KR100425412B1 - 물체의 측광 및 측색 특성을 측정하는 장치 - Google Patents

물체의 측광 및 측색 특성을 측정하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상 초점 평면(Fi)내에 기본 영역(101)의 푸리에 변환(102)을 형성하는 측정 렌즈(2), 검출기(4i,j)에 의해 형성되는 센서(4)상에 기본 영역의 상을 형성하는 트랜스퍼 렌즈(3), 기본 영역(101)의 개구를 한정하는 조리개(5)및 처리 회로(6)를 포함하는, 물체의 측광및 측색 특성을 측정하는 장치를 제공한다. 푸리에 변환(102)을 발생시키는 측정 렌즈(2)는 시야 렌즈와 연관이 있고, 두개의 광학 수단(2,10)과, 조리개(5)에 의해 한정되는 직경(d)로 이루어진 원형 개구와의 조합으로 인해, 입사각 θ와 방위각 φ를 갖는 어떤 임의의 광선에 대해서, 분석 물체(1)상에서 타원 형태의 측정 영역 선택이 가능하다.

Description

물체의 측광및 측색 특성을 측정하는 장치
본 발명은 물체, 특히 액정 스크린의 기본 영역의 특성을 그 기본 영역의 관측 방향에서 결정하기 위해, 물체의 측광및 측색 특성을 측정하는 장치에 관한 것이다.
코노스코픽(conoscopic)방법및 장치는 수많은 특허 공보, 특히 FR 87 04 944및 FR 95 00 118뿐만 아니라 JP 34858및 JP-5-288-638의 주제였다. 그러나, 이들 공지된 방법은 검사 표본이 광선 방사체 그자체인지의 여부를 나타내는 시스템의 이득이 각도에 크게 좌우된다는 점과, 산업 생산의 응용을 위해 신속한 측정이 이루어져야 한다는 점과 같은 여러가지 문제점을 야기시킨다.
전술한 첫번째 문제점은 분석 영역이 측정 렌즈에 대해 광학적으로 조리개와 켤레를 이루기 때문에(특허 공보 FR 87 04 944, FR 95 00 118및JP-5-288-638), 쉽게 설명될 수 있다.
환언하면, 이들 분석 장치는 디스플레이 스크린 특히, 액정 디스플레이 스크린의 측광및 측색 특성을 판정하는데 적용되고 이용되지만, 이 광학 시스템은 광선의 경사각의 함수인 분석 물체의 기본 영역에 의해 방사되는 광선의 횡단면이 감소한다는 사실을 고려하지 않으며, 사실상, 분석 물체의 기본 방사 영역에 수직인 법선에 대해 각도 θ를 이루는 상기 광선의 횡단면은 1: cosθ의 비율로 변한다. 따라서, 분석된 시(視) 영역은 분석각 θ에 좌우되는 매우 넓은 범위의 한계값내에서 변한다. 이러한 상황하에서는, 분석 결과를 정정하는 것, 즉 정정 조건을 이용하여 센서에 의해 전달된 신호를 처리하는 것이 필요하다. 사실상, 이러한 신호 처리 과정에 있어서는, 분석 장치의 구조를 복잡하게 만들고, 분석 속도를 상당히 더디게 하며, 무엇보다도, 광선의 입사각이 증가함에 따라 상기 신호/ 잡음의 비가 감소함으로 인해 분석결과의 질을 저하시키는, 특히 계산에 의한 광범위한 수단이 이용된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하고자, 광선 방사 영역,특히 투과 모드또는 반사 모드에서 작용하는 액정 스크린과 같은 스크린에 대해 측광및 측색 분석을 정확하고 신속하게 수행하기 위한 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 분석중인 물체의 기본 영역에 의해 방사되는 평행 광선의 궤적을 갖는 본 발명에 따른 측정 장치를 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 측정 장치를 도시한 것으로서, 분석중인 물체의 기본 영역에 의해 방사되는, 상이한 각도를 이루는 여러개의 광선을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 분석중인 물체의 기본 영역을 투광하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 도 3과 유사한 도면으로서, 분석중인 물체의 기본 영역에 대해 상이한 입사 각도를 이루는 여러개의 광선으로 상기 물체의 기본 영역을 투광하는 상태를 나타낸 도면.
〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉
1: 물체, 2: 측정 렌즈, 3: 트랜스퍼 렌즈, 4: 센서, 5,14: 조리개, 6: 처리 회로, 7: 마이크로 컴퓨터, 8: 파장 선택 필터, 9: 셔터, 10: 시야 렌즈, 11: 광원, 12: 반 투명 거울, 13: 렌즈, 100,200: 광선, 101: 기본 영역.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일면에 따라, 물체, 특히 액정 스크린의 기본 영역의 특성을 그 기본 영역의 관측 방향에서 결정하기 위해, 물체의 측광및 측색 특성을 측정하는 장치가 제공되고, 상기 측정 장치는 기본 영역의 푸리에 변환(각도 세기 분포)을 기본 영역의 상 초점 평면(Fi)에 발생시키기 위한 측정 렌즈와; 주어진 각도 좌표에 대해 기본 영역의 빛의 세기에 대응하는 전기적 신호(Si,j,φ)를 각각 제공하는 일련의 검출기(4i,j)로 구성되는 센서상에 각도 세기 분포의 상을 형성하기 위한 트랜스퍼 렌즈와; 기본 영역의 개구를 한정하기 위해 광선의 경로상에 위치하는 조리개와; 센서의 각 검출 셀로 부터 전기적 신호를 수신하기 위한 처리 회로를 구비하고, 측정 렌즈는 시야 렌즈와 연관이 있고, 두개의 광학렌즈와, 조리개에 의해 한정되는 직경(d)로 이루어진 원형 개구와의 조합으로 인해, 입사각 θ와 방위각 φ를 갖는 어떤 임의의 광선에 대해서, 분석 물체상에서 타원 형태의 측정 영역 선택이 가능하고, 타원 영역은 단축(D)및 장축(D/cosθ)으로 구성되어, 1/cosθ, 정량 (D)및 (d)가 측정 렌즈및 시야 렌즈에 의해 형성되는 광학계의 배율과 관련이 있음으로 인해 단축과 장축의 곱이 변하고; 장축은 광학계의 축및, 타원 영역의 중심에 의해 방사되는 각도θ를 이루는 광선을 통과하는 평면내에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 분석 장치의 상기 특성에 따라, 상기한 렌즈의 설계로 인해, 분석된 광선의 입사각에 따라, cosθ 계수(또는 이 계수의 역)(으)로 부터 얻어진 신호를 제거하는 것이 가능해 진다.
이것은 전하 결합 디바이스(CCD)센서로 구성하는 것이 바람직한 센서에 의해 수집된 결과가 직접 전달되기 때문에, 분석이 상당히 단순해 진다는 것을 의미한다. 이들 결과는 직접 이용가능할 뿐만 아니라, 상기 결과의 신호/잡음 비가 공지의 장치를 이용하여 얻어진 신호및 결과와 비교해 볼때, 현저하게 향상된다.
본 발명의 또다른 특성에 따라, 광선의 경로는 파장-선택 필터 즉, 일군의 파장들 중에서 선택가능한 필터, 또는 편광 필터를 포함함으로써, 예컨대, 눈으로 감지할 수 있는 파장으로 제한되는 선택가능한 분석이 가능해 진다.
본 발명의 또다른 특성에 따라, 광선의 경로는 분석선, 특히 방위각선을 한정하는 슬릿을 포함한다.
그 방위설정에 기초하여, 상기 슬릿은 주어진 방위각의 선을 따라 물체의 분석을 가능하게 함으로써, 분석속도가 향상되어, 이때, 셀의 선으로 제한되고, 센서의 셀 매트릭스로 제한되지 않는다.
상기한 분석 장치는 물체가 방사체인 경우 상기 물체에 의해 방사되는 광선을 수신한다.
또한, 물체의 반사 특성을 분석하는 것이 바람직하다. 이렇게 하기 위해서는 중요하고 재생가능한 분석을 허용할 수 있는 정확한 방식으로 물체를 조명하는 것이 필요하다.
이를 위해, 상기 분석 장치는 광 제어요소로 구성되는 광원에 의해 형성되고, 물체의 초점 평면과 켤레를 이루는 렌즈의 상 초점 평면내에 위치하고, 렌즈를 통해 조리개를 조명함으로써 한정되는 일정한 횡단면을 갖는 다수의 광선으로, 분석 물체의 기본 영역을 조명하는 조명 소자를 포함한다.
특히, 상기 분석 장치는 조명 소스를 측면으로 이동시키고, 분석 광선이 물체의 기본 방사 영역에 의해 방사되도록 하기 위한 반투명 거울을 구비하는 것이 유리하다.
