KR101825159B1 - 난반사 감소 기능이 부가된 이종의 반사경이 결합된 미세먼지 및 미생물 검출장치 - Google Patents

난반사 감소 기능이 부가된 이종의 반사경이 결합된 미세먼지 및 미생물 검출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 측정 샘플이 유입되며 내부가 반사경으로 구현된 샘플실, 입사광이 입사되는 광입사구, 상기 측정 샘플에 조사된 입사광을 사출하기 위한 제1광출사구 및 제2광출사구를 포함하는 샘플실 몸체, 상기 입사광이 상기 광입사구로 조사되어 상기 제2 광출사구로 사출되도록 상기 입사광의 광로를 제한하고, 상기 입사광에 유입되는 주변광을 차단하는 송광부 및 상기 제1광출사구로부터 사출되는 출사광을 제1경로 및 제2경로로 분리하여 전달하고, 상기 제1경로로 전달된 출사광으로부터 산란광을 검출하며 상기 제2경로로 전달된 출사광에 유입되는 주변광을 차단하여 형광을 검출하는 수광부를 포함한다.

Description

난반사 감소 기능이 부가된 이종의 반사경이 결합된 미세먼지 및 미생물 검출장치{HETEROGENEOUS MIRROR COUPLED DETECTION APPARATUS FOR MICRO DUST AND ORGANISM ADDING FUNCTION OF DECREASING SCATTERDE REFLECTION OF LIGHT}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이종의 반사경이 결합되어 미세 먼지 및 미생물을 동시에 검출할 수 있고, 난반사 감소 기능이 부가되어 미세먼지 및 미생물 검출 능력을 크게 향상 시킬 수 있는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치에 관한 것이다.
산업이 발전함에 따라 오염 물질 발생 역시 크게 증가하고 있으며, 이러한 오염 물질에는 미세 먼지나 미생물 등 다양한 유해 물질이 포함되어 있다. 최근에는 이러한 오염 물질 중 미세 먼지나 미생물과 같이 주변에서 흔하게 접할 수 있는 물질이 인체에 치명적인 영향을 미칠 수 있다는 사실이 밝혀지고 있으며, 국가적 차원에서도 일기 예보 등을 통해 황사, 미세 먼지 농도 등을 예보하고 있다. 미세 먼지와 미생물에 대한 실질적인 피해를 예방하고 최소화하기 위해서는 국가적 또는 지역적인 규모의 예보 외에도, 사람이 많이 모이는 공공장소나 시설 내에서 지속적인 모니터링과 그에 대응한 조치가 필수적이다. 이러한 요구에 따라 미세 먼지와 미생물을 매우 정밀하게 검출할 수 있는 장치에 대한 연구 개발이 지속적으로 수행되고 있다. 종래의 미생물 검출 기술은 대기 중에서 측정을 위한 샘플을 포집하고, 포집된 샘플을 배지에서 배양하며, 배양된 미생물 군의 개수 및 동종을 통해 미생물을 검출하는 과정을 거쳤다. 그러나 이러한 방법은 포집된 미생물을 배양하는데 수시간 내지 수일 이상의 시간이 필요한 단점이 있어, 최근에는 실시간으로 대기 상태를 모니터링할 수 있는 광학 검출기에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
도 1은 미세 먼지 및 미생물을 검출하기 위한 종래의 광학 검출기를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 광학 검출기는 내벽면이 타원경(32)으로 이루어진 샘플실(31) 내에 측정 샘플 에어로졸을 유입시킨 상태에서 광원부(33)가 샘플실(31) 내 측정 샘플에 광을 조사하고, 측정 샘플에 충돌하여 발생하는 산란광과 형광을 각각 집광하여 미세 먼지와 미생물을 검출한다. 그러나 종래의 광학 검출기는 광원부(33)가 조사하는 광이 광학 검출기 내부에서 난반사되는 것을 감소시킬 수 없기 때문에 광 노이즈가 발생할 우려가 크다. 또한, 난반사의 원인이 될 수 있는 광의 경로를 제한할 수 없기 때문에 검출 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는 미세먼지 및 미생물 검출 과정에서 주변광에 의한 광 노이즈를 최소화함으로써 검출 능력을 극대화시킬 수 있는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적인 과제는 면광원에서 조사되어 난반사의 원인이 될 수 있는 광의 경로를 제한하여 난반사를 감소시킬 수 있는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 측정 샘플이 유입되며 내부가 반사경으로 구현된 샘플실, 입사광이 입사되는 광입사구, 상기 측정 샘플에 조사된 입사광을 사출하기 위한 제1광출사구 및 제2광출사구를 포함하는 샘플실 몸체, 상기 입사광이 상기 광입사구로 조사되어 상기 제2 광출사구로 사출되도록 상기 입사광의 광로를 제한하고, 상기 입사광에 유입되는 주변광을 차단하는 송광부 및 상기 제1광출사구로부터 사출되는 출사광을 제1경로 및 제2경로로 분리하여 전달하고, 상기 제1경로로 전달된 출사광으로부터 산란광을 검출하며 상기 제2경로로 전달된 출사광에 유입되는 주변광을 차단하여 형광을 검출하는 수광부를 포함한다.
상기 송광부는, 평면광원에서 발산되는 광을 평행광으로 만드는 제1 렌즈, 상기 제1 렌즈가 만든 평행광을 상기 반사경의 초점으로 집광하는 제2 렌즈, 상기 평면광원과 상기 제1 렌즈 사이에 위치되며, 상기 평면광원에서 발산되는 광의 광로를 제한하는 제1 광조절 유닛, 상기 제1 광조절 유닛과 상기 제1 렌즈 사이에 위치하며, 상기 제1 렌즈로 조사되는 광의 경로를 제한하는 제2 광조절 유닛, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이에 위치하며, 특정 파장의 평행광만을 통과시키는 필터부, 상기 필터부와 상기 제2 렌즈 사이에 위치하며, 상기 제2 렌즈로 조사되는 광의 경로를 제한하는 제3 광조절 유닛 및 상기 제2 렌즈와 상기 샘플실 몸체 사이에 위치하며, 상기 광입사구로 조사되는 광의 경로를 제한하는 제4 광조절 유닛을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 광조절 유닛 각각은 중심부에 개구가 형성될 수 있다.
