KR20190014383A - 스펙트럼 측정 장치 및 방법과, 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법 - Google Patents

스펙트럼 측정 장치 및 방법과, 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법 Download PDF

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Abstract

일 양상에 따른 스펙트럼 측정 장치는, 시료에 광을 조사하는 광원부와, 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 광 검출기와, 상기 광 검출기가 캘리브레이션용 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하여 수신된 광의 강도를 측정하면, 스펙트럼 재건 파라미터의 값을 조절해가며 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건하고, 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로 상기 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값을 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

스펙트럼 측정 장치 및 방법과, 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법{Spectrum measurement apparatus and method, calibration method of spectrum measurement apparatus}
스펙트럼 재건 기술에 대한 것으로, 특히, 스펙트럼 측정 장치 및 방법과, 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법과 관련된다.
분광기는 광을 시료에 조사하여 반사, 산란 또는 투과되어 나오는 광을 검출하여 시료의 구조를 분석하여 시료의 성질을 밝힐 수 있는 효율적인 기기로서, 광 검출기의 측정값을 기반으로 스펙트럼 재건 알고리즘을 이용하여 시료의 스펙트럼을 획득한다.
따라서 분광기의 성능 향상을 위해 스펙트럼 재건 알고리즘 및 그에 이용되는 파라미터를 최적화할 필요가 있다.
스펙트럼 측정 장치 및 방법과, 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양상에 따른 스펙트럼 측정 장치는, 시료에 광을 조사하는 광원부와, 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 광 검출기와, 상기 광 검출기가 캘리브레이션용 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하여 수신된 광의 강도를 측정하면, 스펙트럼 재건 파라미터의 값을 조절해가며 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건하고, 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로 상기 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값을 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 유클리드 거리(Euclidean distance), 맨하탄 거리(Manhattan Distance), 코사인 거리(Cosine Distance), 마할라노비스 거리 (Mahalanobis Distance), 자카드 계수(Jaccard Coefficient), 확장 자카드 계수(Extended Jaccard Coefficient), 피어슨 상관관계 계수(Pearson's Correlation Coefficient), 및 스피어만 상관관계 계수(Spearman's Correlation Coefficient) 중 하나를 이용하여 상기 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 상기 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 산출할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 상기 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도가 최대가 되는 스펙트럼 재건 파라미터의 값을 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값으로 결정할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 광 검출기가 측정 대상 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하여 수신된 광의 강도를 측정하면, 상기 결정된 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값을 반영하여 측정 대상 시료 스펙트럼을 재건할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 스펙트럼 재건 파라미터의 변화에 따른, 상기 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 상기 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도 변화를 기반으로, 스펙트럼 재건에 영향을 미치는 시스템 노이즈 상태를 판단할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 스펙트럼 재건 파라미터의 변화에 따른 유사도 변화의 극대점 개수를 기반으로 상기 시스템 노이즈 상태를 판단할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 극대점 개수가 1개이면 상기 시스템 노이즈 상태를 스펙트럼 재건을 유효하게 할 수 있는 상태라고 판단하고, 그렇지 않으면 상기 시스템 노이즈 상태를 스펙트럼 재건을 유효하게 할 수 없는 상태라고 판단할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 시스템 노이즈 상태가 스펙트럼 재건을 유효하게 할 수 없는 상태라고 판단되면, 시스템 파라미터를 조정할 수 있다.
상기 시스템 파라미터는 광원 파라미터 및 광 검출기 파라미터 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 광원 파라미터는 상기 광원부의 동작 주파수, 듀티비(duty ratio), 인가되는 전기 신호의 크기 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 광 검출기 파라미터는 상기 광 검출기의 동작 주파수, 증폭 이득 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 광원 파라미터의 변화 및 그에 따른 광원부의 온도 변화 중 적어도 하나와, 노이즈 간의 관계를 분석하고, 광 검출기 파라미터의 변화 및 그에 따른 광 검출기의 온도 변화 중 적어도 하나와, 노이즈 간의 관계를 분석하고, 상기 분석 결과를 기반으로 시스템 노이즈를 최소화할 수 있도록 시스템 광원 파라미터 및 광 검출기 파라미터 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.
다른 양상에 따른 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법는, 캘리브레이션용 시료에 광을 조사하는 단계와, 캘리브레이션용 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 단계와, 상기 수신된 광의 강도가 측정되면, 스펙트럼 재건 파라미터의 값을 조절해가며 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건하는 단계와, 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 판단하는 단계와, 유사도 판단 결과를 기반으로 상기 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 유사도를 판단하는 단계는, 유클리드 거리(Euclidean distance), 맨하탄 거리(Manhattan Distance), 코사인 거리(Cosine Distance), 마할라노비스 거리 (Mahalanobis Distance), 자카드 계수(Jaccard Coefficient), 확장 자카드 계수(Extended Jaccard Coefficient), 피어슨 상관관계 계수(Pearson's Correlation Coefficient), 및 스피어만 상관관계 계수(Spearman's Correlation Coefficient) 중 하나를 이용할 수 있다.
상기 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값을 결정하는 단계는, 상기 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 상기 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도가 최대가 되는 스펙트럼 재건 파라미터의 값을 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값으로 결정할 수 있다.
