KR20110101726A - 자동 교정 분광계 및 그 교정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측정기로서 교정상태가 대단히 중요한 분광계에 자체적인 교정 수단을 오차 없이 부가하도록 하여 정밀한 측정이 가능하도록 한 자동 교정 분광계 및 그 교정 방법에 관한 것으로, 교정을 위한 파장 교정부와 파워 교정부를 분광계 내부에 구성함과 아울러, 교정 환경과 측정 환경이 동일하도록 한 분기형 광섬유 케이블을 적용하도록 함으로써, 분광계 자체적으로 자동 교정이 가능하여 측정 신뢰성을 극히 높일 수 있는 효과가 있고, 분광계의 입사부분에 동일한 길이의 분기 광섬유가 구성된 분기형 광섬유 케이블과 상기 분기형 광섬유 케이블에 연결된 교정부 및 상기 교정부의 동작상태를 외부 제어부와의 통신을 이용하여 자동적으로 실시하는 제어부를 교정모듈로 추가 적용함으로써, 필요에 따라 분광계에 자체 교정 기능을 선택적으로 적용할 수 있어 신뢰성에 따른 제품의 선택 폭을 넓힐 수 있는 효과가 있다.

Description

자동 교정 분광계 및 그 교정 방법{AUTOMATIC CALIBRATING SPECTROMETER AND CALIBRATING METHOD THEROF}

본 발명은 자동 교정 분광계 및 그 교정 방법에 관한 것으로, 특히 측정기로서 교정상태가 대단히 중요한 분광계에 자체적인 교정 수단을 오차 없이 부가하도록 하여 정밀한 측정이 가능하도록 한 자동 교정 분광계 및 그 교정 방법에 관한 것이다.

광학 기술의 발전은 다양한 산업 전반에 영향을 주어 미세 가공에서부터 초고속 통신에 이르는 광범위한 차세대 기술의 기반이 되고 있다. 특히, 직진성이 강한 레이저를 이용하여 미세 가공이나 표면을 개질하는 기술, 의학용 메스나 특정 세포를 선별 제거하는 기술, 광학 매체를 이용하여 데이터를 재생하는 기술, 광섬유의 전반사를 활용한 초고속 통신 기술 및 나노 크기의 입체적 시료에 대한 구성을 파악하는 현미경 기술 등 산업 및 의료 기술에 접목된 광학 기술은 점차 그 중요성이 높아지고 있다.

특히, 분광계(spectrometer) 혹은 분광기(monochrometer)(이하, 분광계로 통칭하여 설명)는 전자기파를 파장의 차이에 따라 분해하여 그 세기 분포를 특정하는 것으로, 일반적으로 전자기파 뿐만 아니라 전자선 등의 입자선 에너지 분석장치를 포괄하여 칭해진다. 특히, 이러한 분광계를 이용한 스펙트럼의 관측으로부터 물질 중의 전자와 원자핵의 배열, 그리고 운동에 관한 정보를 얻을 수 있기 때문에 이러한 분광계를 이용한 분광학은 물질의 연구 수단으로 중요하게 사용되고 있다. 이러한 분광계는 잘 알려져 있는 빛과 열 외에 x선, 감마선, 마이크로파 등이 사용될 수 있다.

이러한 분광계의 간단한 활용 방식은 소정 파장의 광원을 시료에 투사하고, 시료를 투과한 광을 슬릿을 통해 획득하여 해당 파장에 대해 관찰하는 것으로 시료가 방출하거나 흡수하는 빛의 스펙트럼을 계측하는 것으로 시료에 대한 정보를 파악하는 것이다. 다른 활용으로 광원 자체의 파장과 파워 특성을 측정하기 위해서도 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 회절형 분광계의 구조를 보인 것으로, 도시한 바와 같이 기 설정된 파장 대역의 광원(1)에 의한 광이 입사되는 입사 슬릿(input slit)(2)과, 상기 입사 슬릿(2)을 통과한 광을 평행광으로 변환하는 시준 렌즈(3)와, 상기 시준 렌즈(3)를 통과한 광을 해당 광의 파장에 따라 회절시키는 반사형 회절판(4)과, 상기 회절된 광의 경로 설정을 위해 회절광을 반사시키는 거울(5)과, 상기 거울에 반사된 광을 집광하는 집광 렌즈(6)와, 상기 집광 렌즈(6)에 의해 집광된 광을 시각적으로 분석하기 위한 영상을 획득하는 카메라(7)로 이루어진다. 여기서, 상기 시준 렌즈(3)나 집광 렌즈(6) 대신 반사식 오목 거울을 이용하여 구성(Czerny-Turner 구성)할 수도 있고, 카메라(7) 앞단에 선택 파장을 선별하기 위한 출력 슬릿을 구성할 수도 있다.

상기 일반적인 회절형 분광계의 경우 반사형 회절판(4)을 이용하여 입사광의 스펙트럼을 제공하게 되는데, 이러한 반사형 회절판(4)의 경우 입사광의 파장 대역에 따라 고정된 회절각도를 가지게 되므로 단일 대역 파장에 대해서만 사용이 가능하다.

