KR101188217B1 - 휴대용 분광 분석 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휴대용 분광 분석 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 휴대용 분광 분석 장치는 내부에 수용 공간이 형성된 본체 케이스와; 상기 본체 케이스 내부에 설치되어 복수의 파장 범위의 측정광을 선택적으로 방출 가능한 LED 광원 모듈과; 상기 본체 케이스 내부에 수용되며, 상기 LED 광원 모듈로부터 방출되어 상기 샘플 용기를 투과한 상기 측정광을 감지하는 분광 센서 모듈과; 상기 LED 광원 모듈과 상기 분광 센서 모듈 사이의 상기 측정광의 광 경로 상에 배치되어 상기 분광 센서 모듈로 향하는 상기 측정광의 광량을 조절하는 광량 조절 모듈과; 상기 본체 케이스의 내부에 설치되어 상기 샘플 용기를 지지하며, 상기 샘플 용기가 상기 분광 센서 모듈과 상기 광량 조절 모듈 사이의 상기 측정광의 광 경로 상에 위치 가능하도록 상기 샘플 용기를 상하 이동시키는 용기 구동 모듈을 포함할 수 있다. 이에 따라, 다양한 종류의 테스트 샘플의 분광 분석이 가능하고, 적은 테스트 샘플을 측정하면서도 분광 분석의 정확도를 보장할 수 있다.

Description

휴대용 분광 분석 장치{PORTABLE SPECTROSCOPIC ANALYZING APPARATUS}
본 발명은 휴대용 분광 분석 장치에 관한 것으로서, 다양한 종류의 테스트 샘플의 분광 분석이 가능하고, 적은 테스트 샘플을 측정하면서도 분광 분석의 정확도를 보장할 수 있는 휴대용 분광 분석 장치에 관한 것이다.
테스트 샘플 물질, 특히 용액에서 관심 물질의 장량적 및/또는 정성적 분석을 위한 분광 분석 장치를 이용한다. 일반적으로 분광 분석 장치는 빛의 파장에 따른 분포도를 측정하는 장치로서, 파장별로 빛이 테스트 샘플에 흡수, 투과 및 반사하는 정도를 알 수 있으므로, 빛과 반응하는 모든 물질의 물리적, 화학적 특성을 조사하는데 널리 사용되고 있다.
일반적인 분광 분석 장치는 특정 파장의 측정광을 방출하는 광원 모듈과, 광원 모듈로부터 방출되어 테스트 샘플을 투과한 측정광을 감지하는 분광 센서 모듈로 구성된다. 여기서, 광원 모듈은 다양한 테스트 샘플의 분석이 가능하도록 광원 모듈로부터 방출되는 측정광의 파장을 가변시키기 위한 구조를 갖는다.
예를 들어, 대한민국 등록특허 제0618534호에는 도 1에 도시된 바와 같이, 소정 범위의 파장의 빛을 방출하는 광원(210), 광원(210)에서 나온 빛을 모아 전달해주는 제1 광전달 모듈(250,260), 제1 광전달 모듈(250,260)을 거쳐 나온 빛이 입구 슬릿(300a)을 통해 입사되고, 입사된 빛을 각 파장별로 분산시킨 후, 회전운동이 가능한 회절발(330)의 각도에 따라 특정 파장대역의 빛만 출구 슬릿(300b)으로 방사시키는 여기용 단색화장치(300), 여기용 단색화장치(300)에서 나온 빛을 평행광선으로 만들고, 평행광선을 시료 용기(470)에 담긴 시료에 조사시켜주는 제2 광전달 모듈(400,410,420), 시료에서 발산된 형광을 모아서 전달해주는 제3 광전달 모듈(480,490), 제3 광전달 모듈(480,490)을 거쳐 나온 빛이 입구 슬릿(500a)을 통해 입사되고, 입사된 빛을 각 파장별로 분산시킨 후, 회전운동이 가능한 회절발(530)의 각도에 따라 특정 파장의 빛만 출구 슬릿(500b)으로 방출시키는 방출용 단색화장치(500) 및 방출용 단색화장치(500)에서 나온 빛을 측정하는 광 검출부(600)를 구비하며, 광원(210)으로부터 광 검출부(600)까지 진행하는 광의 경로가 2차원상에서 이루어지도록 광학 구조를 갖는 "2차원 광학 구조의 형광 분석기"가 개시되어 있다.
