KR102030735B1 - 분광장치 및 분광방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 분광장치에는, 입사광을 필터링하는 적어도 두 개의 필터가 제공되는 광필터링 장치; 상기 적어도 두 개의 필터와 각각 대응되는 적어도 두 개의 광센서가 제공되고, 필터링된 광을 전하로 변환하여 출력하는 광센서 장치; 및 상기 광센서 장치의 출력신호를 디지털 신호처리하여, 상기 입사광의 스펙트럼 정보를 복구하는 디지털 신호 처리부가 포함되고, 상기 디지털 신호 처리부에는, 상기 입사광 별로 서로 다른 적어도 두 개의 측정행렬이 저장되는 메모리; 상기 적어도 두 개의 측정행렬을 이용하여, 각 측정행렬 별로 희소표현을 이용하는 디지털 신호처리기법으로, 상기 스펙트럼 정보를 복구하는 스펙트럼 복구부; 적어도 상기 각 측정행렬 별로 추정되는 추정 파장의 광량정보를 이용하는 값의 놈을 이용하여, 상기 입사광의 입사각을 측정하는 입사각 측정부가 포함되고, 상기 스펙트럼 복구부는 상기 입사각 측정부에서 측정된 입사각에 대응하는 측정행렬을 이용하여 파장정보를 복구하는 것을 특징으로 한다.

Description

분광장치 및 분광방법{SPECTROSCOPIC APPARATUS AND SPECTROSCOPIC METHOD}
본 발명은 분광장치 및 분광방법에 관한 것이다. 상세하게는, 광 필터를 사용하는 분광장치에 있어서, 분광의 정확도를 높일 수 있는 분광장치 및 분광방법에 관한 것이다.
분광장치는 광학, 화학, 해양공학 등 다양한 산업 분야 전반에 걸쳐서 핵심 기구로 사용되고 있다. 분광장치는 물체로부터 나오는 갖가지 파장의 세기를 측정하여 그 정보를 그래프 혹은 스펙트럼 형태로 나타낸다. 분광장치가 물체의 정보를 정확하고 세밀하게 나타내는 정도를 해상도(resolution)라고 한다. 상기 해상도는 분광기의 성능을 평가하는 중요한 요소로서 평가된다.
상기 분광장치 중에서 소형(miniature) 분광장치가 있고, 상기 소형 분광장치는 휴대용으로 편리하게 사용할 수 있는 장점이 있다. 상기 소형 분광장치의 일 구현방식으로서 필터 장치를 사용하는 것이 있다. 상기 필터 장치는 필터를 배열해서 한 곳에 집약하여 생산할 수 있다.
나노공정을 이용한 필터 장치 기술은 분광장치의 크기를 초소형화하고, 이에 따른 대량 생산으로 생산가격을 크게 절감시킬 수 있다. 이러한 공정으로 생산된 소형 분광장치는 실험실 밖 산업 현장에서 물질의 특성을 측정하는데 큰 도움이 된다. 또한, 컴퓨터 또는 다른 전자 기기와도 쉽게 접목하여 함께 사용할 수 있다. 이 밖에도 필터 장치 기반의 분광장치는 광원의 스펙트럼 정보를 단시간에 측정할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 분광장치가 도달할 수 있는 해상도의 한계는 광필터링 장치에서 필터의 개수에 의해 결정될 수 있기 때문에, 해상도를 증가시키기 위해서는 필터의 개수를 늘리는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 물리적인 제약조건 및 스펙트럼의 왜곡 등의 문제로 인하여 광필터링 장치의 필터 수를 늘리는 것은 현실적으로 어려운 문제가 있다.
해상도를 결정짓는 또 다른 요소로서 광필터의 투과율 함수(transmittance function)가 있다. 실제로 저 비용의 나노공정 필터 장치에 있어서, 광필터의 투과율 함수는 비이상적(non-ideal)이기 때문에, 이들 비이상적 광필터는 광신호 본래의 스펙트럼 정보를 왜곡시키게 된다. 따라서, 광신호 본래의 스펙트럼 정보를 알아내기 위해서는, 입력신호의 스펙트럼 성분에 대하여 디지털 신호처리가 수행될 필요가 있다.
이러한 디지털 신호처리방법의 대표적인 방법으로는, 비특허문헌 1로서 J. Oliver, W. B. Lee, S. J. Park, H. N. Lee, "improving resolution of miniature spectrometers by exploiting sparse nature of signals," Opt. Exp. 20, 2613-2625 (2012), 및 특허문헌 1로서 제시되는 특허출원번호 10-2012-0079171가 소개된 바가 있다. 상기 특허문헌 1은 본 발명의 발명자가 그 일원이 되어 발명한 것으로서, 광신호 본래의 스펙트럼 정보를 알아내기 위하여 L1 놈 최소화 알고리즘을 구현하고 있다. 그러나 상기 문헌에 제공되는 기술의 경우에도, 해상도를 향상시키는 것에 있어서는 한계가 있고, 결국 필터 장치에 제공되는 필터의 개수를 늘리는 것을 고려할 수밖에 없는 문제점이 있다.
특허문헌 2로 인용되는 특허출원번호 10-2012-0112453에는 랜덤 트랜스미턴스 펑션을 가지는 광필터링 장치를 이용하는 분광장치 및 분광방법이 개시되어 있다. 상기 기술에 따르면 광필터링 장치를 통과하는 빛에서 더욱 많은 정보를 획득하여 더 정확한 분광결과를 얻을 수 이는 것을 확인할 수 있었다.
위와 같이 다양한 방법을 강구하였음에도 입사광의 성질에 따라서 분광의 결과가 달라지는 것을 볼 수 있었다. 이에 본 발명의 발명자는 계속해서 노력을 하여 입사광의 성질에 따라서도 차이가 없이, 정확한 분광결과를 획득할 수 있는 분광장치를 분광방법을 얻기 위하여 노력을 경주하여 본 발명에 이르게 되었다.
특허문헌 1: 10-2012-0079171 특허문헌 2: 10-2012-0112453
비특허문헌 1: J. Oliver, W. B. Lee, S. J. Park, H. N. Lee, "improving resolution of miniature spectrometers by exploiting sparse nature of signals," Opt. Exp. 20, 2613-2625 (2012)
본 발명의 발명자는, 디지털 신호처리장치를 이용하는 분광장치의 분광 정확도를 향상시킬 수 있는 방법을 구현하는 것을 일 목적으로 하고, 나아가서 입사광의 성질에 따른 문제가 없이도 분광 정확도를 더 향상시킬 수 있는 분광장치 및 분광방법을 제안한다.