상기 제1 광조절 유닛은 상기 평면광원의 일측 끝에서 발산되는 광의 경로를 제한할 수 있다.
상기 제2 광조절 유닛은 상기 제1 렌즈가 평행광을 만들 수 있도록 상기 제1 렌즈로 조사되는 광의 광로를 제한할 수 있다.
상기 제3 광조절 유닛은 상기 제2 렌즈가 상기 제1 렌즈가 만든 평행광을 상기 반사경의 초점으로 집광할 수 있도록 상기 제2 렌즈로 조사되는 광의 광로를 제한할 수 있다.
상기 제4 광조절 유닛은 상기 평면광원의 타측 끝에서 발산되는 광의 경로를 제한할 수 있다.
상기 반사경은 상부인 정원경의 일부와 하부인 타원경의 일부가 결합된 형태이며, 상기 정원경은 상기 제1광출사구에 대응되도록 개구가 형성될 수 있다.
상기 정원경의 중심은 상기 타원경의 제1초점일 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 주변광에 의한 광 노이즈를 최소화함으로써 미세 먼지 및 미생물 검출 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 정원경과 타원경을 결합하여 샘플실의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 입사광의 반사 횟수를 줄여 신호감쇄를 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 난반사광의 입사를 최소화하여 노이즈 비율을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 난반사광의 입사를 최소화하여 수광부의 광 센서의 포화를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 광 입사구로 조사되는 광의 경로를 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 광 입사구로 조사된 입사광이 제2 광출사구로 사출되도록 광의 경로를 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 송광부에 포함된 렌즈가 평면광원에서 사출된 광을 평행광으로 만들 수 있도록 광의 경로를 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 송광부에 포함된 렌즈가 평행광을 반사경의 초점으로 집광할 수 있도록 광의 경로를 조절할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 미세 먼지 및 미생물을 검출하기 위한 종래의 광학 검출기를 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치를 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 정원경과 타원경의 관계를 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 샘플실에서 빛의 경로를 나타내는 도이다.
도 5는 볼 발명에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치의 (a)평면광원에서 조사되는 광원의 경로 및 (b)평면광원에 광조절유닛이 결합된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 광조절 유닛들의 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제1 렌즈를 위한 제2 광조절 유닛의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 제2 렌즈를 위한 제3 광조절 유닛의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 제1 광조절 유닛의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 제4 광조절 유닛의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 송광부에 광조절 유닛이 장착되지 않은 수광부의 광 센서가 수신한 DC파형을 나타내는 도이다.
도 12는 본 발명에 따른 수광부의 광 센서가 수신한 DC파형을 나타내는 도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하의 설명에서 동일한 식별 기호는 동일한 구성을 의미하며, 불필요한 중복적인 설명 및 공지 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치를 나타내는 도이고, 도 3은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 정원경과 타원경의 관계를 나타내는 도이고, 도 4는 본 발명에 따른 샘플실에서 빛의 경로를 나타내는 도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치(이하, '검출 장치'라 함, 10)는 내부에 샘플실(110)을 제공하는 샘플실 몸체(100), 샘플실(110)에 광을 조사하는 송광부(200), 샘플실(110)로부터 사출되는 산란광(Scattering Light) 및 형광(Fluorescence Light)을 검출하는 수광부(300)을 포함한다.
샘플실 몸체(100)가 제공하는 샘플실(110)은 상부인 정원경(120)의 일부와 하부인 타원경(130)의 일부가 결합된 형태로 구성될 수 있고, 샘플실(110)의 내벽의 일부 또는 전부에는 거울면, 즉 정원경(Circular mirror,120) 또는 타원경(Elliptical mirror, 130)이 배치되며, 샘플실(110) 내부에는 샘플 유입구(151)를 통해 측정 샘플, 예컨대 샘플 에어로졸이 유입된다.
또한, 샘플실 몸체(100)의 샘플 유입구(151)에는 노즐부(미도시)의 유입 노즐이 연결되고, 상기 유입 노즐을 통해 측정하고자 하는 샘플 에어로졸이 샘플실(110)로 유입되며, 상기 샘플 에어로졸의 유입 위치는 송광부(200)의 입사광이 포커싱되는 제1초점(131)부분이다.
도면에 도시되지는 않았지만, 샘플 유입구(151)의 반대측 샘플실 몸체(100)에는 샘플 배출구가 구비되어 유입된 샘플 에어로졸을 샘플실(110) 외부로 배출할 수 있다.
샘플실(110) 내의 정원경(120)의 중심은 타원경(130)의 제1초점(131)이며, 정원경(120)에는 제1광출사구(170)에 대응되도록 개구(121)가 형성되어 있다.
샘플실(110) 내의 타원경(130)은 2개의 초점(131 및 132)을 가질 수 있으며, 송광부(200)로부터 입사된 광이 실질적으로 타원경(130)의 제1초점(131)으로 수렴되어 에어로졸로 유입되는 측정 샘플에 조사되고, 측정 샘플 내 입자와 충돌한 광은 산란하여 굴절되면서 타원경(130)에 의해 상기 타원경(130)과 결합된 정원경(120)의 개구를 통해 상기 타원경(130)의 제2초점(132)을 향하여 샘플실(110)의 외부로 사출된다.
도 4를 참조하면, 광입사구(160)로 입사된 광은 실질적으로 타원경(130)의 제1초점(131)으로 수렴되어 에어로졸로 유입되는 측정 샘플에 조사되고, 측정 샘플 내 입자와 충돌한 광은 산란하여 굴절된다.
산란하여 굴절된 광 중 타원경(130)으로 굴절된 광은 타원경(130)에 의해 제2초점(132)으로 향하여 제1광출사구(170)를 통하여 외부로 사출된다.
산란하여 굴절된 광 중 정원경(120)으로 굴절된 광은 정원경(120)에 의해 타원경(130)의 제1초점(131)으로 향하게 되고, 타원경(130)의 제1초점(131)을 지난 광은 타원경(130)에 의해 제2초점(132)으로 향하여 제1광출사구(170)를 통하여 외부로 사출된다.
샘플실(110)이 상부인 정원경(120)의 일부와 하부인 타원경(130)의 일부가 결합되어 구성된 경우 최대 2번의 반사에 의해 입사된 광이 타원경(130)에 의해 제2초점(132)으로 향하여 제1광출사구(170)를 통하여 외부로 사출되고, 신호 감쇄는 반사경에 반사되는 횟수에 비례하므로 본 발명의 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 반사에 의한 신호 감쇄를 최소화 할 수 있다.