그러나, 상기의 대한민국 등록특허에 개시된 "2차원 광학 구조의 형광 분석기"는 특정 파장의 빛을 얻기 위하여 분광 분석 장치의 구조가 복잡해지고, 이에 따라 분광 분석 장치의 비용이 상승하는 문제점이 있고, 복잡한 구조로 인하여 분광 분석기의 크기가 커지게 되며, 이동이 불가능하여 현장에서 실험 물질을 채취한 후 실험실로 이용하여 실험하여야 하는 여러 가지 문제점을 야기시켰다.
상기와 같은 통상적인 분광 분석 장치가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 본원 출원인은 대한민국 공개특허 제2008-0114331호에 개시된 "휴대용 분광 분석기"를 통해, 특정 파장의 LED(Light Emitting Diode) 광원을 이용하여 광원 모듈 측 구조를 간소화함으로써 분광 분석 장치를 휴대형으로 제작할 수 있는 개념을 도출한 바 있다. 도 2는 대한민국 공개특허 제2008-0114331호에 개시된 "휴대용 분광 분석기"의 내부 개념을 도시한 도면이다.
그러나, 상기 대한민국 공개특허 제2008-0114331호에 개시된 "휴대용 분광 분석기"는 LED 광원을 이용하여 광원 모듈 측 구조를 간소화시킬 수 있는 개념을 도출하였다는데 기술적 의미를 부여할 수 있으나, 실제 휴대가 가능한 휴대용 분광 분석 장치를 개발하는데는 해결하여야 하는 문제점이 있다.
일 예로, 휴대용 분광 분석 장치를 제작하는데 있어, 도 2에 도시된 상기 대한민국 공개특허 제2008-0114331호에 개시된 "휴대용 분광 분석기"에서와 같이, 실린더 형태의 시료용기(40)를 적용하는 경우, 실린더 형태의 시료용기(40)를 분광 분석 장치 내부의 측정 위치, 즉 측정광의 광 경로 상에 위치시키고 다시 빼내기 위한 구조가 복잡해질 수 있다.
또한, 광원 모듈로 LED 광원을 사용하더라도 해당 LED 광원이 갖는 특정 파장으로 검사할 수 있는 테스트 샘플의 범위가 제약을 받게 되어, 휴대용 분광 분석 장치가 특정 테스트 샘플의 분석용으로만 국한될 수 있는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 특정 파장에 국한되지 않고 다양한 파장의 LED 광원을 이용함으로써, 다양한 종류의 테스트 샘플의 분광 분석이 가능한 휴대용 분광 분석 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 작은 사이즈의 시료 용기, 즉 샘플 용기를 사용 가능하게 하여 휴대용 분광 분석 장치의 전체 사이즈를 감소시키면서도, 분광 분석의 정확성 을 보장할 수 있는 휴대용 분광 분석 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
그리고, 분광 분석과 함께, 형광 분석이 동시에 가능한 휴대용 분광 분석 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 투명한 샘플 용기에 수용된 테스트 샘플의 물성을 측정하기 위한 휴대용 분광 분석 장치에 있어서, 내부에 수용 공간이 형성된 본체 케이스와; 상기 본체 케이스 내부에 설치되어 복수의 파장 범위의 측정광을 선택적으로 방출 가능한 LED 광원 모듈과; 상기 본체 케이스 내부에 수용되며, 상기 LED 광원 모듈로부터 방출되어 상기 샘플 용기를 투과한 상기 측정광을 감지하는 분광 센서 모듈과; 상기 LED 광원 모듈과 상기 분광 센서 모듈 사이의 상기 측정광의 광 경로 상에 배치되어 상기 분광 센서 모듈로 향하는 상기 측정광의 광량을 조절하는 광량 조절 모듈과; 상기 본체 케이스의 내부에 설치되어 상기 샘플 용기를 지지하며, 상기 샘플 용기가 상기 분광 센서 모듈과 상기 광량 조절 모듈 사이의 상기 측정광의 광 경로 상에 위치 가능하도록 상기 샘플 용기를 상하 이동시키는 용기 구동 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 분광 분석 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 용기 구동 모듈은, 상기 샘플 용기의 일측이 삽입되는 용기 삽입부와; 상기 샘플 용기가 상하 이동하도록 상기 용기 삽입부를 상하 이동시키는 제1 용기 구동부와; 상기 샘플 용기가 광 경로 방향으로 왕복 이동하도록 상기 용 기 삽입부를 왕복 이동시키는 제2 용기 구동부와; 상기 샘플 용기가 광 경로 방향 및 상하 방향에 수직한 방향으로 왕복 이동하도록 상기 용기 삽입부를 왕복 이동시키는 제3 용기 구동부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 용기 구동부, 상기 제2 용기 구동부 및 상기 제3 