KR940010055B1 - 개선된 색 감지기(color sensor) - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

개선된 색 감지기(color sensor)
제 1 도는 특별한 종이샘플로부터 나온 광의 두 측정된 색 트펙트럼을 도시하는 그라프로 여기에서 하나의 보기는 형광성이 억제되어 있고 다른 것은 형광성이 나타나 있다.
제 2 도는 형광성, 백색화 작용물에 대한 자극 및 방출 스펙트럼(excitation and emission spectra)을 도시하는 그라프.
제 3 도는 두 CIE 정의된 소오스에 대한 각 스펙트럼을 도시한 도면.
제 4 도는 본 발명의 실시예에 따르는 색 감지기의 도식적 다이아그램.
제 5 도는 형광성 백색화 작용물을 함유한 종이샘플의 두 색 스펙트럼을 도시한 것으로 여기의 자료는 제 4 도의 자외선 램프가 켜진 상태에서 잡혀진 것과 자외선 램프를 끈 상태에서 잡힌 자료가 도시되어 있음.
제 6 도는 제 5 도에서 되시된 자료의 상이한 스펙트럼을 보여주는 그라프.
제 7 도는 형광성 백색화 작용물을 함유한 종이샘플에 대한 4개의 스펙트럼을 도시하는 것으로 이들 중 두 스펙트럼은 측정된 것이고 다른 둘은 계산된 것임.
제 8 도는 제 4 도의 색 감지기의 자외선 램프에 대한 드라이브 회로의 도식적 다이아그램.
제 9 도는 두 위상자료습득을 설명하는 시간 도표.
제 10 도는 제 8 도의 드라이브회로의 여러 파동형상에 대한 부가적인 시간도표.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 12 : 색 스펙트럼 22 : 색 감지기
24 : 백열광원 26 : 종이
28 : 열필터 30 : 필터
34 : 렌즈 36 : 슬릿트(slit)
40 : 폴딩미러(folding mirror) 42 : 파장분산장치
44 : 회절격자 46 : 다이오드배열
48 : 컴퓨터 52 : 기억장치
54 : 입/출력장치(I/O) 50 : CPU
56 : 멀티플렉스 60 : 자외선광원
64 : 필터 80 : 표준
82 : 휠 84 : 스텝퍼모터
104 : 펄스발생기 106 : 스위치
108 : 스위치 112 : 변압기
114 : 일차코일 116 : 2차코일
본 발명은 색 감지기 특히 여러 목적물 이를 테면 종이같은 것의 반사 및 형광특성을 측정하기 위한 감기에 관한 것이다.
산업적으로, 제품을 생산된 순간 그의 색을 정확히 측정하는 것이 극히 중요할 때가 있다. 예를 들면, 종이 상인들은 공급되는 종이가 이미 공급된 종이의 색과 정확히 일치할 것을 곧잘 요구한다. 따라서 종이 제조업자들은 종이의 색을 측정하여 특정하게 정해진 값으로 조절하는 것이 필요하다.
형광성이 없을 경우, 제품의 백색 혹은 색상은 일반적으로 파장으로 정의했을 때 약 380-780나노미터(㎚)인 가시 스펙트럼을 물체가 흡수하고 반사하는데 따라 결정된다. 예를 들면 흰색물체는 스펙트럼 전체에 걸친 빛을 반사하지만 색을 가진 물체는 일부 파장(혹은 색)을 흡수하고 다른 파장은 반사한다.
색 감지기는 전통적으로 물체에 빛을 쐬고 파장의 각 부분에서 반사되는 광의 강도를 측정한다. 반사된 광의 측정된 각 강도는 표준 흰색으로부터 반사되어진 기 측정된 빛의 강도와 비교되어 각 파장에서 하나의 반사계수를 만들 수 있다. 반사게수의 셋트는 가끔 물체의 색 스펙트럼으로 인용된다.
자연의 종이는 회색 혹은 담황색을 띄고 있기 때문에, 안료형태의 형광성 백색 작용제(FWA)가 종이펄프에 첨가하여 최종 종이제품에 흰색을 나타나게 한다. 형광성이란 일정 범위의 파장(excitaion band)에서 흡수된 흡수된 에너지가 에미션 밴드(emission band)라 불리우는 낮은 에너지 띠(긴 파장)의 반대로 재방출하는 현상이다. 대표적으로 형광성 백색 작용물은 자외선측 에너지를 흡수하여 이 에너지를 청색 파장으로 방출하여 종이가 흰색으로 보이게 한다.
특별한 광원에 의해 발광되는 물체 혹은 종이가 FWA에 의해 청색(혹은 흰색)으로 나타나는 정도는 청색과 다른 저에너지 스펙트럼에 비교되는 광원에 의해 자외선 부근영역에서 방출된 에너지의 비율에 의존하고 또한, 형광성 작용물(fluorescent agent)의 유효농축준위에 의존한다. 그래서 만약 광원의 자극방출 스펙트럼이 변화하면 형광량이 변하고 따라서 물체의 색이 변하게 된다. 갖가지의 표준방출 스펙트럼 소오스가 Commission Internationale de L'Eclairage (CIE)에 의해 정의되어 있으나 정의된 스펙트럼을 정확히 복사한 표준 소오스를 만드는 시도는 크게 성공하지 못했다. 결과적으로, 색 감지기에서 사용된 방출 스펙트럼 소오스는 통상 감지기마다 변하게 되어 비록 비-형광성 물체에서는 만족할 정도이지만 주어진 형광성 물체에 대해 측정된 색 스펙트럼은 변화된다.
