KR101361175B1

KR101361175B1 - 컬리메이터 렌즈 및 집광렌즈를 구비한 색차계모듈 및 이를 이용한 색상계측기

Info

Publication number: KR101361175B1
Application number: KR1020120063634A
Authority: KR
Inventors: 박병해; 김규석; 엄성하; 전재웅
Original assignee: (주)에이앤아이
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2014-02-10
Also published as: KR20140003664A

Abstract

본 발명은 내부에 수광 공간이 형성된 케이스, 상기 케이스의 일측에서 내부 방향으로 복수 개의 렌즈가 연속적으로 배치되어 구성되며, 측정대상물에서 빛이 출사되는 영역에 배치되어 출사된 빛을 내부로 전달하는 입광렌즈 모듈 및 상기 수광 공간에 배치되어 상기 입광렌즈 모듈을 통과한 빛이 입사되어 특정한 파장의 빛만 투과시키는 컬러필터, 상기 컬러필터에 의해서 투과된 빛을 수광하여 수광된 빛을 전기적 신호로 변환하는 포토다이오드, 상기 입광렌즈 모듈과 상기 컬러필터 사이에서 빛이 이동하는 경로상에 구비되어 상기 입광렌즈 모듈을 통과한 빛을 평행하게 출사하여 상기 컬러필터로 전달하는 컬리메이터 렌즈, 및 상기 컬러필터와 상기 포토다이오드 사이에서 상기 컬러필터에 의해서 투과된 빛을 집광시켜 상기 포토다이오드로 전달하는 집광렌즈를 포함하는 색차계모듈을 포함하는 컬리메이터 렌즈 및 집광렌즈를 구비한 색차계모듈을 이용한 색상계측기가 개시된다.

Description

컬리메이터 렌즈 및 집광렌즈를 구비한 색차계모듈 및 이를 이용한 색상계측기{Color Difference Meter Module Having Collimator Lens and Focusing Lens and Device of Color Meter Using The Same}

본 발명은 색상계측기에 관한 것으로서, 컬러 디스플레이 패널의 색체에 대한 특성을 계측하기 위한 컬리메이터 렌즈 및 집광렌즈를 구비하여 컬리메이터 렌즈 및 집광렌즈를 구비한 색차계모듈 및 이를 이용한 색상계측기에 관한 것이다.

현재 전 세계 모니터시장은 CRT에서 LCD모니터로, LCD에서 LED 모니터로 급속히 변화하고 있다. 특히 대형 LED모니터의 수요가 증가함에 따라서 생산량이 급격히 늘어나고 있다.

이와 같은 디스플레이의 생산량이 증가함에 따라 생산품질도 중요한 요인 중의 하나로 작용하며 이에 대한 불량여부를 판단하는 장치들이 개발되어 왔다. 특히, LCD 나 LED 등의 디스플레이에서 표현되는 색이 실제로 출력하려는 색을 잘 나타내었는가에 대해서 측정하는 색차계들이 개발되었다.

종래에 개발된 색차계에 대해서 도 1및 도 2를 참조하여 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래에 사용되던 색상계측기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고 도 2는 종래에 사용되던 다른 형태의 색상계측기의 구성을 계략적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하여 종래에 개발된 색차계의 개략적인 구성에 대해서 살펴보면, 광원으로부터 방사되는 빛을 수광하여 전달하는 광 전달부(10), 상기 광 전달부(10)로부터 전달된 빛 중에서 특정한 파장의 빛만을 투과시키는 컬러필터(20) 및 컬러필터(20)에 의해서 투과된 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환하는 포토다이오드(30)로 구성된다.

상기 컬러필터(20)는 광원으로부터 방사되는 빛이 입사되어 특정 파장의 빛만을 투과시켜 상기 포토다이오드(30)로 전달한다. 그리고 상기 컬러필터(20)로부터 투과된 빛을 전달받은 포토다이오드(30)는 전달된 빛의 세기를 감지하여 전기적신호로 변환하여 외부로 전달한다.

여기서, 상기 광 전달부(10)로부터 전달되는 빛은 넓게 퍼지는 형태로 상기 컬러필터(20)에 전달된다. 하지만 상기 컬러필터(20)는 상기 광 전달부(10)로부터 방출되는 빛을 전부 수광할 수 없기 때문에 빛의 손실이 많아지고 이에 따라서 포토다이오드(30)로 전달되는 빛의 감도가 떨어지는 문제점이 있었다.

특히, 광원으로부터 방출되는 빛의 휘도가 높은 경우에는 큰 문제가 되지 않았지만, 휘도가 낮은 경우 상기 포토다이오드(30)로 전달되는 빛의 감도가 감소하여 색상을 검출하기 어려운 문제점이 있다.