상기 최대 2번의 반사라는 것에 관하여 좀 더 상세히 설명하면, 샘플실(110) 내의 반사경이 타원경만으로 이루어진 경우 산란하여 굴절된 광 중 상기 타원경의 제2초점 방향으로 굴절된 광은 상기 타원경에 의해 반사되어 상기 제2초점을 통과하고 상기 제2초점을 통과한 광은 상기 타원경에 의해 다시 제1초점으로 반사된다.
이때, 상기 타원경에 의해 상기 제1초점으로 반사된 광은 상기 제1초점을 통과하고 상기 제1초점을 통과한 광은 상기 타원경에 의해 상기 제2초점으로 다시 반사되며 상기 제2초점을 통과한 광은 비로소 상기 타원경 상부에 형성된 광출사구를 통하여 외부로 사출된다.
즉, 상기 타원경의 제2초점 방향으로 굴절된 광은 적어도 3번의 반사에 의해 상기 타원경 상부에 형성된 광출사구를 통하여 외부로 사출되므로 본 발명의 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치와 비교해 볼 때, 반사경이 타원경만으로 이루어진 경우 반사경의 반사에 의하여 감쇄되는 신호가 훨씬 더 크다고 볼 수 있다.
반면, 본 발명의 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치의 경우 산란하여 굴절된 광 중 상기 타원경(130)의 제2초점(132) 방향으로 굴절된 광은 정원경(120)에 의해 반사되어 정원경(120)의 중심인 타원경(130)의 제1초점(131)으로 반사되고 제1초점(131)을 통과한 광은 타원경(130)에 의해 제2초점(132)으로 향하여 제1광출사구(170)를 통하여 외부로 사출된다.
즉, 타원경(130)의 제2초점 방향으로 굴절된 광은 최대 2번의 반사에 의해 정원경(120) 상부에 형성된 제1광출사구(170)를 통하여 외부로 사출되므로 본 발명의 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 반사경의 반사에 의한 신호 감쇄를 최소화 할 수 있다.
또한, 샘플실(110)이 상부인 정원경(120)의 일부와 하부인 타원경(130)의 일부가 결합되어 구성된 경우와 샘플실(110)이 타원경만으로 구성된 경우를 비교해 보면, 상부인 정원경(120)의 일부와 하부인 타원경(130)의 일부가 결합되어 샘플실(110)이 구성된 경우가 샘플실(110)의 크기가 상대적으로 더 작다.
그러므로 본 발명의 일실시예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 샘플실(110)이 타원경만으로 구성된 미세 먼지 및 미생물 검출 장치와 비교할 때 소형화 가능성이 훨씬 높다고 볼 수 있다.
샘플실(110)에 광을 조사하는 송광부(200)는 평면광원(210), 제1 렌즈(220), 제2 렌즈(230), 제2 광조절 유닛(240), 제3 광조절 유닛(250), 제1 광조절 유닛(260), 제4 광조절 유닛(270) 및 필터부(280)를 포함한다.
송광부(200)는 샘플실(110) 내로 조사되는 광을 샘플실(110) 내의 정해진 지점에 집광시킨다.
상기의 정해진 지점이란 타원경(130)의 제1초점(131)을 의미하며, 제1초점(131) 부위로는 측정 샘플 에어로졸이 유입되기 때문에, 송광부(200)의 광 초점과 측정 샘플의 유입 위치가 일치됨으로써 검출 장치(10)의 미세 먼지 및 미생물 검출 능력을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치의 (a)평면광원에서 조사되는 광원의 경로 및 (b)평면광원에 광조절유닛이 결합된 모습을 나타낸 도면이다.
평면광원(210)은 일정한 면적을 가지는 면광원이며, 이러한 면광원은 수 많은 점광원의 집합이라고 할 수 있다.
평면광원(210)을 이루는 각각의 점광원들이 발산하는 광의 발산 각은 같다고 할 수 있지만, 평면광원(210)에서 상기 각각의 점광원들의 절대위치가 상이하므로, 상기 각각의 점광원에서 발산되는 광의 경로는 서로 다르다.
평면광원(210)은 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 UV광을 광입사구(160)를 통하여 샘플실(110) 내의 측정 샘플에 조사하며, 상기 조사된 UV광은 샘플실(110)로 유입되는 에어로졸 입자와 충돌하여 산란광(scattering light)과 형광(fluorescence light)을 발생시킨다.
이때, 송광부(200)의 발광 요소인 평면광원(210)은 샘플실(110)로 입사되는 방향, 즉 광입사구(160) 방향으로 광을 방출하도록 배치될 수 있으며, 미세 먼지와 미생물의 동시 검출에 적합한 266㎚ 내지 405㎚의 UV 영역의 광을 방출할 수 있다. 바람직하게는 340㎚ 내지 380㎚의 UV 영역의 광을 방출하여 비생물(inanimate object)의 형광을 최소화시킬 수 있다.
도 5의 (a)를 참조하면, 평면광원(210)의 일측 끝(211)에서 발산되는 광, 평면광원(210)의 중심(212)에서 발산되는 광 및 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광의 경로가 상이함을 알 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 평면광원(210)은 일반적으로 사각형(210)이다. 사각형인 평면광원(210)을 그대로 이용하면 평면광원(210)에서 샘플실(110)로 조사되어 타원경(130)의 제1초점(131)에 형성되게 되는 초점의 모양도 사각형이 되고, 샘플실(100)의 광입사구(160)로 입사되는 광의 형태 또는 제1 광출사구(170) 및 제2 광출사구(180)에서 사출되는 광의 형태도 사각형이 된다.
만약. 입사되는 광과 출사되는 광이 사각형 형태이면, 샘플실(110)의 광입사구(160), 제1 광출사구(170) 및 제2 광출사구(180)도 사각형으로 형성되어야 하기 때문에, 입사되는 광 및 출사되는 광과 똑같은 사각형의 형태로 샘플실(110)의 광입사구(160), 제1 광출사구(170) 및 제2 광출사구(180)가 가공되어야 하기 때문에 일반적인 것보다 훨씬 정밀한 가공이 요구된다.
