KR20050016248A - 개선된 실시간 각분광 광도계 - Google Patents

개선된 실시간 각분광 광도계

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KR20050016248A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따라서, 각분광 광도계(goniospectrophotometer)를 사용하여 각스펙트럼(goniospectrum)을 신속히 얻을수 있는 각분광 광도계가 제공된다. 일부 실시예에 있어서, 파라볼라 반사기는 파라볼라 포커스에서 소스의 각 공간(angular space)을 선형공간으로 광학적으로 변환하고, 동시에 소스의 각스펙트럼을 측정하기 위해 단일 회절 소자(single diffracting element)와 영역 카메라(area camera)를 사용하도록 하기 위해 사용된다. 파라볼라 반사기에 의한 광반사의 천정각(zenith angle)에 대응하는 스펙트럼은 검출기에 의해 획득되어, 컴퓨터에서 분석될 수 있다.

Description

개선된 실시간 각분광 광도계{Improved real-time goniospectrophotometer}
본 발명은 색 측정, 스캐터로메트리(scatterometry), 다각 빛 스캐터링(MALS), 그리고 빔 프로파일링(beamprofiling) 분야를 포함하여, 제 1 또는 제 2소스의 각 분광 분광계(goniospectrophotometric), 각 분광 방사계(goniospectroradiometric), 각분광계(goniophotometric), 또는 각 방사계(gonioradiometric) 측정의 사용에 관한 것이다.
각분광 광도계는 LED와 같은 광원에 대한 각도의 기능으로서 빛의 스펙트럼을 특징하기 위해 사용되고, 또한 고니오어퍼런트(gonioapparent) 또는 페인트와 잉크에서 진주광택이 나는 안료로 도포되거나 인쇄되는 물질에 대해 사용된다. 종래의 상업적으로 가능한 시스템은 분광 광도계가 연결된 광섬유를 사용하고 소스나 샘플에 대해 파이버(fiber)를 이동하는 것에 의하거나 또는 한 쌍의 고정된 각도에 배치된 한 쌍의 분광계를 사용하는 것에 의해 각스펙트럼을 얻는다. 소스에 대해 단일 방위 각도에서 다수의 천정각에 대한 측정 소요시간은 일반적으로 1∼20분 범위내이다.
종래에는 소스에 대해 검출 시스템(섬유와 연결된 분광기와 같은)의 기계적인 주사를 사용한다. 도 1은 종래의 각분광 광도계(100)의 개략도를 나타낸다. 각분광 광도계(100)의 검출 시스템(103)은 예를 들면, 광원(101)에 관한 스펙트럼 데이터를 제공하기 위해 분광 광도계에 고착된 광섬유 케이블이 될 수 있다. 이에 대해서, 검출 시스템(103)은 소스(101)로부터 광학 방사를 받고, 그러므로 광원(101)으로부터 단일 방위 각도에서 대략 단일 천정각에 빛을 받도록 구성될 수 있다. 검출 시스템(103)과 광원(101) 사이의 거리는 일반적으로 "근시(near-field)" 영역 내이지만, 또한 "원시(far-field)" 영역일수도 있다. "원시"는 광원(101)으로부터 충분히 먼 거리로 특징되므로 광원(101)이 점원으로써 보여질 수 있다. 일반적으로 사용된 두 영역사이의 섬(thumb) 경계의 규칙은 "Five-Times Rule"이고, 검출 시스템(103)은 광원(101)의 측면 크기가 적어도 5배인 광원(101)으로부터의 거리에 위치한다.
동작에 있어서, 검출 시스템(103)은 각 한쌍의 소정 천정각에서 분광계로 스팩트럼을 측정하는 것을 정지하는 광원(101) 주위에 주사된다. 따라서, 광원(101) 주위의 단일 방위 각도에 대한 각 위치의 기능으로서 스팩트럼 주사는 얻어진다. 일 실시예에 있어서, 검출 시스템(103)은 중심에 광원을 가지는 구형으로 큰 원을 따라 회전할 수 있다. 검출 시스템(103)은 구의 중심으로부터 시작하는 동시에 작은 입체각 내에 집광하기 위해 또한 중심이 될 수도 있다.
도 2는 광원(101)이 광빔(105)에 의해 조명되는 예를 설명한다. 광빔(107)은 조명되는 빔(105)의 광원(101)으로부터 반사한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 광원(101)은 베이스 또는 기판(109) 상에 부착된 물질일 수도 있다. 일부 테스팅 상황에 있어서, 광빔(105)의 스캐터는 검출 시스템(103)에서 특정된다. 일부 테스팅 상황에 있어서, 광원(101)으로부터의 빛은 조명하는 광빔(105)에 의해 여기 후에 발광의 결과이다.