그리고 도 2를 살펴보면, 종래에 사용되던 색차계의 다른 형태로써, 상술한 구성과 유사하지만 상기 광 전달부(10)와 상기 컬러필터(20) 사이에 별도의 집광렌즈(40)를 더 구비한다.

상기 집광렌즈(40)를 더 구비함으로써 상기 광 전달부(10)로부터 전달되는 빛이 상기 집광렌즈(40)에 의해서 집광된 후 상기 컬러필터(20)로 전달된다.

이와 같이 상기 집광렌즈(40)를 구비하는 경우, 상기 광 전달부(10)로부터 전달되는 빛이 상기 집광렌즈(40)에 의해서 집광되어 상기 컬러필터(20)로 전달됨으로써 손실되는 빛의 양을 줄여 감도의 감소를 줄일 수 있다.

하지만, 이와 같은 구성으로는 빛의 손실이 줄어드는 반면 상기 컬러필터(20)에 전달되는 빛의 입사각이 커지기 때문에 입사되는 빛의 파장이 시프트되고 이에 따라서 상기 포토다이오드(30)에서 측정되는 빛의 정확성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 종래의 색상계측기의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 내부에 별도의 컬리메이터 렌즈 및 집광렌즈를 구비하여 휘도감소를 줄임과 동시에 정확도를 증가시킨 컬리메이터 렌즈 및 집광렌즈를 구비한 색차계모듈 및 이를 이용한 색상계측기를 제공함에 있다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 색상계측기는, 내부에 수광 공간이 형성된 케이스, 상기 케이스의 일측에서 내부 방향으로 복수 개의 렌즈가 연속적으로 배치되어 구성되며, 측정대상물에서 빛이 출사되는 영역에 배치되어 출사된 빛을 내부로 전달하는 입광렌즈 모듈 및 상기 수광 공간에 배치되어 상기 입광렌즈 모듈을 통과한 빛이 입사되어 특정한 파장의 빛만 투과시키는 컬러필터, 상기 컬러필터에 의해서 투과된 빛을 수광하여 수광된 빛을 전기적 신호로 변환하는 포토다이오드, 상기 입광렌즈 모듈과 상기 컬러필터 사이에서 빛이 이동하는 경로상에 구비되어 상기 입광렌즈 모듈을 통과한 빛을 평행하게 출사하여 상기 컬러필터로 전달하는 컬리메이터 렌즈, 및 상기 컬러필터와 상기 포토다이오드 사이에서 상기 컬러필터에 의해서 투과된 빛을 집광시켜 상기 포토다이오드로 전달하는 집광렌즈를 포함하는 색차계모듈을 포함한다.

또한, 상기 색차계모듈은 적어도 세 개 이상으로 구비되어 상기 컬러필터가 각각 서로 다른 파장의 빛을 투과시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 입광렌즈 모듈과 상기 색차계모듈 사이에 구비되어, 상기 입광렌즈 모듈로부터 입사된 빛을 분배하여 상기 색차계모듈로 전달하는 광 분배모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 광 분배모듈은 복수 개의 광섬유로 구성되어 상기 입광렌즈 모듈로부터 전달되는 빛을 상기 색차계모듈로 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 컬러필터는 간섭필터로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 컬리메이터 렌즈는 상기 입광렌즈 모듈로부터 입사되는 빛을 모두 평행하게 지향시키도록 형성되고, 상기 컬러필터는 상기 컬리메이터 렌즈로부터 출사되는 빛을 모두 수광하도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 집광렌즈는 상기 컬러필터에 의해서 투과된 빛을 전부 수광하여 집광시키도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따른 색차계모듈은, 외부에서 전달되는 빛을 수광하여 특정한 파장의 빛만 투과시키는 컬러필터, 상기 컬러필터에 의해서 투과된 빛을 수광하여 수광된 빛을 전기적 신호로 변환하는 포토다이오드, 상기 입광렌즈 모듈과 상기 컬러필터 사이에서 빛이 이동하는 경로상에 구비되어 상기 입광렌즈 모듈을 통과한 빛을 평행하게 출사하여 상기 컬러필터로 전달하는 컬리메이터 렌즈 및 상기 컬러필터와 상기 포토다이오드 사이에서 상기 컬러필터에 의해서 투과된 빛을 집광시켜 상기 포토다이오드로 전달하는 집광렌즈를 포함한다.

