KR101622749B1 - 굴절율 측정 장치 및 이를 이용한 굴절율 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

굴절율 측정 장치를 개시한다. 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치는 굴절율 측정 대상 물질이 채워지는 원기둥 형상의 저장공간이 형성되며, 전후면이 서로 평행하게 형성된 몸체 부재 및 상기 몸체 부재의 전면 및 후면 중 선택된 어느 하나의 면을 향하여 빛을 조사하는 광원을 포함할 수 있다.

Description

굴절율 측정 장치 및 이를 이용한 굴절율 측정 방법{Refractive index measurement apparatus and refractive index measurement method for using thereof}
본 발명은 굴절율 측정 장치 및 이를 이용한 굴절율 측정 방법에 관한 것이다.
최근에는 액체 계면의 모양 변화를 이용하여 초점거리를 조절하는 액체렌즈가 최근 다양한 방식으로 개발되고 있다. 한편, 정확한 초점거리를 갖는 액체렌즈를 만들기 위해서는 적절한 굴절률을 갖는 작동유체를 선정하여야 한다.
액체의 굴절율을 측정하는 방법으로 프리즘 굴절계, 간섭계 및 타원계에 의한 방법이 있다.
프리즘 굴절계 방법은 유리 등으로 만들어진 프리즘의 기울어진 면에 측정하고자 하는 샘플을 올리고 빛을 비추면, 프리즘과 샘플 사이의 경계면에서 굴절 또는 전반사가 발생한다. 굴절각 또는 임계각은 프리즘의 형상, 프리즘의 굴절률 및 샘플의 굴절률에 의해 결정되기 때문에, 샘플의 굴절률은 굴절각 또는 임계각등을 측정하여 확인할 수 있다. 빛을 설계한 각도로 입사시키고, 굴절각 또는 입계각을 정확히 측정해야 하기 때문에 부품들간의 정밀한 정렬이 필요하다. 또는 측정에 앞서 물과 같이 굴절률이 잘 알려진 물질을 이용한 보정이 필요하다.
간섭계 방법은 하나의 빛살을 두 갈래로 나누고 서로 다른 물질을 지나게 하고 다시 합치면 간섭 무늬가 생긴다. 이 간섭 무늬의 형상은 물질의 굴절률, 두께 등의 차이에 따라 바뀌게 된다. 이 간섭 무늬를 이용하여 샘플의 굴절률을 측정하는 방식으로, 단색광원, 반투명 거울, 검출기 등으로 비싼 광학장비들이 필요한 문제점이 있다.
타원계 방법은 빛이 샘플을 반사, 투과한 후 편광상태 변화를 측정하여 물질의 굴절률을 측정하는 방법이다. 간섭계와 마찬가지로 단색 광원, 반투명 거울, 검출기와 편광자 등의 비싼 광학장비들이 필요한 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 제조가 용이하면서도 제조비용이 절감되며 전원이 없이도 동작이 가능한 굴절율 측정 장치 및 이를 이용한 굴절율 측정 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 굴절율 측정 장치는 굴절율 측정 대상 물질이 채워지는 원기둥 형상의 저장공간이 형성되며, 전후면이 서로 평행하게 형성된 몸체 부재 및 상기 몸체 부재의 전면 및 후면 중 선택된 어느 하나의 면을 향하여 빛을 조사하는 광원을 포함할 수 있다.
한편, 상기 몸체 부재에서 빛이 굴절되어 발생되는 그림자를 촬영하는 촬영부, 및 상기 촬영부에서 촬영된 이미지로부터 밝은 부분의 너비를 측정하여 굴절율을 산출하는 이미지 처리부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 몸체 부재에서 빛이 조사되는 면의 반대면에 형성된 눈금을 포함할 수 있다.
한편, 상기 광원은 자연광, 백열등, 형광등 및 발광소자 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
한편, 상기 몸체 부재의 소재는 유리 및 고분자 중합체 중 선택된 어느 하나이고, 상기 고분자 중합체는 아크릴 및 폴리카 보네이트 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
한편, 상기 몸체 부재는 투명한 소재로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 저장 공간의 내경은 0.5mm 내지 9cm의 범위에 속하도록 형성될 수 있고, 깊이는 1mm 내지 9cm 의 범위에 속하도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 몸체 부재에서 빛이 조사되는 면의 반대면의 투명도는 10% 내지 90%의 범위에 속할 수 있다. 여기서, 빛이 통과하지 않는 불투명한 상태의 투명도는 0%이다.
