KR101174403B1 - 안테나 일체형 도파관을 이용한 분광 및 이미징을 위한 분광 분석 방법 및 장치 - Google Patents

안테나 일체형 도파관을 이용한 분광 및 이미징을 위한 분광 분석 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소스로부터 발생된 전자기파를 안테나를 이용하여 집속함과 동시에 도파관을 통하여 전송하고, 이때 도파관 내부에 시료를 삽입하여 시료의 분광 특성을 조사할 수 있는 분광 분석 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른 분광 분석 방법은, 도파관의 어느 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단에 전자기파의 집속을 위한 안테나가 결합된 구조물을 이용하여, 상기 안테나에 의하여 집속된 전자기파를 상기 도파관 내부의 시료에 통과시키고, 상기 시료를 통과한 전자기파를 검출하여 분광을 분석하기 위한 것을 특징으로 한다. 또한, 도파관 또는 안테나의 전자기파 출사 끝단에 시료를 설치하여 상기 분광 분석을 할 수 있으며, 상기 구조물 또는 시료의 이동을 이용한 시료에 대한 이미징을 얻을 수 있다.

Description

안테나 일체형 도파관을 이용한 분광 및 이미징을 위한 분광 분석 방법 및 장치{Spectroscopy Analysis Method and Apparatus for Spectroscopy and Imaging using Waveguide with Antenna}
본 발명은 전자기파(electromagnetic wave)를 이용한 시료의 분광 분석 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 소스로부터 발생된 전자기파를 안테나를 이용하여 집속함과 동시에 도파관을 통하여 전송하고, 이때 도파관 내부에 시료를 삽입하거나 또는 전자기파 출사 끝단에 시료를 삽입하여 시료를 통과한 전자기파를 검출하여 분광 특성을 조사할 수 있는 분광 분석 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 상기 구조물 또는 시료의 이동을 이용한 시료에 대한 이미징을 얻을 수 있다.
분광분석법이란 원자 또는 분자, 이온에 의해 유발되는 전자기파의 흡수, 방출, 산란을 이용하여 원자나 분자의 정성 및 정량적 특성을 측정하는 것을 말한다. 과거에는 주로 가시광선을 이용하여 프리즘을 이용, 파장별로 분리되는 스펙트럼을 사용하였으나 점차 자외선, 적외선, X-선, 마이크로파, 라디오파 등의 다양한 전자기파의 영역으로 그 범위가 확대되었으며 최근에는 질량 분석법, acoustic, electron 등 다양한 방법이 사용되고 있다.
가장 일반적으로 많이 사용되고 있는 분광 분석 방법으로는, 도 1의 110과 같이 시료의 유무에 따른 신호(R/S)의 주파수에 대한 변화를 측정하거나, 도 1의 120과 같이 시료의 회전에 따른 반사율의 변화(brewster's angle)를 측정하여 시료가 가지는 실수 굴절률 값을 측정하거나, 또는 도 1의 130과 같이 시료에서 반사되는 신호의 주파수에 대한 변화를 측정하는 등 다양한 방법이 사용되고 있다.
이러한 분광 방법은 대부분 광학 영역에서 사용되어왔으며 전자기파 영역에서도 동일한 방법이 사용되고 있다. 그러나, 동일한 측정 방법에 있어 광학적 영역에서의 측정에서는 시료의 양에 한계성이 적으나 전자기파를 이용한 측정 방법은 전자기파의 특성 상 시료의 양 뿐만 아니라 시료의 두께에도 많은 제약이 따른다. 하나의 해결 방안으로 도 2의 210과 같은 두 개의 평판면이나 프리즘을 이용한 입사파의 다중 반사를 이용한 ATR (attenuated total reflection) 방법이 사용되고 있다. 그러나, 이러한 방법은 전자기파의 입사 및 정렬, 반사 횟수 등에 많은 제약이 따른다. 한 예로 최근 테라헤르츠 전자기파(Terahertz electromagnetic wave)를 이용한 시료의 분광 분석이 이루어지고 있으나 여전히 박막이나 미립자 형태의 시료의 양이 적을 경우 그 측정이 매우 어렵다. 이를 해결하기 위하여, 도 2의 220과 같이 도파관 양 끝단에 렌즈를 부착하고 도파관 내부에 전자기파를 집속하여 측정한 결과가 보고된 바 있다. 그러나, 이러한 광학계를 이용할 경우 광학계 자체에 의한 반사 손실(도 3의 320)뿐만 아니라 광학계의 위치에 따른 (도 3의 330) 반사 및 회절이 발생한다. 또한, 초점 거리에 따른 집속 효율 및 주파수에 따른 광학 재료의 굴절률 차이에 의해 디포커싱(defocusing)(도 3의 340)이 발생하게 된다.
