KR20140031125A - 분광 특성 측정 장치 및 분광 특성 측정 방법 - Google Patents

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KR20140031125A
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Abstract

본 발명의 분광 특성 측정 장치는, 입사된 광을 파장에 따라서 공간적으로 분산하는 분광기와, 분광기에 의해 분산된 광을 수광하기 위한 검출부(25)를 포함한다. 검출부(25)는 제1 파장 범위의 성분이 입사되는 제1 검출 영역(25a)과, 제1 파장 범위보다 장파장측인 제2 파장 범위의 성분이 입사되는 제2 검출 영역(25b)을 포함한다. 분광 특성 측정 장치는 측정 대상의 광에 의해 검출부에 발생하는 미광을 보정하는 보정부를 포함한다. 보정부(100)는 미광 패턴의 제1 파장 범위에 있어서의 파장에 관한 제1 변화량과, 검출부의 제1 검출 영역에서 검출되는 결과에 포함되는 파장에 관한 제2 변화량에 기초하여, 미광 패턴을 보정함으로써 측정 대상의 광에 의해 발생하는 미광 성분을 산출한다.

Description

분광 특성 측정 장치 및 분광 특성 측정 방법{SPECTRAL CHARACTERISTIC MEASUREMENT APPARATUS AND SPECTRAL CHARACTERISTIC MEASUREMENT METHOD}
본 발명은 미광(迷光)에 의한 영향을 저감할 수 있는 분광 특성 측정 장치 및 분광 특성 측정 방법에 관한 것이다.
종래부터 발광체 등의 평가를 행하기 위한 기술로서, 분광 계측이 널리 사용되고 있다. 이러한 분광 계측에 사용되는 분광 특성 측정 장치에서는, 일반적으로 측정 대상의 발광체 등으로부터의 피측정광을 분광기(전형적으로는 회절 격자)로 각각의 파장 성분으로 분광하고, 분광된 각 파장 성분을 검출부로 검출한다. 피측정광 이외의 영향을 최대한 저감하기 위해서, 분광기나 검출부는 하우징 내에 수납된다.
그러나, 현실적으로는 검출부에 의한 검출 결과는 하우징 내부에서 난반사한 광, 분광기 표면에서 확산 반사한 광 및 측정 차수 이외의 차수를 가지는 광 등의 영향을 받을 수 있다. 일반적으로, 이들 광은 「미광」이라고 불린다. 이러한 의도하지 않은 미광에 의한 영향을 억제하기 위해서 각종 방법이 제안되고 있다.
예를 들어, 일본 특허 공개 제2010-117343호 공보는, 보정 영역(분광기에 의해 분광된 광이 입사되지 않는 영역)에서 검출된 신호 강도에 기초하여 보정값을 산출하고, 검출 영역(분광기로부터의 광의 입사면에 대응하는 영역)에서 검출된 측정 스펙트럼에 포함되는 각 성분값으로부터, 당해 산출한 보정값을 감하여 보정 측정 스펙트럼을 산출하는 것에 의해, 스펙트럼을 보다 단시간에, 또한 고정밀도로 측정할 수 있는 광학 특성 측정 장치를 개시하고 있다.
일본 특허 공개 평11-030552호 공보는 분광 광도계의 분산 광학계로부터 유도된 광을 다수의 수광 소자를 갖는 수광기에 의해 측정하는 경우에 발생하는 미광의 영향을, 당해 분광 광도계의 측정 상수로서 정확하게 추정하여, 그 영향을 제거하는 미광 보정 방법을 개시하고 있다.
일본 특허 공개 제2009-222690호 공보는 측정 데이터로부터 미광을 제거하는 것이 가능한 저렴한 분광 측정기를 개시하고 있다.
일본 특허 공개 제2010-117343호 공보에 개시된 광학 특성 측정 장치에서는, 검출 감도가 있는 파장 범위의 전체에 걸쳐서 미광 성분이 균일한 것을 전제로 하고 있지만, 장치 구성에 따라서는, 반드시 미광 성분이 파장 범위의 전체에 걸쳐서 균일하게는 되지 않는다.
일본 특허 공개 평11-030552호 공보에 개시된 미광 보정 방법에서는, 각 수광 소자로 측정된 수광 신호 강도와, 당해 파장에 대응하는 수광 소자에 의해 측정된 수광 신호 강도와의 비를, 검출부를 구성하는 수광 소자의 수만큼 산출할 필요가 있다. 그로 인해, 상대적으로 많은 시간을 필요로 한다.
일본 특허 공개 제2009-222690호 공보에 개시된 분광 측정기는 Δλ에 관한 분광 방사 조도를 사용해서 미광 성분을 보정하는 관점에서는 바람직한데, 2개의 필터 또는 필터군을 사용할 필요가 있고, 측정을 신속화할 수 없고, 또한 장치 구성이 복잡해진다. 또한, 2개의 필터의 특성을 완전히 일치시키는 것이 어렵고, 분광 스펙트럼의 측정 정밀도를 높이는 것이 어렵다. 또한, 필터의 차단 특성의 범위에서밖에 미광을 보정할 수 없기 때문에, 검출부에서 검출 가능한 파장 범위의 일부밖에, 실제의 검출에 사용할 수 없다.
미광의 영향을 저감하고, 분광 특성을 보다 단시간에, 또한 고정밀도로 측정가능한 분광 특성 측정 장치 및 분광 특성 측정 방법을 실현하는 것이 요망되고 있다.
본 발명의 일 실시 형태를 따르는 분광 특성 측정 장치는, 입사된 광을 파장에 따라서 공간적으로 분산하기 위한 분광기와, 분광기에 의해 분산된 광을 수광하기 위한 검출부를 포함한다. 검출부는 제1 파장 범위의 성분이 입사되는 제1 검출 영역과, 제1 파장 범위보다 장파장측인 제2 파장 범위의 성분이 입사되는 제2 검출 영역을 포함한다. 분광 특성 측정 장치는 분광기의 전단에 배치되고, 제1 파장 범위를 차단하기 위한 필터와, 검출부에 발생하는 미광을 나타내는 미광 패턴을 기억하기 위한 기억부를 포함한다. 미광 패턴은 제2 파장 범위 중 장파장측의 일부의 파장 범위에 강도를 갖는 기준 광을 검출부에서 검출한 결과로부터 취득된 것이다. 분광 특성 측정 장치는 측정 대상의 광에 의해 검출부에 발생하는 미광을 보정하기 위한 보정부를 포함한다. 보정부는 미광 패턴의 제1 파장 범위에 있어서의 파장에 관한 제1 변화량과, 검출부의 제1 검출 영역에서 검출되는 결과에 포함되는 파장에 관한 제2 변화량에 기초하여, 미광 패턴을 보정함으로써 측정 대상의 광에 의해 발생하는 미광 성분을 산출한다.
바람직하게는, 보정부는 제1 변화량 및 제2 변화량에 기초하여, 미광 패턴을 진폭 방향으로 확대 또는 축소한다.
더욱 바람직하게는, 보정부는 확대 또는 축소된 미광 패턴과 측정 대상의 광을 검출해서 얻어진 측정 스펙트럼과의, 제1 파장 범위에 있어서의 진폭 차에 따라 확대 또는 축소된 미광 패턴의 오프셋 보정을 행한다.
바람직하게는, 보정부는 제2 파장 범위에서, 측정 대상의 광을 검출해서 얻어진 측정 스펙트럼과 그 파형이 일치하도록 미광 패턴을 보정한다.
바람직하게는, 제1 및 제2 변화량은 파장에 관한 기울기를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 형태를 따르는 분광 특성 측정 방법은, 분광기에 관련되고, 제1 파장 범위의 성분이 입사되도록 구성된 제1 검출 영역과, 제1 파장 범위보다 장파장측인 제2 파장 범위의 성분이 입사되도록 구성된 제2 검출 영역을 포함하는 검출부에 대하여, 제2 파장 범위에 강도를 갖는 측정 대상의 광을 입사시키는 스텝과, 검출부에 의한 검출 결과에 대하여, 측정 대상의 광에 의해 발생하는 미광 성분을 보정하는 스텝을 포함한다. 보정하는 스텝은, 검출부에 발생하는 미광을 나타내는 미광 패턴을 판독하는 스텝을 포함한다. 미광 패턴은 제2 파장 범위 중 장파장측의 일부의 파장 범위에 강도를 갖는 기준 광을 검출부에서 검출한 결과로부터 취득된 것이다. 보정하는 스텝은 미광 패턴의 제1 파장 범위에 있어서의 파장에 관한 제1 변화량과, 검출부의 제1 검출 영역에서 검출되는 결과에 포함되는 파장에 관한 제2 변화량에 기초하여, 미광 패턴을 보정함으로써 측정 대상의 광에 의해 발생하는 미광 성분을 산출하는 스텝을 포함한다.
