KR20230157493A - 고속 거리 측정을 위한 색채 공초점 측정 시스템 - Google Patents
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Abstract
발광체를 광학적으로 펌핑하여 구현된 광대역 고강도 광원을 사용하는 색채 공초점 측정 장치가 공개되었다. 발광체의 특성을 활용하여 광원의 광학적 출력을 극대화하기 위해 발광체의 조명이 선택된다.
Description
본 개시는 일반적으로 고속 거리 측정을 위한 색채 공초점 측정 시스템과 관련된다.
고해상도 광선 스캐너에는 수명이 길고 강도가 높은 광대역 광원이 필요하다. 형광체 컨버터는 자동차 현미경과 같은 광원을 위한 강력한 광대역 광원으로 점점 더 많이 사용되고 있다.
Volker Hagemann, Albrecht Seidl, Gunter Weidmann, "Static ceramic phosphor assemblies for high-power high 휘도 SSL-light sources for digital 프로젝션 및 특수 조명," Proc. SPIE 11302, Light-Emitting Devices, Materials, and Applications XXIV, 113021N(이하 NPL1)에 따르면 형광체 변환 세라믹의 조도 한계와 그에 따른 방출 광의 최대 출력은 열 담금질로 인해 제한되는 것으로 알려져 있다.
Anastasiia Krasnoshchoka, Anders Kragh Hansen, Anders Thorseth, Dominik Marti, Paul Michael Petersen, Xu Jian, Ole Bjarlin Jensen의 "레이저 조명에서 형광체 재료에 따른 스폿 크기 제한", Opt. Express 28, 5758-5767 (2020)(이하 NPL2) 저널 논문에서는 발광체의 제한 특성과 여기광의 스폿 크기에 대한 의존성에 대해 설명한다.
광대역 광원의 사용은 측정 기술에서도 증가하고 있다(US 10,180,355 B2 및 US 2010/0097779 A1 비교). 그러나 발생하는 열이 문제이기 때문에 열 발생을 분산시키도록 형광체를 움직여 국소 발열을 줄이는 동적 솔루션이 선호되고 있다. US 2010/0097779 A1에 설명된 바와 같이, 원칙적으로 더 높은 강도를 달성할 수 있다. 그러나 기계적 움직임은 어느 정도의 마모를 동반하므로 수명이 짧아진다. 또한 기계적 안정성을 높이기 위해 더 두꺼운 형광체 층을 사용해야 하며, 이로 인해 조사 한계가 감소하여(참조: NPL1) 무브먼트를 통해 얻은 강도 증가의 일부가 무효화 된다. 또한 움직임과 그에 따른 움직임 아티팩트는 유효 방출 면적을 증가시키며, 색채 공초점 측정 방법의 경우와 같이 에텐듀 제한(etendue-limited) 시스템의 경우 강도가 낮아지거나 해상도가 저하된다.
요약하면, 지금까지는 방출된 방사선의 일부만 측정 시스템에 사용되었다고 할 수 있다. 그러나 사용하지 않은 광자는 가열에 기여하여 백색 광원의 강도와 수명을 제한한다.
따라서, 본 발명은 공초점 센서에 최적화된 방사 특성을 갖는 효율적이고 수명이 긴 광대역 광원을 사용하는 공초점 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 빠른 하드웨어 및 소프트웨어의 가용성, 특히 효율적인 검출기로 인해 가시 스펙트럼 범위에서 색채 공초점 단일 및 측정 장치의 측정 속도가 제한되므로 광원의 높은 광학 파워가 필요하다.