전자기파를 이용한 분광이나 이미징에 있어 일반적으로는 도 4의 410 과 같이 평면파를 넓은 면적의 시료에 그대로 입사시키는 방법이 사용되고 있으나 이러한 방법은 시료의 위치별 특성 및 두께 차이에 의하여 측정 결과에 많은 오차를 수반하게 된다. 하나의 해결 방법으로 도 4의 420과 같이 좁은 핀홀(pinhole)을 이용하여 시료의 좁은 영역에만 전자기파를 투과 시키는 방법이 사용되고 있으나 이러한 방법은 신호의 손실 및 측정 신호의 신호 대 잡음비가 매우 낮은 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 도 4의 430과 같이 신호를 미리 초점 지도록 하거나 도 4의 440과 같이 초점 된 빔을 다시 핀홀을 이용하는 방법이 사용되고 있으나 여전히 신호의 감소 및 핀홀에서의 회절과 같은 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 빔 정렬이 용이할 뿐만 아니라 집속 효율을 높일 수 있도록 소스로부터 발생된 전자기파를 안테나를 이용하여 집속함과 동시에 도파관을 통하여 전송하고, 이때 도파관 내부에 시료를 삽입하거나 또는 전자기파 출사 끝단에 시료를 삽입하여 시료의 분광 특성을 조사할 수 있는 분광 분석 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 다양한 형태의 안테나나 도파관의 사용이 가능하므로 시료의 종류나 형태, 시료 측정 방법, 측정 주파수 영역 등을 달리할 수 있는 분광 분석 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
그리고, 분광 이외에도 시료의 고해상도 이미징이 가능하며 도파관 내부에 공진기나 필터를 설치함으로써 신호의 증폭이나 감쇠를 통하여 측정하고자 하는 주파수 범위를 선택적으로 선택할 수 있는 분광 분석 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 분광 분석 방법은, 도파관의 어느 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단에 전자기파의 집속을 위한 안테나가 결합된 구조물을 이용하여, 상기 안테나에 의하여 집속된 전자기파를 상기 도파관 내부의 시료에 통과시키고, 상기 시료를 통과한 전자기파를 검출하여 분광을 분석하기 위한 것을 특징으로 한다.
상기 도파관의 단면은 원형, 타원형, 또는 다각형 형태를 포함한다.
상기 안테나의 단면은 원형, 타원형, 다각형, 또는 코일 형태를 포함한다.
상기 시료는 고체, 액체, 기체, 입자, 또는 가스 형태를 포함한다.
상기 도파관 내부나 외부에 가열 수단 또는 냉각 수단을 설치하고, 상기 시료를 가열 또는 냉각하면서 전자기파를 통과시킬 수 있다.
상기 도파관이나 안테나의 전자기파 출사 쪽 끝단에 검출기를 설치하여 신호를 바로 검출할 수 있다.
상기 도파관의 중간에 홀이나 공극을 형성하고 상기 홀이나 공극을 관통하는 시료에 상기 전자기파를 통과시킬 수 있다.
제 1 구조물인 상기 구조물과 제 1 구조물과 유사한 제 2 구조물을 차례로 관통하도록 전자기파를 통과시키고, 제 1구조물이나 제 2구조물 내의 시료를 통과한 전자기파를 검출하여 분광을 분석할 수 있다.
상기 도파관 내부에 공진기, 격자, 또는 광결정 구조물을 설치하여, 상기 전자기파의 신호의 증폭, 감쇠, 또는 주파수 변환이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 도파관 내부에 시료를 채울 수 있도록 일정 공간이 형성된 공진기 구조물을 설치하고, 상기 전자기파에 의하여 상기 공진기 구조물 내부의 시료의 유전율 변화에 따른 공진 특성 변화를 분석할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 분광 분석 장치는, 도파관; 및 상기 도파관의 어느 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단에 전자기파의 집속을 위하여 결합된 안테나가 포함된 구조물을 포함하고, 상기 안테나에 의하여 집속 된 전자기파를 시료에 통과시키고, 상기 시료를 통과한 전자기파를 검출하여 분광을 분석하기 위한 것을 특징으로 한다.