한편, 상기 밝은 부분은 최대 밝기의 50% 밝기 이상인 부분일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 굴절율 측정 방법은 굴절율 측정 장치를 이용하여 굴절율을 측정하는 방법에 있어서, 굴절율 측정 대상 물질을 상기 저장 공간에 주입하는 단계 상기 몸체 부재로 광원을 조사하는 단계 밝은 부분의 너비(x)를 측정하는 단계 및 상기 밝은 부분의 너비로부터 측정 대상 물질의 굴절율을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 밝은 부분의 너비로부터 측정 대상 물질의 굴절율을 계산하는 단계에서는, 하기 관계식에 상기 밝은 부분의 너비(x)를 대입하여 측정 대상 물질의 굴절율을 계산할 수 있다.
<관계식1>,
Figure 112014096521709-pat00001
x = 밝은 부분의 너비
r = 원기둥 형상의 저장공간의 지름
Figure 112014096521709-pat00002
= 임계각
<관계식2>
Figure 112014096521709-pat00003
Figure 112014096521709-pat00004
= 몸체 부재의 굴절율
Figure 112014096521709-pat00005
= 측정 대상 물질의 굴절율
본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치는 간단한 구조로 이루어져 있으므로, 정밀하고 비싼 광학장비 없이 액체의 굴절률을 측정할 수 있다. 그러므로, 제조가 용이하며, 제작 비용이 저렴할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치로 미지의 유체의 굴절율을 측정하기 위하여 자연광(햇빛)을 광원으로 사용할 수 있으므로, 외부의 전원이나 배터리가 필요 없다. 따라서, 전기가 없는 상황에서도 굴절율의 측정이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치는 전원이 없이 간단하게 굴절율을 측정할 수 있으므로, 이를 통하여 음용수의 탁도 뿐만 아니라, 과즙의 당도나 및 혈액의 상태 등을 현장에서 신속하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치를 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치로 굴절율 측정 대상 물질의 굴절율을 측정하는 과정을 도시한 것으로,
도 2는 몸체 부재의 저장공간에 굴절율 측정 대상 물질을 주입하는 과정을 도시한 도면이고,
도 3은 광원으로부터 조사된 빛이 몸체 부재에 조사되는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 몸체 부재에 형성된 눈금을 도시한 도면이다.
도 5는 몸체 부재에 다양한 텍스트가 형성된 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치에서 그림자가 발생하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 저장공간에 채워진 굴절율 측정 대상 물질의 굴절율에 따른 밝은 부분의 너비의 변화들을 도시한 도면이다.
도 8은 굴절율, 임계각 및 밝게 보이는 부분의 비율의 상관관계를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치로 수크로스 수용액에 의해 발생된 그림자를 촬영한 사진이다.
도 10은, 도 9에서 파란색 선에서의 밝기 분포를 수치화하여 도시한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치를 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치는 몸체 부재(110), 및 광원을 포함할 수 있다.
몸체 부재(110)는 굴절율 측정 대상 물질(130)이 채워지는 원기둥 형상의 저장공간(120)이 형성된다. 상기 저장 공간의 내경은 0.5mm 내지 9cm 의 범위에 속하도록 형성될 수 있고, 깊이는 1mm 내지 9cm 의 범위에 속하도록 형성될 수 있다. 몸체 부재(110)는 전후면이 서로 평행하게 형성될 수 있다. 몸체 부재(110)의 형상은 일례로 육면체일 수 있다. 단, 몸체 부재(110)가 육면체인 것으로 한정하지는 않으며, 서로 마주하는 두 개의 측면이 서로 평행하게 이루어진 형상이면 어느 형상이든 가능할 수 있다.
상기 몸체 부재(110)에서 빛이 조사되는 면의 반대면은 불투명할 수 있다. 이를 위한 몸체 부재(110)는 투명한 플라스틱 소재로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 몸체 부재(110)의 소재는 유리 및 고분자 중합체 중 선택된 어느 하나일 수 있다. 여기서, 고분자 중합체는 아크릴 및 폴리카 보네이트 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
한편, 굴절율 측정 대상 물질(130)은 상기 저장공간(120)에 채워진다(도 2 참조). 굴절율 측정 대상 물질(130)은 액체 상태이다. 굴절율 측정 대상 물질(130)이 흘러 넘치지 않도록 몸체 부재(110)에서 저장 공간의 상부의 개구된 부분을 밀폐하는 마개(미도시)가 위치될 수 있다.