또한, 평면광원(210) 조립 과정에서 약간의 오차만 발생하여도 샘플실(110)에 형성된 샘플실(110)의 광입사구(160), 제1 광출사구(170) 및 제2 광출사구(180)와 광의 경로가 어긋나 광 노이즈를 발생시킬 수 있다.
이러한 문제가 발생되는 것을 방지하기 위하여, 본 발명에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 도 5의 (b)에서 보는 바와 같이 평면광원(210)에 광조절 유닛(미도시)이 결합되어 광조절 유닛 중앙에 형성된 개구(214)를 통하여 원형의 광을 발산한다.
이렇게 평면광원(210)이 원형의 광을 발산하면, 샘플실(110)의 광입사구(160), 제1 광출사구(170) 및 제2 광출사구(180) 모두를 원형으로 가공하면 되기 때문에 가공이 용이하며, 평면광원(210) 조립 과정에서 오차가 발생되어도 광조절 유닛에 의하여 원형의 광이 발산되므로 샘플실(110)의 광입사구(160), 제1 광출사구(170) 및 제2 광출사구(180)와 광의 경로가 어긋나서 발생되는 광 노이즈의 발생을 없앨 수 있다.
제1 렌즈(220)는 평면광원(210)에서 발산되는 광을 평행광으로 만든다.
제2 렌즈(230)는 제1 렌즈(220)가 만든 평행광을 샘플실(110) 내부의 반사경의 초점(151)으로 집광한다.
도 6은 본 발명에 따른 광조절 유닛들의 예시도이다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 복수의 광조절 유닛들(a1, a2, a3, a4) 각각의 중심부에는 평면광원(210)로 부터의 입사광을 통과시키기 위한 개구(apperture)가 형성된다.
이때, 복수의 광조절 유닛들(a1, a2, a3, a4) 각각의 개구는 후술하는 광조절 유닛의 역할에 따라 각각의 크기가 설정될 수 있다.
복수의 광조절 유닛들(a1, a2, a3, a4)은 평면광원(210)으로부터 발산되는 광의 경로를 제한하여 난반사를 줄이는 기능을 수행한다.
도 7은 본 발명에 따른 제1 렌즈를 위한 제2 광조절 유닛의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 평면광원(210) 중심(212)에 위치하는 점광원에서 발산된 광의 경로는 제2 광조절 유닛(240)에 의해 결정되는 것을 알 수 있다.
광학 렌즈는 렌즈의 특성이 정의되는 영역의 크기를 의미하는 클리어 어퍼쳐(Clear Aperture, CA, 이하 CA) 값을 가지고 있으며, CA 값을 넘는 영역으로 광이 조사되면 광한 렌즈의 특성이 발현되지 않을 수 있다. 따라서 평면광원(210)에서 발산되는 광의 경로가 CA 값을 넘어가지 않도록 광의 경로가 제한되어야 한다.
도 7을 참조하면, 평면광원(210)에서 발산되는 광은 제2광조절 유닛에 의해 제1 렌즈(220)의 CA를 넘는 광의 경로(광로)가 제한되어 제1 렌즈(220)는 조사된 모든 광을 평행광으로 만들 수 있다.
평면광원(210)의 일측 끝(211)에서 발산되는 광은 제2 광조절 유닛(240)에 의해 광로가 제한된다. 이에 관하여 좀 더 상세히 살펴보면, 제1 렌즈(220)의 CA 값은 maxCA1이다. 제2 광조절 유닛(240)에 의하여 평면광원(210)의 일측 끝(211)에서 발산되는 광의 경로(211(a), 211(b))가 제한되어 제1 렌즈(220)를 통과하는 광의 경로(211(c), 211(d))는 maxCA1 값을 넘어가지 않게 된다.
평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광 역시 제2 광조절 유닛(240)에 의해 광로가 제한된다. 이에 관하여 좀 더 상세히 살펴보면, 제2 광조절 유닛(240)에 의하여 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광의 경로(213(a), 213(b))가 제한되어 제1 렌즈(220)를 통과하는 광의 경로(213(c), 213(d))는 maxCA1 값을 넘어가지 않게 된다.
도 7을 참조하여, 제2 광조절 유닛(240)의 위치와 개구의 크기에 관하여 살펴보면, 평면광원(210)은 제1 렌즈(220)의 초점 거리에 위치한다.
첫 번째로 평면광원(210)의 일측 끝(211)에서 발산되는 광의 경로(211(a), 211(b))가 제1 렌즈(220)를 통과할 때 제1 렌즈(220)를 통과하는 광의 경로(211(c), 211(d))가 maxCA1 값을 넘지 않는 최대 값이 되도록 제2 광조절 유닛(240)의 위치와 개구의 크기를 결정한다.
두 번째로 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광의 경로(213(a), 213(b))가 제1 렌즈(220)를 통과할 때 제1 렌즈(220)를 통과하는 광의 경로(213(c), 213(d))가 maxCA1 값을 넘지 않는 최대 값이 되도록 제2 광조절 유닛(240)의 위치와 개구의 크기를 결정한다.
도 7을 참조하면, 상기 첫 번째와 두 번째의 광의 경로가 만나는 지점에 제2 광조절 유닛(240)이 위치하는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 제2 렌즈를 위한 제3 광조절 유닛의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
제3 광조절 유닛(250)은 제2 렌즈(230)의 CA를 위한 광조절 유닛으로 기능한다.
도 8을 참조하면, 평면광원(210)의 일측 끝(211)에서 발산되는 광의 경로(211(a), 211(b)) 중 아래쪽 광의 경로(211(b))를 넘는 광은 제3 광조절 유닛(250)에 의하여 제한되는 것을 알 수 있다.
또한, 평면광원(210)의 일측 끝(211)에서 발산되는 광의 경로(211(a), 211(b)) 중 아래쪽 광의 경로(211(b))가 제2 렌즈(230)를 통과하는 광의 경로(211(d))가 CA에 가장 큰 영향을 주는 것을 알 수 있다.
따라서, 평면광원(210)의 일측 끝(211)에서 발산되는 광의 경로(211(a), 211(b)) 중 아래쪽 광의 경로(211(b))가 제2 렌즈(230)의 CA 값을 넘지 않도록 제3 광조절 유닛(250)의 위치와 개구의 크기를 결정할 수 있다.
