KR101543231B1 - 광 분배 장치 및 이를 이용한 휴대용 소변 분석 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 분배 장치 및 이를 이용한 휴대용 소변 분석 장치에 관한 것으로, 상기 광 분배 장치는 단일 광원으로부터 나온 광 신호가 입사되는 광 입사부, 상기 광 입사부를 통해 입사된 빛을 균등하게 분배하는 광 분배부, 상기 광 분배부에 의해 분배된 빛을 기 정해진 위치로 모아서 보내주는 복수의 광 출력 형성부 및 각각의 광 출력 형성부에 의해 형성된 빛을 기 설정된 위치로 출력하는 복수의 광 출력부를 포함하여 구성된다.

Description

광 분배 장치 및 이를 이용한 휴대용 소변 분석 장치 {APPARATUS FOR DIVIDING LIGHT AND PORTABLE APPARATUS FOR URINE ANALYSIS USING THE SAME}

본 발명은 광 분배 장치 및 이를 이용한 휴대용 소변 분석 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일 광원으로부터 입사된 광 신호를 일정한 배치를 갖는 복수의 소변 테스트 스트립 상에 위치한 복수의 색패드로 균일하고 정확하게 분배 및 전송함으로써 복수의 색패드 상에 나타난 센서 신호를 간단하면서도 신속 정확하게 판독할 수 있도록 하는 광 분배 장치 및 이를 이용한 휴대용 소변 분석 장치에 관한 것이다.

랩온어칩(lab on a chip)에서 가장 중요한 구성요소 중에 하나인 센서 신호 판독기 부분에서는, 하나의 광원으로 복수의 센서 신호를 동시에 정확하게 측정할 수 있도록 하는 간단하면서도 공정 단가도 낮은 광 분배 장치를 제공하는 것이 매우 중요하다.

랩온어칩 바이오 소자에 적용될 수 있는 광 방출 및 감지 구조에 대한 종래 기술이 다수 존재한다. 일반적인 종래 기술은 단일 광원과 수광부가 한쌍씩 이루어지는 것을 기본 구성으로 하고 있어 복수의 스트립 상에 위치한 복수의 색패드를 판독하기 위해서는 복수의 광원이 사용되어야 한다. 이 경우 재현성있는 신호 판독을 위해서는 복수의 광원을 개별적으로 제어하는 것이 필요하다.

한편, 다른 종래 기술은 단일 광원을 사용하고 복수의 광 파이버로 구성되는 다발을 사용하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 단일 광원의 제어 장치만 잘 조절하여 다수의 색패드를 동시에 판독할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 이 경우에도 광 파이버를 자르고 다발화하는 과정에서 수작업이 요구되어 재현성이 떨어진다는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단일 광원으로부터 입사된 광 신호를 일정한 배치를 갖는 복수의 소변 테스트 스트립 상에 위치한 복수의 색패드로 균일하고 정확하게 분배 및 전송함으로써 복수의 색패드 상에 나타난 센서 신호를 간단하면서도 신속 정확하게 판독할 수 있도록 하는 광 분배 장치 및 이를 이용한 휴대용 소변 분석 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의한 광 분배 장치는, 단일 광원으로부터 나온 광 신호가 입사되는 광 입사부; 상기 광 입사부를 통해 입사된 빛을 균등하게 분배하는 광 분배부; 상기 광 분배부에 의해 분배된 빛을 기 정해진 제1 위치로 모아서 보내주는 복수의 광 출력 형성부; 및 각각의 광 출력 형성부에 의해 형성된 빛을 기 설정된 제2 위치로 출력하는 복수의 광 출력부를 포함한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의한 휴대용 소변 분석 장치는, 단일 광원; 기 설정된 배치를 갖는 복수의 소변 테스트 스트립; 및 상기 복수의 소변 테스트 스트립의 상부에 위치하여 상기 단일 광원으로부터 입사된 광 신호를 균등하게 분배하여 상기 복수의 소변 테스트 스트립 상에 위치한 복수의 색패드로 출력하는 광 분배 장치를 포함한다.

본 발명에 의한 광 분배 장치에 의하면, 단일 광원만을 이용하여 복수의 색패드 상에 나타난 센서 신호를 판독할 수 있게 되어 광원 제어에 소모되는 전력을 줄일 수 있고 광원 제어도 간편해 질 수 있다.