광원(140)은 상기 몸체 부재(110)의 전면 및 후면 중 선택된 어느 하나의 면을 향하여 빛을 조사한다. 상기 광원(140)은 일례로 자연광, 백열등, 형광등 및 발광소자 중 선택된 어느 하나일 수 있다. 이러한 광원(140)은 점광원(140)일 수 있다. 광원(140)이 면광원(140)인 경우보다 점광원(140)인 경우가, 빛의 직진성이 우수하여 그림자가 더욱 선명하게 형성될 수 있다.
이와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치(100)를 사용하여 굴절율 측정 대상 물질(130)의 굴절율을 측정하는 과정을 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치로 굴절율 측정 대상 물질의 굴절율을 측정하는 과정을 도시한 것으로, 도 2는 몸체 부재의 저장공간에 굴절율 측정 대상 물질을 주입하는 과정을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 몸체 부재(110)의 저장공간(120)에 굴절율 측정 대상 물질(130)을 주입한다. 저장공간(120)의 내경이 mm 단위로 미세한 경우, 스포이드를 사용하여 주입할 수 있다.
도 3은 광원으로부터 조사된 빛이 몸체 부재(110)에 조사되는 과정을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 광원(140)을 몸체 부재(110)의 전면에 위치시키고, 사용자는 몸체 부재(110)의 후면에 형성된 그림자를 관찰하여 측정한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치는 촬영부(미도시)와 이미지 처리부(미도시)를 포함할 수 있다.
촬영부는 상기 몸체 부재에서 빛이 굴절되어 발생되는 그림자를 촬영한다. 촬영부는 일례로 카메라일 수 있다. 카메라는 몸체 부재에 발생된 그림자를 촬영하여 이미지를 저장소(미도시)에 저장한다.
이미지 처리부는 상기 촬영부에서 촬영된 이미지로부터 밝은 부분의 너비를 측정하여 굴절율을 산출한다. 그림자는 다른 영역보다 상대적으로 어둡다. 이미지 처리부는 이러한 암부를 인식하고 좌우 폭을 계산한다. 이미지 처리부는 측정된 폭에 따른 굴절율을 산출한다. 밝은 부분의 너비로부터 굴절율이 산출되는 것은 후술하기로 한다.
여기서, 상기 밝은 부분은 최대 밝기의 50% 밝기 이상인 부분일 수 있다. 예를 들어, 이미리 처리부에서 촬영한 이미지에서 저장공간영역에서 가장 밝은 부분보다 밝기가 50%인 부분이상을 밝은 부분이라고 정의할 수 있다.
도 4는 몸체 부재에 형성된 눈금을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치는 눈금을 포함할 수 있다. 눈금은 몸체 부재에서 빛이 조사되는 면의 반대면에 형성된다. 이러한 눈금에 의해 카메라와 같은 별도의 촬영부를 구비하지 않아도, 사용자가 밝은 부분의 너비 을 신속하게 확인할 수 있다. 따라서, 카메라를 사용하기 위하여 전원을 마련하지 않아도 되므로, 전원 공급이 어려운 장소에서도 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치의 사용이 가능할 수 있다.
한편, 이러한 눈금을 몸체 부재에 형성하는 방법은 일예로, 굴절율을 알고 있는 물질을 저장 공간에 채우고, 빛을 조사하여 발생되는 밝은 영역의 형성되는 부분에 눈금을 형성할 수 있다. 단, 몸체 부재에 눈금을 형성하는 방법을 이와 같은 방법으로 한정하지는 않는다.
도 5는 몸체 부재에 다양한 텍스트가 형성된 도면들이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치는 액체의 탁도를 측정하는데 사용될 수 있다. 이를 위하여 몸체 부재에는 눈금과 함께 탁도가 표기된 텍스트가 형성될 수 있다.
물에 불순물이 많을수록 굴절율이 높아지므로, 밝은 부분의 너비가 상대적으로 좁게 형성된다. 그리고, 물에 불순물이 적을수록 굴절율이 낮아지므로, 밝은 부분의 너비가 상대적으로 크게 형성된다.
