KR101239573B1

KR101239573B1 - 측광 장치

Info

Publication number: KR101239573B1
Application number: KR1020107019594A
Authority: KR
Inventors: 유조 이자키; 마사요시 츠루오카
Original assignee: 가부시키가이샤 토프콘
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2013-03-18
Also published as: WO2009128338A1; JP5378359B2; CN102007389B; CN102007389A; KR20100106619A; JPWO2009128338A1

Abstract

측정 장치(2)의 수광부는, 차단 필터(26)에 의해 차단되는 단파장측의 광에 대응한 위치에 배치된 수광 소자(4a)를 포함하고, 차단 필터(26)에 의해 차단되는 단파장측의 광에 대응한 위치에 배치된 수광 소자(4a)의 출력이 암전류 출력으로서 이용된다. 연산 회로(6)에는, 차단되는 단파장측의 광보다도 장파장측의 파장의 광에 대응한 위치에 배치된 각 수광 소자(4a)로부터의 측광 출력을, 암전류 출력을 이용하여 보정하는 보정 회로(30)가 설치되어 있다.

Description

측광 장치{PHOTOMETER}

본 발명은 측정 대상물로부터의 광을 분광하여 각 파장마다의 광의 휘도 등을 측정하는 측광 장치의 개량에 관한 것이다.

종래부터, 측정 대상물로부터의 광의 파장을 분광하여 그 각 파장의 휘도 등을 측정하는 측광 장치가 알려져 있다.

이 종래의 측광 장치에서는, 측정 대상물로부터의 광을 회절 격자에 의해 각 파장마다 분광하고, 각 파장으로 분광된 광을 수광부로서의 고체 촬상 소자에서 수광하고, 이 고체 촬상 소자로부터의 출력에 기초하여 각 파장의 광의 휘도, 색도 등을 측정하는 것으로 되어 있다.

이 종래의 측광 장치에는, 수광부의 각 수광 소자에 광이 입사하고 있지 않은 경우라도, 열잡음에 의해 고체 촬상 소자로부터 암(暗)전류가 출력된다(암전류 출력).

그래서, 측정 대상물로부터의 광이 수광부에 입사하지 않은 상태에서 고체 촬상 소자로부터의 암전류 출력을 검출하고, 다음에 측정 대상물로부터의 광을 수광부에 입사시켜 고체 촬상 소자로부터의 측광 출력을 검출하고, 이 측광 출력과 암전류 출력의 차분을 연산에 의해 구하여, 암전류 출력을 제거함으로써 각 수광 소자로부터의 측광 출력을 보정한다고 하는 복수회의 측정을 행하는 구성의 측광 장치가 제안되어 있다.

또, 수광부의 단부에 마스크(mask)를 설치하여, 측정 대상물로부터의 광이 그 마스크로 피복된 수광 소자에 입사하지 않게 하여, 마스크로 피복된 수광 소자로부터의 암전류 출력과 마스크로 피복되어 있지 않은 각 수광 소자로부터의 측광 출력을 동시에 검출하고, 각 수광 소자로부터의 측광 출력을 보정한다고 하는 동시 측정 구성의 측광 장치도 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본 특허공개 1983-158528호 공보

그런데, 그 복수회의 측정을 행하는 구성의 측광 장치에서는, 정밀하게 측정하는 것은 가능하지만, 측정에 시간이 걸린다고 하는 불편이 있다.

동시 측정의 구성의 측광 장치에서는, 측정 스피드(speed)의 향상을 도모할 수가 있지만, 수광부에 마스크를 설치하지 않으면 안되고, 수광부의 구조에 변경을 가하지 않으면 안된다는 불편이 있다. 또, 각 수광 소자로부터 출력되는 암전류는 반드시 똑같다고는 할 수 없고, 마스크로 피복된 수광 소자로부터의 암전류 출력을 일률적으로 빼어, 측광 출력을 보정에 의해 구했다고 해도, 반드시 정확하게 암전류 출력을 제거할 수 있다고는 할 수 없어, 정밀 측정이라는 관점에서는 아직도 조금 불충분하다.