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

색상계측기에 입사되는 빛의 이동 경로상에서 투과되는 빛을 굴절시켜 일정한 방향으로 지향성을 가지도록 하는 컬리메이터 렌즈를 구비하여 간섭필터방식의 컬러필터에 입사되는 빛이 수직방향에 근접하게 입사되도록 함으로써 이동하는 빛의 파장이 시프트되는 것을 방지하여 정밀도를 증가시킬 수 있다. 이와 동시에, 컬러필터를 통과한 빛이 이동하는 경로상에 배치되어 이동하는 빛을 집광시켜 포토다이오드로 전달 함으로써, 포토다이오드로 입사되는 빛의 휘도가 증가하여 측정되는 빛의 색상을 보다 정확하고 신속하게 계측할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래에 사용되던 색상계측기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도 2는 종래에 사용되던 다른 형태의 색상계측기의 구성을 계략적으로 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 색상계측기를 사용하는 상태를 나타낸 도면;
도 4는 도 3의 색상계측기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도 5는 도 3의 색상계측기의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도 6은 도 3의 색상계측기에서 색차계모듈의 구성을 나타낸 도면;
도 7은 도 3의 색차계모듈에서 컬리메이터 렌즈가 구비되지 않은 상태에서 포토다이오드가 측정한 삼색 자극값을 나타낸 그래프;
도 8은 도 3의 색차계모듈에서 컬리메이터 렌즈가 구비된 상태에서 포토다이오드가 측정한 삼색 자극값을 나타낸 그래프;
도 9는 도 7 및 도 8에서 측정된 삼색 자극값의 정확도 측정을 위해 적용한 스팩트럼을 나타낸 그래프; 및
도 10은 도 3의 색차계모듈에서 집광렌즈의 유무에 따라 포토다이오드에서 측정된 빛의 강도 차이를 나타낸 도면이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 컬리메이터 렌즈 및 집광렌즈를 구비한 색차계모듈 및 이를 이용한 색상계측기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 통하여 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정형태로 한정하려는 것이 아니라 본 실시예를 통해서 좀더 명확한 이해를 돕기 위함이다.

또한, 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 도 3내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 색상계측기에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 색상계측기를 사용하는 상태를 나타낸 도면이고 도 4는 도 3의 색상계측기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이며 도 5는 도 3의 색상계측기의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 색상계측기(100)의 구성은 크게 케이스(200), 입광렌즈 모듈(300), 색차계모듈(400) 및 광 분배모듈(500)로 구성된다.

상기 케이스(200)는 전체를 감싸며 내부에 수광 공간이 형성되며 일측에 상기 입광렌즈 모듈(300)이 배치된다. 본 실시예에서 상기 케이스(200)는 외부케이스(210) 및 상기 외부케이스(210)의 내부에 적어도 일부가 삽입된 형태로 결합된 경통(220)으로 구성되며 상기 입광렌즈 모듈(300)은 상기 경통(220)의 일측에 위치한다.

상기 입광렌즈 모듈(300)은 상기 케이스(200)의 일측에서 측정대상물(D)에서 빛이 출사되는 영역에 배치되어 출사된 빛을 내부로 전달한다.

여기서, 상기 입광렌즈 모듈(300)은 도 5에 도시된 바와 같이 복수 개의 서로 다른 렌즈가 연속적으로 배치된 형태로 형성됨으로써, 상기 측정대상물(D)로부터 출사되는 빛을 집광하여 상기 케이스(200) 내부로 전달한다.

상기 색차계모듈(400)은 상기 입광렌즈 모듈(300)로부터 입사된 빛을 감지하여 해당 파장의 빛의 색상을 측정하는 것으로써, 크게 컬러필터(410), 포토다이오드(420), 컬리메이터 렌즈(430) 및 집광렌즈(440)로 구성된다.

상기 컬러필터(410)는 상기 입광렌즈 모듈(300)로부터 전달되는 빛을 수광하여 특정한 파장의 빛 만 투과시킨다. 이때, 상기 컬러필터(410)는 다양한 종류 및 구조의 필터가 사용될 수 있으며 본 실시예에서는 간섭필터가 사용된다.

간섭필터는 얇은 막 위에서 일어나는 간섭현상을 이용하여 특정한 파장의 파동을 걸러내는 필터를 말한다. 원하는 파동을 얻는 방식과 필터 재질의 종류에 따라 여러 종류로 나뉜다.

상기 포토다이오드(420)는 빛을 수광하여 전기적인 신호로 변환하는 일종의 센서로서, 상기 컬러필터(410)에 의해서 투과된 빛을 수광하여 수광된 빛을 전기적 신호로 변환한다. 이와 같이 수신된 전기적 신호는 외부에 구비된 별도의 측정시스템(미도시)에 의해서 수신된 빛의 색상을 측정하는데 이용된다.

상기 컬리메이터 렌즈(430)는 상기 입광렌즈 모듈(300)과 상기 컬러필터(410) 사이에서 빛이 이동하는 경로상에 구비되어 상기 입광렌즈 모듈(300)을 통과한 빛을 평행하게 출사하여 상기 컬러필터(410)로 전달한다. 여기서, 상기 컬리메이터 렌즈(430)는 하나의 렌즈로 구성될 수도 있고 복수 개의 렌즈군으로 이루어질 수도 있다.