또한, 단일 광원으로부터 입사된 광신호를 균일하고 정확하게 분배할 수 있을 뿐만 아니라, 일체형 모듈로서 시스템의 조립 및 분해시 공정이 수월하여 에러를 줄일 수 있고 대량 생산에 유리하다.

더 나아가, 본 발명에 의한 광 분배 장치를 포함하여 제작된 휴대용 소변 분석 장치는 가정 및 개인 병원에서 자가 건강 스크리닝 및 통신 모듈과 결합되어 건강 상태 모니터링 및 질병 조기 진단을 위한 유헬스케어 서비스에 응용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 의한 광 분배 장치를 설명하기 위한 평면도,
도 2는 전반사를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광 입사부를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광 분배부를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광 출력 형성부 및 광 출력부를 설명하기 위한 도면, 그리고
도 6은 본 발명의 일 측면에 의한 광 분배 장치에 의해 출력된 빛이 복수의 색패드 상에서 일정 강도를 유지하며 분배 및 조사되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 의한 광 분배 장치를 설명하기 위한 평면도이다.

본 발명의 일 측면에 의한 광 분배 장치(100)는, 단일 광원으로부터 나온 광 신호가 입사되는 광 입사부(110), 광 입사부(110)를 통해 입사된 빛을 균등하게 분배하는 광 분배부(120), 분배된 빛을 기 정해진 제1 위치로 모아서 보내주는 복수의 광 출력 형성부(130) 및 각각의 광 출력 형성부(130)에 의해 형성된 빛을 테스트 스트립상의 색패드로 출력하는 복수의 광 출력부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 위치는 상기 광 분배 장치(100)의 내부 특정 위치가 될 수 있다.

이때, 광 분배 장치(100)는 COC(cyclo olefin copolymer), PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), COP(cyclo olefin polymer), LCP(liquid Crystalline Polymers), PDMS(polydimethylsiloxane), PA(polyamide), PE(polyethylene), PI(polyimide), PP(polypropylene), PPE(polyphenylene ether), PS(polystyrene), POM(polyoxymethylene), PEEK(polyetheretherketone), PES(polyethylenephthalate), PET(polyethylenephthalate), PTFE(polytetrafluoroethylene), PVC(polyvinylchloride), PVDF(polyvinylidene fluoride), PBT(polybutyleneterephthalate), FEP(fluorinated ethylenepropylene), PFA(perfluoralkoxyalkane) 및 Epoxy 등을 포함한 다양한 투명 폴리머와 같은 단일 물질을 사용하거나 이종 물질을 사용하여 형성될 수 있다.

또한, 기판은 사출성형(Injection Molding), 핫엠보싱(Hot Embossing), 캐스팅(Casting), 광성형(Stereolithography), 주조(casting), 레이저 어블레이션(Laser Ablation), 쾌속조형(Rapid Prototyping) 및 실크스크린뿐만 아니라, NC(Numerical Control) 머시닝과 같은 전통적인 기계가공법 또는 포토리소그래피(Photolithography)와 식각을 이용한 반도체 가공법으로 제작될 수도 있다.

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 의한 광 분배 장치를 보다 구체적으로 설명한다.

도 2는 전반사를 설명하기 위한 도면으로, 도 1의 광 분배 장치 내에서의 광 전송을 설명하기 위한 것이다.

도 2를 참조하면, 공기의 굴절률이 1 인 것을 고려하여 상대적으로 높은 굴절률을 가지는 장치에서 전반사 현상이 일어나고, 이 때 광 신호가 손실없이 전달된다. 구체적으로 설명하면, 주어진 매질 간의 굴절률의 차이와 입사각의 조절로 인해 특정 각도 이상에서 전반사가 일어날 수 있으며, 이러한 전반사 조건을 적절히 이용하여 구현될 수 있다.

이때, 스넬의 법칙(Snell's law)에 의한 전반사 조건은 수학식 1과 같이 성립된다. 여기서, n은 매질의 굴절률을, 그리고 θ는 광 입사각을 의미한다.

