KR20010042895A - 물체 특히 방출 방향에 따라 휘도가 좌우되는 물체의휘도특성을 측정하기 위한 시스템 - Google Patents

물체 특히 방출 방향에 따라 휘도가 좌우되는 물체의휘도특성을 측정하기 위한 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물체(object), 특히 방출 방향(emission direction)에 의해 휘도가 좌우되는 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
상술한 시스템은 이미지 센서 (8) 및 센서에 물체 (6)의 전체 상(image)을 형성하고, 물체의 각 점에 대해, 대응하는 이미지 포인트(image-point)를 형성하기 위하여, 광학 수단의 광축 (X)에 대략적으로 평행하게 전파되는 물체의 상술한 점으로부터 발생한 광선을 선택하기 위해 제공되는 광학 수단 (16, 18, 26, 28)을 포함한다.

Description

물체 특히 방출 방향에 따라 휘도가 좌우되는 물체의 휘도특성을 측정하기 위한 시스템{System for Measuring Luminance Characteristics of Objects, in particular Objects with Luminance Dependent on Emitting Direction}
물체의 균일성 및 속성의 특징을 나타내기 위하여 기하학적 위치에 따라 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템들이 이미 많이 알려져 있다. 이러한 시스템들은 앞에 예로 주어진 물체를 가지고 사용될 수 있다.
특히 공지의 전자기계 시스템을 도 1에 도식적으로 나타낸다.
본 시스템은,
-측정기 2, 예를 들어 광도계(光度計), 및
-측정할 물체 6의 전면에 있는 상술한 측정기의 이동 수단 4(본 수단 4은 도 1에서 화살표로 표시됨)를 포함한다.
본 전기기계 시스템으로 측정기의 광축(optical axis) X(이 축에 대한 각 θ는 0)를 따라서 측정이 가능하지만, 그러나 결점이 많다. 특히 샘플링에 의해 측정이 이루어진다. 선택된 위치에 대해서만 측정을 하고 중간 위치의 휘도에 대한 정보는 알지 못한다. 측정한 점(ponit)의 값 이외의 휘도값에 대한 존재여부가 확실치 않다. 게다가, 소요시간 T0를 하나씩 차례로 연속해서 측정한다. 최대 정보를 가질 수 있도록 점들의 최대 수 N이 측정되면, 물체의 측정을 마친 시간은 NXT0가 된다.
또한 다른 측정 시스템이 알려져 있고 이를 도 2에 도식적으로 나타낸다.
본 시스템은,
-CCD 형 또는 유사형의 매트릭스(matrix) 센서 8, 및
-이 센서 및 측정할 물체 6 사이에 있으며 물체의 상(image)을 센서에 형성하도록 해주는 렌즈 10을 포함한다.
따라서, 한번에 그리고 동시에, 측정할 물체의 상이 센서에 생긴다. 상의 다른 점들은 측정할 물체의 다른 점들에 대하여 측정한 것들과 일치한다.
본 센서 시스템의 주 이점은 다음과 같다:
측정속도가 증가한다. 실제로, 소요시간 T1을 측정하는 것은 측정된 점들의 개수와는 상관이 없거나 약간 있을 뿐이다. 모든 정보가 유효하다. 측정 못한 상(像)의 항목을 조사하는 것은 어렵지 않다. 얻어진 모든 값들을 합산하면 물체에 의해 방출된 광속(光束)의 정확한 값이 주어진다.
그러나 도 2에 도시된 시스템은 도 3에 도식적으로 보여진 여러개의 결점을 갖는다. 렌즈 10, X로 표시되고 종래에 이 시스템에 사용된 축은 일정한 상의 크기 D2= 2d2로 작동한다. 그러므로 D2= 2d1크기의 물체는 이 렌즈로부터 L1의 거리에 있어 L1/(2d1) = L2/(2d2) = K 가 되도록 한다. 여기서 L2는 렌즈 10과 센서 8 사이의 거리이고 K는 상수이다.