그러나, 각각의 각위치(angular position)에서 스팩트럼 주사를 실행하기 위해서는 상당한 시간이 걸린다. 그러므로, 도 1과 도 2에 나타낸 것과 같이 시스템은 매우 느릴 수 있다. 상기와 같이, 개개의 방위에서 스펙트럼 주사는 20분정도까지 할 수 있다. 그러므로, 그 주사의 각분배를 실행하기 위해 몇 백에서 몇 천분까지 걸릴 수 있다(각도의 수에 의존한다).
도 3은 어느 정도 주사시간을 경감하는 각분광 광도계(300)를 설명한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 각분광 광도계(300)는 다수의 검출 시스템(301-1 ∼ 301-N)을 포함한다. 검출 시스템(301-1 ∼ 301-N)은 각각이 특정 천정각(θ1 ∼ θN)에서 광원(101)으로부터 빛을 받기 위해 광원(101) 주위의 특정 각도로 고정된다. 상기와 같이, 검출 시스템(301-1 ∼ 301-N)의 각각은 광원(101)으로부터 방위 각도(θ1 ∼ θN)에서 빛을 받기 위해 유도된 광섬유를 포함할 수 있다. 검출 시스템(301-1 ∼ 301-N)의 각각은 천정각(θ1 ∼ θN)의 하나에 대응하는 스펙트럼을 제공하기 위해 분광계를 포함한다.
도 4는 빔(105)에 의해 조명된 광원(101)을 특징하기 위해 활용된 각분광 광도계(300)를 설명한다. 기판(109) 상에 있을 수 잇는 광원(101)은 조명빔(105)에 대응하는 빛을 반사하고, 발광하거나 그렇지 않으면 방사한다. 조명빔(105)은 광원(101)으로부터 반사빔(107)으로 반사된다.
비록 도 3과 도 4에 나타낸 각분광 광도계(300)의 실시예들이 광원(101)의 스펙트럼 주사를 제공하기 위해 요구되는 시간의 양을 감소할지라도, 그것들은 검출 시스템(301-1 ∼ 301-N)의 각각이 독립의 분광계를 요구하는 독립의 검출 시스템이라는 점에서 비싸다. 또한, 각분광 광도계(300)는 다수의 검출 시스템(301-1 ∼ 301-N)을 조정할 필요를 고민한다. 또한, 다른 검출 시스템(301-1 ∼ 301-N)을 적소에 유지하기 위해 활용된 마운트(mount)로부터 기계적인 방해때문에 연속적인 각스펙트럼을 측정하는 것이 어려울지도 모른다.
각분광 분광계의 분석을 요구하는 응용분야에 대해서 샘플 물질이나 광원으로부터 빛의 색 스펙트럼의 각 의존을 얻는 보다 경제적이고 신속한 방법이 필요하다.
본 발명에 따라서, 각분광 광도계는 파라볼라 포커스에서 광원의 각공간의 광학 변환에 대해 선형 공간으로 허용하는 파라볼라 반사기를 포함한다. 단일 회절 소자와 영역 카메라는 소스의 각 스펙트럼을 동시에 측정하기 위해 활용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 각 스펙트럼을 얻는 방법은 광원으로부터의 특정 방위각에서의 천정각 범위로부터의 광을 포함하는 광빔을 제공하기 위해 광원으로부터의 광을 파라볼라 반사하고, 빔으로부터의 광을 스펙트럼 분산하고, 그리고 빔에 대응하고, 천정각의 범위에 대응하는 스펙트럼을 포함하는 각 스펙트럼을 획득하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 이산빔세트는 콜리메이트될 수 있다. 일부 실시예에서, 광빔으로부터의 광을 스펙트럼 분산하는 것은 회절격자에서 광빔을 회절하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 스펙트럼 분산하기 전에 빔은 포커싱될 수 있다. 일부 실시예에서, 각 스펙트럼을 획득하는 것은 천정각범위내에서 복수의 천정각에 대응하는 회절격자로부터 스펙트럼을 검출하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 스펙트럼은 0차스펙트럼이지만, 고차스펙트럼이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 회절격자로부터의 스펙트럼은 스크린에 투사될 수 있다. 