예를 들어, 1.5 의 굴절률을 가진 재질의 경우 48.1 도 이내의 빛은 모두 전반사가 일어나게 된다. 또한, 장치의 표면에 금속 코팅을 통한 반사면이 만들어 질 경우 반사의 법칙에 의해 입사된 각도와 동일하게 반사가 일어나게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광 입사부를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 광 입사부(110)는, 예를 들어 LED 또는 LD 등의 단일 광원(10)으로부터 나오는 빛을 장치 내부로 받아들이는 입사면(111)과 넓게 분산되어 광 분배부(120)로 도달하지 못하고 산란될 수 있는 빛을 광 분배부(120)로 방향을 바꾸어 주는 반사면(112)을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 입사면(111)에는 빛의 반사에 의한 손실을 방지하기 위한 무반사 코팅이 추가될 수도 있다.

또한, 반사면(112)은 장치의 재질과 공기층의 전반사 현상을 이용하는 것으로, 더 넓은 각도의 빛을 반사하기 위하여 금속 또는 유전체 반사막 코팅을 추가할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광 분배부를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 광 분배부(120)는 광 입사부(110)를 통해 입사되어 일정한 분포로 분산되는 빛을 분산 각도에 따라 균등한 광량을 가지도록 부분적으로 반사시켜 각각의 광 출력 형성부(130)로 방향을 바꾸어 주는 복수의 반사면(121)으로 구성될 수 있다.

각 반사면(121)의 길이와 면적은, 각 반사면(121)에 입사되는 광의 수광 각도를 변화시켜 광세기가 균일해지도록 설계되는 것이 바람직하다. 또한, 각 반사면(121)의 위치와 각도를 조절하여 균등하게 분배된 빛을 원하는 출력 위치로 보낼 수 있다.

또한, 광 분배부(120)의 각 반사면(121)에는 무손실 반사를 위해 금속 혹은 유전체 박막 코팅을 추가할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광 출력 형성부 및 광 출력부를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 각각의 광 출력 형성부(130)는 광 분배부(120)에 의해 분배된 광을 일정 크기의 광 출력부(140)에 전달하기 위해 테이퍼 모양으로 형성되어 손실없이 광을 모아준다.

또한, 각각의 광 출력 형성부(130)는 광 출력을 장치면에 수직이 되도록 만들기 위해 반사면(131)을 형성하여 빛의 경로를 변화시키도록 구성될 수도 있다.

한편, 각각의 광 출력부(140)는 광 출력 형성부(130)의 바닥면으로 균등하게 분배된 빛을 복수의 소변 테스트 스트립 상에 위치한 복수의 색패드로 보내주는 광 출력면으로 구성된다.

이때, 광이 출력되는 면에 무반사 코팅을 추가하여 광 손실을 최소한으로 줄일 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 측면에 의한 광 분배 장치에 의해 출력된 빛이 복수의 색패드 상에서 일정 강도를 유지하며 분배 및 조사되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상술한 광 분배 장치(100)를 이용하여 복수의 색패드, 예를 들어 11 개의 색패드 상에서 측정되는 빛의 세기를 일정하게 함으로써 색패드 신호의 판독 재현성 및 정밀성을 크게 제고할 수 있게 된다.

한편, 상술한 광 분배 장치(100)를 이용한 휴대용 소변 분석 장치(미도시)는 단일 광원, 상술한 광 분배 장치(100) 및 복수의 소변 테스트 스트립을 포함하여 구성될 수 있다.

구체적으로, 기 설정된 배치를 갖는 복수의 소변 테스트 스트립의 상부에 상술한 광 분배 장치(100)를 위치시키고, 광 분배 장치가 단일 광원으로부터 입사된 광 신호를 복수의 소변 테스트 스트립 상에 위치한 복수의 색패드로 균등하게 분배 및 전송하도록 함으로써 단일 광원만을 이용하여 휴대용 소변 분석 장치를 구현할 수 있다.

이처럼 상술한 광 분배 장치(100)는 단일 광원만을 이용하여 복수의 소변 테스트 스트립을 동시에 정밀하게 재현성 있게 판독하는 것을 손쉽고 저렴하게 구현할 수 있도록 한다.

본 발명은 소변 테스트 스트립뿐만 아니라 미세하고 정확한 바이오샘플 테스트 키트의 판독이 필요한 테스트 스트립 칩, 유린 스트립, 단백질 칩, DNA 칩, 약물 전달 시스템(drug delivery system), 미세 생물/화학 분석시스템(micro total analysis system), 미세 생화학 반응기(micro reactor)를 포함한 다양한 랩온어칩 바이오 소자에 적용될 수 있을 것이다.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.