본 발명에 따르면, 이 작업은 발광체의 집중 조명을 사용하고 그 결과 광대역 측정 광을 색채 공초점 측정 장치에서 사용함으로써 해결된다. 펌프 광원을 발광체에 이미징하는 빔 경로와 발광체를 광섬유 또는 광섬유 다발의 끝에 이미징하는 빔 경로는 부분적으로 일치한다. 즉, 발광체에 입사되는 빛과 발광체에 의해 방출되어 측정 광으로 사용되는 빛은 부분적으로 반대 방향으로 동일한 경로를 따른다. 이색 빔 스플리터는 측정 광으로 사용되는 광을 분리하거나 분리하는 데 사용되며, 이를 위해 빔 경로에서 펌프 광원까지 광선로 또는 광선로 다발에 결합된다.
바람직한 실시예에서, 펌프 광원의 이미징의 발광체에 대한 이미징의 발광체에 대한 이미징의 발광체의 광 경로의 일치는 적어도 하나의 공통 이미징 광학 소자, 특히 렌즈를 포함하는 제1 광학계 및 제2 광학계에 의해 구현된다.
청구항 1에 따른 색채 공초점 측정 장치 및 청구항 14 또는 15에 따라 이에 사용하기 위한 광원을 청구한다.
측정 대상의 거리/두께를 측정하기 위해 가시광선~근적외선 파장 범위에서 수명이 길고 강력한 광대역 광원을 가진 공초점 단일점 또는 다중점 측정 장치가 제안된다. 색채 공초점 또는 간섭 측정 원리에 기반한 광학 측정 장치가 알려져 있다.
발광체 기반 광원은 발광 물질(발광체)이 펌프 광원(일반적으로 레이저 또는 LED)에 의해 여기되어 물리적 과정, 특히 인광, 형광 또는 신틸레이션을 통해 빛을 방출하는 광원으로 이해된다. 여기서 발광체는 일반적으로 방사선을 변환하는 물질이다.
바람직한 실시예에서, 발광체의 펌핑은 체적 산란 및 조사 및 방출 영역의 관련 변화를 고려하여 측정 시스템에 결합하기 위한 최적의 방사선 특성이 생성되는 방식으로 최적화된다(참조: NPL2).
바람직한 실시예는 발광체의 발광 영역이 일반적으로 펌프 광에 의해 조사되는 영역보다 크다는 사실을 이용한다(참조: NPL 2). 결과적으로, 이 실시예의 광학 요소는 발광체의 발광 영역이 광섬유 다발 또는 광섬유의 면의 측면 범위보다 작거나 같거나 및/또는 발광체의 발광 영역을 광섬유 면에 매핑하는 것이 측면 치수보다 작도록 선택된다.
한편으로는 발광체의 작은 조명 면적이 열 발생을 줄여 발광체의 긴 수명과 광대역 광원의 높은 광학 성능을 달성할 수 있도록 보장한다.
동시에, 방출 표면의 측면 치수가 광광섬유 또는 광광섬유 다발에 결합할 수 있는 빛의 양을 전혀 또는 아주 작게 제한하지 않도록 보장한다. 방출광의 넓은 각도 범위를 결합할 수 있도록 하기 위해 광원의 수신 경로에 있는 광학장치와 광선로 또는 광선로 다발의 개별 광선로의 수치 조리개는 일반적으로 높게 선택되며, 대부분의 경우 광선로의 수치 조리개가 제한 요소이다.
색채 공초점 측정 장치의 다른 실시예에서, 광원은 제1 광학계를 적절히 선택하거나 이색 거울 앞에 추가 광학 소자를 사용하여 제공되며, 추가 광학계는 구면 수차를 파면으로 도입하는 데 사용된다.
본 발명에 의하면 우수한 방사 특성을 가지고, 효율적이고 수명이 긴 광대역 광원을 사용하는 공초점 측정 장치가 제공된다.
도 1은 색채 공초점 측정 장치의 첫 번째 유리한 설계를 나타낸다.
도 2는 색채 공초점 측정 장치의 두 번째 유리한 설계를 나타낸다.
도 2는 색채 공초점 측정 장치의 두 번째 유리한 설계를 나타낸다.