상기 도파관의 전자기파 출사 쪽 끝단에 검출기를 설치하여 신호를 바로 검출할 수 있다.
상기 분광 분석 장치는, 상기 도파관의 전자기파 출사 쪽 끝단에 시료를 설치할 수 있으며 시료의 2차원 이동을 이용한 고해상도 이미징도 가능하다.
상기 도파관 전자기파 출사 쪽 끝단에 시료를 설치 한후 다시 도파관을 연결하여 진행된 전자기파를 검출하여 상기 분광 분석이 이루어 질 수 있다.
상기 도파관의 중간에 홀이나 공극을 형성하고 상기 홀이나 공극을 관통하는 시료에 상기 전자기파를 통과시킬 수 있다. 이때, 시료의 2차원 이동을 이용한 고해상도 이미징도 가능하다.
제 1 구조물인 상기 구조물과 제 1 구조물과 유사한 제 2 구조물 사이에 시료를 설치하고 제 1구조물, 시료, 제 2구조물을 통과한 전자기파를 검출하여 분광을 분석할 수 있다. 또한, 상기 도파관 끝에 일정한 형태의 안테나를 형성, 안테나 끝단에 시료를 설치한후 다시 안테나를 이용하여 신호를 집속하여 집속된 신호를 이용하여 분광 분석이 이루어 질 수 있다. 이때, 시료의 2차원 이동을 이용한 고해상도 이미징도 가능하다.
상기 도파관 또는 안테나 끝단에 탐침봉을 접속시켜 탐침봉을 따라 전자기파를 전파시킬 수 있으며 탐침봉을 따라 진행한 전자기파를 탐침봉의 끝을 좁게 하여 진행된 전자기파를 시료의 좁은 영역에 집속, 좁은 영역에 대한 시료의 분광 분석이 가능하다. 또한, 시료의 2차원 이동을 이용한 고해상도 이미징도 가능하다.
상기 도파관 내부에 공진기, 격자, 또는 광결정 구조물을 설치하여, 상기 전자기파의 신호의 증폭, 감쇠, 또는 주파수 변환이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 도파관 내부에 시료를 채울 수 있도록 일정 공간이 형성된 공진기 구조물을 설치하고, 상기 전자기파에 의하여 상기 공진기 구조물 내부의 시료의 유전율 변화에 따른 공진 특성 변화를 분석할 수 있다.
본 발명에 따른 분광 분석 방법 및 장치에 따르면, 기존의 전자파 집속을 위한 반사경이나 렌즈를 안테나로 대체함으로써 빔 정렬이 용이할 뿐만 아니라 집속효율을 높일 수 있다.
또한, 다양한 형태의 안테나나 도파관의 사용이 가능하므로 시료의 종류나 형태, 시료 측정 방법, 측정 주파수 영역 등을 달리할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 분광 분석 장치의 구조는 분광 이외에도 시료의 고해상도 이미징이 가능하며 도파관 내부에 공진기나 필터를 설치함으로써 신호의 증폭이나 감쇠를 통하여 측정하고자 하는 주파수 범위를 선택적으로 선택할 수 있다.
도 1은 종래의 분광 분석 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 다른 분광 분석 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 또 다른 분광 분석 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래의 평면파를 이용한 시료의 좁은 영역에 대한 분광 분석 및 이미징 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치의 안테나와 도파관에 대한 다양한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치를 통한 시료의 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치의 도파관 내부에 가열/냉각 수단을 설치한 예이다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치의 도파관 한쪽 끝에 검출기를 설치한 예이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나와 도파관을 이용한 시료의 분광 분석 및 이미징을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치의 도파관 내부에 공진기/격자/ 광결정을 설치한 예이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치의 도파관 내부에 설치된 공진기에 시료를 채워 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 분광 분석 장치의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 분광 분석 장치는, 도파판(waveguide)과 도파관의 어느 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단에 결합된 안테나를 포함한다. 도파판과 안테나는 소정 금속으로 이루어질 수 있다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치의 안테나와 도파관에 대한 다양한 단면도이다. 도 6와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치의 도파관의 단면은 정사각형, 직사각형, 원형 등일 수 있으며, 필요에 따라 타원형이나, 마름모, 사다리꼴 등 다른 다각형 모양으로도 할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치의 안테나의 끝 단면은 정사각형, 직사각형, 원형, 또는 복수 라인이 동심원으로 형성된 형태(예를 들어, 코일 형태) 등일 수 있고, 필요에 따라 타원형이나, 마름모, 사다리꼴 등 다른 다각형 모양으로도 할 수 있다.