바람직하게는, 보정하는 스텝은 제1 변화량 및 제2 변화량에 기초하여, 미광 패턴을 진폭 방향으로 확대 또는 축소하는 스텝을 포함한다.
더욱 바람직하게는, 보정하는 스텝은 확대 또는 축소된 미광 패턴과 측정 대상의 광을 검출해서 얻어진 측정 스펙트럼과의, 제1 파장 범위에 있어서의 진폭 차에 따라 확대 또는 축소된 미광 패턴의 오프셋 보정을 행하는 스텝을 포함한다.
바람직하게는, 보정하는 스텝은 제2 파장 범위에 있어서, 측정 대상의 광을 검출해서 얻어진 측정 스펙트럼과 그 파형이 일치하도록, 미광 패턴을 보정하는 스텝을 포함한다.
바람직하게는, 제1 및 제2 변화량은 파장에 관한 기울기를 포함한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은, 첨부된 도면과 관련해서 이해되는 본 발명에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 실시 형태를 따르는 분광 특성 측정 장치의 외관도.
도 2는 본 실시 형태를 따르는 측정기 본체의 개략 단면도.
도 3은 본 실시 형태를 따르는 측정기 본체에 내장되어 있는 광 검출기의 검출면을 도시하는 모식도.
도 4a 및 도 4b는 본 실시 형태를 따르는 분광 특성 측정 장치의 광 검출기로부터 출력되는 검출 결과의 일례를 도시하는 개념도.
도 5는 도 4b에 도시하는 기준 광으로부터 발생하는 미광 스펙트럼의 측정 예를 도시하는 도면.
도 6은 도 5에 도시하는 미광 스펙트럼으로부터 산출되는 미광 패턴의 일례를 도시하는 도면.
도 7은 본 실시 형태를 따르는 측정기 본체에서 발생하는 0차 광 기인의 미광의 공간적인 강도 분포를 설명하는 모식도.
도 8a 및 도 8b는 본 실시 형태에 있어서 미광 패턴으로부터 산출되는 미광 스펙트럼의 개념도.
도 9는 본 실시 형태를 따르는 분광 특성 측정 장치의 처리 장치에 있어서의 제어 구조를 도시하는 개략도.
도 10은 본 실시 형태를 따르는 처리 장치의 하드웨어 구성을 도시하는 개략 구성도.
도 11은 본 실시 형태를 따르는 미광 패턴 취득에 관한 처리 내용을 모식적으로 도시하는 도면.
도 12는 본 실시 형태를 따르는 미광 패턴의 취득에 관한 수순을 도시하는 흐름도.
도 13은 본 실시 형태를 따르는 다크 보정 및 미광 보정을 포함하는 통상 측정에 관한 처리 내용을 모식적으로 도시하는 도면.
도 14는 본 실시 형태를 따르는 다크 보정 및 미광 보정을 포함하는 통상 측정에 관한 수순을 도시하는 흐름도.
도 15는 본 실시 형태를 따르는 분광 특성 측정 장치를 사용한 측정 결과의 일례를 도시한 도면.
본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중의 동일 또는 상당 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고, 그 설명은 반복하지 않는다.
<A. 장치 전체 구성>
도 1은 본 실시 형태를 따르는 분광 특성 측정 장치(1)의 외관도이다.
도 1을 참조하여, 본 실시 형태를 따르는 분광 특성 측정 장치(1)는 각종 발광체(이하, 「대상물」이라고도 함)의 분광 특성(전형적으로는 스펙트럼)을 측정한다. 분광 특성 측정 장치(1)는 이 측정한 스펙트럼에 기초하여, 대상물의 밝기나 색조와 같은 광학 특성을 산출할 수도 있다. 밝기란, 대상물의 휘도나 광도 등을 의미하고, 색조란, 대상물의 색도 좌표, 주파장, 자극 순도(excitation purity) 및 상관 색온도 등을 의미한다. 분광 특성 측정 장치(1)는 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)나 플랫 패널 디스플레이(FPD: Flat Panel Display) 등의 측정에도 적용할 수 있다.
분광 특성 측정 장치(1)는 분광 측정기 본체(이하, 「측정기 본체」라고 함)(2)와 처리 장치(100)를 포함한다. 측정기 본체(2)에는 선단에 프로브(6)가 설치된 광섬유(4)가 접속되어 있다. 대상물로부터 방사된 측정 대상의 광(이하, 「피측정광」이라고도 함)은 프로브(6)로부터 받아들여져, 광섬유(4)를 통해서 측정기 본체(2)로 유도된다.
측정기 본체(2)는 후술하는 바와 같이, 측정기 본체(2)에 입사되는 피측정광을 분광하고, 거기에 포함되는 각 파장 성분의 강도를 나타내는 검출 결과(신호 강도)를 처리 장치(100)에 출력한다. 측정기 본체(2)는 피측정광을 분광하기 위한 분광기와, 분광기에 의해 분광된 광을 수광하기 위한 검출부(광 검출기)를 포함하고 있다.
분광 특성 측정 장치(1)는 광 검출기에 발생하는 미광을 나타내는 미광 패턴을 미리 기억하고 있고, 이 미광 패턴을 측정 시의 상황에 따라서 보정함으로써 각 측정에서 발생하는 미광 성분을 산출한다. 분광 특성 측정 장치(1)는 피측정광을 측정함으로써 얻어지는 스펙트럼(이하, 「측정 스펙트럼」이라고도 함)을 미광 성분으로 보정함으로써 미광에 기인하는 오차를 제외한 측정 결과를 출력한다. 분광 특성 측정 장치(1)는 이러한 미광에 의한 오차의 영향의 저감 외에, 광 검출기에 흐르는 암전류에 의한 오차의 영향도 저감한다.
<B. 측정기 본체의 구성>
도 2는 본 실시 형태를 따르는 측정기 본체(2)의 개략 단면도이다. 도 2를 참조하여, 측정기 본체(2)는 셔터(21)와, 슬릿(22)과, 내부 커트 필터(23)와, 분광기(24)와, 광 검출기(25)와, 광흡수부(26)를 포함한다. 이들 구성 요소는 하우징(27) 내에 수납된다. 하우징(27)의 일부에는 광 취입구(20)가 설치되어 있다. 광 취입구(20)는 광섬유(4)와 접속된다. 광섬유(4)에 의해 유도된 피측정광은 하우징(27) 내에 입사되고, 광축(Ax)을 따라 전반한다. 광 취입구(20)측으로부터 순서대로 광축(Ax)을 따라, 셔터(21), 슬릿(22), 내부 커트 필터(23) 및 분광기(24)가 배치된다. 피측정광은 슬릿(22) 및 내부 커트 필터(23)를 통과한 후에 분광기(24)에 입사된다.
셔터(21)는 하우징(27)의 외부로부터 하우징(27) 내에 입사되는 광을 차단한다. 셔터(21)는 광 검출기(25)에 흐르는 암전류에 의해 발생하는 오차에 상당하는 스펙트럼(이하, 「다크 스펙트럼」이라고도 함)을 취득하기 위해서, 하우징(27) 내에 광이 입사되지 않는 상태를 만든다. 일례로서, 셔터(21)는 광축(Ax)에 대하여 수직 방향으로 변위할 수 있도록 구성되어 있다. 이에 의해, 셔터(21)가 광축(Ax) 상에 존재하는 경우(이하, 「클로즈 위치」라고도 함)에는 하우징(27) 내에 입사되는 광이 차단된다. 하우징(27) 내에 입사되는 광을 차단한 상태에서, 광 검출기(25)로 검출되는 다크 스펙트럼을 측정하는 조작을 「다크 측정」이라고도 한다. 이 「다크 측정」과 구별하기 위해서, 피측정광의 스펙트럼을 측정하는 조작을 「통상 측정」이라고도 한다.
한편, 셔터(21)가 광축(Ax)으로부터 이격된 위치에 존재하는 경우(이하, 「오픈 위치」라고도 함), 피측정광은 하우징(27) 내에 도입된다. 도 2에는 셔터(21)를 하우징(27) 내에 설치하는 구성에 대해서 예시했지만, 하우징(27)의 외부에 설치해도 좋다. 또한, 하우징(27) 내에 입사되는 광을 차단하는 기구에 대해서는 어떤 종류의 구성을 채용해도 좋다.
