KR100618534B1 - 2차원 광학 구조의 형광 분광분석기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생산성의 향상과 외부로부터 발생되는 진동 및 충격에 강건하게 하고, 광학 마운트류 가공의 효율성 및 일관성을 높이기 위하여, 광 경로가 2차원의 동일 평면상에 형성되도록 배치된 광원, 제1 광전달 모듈, 여기용 단색화장치, 제2 광전달 모듈, 시료용 용기, 제3 광전달 모듈, 방출용 단색화장치 및 광 검출부를 구비하는 2차원 광학 구조의 형광 분광분석기를 제공한다.
Description
도 1은 종래의 3차원 광학 구조의 형광 분광분석기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 2차원 광학 구조의 형광 분광분석기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 단색화장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 2차원 광학 구조의 형광 분광분석기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 형광 분광분석기와 제어장치 사이의 동작을 위한 블록 다이어그램이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
21 : 광원 22 : 후방 반사 거울
25, 26 : 제1 광전달 모듈 30 : 여기용 단색화장치
32, 52 : 오목 거울 33, 53 : 회절발
40, 41, 42 : 제2 광전달 모듈 45 : 광원 모니터링 센서
47 : 시료 용기 48, 49 : 제3 광전달 모듈
50 : 방출용 단색화장치 60 : 광 검출부
149 : 집광 렌즈 150 : 스펙트로그래프(spectrograph)
153 : 홀로그래픽 오목 회절발(holographic concave grating)
160 : 포토 다이오드 어레이(Photo diode array : PDA)
200 : 제어장치 210 : 중앙 연산처리부
220 : 입출력 인터페이스 230 : 명령 입력부
250 : 통신수단 300 : 형광 분광분석기
본 발명은 형광 분광분석기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 2차원 광학 구조를 구비하는 형광 분광분석기에 관한 것이다.
형광(Fluorescence)이란 빛이 시료에 조사되었을 때, 시료 내부의 에너지 상태가 바닥상태에서 들뜬 상태로 전이되고, 짧은 시간 내에 다시 수 나노 초 이내에 바닥상태로 돌아갈 때 발생되는 빛을 의미한다. 인광(Phosphorescence)이란 형광과 흡사하나 바닥상태로 돌아갈 때 중간 에너지 수준인 삼중항 상태를 거치므로 수 형광보다는 지연된 시간안에 빛을 방출하게 된다.
형광 분광 분석기는 빛이 조사된 시료에서 발생하는 형광과 인광을 파장별로 측정하여 시료의 광 물리 및 광화학적 특성을 분석하고, 물질의 미시구조를 해명하는데 사용되는 기기이다.
이러한 형광 분광분석기는 DNA 구조 분석, DNA 시퀀싱과 같은 생명공학 및 유전공학 분야, 수질내 유기물 무기물의 함량 분석과 같은 환경분야, 화학반응과 양자효율 계산과 같은 분석화학 분야, 식품내의 형광물질 검출 등과 같은 식품 및 농업분야 뿐만 아니라 고분자화합물의 정량, 필름코팅 분야 등의 산업 전반에 걸쳐 이용될 수 있다.
도 1은 종래의 3차원 광학 구조의 형광 분광분석기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면, 광원(1)에서 나오는 빛은 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)를 거쳐 여기용 단색화장치(2)에서 특정파장별로 분산되어진 후 출구 슬릿(S2)으로 나와 제1 미러(M1)와 단속기(Chopper)(7), 제2 미러(M2), 제3 미러(M3)를 거쳐 시료용 셀(8)에 조사된다. 이때, 제1 미러(M1)를 통해 나온 빛은 빔 스플리터(5)에 의해 일부는 반사되어 광원 모니터링 센서(6)로 입사되고, 나머지는 투과되어 단속기(7)로 입사된다.
그리고, 단색화장치(2,9)는 입사된 광선을 평행광선으로 만들어서 반사시키는 제1 콜리메이터 거울(3b); 제1 콜리메이터 거울(3b)에서 반사된 평행광선을 다시 반사시키는 회절발(4); 회절발(4)에서 반사된 평행광선이 입사되어 특정 파장만을 반사시키는 제2 콜리메이터 거울(3a)을 구비함으로써 특정파장을 선택하는 역할을 한다.