일부 실시예에서, 스펙트럼을 검출하는 것은 디지털 카메라에서 스펙트럼의 이미지를 디지털로 획득하는 것을 포함한다. 카메라는 CCD 카메라인 것이 가능하다. 일부 실시예에서, 광원은 조명 빔에 의해 조명된 샘플인 것이 가능하다. 일부 실시예에서, 조명빔은 광파이버를 통해 연결된 광원으로부터의 결과이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 각분광 광도계는 광원으로부터의 광을 수신하여 광빔을 생성하기 위해 설치된 파라볼라 반사기, 파라볼라 반사기로부터 광빔을 수신하고 회절된 빔을 생성하기 위해 설치된 스펙트럼 소자 및 회절된 빔으로부터의 각 스펙트럼을 검출하기 위해 연결된 광검출시스템을 포함한다. 일부 실시예에서, 파라볼라 반사기는 반사 및 비반사 물질의 교대 줄무늬를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각분광 광도계는 파라볼라 반사기와 회절소자사이에 위치된 콜리메이팅소자를 포함할 수 있다. 콜리메이팅소자는 평행판 세트인 것이 가능하다. 일부 실시예에서, 스펙트럼소자는 회절격자인 것이 가능하다. 일부 실시예에서, 광검출시스템은 각 스펙트럼을 획득하기 위해 설치된 카메라를 포함한다. 일부 실시예에서, 카메라는 CCD 어레이인 것이 가능하다. 일부 실시예에서, 카메라는 디지털 카메라인 것이 가능하다. 일부 실시예에서, 각분광 광도계는 스펙트럼소자와 검출기사이에 연결된 집속광을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨터는 광검출시스템에 연결되어 광검출시스템에 의해 검출된 각스페트럼을 분석할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 각분광 광도계를 갖춘 제조물을 조사하는 방법은 조명 광원을 설치하고, 제조물의 일부가 조명 광원에 의해 조명되도록 제조물을 위치시키고, 파라볼라 반사기에서 천정각의 범위에 대응하는 제조물의 일부로부터 분산된 광을 집광하고, 파라볼라 반사기로부터 반사된 광빔을 형성하고, 회절된 빔을 형성하기 위해 광빔을 회절하고, 회절된 빔으로부터 각 스펙트럼을 검출하고, 각 스펙트럼이 표준내에 있는가를 결정하고, 각 스펙트럼이 표준내에 있는지 결정한 결과에 의거하여 제조물을 통과 또는 거절하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 조명광을 설치하는 것은 램프로부터의 광을 제조물위에 위치하는 광파이버와 결합시키는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 회절된 빔을 형성하기 위해 광빔을 회절하는 것은 회절격자를 광빔에 위치시키는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 각스펙트럼을 검출하는 것은 위치감지 검출기로 회절된 빔을 측정하는 것을 포함한다. 위치감지 검출기는 CCD 어레이인 것이 가능하다.
또한 본 발명의 이들 및 기타 실시예는 다음의 도면에 대해서 이하 보다 상세하게 설명될 것이다.
본원 발명의 일 실시예는 약 30밀리 세컨드(millisecond)에 90°보다 큰 각 범위의 전체 각도측정 스펙트럼(각스펙트럼)을 얻는다. 포물선의 촛점에 놓여진 주요 소스를 갖는 파라볼라 반사기의 사용은 이산된 각 세트에서 데이터의 동시 획득을 가능하게 한다. 이 구성에서, 각 빛 방사는 포물선의 각에 평행하게 퍼지는 조준된 빔으로 변환된다. 이렇게 각을 이루어 발산하는 빛은 파라볼라 반사기의 각도와 관련하여 반사된 광빔의 횡단면을 따라 각과 반경에 1대1로 대응하는 2차 방정식으로 다시 선형적 그리고 방사상으로 분배된다.