물체의 측정된 점들에 의해 좌우되는 각 θ를 따라 물체를 관찰하고( θ는 이 점들을 지나면서 렌즈 10의 광축 X에 평행한 직선에 대해서 산정된다), 끝점들에서는 tna θM와 거의 같으며 d2/L2즉 1/(2K)와 거의 같은 값 θM(도 2)을 얻는다.
일반적으로 K는 차수(order)가 2.5~3(측정하기 원하는 12"(약 30cm) 대각 스크린 렌즈로부터 75cm 떨어진 곳에 있어야 함을 의미)이므로 θM은 차수가 12°가 된다. 그러므로 0°(X 축을 따라 측정)와 ±12°사이에서 위치에 따라 각도의 변화를 주면서 측정한다.
빛의 방출 방향, 즉 각 θ에 따라서 휘도가 변하지 않도록 측정된 물체가 방출 특성을 갖는다면 이러한 것은 결점이 아닐 수 있다.
이는 일반적인 경우가 아니며 도 2 및 도 3에 있는 유형의 시스템으로 물체의 방출 특성에 무관하게 물체의 방출 균일성을 측정할 수 없다.
본 발명은 물체(object), 특히 방출 방향(emission direction)에 따라 휘도가 좌우되는 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
이 시스템은 예를 들어 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, EL 디스플레이 및 마이크로팁(microtip) 스크린등의 투사 스크린, 음극선관, 발광기 및 디스플레이 스크린에 사용된다.
도 1은 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 공지의 시스템에 대한 선도이다.
도 2는 상술한 특성을 측정하기 위한 다른 공지의 시스템에 대한 선도이다.
도 3은 상술한 다른 공지의 시스템의 결점을 도식적으로 보여준다.
도 4는 본 발명의 원리를 도식적으로 보여준다.
도 5는 본 발명의 시스템의 물체에 대한 특정 실시예의 선도이다.
본 발명의 목적은 상술한 결점을 해결하는 것이다.
본 발명은 방출 방향에 따른 물체의 휘도 변화여부에 무관하게 물체의 휘도 특성을 정확하게 측정할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
본 발명에는 도 1(각 θ=0°에서 측정)의 시스템의 이점과 도 2(신속하게 측정함)의 시스템의 이점들을 겸한다.
보다 정확하게, 본 발명의 목적은 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템에 관한 것이며, 본 시스템은,
-이미지 센서 및
-광축을 가지며 센서상에 물체의 전체 상을 형성하도록 제공되는 광학 수단 (optical means)을 포함하며, 상의 각 점으로 물체의 점을 측정할 수 있고, 물체의 각 점에 대하여, 대응하는 이미지 포인트(image-point)를 형성하기 위하여, 광학 수단의 광축에 대략적으로 평행하게 전파되는 물체의 상기 점으로부터 발생하는 광선(light rays)을 선택하기 위한 광학 수단이 추가적으로 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 시스템 물체에 대한 바람직한 실시예에 따르면, 광학 수단은,
-물체에 접하는 제 1 렌즈,
-제 1 렌즈 및 센서 사이에 위치하고, 제 1 렌즈를 통하여 물체로부터 발생한 광선 사이로 물체로부터 제 1 렌즈의 광축에 대략적으로 평행하게 전파되는 것 만을 통과시키는 조리개, 및
-조리개 및 센서(대략적으로 관찰면(observation plane)내에 위치함) 사이에 위치하고, 조리개가 통과시킨 광선으로부터 관찰면에 물체의 상(image)을 형성하도록 제공되는 보조 광학 수단을 포함한다.
물체는 대략적으로 제 1 렌즈의 물체 초점면(object focal plane)내에 위치하고 조리개는 대략적으로 이 제 1 렌즈의 상 초점면(image focal plane) 내에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 첫번째 특정 실시예에 따라, 보조 광학 수단은 관찰면 내에 물체의 상을 형성하도록 제공된 제 2 렌즈를 포함한다.