본 발명의 목적은, 기존의 수광부의 구조를 변경하지 않고, 또한 측정 정밀도의 저하를 억제하면서, 또 측정 스피드의 향상을 도모할 수 있는 측광 장치에 관한 것이다.

본 발명의 측광 장치는, 측정 대상물로부터의 광을 분광하여 측광하는 분광 측광 광학계와, 당해 분광 측광 광학계에 의해 파장마다 분광된 광을 수광하는 수광부와, 당해 수광부의 측광 출력에 기초하여 측광 특성을 연산하는 연산 회로를 가지고, 상기 분광 측광 광학계는 측정 대상물로부터의 광을 평행 광속(光束)으로 변환하는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)와, 당해 콜리메이터 렌즈를 통과한 광속을 파장마다 분해하는 파장 분해 소자와, 파장마다 분해된 각 광속을 상기 수광부에 각각 집광시키는 집광 렌즈와, 가시광보다도 단파장측의 광을 차단(cut)하는 차단 필터(cut filter)를 가지고, 상기 수광부는 파장마다 분광된 광을 각각 수광하는 복수개의 수광 소자를 가지고, 당해 복수개의 수광 소자는 분광된 광의 소정의 파장의 위치에 대응하여 일정 방향으로 배열됨과 아울러, 상기 복수개의 수광 소자는 상기 차단 필터에 의해 차단되는 단파장측의 광에 대응한 위치에도 배열되고, 상기 차단 필터에 의해 차단되는 단파장측의 광에 대응한 위치에 배치된 수광 소자의 출력이 암(暗)전류 출력으로서 이용되고, 상기 연산 회로에는, 차단되는 단파장측의 광보다도 장파장측의 파장의 광에 대응한 위치에 배치된 각 수광 소자로부터의 측광 출력을, 상기 암전류 출력을 이용하여 보정하는 보정 회로가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 측광 장치에 있어서, 상기 차단 필터가 콜리메이터 렌즈의 앞에 설치되고, 당해 차단 필터가 각 파장의 감도를 보정하기 위한 색유리 필터인 것이 바람직하다.

본 발명의 측광 장치에 있어서, 상기 차단 필터가 콜리메이터 렌즈의 뒤에 설치되고, 당해 차단 필터가 각 파장의 감도를 보정하기 위한 색유리 필터인 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 측광 장치에 있어서, 상기 차단 필터가 380nm 이하의 파장의 광을 차단하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 측광 장치는, 상기 보정 회로에는, 상기 차단 필터에 의해 차단되는 단파장측의 광에 대응한 위치에 배치된 수광 소자의 암전류 출력과, 차단되는 단파장측의 광보다도 장파장측의 각 파장의 광에 대응한 위치에 배치된 각 수광 소자의 출력으로서, 또한 당해 각 수광 소자에 광이 닿지 않는 상태에서 측정에 의해 구해진 출력의 비를 각 수광 소자마다 보존하는 기억부가 접속되고, 상기 보정 회로는 단파장측의 광보다도 장파장측의 각 파장의 광에 대응한 위치에 배치된 각 수광 소자마다의 암전류 출력을 상기 비에 기초하여 구하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 기존의 수광부의 구조를 변경하지 않고, 또한 측정 정밀도의 저하를 억제하면서, 또 측정 스피드의 향상을 도모할 수가 있다는 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명에 관계되는 측광 장치의 구성의 개요를 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 발명에 관계되는 차단 필터의 투과율을 나타내는 광학 특성도이다.
도 3은 본 발명에 관계되는 수광부의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 관계되는 각 수광 소자의 라인(line)으로부터 출력되는 암전류 출력의 일례를 나타내는 설명도이다.