CCD영역에 결합된 반사된 광빔에서의 회절격자의 배치나 다른 스펙트럼 분산소자는 파라볼라 반사기에 의해 모아지는 모든 각을 위한 전체 스펙트럼의 동시 측정을 허용한다. 일 실시예에서, 파라볼라 반사기에 따르는 슬릿은 회절 격자 분광계의 출입 간극으로서 작용할 수 있다. 대신에, 파라볼라 반사기 자체가 포물체의 얇은 단편이 될 수 있다. 임의의 각 시계범위(FOV) 소자는 격자에의 빛 입사의 각 한도를 제한할 수 있다. 임의적 빛 방해물 또는 방해물들은 광원과 격자사이에 배치될 수 있다. 이러한 방해물은 광원으로부터 직접 빛이 방출되는 것을 방지할 수 있다. 일 실시예에서, 콜리메이터는 파라볼라 반사기와 스펙트럼 분산 소자의 사이에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 각 광빔이 분리된 천정각에 대응하는 평행광빔의 세트는 콜리메이터 또는 파라볼라 반사기에 의하여 생성될 수 있다. 각도 데이터는 각각의 천정각에서의 스펙트럼을 합함으로써 얻어진다. 대신, 각도 데이터는 스펙트럼 분산 소자 없이 조준된 광빔구역에 배치된 선형배열을 사용하여 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 각분광 광도계(500)의 실시예를 나타낸다. 광원(101)은 파라볼라 반사기(502)의 촛점에 배치된다. 광원(101)은 LED, 전구 또는 다른 광생산원과 같은 조명이 될 수 있다. 또한, 광원(101)은 조명빔에 따라서 빛을 반사(확산)하거나 형광을 발하는 조명물질이 될 수 있다(도 5에 도시되지 않음). 게다가, 슬릿(도시되지 않음)은 출입 슬릿의 역할을 하기 위해서 광원(101)과 파라볼라 반사기(502)의 사이에 배치될 수 있다. 이러한 출입슬릿은 오직 특정 방위각(φ) 주위의 빛의 얇은 띠가 들어갈 수 있는 동안만 천정각의 범위에 대응하는 광원(101)으로부터 수광하도록 배치될 수 있다.
광원(101)은 파라볼라 반사기(502)의 포물선각에 따라서 임의의 천정각 및 방위각(Θ,φ)에 맞출 수 있다. 파라볼라 반사기(502)는 각분광 광도계(500)로 측정된 파장범위에서 빛을 반사하는 어떠한 포물선 모양의 표면이 될 수 있다. 일 실시예에서, 파라볼라 반사기(502)는 축을 벗어난 포물선 거울의 단편이 될 수 있다. 파라볼라 반사기(502)는 그리고 특정의 방위각(φ)에서 천정각의 범위에 대응하여 빛을 획득한다.
일 실시예에서 광원(101)은 조명된 샘플로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 램프와 다양한 형태의 광섬유 다발은 광원(101)을 생산하기 위해서 샘플에 조명빔을 전하기 위해서 사용된다. 일 실시예에서, 약 0.55의 숫자로 표시된 간극을 갖는 보통 40㎛ 직경의 각각의 구성 섬유의 2.4㎜ 직경의 섬유 다발은 광원(101)을 구성하는 물체에 빛을 전해주기 위해 사용될 수 있다. DC 전원장치에 의해 유도된 큰 세기의 텅스텐 필라멘트 램프로부터의 빛 또는 높은 강도로 진동되는 크세논 섬광 등으로부터의 빛은 광섬유에 연결될 수 있다. 어떠한 다른 램프도 조사중인 광학적 파장의 범위에 따라 사용될 수 있다.
천정각(Θ1과 Θ2)사이에서 광원(101)으로부터 발산되는 빛은 파라볼라 반사기(502)에 의해 범위가 정해진다. 게다가 파라볼라 반사기(502)는 특징적인 방위각에 고정될 수 있다. 일 실시예에서, 파라볼라 반사기(502)는 90°보다 큰 |Θ2- Θ1|의 천정각을 교차할 수 있으나, 방위각의 폭보다 적게 교차하는 파라볼라 반사기 또한 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 파라볼라 반사기(502)는 슬릿 간극이나 각 Θ1과 Θ2사이의 특정한 분산 천정각에서 빛을 반사하기 위한 다른 좁은 띠를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 파라볼라 반사기(502)는 천정각 Θ1에서 Θ2의 범위내의 모든 각에 대응하여 빛을 반사하는 연속적인 반사체일 수 있다. 일 실시예에서 포물선 거울(502)은 단지 소정의 방위각(φ) 주위의 좁은 범위의 방위각으로부터의 빛만을 모으기 위해 얇게 할 수 있다. 일 실시예에서 파라볼라 반사기는 원래 기계화된 부분으로부터 복제공정으로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파라볼라 반사기(502)의 일부 단면을 나타낸다. 도 6에 도시된 파라볼라 반사기(502)의 실시예는 반사영역(601)과 비반사영역(602)을 포함한다. 비반사영역은 파라볼라 반사기(502) 상의 흡수띠가 될 수 있고, 파라볼라 반사기(502)에 형성된 슬릿일 수도 있다. 광빔(603)은 광원(101)으로부터의 반사에 의해 비롯하고, 다음 대응하는 특정한 천정각(Θn)에 집광된 빛에 대응하는 불연속의 빛 광빔의 세트에서의 각 광빔과 불연속 광빔의 세트를 포함한다. 광원(101)로부터의 빛은 광원(101)으로부터의 천정각에 대응하여 광원(101)으로부터 발산되는 빛과 결합된 빛의 각 광빔과 실질적으로 광빔에 평행한 포물선 거울로부터 반사된다. 일 실시예에서, 약 5∼8의 천정각 데이터가 얻어지고, 이것은 각이 뚜렷한 물체의 측정을 위한 ASTM 도안 표준 WK1164와 일치한다. 그러면, 파라볼라 반사기(502)로부터 반사되는 광빔(603)은 의사조준된 얇은 광선을 형성할 수 있으며, 각 광선은 Θ1과 Θ2의 각도 사이의 다른 특유의 천정각에 각각 대응한다. 파라볼라 반사기(302)의 일 실시예는 특유의 천정각(Θn)에서 방사된 광이 광빔(603)의 특수한 위치에 대응할 때 연속적인 광빔(603)을 제공한다.