본 발명에 따른 분광장치에는, 입사광을 필터링하는 적어도 두 개의 필터가 제공되는 광필터링 장치; 상기 적어도 두 개의 필터와 각각 대응되는 적어도 두 개의 광센서가 제공되고, 필터링된 광을 전하로 변환하여 출력하는 광센서 장치; 및 상기 광센서 장치의 출력신호를 디지털 신호처리하여, 상기 입사광의 스펙트럼 정보를 복구하는 디지털 신호 처리부가 포함되고, 상기 디지털 신호 처리부에는, 상기 입사광 별로 서로 다른 적어도 두 개의 측정행렬이 저장되는 메모리; 상기 적어도 두 개의 측정행렬을 이용하여, 각 측정행렬 별로 희소표현을 이용하는 디지털 신호처리기법으로, 상기 스펙트럼 정보를 복구하는 스펙트럼 복구부; 적어도 상기 각 측정행렬 별로 추정되는 추정 파장의 광량정보를 이용하는 값의 놈을 이용하여, 상기 입사광의 입사각을 측정하는 입사각 측정부가 포함되고, 상기 스펙트럼 복구부는 상기 입사각 측정부에서 측정된 입사각에 대응하는 측정행렬을 이용하여 파장정보를 복구할 수 있다.
본 발명에 따른 분광방법에는, 입사광의 입사각 별로 서로 다른 적어도 두 개의 측정행렬을 이용하여, 광센서의 출력신호로부터 추정 희소화 계수를 구하는 것; 상기 추정 희소화 계수를 이용하여 추정 파장의 광량정보를 추출하는 것; 적어도 상기 각 측정행렬 별로 추정되는 추정 파장의 광량정보를 이용하는 값의 놈을 이용하여, 상기 입사광의 입사각을 측정하는 것; 및 측정된 상기 입사광의 입사각과 대응하는 측정행렬을 이용하여, 상기 입사광의 파장정보를 복구하는 것이 포함될 수 있다.
다른 측면에 따른 본 발명의 분광장치에는, 입사광을 평행광으로 만드는 시준기; 상기 시준기를 통과하는 광을 필터링하는 적어도 두 개의 필터가 제공되는 광필터링 장치; 상기 적어도 두 개의 필터와 대응될 수 있는, 적어도 두 개의 광센서가 제공되어, 필터링된 광을 전하로 변환하여 출력하는 광센서 장치; 및 상기 광센서 장치의 출력신호를 디지털 신호처리하여 상기 입사되는 광의 스펙트럼 정보를 복구하는 디지털 신호 처리부가 포함될 수 있다.
본 발명에 따르면, 입사광의 입사각 차이가 있더라도 정확한 분광결과를 얻을 수 있는 이점이 있다. 따라서 입사각에 무관하게 정확한 분광결과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 분광장치의 하드웨어의 복잡한 구성을 요하지 않는 장점이 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 분광장치의 구성도.
도 2는 임의의 필터에서 입사각에 따른 트랜스미턴스 펑션의 변화표.
도 3은 입사각이 달라지는 경우에 다른 측정행렬을 사용하여 복구한 분광의 결과를 예시하는 도면.
도 4는 제 1 실시예에 디지털 신호 처리부의 상세 구성을 보이는 블록도.
도 5는 제 1 실시예에 따른 분광방법을 설명하는 흐름도.
도 6은 제 1 실시예에 의한 실험결과를 보여주는 도면.
도 7은 제 2 실시예에 따른 분광장치의 블록도.
도 8은 정규화한 값으로 에너지를 추출한 예시도.
도 9는 제 3 실시예에 따른 분광장치의 구성도.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상에 포함된다고 할 것이다.
<제 1 실시예>
도 1은 실시예에 따른 분광장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 분광장치는, 광원(108)에서 입사되는 광을 다양한 경우로 필터링하는 광필터링 장치(110), 광센서 장치(120), 및 디지털 신호 처리부(140), 및 분석 정보 제공부(150)를 포함할 수 있다.
상기 광원(108)은 빛을 조사하는 의미로서의 광원이 아니고, 분광의 대상이 될 수 있는 그 어떠한 빛을 제공하는 구성으로서의 의미를 가질 수 있다.
상기 광필터링 장치(110)는 서로 다른 투과율 함수를 갖는 필터들의 집합으로 구성될 수 있다. 상기 광필터링 장치(110)는 예를 들어 2D 방식으로 배치된 M개의 필터들로 구성될 수 있다. 상기 광필터링 장치(110)를 구성하는 각 필터는, 분광의 대상이 되는 전체 파장 대역에 대하여 투과율이 서로 다른 필터로 구성할 수 있다. 예를 들어, 분광의 대상이 되는 전체 파장 대역이 400nm에서 800nm인 경우에, 상기 광필터링 장치(110)를 구성하는 각 필터는 상기 파장 대역에서 골고루 다수의 피크치를 가지도록 할 수 있다. 상기 광필터링 장치(110)의 각 필터는 나노공정을 이용하여 제조될 수 있다.
상기 광센서 장치(120)는 광필터링 장치(110)의 하측에 배치되며, 필터링된 광을 전기신호로 변환한다. 광센서 장치(120)는 예를 들어 CCD(Charge Coupled Device) 장치로 구성될 수 있다. 광필터링 장치(110)의 각 필터들은 광센서 장치(120)의 각 구성요소에 접속되어 있어서, 광필터링 장치(110)를 통과한 광신호는 광센서 장치(120)에서 전하의 형태로 변환된다. 광필터링 장치(110)와 광센서 장치(120)를 포함하는 구성을 좁은 의미의 소형 분광장치(130)라고 할 수도 있다. 광센서 장치(120)의 출력은, 광신호의 본래의 스펙트럼을 추정하기 위해 디지털 신호 처리부(140)에 입력될 수 있다.
상기 디지털 신호 처리부(140)는, 광필터링 장치(110) 및 광센서 장치(120)를 통해 획득된, 왜곡된 스펙트럼 신호로부터 광신호 본래의 스펙트럼 정보를 복구하기 위하여 디지털 신호 처리를 수행한다. 상기 디지털 신호 처리부(130)는 DSP 칩 등으로 구현될 수 있다. 상기 디지털 신호 처리부(140)에서는 희소표현(sparse representation)을 이용하는 압축센싱(compressed sensing)을 이용하여 광원(108)의 빛의 파장별 강도를 알 수 있다. 구체적인 방법은 특허문헌 1 및 특허문헌 2와 그 외에 압축센싱과 관련되는 다양한 방법이 적용될 수 있다.