시료에서 발생된 형광은 다시 제4 미러(M4) 및 제5 미러(M5)를 거쳐 방출용 단색화장치(9)에서 다시 특정 파장별로 분산된 후 출구 슬릿을 거쳐 광 검출부 (Photo multiplier tube : PMT)(10)에 도달된다.
그런데, 이와 같은 종래 기술은 광 경로가 단색화장치(2,9)를 거치면서 좌/우/상/하 방향으로 형성되는 3차원적으로 배열되어있어 구조가 복잡하여 생산 공정에서 고도의 숙련도가 요구되며, 작은 충격에도 쉽게 광 배열이 틀어질 수 있는 문제점이 있다.
또한, 단색화장치(2,9)마다 두 개의 콜리메이터 거울을 사용해야 하므로 재료비가 상승하고, 생산성이 악화되는 문제가 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 3차원적 광학 구조를 2차원적 광학구조로 단순화하여 생산성의 향상과 외부로부터 발생되는 진동 및 충격에 강건하도록 광경로가 2차원인 수평면상에서만 이루어지도록 하는 2차원 광학 구조의 형광 분광분석기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적 및 그 밖의 여러 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 소정 범위의 파장의 빛을 내는 광원; 상기 광원에서 나온 빛을 모아 전달해주는 제1 광전달 모듈; 상기 제1 광전달 모듈을 거쳐 나온 빛이 입구 슬릿을 통해 입사되고, 입사된 빛을 각 파장별로 분산시킨 후, 회전운동이 가능한 회절발의 각도에 따라 특정 파장대역의 빛만 출구 슬릿으로 방사시키는 여기용 단색화장치; 상기 여기용 단색화장치에서 나온 빛을 평행광선으로 만들고, 상기 평행광선을 시료용 용기에 담긴 시료에 조사시켜주는 제2 광전달 모듈; 상기 시료에서 발산된 형광을 모아서 전달해주는 제3 광전달 모듈; 상기 제3 광전달 모듈을 거쳐 나온 빛이 입구 슬릿을 통해 입사되고, 입사된 빛을 각 파장별로 분산시킨 후, 회전운동이 가능한 회절발의 각도에 따라 특정 파장의 빛만 출구 슬릿으로 방출시키는 방출용 단색화장치; 및 상기 방출용 단색화장치에서 나온 빛을 측정하는 광 검출부를 구비하며, 상기 광원으로부터 상기 광 검출부까지 진행하는 광의 경로가 2차원상에서 이루어지도록 광학 구조가 배치된 형광 분광분석기를 제공한다.
여기서, 상기 광 검출부는 입사되는 빛의 광량자 개수에 따른 출력신호를 내는 PMT(Photo multiplier tube)인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 형광 분광분석기의 방출용 단색화장치와 단일 채널 광 검출부 대신에, 상기 제3 광전달 모듈을 거쳐 나온 빛이 입구 슬릿을 통해 입사되고, 입사된 빛은 홀로그래픽 오목 회절발에 반사되어 각 파장별로 분산시키는 스펙트로그래프(spectrograph); 및 상기 스펙트로그래프에서 나온 빛을 측정하는 다채널 광 검출부를 구비하며, 상기 광원으로부터 상기 광 검출부까지 진행하는 광의 경로가 2차원상에서 이루어지도록 광학 구조가 배치된 형광 분광분석기를 제공한다.
여기서, 상기 광 검출부는 입사되는 광대역 파장을 가진 빛의 파장별 광량자 개수에 따른 출력신호를 내는 포토 다이오드 어레이(Photo diode array)인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 단색화장치는, 빛이 입사되는 통로가 되는 입구 슬릿; 상기 입구 슬릿을 통해 입사된 빛을 평행광선으로 만들어 반사시키는 오목 거울; 회전축을 중심으로 회동가능하게 되어 상기 오목 거울에 반사된 평행광선을 소정의 각도로 상기 오목 거울로 반사시키는 회절발; 및 상기 회절발과 오목 거울을 통해 나오는 빛 중 특정 파장의 빛만을 밖으로 방출시키는 출구 슬릿을 구비하는 것이 바람직하다.
