KR101523051B1 - 측정 장치 - Google Patents

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KR101523051B1 KR1020130089166A KR20130089166A KR101523051B1 KR 101523051 B1 KR101523051 B1 KR 101523051B1 KR 1020130089166 A KR1020130089166 A KR 1020130089166A KR 20130089166 A KR20130089166 A KR 20130089166A KR 101523051 B1 KR101523051 B1 KR 101523051B1
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Abstract

본 발명의 측정 장치는 광원의 광속을 측정하는 복수의 수광 센서가 마련된 센서 유니트를 포함하고, 상기 센서 유니트에는 서로 다른 위치에 상기 각 수광 센서가 배치되며, 상기 광원의 광 분포가 파악되도록 상기 각 위치는 상기 광원과의 광 경로 길이가 동일할 수 있다.

Description

측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING}
본 발명은 광원의 광 분포를 측정하는 장치에 관한 것이다.
광원을 이용한 각종 제어 기기, 측정 기기들이 등장하고 있다.
예를 들어 대상물의 회전 각도를 측정하는 광학식 인코더의 경우 빛을 생성하는 광원, 광원의 빛을 수광하여 전기적 신호로 변환시키는 수광 소자, 광원과 수광 소자의 사이에 배치되고 측정 대상물과 함께 회전하는 스케일로 구성된다.
이와 같이 광원을 이용한 광학식 인코더는 광원의 신뢰성이 대단히 중요하다.
광원의 신뢰성은 광 분포를 측정함으로써 확인될 수 있다.
한국공개특허공보 제2005-0049178호에는 CCD 카메라를 이용하여 출사광의 광 분포를 측정하는 장치가 개시되고 있으나, CCD 카메라와 핀홀을 이용함으로써 광원 자체의 광 분포를 측정하는 것과는 거리가 있다.
한국공개특허공보 제2005-0049178호
본 발명은 광원의 광 분포를 신뢰성 있고 신속하게 측정할 수 있는 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 측정 장치는 광원의 광속을 측정하는 복수의 수광 센서가 마련된 센서 유니트를 포함하고, 상기 센서 유니트에는 서로 다른 위치에 상기 각 수광 센서가 설치되며, 상기 광원의 광 분포가 파악되도록 상기 각 위치는 상기 광원과의 광 경로 길이가 동일할 수 있다.
본 발명의 측정 장치는 광원의 광속을 측정하는 복수의 수광 센서가 마련된 센서 유니트 및 주축을 향하는 방향으로 상기 광원의 빛을 반사시키는 포물면경을 포함하고, 상기 센서 유니트는 상기 포물면경의 안쪽으로 상기 주축 상에 설치되며, 상기 각 수광 센서에는 상기 포물면경에 반사된 빛이 수광될 수 있다.
본 발명의 측정 장치는 광원과의 광 경로 길이가 동일하고 서로 복수의 위치에 수광 센서를 배치함으로써, 한 번의 측정으로 광원 자체의 광 분포를 측정할 수 있다.
또한, 각 수광 센서는 광원으로부터 특정 각도로 투사된 빛만을 담당함으로써 신뢰성 있게 해당 빛의 광속을 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 측정 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 측정 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 측정 장치를 구성하는 센서 유니트를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 측정 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 측정 장치는 센서 유니트(110)를 포함할 수 있다.
광 분포는 특정 공간 내에 위치하는 광원으로부터 투사된 빛이 특정 공간 내 임의의 위치에 얼마만큼 존재하는지를 나타낸다. 다시 말해 광원으로부터 투사된 빛이 특정 위치에서 얼마만큼의 광속을 나타내는지 확인할 수 있는 근거가 된다. 광원에서 생성된 빛은 광원을 중심으로 방사상 또는 일부 각도 범위로 투사될 수 있다. 이때, 투사되는 각 빛의 각도는 모두 다르다.
이때, 각 각도별 투사된 빛의 광속이 광 분포에 해당할 수 있다. 예를 들어 광원으로부터 제1 각도 θ1으로 제1 빛 ①이 투사되고, 제2 각도 θ2로 제2 빛 ②가 투사될 때, 제1 빛의 광속과 제2 빛의 광속을 측정하면 해당 광원에 대해 제1 각도 θ1의 광속과 제2 각도 θ2의 광속을 파악할 수 있다. 이때, 제1 각도 θ1에서의 광속, 제2 각도 θ2에서의 광속 등을 나열한 것이 광 분포가 될 수 있다.
광원으로부터 투사되는 각 빛의 각도는 기준이 필요하다. 이때의 기준은 광원이 설치된 면이나 광원이 향하는 방향일 수 있다.