즉, 평면광원(210)의 일측 끝(211)에서 발산되는 광의 경로(211(a), 211(b)) 중 아래쪽 광의 경로(211(b))가 제2 렌즈(230)의 maxCA2 점을 지나는 광의 경로를 그릴 때 제3 광조절 유닛(250)은 상기 광의 경로(광로)에 위치하며, 평면광원(210)의 중앙(212)에서 발산되는 광의 광로와 만나는 지점이 된다. 이때, maxCA2 값은 제2 렌즈(230)의 CA 값이다.
평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광의 경로(213(a), 213(b)) 중 위쪽 광의 경로(213(a))를 넘는 광은 제3 광조절 유닛(250)에 의하여 제한되는 것을 알 수 있다.
또한, 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광의 경로(213(a), 213(b)) 중 위쪽 광의 경로(213(a))가 제2 렌즈(230)를 통과하는 광의 경로(213(c))가 CA에 가장 큰 영향을 주는 것을 알 수 있다.
따라서, 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광의 경로(213(a), 213(b)) 중 위쪽 광의 경로(213(a))가 제2 렌즈(230)의 CA 값을 넘지 않도록 제3 광조절 유닛(250)의 위치와 개구의 크기를 결정할 수 있다.
즉, 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광의 경로(213(a), 213(b)) 중 위쪽 광의 경로(213(a))가 제2 렌즈(230)의 maxCA2 점을 지나는 광의 경로를 그릴 때 제3 광조절 유닛(250)은 상기 광의 경로(광로)에 위치하며, 평면광원(210)의 중앙(212)에서 발산되는 광의 광로와 만나는 지점이 된다. 이때, maxCA2 값은 제2 렌즈(230)의 CA 값이다.
도 9는 본 발명에 따른 제1 광조절 유닛의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 만일 제1 광조절 유닛(260)이 존재하지 않는 경우 평면광원(210)의 일측 끝(211)에서 발산되는 광의 경로 중 위쪽 광의 경로(211(a))는 샘플실(110)에서 제2 광출사구(180) 방향의 광로(180(c))를 형성함을 알 수 있다.
또한, 제1 광조절 유닛(260)이 존재하지 않는 경우 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광의 경로 중 아래쪽 광의 경로(213(b))는 샘플실(110)에서 제2 광출사구(180) 방향의 광로(180(d))를 형성함을 알 수 있다.
또한, 평면광원(210)의 중앙(212)에서 발산되는 광의 경로는 샘플실(110)에서 제2 광출사구(180) 방향의 광로(180(a), 180(b))를 형성함을 알 수 있다.
따라서, 만일 제1 광조절 유닛(260)이 존재하지 않는 경우에는 평면광원(210)의 일측 끝(211) 및 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광이 형성하는 광로가 평면광원(210)의 중앙(212)에서 발산되는 광의 경로보다 넓게 형성되는 것을 알 수 있다. 즉, 평면광원(210)의 일측 끝(211) 및 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광의 분포가 평면광원(210)의 중앙(212)에서 발산되는 광의 분포보다 크다는 것을 의미한다.
일반적으로 샘플실(110)에 형성된 제2 광출사구(180)의 크기는 평면광원(210)의 중앙(212)에서 발산되는 광의 분포와 매칭되도록 형성된다. 따라서, 평면광원(210)의 일측 끝(211) 및 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광의 분포가 평면광원(210)의 중앙(212)에서 발산되는 광의 분포보다 크면 평면광원(210)의 일측 끝(211) 및 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광 중 제2 광출사구(180)로 출사되지 못한 광은 샘플실(110) 내부에서 난반사를 일으켜 수광부(300)에서 노이즈로 작용하게 된다.
도 9를 참조하면, 평면광원(210)의 일측 끝(211) 및 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광 중 제2 광출사구(180)로 출사되지 못한 광의 광로(211(a), 213(b)) 중 위쪽 광로(211(a))는 제1 광조절 유닛(260)에 의해 제한되고, 아래쪽 광로(213(b))는 서브 제1 광조절 유닛(260(a), 260(b))에 의해 제한된다. 이때, 제1 광조절 유닛(260)과 서브 제1 광조절 유닛(260(a), 260(b)) 모두를 사용하는 것이 바람직하나 구조를 단순화하기 위하여 제1 광조절 유닛(260)만을 사용할 수 있다.
제1 광조절 유닛(260)을 이용하면, 평면광원(210)의 일측 끝(211) 및 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광 중 제2 광출사구(180)로 출사되지 못한 광의 약 50퍼센트를 감소시킬 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 제4 광조절 유닛의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 만일 제4 광조절 유닛(270)이 존재하지 않는 경우 평면광원(210)의 일측 끝(211)에서 발산되는 광의 경로 중 아래쪽 광의 경로(211(b))는 광입사구(160) 방향의 광로(211(d))를 형성함을 알 수 있다.
또한, 제4 광조절 유닛(270)이 존재하지 않는 경우 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광의 경로 중 위쪽 광의 경로(213(a))는 광입사구(160) 방향의 광로(213(c))를 형성함을 알 수 있다.
또한, 평면광원(210)의 중앙(212)에서 발산되는 광의 경로(212(a), 212(b))는 광입사구(160) 방향의 광로(160(a), 160(b))를 형성함을 알 수 있다.
따라서, 만일 제4 광조절 유닛(270)이 존재하지 않는 경우에는 평면광원(210)의 일측 끝(211) 및 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광이 광입사구(160)에서 형성하는 광로가 평면광원(210)의 중앙(212)에서 발산되는 광이 광입사구(160)에서 형성하는 광의 경로보다 넓게 형성되는 것을 알 수 있다.
즉, 평면광원(210)의 일측 끝(211) 및 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광이 광입사구(160)에서 형성하는 광의 분포가 평면광원(210)의 중앙(212)에서 발산되는 광이 광입사구(160)에서 형성하는 광의 분포보다 크다는 것을 의미한다.
일반적으로 샘플실(110)과 연결되는 광입사구(160)의 크기는 평면광원(210)의 중앙(212)에서 발산되는 광의 분포와 매칭되도록 형성된다. 따라서, 평면광원(210)의 일측 끝(211) 및 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광이 광입사구(160)에서 형성하는 광의 분포가 평면광원(210)의 중앙(212)에서 발산되는 광이 광입사구(160)에서 형성하는 광의 분포보다 크면 평면광원(210)의 일측 끝(211) 및 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광 중 광입사구(160)로 조사되지 못한 광은 광 노이즈로 작용할 수 있다.