따라서, 도면에 도시된 바와 같이 몸체 부재에서 특정 위치까지는 'dirty'범위가 되도록 눈금의 위치를 설정하고, 나머지 부분은 'clean'범위가 되도록 눈금의 위치를 설정한다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치는 음용수의 탁도 뿐만 아니라, 과즙의 당도나 및 피의 상태 등을 신속하게 측정할 수 있다.
이하에서는 전술한 구조로 이루어진 굴절율 측정 장치에서 몸체 부재와 굴절율 측정 대상 물질의 굴절율 차이에 의하여 그림자가 발생되는 원리를 간략하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치에서 그림자가 발생하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
여기서 몸체 부재는 아크릴로 이루어지며, 저장공간에는 물이 채워진 상태이다.
도 6을 참조하면, 조명에서 아래 방향으로 출발한 빛이 관찰자에게 도달하는 과정을 살펴보면, 아래와 같이 4가지로 나눌 수 있다.
제1광선(L1)은 저장공간을 지나가지 않는다. 공기(대기)와 아크릴(PMMA)를 통과할 때 입사각(incident angle)이 모두 90°이기 때문에 굴절이 일어나지 않는다.
제2광선(L2)은 저장공간의 중심을 지나간다. 제1광선(L1)과 마찬가지로 입사각이 모두 90°이기 때문에 굴절되지 않는다.
제3광선(L3)은 저장공간의 내부를 통과한다. 아크릴과 물을 통과할 때 입사각이 90°가 아니기 때문에 굴절이 발생하고, 아래쪽으로 진행할수록 원래 경로를 벗어나게 된다.
제4광선(L4)은 제3광선(L3)보다 바깥쪽을 지나간다. 빛이 굴절률이 높은 매질에서 낮은 매질로 통과할 때 전반사(total internal reflection)라는 현상이 발생한다. 입사각이 임계각보다 더 큰 경우, 빛이 굴절되지 않고 모두 반사되는 형상으로, 아래쪽으로 더 이상 진행하지 못하므로 관찰자에게는 까만 그림자로 보이게 된다.
도 7은 저장공간에 채워진 굴절율 측정 대상 물질의 굴절율에 따른 밝은 부분의 너비의 변화들을 도시한 도면이다.
3개의 굴절율 측정 장치에서 가장 좌측으로부터 공기(Air), 물(Water), 도데칸(dodecane)이 채워져 있다. 공기의 굴절율은 1이고, 물은 1.33이며, 도데칸은 1.42이다. 짙은 붉은 색은 어두운 영역이고, 밝은 붉은 색은 밝은 영역이다.
도 7을 참조하면, 몸체 부재와 굴절율 측정 대상 물질의 굴절률의 차이가 클수록 임계각은 작아지므로, 밝은 부분의 너비가 좁아진다. 이와 반대로, 몸체 부재와 굴절율 측정 대상 물질의 굴절률이 비슷해지면 임계각은 커지므로, 밝은 부분의 너비가 넓어진다.
즉, 다른 굴절율 측정 대상 물질보다 측정된 밝은 부분의 너비가 감소되면 굴절율 측정 대상 물질의 굴절율이 낮아진 것으로 판단한다. 그리고, 다른 굴절율 측정 대상 물질보다 측정된 밝은 부분의 너비가 증가되면 굴절율 측정 대상 물질의 굴절율이 높아진 것으로 판단한다. 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치는 이러한 원리를 이용한다.
이하에서는 도 7에 도시된 관계식을 참고하여 전술한 구조로 이루어진 굴절율 측정 장치를 이용하여 굴절율을 측정하는 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 방법은 굴절율 측정 대상 물질을 상기 저장 공간에 주입하는 단계와, 상기 몸체 부재로 광원을 조사하는 단계와, 밝은 부분의 너비(x)를 측정하는 단계 및 상기 밝은 부분의 너비로부터 측정 대상 물질의 굴절율을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
굴절율 측정 대상 물질을 상기 저장 공간에 주입하는 단계에서는 저장공간에 스포이드 등을 사용하여 굴절율 측정 대상 물질을 주입한다.
몸체 부재로 광원을 조사하는 단계에서는 자연광 또는 별도의 조명을 몸체부재에 조사한다.