또는, 후술되는 포물면경(130)의 주축이 각도의 기준 Z가 될 수 있다. 포물면경(130)의 주축은 광원이 향하는 방향과 동일할 수 있다. 이하에서는 포물면경(130)의 주축을 기준으로 빛의 투사 각도를 설명하기로 한다.
광원의 광 분포를 측정하기 위해서는 각 각도별로 광속을 측정할 필요가 있다. 광속의 측정은 센서 유니트(110)에서 이루어질 수 있다.
센서 유니트(110)에는 광원의 광속을 측정하는 복수의 수광 센서(111)가 마련될 수 있다. 또한, 센서 유니트(110)에는 수광 소자가 설치되고 지지되는 몸체부(113)가 마련될 수 있다.
수광 센서(111)는 빛 에너지를 전기적 에너지로 변환시킬 수 있다. 따라서, 수광 센서(111)의 출력값을 분석하면 광속을 파악할 수 있다.
광원의 광 분포를 파악하기 위해 센서 유니트(110)에는 서로 다른 위치에 각 수광 센서(111)가 배치될 수 있다. 이에 따르면 광원으로부터 서로 다른 각도 θ1, θ2 등으로 투사되는 복수의 빛의 광속을 한 번에 모두 측정할 수 있다.
한편, 광속은 광원과의 거리가 멀어질수록 줄어들므로 각 수광 센서(111)가 배치되는 위치는 광원과의 광 경로 길이가 동일한 위치일 수 있다.
도 1에 도시된 센서 유니트(110)는 내면이 반구형으로 이루어진 몸체부(113), 몸체부(113) 내면의 서로 다른 위치에 배치된 복수의 수광 센서(111)가 개시된다. 각 수광 소자는 적어도 측면상으로 반구형의 중심을 기준으로 다른 각도 θ1, θ2 등으로 배치될 수 있다.
이때, 반구형의 중심에 광원을 위치시키면 광원으로부터 각 수광 센서(111)까지의 광 경로 거리가 동일해진다. 광 경로 거리가 동일하다는 것은 제1 빛 ①과 제2 빛 ②가 진행한 거리가 동일한 것을 의미한다. 광원으로부터 각 수광 센서(111)까지의 광 경로 거리가 동일하다면, 광원으로부터 투사된 제1 빛 ①과 제2 빛 ②의 광속이 동일한 경우 각 수광 센서(111)에서 측정되는 광속 역시 동일할 것이다. 이에 따르면 다양한 각도로 투사되는 광원의 빛에 대한 광속을 신뢰성 있게 측정할 수 있다.
그런데, 도 1에 도시된 센서 유니트(110)를 생산하기 위해서는 몸체부(113)를 반구형을 제작하고, 반구형의 내면에 복수의 수광 센서(111)를 설치해야 한다. 이때, 각 수광 센서(111)의 지향 각도 역시 섬세하게 조정될 필요가 있다. 일반적으로 수광 센서(111)는 지향 각도를 벗어난 각도로 수광된 빛에 대해서는 신뢰성 있는 값을 출력하지 못하기 때문이다.
결과적으로 도 1에 도시된 센서 유니트(110)에 의하면 소형화 및 생산성에서 문제의 소지가 있다.
도 2는 본 발명의 다른 측정 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2에 도시된 측정 장치는 센서 유니트(110) 및 포물면경(130)을 포함할 수 있다.
포물면경(130)은 포물면경(130)의 주축을 향하는 방향으로 광원의 빛을 반사시킬 수 있다. 이를 위해 포물면경(130)의 내면은 빛을 반사하는 거울 등으로 이루어질 수 있다.
센서 유니트(110)는 포물면경(130)의 안쪽으로 포물면경(130)의 주축 상에 설치될 수 있다. 광원의 빛은 포물면경(130)에 의해 반사되어 포물면경(130)의 주축을 향하는 방향으로 진행하므로 포물면경(130)의 주축 상에 설치되는 센서 유니트(110) 및 각 수광 센서(111)에는 포물면경(130)에 반사된 빛이 수광될 수 있다.
측정 대상인 광원은 포물면경(130)의 주축 상에 위치할 수 있다. 구체적으로 포물면경(130)에서 주축 기준으로 직경이 점점 커지는 방향의 종단 중심에 광원이 배치될 수 있다.
수광 센서(111)는 주축의 길이 방향으로 서로 다른 위치에 설치될 수 있다. 수광 센서(111)는 센서 유니트(110), 구체적으로 몸체부(113)에 설치되는 것이므로 몸체부(113)는 수광 센서(111)의 설치를 위해 주축의 길이 방향으로 연장되는 소위 막대 형상일 수 있다. 수광 센서(111)는 포물면경(130) 주축의 길이 방향을 따라 몸체부(113)의 측면에 설치될 수 있다.
