KR101781249B1 - 광학 측정 시스템, 광학 측정 방법, 및 광학 측정 시스템용 경면판 - Google Patents

Abstract

광학 측정 시스템(100)은 내벽에 반사 표면(110a)을 갖고 제1 윈도우(132)를 갖는 적분구(110)를 포함한다. 광학 측정 시스템은 적분구의 실질적 중심 위치에 광원을 지지하기 위한 지지 부재(120), 및 지지 부재에 의해 지지되는 광원과 제1 윈도우를 연결하는 라인 상에 배열되는 제1 배플(136)을 더 포함한다. 지지 부재는 광원에 대해 제1 윈도우의 반대편 영역에서 적분구의 내벽에 연결된다.

Description

광학 측정 시스템, 광학 측정 방법, 및 광학 측정 시스템용 경면판{OPTICAL MEASUREMENT SYSTEM, OPTICAL MEASUREMENT METHOD, AND MIRROR PLATE FOR OPTICAL MEASUREMENT SYSTEM}

본 발명은 예를 들어, 광원으로부터 방출되는 총 광속의 측정에 적합한 광학 측정 시스템, 광학 측정 방법, 및 광학 측정 시스템용 경면판(mirror plate)에 관한 것이다.

광원으로부터 방출되는 총 광속을 측정하기 위한 통상의 장치로서 적분구(integrating sphere)를 포함하는 광도계(photometer)가 공지되어 있다. 적분구의 내벽에는 확산 반사 물질(예를 들어, 황산바륨, 또는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE))을 도포함으로써 형성되는 반사 표면이 있다. 이러한 적분구에 배열되어 있는 상태에서 측정 대상 광원(이하, “샘플 광원”이라고 지칭됨)이 점등된다. 광원으로부터 방출되는 광속은 적분구의 내벽의 반사 표면으로부터 반복적으로 반사됨으로써 적분구의 내벽에 대한 조도가 균일해진다. 균일해진 조도가 광원으로부터 방출된 총 광속에 비례한다는 사실은 광원의 총 광속을 측정하는데 활용된다. 이러한 광도계에 의해 측정된 총 광속은 보통 상대적인 값이기 때문에, 총 광속의 값은 공지의 표준 광원을 사용하여 샘플 광원으로부터 방출된 총 광속의 교정 값을 측정함으로써 획득된 검출 값(표준 값)과 비교된다.

이러한 적분구를 포함하는 광도계는 적분구에 광원을 배열하는데 사용되는 지지 부재 및 광원으로부터의 광이 광검출기를 직접 조사하는 것을 방지하는데 사용되는 차광판(배플(baffle))과 같은 부품에 의한 광의 흡수를 피할 수 없다. 또한, 샘플 광원 자체가 광을 흡수한다.

이러한 광 흡수를 다루기 위해, 일본 산업 표준 JIS C 8152:2007, 2007년 7월 20일자 "Measuring Methods of White Light Emitting Diode (LED) for General Lighting"(비특허문헌 1)에는 샘플 광원의 자체 흡수를 보정하기 위한 팩터(자체 흡수 보정 팩터)가 사용되는 것을 개시한다. 이러한 자체 흡수 보정 팩터는 다음의 방식으로 계산된다. 자체 흡수를 측정하기 위한 광원(통상적으로 백열등 또는 텅스텐 할로겐 전구)이 적분구에 제공된다. 샘플 광원이 적분구에 배열되는 조건 및 샘플 광원이 적분구에 배열되지 않는 각 조건에서, 자체 흡수를 측정하기 위한 광원이 점등된다. 각각의 조건에서 검출된 값들이 서로 비교되어 자체 흡수 보정 팩터를 계산한다.

또한, 지지 부재에 의한 광 흡수의 영향을 피할 목적으로, 예를 들어, 일본 특허 공개 공보 제06-167388호(특허문헌 1)에 개시된 바와 같이 반구형 적분기(hemispherical integrator)(이하 "적분 반구(integrating hemisphere)”라고 지칭됨)를 포함하는 광도계가 제안되어 있다(이러한 광도계는 이하 "반구형 광도계”라고 지칭될 것임). 이러한 반구형 광도계는 적분구 대신에, 내벽에 형성된 반사 표면 및 반사 표면이 반구 부분의 개구를 덮도록 배열된 원형 경면판을 갖는 반구 부분으로 형성된 적분 반구를 갖는다. 광원의 중심이 반구 부분의 곡률 중심과 일치하도록 광원이 경면판 중심에 배치된다.

이러한 구성에서, 광원 및 경면판에 의해 생성되는 광원의 가상 이미지가 각각 가상 적분구(반구 부분의 실제 공간 및 반구 부분의 가상 이미지로 이루어진 복합 공간)에 존재한다. 즉, 반구형 광도계는 샘플 광원이 광원을 지지하는 지지 부재를 사용하지 않고서 가상 적분구에 배열될 수 있게 한다. 따라서, 지지 부재에 의한 광 흡수로 인한 오류가 감소될 수 있다.

일본 특허 공개 공보 제06-167388호

일본 산업 표준 JIS C 8152:2007, 2007년 7월 20일자 "Measuring Methods of White Light Emitting Diode (LED) for General Lighting."

최근, 예를 들어 발광 다이오드(LED) 광원의 개발은 표준 광원의 광도 분포와 상이한 광도 분포를 갖는 광원의 측정에 대한 필요를 수반하여 왔다. 본 발명의 발명자들은 이러한 광원들이 종래의 적분구를 포함하는 광학 측정 장치를 이용하여 측정될 경우 광도 분포 차로 인해 측정 오류가 일어난다는 신규한 기술적 과제를 새롭게 발견했다.

본 발명자들은 신규한 기술적 과제의 원인 또한 발견했다. 그 원인에 대한 발명자의 지식에 따르면, 전술한 바와 같은 반구형 광도계가 사용되는 경우 광도 분포 차로 인한 측정 오류가 일어나지 않을 것이다. 그러나 다양한 이유로 인해 종래의 적분구를 포함하는 광학 측정 장치를 사용할 수밖에 없는 상황이 있을 수 있다. 이러한 상황에서도, 측정 정확도를 더 향상시킬 필요가 있다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 표준 광원과 샘플 광원 사이의 광도 분포 차로 인한 측정 오류를 감소시키기 위해 광학 측정 시스템, 광학 측정 방법, 및 광학 측정 시스템용 경면판을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 따른 광학 측정 시스템은 내벽에 반사 표면 및 제1 윈도우를 갖는 적분구를 포함한다. 광학 측정 시스템은 적분구의 실질적 중심 위치에 광원을 지지하기 위한 지지 부재, 및 상기 지지 부재에 의해 지지되는 광원과 제1 윈도우를 연결하는 라인 상에 배열되는 제1 배플을 더 포함한다. 지지 부재는 광원에 대한 제1 윈도우의 반대편 영역에서 적분구의 내벽에 연결된다.

바람직하게, 광학 측정 시스템은 제1 윈도우에 연결된 광검출기를 더 포함한다.

더 바람직하게, 지지 부재가 광검출기의 제1 윈도우를 통해 시야의 범위 밖에 있도록 제1 배플이 배열된다.

바람직하게, 적분구는 제1 윈도우와 상이한 위치에 형성된 제2 윈도우를 가지며, 보조 광원으로부터의 광은 제2 윈도우를 통해 적분구로 도입된다. 광학 측정 시스템은 제2 윈도우로부터 적분구로 도입되는 보조 광원으로부터의 광과 관련된 제2 배플을 더 포함한다.