도 2는 도 1의 분광계를 개량하여 복수의 파장에 대응할 수 있도록 구성한 파장 가변 분광계의 예로서, 도시된 바와 같이 관찰할 외부 광원을 선별하는 입사 슬릿(11)과, 상기 입사 슬릿(11)을 통과한 광을 평행하게 하는 시준 렌즈(12)와, 해당 시준 렌즈(12)를 통해 평행해진 광선의 경로를 변경하는 거울(13)과, 상기 거울(13)에 반사된 광을 파장에 따른 고유 각도로 회절시키고 이를 고정된 각도의 광경로로 반사시키는 투과형 회절판(15)과 거울(14)이 일체화된 파장 가변 구조물과, 상기 거울(14)에 의해 반사된 광을 집광하는 집광 렌즈(16)와, 상기 집광 렌즈(16)를 통해 집광된 광의 스펙트럼을 관찰하기 위한 카메라(17)로 이루어진다. 여기서, 상기 투과형 회절판(15)과 거울(14)이 일체로 이루어진 파장 가변 구조물은 그 결합부분을 기준으로 회전시켜 투과형 회절판(15)의 회절각도를 조절하게 되는데, 입사광 파장 최적 회절 각도가 되도록 함으로써 그 효율을 최상으로 유지할 수 있게 된다. 이러한 구성에서 파장 선택시 한축의 회전만 필요하며, 집광 렌즈(16)와 카메라(17)의 위치는 변화될 필요가 없다. 이러한 구성의 경우 광경로 상의 입사 및 출력 경로가 변화되지 않는 장점이 있는 반면, 회전에 의해서 광경로의 길이가 가변 되어 측정 환경은 변화되게 된다.

도시된 구성 외에 반사형 회절판과 거울을 각각 조절하는 방식의 파장 가변 분광계도 사용되고 있고, 회절판과 나머지 광경로 모두가 각각 조절되는 방식의 파장 가변 분광계도 사용되고 있는 등 파장 가변 분광계의 종류는 다양하다. 하지만 대부분의 파장 가변 분광계는 원하는 파장 대역을 선택할 경우 내부 광학 수단이 움직이게 되어 광경로의 방향이나 광경로의 길이가 변화되게 된다.

상기와 같은 다양한 종류의 분광계들은 모두 기계적인 구조물에 연결된 광학수단을 이용하고, 역시 기계적으로 고정된 카메라에 촬상되는 광선의 위치와 세기를 기준으로 측정을 실시한다. 따라서, 온도와 습도에 따른 분광계 구조물의 미세한 변형에 대단히 취약하여 주기적으로 교정을 실시해야한다. 특히, 파장 가변 분광계의 경우 파장 변환을 위한 광학수단의 이동에 의해서 광경로의 길이가 가변되면 교정이 필수적이다. 이는 분광계의 구조 상 입사광이 회절된 상태를 카메라가 촬상하여 그 촬상 영역을 기준으로 파장 및 파워를 측정하므로 광경로가 가변될 경우 동일한 파장과 파워의 광이 입사되더라도 카메라의 촬상 위치와 측정 파워가 가변되기 때문에다.

그에 따라 대부분의 분광계 사용자들은 분광계 사용 전에 분광계의 교정을 실시하게 되는데, 현재까지는 이러한 교정 과정은 복잡한 교정용 별도 장치들을 분광계 외부에 어지럽게 연결한 후 교정치를 산출하는 수작업으로 진행되고 있다.

도 3은 분광계 교정을 위한 구성을 보인 예로서, 도시한 바와 같이 분광계(20)를 교정하기 위해서 적분구(30)라는 특수한 장치와 교정을 위한 전문 장비로 별도 판매되는 파장 교정기(40) 및 파워 교정기(50)가 필요하다.

적분구(30)는 외부 환경에 따른 변형이 작은 견고한 금속으로 이루어지며 내부에는 원형의 백색 반사제가 코팅된 공간이 있고, 상기 내부 공간을 선택적으로 노출시키기 위한 복수의 홀과 이를 막는 마개가 구성되어 있어 복수의 광원들을 한번에 연결할 수 있게 되어 있다.

이러한 적분구(30)는 그 크기가 크고, 고가이며 매번 수동으로 조작해야 하기 때문에 사용이 불편함에도 불구하고, 측정하고자 하는 광원과 교정을 실시하는 위치가 동일해야 측정 환경을 동일한 조건으로 유지할 수 있다는 점 때문에 분광계 교정에 사용되고 있다. 이러한 장치가 없을 경우에는 측정 시마다 분광계에 교정 광원을 교대로 연결하는 작업이 필요하기 때문에 대부분의 경우 적분구(30)를 이용한다.