분광기(24)는 광축(Ax) 상에 배치되고, 광축(Ax) 상을 따라 입사되는 피측정광을 파장별로 복수의 성분으로 나눈다. 분광기(24)가 분광됨으로써 발생하는 광은 광 검출기(25)로 유도된다. 즉, 분광기(24)는 입사된 광을 파장에 따라서 공간적으로 분산한다. 단, 분광기(24)에 광이 입사되면 0차 광도 발생하고, 이 0차 광은 광 검출기(25)와는 이격된 위치로 유도된다. 이 0차 광은 미광의 원인이 되므로, 광흡수부(26)에 의해 난반사하지 않도록 흡수된다.
분광기(24)는 일례로서, 브레이즈드(blazed) 홀로그래픽형이라고 불리는 오목면 회절 격자(그레이팅)를 포함하여 이루어진다. 이 오목면 회절 격자는 입사되는 피측정광을 소정의 파장 간격의 회절광으로 하여, 대응하는 방향으로 반사한다. 그로 인해, 분광기(24)에서 분광된 광(회절광)은, 공간적인 폭을 가지고, 광 검출기(25)를 향해서 방사된다.
분광기(24)로서는 상술한 브레이즈드 홀로그래픽형 오목면 회절 격자 대신에, 플랫 포커스형 오목면 회절 격자 등의 어느 회절 격자를 채용해도 좋다.
광 검출기(25)는 분광기(24)에 의해 분광된 피측정광(회절광)을 수광한다. 광 검출기(25)는 수광한 피측정광에 포함되는 각 파장 성분의 강도를 검출해서 출력한다. 즉, 광 검출기(25)는 분광기(24)에 의해 분산된 광을 수광한다. 광 검출기(25)에 의해 검출된 강도는 각 파장에 대응되어 있다. 그로 인해, 광 검출기(25)로부터의 검출 결과는 피측정광의 스펙트럼을 나타낸다. 광 검출기(25)는 대표적으로 포토 다이오드 등의 복수의 검출 소자를, 어레이 형상으로 배치한 포토 다이오드 어레이(PDA: Photo Diode Array)를 포함하여 이루어진다. 혹은, 포토 다이오드 등의 복수의 검출 소자를, 매트릭스 형상으로 배치한 CCD(Charged Coupled Device)를 채용할 수도 있다. 일례로서, 광 검출기(25)는 200㎚ 내지 800㎚의 범위에서 512개(채널)의 성분의 강도를 나타내는 신호를 출력 가능하게 구성된다. 또한, 광 검출기(25)는 검출된 광강도의 신호를 디지털 신호로서 출력하기 위한 A/D(Analog to Digital) 변환기나 주변 회로를 포함한다.
측정기 본체(2)에 있어서, 분광기(24) 및 광 검출기(25)는 입사되는 피측정광 중, 최소 파장 fmin부터 최대 파장 fmax의 범위의 성분을 분광기(24)로 유도하도록 광학 설계되어 있는 것으로 한다. 즉, 측정기 본체(2)가 검출 감도를 갖는 파장 범위(설계상의 측정 가능 범위)는 최소 파장 fmin부터 최대 파장 fmax의 범위가 된다.
슬릿(22)은 소정의 검출 분해능을 실현하기 위해서, 피측정광의 광속 직경(크기)을 조정한다. 일례로서, 슬릿(22)의 각 슬릿 폭은 0.2㎜ 내지 0.05㎜ 정도로 설정된다. 슬릿(22)을 통과한 후의 피측정광은, 내부 커트 필터(23)에 입사된다. 내부 커트 필터(23)는 슬릿(22)을 통과한 후의 피측정광의 포커스 위치와 거의 일치하는 위치에 배치된다.
내부 커트 필터(23)는 하우징(27)에 도입된 피측정광이 분광기(24)에 입사되는 광로인 광축(Ax) 상에 배치된다. 내부 커트 필터(23)는 이 피측정광에 포함되는 파장 성분 중, 소정의 차단 파장 fcut1으로부터 단파장측의 광을 차단한다. 즉, 내부 커트 필터(23)는 분광기(24)의 전단에 배치되고, 파장 범위 fmin 내지 fcut1(제1 파장 범위)을 차단한다. 차단 파장 fcut1은 fmin<fcut1<fmax의 관계가 성립하도록 설정된다. 따라서, 측정기 본체(2)에 있어서 실질적으로 검출 가능한 파장 범위는, 차단 파장 fcut1부터 최대 파장 fmax의 범위(이하, 「유효 파장 범위」라고도 함)가 된다.
도 3은 본 실시 형태를 따르는 측정기 본체(2)에 내장되어 있는 광 검출기(25)의 검출면을 도시하는 모식도이다. 도 3을 참조하여, 광 검출기(25)는 그 검출면으로서 유효 파장 범위에 대응하는 유효 검출 영역(25b)과, 유효 파장 범위보다 단파장측인 보정 영역(25a)을 포함한다. 즉, 보정 영역(25a)에는 파장 범위 fmin 내지 fcut1(제1 파장 범위)의 성분이 입사되도록 구성되고, 유효 검출 영역(25b)에는 보다 장파장측인 파장 범위 fcut1 내지 fmax(제2 파장 범위)의 성분이 입사되도록 구성된다. 도 3에는 보정 영역(25a)과 유효 검출 영역(25b)이 연속해서 배치되는 예를 나타내지만, 차단 파장 fcut1 부근의 성분이 보정 영역(25a)에 입사되지 않도록, 양쪽 영역 사이를 이격해도 좋다.
재차 도 2를 참조하여, 측정기 본체(2)의 미광 패턴을 취득할 때에는 외부 커트 필터(31)를 사용해서 소정의 파장 범위의 성분을 차단한 광(이하, 「기준 광」이라고도 함)을 측정기 본체(2)에 입사시킨다. 외부 커트 필터(31)는 측정기 본체(2)의 유효 파장 범위(파장 범위 fcut1 내지 fmax) 중 단파장측에 있는 일부의 파장 범위의 성분을 차단한다. 즉, 외부 커트 필터(31)는 차단 파장 fcut2(단, fcut1 <fcut2<fmax)를 갖는 고역 통과 필터이고, 차단 파장 fcut2보다 긴 파장을 가지는 광만을 투과시킨다. 그로 인해, 외부 커트 필터(31)의 존재에 의해, 측정기 본체(2)에 입사되는 기준 광은 차단 파장 fcut2보다 긴 성분만이 포함되게 된다. 외부 커트 필터(31)는 미광 패턴을 취득하기 위해 필요하고, 통상 측정 시에는 장착할 필요가 없다.
<C. 보정 처리의 개요>
이어서, 본 실시 형태를 따르는 분광 특성 측정 장치(1)에 있어서의 오차의 보정 처리에 대해서 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 측정기 본체(2)의 하우징(27)의 내부에 광이 입사되면, 미광이 발생할 수 있다. 이에 더불어, 광 검출기(25)는 CCD 등의 반도체 디바이스를 포함하여 이루어지고, 이러한 반도체 디바이스를 구동할 때에는 암전류가 흐른다. 이 암전류에 의해서도 광 검출기(25)의 검출 결과에는 오차 성분(다크 스펙트럼)이 발생할 수 있다. 암전류의 크기는 주위 온도의 영향을 받기 쉽고, 측정 환경에 기인해서 시간적으로 변동할 수 있다.
이상을 통합하면, 광 검출기(25)로부터의 검출 결과(측정 스펙트럼)는, 주로 (1) 피측정광 본래의 스펙트럼, (2) 하우징(27)의 내부에서 발생하는 미광에 기인하는 오차 성분(미광 스펙트럼), (3) 광 검출기(25)에 흐르는 암전류에 의한 오차 성분(다크 스펙트럼) 및 (4) 기타 오차 성분을 포함한다.
도 4a 및 도 4b는 본 실시 형태를 따르는 분광 특성 측정 장치(1)의 광 검출기(25)로부터 출력되는 검출 결과의 일례를 도시하는 개념도이다. 보다 구체적으로는, 도 4a는 어떤 피측정광이 측정기 본체(2)에 입사된 경우의 예를 도시하고, 도 4b는 측정기 본체(2)의 유효 파장 범위의 일부(파장 범위 fcut2 내지 fmax)의 성분만을 갖는 기준 광이 측정기 본체(2)에 입사된 경우의 예를 도시한다.
도 4a를 참조하여, 광 검출기(25)로부터의 검출 결과(측정 스펙트럼)는 피측정광 본래의 스펙트럼(30) 외에, 미광에 기인하는 미광 스펙트럼(40) 및 암전류에 기인하는 다크 스펙트럼(50)을 포함한다.