물체에서 효과적인 FWA 농축준위는 극히 높은 정밀도의 정교한 기술을 사용하여 측정되어진다. 이런 기술의 하나로, 알려진 FWA 농축도를 가진 표준물체가 먼저 광원에 의해 빛이 쬐어지고 다음 물체로부터 받은 강도가 측정된다.
상기 물체에 이후 자극 띠(excitation band)내의 빛을 제거하는 필터를 광원에 씌운 후 다시 빛을 쬐어준다. 다음에 제 2 의 측정치가 잡혀진다. 이 두 측정치들 사이의 차이는 표준상태의 유효 FWA 농축도와 직접 관게된다. 이 과정이 미지의 FWA 농축도를 가진 샘플에 대해 반복되고 두 상이한 측정치가 비교되어 샘플의 유효 FWA 농축도를 결정하게 된다.
이 기술은 필터를 광원에서 기계적으로 이동시켜야 하고 따라서 비교적 느리기 때문에 극히 불편하다. 결과적으로, FWA 농축도 측정을 빠르게 할 수 없고 종이 제조공정라인 같은 데에서 나오는 종이의 FWA는 농축도 측정같은 생산라인상에 실제적으로 이 기술을 적용하기 어렵게 한다. 또한 종이가 두개의 이격된 측정장치 사이을 움직이기 때문에 상기 차이가 FWA 농축도의 단독 기능인 것으로 가정될 수 없다. 또한 두 측정점에서, 불투명 혹은 백색 같은 종이의 다수 다른 속성 변화가 결과에 영향을 줄 수도 있다.
본 발명의 목적은 샘플의 형광특성을 결정하는 개선된 방법과 장치를 구비하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 규정된 광원으로부터 빛을 받았을 때 형광작용을 하는 샘플에 대한 색 스펙트럼을 결정하기 위한 개선된 방법과 장치를 구비하는 것이다.
이들 목적과 다른 목적들 및 장점들이 본 발명의 실시예 설명에서 기술한 물체에 혹은 샘플에 빛을 비추기 위한 두 광원을 가지는 색 감지기에서 성취된다. 상기에서, 하나의 광원은 자외선 광원같은 것이고 물체의 형광작용의 자극 범위에 있는 빛을 방출한다. 설명된 실시예에서 자료는 두 삽입된 상(phase)에 잡혀진다. 상태(phase)(1)에서, 두 광원은 켜져있고 상태(2)에서는 자극범위에서 초기적으로 에너지를 방출하는 광원은 꺼지는 반면 다른 광원은 켜진체 남아있다.
기술된 실시예에서 한번의 측정작업에서 두 개의 각 상(phase)의 비교적 큰 횟수(
Figure kpo00001
10)로 자료를 축적함을 포함한다. 이것은 각 상태(phase)에 축적된 자료가 총간격 측정중에 평균제품을 정확하게 나타내기 때문에 유리한다.
감지기는 알려진 형광효율과 실제 반사율(즉 형광 자극광선 없이 측정된 반사율)의 표준에 의해 표준화되어 제 2 광원과 자외선 광원의 자극 에너지 둘다가 결정되게 된다. 이후 알려지지 않은 FWA 농축도의 샘플은 광원에 의해 빛을 받게되고 측정동안 두 상태의 각각에서 축적된 자료를 비교함에 의해 FWA 농축도 준위가 결정될 수 있다. 더구나, 본 발명의 또다른 관점에서 샘플의 색 스펙트럼이 이상적인 CIE 소오스 혹은 다른 정의된 소오스에 의해 빛을 받았다면 계산될 수 있다.
제 1 도는 부호(10,12)로 표시된 두 색 스펙트럼을 도시하고 있으며 이들은 다른 타입의 광원에 의해 빛을 받았을 때 파장의 기능으로 물체(여기서는 흰종이의 샘플)로부터 받은 빛의 분산을 보여주고 있다. 처음 색 스펙트럼(10)은 형광이 억제되거나 혹은 없는 곳의 파장범위에서 샘플로부터 받아들여진 빛의 강도 혹은 밝기를 묘사하고 있다. 각 파장에서의 에너지는 "반사계수"란 단어로 있으며 여기서 100은 완전히 흰 물체의 반사율을 나타낸다.
제 1 도에서 도시한 바와 같이 색 스펙트럼(10)은 스팩트럼의 청-자 단부에 있는 짧은 파장 혹은 높은 에너지로 떨어진다. 스펙트럼의 노랑-적색 단부가 밝기 때문에 즉, 샘플에 의해 반사된 에너지가 짧은 파장에서 보다 긴 파장에서 많기 때문에 샘플은 베이지색 혹은 담황색을 나타낼 것이다. 종이를 희게 보이게 하기 위해서는 형광성의 흰색작용제가 종이제조공정중에 첨가되어 색 스펙트럼(12)에 의해 나타난 바와 같이 샘플로부터 받은 청색파장 에너지를 도울 수 있다. 색 스펙트럼(12)이 가시 스펙트럼 전체를 통해 비교적 균일하기 때문에 샘플은 희게보일 것이다.