상기 파장 교정기(40)는 도 4와 같이 알려져 있는 복수의 파장을 정확하게 방사하는 장치이고, 상기 파워 교정기(50)는 도 5와 같이 알려져 있는 파장별 세기를 정확하게 제공하는 장치이다. 여기서 도 4와 도 5의 가로축은 파장을 의미하고, 세로축은 각각 파워를 의미한다. 이러한 파장 교정기(40)와 파워 교정기(50)의 출력 광원(33, 34)은 측정하고자 하는 피측정 광원(32)과 완전히 동일한 위치에서 제공되어야만 해당 피측정 광원(32)을 측정하기 위한 분광계(20)의 교정이 가능하게 되므로 교정을 위한 구성이 쉽지 않다. 예를 들어, 교정 후 상기 적분구(30)와 분광계(20)를 연결하는 광섬유(25)를 교체하거나 길이를 달리할 경우라면 교정을 다시 해야만 한다.

결국, 파장 가변 분광계는 파장 가변시마다 복잡한 교정을 다시 해야하고, 환경을 바꿀 수 없기 때문에 적분구를 항상 연결해야만 하여 구성이 복잡해지고 매번 수동으로 교정 과정을 수행해야만 한다. 한편, 대역이 고정된 분광계의 경우에는 이러한 구성이 어렵고 고가의 별도 장비들이 필요하기 때문에 대부분 교정 없이 측정이 이루어지고 있어 측정 신뢰성이 낮아 결국 상당한 오차가 발생할 수 있다.

상기와 같은 분광계의 교정 문제점을 해결하기 위해 새롭게 제안하는 본 발명 실시예들의 목적은 교정을 위한 파장 교정부와 파워 교정부를 분광계 내부에 구성함과 아울러, 교정 환경과 측정 환경이 동일하도록 한 분기형 광섬유 케이블을 적용하도록 함으로써, 분광계 자체적으로 자동 교정이 가능하도록 한 자동 교정 분광계 및 그 교정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명 실시예들의 다른 목적은 분광계의 입사부분에 동일한 길이의 분기 광섬유가 구성된 분기형 광섬유 케이블과 상기 분기형 광섬유 케이블에 연결된 교정부 및 상기 교정부의 동작상태를 외부 제어부와의 통신을 이용하여 자동적으로 실시하는 제어부를 교정모듈로 추가 적용함으로써, 필요에 따라 분광계에 자체 교정 기능을 추가할 수 있도록 한 자동 교정 분광계 및 그 교정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명 실시예들의 또 다른 목적은 주기적 혹은 측정 상태 변경 시 분광계에 교정 광원을 제공하고 그 출력을 카메라로부터 획득하여 교정 광원과의 상태를 비교한 후 그 보정 정보를 산출하거나 자체적으로 보정하는 제어부를 구성하도록 함으로써, 교정 작업이 용이하고 신속하게 이루어질 수 있도록 한 자동 교정 분광계 및 그 교정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명 실시예들의 또 다른 목적은 교정부와 측정 대상에 대해 각각 연결된 분기 광섬유를 통해 서로 다른 기 설정된 수준의 파워가 전달 되도록 하고 이를 고려한 자동 교정이 이루어지도록 함으로써 교정에 사용되는 광경로 상의 비율을 낮추어 측정 대상에 대한 측정 정밀도를 높이면서 자동 교정이 가능하도록 한 자동 교정 분광계 및 그 교정 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 교정 분광계는 입사부를 통해 입사되는 광을 분해하는 광학부와 상기 광학부에서 분해된 광의 파장과 파워를 측정하는 카메라를 구비한 분광 측정부에 교정부가 적용된 자동 교정 분광계로서, 상기 입사부에 연결되며 복수의 동일한 길이를 가진 광섬유로 분기되어 그 중 적어도 하나가 측정용으로 할당되는 분기형 광섬유 케이블과; 상기 분기형 광섬유 케이블에서 분기된 하나 이상의 광섬유에 연결되어 교정용 광원을 제공하는 교정 광원부와; 상기 교정 광원부를 제어하여 교정을 실시하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

상기 분기형 광섬유 케이블은 동일한 길이와 코어를 가지는 분기 광섬유들과; 상기 분기 광섬유들의 코어가 조합되어 단일 광섬유로 제공되는 통합 광섬유와; 상기 분기 광섬유들을 상기 통합 광섬유와 연결하는 콤바이너를 포함하여 이루어진다.

상기 분기형 광섬유 케이블의 통합 광섬유는 상기 분기 광섬유들의 코어를 수직으로 배치하여 슬릿 사용을 대체하는 것이 바람직하다.

상기 분기 광섬유들은 복수의 코어들을 포함하고, 상기 통합 광섬유는 상기 분기 광섬유들의 코어들이 교차 혹은 순차적으로 배치될 수 있다.

상기 교정 광원부는 표준 파장의 광원을 제공하는 파장 교정부와 표준 파워의 광원을 제공하는 파워 교정부 중 하나를 포함할 수 있고, 이들을 모두 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는 주기적이거나 기 설정된 제어 신호에 따라 상기 교정부를 동작시킨다. 여기서 상기 제어부는 상기 광학부의 변형이 발생하는 경우마다 상기 교정 광원부를 동작시키는 것이 바람직하다.