그리고, 단색화장치는 회전축을 중심으로 회절발을 소정 각도 회전시킬 수 있도록 하는 구동장치를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 분광분석기는 상기 광원을 중심으로 상기 제1 광전달모듈의 반대측에는 상기 광원으로부터 방출된 빛을 상기 제1 광전달모듈로 입사시키는 후방 반사 거울을 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제1 광전달 모듈은, 상기 광원으로부터 나온 빛을 통과시키는 입구 슬릿; 상기 입구 슬릿을 통해 들어온 빛을 평행광선으로 만드는 콜리메이터(collimator) 렌즈; 및 상기 콜리메이터 렌즈를 통과한 빛을 상기 여기용 단색화장치의 입구 슬릿으로 입사시키도록 초점을 맞추어주는 포커싱(focusing) 렌즈를 구비하는 것이 특징이다.
상기 제2 광전달 모듈은, 상기 여기용 단색화장치의 출구 슬릿을 통해 나온 특정 파장의 빛을 평행광선으로 만드는 콜리메이터(collimator) 렌즈; 및 상기 콜리메이터 렌즈를 통과한 빛을 상기 시료용 용기에 입사시키도록 초점을 맞추어주는 포커싱(focusing) 렌즈를 구비하는 것이 특징이다.
여기서, 상기 제2 광전달 모듈을 통과하는 광 경로와 직각인 위치에 상기 제2 광전달 모듈의 콜리메이터 렌즈를 통과한 평행광선을 모니터링하는 광원 모니터 링 센서를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제3 광전달 모듈은, 상기 시료에서 발광된 형광을 모아주는 집광 렌즈; 및 상기 수집 렌즈를 통과한 형광을 상기 방출용 단색화장치 또는 상기 스펙트로스코프로 입사시키도록 초점을 맞추어주는 포커싱 렌즈를 구비하는 것이 특징이다.
광원은 전파장 영역의 빛이 발생하는 제논 램프인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 형광 분광분석기는, 작업자로부터 명령을 입력받는 명령입력수단; 입출력신호를 입력받고 출력하기 위한 입출력 인터페이스; 입력신호를 이용하여 정해진 알고리즘에 따라 출력신호를 계산하는 중앙 연산처리부; 및 형광 분광분석기와 상기 입출력 인터페이스 간에 통신을 가능하게 하는 통신수단을 포함하여 이루어진 제어장치를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차원 광학 구조의 형광 분광분석기의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 3은 도 2의 단색화장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면, 형광 분광분석기는 광원(21); 제1 광전달 모듈(25,26); 여기용 단색화장치(32); 제2 광전달 모듈(40,41,42); 제3 광전달 모듈(48,49); 방출용 단색화장치(50); 광 검출부(60); 광원 모니터링 센서(45); 제어장치(100) 및 통신수단(150)을 구비한다.
상기 구성요소를 구비하는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 2차원 광학 구조의 분광분석기의 전체 기능 및 작용을 설명한다.
제논 램프(Xenon Lamp)(22)에서 나온 광대역의 백색광은 렌즈 2개(25,26)를 거쳐 여기용 단색화장치(32)에 입사되고 입사된 빛은 1개의 오목 거울(concave mirror)(32)과 회절발(grating)(33)을 거쳐 각 파장별로 분산된다. 분산된 빛은 조절가능한 회절발(33)의 각도에 따라 특정 파장대역의 빛만 출구 슬릿(30b)으로 나오며, 이 특정 파장의 빛은 시료에 조사된다. 이렇게 함으로써 시료에 조사될 빛의 파장을 선택할 수 있다.