이미 언급한 바와같이, 형광성 백색 작용물은 그들의 자극 띠에 있는 광원으로부터 빛을 흡수하고 낮은 에너지(긴 파장)의 방출 띠에서 빛을 재방출한다. 제 2 도에서 도시한 바와 같이 형광성 백색 작용물(fluorescent whitening agent)에 대한 자극 띠는 자색 및 자색바깥 범위에 있고 방출 띠는 일차적으로 청색범위이다. 결과적으로, FWA에 의해 종이가 청색으로 보이게 만드는(결과적으로 희게만드는) 정도는 광원의 자색과 자색외구역(430nm이하)에서 청색구역과 비교된 에너지의 균형과 유효 FWA 농축도에 의존한다.
파장에서 두개의 상이한 CIE 정의된 광원에 대한 에너지의 분산이 제3도에서 도시되었다. (18)로 표시된 부분은 CIE 표준 "C"에 대한 것이고 제 2 부분(20)은 ICE 표준 "D65"에 대한 것이며, 이것은 "D65" 광원이 300-400나노메타 범위에서 더 밝고 광원 "C"는 400-500나노메타 범위에서 더 밝음을 가리키고 있다. 결과적으로 FWA를 가진 종이샘플은 광원"C"와 비교해 광원 D65에 의해 빛을 받으면 푸르게 보인다는 것을 나타낸다. 그러나 제 3 도에서 정의된 바와 같이 광원 D65와 C는 대부분의 광원과 마찬가지로 정확히 복사하는 것이 극히 어렵다. 따라서, 비록 두 색감지기가 양쪽 다 "D65" 광원을 이용하더라도 감지기는 FWA를 함유하는 동일한 샘플에 대해 약간 다른 색 스펙트럼을 만드는 한게를 가지게 된다.
지금부터 제 4 도를 참조하면, 본 발명의 선택된 실시예에 따른 색 감지기가 (22)호 표시되어 있고 색 감지기(22)는 제 1 광원(24)을 가지고 있으며 이 광원은 시험될 물체에 빛을 비추는 데 사용되는 것이다. 이 실시예에서의 시험될 물체는 종이(26)이다. 광원(24)은 적외선을 차단하는 열 필터(28)가 빛이 방출되는 파장을 재분배하는 색수정 필터(30)을 가지고 있다.
광원(24)은 도시된 실시예에서 텅스텐 백열전등(색수정 필터를 사용하여 방출 스펙트럼이 거칠게나마 거의 CIE 발광체 "C"에 가깝도록 수정된)이다. 따라서 이 전등은 형광성 백색 작용물의 자외선 혹은 자극범위에 있는 충분한 량의 빛을 방출한다. 결국, 종이(25)는 광원(24)으로부터 나온 빛을 반사하고 FWA의 방출범위로 광원(24)에서 흡수된 빛을 재방출하게 된다.
종이(26)에 의해 반사되고 방출된 빛은 구멍 혹은 슬릿트(36)를 통해 렌즈(34)에 의해 파장분산장치(42)(wavelength dispersing assembly)의 폴딩미러(folding mirror)(40)에 초점이 맞추어진다. 폴딩미러(40)는 렌즈(34)로부터 온 에너지를 홀로그라픽 회절격자(holographic grating)(44)로 반사시키고 이것은 에너지를 파장에 따라 무지개같은 스펙트럼으로 분산시키고 다시 폴딩미러(40A)로 반사시킨다. 스펙트럼은 폴딩미러(40A)에 의해 (32) 다이오드의 배열(46)으로 반사된다. 이들의 각각은 파장범위내의 총 에너지에 비례하는 전기신호를 발생시키고 상기 파장은 상기의 특별한 다이오드에 연결된다.
다이오드 배열(46)의 각 다이오드의 전기적 출력은 전치증폭기(preamplifier)에 의해 감지되고 컴퓨터(48)에 의해 판독된다(도시된 실시예에서 보여준 바와 같이). 컴퓨터(48)는 중앙처리장치 혹은 CPU(50), 기억장치(52), 입/출력장치(I/O)(54) 및 멀티플렉서(56)(multiplexer)를 포함하여 다이오드 배열(46)으로부터 온 자료를 읽고 처리할 수 있게 한다.
상기에서 설명된 요소(24)-(56)는 당해 기술분야에서 널리 공지되어 있는 것으로 더 이상 상세히 기술할 필요가 없을 것이다.
본 발명에 따르면, 색 감지기(22)는 제 2 광원(60)을 가지고 있으며 이것은 일차적으로 형광성 백색 작용물의 자극 띠에 있는 빛을 방출한다. 제 2 광원(60)은 도시된 실시예에서 자외선 램프이고 단하나의 색띠만 통과시키는 필터(64)를 가지고 있어 FWA의 자극 띠에 있는 에너지만 실질적으로 전달한다.
제 2 광원(60) 은 급속히 켜지고 꺼지고 하고 있지만 제 1 광원(24)은 켜진채 남아 있는다. 하기에서 좀더 완벽히 논의되겠지만, 자료는 제 2 광원(60)이 켜져있을 때 얻어지고 또한 제 2 광원(60)이 꺼져있을 때 얻어진다. 상기 두 자료셋트에서 차이는 형광성 백색 작용효과 혹은 유효 FWA 농축도를 계산하는데 이용된다. 더 나아가서, 만약 샘플이 제한된 광원에 의해 빛을 받았다면 수정된 색 스펙트럼이 얻어진 것으로 결정될 수 있다.