이하에, 본 발명에 관계되는 측광 장치의 실시의 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

<실시예>

도 1은 본 발명에 관계되는 측광 장치, 예를 들면, 분광 방사계의 구성의 개요를 나타내는 설명도이다. 이 도 1에 있어서, 1은 액정 패널(panel), 신호등, 냉음극관, 유도등, LED 등의 측정 대상물, 2는 측광 장치이다.

측광 장치(2)는 측정 대상물(1)로부터의 광을 수광하는 광학계(3)와, 수광부(4)와, 회로부(5)를 가진다. 회로부(5)는 수광부(4)의 측광 출력에 기초하여 측광 특성(측색 데이터(휘도, 색도, 색온도))을 연산하는 연산 회로(6), AC 전원(7), DC-DC 전원(8), LCD 표시기(9), 조작키(10), 외부 동기 입력 커넥터(connector)(11), A/D 컨버터(converter)(12), CCD 아날로그 PCB(CCD 아날로그 프린트 기판 보드)(13)를 가진다.

연산 회로(6)는 예를 들면 CPU로 구성된다. AC 전원(7), DC-DC 전원(8)은 연산 회로(6)에 전력을 공급하고, 조작키(10)는 연산 회로(6)를 향해 측광에 요구되는 각종의 지령을 입력하는데 이용된다. LCD 표시기(9)는 측광 특성 그 외의 지령을 표시하는데 이용된다. 외부 동기 입력 커넥터(11)는 측정 대상물(1)의 발광에 동기하여 측정하는 타이밍(timing)을 지시하는데 이용된다. CCD 아날로그 PCB(13)는 수광부(4)의 측광 출력을 아날로그 출력하는데 이용된다. A/D 컨버터(12)는 그 아날로그 출력을 디지털 출력으로 변환하여 연산 회로(6)에 입력시키는데 이용된다.

광학계(3)는 시준 광학계(14)와 분광 측광 광학계(15)로 대략 구성되어 있다. 시준 광학계(14)는 대물 렌즈(16), 어퍼처 미러(aperture mirror)(17), 전반사 미러(18), 릴레이 렌즈(relay lens)(19, 20), 파인더 셔터(finder shutter)(21), 접안 렌즈(22)로 대략 구성되어 있다. 측정 대상물(1)로부터의 광은 대물 렌즈(16)를 통해서 어퍼처 미러(17)로 안내되고, 이 어퍼처 미러(17)에 의해 반사되어 전반사 미러(18)로 안내된다. 이 전반사 미러(18)로 안내된 광은 릴레이 렌즈(19, 20)에 의해 측정 대상물(1)과 공역(共役)인 위치(1＇)로 릴레이(relay)되고, 이 공역인 위치(1＇)로 릴레이된 측정 대상물(1)의 상이 접안 렌즈(22)를 개재하여 측정자에게 시준(視準)된다. 파인더 셔터(21)는 초저휘도의 측정 대상물(1)을 측정할 때에, 접안 렌즈(22)측으로부터 외광이 릴레이 렌즈(20, 19), 전반사 미러(18), 어퍼처 미러(17)를 지나, 분광 측광 광학계(15)에 혼입하는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

분광 측광 광학계(15)는 시준 광학계(14)와 공용(共用)의 대물 렌즈(16), 어퍼처 미러(17)를 가짐과 아울러, 릴레이 렌즈(23), 번들 파이버(bundle fiber)(24), 터릿판(turret plate)(25), 색유리 필터(26), 콜리메이터 렌즈(27), 회절 격자(28), 집광 렌즈(29)를 가진다.

어퍼처 미러(aperture mirror)(17)는 개구(17a)를 가진다. 이 어퍼처 미러(17)는 밝기 조정에 이용된다. 여기서는 4종의 어퍼처 미러가 준비되고, 이 도 1에는 그 중의 1개의 어퍼처 미러(17)가 분광 측광 광학계(15)의 광로에 삽입되어 있는 상태가 나타나 있다.