두번째 특정 실시예에 따라, 보조 광학 수단은,
-중간면에 물체의 중간상(intermediate image)을 형성하도록 제공된 제 2 렌즈 및
-제 2 렌즈 및 센서 사이에 위치하고, 중간상으로부터 관찰면 내에 물체의 상을 형성하고 물체의 상의 크기를 센서의 크기에 맞도록 조절하는 제 3 렌즈를 포함한다.
조리개의 창(窓)은 변할 수 있다. 또한, 본 발명의 시스템 물체로부터 발생한 광선(light)에 대한 광학 필터링 수단을 포함할 수 있다.
상술한 첫번째 특정 실시예의 경우에, 이 필터링 수단은 대략적으로 센서와 접하게 관찰면 내에 위치하는 것이 바람직하다. 두번째 특정 실시예의 경우에는, 이 필터링 수단이 대략적으로 중간면 내에 위치하는 것이 바람직하다.
이 특정 실시예의 하나 또는 다른 하나의 경우에, 제 2 렌즈는 물체로부터 발생하여 광학 필터링 수단에 이르는 광선이 광학 필터링 수단이 위치한 면에 수직하게 되도록 제공되는 것이 바람직하다.
센서는 매트릭스형 센서가 바람직하다.
실제로 공보(document) FR2715470A에는 표면에서 방출된 광선의 휘도 방출 특성을 검사하는 장치가 알려져 있다. 그러나, 이 공보에서는, 단일 센서를 사용하여 조리개에 의해 한정된 표면 상의 평균 밀도를 측정하는 것이 문제이다. 유일량 (single quantity)의 정보가 얻어진다. 조절된 표면 크기에 대하여 일정한 응답을 얻는 것이 수단의 실행목적이다.
한편, 본 발명에서는, 확장된 물체의 점마다 휘도를 측정하는 것이 문제이다. 한 세트량(a set of quantities)의 정보가 얻어진다(작도법). 수단의 실행목적은 일정 각도로 관찰을 하는 것이다. 본 발명은 첨부된 도면과 하기에 주어진 실시예에 대한 설명을 참조하면 이해가 더 잘 된다.
본 발명에 따른 시스템이 도 4에 보여지며, 물체의 휘도 특성을 측정할 수 있다. 이 시스템은 센서 8에 의해 공급된 신호를 처리하기 위한 전자 수단 12에 연결된 센서 8, 및 물체 6의 전체 상을 센서 8에 형성되도록 하는 광학 수단 14를 포함하며, 상의 각각의 점으로 물체의 한 점을 측정할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 광학 수단 14로 인해, 물체의 각 점 M에 대하여, 대응하는 이미지 포인트(image-point)를 형성하기 위하여, M을 지나면서 광학 수단 14의 광축 X에 평행한 직선 x를 따라 전파되는 점 M으로부터 발생한 광선을 선택할 수 있다.
물체 6은 예를 들어 측정하기 원하는 휘도 특성을 나타내는 디스플레이 스크린(또는 도시되지 않은 수단에 의해 밝혀지는 투사 스크린(projection screen))이다.
센서 8은 매트릭스형 센서, 예를 들어, CCD 센서 또는 유사한 것이고, 전자 수단 12는 물체의 휘도 특성을 결정하기 위하여 이 센서에 의해 공급된 신호를 수신하고 이 신호를 공지의 방법으로 처리한다.
도 5는 본 발명의 시스템 물체에 대한 특정 실시예의 선도이다.
도 5의 예에서, 도 4의 광학 수단 14는 제 1 렌즈 16, X 축으로 구성된 광축, 조리개 18 및 하기에 논의할 보조 광학 수단을 포함한다. 렌즈 16은 조리개 18 및 물체 6 사이에 위치한다. 조리개 18에 관하여, 조리개는 렌즈 16 및 센서 8 사이에 위치하고, 렌즈 16을 통해 물체 6으로부터 발생한 광선 사이로, 물체의 점 M을 지나는 직선 x등, 축 X에 대략적으로 평행하게, 즉 대략적으로 X에 평행한 직선을 따라서 전파하는 것만을 통과시키도록 제공된다.