상기 교정부는 적어도 상기 분기형 광섬유 케이블과 교정 광원부를 포함하는 모듈로 구성되고, 상기 분광 측정부에 착탈식으로 결합될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 교정 분광계의 교정 방법은 입사부를 통해 입사되는 광을 분해하는 광학부와 상기 광학부에서 분해된 광의 파장과 파워를 측정하는 카메라를 구비한 분광 측정부의 입사부에 복수의 동일한 길이를 가진 광섬유로 분기되어 일부는 내장 교정 광원과 연결되고 일부는 측정 대상에 할당된 분기형 광섬유 케이블을 연결하여 단일 구조물의 자동 교정 분광계를 구성하는 교정부 적용 단계와; 상기 분광 측정부를 통한 측정 전에 상기 교정 광원을 구동하여 그에 따른 상기 카메라의 출력과 상기 교정 광원에 대한 기 설정된 출력을 비교하는 것으로 교정치를 산출하는 교정 단계와; 상기 교정치 산출 단계 후 상기 교정 광원의 구동을 중지하고 상기 측정 대상에 할당된 분기형 광섬유 케이블의 분기된 광섬유를 통해 검사 대상 광을 상기 분광 측정부의 입사부에 제공하며, 상기 카메라의 출력에 상기 교정치 산출 단계에서 얻어진 교정치를 적용하여 측정 결과를 보정하는 측정 단계를 포함한다.

상기 교정 광원은 표준 파장의 광원을 제공하는 파장 교정부와 표준 파워의 광원을 제공하는 파워 교정부를 포함하며, 상기 교정 단계는 상기 파장 교정부와 파워 교정부를 순차적으로 동작시켜 파장과 파워에 관한 교정치를 각각 산출하는 단계를 포함한다.

상기 교정 단계는 주기적으로 실시되거나, 상기 광학부의 변화 시 동작할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 자동 교정 분광계 및 그 교정 방법은 교정을 위한 파장 교정부와 파워 교정부를 분광계 내부에 구성함과 아울러, 교정 환경과 측정 환경이 동일하도록 한 분기형 광섬유 케이블을 적용하도록 함으로써, 분광계 자체적으로 자동 교정이 가능하여 측정 신뢰성을 극히 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 자동 교정 분광계 및 그 교정 방법은 분광계의 입사부분에 동일한 길이의 분기 광섬유가 구성된 분기형 광섬유 케이블과 상기 분기형 광섬유 케이블에 연결된 교정부 및 상기 교정부의 동작상태를 외부 제어부와의 통신을 이용하여 자동적으로 실시하는 제어부를 교정모듈로 추가 적용함으로써, 필요에 따라 분광계에 자체 교정 기능을 선택적으로 적용할 수 있어 신뢰성에 따른 제품의 선택 폭을 넓힐 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 자동 교정 분광계 및 그 교정 방법은 주기적 혹은 측정 상태 변경 시 분광계에 교정 광원을 제공하고 그 출력을 카메라로부터 획득하여 교정 광원과의 상태를 비교한 후 그 보정 정보를 산출하거나 자체적으로 보정하는 제어부를 구성하도록 함으로써, 교정 작업이 용이하고 신속하게 이루어질 수 있도록 하여 측정 전에 교정 작업을 통해 신뢰성을 극대화 함과 아울러 교정에 따른 번거로움을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 자동 교정 분광계 및 그 교정 방법은 교정부와 측정 대상에 대해 각각 연결된 분기 광섬유를 통해 서로 다른 기 설정된 수준의 파워가 전달 되도록 하고 이를 고려한 자동 교정이 이루어지도록 함으로써 교정에 사용되는 광경로 상의 비율을 낮추어 측정 대상에 대한 측정 정밀도를 높이면서 자동 교정이 가능하도록 하여 측정 성능의 감소를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 분광계 구성을 보인 개념도.
도 2는 종래의 파장 가변 분광계 구성을 보인 개념도.
도 3은 종래의 분광계 교정 구성을 보인 개념도.
도 4는 파장 교정기의 제공 파형예.
도 5는 파워 교정기의 제공 파형예.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동 교정 분광계의 구성을 보인 구성도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 교정 분광계의 구성을 보인 구성도.
도 8은 본 발명의 또 따른 실시예에 따른 자동 교정 분광계의 구성을 보인 구성도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 교정 방법을 보인 순서도.

상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동 교정 분광계의 구성을 보인 것으로, 도시한 바와 같이 기본적인 회절형 분광계의 광학적 구성인 고정식 분광 측정 부분에 교정부를 부가한 것이다.

즉, 고정된 파장 대역으로 입사되는 측정광이나 교정광을 평행광으로 변환하는 시준 렌즈(210)와, 상기 시준 렌즈(210)를 통과한 광을 파장에 따라 회절시키는 투과형 회절판(220)과, 상기 투과형 회절판(220)에 의해 회절된 광을 집광하는 집광 렌즈(230)와, 상기 집광 렌즈(230)에 의해 집광된 광을 시각적으로 분석하여 그 결과를 출력하는 카메라(240)를 포함하는 분광부(200)를 기본 분광부의 구성으로 한다. 상기 분광계는 일반적으로 외부 제어부(예를 들어 개인용 컴퓨터나 연구용 단말, 혹은 전용 컴퓨터 등)와 연결되어 실질적인 측정치 보상과 사용자 인터페이스 등은 상기 외부 제어부로 제공되기 때문에, 이를 위한 인터페이스(250)를 구비할 수 있다.