바람직하게는, 적분구는 개폐가능하게 하는 방식으로 결합된 제1 반구 부분 및 제2 반구 부분을 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따른 광학 측정 방법은 내벽에 반사 표면을 갖는 적분구의 실질적 중심 위치에 지지 부재에 의해 지지되는 광원을 배열하는 단계; 및 적분구에 형성된 제1 윈도우를 통해 광원으로부터 광을 검출하는 단계를 포함한다. 지지 부재에 의해 지지되는 광원과 제1 윈도우를 연결하는 라인 상에 제1 배플이 배열되며, 지지 부재는 광원에 대한 제1 윈도우의 반대편 영역에서 적분구의 내벽에 연결된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따른 광학 측정 시스템은 각각의 내벽에 각각의 반사 표면을 가지며, 개폐가능하게 하는 방식으로 결합된 제1 반구 부분 및 제2 반구 부분; 제1 반구 부분 및 제2 반구 부분이 폐쇄된 상태에서 제1 반구 부분 및 제2 반구 부분에 의해 형성된 구의 실질적 중심 위치에서 광원을 점등시키기 위한 제1 지지 부재; 및 제1 반구 부분 및 제2 반구 부분이 개방된 상태에서 제1 반구 부분의 개구를 덮도록 부착가능한 디스크 형상의 경면판을 포함한다. 경면판은 제1 반구 부분과 마주보는 반사 표면을 갖는다. 광학 측정 시스템은 경면판이 제1 반구 부분에 부착된 상태에서 제1 반구 부분과 경면판에 의해 형성된 반구에 노출되는 광원을 점등시키기 위한 제2 지지 부재; 및 제1 반구 부분에 형성된 윈도우를 통해 광원으로부터의 광을 검출하는 광검출기를 더 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 광학 측정 시스템에 맞춰진 경면판이 제공된다. 광학 측정 시스템은 각각의 내벽에 각각의 반사 표면을 가지며, 개폐가능하게 하는 방식으로 결합된 제1 반구 부분 및 제2 반구 부분을 포함한다. 경면판은 제1 반구 부분 및 제2 반구 부분이 개방된 상태에서 제1 반구 부분의 개구를 덮도록 부착될 수 있다. 경면판은 제1 반구 부분과 마주보는 반사 표면; 및 경면판이 제1 반구 부분에 부착된 상태에서 제1 반구 부분과 경면판에 의해 형성된 반구에 노출된 광원을 점등시키기 위한 지지 부재를 포함한다.

본 발명은 표준 광원과 샘플 광원 사이의 광도 분포 차로 인한 측정 오류를 감소시킬 수 있다.

도 1a는 적분구를 사용하여 광원으로부터 방출되는 총 광속을 측정하기 위한 기본적인 아이디어를 예시한 도면이다.
도 1b는 교정이 수행되는 경우 표준 광원이 적분구에서 점등된 상태를 예시한 도면이다.
도 1c는 측정이 수행되는 경우 표준 광원이 적분구에서 점등된 상태를 예시한 도면이다.
도 2는 반구형 광도계의 개관을 도시한 개략도이다.
도 3은 실험에 사용되는 표준 광원과 전구형 형광 램프 사이의 광도 분포 차를 도시한 도면이다.
도 4a는 실험예 1의 상세 사항을 도시한 도면이다.
도 4b는 실험예 1의 상세 사항을 도시한 도면이다.
도 5a는 실험예 2의 상세 사항을 도시한 도면이다.
도 5b는 실험예 2의 상세 사항을 도시한 도면이다.
도 6a는 제1 실시예에 따른 광학 측정 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 6b는 제1 실시예에 따른 광학 측정 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 6c는 제1 실시예에 따른 광학 측정 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 7은 제1 실시예의 제1 변형에 따른 광학 측정 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 8은 제1 실시예의 제2 변형에 따른 광학 측정 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 9는 제1 실시예의 제3 변형에 따른 광학 측정 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 10은 제1 실시예의 제4 변형에 따른 광학 측정 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 11은 제1 실시예의 제5 변형에 따른 광학 측정 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 12a는 제2 실시예에 따른 광학 측정 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 12b는 제2 실시예에 따른 광학 측정 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 12c는 제2 실시예에 따른 광학 측정 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 13은 제2 실시예에 따른 광학 측정 시스템에 사용되는 경면판의 평면도이다.
도 14a는 제2 실시예의 제1 변형에 따른 광학 측정 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 14b는 제2 실시예의 제1 변형에 따른 광학 측정 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 15는 실시예들에 따른 광학 측정 시스템을 사용하여 샘플 광원의 총 광속을 측정하는 프로세스 절차를 도시한 흐름도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들이 상세히 설명될 것이다. 도면에서, 동일하거나 대응하는 부분들은 동일한 도면 부호에 의해 표시되며, 그 설명은 여기에서 반복되지 않을 것이다.

<A. 발명자에 의해 발견된 신규한 기술적 과제>

본 발명의 발명자는 광원이 적분구를 포함하는 광도계를 이용하여 측정되고, 광원이 교정에 사용된 표준 광원의 광도 분포와 상이한 광도 분포를 갖는 경우 측정 오류가 일어나는 신규한 기술적 과제를 발견하였다. 이하, 이러한 신규한 과제가 우선 설명될 것이다.

도 1a는 적분구를 사용하여 광원으로부터 방출되는 총 광속을 측정하기 위한 기본적인 아이디어를 예시한 도면이다. 도 1b는 교정이 수행되는 경우 표준 광원이 적분구에서 점등된 상태를 예시한 도면이다. 도 1c는 측정이 수행되는 경우 측정 대상 광원(샘플 광원)이 적분구에서 점등된 상태를 예시한 도면이다.

도 1a를 참조하면, 적분구(10)를 사용하여 샘플 광원 OBJ로부터 방출되는 총 광속을 측정하기 위한 기본적인 아이디어에 대한 설명이 주어질 것이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 내벽에 반사 표면(10a)을 갖는 적분구(10)의 중심부에서, 샘플 광원 OBJ가 배열되며, 샘플 광원 OBJ가 점등된다. 반사 표면(10a)은 통상적으로 확산 반사 물질(예를 들어, 황산바륨, 또는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE))을 도포함으로써 형성된다. 예를 들어, 샘플 광원 OBJ는 도면 부호 42에 의해 지시되는 광도 분포를 갖는다.

샘플 광원 OBJ로부터 방출되는 광(광속)은 적분구(10)의 내벽으로부터 반복적으로 반사된다. 따라서, 샘플 광원 OBJ로부터 방출되는 광속에 따라 결정되는 값에 의해 표현되는, 적분구(10)의 내벽에 대한 조도가 균일해진다. 광검출기(12)는 임의의 위치에 형성된 윈도우를 통해 적분구(10)에 광학적으로 연결된다. 광검출기(12)는 적분구(10)의 내벽에 균일해진 조도를 측정한다. 이러한 광검출기(12)에 의해 검출된 조도는 샘플 광원 OBJ로부터 방출된 총 광속의 크기를 나타낸다.

샘플 광원 OBJ로부터 방출된 광이 광검출기(12)를 직접 조사하는 것을 방지하기 위한 배플(14)이 적분구(10)에 제공된다는 점에 주목한다. 배플(14)의 표면은 또한 적분구(10)의 내벽과 같은 반사 표면이다. 따라서 샘플 광원 OBJ로부터 방출되는 광은 또한 배플(14)의 표면으로부터 반사된다.

실제 광도계에서는, 점등된 상태의 샘플 광원 OBJ를 적분구(10)의 중심부에 유지하기 위한 지지 부재가 제공된다. 더 구체적으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 수직 상부측의 정점으로부터 하방으로 연장되는 지지 부재(라이팅 마운트(lighting mount))(20)가 적분구(10)에 배열되며, 광원은 지지 부재의 선단(leading end)에 배열된다. 배플(14)은 또한 일정한 방식으로 소정의 위치에 위치된다. 도 1b에 도시된 예시에서, 배플(14)은 지지 부재(20)와 같이 수직 방향으로 위로부터 하방으로 연장되는 지지 부재(16)에 의해 고정된다.

도 1b는 광도계가 교정되는 상태를 도시하는데, 여기에서 표준 광원 STD가 지지 부재(20)의 선단에 부착된다. 표준 광원 STD가 도면 부호 44에 의해 지시되는 바와 같이 4pi의 광도 분포를 갖는다고 가정한다. 즉, 표준 광원 STD는 표준 광원 STD의 메인 투사 방향(전 방향)으로 광을 방출하고, 메인 투사 방향에 대해 반대 방향(후 방향)으로도 광을 방출한다.

반대로, 도 1c는 총 광속이 측정되는 상태를 도시하며, 여기에서 샘플 광원 OBJ가 지지 부재(20)의 선단에 부착된다. 샘플 광원 OBJ가 도면 부호 46에 의해 지시되는 바와 같이 2pi의 광도 분포를 갖는다고 가정한다. 즉, 샘플 광원 OBJ는 샘플 광원 OBJ의 메인 투사 방향(전 방향)으로만 광을 방출하고, 메인 투사 방향에 대해 반대 방향(후 방향)으로는 광이 방출되지 않는다. 2pi의 광도 분포를 갖는 샘플 광원 OBJ는 통상적으로 LED 등을 사용하는 광원이다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 표준 광원 STD가 4pi의 광도 분포를 갖기 때문에, 표준 광원 STD의 전방으로 방출되는 광은, 예를 들어 경로(34)를 따라 적분구(10)에서 전파된다. 또한, 표준 광원 STD의 후방으로 방출되는 광은, 예를 들어 경로(32)를 따라 적분구(10)에서 전파된다. 다시 말해, 표준 광원 STD의 후방으로 방출된 광의 일부가 적분구(10)의 반사 표면(10a)으로부터 주로 반사되어 지지 부재(20)를 조명한다. 지지 부재(20)를 조명하는 광의 일부가 배플(14)에 의해 차단되지 않고, 광검출기(12)를 직접 조사한다.