상기 입광렌즈 모듈(300)을 통과한 빛은 상기 컬리메이터 렌즈(430)를 경유하여 굴절되어 상기 컬러필터(410)로 입광된다. 여기서, 상기 컬리메이터 렌즈(430)는 상기 입광렌즈 모듈(300)로부터 전달되는 빛이 지향성을 가지도록 굴절시켜 일 방향으로 평행한 빛을 방출하여 상기 컬러필터(410)로 전달한다.

상기 집광렌즈(440)는 상기 컬러필터(410)와 상기 포토다이오드(420) 사이에서 상기 컬러필터(410)에 의해서 방출된 특정한 파장의 빛이 상기 포토다이오드(420)에 전달될 때 빛을 굴절시켜 집광한 후 상기 포토다이오드(420)로 전달한다.

이와 같이 상기 색차계모듈(400)은 상기 케이스(200) 내부에 구비되어 상기 입광렌즈 모듈(300)을 통해서 입사된 빛 중에서 특정한 파장의 빛에 대한 색상을 감지한다.

한편, 본 실시예에서 상기 색차계모듈(400)은 적어도 세 개 이상의 모듈로 구성된다. 상기 색차계모듈(400)은 상기 케이스(200) 내부에 서로 독립적으로 분리되어 적어도 세 개 이상으로 구성될 때, 상기 컬러필터(410) 각각은 서로 다른 파장의 빛을 투과하도록 구성된다. 일반적으로 상기 색차계모듈(400)은 국제 조명위원회(CIE: Commission International de I`Eclairage)에서 규정하게 되는 표준 관측자에 의한 삼색 자극값을 이용하여 색을 측정한다.

삼색 자극값이란 인간의 눈에서 서로 다른 파장의 빛을 감지하는 세가지 원추세포를 통해서 인식하는 빛의 색상에 대해서 나타낸 값으로 빛을 표현하는 기준이 되는 값이다.

그래서 각각의 삼색 자극값에 대해 정확한 측정을 하기 위해서 삼색 자극값인 X, Y, Z 세가지 영역의 빛에 대해서 각각 분리하여 상기 포토다이오드(420)를 통해서 색상을 측정한다.

이와 같이 삼색 자극값 각각에 대한 빛의 색상을 측정하기 위해서 상기 컬러필터(410) 각각은 삼색 자극값 각각에 대한 서로 다른 파장의 빛만을 투과시키도록 구성된다.

상기 광 분배모듈(500)은 상기 입광렌즈 모듈(300)과 상기 색차계모듈(400) 사이에 구비되어, 상기 입광렌즈 모듈(300)로부터 입사된 빛을 분배하여 상기 색차계모듈(400)로 전달한다.

이때, 상기 광 분배모듈(500)은 입사된 빛과 동일한 파장 및 세기를 가지 빛을 상기 색차계모듈(400) 각각으로 분배하며 상기 색차계모듈(400) 각각은 상기 광 분배모듈(500)로부터 전달되는 빛을 수광하여 서로 다른 파장의 빛에 대한 색상을 계측한다.

본 실시예에서 상기 광 분배모듈(500)은 복수 개의 광섬유(510)를 포함하여 구성되었으며, 상기 광섬유(510)는 상기 입광렌즈 모듈(300)을 통해서 입광된 빛을 상기 광섬유(510)로 전달하기 위한 광전달부(520)가 구비된다.

상기 광전달부(520)는 상기 입광렌즈 모듈(300)을 통해서 입사된 빛을 수광하여 상기 복수 개의 광섬유(510)로 전달한다. 여기서, 상기 광전달부(520)는 일반적으로 상기 입광렌즈 모듈(300)보다 작게 형성되기 때문에 상기 입광렌즈 모듈(300)로부터 전달되는 빛을 모두 수광하기 위해서 상기 입광렌즈 모듈(300)은 입광되는 빛을 굴절시켜 상기 광전달부(520)로 전달한다.

상기 광섬유(510)는 복수 개로 구성되어 서로 동일한 방향으로 배치되며 일측이 서로 밀집하게 배치되어 상기 광전달부(520)와 연결되며 상기 광전달부(520)를 통해서 입광된 상기 광섬유(510)로 전달된다. 그리고 복수 개의 상기 광섬유(510) 타측은 크게 세 개의 군으로 나누어져 각각의 군은 동일한 크기 및 개수의 광섬유(510)로 이루어지며 상기 색차계모듈(400) 각각에 연결된다.

본 실시예에서 상기 복수 개의 광섬유(510)는 모두 동일한 크기로 구성되어 타측이 세 개의 군으로 나누어지며 각각의 군이 모두 동일한 개수로 이루어진다.

그래서 동일한 크기 및 동일한 개수로 이루어진 상기 광섬유(510)의 타측 각각이 상기 색차계모듈(400) 각각에 연결됨으로써 상기 입광렌즈 모듈(300)로부터 입광되는 빛이 균일하게 상기 색차계모듈(400) 각각에 전달된다.