캘리브레이션 방법은, 상기 스펙트럼 재건 파라미터의 변화에 따른, 상기 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 상기 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도 변화를 기반으로, 스펙트럼 재건에 영향을 미치는 시스템 노이즈 상태를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 시스템 노이즈 상태를 판단하는 단계는, 상기 스펙트럼 재건 파라미터의 변화에 따른 유사도 변화의 극대점 개수를 기반으로 상기 시스템 노이즈 상태를 판단할 수 있다.
상기 상기 시스템 노이즈 상태를 판단하는 단계는, 상기 극대점 개수가 1개이면 상기 시스템 노이즈 상태를 스펙트럼 재건을 유효하게 할 수 있는 상태라고 판단하고, 그렇지 않으면 상기 시스템 노이즈 상태를 스펙트럼 재건을 유효하게 할 수 없는 상태라고 판단할 수 있다.
캘리브레이션 방법은, 상기 시스템 노이즈 상태가 스펙트럼 재건을 유효하게 할 수 없는 상태라고 판단되면, 시스템 파라미터를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 시스템 파라미터는 광원 파라미터 및 광 검출기 파라미터 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 광원 파라미터는 광원부의 동작 주파수, 듀티비(duty ratio), 인가되는 전기 신호의 크기 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 광 검출기 파라미터는 광 검출기의 동작 주파수, 증폭 이득 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
캘리브레이션 방법은, 광원 파라미터의 변화 및 그에 따른 광원부의 온도 변화 중 적어도 하나와, 노이즈 간의 관계를 분석하는 단계와, 광 검출기 파라미터의 변화 및 그에 따른 광 검출기의 온도 변화 중 적어도 하나와, 노이즈 간의 관계를 분석하는 단계와, 분석 결과를 기반으로 시스템 노이즈를 최소화할 수 있도록 시스템 광원 파라미터 및 광 검출기 파라미터 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 양상에 따른 스펙트럼 측정 장치의 스펙트럼 측정 방법은, 캘리브레이션용 시료에 광을 조사하는 단계와, 캘리브레이션용 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 단계와, 스펙트럼 재건 파라미터의 값을 조절해가며 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건하는 단계와, 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로 상기 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값을 결정하는 단계와, 측정 대상 시료에 광을 조사하는 단계와, 측정 대상 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도를 측정하는 단계와, 상기 결정된 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값을 반영하여 측정 대상 시료 스펙트럼을 재건하는 단계를 포함할 수 있다.
스펙트럼 재건 파라미터의 값을 조절해가며 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건하고, 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값을 결정하여 이용함으로써, 분광기의 스펙트럼 재건 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 스펙트럼 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 프로세서의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 프로세서의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 4는 프로세서의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 5는 프로세서의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 6a 및 도 6b는 스펙트럼 재건 파라미터 변화에 따른 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도 변화의 예를 도시한다.
도 7은 스펙트럼 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 8은 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 9는 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 10은 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 11은 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 12는 스펙트럼 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
한편, 각 단계들에 있어, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 수행될 수 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주 기능별로 구분한 것에 불과하다. 즉, 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있다. 각 구성부는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 스펙트럼 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
스펙트럼 측정 장치(100)는 시스템 파라미터 및/또는 스펙트럼 재건 파라미터 등을 최적화하여 시료의 스펙트럼을 측정할 수 있는 장치로서, 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때 전자 장치는 휴대폰, 스파트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.
도 1을 참조하면, 스펙트럼 측정 장치(100)는 광원부(110), 광 검출부(120) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.
광원부(110)는 시료(캘리브레이션용 시료 및/또는 측정 대상 시료)에 광을 조사할 수 있다. 이때 캘리브레이션용 시료는 이미 스펙트럼 정보가 알려진 성분으로 구성된 시료로서 스펙트럼 측정 장치(100)의 캘리브레이션을 위해 사용되는 시료이고, 측정 대상 시료는 스펙트럼을 획득하여 성분을 분석하고자 하는 시료를 의미할 수 있다.
광원부(110)는 시료에 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수의 광원을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각 광원은 서로 다른 파장대의 근적외선(Near Infrared Ray, NIR) 또는 중적외선(Mid Infrared Ray, MIR)을 시료에 조사할 수 있다. 그러나, 측정 목적이나 분석하고자 하는 구성 성분의 종류에 따라서 광원으로부터 조사되는 광의 파장은 달라질 수 있다. 그리고 각 광원은 반드시 단일의 발광체로 구성될 필요는 없으며, 다수의 발광체의 집합으로 구성될 수도 있다. 일 실시예에 따르면 각 광원은 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 레이저 다이오드(laser diode), 또는 형광체 등으로 형성될 수 있으나 이는 일 실시예에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 광원부(110)는 각 광원으로부터 조사된 광이 시료의 원하는 위치를 향하도록 하는 적어도 하나의 광학 요소를 더 포함할 수 있다.
광 검출기(120)는 광원부(110)에서 조사된 광 중에서 시료에 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정할 수 있다. 이때, 광 검출부(120)는 설정된 이득에 따라 수신된 광을 증폭시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광 검출기(120)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor, PTr) 또는 전자 결합 소자(charge-coupled device, CCD)등으로 형성될 수 있다. 광 검출기(120)는 반드시 하나의 소자로 구성될 필요는 없으며, 다수의 소자들이 모여 어레이 형태로 구성될 수도 있다.