물체 6의 표면은 대략적으로 렌즈 16의 물체 초점면 OFP 내에 위치하고 조리개 18은 대략적으로 렌즈 16의 상 초점면 IFP 내에 위치한다.
조리개 18의 창(窓)으로 물체로부터 발생한 라이트 빔(light beam) 22등의 스캐닝 빔(scanning beam)의 각도를 조절할 수 있다.
조리개 18은 스캐닝 빔 각도를 수정하기 위하여 조리개의 창을 수정할 수 있도록 하는 도시되지 않은 수단에 고정될 수 있다.
보조 광학 수단은 조리개 및 센서 8 사이에 위치하고, 조리개가 통과시킨 광선으로부터, 센서 8 또는 보다 정확하게 센서 8의 입력면이 대략적으로 위치한 관찰면 내에 물체 6의 상을 형성하도록 제공된다.
첫번째 예에서, 보조 광학 수단은 나중에 센서 8이 대략적으로 위치한 관찰면을 구성하는 평면 P1내에 물체의 상을 형성하도록 제공된 렌즈 26을 포함한다.
두번째 예(도 5)에서, 보조 광학 수단은 나중에 중간면을 구성하는 평면 P1내에 물체 6의 중간상을 형성하도록 제공되는 렌즈 26, 및 추가적으로 렌즈 26과 센서 사이에 위치한 다른 렌즈 28을 포함한다. 상술한 다른 렌즈 28은, 중간 상으로부터, 물체의 상을 센서 8이 대략적으로 위치한 관찰면을 구성하는 평면 P2내에 형성할 수 있도록 하는 릴레이 렌즈(relay lens) 또는 트랜스포트 렌즈(transport lens)를 구성한다. 렌즈 28은 평면 P1에서 얻어진 상의 크기를 센서의 크기에 맞도록 하기 위하여 P1에서 얻어진 상을 평면 P2에 "일정 비율로 축소"한다.
도 5의 시스템에, 광학 필터 30을 또한 사용할 수 있다. 이 필터는 예를 들어, 특정 응답(예를 들어 눈에 의한 응답)을 재생하기 위하여 파장을 선택하는 분광 응답 정정 필터(spectral response correction filter) 또는 특정 편광 (polarisation)을 선택하는 편광 필터 또는 다양한 방법으로 빛(light)을 흡수하는 필터일 수 있다.
필터 30은 물체 6 및 센서 8 사이의 어느 위치에나 놓일 수 있으나, 알맞은 크기를 갖기 위해서는, 평면 P1과 같은 위치에 놓이거나 평면 P1에 평행하고 인접한 면에 놓이는 것이 유리하다. 분명하게, 센서가 평면 P1과 같은 위치에 놓일 때, 필터 30은 평면에 인접한 센서에 접하게 평면 P1과 렌즈 26 사이에 놓인다.
필터 30을 사용하는 경우, 렌즈 26은 가장 효과적이서 물체로부터 발생해서 필터 30에 도달하는(렌즈 26을 통과한 후) 광선은 필터 30이 위치한 평면에 수직하고(그러므로 필터가 평면 P1에 위치할 때 평면 P1에 대한 수선 y를 따라 일직선으로 된다)그 결과 시스템의 투과(transmission)가 물체 상에 관찰된 위치에 따라 좌우되는 것을 피할 수 있다.
조리개 18의 창(窓)은 렌즈 16, 26, 및 28(후자를 사용할 때)에 공통으로 광축 X상의 중앙에 있음을 주목한다.
도 5에 도시된 유형의 시스템은 모든 원하는 기준을 만족시킨다:
-물체의 측정된 점에 상관없이 물체에 수직하게 측정,
-측정속도(총체적인 측정)
-철저한 측정(물체의 모든 점들을 측정).