상기 분석 정보 제공부(150)는 디지털 신호 처리부(140)에 의해 복구된 광신호의 스펙트럼 정보를 그래프나 기타 분석 정보로 제공한다. 예컨대, 분석 정보 제공부(150)는 분석 정보를 제공하는 소프트웨어를 내장한 마이크로 프로세서, 또는 컴퓨터일 수 있다.
상기 분광장치(광필터링 장치)의 각 필터는 회절격자(grating)에 기반하는 것과, 박막(thin-film) 광필터에 기반하는 것이 제안될 수 있다. 물론 이에 제한되지는 아니한다.
먼저, 상기 회절격자에 기반하는 것은, 기판에 랜덤한 간격으로 제공되는 장홈의 형상으로 회절격자를 제공하는 것에 의해서 달성될 수 있다. 상기 회절격자의 주기와 높이에 의해서 입력되는 원래 광신호의 파장별 투과율이 제어될 수 있다. 일 예로서 1mm의 사이 간격에 500~1000개의 회절격자가 제공되어 있을 수 있다.
상기 박막 광필터에 기반하는 것은, 얇은 유전층이 두께와 굴절계수를 달리하면서 다수 개가 적층되는 것에 의해서 달성될 수 있다. 이때, 유전층의 수, 유전층의 굴절계수, 및 유전층의 두께에 의해서, 필터를 통과하는 광의 파장별 투과율이 달라지게 된다. 일 예로서 1.46의 반사율을 가지는 SiO2와 2.15의 반사율을 가지는 SiNx를, 1.5의 반사율을 가지는 글래스 위에 8겹으로 적층하여 제공할 수 있다.
발명자는 입사광의 성질에 따라서 분광의 결과가 달라지는 현상을 예의관찰하여, 상기 광필터링 장치(110)의 각 필터에 입사하는 광의 입사각이 달라짐에 따라서 분광의 결과가 달라지는 것을 확인할 수 있었다.
이는 회절격자에 기반하는 분광장치(광필터링 장치), 및 박막 광필터에 기반하는 분광장치(광필터링 장치)는, 광원(108)으로부터 입사하는 광이 광필터링 장치(110)로 입사하는 각도에 따라서, 상기 광센서 장치(120)에 감지되는 파장에 따른 광의 세기가 달라지기 때문으로 추측된다.
상세하게는, 파장 및 입사각에 따라서 광필터링 장치(110)에서 반사되는 빛이 차이가 나고, 반사되는 빛은 광센서 장치(120)로 입사할 수 없기 때문에, 광센서 장치(120)에서 감지되는 빛의 세기는 결국 입사광의 입사각 및 파장에 의존하여 서로 달라질 수 있는 것이다.
예를 들어 도 2에 제시되는 임의의 필터에서 트랜스미턴스 펑션의 변화표를 참조할 수 있다.
도 2를 참조하면, 0도일 때의 트랜스미턴스 펑션은 각도가 10씩 변함에 따라서 파장이 작은 쪽으로 천이하는 것을 볼 수 있다.
도 3은 입사각이 달라지는 경우에 다른 측정행렬을 사용하여 복구한 분광의 결과를 예시하는 도면이다. 여기서, 상기 측정행렬은 입사각이 달라지는 경우에 미리 측정하여 둔 광필터링 장치(110)에 제공되는 각 필터의 측정행렬이라고 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 먼저, 3(a)의 경우는, 상기 광필터링 장치(110)로의 광의 입사각이 0도이고, 상기 디지털 신호 처리부(140)에서 스펙트럼 정보의 복구에 사용한 측정행렬이 같은 0도 일 때이다. 이 경우에는 원래의 신호와 복구된 신호가 같은 것을 볼 수 있다.
그러나, 상기 광필터링 장치(110)에 입사하는 광의 입사각이 0도임에도 불구하고, 상기 디지털 신호 처리부(140)에서 사용되는 측정행렬을 획득한 각도가 10도, 20도, 및 30도로 변함에 따라서, 복구된 신호는 원래의 신호가 (b), (c), 및 (d)로 크게 차이나는 것을 알 수 있다.
이 현상은 도 2에서 본 바와 같이, 광필터링 장치(110)에 제공되는 각 필터의 트랜스미턴스 펑션이 입사각의 각도에 따라서 변하기 때문이다. 다시 말하면, 필터의 트랜스미턴스 펑션의 집합으로서 제공되는 측정행렬은, 입사각에 의존하여 변한다. 그러나, 그와 같은 변화가 반영되지 못한 상태에서 상기 디지털 신호 처리부(140)에서 신호처리를 수행하기 때문에 올바른 복구된 신호를 얻어낼 수 없는 것이다.
이와 같이, 광원(108)의 빛이 상기 광필터링 장치(110)에 입사하는 각도에 따라서, 측정행렬을 어떻게 선택할 수 있는 방법을 고려할 수 있다. 이하에서는 광필터링 장치(110)에 입사하는 입사광의 입사각를 알아내고, 빛의 입사각에 따라서 서로 다른 측정행렬을 사용하는 분광장치 및 분광방법에 대하여 설명한다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 분광장치, 특히, 디지털 신호 처리부의 상세 구성을 보이는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 분광장치에는, 광센서 장치(120)에 제공되는 광센서(10)와, 다수의 정보가 저장되는 메모리(20)와, 상기 광센서(10)에서 획득된 정보와 상기 메모리(20)로부터의 정보를 이용하여 스펙트럼 정보를 복구하는 스펙트럼 복구부(30)와, 상기 스펙트럼 복구부(30)에서 얻어진 정보를 이용하여 광원(108)이 광필터링 장치(110)로 입사하는 입사광의 입사각을 측정하는 입사각 측정부(40)가 포함된다.
상기 광센서(10)는, 광필터링 장치(110)에 제공되는 다수 개로서 서로 모여 있는 어떠한 구조를 말할 수 있다. 바람직하게 상기 광센서(10)는, 광센서 장치(120)에 제공되는 다수의 광센서를 집합적으로 이르는 것으로 이해할 수 있고, 각각의 광센서(10)에 입사하는 각각의 입사광의 광의 세기 정보가 전달되도록 할 수 있다.