도 5와 같은 구조에서, 소정 소스에서 발생한 전자기파를 도파판을 통과시키고 한쪽 끝으로부터 출사되는 전자기파는 소정 검출기에서 분석되어 주파수별 신호 크기 등에 대한 전기적 신호가 생성될 수 있다. 이와 같은 검출기의 출력은 외부의 다른 프로세서의 처리를 거쳐 소정 디스플레이 수단에 전송됨으로써 그래프 등의 영상 형태로 화면에 표시될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 분광 분석 장치에서는, 기존의 렌즈를 안테나로 대체함으로써 렌즈 정렬 및 반사에 따른 빔 손실을 배제할 수 있도록 하였다. 대부분의 렌즈의 경우 주파수에 따른 재료의 굴절률 차이에 의하여 초점 거리가 달라지는 특성이 있으나 본 발명에서는 안테나를 이용함으로써 이러한 디포커싱(defocusing) 등의 영향이 없도록 한 것이다. 또한, 일정 소스로부터 발생된 전자기파는 안테나에 의하여 집속되어 도파관으로 입사되거나 출사됨으로써 집속 효율을 높일 수 있으며, 다양한 형태의 안테나 사용이 가능하므로 시료의 종류 및 특성에 따라 다양한 형태의 도파관을 접목 시킬 수 있도록 하였다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치를 통한 시료의 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치는 도파관을 이용하여 시료를 측정이 가능하게 한 구조로서, 별도의 시료 홀더가 불필요하며, 도 7과 같이 시료의 종류, 두께, 양 등에 관계없이 시료를 도파관 내부 공간에 삽입하여 측정이 가능하다. 도 7의 710과 같이 도파관 내부에 소정 생물 또는 무생물의 박막 형태의 고체(solid)나 액체(Liquid) 등을 삽입하거나, 도 7의 720과 같이 도파관 내부에 좀 더 두꺼운 형태의 고체(solid)나 액체(Liquid) 등을 삽입하거나, 도 7의 730과 같이 소정 입자(particle), 가스(gas), 또는 기체(vapor) 상태의 물질을 삽입하고, 전자기파를 통과시켜 그 분광 스펙트럼을 분석할 수 있다. 즉, 측정하고자 하는 시료의 형태에 따라 그에 맞는 주파수 영역에서의 분광 스펙트럼 분석이 가능하도록 다양한 형태의 안테나나 도파관 사용이 가능하다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치의 도파관 내부에 가열/냉각 수단을 설치한 예이다.
본 발명의 분광 분석 장치의 도파관 내부에는 도 8의 810과 같이 소정 가열 수단이 설치되거나 도 8의 820과 같이 소정 냉각 수단이 설치될 수 있다. 가열 수단은 외부에서 전압을 인가면 열을 발생시킬 수 있도록 일정 전기 전도도를 갖는 필라멘트 형태일 수 있으며, 냉각 수단은 외부의 차가운 온도를 전달하는 코일 형태로 권선한 소정 금속이거나 냉각수를 흐르게 할 수 있는 금속 파이프를 코일 형상으로 감은 형태일 수 있다.
기존의 경우 온도 유지를 위한 별도로 챔버가 필요하였지만, 이와 같이 본 발명에서는 고온(high temperature)이나 극저온(Cryogenic spectroscopy) 하에서의 시료 측정에 있어, 도파관 내부에 소정 가열 수단이나 냉각 수단을 설치함으로써 쉽게 일정 온도를 유지하며 시료의 분광 스펙트럼 분석이 가능하다.
도 8에는 도파관 내부에 소정 가열 수단이나 냉각 수단이 설치되는 예를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 소정 가열 수단이나 냉각 수단이 도파관 외부에 설치될 수도 있다. 이때, 도파관 외부의 길이 방향을 따라 코일 또는 필라멘트 형태의 소정 가열 수단이나 냉각 수단을 감아 설치할 수 있다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치의 도파관 한쪽 끝에 검출기(detector)를 설치한 예이다.