상기와 같은 기본적인 분광부 구성에 측정광이나 교정광이 입사되는 입사부에 연결되며 복수의 동일한 길이를 가진 광섬유로 분기되는 분기형 광섬유 케이블(110, 111, 112, 113, 114)과, 상기 분기형 광섬유 케이블에서 두개의 분기 광섬유 말단에 각각 연결되는 파워 교정부(120)와 파장 교정부(130)와, 상기 파워 교정부(120) 및 파장 교정부(130)의 동작을 제어하는 제어부(140)를 포함하는 교정부(100)가 더 구성된다.

상기 교정부(100)에 적용되는 분기형 광섬유 케이블은 상기 입사부에 연결되는 연결부(111)와, 상기 연결부(111)와 복수의 분기 광섬유(112, 113, 114)를 그 코어를 기준으로 결합시키는 콤바이너(110)로 이루어진다. 여기서, 상기 연결부(111)는 광섬유 형태로 이루어질 수 있으며, 상기 분기 광섬유(112, 113, 114)의 코어가 조합되는 통합 광섬유의 형태를 가질 수 있다.

상기 교정부(100)의 분기 광섬유(112, 113, 114)는 적어도 동일한 길이로 이루어져야 하는데, 이는 이를 통해 제공되는 측정광의 파장과 교정광의 파장이 동일한 측정 파장 거리를 유지해야만 실제 측정광을 기준으로 하는 교정이 가능하며, 그 거리가 상이할 경우 파장 교정 및 파워 교정치가 상이해지기 때문에 정밀한 교정이 불가능해진다.

따라서, 상기 분기 광섬유(112, 113, 114)들은 그 길이(L1, L2, L3)가 동일해야 하고, 그 코어의 비율이 같거나 일정해야한다.

상기 분기 광섬유(112, 113, 114)의 코어들은 연결부(111), 혹은 그에 대응되는 통합 광섬유의 코어에 직접 연결될 수도 있고, 상기 분기 광섬유들의 코어가 통합 광섬유의 코어 부분에 밀집하여 배치될 수도 있다. 또한, 상기 분기 광섬유의(112, 113, 114)의 코어는 단일 코어를 가질 수도 있고, 복수 코어들이 통합된 형태를 가질 수도 있으며, 이러한 경우 연결부(111)에서는 상기 복수 코어들이 분산, 혹은 순차적으로 배치될 수 있다.

일반적으로, 광섬유 코어를 분기하는 구성은 데이터통신을 위한 용도의 광선로 구성 중 PON(Passive Optical Network)에서 사용되고 있는데, 이는 통신사에 설치된 한대의 OLT(Optical Line Terminal)와 복수의 댁내 설치용 ONU(Optical Network Unit)를 연결하기 위하여 적용되고 있다. 따라서, 이러한 광섬유 코어에 대한 직접 분기 구성(컴바이너)을 데이터 통신이 아닌 분광계 보정을 위한 새로운 용도로 활용함으로써 실제 측정 대상과 카메라 사이의 광학적 경로 길이와 교정을 위한 광원과 카메라 사이의 광학적 경로 길이를 동일하게 하면서도 상호 간섭을 최소화하도록 한다. 또한, 동일하거나 특정 비율로 고정된 파워 측정 환경을 제공할 수 있다.

다른 방식으로 LED 측정과 같은 경우에는 광전달 수단인 광섬유 코어의 크기가 커야하므로 복수의 코어들을 클래드(clad)가 둘러싸는 형태의 광섬유를 이용할 수 있는데, 이러한 경우 각 분기 광섬유에서 코어들만 모아서 클래드로 둘러싸도록 구성함으로써 통합 광섬유로 수렴할 수 있다. 이 경우 각 분기 광섬유의 코어들은 통합 광섬유에서 유사한 분포로 분포되거나 일정한 규칙에 따라 순차 배치될 수 있다. 이러한 구성에서도 실제 측정 대상과 교정 광원 모두가 카메라까지 동일한 광학적 거리를 가지게 되고, 같거나 혹은 특정 비율로 고정된 파워 측정 환경을 제공할 수 있게 된다.

더불어, 상기 연결부(111)의 코어 구성은 전통적인 형태인 원형이 될 수 있으나 효율을 높이기 위해서 직선으로 배치되는 것이 바람직하며, 이러한 경우 슬릿을 생략할 수 있고 그에 따라 슬릿에 의해 소실되는 광을 줄여 측정 효율을 높일 수 있다.

상기 파장 교정부(120)와 파워 교정부(130)는 각각 도 4 및 도 5와 같은 표준적인 파장을 제공하며, 균일한 분기 광섬유에 의해서 실제 측정에 사용되는 분기 광섬유와 동일한 조건에서 분광부에 제공되게 된다.