이에 반해, 도 4b에 도시한 바와 같이, 파장 범위 fcut2 내지 fmax의 성분만을 갖는 기준 광을 측정기 본체(2)에 입사시키면, 성분이 존재하지 않는(즉, 강도가 제로인) 파장 범위 fcut1 내지 fcut2의 부분은 미광 스펙트럼(40) 및 다크 스펙트럼(50)만을 반영한 값을 나타낸다. 그로 인해, 측정 스펙트럼 중, 기준 광이 강도를 갖고있지 않은 파장 범위에 대응하는 부분의 특성값으로부터, 미광 스펙트럼(40)을 산출할 수 있다. 또한, 다크 스펙트럼(50)에 대해서는 다크 측정에 의해 산출할 수 있다.
도 5는 도 4b에 도시하는 기준 광으로부터 발생하는 미광 스펙트럼의 측정 예를 도시한다. 도 5에 도시하는 예에서는 외부 커트 필터(31)(도 2)의 차단 파장을 550㎚로 하였다. 또한, 도 5에는 다크 보정 후(다크 스펙트럼을 제거하는 보정을 행한 후)의 결과를 도시한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 광 검출기(25)의 채널 번호가 작을수록, 즉 단파장측일수록 미광 성분이 큰 것을 알 수 있다. 본원 발명자들은 도 5에 도시한 바와 같은 측정 결과로부터, 미광에 기인하는 오차 성분(미광 스펙트럼)은 0차 광에 의한 영향을 강하게 받고 있음을 알아내었다. 즉, 본원 발명자들은 광 검출기(25)에 있어서, 0차 광의 조사 위치(도 2에 도시하는 광흡수부(26))에 의해 가까운 채널일수록, 0차 광이 미광으로서 보다 많이 입사된다는 것을 알아내었다. 또한, 미광 스펙트럼의 크기는 0차 광의 강도, 즉 하우징(27) 내에 입사되는 광 전체의 강도에 의존해서 변화하지만, 미광 스펙트럼의 파장 영역에서의 파형은, 미광의 강도(절댓값)에는 의존하지 않고, 거의 일정하게 유지되는 것을 알아내었다. 다시 말해, 본원 발명자들은, 미광 패턴은 0차 광의 입사되는 위치와 분광기(24)와의 위치 관계, 및 분광기(24)의 검출면의 위치 및 크기 등에 의존하여, 측정기 본체(2)에 각각 고유하다는 새로운 지식을 얻었다.
따라서, 본 실시 형태를 따르는 분광 특성 측정 장치(1)에서는, 광 검출기(25)에 발생할 수 있는 미광을 나타내는 미광 패턴을 미리 취득해 두고, 각 측정 시에 있어서, 이 미광 패턴을 사용해서 미광 스펙트럼을 동적으로 생성(예측)한다. 이 동적으로 생성한 미광 스펙트럼을 사용하여, 광 검출기(25)로부터의 측정 스펙트럼을 보정함으로써 피측정광 본래의 스펙트럼을 보다 고정밀도로 측정한다. 즉, 분광 특성 측정 장치(1)는 광 검출기(25)에 발생하는 미광을 나타내는 미광 패턴을 기억하기 위한 기억부를 포함하면서, 또한 피측정광에 의해 광 검출기(25)에 발생하는 미광을 보정하기 위한 보정부를 포함한다.
상술한 바와 같은 미광 패턴은, 유효 파장 범위(fcut1 내지 fmax) 중 장파장측의 일부의 파장 범위(fcut2 내지 fmax)에 강도를 갖는 기준 광을 광 검출기(25)로 검출한 결과로부터 취득된다. 이러한 미광 스펙트럼(40)을 취득하기 위해서 필요한 기준 광을 생성하는 방법으로는, 도 2에서 설명한 바와 같은 소정의 발광 스펙트럼을 갖는 광원으로부터의 광과 파장 필터(외부 커트 필터(31))를 조합하는 방법을 채용할 수 있다. 단, 본 발명은 이 방법에는 한정되지 않는다.
대체 방법으로서, 레이저나 LED 등의 반도체 발광 디바이스를 사용해도 좋다. 이러한 반도체 디바이스는 특정한 파장 또는 소정의 파장 범위의 광을 발광하기 때문에, 측정기 본체(2)의 유효 파장 범위(fcut1 내지 fmax) 중 장파장측의 일부의 파장 범위(fcut2 내지 fmax)에 강도를 갖는 기준 광을 직접적으로 생성할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시하는 미광 스펙트럼으로부터 산출되는 미광 패턴의 일례를 도시한다. 도 6을 참조하여, 미광 스펙트럼은 파장이 길어짐에 따라서 그 신호 강도가 작아지는 특성을 갖고 있다. 따라서, 미광 스펙트럼의 파장 범위 fcut1 내지 fcut2에 있어서 신호 강도가 최소값을 취하는 위치(이하, 「보텀 위치」라고도 함)를 특정하고, 보텀 위치보다 장파장측(도 6의 영역 C)에서는 신호 강도가 일률적으로 그 최소값이라고 간주한다. 이 보텀 위치에서의 신호 강도를 오프셋으로 하고, 미광 스펙트럼으로부터 이 오프셋을 뺀 파형을 미광 패턴으로서 저장한다.
도 6의 영역 A는 이론상 피측정광이 입사되지 않는 영역이며, 영역 A에서 검출된 신호 강도(다크 보정 후)는 측정기 본체(2) 내부의 미광 전체의 강도를 나타내는 것으로 생각된다. 따라서, 분광 특성 측정 장치(1)는 미광 패턴의 영역 A에 대응하는 파장에 관한 변화량과 피측정광을 측정해서 얻어진 측정 스펙트럼의 영역 A에 대응하는 파장에 관한 변화량을 비교함으로써, 미리 취득되는 미광 패턴으로부터 각 측정에 따른 미광 스펙트럼을 결정(추정)한다. 즉, 미광 패턴으로부터 미광 스펙트럼을 결정하는 경우에는 광 검출기(25)의 보정 영역(25a)(도 3 참조)에서 수광된 신호 강도의 정보가 사용된다.
도 7은 본 실시 형태를 따르는 측정기 본체(2)에서 발생하는 0차 광 기인의 미광의 공간적인 강도 분포를 설명하는 모식도이다. 도 8a 및 도 8b는 본 실시 형태에 있어서 미광 패턴으로부터 산출되는 미광 스펙트럼의 개념도이다.
도 7을 참조하여, 0차 광의 입사 중심으로부터 이격될수록 0차 광에 의한 영향(미광의 강도)은 작아진다고 생각된다. 또한, 0차 광의 강도는 측정기 본체(2)로 입사되는 피측정광 전체의 강도(파워)에 거의 비례하는 것으로 생각된다. 예를 들어, 도 8a에 도시한 바와 같이, 상대적으로 신호 강도가 높은 피측정광이 입사되었을 때에는 미광 스펙트럼의 진폭 및 오프셋은 보다 커지고, 도 8b에 도시한 바와 같이, 상대적으로 신호 강도가 약한 피측정광이 입사되었을 때에는 미광 스펙트럼의 진폭 및 오프셋은 보다 작아진다.
각 측정 시의 미광 스펙트럼은 광 검출기(25)의 보정 영역(25a)에서 검출된 신호 강도에 기초하여, 미광 패턴에 대하여, 비율 보정(진폭 보정) 및 높이 보정(오프셋 보정)을 행함으로써 산출된다. 즉, 분광 특성 측정 장치(1)는 미광 패턴의 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 파장에 관한 변화량과, 광 검출기(25)의 보정 영역(25a)에서 검출되는 결과에 포함되는 파장에 관한 변화량에 기초하여, 미광 패턴을 보정함으로써 피측정광에 의해 발생하는 미광 성분(미광 스펙트럼)을 산출한다.
비율 보정(진폭 보정)에 있어서는, 미광 패턴과 측정 스펙트럼(다크 보정 후) 사이에서 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 기울기(파장에 대한 신호 강도의 변화 정도)의 비율을 산출하고, 이 산출한 비율로 미광 패턴을 진폭 방향으로 확대 또는 축소한다. 즉, 상술한 파장에 관한 변화량의 일례로서, 파장에 관한 기울기가 사용된다. 그리고, 미광 패턴 및 측정 스펙트럼의 파장에 관한 변화량(파장에 관한 기울기)에 기초하여, 미광 패턴이 진폭 방향으로 확대 또는 축소된다.
보다 구체적으로는, 미광 패턴 및 측정 스펙트럼(다크 보정 후)에 대해서, 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 기울기가 1차 근사 등을 사용해서 산출된다. 그리고, 이하와 같은 식에 따라 기울기의 비율 b가 산출된다.
기울기의 비율 b=(측정 스펙트럼의 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 기울기)/(미광 패턴의 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 기울기)
그리고, 미광 패턴에 대하여 기울기의 비율 b의 역수를 곱함으로써, 진폭 보정 후의 미광 패턴이 산출된다. 즉, 기울기의 비율 b를 사용하여, 이하와 같은 식에 따라, 미광 패턴에 대하여 진폭 보정이 실행된다.