조사된 빛은 시료의 에너지를 들뜨게 하여 형광을 발산하게 된다. 발산된 형광은 렌즈(48,49)를 거쳐 방출용 단색화장치(50)로 입사된다. 형광 역시 여러 파장대로 걸쳐 있거나 특정 파장의 빛으로 구성되어 있으므로 방출용 단색화장치(50)에서 회절발(53)을 이용하여 각 파장대로 분산시킨 후 특정 파장의 빛만 출구 슬릿(50b)으로 나가게 한다. 그리고 구동장치로 회절발(53)을 회전시켜 사용자가 원하는 파장 구역에서의 형광을 연속적으로 측정할 수 있게 한다.
따라서, 각 파장별 입사광에 의해 발생하는 시료의 형광을 파장별로 측정함으로써 시료의 광 물리 및 광화학적 특성을 분석할 수 있다.
이하에서는 상기 각 구성요소의 구성, 기능 및 작용을 설명한다.
광원(light source)(21)은 시료에 입사되어 형광을 일으킬 빛을 방출하는 것으로서, 본 발명에서는 제논(Xenon) 램프(22)에서 나온 백색광을 사용하여 모든 파장이 섞여있는 빛을 방출할 수 있다. 제논 램프(21)는 수평면과 평행하도록 위치하고 있다.
제논 램프(21)에서 나온 백색광은 제1 광전달 모듈(25,26)로 입사되는데, 제1 광전달 모듈(25,26)의 반대쪽으로 방출된 백색광을 제1 광전달 모듈(25,26)쪽으로 반사시키기 위하여 후방 반사 거울(Back reflection mirror)(22)을 제논 램프(21)의 후방에 위치시킨다. 이때, 제논 램프(21)의 중심과 후방 반사 거울(22)의 구면 중심은 동일 수평면상에 오도록 위치시켜야 한다.
본 발명에 채용된 광원의 다른 실시예로서, 레이저와 같이 특정 파장의 빛만을 발생시키는 것을 광원(21)으로 사용할 수도 있다. 이 경우에는, 여기용 단색화장치(32)가 필요 없는 구조를 구비하는 레이저를 이용한 형광 분광분석기로도 사용될 수 있다.
제1 광전달 모듈(25,26)은, 광원(21)으로부터 나온 빛을 평행광선으로 만드는 콜리메이터(collimator) 렌즈(25); 및 콜리메이터 렌즈(25)를 통과한 빛을 여기용 단색화장치(32)의 입구 슬릿(30a)으로 입사시키도록 초점을 맞추어주는 포커싱(focusing) 렌즈(26)를 구비한다.
이 때, 콜리메이터 렌즈(25) 및 포커싱 렌즈(26)의 중심은 상기 언급한 수평면과 동일한 수평면상에 오도록 위치시켜야 한다.
여기용 단색화장치(Excitation monochromator)(32)는, 제1 광전달 모듈(25,26)을 통과한 빛이 입사되는 통로가 되는 입구 슬릿(30a); 입구 슬릿(30a)을 통해 입사된 빛의 방향을 전환시키는 제1 거울(31); 제1 거울(31)을 거쳐 입사된 빛을 평행광선으로 만들어 반사시키는 오목 거울(32); 회전축을 중심으로 회동가능하게 되어 상기 오목 거울(32)에 반사된 평행광선을 소정의 각도로 상기 오목 거울 (32)로 반사시키는 회절발(33); 상기 회절발(33)과 오목 거울(32)을 통해 나오는 빛 중 특정 파장의 빛만을 밖으로 방출되는 출구 슬릿(30b); 및 상기 회절발(33)과 오목 거울(32)을 통해 나오는 빛의 방향을 출구 슬릿(30b)으로 전환시키는 제2 거울(34)을 구비한다.
이 때, 특정 파장의 빛이 시료에 조사되게 하기 위하여 후술할 제어장치(100)에 의하여 자동조절할 수 있도록 상기 단색화장치(30)는 회전축을 중심으로 회절발(33)을 소정 각도 회전시킬 수 있도록 하는 구동장치를 더 구비하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 여기용 단색화장치(30)는 오목 거울(32)을 하나만 사용함으로써 종래 2개를 사용하던 방식에 비하여 재료비의 절감과 생산성 및 강건성을 향상시킬 수 있다.