상기 제어부(140)는 외부 제어부와 인터페이스(250)를 통해 연결될 수 있고, 상기 외부 제어부의 제어에 의해서 교정이 필요한 경우 상기 파워 교정부(120)와 파장 교정부(130)를 순차적으로 동작시며 이때 상기 외부 제어부는 카메라(250)의 출력을 상기 파장 교정부(120)와 파워 교정부(130)의 표준 출력에 대응시켜 그 편차를 구함으로써 교정치를 산출할 수 있다. 이후, 상기 파장 교정부(120) 및 파워 교정부(130)의 동작을 정지시키고 검사 대상이 연결되는 분기 광섬유(112)로부터 검사 대상을 측정할 경우 상기 얻어진 교정치를 적용할 수 있게 된다.

한편, 상기 파장 교정부(120)와 파워 교정부(130) 모두가 적용되는 경우 완전한 교정이 가능하지만, 필요에 따라서 이들 중 하나만 적용될 수도 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예의 구성을 보인 것으로, 도시한 바와 같이 파장 가변형 광학부로 이루어진 분광부와 제어부의 기능이 분광부의 내장 제어부 기능을 이용하도록 구성된 교정부로 이루어진 예이다.

상기 분광부는 파장 가변 분광 측정 방식의 예로서, 도시된 바와 같이 관찰할 외부 광원을 평행하게 하는 시준 렌즈(310)와, 해당 시준 렌즈(310)를 통해 평행해진 광선의 경로를 변경하고 파장에 따른 고유 각도로 회절시켜 고정된 각도의 광경로로 제공하는 거울(320) 및 투과형 회절판(330)이 일체로 구성된 파장 가변 구조물과, 상기 파장 가변 구조물에 의해 회절된 광을 집광하는 집광 렌즈(350)와, 상기 집광 렌즈(350)를 통해 집광된 광의 스펙트럼을 관찰하기 위한 카메라(360)를 포함한다. 더불어, 원하는 파장에 따라 최적의 회절각으로 상기 파장 가변 구조물을 회전시키는 구동부(340) 및 상기 구동부(340)를 외부 입력 파장에 따라 정확하게 회전시키는 제어부(370)로 이루어진다. 상기 제어부(370)는 외부 제어부와 인터페이스(371)를 통해 연결되어 제어될 수 있고, 상기 카메라(360)와 외부 제어부를 인터페이스할 수도 있다. 일반적으로 상기 제어부(370)는 외부 제어부와 연동하여 동작하게 되지만 외부 제어부 없이 자체적으로 대역 선택 정보를 입력받아 분광측정된 결과를 제공할 수도 있다.

기본적으로 파장 가변 분광계의 경우에는 구동부(340)를 동작시키고 필요한 경우 외부 제어부와 통신하기 위한 제어부(370)가 필수적으로 구성되기 때문에 분기형 광섬유 케이블(160)과 상기 분기형 광섬유 케이블(160)의 2개 분기 광섬유에 연결되는 파워 교정부(170) 및 파장 교정부(180)로 교정부(150)가 구성될 수 있으며, 상기 교정부(150)에 상기 제어부(370)와 상기 파워 교정부(170) 및 파장 교정부(180)를 연결하는 인터페이스를 구성할 수 있다.

상기 분기형 광섬유 케이블(160)의 분기 광섬유 중 하나는 검사 대상(191)을 측정하기 위한 광 인터페이스(190)와 연결될 수 있으며, 이러한 광 인터페이스(190)만 노출한 상태로 상기 교정부(150)는 실질적인 파장교정 분광계(150)의 내부에 위치할 수 있어 외부에서는 교정부(150)의 구성을 알 수 없도록 할 수 있다.

한편, 상기 파장 가변형 광학계를 구비한 분광부의 경우에는 파장이 가변될 경우마다 검사 대상과 실제 카메라 사이의 파장거리가 달라지기 때문에 필수적으로 교정이 필요하게 되는데, 이를 매번 수작업으로 실시할 경우 대단히 번거롭고 구성이 복잡하게 된다. 또한, 추가적인 교정 구성들 없이는 정확한 측정 자체가 불가능하기 때문에 파장 가변형 광학계를 구비한 분광계에의 경우 도시한 구성을 적용하여 파장 선택이 발생하는 경우마다 상기 제어부(370)가 자동적으로 교정을 실시하도록 하여 사용자는 교정 사실을 인지하지 못한 상태에서 교정이 이루어질 수 있어 분광계에 대한 신뢰성을 극히 높일 수 있게 되며 그로 인한 사용자 편의 역시 크게 높일 수 있게 된다.