한편, 광원 및 광 검출기의 개수 및 배열 형태 등은 다양하며 분석 대상의 종류, 활용 목적, 및 스펙트럼 측정 장치(100)가 탑재되는 전자 장치의 크기와 형태 등에 따라 변경될 수 있다.
프로세서(130)는 스펙트럼 측정 장치(100)의 캘리브레이션과 측정 대상 시료의 스펙트럼 측정과 관련된 각종 신호 및 동작을 처리할 수 있다.
프로세서(130)는 캘리브레이션 주기 또는 사용자의 캘리브레이션 명령에 따라 광원부(110) 및 광 검출기(120)를 제어하여 시스템 파라미터 및/또는 스펙트럼 재건 파라미터 등을 최적화하는 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 여기서, 캘리브레이션 주기는 사용자에 의해 다양하게 설정될 수 있다. 시스템 파라미터는 광원 파라미터와 광 검출기 파라미터 등을 포함하며, 광원 파라미터는 각 광원의 동작 주파수, 듀티비(duty ratio), 각 광원에 인가되는 전기 신호(전압 또는 전류)의 크기 등을 포함하며, 광 검출기 파라미터는 광 검출기의 동작 주파수, 광 검출기 내부의 증폭 이득 등을 포함할 수 있다. 스펙트럼 재건 파라미터는 광 검출기(120)의 측정 강도를 기반으로 스펙트럼을 재건하는 데 사용되는 파라미터로서 수학식 1의 로 표현될 수 있다.
Figure pat00002
여기서,
Figure pat00003
는 스펙트럼 재건 파라미터를 나타내고,
Figure pat00004
는 단위 행렬을 나타내고,
Figure pat00005
는 광원 스펙트럼을 나타내고,
Figure pat00006
는 광 검출기(120)의 측정 강도를 나타내고,
Figure pat00007
는 재건된 스펙트럼을 나타낸다. 이때, 광원 스펙트럼은 광원(110)에서 조사되는 광의 스펙트럼으로, 광원 스펙트럼에 대한 정보는 내부 또는 외부 데이터베이스에 미리 저장될 수 있다.
또한, 프로세서(130)는 사용자의 스펙트럼 측정 명령에 따라 광원부(110) 및 광 검출기(120)를 최적화된 시스템 파라미터로 설정하고 제어하여, 측정 대상 시료의 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이때, 프로세서(130)는 최적화된 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00008
로 설정된 수학식 1을 이용하여 스펙트럼을 재건함으로써 측정 대상 시료의 스펙트럼을 획득할 수 있다.
도 2는 프로세서의 일 실시예를 도시한 블록도이다. 도 2의 프로세서(200)는 도 1의 프로세서(130)의 일 실시예일 수 있다.
도 2를 참조하면, 프로세서(200)는 제1 스펙트럼 재건부(210), 유사도 산출부(220), 최적값 결정부(230) 및 제2 스펙트럼 재건부(240)를 포함할 수 있다.
제1 스펙트럼 재건부(210)는 광 검출기(120)가 캘리브레이션용 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하여 수신된 광의 강도를 측정하면, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00009
의 값을 조절해 가며, 수학식 1을 이용하여 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건할 수 있다. 이때, 제1 스펙트럼 재건부(210)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00010
의 값을 0에서부터 0.1까지 0.01 간격으로 증가시킬 수 있으나 이는 일 실시예에 불과할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 시스템의 성능 또는 용도에 따라 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00011
값의 하한값, 상한값 및 증가 간격은 다양할 수 있다.
유사도 산출부(220)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00012
의 값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 산출할 수 있다. 여기서 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼은 완벽히 재건되었을 때의 캘리브레이션용 시료의 스펙트럼으로서 정밀한 분광기를 통해 측정될 수 있으며, 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼에 대한 정보는 내부 또는 외부 데이터베이스에 미리 저장될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 유사도 산출부 (220)는 유클리드 거리(Euclidean distance), 맨하탄 거리(Manhattan Distance), 코사인 거리(Cosine Distance), 마할라노비스 거리 (Mahalanobis Distance), 자카드 계수(Jaccard Coefficient), 확장 자카드 계수(Extended Jaccard Coefficient), 피어슨 상관관계 계수(Pearson's Correlation Coefficient), 및 스피어만 상관관계 계수(Spearman's Correlation Coefficient) 등을 포함하는 다양한 유사도 산출 기법을 이용하여, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00013
의 값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 산출할 수 있다.
최적값 결정부(230)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00014
의 값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00015
의 최적값을 결정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 최적값 결정부(230)는 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도가 최대가 되는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00016
의 값을 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00017
의 최적값으로 결정할 수 있다.
제2 스펙트럼 재건부(240)는 광 검출기(120)가 측정 대상 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하여 수신된 광의 강도를 측정하면, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00018
의 최적값이 반영된 수학식 1을 이용하여 측정 대상 시료의 스펙트럼을 재건할 수 있다.