릴레이 렌즈(relay lens)(23)는 번들 파이버(bundle fiber)(24)의 입사 단면(24a)에 측정 대상물(1)의 상을 형성한다. 번들 파이버(24)는 복수의 광파이버가 묶여 형성되며, 측정 대상(1)으로부터의 광을 입력받는다. 번들 파이버는 공지된 기술이므로 상세한 설명을 생략한다.
터릿판(turret plate)(25)은 훤히 보이는 개구(25a), 10배 감광(減光)의 ND 필터(25b), 100배 감광의 ND 필터(25c), 차광부(25d)를 가지고, 번들 파이버(24)의 출사 단면(24b)으로부터 출사된 광의 광량을 조정하는 기능을 수행한다.
콜리메이터 렌즈(collimator lens)(27)는 번들 파이버(24)의 출사 단면(24b)의 위치에 초점을 가지고, 이 번들 파이버(24)로부터 출사된 광을 평행 광속(光束)으로 변환하는 역할을 수행한다.

색유리 필터(26)는, 도 2에 나타내듯이, 각 파장의 감도를 보정하는 역할과, 가시광보다도 단파장측, 예를 들면, 파장 380nm 이하의 단파장측의 광을 차광하는 차단 필터(cut filter)로서의 역할을 수행한다. 이 색유리 필터(26)는 파장마다 그 투과율이 설정되어 있다.

회절 격자(28)는 콜리메이터 렌즈(27)를 통과한 광속을 파장마다 분해하는 파장 분해 소자로서의 기능을 가진다. 집광 렌즈(29)는 파장마다 분해된 각 광속을 수광부(4)에 각각 집광시키는 역할을 한다.

수광부(4)는, 도 3에 나타내듯이, 장방형 모양으로 되고, 횡방향에 n개, 예를 들면, 128개, 256개, 512개, 1024개 등, 종방향에 m개, 예를 들면, 128개, 256개, 512개, 1024개 등의 수광 소자를 가진다. 여기서는 이 횡방향의 수광 소자(4a)가, 분광된 광의 소정의 파장의 위치에 대응하여 일정 방향으로 배열된 수광 소자이다. 종방향의 수광 소자(4a)는 합쳐서 1라인(line)으로 되고, 각 파장의 위치에 대응하는 라인마다의 출력이 A/D 컨버터(12)를 개재하여 연산 회로(6)에 입력된다. 그 수광부(4)(수광 소자)는 색유리 필터(26)에 의해 차단(cut)되는 단파장측의 광에 대응한 위치에 배치된 수광 소자를 포함한다. 예를 들면, 도 3에는 파장 380nm 이하의 단파장측의 광에 대응한 위치에 배치된 4라인의 수광 소자(4a)가 나타나 있고, 이 색유리 필터(26)에 의해 차단되는 단파장측의 광에 대응한 위치에 배치된 수광 소자(4a)의 각 라인으로부터의 출력이 암(暗)전류 출력으로서 이용된다.

연산 회로(6)에는 보정 회로(30)가 설치되어 있다. 보정 회로(30)에는 색유리 필터(26)에 의해 차단되는 단파장측의 광에 대응한 위치에 배치된 수광 소자(4a)의 암전류 출력과, 색유리 필터(26)에 의해 차단되는 단파장측의 광보다도 장파장측의, 각 파장의 광에 대응한 위치에 배치된 각 수광 소자(4a)의 출력으로서, 또한 이 수광 소자(4a)에 광이 닿지 않는 상태에서 측정에 의해 구해진 출력의 비를, 각 수광 소자(4a)마다 보존하는 기억부(31)가 접속되어 있다.