다이오드 배열(46)의 다이오드들을 측정하기 위해, 색 감지기(22)는 휠(82)위에 있는 다수의 표준(80)들을 가지고 있다. 상기 표준들은 스텝퍼 모터(stepper motor)(84)에 의해 제위치로 움직이는 극히 하얀 샘플을 포함하여 감지기를 측정하게 한다. 감지기 측정기술은 당해 기술분야에서 잘 알려져 있다.
감지기(22)가 측정된 후, 알려진 형광특성으로 형광표준샘플을 읽어 자외선 광원(60)과 백열광원(24)의 자극 에너지를 결정하는데 사용된다. 제 5 도는 고효율의 FWA 농축도를 가진 샘플을 읽을 때 색 감지기(22)에 의해 얻어진 두 색 스펙트럼의 한 보기를 도시하고 있다.
다이오드 배열(46)의 한 다이오드는 390나노메타 파장에서 샘플로부터 받은 빛의 에너지로 측정하도록 위치되었고 다른 다이오드는 700나노메타 파장에서 에너지를 측정하도록 위치되었으며 나머지 30 다이오드로는 10나노메타식 증가시킨 중간 파장들의 에너지를 측정하도록 위치되어 있다. 감지기는 UV(자외선) 광원(60)과 백열광원(24)을 사용하여 제 1 스펙트럼 A을 만든다. 도시된 실시예에서 다이오드 배열(46)으로부터 나온 출력들은 컴퓨터(48)에 의해 여러번 읽혀져서 상태 1중에 32자료점의 축적된 셋트를 얻는다.
상태 2에서 UV 광원(60)은 꺼진다(반면 백열광원(24)는 켜진채 남아있는다). 그리고 다이오드 배열(46)의 출력은 축적된 상태 2스펙트럼을 만들기 위해 다시 여러번 읽혀진다. 이미 언급한 바와 같이 UV 광원(60)은 주기적으로 켜졌다 꺼졌다 하며 각 싸이클의 결과는 앞의 축적자료에 첨가된다. 예정된 측정간격 후에 컴퓨터는 자료물음을 중지한다. 제 1 상태에서 각 다이오드에 대한 평균강도가 연산되어 390-700나노메타 범위에 걸친 형광표준샘플에 대한 스펙트럼 A로서 컴퓨터에 저장된다. 유사하게, 백열광원(34)이 켜져 있을 때만 UV 광원이 꺼져있는 동안 다이오드 배열(46)의 각 다이오드로 부터의 각도 측정치 각 도(상태 2)는 컴퓨터에 의해 평균을 내고 저장되어 표준샘플로부터 받은 빛의 에너지로 나타내는 제 2 스펙트럼 B를 만든다.
제 5 도에서 도시한 바와 같이, 표준샘플로부터 나온 빛은 UV 광원(60)이 켜져있을 때 스펙트럼의 청색단부에서 더 밝다.
제 6 도에서 도시된 두 색 스펙트럼 A와 B사이의 측정된 차이는 형광성 백색 작용물에 의해 방출된 부가적인 청광(blue light)의 결과이다. 두 색 스펙트럼 A와 B사이의 차이는 하기와 같이 나타낼 수가 있다.
Aλ-Bλ=XU fSSλ (1)
여기서 Xu는 UV 광원(60)에서의 방출 에너지이고 Fsλ는 표준, 형광성 자극광원에 의해 조명되었을 때 파장 λ에서 형광방출을 하는 FWA 표준의 효율을 나타낸다. Fsλ"스펙트럼"의 형태가 FWA 안료방출곡선, 즉 제 2 도의 곡선형상으로 고정되기 때문에 단일파장에서 방정식(1)을 하기와 같이 고쳐써도 좋다.
AλP-BλP=XU·FS(1')
여기서 FS=FSλP이라 정의하고 파장은 최대파장인 것으로 정의된다. 이후부터는 FS는 표준 "형광계수(fluorescent coefficient)"라 한다.
이미 언급한 바와 같이, 형광표준의 형광계수 FS는 알려져 있고 상기의 방정식(1)은 하기와 같이 수정된다.
XU=
Figure kpo00002
(2)
여기서 UV 광원(60)에서의 자극 에너지 XU가 결정된다. 또한 방정식(1)은 하기와 같이 쓸 수 있다.
XU=
Figure kpo00003
(2')
여기서 괄호는 파장 λman에서 λmax에 걸친량의 평균을 나타내는 것이다. 이 평균을 상기 방정식(2)에서 보인 바와 같은 단일파장 λP에서의 측정치로 줄이거나 혹은 방출 띠 전체를 덮을 수도 있다.
중요하게 결정되는 부가적인 량은 감지기(22)의 백열광원(24)에서의 방출에너지 XS이다. 양 XS는 하기의 관계에 따라 결정될 수 있다.
(BλP-CλP)=XS·FS(3)
혹은
XS=
Figure kpo00004
(4)
여기서, 색 스펙트럼 C는 빛의 분산이고 이것은 만약 형광이 완전히 억제되었다면 표준샘플에서 받은 빛의 분산일 것이다. 다른말로, 스펙트럼은 샘플의 반사특성만 보여주고 공지의 시험기술과 장비에 의해 표준 샘플에 대한 것을 얻을 수 있다.
표준샘플에 대한 C 스펙트럼은 컴퓨터에 저장되어 B 스펙트럼이 얻어진 후 백열광원(24)에서의 자극 에너지 XS를 계산하는데 이용된다. 이 방법으로 광원 XU와 XS가 계산되고 표준화 루틴(routine)의 한부분으로 저장되어 이 루틴에서 표준샘플이 일차로 읽혀진다.