도 3은 프로세서의 다른 실시예를 도시한 블록도이다. 도 3의 프로세서(300)는 도 1의 프로세서(130)의 다른 실시예일 수 있다.
도 3을 참조하면, 프로세서(300)는 제1 스펙트럼 재건부(210), 유사도 산출부(220), 시스템 노이즈 상태 판단부(310), 시스템 파라미터 조정부(320), 최적값 결정부(230) 및 제2 스펙트럼 재건부(240)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 스펙트럼 재건부(210), 유사도 산출부(220), 최적값 결정부(230) 및 제2 스펙트럼 재건부(240)는 도 2를 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
시스템 노이즈 상태 판단부(310)는 유사도 산출부(220)에서 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00019
값 별로 산출된, 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로, 스펙트럼 재건에 영향을 미치는 시스템의 노이즈 상태를 판단할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 시스템 노이즈 상태 판단부(310)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00020
의 변화에 따른, 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도 변화가 소정의 조건을 만족하는 지 여부에 따라 시스템 노이즈 상태를 적합 또는 부적합으로 판단할 수 있다. 이때, 적합은 시스템 노이즈가 작아서 스펙트럼 재건을 유효하게 할 수 있는 상태를 나타내며, 부적합은 시스템 노이즈가 커서 스펙트럼 재건을 유효하게 할 수 없는 상태를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따르면, 시스템 노이즈 상태 판단부(310)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00021
의 변화에 따른 유사도 변화의 극대점의 개수를 기반으로 시스템의 노이즈 상태를 판단할 수 있다. 예컨대, 시스템 노이즈 상태 판단부(330)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00022
의 변화에 따른 유사도 변화의 극대점의 개수가 1개인 경우 시스템 노이즈 상태를 적합으로 판단하고, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00023
의 변화에 따른 유사도 변화의 극대점의 개수가 0개 또는 2개 이상인 경우 시스템 노이즈 상태를 부적합으로 판단할 수 있다.
시스템 파라미터 조정부(320)는 시스템 노이즈 상태가 부적합으로 판단되면, 시스템 파라미터를 조정할 수 있다. 여기서, 시스템 파라미터는 전술한 바와 같이, 광원 파라미터와 광 검출기 파라미터 등을 포함하며, 광원 파라미터는 각 광원의 동작 주파수, 듀티비(duty ratio), 각 광원에 인가되는 전기 신호(전압 또는 전류)의 크기 등을 포함하며, 광 검출기 파라미터는 광 검출기의 동작 주파수, 광 검출기 내부의 증폭 이득 등을 포함할 수 있다.
한편, 최적값 결정부(230)는 시스템 노이즈 상태가 적합으로 판단되면, 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도가 최대가 되는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00024
의 값을 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00025
의 최적값으로 결정할 수 있다.
도 4는 프로세서의 다른 실시예를 도시한 블록도이다. 도 4의 프로세서(400)는 도 1의 프로세서(130)의 다른 실시예일 수 있다.
도 4를 참조하면, 프로세서(400)는 시스템 노이즈 분석부(410), 시스템 파라미터 조정부(420), 제1 스펙트럼 재건부(210), 유사도 산출부(220), 최적값 결정부(230) 및 제2 스펙트럼 재건부(240)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 스펙트럼 재건부(210), 유사도 산출부(220), 최적값 결정부(230) 및 제2 스펙트럼 재건부(240)는 도 2를 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
시스템 노이즈 분석부(410)는 광원 파라미터(예컨대, 동작 주파수, 동작 주파수, 듀티비(duty ratio), 광원부에 인가되는 전기 신호의 크기 등)의 변화 및/또는 그에 따른 광원부 온도 변화와, 노이즈 간의 관계를 분석할 수 있다. 또한, 시스템 노이즈 분석부(410)는 광 검출기 파라미터(예컨대, 동작 주파수, 증폭 이득 등)의 변화 및/또는 그에 따른 광 검출기 온도 변화와, 노이즈 간의 관계를 분석할 수 있다.
시스템 파라미터 조정부(420)는 시스템 노이즈 분석부(410)의 분석 결과를 기반으로 시스템 노이즈를 최소화할 수 있도록 시스템 파라미터를 조정할 수 있다.
한편, 제1 스펙트럼 재건부(210)는 시스템 노이즈를 최소화할 수 있도록 시스템 파라미터가 조정되고 광 검출기(120)가 캘리브레이션용 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하여 수신된 광의 강도를 측정하면, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00026
의 값을 조절해 가며, 수학식 1을 이용하여 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건할 수 있다.
도 5는 프로세서의 다른 실시예를 도시한 블록도이다. 도 5의 프로세서(500)는 도 1의 프로세서(130)의 다른 실시예일 수 있다.