반대로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 샘플 광원 OBJ가 2pi의 광도 분포를 갖기 때문에, 샘플 광원 OBJ로부터 방출되는 광은, 예를 들어 경로(36)를 따라 적분구(10)에서 전파된다. 광은 샘플 광원 OBJ의 후방으로 방출되지 않는다. 따라서, 표준 광원 STD와 반대로, 어떠한 광도 적분구(10)의 반사 표면(10a)으로부터 주로 반사된 후, 광검출기(12)를 직접 조사하지는 않는다. 다시 말하면, 어떠한 성분도 지지 부재(20)로부터 반사되지 않으며, 따라서 어떠한 성분도 지지 부재(20)로부터 반사되어 광검출기(12)를 직접 조사하지는 않는다.

표준 광원으로부터 방출된 광 중에서, 일 성분이 지지 부재(20)로부터 반사되어 광검출기(12)를 직접 조사한다. 이러한 성분에 따라, 측정된 총 광속의 값이 영향을 받는다. 다시 말하면, 4pi의 광도 분포를 갖는 표준 광원 STD로부터 방출되는 광의 일부인 성분이 광검출기(12)를 직접 조명하지만, 2pi의 광도 분포를 갖는 샘플 광원 OBJ로부터 방출되는 성분은 광검출기(12)를 직접 조명하지 않는다.

이에 따라, 본 발명의 발명자들은 전술한 바와 같이 이를 유발하는 배열뿐 아니라, 표준 광원 STD와 샘플 광원 OBJ 사이의 광도 분포 차가 총 광속의 측정 결과에 영향을 미친다는 사실을 발견했다.

<B. 반구형 광도계>

본 발명의 발명자들은 전술한 신규한 기술적 과제에 관해 후술되는 실험들을 수행했었다. 실험들에서, 반구형 광도계를 사용하여 수행되는 측정 결과는 비교예로서 사용되었다. 따라서, 반구형 광도계가 우선 간략히 설명될 것이다.

도 2는 반구형 광도계(2)의 개관을 도시한 개략도이다. 도 2를 참조하면, 반구형 광도계(2)는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이 적분구(10) 대신 반구형 적분기(적분 반구)를 채택한다. 더 구체적으로, 이러한 반구형 광도계(2)는 내벽에 형성된 반사 표면(50a)을 갖는 반구 부분(50), 및 반사 표면(60a)이 반구 부분(50)의 개구를 덮도록 배열되는 원형 경면판(60)을 포함한다. 광원(표준 광원 STD 또는 샘플 광원 OBJ)은 그 중심이 반구 부분의 곡률 중심과 일치하도록 경면판(60)의 중심에 배치된다.

반사 표면(50a)의 경우, 통상적으로, 확산 반사 물질(예를 들어, 황산바륨 또는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE))이 도포되어 반사 표면을 형성한다. 반사 표면(60a)이 정반사(specular reflection)를 초래할 필요가 있기 때문에, 반사 표면(60a)은 금속 기상 증착 거울(metal-vapor-deposited mirror)(통상적으로 알루미늄 기상 증착 거울)을 사용하여 구성된다. 반구형 광도계에서, 바람직하게, 경면판(60)의 반사 표면(60a)은 충분히 높은 반사율을 갖는다. 반사율을 증가시키기 위해, 반사율 향상 가공을 거친 반사 표면(60a)을 갖는 경면판(60)이 채택될 수 있다.

경면판(60) 주변의 반구 부분(50)의 임의의 위치에 형성된 윈도우를 통해, 광검출기(12)가 광학적으로 연결된다.

도 2에 도시된 바와 같이 반구형 광도계(2)의 경우, 경면판(60)(반사 표면(60a))에 의해 생성되는 광원의 실상(real image)(광도 분포(48)) 및 광원의 허상(virtual image)(광도 분포(49))은 각각 가상 적분구(반구 부분(50)의 실제 공간 및 반구 부분의 허상(70)으로 이루어진 복합 공간)에 존재한다. 다시 말하면, 측정 대상의 광원(표준 광원 STD 또는 샘플 광원 OBJ) 중에, 광속을 방출하는 부분(발광 부분)만이 발광 부분의 허상과 함께 가상 적분구에서 플로팅된 것처럼 보인다.

이로 인해, 반구형 광도계(2)의 경우, 광원을 지지하는 지지 부재를 사용하지 않고 광원이 가상 적분구에 배열될 수 있다. 다시 말하면, 적분구에 광원을 배열하기 위한 지지 부재는 가상 적분구 외부의 공간에 존재한다. 이에 따라, 지지 부재에 의한 광의 흡수 및 음영의 생성을 피할 수 있으며 이로써 오류를 감소시킬 수 있다.

또한, 반구형 광도계의 경우, 전술한 바와 같은 표준 광원 STD와 샘플 광원 OBJ 사이의 광도 분포 차로 인한 영향이 없다.

<C. 실험예들>

전술된 신규한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 발명자들은 직경이 상이한 지지 부재들이 적분구에 배열되는 각각의 조건에서 샘플 광원 OBJ의 총 광속을 측정했다. 또한, 지지 부재에 의한 광의 흡수 및 음영의 생성을 피할 수 있는 반구형 광도계에 의한 측정 결과가 비교예로서 사용되었다. 측정 결과들이 평가되었다.

c1: 실험예 1

다음의 3개의 상이한 광도계가 마련되었고, 이들 광도계에 의해 총 광속의 측정이 각각 수행되었다. 샘플 광원 OBJ로서, 13W 전구형 형광 램프(미국 Osram Sylvania 사의 모델 No. CF13EL)가 사용되었다.

- 측정 조건 1 -

적분구(내벽 직경: 40인치(약 1m))

지지 부재의 직경: 40mm

- 측정 조건 2 -

적분구(내벽 직경: 40인치(약 1m))

지지 부재의 직경: 5 mm

- 측정 조건 3 -

적분 반구(반구 부분의 내벽 직경: 40인치(약 1m))

미국 Labsphere 사의 모델 No. LMS-400가 적분구로서 사용되었고, 미국 Labsphere 사의 모델 No. HM-400가 적분구로서 사용되었다.

측정 방법의 경우, 광도계들을 교정하기 위해 표준 광원이 우선 사용되었으며, 그 후 샘플 광원 OBJ의 총 광속이 측정되었다.

도 3은 실험들에 사용되는 표준 광원 및 전구형 형광 램프 사이의 광도 분포 차를 도시한 도면이다. 도 4a 및 도 4b는 실험예 1의 상세 사항을 도시한 도면이다. 도 4b에서, 측정 조건 3에서의 측정 결과에 기반하여 표준화된 측정 조건 1 내지 3에서의 개별 측정 결과들(총 광속의 크기)이 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 샘플 광원 OBJ인 전구형 형광 램프의 광도 분포가 표준 광원 STD의 광도 분포보다 더 크게 가로로 연장되고, 전구형 형광 램프의 후방 방출이 표준 광원 STD의 후방 방출보다 적다. 따라서, 전구형 형광 램프 및 표준 광원은 광도 분포에 있어 크게 상이하다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 동일한 샘플 광원 OBJ가 측정되는 동안, 동일한 직경 및 반사 코팅을 갖는 적분구(측정 조건 1 및 측정 조건 2)를 사용한 측정 결과 각각은 적분 반구(측정 조건 3)를 사용한 측정 결과보다 더 낮은 총 광속을 나타낸다. 또한, 더 두꺼운 지지 부재 및 더 높은 표면 반사율은 측정된 총 광속의 값이 더 낮은 결과를 초래한다. 다시 말하면, 측정 조건 1에서의 측정 결과는 측정 조건 3(지향성)에서의 측정 결과와 -6.5%만큼 상이하며, 측정 조건 2(무지향성)에서의 측정 결과는 측정 조건 3에서의 측정 결과와 -2%만큼 상이하다.