용기 구동부는 PZT 액츄에이터 형태로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 본체 케이스의 측면에는 상기 샘플 용기가 상기 본체 케이스의 외부로부터 내부로 삽입되어 상기 용기 삽입부에 삽입 가능하도록 상기 샘플 용기가 통과하는 용기 통과구가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 LED 광원 모듈은, 판 형상의 회동 본체와; 상기 회동 본체에 원주 방향을 따라 상호 소정 간격 이격된 상태로 설치되며, 상호 상이한 파장의 측정광을 방출하는 복수의 LED와; 일측이 상기 회동 본체에 연결되고 타측이 상기 본체 케이스 외부로 노출되도록 상기 본체 케이스에 회동 가능하게 설치되어 상기 복수의 LED 중 어느 하나가 상기 광량 조절 모듈의 전방에 위치하도록 상기 회동 본체를 회동시키는 회동 레버를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 각 LED는 340nm, 370nm, 405nm, 460nm, 520nm, 605nm 및 850nm 중 어느 하나씩의 파장의 측정광을 조사하도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 본체 케이스의 바닥면으로부터 상향 설치되어 상기 분광 센서 모듈이 상기 측정광의 광 경로 상에 위치하도록 상기 분광 센서 모듈을 지지하는 분광 지지 프레임을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 광량 조절 모듈은, 상호 교차되어 상기 측정광이 통과하는 광 통과공을 형성하는 제1 조리개 판 및 제2 조리개 판과; 상기 본체 케이스의 내부에 설치되어 상기 제1 조리개 판 및 상기 제2 조리개 판 중 적어도 어느 하나를 상호 교차하는 방향으로 슬라이딩 왕복 이동 가능하게 지지하는 조리개 브래킷과; 상기 광 통과공의 크기가 조절되도록 상기 제1 조리개 판 및 상기 제2 조리개 판 중 적어도 어느 하나를 상기 조리개 브래킷을 따라 슬라이딩 왕복 이동시켜 상기 측정광의 광량을 조절하는 광량 조절 핀을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 광량 조절 모듈은 상기 광량 조절 핀을 회전 가능하게 지지하는 핀 브래킷을 더 포함하며; 상기 광량 조절 핀은 외경과 상기 제1 조리개 판의 상호 대응하는 위치에는 상호 맞물리는 나사산이 형성되어 상기 광량 조절 핀의 회전에 따라 상기 제1 조리개 판이 조리개 브래킷을 따라 슬라이딩 이동할 수 있다.
그리고, 상기 광량 조절 핀의 일측은 상기 본체 케이스의 외부로 노출될 수 있다.
여기서, 상기 샘플 용기의 상부에 배치되어 상기 샘플 용기에 수용된 테스트 샘플에 의해 방사된 형광을 감지하는 형광 센서 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 용기 구동 모듈의 상부에 설치되어 상기 형광 센서 모듈이 상기 샘플 용기의 상부에 이격된 상태로 배치되도록 상기 형광 센서 모듈을 지지하는 형광 지지 프레임을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 특정 파장에 국한되지 않고 다양한 파장의 LED 광원을 이 용함으로써, 다양한 종류의 테스트 샘플의 분광 분석이 가능한 휴대용 분광 분석 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 작은 사이즈의 샘플 용기를 사용 가능하게 하여 휴대용 분광 분석 장치의 전체 사이즈를 감소시키면서도, 분광 분석의 정확성을 보장할 수 있다.
그리고, 분광 분석과 함께, 형광 분석이 선택적 또는 동시에 가능한 휴대용 분광 분석 장치가 제공될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 휴대용 분광 분석 장치(100)의 사시도이고, 도 4는 도 3의 휴대용 분광 분석 장치(100)의 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 휴대용 분광 분석 장치(100)는 본체 케이스(10), LED 광원 모듈(20), 분광 센서 모듈(51), 광량 조절 모듈(30) 및 용기 구동 모듈(40)을 포함한다.
본체 케이스(10)는 본 발명에 따른 휴대용 분광 분석 장치(100)의 전체 외관을 형성하며, LED 광원 모듈(20), 분광 센서 모듈(51), 광량 조절 모듈(30) 및 용기 구동 모듈(40) 등, 본 발명에 따른 휴대용 분광 분석 장치(100)를 구성하는 구성요소들을 내부에 수용하기 위한 수용 공간이 형성된다.