밝은 부분의 너비(x)를 측정하는 단계에서는 전술한 바와 같이 밝은 부분은 최대 밝기의 50% 밝기 이상인 부분의 너비로 설정할 수 있다. 단, 이에 한정하지는 않으며, 설계에 따라 밝은 부분의 기준은 변경될 수 있다.
상기 밝은 부분의 너비로부터 측정 대상 물질의 굴절율을 계산하는 단계에서는 사용자가 밝은 부분의 너비에 해당하는 눈금을 읽어서 해당 눈금에 기재된 값으로부터 신속하게 굴절율을 확인할 수 있다.
이와 다르게, 상기 밝은 부분의 너비로부터 측정 대상 물질의 굴절율을 계산하는 단계에서는 측정된 밝은 부분의 너비값을 하기 관계식에 대입하여 측정 대상 물질의 굴절율을 계산하는 것도 가능할 수 있다.
<관계식1>,
Figure 112014096521709-pat00006
x = 밝은 부분의 너비
r = 원기둥 형상의 저장공간의 지름
Figure 112014096521709-pat00007
= 임계각
<관계식2>
Figure 112014096521709-pat00008
Figure 112014096521709-pat00009
= 몸체 부재의 굴절율
Figure 112014096521709-pat00010
= 측정 대상 물질의 굴절율
밝은 부분의 너비(x)는 측정을 통하여 알 수 있고, 원기둥 형상의 저장공간의 지름(r)은 이미 알고 있는 값이므로, 관계식1로부터 임계각(
Figure 112014096521709-pat00011
)을 알 수 있다. 몸체 부재의 굴절율(
Figure 112014096521709-pat00012
)은 알고 있으므로, 임계각을 관계식2에 대입하여
Figure 112014096521709-pat00013
측정 대상 물질의 굴절율(
Figure 112014096521709-pat00014
)을 알 수 있다.
도 8은 굴절율, 임계각 및 밝게 보이는 부분의 비율을 상관관계를 도시한 그래프이다.
도 8에서 X 축의 값은 굴절율 측정 대상 물질의 굴절율이다. 그리고, Y축 좌측의 값은 저장공간의 직경에 대한 밝은 부분의 비율이고, Y축 우측의 값은 임계각이다. 도 8의 그래프에서 몸체부재의 재질은 아크릴(PMMA, 굴절률 n=1.49) 인 것으로 가정하였다.
저장공간에 굴절율이 1.49인 물질이 채워져 있다면, 임계각(critical angle)은
Figure 112014096521709-pat00015
90°이므로, 전반사가 발생하지 않는다. 따라서 저장공간에 어두운 부분이 발생되지 않고, 밝은 영역의 비율(그래프의 좌측 y축)은 100%가 된다.
이와 다르게, 굴절률이 가장 낮은 경우인 공기(air)의 경우, 굴절율이 1이므로 임계각은
Figure 112014096521709-pat00016
42°이다.(우측 y축). 이 경우에는 밝은 영역의 비율이 가장 작아지고, 그 값은 67% 이다.
이와 같이 도 8을 통하여 저장공간에 채워진 물질의 굴절율에 따라, 임계각 및 밝게 보이는 부분의 비율도 변경됨을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치로 수크로스 수용액에 의해 발생된 그림자를 촬영한 사진이다.
도 9를 참조하면, 저장공간의 내경을 6 mm 로 형성하고, 아크릴(PMMA) 소재로 몸체 부재를 구성하였다. 그리고, 저장공간에는 수크로스 10wt% 수용액(설탕물)이 채워진 상태이다. 몸체 부재에 빛을 조사한 결과, 저장공간의 내부의 가장자리에 그림자가 발생하였다.
도 10은, 도 9에서 파란색 선에서의 밝기 분포를 수치화하여 도시한 그래프이다.