적분 반구의 경우, 적분 반구의 원리로 인해 적분 반구에는 지지 부재가 존재하지 않는다. 이로 인해, 측정된 값이 적분구에 배열된 지지 부재의 사이즈에 의해 영향을 받는다는 것을 도 4b에 도시된 결과들로부터 알 수 있다. 적분구에 지지 부재가 존재하지 않는 적분 반구를 사용하여 측정된 값이 기준값으로 사용되는 경우, 동일한 내경(inner diameter)의 적분구를 사용하는 측정 결과가 일정한 환경에서 5% 이상 낮아질 수 있다.

c2: 실험예 2

또한, 표준 광원과 훨씬 크게 상이한 광도 분포를 갖는 LED 전구의 경우, 발명자들은 전술한 측정 조건 1 내지 측정 조건 3에서 유사한 실험들을 수행하였다. 실험예 2에서, 샘플 광원으로서 LED 전구(미국 General Electric 사의 모델 No. Par20, 빔 각도 20도)가 사용되었다.

도 5a 및 도 5b는 실험예 2의 상세 사항을 도시한 도면이다. 도 5b에서, 측정 조건 3에서의 측정 결과에 기반하여 표준화된 측정 조건 1 내지 측정 조건 3에서의 개별 측정 결과들(총 광속의 크기)이 도시되어 있다.

도 5a에 도시된 바와 같이, LED 전구는 전구의 전방에 위치한 좁은 대역에서 광속을 방출하도록 구성되며, 그 광도 분포는 표준 광원 STD와 크게 상이하다. 다시 말하면, LED 전구의 광도 분포는 대략 -10도 내지 +10도의 범위에서만 전방에 존재하며, 생성된 광속의 대부분이 스팟(spot)과 같은 좁은 범위 내에서 방출되는 것을 볼 수 있다.

도 5b를 참조하면, 표준 광원 STD와 크게 상이한 광도 분포를 갖는 샘플 광원이 사용되는 경우, 적분 반구를 사용한 측정 결과에 대한 오류들이 더 커진다는 것을 알 수 있다. 다시 말하면, 표준 광원 STD와 샘플 광원 OBJ 사이의 큰 광도 분포 차는 적분구를 사용하여 측정되는 총 광속이 더 낮아지는 결과를 초래한다.

더 구체적으로, 측정 조건 2에서의 측정 결과는 측정 조건 3에서의 측정 결과와 -5%만큼 상이하며, 측정 조건 1에서의 측정 결과는 측정 조건 3에서의 측정 결과와 -17%만큼 상이하다. 이로 인해, 적분구에 지지 부재가 존재하지 않는 적분 반구를 사용하여 측정된 값이 기준값으로 사용되고, 적분 반구와 동일한 내경을 갖는 적분구가 사용되는 경우, 적분구를 사용하는 측정 결과는 일정한 환경에서 15% 이상 기준값보다 낮아질 수 있다.

다음으로, 샘플 광원 OBJ가 표준 광원 STD와 상이한 광도 분포를 갖는 경우에도 더 정확한 측정을 가능하게 하는 구성의 예들에 대한 설명이 주어질 것이다.

<D. 제1 실시예>

전술한 바와 같이, 표준 광원 STD와 샘플 광원 OBJ 사이의 광도 분포 차로 인한 오류가 지지 부재의 표면으로부터의 반사로 인해 일어나는 것으로 간주된다. 따라서, 제1 실시예는 지지 부재의 형상 및 지지 부재가 배열될 위치를 결정하는 방안을 채택하며, 이로써 지지 부재는 적분구를 사용하는 광학 측정 장치에서의 광검출기의 시야 범위 밖에 있다.

d1: 기본 구성

도 6a 내지 도 6c 각각은 제1 실시예에 따른 광학 측정 시스템(100)의 구성을 도시한 개략도이다. 도 6a을 참조하면, 광학 측정 시스템(100)은 적분구(110), 지지 부재(120), 배플(136), 및 광검출기(180)를 포함한다.

적분구(110)는 내벽에 반사 표면(110a)을 갖는다. 반사 표면(110a)은 황산바륨, PTFE 등의 도포에 의해 형성되는 확산 반사 표면이다. 측정이 수행되면, 광원(표준 광원 STD 또는 샘플 광원 OBJ)이 적분구(110)의 실질적 중심 위치에 배열된다. 다시 말하면, 지지 부재(120)는 적분구(110)의 실질적인 중심 위치에서 광원을 지지한다. 여기서, “실질적인 중심 위치”는 적분구(110)의 물리적 중심 위치 및 이 물리적 중심 위치의 주변 영역을 포함하는 개념이며, 주변 영역은 광원의 측정의 정확성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 정도로 중심 위치로부터 떨어진 범위를 포함한다.

지지 부재(120)는 제1 부재(122), 제1 부재(122)에 결합된 제2 부재(124), 제1 부재(122)를 적분구(110)에 고정하는 고정 부재(126)를 포함한다. 각각의 형상 및 이들 부재들이 배열되어 있는 위치가 이하 상세하게 설명될 것이다.

적분구(110)는 적분구(110)의 내부 표면 및 외부 표면을 통해 형성되는 관측 윈도우(132)를 갖는다. 광검출기(180)가 부착물에 맞춰지도록 가공된 광섬유(134)를 통해 관측 윈도우(132)에 연결된다. 따라서, 광검출기(180)는 적분구(110)의 내벽으로부터 평균 조도를 검출할 수 있다.

광검출기(180)는 적분구(110)의 관측 윈도우(132)에서의 조도를 검출할 수 있으며, 샘플 광원 OBJ의 총 광속을 계산할 수 있다. 광검출기(180)는 적어도 일정한 파장 범위에 대한 조도를 검출하거나 상대적 조도 스펙트럼을 검출하도록 구성될 수 있다. 광검출기(180)는 스펙트럼 보정 광다이오드(spectrally corrected photodiode) 또는 회절 격자, 회절 격자와 광학적으로 연관된 라인 센서(line sensor) 등을 갖는 분광기일 수 있다. 광검출기(180)는 적분구(110)의 내벽에서 모든 가시 영역으로부터의 평균 광휘(radiance)를 수집하는 것에 대해 거의 코사인 응답을 가질 수 있다. 분광 측정을 할 수 있는 이러한 광검출기(180)는 총 광속뿐 아니라, 색도(chromaticity), 상관 색온도(correlated color temperature), 및 연색성(color rendering)과 같은 광원의 필수 성능의 평가를 더 수행하기 위해 채택될 수 있다.

관측 윈도우(132) 앞에, 광이 광검출기(180)에 직접 조사되는 것을 방지하기 위해 배플(136)이 배열된다. 배플(136)은 고정 부재(138)에 의해 적분구(110)에 고정된다. 더 구체적으로, 배플(136)은 지지 부재(120)에 의해 지지되는 광원(표준 광원 STD 또는 샘플 광원 OBJ)과 관측 윈도우(132)를 연결하는 라인에 배열된다. 이러한 방식으로, 광원으로부터 방출되는 광(광속)이 관측 윈도우(132)를 부분적으로 직접 조사하는 것이 (즉, 광이 적분구(110)의 내벽으로부터 반복적으로 반사되기 전에) 방지되며, 측정 오류가 감소된다.

본 실시예에 따른 광학 측정 시스템(100)에서, 배플(136)은 또한 광검출기(180)의 관측 윈도우(132)를 통해 시야 범위 내에 지지 부재(120)가 포함되는 것을 방지하는 기능을 수행한다. 다시 말해, 광검출기(180)가 관측 윈도우(132)를 통해 적분구(110)의 내벽으로부터의 평균 광휘를 수집하는 경우, 배플(136)은 지지 부재(120)가 배플(136)의 음영 내에 있도록 사이즈가 조절된다.

관측 윈도우(132)로부터 보았을 때 배플(136)의 음영에 지지 부재(120)를 숨기기 위해, 예를 들어, 배플(136)의 사이즈뿐 아니라 지지 부재(120)의 형상 및 지지 부재(120)가 배열될 위치를 적절히 결정하는 것이 필요하다. 지지 부재(120) 및 배플(136)의 자체 흡수로 인한 측정 정확도의 저하를 고려하는 것 또한 필요하고, 따라서 이들은 가능하면 작은 것이 바람직하다.

따라서, 본 실시예에 따른 광학 측정 시스템(100)에서, 지지 부재(120)는, 적분구(110)의 내부를 관측 윈도우(132)를 통해 광검출기(180)로부터 보았을 때 광원이 배열되는 위치에 가까운 위치(방향)에 배열되도록 구성된다. 더 구체적으로, 광원에 대한 관측 윈도우(132)의 반대편 영역에서 적분구(110)의 내벽에 연결되도록 구성된 지지 부재(120)가 채택된다. 다시 말하면, 지지 부재(120)는 광원으로부터의 광이 광검출기(180)를 직접 조사하는 것을 방지하기 위해 제공되는 배플(136)에 의해 차단되는 시야 범위 내에 배치된다. 이러한 아이디어에 기초하여, 지지 부재(120)는 임의의 형상을 띨 수 있다. 도 6a는 그러한 형상의 통상적인 예시를 도시하며, 여기에서 지지 부재(120)의 대부분은 광원을 통과하는 라인(광학 축)의 주변에 위치한다.