본 발명은 가시 파장 범위에서 근적외선 범위까지의 광대역 광원, 특히 350nm에서 500nm 사이의 파장 범위에서 펌프 광원을 사용하는 400nm에서 900nm 사이의 파장 범위의 광대역 광원, 펌프 광원을 발광체 상에 이미징하는 제1 광학계를 포함하는 색채 공초점 측정 장치에 관한 것이다, 광대역 광의 적어도 일부가 광섬유 또는 광섬유 다발에 결합되는 방식으로 광섬유 또는 광섬유 다발의 면에 발광체를 이미징하기 위한 제2 광학계(8a), 색채 공초점 측정 장치의 측정 광으로 사용되는 광섬유 또는 광섬유 다발에 결합된 광을 포함한다. 본 발명은 또한 이러한 색채 공초점 측정 장치에 사용하기 위한 광원에 관한 것이다.
다음 실시예가 특히 바람직하다:
첫 번째 광학 요소(특히 렌즈로 구성됨)는 펌프 광원의 1차 파장에서 구면 수차를 생성하도록 선택된다.
구면 수차는 첫 번째 광학 요소 앞에 유리판을 삽입하여 추가로 생성할 수 있다.
또한 구면 수차는 렌즈나 보정 플레이트와 같은 추가 광학 요소에 의해 발생할 수 있다.
앞서 언급한 가능성에는 특히 구면 수차가 발광체 표면의 평면에서 두 번째 광학 요소와 결합해서만 유도되는 배열도 포함된다.
또한 구면 수차는 두 번째 광학 요소에 의해서만 생성될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 발광체는 조명 경로의 초점에 대해 축 방향으로 이동될 수 있으며, 특히 스폿을 확대하거나 광학 수차의 전파 불변성에 의해 빔 프로파일을 최적화하기 위해, 특히 발광체의 조명 영역이 균일한 강도의 빔 프로파일을 갖거나 방사형 위치에 의존하는 회전 대칭 강도 분포의 빔 프로파일, 특히 환형 빔 프로파일, 여러 고리로 구성된 강도 프로파일 또는 평면 상단 프로파일을 갖도록 할 수 있다.
색채 공초점 측정 장치의 다른 실시예에서, 회절 광학 소자는 광원, 이색 거울 또는 빔 스플리터에 도입되어 발광체의 조명 영역이 방사형 위치, 특히 환형 빔 프로파일, 여러 개의 링으로 구성된 강도 프로파일 또는 평평한 상단 프로파일에 의존하여 회전 대칭적인 강도 분포를 갖도록 한다.
색채 공초점 측정 장치의 다른 실시예에서, 광원의 하나 이상의 축삭은 발광체 영역에서 베셀-가이안 빔을 생성하기 위한 광학 요소로 사용된다.
색채 공초점 측정 장치의 다른 실시예에서, 광원은 발광체에서 겹치지 않거나 부분적으로만 겹치는 영역을 비추는 여러 펌프 광원과 함께 작동된다. 도 2로 표시된 실시예에서 펌프 광원은 빔 경로의 위치와 각도가 다른 동일한 광학 요소를 통과하도록 배열되어 있다. 마찬가지로, 빔 스플리터를 사용하여 모든 빔 경로가 두 번째 광학 요소를 통과하는 범위까지 사용되는 펌프 광원의 빔 경로를 병합할 수 있다. 마찬가지로 편광 종속 빔 스플리터를 사용하여 여러 편광 펌프 광원의 빔 경로를 광 출력 손실 없이 통합할 수 있다.