여기서, 본 발명에 따른 본체 케이스(10)는 바닥면을 형성하는 하부 케이스(12)와, 상부로부터 하부 케이스(12)와 연결되어 내부에 수용 공간을 형성하는 상부 케이스(11)를 포함하는 것을 예로 하고 있다.
LED 광원 모듈(20)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 본체 케이스(10)의 내부에 설치된다. 여기서, 본 발명에 따른 LED 광원 모듈(20)은 복수의 파장 범위의 측정광을 선택적으로 방출 가능하게 마련된다. 본 발명에 따른 LED 광원 모듈(20)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 회동 본체(21), 복수의 LED(미도시, 이하 동일) 및 회동 레버(23)를 포함할 수 있다.
회동 본체(21)는 판 형상을 갖는다. 도 5에서는 회동 본체(21)가 원판 형상을 갖는 것을 예로 도시하고 있다. 여기서, 회동 본체(21)는 원주 방향을 따라 상호 소정 간격 이격되어 형성된 복수의 LED 수용홀(22)이 형성된다.
복수의 LED는 상호 상이한 파장의 측정광을 방출한다. 그리고, 각 LED는 회동 본체(21)에 형성된 각 LED 수용홀(22)에 각각 수용되어 회동 본체(21)의 원주 방향을 따라 상호 소정 간격 이격되도록 배치된다.
여기서, 본 발명에서는 각 LED가 340nm, 370nm, 405nm, 460nm, 520nm, 605nm 및 850nm 중 어느 하나씩의 파장의 측정광을 조사하도록 마련되는 것을 예로 한다. 이에 따라, 회동 본체(21)가 회전하는 경우 복수의 LED 중 어느 하나가 광량 조절 모듈(30) 측의 전방에 배치되면, 해당 파장의 측정광이 테스트 샘플이 수용된 샘플 용기(110) 측으로 방출 가능하게 된다.
이에 따라, 회동 본체(21)를 회전시켜 특정 파장의 측정광이 선택적으로 방 출됨으로써, 본 발명에 따른 휴대용 분광 분석 장치(100)를 이용하여 다양한 종류의 테스트 샘에 대한 분광 분석이 가능하게 된다. 예를 들어, TN, TN-CA, NO3-N, NO3-N이 내포된 수질의 경우 405nm 파장대의 측정광을 사용하여 측정하고, COD, TP, Cu, SO4, Cl이 내포된 수질의 경우 460nm 파장대의 측정광을, OD-Mn, TN, NO3-N, Fe, Cl2, Cr, Al이 내포된 수질의 경우 520nm 파장대의 측정광을 사용하여 분광 분석을 진행할 수 있다.
한편, 회동 레버(23)의 일측은 회동 본체(21)에 연결된다. 그리고, 회동 레버(23)의 타측은, 도 2에 도시된 바와 같이, 본체 케이스(10) 외부로 노출된다. 또한, 회동 레버(23)는 본체 케이스(10)에 회동 가능하게 설치된다.
여기서, 본체 케이스(10)에는 회동 레버(23)의 타측이 본체 케이스(10)의 내부로부터 외부로 노출 가능하도록 레버 통과공(13)이 형성된다. 그리고, 회동 레버(23)의 외표면에는 원주 방향을 따라 가이드 홈(24)이 형성되고, 가이드 홈(24)에 레버 통과공(13)의 내경 가장자리가 삽입됨으로써, 회동 레버(23)가 본체 케이스(10)에 회동 가능하게 설치된다.
상기와 같은 구성을 통해, 사용자가 본체 케이스(10)의 외부로 노출된 회동 레버(23)의 타측 가장자리를 파지하여 회동시키게 되면, 회동 레버(23)에 연결된 회동 본체(21)가 회동함으로써, 회동 본체(21)의 판면에 원주 방향을 따라 배열된 복수의 LED 중 어느 하나가 광량 조절 모듈(30)의 전방에 위치하여 해당 파장대의 측정광을 광량 조절 모듈(30)을 향해 방출할 수 있게 된다.
한편, 광량 조절 모듈(30)은 LED 광원 모듈(20)과 분광 센서 모듈(51) 사이 의 측정광의 광 경로 사이에 배치된다. 그리고, 광량 조절 모듈(30)은 LED 광원 모듈(20)로부터 방출되어 분광 센서 모듈(51)로 향하는 측정광의 광량을 조절한다.
