KR101237663B1 - 엘이디 액체 현미경 학습교구 - Google Patents

Abstract

고가의 렌즈 대신에 저렴한 액체와 고휘도 엘이디를 이용하여 위상차 현미경의 원리를 구현한 엘이디 액체 현미경 학습교구가 개시된다. 본 발명에 따르면, 피교육생이 쉽게 현미경을 조립하고 이를 이용하여 세포를 관찰하여 볼 수 있으며, 여러 종류의 액체를 비교하여 굴절률 차이에 의한 초점 변화의 이해 및 위상차 현미경의 원리와 구조를 쉽게 이해할 수 있고, 특수 촬영장치를 사용하지 않고도 디지털 카메라나 휴대전화 카메라 등을 이용하여 관찰한 세포를 사진이니 영상으로 촬영하여 기록할 수 있어 학교 등과 같은 교육기관에서 피교육생의 과학에 관한 흥미를 고취시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.

Description

엘이디 액체 현미경 학습교구{EDUCATION INSTRUMENT FOR LED LIQUID MICROSCOPE}

본 발명은 학습교구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 현미경의 구조를 단순화하여 피교육생이 위상차 현미경의 구조와 원리를 쉽게 이해하고, 식물세포를 염색하지 않고 세포의 핵을 바로 관찰할 수 있도록 한 엘이디(LED) 액체 현미경 학습교구에 관한 것이다.

본 출원은 2010년 11월 3일에 한국 특허청에 제출된 특허출원 제10-2010-108454호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.

보통 현미경은 물체의 명암이나 빛깔의 다름을 이용하여 물체를 관찰한다. 따라서 빛의 흡수가 같은 투명한 물체에서는 굴절률이 달라지는 부분이 있다 해도 일정한 밝기를 가지므로 뚜렷하게 분간할 수가 없게 되는데, 이 굴절률의 차이에 의한 두 빛의 위상차를 명암으로 바꾸어 관찰하는 것이 위상차 현미경(phase-contrast microscope)이다. 좀 더 구체적으로는, 투과광 중에 입사광의 방향으로 나아가는 빛을 위상판(적당한 굴절률과 두께를 가진 투명판)을 통해서 다른 회절광보다 늦춤으로써 위상차를 명암으로 바꾸는 것으로, 무색 투명한 시료라도 내부의 구조를 뚜렷하게 관찰할 수 있어 시료를 염색하지 않아도 되므로 바이러스 등 살아 있는 그대로의 시료를 다루는 생물학이나 의학 방면에서 많이 사용되고 있다.

그러나, 상용화된 위상차 현미경은 그 구조가 복잡하고 고가인 장비이므로 교육기관에서 피교육생들이 그 원리 및 구조를 쉽게 이해하기 어렵고, 분해 및 조립을 하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 고가인 렌즈를 사용하지 않고도 간단하게 위상차 현미경을 조립할 수 있는 학습교구가 없어 과학실험을 통한 피교육생의 이해를 돕기 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 위상차 현미경의 구조를 간단히 하고 고가인 렌즈를 사용하지 않으면서도 물이나 글리세린 등과 같은 액체와 고휘도의 엘이디를 이용하여 피교육생이 현미경을 직접 조립해 볼 수 있도록 하여 현미경의 원리 및 구조를 쉽게 이해할 수 있도록 한 엘이디 액체 현미경 학습교구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하부가 개방된 원통형으로 형성되며, 상부 중앙부에는 렌즈역할을 하는 액체 방울을 떨어뜨려 위치시키기 위한 렌즈홀이 구비되고, 상기 렌즈홀 상부에는 액체 방울이 상기 렌즈홀을 통과되지 않도록 하기 위한 투명 테이프가 부착되고, 하단 내주면에는 나사산이 형성된 렌즈캡; 원판형으로 형성되며, 중앙부에 속캡홀이 구비되고, 상기 속캡홀의 주위에는 프레파라트를 고정하기 위한 고정클립이 구비된 프레파라트 고정 속캡; 상부와 하부가 관통된 원통형으로 형성되며, 상단 외주면에는 나사산이 형성되고, 상기 렌즈캡을 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 상기 렌즈홀과 상기 프레파라트 고정 속캡 간의 거리를 조절하여 초점을 맞추는 역할을 할 수 있도록 상기 렌즈캡과 회전 가능하게 결합되는 몸통부; 및 상부가 개방된 원통형으로 형성되며, 내부에는 빛을 제공하는 엘이디와, 상기 엘이디에 전원을 공급하기 위한 전원부를 구비하고, 외주면에는 상기 엘이디에 전원을 공급 또는 차단하기 위한 스위치를 구비하는 것으로, 상기 몸통부와 착탈 가능하게 결합하는 엘이디및전원케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 액체 현미경 학습교구를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 액체 방울은 물, 글리세린 또는 식용유인 것을 특징으로 하는 엘이디 액체 현미경 학습교구를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 엘이디및전원케이스의 외주면을 관통하여 결합하는 것으로, 일단은 상기 엘이디와 결합되고, 타단은 상기 엘이디및전원케이스의 외부로 돌출되는 막대형상의 엘이디 위치조정레버를 더 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 엘이디 액체 현미경 학습교구를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 엘이디 위치조정레버는 상기 엘이디및전원케이스의 외주면을 축으로 상하좌우로 자유롭게 회동가능한 형태로 결합되는 것을 특징으로 하는 엘이디 액체 현미경 학습교구를 제공한다.