더 구체적으로, 지지 부재(120)는 광원에 대해 관측 윈도우(132)의 반대편 영역에서 적분구(110)의 내벽에 연결된 제1 부재(122)를 포함한다. 샘플 광원 OBJ의 경우, 광원은 종종 천장에 부착된 형태를 갖는다. 이 경우, 샘플 광원 OBJ는 광이 수직 하방으로 조사되도록 수직 상부 측에 고정된다. 따라서, 도 6a에 도시된 지지 부재(120) 중에, 수직 상부 측에 샘플 광원 OBJ를 고정하는데 사용되는 L 형상 또는 C 형상의 제2 부재(124)가 제1 부재(122)의 선단에 연결된다.

제1 부재(122) 및 제2 부재(124)에는, 광원을 점등시키기 위한 전력 공급 라인 등이 포함된다. 또한, 제1 부재(122) 및 제2 부재(124)의 각각의 표면에서 광의 흡수를 최소화하기 위해 개별적인 반사 표면들이 선택된다. 반사 표면은 반사 표면의 원리를 고려하여 확산 반사 표면 또는 정반사 표면일 수 있다. 가공의 편의를 위해, 황산바륨, PTFE 등의 도포에 의해 형성된 확산 반사 표면이 통상적으로 채택된다.

도 6b는 도 6a에 도시된 B-B를 따른 단면을 개략적으로 도시한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 적분구(110)의 중심 위치를 포함하는 단면에서, 관측 윈도우(132), 배플(136), 광원, 및 지지 부재(120)가 실질적 직선 상에 배열된다. 이와 같은 방식으로, 지지 부재(120)는 배플(136)의 사이즈를 증가시키지 않고, 광검출기(180)의 시야 범위로부터 배제될 수 있다.

또한, 샘플 광원의 자체 흡수를 보정하기 위해, 보조 램프가 제공될 수 있다. 더 구체적으로, 도 6a에 도시된 바와 같이, 적분구(110)는 관측 윈도우(132)와 상이한 위치에 형성된 보조 광원 윈도우(142)를 갖는다. 보조 광원 윈도우(142)에, 보조 광원 윈도우와 관련된 보조 광원(144)이 배열된다. 보조 광원(144)으로부터의 광은 보조 광원 윈도우(142)를 통해 적분구(110)로 도입된다.

보조 광원(144)으로부터 방출된 광의 경우에도, 광이 광검출기(180)를 직접 조사하는 것은 방지되어야 한다. 따라서, 보조 광원 윈도우(142)로부터 적분구(110)로 도입된 보조 광원(144)으로부터의 광과 관련된 배플(146)이 배열된다. 이러한 배플(146)은 또한 배플(136)과 같이 표면에 형성된 반사 표면을 갖는다. 배플(146)은 임의의 형상을 갖고, 보조 광원 윈도우(142)로부터의 광이 광검출기(180)를 직접 조사하는 것을 방지하는 한 임의의 위치에 제공되도록 구성될 수 있다.

보조 광원(144)을 이용하여 표준 광원 STD 및 샘플 광원 OBJ의 자체 흡수를 보정하는 방식에 관해, 이하 후술될 것이다.

광도 분포에 있어 서로 크게 상이한 표준 광원 STD 및 샘플 광원 OBJ가 사용되는 경우에도, 전술한 지지 부재(120) 및 관련 구성요소들은 측정 오류를 감소시키기 위해 채택될 수 있다. 전술한 바와 같이, 광원으로부터의 광이 지지 부재(120)로부터 반사된 후 광검출기(180)를 직접 조사하는 것을 방지할 수 있는 한, 측정 정확도에 대한 광도 분포의 영향을 감소시킬 수 있다. 따라서, 전술한 기술적 아이디어를 따르는 한, 도 6a에 도시된 형상 이외의 임의의 형상이 채택될 수 있다. 이하, 다른 형상의 예시들이 설명될 것이다.

전술한 바와 같이, 광학 측정 시스템(100)에서, 표준 광원 STD는 교정이 수행될 경우 지지 부재(120)에 부착되며, 샘플 광원 OBJ는 측정이 수행될 경우 지지 부재(120)에 부착된다. 따라서, 사용자가 광원을 쉽게 교체할 수 있게 하는 구성이 바람직하다. 제1 실시예에서, 적분구(110)는 한 쌍의 반구 부분으로 구성되며, 이들 반구 부분은 반구 부분들이 개폐가능하게 하는 방식으로 결합된다. 이러한 구성은 적분구(110)가 더 큰 내경을 갖는 경우에도 사용자로 하여금 쉽게 지지 부재(120)에 액세스하게 할 수 있도록 채택될 수 있다.

도 6c에 도시된 바와 같이, 예로서, 적분구(110)는 수직 상부측에 배열된 상부 반구 부분 및 수직 하부측에 배열된 하부 반구 부분으로 구성된다. 상부 반구 부분 및 하부 반구 부분은 개폐될 수 있도록 힌지(118)에 의해 결합된다. 상부 반구 부분은 수직 상방으로 이동되어 적분구(110)를 개방한다.

d2: 제1 변형

전술한 바와 같이, 보조 광원 윈도우(142)로부터 적분구(110)로 도입되는 보조 광원(144)으로부터의 광과 관련된 배플의 경우, 배플의 임의의 형상 및 배플이 배열될 임의의 위치가 채택될 수 있다.

도 7은 제1 실시예의 제1 변형에 따른 광학 측정 시스템(100A)의 구성을 도시한 개략도이다. 도 7에 도시된 광학 측정 시스템(100A)에서, 보조 광원(144)으로부터의 광과 관련된 배플(148)이 지지 부재(120) 대신에, 적분구(110)의 내벽에 고정된다.

도 7에 도시된 구성이 채택되는 경우, 보조 광원(144)과 독립적으로 적분구(110)로부터 지지 부재(120)를 분리시키는 것 또한 가능할 수 있다. 그러므로 동일한 적분구(110)가 본 실시예의 방법(도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같은 지지 부재(120)를 사용하는 방법)을 따라 샘플 광원 OBJ의 총 광속을 측정하고, 종래의 방법을 따라 샘플 광원 OBJ의 총 광속을 측정하는데 사용될 수 있다.

d3: 제2 변형

전술한 바와 같이, 적분구(110)가 개폐가능하게 하는 방식으로 결합된 한 쌍의 반구 부분으로 구성되는 경우, 지지 부재(120) 및 힌지(118)의 서로에 대한 위치들이 각각 독립적으로 결정될 수 있다. 그러므로 사용자로 하여금 광원을 더 쉽게 교체할 수 있게 하는 구성 또한 채택될 수 있다.

도 8은 제1 실시예의 제2 변형에 따른 광학 측정 시스템(100B)의 구성을 도시한 개략도이다. 도 8에 도시된 광학 측정 시스템(100B)에서, 지지 부재(120)가 적분구(110)에 연결되는 위치보다 높은 위치에 힌지(118)가 제공된다. 이러한 구성의 채택이 개방 상태에서 적분구(110)의 최상부의 위치를 높이며, 사용자는 지지 부재(120)에 더 가깝게 다가갈 수 있다.

그러므로 광원은 수행될 교정 및 측정을 위해 더 짧은 시간 내에 교체될 수 있다.

d4: 제3 변형

동일한 형상의 2개의 반구 부분의 전술한 조합을 대신하여, 적분구(110)는 부분적으로 개방 가능하도록 구성될 수 있다.

도 9는 제1 실시예의 제3 변형에 따른 광학 측정 시스템(100C)의 구성을 도시한 개략도이다. 도 9에 도시된 광학 측정 시스템(100C)에서, 적분구(110)의 일부(예를 들어, 전체의 대략 1/4)가 힌지(118)에 의해 개폐될 수 있다.

이러한 구성에 의해, 개방 상태에서 적분구(110)의 최상부의 위치가 낮게 유지될 수 있다. 따라서, 상방 클리어런스(upward clearance)가 적분구(110)가 설치된 위치에서 제한되는 경우에도, 상대적으로 큰 내경을 갖는 적분구(110)를 포함하는 광학 측정 시스템이 사용될 수 있다.

d5: 제4 변형

전술한 바와 같이, 지지 부재의 형상으로서, 광검출기(180)의 시야 범위 밖에 지지 부재가 있는 한 임의의 형상이 채택될 수 있다.