한편, 상기 제어부(370)는 상기 교정이 실시되는 과정에서 상기 카메라(360)의 출력을 확인하여 제어부(370)가 자체적으로 교정치를 연산할 수 있으며, 이를 자체적으로 적용하거나 이를 외부 제어부에 전달해 줄 수도 있다. 그에 따라 외부 제어부의 변화를 최소화할 수 있으며, 분광계의 자체 측정 신뢰도를 크게 높일 수 있게 된다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 교정부(420)를 분광부(410)와 착탈식으로 결합할 수 있도록 한 자동 교정 분광계(400)의 구성을 보인 예로서, 도시한 바와 같이 검사 대상이 연결되는 광 인터페이스(421)와, 분기형 광섬유 케이블(423) 및 교정광을 제공하는 교정 광원부(422)가 착탈 가능한 케이스 내에 구성되고, 상기 분광부(410)의 제어부와 상기 교정 광원부(422)가 전기적으로 연결될 수 있는 인터페이스(미도시)가 상호 구성될 경우, 도시된 교정부(420)를 분광부(410)와 분리할 수도 있다.

도시된 구성에서는 상기 분기형 광섬유 케이블(423)의 출력광이 분광부(410)의 입사부에 정확히 제공될 수 있도록 거울(424)과 같은 광학부가 적용되었으나, 이는 분기형 광섬유 케이블(423)이 직접 분광부(410)의 입사부에 연결되는 형태가 될 수도 있다.

더불어, 상기 교정부(420)는 실질적으로 분광부(410)를 포함하는 자동 교정 분광계(400)의 입력단 부분에 모듈 형태로 착탈될 수도 있어 그 포함 여부에 상관 없이 동일한 외관을 가질 수도 있다. 이 경우 교정부(420)가 생략될 때 상기 광 인터페이스(421)와 분광부(410)의 입력부 사이에 내부 광섬유가 구성될 수도 있다.

한편, 상기 분광부(410)에 구성되는 제어부(411)는 상기 교정부(420)의 착탈 여부를 센싱하여 교정부(420)가 있을 경우에는 교정 광원부(422)를 제어하는 동작을 실시하고, 상기 교정부(420)가 없을 경우에는 교정 동작을 수행하지 않도록 구성될 수 있으며, 이러한 경우 상기 제어부(411)를 별도의 수정 없이 사용할 수 있어 필요에 따라 상기 교정부(420)를 추가적으로 구매하여 연결하는 것만으로 자동 교정 작업이 가능하도록 할 수 있다.

만일 상기 제어부(411)가 외부 제어부와 연동하지 않는다면 상기 제어부(411)에서는 상기 교정부(422)의 고정된 출력과 카메라의 실제 출력 사이의 차이를 통해서 교정치를 직접 산출하여 실제 검사 대상에 대한 측정 결과에 상기 교정치를 적용한 결과를 제공할 수 있다.

한편, 상기 분기형 광섬유 케이블(423)의 경우 검사대상에 연결되기 위한 분기 광섬유와 교정 광원부에 연결되는 분기 광섬유는 동일한 길이를 가져야 하지만 코어의 크기나 수는 다를 수 있다. 즉, 파워 교정용 광원에 연결되는 분기 광섬유의 코어 크기나 숫자와 교정 시 검사 대상에 연결되는 분기 광섬유의 코어 크기나 숫자에 대한 정확한 비율이 결정된 경우이고 그 길이가 결정되어 있다면 그에 따른 비율을 통해서 파워 교정이 가능하기 때문에 분기 광섬유의 코어의 크기나 수는 다르게 구성될 수 있다. 실질적으로 가능한 검사 대상에 연결되는 분기 광섬유의 코어 크기가 크거나 숫자가 많을 경우 측정 효율을 높일 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 동작 과정을 보인 것이다. 도시한 바와 같이 분광부의 입사부에 동일한 길이를 가지는 분기 광섬유가 컴바이너에 의해 결합되어 단일한 통합 광섬유로 수렴된 분기형 광섬유 케이블을 연결하고, 상기 분기 광섬유 중 적어도 하나를 교정을 위한 교정 광원과 연결한 후 하나 이상의 나머지 분기 광섬유를 측정용으로 할당한다.

이후, 분광계 동작에 따라 교정이 필요한 경우 측정 대상이 연결되지 않은 상태에서 파장 교정부를 구동하여 실제 파장 교정부가 제공하는 알려져 있는 파장 배열과 실제 카메라를 통해 얻어지는 파장 배열 사이의 편차를 측정하여 교정치를 얻는다.

이러한 파장 교정이 완료되면 해당 파장 교정부의 구동을 정지하고 파워 교정부를 구동하여 실제 파워 교정부가 제공하는 알려져 있는 파장별 파워값들과 실제 카메라를 통해 얻어지는 파워값 사이의 편차를 측정하여 교정치를 얻는다.

이러한 파워 교정이 완료되면 파워 교정부의 구동을 정지하여 교정을 완료한다.

전술한 바와 같이 교정을 위해서 측정 대상 및 교정 광원과 카메라 사이의 거리를 일치시키고, 그 교정 광원을 실제 측정 전에 동작시켜 교정치를 얻게 되면 실제 측정 시 정밀도와 신뢰성을 크게 높일 수 있으며, 이러한 교정부를 분광계 구조에 용이하게 내장하거나 착탈식으로 구성할 수 있어 그 적용 용이성을 높일 수 있다.