도 9와 같이, 본 발명의 분광 분석 장치는 전자기파가 입사되는 도파관의 한쪽 끝에 안테나를 결합하고, 도파관의 다른 쪽 끝은 검출기를 결합한 구조를 포함하고, 이에 따라 분광 측정을 쉽게 할 수 있다. 검출기는 도파관을 통과한 전자기파의 주파수 특성을 분석하여 주파수별 신호 크기 등에 대한 전기적 신호를 생성할 수 있다. 이와 같은 검출기의 출력은 외부의 다른 프로세서의 처리를 거쳐 소정 디스플레이 수단에 전송됨으로써 그래프 등의 영상 형태로 화면에 표시될 수 있다.
도 4에서 살펴본 바와 같이, 기존의 평면파를 이용한 시료 분광 분석 방법에서는, 빔 사이즈가 클 경우 시료의 넓은 면적에 대한 특성 분석은 가능하나 시료의 두께에 따른 오차나 시료 위치에 따른 특성 차이로 인하여 분광 정보에 많은 에러가 발생하게 된다. 해결 방안으로 대부분의 분광에서는 광학계를 이용하여 전자기파를 집속하여 사용하나 입사빔의 파장에 의하여 초점 사이즈가 결정되어 한계를 가진다. 핀홀을 이용하여 초점 사이즈를 줄일 수 있으나 핀홀에 의한 반사 손실 및 회절에 의한 영향을 배제할 수 없다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 도파관의 끝단의 좁은 출구를 이용한 시료의 분광 분석 및 이미징을 설명하기 위한 도면이다.
도 10의 1010과 같이, 본 발명의 분광 분석 장치는, 전자기파가 입사되는 도파관의 한쪽 끝에 안테나를 결합하고, 도파관의 끝단에 바로 시료를 설치하여 시료의 좁은 영역에 대한 분광 분석이 가능하다. 또한, 도파관 또는 시료의 2차원 이동(좌우 또는 상하)을 이용하여 시료에 대한 고해상도의 이미징을 얻을 수 있다.
또한, 도 10의 1020과 같이, 본 발명의 분광 분석 장치는, 도파관의 중간에 소정의 공극(hole)(도파관의 위, 아래, 또는 위와 아래에 모두)을 형성하고, 그 공극 내에 시료를 삽입하여 측정이 가능한 구조를 포함한다. 전자기파의 파장보다 매우 좁게 공극을 형성하여 신호의 손실이나 왜곡이 거의 없도록 함으로써, 상기 도파관 중간의 좁은 공극(hole)에 설치된 박막 형태의 시료에 대한 분광 분석이 가능하다. 또한, 도파관 또는 시료의 2차원 이동(좌우 또는 상하)을 이용하여 시료에 대한 고해상도의 이미징을 얻을 수 있다.
또한, 도 10의 1030과 같이, 본 발명의 분광 분석 장치는, 도 5와 같이 도파관의 양쪽 끝에 안테나가 결합된 구조물 두 개 사이에 시료를 설치하여 분광 분석이 가능하다. 본 구조는 시료를 통과한 전자기파를 다시 안테나를 이용하여 집속시킴으로써 얇은 시료뿐만 아니라 두꺼운 시료에 대한 분광 및 도파관(두 구조물의 어느 한쪽이나 양쪽의 도파관)이나 시료의 2차원 이동을 이용한 이미징이 가능하다. 이때, 도 10의 1030과 같이, 두개의 도파관 각각의 한쪽 끝의 안테나, 즉, 시료 쪽 안테나는 입사/출사 쪽의 안테나의 크기보다 작은 것이 바람직하다. 여기서, 도파관의 양쪽 끝에 안테나가 결합된 구조물 두 개를 서로 인접하도록 붙인 후, 어느 한쪽이나 양쪽의 구조물의 도파관 내부에 시료를 설치하고 전자기파가 두 구조물을 통과할 때의 분광 분석이 이루어지게 할 수도 있다.