비슷한 방식으로 단일 펌프 광원을 사용하고 광학 요소, 특히 회절 광학 요소, 빔 스플리터 또는 격자를 통해 빔을 여러 빔 경로로 분할하여 발광체에서 겹치지 않거나 부분적으로만 겹치는 여러 영역을 조명할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 광대역 광은 광광섬유 다발에 결합되고, 결합-인 측의 광광섬유 다발의 면과 반대되는 광광섬유 다발의 광섬유 측면은 여러 두께 또는 두께를 측정하는 데 적합한 방식으로 측정 대상 물체의 상이한 위치에 배치된다. 이 경우, 커플링인 측면의 패싯은 광원에서 들어오는 빛이 결합되는 광섬유의 패싯이다. 이 측면에서 광광섬유는 이미지화된 빛을 효율적으로 캡처하기 위해 가능한 한 공간적으로 좁게 배열되는 것이 바람직한다. 반대쪽은 측정 헤드 쪽이다.
특히 바람직하게는, 측정 헤드 측의 광섬유이 일렬로 배열되어 선을 따라 측정할 수 있다.
색채 공초점 측정 장치의 다른 실시예에서, 광원의 발광체는 앞서 설명한 것과 동일한 방식으로 조명되지만, 변환된 빛은 광광섬유 다발 대신 다중 모드 광광섬유에 결합된다. 멀티모드 광광섬유로 전달된 빛은 광원 외부에서 선, 이산점 또는 기타 배열로 분할되어 대상의 여러 위치에서 여러 두께 또는 두께를 측정하는 데 적용된다. 멀티모드 광광섬유에서 유도된 빛을 선으로 분할하는 것은 예를 들어 측정 헤드 원통형 렌즈를 통해 실현할 수 있다. 예를 들어 멀티모드 광광섬유 뒤의 빔 경로에서 섀도 마스크를 사용하여 개별 지점으로 분할할 수 있다. 예를 들어 측정 헤드 원통형 렌즈를 섀도 마스크와 결합하여 일련의 개별 지점을 얻을 수도 있다.
다른 실현 형태는 측정 대상의 거리 또는 두께를 측정하기 위한 색채 공초점 단일 포인트 측정 장치를 제공하며, 광원은 위에서 설명한 방식으로 구현되지만 직경 300 μm 미만, 바람직하게는 50 μm 미만의 단일 광광섬유가 사용된다는 차이점이 있다.
색채 공초점 단일점 측정 장치의 가능한 실시예는 발광체의 조명 영역이 광섬유 면보다 작거나 미미하게만 크다는 것을 특징으로 한다.
색채 공초점 측정 장치의 또 다른 가능한 실시예는 아직 공개되지 않은 DE 10 2020 116215에 따른 장치를 포함한다. 이 특허 출원은 이미징 광학 장치를 갖춘 측정 헤드와 평가 유닛을 포함하는 광학 측정 장치에 대해 설명하며, 여기서 측정 헤드는 두 개의 광전도 광섬유로 평가 유닛에 연결된다. 평가 유닛은 광원이 제1 광전도 광광섬유를 통해 측정 헤드로 유도되고 측정 대상에서 반사된 광이 빔 스플리터를 통해 측정 헤드를 통해 다시 제2 광전도 광광섬유로 유도되는 광원으로 구성되며, 이 광원은 발광 및 반사 광이 분리되는 방식으로 광원 끝이 상호 접합된 위치에 있다. 빔 스플리터와 조리개 역할을 하는 광섬유 끝단은 측정 헤드에 별도로 연결된 커넥터에 함께 배열되어 있다.
위에서 설명한 장치는 더 넓은 대역폭의 펌프 광원을 사용하거나 주변 온도 또는 다이오드 전류를 변경하여 펌프 광원에 주파수 또는 위상 변조를 도입하여 코히어런스 크기(cohererence magnitude)의 양을 줄이는 등의 스펙클 감소 기술과 결합할 수 있다.