도 3을 참조하면, 프로세서(300)는 시스템 노이즈 분석부(410), 시스템 파라미터 조정부(510), 제1 스펙트럼 재건부(210), 유사도 산출부(220), 시스템 노이즈 상태 판단부(310), 최적값 결정부(230) 및 제2 스펙트럼 재건부(240)를 포함할 수 있다. 여기서, 시스템 노이즈 분석부(410), 제1 스펙트럼 재건부(210), 유사도 산출부(220), 시스템 노이즈 상태 판단부(310), 최적값 결정부(230) 및 제2 스펙트럼 재건부(240)는 도 2 내지 도 4를 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
시스템 파라미터 조정부(510)는 시스템 노이즈 분석부(410)의 분석 결과를 기반으로 시스템 노이즈를 최소화할 수 있도록 시스템 파라미터를 조정할 수 있다. 또한, 시스템 파라미터 조정부(510)는 시스템 노이즈 상태 판단부(310)의 판단 결과 시스템 노이즈 상태가 부적합으로 판단되면, 시스템 파라미터를 조정할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 스펙트럼 재건 파라미터 변화에 따른 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도 변화의 예를 도시한다. 더욱 상세하게는 도 6a는 스펙트럼 재건에 영향을 미치는 시스템의 노이즈 상태가 적합한 경우의 예이고, 도 6b는 스펙트럼 재건에 영향을 미치는 시스템의 노이즈 상태가 부적합한 경우의 예이다.
도 3 및 도 6a를 참조하면, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00027
의 변화에 따른 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도 변화(610)는 극대점의 개수가 1개이므로, 스펙트럼 노이즈 상태 판단부(310)는 스펙트럼 재건에 영향을 미치는 시스템의 노이즈 상태가 적합하다고 판단할 수 있다. 이 경우, 최적값 결정부(230)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00028
의 변화에 따른 유사도 변화(610)를 기반으로, 그 유사도가 최대가 되는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00029
의 값 0.02를 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00030
의 최적값으로 결정할 수 있다.
도 3 및 도 6b를 참조하면, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00031
의 변화에 따른 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도 변화(620)는 극대점의 개수가 2개이므로, 스펙트럼 노이즈 상태 판단부(310)는 스펙트럼 재건에 영향을 미치는 시스템의 노이즈 상태가 부적합하다고 판단할 수 있다. 이 경우, 시스템 파라미터 조정부(320)는 시스템 파라미터를 조정하고, 제1 스펙트럼 재건부(210)는 조정된 시스템 파라미터로 다시 측정된 광 강도를 기반으로, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00032
의 값을 조절해 가며, 수학식 1을 이용하여 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건할 수 있다. 또한, 유사도 산출부(220)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00033
의 값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 산출할 수 있다. 이러한 과정은 스펙트럼 노이즈 상태 판단부(310)가 스펙트럼 재건에 영향을 미치는 시스템의 노이즈 상태가 적합하다고 판단할 때까지 반복될 수 있다.
도 7은 스펙트럼 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
스펙트럼 측정 장치(700)는 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때 전자 장치는 휴대폰, 스파트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.
도 7을 참조하면, 스펙트럼 측정 장치(700)는 광원부(110), 광 검출기(120), 프로세서(130), 입력부(710), 저장부(720), 통신부(730), 및 출력부(740)를 포함할 수 있다. 여기서, 광원부(110), 광 검출기(120), 프로세서(130)는 도 1 내지 도 5를 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
입력부(710)는 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 입력부(710)는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(touch pad)(정압/정전), 조그 휠(Jog wheel), 조그 스위치(Jog switch), H/W 버튼 등을 포함할 수 있다. 특히, 터치 패드가 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치 스크린이라 부를 수 있다.
저장부(720)는 스펙트럼 측정 장치(700)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장할 수 있고, 스펙트럼 측정 장치(700)에 입력되는 데이터 및 스펙트럼 측정 장치(700)로부터 출력되는 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(720)는 광 검출기(120)를 통해 측정한 강도 데이터, 프로세서(130)에서 재건된 스펙트럼 데이터 및 결정된 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값, 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼 데이터, 및 광원 스펙트럼 데이터 등을 저장할 수 있다.
저장부(720)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 스펙트럼 측정 장치(700)는 인터넷 상에서 저장부(720)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 등 외부 저장 매체를 운영할 수도 있다.
통신부(730)는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, 통신부(730)는 입력부(710)를 통해 사용자로부터 입력된 데이터, 광 검출기(120)를 통해 측정한 강도 데이터, 프로세서(130)에서 재건된 스펙트럼 데이터 및 결정된 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값, 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼 데이터, 및 광원 스펙트럼 데이터 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 스펙트럼 재건 또는 측정에 도움이 되는 다양한 데이터를 수신할 수 있다.
이때, 외부 장치는 광 검출기(120)를 통해 측정한 강도 데이터, 프로세서(130)에서 재건된 스펙트럼 데이터 및 결정된 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값, 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼 데이터, 및 광원 스펙트럼 데이터 등을 사용하는 의료 장비, 결과물을 출력하기 위한 프린트, 또는 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값 또는 재건된 스펙트럼 데이터를 디스플레이하는 디스플레이 장치일 수 있다. 이외에도 외부 장치는 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 휴대폰, 스마트 폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
통신부(730)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
출력부(740)는 광 검출기(120)를 통해 측정한 강도 데이터, 프로세서(130)에서 재건된 스펙트럼 데이터 및 결정된 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값, 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼 데이터, 및 광원 스펙트럼 데이터 등을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 출력부(740)는 광 검출기(120)를 통해 측정한 강도 데이터, 프로세서(130)에서 재건된 스펙트럼 데이터 및 결정된 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값, 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼 데이터, 및 광원 스펙트럼 데이터 등을 청각적 방법, 시각적 방법 및 촉각적 방법 중 적어도 하나의 방법으로 출력할 수 있다. 이를 위해 출력부(740)는 디스플레이, 스피커, 진동기 등을 포함할 수 있다.