상기 메모리에는, 광필터링 장치(110)에 입사하는 광의 입사각에 따른 다양한 측정행렬(예를 들어, 10도, 20도, 30도, 40, 및 50도에 해당하는 측정행렬이 미리 저장될 수 있다. 그러나 그에 제한되지는 아니한다)과, 희소화 베이스가 미리 저장되어 있을 수 있다.
상기 측정행렬은, 상기 광필터링 장치(110)의 제조시에 각 필터별로 미리 알려질 수도 있고, 상기 광필터링 장치(110)를 제작한 다음에 측정하여 제공할 수도 있다. 예를 들어, 광필터링 장치(110)에 제공되는 각 필터의 제조 시에 특정한 트랜스미턴스 펑션을 가지도록 미리 특정한 구조로 제공할 수도 있고, 임의의 방법으로 제조된 광필터링 장치(110)의 각 필터의 트랜스미턴스 펑션을 필터 별로 측정하여 제공할 수도 있다.
이는 다수의 입사광이 광필터링 장치에 제공되는 각 필터를 통과하여 복잡한 광량으로 감지되어 더 많은 정보를 제공할 수 있는 것을 의미할 수 있다. 또한, 보다 많은 정보가 압축센싱의 방법으로 해석함으로써 더 정확하고 높은 해상도의 스펙트럼 정보를 복구할 수 있는 것을 의미한다.
상기 압축센싱은 디지털 신호처리기법의 일종으로서 또 다른 디지털신호처리기법을 통해서도 스펙트럼 정보를 복구할 수 있을 것이다. 그러나 실시예의 경우에는 압축센싱기법을 이용함으로써 더욱 정확하고 높은 해상도의 스펙트럼 정보 복구를 수행할 수 있다. 이하 마찬가지이다.
상기 측정행렬은, 광필터링 장치(110)에 제공되는 각 필터에 입사하는 빛의 입사각에 의존하여 달라질 수 있다. 따라서, 많은 측정행렬이 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 광필터링 장치(110)에 제공되는 필터의 개수가 100개이고, 입사각의 종류가 30개인 경우(0도에서 58도까지를 2도의 차이를 가지고 점진적으로 증가시키는 경우)에는 상기 광센서(10)별로 다른 트랜스미턴스 펑션을 가질 수 있는 것을 고려하여 총 30100개의 측정행렬이 제공될 수 있을 것이다.
상기 광센서(10)를 통과하면, 입사광은 광센서(10) 별 서로 다른 트랜스미턴스 펑션에 따라서, 각 센서에 입사한 입사광의 세기는 달라질 것이다. 다시 말하면, 특정 트랜스미턴스 펑션을 가지는 광센서(10)를 통과한 입사광은 다른 광센서(10)와는 서로 다른 세기를 가지게 된다. 이를 이용하여 압축센싱을 이용하여 상기 입사광의 스펙트럼 정보를 분석할 수 있다.
상기 스펙트럼 복구부(30)는, 상기 입사광의 스펙트럼 정보를 복구할 때 측정행렬을 이용한다. 상기 광센서(10)는 광센서 장치(120)에 제공되는 각각의 CCD를예시할 수 있고, 상기 광필터링 장치(110)의 각 필터별로 대응하여 제공될 수 있고, 필터를 통과한 입사광의 세기를 특정값으로서 제공할 수 있다.
상기 광센서(10)에 의해서 인식된 상기 광량정보는, 상기 스펙트럼 복구부(30)에서 복구되어 복구 스펙트럼을 추출할 수 있다. 상기 스펙트럼 복구부(30)의 구성을 더 상세하게 설명한다.
상기 스펙트럼 복구부(30)에서는, 광센서(10)로 입사한 빛의 광량을 상기 측정행렬저장부(20)에 저장되는 측정행렬과 희소화 베이스를 이용하여 스펙트럼 정보를 복구할 수 있다.
상기 광센서(10)의 광량정보를 y라 하고, 측정행렬을 A라 하고, 복구된 스펙트럼 정보에서의 파장별 광량정보를 x라고 할 때, 하기되는 수학식 1의 관계가 성립한다.
Figure 112018009407564-pat00001
여기서,
Y는 M×1의 행렬이고, A는 M×NL의 행렬이고, x는 NL×1의 행렬로 제공될 수 있다.
여기서, N은 복구된 스펙트럼 정보의 파장의 개수이고, M은 광센서의 개수이고, A는 측정행렬이고, L은 측정행렬의 개수로서 적어도 두 개 이상이 제공되고, Ψ는 상기 복구된 스펙트럼 정보에서의 각 파장의 광량정보(x)가, 적은 수의 영이 아닌 값들(small number of nonzero elements)(s)(여기서, s를 희소화 계수라고 할 수 있다)을 가지도록 추정하는 희소화 베이스(sparsifying basis)로 제공될 수 있다.
상기 측정행렬(A) 중의 임의의 원소인 aij는 j번째 복구된 스펙트럼의 광량이, i번째 광센서의 트랜스미턴스 펑션의 영향을 받는 것을 나타낸다.
예를 들어, aij가 영인 경우에는 j번째 복구된 스펙트럼의 파장이 i번째 광센서를 전혀 통과하지 못하는 것이고, aij가 일인 경우에는 j번째 복구된 스펙트럼의 파장이 i번째 광센서를 전부 통과하는 것이고, aij가 영보다 크고 일보다 작은 경우에는 j번째 스펙트럼의 파장이 i번째 광센서의 트랜스미턴스 펑션에 일정 정도의 영향을 받고서 통과하는 것으로 생각할 수 있다.
한편, 상기 수학식 1은 N>M으로 주어지는 비결정 시스템(underdetermined system)이다. 상기 비결정 시스템을 최적화 과정을 통하여 해를 구하기 위해서는, 첫째, 희소신호(sparse signal)로 표현할 수 있어야 하고, 둘째 상기 측정행렬은 서로 비간섭성(incoherent)으로 제공될 필요가 있다.
그런데, 자연계의 이미지는 웨이블릿 도메인(wavelet domain) 또는 이산코사인변환 또는 이산푸리에변환 등과 같은 도메인에서 희소신호로 표현된다는 것이 알려져 있다. 따라서, 상기 첫째 조건은 만족한다.
둘째로, 상기 측정행렬에서 어느 광센서의 트랜스미턴스 펑션은 복구된 스펙트럼 정보 중의 어느 파장에만 정보를 인가하므로, 전체 스펙트럼에 대해서는 비간섭적이라고 할 수 있다. 따라서 상기 둘째 조건은 만족한다.