위에서 설명한 장치는 광원에 존재하는 난시를 보정하는 방식으로 원통형 렌즈를 사용하여 확장할 수 있다. 특히 펌프 광원의 방사 특성이 비대칭인 경우(예: 발산 각도가 방향에 따라 크게 좌우되는 LED의 경우) 원통형 렌즈로 이 효과를 적어도 부분적으로 보정할 수 있다. 원통형 렌즈는 펌프 광원과 발광체 사이의 빔 경로의 다양한 지점에 배치될 수 있지만, 바람직한 실시예에서는 제1 광학계와 이색 빔 스플리터 사이에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 원통형 렌즈는 펌프 광원의 발산 각도가 작은 축에 평행하게 작용하도록 배향된다.
다른 실시예에서, 위에서 설명한 장치는 광선 또는 광선 다발 대신 자유 빔 광학을 사용하여 측정 광이 광원에서 측정 헤드로 유도되도록 설계할 수 있다.
본 발명은 또한 색채 공초점 측정 장치에 사용하기 위한 광원에 관한 것으로, 펌프 광원(1)의 발광체(5) 상에 대한 이미징의 빔 경로와 발광체(5)의 광섬유 또는 광섬유 다발(8a)의 단부에 대한 이미징의 빔 경로가 부분적으로 일치하는 광원에 관한 것이다, 그리고 상기 광원은, 발광체(5)를 광광섬유 또는 광광섬유 다발(8a)의 단부로 이미징하는 광 경로와 펌프 광원(1)을 발광체(5)로 이미징하는 광 경로를 분리하도록 배치된 이색 빔 분할기(3)를 포함한다.
색채 공초점 측정 장치에 사용하기 위한 광원의 다른 실시예에서, 펌프 광원은 여러 발광체의 조합에 이미징된다. 발광체의 조합은 둘 이상의 발광체가 서로 적층되거나 빔 경로가 이색 거울 또는 빔 스플리터에 의해 분할되어 제1 발광체와 제2 발광체를 비추고, 제1 발광체와 제2 발광체에서 방출된 빛이 이색 거울 또는 빔 스플리터에 의해 다시 결합되도록 구현된다.
본 발명의 추가 특징 및 장점은 도면에 기초한 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 색채 공초점 측정 장치의 첫 번째 유리한 설계를 보여준다.
예를 들어, 색채 공초점 측정 장치는 가시 파장 범위에서 근적외선 범위까지의 광대역 광원으로 구성된다.
광원은 제1 광학계(2)에 의해 시준되고, 이색 거울 또는 빔 스플리터(3)에 의해 반사되며, 제2 광학계(4)에 의해 발광체(5)에 또는 그 부근에 초점이 맞춰지는 350nm ~ 500nm의 파장 범위의 펌프 광원(1)으로 구성된다. 제1 광학계(2)와 제2 광학계(4)는 함께 펌프 광원(1)을 루미노포어(5)에 이미징하는 제1 광학 장치를 형성한다.
발광체의 발광 영역(102)은 조명 영역(101)보다 큰 것이 바람직한다. 따라서, 전체 영역(102)에 걸쳐 발광체로부터 광대역 광이 방출된다.
발광체(5)에서 방출된 광대역 빛은 두 번째 광학 요소(4)에 의해 다시 시준된다. 따라서 방출된 빛은 다시 입사된 빛과 동일한 경로를 따라 되돌아간다. 이 빛이 다시 이색 거울 또는 빔 스플리터(3)를 통과하여 반사되는 대신 투과되고, 따라서 빔 스플리터(3)의 이색 특성과 빛의 시프트된 스펙트럼 분포로 인해 분리된 후, 세 번째 광학 요소(7)에 의해 광섬유 다발 또는 광섬유(8)에 결합된다. 광학 요소(4)와 광학 요소(7)는 함께 두 번째 광학 요소를 형성하여 발광체(5)를 파이버 패싯(8a)에 이미지화한다. 따라서, 전체 발광 영역(102)이 광광섬유 면(8a) 상에 이미징된다. 유리하게도, 방출 표면(102)이 파이버 패싯(8a) 상에 이미징되는 범위는 파이버 패싯의 범위와 거의 일치한다. 이는 전체 광광섬유 패싯이 모두 조명되고 결합 중 광 손실이 최소화되도록 보장한다. 따라서, 바람직한 실시예에서 조명 영역(101)의 이미지는 방출 영역(102)보다 작으며, 또한 파이버 패싯(8a)보다 작다.