본 발명에 따르면, 학교 등의 교육기관에서 피교육생이 쉽게 현미경을 조립하고 이를 이용하여 세포를 관찰하여 볼 수 있으며, 여러 종류의 액체를 비교하여 굴절률 차이에 의한 초점 변화 및 위상차 현미경의 원리와 구조를 쉽게 이해할 수 있다.

또한, 고가의 렌즈 대신에 저렴한 액체와 고휘도 엘이디를 이용하여 위상차 현미경의 원리를 구현할 수 있고, 특수 촬영장치를 사용하지 않고도 디지털 카메라나 휴대전화 카메라 등을 이용하여 관찰한 세포를 사진이니 영상으로 촬영하여 기록할 수 있어 피교육생의 과학에 관한 흥미를 고취시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 엘이디 액체 현미경 학습교구의 구조를 보여주는 분리 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 엘이디 액체 현미경 학습교구의 렌즈캡의 구조를 보여주는 평면도 및 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 엘이디 액체 현미경 학습교구의 엘이디및전원케이스의 구조를 보여주는 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 엘이디 액체 현미경 학습교구의 구조를 보여주는 분리 사시도이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 엘이디 액체 현미경 학습교구의 렌즈캡의 구조를 보여주는 평면도 및 단면도, 도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 엘이디 액체 현미경 학습교구의 엘이디및전원케이스의 구조를 보여주는 단면도이다.

먼저, 본 발명에 따른 엘이디 액체 현미경 학습교구(100)는 렌즈캡(10), 프레파라트 고정 속캡(20), 몸통부(30), 엘이디및전원케이스(40)를 포함하여 구성된다.

렌즈캡(10)은 하부가 개방된 원통형으로 형성되며, 상부 중앙에는 렌즈역할을 하는 액체 방울을 떨어뜨려 위치시키기 위한 렌즈홀(11)이 구비되며, 렌즈홀(11)을 포함하는 렌즈캡(10)의 상부 소정영역에는 액체 방울이 렌즈홀(11)을 통과하지 못하도록 하기 위한 투명 테이프(12)가 부착된다. 상기 투명 테이프(12)가 부착된 렌즈캡(10)의 렌즈홀(11)에는 렌즈 기능을 하는 여러 종류의 액체, 즉 물, 글리세린, 식용유 등을 적하(滴下)하여 사용하게 된다.

렌즈홀(11)의 위치에 맞추어 투명 테이프(12) 상부에 물 등의 액체를 방울로 떨어드리게 되면, 액체 방울은 표면을 최소화하려는 힘인 표면장력에 의해 구면체의 형태를 가지게 되는데, 이렇게 표면장력에 의해 구면체의 형태를 유지하게 되는 액체 방울이 렌즈 역할을 하게 되는 것이다.

물, 글리세린, 식용유 등과 같은 액체들은 구하기 쉽고 가격이 저렴할 뿐만 아니라 각 액체에 따라 굴절률이 상이하여 피교육생들이 굴절률의 차이에 의해 현미경에서의 초점 변화 및 현미경의 원리를 이해하는데 도움을 줄 수 있다. 렌즈 역할을 하는 액체의 종류는 상기에서 예시한 액체만으로 한정되는 것은 아니며, 이외에도 다양한 종류의 액체를 이용하여 학습하는 것도 가능하다.

한편, 렌즈캡(10)은 후술할 몸통부(30)와 상호 회전 가능하게 결합되는데, 예를 들어, 렌즈캡(10)의 하단 내주면과 몸통부(30)의 상단 외주면에 각각 상호 결합가능한 스크류식의 나사산(13,31)을 형성하여 회전 가능하게 결합시킬 수 있다. 렌즈캡(10)과 몸통부(30)를 상호 회전가능하게 결합시킴으로써 본 엘이디 액체 현미경 학습교구(100)를 이용하여 대상을 관찰할 때 렌즈캡(10)을 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 렌즈홀(11)과 프레파라트 고정 속캡(20)의 거리를 조절함으로써 초점을 맞출 수 있게 된다.