(진폭 보정 후의 미광 패턴)=(미광 패턴)/(기울기의 비율 b)
비율 보정(진폭 보정)에 있어서는, 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 기울기에 기초하여, 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서, 측정 스펙트럼과 그 파형이 일치하도록 미광 패턴이 보정된다.
높이 보정(오프셋 보정)에 있어서는, 측정 스펙트럼(다크 보정 후)과 진폭 보정 후의 미광 패턴 사이에서 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 신호 강도의 차의 평균값으로부터 높이 보정값 h가 산출된다.
높이 보정값 h=Σ{(측정 스펙트럼(다크 보정 후)의 성분값)-(진폭 보정 후의 미광 패턴의 성분값)}/채널 수
진폭 보정 후의 미광 패턴에 대하여, 높이 보정값 h가 일률적으로 가산됨으로써, 미광 스펙트럼이 산출된다.
(미광 스펙트럼)=(진폭 보정 후의 미광 패턴)+높이 보정값 h
최종적으로, 측정 스펙트럼으로부터 미광 스펙트럼이 제산됨으로써, 보정 후의 측정 스펙트럼으로서 출력된다.
또한, 파장에 관한 변화량으로는 상술한 기울기에 한하지 않고, 미광 패턴과 측정 스펙트럼(다크 보정 후) 사이에서 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 파형을 일치시킬 수 있으면, 어떤 특징량을 사용해도 좋다. 예를 들어, 다항식을 사용해서 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 파형을 근사시키고, 그 근사된 다항식에 포함되는 계수의 비율 등을 사용해도 좋다.
<D. 제어 구조>
이어서, 상술한 바와 같은 보정 처리를 실현하기 위한 제어 구조에 대해서 설명한다. 도 9는 본 실시 형태를 따르는 분광 특성 측정 장치(1)의 처리 장치(100)에 있어서의 제어 구조를 도시하는 개략도이다. 도 9를 참조하여, 처리 장치(100)는 미광 패턴을 취득하기 위한 제어 구조와, 측정 결과를 산출하기 위한 제어 구조를 갖고 있다. 단, 미광 스펙트럼을 취득하기 위한 제어 구조에 대해서는, 반드시 처리 장치(100)에 실장할 필요는 없고, 다른 교정 장치 등에 실장해도 좋다. 원칙적으로 미광 패턴을 빈번히 갱신할 필요는 없기 때문이다.
보다 구체적으로는, 처리 장치(100)는 미광 패턴을 취득하기 위한 제어 구조로서, 감산부(202)와, 보텀 위치 탐색부(204)와, 미광 패턴 생성부(206)를 포함한다. 한편, 측정 결과를 산출하기 위한 구성으로서, 처리 장치(100)는 기억부(210)와, 감산부(222)와, 버퍼(224)와, 비율 산출부(226)와, 높이 보정값 산출부(228)와, 승산부(230)와, 가산부(232)와, 감산부(234)를 포함한다.
도 9에는 일례로서, 광 검출기(25)는 전체적으로 M개의 검출 소자를 갖고, 그 중 단파장측의 N개(1 내지 N 채널)가 보정 영역(25a)(도 3)에 대응하고, 나머지 (M-N)개가 유효 검출 영역(25b)(도 3)에 대응한다.
미광 패턴을 취득하는 경우에는 다크 측정 및 기준 광에 대한 측정이 실행된다. 감산부(202)는 기준 광에 대한 측정에 의해 취득된 스펙트럼으로부터 다크 측정에 의해 취득되는 다크 스펙트럼을 감하여, 기준 광의 미광 스펙트럼을 산출한다. 즉, 감산부(202)는 다크 보정을 실행한다. 보텀 위치 탐색부(204)는 다크 보정 후의 미광 스펙트럼의 파장 범위 fcut1 내지 fcut2에서 신호 강도가 최소값이 되는 위치(보텀 위치)를 탐색한다. 그리고, 보텀 위치 탐색부(204)는 보텀 위치에 대응하는 채널 번호 및 그 신호 강도(오프셋)를 산출한다.
미광 패턴 생성부(206)는 미광 스펙트럼(다크 보정 후)에 대하여, 보텀 위치 탐색부(204)에 의해 산출된 오프셋을 일률적으로 감하면서, 또한 보텀 위치 탐색부(204)에 의해 산출된 보텀 위치로부터 장파장측의 성분값을 제로로 설정함으로써, 미광 패턴을 생성한다.
기억부(210)는 이 생성된 미광 패턴을 저장한다.
이어서, 측정 결과를 산출하기 위한 구성에 대해서 설명한다.
통상의 측정 시에 있어서도, 피측정광에 대한 측정 외에 다크 측정이 실행된다. 감산부(222)는 피측정광에 대한 측정에 의해 취득된 측정 스펙트럼으로부터 다크 측정에 의해 취득되는 다크 스펙트럼을 감하고, 측정 스펙트럼(다크 보정 후)을 산출한다. 즉, 감산부(222)는 다크 보정을 실행한다.
버퍼(224)는 측정 스펙트럼(다크 보정 후)을 일시적으로 저장한다.
비율 산출부(226)는 기억부(210)로부터 미광 패턴을 판독하고, 미광 패턴의 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 기울기(파장에 대한 신호 강도의 변화 정도)를 산출하면서, 또한 측정 스펙트럼(다크 보정 후)의 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 기울기를 산출하고, 그리고 2개의 기울기 사이의 비율 b를 산출한다. 또한, 미광 패턴의 파장 범위 fmin 내지 fcut1에서의 기울기에 대해서는, 미광 패턴과 함께, 기억부(210)에 미리 저장해 두어도 좋다. 비율 산출부(226)는 보정 영역(25a)에 대응하는 1 내지 N 채널에서 검출된 신호 강도에 기초하여, 측정 스펙트럼(다크 보정 후)에 관한 기울기를 산출한다.
높이 보정값 산출부(228)는 기억부(210)로부터 미광 패턴을 판독하고, 미광 패턴과 측정 스펙트럼(다크 보정 후) 사이에서 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 신호 강도의 차의 평균값으로부터 높이 보정값 h를 산출한다. 높이 보정값 산출부(228)는 보정 영역(25a)에 대응하는 1 내지 N 채널의 각각에서 검출된 신호 강도와 미광 패턴이 대응하는 성분과의 차분을 각각 산출함으로써, 높이 보정값 h를 산출한다.
승산부(230)는 기억부(210)로부터 미광 패턴을 판독하고, 미광 패턴에 대하여 일률적으로 1/b를 곱한다. 즉, 승산부(230)는 미광 패턴에 대하여 비율 보정(진폭 보정)을 실행한다.
가산부(232)는 진폭 보정 후의 미광 패턴에 대하여, 높이 보정값 h를 일률적으로 가산한다. 즉, 가산부(232)는 미광 패턴에 대하여 높이 보정(오프셋 보정)을 실행한다. 이에 의해, 미광 스펙트럼이 산출된다.
감산부(234)는 측정 스펙트럼(다크 보정 후)으로부터 산출된 미광 스펙트럼을 감하는 것으로, 측정 스펙트럼(미광 보정 후)을 산출한다.
<E. 처리 장치의 구성>
상술한 피측정광의 스펙트럼을 보정하는 처리는, 기본적으로는 처리 장치(100)에 의해 실행된다. 이하, 처리 장치(100)의 구성에 대해서 설명한다.
도 10은 본 실시 형태를 따르는 처리 장치(100)의 하드웨어 구성을 나타내는 개략 구성도이다. 도 10을 참조하여, 처리 장치(100)는 대표적으로 컴퓨터에 의해 구성된다. 보다 구체적으로는, 처리 장치(100)는 CPU(Central Processing Unit)(101)와, 메모리(102)와, 모니터(103)와, 마우스(104)와, 키보드(105)와, 고정 디스크(107)와, 통신 인터페이스(I/F)(108)와, CD-ROM 드라이브(109)를 포함한다. 이들 컴포넌트는 버스(106)를 통해서 서로 접속되어 있다.
처리 장치(100)는, 전형적으로는 CPU(101)가 메모리(102) 등의 컴퓨터 하드웨어를 사용하여 프로그램을 실행함으로써 실현된다.