도 2에서 각도의 기준 Z는 포물면경(130)의 주축과 동일하며, 센서 유니트(110)는 주축 상에 위치하고 있다. 수광 센서(111)는 주축을 기준으로 한 좌표가 다른 위치에 각각 설치될 수 있다.
광원에서 생성된 빛이 포물면경(130)의 내면에 반사되어 각 수광 센서(111)로 수광되는 경로를 광 경로라 하기로 한다. 신뢰성 있는 광 분포의 측정을 위해 각 수광 센서(111)는 서로 다른 광 경로로 빛을 수광할 수 있다. 이때, 동일한 조건에서 광속을 측정하기 위해 각 광 경로의 길이는 동일할 수 있다.
광 경로는 제1 경로와 제2 경로를 포함할 수 있다.
제1 경로는 광원의 빛이 광원으로부터 포물면경(130)의 내면을 향하는 경로일 수 있다. 제2 경로는 광원의 빛이 포물면경(130)의 내면으로부터 반사되어 수광 센서(111)를 향하는 경로일 수 있다. 도 2에는 포물면경(130)의 주축을 기준으로 광원으로부터 θ1 각도로 투사되는 제1 빛 ①과, 광원으로부터 θ2 각도로 투사되는 제2 빛 ②가 예시되고 있다.
제1 빛 ①의 광 경로는 광원으로부터 포물면경(130)까지의 제1 경로 a와, 포물면경(130)으로부터 제1 센서 S1까지의 제2 경로 b를 포함할 수 있다.
제2 빛 ②의 광 경로는 광원으로부터 포물면경(130)까지의 제1 경로 a와, 포물면경(130)으로부터 제2 센서 S2까지의 제2 경로 b를 포함할 수 있다.
제2 빛 ②의 광 경로는 제1 빛 ①의 광 경로와 다르다. 또한, 제1 빛 ①의 제1 경로 a와 제2 경로 b를 합한 거리는 제2 빛 ②의 제1 경로 a와 제2 경로 b를 합한 거리와 동일할 수 있다. 이를 위해 포물면경(130)은 광원으로부터 멀어질수록 주축의 길이 방향을 따라 내경이 줄어드는 형태를 취할 수 있다.
제1 센서 S1과 제2 센서 S2는 복수의 수광 센서(111) 중 임의로 선택된 2개의 수광 센서(111)일 수 있다.
제1 경로 ①의 b는 제1 센서 S1을 타겟으로 하고, 제2 경로 ②의 b는 제2 센서 S2를 타겟으로 한다. 포물면경(130)의 내면 곡률은 각 수광 센서(111)를 타겟으로 형성되는 각 제2 경로 ①의 b 및 ②의 b가 서로 평행하도록 설정될 수 있다. 이에 따르면 제1 센서 S1과 제2 센서 S1이 지향하는 각도를 동일하게 형성할 수 있다. 따라서, 각 수광 센서(111)마다 지향하는 각도(방향)을 다르게 설정해야 하는 도 1의 실시예에 비하여 센서 유니트(110)를 용이하게 생산할 수 있다.
만약 포물면경(130)의 내면 곡률이 제2 경로가 주축에 직교하도록 설정된다면, 보다 용이하게 각 수광 센서(111)를 설치할 수 있다.
또한, 도 1의 광 경로와 도 2의 광 경로의 길이(각 도의 ① 및 ②의 길이)가 동일하다 하더라도 포물면경(130)에 의해 전체 부피, 구체적으로 폭이 줄어든다. 또한, 센서 유니트(110)를 포물면경(130)의 주축을 따라 연장되는 막대 형상으로 구성할 수 있으므로 용이하게 생산할 수 있다.
이상의 구성에 따르면 제1 경로와 포물면경(130)의 주축이 이루는 각도는 각 수광 센서(111)마다 다르다. 이때, 각 수광 센서(111)의 출력값은 포물면경(130)의 주축을 기준으로 광원으로부터 투사되는 빛의 각도별 광속을 나타낼 수 있다. 이때, 각도별 광속은 곧 광원의 광 분포를 나타낼 수 있다.