도 10을 참조하면, 평면광원(210)의 일측 끝(211) 및 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광 중 광입사구(160)보다 외곽으로 조사되는 광의 광로(211(d), 213(c)) 중 위쪽 광로(213(c))는 제4 광조절 유닛(270)에 의해 제한되고, 아래쪽 광로(211(d)) 역시 제4 광조절 유닛(270)에 의해 제한된다.
제4 광조절 유닛(270)을 샘플실(110) 가까이로 이동하고, 제4 광조절 유닛(270)에 형성된 개구의 크기를 줄이면 광입사구(160)로 조사되는 광의 분포를 최적화할 수 있으나 샘플실(110)을 형성하기 위하여 상부몸체(140) 및 하부몸체(150)가 필요하므로 현실적으로 제4 광조절 유닛(270)은 상부몸체(140) 및 하부몸체(150)의 외벽에 위치시키는 것이 현실적으로 가장 좋은 방법이라고 판단된다.
제4 광조절 유닛(270)을 이용하면, 평면광원(210)의 일측 끝(211) 및 평면광원(210)의 타측 끝(213)에서 발산되는 광 중 광입사구(160)의 외부로 조사되는 광의 약 50퍼센트(최대 78퍼센트)를 감소시킬 수 있다.
필터부(280)는 평면광원(210)이 발산하는 광 중 266㎚ 내지 405㎚ 영역 바람직하게는 340㎚ 내지 380㎚의 UV 영역의 광만이 통과되도록 평면광원(210)이 발산하는 광을 필터링한다.
도 11은 송광부에 광조절 유닛이 장착되지 않은 수광부의 광 센서가 수신한 DC파형을 나타내는 도이고, 도 12는 본 발명에 따른 수광부의 광 센서가 수신한 DC파형을 나타내는 도이다.
이때, 도 11(a)는 송광부(200)의 LED를 on/off 하는 타이밍을 나타내며, 도 11(b)는 송광부(200)에 광조절 유닛이 장착되지 않은 형광수광부(320)의 출력 전압 DC파형의 예시이며, 도 12(a)는 본 발명에 따른 형광수광부(320)의 출력 전압 DC파형의 예시이며, 도 12(b)는 본 발명에 따른 검출장치(10)의 샘플 유입구(151)로 미생물이 유입된 경우의 형광수광부(320)의 출력 전압 DC파형의 예시를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 도 11(b)에 표시된 (1)은 형광수광부(320) 검출 센서의 한계 치(Saturation voltage)를 나타내며, (2)는 LED on 구간에서 발생하는 출력 전압을 나타낸다.
도 11(b)에 표시된 (2)에 관하여 살펴보면, 송광부(200)의 LED가 on되면 인코히어런트 옵티컬 소스(incoherent optical source)인 LED의 특성에 의한 난반사로 광 노이즈가 발생하게 되므로 송광부(200)에 광조절 유닛이 장착되지 않은 형광수광부(320)의 출력 전압 DC파형은 형광수광부(320) 검출 센서의 한계 치(Saturation voltage)에 근접되어 있는 것을 알 수 있다.
이렇게 검출 센서의 한계치에 근접한 DC 파형이 출력되면, 형광수광부(320)에서 출력하는 신호에 미생물 검출 신호가 나타나지 않거나 미생물 검출 신호가 왜곡될 수 있기 때문에 미생물 검출률을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다.
도 12를 참조하면, 도 12(a)에 표시된 (1)은 형광수광부(320) 검출 센서의 한계 치(Saturation voltage)를 나타내며, (2)는 LED on 구간에서 발생하는 출력 전압을 나타낸다.
도 11 및 도 12를 참조하여 도 12(a)에 표시된 (2)에 관하여 살펴보면, 송광부(200)의 LED가 on되어도 인코히어런트 옵티컬 소스(incoherent optical source)인 LED의 특성에 의해 발생한 광 노이즈가 송광부에 광조절 유닛이 장착되지 않은 도 11(b)에 표시된 (2)와 비교할 때 형광수광부(320)의 출력 전압 DC파형은 형광수광부(320) 검출 센서의 한계 치(Saturation voltage)와 상당한 차이가 있는 것을 알 수 있다.
도 12(b)에 표시된 (1)은 형광수광부(320) 검출 센서의 한계 치(Saturation voltage)를 나타내고, (2)는 LED on 구간에서 샘플 유입구(151)로 미생물이 유입된 경우의 형광수광부(320)의 출력 전압 DC파형의 예시를 나타내며, (3)은 미생물의 형광 반응으로 인한 검출 신호의 예시를 나타낸다.
도 12(b)에 표시된 (2) 및 (3)에 관하여 살펴보면, 형광수광부(320)의 출력 전압 DC파형이 형광수광부(320) 검출 센서의 한계 치(Saturation voltage)와 상당한 차이가 있으며, 미생물의 형광 반응으로 인하여 2 개의 피크가 형성된 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따라 난반사를 감소시키면 송광부(200)의 LED가 on되어도 형광수광부(320)의 출력 전압 DC파형은 형광수광부(320) 검출 센서의 한계 치와 상당한 차이가 있는 낮은 DC 접압이 출력되며, 미생물의 형광 반응으로 인하여 생성된 피크인 미생물 검출 신호가 명확하게 검출되는 것을 알 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 샘플실(110)의 제1광출사구(170)로부터 사출되는 산란광 및 형광을 검출하는 수광부(300)는 광학계(310), 형광수광부(320) 및 산란광수광부(330)를 포함한다.
광학계(310)는 샘플실 몸체(100)의 제1광출사구(170) 외측에 배치되며, 난반사감소부(311), 제1집광렌즈부(312), 분광요소(313), 제2집광렌즈부(314) 및 제3집광렌즈부(315)를 포함할 수 있다.
난반사감소부(311)는 중심부에 개구가 형성되어 상기 제1광출사구(170)로부터 사출되는 광을 통과시킬 수 있다.
난반사감소부(311)는 중심에 개구가 형성된 원판형 구조이거나 경통 일체형 구조일 수 있다.
제1집광렌즈부(312)는 샘플실(110)의 제1광출사구(170)로부터 사출되는 광(예컨대, 산란광 및 형광)을 평행 빔으로 만드는 역할을 수행한다.