색 감지기(22)가 상기에서 기술한 대로 표준화된 후 색 감지기(22)는 미지의 형광계수(FWA 농축도)를 가진 샘플을 측정할 준비를 한다. 색 감지기(22)는 종이공장에서 제조된 그대로의 종이색과 형광특성을 측정하기 위해 사용될 것이다. 물론, 색 감지기(22)는 다른 물체와 다른 형광 작용물(FA)의 색측정에도 적당하다.
샘플(26)을 판독하기 위해 백열광원(24)은 다시 켜진채 남아있고 UV광원(60)은 주기적으로 켜지고 꺼지게 조정된다.
32파장 증가에서 색 감지기(22)에 의해 측정된 강도는 제7도에서 도시된 바와 같이 A'와 B'로 표시된 두 색 스펙트럼을 나타낸다. 전과 같이, 색 스펙트럼 B'은 백열광원(24)이 켜져있을 때만 샘플(26)로부터 받은 빛의 측정된 비교강도를 나타내고, A'스펙트럼은 UV광원(60)으로 부터의 빛이 백열광원(24)의 빛에 더해져서 샘플(26)을 비출때 측정된 비교강도를 나타낸다. UV광원(60)내의 자극 에너지 XU는 표준화 루틴중에서 결정되기 때문에 샘플의 형광효과 스펙트럼 F'λ와 형광계수 F'는 하기에서와 같이 방정식(1)과 (2)를 재배열함에 의해 계산될 수 있다.
F'=
Figure kpo00005
(5)
F'=
Figure kpo00006
(5')
샘플(26)의 형광효과를 결정하면, 만약 형광이 완전히 억제되었을 때 샘플(26)에서 얻어질 색 스펙트럼 C'가 방정식(4)를 하기와 같이 재배열함에 의해 계산될 수 있다.
C'λ=B'λ-(XS·Fλ) (6)
여기서 백열광원(24)에서의 자극 에너지 XS는 표준화 과정중에 결정된다.
도시된 실시예에서, 광원의 자극 에너지 XU와 XS및 형광계수 F'는 450나노메타 파장에서의 측정된 색 스펙트럼 A' 및 B'를 사용하여 계산될 수 있다. 그 이유는 450나노메타 파장이 대부분의 통상 FWA 안료가 방출하는 파장에 가깝거나 일치하는 것으로 알려졌기 때문이다.
샘플(26)의 형광효과 스펙트럼 E'λ및 억제된 형광 색 스펙트럼 C'λ를 결정하면, 이상적인 CIE 광원에 의해 조명되었을 때 샘플(26)에 의해 만들어질 수 있는 색 스펙트럼 D'가 계산될 수 있다. 여기서 CIE 정의된 표준광원에서의 자극 에너지 XD는 알려져 있다. 이러한 스펙트럼은 제7도에서 D'로 표시되었고 하기와 같이 계산된다.
(C'λ-C'λ)=XD·F'λ(7)
혹은
D'λ=C'+(XD·F'λ) (8)
스펙트럼 D'λ가 진실한 표준으로 정의된 광원으로 완전히 수정됨을 알 수 있다. 따라서 D'λ스펙트럼은 색 좌표(color coordinates)의 모든 다음 계산들을 위해 사용되고 비교목적을 위한 순백 혹은 밝기를 계산하는데 사용된다.
제 8 도는 제 5 도의 UV광원(60)에 대한 램프 운전회로(100)을 도시하고 있다. 회로(100)는 발진기(102)를 포함하며 이 발진기는 펄스발생기(104)에 35K 헬쯔의 시각신호를 출력한다. 제 5 도의 컴퓨터(48)는 20헬쯔의 "on/off'신호(제 9 도(A)에 표시되었음)를 펄스발진기(104)에 출력하여 제 9 도에서 (B)로 묘사한 바와 같이 20헬쯔의 속도로 광원(60)의 on/off조정을 제어한다. 그래서 광원(60)은 각 싸이클에서 25밀리초(ms)동안 켜지고 25밀리초(ms)동안 꺼진다.
켜져있는 25ms시간동안 광원(60)은 도시된 실시예에서 실제로 맥동하여 램프수명을 증가시킨다. 따라서 광원(60)이 켜져있는 25ms동안 펄스발생기(104)는 두 운전신호 X와 Y를 발생시키고 이들 두 신호는 두 FET 트랜지스터 스위치(106)과 (108) 각각의 게이트에 연결된다. 상기 운전신호 X와 Y는 위상에서 180°의 차이가 있고 따라서 스위치(106)과 (108)은 위상으로부터 180°에서 닫혀진다.
스위치(106)과 (108)에 연결된 1차 코일(114)를 가지는 변압기(112)는 운전신호 X와 Y 각각에 의해 스위치(106)(108)을 교대로 닫음에 의해 여자된다. 변압기의 2차 코일(116)은 제 10 도에서 (C)로 표시한 교류 출력전압을 만들고 이것은 안전저항(118)을 통해 UV 광원(60)에 공급된다. 광원에 걸린 교류전압은 제 10 도에서 (D)로 표시된 바와 같이 매 15밀리초마다 한번씩 광원(60)이 맥동하게 한다. 광원(60)이 켜져있는 25ms 동안에 UV 광원(60)이 일으키는 이 빠른 맥동은 제 9 도는 (B)에 파형의 수직선으로 나타내었다. 다이오드 배열(46)의 출력에 연결된 전치증폭기(56)이 약 2 1/2밀리초의 일정한 시간을 가지기 때문에 UV 광원(60)은 25밀리초의 켜져있는 기간중에 배열(46)에 대해 효과적으로 일정한 켜진 상태로 있는다.