도 10은 제1 실시예의 제4 변형에 따른 광학 측정 시스템(100D)의 구성을 도시한 개략도이다. 도 10에 도시된 광학 측정 시스템(100D)에서, L 형상의 지지 부재(120A)가 사용된다. 이러한 지지 부재(120A)는 광원에 대해 관측 윈도우(132)의 반대편 영역에서 적분구(110)의 내벽에 연결되며, 지지 부재(120A)는 전체적으로 광검출기(180)의 시야 범위 밖에 위치한다.

이러한 지지 부재(120A)는 구조를 더 간략화하기 위해 채택될 수 있다.

d6: 제5 변형

또한, 수평 방향으로 광을 방출하는 샘플 광원 OBJ가 측정되는 경우, 다음의 구성이 채택될 수 있다.

도 11은 제1 실시예의 제5 변형에 따른 광학 측정 시스템(100E)의 구성을 도시한 개략도이다. 도 11에 도시된 광학 측정 시스템(100E)에서, 실질적 선형 지지 부재(120B)가 사용된다. 이러한 지지 부재(120B)는 관측 윈도우(132)의 반대편 영역에서 광원을 통과하는 직선을 따라 연장된다. 즉, 지지 부재(120B)는 광원에 대해 관측 윈도우(132)의 반대편 영역에서 적분구(110)의 내벽에 연결되며, 지지 부재(120B)는 전체적으로 광검출기(180)의 시야 범위 밖에 위치한다.

이러한 지지 부재(120B)는 수평 방향으로 광을 방출하는 샘플 광원 OBJ의 측정에 적합하다.

d7: 다른 변형들

수평면을 따라 2개의 섹션으로 분할되는 적분구(110)의 도 6c에 도시된 바와 같은 구성 대신에, 수직면을 따라 2개의 섹션으로 분할되는 적분구(110)의 구성이 채택될 수도 있다. 샘플 광원 OBJ의 광도 분포에 따라 광원으로부터 방출되는 광은 2개의 반구 부분 사이의 결합부 영역에 집중될 수 있다는 점이 고려되어야 한다. 이러한 경우에, 샘플 광원 OBJ가 향하는 방향을, 예를 들어 더 적절한 방향으로 변경하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 적분구(110)는 3개 이상의 부분으로 구성될 수 있다.

또한, 적분구(110)가 다수의 부분으로 구성되는 경우, 부분들 사이의 결합부(들)의 위치(들)는 용도, 설치 위치 등에 따라 적절히 설계된다. 그러므로 예를 들어, 힌지(118)는 도 6c 및 도 8에 도시된 전술한 위치들로 제한되지 않고, 임의의 위치에 제공될 수 있다.

d8: 이점들

전술한 제1 실시예에 따르면, 표준 광원 STD 및 샘플 광원 OBJ가 광도 분포 측면에서 서로 크게 다른 경우에도, 광원에 대해 관측 윈도우(132)의 반대편 영역에서 적분구(110)의 내벽에 연결된 지지 부재가 채택될 수 있으며, 따라서 더 높은 정확도로 총 광속과 같은 광학 특성들을 측정할 수 있다.

또한, 제1 실시예에 따르면, 적분구(110)는 임의의 개수의 다수의 부품들로 구성되며, 따라서 적절한 광학 측정 시스템이 용도, 설치 위치 등에 따라 구현될 수 있다.

<E. 제2 실시예>

전술한 바와 같이, 반구형 광도계가 채택되는 경우, 표준 광원 STD와 샘플 광원 OBJ 사이의 광도 분포 차로 인한 측정 오류는 일어나지 않는다. 그러나 실제로는, 반구형 광도계가 재정적인 이유로 새로 도입될 수 없는 경우가 있을 수 있다. 따라서, 제2 실시예는 기존의 적분구를 포함하는 광학 측정 장치를 사용한 반구형 광도계를 구현하기 위한 구성을 채택한다.

e1: 기본 구성

도 12a 내지 도 12c는 각각 제2 실시예에 따른 광학 측정 시스템(200)의 구성을 도시한 개략도이다. 도 12a를 참조하면, 광학 측정 시스템(200)은 적분구(210), 지지 부재(220), 및 적분구(210)에 배열된 배플(236 및 246), 광검출기(280), 및 보조 광원(244)을 포함한다.

도 12b에 도시된 바와 같이, 적분구(210)는 개폐가능하게 하는 방식으로 결합된 한 쌍의 반구 부분으로 구성된다. 즉, 상부 반구 부분 및 하부 반구 부분은 개폐될 수 있도록 힌지(218)에 의해 결합된다. 상부 반구 부분은 수직 상방으로 이동되어 적분구(210)를 개방한다. 적분구(210)가 개방 상태에 있는 경우, 반구 부분들 중 하나에 경면판(250)이 부착될 수 있다. 도 12c는 경면판(250)이 부착된 상태에서 광학 측정 시스템(200)을 도시한다.

즉, 본 실시예에 따른 광학 측정 시스템(200)에서는, 광원이 적분구(210)에 있는 지지 부재(220)를 이용하여 배열되는 폐쇄 상태(반구 부분 쌍이 폐쇄된 상태)에서 측정이 수행될 수 있고, 경면판(250) 및 반구 부분들 중 하나에 의해 형성된 가상 적분구에 있는 지지 부재없이 광원이 배열되는 개방 상태(반구 부분 쌍이 개방된 상태)에서도 측정이 수행될 수 있다. 이로써, 경면판(250)은 공유 광학 측정 시스템(200)에서 종래와 유사한 적분구를 이용하여 총 광속을 측정하는 방법과 반구형 광도계를 이용하여 총 광속을 측정하는 방법 양자를 선택적으로 구현하는데 사용될 수 있다. 다음으로, 본 실시예에 따른 광학 측정 시스템(200)이 더 상세히 설명될 것이다.

도 12a를 참조하면, 적분구(210)는 내벽에 반사 표면(210a)을 갖는다. 이러한 반사 표면(210a)은 황산바륨, PTFE 등의 도포에 의해 형성된 확산 반사 표면이다. 적분구(210)는 개폐가능하게 하는 방식으로 결합된 한 쌍의 반구 부분으로 구성되며, 이로써 반구 부분들은 각각의 내벽에 각각의 반사 표면을 갖는다.

지지 부재(220)는 적분구(210)가 폐쇄된 상태(반구 부분 쌍이 폐쇄된 상태)에서 반구 부분 쌍으로 구성된 적분구(210)의 실질적 중심 위치에서 광원을 점등시키기 위한 부재 역할을 한다. 지지 부재(220)는 고정 부재(226)에 의해 적분구(210)에 고정된다.

배플(236) 및 고정 부재(238)는 도 6a에 도시된 배플(136) 및 고정 부재(138)와 유사하며, 따라서 이에 대한 상세 설명은 반복되지 않을 것이다. 보조 광원(244)의 경우에도, 도 6a에 도시된 보조 광원(144)과 유사하다. 보조 광원(244)으로부터의 광은 보조 광원 윈도우(242)를 통해 적분구(210)로 도입된다.

광검출기(280) 또한 도 6a에 도시된 광검출기(180)와 유사하며, 따라서 부착물에 맞춰지도록 가공된 광섬유(234)를 통해 관측 윈도우(232)에 연결된다. 따라서 광검출기(280)는 적분구(210)의 내벽에서의 조도를 검출할 수 있다.

반대로, 도 12b에 도시된 상태(개방 상태)에서 측정이 수행될 경우, 반구 부분들 중 하나의 개구를 폐쇄하도록 경면판(250)이 부착된다. 경면판(250)은 광섬유(234)를 통해 광검출기(280)가 연결된 관측 윈도우(232)가 형성되어 있는 반구 부분(도 12b의 경우 하부 반구 부분)에 부착된다.

경면판(250)은 경면판이 부착될 반구 부분(도 12b의 경우에 하부 반구 부분)과 마주보는 측면에 반사 표면(250a)을 갖는다. 이러한 반사 표면(250a)은 금속 기상 증착 거울(통상적으로 알루미늄 기상 증착 거울) 등으로 형성된 정반사 표면이다. 바람직하게, 이러한 반사 표면(250a)은 충분히 높은 반사율을 갖는다. 반사 표면(250a)은 반사율 향상 가공을 거쳐 반사율이 증가할 수 있다.