분광요소(313)는 제1집광렌즈부(312)를 통과하는 광 중에서 파장이 변화된 형광은 제1경로로 통과시키고, 파장이 변화되지 않은 산란광은 제2경로로 경로를 변경시킨다.
분광요소(313)를 그대로 통과하는 형광의 상기 제1경로에는 제2집광렌즈부(314)가 배치되고, 분광요소(313)에서 경로가 변경된 산란광의 상기 제2경로에는 제3집광렌즈부(315)가 배치될 수 있다.
분광요소(313) 및 형광수광부(320) 사이에 배치되는 제2집광렌즈부(314)는 분광요소(313)를 통과한 평행 산란광을 형광수광부(320)로 수렴시키는 역할을 수행하며, 분광요소(313) 및 산란수광부(330) 사이에 배치되는 제3집광렌즈부(315)는 분광요소(313)에서 경로가 변경된 평행 산란광을 산란수광부(330)로 수렴시키는 역할을 수행한다.
형광수광부(320) 및 산란수광부(330) 각각은 제2집광렌즈부(314) 및 제3집광렌즈부(315) 각각을 통해 전달된 광으로부터 먼지 및 미생물의 존재 여부와 그 양을 검출한다.
즉, 형광수광부(320) 및 산란수광부(330)는 샘플실(110) 외부로 사출된 산란광과 형광을 각각 수신하고 수신한 광에 대한 검출 신호를 발생하여 신호처리부(미도시)로 전송한다.
미생물에 의한 자기 형광의 경우에는 산란광에 비해 매우 미세한 신호이기 때문에, 형광수광부(320)는 광전자 증폭관(Photo Multiplier Tube, PMT)으로 구현될 수 있으며, 검출되는 형광은 미생물의 존재 유무와 그 양에 대한 정보를 포함할 수 있다.
산란수광부(330)는 포토다이오드(photodiode)로 구현될 수 있고, 산란수광부(330)에 의해 검출되는 산란광은 미세 먼지 존재 유무와 그 양에 대한 정보를 포함할 수 있다.
형광수광부(320) 및 산란수광부(330)에서 검출된 신호는 상기 신호처리부로 전송되어 소정의 알고리즘에 따라 미세 먼지 및 미생물의 존재 유무와 양을 산출하게 된다.
실시 예에 따라, 검출 장치(10)는 샘플실 몸체(100)의 제2광출사구(180) 측에 광스토퍼부(400)를 더 포함할 수 있다.
광스토퍼부(400)는 샘플실(110)내로 입사된 주광선 중에 제1촛점을 지나지 않고 난반사되는 광을 제2광출사구(180)로 출사 시켜 정지시킨다.
즉, 광스토퍼부(400)는 샘플실(110)내로 입사된 주광선 중에 측정 샘플의 입자와 충돌하지 않은 광을 정지시키는 역할을 수행함으로써, 샘플실(110) 내에서 산란광 이외의 주변광이 제1광출사구(170)로 유입되는 것을 최소화할 수 있다.
광스토퍼부(400)는 원뿔형 부재(410)를 포함할 수 있으며, 원뿔형 부재(410)는 꼭지점이 출사되는 광의 경로를 향하도록 배치되고 그 둘레를 케이스(420)가 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 원뿔형 부재(410)에 충돌한 광이 직반사되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 원뿔형 부재(410)의 표면 및 그와 대응하는 부분의 케이스(420) 표면에는 스펀지 등과 같이 광을 흡수하는 부재가 배치될 수 있으며, 요철 구조로 구현될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 검출 장치(10)는 측정 샘플의 유입 위치와 송광부(200)의 입사광이 수렴되는 위치를 제1초점(131)으로 일치시키고, 샘플실(110) 내의 입사광이 과도하게 누광(light leakage)되는 것을 방지하여 검출 성능을 향상 시킨다.
여기서 사용된 '부'라는 용어는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 구분되는 구성 요소가 아니라는 점은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 적어도 하나로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.
이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 검출 장치 100: 샘플실 몸체 110: 샘플실
120: 정원경 130: 타원경 131: 제1초점
132: 제2초점 140: 상부 몸체 150: 하부 몸체
151: 샘플 유입구 160: 광입사구 170: 제1광출사구
180: 제2광출사구 200: 송광부 210: 평면광원
220: 제1 렌즈 230: 제2 렌즈
240: 제2 광조절유닛 250: 제3 광조절 유닛
260: 제1 광조절 유닛 270: 제4 광조절 유닛 280: 필터부
300: 수광부 311: 난반사감소부
312: 제1집광렌즈부 313: 분광요소
314: 제2집광렌즈부 315: 제3집광렌즈부 320: 형광수광부
330: 산란광수광부 400: 광스토퍼부 410: 원뿔형부제

Claims (9)

  1. 측정 샘플이 유입되며 내부가 반사경으로 구현된 샘플실, 입사광이 입사되는 광입사구, 상기 측정 샘플에 조사된 입사광을 사출하기 위한 제1광출사구 및 제2광출사구를 포함하는 샘플실 몸체;
    상기 입사광이 상기 광입사구로 조사되어 상기 제2 광출사구로 사출되도록 상기 입사광의 광로를 제한하고, 상기 입사광에 유입되는 주변광을 차단하는 송광부; 및
    상기 제1광출사구로부터 사출되는 출사광을 제1경로 및 제2경로로 분리하여 전달하고, 상기 제1경로로 전달된 출사광으로부터 산란광을 검출하며 상기 제2경로로 전달된 출사광에 유입되는 주변광을 차단하여 형광을 검출하는 수광부;를 포함하며,
    상기 송광부는,
    평면광원에서 발산되는 광을 평행광으로 만드는 제1 렌즈;
    상기 제1 렌즈가 만든 평행광을 상기 반사경의 초점으로 집광하는 제2 렌즈;
    상기 평면광원과 상기 제1 렌즈 사이에 위치되며, 상기 평면광원에서 발산되는 광의 광로를 제한하는 제1 광조절 유닛;
    상기 제1 광조절 유닛과 상기 제1 렌즈 사이에 위치하며, 상기 제1 렌즈로 조사되는 광의 경로를 제한하는 제2 광조절 유닛;
    상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이에 위치하며, 특정 파장의 평행광만을 통과시키는 필터부;
    상기 필터부와 상기 제2 렌즈 사이에 위치하며, 상기 제2 렌즈로 조사되는 광의 경로를 제한하는 제3 광조절 유닛; 및
    상기 제2 렌즈와 상기 샘플실 몸체 사이에 위치하며, 상기 광입사구로 조사되는 광의 경로를 제한하는 제4 광조절 유닛;을 포함하는 난반사 감소 기능이 부가된 이종의 반사경이 결합된 미세먼지 및 미생물 검출장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 광조절 유닛 각각은 중심부에 개구가 형성되는 난반사 감소 기능이 부가된 이종의 반사경이 결합된 미세먼지 및 미생물 검출장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 광조절 유닛은 상기 평면광원의 일측 끝에서 발산되는 광의 경로를 제한하는 난반사 감소 기능이 부가된 이종의 반사경이 결합된 미세먼지 및 미생물 검출장치.