이에, 실시예에서는 상기 수학식 1의 해를 구하기 위하여 희소표현(sparse representation)을 이용하는 압축센싱(compressed sensing)을 이용할 수 있다.
상기 수학식 1의 x는 수학식 2의 선형방정식으로 풀어낼 수 있다.
Figure 112018009407564-pat00002
∥·∥1는 L1 놈(norm)을 나타내고, ε은 미리 설정되거나 수정되거나 선택될 수 있는 임계치이고,
Figure 112018009407564-pat00003
은 추정 희소화 계수이다.
실시예에서 상기 수학식 2는 대체방향방법(alternating direction method)으로 풀었다. 상기 대체방향방법은 Yang, J. & Zhang, Y. Alternating direction algorithms for l1-problems in compressive sensing. SIAM J. Sci. Comput. 33, 250-278 (2011)을 참조할 수 있다. 이뿐만이 아니고, 수학식 1은 심플렉스법(simplex methods) 또는 기울기하강법(steepest decent methods) 또는 이차미분법(second derivative methods)을 사용하여 최적의 해를 구할 수도 있다. 또 다른 예로서 본 발명의 출원인이 대한민국특허등록번호 10-1423964에서 제안한 바가 있는 L1 놈 최적화 방법을 이용하여 최적의 해를 구할 수 있다.
상기 추정 희소화 계수는 추정 희소화 계수 추출부(31)에서 추출될 수 있다. 상기 추정 희소화 계수는 N×1행렬로 제공될 수 있고, 상기 측정행렬 별로 제공될 수 있기 때문에, 결국 NL×1의 행렬로 주어질 수 있다. 여기서 상기 측정행렬 별로 상기 추정 희소화 계수가 제공된다는 의미는 광의 입사각 및 필터에 따른 측정행렬을 개별적으로 상기 수학식 2를 푼다는 뜻이 아니고, 전체로서 상기 측정행렬, 즉 A를 한꺼번에 푼다는 의미이다.
비록 측정행렬 별로 수학식 2를 푸는 것을 배제하지는 않지만, 전체로서 상기 측정행렬(A)가 모여 있는 단일의 측정행렬 집합을 한꺼번에 풀면, 희소화 연산의 결과가 더 정확해 지기 때문에, 더 정확한 답을 찾을 수 있기 때문이다. 이하 동일하다.
L1 놈 최적화 방법에 의해서 상기 적은 수의 영이 아닌 값들(s)이 구하여지면, 하기 수학식 3을 이용하여 상기 복구된 스펙트럼의 파장별 광량정보(x)를 추정할 수 있다.
Figure 112018009407564-pat00004
여기서,
Figure 112018009407564-pat00005
는 복구된 스펙트럼 정보의 파장별 광량정보(x), 즉, 추정 파장의 광량정보로 생각할 수 있다. 상기 추정 파장의 광량정보는 추정 파장의 광량정보 추출부(32)에서 추출할 수 있다.
상기 추정 희소화 계수 및 상기 추정 파장의 광량정보는 입사각 측정부(40)로 전달될 수 있다. 상기 입사각 측정부(40)는 상기 추정 희소화 계수 및 상기 추정 파장의 광량정보를 참조하여 상기 광원의 입사각을 측정할 수 있다. 상기 입사각 측정부(40)에는, 사용된 측정행렬 별로 잔류 놈을 추출하는 잔류 놈 추출부(41)와, 상기 잔류 놈 추출부(41)에서 추출된 잔류 놈을 비교하여 상기 광필터링 장치(110)에 제공되는 각 필터에 대한 광의 입사각을 측정하는 잔류 놈 비교부(42)가 포함된다.
상세하게 설명하면, 상기 잔류 놈 추출부(41)는, 적용된 측정행렬 별로 얻어진 상기 추정 파장의 광량정보와 각 센서별로 측정된 광량정보를 이용하여 수학식 4를 이용하여 잔류 놈(residual norm)을 추출한다.
Figure 112018009407564-pat00006
여기서, ri는 i번째 측정행렬의 잔류 놈, y는 상기 센서별 광량정보, Ψ는 희소화 베이스, δi는 i번째의 측정행렬의 상기 추정 희소화 계수만을 남기고 다른 측정행렬의 상기 추정 희소화 계수는 영을 만드는 특성함수이다. 상기 Ψδi는 복구 스펙트럼으로서 복구신호라고 할 수도 있다. 상기 잔류 놈은 L2 놈으로 제시될 수 있다.
따라서, 상기 수학식 4에 따르면, 측정행렬 별로 잔류 놈의 값을 알아낼 수 있다. 상기 잔류 놈이 크면 클수록 상기 추정 파장의 광량정보가 틀린 것을 나타낼 수 있다.
이후에는 상기 잔류 놈 비교부(42)에서, 상기 측정행렬 별로 잔류 놈을 비교하여 상기 잔류 놈이 가장 작은 측정행렬을 선택할 수 있다. 여기서, 선택된 측정행렬이 획득된 입사각이 광원(108)에서 발광된 빛이 광필터링 장치(110)의 각 필터로 입사된 입사각으로 판정할 수 있다.
이러한 작용을 이용하여, 상기 잔류 놈 비교부(42)에서는 입사각의 각도 정보를 추출해 낼 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 잔류 놈 비교부(42)는 상기 각도 정보를 이미지 선택부(33)로 출력할 수 있다. 상기 이미지 선택부(33)는 해당 각도의 측정행렬을 이용하여 복구된 분광정보를 선택하여, 분광정보를 출력할 수 있다.
이때 분광정보 선택부(33)는, 측정된 입사각에 대응하는 측정행렬을 상기 메모리(20)로부터 가져와서 새로이 분광정보를 복구할 수도 있다. 이 경우는 필터별로 다양한 입사각으로 빛이 입사하여, 상기 분광정보에 영향을 미치는 경우에 바람직하게 사용될 수 있다.
이와 달리, 상기 분광정보 선택부(33)는, 상기 추정 파장의 광량정보 추출부(32)에서 추정된 광량정보 중에서, 상기 측정된 입사각에 대응하는 측정행렬에 대응하는 분광정보를 선택하여 이미지를 복구할 수도 있다. 이 경우는 다수의 필터에 단일의 입사각으로 광이 입사하거나, 제한되는 갯수의 입사각이 상기 분광정보에 영향을 미치는 경우에 바람직하게 사용될 수 있다.