위와 같은 구성을 갖는 여기용 단색화장치(30)에 의하여, 입구 슬릿(30b)을 통해 입사된 빛은 오목 거울(32)과 회절발(33)을 거쳐 각 파장별로 분산되게 되고, 분산된 빛은 회절발(33)의 각도에 따라 특정 파장 대역의 빛만 출구 슬릿(30b)으로 나오게 한다.
또한, 광 경로가 상기 언급한 수평면과 동일 평면상에 오도록 단색화장치(30)의 광학 구성요소들도 배치되어야 한다.
본 발명에서는 종래와는 다르게 단색화장치(30)에서 오목 거울(32)을 하나만 사용함으로써 재료비의 절감과 생산성 및 강건성을 향상시킬 수 있다.
제2 광전달 모듈(40,41,42)은, 여기용 단색화장치(30)의 출구 슬릿(30b)을 통해 나온 특정 파장의 빛을 평행광선으로 만드는 콜리메이터(collimator) 거울(40); 평행광선의 대부분을 전진방향으로 투과시키고 일부는 직각으로 반사시키는 빔 스플리터(41); 및 빔 스플리터(41)를 통과한 빛을 시료용 용기(47)에 입사시키도록 초점을 맞추어주는 포커싱(focusing) 렌즈(42)를 구비한다.
그리고, 제2 광전달 모듈(40,41,42)을 통과하는 광 경로와 직각인 위치에는 광원 모니터링 센서(45)가 더 구비되어 있다.
이 때, 콜리메이터 렌즈(40) 및 포커싱 렌즈(42)의 중심과 광원 모니터링 센서(45)의 수광부 중심은 상기 언급한 수평면과 동일한 수평면상에 오도록 위치시켜야 한다.
광원 모니터링 센서(45)가 시료에 조사될 입사광의 평행광선을 모니터링 함으로써 입사광이 안정적인지 여부를 판단하여 제논 램프(21)의 교체시기를 알 수 있게 한다.
광원(21)으로부터 제2 광전달 모듈(40,41,42)에 이르기까지의 광 경로가 형성하는 수평면과 동일한 평면상의 제2 광전달 모듈(40,41,42)을 통과한 광이 집광되는 위치에는 시료 용기가 위치되고, 그 내부에는 시료가 위치된다.
시료에 조사된 단일 파장을 갖는 입사광은 시료의 에너지 상태를 들뜬 상태로 여기시키고, 여기된 상태가 바닥 상태로 떨어지는 안정화 과정에서 형광이 발생하게 된다. 형광은 사방으로 퍼져 나가지만, 광원(21)으로부터 제2 광전달 모듈(40,41,42)에 이르기까지의 광 경로가 연장되는 방향과 직각인 방향으로 방출되는 빛을 집광하는 것이 감도면에서 가장 유리하다.
따라서, 하기 설명할 제3 광전달 모듈(48,49)의 위치방향은 이전의 광 경로가 연장되는 방향과 직각인 방향으로 형성되되, 상기 언급한 수평면과 동일한 평면상에 광 경로가 오도록 광학 구성요소들이 배치되어야 한다.
제3 광전달 모듈(48,49)은, 시료에서 발광된 형광을 모아주는 집광 렌즈(48); 및 상기 집광 렌즈(48)를 통과한 형광을 방출용 단색화장치(Emission monochromator)(50)로 입사시키도록 초점을 맞추어주는 포커싱 렌즈(49)를 구비한다.
방출용 단색화장치(50)는, 상기 설명한 여기용 단색화장치(30)와 유사한 구조를 가지며, 광 경로가 상기 언급한 수평면과 동일 평면상에 오도록 방출용 단색화장치(50)의 광학 구성요소들도 배치되어야 한다.
이와 같은 구성에 의하여 방출용 단색화장치(50)로 입사된 형광은 제1 렌즈(51), 오목 거울(52), 회절발(53), 제2 렌즈(54)를 거쳐 출구 슬릿(50b)을 통하여 특정한 단일 파장을 가진 빛이 방출되게 된다. 왜냐하면 하기 설명한 광 검출부(60)로 사용되는 PMT(Photo multiplier tube : PMT)는 단일 채널 센서이기 때문이다.