  5. 제3항이 있어서,
    상기 제2 광조절 유닛은 상기 제1 렌즈가 평행광을 만들 수 있도록 상기 제1 렌즈로 조사되는 광의 광로를 제한하는 난반사 감소 기능이 부가된 이종의 반사경이 결합된 미세먼지 및 미생물 검출장치.
  6. 제3항이 있어서,
    상기 제3 광조절 유닛은 상기 제2 렌즈가 상기 제1 렌즈가 만든 평행광을 상기 반사경의 초점으로 집광할 수 있도록 상기 제2 렌즈로 조사되는 광의 광로를 제한하는 난반사 감소 기능이 부가된 이종의 반사경이 결합된 미세먼지 및 미생물 검출장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제4 광조절 유닛은 상기 평면광원의 타측 끝에서 발산되는 광의 경로를 제한하는 난반사 감소 기능이 부가된 이종의 반사경이 결합된 미세먼지 및 미생물 검출장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반사경은 상부인 정원경의 일부와 하부인 타원경의 일부가 결합된 형태이며, 상기 정원경은 상기 제1광출사구에 대응되도록 개구가 형성된 난반사 감소 기능이 부가된 이종의 반사경이 결합된 미세먼지 및 미생물 검출장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 정원경의 중심은 상기 타원경의 제1초점인 난반사 감소 기능이 부가된 이종의 반사경이 결합된 미세먼지 및 미생물 검출장치.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220096212A (ko) * 2020-12-30 2022-07-07 (주)미디어에버 실시간 미생물 종판별 장치 및 이를 이용한 미생물 종판별 방법
KR20220111360A (ko) * 2021-02-02 2022-08-09 (주)미디어에버 실시간 미생물 종판별 장치
KR20220111362A (ko) * 2021-02-02 2022-08-09 (주)미디어에버 실시간 미생물 종판별 통합 시스템
KR20230013872A (ko) * 2021-07-20 2023-01-27 (주)미디어에버 나노파티클 검출장치
KR20230013871A (ko) * 2021-07-20 2023-01-27 (주)미디어에버 나노파티클 검출장치의 진동저감 구조
KR20230013870A (ko) * 2021-07-20 2023-01-27 (주)미디어에버 나노파티클 검출장치
KR20230014482A (ko) * 2021-07-21 2023-01-30 (주)미디어에버 모니터링 pd가 구비된 나노파티클 검출장치 및 이를 이용한 나노파티클 검출방법
KR20230014484A (ko) * 2021-07-21 2023-01-30 (주)미디어에버 나노파티클 검출장치의 에어볼륨 증가구조

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101246661B1 (ko) 2012-06-28 2013-03-25 국방과학연구소 대기 중의 부유입자의 실시간 형광검출장치
KR101574435B1 (ko) 2014-09-04 2015-12-04 (주)아이씨디 미세먼지 및 미생물 검출 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101246661B1 (ko) 2012-06-28 2013-03-25 국방과학연구소 대기 중의 부유입자의 실시간 형광검출장치
KR101574435B1 (ko) 2014-09-04 2015-12-04 (주)아이씨디 미세먼지 및 미생물 검출 장치

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220096212A (ko) * 2020-12-30 2022-07-07 (주)미디어에버 실시간 미생물 종판별 장치 및 이를 이용한 미생물 종판별 방법
KR102469049B1 (ko) * 2020-12-30 2022-11-22 (주)미디어에버 실시간 미생물 종판별 장치 및 이를 이용한 미생물 종판별 방법
KR20220111360A (ko) * 2021-02-02 2022-08-09 (주)미디어에버 실시간 미생물 종판별 장치
KR20220111362A (ko) * 2021-02-02 2022-08-09 (주)미디어에버 실시간 미생물 종판별 통합 시스템
KR102469055B1 (ko) * 2021-02-02 2022-11-22 (주)미디어에버 실시간 미생물 종판별 통합 시스템
KR102469053B1 (ko) * 2021-02-02 2022-11-22 (주)미디어에버 실시간 미생물 종판별 장치
KR20230013870A (ko) * 2021-07-20 2023-01-27 (주)미디어에버 나노파티클 검출장치
KR20230013871A (ko) * 2021-07-20 2023-01-27 (주)미디어에버 나노파티클 검출장치의 진동저감 구조
KR20230013872A (ko) * 2021-07-20 2023-01-27 (주)미디어에버 나노파티클 검출장치
KR102602447B1 (ko) * 2021-07-20 2023-11-16 (주)미디어에버 나노파티클 검출장치의 진동저감 구조
KR102634304B1 (ko) * 2021-07-20 2024-02-08 (주)미디어에버 나노파티클 검출장치
KR102634312B1 (ko) * 2021-07-20 2024-02-13 (주)미디어에버 나노파티클 검출장치
KR20230014482A (ko) * 2021-07-21 2023-01-30 (주)미디어에버 모니터링 pd가 구비된 나노파티클 검출장치 및 이를 이용한 나노파티클 검출방법
KR20230014484A (ko) * 2021-07-21 2023-01-30 (주)미디어에버 나노파티클 검출장치의 에어볼륨 증가구조
KR102602431B1 (ko) 2021-07-21 2023-11-15 (주)미디어에버 모니터링 pd가 구비된 나노파티클 검출장치 및 이를 이용한 나노파티클 검출방법
KR102696446B1 (ko) * 2021-07-21 2024-09-23 (주)미디어에버 나노파티클 검출장치의 에어볼륨 증가구조

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