도 12c에 도시된 바와 같이, 경면판(250)은 반구 부분 내부에 존재하는 실제 공간 및 반사 표면(250a)에 의해 생성되고 실제 공간에 대응하는 가상 공간으로 형성되는 복합 공간을 획득하는데 사용될 수 있다. 이러한 복합 공간은 가상 적분구에 대응한다. 따라서, 이러한 가상 적분구에는 경면판(250)의 반사 표면(250a) 측에 존재하는 물체만이 포함된다.

경면판(250)은 광원(표준 광원 STD 또는 샘플 광원 OBJ)을 경면판(250)에 부착하기 위한 지지 부재(260)를 더 포함한다. 지지 부재(260)는 경면판(250)의 반사 표면(250a)의 반대측으로부터 광원을 지지하도록 구성된다. 그러므로, 지지 부재(260)는 전술한 가상 적분구에 존재하지 않는다. 지지 부재(260)는 경면판(250)에 부착될 광원을 점등시키기 위한 전력을 공급한다.

도 12a 및 도 12b는 가상 적분구의 내부 방향으로 돌출된 광원의 일례를 예시하는데, 표면 광원이 측정될 수도 있다. 이 경우, 샘플 광원 OBJ의 단면과 사이즈가 실질적으로 동일한 개구가 경면판(250)의 중심부에 형성되며, 이로써 샘플 광원 OBJ는 이러한 개구에 부착될 수 있다.

따라서, 경면판(250)이 반구 부분에 부착된 상태에서, 지지 부재(260)는 광원으로 하여금 이러한 반구 부분 및 경면판(250)에 의해 형성되는 반구에서 노출되어 점등되게 한다. 이러한 광원의 점등에 의해 생성되는 적분 반구의 내벽에 대한 조도는 광검출기(280)에 의해 관측 윈도우(232)를 통해 검출된다. 즉, 광검출기(280)는 경면판(250)이 부착된 반구 부분에 형성된 관측 윈도우(232)를 통해 광원으로부터의 광을 검출한다. 광검출기(280)에 의해 검출되는 조도로부터, 샘플 광원 OBJ로부터 방출되는 총 광속이 측정된다.

경면판(250)의 반사 표면(250a) 측에, 광원(표준 광원 STD 또는 샘플 광원 OBJ)으로부터의 광이 광검출기(280)를 직접 조사하는 것을 방지하기 위해 배플(272)이 제공된다.

또한, 경면판(250)이 부착된 반구 부분이 자체 흡수 보정 팩터의 계산에 필요한 광을 보조 광원 윈도우(242)를 통해 도입하는데 사용되는 보조 광원(244)을 갖지 않는 경우, 경면판(250)은 보조 광원(274)을 구비한다. 이러한 보조 광원(274)은 경면판(250)의 반사 표면(250a)의 반대측에 배열되며, 이로써 보조 광원(274)은 가상 적분구에 포함되지 않는다. 보조 광원(274)으로부터의 광은 반사 표면(250a)의 일부에 제공되는 보조 광원 윈도우(278)를 통해 가상 적분구로 도입된다. 보조 광원(274)으로부터의 광이 광검출기(280)를 직접 조사하는 것을 방지하기 위해 배플(276)이 제공된다.

경면판(250)의 반사 표면(250a)에 제공되는 배플(272 및 276)의 경우, 배플들과 광검출기(280) 사이의 위치 관계가 중요하다. 반대로, 경면판(250)은 디스크 형상이고, 따라서 반구 부분에 임의의 위치 관계(각도)로 부착될 수 있다. 이러한 관점에서, 바람직하게 경면판(250)에는 반구 부분에 대한 상대적 위치 관계를 결정하기 위한 배열이 제공된다. 이러한 결정 배열로서는, 임의의 배열이 채택될 수 있다. 예로써, 도 13에 도시된 구성이 채택될 수 있다.

도 13은 제2 실시예에 따른 광학 측정 시스템(200)에 사용되는 경면판(250)의 평면도이다. 도 13을 참조하면, 경면판(250)은 경면판이 부착될 반구 부분의 단면의 직경보다 어느 정도 더 큰 직경을 갖는 디스크 형상을 갖는다. 반구 부분에 대한 경면판(250)의 위치를 결정하기 위해, 경면판의 외주의 일부를 따라 압입부(indentation)들(254 및 256)이 형성된다. 경면판이 반구 부분에 부착되는 경우, 이들 압입부(254 및 256)는 반구 부분에 제공되는 돌출부(미도시)에 각각 맞물린다. 따라서, 사용자가 본 실시예의 광학 측정 시스템(200)에 대해 깊은 지식을 갖지 않는 경우에도, 사용자는 도 12c에 도시된 사용 형태를 활용할 수 있다.

e2: 변형

본 실시예에 따른 경면판(250)은 임의의 적분구에 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 일부 대형 적분구들은, 그 적분구가 수직면을 따라 2개의 섹션으로 분할될 수 있도록 구성된다. 이러한 경우에도, 경면판(250)이 반구 부분 중 하나에 부착되어 반구형 광도계와 유사하게 측정을 수행할 수 있다.

도 14a 및 도 14b 각각은 제2 실시예의 제1 변형에 따른 광학 측정 시스템(200A)의 구성을 도시한 개략도이다. 도 14a에 도시된 광학 측정 시스템(200A)은 한 쌍의 반구 부분이 수평 방향을 따라 미끄러질 수 있도록 구성된다. 이러한 광학 측정 시스템(200A)에서도, 경면판(250)이 반구 부분 중 하나에 부착되어 시스템으로 하여금 도 14b에 도시된 바와 같은 반구형 광도계로서 기능하도록 할 수 있다.

도 14b에 도시된 바와 같은 사용 형태는 수평 방향으로 광을 방출하는데 사용되는 광원의 측정 예를 들어, 차량의 헤드라이트의 총 광속의 측정에 적합하다.

e3: 이점들

전술한 제2 실시예에 따르면, 기존의 적분구를 포함하는 광학 측정 시스템(200)이 사용되는 경우에도, 표준 광원과 샘플 광원 사이의 광도 분포 차로 인한 측정 오류뿐 아니라 지지 부재에 의한 광 흡수로 인한 측정 오류 없이, 샘플 광원 OBJ의 총 광속을 측정하기 위해 경면판(250)이 부착될 수 있다. 그러므로 예를 들어, 재정상 이유로 반구형 광도계가 새롭게 준비될 수 없는 경우에도, 반구형 광도계가 사용되는 경우와 유사한 정확도로 총 광속을 측정할 수 있다.

<F. 프로세스 절차>

제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 광학 측정 시스템을 이용하여 샘플 광원 OBJ의 총 광속이 측정되는 경우의 프로세스 절차에 대해 설명될 것이다. 도 15는 실시예들에 따른 광학 측정 시스템을 사용하여 샘플 광원 OBJ의 총 광속을 측정하기 위한 프로세스 절차를 도시한 흐름도이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 사용자는 우선 표준 광원 STD를 지지 부재에 부착한다(단계 S100). 여기서는 표준 광원 STD로부터 방출된 총 광속이 표준 광속 PHYst이라고 가정한다. 제1 실시예의 광학 측정 시스템(100)이 사용되는 경우, 표준 광원 STD가 도 6a에 도시된 상태에서 지지 부재(120)에 부착된다. 제2 실시예의 광학 측정 시스템(200)이 사용되는 경우, 표준 광원 STD가 도 12c에 도시된 상태에서 지지 부재(260)에 부착된다. 그 다음, 표준 광원 STD가 점등되고(단계 S102), 적분구의 관측 윈도우(132)에서의 조도는 광검출기를 이용하여 검출된다(단계 S104). 광검출기를 이용하여 검출된 조도(출력 값 ist)는 표준 광속 PHYst와 관련되어 저장된다(단계 S106). 단계 S102부터 단계 S106까지의 프로세스를 통해, 표준 광원 STD를 이용한 교정 프로세스가 완료된다. 이 교정 프로세스에서 후술될 자체 흡수를 보정하는 프로세스가 수행될 수도 있다는 점에 주목한다.

그 다음, 샘플 광원 OBJ에 대한 자체 흡수 보정 팩터가 계산된다.

구체적으로는, 사용자는 표준 광원 STD를 소등한다(단계 S108). 즉, 표준 광원 STD가 비-발광 상태를 갖게 한다.

그 다음, 보조 광원이 점등되며(단계 S110), 적분구의 관측 윈도우(132)에서의 조도는 광검출기를 이용하여 검출된다(단계 S112). 광검출기를 이용하여 검출된 조도(출력 값 i0)는 저장된다(단계 S114). 이러한 출력 값 i0는 표준 광원 STD의 자체 흡수가 포함된 상태에서의 측정값에 대응한다.