그리고, 도 10의 1040과 같이, 본 발명의 분광 분석 장치는, 도 4와 같이 도파관의 양쪽 끝에 안테나가 결합된 구조물(단, 출사 쪽의 안테나는 입사 쪽의 안테나보다 작음)의 전자기파의 출사 쪽에 담침봉(Probe)을 설치하고, 담침봉을 따라 진행한 전자기파를 시료에 집속시켜 좁은 영역에 대한 분광 분석이 가능하다. 본 탐침봉을 이용한 분광 분석이나 이미징의 경우 전자기파 파장 이하의 좁은 영역에 대한 측정이 가능하다. 이때 도파관 또는 탐침봉의 2차원 이동(좌우 또는 상하)을 이용하여 시료에 대한 고해상도의 이미징을 얻을 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치의 도파관 내부에 공진기/격자/ 광결정 등의 필터를 설치한 예이다.
본 발명의 분광 분석 장치는, 도 11의 1110과 같이 도파관 내부에 소정 공진기를 설치한 구조, 도 11의 1120과 같이 소정 격자(grating) 구조물을 설치한 구조, 또는, 도 11의 1130과 같이 광결정 구조물을 설치한 구조를 포함한다. 이와 같은 구조에서는, 공진기 구조물, 격자 구조물, 또는 광결정 구조물에 의한 전자기파 신호의 공진 형성이나 일부 차폐 등에 따라 전자기파 신호의 증폭 또는 감쇠가 가능하다. 또한, 이와 같은 구조에서는, 전자기파 신호의 주파수 변환이 이루어져 선택적 윈도우(window)(주파수 영역) 형성이 가능하여, 도파관 내부의 측정 시료에 대하여 측정하고자 하는 소정 주파수 대역에서의 측정을 위한 주파수 선택을 용이하게 할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 장치의 도파관 내부에 설치된 공진기에 시료를 채워 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12와 같이, 본 발명의 분광 분석 장치는, 도파관 내부에, 시료를 채울 수 있도록 일정 공간이 형성된 공진기 구조물을 설치한 구조를 포함하고, 이러한 구조에 따라 공진기 내부에 고체, 액체, 입자, 가스, 또는 증기 형태의 시료를 채우고, 전자기파를 입사하여 출사되는 전자기파를 분광 분석함으로써, 전자기파에 의한 공진기 구조물 내부의 시료의 유전율 변화에 따른 공진 특성 변화를 측정할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (25)

  1. 도파관의 어느 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단에 전자기파의 집속을 위한 안테나가 결합된 구조물을 이용하여,
    상기 안테나에 의하여 집속된 전자기파를 상기 도파관 내부, 또는 상기 도파관의 전자기파 출사 쪽 끝단의 시료에 통과시키고, 상기 시료를 통과한 전자기파를 검출하여 분광을 분석하되,
    상기 도파관 내부나 외부에 가열 수단 또는 냉각 수단을 설치하고, 상기 시료를 가열 또는 냉각하면서 상기 전자기파를 통과시키는 것을 특징으로 하는 분광 분석 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도파관의 단면은 원형, 타원형, 또는 다각형 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 분광 분석 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안테나의 단면은 원형, 타원형, 다각형, 또는 코일 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 분광 분석 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시료는 고체, 액체, 기체, 입자, 또는 가스 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 분광 분석 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도파관의 전자기파 출사 쪽 끝단에 시료를 설치하는 경우에, 상기 시료 또는 상기 도파관의 2차원 이동을 이용하는 것을 특징으로 하는 분광 분석 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도파관의 중간에 공극을 형성하고 상기 공극에 삽입된 시료에 상기 전자기파를 통과시키는 것을 특징으로 하는 분광 분석 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    제1 구조물인 상기 구조물과
    다른 도파관의 어느 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단에 전자기파의 집속을 위한 안테나가 결합된 제2 구조물을 이용하여,
    상기 제1 구조물과 상기 제2 구조물 사이에 시료를 설치하고 상기 제1 구조물, 상기 시료, 및 상기 제2 구조물을 차례로 관통하도록 상기 전자기파를 통과시키는 것을 특징으로 하는 분광 분석 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 시료 또는 상기 도파관의 2차원 이동을 이용하는 것을 특징으로 하는 분광 분석 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    제1 구조물인 상기 구조물과
    다른 도파관의 어느 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단에 전자기파의 집속을 위한 안테나가 결합된 제2 구조물을 이용하여,
    상기 제1 구조물 또는 상기 제2 구조물의 도파관 내부에 시료를 설치하고 상기 제1 구조물 및 상기 제2 구조물을 차례로 관통하도록 상기 전자기파를 통과시키는 것을 특징으로 하는 분광 분석 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 도파관의 전자기파 출사 쪽 끝단에 탐침봉을 설치하여, 상기 탐침봉을 따라 진행한 전자기파를 이용하여 상기 분석이 이루어지는 것을 특징으로 하는 분광 분석 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 시료 또는 상기 탐침봉의 2차원 이동을 이용하는 것을 특징으로 하는 분광 분석 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 도파관 내부에 공진기, 격자, 또는 광결정 구조물을 설치하여, 상기 전자기파의 신호의 증폭, 감쇠, 또는 주파수 변환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 분광 분석 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 도파관 내부에 시료를 채울 수 있도록 일정 공간이 형성된 공진기 구조물을 설치하고, 상기 전자기파에 의하여 상기 공진기 구조물 내부의 시료의 유전율 변화에 따른 공진 특성 변화를 분석하는 것을 특징으로 하는 분광 분석 방법.