일 실시예는, 파라볼라 반사기(502)가 약 10㎜의 촛점범위를 갖을 수 있다. 그러나 일반적으로 파라볼라 반사기(502)는 어떠한 촛점범위도 가질 수 없다. 10㎜ 촛점범위로 광원(101)은 약 1㎜의 측면범위를 갖을 수 있고, 적은 각도의 각분해능을 유지할 수 있다. 실행에서, 광원(101)은 파라볼라 반사기(502)의 촛점에 배치된다.
본 발명의 일 실시예에서 파라볼라 반사기(502)로부터 반사된 광빔(603)은 도 5에 도시된 콜리메이터(504)에 의해 더 조준될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 콜리메이터(504)는 시야를 더 좁히는 스페이서(도시되지 않음)에 의해 분리된 얇은 판(701)의 기계적인 배열일 수 있다. 일 실시예에서 콜리메이터(504)는 광원(603)을 더 조준하는 교차되는 투과성 및 반사성 표면의 어떠한 배열을 포함한다. 일 실시예에서 광빔(603)은 불연속의 광빔의 세트를 포함하며, 콜리메이터(504)는 대응하는 평행판의 세트를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 광빔(603)은 연속적인 광빔이며, 콜리메이터(504)는 평행판의 세트를 포함함으로써 콜리메이터(504)를 자극하는 광빔(603)은 불연속광빔의 세트를 포함한다. 일 실시예에서 콜리메이터(504)는 전체로서 광빔(603)을 조준하기 위한 한 쌍의 판을 포함한다.
게다가, 일 실시예(도 5)에서 광방해물(503)은 콜리메이터(504)입구로부터 Θ1과 Θ2간의 방위각 범위 밖의 광원(101)으로부터의 빛을 막기 위해 인접한 광원(101)을 고정할 수 있다. 일 실시예에서 연속적인 광원(603)이 이용되고, 콜리메이터(503)는 결여한다.
도 5를 다시 참조하면, 광빔(603)은 불연속광빔을 포함할 수도 포함하지 않을 수도 있는 것으로서, 스펙트럼 소자(506)에 보내진다. 스펙트럼 소자(506)는 광원(603)에 빛을 광학적으로 분산하는 임의의 장치일 수 있다.
일 실시예에서, 촛점렌즈(505)는 광빔(603)을 스펙트럼 소자(506)에 보내기 위해 도입될 수 있다. 일 실시예에서 촛점렌즈(505)는 스펙트럼 소자(506)에 입사하기 전에 평행광빔의 선형 범위를 줄이는 원통형 광빔형성 렌즈일 수 있다. 일 실시예에서, 촛점렌즈(506)는 조준렌즈(512)가 따르는 촛점렌즈(511)을 포함할 수 있다.
스펙트럼 소자(506)는 예를 들면 회절격자나 프리즘과 같은 광빔을 각각의 파장으로 나누는 어떠한 장치를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 약 360 ∼ 약 800㎚의 스펙트럼범위 상의 최대의 효과를 위해 최적화된 1500lines/㎚ 의 전달격자를 갖는 회절격자가 사용된다. 전형적으로 광빔(603)은 스펙트럼 소자(506)에 의해 스펙트럼의 다양한 순서로 회절된다. 각스펙트럼 분배는 이후 광빔(603)의 회절의 한 순서의 빛의 세기를 측정함으로써 결정될 수 있다. 스펙트럼 소자(506)로부터 회절된 광빔은 스펙트럼(507)으로서 도 5에 도시되어 있다. 스펙트럼(507)은 회절의 모든 순서를 포함한다. 도 8c는 0차 회절을 이용하는 본 발명에 따른 각분광 광도계의 실시예를 나타낸다. 기술분야에서의 숙련된 자는 각스펙트럼이 높은 회절순서로부터도 또한 얻어질 수 있음을 인정할 것이다.