광 검출부(60)는 방출용 단색화장치(50)의 출구 슬릿(50b)에 위치하게 되어, 광 검출부(60)에는 특정 파장의 형광이 입사된다. 광 검출부(60)는 단일 채널 센서인 PMT를 사용할 수 있다. PMT는 광량자의 개수를 검출하여 출력신호를 내보낸다.
PMT(60)는 단일 채널 센서이기 때문에, 어떤 파장대역의 형광이 발생하였는 지를 알기 위하여는 방출용 단색화장치(50)의 회절발(53)의 각도를 제어장치(100)에 의하여 조절함으로써 모든 파장대역별 형광을 방출시켜 PMT(60)에 입사되게 하고 PMT(60)로 검출을 하면, 연속적으로 측정할 수 있다. 이에 의하여 발산된 형광 빛의 파장별 데이터를 측정할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예로써, 단일 채널 포토 다이오드(Photo diode)를 광 검출부(60)로 사용할 수도 있으나, PMT에 비하여 가격은 아주 저렴하지만 감도가 떨어지는 단점이 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 2차원 광학 구조의 형광 분광분석기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 바람직한 제2 실시예를 설명함에 있어서도 제1 실시예와 동일한 부재는 동일한 도면번호를 사용하고, 이에 대한 자세한 사항은 제1 실시예에서 설명한 내용을 참조하면 되고, 이하에서는 제1 실시예와의 차이점을 위주로 설명한다.
도면을 참조하면, 형광 분광분석기는 광원(121); 제1 광전달모듈(125,126); 여기용 단색화장치(130); 제2 광전달모듈(140,141,142); 제3 광전달모듈(148,149); 스펙트로그래프(spectrograph)(150); 및 광 검출부(160)를 구비한다.
광원(121)으로부터 제3 광전달모듈(148,149)까지의 광경로는 제1 실시예와 동일하고, 제1 실시예의 단색화장치(30)대신에 스펙트로그래프(150)를 사용하여 형광을 파장별로 분광하여 다채널 광 검출부인 포토 다이오드 어레이(Photo diode array : PDA)(160)로 입사시킨다. 여기서, 스펙트로그래프(150)는 홀로그래픽 오 목 회절발(Holographic concave grating)을 사용하며, 회절발(150)은 유리면등에 등간격의 미세한 홈들이 파여 있는 형태로, 전파장이 섞여 있는 백색광을 각 파장별로 분광하여 반사시켜준다.
PDA(160)는 포토 다이오드(photo diode)와 축전기(capacitor)가 픽셀 수만큼 일렬로 집적되어 있는 형태이며, 각 포토 다이오드에 입사된 입사광량에 비례하여 초기 충전 전류의 크기가 변화하는 성질을 이용하여 입사광에 비례한 전압이나 전류를 출력신호로 내보낸다.
본 발명의 광 검출부의 다른 실시예로, PDA 대신에 CCD(Charge coupled device)도 적용가능하다.
이와 같은 구성에 의한 형광 분광분석기는 제1 실시예의 스캐닝방식과 달리 전 파장대역의 빛을 한꺼번에 측정할 수 있어서 측정시간이 빠르다는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 형광 분광분석기와 제어장치(100) 사이의 동작을 위한 블록 다이어그램이다.
도면을 참조하면, 제어장치(200)는 작업자로부터 명령을 입력받는 명령입력수단(230); 광원 모니터링 센서(45) 및 광 검출부(60)에서 출력된 신호를 입력받고 여기용 및 방출용 단색화장치(30,50)의 회절발(32,52)을 구동시키는 신호를 출력하기 위한 입출력 인터페이스(220); 입력받은 신호를 이용하여 출력할 신호를 계산하는 중앙연산처리부(210); 및 형광 분광분석기(300)와 입출력 인터페이스(220) 사이에서 통신을 가능하게 하는 통신수단(250)을 구비한다.