물체의 조명을 이용한 상기한 분석 기술은 물체의 반사 특성 연구와 관련이 있을 뿐만 아니라, 예컨대, 불필요한 조명이 일반적으로 스크린인 물체의 판독성에 미치는 영향에 관한 연구와도 관련이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하며, 도면전체를 통하여 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
도 1을 참조하면, 물체(1)의 측광및 측색 특성을 측정하기 위한 본 발명에 따른 장치가 도시된다. 상기 물체(1)는 예컨대, 액정 스크린이고, 그 물체의 전체또는 일부를 커버하는 기본 영역상에서 상기 특성이 측정된다.
상기 측정 장치는 분석된 물체(1)를 수용하는 물체 초점 평면을 갖는 측정 렌즈(2)를 포함한다. 상 초점 평면 Fi의 주어진 각도 좌표에 대해 푸리에 변환으로 부터 센서(4)상에 상(像)을 제공하는 트랜스퍼 렌즈(3)가 상기 렌즈(2)뒤에 위치한다. 조리개(5)는 상기 렌즈(2), 시야 렌즈(10)및 기본 방사 영역(101)과 협력하여, 상기 물체(1)상에서 한계를 정하는, 직경 d의 원형 개구를 한정한다. 또한, 상기 조리개(5)는 상기 렌즈(2)를 향해 광학계의 축 ⅩⅩ와 각도 θ를 이룬채 기본 영역(101)에 의해 방사되는 광선(100)을 한정한다.
상기 트랜스퍼 렌즈(3)의 앞쪽에 위치하는 것이 바람직한 상기 조리개(5)는 소정의 파장 또는 일군의 파장만을 통과하도록 하는 필터(8)의 뒤쪽에 위치할 수 있다.
마지막으로, 상기 측정 장치는 센서(4)또는 그 검출 셀(4i,j)이 조명되는 시간을 한정할 수 있도록 하는 셔터(9)를 포함할 수도 있다. 상기 각각의 검출 셀은 상기 물체(1)의 기본 영역(101)으로 부터 각도 θ로 방사되는 광선(100)을 통과하는 플럭스를 수용한다.
상기 렌즈(2)의 두가지 주요 기능은 상기 시야 렌즈(10)및 조리개(5)와 협력하여, 상기 조리개(5)와 광학적으로 켤레를 이루는 기본 영역(101)을 한정하는 것과, 상기 물체(1)에 의해 방사되는 광선의 각도 분포를 나타내는 상을 평면 Fi에 전달하는 것이라고 말할 수 있다. 상기 타원형 기본 영역(101)의 장축은 도 1의 평면에 놓이고, 그 단축은 도 1의 평면에 대해 수직을 이룬다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 렌즈(2)는 장축이 약 D이고, 단축이 약 D/cosθ인 타원형 기본 영역(101)을 한정한다.
상기 D는 상기 광학계를 통한 상기 조리개(5)의 직경 d의 켤레 측정치이고, 이들 두개의 정량은 배율 G와 관련이 있다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 타원형 기본 영역(101)의 장축은 광학 축 ⅩⅩ및, 타원 영역(101)의 중심에서 방사되는 광선을 통과하는 평면내에 위치한다(상기 광선은 도 1의 평면내에 포함됨).
따라서, 초점 평면 Fi는 물체(1)에 의해 방사되는 빛의 세기 분포의 평면상을 포함한다.
상기 측정 장치는 조리개(5)의 평면내에 물체(1)의 실상을 제공하는 시야 렌즈(10)에 의해 완성됨으로써, 광선이 좁혀질수 있고, 그에 따라 분석용 기본 영역(101)을 얻을수 있다.
평면 Fi에 형성된 상은 시야 렌즈(10)및 트랜스퍼 렌즈(3)에 의해 센서(4)로 전송된다.상기 센서(4)의 각각의 검출 셀(4i,j)은 기본 영역(101)에 의해 방사되는 광선(100)의 입사각θ및 방위각φ을 특징으로 하는 방사 방향과 직접 관련이 있다.
이들 각도가 변하면, 상기 광선을 수용하는 기본 센서 역시 변화한다.
이러한 상황하에서, 특히 상기 센서(4)는 상기 센서(4)의 각각의 기본 셀(4i,j)과 관련이 있는 신호(Si,j), 즉 상기 물체(1)에 의해 방사되는 광선(100)의 각각의 각도 위치와 직접 관련이 있는 신호(Si,j)를 수집하는 것을 가능하게 하는 CCD 센서로서 구성하는 것이 유리하다.