UV 광원(60)이 각 25밀리초 켜지는 기간의 시작점에서 켜지고 난 후, 컴퓨터(48)는 약 10밀리초간 기다린 후 32 다이오들을 읽어 전치증폭기가 새로운 발광조건에 반응하기에 충분한 시간을 주도록 한다. 32 다이오드들은 5밀리초의 간격으로 3 혹은 4번씩 읽혀져 32 다이오들에 대한 3 혹은 4 셋트의 자료를 얻고 그동안 UV 광원(60)과 백열광원(24) 둘다는 켜져있는다. 켜져있는 25밀리초 동안은 상기 씨이퀀스가 되풀이되어 10밀리초간 기다렷다가 3혹은 4셋트의 자료를 잡고 그동안 백열광원(24)만 켜져있는다.
자료를 잡기 위해 UV 광원(60)이 25밀리초 동안 꺼져있고 이후 UV 광원(60)이 25밀리초 동안 켜져있는 이 주기는 거의 1초동안 반복되어 자료측정 간격 혹은 시그먼트를 정의한다. UV 광원(60)이 꺼져있을 동안의 각 다이오드로부터 나온 자료는 전 자료 시그먼트에 걸쳐 평균을 내고 이미 기술된 B 스펙트럼에서 도시된 자료점(data points)를 만들게 된다.
유사하게, UV 광원(60)이 켜져있을 동안 잡혀진 각 다이오드에 대한 자료가 전 자료 시그먼트에 걸쳐 평균이 내어지고 A 스펙트럼을 만들게 된다. 두 조명조건하에서 판독자료의 급속한 삽입은 전자적인 잡음의 영향을 줄이고 실질적으로 전자적인 느린 편류 혹은 측정된 종이에서의 광학적 효율 혹은 변화가 다른 스펙트럼상에 미치고 따라서 형광계수의 측정에 미칠지도 모르는 영향을 제거한다.
상기의 기술로부터 본 발명이 이동시키는 필터와 이와 유사한 것들을 사용하지 않고 샘플의 유효 FWA 농축도에 관계된 형성계수를 계산할 수 있는 개선된 색감지기를 제공함을 알 수 있다. 더구나 본 색감지기는 보유한 자극에너지가 알려진 UV 광원 혹은 다른 조명광원 같은 정의된 광원에 의해 조명되었을 때 나타나는 샘플의 스펙트럼을 보여주도록 수정된 스펙트럼 발생시킬 수 있다. 결과적으로 특별한 샘플의 색은 여러 조명상태에서의 변화에 대해서 미리 묘사될 수 있다.
물론 여러관점에서, 관계분야의 전문가들에게는 본 발명의 수정의 일부가 단지 본 발명을 이해함으로써 나타날 수도 있고 다른 것들은 전자회로와 기계적 설계의 변화로서 이루어질 수도 있음을 이해할 것이다. 예를들면, 다이오드가 아닌 다른 광감지기가 이용될 수 있고 다른 형태의 광원이 사용될 수도 있을 것이다. 다른 실시예 또한 가능하여 특별한 곳에 적용하는 특별한 설계도 있을 수 있다. 이와 같이 본 발명의 범위는 상기에서 설명된 특별한 실시예에 의해 제한되어서는 않되며 첨부된 청구범위와 이와 동등한 것들에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (19)

  1. 샘플종이(26)에 빛을 비추기 위한 제 1 광원(24), 그리고 상기 광원에 의해 빛이 비춰지는때 샘플종이에 의해 반사된 탐지하기 위한 광탐지기능 다이오드배열(46)을 포함하는, 종이(26)의 형광을 탐지하기 위한 색감지기(22)에 있어서, 샘플종이에 빛을 비추도록 위치한 제 2 광원(60)으로서 이 광원에 의해 방출된 광선의 일부가 샘플종이의 자극범위내에 있도록 된 광원, 제 1 광원(24)와는 무관하게 제 2 광원(60) 세기를 조절하기 위한 펄스발생기(104), 그리고 제 2 광원(60) 조절과 위상을 동기화하여 샘플종이(26)으로부터 수신된 에너지를 측정하기 위한 측정장치를 포함함을 특징으로 하는 색감지기.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 2 광원(60)의 세기를 조절(modulation)하기 위한 펄스발생기(104)가 다수의 제 1 및 제 2 위상으로 광원의 세기를 조절하기 위한 장치로 구성되며, 제 1 위상에서 샘플종이(26)은 제 1 및 제 2 광원(24)(60) 모두에 의해 빛이 비춰지고, 제 2 위상에서 제 2 광원에 의한 샘플종이(26)의 어떠한 조도 크기도 제 1 위상에서 제 2 광원에 의해 제공된 조도의 크기와는 상이하도록 됨을 특징으로 하는 색감지기.
  3. 제 2 항에 있어서, 제 2 광원(60)의 세기를 조절하기 위한 펄스발생기(104)가 제 1 광원이 켜져있는 동안 제 2 광원을 온,오프(켰다, 껐다)하도록 적용됨을 특징으로 하는 색감지기.