광섬유 다발(8)이 사용되는 경우, 광섬유 패싯(8a)은 광섬유 다발(8)의 개별 광섬유의 모든 패싯을 합친 것이다. 이러한 광선로 다발의 패싯은 도 2에 나와 있다.
광학 요소는 일반적으로 렌즈 또는 렌즈 그룹 또는 이에 상응하는 요소(예: 이미징 미러)로 구성될 수 있다.
도 2는 색채 공초점 측정 장치의 또 다른 예시적인 실시예를 보여준다. 색채 공초점 측정 장치는 예를 들어, 가시 파장 범위에서 근적외선 범위까지의 광대역 광원을 포함한다. 광원은 예를 들어, 제1 광학계 및 제2 광학계를 통해 발광체(5)에 이미징되는 2개의 펌프 광원(1)을 포함하며, 각 광원은 제1 광학계(2)와 이색 거울을 통한 공통 제2 광학계(4)를 포함한다. 발광체는 히트 싱크(6)에 위치한다. 발광체(5)에서 방출된 빛은 제2 광학계(4)와 제3 광학계(7)를 포함하는 제2 광학계를 통해 광광섬유 다발(8)의 면(8a)에 이미징된다. 광광섬유 다발(8)의 광광섬유는 예를 들어, 제1 광광섬유 단부(8a)의 원형 영역 내에 배치되고, 다른 광광섬유 단부의 선을 따라 배치된다(예를 들어). 광섬유 면(8b)에서 나오는 빛은 예를 들어 균질화 장치(9)로 전파되고 빔 분할 요소(10)에서 반사된 다음 광학 요소(11)에 의해 측정 대상(12)에 초점을 맞추고, 광학 요소(11)는 분산 동작을 나타내며 빛의 파장에 따라 다른 초점을 생성한다.
색채 공초점 측정 장치의 또 다른 예시적인 실시 예는 도 1 및 도 2의 개별 특징의 조합으로 구성된다.
Claims (15)
- 색채 공촛점 측정 장치로, 상기 색채 공촛점 측정 장치는:
350nm에서 500nm 까지의 파장 대역의 펌프 광원(1)을 사용하는 가시광 대역에서 근적외선 대역까지의, 특히 400nm 내지 900nm의 파장 대역의 광대역 광원,
상기 펌프 광원(1)을 발광체(5) 상에 이미징하는 제1 광학계와,
상기 광대역 광의 적어도 부분이 광섬유 또는 광섬유 다발과 결합(couple) 되도록 상기 발광체를 상기 광섬유 또는 광섬유 다발(8a)의 면(facet)에 이미징하는 제2 광학계와,
상기 광섬유 또는 광섬유 다발(8)과 결합되는 상기 광은 색채 공촛점 측정 장치의 측정광으로 사용되며,
상기 발광체(5) 상에 펌프 광원(1)의 이미징 광경로 및 상기 발광체를 상기 광섬유 또는 광섬유 다발(8a)의 면(facet)에 이미징하는 광경로는 부분적으로 중첩되고,
상기 발광체(5) 상에 상기 펌프 광원(1)의 상기 이미징의 상기 광경로에서 상기 광섬유 또는 광섬유 다발(8a)의 상기 단부 상에 상기 발광체(5)의 상기 이미징의 상기 광경로를 분리하도록 배치된 이색성(dichroic) 빔 스플리터(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 색채 공촛점 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 색채 공촛점 측정 장치는,
상기 제1 광학계 및 상기 제2 광학계는 특히 렌즈(4)인 적어도 하나의 공통 이미징 광학 요소를 포함하는 색채 공촛점 측정 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 발광체(5)의 상기 조명 영역(101)은 상기 광섬유 또는 광섬유 다발의 결합측 면의 상기 측면 범위에 비하여 작거나 같거나/같고,
상기 광섬유 또는 광섬유 다발의 결합측 면 상의 발광체의 조명 영역의 이미지는 광섬유 또는 광섬유 다발의 결합측 면의 측면 치수에 비하여 작은 것을 특징으로 하는 색채 공촛점 측정 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이색성 거울(3) 앞에 추가 광학 요소에 의하여 상기 파면에 구면 수차가 도입되거나/되고,