상기되는 장치에 따르면 측정행렬을 특정할 필요가 없이-즉, 입사각을 특정할 필요가 없이- 최적의 복구된 분광정보를 획득할 수 있다.
도 4의 분광장치는 입사각 정보를 추출하기 때문에, 그 자체가 입사각측정장치로도 활용될 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 분광방법을 설명하는 흐름도이다. 입사각측정방법도 본 흐름도에 의해서 함께 설명될 수 있다. 본 방법을 이해함에 있어서는 분광장치의 구성을 참조로 하고, 중복적인 설명은 장치의 설명을 이해하도록 한다.
먼저, 적어도 분광장치의 각 필터에 입사하는 광의 입사각 차이에 따라 적어도 두 개의 측정행렬을 이용하여, 상기 광량정보로부터 추정 희소화 계수를 구하고(S1), 상기 추정 희소화 계수를 이용하여 추정 파장의 광량정보를 추출한다(S2). 여기서, 추정 파장의 광량정보는 상기 측정행렬 별로 획득될 수 있다.
상기 추정 파장의 광량정보를 이용하여 측정행렬 별로 잔류 놈을 추출하고(S3), 상기 잔류 놈을 비교하여 가장 작은 잔류 놈을 제공하는 측정행렬을 알아내고(S4), 해당하는 측정행렬로 복구된 분광정보를 선택할 수 있다.
한편, 여기서, 상기 잔류 놈 비교단계(S4)에서 선택된 측정행렬이, 상기 광필터장치(110)의 각 필터에 입사하는 광의 입사각이라고 판정할 수 있다.
도 6은 제 1 실시예에 의한 실험결과를 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, (a), (b), (c), 및 (d)는 각각 광필터링 장치(110)의 각 필터에 입사하는 광의 입사각을, 0도, 10도, 20도, 및 30도로 달리하면서 분광정보를 복구한 예시이다. 다만, 실험의 편의를 위하여 다수의 필터에 입사하는 광의 입사각은 필터별로는 동일한 것으로 가정하였다.
도 6을 통해서 확인할 수 있는 바와 같이, 사각형의 입사광의 파장정보와 원형의 복구된 분광정보의 파장정보는 서로 일치하는 것을 알 수 있다.
<제 2 실시예>
제 1 실시예는, 상기 잔류 놈을 비교하여 필터별 입사광의 입사각을 알아내고, 입사광의 스펙트럼 정보를 복구할 수 있는 것을 설명하였다. 그러나, 잔류 놈은 그 값이 작은 경우가 발생할 수 있다. 이 경우에는 잔류 놈을 비교하여 알아낼 수는 있지만, 비교가 부정확한 경우가 발생할 수 있다.
제 2 실시예는 상기 잔류 놈이 작은 경우에도 입사광의 각도를 알아낼 수 있고, 분광을 원활히 수행할 수 있는 것을 특징으로 하다. 따라서, 제 2 실시예의 특징적인 부분만을 설명하고 그 외의 설명은 원 실시예의 설명이 그대로 적용되는 것으로 한다.
도 7은 제 2 실시예에 따른 분광장치의 블록도이다.
도 7을 참조하면, 제 2 실시예에서는, 입사각 측정부(50)에는, 상기 잔류 놈 추출부(41)를 대신하여 복구신호의 에너지 추출부(51)가 제공되고, 상기 잔류 놈 비교부(42)를 대신하여 고 에너지 추출부(52)가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 복구신호의 에너지 추출부(51)에서는 상기 복구신호의 에너지를 구한다. 상기 복구신호의 에너지는 수학식 5로 정의될 수 있다.
Figure 112018009407564-pat00007
여기서, Ei는 i번째 측정행렬을 이용하여 복구된 복구신호의 광량정보이고,
Figure 112018009407564-pat00008
는 i번째 측정행렬을 이용하여 복구된 스펙트럼 정보의 파장별 광량정보라고 할 수 있고, T는 전치행렬(transpose)를 의미한다. 상기 복구신호의 에너지는 스펙트럼의 파장별 광량정보의 값을 제곱하여 더하는 것과 마찬가지이다. 따라서 복구신호의 에너지는 복구신호의 L2놈이라고 할 수 있다.
한편, 상기 입사광에서 실제 에너지가 있는 파장에서 상기 복구신호의 에너지가 커지는 것은, 상기 수학식 2를 적용하여 희소하게 신호가 복구될 때, 특히 빛이 있는 파장에서 희소하게 신호가 복구되기 때문이다.
상기 고 에너지 추출부(52)는, 상기 복구신호의 에너지가 상대적으로 높은(이때, 측정행렬 별로 복구신호의 에너지를 정규화(normalized)한 값을 사용할 수 있다) 측정행렬을 추출하여 입사광이 존재하는 입사광으로 판단할 수 있다. 물론, 그 측정행렬의 입사각을 입사각 정보로 전달할 수 있다.
도 8은 고 에너지 추출부에서 정규화한 값으로 에너지를 추출하는 것을 보이는 도면이다.
도 8을 참조하면, 입사각에 해당하는 측정행렬에서 추출된 복구신호의 에너지가 정규화된 값으로 1인 것을 확인할 수 있다. 실험에서 (a), (b), (c), 및 (d)는 입사각이 각각 0도, 10도, 20도 및 30도 이고, 각 필터에 입사하는 입사각이 모두 동일한 것으로 가정하였다.
한편, 측정행렬의 개수가 많아지는 경우에는 상기 복구신호의 에너지가 정규화된 값이 1이 아닌 값으로 나타날 수 있다. 이 때에는 소정의 임계값을 취하여 그 임계값을 넘어서는 측정행렬을 선택하여 적용할 수도 있다. 또한, 상기 복구신호의 에너지가 정규화된 값이 가장 높은 측정행렬을 선택할 수도 있다.
제 2 실시예에 따르면, 더 정확하고 구분이 가능하게 입사각을 알아낼 수 있고, 따라서 더 정확한 분광정보를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는 원 실시예와는 달리 잔류 놈을 비교하는 과정을 수행하지 않고, 소정의 임계값을 비교하는 것에 의해서 수행되므로 판단이 더욱 수월해지는 장점을 얻을 수 있다.
본 실시예는, 원 실시예에서 잔류 놈을 이용하는 것과는 달리, 복구신호의 에너지, 즉 i번째 측정행렬을 이용하여 복구된 스펙트럼 정보의 파장별 광량정보를 이용한다.