도 5에서, 스펙트럼(507)의 단일한 회절순서로부터의 빛은 렌즈시스템(508)에 의해 모아지며, 감지기(509)에 전달된다. 렌즈시스템(508)은 각분광 광도계(500)의 본 실시예에서 촛점렌즈(513)와 이를 따르는 조준렌즈(514)를 포함할 수 있다.
감지기(509)는 예를 들면 전하결합감지기(CCD)배열과 같은 어떤 공간적으로 민감한 감지 장치일 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들면 도 8에 도시된 것처럼, 스펙트럼은 감지기(509)에 의해 감지되기 전에 스크린(801)에 투사될 수 있다. 다른 공간적으로 민감한 광 감지기, 예를 들면 CMOS 카메라나 비디콘 카메라와 같은 것도 이용될 수 있다. 감지기(509)로부터의 신호는 특유의 감지기 시스템에 따라 아날로그 또는 디지털일수 있으며, 이후 분석기나 컴퓨터 시스템(510)에 입력된다. 컴퓨터 시스템(510)은 이후 기록, 나아가 처리 또는 디스플레이를 위해 수집된 데이터로부터 각스펙트럼을 제공한다.
도 8a는 본 발명의 실시예들에 따른 각분광 광도계(800)의 단면도를 나타낸다. 도 5에 기술한 것같이, 천정각(Θ1∼Θ2)의 범위에 대응하는 광원(101)으로부터의 광은 파라볼라 반사기(502)에 의해 획득되어 빔(603)을 향할수 있다. 상기와 같이, 빔(603)은 연속적인 빔이거나 각각의 빔이 이산된 천정각(Θn)에 대응하는 이산된 빔세트일 수 있다. 연속빔에서, 천정각(Θn)으로부터의 광은 빔에서의 위치에 의해 검출될 수 있다.
빔(603)은 스펙트럼 소자(506)에 입사되고, 도 8a는 도 8a에 나타낸 단면에 평행한 괘선을 갖는 회절격자이다. 그러면, 회절된 빔(507)은 스크린(801)에 표시되고 검출기(803)에 의해 검출된다. 도 8a에서, 스펙트럼소자(506)는 회절격자에서 괘선의 방향을 나타내도록 도시된다. 스펙트럼 소자(506)는 반사면에서, 광빔(603)이 스펙트럼소자(506)의 표면에 직접 입사하도록 향한다.
도 8b는 도 8a에 나타낸 방향(AA)을 따라서 각분광 광도계(800)의 직교한 단면을 나타낸다. 천정각(Θn)에 대응하는 슬라이스빔(603)은 파라볼라 반사기(502)로부터 회절하는 것을 나타낸다. 이 평면에서, 스펙트럼 소자(506)의 회절격자는 빔(603)에 대한 각도로 설정된다. 회절격자의 괘선은 도 8b에 나타낸 각분광 광도계(800)의 단면에 직교한다. 천정각(Θn)에 대응하는 회절된 빔(507)의 0차 스펙트럼은 스크린(801)에 표시된다. 그러면, CCD 카메라와 같은 디지털 카메라인 검출기(803)는 천정각(Θn)에 대응하는 스펙트럼을 검출한다.
도 8c는 스크린(801)상에 투사된 스펙트럼, 각스펙트럼의 전체 세트를 나타낸다. 광세기는 예를 들면 각스펙트럼에 셰이딩으로 도시되어 있다. 그 다음, 디텍터(803)는 단일 노출에서 범위(Θ1∼Θ2)에서 모든 천정각에 대한 천정각의 기능으로서 스펙트럼을 동시에 측정할 수 있다. 파장길이의 각각의 슬라이스는 단일 천정각(Θn)(보다 정확하게 Θn주위의 작은 세트의 각(△Θ))에 대응한다. 그러므로, 어떠한 특정 각도에 대한 스펙트럼은 도 8c에 나타낸 천정각(Θn)에서 스펙트럼을 나타내는 슬라이스에 의해 도시된 것같이 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 카메라(803)는 6.45㎛ 제곱 픽셀의 1037 x 1376어레이의 12비트 디지털 CCD 카메라일 있다. CCD 영상은 Photon, Inc.에 의해 생산된 Beam Profiler Software와 같은 디지털 프레임 그래버 소프트웨어를 작동하는 컴퓨터 시스템(510)에서 얻어질 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 획득시간은 디지털 프레임 그래버의 최대 비율에 의거하여 약 90ms이다.