상기 렌즈캡(10)과 후술할 몸통부(30) 사이 내부에는 원판 형상의 프레파라트 고정 속캡(20)이 몸통부(30) 상단부에 고정 결합된다. 프레파라트(preparat)는 현미경으로 관찰하고자 하는 물질을 슬라이드글라스 위에 얹고 그 위에 커버글라스를 덮어 만드는 표본을 말한다. 프레파라트 고정 속캡(20)의 중앙에는 상기 렌즈홀(11)을 통하여 관찰자가 대상을 관찰할 때 엘이디(42) 빛이 투과할 수 있도록 소정의 넓이를 갖는 속캡홀(21)이 형성되며, 속캡홀(21)의 주위에는 프레파라트(미도시)를 프레파라트 고정 속캡(20) 상부에 고정하기 위한 고정클립(22)이 구비된다. 속캡홀(21)은 도 1에 예시한 바와 같이 사각형태로 형성되는 것이 바람직하나 그 형태가 제한되는 것은 아니며, 고정클립(22)의 개수와 위치 또한 도 1의 예시로 한정되는 것은 아니다.

몸통부(30)는 내부가 빈, 즉 상부와 하부가 관통된 원통형으로 형성되며, 상단 외주면에는 나사산(31)이 형성되어 상기 렌즈캡(10) 내부에 회전 가능하게 삽입 결합된다. 한편, 상기 각 나사산(13,31)은 상술한 바와는 반대로 렌즈캡(10)의 하단 외주면 및 몸통부(30)의 상단 내주면에 각각 형성될 수도 있다.

몸통부(10)의 하단 내주면에는 후술할 엘이디및전원케이스(40)와 상호 회전 가능하게 결합할 수 있도록 스크류식의 나사산(41)이 구비될 수 있다. 몸통부(10)와 엘이디및전원케이스(40)는 반드시 회전 가능한 상태로 결합되어야 하는 것은 아니므로 상호 착탈 가능하게 결합될 수 있는 공지의 형상으로 가공될 수도 있다.

바람직하게는, 몸통부(30)와 엘이디및전원케이스(40)가 나사산에 의해 상호 분리(착탈)가능하게 결합되는데, 이는 몸통부(30)와 엘이디및전원케이스(40)를 분리하여 엘이디(42) 및 전지를 쉽게 교체할 수 있도록 하기 위함이다.

엘이디및전원케이스(40)는 내부에 엘이디(42), 전원부(44) 및 전선(46)을 포함하는 케이스로서, 상부가 개방되고 하부가 폐쇄된 원통형 구조로 형성된다. 상술한 바와 같이, 엘이디및전원케이스(40)의 상단 외주면에는 상기 몸통부(30)의 하단 내주면에 형성된 나사산과 맞물려 회전 가능하게 결합하도록 하기 위한 나사산(41)이 구비될 수 있다.

엘이디및전원케이스(40)의 내부에는 관찰할 대상에 대해 빛을 제공하거나 그림자를 형성하기 위한 엘이디(42)가 전원부(44)와 전선(46)에 의해 연결되어 구비되며, 상기 엘이디(42)에 전원을 공급 및 차단하기 위한 스위치(45)가 회로구성상 상기 엘이디(42)와 전원부(44) 사이에 위치한다. 상기 스위치(45)는 외관상 엘이디및전원케이스(40)의 외주면에 외부로 돌출하여 형성시킴으로써 관찰자가 용이하게 스위치(45)를 온/오프 시킬 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 전원부(44)는 일반적으로는 전지끼우개(전지고정틀)와 건전지로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

엘이디(42)는 엘이디및전원케이스(40)의 내부 중앙에 위치되도록 구비되는데, 엘이디(42)는 전선(46)에 의해 엘이디 위치조정레버(43)의 일단에 연결되어 고정된다.

엘이디 위치조정레버(43)는 상기 엘이디및전원케이스(40)의 외주면을 관통하여 결합하는데, 일단은 상기 엘이디(42)와 결합되고, 타단은 상기 엘이디및전원케이스(40)의 외부로 돌출되는 막대형상으로 형성되어, 상기 엘이디및전원케이스(40)의 외주면을 축으로 상하좌우로 자유롭게 회동가능한 형태로 결합된다. 자유로운 회동을 보장하기 위해 엘이디 위치조정레버(43)와 엘이디및전원케이스(40)의 외주면 사이에는 신축성을 갖는 소재로 형성되는 패킹(47)이 개재될 수 있다. 자유로운 회동이 가능한 엘이디 위치조정레버(43)는 렌즈 역할을 하는 액체 방울과 상기 엘이디(42) 간의 거리를 조절하여 관찰할 대상의 초점 및 배율을 조정하는 역할을 한다.