포물면경(130)의 주축에 센서 유니트(110)의 몸체부(113)가 배치됨으로써 주축과 동일한 각도로 투사되는 빛의 광속을 측정하기가 곤란할 수 있다. 이를 해소하기 위해 몸체부(113)에는 일단부와 타단부가 연결된 중공(119)이 형성될 수 있다, 이때의 중공(119)은 몸체부(113)와 마찬가지로 포물면경(130) 주축의 길이 방향으로 연장될 수 있다. 이러한 중공(119)에 따르면 주축과 동일한 각도로 투사되는 빛은 몸체부(113)를 제한없이 통과할 수 있다. 몸체부(113)의 일단부에 대면하여 수광 센서(111) 중 하나가 배치되면 몸체부(113)의 타단부에 대면하는 광원으로부터 주축과 동일한 각도로 투사되는 빛을 수광할 수 있다. 이때 몸체부(113)의 타단부에 대면하는 수광 센서(111)는 몸체부(113)의 일단에 설치될 수 있다. 또는 포물면경(130)에 설치될 수 있다.
한편, 제1 센서 S1으로 제1 빛 ①이 아닌 다른 빛이 유입되는 것을 방지하기 위해 집광부(115)가 센서 유니트(110)에 마련될 수 있다.
도 3은 본 발명의 측정 장치를 구성하는 센서 유니트(110)를 나타낸 개략도이다.
도 3의 센서 유니트(110)에는 집광부(115)가 마련되고 있다.
집광부(115)는 각 수광 센서(111)별로 설치될 수 있다. 집광부(115)는 각 수광 센서(111)를 둘러싸고 제2 경로를 따라 파이프 형상으로 돌출될 수 있다.
집광부(115)에 의하면 해당 집광부(115)에 의해 둘러싸여진 수광 센서(111)로 진입 가능한 빛은 도 3의 화살표 방향의 제2 경로를 갖는 광원의 빛으로 한정된다. 따라서, 다른 제2 경로를 갖는 광원의 빛은 해당 수광 센서(111)로 투사되지 못하므로, 해당 수광 센서(111)는 신뢰성 있게 소망하는 각도의 빛을 수광할 수 있다.
다시 도 2로 돌아가서, 측정 장치에는 분석 유니트(150)가 마련될 수 있다.
분석 유니트(150)는 각 수광 센서(111)의 출력값을 분석하여 광원의 광 분포를 파악할 수 있다.
수광 센서(111)는 주축의 길이 방향으로 제1 위치에 설치된 제1 센서 S1과 주축의 길이 방향으로 제1 위치와 다른 제2 위치에 설치된 제2 센서 S2를 포함할 수 있다.
광원으로부터 투사되는 빛은 포물면경(130)의 주축을 기준으로 제1 각도 θ1으로 투사되는 제1 빛 ①과 포물면경(130)의 주축을 기준으로 제2 각도 θ2로 투사되는 제2 빛 ②를 포함할 수 있다.
제1 빛 ①은 포물면경(130)에 반사되어 제1 센서 S1으로 투사되고, 제2 빛 ②는 포물면경(130)에 반사되어 제2 센서 S2로 투사될 수 있다.
이때, 분석 유니트(150)는 제1 센서 S1의 출력값으로부터 제1 빛 ①의 광속을 파악하고, 제2 센서 S2의 출력값으로부터 제2 빛 ②의 광속을 파악할 수 있다.
이를 위해 분석 유니트(150)에는 제1 센서 S1과 제1 각도 θ1이 매칭되고, 제2 센서 S2와 제2 각도 θ2가 매칭되는 룩업 테이블이 마련될 수 있다. 일예로 룩업 테이블은 다음의 표 1과 같을 수 있다.
센서
각도
... S1 S2 ...
... O X X X
θ1 X O X X
θ2 X X O X
... X X X O
표 1에서 'O'는 각도가 들어갈 자리이고, 'X'는 센서의 출력값이 기록될 수 없는 자리이다. 표에 따르면 S1의 출력값이 들어갈 자리는 θ1에 대응하는 자리이고, S2의 출력값이 들어갈 자리는 θ2에 대응하는 자리이다.