색유리 필터(26)에 의해 차단되는 단파장측의 광보다도 장파장측의, 각 파장의 광에 대응한 위치에 배치된 각 수광 소자(4a)에, 광이 닿지 않는 상태로 하기 위해서, 예를 들면, 측광 장치(2)를 암실 내에 배치하여, 수광부(4)의 각 수광 소자(4a)의 출력을 동시에 측정한다.

각 수광 소자(4a)의 각 라인마다의 암전류 출력은, 도 4에 나타내듯이, 수광 소자(4a)마다 불균일성이 있고, 또 수광부(4)의 개체마다 불균일성이 있다. 이 각 수광 소자(4a)마다의 암전류 출력을 미리 측정에 의해 구한다. 색유리 필터(26)에 의해 차단되는 단파장측의 광에 대응한 위치에 배치된 수광 소자(4a)의 라인의 암전류 출력을 X₀, 가시광의 실제의 측광에 이용되는 수광 소자(4a), 즉 색유리 필터(26)에 의해 차단되지 않는 파장의 광에 대응한 위치에 배치된 수광 소자(4a)의 라인 중, 예를 들면, 어느 라인의 암전류 출력을 X로 하면, 그 비는 X/X₀이다. 기억부(31)에는 각 라인마다 대응하여 이 비 X/X₀가 기억되어 있다. 보정 회로(30)는 각 수광 소자(4a)의 라인마다의 암전류 출력을 비 X/X₀에 기초하여 구한다.

여기서, 어느 측정시의 어느 수광 소자(부호 4b로 나타낸다)의 라인으로부터의 측광 출력을 y, 그 측정시의 부호 4b로 나타내는 수광 소자의 라인으로부터의 암전류 출력을 y＇, 그 측정시의 차단된 단파장측의 광에 대응하는 수광 소자의 라인의 암전류 출력을 y”으로 하면,

y＇= y”×(X/X₀)이고,

보정 회로(30)는 상기 식에 기초하여 어느 측정 시점에서 각 수광 소자(4a)의 라인마다 보정 후의 암전류 출력 y＇을 연산함과 아울러, 이 각 수광 소자(4a)의 라인으로부터의 측광 출력 y를, 암전류 출력 y＇을 이용하여 보정하고, 정밀한 측광 특성을 산출한다.

이러한 보정을 행하면, 수광 소자(4a)의 라인마다의 암전류 출력에 불균일성이 있는 경우라도 정확한 보정을 행할 수가 있다. 또, 열잡음에 의해 암전류 출력에 변동이 있는 경우라도 정확한 보정을 행할 수가 있다.

또한, 그 차단된 단파장측의 광에 대응하는 수광 소자(4a)의 라인의 암전류 출력 X₀에는 복수개의 라인의 암전류 출력의 평균값을 이용할 수도 있다. 예를 들면, 도 3에는 단파장측의 4라인이, 색유리 필터(26)에 의해 차단되는 파장의 광에 대응하는 라인으로서 나타나 있지만, 이 경우에는 이 4라인의 각각의 암전류 출력의 총합을 구하고, 이 암전류 출력의 총합을 4로 나눈 값을 평균 암전류 출력으로서 이용할 수가 있다.

상기 실시예에서는, 수광 소자로서 CCD의 고체 촬상 소자를 이용했지만, 그 외 CMOS 등의 수광 소자를 이용할 수가 있다. 또, 본 실시예에서는, 암전류 출력을 얻기 위해서 단파장측의 파장을 차단하는 필터에 의해, 측정 파장보다 단파장측의 영역을 이용했지만, 측정 파장보다 장파장측의 파장(예를 들면 약 780nm 이상의 파장, 또는 약 830nm 이상의 파장)을 차단하는 필터를 이용하여 암전류 출력을 검출하고 보정하는 구성으로 할 수도 있다. 또한, 밴드패스 필터(band pass filter)를 이용하여, 단파장측과 장파장측의 양방을 이용하여 암전류 출력을 검출하고, 보정에 이용할 수도 있다. 또, 차단 필터는 콜리메이터 렌즈의 뒤에 배치할 수도 있다.