시스템의 설계로 인해, 도 5에 도시된 유형의 본 발명에 따른 시스템을 적당한 정도의 범위에서 이용함으로서 사용이 용이해짐에 주목할 만하다. 이런 속성은 초점을 맞추는데 있어서 생기는 결점에 대한 허용오차를 크게 해줄 수 있으며, 이는 공지의 시스템에는 해당되지 않는 사항이다.

Claims (11)

  1. -이미지 센서 (8) 및
    -광축 (X)를 포함하고 상기 센서에 물체 (6)의 전체 상을 형성하도록 제공되는 광학 수단 (14)를 포함하는 시스템에 있어서, 상의 각 점으로 물체의 한 점을 측정할 수 있으며,
    상기 물체의 각 점에 대해, 대응하는 이미지-포인트 (image-point)를 형성하도록, 상기 광학 수단의 광축에 대략적으로 평행하게 전파되는 물체의 점으로부터 발생한 광선을 선택하기 위하여 상기 광학 수단 (14)이 추가적으로 제공되는 것을 특징으로 하는 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광학 수단 (14)는,
    -상기 물체에 접하게 위치한 제 1 렌즈 (16),
    -상기 제 1 렌즈 및 상기 센서 사이에 위치하고, 상기 제 1 렌즈를 통하여 상기 물체로부터 발생한 광선 사이로, 상기 제 1 렌즈 (16)의 상기 광축 (X)에 대략적으로 평행하게 상기 물체로부터 전파되는 것만을 통과시킬 수 있는 조리개 (18), 및
    -상기 조리개 및 상기 센서(대략적으로 관찰면 내에 위치함) 사이에 위치하고, 조리개가 통과시킨 광선으로부터, 관찰면(P1; P2) 내에 상기 물체의 상을 형성하도록 제공되는 보조 광학 수단 (26, 26-28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 물체 (6)은 대략적으로 상기 제 1 렌즈 (16)의 물체 초점면(OFP) 내에 위치하고, 상기 조리개 (18)은 대략적으로 상기 제 1 렌즈 (16)의 상 초점면 (IFP) 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템.
  4. 제 2항 및 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 광학 수단은 상기 관찰면 (P1) 내에 상기 물체의 상기 상(像)을 형성하도록 제공되는 제 2 렌즈 (26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템.
  5. 제 2항 및 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 광학 수단이,
    -중간면 (P1) 내에 상기 물체의 중간 상을 형성하도록 제공되는 제 2 렌즈, 및
    -상기 제 2 렌즈 및 상기 센서 사이에 위치하고 상기 중간 상으로부터 상기 관찰면 (P2) 내에 상기 물체의 상을 형성하며 상기 센서의 크기에 상기 물체의 상기 상의 크기를 맞추도록 제공되는 제 3 렌즈 (28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템.
  6. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조리개 (18)의 창(窓)이 변할 수 있음을 특징으로 하는 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템.
  7. 제 1항 내지 제 6항에 중 어느 한 항에 있어서, 추가적으로 상기 물체로부터 발생한 상기 광선(light)에 대한 광학 필터링 수단 (30)을 포함하는 특징으로 하는 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 물체로부터 발생한 광선에 대한 광학 필터링 수단 (30)을 추가적으로 포함하며, 상기 필터링 수단이 대략적으로 상기 센서에 접하게 상기 관찰면 (P1) 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 물체로부터 발생한 광선에 대한 광학 필터링 수단 (30)을 추가적으로 포함하며, 상기 필터링 수단이 대략적으로 중간면 (P1) 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템.
  10. 제 7항 및 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물체로부터 발생하여 상기 광학 필터링 수단 (30)에 이르는 광선(light ray)이 상기 광학 필터링 수단이 위치한 평면에 수직하게 하기 위하여 제 2 렌즈 (26)이 제공되는 것을 특징으로 하는 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 (8)이 매트릭스 (matrix)형임을 특징으로 하는 물체의 휘도 특성을 측정하기 위한 시스템.
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