도 2는 상기와 같은 상황을 개략적으로 도시한 것으로서, 도 1과 동일한 측정 장치를 나타낸다. 여기서, 상기 셀 4i,j(θ1,φ) ... 4i,j(θ4,φ)와 관련된 소수개의 추가 광선 100(θ1,φ), 100(θ2,φ), 100(θ3,φ), 100(θ4,φ)가 궤적을 이룬다.
상기 센서(4)의 상기 셀들은 일반적으로 기준 신호 Si,j(θn,φ)로 지정되는 일련의 신호를 전달한다.
또한, 도 2는 축이 도 2의 평면(방위각φ에 대응하는 평면)에 놓이는 광선 100(θn,φ)이 도 2의 평면에 놓이는, 즉 직선 세그먼트상에 정렬되는 센서(4)의 셀 4i,j(θn,φ)상으로 수렴된다는 사실을 보여준다.
도 1및 도 2는 물체(1)에 의해 방사되는 각도θ의 광선을 분석하기 위한 측정 장치의 사용을 도시한 것이다.
상기한 분석이 가능하게 하기 위해서는, 상기 물체(1)가 광방사 상태로 되거나, 입사광을 반사시키는 것이 필요하다.
또한, 그 자체가 방사체이고, 산란 조명을 수용하는 물체(1)의 광학 작용을 측정하는 것이 유리하다.
도 3은 전술한 장치에 대응하고, 물체(1)가 조명되도록 하는 수단을 구비한 본 발명에 따른 장치를 도시한 것이다.
도 3에 있어서, 조명을 위해 사용된 상기 장치의 주요 구성요소만이 도시되고, 이들 구성요소는 도 1및 도 2에 사용된 것과 동일한 참조부호를 사용한다.
각도 위치(θ,φ)의 광선(200)으로 물체(1)를 조명하기 위해, 상기 측정 장치는 선, 예컨대, 도 3의 평면, 즉 매트릭스(2차원 분포)에 분포되는 광 요소들(i,j)로 구성되는 광원(11)에 의해 형성되는 조명 디바이스를 포함한다. 이들 광 요소들(i,j)은 처리 회로(6)에 의해 전달된 신호 Si,j(θn,φ)로 부터 야기된 신호들을 수신하고 처리하는 마이크로 컴퓨터(7)와 같은 제어 디바이스에 의해 제어된다.
이렇게 함으로써, 물체(1)의 기본 영역(101)의 조명을, 상기 센서(4)에 의해 전달되는 신호 Si,j(θn,φ)로 부터 야기되는 결과를 고려한 분석 프로그램의 함수로서, 제어할 수 있다.
조명 소스,즉 광원(11)는 렌즈(2)(시야 렌즈(10)를 고려함)의 상 초점 평면에 위치한다.
사실상, 광학 축 ⅩⅩ주위의 상기 측정 장치의 영역을 깨끗이 하고, 물체(1)에 의해 방사된 광선의 자유 통로를 허용하기 위해서, 상기 광원(11)은 반투명 거울(12)에 의해 측면으로 이동된다.
또한, 상기 조명 디바이스는 렌즈(2)의 상 초점 평면 Fi에 수렴 광선을 형성하여 기본 영역(101)에 충돌하는 각도 위치(θ,φ)의 평행 광선(200)을 제공하기 위해, 렌즈(13)및 조리개(14)을 포함한다.
입사각 θ는 광선을 전달하는 광 제어 요소 L(i,j)의 상황에 좌우된다.
상기 조리개(14)는 원형 조리개로 구성됨으로써, 상기 렌즈(2)에서 방사되는 광선은 물체(1)에 의해 방사되는 광선의 경우에 상기에서 한정된 것과 같이, 상기 렌즈(2)의 상호적인 광학 특성으로 인해 잇점을 얻는다.
기본 영역(101)을 조명하기 위한 각도 위치(θ,φ)는 수행될 분석 프로그램의 함수로서 선택된다. 이 프로그램은 예컨대, 우선 조명 소스없이, 그리고 그 다음에는 각도 위치(θ,φ)의 광선을 전달하는 조명 소스로, 여러개의 각도 θi에 따라 도 1및 도 2에 대해 설명한 바와같은 물체(1)를 분석할때 이용된다. 또한, 상기 각도는 분석중에 상기 광원(11)의 여러개의 광 요소 L(i,j)를 채용하는 제어 회로(7)에 의해 수정될 수 있다.