분석 유니트(150)는 표 1의 룩업 테이블을 이용하여 주축을 기준으로 한 광원의 각도별 광속을 파악할 수 있다. 이렇게 파악된 광원의 각도별 광속으로 광원의 광 분포를 파악할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
110...센서 유니트 111...수광 센서
113...몸체부 115...집광부
119...중공 130...포물면경
150...분석 유니트

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 광원의 광속을 측정하는 복수의 수광 센서가 마련된 센서 유니트; 및
    주축을 향하는 방향으로 상기 광원의 빛을 반사시키는 포물면경;을 포함하고,
    상기 센서 유니트는 상기 포물면경의 안쪽으로 상기 주축 상에 설치되며,
    상기 각 수광 센서에는 상기 포물면경에 반사된 빛이 수광되는 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광원에서 생성된 빛이 상기 포물면경의 내면에 반사되어 상기 각 수광 센서로 수광되는 경로를 광 경로라 할 때,
    상기 각 수광 센서는 서로 다른 광 경로로 상기 빛을 수광하고,
    상기 각 광 경로의 길이가 동일하도록 상기 포물면경은 상기 광원으로부터 멀어질수록 상기 주축의 길이 방향을 따라 내경이 줄어드는 측정 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 광원은 상기 주축 상에 위치하고,
    상기 각 수광 센서는 상기 주축의 길이 방향으로 서로 다른 위치에 설치되며,
    상기 광원에서 생성된 빛이 상기 포물면경의 내면에 반사되어 상기 각 수광 센서로 수광되는 경로를 광 경로라 할 때,
    상기 광 경로는 상기 광원의 빛이 상기 광원으로부터 상기 포물면경의 내면을 향하는 제1 경로와 상기 광원의 빛이 상기 포물면경의 내면으로부터 반사되어 상기 수광 센서를 향하는 제2 경로를 포함하고,
    상기 포물면경의 내면 곡률은 상기 각 수광 센서를 타겟으로 형성되는 상기 각 제2 경로가 서로 평행하도록 설정되는 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 포물면경의 내면 곡률은 상기 제2 경로가 상기 주축에 직교하도록 설정되는 측정 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 광원에서 생성된 빛이 상기 포물면경의 내면에 반사되어 상기 각 수광 센서로 수광되는 경로를 광 경로라 할 때,
    상기 광 경로는 상기 광원의 빛이 상기 광원으로부터 상기 포물면경의 내면을 향하는 제1 경로와 상기 광원의 빛이 상기 포물면경의 내면으로부터 반사되어 상기 수광 센서를 향하는 제2 경로를 포함하고,
    상기 센서 유니트에는 상기 각 수광 센서별로 설치되며 상기 각 수광 센서를 둘러싸고 상기 제2 경로를 따라 돌출된 파이프 형상의 집광부가 마련되는 측정 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 광원에서 생성된 빛이 상기 포물면경의 내면에 반사되어 상기 각 수광 센서로 수광되는 경로를 광 경로라 할 때,
    상기 광 경로는 상기 광원의 빛이 상기 광원으로부터 상기 포물면경의 내면을 향하는 제1 경로와 상기 광원의 빛이 상기 포물면경의 내면으로부터 반사되어 상기 수광 센서를 향하는 제2 경로를 포함하고,
    상기 제1 경로와 상기 포물면경의 주축이 이루는 각도는 상기 각 수광 센서마다 다르며,
    상기 각 수광 센서의 출력값은 상기 주축을 기준으로 상기 광원으로부터 투사되는 빛의 각도별 광속을 나타내는 측정 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 센서 유니트는 상기 포물면경의 주축의 길이 방향으로 연장되는 몸체부, 상기 주축의 길이 방향을 따라 상기 몸체부의 측면에 설치되는 상기 수광 센서를 포함하고,
    상기 몸체부에는 일단부와 타단부가 연결된 중공이 형성되며,
    상기 몸체부의 일단부에 대면하여 상기 수광 센서 중 하나가 배치되는 측정 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 각 수광 센서의 출력값을 분석하여 상기 광원의 광 분포를 파악하는 분석 유니트;를 포함하고,
    상기 수광 센서는 상기 주축의 길이 방향으로 제1 위치에 설치된 제1 센서와 상기 주축의 길이 방향으로 제2 위치에 설치된 제2 센서를 포함하며,
    상기 광원으로부터 투사되는 빛은 상기 포물면경의 주축을 기준으로 제1 각도로 투사되는 제1 빛과 상기 포물면경의 주축을 기준으로 제2 각도로 투사되는 제2 빛을 포함하고,
    상기 제1 빛은 상기 포물면경에 반사되어 상기 제1 센서로 투사되고, 상기 제2 빛은 상기 포물면경에 반사되어 상기 제2 센서로 투사되며,
    상기 분석 유니트는 상기 제1 센서의 출력값으로부터 상기 제1 빛의 광속을 파악하고, 상기 제2 센서의 출력값으로부터 상기 제2 빛의 광속을 파악하는 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분석 유니트에는 상기 제1 센서와 상기 제1 각도가 매칭되고, 상기 제2 센서와 상기 제2 각도가 매칭되는 룩업 테이블이 마련되고,
    상기 분석 유니트는 상기 룩업 테이블을 이용하여 상기 주축을 기준으로 한 상기 광원의 각도별 광속을 파악하는 측정 장치.
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