고정 디스크(107)에는 보정 처리를 실현하기 위한 보정 로직(107a)과, 당해 보정 처리에 사용되는 미리 취득된 미광 패턴(107b)이 저장된다. 보정 로직(107a)은, 전형적으로는 CPU(101)에 의해 실행 가능한 프로그램(코드)으로서 구현화된다. 미광 패턴(107b)에 대해서는, 임의의 데이터 구조를 채용할 수 있다. 일반적으로, 이러한 프로그램은 CD-ROM(110) 등의 기록 매체에 저장되거나, 혹은 네트워크 등을 통하여 유통된다. 그리고, 이러한 프로그램은 CD-ROM 드라이브(109) 등에 의해 기록 매체로부터 판독되어, 고정 디스크(107)에 일단 저장된다.
CPU(101)는 보정 로직(107a)을 포함하는 각종 프로그램을 순차 실행함으로써, 소정의 연산을 실시하는 연산 처리부이다. 메모리(102)는 CPU(101)에서의 프로그램 실행에 따라, 각종 정보를 일시적으로 기억한다.
모니터(103)는 CPU(101)에 의해 산출되는 대상물의 밝기나 색조 등의 산출 결과를 표시하기 위한 표시 장치이고, 일례로서 LCD(Liquid Crystal Display)나 CRT(Cathode Ray Tube) 등으로 구성된다.
마우스(104)는 클릭이나 슬라이드 등의 동작에 따른 유저로부터의 명령을 접수한다. 키보드(105)는 입력되는 키에 따른 유저로부터의 명령을 접수한다.
처리 장치(100)에는 필요에 따라 프린터 등의 다른 출력 장치가 접속되어도 좋다.
통신 인터페이스(108)는 처리 장치(100)와 측정기 본체(2) 사이의 데이터 통신을 중개하기 위한 장치이고, 측정기 본체(2)로부터 송신된 측정 데이터를 나타내는 전기 신호를 수신해서 CPU(101)가 처리 가능한 데이터 형식으로 변환하면서, 또한 CPU(101)가 출력한 명령 등을 전기 신호로 변환해서 측정기 본체(2)에 송출한다.
본 실시 형태를 따르는 보정 처리에 대해서는, 상술한 바와 같은 CPU(101)가 프로그램을 실행함으로써 제공되는 형태 대신에, 그 전부 또는 일부를 전용 프로세서 또는 IC(집적 회로) 등을 사용해서 실현하도록 해도 좋다. 혹은, 전용 LSI(Large Scale Integration)를 사용해서 실현해도 좋다.
<F. 처리 수순>
(f1: 개요)
본 실시 형태를 따르는 처리 수순은, (1) 미광 패턴의 취득에 관한 처리(사전 처리)와, (2) 통상 측정 시에 있어서의 다크 보정 및 미광 보정을 포함하는 보정 처리(통상 측정)로 크게 구별된다. 이하, 각각의 처리의 상세에 대해서 설명한다.
또한, 현실의 실시 형태로는 메이커가 분광 특성 측정 장치를 출하하기 이전 단계에서, 미광 패턴의 취득에 관한 처리가 실행되고, 취득된 미광 패턴이 당해 분광 특성 장치에 내장된다(도 10의 미광 패턴(107b)). 그리고, 통상의 측정 시에는 분광 특성 측정 장치의 내부에서, 이러한 미광 패턴(107b)을 사용한 미광 보정이 자동으로 실행된다는 형태가 가장 일반적이라고 상정된다.
(f2: 미광 패턴 취득(사전 처리))
도 11은 본 실시 형태를 따르는 미광 패턴 취득에 관한 처리 내용을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 11을 참조하여, 본 실시 형태를 따르는 미광 패턴의 취득 처리에서는 외부 커트 필터(31)를 사용해서 차단 파장 fcut2 이하의 성분을 차단한 기준 광을 생성하고, 이 기준 광을 측정기 본체(2)에 입사시킴으로써 검출되는 스펙트럼(301)과, 셔터(21)를 클로즈 위치에 구동해서 측정기 본체(2)에 광이 입사되지 않은 상태에서 검출되는 다크 스펙트럼(302)을 취득한다. 그리고, 스펙트럼(301)으로부터 다크 스펙트럼(302)을 감함(다크 보정함)으로써, 미광 성분을 나타내는 스펙트럼(303)이 산출된다.
스펙트럼(303)에 대하여, 보텀 위치의 탐색 및 오프셋 분의 보정이 행하여짐으로써, 미광 패턴(304)이 산출된다.
도 12는 본 실시 형태를 따르는 미광 패턴의 취득에 관한 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 12를 참조하여, 우선 유저는 미광 패턴을 산출하기 위한 기준 광의 스펙트럼 측정에 필요한 지그를 준비한다(스텝 S100). 구체적으로는 외부 커트 필터(31)의 배치나, 기준 광을 발생하기 위한 광원이 준비된다. 측정기 본체(2) 및 광원은 측정 개시 전에 충분히 에이징되는 것이 바람직하다.
그리고, 스텝 S102 및 S104에 나타내는 다크 스펙트럼의 취득 처리가 실행된다. 스텝 S102에 있어서, 셔터(21)가 클로즈 위치에 구동되고, 측정기 본체(2)로의 광의 입사가 차단된 상태가 형성된다(스텝 S102). 이 상태에서, 측정기 본체(2)에서 검출된 스펙트럼이 다크 스펙트럼으로서 취득된다(스텝 S104).
계속해서, 스텝 S106 및 S108에 나타내는 미광 패턴을 산출하기 위한 스펙트럼의 취득 처리가 실행된다. 스텝 S106에 있어서, 유저는 기준 광을 측정기 본체(2)에 입사시킨다. 전형적으로는, 기준 광은 브로드밴드 광원으로부터 조사되는 광에 대하여, 외부 커트 필터(31)(도 2)를 사용해서 차단 파장 fcut2보다 짧은 성분을 차단함으로써 생성된다. 단, 레이저나 LED 등의 반도체 발광 디바이스를 사용하여, 특정한 파장 범위에만 강도를 갖는 광을 기준 광으로 해도 좋다. 이 상태에서, 측정기 본체(2)에서 검출된 스펙트럼이 취득된다(스텝 S108).
또한, 상술한 스텝 S102 및 S104에 나타내는 다크 스펙트럼의 취득 처리와, 스텝 S106 및 S108에 나타내는 미광 패턴을 산출하기 위한 스펙트럼의 취득 처리에 대해서는, 어느 쪽의 순서로 실행해도 좋다.
계속해서, 스텝 S110 내지 S118에 나타내는 미광 패턴의 산출 처리가 실행된다. 스텝 S110에 있어서, 스텝 S108에서 취득된 스펙트럼으로부터 스텝 S106에서 취득된 다크 스펙트럼을 감산함으로써, 기준 광의 미광 스펙트럼이 산출된다. 이 감산 처리에서는 대응하는 각 파장에 대해서 2개의 성분 사이에서 감산이 각각 실행된다. 스텝 S110에서 산출된 미광 스펙트럼으로부터 보텀 위치가 탐색된다(스텝 S112). 즉, 다크 보정 후의 미광 스펙트럼의 파장 범위 fmin 내지 fcut2에서 신호 강도가 최소값을 취하는 위치가 탐색된다.
그리고, 스텝 S112에서 탐색된 보텀 위치에서의 신호 강도를 오프셋으로 하고, 스텝 S110에서 산출된 미광 스펙트럼으로부터 이 오프셋이 일률적으로 차감된다(스텝 S114). 또한, 스텝 S114에서 산출된 스펙트럼 중, 보텀 위치보다 장파장측의 신호 강도가 일률적으로 제로로 설정된다(스텝 S116). 이상의 처리에 의해, 미광 패턴이 결정된다. 이 미광 패턴은, 전형적으로는 분광 특성 측정 장치(1)의 처리 장치(100)에 저장된다(스텝 S118).
미광 패턴을 진폭 방향으로 규격화해도 좋다. 즉, 보텀 위치 및 보텀 위치보다 장파장측에서의 신호 강도를 제로로 하면서, 또한 신호 강도의 최대값이 「1」 또는 「255」와 같은 값이 되도록 전체를 스케일링해도 좋다.
(f3: 다크 보정/미광 보정(통상 측정))
도 13은 본 실시 형태를 따르는 다크 보정 및 미광 보정을 포함하는 통상 측정에 관한 처리 내용을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 13을 참조하여, 피측정광을 측정기 본체(2)에 입사시켜서 검출되는 측정 스펙트럼(311)과, 셔터(21)를 클로즈 위치에 구동해서 측정기 본체(2)에 광이 입사되지 않은 상태에서 검출되는 다크 스펙트럼(312)을 취득한다. 그리고, 측정 스펙트럼(311)으로부터 다크 스펙트럼(312)을 감함(다크 보정함)으로써, 피측정광을 나타내는 스펙트럼(313)이 산출된다.