본 실시예에서 상기 광섬유(510)는 모두 동일한 크기로 이루어짐으로써, 타측이 세 개의 군으로 나누어 지더라도 동일한 개수를 유지한다면 각각의 상기 색차계모듈(400)에 전달되는 빛이 동일한 파장과 세기를 가질 수 있다. 하지만 특별히 이러한 형태로 한정하는 것은 아니다. 상기 광섬유(510) 각각이 서로 다른 크기를 가지더라도 상기 색차계모듈(400) 각각에 모두 동일한 파장 및 세기의 빛을 전달할 수 있도록 구성된다면 어떤 형태로 구성되더라도 적용이 가능하다.

이와 같이, 상기 광 분배모듈(500)은 상기 입광렌즈 모듈(300)과 상기 색차계모듈(400) 사이에서 입광된 빛을 균등하게 상기 색차계모듈(400) 각각으로 전달한다.

한편, 상기 광 분배모듈(500)이 상기 광섬유(510)를 사용함으로써 소실되는 빛을 줄일 뿐만 아니라, 유연하게 휘어질 수 있는 특징을 가지기 때문에 상기 색차계모듈(400)과 상기 광 분배모듈(500)이 일직선상에 배치되지 않아도 되어 공간의 활용도를 증가시킬 수 있다.

이와 같이 구성된 상기 색상계측기(100)는 외부케이스(210)의 일측에 상기 경통(220)의 일부가 돌출되도록 형성되며, 상기 광 분배모듈(500) 및 상기 색차계모듈(400)이 상기 경통(220) 내부에서 연속적으로 배치되어 구성된다.

한편, 이와 같이 구성된 상기 색상계측기(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 측정대상물(D)의 일측에서 빛이 출사되는 영역에 상기 입광렌즈 모듈(300)이 위치하도록 배치되어 상기 색상계측기(100) 내부로 빛이 입사되도록 한다. 여기서, 도시된 바와 같이 상기 색상계측기(100)는 특정위치에 장착되어 사용이 가능하지만, 특별히 장착하지 않고 별도로 휴대하여 원하는 위치에서 사용이 가능하도록 구성할 수 있다.

다음으로, 도 6을 참조하여 상기 색차계모듈(400)의 구성에 대해서 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

도 6은 도 3의 색상계측기(100)에서 색차계모듈(400)의 구성을 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이 상기 색차계모듈(400)에서 상기 광 분배모듈(500)로부터 전달되는 빛의 상기 컬리메이터 렌즈(430), 상기 컬러필터(410), 상기 집광렌즈(440) 및 상기 포토다이오드(420) 순으로 이동하여 빛의 색상을 측정한다.

전체적으로 상기 광 분배모듈(500)에 의해서 전달되는 빛의 이동하는 구성에 대해서 살펴보면, 먼저 상기 광 분배모듈(500)로부터 전달된 빛은 상기 컬리메이터 렌즈(430)로 전달된다. 여기서, 상기 광섬유(510)로부터 출사되는 빛은 넓게 퍼지게 된다. 그래서 상기 컬리메이터 렌즈(430)는 상기 광섬유(510)로부터 출사되는 빛을 모두 수광하기 위해서 충분히 근접하여 배치되거나 크게 형성되어야 한다.

이와 같이 상기 컬리메이터 렌즈(430)가 상기 광섬유(510)로부터 전달되는 빛을 굴절시켜 상기 컬러필터(410)로 전달한다. 상기 컬리메이터 렌즈(430)를 통과한 빛은 일반적으로 지향성을 가지며 평행하게 출사된다. 이러한 특징을 이용하여 상기 컬러필터(410)에 전달되는 빛의 입사각도를 조절할 수 있다.

상기 컬리메이터 렌즈(430)를 통과하여 전달되는 빛의 이동경로상에 배치된 상기 컬러필터(410)는 특정한 파장의 빛만을 투과시킨다. 그런데 상기 컬러필터(410)에 입사되는 빛의 입사각도에 따라서 그 정확도가 변하게 되어 이에 따라 투과되는 빛의 파장이 시프트되는 현상이 발생하게 된다. 그래서 상기 컬리메이터 렌즈(430)로부터 전달되는 빛이 상기 컬러필터(410)에 수직으로 입사되도록 상기 컬러필터(410)를 배치한다. 물론, 상기 컬리메이터 렌즈(430)로부터 전달되는 빛이 상기 컬러필터(410)에 정확한 수직으로 입사되지 않고 수직에 근접한 입사각을 가지고 입사된다면 투과되는 빛의 파장이 시프트되는 것을 최소화 시킬 수 있다.

이와 함께 상기 컬리메이터 렌즈(430)에 의해서 상기 광섬유(510)를 통해 전달되는 빛의 방향을 변경시킴으로써 손실되는 빛의 양을 최소화 시켜서 상기 컬러필터(410)에 전달할 수 있다.