상기 잔류 놈은 복구된 파장정보(측정행렬별로 다르다)와 광량정보(측정행렬별로 동일하다)의 차이를 이용하는 값이다. 이에 반하여 상기 복구신호의 에너지는 복구신호 자체의 값을 이용하는 값이다. 따라서, 측정행렬 별로 달라지는 복구신호가 반드시 이용되고, 그에 반하여 측정행렬 별로 달라지지 않는 어떠한 값이 이용될 수 있는, 놈을 이용하여 입사광의 입사각을 알아낼 수 있다. 여기서 놈은 L2놈일 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 물론, 본 실시예와 같이 측정행렬 별로 달라지는 복구신호만을 이용할 수도 있다. 다시 말하면, 놈을 측정하는 것에 의해서 단일한 값으로 입사광의 입사각을 판단할 수 있다.
<제 3 실시예>
상기 제 1 실시예 및 상기 제 2 실시예는, 분광장치의 광필터링 장치(110)에 입사하는 광의 입사각이 각 필터 별로 달라지고, 이에 따라서 복구된 파장정보가 틀려지는 것을 해소하는 것을 특징으로 하였다.
제 3 실시예는 이러한 입사각의 차이에 의한 문제점을 근본적으로 해소하기 위하여 제안된다.
도 9는 제 3 실시예에 따른 분광장치의 구성도이다.
도 9를 참조하면, 광원(108)과 광필터링 장치(110)의 사이에 시준기(collimator)가 놓이는 것이 특징적으로 다르다. 그 외의 설명은 제 1 실시예 및 제 2 실시예의 설명이 그대로 적용될 수도 있다.
다만, 상기 디지털 신호처리부(140)에서는 다수의 측정행렬이 적용되지 않을 수도 있을 것이다. 이는 상기 광필터링 장치(110)의 각 필터에 입사하는 광은 모두 그 입사각이 0도가 될 수 있기 때문이다. 또한 상기 메모리(20)에 저장되는 측정행렬로는 입사각이 0도인 경우만 저장되어 있으면 된다.
본 실시예에 따르면 다수의 측정행렬에 의한 복잡한 계산을 위한 시간을 절약할 수 있다.
<제 4 실시예>
상기 제 3 실시예는, 시준기를 이용하여 상기 광필터링 장치(110)의 모든 필터에 평행광이 입사하도록 하여, 입사광의 파장정보를 복구하였다. 그러나, 상기 시준기가 완벽하게 동작하기 위해서는, 두 개 이상의 렌즈를 이용하여야 하기 때문에 그 구성이 복잡하고 비용이 크게 증가한다. 특히, 이 경우에는 상기 시준기의 부피가 미니어처 분광기의 본체에 비하여 훨씬 커지는 문제점이 있다. 제 4 실시예는 이러한 문제점을 개선하는 것을 특징으로 한다.
상기 시준기는 고품질의 사양인 경우에는, 시준기 입사면의 위치 및 각도와 관계없이 모든 출사광을 시준기 출사면에 대하여 평행(즉, 출사면에 대하여 직각으로)으로 제공할 수 있다. 이에 반하여, 고품질에 이르지 못하는 시준기의 경우에는, 입사면의 각도에 따라서 출사광이 시준기 출사면에 대하여 평행으로 제공하지 못할 수 있다. 다시 말하면, 시준기의 출사면에 대하여 직각으로 제공할 수 없는 경우도 있다. 그러나, 모든 출사광의 각도가 동일하게 제공할 수는 있다.
결국, 고품질이 아닌 시준기의 경우에는, 입사광이 시준기의 입사면에 입사하는 평균적인 입사각에 따라서 제한되는 수의 출사광의 양태가 정하여질 수 있다. 다시 말하면, 상기 시준기(109)를 통과하여 상기 광필터링 장치(110)의 각 필터에 입사하는 광은, 비록 0도는 아니라 하더라도 각 필터에 대하여 동일한 입사각으로 입사할 수 있다.
예시적으로, 상기 광필터링 장치(110)에 제공되는 필터의 개수가 100개이고, 입사각의 종류가 30개인 경우(0도에서 58도까지를 2도의 차이를 가지고 점진적으로 증가시키는 경우)에는, 30개의 측정행렬이 제공될 수 있다. 다시 말하면, 필터에 따라서 서로 달라지는 입사각은 고려할 필요가 없는 것이다.
본 실시예에서는 상기 메모리(20)에 저장되는 측정행렬의 개수가 제 3 실시예의 한 개인 경우와 비교하면 늘어나는 문제점이 있을 수 있다. 그러나, 제 1 실시예에 비교할 때에는 획기적으로 줄어드는 이점을 기대할 수 있다.
이 외에, 디지털 신호 처리 등의 동작은 다른 실시예와 동일하게 수행될 수 있다.
예를 들어, 시준기로 사용되는 렌즈와 광원까지의 거리가 1센티미터이고, 시준기 렌즈와 광필터장치까지의 거리가 1밀리미터이고, 시준기의 렌즈는 중심두께는 1밀리미터이고 직경은 5.08밀리미터이고 초점 거리는 10.150밀리미터이고 광필터장치의 가로세로길이는 2.5밀리미터로 하여, 광원의 출사광이 시준기 렌즈에 입사하는 입사각을 달리하며 실험을 수행하였다.
표 1은 실험의 결과를 나타낸다.
시준기 렌즈의 입사각 0도 10도 20도 30도 40도
광필터장치에서 광의 이동거리(D) 0 81.6 151.2 220.8 307.2
시준기와 광필터장치의 거리(H) 1000 1000 1000 1000 1000
시준기 렌즈의 출사각 0 4.66 8.6 12.45 17.08
단위:도 및 마이크로미터
상기 표 1을 참조하면, 시준기 렌즈의 출사각은 상기 광필터 장치의 필터에 대하여 동일하고, 기준기와 광필터장치까지의 거리(H)와 광필터장치에서 광의 이동거리(D)를 이용하여 시준기 렌즈의 출사각을 알아낼 수 있다.
상기 실험의 결과에서 볼 수 있는 바와 같이, 시준기 렌즈의 입사각에 따라 시준기 렌즈의 출사각이 0, 4.66, 8.6, 12.45, 및 17.08 도로 달라지기 때문에 이러한 각도에 대해 측정행렬을 만들 수 있다. 이 후, 디지털 신호 처리 등의 동작은 다른 실시예와 동일하게 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 분광장치에 입사하는 입사광의 입사각이 변하더라도 정확한 입사광의 파장정보를 복구시킬 수 있다. 또한, 원래의 광신호 스펙트럼을 더욱 좋은 해상도로 복원해 낼 수 있다. 또한, 더욱 높은 신뢰도로 정확하게 원래의 광신호 스펙트럼을 복원해 낼 수 있다.