한편, 미리 취득되어 있는 미광 패턴(304)을 보정함으로써 피측정광에 의해 발생하게 될 미광 스펙트럼(314)이 산출된다. 구체적으로는 미광 패턴(304)에 대하여, 기울기의 비율의 역수(1/b)가 곱해지고, 또한 높이 보정값 h가 일률적으로 가산된다. 즉, 미광 패턴(304)에 대하여, 비율 보정(진폭 보정) 및 높이 보정(오프셋 보정)이 실행됨으로써, 미광 스펙트럼(314)이 산출된다. 상술한 바와 같이, 기울기의 비율 b 및 높이 보정값 h에 대해서는, 미광 패턴(304) 및 스펙트럼(313)의 파장 범위 fmin 내지 fcut1의 성분에 기초하여 산출된다.
다크 보정 후의 스펙트럼(313)으로부터, 산출된 미광 스펙트럼(314)을 감함으로써 대상물의 분광 특성을 나타내는 측정 스펙트럼(315)을 산출한다. 이 스펙트럼(315)이 측정 결과로서 출력된다.
도 14는 본 실시 형태를 따르는 다크 보정 및 미광 보정을 포함하는 통상 측정에 관한 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 14를 참조하여, 우선 스텝 S200 및 S202에 나타내는 다크 스펙트럼의 취득 처리가 실행된다. 스텝 S200에 있어서, 셔터(21)가 클로즈 위치에 구동되고, 측정기 본체(2)로의 광의 입사가 차단된 상태가 형성된다(스텝 S200). 이 상태에서, 측정기 본체(2)에서 검출된 스펙트럼이 다크 스펙트럼으로서 취득된다(스텝 S202).
계속해서, 스텝 S204 및 S206에 나타내는 피측정광의 측정 스펙트럼의 취득 처리가 실행된다. 스텝 S204에 있어서, 유저는 프로브(6)를 대상물에 근접 배치하고, 대상물로부터 방사되는 피측정광을, 광섬유(4)를 통해서 측정기 본체(2)에 입사시킨다(스텝 S204). 이 상태에서, 측정기 본체(2)에서 검출된 측정 스펙트럼이 취득된다(스텝 S206).
스텝 S204 및 S206에 있어서는 분광기(24)에 관련되고, 파장 범위 fmin 내지 fcut1의 성분이 입사되도록 구성된 보정 영역(25a)과, 이 파장 범위보다 장파장측인 유효 파장 범위(파장 범위 fcut1 내지 fmax)의 성분이 입사되도록 구성된 유효 검출 영역(25b)을 포함하는 광 검출기(25)에 대하여, 유효 파장 범위에 강도를 갖는 피측정광을 입사시키는 스텝이 실행된다.
상술한 스텝 S200 및 S202에 나타내는 다크 스펙트럼의 취득 처리와, 스텝 S204 및 S206에 나타내는 측정 스펙트럼의 취득 처리에 대해서는, 어느 쪽 순서로 실행해도 좋다.
계속해서, 스텝 S208 내지 S220에 나타내는 보정 처리가 실행된다. 즉, 광 검출기(25)에 의한 검출 결과에 대하여, 피측정광에 의해 발생하는 미광 성분을 보정하는 스텝이 실행된다. 스텝 S208에 있어서, 스텝 S206에서 취득된 측정 스펙트럼으로부터 스텝 S202에서 취득된 다크 스펙트럼을 감산함으로써, 다크 보정 후의 측정 스펙트럼이 산출된다. 이 감산 처리에서는 각 파장에 대해서 대응하는 2개의 성분 사이에서 감산이 각각 실행된다.
계속해서, 미리 취득되어 있는 미광 패턴이 판독된다(스텝 S210). 즉, 광 검출기(25)에 발생하는 미광을 나타내는 미광 패턴이 판독된다. 상술한 바와 같이, 미광 패턴은 유효 파장 범위(fcut1 내지 fmax) 중 장파장측의 일부의 파장 범위(fcut2 내지 fmax)에 강도를 갖는 기준 광을 광 검출기(25)로 검출한 결과로부터 취득된다.
계속해서, 판독된 미광 패턴 및 측정 스펙트럼(다크 보정 후)에 대해서, 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 신호 강도로부터 기울기의 비율 b가 산출된다(스텝 S212). 또한, 판독된 미광 패턴 및 측정 스펙트럼(다크 보정 후)에 대해서, 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 신호 강도로부터 높이 보정값 h가 산출된다(스텝 S214).
스텝 S212에서 산출된 기울기의 비율 b 및, 스텝 S214에서 산출된 높이 보정값 h에 기초하여, 미광 패턴을 보정함으로써 금회의 측정에 있어서의 미광 스펙트럼이 산출된다(스텝 S216). 즉, 스텝 S212 내지 S216에 있어서는, 미광 패턴의 파장 범위 fmin 내지 fcut1에 있어서의 파장에 관한 제1 변화량과, 광 검출기(25)의 보정 영역(25a)에서 검출되는 결과에 포함되는 파장에 관한 제2 변화량에 기초하여, 미광 패턴을 보정함으로써 피측정광에 의해 발생하는 미광 성분이 산출된다.
스텝 S208에서 취득된 측정 스펙트럼(다크 보정 후)으로부터 산출한 미광 스펙트럼을 감산함으로써, 다크 보정 및 미광 보정이 이루어진 측정 스펙트럼이 산출된다(스텝 S218). 이 보정 후의 측정 스펙트럼이 결과로서 출력된다(스텝 S220).
<G. 측정 예>
이어서, 본 실시 형태를 따르는 분광 특성 측정 장치(1)를 사용한 측정 결과의 일례를 나타낸다. 도 15는 본 실시 형태를 따르는 분광 특성 측정 장치(1)를 사용한 측정 결과의 일례다.
도 15에 도시하는 바와 같은 미광 패턴이 미리 취득되어 있는 것으로 한다. 그리고 나서, 어떤 대상물로부터의 피측정광을 측정한 바, 도 15에 도시하는 바와 같은 측정 스펙트럼이 얻어진 것으로 한다. 또한, 도 15에는 다크 보정 후의 측정 스펙트럼을 나타낸다.
미광 패턴에 대하여, 비율 보정(진폭 보정) 및 높이 보정(오프셋 보정)이 실행됨으로써, 도 15에 도시하는 바와 같은 미광 스펙트럼이 산출된다. 그리고, 측정 스펙트럼으로부터 미광 패턴을 감함으로써, 미광 보정 후의 미광 스펙트럼이 산출된다.
도 15에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태를 따르는 미광 보정을 행함으로써, 0차 광의 영향을 받기 쉬운 단파장측에서의 미광의 영향을 배제할 수 있는 것을 알 수 있다.
<H. 변형예>
(h1: 변형예 1)
상술한 실시 형태에 있어서는, 측정기 본체(2) 및 처리 장치(100)를 각각 독립 장치로서 구성하는 경우에 대해서 예시했지만, 양쪽 장치를 일체화해서 구성해도 좋다.
(h2: 변형예 2)
도 2에 도시하는 측정기 본체(2)에 있어서는, 내부 커트 필터(23)를 사용하여 하우징(27) 내에 입사된 광이 입사되지 않은 보정 영역(25a)을 실현했지만, 분광기(24)에 의해 반사된 어느 광도 입사되지 않은 임의의 위치에 보정 영역(25a)을 설치해도 좋다.
(h3: 변형예 3)
본 발명에 따른 프로그램은, 컴퓨터의 오퍼레이팅 시스템(OS)의 일부로서 제공되는 프로그램 모듈 중, 필요한 모듈을 소정의 배열로 소정의 타이밍에 호출해서 처리를 실행시키는 것이어도 좋다. 그 경우, 프로그램 자체에는 상기 모듈이 포함되지 않고 OS와 협동해서 처리가 실행된다. 이러한 모듈을 포함하지 않는 프로그램도 본 발명에 따른 프로그램에 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 프로그램은 다른 프로그램의 일부에 내장되어서 제공되는 것이어도 좋다. 그 경우에도 프로그램 자체에는 상기 다른 프로그램에 포함되는 모듈이 포함되지 않고, 다른 프로그램과 협동해서 처리가 실행된다. 이러한 다른 프로그램에 내장된 프로그램도, 본 발명에 따른 프로그램에 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 프로그램에 의해 실현되는 기능의 일부 또는 전부를 전용의 하드웨어에 의해 구성해도 좋다.
<I. 이점>
본 실시 형태에 의하면, 측정기 본체(2)에 고유로 발생할 수 있는 미광 성분을 나타내는 미광 패턴을 분광 특성 측정 장치(1)에 미리 취득해 두고, 각 측정 시에 있어서, 미광 패턴을 그 상황에 따라서 보정(즉, 미광 스펙트럼을 추정)한 후에, 측정 스펙트럼으로부터 그 미광 스펙트럼을 감함으로써, 미광 성분의 영향을 저감한 피측정물의 분광 특성(스펙트럼)을 산출한다. 또한, 미광 보정과 함께, 광 검출기에 흐르는 암전류 등의 영향도 다크 보정에 의해 저감한다. 이들 보정에 의해, 피측정물의 스펙트럼을 보다 고정밀도로 취득할 수 있다.