상기 이색성 거울(3) 뒤에 추가 광학 요소에 의하여 파면에 구면 수차가 도입되거나/되며,
상기 발광체(5)는 상기 조명 경로의 상기 초점에 대하여 축에 따라 변위되는 것을 특징으로 하는 색채 공촛점 측정 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광체(5) 영역에 비중첩적으로 조명하거나, 부분 중첩적으로 조명하도록 복수의 펌프 광원들을 사용하는 것을 특징으로 하는 색채 공촛점 측정 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펌프광은 회절 광학 요소, 빔 스플리터 또는 격자 등의 광학 요소에 의하여 복수의 광 경로들로 분할되고,
비중첩적 또는 부분 중첩적으로 조명되는 상기 발광체의 영역들은 이들에 의하여 조명되는 것을 특징으로 하는 색채 공촛점 측정 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광대역 광은 광섬유 다발에 결합되고,
상기 광섬유 다발의 상기 결합측 면에 반대되는 상기 광섬유 다발의 상기 광섬유들의 상기 측면들은 측정 대상의 서로 다른 위치에서의 복수의 두께 또는 두께들을 측정하기에 적합한 배치구조, 특히 선으로 배치되는 것을 특징으로 하는 색채 공촛점 측정 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
단일한 다중모드 광섬유로의 결합이 수행되고,
상기 광섬유에서 출사된 후, 결합된 광은 선, 이산된 점들(discrete points), 또는 다른 공간적으로 확장된 배열(other spatially extended array)로 분할되며,
상기 측정 대상물의 서로 다른 위치에서의 복수의 두께 또는 두께들을 측정하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 색채 공촛점 측정 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
300μm 미만, 바람직하게는 50μm 미만의 직경의 단일한 광섬유가 사용되어
대상의 단일한 점이 측정되는 것을 특징으로 하는 색채 공촛점 측정 장치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
장치는,
제1 및 제2 광섬유 및
빔 스플리터 큐브가 사용되고,
상기 제1 광섬유가 상기 측정광을 상기 광원에서 상기 측정 장치의 측정 헤드로 가이드하도록 상기 제1 광 섬유로 상기 광대역 측정광이 결합되고, 상기 측정 헤드는 상기 측정광을 상기 측정 대상에 가이드하며 상기 측정 대상에서 반사되거나, 후방산란된 광을 상기 빔 스플리터로 되돌리며,
상기 빔 스플리터는 상기 측정광 및 상기 측정 대상에서 반대로 전파하는 광을 결합하고, 상기 장치의 상기 제2 광섬유는 측정 대상에서 오는 광 및 상기 빔 스플리터를 통해 전파된 광을 상기 색채 공촛점 측정 장치의 분광기로 가이드하는 것을 특징으로 하는 색채 공촛점 측정 장치. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
특히 더 넓은 대역의 펌프 광원을 사용하거나 다이오드 전류 또는 주변 온도를 변화시켜 상기 펌프원에서 주파수 또는 위상 변조를 도입함으로써 코히어런스 크기(coherence magnitude)를 줄이는 스펙클(speckle) 감소 기술을 사용하는 것을특징으로 하는 색채 공촛점 측정 장치. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펌프 광원(1)에 존재하는 비점수차는 원주렌즈(cylidirical lens)로 교정되는 것을 특징으로 하는 색채 공촛점 단일 또는 다중점 측정 장치. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측정광이 광섬유 또는 광섬유 다발 대신 자유광 광학계를 통해 상기 광원에서 상기 측정 헤드로 가이드되는 것을 특징으로 하는 색채 공촛점 단일 또는 다중점 측정 장치. - 가시광 대역에서 근적외선 대역까지, 특히 400nm 내지 900nm 사이의 파장 대역까지, 광을 방출하는 색채 공촛점 측정 장치에서 사용되는 광원으로,