  15. 도파관; 및 상기 도파관의 어느 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단에 전자기파의 집속을 위하여 결합된 안테나가 포함된 구조물을 포함하고,
    상기 안테나에 의하여 집속된 전자기파를 상기 도파관 내부, 또는 상기 도파관의 전자기파 출사 쪽 끝단의 시료에 통과시키고, 상기 시료를 통과한 전자기파를 상기 도파관의 전자기파 출사 쪽 끝단에 설치된 검출기를 이용해 검출하여 분광을 분석하기 위한 것을 특징으로 하는 분광 분석 장치.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    상기 도파관의 전자기파 출사 쪽 끝단에 시료를 설치하는 경우에, 상기 시료 또는 상기 도파관의 2차원 이동을 이용하는 것을 특징으로 하는 분광 분석 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 도파관의 중간에 공극을 형성하고 상기 공극에 삽입된 시료에 상기 전자기파를 통과시키는 것을 특징으로 하는 분광 분석 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    제1 구조물인 상기 구조물 이외에, 다른 도파관의 어느 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단에 전자기파의 집속을 위한 안테나가 결합된 제2 구조물을 더 포함하고,
    상기 제1 구조물과 상기 제2 구조물 사이에 시료를 설치하고,
    상기 제1 구조물, 상기 시료 및 상기 제2 구조물을 차례로 관통한 전자기파를 검출하여 분광을 분석하기 위한 것을 특징으로 하는 분광 분석 장치.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 시료 또는 상기 도파관의 2차원 이동을 이용하는 것을 특징으로 하는 분광 분석 장치.
  21. 제15항에 있어서,
    제1 구조물인 상기 구조물 이외에, 다른 도파관의 어느 한쪽 끝단 또는 양쪽 끝단에 전자기파의 집속을 위한 안테나가 결합된 제2 구조물을 더 포함하고,
    상기 제1 구조물 또는 상기 제2 구조물의 도파관 내부에 시료를 설치하고 상기 제1 구조물 및 상기 제2 구조물을 차례로 관통하도록 상기 전자기파를 통과시키는 것을 특징으로 하는 분광 분석 장치.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 도파관의 전자기파 출사 쪽 끝단에 탐침봉을 설치하여, 상기 탐침봉을 따라 진행한 전자기파를 이용하여 상기 분석이 이루어지는 것을 특징으로 하는 분광 분석 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 시료 또는 상기 탐침봉의 2차원 이동을 이용하는 것을 특징으로 하는 분광 분석 장치.
  24. 제15항에 있어서, 상기 도파관 내부에 설치된 공진기, 격자, 또는 광결정 구조물을 더 포함하고,
    상기 공진기, 격자, 또는 광결정 구조물에 의한 상기 전자기파의 신호의 증폭, 감쇠, 또는 주파수 변환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 분광 분석 장치.
  25. 제15항에 있어서, 상기 도파관 내부에 설치된, 시료를 채울 수 있도록 일정 공간을 갖는 공진기 구조물을 더 포함하고,
    상기 전자기파에 의하여 상기 공진기 구조물 내부의 시료의 유전율 변화에 따른 공진 특성 변화를 분석하는 것을 특징으로 하는 분광 분석 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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