도 8은 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 8의 캘리브레이션 방법은 도 1의 스펙트럼 측정 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 스펙트럼 측정 장치(100)는 캘리브레이션용 시료에 광을 조사하고(810), 캘리브레이션용 시료에 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정할 수 있다(820).
스펙트럼 측정 장치(100)는 수신된 광의 강도가 측정되면, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00034
의 값을 조절해 가며, 수학식 1을 이용하여 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건할 수 있다(830).
스펙트럼 측정 장치(100)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00035
의 값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 산출할 수 있다(840). 일 실시예에 따르면, 스펙트럼 측정 장치(100)는 유클리드 거리(Euclidean distance), 맨하탄 거리(Manhattan Distance), 코사인 거리(Cosine Distance), 마할라노비스 거리 (Mahalanobis Distance), 자카드 계수(Jaccard Coefficient), 확장 자카드 계수(Extended Jaccard Coefficient), 피어슨 상관관계 계수(Pearson's Correlation Coefficient), 및 스피어만 상관관계 계수(Spearman's Correlation Coefficient) 등을 포함하는 다양한 유사도 산출 기법을 이용하여, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00036
의 값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 산출할 수 있다.
스펙트럼 측정 장치(100)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00037
의 값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00038
의 최적값을 결정할 수 있다(850). 일 실시예에 따르면, 스펙트럼 측정 장치(100)는 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도가 최대가 되는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00039
의 값을 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00040
의 최적값으로 결정할 수 있다.
도 9는 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 9의 캘리브레이션 방법은 도 1의 스펙트럼 측정 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 스펙트럼 측정 장치(100)는 캘리브레이션용 시료에 광을 조사하고(810), 캘리브레이션용 시료에 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정할 수 있다(820).
스펙트럼 측정 장치(100)는 수신된 광의 강도가 측정되면, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00041
의 값을 조절해 가며, 수학식 1을 이용하여 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건할 수 있다(830).
스펙트럼 측정 장치(100)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00042
의 값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 산출할 수 있다(840).
스펙트럼 측정 장치(100)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00043
값 별로 산출된, 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로, 스펙트럼 재건에 영향을 미치는 시스템의 노이즈 상태를 판단할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 스펙트럼 측정 장치(100)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00044
의 변화에 따른, 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도 변화가 소정의 조건을 만족하는 지 여부에 따라 시스템 노이즈 상태를 적합 또는 부적합으로 판단할 수 있다. 예컨대, 스펙트럼 측정 장치(100)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00045
의 변화에 따른 유사도 변화의 극대점의 개수가 1개인 경우 시스템 노이즈 상태를 적합으로 판단하고, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00046
의 변화에 따른 유사도 변화의 극대점의 개수가 0개 또는 2개 이상인 경우 시스템 노이즈 상태를 부적합으로 판단할 수 있다.
스펙트럼 측정 장치(100)는 시스템 노이즈 상태가 부적합으로 판단되면, 시스템 파라미터를 조정하고(920) 단계 810로 돌아가 캘리브레이션용 시료에 광을 조사할 수 있다.
스펙트럼 측정 장치(100)는 시스템 노이즈 상태가 적합으로 판단되면, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00047
의 값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00048
의 최적값을 결정할 수 있다(850).
도 10은 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 10의 캘리브레이션 방법은 도 1의 스펙트럼 측정 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 1 및 도 10를 참조하면, 스펙트럼 측정 장치(100)는 광원 파라미터(예컨대, 동작 주파수, 동작 주파수, 듀티비(duty ratio), 광원부에 인가되는 전기 신호의 크기 등)의 변화 및/또는 그에 따른 광원부 온도 변화와, 노이즈 간의 관계를 분석하고, 광 검출기 파라미터(예컨대, 동작 주파수, 증폭 이득 등)의 변화 및/또는 그에 따른 광 검출기 온도 변화와, 노이즈 간의 관계를 분석할 수 있다(1010).
스펙트럼 측정 장치(100)는 단계 1010의 분석 결과를 기반으로 시스템 노이즈를 최소화할 수 있도록 시스템 파라미터를 조정할 수 있다(1020).
스펙트럼 측정 장치(100)는 캘리브레이션용 시료에 광을 조사하고(810), 캘리브레이션용 시료에 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정할 수 있다(820).
스펙트럼 측정 장치(100)는 수신된 광의 강도가 측정되면, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00049
의 값을 조절해 가며, 수학식 1을 이용하여 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건할 수 있다(830).
스펙트럼 측정 장치(100)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00050
의 값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 산출할 수 있다(840).
스펙트럼 측정 장치(100)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00051
의 값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00052
의 최적값을 결정할 수 있다(850).