상기 컬리메이터 렌즈(430)에 의해서 상기 컬러필터(410)에 입사된 빛은 특정한 파장의 빛만을 투과시킨다. 이때, 세 개로 구성된 상기 컬러필터(410) 각각은 서로 다른 파장을 투과시키도록 구성되며 본 실시예에서는 RGB컬러 각각에 대응하는 파장의 빛을 투과시킨다.

이와 같이 상기 컬러필터(410)에 의해서 투과된 특정 파장의 빛은 상기 집광렌즈(440)로 전달된다. 상기 집광렌즈(440)는 일반적인 볼록렌즈형태가 될 수 있으며 상기 컬러필터(410)에 의해서 투과된 빛을 굴절시킴으로써 집광하여 상기 포토다이오드(420)로 전달한다.

여기서, 상기 컬러필터(410)에서 투과된 빛이 바로 상기 포토다이오드(420)로 전달하더라도 상기 포토다이오드(420)에서 투과된 빛의 색상을 계측하기 위해서 감지할 수 있지만, 이와 같은 경우 투과되는 빛의 휘도가 낮을 때 상기 포토다이오드(420)가 정확하게 계측하기 어려운 문제점이 있다.

그래서 상기 컬러필터(410)를 투과한 빛이 상기 집광렌즈(440)에 의해서 집광됨으로써, 휘도가 낮은 빛의 경우에도 휘도가 증가하여 상기 포토다이오드(420)가 정확하게 계측할 수 있다.

이와 같이 구성된 상기 색차계모듈(400) 각각은 서로 다른 파장의 빛에 대한 색상을 감지하여 전기적 신호로 변환하게 된다

다음으로, 도 7 및 도 8을 참조하여 상기 색차계모듈(400)에서 상기 컬리메이터 렌즈(430)의 유무에 따라 상기 포토다이오드(420)에서 검출되는 삼색 자극값의 변화에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

도 7은 도 3의 색차계모듈(400)에서 컬리메이터 렌즈(430)가 구비되지 않은 상태에서 포토다이오드(420)가 측정한 삼색 자극값을 나타낸 그래프이고 도 8은 도 3의 색차계모듈(400)에서 컬리메이터 렌즈(430)가 구비된 상태에서 포토다이오드(420)가 측정한 삼색 자극값을 나타낸 그래프이다.

먼저, 도시된 그래프는 광원으로부터 나온 빛을 모노크로미터(미도시)를 이용하여 특정한 파장의 빛 만을 출력시킨다. 그리고 상기 모노크로미터에 의해 출력된 빛을 수광한 색차계모듈(400)은 각 채널(X, Y, Z)의 값을 상기 포토다이오드(420)를 통해서 측정한다.

본 그래프들은 상기 모노크로미터의 회절소자를 이동시키며 100회 이상 측정을 하여 상기 포토다이오드(420)에서 계측된 결과를 나타낸 것 이며 x축(가로축)은 파장을 나타낸 것이고 y축(세로)은 빛의 강도를 나타낸 것이다.

도시된 그래프에서 점선으로 표시된 부분은 타겟(target )그래프를 나타낸 것으로 실제 삼색 자극값에 해당하는 파장과 강도를 그래프로 나타낸 것이고 실선으로 표시된 부분은 색차계모듈(400)을 이용하여 검출된 빛의 삼색 자극값에 해당하는 파장과 강도를 그래프로 나타낸 것이다.

도 7을 살펴보면, 상기 색차계모듈(400)이 상기 컬리메이터 렌즈(430)를 구비하지 않은 경우 도시된 그래프와 같이 두 개의 그래프의 위상이 서로 다르게 되어 파장의 시프트 현상이 발생한다.

이와 같이 상기 색차계모듈(400)의 상기 포토다이오드(420)에서 검출되는 각각의 삼색 자극값이 기준이 되는 실제 삼색 자극값의 위상과 다르게 나타난다. 상기 포토다이오드(420)에서 계측된 삼색 자극값이 기준이 되는 실제 삼색 자극값과 차이가 나면 색차계모듈(400)이 디스플레이모듈로부터 출사된 빛의 색상을 정확하게 계측하기 어려워 그 정확도가 떨어지는 문제점이 발생한다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 도 8에 도시된 바와 같이 상기 색차계모듈(400)에 별도의 상기 컬리메이터 렌즈(430)를 구비함으로써 상기 포토다이오드(420)에서 계측되는 삼색 자극값 각각이 기준이 되는 실제 삼색 자극값에 매우 근접한 형태로 측정되는 것을 알 수 있다.