  4. 제 3 항에 있어서, 두 광원(24,60) 모두가 켜져있는 동안, 또한 제 1 광원은 켜져있고 제 2 광원은 꺼져있는 동안 광탐지기능 다이오드 배열(46)을 판독하기 위한 장치를 추가로 포함함을 특징으로 하는 색감지기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광원(24)가 텅스텐 백열램프이고, 상기 제 2 광원(60)이 자외선 램프이며, 광탐지기능 다이오드 배열(46)과 컴퓨터(48)을 추가로 포함하여 하나 또는 둘이상의 파장으로 샘플종이(26)으로부터 수신된 에너지의 평균세기와 진폭 모두를 측정할 수 있도록 함을 특징으로 하는 색감지기.
  6. 제 1 항 내지 5 항중 어는 한 항에 따른 색감지기(22)를 포함하며, 상기 조절(modulation)로부터 기인되는 탐지된 광선의 세기차이를 기초로하여 형광특성을 계산하기 위한 컴퓨터(48)을 더욱더 포함함을 특징으로 하는 샘플종이(26)의 형광특성을 결정하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 제 2 광원(60)이 형광 샘플종이(26)의 자극 스펙트럼 범위와 중복되는 제 2 스펙트럼을 갖는 광선을 제공하며, 제 1 광원(24)가 상기 제 2 스펙트럼 보다는 형광 샘플종이(26)의 자극 스펙트럼 범위와의 중복범위가 적은 제 1 스펙트럼을 갖는 광선을 제공함을 특징으로 하는 샘플종이의 형광특성을 결정하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 스펙트럼이 형광 샘플종이(26)의 자극 스펙트럼 범위 바깥 파장영역과 중복하지 않음을 특징으로 하는 샘플종이의 형광특성을 결정하기 위한 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 샘플종이(26)의 색 스펙트럼을 결정하기 위해 상기 제 1 광원의 제 1 스펙트럼이 정해진 스펙트럼이고, 제 2 광원의 제 2 스펙트럼이 정해진 스펙트럼이며, 광탐지기능의 다이오드 배열(46)이 상기 제 1 스펙트럼과 제 2 스펙트럼내 다수의 스펙트럼 점들에서 에너지 크기를 참지할 수 있고, 컴퓨터가 상기 조절로부터 발생되는 스펙트럼점에서 탐지된 에너지 크기의 차이로부터 상기 샘플종이의 색 스펙트럼을 계산하도록 적용됨을 특징으로 하는 샘플종이의 형광특성을 결정하기 위한 장치.
  10. 제 1 스펙트럼 광선을 갖는 제 1 광원(24)로 샘플종이(26)에 빛을 비추고, 제 2 스펙트럼 광선을 갖는 제 2 광원(60)으로 샘플종이에 빛을 비추며, 이 때 제 2 스펙트럼이 상기 제 1 스펙트럼 보다 형광물질의 자극 스펙트럼 범위와 더욱 중복되고, 제 1 광원에 의한 조도의 세기에 대한 제 2 광원에 의한 조도의 세기를 조절하며, 광탐지기능의 다이오드 배열(46)으로 상기 조도 모두로부터 샘플종이에서 방출된 세기를 탐지하고, 그리고 샘플종이의 형광특성을 두 조도세기 탐지 차이로부터 계산하는 단계들을 포함하는 형광물질(FA)을 포함하는 샘플종이의 형광특성을 결정하기 위한 장치.
  11. 제 2 항에 있어서, 형광물질(FA)을 담고 있는 물체의 유효형광을 측정하기 위해, 상기 제 2 광원(60)이 FA의 자극범위내 예정된 세기의 에너지를 방출하며, 물체의 유효형광이 두 세기탐지의 차이와 제 2 광원(60)의 예정된 자극세기로부터 결정됨을 특징으로 하는 샘플종이의 형광특성을 결정하기 위한 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 정해진 광원에 의해 빛이 비춰지는 것처럼 형광 샘플종이의 유효 스펙트럼을 결정하기 위해, 샘플종이가 제 1 색 스펙트럼 측정을 제공하기 위해 제 1 광원(24)로 빛이 비춰지는 동안 다수의 파장으로 샘플종이로부터 수신된 에너지 세기를 감지하여, 샘플종이가 제 2 색 스펙트럼 측정을 제공하기 위해 제 2 광원(60)으로 빛이 비춰지는 동안 상기 다수의 파장으로 샘플종이로부터 수신된 에너지 세기를 감지하고, 제 1 및 제 2 광원에 의해 방출된 형광 자극 에너지의 차이와 두 스펙트럼 측정의 차이로부터 샘플종이의 형광계수를 결정하며, 제 1 광원으로 부터의 자극 에너지 크기와 형광계수로부터 샘플종이의 형광 압축 스펙트럼을 결정하고, 정해진 광원에 의해 빛이 비춰진 것과 같이 형광계수와 광원의 자극에너지 크기로부터 샘플종이(26)의 올바른 색 스펙트럼을 결정하며 형광 압축 스펙트럼을 결정하는 단계들을 더욱더 포함하는 샘플종이의 형광특성을 결정하기 위한 장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 알려지지 않은 샘플종이에서 형광 효율 스펙트럼(F')를 측정하기 위해, a) 제 1 광원으로부터 제1크기의 자극 에너지 Xs를 제공하는 제 1 광원(24)로 알려진 형광계수 Fs를 갖는 표준샘플종이에 빛을 비추고 하나 또는 둘이상의 파장으로 샘플종이로부터 수신된 에너지 크기 Bλ를 결정하며, b) 자극 에너지 Xu를 제공하는 제 2 광원(60)으로 표준샘플종이에 빛을 비추고 상기 하나 또는 둘이상의 파장으로 샘플종이로부터 수신된 에너지 세기 Aλ를 결정하며, c) 제 2 광원으로 부터의 자극 에너지 크기 Xu를 다음과 같이 계산하고 :
    XU=
    Figure kpo00007
    d) 상기 제 1 크기의 조도로 형광이 알려지지 않은 샘플종이에 빛을 비추고 이 샘플종이로부터 수신된 광선의 세기 B'λ를 결정하며, e) 조도에너지를 갖는 제 1 및 제 2 광원(24)(60)모두로 알려지지 않은 샘플종이에 빛을 비추며 이 샘플종이로부터 수신된 에너지의 크기 A'λ를 결정하고, 그리고 알려지지 않은 샘플종이에서의 형광효율 스펙트럼 F'λ를 다음과 같이 계산하는 :
    F'1=
    Figure kpo00008
    단계들을 포함하는 샘플종이의 형광특성을 결정하기 위한 장치.