본 발명에 따른 엘이디 액체 현미경 학습교구(100)를 이용하여 대상을 관찰하는 과정은 다음과 같다.

먼저, 현미경으로 관찰하고자 하는 대상을 슬라이드글라스 위에 얹고 그 위에 커버글라스를 덮어 표본(프레파라트)을 준비한다. 준비된 프레파라트를 고정클립(22)을 이용하여 프레파라트 고정 속캡(20)의 상부에 고정한 후, 프레파라트 고정 속캡(20)을 몸통부(30)와 렌즈캡(10) 사이에 위치시키고 몸통부(30)와 렌즈캡(10)을 결합시킨다. 다음으로, 렌즈캡(10)의 렌즈홀(11)에 크기 및 위치에 맞추어 투명 테이프(12)의 상부에 렌즈 역할을 할 액체 방울을 떨어뜨리고, 엘이디및전원케이스(40)에 구비된 스위치(45)를 켠(ON) 후, 엘이디 위치조정레버(43)를 움직여 빛의 양을 조절하면서 렌즈캡(10)을 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 초점 및 배율을 조정하여 대상을 관찰한다. 대상을 관찰하며 필요에 따라 디지털 카메라나 휴대전화 카메라를 이용하여 대상을 촬영하거나 동영상으로 기록을 할 수도 있다.

본 발명에 따른 엘이디 액체 현미경 학습교구(100)는 위상차 현미경의 기본원리를 응용한 것으로 고휘도의 엘이디와 렌즈 역할을 하는 액체를 통해 세포를 염색하지 않고도 관찰하는 것이 가능하여 프레파라트 제작을 간소화할 수 있고, 간단한 실험 키트로 현미경을 직접 제작해 볼 수 있어 현미경의 원리를 쉽게 이해할 수 있으며, 렌즈 역할을 하는 여러 종류의 액체를 비교하여 굴절률 차이에 의한 초점 변화 등을 쉽게 이해할 수 있어 학교 등의 교육기관에서 피교육생의 과학에 관한 흥미를 고취시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.

상기와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하였지만, 본 발명은 여기에 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 권리범위에 속한다고 하여야 할 것이다.

10: 렌즈캡
11: 렌즈홀 12: 투명 테이프
13: 나사산
20: 프레파라트 고정 속캡
21: 속캡홀 22: 고정클립
30: 몸통부
31: 나사산
40: 엘이디및전원케이스
41: 나사산 42: 엘이디
43: 엘이디 위치조정레버 44: 전지끼우개
45: 스위치 46: 전선
47: 패킹
100: 엘이디 액체 현미경 학습교구

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 하부가 개방된 원통형으로 형성되며, 상부 중앙부에는 렌즈역할을 하는 액체 방울을 떨어뜨려 위치시키기 위한 렌즈홀이 구비되고, 상기 렌즈홀 상부에는 액체 방울이 상기 렌즈홀을 통과되지 않도록 하기 위한 투명 테이프가 부착되고, 하단 내주면에는 나사산이 형성된 렌즈캡;
   원판형으로 형성되며, 중앙부에 속캡홀이 구비되고, 상기 속캡홀의 주위에는 프레파라트를 고정하기 위한 고정클립이 구비된 프레파라트 고정 속캡;
   상부와 하부가 관통된 원통형으로 형성되며, 상단 외주면에는 나사산이 형성되고, 상기 렌즈캡을 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 상기 렌즈홀과 상기 프레파라트 고정 속캡 간의 거리를 조절하여 초점을 맞추는 역할을 할 수 있도록 상기 렌즈캡과 회전 가능하게 결합되는 몸통부;
   상부가 개방된 원통형으로 형성되며, 내부에는 빛을 제공하는 엘이디와, 상기 엘이디에 전원을 공급하기 위한 전원부를 구비하고, 외주면에는 상기 엘이디에 전원을 공급 또는 차단하기 위한 스위치를 구비하는 것으로, 상기 몸통부와 착탈 가능하게 결합하는 엘이디및전원케이스; 및
   상기 엘이디및전원케이스의 외주면을 관통하여 결합하는 것으로, 일단은 상기 엘이디와 결합되고, 타단은 상기 엘이디및전원케이스의 외부로 돌출되는 막대형상의 엘이디 위치조정레버를 포함하며,
   상기 엘이디 위치조정레버는 상기 엘이디및전원케이스의 외주면을 축으로 상하좌우로 자유롭게 회동가능한 형태로 결합되는 것을 특징으로 하는 엘이디 액체 현미경 학습교구.

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