도 4는 주어진 조명 분포를 재생하기 위해, 광원(11)의 상이한 광 요소 L(i,j)를 작동시킴으로써, 상이한 조명 방향으로의 기본 영역(101)의 조명을 개략적으로 도시한 것이다. 도 4에 도시된 여러개의 구성 요소들은 도 1내지 도3에 도시된 것과 동일한 참조부호를 사용한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 광선 방사 영역, 특히 투과 모드또는 반사 모드에서 작용하는 액정 스크린과 같은 스크린에 대해 측광및 측색 분석을 정확하고 신속하게 수행할수 있고, 센서에 의해 수집된 결과가 직접 전달되기 때문에, 분석이 상당히 단순해 지며, 이들 결과는 직접 이용가능할 뿐만 아니라, 상기 결과의 신호/잡음 비가 공지의 장치를 이용하여 얻어진 것에 비해, 현저하게 향상된다.
지금까지, 특정 실시예와 관련하여 본 발명이 설명되었지만, 상기 본 발명에 대한 개시는 단지 본 발명의 적용예에 불과한 것이고, 본 발명을 수행하기 위한 최상 모드로서 본 명세서에 개시된 특정 실시예에 국한되는 것은 아니다.
또한, 하기 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 일탈하지 않는 범위내에서 본 발명이 다양하게 개조및 변경될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 물체(1), 특히 액정 스크린의 기본 영역(101)의 특성을 그 기본 영역(101)의 관측 방향에서 결정하기 위해, 상기 물체의 측광및 측색 특성을 측정하는 장치에 있어서,
    상기 기본 영역(101)의 푸리에 변환(각도 세기 분포)(102)을 상기 기본 영역의 상 초점 평면(Fi)에 발생시키기 위한 측정 렌즈(2)와;
    주어진 각도 좌표에 대해 상기 기본 영역(101)의 빛의 세기에 대응하는 전기적 신호(Si,j,φ)를 각각 제공하는 일련의 검출기(4i,j)로 구성되는 센서(4)상에 상기 각도 세기 분포의 상을 형성하기 위한 트랜스퍼 렌즈(3)와;
    상기 기본 영역(101)의 개구를 한정하기 위해 상기 광선의 경로상에 위치하는 조리개(5)와;
    상기 센서(4)의 각 검출 셀(4i,j)로 부터 상기 전기적 신호를 수신하기 위한 처리 회로를 구비하고,
    상기 측정 렌즈(2)는 시야 렌즈(10)와 연관이 있고, 상기 두개의 광학렌즈(2,10)와, 상기 조리개(5)에 의해 한정되는 직경(d)로 이루어진 원형 개구와의 조합으로 인해, 입사각 θ와 방위각 φ를 갖는 어떤 임의의 광선에 대해서, 상기 분석 물체(1)상에서 타원 형태의 측정 영역 선택이 가능하고, 상기 타원 영역은 단축(D)및 장축(D/cosθ)으로 구성되어, 1/cosθ, 정량 (D)및 (d)가 상기 측정 렌즈(2)및 시야 렌즈(10)에 의해 형성되는 광학계의 배율과 관련이 있음으로 인해 상기 단축과 장축의 곱이 변하고; 상기 장축은 상기 광학계의 축및, 상기 타원 영역의 중심에 의해 방사되는 각도θ를 이루는 광선을 통과하는 평면내에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광선의 경로는 파장 선택 필터(8), 즉 일군의 파장중에서 선택가능한 필터또는 편광 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 광선의 경로는 분석선 특히, 각도φ의 방위각선을 한정하는 슬릿(10)을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광선의 경로는 광 제어 요소로 구성되고 상기 렌즈(2)의 상 초점 평면의 켤레 평면에 위치하는 광원에 의해 형성되고, 상기 렌즈(2)를 통해 조명 조리개에 의해 한정되는 일정한 횡단면을 갖는 일군의 광선으로 상기 물체(1)를 조명하는 조명 디바이스(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 광선의 경로는 상기 조명 디바이스(11)를 광축으로 부터 벗어나게 이동시키고, 분석 광선이 상기 물체(1)에 의해 방사되도록 하기 위한 반 투명 거울(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 광원(11)은 상기 물체(1)에 대해 수행될 분석의 방식에 기초하여 주어진 방향으로 또는 주어진 조명 분포에 따라 선택 조명을 제공하기 위해, 특히 상기 센서(4)에 의해 전달되는 신호(Si,j,φ)의 분석결과에 따라 마이크로프로세서(7)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
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