도 11은 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 11의 캘리브레이션 방법은 도 1의 스펙트럼 측정 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 1 및 도 11를 참조하면, 스펙트럼 측정 장치(100)는 광원 파라미터(예컨대, 동작 주파수, 동작 주파수, 듀티비(duty ratio), 광원부에 인가되는 전기 신호의 크기 등)의 변화 및/또는 그에 따른 광원부 온도 변화와, 노이즈 간의 관계를 분석하고, 광 검출기 파라미터(예컨대, 동작 주파수, 증폭 이득 등)의 변화 및/또는 그에 따른 광 검출기 온도 변화와, 노이즈 간의 관계를 분석할 수 있다(1010).
스펙트럼 측정 장치(100)는 단계 1010의 분석 결과를 기반으로 시스템 노이즈를 최소화할 수 있도록 시스템 파라미터를 조정할 수 있다(1020).
스펙트럼 측정 장치(100)는 캘리브레이션용 시료에 광을 조사하고(810), 캘리브레이션용 시료에 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정할 수 있다(820).
스펙트럼 측정 장치(100)는 수신된 광의 강도가 측정되면, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00053
의 값을 조절해 가며, 수학식 1을 이용하여 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건할 수 있다(830).
스펙트럼 측정 장치(100)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00054
의 값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 산출할 수 있다(840).
스펙트럼 측정 장치(100)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00055
값 별로 산출된, 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로, 스펙트럼 재건에 영향을 미치는 시스템의 노이즈 상태를 판단할 수 있다(910).
스펙트럼 측정 장치(100)는 시스템 노이즈 상태가 부적합으로 판단되면, 단계 1020으로 돌아가 시스템 파라미터를 조정할 수 있다.
스펙트럼 측정 장치(100)는 시스템 노이즈 상태가 적합으로 판단되면, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00056
값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00057
의 최적값을 결정할 수 있다(850).
도 12는 스펙트럼 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 12의 스펙트럼 측정 방법은 도 1의 스펙트럼 측정 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 1 및 도 12를 참조하면, 스펙트럼 측정 장치(100)는 캘리브레이션용 시료에 광을 조사하고(810), 캘리브레이션용 시료에 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정할 수 있다(820).
스펙트럼 측정 장치(100)는 수신된 광의 강도가 측정되면, 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00058
의 값을 조절해 가며, 수학식 1을 이용하여 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건할 수 있다(830).
스펙트럼 측정 장치(100)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00059
의 값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 산출할 수 있다(840).
스펙트럼 측정 장치(100)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00060
의 값 별로 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00061
의 최적값을 결정할 수 있다(850).
스펙트럼 측정 장치(100)는 측정 대상 시료에 광을 조사하고(1210), 측정 대상 시료에 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정할 수 있다(1220).
스펙트럼 측정 장치(100)는 스펙트럼 재건 파라미터
Figure pat00062
의 최적값이 반영된 수학식 1을 이용하여 측정 대상 시료의 스펙트럼을 재건할 수 있다(1230).
본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100: 스펙트럼 측정 장치
110: 광원부
120: 광 검출기
130: 프로세서

Claims (20)

  1. 시료에 광을 조사하는 광원부;
    시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 광 검출기;
    상기 광 검출기가 캘리브레이션용 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하여 수신된 광의 강도를 측정하면, 스펙트럼 재건 파라미터의 값을 조절해가며 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건하고, 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로 상기 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값을 결정하는 프로세서; 를 포함하는,
    스펙트럼 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    유클리드 거리(Euclidean distance), 맨하탄 거리(Manhattan Distance), 코사인 거리(Cosine Distance), 마할라노비스 거리 (Mahalanobis Distance), 자카드 계수(Jaccard Coefficient), 확장 자카드 계수(Extended Jaccard Coefficient), 피어슨 상관관계 계수(Pearson's Correlation Coefficient), 및 스피어만 상관관계 계수(Spearman's Correlation Coefficient) 중 하나를 이용하여 상기 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 상기 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 산출하는,
    스펙트럼 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 상기 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도가 최대가 되는 스펙트럼 재건 파라미터의 값을 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값으로 결정하는,
    스펙트럼 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 광 검출기가 측정 대상 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하여 수신된 광의 강도를 측정하면, 상기 결정된 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값을 반영하여 측정 대상 시료 스펙트럼을 재건하는,
    스펙트럼 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 스펙트럼 재건 파라미터의 변화에 따른, 상기 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 상기 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도 변화를 기반으로, 스펙트럼 재건에 영향을 미치는 시스템 노이즈 상태를 판단하는,
    스펙트럼 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 스펙트럼 재건 파라미터의 변화에 따른 유사도 변화의 극대점 개수를 기반으로 상기 시스템 노이즈 상태를 판단하는,
    스펙트럼 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 극대점 개수가 1개이면 상기 시스템 노이즈 상태를 스펙트럼 재건을 유효하게 할 수 있는 상태라고 판단하고, 그렇지 않으면 상기 시스템 노이즈 상태를 스펙트럼 재건을 유효하게 할 수 없는 상태라고 판단하는,
    스펙트럼 측정 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 시스템 노이즈 상태가 스펙트럼 재건을 유효하게 할 수 없는 상태라고 판단되면, 시스템 파라미터를 조정하는,
    스펙트럼 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시스템 파라미터는 광원 파라미터 및 광 검출기 파라미터 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 광원 파라미터는 상기 광원부의 동작 주파수, 듀티비(duty ratio), 인가되는 전기 신호의 크기 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 광 검출기 파라미터는 상기 광 검출기의 동작 주파수, 증폭 이득 중 적어도 하나를 포함하는,
    스펙트럼 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    광원 파라미터의 변화 및 그에 따른 광원부의 온도 변화 중 적어도 하나와, 노이즈 간의 관계를 분석하고,
    광 검출기 파라미터의 변화 및 그에 따른 광 검출기의 온도 변화 중 적어도 하나와, 노이즈 간의 관계를 분석하고,
    상기 분석 결과를 기반으로 시스템 노이즈를 최소화할 수 있도록 시스템 광원 파라미터 및 광 검출기 파라미터 중 적어도 하나를 조정하는,
    스펙트럼 측정 장치.