109: 시준기
110: 광필터링 장치
120: 광센서 장치

Claims (13)

  1. 입사광을 필터링하는 적어도 두 개의 필터가 제공되는 광필터링 장치;
    상기 적어도 두 개의 필터와 각각 대응되는 적어도 두 개의 광센서가 제공되고, 필터링된 광을 전하로 변환하여 출력하는 광센서 장치; 및
    상기 광센서 장치의 출력신호를 디지털 신호처리하여, 상기 입사광의 스펙트럼 정보를 복구하는 디지털 신호 처리부가 포함되고,
    상기 디지털 신호 처리부에는,
    상기 입사광 별로 서로 다른 적어도 두 개의 측정행렬이 저장되는 메모리;
    상기 적어도 두 개의 측정행렬을 이용하여, 각 측정행렬 별로 희소표현을 이용하는 디지털 신호처리기법으로, 상기 스펙트럼 정보를 복구하는 스펙트럼 복구부;
    적어도 상기 각 측정행렬 별로 추정되는 추정 파장의 광량정보를 이용하는 값의 놈을 이용하여, 상기 입사광의 입사각을 측정하는 입사각 측정부가 포함되고,
    상기 스펙트럼 복구부는 상기 입사각 측정부에서 측정된 입사각에 대응하는 측정행렬을 이용하여 파장정보를 복구하는 분광장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 복구부에는,
    상기 디지털 신호처리기법을 이용하여 각 측정행렬 별로 추정 희소화 계수를 추출하는 추정 희소화 계수 추출부;
    상기 추정 희소화 계수 추출부에서 추출된 상기 추정 희소화 계수로부터 상기 추정 파장의 광량정보를 추출하는 추정 파장의 광량정보 추출부; 및
    상기 입사각 측정부에서 측정된 입사각에 대응하는 상기 측정행렬로 복구된 파장정보를 선택하는 분광정보 선택부가 포함되는 분광장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사각 측정부에는,
    상기 측정행렬 별로 잔류 놈을 추출하는 잔류 놈 추출부; 및
    상기 잔류 놈 추출부에서 추출된 적어도 두 개의 잔류 놈을 비교하여, 작은 잔류 놈을 제공하는 측정행렬이 획득된 입사각을 이용하여, 상기 입사각을 측정하는 잔류 놈 비교부가 포함되는 분광장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사각 측정부에는,
    상기 추정 파장의 광량정보를 이용하여 복구된 파장정보의 에너지를 추출하는 복구신호의 에너지 추출부; 및
    상기 각 측정행렬 별로 추출된 상기 복구된 파장정보의 에너지 중에서 가장 높은 에너지를 제공하는 측정행렬에 상응하는 입사각을 이용하여, 상기 입사각의 파장정보를 측정하는 고 에너지 추출부가 포함되는 분광장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고 에너지 추출부는, 상기 복구신호의 에너지를 정규화하여 비교하여 추출하는 분광장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 희소표현을 이용하는 디지털 신호처리기법은, 대체방향방법, 심플렉스법, 기울기하강법, 이차미분법, 및 L1놈 최적화 방법 중의 어느 하나로 수행되는 분광장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 복구부는, 상기 각 측정행렬이 모인 단일의 측정행렬 집합을 한꺼번에 이용하는 분광장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광필터링 장치의 앞에 제공되는 시준기가 포함되는 분광장치.
  9. 입사광의 입사각 별로 서로 다른 적어도 두 개의 측정행렬을 이용하여, 광센서의 출력신호로부터 추정 희소화 계수를 구하는 단계;
    상기 추정 희소화 계수를 이용하여 추정 파장의 광량정보를 추출하는 단계;
    적어도 상기 각 측정행렬 별로 추정되는 추정 파장의 광량정보를 이용하는 값의 놈을 이용하여, 상기 입사광의 입사각을 측정하는 단계; 및
    측정된 상기 입사광의 입사각과 대응하는 측정행렬을 이용하여, 상기 입사광의 파장정보를 복구하는 단계를 포함하는 분광방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 입사각을 측정하는 단계는,
    상기 측정행렬 별로 잔류 놈을 추출하는 단계; 및
    상기 잔류 놈을 비교하여, 작은 잔류 놈을 제공하는 측정행렬이 획득된 입사각을 이용하여, 상기 입사광의 입사각을 측정하는 단계를 포함하는 분광방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 입사각을 측정하는 단계는,
    상기 추정 파장의 광량정보를 이용하여 복구신호의 에너지를 추출하는 단계; 및
    상기 각 측정행렬 별로 추출된 상기 복구된 파장정보의 에너지 중에서 가장 높은 에너지를 제공하는 측정행렬에 상응하는 입사각을 이용하여, 상기 입사광의 입사각을 측정하는 단계를 포함하는 분광방법.
  12. 입사광을 평행광으로 만드는 시준기;
    상기 시준기를 통과하는 광을 필터링하는 적어도 두 개의 필터가 제공되는 광필터링 장치;
    상기 적어도 두 개의 필터와 대응될 수 있는, 적어도 두 개의 광센서가 제공되어, 필터링된 광을 전하로 변환하여 출력하는 광센서 장치; 및
    상기 광센서 장치의 출력신호를 디지털 신호처리하여 상기 입사되는 광의 스펙트럼 정보를 복구하는 디지털 신호 처리부가 포함되는 분광장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 디지털 신호 처리부에는,
    상기 입사광 별로 서로 다른 적어도 두 개의 측정행렬이 저장되는 메모리;
    상기 적어도 두 개의 측정행렬을 이용하여, 각 측정행렬 별로 희소표현을 이용하는 디지털 신호처리기법으로, 상기 스펙트럼 정보를 복구하는 스펙트럼 복구부;
    적어도 상기 각 측정행렬 별로 추정되는 추정 파장의 광량정보를 이용하는 값의 놈을 이용하여, 상기 입사광의 입사각을 측정하는 입사각 측정부가 포함되고,
    상기 스펙트럼 복구부는 상기 입사각 측정부에서 측정된 입사각에 대응하는 측정행렬을 이용하여 파장정보를 복구하는 분광장치.
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