본 발명에 따른 광량 조절 모듈(30)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 조리개 판(31), 제2 조리개 판(32), 조리개 브래킷(33) 및 광량 조절 핀(35)을 포함할 수 있다.
제1 조리개 판(31) 및 제2 조리개 판(32)은 상호 교차되어 측정광이 통과하는 광 통과공(37)을 형성한다. 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 제1 조리개 판(31)에는 제2 조리개 판(32)을 향해 반 마름모꼴 형상의 제1 함몰부(31a)가 형성되고, 제2 조리개 판(32)에는 제1 조리개 판(31)을 향해 반 마름모꼴 형상의 제2 함몰부(32a)가 형성된다. 이에 따라 제1 조리개 판(31)과 제2 조리개 판(32)이 상호 이격되는 방향으로 이동하면 광 통과공(37)의 크기가 커지지고, 반대로 상호 교차하는 방향으로 이동하면 광 통과공(37)의 크기가 작아지게 되어, 광 통과공(37)을 통과하는 측정광의 광량의 조절이 가능하게 된다.
여기서, 조리개 브래킷(33)은 본체 케이스(10)의 내부에 설치되어 제1 조리개 판(31) 및 제2 조리개 판(32) 중 적어도 어느 하나를 상호 교차하는 방향으로 슬라이딩 왕복 이동 가능하게 지지한다. 도 6에서는 조리개 브래킷(33)의 단면 형상이 대략 'ㄷ'자 형태를 가지고, 제1 조리개 판(31) 및 제2 조리개 판(32)이 슬라이딩 왕복 이동 가능하게 삽입되는 것을 예로 하고 있다. 또한, 조리개 브래킷(33)에는 LED 광원 모듈(20)로부터의 측정광이 광 통과공(37)을 향할 수 있도록 광 진행공(33a)이 형성된다.
한편, 광량 조절 핀(35)은 광 통과공(37)의 크기가 조절되도록 제1 조리개 판(31) 및 제2 조리개 판(32) 중 적어도 어느 하나를 조리개 브래킷(33)을 따라 슬라이딩 왕복 이동시킴으로서, 측정광의 광량을 조절한다. 여기서, 본 발명에서는 광량 조절 핀(35)에 의해 제1 조리개 판(31) 및 제2 조리개 판(32)이 모두 슬라이딩 왕복 이동하도록 마련되는 것을 예로 하며, 제1 조리개 판(31) 또는 제2 조리개 판(32) 만이 슬라이딩 왕복 이동 가능하도록 마련될 수 있음은 물론이다.
보다 구체적으로 설명하면, 광량 조절 모듈(30)은 광량 조절 핀(35)을 회전 가능하게 지지하는 핀 브래킷(34a,34b)을 포함할 수 있다. 그리고, 광량 조절 핀(35)의 외경과 제1 조리개 판(31)의 상호 대응하는 위치에는 상호 맞물리는 나사산(36a)이 형성된다. 이에 따라, 광량 조절 핀(35)을 회전시키게 되면 상호 맞물린 나사산(36a)에 의해 제1 조리개 판(31)이 왕복 이동하게 되어 광 통과공(37)의 크기가 조절될 수 있다. 여기서, 제1 조리개 판(31) 및 제2 조리개 판(32)에 형성되는 나사산(미도시)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 광량 조절 핀(35)이 통과하는 관통공 내부에 마련되는 것을 일 예로 한다.
또한, 광량 조절 핀(35)의 가장자리 영역이, 도 3에 도시된 바와 같이, 본체 케이스(10)의 외부로 노출되지 않는 것을 일 예로 하고 있으나, 광량 조절 핀(35)의 외부 조작이 가능하도록 광량 조질 핀(35)의 가장자리 영역이 본체 케이스(10)의 외부로 노출되도록 제작 가능함은 물론이다.
상기와 같이, 광량 조절 모듈(30)을 통해 샘플 용기(110)로 향하는 측정광의 광량을 조절하여, 샘플 용기(110) 쪽에 맺히는 이미지의 크기를 줄이고, 샘플 용 기(110)에 수용된 테스트 샘플을 지나지 않고 분광 센서 모듈(51)로 향하는 측정광을 차단함으로서 분광 분석의 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.
여기서, 광량 조절 핀(35)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 핀 브래킷(34a,34b)과 제1 조리개판 및 제2 조리개 판(32)을 순차적으로 관통하여 설치됨으로써, 보다 안정적인 조작이 가능하도록 마련될 수 있다.