10: 단일 광원 100: 광 분배 장치
110: 광 입사부 111: 입사면
112: 반사면 120: 광 분배부
121: 반사면 130: 광 출력 형성부
131: 반사면 140: 광 출력부

Claims (13)

1. 단일 광원으로부터 나온 광 신호가 입사되는 광 입사부;
   상기 광 입사부를 통해 입사된 빛을 균등하게 분배하는 광 분배부;
   상기 광 분배부에 의해 분배된 빛을 기 정해진 제1 위치로 모아서 보내주는 복수의 광 출력 형성부; 및
   각각의 광 출력 형성부에 의해 형성된 빛을 기 설정된 제2 위치로 출력하는 복수의 광 출력부를 포함하고,
   상기 복수의 광 출력 형성부는,
   테이퍼(taper) 모양으로 형성되어 상기 광 분배부에 의해 분배된 광을 상기 복수의 광 출력부로 전달하도록 광을 모아주는 것을 특징으로 하는 광 분배 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광 입사부는,
   상기 단일 광원으로부터 나온 광 신호를 장치 내부로 받아들이는 입사면; 및
   상기 입사면을 통해 입사되어 분산된 빛의 방향을 상기 광 분배부 쪽으로 바꾸어 주는 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 분배 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 입사면에는 무반사 코팅이 가해진 것을 특징으로 하는 광 분배 장치.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 반사면에는 금속 또는 유전체 반사막 코팅이 가해진 것을 특징으로 하는 광 분배 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 광 분배부는,
   상기 광 입사부를 통해 입사되어 분산된 빛을 분산 각도에 따라 균등한 광량을 가지도록 부분적으로 반사시켜 각각의 광 출력 형성부로 방향을 바꾸어 주는 복수의 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 분배 장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   각각의 반사면의 길이 및 면적은, 상기 각각의 반사면에 입사되는 광의 수광 각도를 변화시켜 광세기가 균일해지도록 설계되는 것을 특징으로 하는 광 분배 장치.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   각각의 반사면에는 금속 또는 유전체 반사막 코팅이 가해진 것을 특징으로 하는 광 분배 장치.
   
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 광 출력 형성부는,
   원하는 방향으로 광의 경로를 변화시키기 위한 반사면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 분배 장치.
   
10. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 광 출력부는,
    상기 각각의 광 출력 형성부에 의해 형성된 빛을 복수의 소변 테스트 스트립 상에 위치한 복수의 색패드로 보내주는 광 출력면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 분배 장치.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광 출력면에는 무반사 코팅이 가해진 것을 특징으로 하는 광 분배 장치.
    
12. 단일 광원;
    기 설정된 배치를 갖는 복수의 소변 테스트 스트립; 및
    상기 복수의 소변 테스트 스트립의 상부에 위치하여 상기 단일 광원으로부터 입사된 광 신호를 균등하게 분배하여 상기 복수의 소변 테스트 스트립 상에 위치한 복수의 색패드로 출력하는 광 분배 장치를 포함하고,
    상기 광 분배 장치는,
    상기 단일 광원으로부터 나온 광 신호가 입사되는 광 입사부;
    상기 광 입사부를 통해 입사된 빛을 균등하게 분배하는 광 분배부;
    상기 광 분배부에 의해 분배된 빛을 기 정해진 제1 위치로 모아서 보내주는 복수의 광 출력 형성부; 및
    각각의 광 출력 형성부에 의해 형성된 빛을 상기 복수의 색패드로 출력하는 복수의 광 출력부를 포함하고,
    상기 복수의 광 출력 형성부는,
    테이퍼(taper) 모양으로 형성되어 상기 광 분배부에 의해 분배된 광을 상기 복수의 광 출력부로 전달하도록 광을 모아주는 것을 특징으로 하는 휴대용 소변 분석 장치.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광 입사부는,
    상기 단일 광원으로부터 나온 광 신호를 장치 내부로 받아들이는 입사면; 및
    상기 입사면을 통해 입사되어 분산된 빛의 방향을 상기 광 분배부 쪽으로 바꾸어 주는 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 소변 분석 장치.

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