즉, 상기 색차계모듈(400)에서 상기 컬리메이터 렌즈(430)를 구비함으로써 상기 컬러필터(410)에 입사되는 빛이 수직으로 입사되어 상기 컬러필터(410)가 설정된 파장에 맞는 파장의 빛 만을 투과시킬 수 있다. 이에 따라서 상기 컬러필터(410)가 정밀하게 빛을 투과시킴에 따라 상기 포토다이오드(420)에 측정되는 삼색 자극값의 정밀도가 증가한다.

다음으로, 도 9를 참조하여 상기 컬리메이터 렌즈(430)의 유무에 따라 측정된 삼색 자극값의 차이를 살펴보면 다음과 같다.

도 9는 도 7 및 도 8에서 측정된 삼색 자극값의 정확도 측정을 위해 적용한 스팩트럼을 나타낸 그래프이다.

상기 포토다이오드(420)에 계측된 삼색 자극값에 대해서 CIE색채계에 의한 X, Y, Z 를 이용하여 xy색좌표로 변환하고 상기 컬리메이터 렌즈(430)의 유무에 따른 x값과 y값의 차이를 비교하였다.

먼저, 삼색 자극값을 수치적으로 표현하는 X, Y, Z 각각을 구하는 방법은 수학식 1과 같다.

상기 수학식 1에서

는 도 9에 도시된 스팩트럼의 값으로 본 실시예에서는 OLED 휴대폰의 스팩트럼을 이용한다. 본 실시예서

는 휴대폰 OLED의 값을 사용하였지만, 이는 빛을 발광하는 전자제품마다 그 특징이 다르기 때문에 적용 대상에 따라 변경될 수 있다.

그리고

,

각각은 상기 포토다이오드(420)에서 검출된 삼색 자극값을 나타낸 것이다. 그래서 수학식 1에 의해 X, Y, Z 값을 각각 구할 수 있다.

이와 같이 도출된 X, Y, Z 값을 이용하여 아래의 수학식 2를 통해 xy값을 구할 수 있다. 수학식 2는 다음과 같다.

이와 같이 수학식 1에 의해서 도출된 X,Y,Z 각각을 수학식 2에 적용하여 x, y값을 도출할 수 있다.

이와 같은 과정을 통해 기준이 되는 삼색 자극값의 X, Y, Z 을 구한 후 다시 x, y를 구할 수 있다.

그래서 기준이 되는 삼색 자극값의 x, y 를 수학식 1 및 수학식 2에 의해 검출된 x, y 값을 기준으로 한다.

그리고 상기 색차계모듈(400)에서 상기 컬리메이터 렌즈(430)의 유무에 따라 상기 포토다이오드(420)에서 검출된 삼색 자극값 각각을 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 각각의 x, y를 검출하여 기준이 되는 삼색 자극값의 x, y와 비교한다.

기준이 되는 삼색 자극값의 x, y 와 상기 포토다이오드(420)에서 검출된 삼색 자극값의 x, y를 비교한 결과는 표 1과 같다.

도시된 바와 같이 상기 컬리메이터 렌즈(430)를 구비하지 않은 상기 색차계모듈(400)을 이용하여 검출된 x, y 값과 기준이 되는 삼색 자극값의 x, y를 비교한 결과를 살펴보면 x는 0.003의 차이가 나고 y는 0.016의 차이가 난다.

하지만, 상기 컬리메이터 렌즈(430)를 구비한 상기 색차계모듈(400)을 이용하여 상기 포토다이오드(420)에 의해 계측된 결과의 x, y는 기준이 되는 삼색 자극값의 x, y와의 차이가 x는 0.003이고 y는 0.005로써. 그 차이가 현저하게 줄어드는 것을 알 수 있다.

이와 같이 상기 컬리메이터 렌즈(430)를 구비하여 상기 컬러필터(410)로 입광되는 빛의 입사각도가 수직이 되도록 함으로써 상기 포토다이오드(420)에서 계측되는 삼색 자극값이 기준이 되는 삼색 자극값에 근접하는 결과를 나타낼 수 있으며 이에 따라 상기 색차계모듈(400)의 정밀도가 증가하게 된다.

다음으로, 도 10을 참조하여 상기 집광렌즈(440)의 유무에 따라 상기 포토다이오드(420)에서 계측되는 삼색 자극값에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

도 10은 도 3의 색차계모듈(400)에서 집광렌즈(440)의 유무에 따라 포토다이오드(420)에서 측정된 빛의 강도 차이를 나타낸 도면이다.