350nm 에서 500nm 파장 대역의 펌프 광원(1)과,
발광체(5)에 상기 펌프광원(1)을 이미징하기에 적합한 제1 광학계와,
적어도 상기 광대역 광의 적어도 부분이 광섬유 또는 광섬유 다발에 결합되도록 상기 광섬유 또는 광섬유 다발의 단부상에 상기 발광체를 이미징하기에 적합한 제2 광학계를 포함하고,
상기 펌프 광원의 상기 발광체(5)로의 상기 이미징 광경로와 상기 광섬유 또는 광섬유 다발의 상기 단부로의 상기 발광체(5)의 상기 이미징 광경로는 부분적으로 일치하고,
상기 광원은 상기 광섬유 또는 광섬유 다발의 단부로의 상기 발광체의 이미징의 상기 광경로와 상기 발광체 상의 상기 펌프광원의 이미징의 상기 광경로를 분리하는 이색성 빔 스플리터(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 색채 공촛점 측정 장치에 사용되는 광원. - 가시광 대역에서 근적외선 대역까지, 특히 400nm 내지 900nm 사이의 파장 대역까지, 광을 방출하는 색채 공촛점 측정 장치에서 사용되는 광원으로,
350nm 에서 500nm 파장 대역의 펌프 광원(1)과,
복수의 발광체들의 조합에 상기 펌프광원(1)을 이미징하기에 적합한 제1 광학계와,
이색성 거울 또는 빔스플리터(3),
적어도 상기 광대역 광의 적어도 부분이 광섬유 또는 광섬유 다발에 결합되도록 상기 광섬유 또는 광섬유 다발의 단부상에 상기 발광체를 이미징하기에 적합한 제2 광학계를 포함하고,
상기 복수의 발광체들의 조합은 둘 또는 이상의 발광체들이 적층되어 이루어지거나,
상기 복수의 발광체들의 조합은 빔 경로가 상기 이색성 거울 또는 상기 빔 스플리터에 의해 분할되어 제1 발광체와 제2 발광체를 조명하고, 상기 제1 발광체와 상기 제2 발광체에서 방출된 빛이 상기 이색성 거울 또는 상기 빔 스플리터에 의해 재결합되는 방식으로 구현되는 색채 공촛점 측정 장치에 사용되는 광원.
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
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| Anastasiia Krasnoshchoka, Anders Kragh Hansen, Anders Thorseth, Dominik Marti, Paul Michael Petersen, Xu Jian, Ole Bjarlin Jensen의 "레이저 조명에서 형광체 재료에 따른 스폿 크기 제한", Opt. Express 28, 5758-5767 (2020)(이하 NPL2) 저널 논문에서는 발광체의 제한 특성과 여기광의 스폿 크기에 대한 의존성에 대해 설명한다. |
| Volker Hagemann, Albrecht Seidl, Gunter Weidmann, "Static ceramic phosphor assemblies for high-power high 휘도 SSL-light sources for digital 프로젝션 및 특수 조명," Proc. SPIE 11302, Light-Emitting Devices, Materials, and Applications XXIV, 113021N(이하 NPL1)에 따르면 형광체 변환 세라믹의 조도 한계와 그에 따른 방출 광의 최대 출력은 열 담금질로 인해 제한되는 것으로 알려져 있다. |
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