일부 실시예에서, 디지털 프레임 그래버 소프트웨어에 의해 획득된 영상은 분석소프트웨어, 예를 들면 MatLab에 분석을 위해 출력된다. 데이터 분석은 예를 들면 각도에 대한 반사물질의 결정 또는 각스펙트럼 데이터의 CIE 칼라메트릭 공간으로의 변환과 관련된다. 일부 실시예에서, 컴퓨터(510)는 단지 각 스펙트럼이 특정 제조 표준내에 있는지를 확인하기 위해 각 스펙트럼을 검사한다. 이 경우, 각 스펙트럼이 소정 표준밖에 있으면 오퍼레이터에게 경고할 수 있다.
도 9는 제조환경(900)에서 본 발명의 실시예에 따른 각분광 광도계(901)의 활용을 나타낸다. 도 9에 도시된 것같이, 광원(905)은 광파이버(907)와 연결되므로, 제조물(903)는 조명된다. 각분광 광도계(901)는 제조물(903)로부터 분산된 광의 각 스펙트럼이 얻어지도록 위치된다. 일부 실시예에서, 제조물(903)상의 다른 위치에서의 각 스펙트럼이 얻어질 수 있다. 그러면, 각스펙트럼은 얻어진 각 스펙트럼이 소정의 표준내에 위치하는가를 결정하고 그 결과에 의거하여 제조물(903)를 통과 또는 거절한다.
제조물(903)은 각 스펙트럼이 예를 들면 칼라레이션, 페인트 커버리지 또는 다른 특징들과 같이 중요한 파라미터인 임의의 부분일 수 있다. 또한, 제조물(903)은 조립라인에 위치될 수 있고, 그러므로 일단 제조물(903)이 조사되면 다른 제조물(909)이 뒤이어 온다.
각분광 광도계의 실시예는 여기 서술된 것같이, 보다 빠르고 보다 값싼 각 스펙트럼을 획득하기 위해 설치한다. 광원(101)주위의 각각의 천정각에 대한 스펙트럼 데이터는 디지털 카메라로 취득되고, 각각의 천정각 세트로부터 각각의 스펙트럼이 또한 동시에 획득한다. 그러므로, 본 발명에 따르는 각분광 광도계의 실시예는 단지 단일 디지털 카메라만 또는 CCD 검출기를 활용할 수 있고, 단일 카메라에 의한 데이터 획득에 걸린 시간에 동시에 스펙트럼을 획득할 수 있다.
이 명세서에 기술된 실시예는 단지 일예에 불과하고 여기에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이 본 발명은 다음의 청구범위에 의해서만 한정된다.
본 발명에 따른 실시예는 각분광 광도계의 분석을 요구하는 응용에 대하여 샘플 물질 또는 광원의 각도에 대하여 색스펙트럼을 얻는 보다 신속한 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 방법은 각측정기, 고정 다각기 및 타원형 미러를 갖춘 스캐터로미터와 같은 많은 다른 응용분야에 적용할 수 있다.
도 1은 검출기 시스템이 광원의 주변을 주사할 때 각분광 광도계의 실시예를 도시한다.
도 2는 광원이 조명된 물질인 경우에 도 1에 설명된 각분광 광도계의 실시예를 도시한다.
도 3은 광원에 대하여 고정된 각도에 위치하는 다수의 검출기/분광계를 포함하는 각분광 광도계의 실시예를 도시한다.
도 4는 광원이 조명된 물질인 경우에 도 3에 나타낸 각분광 광도계의 실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 광도계 기구를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예로 활용될 수 있는 파라볼라 반사기의 실시예를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예로 활용될 수 있는 콜리메이터의 실시예를 도시한다.
도 8a는 본 발명에 따른 각분광 광도계의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 8b는 본 발명에 따른 각분광 광도계의 실시예의 도 8a에 나타낸 AA 방향에 따른 단면도를 도시한다.
도 8c는 본 발명에 따른 각분광 광도계의 실시예에서 검출기에 의해 검출된 샘플 각스펙트럼을 도시한다.
도 9는 제조 과정에서 본 발명의 일부 실시예에 따른 각분광 광도계의 활용을 도시한다.