도시된 그래프를 살펴보면, 상기 색차계모듈(400)에서 상기 집광렌즈(440)가 구비되지 않은 상태와 구비된 상태 각각에서 상기 포토다이오드(420)에 의해 계측된 삼색 자극값을 나타낸 것이다. 먼저, 상기 집광렌즈(440)를 구비하지 않은 경우, 도시된 그래프와 같이 상기 포토다이오드(420)에서 계측되는 삼색 자극값 각각이 모두 기준이 되는 삼색 자극값보다 강도(Intensity)가 낮게 검출되었다. 상기 포토다이오드(420)로 입광되는 빛의 양이 줄어들어 그 강도가 약해지고 이에 따라 상기 색차계모듈(400)이 입광되는 빛의 색상을 정확하게 계측하는대 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

하지만, 상기 색차계모듈(400)에서 상기 집광렌즈(440)를 구비하는 경우, 상기 포토다이오드(420)에서 계측되는 삼색 자극값 각각이 모두 기준이 되는 삼색 자극값의 강도에 근접하는 형태로 검출된다. 이는 상기 집광렌즈(440)를 이용하여 상기 컬러필터(410)로부터 전달되는 빛을 모두 상기 포토다이오드(420)로 입광되도록 하여 상기 포토다이오드(420)가 입광되는 빛의 색상을 보다 정확하게 신속하게 측정이 가능하도록 한다.

이상과 같이 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명한 실시예 외에도 본 발명의 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그러므로 본 실시예는 특정형태로 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 색상계측기 200: 케이스
300: 입광렌즈 모듈 400: 색차계모듈
410: 컬러필터 420: 포토다이오드
430: 컬리메이터 렌즈 440: 집광렌즈
500: 광 분배모듈

Claims

내부에 수광 공간이 형성된 케이스;
상기 케이스의 일측에서 내부 방향으로 복수 개의 렌즈가 연속적으로 배치되어 구성되며, 측정대상물에서 빛이 출사되는 영역에 배치되어 출사된 빛을 내부로 전달하는 입광렌즈 모듈;
상기 수광 공간에 배치되어 상기 입광렌즈 모듈을 통과한 빛이 입사되어 특정한 파장의 빛만 투과시키는 컬러필터, 상기 컬러필터에 의해서 투과된 빛을 수광하여 수광된 빛을 전기적 신호로 변환하는 포토다이오드, 상기 입광렌즈 모듈과 상기 컬러필터 사이에서 빛이 이동하는 경로상에 구비되어 상기 입광렌즈 모듈을 통과한 빛을 전달받아 고정된 상기 컬러필터에 수직으로 입사되도록 평행하게 출사하는 컬리메이터 렌즈 및 상기 컬러필터와 상기 포토다이오드 사이에서 상기 컬러필터에 의해서 투과된 빛을 집광시켜 상기 포토다이오드로 전달하는 집광렌즈를 포함하는 색차계모듈; 및
상기 입광렌즈 모듈과 상기 색차계모듈 사이에 구비되어, 상기 입광렌즈모듈로부터 입사된 빛을 분배하여 상기 색차계모듈로 전달하는 광 분배모듈을 포함하며;
상기 컬리메이터 렌즈는 상기 입광렌즈 모듈로부터 입사되는 빛을 모두 평행하게 지향시키도록 형성되고,
상기 컬러필터는 상기 컬리메이터 렌즈로부터 출사되는 빛을 모두 수광하도록 형성되고,
상기 집광렌즈는 상기 컬러필터에 의해서 투과된 빛을 모두 수광하여 집광시키도록 형성되며,
상기 색차계모듈은 적어도 세 개 이상으로 구비되어 각각에 구비된 상기 컬러필터가 서로 다른 파장의 빛을 투과시키는 것을 특징으로 하는 색차계모듈을 이용한 색상계측기.
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 광 분배모듈은,
복수 개의 광섬유로 구성되어 상기 입광렌즈 모듈로부터 전달되는 빛을 상기 색차계모듈로 전달하는 것을 특징으로 하는 색차계모듈을 이용한 색상계측기.
제 1항에 있어서,
상기 컬러필터는,
간섭필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 색차계모듈을 이용한 색상계측기.
삭제
삭제
외부에서 전달되는 빛을 수광하여 특정한 파장의 빛만 투과시키는 컬러필터;
상기 컬러필터에 의해서 투과된 빛을 수광하여 수광된 빛을 전기적 신호로 변환하는 포토다이오드;
외부에서 상기 컬러필터로 빛이 이동하는 경로상에 구비되어 고정된 상기 컬러필터에 수직으로 빛이 입사되도록 평행하게 출사하는 컬리메이터 렌즈; 및
상기 컬러필터와 상기 포토다이오드 사이에서 상기 컬러필터에 의해서 투과된 빛을 집광시켜 상기 포토다이오드로 전달하는 집광렌즈; 를 포함하며,
상기 컬리메이터 렌즈는 외부로부터 전달되는 빛을 모두 평행하게 지향시키도록 형성되고,
상기 집광렌즈는 상기 컬러필터에 의해서 투과된 빛을 모두 수광하여 집광시키도록 형성되며,
상기 컬러필터는 상기 컬리메이터 렌즈로부터 출사되는 빛을 모두 수광하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 색차계모듈.
삭제
삭제