  11. 스펙트럼 측정 장치의 캘리브레이션 방법에 있어서,
    캘리브레이션용 시료에 광을 조사하는 단계;
    캘리브레이션용 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 단계;
    상기 수신된 광의 강도가 측정되면, 스펙트럼 재건 파라미터의 값을 조절해가며 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건하는 단계;
    재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 판단하는 단계; 및
    유사도 판단 결과를 기반으로 상기 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값을 결정하는 단계; 를 포함하는,
    캘리브레이션 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유사도를 판단하는 단계는,
    유클리드 거리(Euclidean distance), 맨하탄 거리(Manhattan Distance), 코사인 거리(Cosine Distance), 마할라노비스 거리 (Mahalanobis Distance), 자카드 계수(Jaccard Coefficient), 확장 자카드 계수(Extended Jaccard Coefficient), 피어슨 상관관계 계수(Pearson's Correlation Coefficient), 및 스피어만 상관관계 계수(Spearman's Correlation Coefficient) 중 하나를 이용하는,
    캘리브레이션 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값을 결정하는 단계는,
    상기 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 상기 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도가 최대가 되는 스펙트럼 재건 파라미터의 값을 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값으로 결정하는,
    캘리브레이션 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 스펙트럼 재건 파라미터의 변화에 따른, 상기 재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 상기 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도 변화를 기반으로, 스펙트럼 재건에 영향을 미치는 시스템 노이즈 상태를 판단하는 단계; 를 더 포함하는,
    캘리브레이션 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 시스템 노이즈 상태를 판단하는 단계는,
    상기 스펙트럼 재건 파라미터의 변화에 따른 유사도 변화의 극대점 개수를 기반으로 상기 시스템 노이즈 상태를 판단하는,
    캘리브레이션 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 상기 시스템 노이즈 상태를 판단하는 단계는,
    상기 극대점 개수가 1개이면 상기 시스템 노이즈 상태를 스펙트럼 재건을 유효하게 할 수 있는 상태라고 판단하고, 그렇지 않으면 상기 시스템 노이즈 상태를 스펙트럼 재건을 유효하게 할 수 없는 상태라고 판단하는,
    캘리브레이션 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 시스템 노이즈 상태가 스펙트럼 재건을 유효하게 할 수 없는 상태라고 판단되면, 시스템 파라미터를 조정하는 단계; 를 더 포함하는,
    캘리브레이션 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 시스템 파라미터는 광원 파라미터 및 광 검출기 파라미터 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 광원 파라미터는 광원부의 동작 주파수, 듀티비(duty ratio), 인가되는 전기 신호의 크기 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 광 검출기 파라미터는 광 검출기의 동작 주파수, 증폭 이득 중 적어도 하나를 포함하는,
    캘리브레이션 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    광원 파라미터의 변화 및 그에 따른 광원부의 온도 변화 중 적어도 하나와, 노이즈 간의 관계를 분석하는 단계;
    광 검출기 파라미터의 변화 및 그에 따른 광 검출기의 온도 변화 중 적어도 하나와, 노이즈 간의 관계를 분석하는 단계;
    분석 결과를 기반으로 시스템 노이즈를 최소화할 수 있도록 시스템 광원 파라미터 및 광 검출기 파라미터 중 적어도 하나를 조정하는 단계; 를 더 포함하는,
    캘리브레이션 방법.
  20. 스펙트럼 측정 장치의 스펙트럼 측정 방법에 있어서,
    캘리브레이션용 시료에 광을 조사하는 단계;
    캘리브레이션용 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도(intensity)를 측정하는 단계;
    스펙트럼 재건 파라미터의 값을 조절해가며 캘리브레이션용 시료 스펙트럼을 재건하는 단계;
    재건된 캘리브레이션용 시료 스펙트럼과 원본 캘리브레이션용 시료 스펙트럼의 유사도를 기반으로 상기 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값을 결정하는 단계;
    측정 대상 시료에 광을 조사하는 단계;
    측정 대상 시료로부터 반사, 산란 또는 투과된 광을 수신하고 수신된 광의 강도를 측정하는 단계;
    상기 결정된 스펙트럼 재건 파라미터의 최적값을 반영하여 측정 대상 시료 스펙트럼을 재건하는 단계; 를 포함하는,
    스펙트럼 측정 방법.
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