Claims (30)

  1. 광원으로부터의 특정 방위각에서 천정각 범위로부터의 광을 포함하는 광빔을 제공하기 위해 광원으로부터의 광을 파라볼라 반사하고,
    빔으로부터의 광을 스펙트럼 분산하고, 그리고
    빔에 대응하고, 천정각의 범위에 대응하는 스펙트럼을 포함하는 각 스펙트럼을 획득하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    광빔은 이산빔세트를 포함하고, 이산빔세트의 각 빔은 천정각범위에서의 천정각에 대응하는 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    이산빔세트를 시준하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    광빔으로부터의 광을 스펙트럼 분산하는 것은 회절격자에서 광빔을 회절하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    빔으로부터 광을 스펙트럼 분산하기 전에 빔을 포커싱하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    각 스펙트럼을 획득하는 것은 천정각 범위내에서 복수의 천정각에 대응하는 회절격자로부터 스펙트럼을 검출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    스펙트럼은 0차스펙트럼인 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    스펙트럼은 고차스펙트럼인 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    회절격자로부터의 스펙트럼은 스크린에 투사되는 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    스펙트럼을 검출하는 것은 디지털 카메라에서 스펙트럼의 이미지를 디지털로 획득하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 디지털 카메라는 CCD 카메라인 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    광원은 조명 빔에 의해 조명된 샘플인 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 조명빔은 광파이버를 통해 조명빔에 연결된 광원으로부터의 결과인 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  14. 광원으로부터의 광을 수신하여 광빔을 생성하기 위해 설치된 파라볼라 반사기,
    파라볼라 반사기로부터 광빔을 수신하고 회절된 빔을 생성하기 위해 설치된 스펙트럼 소자,및
    회절된 빔으로부터의 각 스펙트럼을 검출하기 위해 연결된 광검출시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 각분광 광도계.
  15. 제 14항에 있어서,
    파라볼라 반사기는 반사 및 비반사의 교대 줄무늬를 포함하는 것을 특징으로 하는 각분광 광도계.
  16. 제 14항에 있어서,
    파라볼라 반사기와 회절소자사이에 위치된 콜리메이팅소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각분광 광도계.
  17. 제 16항에 있어서,
    콜리메이팅소자는 평행판 세트인 것을 특징으로 하는 각분광 광도계.
  18. 제 14항에 있어서,
    스펙트럼소자는 회절격자인 것을 특징으로 하는 각분광 광도계.
  19. 제 14항에 있어서,
    광검출시스템은 각 스펙트럼을 획득하기 위해 설치된 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 각분광 광도계.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 카메라는 CCD 어레이인 것을 특징으로 하는 각분광 광도계.
  21. 제 19항에 있어서,
    카메라는 디지털 카메라인 것을 특징으로 하는 각분광 광도계.
  22. 제 14항에 있어서,
    파라볼라 안테나와 스펙트럼 소자사이에 연결된 집속광을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각분광 광도계.
  23. 제 14항에 있어서,
    파라볼라 반사기와 스펙트럼 소자사이에 연결된 집속광을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각분광 광도계.
  24. 제 14항에 있어서,
    광검출기 시스템에 의해 검출된 각스펙트럼을 분석하기 위해 광검출기에 연결된 컴퓨터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각분광 광도계.
  25. 방위각에 대한 천정각 범위에서 광원으로부터의 광을 획득하여 광빔을 제공하는 수단,
    광빔에서의 광을 스펙트럼 분산하는 수단,
    천정각의 범위에 대응하는 각 스펙트럼을 회득하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 각분광 광도계.
  26. 조명 광원을 설치하고,
    제조물의 일부가 조명 광원에 의해 조명되도록 제조물을 위치시키고,
    파라볼라 반사기에서 천정각의 범위에 대응하는 제조물의 일부로부터 분산된 광을 집광하고, 파라볼라 반사기로부터 반사된 광빔을 형성하고,
    회절된 빔을 형성하기 위해 광빔을 회절하고,
    회절된 빔으로부터 각 스펙트럼을 검출하고,
    각 스펙트럼이 표준내에 있는지 결정하고,
    각 스펙트럼이 표준내에 있는지 결정한 결과에 의거하여 제조물을 통과 또는 거절하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조물을 조사하는 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    조명 광원을 설치하는 것은 램프로부터의 광을 제조물위에 위치하는 광파이버와 결합시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  28. 제 26항에 있어서,
    회절된 빔을 형성하기 위해 광빔을 회절하는 것은 회절격자를 광빔에 위치시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  29. 제 26항에 있어서,
    각스펙트럼을 검출하는 것은 위치감지 검출기로 회절된 빔을 측정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 위치감지 검출기는 CCD 어레이인 것을 특징으로 하는 각스펙트럼을 얻는 방법.
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