이렇게 미광 패턴을 입사되는 피측정광에 따라서 동적으로 보정함으로써 측정 광원의 변화에 따른 미광 스펙트럼을 보다 정확하게 추정할 수 있다. 본원 발명자들의 지식에 의하면, 미광의 주된 요인이 되는 0차 광의 강도, 즉 피측정광의 총합 에너지는 광원마다 상이하고, 발생하는 미광의 스펙트럼도 변화할 수 있지만, 기본 미광 패턴은 분광기 및 광 검출기 등의 위치 관계에 의해 결정되어서 변화하지 않는다. 그로 인해, 파장에 관한 변화량(기울기)에 기초하여 0차 광의 영향을 평가하고, 그 평가 결과로부터 미광 패턴을 진폭 방향으로 확대 또는 축소하면서, 또한 오프셋 보정을 행함으로써, 광원에 따른 미광 스펙트럼을 보다 정확하게 추정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 측정된 미광 스펙트럼으로부터 미광 패턴을 산출하므로, 보정 패턴을 근사 함수 등으로 정의하는 구성과는 상이하게, 분광 특성 측정 장치(1) 별로 파라미터 등을 설정할 필요가 없다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 광 검출기(25)의 검출면에 피측정광이 입사되지 않는 영역(보정 영역(25a))과, 피측정광이 입사되는 영역(유효 검출 영역(25b))이 설치되어 있고, 보정 영역(25a)에서의 검출 결과에 기초하여, 미광 스펙트럼이 산출된다. 그 때문에, 통상 측정에 있어서, 내부 커트 필터를 교환하는 등의 기계적인 동작이 불필요하고, 또한 측정 스펙트럼의 검출에 맞춰서 검출되는 신호 강도를 사용해서 미광 스펙트럼이 산출되므로, 처리 시간을 단축할 수 있다. 다시 말해, 처리 시간의 증대를 피하면서 미광 보정을 행하고, 보다 고정밀도의 측정을 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 측정마다 그 상황에 따른 미광 스펙트럼이 추정되므로, 단시간의 사이에 환경(예를 들어, 온도)이 크게 변화하는 상황이어도, 안정되게 고정밀도의 측정을 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 미광 패턴의 취득 시에 복수의 외부 커트 필터를 사용함으로써 대상의 측정기 본체에 발생하는 미광 스펙트럼의 범위를 확인한 후에 적절한 외부 커트 필터 및 미광 패턴을 취득할 수 있다.
상술한 설명에 의해, 본 실시 형태를 따르는 배광 특성 측정 장치에 관한 그 이외의 이점에 대해서는 밝혀질 것이다.
본 발명을 상세하게 설명해서 나타냈지만, 이것은 예시를 위한 것으로서, 한정으로 생각해서는 안되고, 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 해석되는 것이 명백하게 이해될 것이다.
1: 분광 특성 측정 장치
2: 측정기 본체
4: 광섬유
6: 프로브
20: 광 취입구
21: 셔터
22: 슬릿
23: 내부 커트 필터
24: 분광기
25: 광 검출기
25a: 보정 영역
25b: 유효 검출 영역
26: 광흡수부
27: 하우징
31: 외부 커트 필터
100: 처리 장치
101: CPU
102: 메모리
103: 모니터
104: 마우스
105: 키보드
106: 버스
107: 고정 디스크
107a: 보정 로직
107b: 미광 패턴
108: 통신 인터페이스
109: CD-ROM 드라이브
110: CD-ROM
202, 222, 234: 감산부
204: 보텀 위치 탐색부
206: 미광 패턴 생성부
210: 기억부
224: 버퍼
226: 비율 산출부
228: 높이 보정값 산출부
230: 승산부
232: 가산부

Claims (10)

  1. 분광 특성 측정 장치로서,
    입사된 광을 파장에 따라서 공간적으로 분산하기 위한 분광기와,
    상기 분광기에 의해 분산된 광을 수광하기 위한 검출부 - 상기 검출부는 제1 파장 범위의 성분이 입사되는 제1 검출 영역과, 상기 제1 파장 범위보다 장파장측인 제2 파장 범위의 성분이 입사되는 제2 검출 영역을 포함함 - 와,
    상기 분광기의 전단에 배치되고, 상기 제1 파장 범위를 차단하기 위한 필터와,
    상기 검출부에 발생하는 미광을 나타내는 미광 패턴을 기억하기 위한 기억부 - 상기 미광 패턴은 상기 제2 파장 범위 중 장파장측의 일부의 파장 범위에 강도를 갖는 기준 광을 상기 검출부에서 검출한 결과로부터 취득된 것임 - 와,
    측정 대상의 광에 의해 상기 검출부에 발생하는 미광을 보정하기 위한 보정부를 구비하고,
    상기 보정부는 상기 미광 패턴의 상기 제1 파장 범위에 있어서의 파장에 관한 제1 변화량과, 상기 검출부의 상기 제1 검출 영역에서 검출되는 결과에 포함되는 파장에 관한 제2 변화량에 기초하여, 상기 미광 패턴을 보정함으로써 상기 측정 대상의 광에 의해 발생하는 미광 성분을 산출하는, 분광 특성 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보정부는 상기 제1 변화량 및 상기 제2 변화량에 기초하여, 상기 미광 패턴을 진폭 방향으로 확대 또는 축소하는, 분광 특성 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 보정부는 상기 확대 또는 축소된 미광 패턴과 상기 측정 대상의 광을 검출해서 얻어진 측정 스펙트럼과의, 상기 제1 파장 범위에 있어서의 진폭 차에 따라, 상기 확대 또는 축소된 미광 패턴의 오프셋 보정을 행하는, 분광 특성 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보정부는 상기 제2 파장 범위에서, 상기 측정 대상의 광을 검출해서 얻어진 측정 스펙트럼과 그 파형이 일치하도록, 상기 미광 패턴을 보정하는, 분광 특성 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 변화량은 파장에 관한 기울기를 포함하는, 분광 특성 측정 장치.
  6. 분광 특성 측정 방법으로서,
    분광기에 관련되고, 제1 파장 범위의 성분이 입사되도록 구성된 제1 검출 영역과, 상기 제1 파장 범위보다 장파장측인 제2 파장 범위의 성분이 입사되도록 구성된 제2 검출 영역을 포함하는 검출부에 대하여, 상기 제2 파장 범위에 강도를 갖는 측정 대상의 광을 입사시키는 스텝과,
    상기 검출부에 의한 검출 결과에 대하여, 상기 측정 대상의 광에 의해 발생하는 미광 성분을 보정하는 스텝을 구비하고,
    상기 보정하는 스텝은,
    상기 검출부에 발생하는 미광을 나타내는 미광 패턴을 판독하는 스텝 - 상기 미광 패턴은 상기 제2 파장 범위 중 장파장측의 일부의 파장 범위에 강도를 갖는 기준 광을 상기 검출부에서 검출한 결과로부터 취득된 것임 - 과,
    상기 미광 패턴의 상기 제1 파장 범위에 있어서의 파장에 관한 제1 변화량과, 상기 검출부의 상기 제1 검출 영역에서 검출되는 결과에 포함되는 파장에 관한 제2 변화량에 기초하여, 상기 미광 패턴을 보정함으로써 상기 측정 대상의 광에 의해 발생하는 미광 성분을 산출하는 스텝을 포함하는, 분광 특성 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보정하는 스텝은 상기 제1 변화량 및 상기 제2 변화량에 기초하여, 상기 미광 패턴을 진폭 방향으로 확대 또는 축소하는 스텝을 포함하는, 분광 특성 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 보정하는 스텝은 상기 확대 또는 축소된 미광 패턴과 상기 측정 대상의 광을 검출해서 얻어진 측정 스펙트럼과의, 상기 제1 파장 범위에 있어서의 진폭 차에 따라, 상기 확대 또는 축소된 미광 패턴의 오프셋 보정을 행하는 스텝을 포함하는, 분광 특성 측정 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 보정하는 스텝은 상기 제2 파장 범위에서, 상기 측정 대상의 광을 검출해서 얻어진 측정 스펙트럼과 그 파형이 일치하도록, 상기 미광 패턴을 보정하는 스텝을 포함하는, 분광 특성 측정 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 변화량은 파장에 관한 기울기를 포함하는, 분광 특성 측정 방법.
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