한편, 분광 센서 모듈(51)은 본체 케이스(10)의 내부에 수용되며, LED 광원 모듈(20)로부터 방출되어 광량 조절 모듈(30)을 지나 샘플 용기(110)를 투과한 측정광을 감지한다. 분광 센서 모듈(51)은 실리콘 포토다이오드 형태로 마련될 수 있으며, 분광 센서 모듈(51)에 의해 감지된 측정광에 대한 정보는 후술할 분광 분석 처리 모듈(92)로 전달된다.
여기서, 분광 센서 모듈(51)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 분광 지지 프레임(52)에 의해 지지된다. 분광 지지 프레임(52)은 본체 케이스(10)의 바닥면으로부터 상향 설치되어 분광 센서 모듈(51)이 측정광의 광 경로 상에 위치하도록 분광 센서 모듈(51)을 지지한다.
이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 샘플 용기(110) 및 용기 구동 모듈(40)에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 샘플 용기(110)는 내부에 테스트 샘플의 수용이 가능한 직육면체 형태를 갖는 것을 예로 한다. 그리고, 샘플 용기(110)는 그 두께가 폭보다 상대적으로 얇은 형태를 갖는다.
용기 구동 모듈(40)은 본체 케이스(10)의 내부에 설치되어 샘플 용기(110)가 측정광의 광 경로 상에 위치하도록 샘플 용기(110)를 지지한다. 이 때, 샘플 용기(110)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 두께 방향이 측정광의 광 경로 상에 위치하고, 폭 방향이 상하 방향으로 위치하도록 용기 구동 모듈(40)에 의해 지지된다.
그리고, 용기 구동 모듈(40)은 샘플 용기(110)가 분광 센서 모듈(51)과 광량 조절 모듈(30) 사이의 측정광의 광 경로 상에서 상하 이동시킨다. 즉, 용기 구동 모듈(40)은 샘플 용기(110)의 상하 위치를 조절함으로써, 두께가 폭보다 상대적으로 얇은 형태의 샘플 용기(110)의 측면이 측정광의 광 경로 상에 정확히 위치할 수 있게 된다.
도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 용기 구동 모듈(40)은 샘플 용기(110)의 일측이 삽입되는 용기 삽입부(41)와, 제1 용기 구동부(42), 제2 용기 구동부(43) 및 제3 용기 구동부(44)를 포함할 수 있다.
용기 삽입부(41)는 샘플 용기(110)의 단면 형상에 대응하는 형태로 마련된다. 여기서, 본체 케이스(10)의 측면에는 샘플 용기(110)가 본체 케이스(10) 외부로부터 내부로 통과 가능하도록 용기 삽입부(41)에 대응하는 위치에 용기 통과구(14)가 형성된다. 이에 따라, 사용자는 본체 케이스(10)에 형성된 용기 통과구(14)를 통해 샘플 용기(110)를 본체 케이스(10)의 외부로부터 내부로 삽입시키고, 샘플 용기(110)를 삽입 방향으로 계속 삽입시키게 되면 샘플 용기(110)의 일측 가장자리가 용기 삽입부(41)에 삽입됨으로써 용기 구동 모듈(40)에 의해 지지된다.
제1 용기 구동부(42)는 샘플 용기(110)가 상하 이동하도록 용기 삽입부(41)를 상하 방향으로 이동시킨다. 그리고, 제2 용기 구동부(43)는 샘플 용기(110)가 광 경로 방향으로 왕복 이동하도록 용기 삽입부(41)를 왕복 이동시키며, 제3 용기 구동부(44)는 샘플 용기(110)가 광 경로 방향 및 상하 방향에 수직한 방향으로 왕복 이동하도록 용기 삽입부(41)를 왕복 이동시킨다.
즉, 제1 용기 구동부(42), 제2 용기 구동부(43) 및 제3 용기 구동부(44)에 구동에 따라 용기 삽입부(41)가 XYZ 방향으로 왕복 이동 가능하게 되고, 용기 삽입부(41)의 이동에 따라 샘플 용기(110)가 측정광의 광 경로 상에서 XYZ 방향으로 왕복 이동 가능하게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 제1 용기 구동부(42), 제2 용기 구동부(43) 및 제3 용기 구동부(44)는 PZT 액츄에이터 형태로 마련되어, 미세 이동이 가능하게 마련되는 것을 예로 한다. 이에 따라, 측정광의 광 경로 상에서의 샘플 용기(110)의 위치가 미세하게 조절될 수 있어 보다 정확한 분광 분석이 가능하게 된다.