1: 측정 대상물
2: 측광 장치
4: 수광부
6: 연산 회로
4a: 수광 소자
15: 분광 측광 광학계
26: 색유리 필터(차단 필터(cut filter))
27: 콜리메이터 렌즈(collimator lens)
28: 회절 격자(파장 분해 소자)
30: 보정 회로

Claims

측정 대상물의 상이 측정자에게 시준되는 시준 광학계와,
측정 대상물로부터의 광을 분광하여 측광하는 분광 측광 광학계와,
당해 분광 측광 광학계에 의해 파장마다 분광된 광을 수광하는 수광부와,
당해 수광부의 측광 출력에 기초하여 측광 특성을 연산하는 연산 회로를 가지는 측광 장치로서,
상기 시준 광학계는 측정 대상물을 측정할 때에 측정자측으로부터 외광이 상기 분광 측광 광학계에 혼입하는 것을 방지하는 파인더 셔터를 가지고,
상기 분광 측광 광학계는,
복수의 광파이버가 묶여 형성되며, 상기 측정 대상물로부터의 광을 입력받는 번들 파이버와,
상기 번들 파이버로부터 출사된 광의 광량을 조정하는 터릿판과,
가시광보다도 단파장측의 광을 차단하는 차단 필터와,
측정 대상물로부터의 광을 평행 광속으로 변환하는 콜리메이터 렌즈와,
당해 콜리메이터 렌즈를 통과한 광속을 파장마다 분해하는 파장 분해 소자와,
파장마다 분해된 각 광속을 상기 수광부에 각각 집광시키는 집광 렌즈를 가지고,
상기 수광부는,
파장마다 분광된 광을 각각 수광하는 복수개의 수광 소자를 가지고,
당해 복수개의 수광 소자는, 분광된 광의 소정의 파장의 위치에 대응하여 일정 방향으로 배열됨과 아울러, 상기 복수개의 수광 소자는 상기 차단 필터에 의해 차단되는 단파장측의 광에 대응한 위치에도 배열되고,
상기 차단 필터에 의해 차단되는 단파장측의 광에 대응한 위치에 배치된 수광 소자의 출력이 암전류 출력으로서 이용되고,
상기 연산 회로에는, 차단되는 단파장측의 광보다도 장파장측의 파장의 광에 대응한 위치에 배치된 각 수광 소자로부터의 측광 출력을, 상기 암전류 출력을 이용하여 보정하는 보정 회로가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 측광 장치.
제1항에 있어서,
상기 차단 필터가 콜리메이터 렌즈의 앞에 설치되고, 당해 차단 필터가 각 파장의 감도를 보정하기 위한 색유리 필터인 것을 특징으로 하는 측광 장치.
제1항에 있어서,
상기 차단 필터가 콜리메이터 렌즈의 뒤에 설치되고, 당해 차단 필터가 각 파장의 감도를 보정하기 위한 색유리 필터인 것을 특징으로 하는 측광 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 차단 필터가 380nm 이하의 파장의 광을 차단하는 것을 특징으로 하는 측광 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보정 회로에는, 상기 차단 필터에 의해 차단되는 단파장측의 광에 대응한 위치에 배치된 수광 소자의 암전류 출력과, 차단되는 단파장측의 광보다도 장파장측의 각 파장의 광에 대응한 위치에 배치된 각 수광 소자의 출력으로서, 또한 당해 각 수광 소자에 광이 닿지 않는 상태에서 측정에 의해 구해진 출력의 비를 각 수광 소자마다 보존하는 기억부가 접속되고, 상기 보정 회로는, 단파장측의 광보다도 장파장측의 각 파장의 광에 대응한 위치에 배치된 각 수광 소자마다의 암전류 출력을 상기 비에 기초하여 구하는 것을 특징으로 하는 측광 장치.