도 10을 참조하면, 저장공간의 바깥쪽에서 가장 큰 값(밝음)을 나타내고, 저장공간의 내부의 가장자리에서는 가장 낮은 값(어두움)을 갖고, 저장공간의 중앙에서는 다시 높은 값을 갖는 분포를 갖는다. 밝은 부분과 어두운 부분의 경계가 명확하지 않기 때문에, 밝은 영역의 너비는 절반의 밝기를 갖는 부분(full width at half maximum)을 기준으로 설정하였다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치는 간단한 구조로 이루어져 있으므로, 정밀하고 비싼 광학장비 없이 액체의 굴절률을 측정할 수 있다. 그러므로, 제조가 용이하며, 제작 비용이 저렴할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치로 미지의 유체의 굴절율을 측정하기 위하여 자연광(햇빛)을 광원으로 사용할 수 있으므로, 외부의 전원이나 배터리가 필요 없다. 따라서, 전기가 없는 상황에서도 굴절율의 측정이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 굴절율 측정 장치는 전원이 없이 간단하게 굴절율을 측정할 수 있으므로, 이를 통하여 음용수의 탁도 뿐만 아니라, 과즙의 당도나 및 피의 상태 등을 현장에서 신속하게 측정할 수 있다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 대하여 설명하였으나, 지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 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.
100: 굴절율 측정 장치
110: 몸체 부재
120: 저장공간
130: 굴절율 측정 대상 물질

Claims (11)

  1. 굴절율 측정 대상 물질이 채워지는 원기둥 형상의 저장공간이 형성되며, 전후면이 서로 평행하게 형성된 몸체 부재,
    상기 몸체 부재의 전면에 형성되어 있으며, 상기 원기둥의 길이방향으로 길게 형성되어 있는 복수의 눈금을 가지는 눈금부, 및
    상기 몸체 부재의 후면에서 상기 몸체 부재의 전면을 향하여 빛을 조사하는 광원
    을 포함하고,
    상기 눈금부는 상기 빛이 상기 원기둥에 조사되는 조사 영역 내에 위치하고, 상기 눈금은 등간격으로 배치되어 상기 조사 영역을 등간격으로 분할하는 굴절율 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 눈금부에서 빛이 굴절되어 발생되는 그림자를 촬영하는 촬영부, 및
    상기 촬영부에서 촬영된 이미지로부터 밝은 부분의 너비를 측정하여 굴절율을 산출하는 이미지 처리부를 포함하는 굴절율 측정 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 자연광, 백열등, 형광등 및 발광소자 중 선택된 어느 하나인 굴절율 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 몸체 부재의 소재는 유리 및 고분자 중합체 중 선택된 어느 하나이고,
    상기 고분자 중합체는 아크릴 및 폴리카 보네이트 중 선택된 어느 하나인 굴절율 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 몸체 부재는 투명한 소재로 이루어진 굴절율 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 저장 공간의 내경은 0.5mm 내지 9cm의 범위에 속하도록 형성될 수 있고, 깊이는 1mm 내지 9cm 의 범위에 속하도록 형성된 굴절율 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 몸체 부재에서 빛이 조사되는 면의 반대면의 투명도는 10% 내지 90%의 범위에 속하는 굴절율 측정 장치.
    여기서, 빛이 통과하지 않는 불투명한 상태의 투명도는 0%이다.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 밝은 부분은 최대 밝기의 50% 밝기 이상인 부분인 굴절율 측정 장치.
  10. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 굴절율 측정 장치를 이용하여 굴절율을 측정하는 방법에 있어서,
    굴절율 측정 대상 물질을 상기 저장 공간에 주입하는 단계
    상기 몸체 부재의 상기 저장 공간으로 광원을 조사하는 단계
    밝은 부분의 너비(x)를 측정하는 단계 및
    상기 밝은 부분의 너비로부터 측정 대상 물질의 굴절율을 계산하는 단계를 포함하는 굴절율 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 밝은 부분의 너비로부터 측정 대상 물질의 굴절율을 계산하는 단계에서는,
    하기 관계식에 상기 밝은 부분의 너비(x)를 대입하여 측정 대상 물질의 굴절율을 계산하는 굴절율 측정 방법.
    <관계식1>,
    Figure 112014096521709-pat00017

    x = 밝은 부분의 너비
    r = 원기둥 형상의 저장공간의 지름
    Figure 112014096521709-pat00018
    = 임계각
    <관계식2>
    Figure 112014096521709-pat00019

    Figure 112014096521709-pat00020
    = 몸체 부재의 굴절율
    Figure 112014096521709-pat00021
    = 측정 대상 물질의 굴절율
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JP2003215035A (ja) 2002-01-18 2003-07-30 Res:Kk 屈折率測定装置
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