명령입력수단(230)은 키보드나 마우스, 터치스크린 등 작업자의 명령을 입력 받아서 입력 인터페이스를 통하여 중앙연산처리장치로 입력될 수 있도록 하는 수단이라면 어느 것도 가능하다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통신수단(250)은 USB(Universal serial bus)이다.
중앙연산처리부는 통신수단(250)을 통하여 연결되는 퍼스널 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러(micro controller)와 같은 외장 형태일 수도 있고, 도면에는 도시되지 않았지만, 형광 분광분석기 내부에 임베디드 컨트롤러(embedded controller) 형태로 내장될 수도 있다.
본 발명에 따른 2차원 광학 구조의 형광 분광분석기에 의하면, 광 경로가 2차원의 동일 평면상에 형성되도록 배치된 광원, 제1 광전달 모듈, 여기용 단색화장치, 제2 광전달 모듈, 시료용 용기, 제3 광전달 모듈, 방출용 단색화장치 및 광 검출부를 구비하고 있다.
따라서, 첫째 광학 구조를 2차원적으로 단순화함으로써 생산성의 향상과 외부로부터 발생되는 진동 및 충격에 강건하게 할 수 있다.
둘째, 광학 구조를 단순화 함으로써 광학 마운트류 가공의 효율성 및 일관성을 높일 수 있을 뿐 아니라, 제품의 용도가 일부 변경될 때에 광학 요소의 배열 변화에 따른 실험 시 물리적인 자유도를 낮춤으로써 보다 효과적으로 결과를 도출할 수 있다.
셋째, 여기용 단색화장치 및 방출용 단색화장치에서 오목 거울을 하나만 사용함으로써 종래 2개를 사용하던 방식에 비하여 재료비의 절감과 생산성 및 강건성 을 향상시킬 수 있다.
발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (13)
- 소정 범위의 파장의 빛을 내는 광원;상기 광원에서 나온 빛을 모아 전달해주는 제1 광전달 모듈;상기 제1 광전달 모듈을 거쳐 나온 빛이 입구 슬릿을 통해 입사되고, 입사된 빛을 각 파장별로 분산시킨 후, 회전운동이 가능한 회절발의 각도에 따라 특정 파장대역의 빛만 출구 슬릿으로 방사시키는 여기용 단색화장치;상기 여기용 단색화장치에서 나온 빛을 평행광선으로 만들고, 상기 평행광선을 시료용 용기에 담긴 시료에 조사시켜주는 제2 광전달 모듈;상기 시료에서 발산된 형광을 모아서 전달해주는 제3 광전달 모듈;상기 제3 광전달 모듈을 거쳐 나온 빛이 입구 슬릿을 통해 입사되고, 입사된 빛을 각 파장별로 분산시킨 후, 회전운동이 가능한 회절발의 각도에 따라 특정 파장의 빛만 출구 슬릿으로 방출시키는 방출용 단색화장치; 및상기 방출용 단색화장치에서 나온 빛을 측정하는 광 검출부를 구비하며, 상기 광원으로부터 상기 광 검출부까지 진행하는 광의 경로가 2차원상에서 이루어지도록 광학 구조가 배치된 형광 분광분석기.