한편, 본체 케이스(10) 내부 후방에는 분광 센서 모듈(51)에 의해 감지된 측정광에 대한 정보를 처리하기 위한 전술한 분광 분석 처리 모듈(92)과, PZT 액츄에이터 형태의 용기 구동 모듈(40)의 제어를 위한 PZT 제어 모듈(91)이 수용된다. 여기서, 분광 분석 처리 모듈(92)과 PZT 제어 모듈(91)은 하나의 회로 보드 형태로 마련되어 수용되는 것을 예로 한다.
또한, 본체 케이스(10)의 상부에는 외부로 노출된 LCD 형태의 디스플레이부(93)가 설치될 수 있다. 이에 따라 분광 분석 처리 모듈(92)에 의해 처리된 다양한 정보가 디스플레이부(93)에 표시되어, 사용자가 필요한 정보를 시각적으로 확인 가능하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 휴대용 분광 분석 장치(100)는, 도 4 및 도 8에 도시된 바와 같이, 샘플 용기(110)의 상부에 배치되어 샘플 용기(110)에 수용된 테스트 샘플에 의해 방사된 형광을 감지하는 형광 센서 모듈(미도시)을 포함할 수 있다.
여기서, 형광 센서 모듈은 형광 지지 프레임(60)에 의해 지지되어 샘플 용기(110)의 상부에 이격된 상태로 배치되는데, 본 발명에서는 형광 지지 프레임(60)이 용기 구동 모듈(40)의 상부에 연결 설치되어 형상 센서 모듈을 지지하는 것을 예로 하고 있다. 이에 따라, 용기 구동 모듈(40)이 상술한 바와 같이 ZYX 방향으로 왕복 이동하더라도 형광 지지 프레임(60)이 함께 왕복 이동하게 되어 형광 센서 모듈과 샘플 용기(110) 간의 이격 간격이나 XY 평면 상에서의 위치가 변하지 않게 된다.
상기 구성에 따라, 본 발명에 따른 휴대용 분광 분석 장치(100)를 통해 분광 분석과 형광 분석을 선택적, 또는 동시에 수행 가능하게 된다. 여기서, 형광 센서 모듈에 의해 감지된 형광에 대한 정보는 분광 분석 처리 모듈(92)로 전달됨은 물론이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1 및 도 2는 종래의 분광 분석기의 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 휴대용 분광 분석 장치의 사시도이고,
도 4는 도 3의 휴대용 분광 분석 장치의 분해 사시도이고,
도 5는 본 발명에 따른 휴대용 분광 분석 장치의 LED 광원 모듈을 설명하기 위한 도면이고,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 휴대용 분광 분석 장치의 광량 조절 모듈 및 분광 센서 모듈을 설명하기 위한 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 휴대용 분광 분석 장치의 용기 구동 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 번호에 대한 설명>
100 : 휴대용 분광 분석 장치 10 : 본체 케이스
11 : 상부 케이스 12 : 하부 케이스
13 : 레버 통과공 14 : 용기 통과구
20 : LED 광원 모듈 21 : 회동 본체
22 : LED 수용홀 23 : 회동 레버
24 : 가이드 홈 30 : 광량 조절 모듈
31 : 제1 조리개 판 32 : 제2 조리개 판
33 : 조리개 브래킷 34a,34b : 핀 브래킷
35 : 광량 조절 핀 37 : 광 통과공
40 : 용기 구동 모듈 41 : 용기 삽입부
42 : 제1 용기 구동부 43 : 제2 용기 구동부
44 : 제3 용기 구동부 51 : 분광 센서 모듈
52 : 분광 지지 프레임 60 : 형광 지지 프레임
91 : PZT 제어 모듈 92 : 분광 분석 처리 모듈
93 : 디스플레이부

Claims (12)

  1. 투명한 샘플 용기에 수용된 테스트 샘플의 물성을 측정하기 위한 휴대용 분광 분석 장치에 있어서,
    내부에 수용 공간이 형성된 본체 케이스와;
    상기 본체 케이스 내부에 설치되어 복수의 파장 범위의 측정광을 선택적으로 방출 가능한 LED 광원 모듈과;
    상기 본체 케이스 내부에 수용되며, 상기 LED 광원 모듈로부터 방출되어 상기 샘플 용기를 투과한 상기 측정광을 감지하는 분광 센서 모듈과;
    상기 LED 광원 모듈과 상기 분광 센서 모듈 사이의 상기 측정광의 광 경로 상에 배치되어 상기 분광 센서 모듈로 향하는 상기 측정광의 광량을 조절하는 광량 조절 모듈과;
    상기 본체 케이스의 내부에 설치되어 상기 샘플 용기를 지지하며, 상기 샘플 용기가 상기 분광 센서 모듈과 상기 광량 조절 모듈 사이의 상기 측정광의 광 경로 상에 위치 가능하도록 상기 샘플 용기를 상하 이동시키는 용기 구동 모듈을 포함하고,
    상기 LED 광원 모듈은,
    판 형상의 회동 본체와;
    상기 회동 본체에 원주 방향을 따라 상호 소정 간격 이격된 상태로 설치되며, 상호 상이한 파장의 측정광을 방출하는 복수의 LED와;