  14. 제 10 항에 있어서, 정해진 광원에 의해 빛이 비추어지게 되면 형광 물질(FA)를 담고 있는 샘플종이로부터 수신된 빛에너지의 올바른 스펙트럼을 계산하기 위해, a) 제 1 크기의 조도를 제공하는 제 1 광원(24)로 알려진 형광효율 Fsλ를 갖는 표준샘플종이에 빛을 비추며 다수의 파장λ로 샘플종이로부터 수신된 빛에너지 스펙트럼 Bλ를 탐지하고, b) 제 2 크기의 에너지를 제공하는 제 2 광원(60)으로부터 표준샘플종이(26)에 빛을 비추며 상기 다수의 파장으로 샘플종이로부터 수신된 빛의 스펙트럼 Aλ를 결정하고, c) 두 크기 사이의 증가된 자극 에너지 크기 Xu를 다음과 같이 계산하며 :
    Xu=
    Figure kpo00009
    d) 상기 제 1 조도 크기의 자극 에너지 크기 Xs를 다음과 같이 계산하고 :
    Xs=
    Figure kpo00010
    표준샘플종이의 압축된 형광 스펙트럼 C는 알려져 있으며, 그리고 e) 상기 제 1 크기의 에너지로 알려지지 않은 형광 샘플종이에 빛을 비추며, 다수의 파장으로 샘플종이로부터 수신된 빛 에너지의 스펙트럼 B'λ를 결정하고, f) 상기 제 2 크기의 에너지로 알려지지 않은 샘플종이에 빛을 비추고 다수의 파장으로 샘플종이로부터 수신된 색 스펙트럼 A'λ를 결정하며, g) 알려지지 않은 샘플종이의 형광 효율 F'λ를 다음과 같이 계산하며 :
    Figure kpo00011
    h) 알려지지 않은 샘플종이의 형광 압축 색 스펙트럼 C'λ를 다음과 같이 계산하고 :
    C'λ=B'λ-(Xs·F'λ)
    i) 정해진 광원으로 빛이 비춰진 것과 같이 알려지지 않은 샘플종이의 올바른 스펙트럼 D'λ를 다음과 같이 계산하며:
    D'λ=C'λ+(XD·F'λ)
    정해진 광원의 자극 에너지 크기 XD는 알려져 있음을 특징으로 하는 샘플종이의 형광특성을 결정하기 위한 방법.
  15. 제 10 항에 있어서, 형광물질을 담고있는 샘프종이(26)의 형광특성을 감지하기 위해, 제 2 광원(60)이 제 1 광원(24)의 스펙트럼 보다 크게 형광물질의 자극 스펙트럼 범위를 중복하는 스펙트럼을 가지며, 상기 조도로부터 발생되는 샘플종이(26)으로부터 수신되는 에너지가 감지기에서 탐지되고, 샘플종이의 형광특성이 상기 조절과 관련해서 수신된 탐지된 에너지로부터 전자회로에서 계산되어짐을 특징으로 하는 샘플종이의 형광특성을 결정하기 위한 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 제 2 광원(60)의 상기 제 2 스펙트럼 범위가 상기 형광물질의 자극 스펙트럼 범위 바깥 파장영역과 중복되지 않음을 특징으로 하는 샘플종이의 형광특성을 결정하기 위한 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 샘플종이(26)의 색 스펙트럼을 결정하기 위한 단계를 더욱더 포함하며, 상기의 탐지단계가 다수의 스펙트럼 주파수로 상기 조도로부터 기인되는 샘플종이로부터 수신되는 에너지를 감지기에서 탐지하며, 그리고 상기의 계산단계는 샘플종이의 색 스펙트럼을 탐지된 에너지로부터 계산함을 더욱더 포함함을 특징으로 하는 샘플종이의 형광특성을 결정하기 위한 방법.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 광원(24)가 텅스텐 백열램프이고, 상기 제 2 광원(60)이 자외선 램프임을 특징으로 하는 샘플종이의 형광특성을 결정하기 위한 방법.
  19. 제 10 항 내지 18 항에 있어서, 제2광원(60)의 조절이 제 2 광원을 온(on)과 오프(off)로 스위치함을 특징으로 하는 샘플종이의 형광특성을 결정하기 위한 방법.
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