- 소정 범위의 파장의 빛을 내는 광원;상기 광원에서 나온 빛을 모아 전달해주는 제1 광전달 모듈;상기 제1 광전달 모듈을 거쳐 나온 빛이 입구 슬릿을 통해 입사되고, 입사된 빛을 각 파장별로 분산시킨 후, 회전운동이 가능한 회절발의 각도에 따라 특정 파장대역의 빛만 출구 슬릿으로 방사시키는 여기용 단색화장치;상기 여기용 단색화장치에서 나온 빛을 평행광선으로 만들고, 상기 평행광선을 시료용 용기에 담긴 시료에 조사시켜주는 제2 광전달 모듈;상기 시료에서 발산된 형광을 모아서 전달해주는 제3 광전달 모듈;상기 제3 광전달 모듈을 거쳐 나온 빛이 입구 슬릿을 통해 입사되고, 입사된 빛은 홀로그래픽 오목 회절발에 반사되어 각 파장별로 분산시키는 스펙트로그래프(spectrograph); 및상기 스펙트로그래프에서 나온 빛을 측정하는 광 검출부를 구비하며, 상기 광원으로부터 상기 광 검출부까지 진행하는 광의 경로가 2차원상에서 이루어지도록 광학 구조가 배치된 형광 분광분석기.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 여기용 단색화장치 및 방출용 단색화장치는,빛이 입사되는 통로가 되는 입구 슬릿;상기 입구 슬릿을 통해 입사된 빛을 평행광선으로 만들어 반사시키는 오목 거울;회전축을 중심으로 회동가능하게 되어 상기 오목 거울에 반사된 평행광선을 소정의 각도로 상기 오목 거울로 반사시키는 회절발; 및상기 회절발과 오목 거울을 통해 나오는 빛 중 특정 파장의 빛만을 밖으로 방출시키는 출구 슬릿을 구비하는 형광 분광분석기
- 제 3항에 있어서,상기 여기용 및 방출용 단색화장치는, 회전축을 중심으로 회절발을 소정 각도 회전시킬 수 있도록 하는 구동장치를 더 구비하는 형광 분광분석기.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 광원을 중심으로 상기 제1 광전달모듈의 반대측에는 상기 광원으로부터 방출된 빛을 상기 제1 광전달모듈로 입사시키는 후방 반사 거울을 더 구비하는 형광 분광분석기.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제1 광전달 모듈은,상기 광원으로부터 나온 빛을 통과시키는 입구 슬릿;상기 입구 슬릿을 통해 들어온 빛을 평행광선으로 만드는 콜리메이터(collimator) 렌즈; 및상기 콜리메이터 렌즈를 통과한 빛을 상기 여기용 단색화장치의 입구 슬릿으로 입사시키도록 초점을 맞추어주는 포커싱(focusing) 렌즈를 구비하는 형광 분광분석기.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제2 광전달 모듈은,상기 여기용 단색화장치의 출구 슬릿을 통해 나온 특정 파장의 빛을 평행광선으로 만드는 콜리메이터(collimator) 렌즈; 및상기 콜리메이터 렌즈를 통과한 빛을 상기 시료용 용기에 입사시키도록 초점을 맞추어주는 포커싱(focusing) 렌즈를 구비하는 형광 분광분석기.
- 제 7항에 있어서,상기 제2 광전달 모듈을 통과하는 광 경로와 직각인 위치에 상기 제2 광전달 모듈의 콜리메이터 렌즈를 통과한 평행광선을 모니터링하는 광원 모니터링 센서를 더 구비하는 형광 분광분석기.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제3 광전달 모듈은,상기 시료에서 발광된 형광을 모아주는 집광 렌즈; 및상기 수집 렌즈를 통과한 형광을 상기 방출용 단색화장치 또는 상기 스펙트로스코프로 입사시키도록 초점을 맞추어주는 포커싱 렌즈를 구비하는 형광 분광분석기.
- 제 1항에 있어서,상기 광 검출부는 입사되는 빛의 광량자 개수에 따른 출력신호를 내는 PMT(Photo multiplier tube)인 형광 분광분석기.
- 제 2항에 있어서,상기 광 검출부는 입사되는 광대역 파장을 가진 빛의 파장별 광량자 개수에 따른 출력신호를 내는 포토 다이오드 어레이(Photo diode array)인 형광 분광분석기.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 광원은 전파장 영역의 빛이 발생하는 제논 램프인 형광 분광분석기.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,작업자로부터 명령을 입력받는 명령입력수단;입출력신호를 입력받고 출력하기 위한 입출력 인터페이스;입력신호를 이용하여 정해진 알고리즘에 따라 출력신호를 계산하는 중앙 연산처리부; 및형광 분광분석기와 상기 입출력 인터페이스 간에 통신을 가능하게 하는 통신수단을 포함하여 이루어진 제어장치를 더 구비하는 형광 분광분석기.
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