로 활강하도록 상기 디스크를 구속하지않게 함으로써 달성되는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 광 검출기는, 분광 분산된 광펄스를 상기 광 검출기에 향하게 하도록 광펄스를 용이하게 수용하는 분산 수단을 포함하는 분광 광도 측정기에 배치되어 있는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 광 검출기는 상기 분산된 광 펄스의 서로 다른 분광 부분을 각각 용이하게 수용하는 복수개의 감광 픽셀을 포함하며, 순차적인 신호를 발생시키기 위해 적어도 2 개의 픽셀을 사용하는 단계를 부가적으로 포함하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 발생 시간을 사용하는 단계는 픽셀간의 발생시간차에 대해 상기 시간을 보정하는 단계를 포함하는 방법.
10. 신호의 순차적인 판독을 지니되, 각각의 신호가 해당 판독 간격 동안에 수용된 빛의 양과 상호 관련되게 하고, 각각의 판독이 판독시간을 지니며, 모든 판독 간격이 미리 결정된 판독주기와 동일하게 하는 광 검출기, 상기 광 검출기에 일렬의 광펄스를 향하게 하되, 상기 광펄스가 연속 펄스사이의 가변 펄스주기와 동일 강도를 갖게하고, 각각의 광펄스가 펄스주기의 일정 부분과 동일한 가변 펄스폭을 갖게하는 광수단, 일련의 순차적인 신호를 이루도록 최대 펄스주기 및 최소 펄스주기사이의 펄스 주기를 완만하게 변화시키되, 상기 최소 펄스주기는 상기 판독 주기의 2 배보다 작지않게 하며 상기 최대 펄스주기 및 일정 부분은 각각의 펄스폭이 상기 판독주기보다 크지않도록 협동하게 하는 변화수단, 상기 광 검출기로부터 발생된 순차적인 신호와 해당 판독시간을 저장하는 저장수단, 인접 판독 간격에서 발생하는 신호쌍으로서 한세트의 버니어쌍을 식별하며, 상기 버니어 신호쌍을 제외한 한세트의 비 - 버니어 신호를 설정하는 수단, 상기 버니어 신호쌍에 대한 발생시간 및 각각의 발생 시간에 해당하는 총체적인 광펄스의 수를 확인하는 수단, 총체적인 광펄스의 수 대 시간의 발생함수를 정합시키도록 상기 발생 시간을 사용하는 수단, 및 상기 광 검출기의 선형성 측정으로서 상기 비 - 버니어 신호 대 펄스 주기의 상호 관련 함수를 이루도록 상기 비 - 버니어 신호를 상기 발생 함수로 상호관련시키는 수단을 포함하는 정밀 광도측정기기.
11. 제10항에 있어서, 상기 상호 관련 함수는, 상기 발생 함수로부터 비 - 버니어 신호에 대한 시점을 결정하는 수단, 상기 발생 함수로부터 펄스 주기 대 시간을 나타내는 또다른 함수를 계산하는 단계, 상기 또다른 함수로부터 각각의 시점, 결과적으로는 각각의 해당 비 - 버니어 신호에 대한 해당 펄스 주기를 식별하는 수단, 및 상기 비 - 버니어 신호 대 해당 펄스 주기를 사용하여 상기 상호 관련 함수를 이루는 수단을 포함하는 정밀 광도 측정기기.
12. 제10항에 있어서, 상기 발생 시간을 확인하는 수단은, 총체적인 광펄스의 수 대 상기 버니어 신호쌍중 먼저 발생하는 신호의 판독시간의 예비함수를 정합시키는 수단, 상기 예비 함수로부터 상기 신호쌍에 대한 예비 발생 시간 및 상기 예비 발생시간에서의 펄스주기를 결정하는 수단, 상기 신호쌍을 구성하는 신호의 합에 대한 상기 신호쌍을 이루는 한 신호의 비율로서 버니어 부분을 한정하는 수단, 상기 버니어 부분, 상기 일정 부분 및 상기 펄스주기의 곱으로서 시간 오프셋을 계산하는 수단, 및 상기 예비 발생시간을 상기 시간 오프셋으로 보정하는 수단을 포함하는 정밀 광도 측정기기.
13. 제10항에 있어서, 상기 일렬의 광펄스를 향하게 하는 수단은, 안정된 광선을 방출시키는 광원, 상기 광선에 배치되어 있는 디스크로서, 회전시 디스크가 상기 광 검출기에 광펄스를 지나가게 하도록 선택 슬롯이 있는 슬롯을 지니는 디스크를 포함하며, 상기 펄스 주기를 완만하게 변화시키는 수단은 상기 디스크를 완만한 변화 속도로 회전시키는 수단을 포함하는 정밀 광도 측정기기.
14. 제13항에 있어서, 상기 회전 수단은 초기에 상기 디스크를 상기 최대 회전속도 이상으로 구동시키는 수단, 및 상기 최대 회전 속도로부터 상기 최소 회전 속도로 활강하도록 상기 디스크를 구속하지 않게하는 수단을 포함하는 정밀 광도 측정기기.
15. 제10항에 있어서, 상기 광 검출기는 분광 분산된 광펄스를 상기 광 검출기에 향하게 하도록 광펄스를 용이하게 수용하는 분산 수단을 포함하는 분광 광도측정기에 배치되어 있는 정밀 광도 측정기기.
16. 제15항에 있어서, 상기 광 검출기는 상기 분산된 광펄스의 서로 다른 분광 부분을 각각 용이하게 수용하는 복수개의 감광 픽셀을 포함하며, 상기 선택된 신호는 적어도 2 개의 픽셀로부터 발생된 신호를 포함하는 정밀 광도 측정기기.
17. 제16항에 있어서, 상기 발생시간을 사용하는 수단은 픽셀간의 발생시간차에 대해 상기 시간을 보정하는 수단을 포함하는 정밀 광도 측정기기.