    일측이 상기 회동 본체에 연결되고 타측이 상기 본체 케이스 외부로 노출되도록 상기 본체 케이스에 회동 가능하게 설치되어 상기 복수의 LED 중 어느 하나가 상기 광량 조절 모듈의 전방에 위치하도록 상기 회동 본체를 회동시키는 회동 레버를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 분광 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용기 구동 모듈은,
    상기 샘플 용기의 일측이 삽입되는 용기 삽입부와;
    상기 샘플 용기가 상하 이동하도록 상기 용기 삽입부를 상하 이동시키는 제1 용기 구동부와;
    상기 샘플 용기가 광 경로 방향으로 왕복 이동하도록 상기 용기 삽입부를 왕복 이동시키는 제2 용기 구동부와;
    상기 샘플 용기가 광 경로 방향 및 상하 방향에 수직한 방향으로 왕복 이동하도록 상기 용기 삽입부를 왕복 이동시키는 제3 용기 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 분광 분석 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 용기 구동부, 상기 제2 용기 구동부 및 상기 제3 용기 구동부는 PZT 액츄에이터 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는 휴대용 분광 분석 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 본체 케이스의 측면에는 상기 샘플 용기가 상기 본체 케이스의 외부로부터 내부로 삽입되어 상기 용기 삽입부에 삽입 가능하도록 상기 샘플 용기가 통과하는 용기 통과구가 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 분광 분석 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 LED는 각각 340nm, 370nm, 405nm, 460nm, 520nm, 605nm 및 850nm 중 어느 하나씩의 파장의 측정광을 조사하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 휴대용 분광 분석 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체 케이스의 바닥면으로부터 상향 설치되어 상기 분광 센서 모듈이 상기 측정광의 광 경로 상에 위치하도록 상기 분광 센서 모듈을 지지하는 분광 지지 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 분광 분석 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광량 조절 모듈은,
    상호 교차되어 상기 측정광이 통과하는 광 통과공을 형성하는 제1 조리개 판 및 제2 조리개 판과;
    상기 본체 케이스의 내부에 설치되어 상기 제1 조리개 판 및 상기 제2 조리개 판 중 적어도 어느 하나를 상호 교차하는 방향으로 슬라이딩 왕복 이동 가능하게 지지하는 조리개 브래킷과;
    상기 광 통과공의 크기가 조절되도록 상기 제1 조리개 판 및 상기 제2 조리개 판 중 적어도 어느 하나를 상기 조리개 브래킷을 따라 슬라이딩 왕복 이동시켜 상기 측정광의 광량을 조절하는 광량 조절 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 분광 분석 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광량 조절 모듈은 상기 광량 조절 핀을 회전 가능하게 지지하는 핀 브래킷을 더 포함하며;
    상기 광량 조절 핀은 외경과 상기 제1 조리개 판의 상호 대응하는 위치에는 상호 맞물리는 나사산이 형성되어 상기 광량 조절 핀의 회전에 따라 상기 제1 조리개 판이 조리개 브래킷을 따라 슬라이딩 이동하는 것을 특징으로 휴대용 분광 분석 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광량 조절 핀의 일측은 상기 본체 케이스의 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 휴대용 분광 분석 장치.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플 용기의 상부에 배치되어 상기 샘플 용기에 수용된 테스트 샘플에 의해 방사된 형광을 감지하는 형광 센서 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 분광 분석 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 용기 구동 모듈의 상부에 설치되어 상기 형광 센서 모듈이 상기 샘플 용기의 상부에 이격된 상태로 배치되도록 상기 형광 센서 모듈을 지지하는 형광 지지 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 분광 분석 장치.
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