이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

100: 교정부 110: 콤바이너
111: 연결부 112, 113, 114: 분기 광섬유
120: 파워 교정부 130: 파장 교정부
140: 제어부 200: 분광부
150: 교정부 160: 분기형 광섬유 케이블
170: 파워 교정부 180: 파장 교정부
300: 분광부 370: 제어부
400: 자동교정 분광계 410: 분광부
420: 교정부 421: 광 인터페이스
422: 교정 광원부

Claims (16)

1. 입사부를 통해 입사되는 광을 분해하는 광학부와 상기 광학부에서 분해된 광의 파장과 파워를 측정하는 카메라를 구비한 분광 측정부에 교정부가 적용된 자동 교정 분광계로서,
   상기 입사부에 연결되며 복수의 동일한 길이를 가진 광섬유로 분기되어 그 중 적어도 하나가 측정용으로 할당되는 분기형 광섬유 케이블과;
   상기 분기형 광섬유 케이블에서 분기된 하나 이상의 광섬유에 연결되어 교정용 광원을 제공하는 교정 광원부와;
   상기 교정 광원부를 제어하여 교정을 실시하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 분기형 광섬유 케이블은
   동일한 길이와 코어를 가지는 분기 광섬유들과;
   상기 분기 광섬유들의 코어가 조합되어 단일 광섬유로 제공되는 통합 광섬유와;
   상기 분기 광섬유들을 상기 통합 광섬유와 연결하는 콤바이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 분기형 광섬유 케이블의 통합 광섬유는 상기 분기 광섬유들의 코어를 수직으로 배치하여 슬릿 사용을 대체하는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계.
   
4. 청구항 2에 있어서, 상기 분기 광섬유들은 복수의 코어들을 포함하고, 상기 통합 광섬유는 상기 분기 광섬유들의 코어들이 교차 혹은 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 교정 광원부는 표준 파장의 광원을 제공하는 파장 교정부와 표준 파워의 광원을 제공하는 파워 교정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 제어부는 주기적이거나 기 설정된 제어 신호에 따라 상기 교정부를 동작시키는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 제어부는 외부 제어부와의 인터페이스를 더 제공하는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계.
   
8. 청구항 6에 있어서, 상기 제어부는 상기 교정 광원부의 동작에 따른 상기 카메라의 출력을 상기 교정 광원부의 기 설정된 출력과 비교하여 교정값을 산출하는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계.
   
9. 청구항 6에 있어서, 상기 제어부는 상기 광학부의 변형이 발생하는 경우마다 상기 교정 광원부를 동작시키는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계.
   
10. 청구항 1에 있어서, 상기 교정부는 적어도 상기 분기형 광섬유 케이블과 교정 광원부를 포함하는 모듈로 구성되고, 상기 분광 측정부에 착탈식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계.
    
11. 청구항 10에 있어서, 상기 교정부는 상기 제어부를 적어도 일부 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계.
    
12. 청구항 1에 있어서, 상기 분광 측정부는 파장에 따라 광학부 배치가 변형되는 파장 가변형 광학부 및 광학 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계.
    
13. 입사부를 통해 입사되는 광을 분해하는 광학부와 상기 광학부에서 분해된 광의 파장과 파워를 측정하는 카메라를 구비한 분광 측정부의 입사부에 복수의 동일한 길이를 가진 광섬유로 분기되어 일부는 내장 교정 광원과 연결되고 일부는 측정 대상에 할당된 분기형 광섬유 케이블을 연결하여 단일 구조물의 자동 교정 분광계를 구성하는 교정부 적용 단계와;
    상기 분광 측정부를 통한 측정 전에 상기 교정 광원을 구동하여 그에 따른 상기 카메라의 출력과 상기 교정 광원에 대한 기 설정된 출력을 비교하는 것으로 교정치를 산출하는 교정 단계와;
    상기 교정치 산출 단계 후 상기 교정 광원의 구동을 중지하고 상기 측정 대상에 할당된 분기형 광섬유 케이블의 분기된 광섬유를 통해 검사 대상 광을 상기 분광 측정부의 입사부에 제공하며, 상기 카메라의 출력에 상기 교정치 산출 단계에서 얻어진 교정치를 적용하여 측정 결과를 보정하는 측정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계의 교정 방법.
    
14. 청구항 13에 있어서, 상기 교정 광원은 표준 파장의 광원을 제공하는 파장 교정부와 표준 파워의 광원을 제공하는 파워 교정부를 포함하며, 상기 교정 단계는 상기 파장 교정부와 파워 교정부를 순차적으로 동작시켜 파장과 파워에 관한 교정치를 각각 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계의 교정 방법.
    
15. 청구항 13에 있어서, 상기 교정 단계는 주기적으로 실시되거나, 상기 광학부의 변화 시 동작하는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계의 교정 방법.
    
16. 청구항 13에 있어서, 상기 교정 단계는 상기 카메라의 출력을 별도 연결된 외부 제어부로 제공하며, 상기 교정치는 상기 외부 제어부에서 기 설정된 교정 광원의 정보를 기준으로 생성하는 것을 특징으로 하는 자동 교정 분광계의 교정 방법.

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