그 후, 사용자는 지지 부재로부터 표준 광원 STD를 분리하고, 샘플 광원 OBJ를 지지 부재에 부착한다(단계 S116). 제1 실시예의 광학 측정 시스템(100)이 사용되는 경우, 샘플 광원 OBJ가 도 6a에 도시된 상태에서 지지 부재(120)에 부착된다. 제2 실시예의 광학 측정 시스템(200)이 사용되는 경우, 샘플 광원 OBJ가 도 12c에 도시된 상태에서 지지 부재(260)에 부착된다. 그 다음, 보조 광원이 점등되며(단계 S118), 적분구의 관측 윈도우(132)에서의 조도는 광검출기를 이용하여 검출된다(단계 S120). 광검출기를 이용하여 검출된 조도(출력 값 i1)는 저장된다(단계 S122). 이러한 출력 값 i1은 샘플 광원 OBJ의 자체 흡수가 포함된 상태에서의 측정값에 대응한다.

또한, 출력 값 i1을 출력 값 i0로 나누어 샘플 광원 OBJ에 대한 자체 흡수 보정 팩터 ALPHA를 계산한다(단계 S124).

이러한 방식으로, 샘플 광원 OBJ에 대한 자체 흡수 보정 팩터를 계산하는 프로세스가 완료된다. 이러한 자체 흡수 보정 팩터 ALPHA는 표준 광원 STD가 비-발광 상태에 있고, 보조 광원(274)이 점등된 조건에서 검출된 조도와 샘플 광원 OBJ가 비-발광 상태에 있고, 보조 광원(274)이 점등된 조건에서 검출된 조도 사이의 비를 의미한다.

그 다음, 보조 광원이 소등되고(비-발광 상태), 샘플 광원 OBJ가 점등되고(단계 S126), 적분구의 관측 윈도우(132)에서의 조도가 광검출기를 이용하여 검출된다(단계 S128). 광검출기를 이용하여 검출된 조도(출력 값 id)는 저장된다(단계 S130).

마지막으로, 표준 광원 STD의 표준 광속 PHYst 및 대응하는 출력 값 ist, 자체 흡수 보정 팩터 ALPHA, 및 출력 값 id에 기초하여, 샘플 광원 OBJ의 총 광속이 계산된다(단계 S132).

표준 광원 STD에 대응하는 출력 값 ist 및/또는 자체 흡수 보정 팩터 ALPHA는 필요에 따라 임의의 시점 및/또는 임의의 순서로 획득 및/또는 계산될 수 있다. 예를 들어, 동일한 타입의 복수의 샘플 광원 OBJ가 측정되어야 하면, 표준 광원 STD에 대응하는 출력 값 ist 및 자체 흡수 보정 팩터 ALPHA가 우선 계산될 수 있으며, 이들은 반복적으로 사용될 수 있다.

<G. 다른 실시예들>

전술한 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 광학 측정 시스템들은 기존의 광학 측정 시스템을 개선함으로써 모두 구현될 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 명백하게 이러한 개선된 광학 측정 시스템을 포괄한다.

여기에 사용된 실시예들은 모든 관점에서 제한적이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명에 의하지 않고 청구항에 의해 정의되며, 청구항에 대한 의미 및 범위의 모든 변형 및 변경을 포괄하는 것을 의도한다.

참조 부호 목록

2 반구형 광도계; 10, 110, 210 적분구; 10a, 50a, 60a, 110a, 210a, 250a 반사 표면; 12, 180, 280 광검출기; 14, 136, 146, 148, 236, 272, 276 배플; 16, 20, 120, 120A, 120B, 220, 260 지지 부재; 50 반구 부분; 60, 250 경면판; 100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 200, 200A 광학 측정 시스템; 118, 218 힌지; 122 제1 부재; 124 제2 부재; 126, 138, 226, 238 고정 부재; 132, 232 관측 윈도우; 134, 234 광섬유; 142, 242, 278 보조 광원 윈도우; 144, 244, 274 보조 광원; 254, 256 압입부; OBJ 샘플 광원; STD 표준 광원

Claims (8)

1. 광학 측정 시스템으로서,
   내벽에 반사 표면을 가지며, 제1 윈도우를 갖는 적분구(integrating sphere);
   상기 제1 윈도우에 연결된 광검출기;
   상기 적분구의 실질적 중심 위치에서 광원을 지지하는 지지 부재; 및
   상기 제1 윈도우와 상기 지지 부재에 의해 지지되는 상기 광원을 연결하는 라인 상에 배열되는 제1 배플(baffle)을 포함하며,
   상기 지지 부재는 상기 광원에 대해 상기 제1 윈도우의 반대편 영역에서 상기 적분구의 내벽에 연결되고,
   상기 제1 배플은, 상기 광검출기가 상기 제1 윈도우에 연결되었을 때 상기 제1 윈도우를 통해 얻을 수 있는 상기 광검출기의 시야 범위 밖에 상기 지지 부재가 있도록 배열되는, 광학 측정 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 적분구는 상기 제1 윈도우와 상이한 위치에 형성된 제2 윈도우를 가지며, 보조 광원으로부터의 광이 상기 제2 윈도우를 통해 상기 적분구에 도입되며,
   상기 제2 윈도우로부터 상기 적분구로 도입되는 상기 보조 광원으로부터의 광이 상기 광검출기에 직접적으로 입사하는 것을 방지하는 위치에 배치된 제2 배플을 더 포함하는, 광학 측정 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 적분구는, 개폐가능하게 하는 방식으로 결합된 제1 반구 부분과 제2 반구 부분을 포함하는, 광학 측정 시스템.
6. 광학 측정 방법으로서,
   내벽에 반사 표면을 갖는 적분구의 실질적 중심 위치에, 지지 부재에 의해 지지되는 광원을 배열하는 단계; 및
   상기 적분구에 형성된 제1 윈도우를 통해 상기 광원으로부터 광을 검출하는 단계를 포함하며,
   상기 제1 윈도우와 상기 지지 부재에 의해 지지되는 상기 광원을 연결하는 라인 상에 제1 배플이 배열되고,
   상기 지지 부재는 상기 광원에 대해 상기 제1 윈도우의 반대편 영역에서 상기 적분구의 내벽에 연결되고,
   상기 제1 배플은, 광검출기가 상기 제1 윈도우에 연결되었을 때 상기 제1 윈도우를 통해 얻을 수 있는 상기 광검출기의 시야 범위 밖에 상기 지지 부재가 있도록 배열되는, 광학 측정 방법.
7. 광학 측정 시스템으로서,
   각각의 내벽에 각각의 반사 표면을 가지며, 개폐가능하게 하는 방식으로 결합된 제1 반구 부분 및 제2 반구 부분;
   상기 제1 반구 부분 및 상기 제2 반구 부분이 폐쇄된 상태에서 상기 제1 반구 부분 및 상기 제2 반구 부분에 의해 형성되는 구의 실질적 중심 위치에서 광원을 점등시키기 위한 제1 지지 부재;
   상기 제1 반구 부분 및 상기 제2 반구 부분이 개방된 상태에서 상기 제1 반구 부분의 개구를 덮도록 부착가능하며, 상기 제1 반구 부분 측에 반사 표면을 갖는 디스크 형상의 경면판;
   상기 경면판이 상기 제1 반구 부분에 부착된 상태에서 상기 제1 반구 부분 및 상기 경면판에 의해 형성된 반구 내에 점등시킨 광원을 노출시켜 배치하기 위한 제2 지지 부재; 및
   상기 제1 반구 부분에 형성된 윈도우를 통해 상기 광원으로부터의 광을 검출하는 광검출기를 포함하는, 광학 측정 시스템.
8. 각각의 내벽에 각각의 반사 표면을 가지며 개폐가능하게 하는 방식으로 결합된 제1 반구 부분 및 제2 반구 부분을 포함하는 광학 측정 시스템에 맞춘 경면판으로서, 상기 제1 반구 부분 및 상기 제2 반구 부분이 개방된 상태에서 상기 제1 반구 부분의 개구를 덮도록 부착가능한 경면판에 있어서,
   상기 제1 반구 부분 측의 반사 표면; 및
   상기 경면판이 상기 제1 반구 부분에 부착된 상태에서 상기 제1 반구 부분 및 상기 경면판에 의해 형성된 반구 내에 점등시킨 광원을 노출시켜 배치하기 위한 지지 부재를 포함하는, 경면판.

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