KR102199849B1 - 미세 조절이 가능한 시료 홀더 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시료의 양에 따라 미세 두께 조절이 가능하고 시료의 두께를 측정할 수 있는 시료 홀더에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제1 나사산을 그 내면에 구비하며, 개방된 제1 단부와 제1 투명 윈도우를 구비한 제2 단부를 포함하는 외측 실린더; 상기 제1 나사산과 체결되는 제2 나사산을 그 외면에 구비하며, 개방된 제3 단부와 제2 투명 윈도우를 구비한 제4 단부를 포함하는 내측 실린더; 및 상기 내측 실린더의 상기 제2 투명 윈도우와 상기 외측 실린더의 상기 제1 투명 윈도우 사이의 시료 공간의 두께를 감지하는 감지부;를 포함하되, 상기 내측 실린더는 상기 외측 실린더에 회전 가능하도록 삽입되며, 상기 두께는 상기 외측 실린더의 회전에 따라 변화하는 것을 특징으로 한다.

Description

미세 조절이 가능한 시료 홀더{SAMPLE HOLDER CAPABLE OF FINE ADJUSTMENTS}
본 발명은 시료의 양에 따라 미세 두께 조절이 가능하고 시료의 두께를 측정할 수 있는 시료 홀더에 관한 것이다.
시료 홀더는 분석하고자 하는 물질, 즉 시료(sample)를 수용하는 장치이다. 특히, 시료를 테라헤르츠파 등의 전자기파를 이용하여 분석하고자 하는 경우에 반드시 필요한 장치이다.
정확한 분석을 위해 시료 홀더는 전자기파의 흡수가 적어 전자기파를 대부분 투과시키는 특성을 가져야 한다. 또한, 주입되는 시료의 양은 시료 홀더의 크기에 따라 달라지므로, 전자기파의 투과도는 시료 홀더에 주입된 시료의 양에 영향을 받는다. 따라서, 전자기파의 투과도가 충분하지 않은 경우 주입된 시료의 양이나 시료 홀더의 크기를 감소시켜야 한다. 특히, 액체 시료는 시료 홀더를 반드시 필요로 하므로 시료 홀더의 크기나 시료 홀더에 주입된 양에 따른 영향이 크다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 시료 홀더의 분해도 및 단면도를 도시한 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래 기술에 따른 시료 홀더(10)는 관통공(15a)을 구비한 제1 플레이트(10a), 관통공(15b)을 구비한 제2 플레이트(10b), 투명 윈도우(20a, 20b), 고정 링(30) 및 스페이서(40)를 포함한다.
투명 윈도우(20a, 20b) 및 스페이서(40)는 고정 링(30)에 내에 삽입되고, 고정 링(30)은 제1 플레이트(10a) 및 제2 플레이트(10b) 사이에 구비된다. 고정 링(30), 제1 플레이트(10a) 및 제2 플레이트(10b)는 접착 등에 의해 고정된다.
시료는 스페이서(40)에 구비된 관통공에 주입된다. 시료의 양은 스페이서(40)의 두께에 의해 결정된다. 따라서, 시료의 양을 증감하기 위해서는 스페이서(40)를 교체하여야 한다. 특히 시료의 종류에 따라 투과율 등이 상이하므로 이에 따라 서로 다른 두께의 스페이서가 필요하다. 이는 시료 홀더의 가격이 상승시키는 원인이 된다.
제1 플레이트(10a) 및 제2 플레이트(10b)를 접착하는 경우 스페이서(40)를 변경하는 것이 용이하지 않다. 따라서 접착 대신 나사를 이용하여 제1 플레이트(10a) 및 제2 플레이트(10b)를 고정하는 시료 홀더가 제안되었다. 그러나, 이러한 시료 홀더에 샘플의 양에 따라 스페이서를 변경하여야 한다는 단점은 여전히 존해한다. 또한, 스페이서의 교체가 상대적으로 용이하지만 나사의 고정 정도에 따라 가해지는 힘이 균일하지 않아 위치에 따라 시료의 두께가 달라지는 단점이 있다.
특허 문헌 1: 특허 제10-1504959호 비특허 문헌 2: D. Grischkowsky, Far-infrared time-domain spectroscopy with terahertz beams of dielectrics and semiconductors. Journal of the Optical Society of America B Vol. 7, Issue 10, pp. 2006-2015 (1990)
본 발명은 시료의 양에 따라 자유롭게 두께 조절이 가능하고 시료의 두께를 측정할 수 있는 시료 홀더를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 제1 나사산을 그 내면에 구비하며, 개방된 제1 단부와 제1 투명 윈도우를 구비한 제2 단부를 포함하는 외측 실린더; 상기 제1 나사산과 체결되는 제2 나사산을 그 외면에 구비하며, 개방된 제3 단부와 제2 투명 윈도우를 구비한 제4 단부를 포함하는 내측 실린더; 및 상기 내측 실린더의 상기 제2 투명 윈도우와 상기 외측 실린더의 상기 제1 투명 윈도우 사이의 시료 공간의 두께를 감지하는 감지부;를 포함하되, 상기 내측 실린더는 상기 외측 실린더에 회전 가능하도록 삽입되며, 상기 두께는 상기 외측 실린더의 회전에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
상기 제1 투명 윈도우 및 제2 투명 윈도우 각각은 Z-컷 석영을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 내측 실린더는 상기 제4 단부부터 상기 외측 실린더 내에 삽입되는 것이 바람직하다.
상기 감지부는 사용자 입력을 받는 입력부; 상기 외측 실린더의 회전에 따른 원주 방향의 이동 거리를 감지하는 센서; 상기 입력부를 통해 사용자 입력을 수신하면 상기 센서가 감지한 상기 이동 거리와 상기 제2 나사산의 피치로부터 상기 외측 실린더의 중심축 방향의 이동 거리를 연산하는 연산부; 및 상기 연산부가 연산한 상기 이동 거리를 표시하는 표시부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 외측 실린더는 그 내부에 삽입된 상기 내측 실린더가 투시가능한 투명한 물질로 제조되는 것이 바람직하다.
상기 외측 실린더는 상기 두께를 측정하기 위한 눈금을 그 외면에 포함하는 것이 바람직하다.
상기 센서는 상기 외측 실린더의 내면과 상기 내측 실린더의 외면에 각각 구비되는 정전용량 플레이트를 포함하는 정전용량 선형 인코더를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 시료 홀더는 다음과 같은 장점이 있다.
(1) 본 발명에 따른 시료 홀더는 시료의 양에 따라 자유롭게 두께 조절이 가능하다.
(2) 본 발명에 따른 시료 홀더는 시료의 두께를 용이하게 측정할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 시료 홀더의 분해도 및 단면도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 시료 홀더의 분해도를 도시한 도면.
도 3은 도 2의 본 발명에 따른 시료 홀더의 단면도를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 시료 홀더의 감지부를 개략적으로 도시한 도면.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 시료 홀더에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 시료 홀더의 분해도를 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 본 발명에 따른 시료 홀더의 단면도를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 시료 홀더(1000)는 내측 실린더(100), 외측 실린더(200) 및 감지부(300)를 포함한다.
내측 실린더(100)는 중공 실린더의 형상이며, 단부(130)는 개방되고, 단부(140)는 투명 윈도우(110)가 구비되어 폐쇄된다. 또한, 내측 실린더(100)는 전체적으로 숫나사의 형상으로, 그 외면에 나사산(120)을 구비한다.
투명 윈도우(110)는 내부의 시료를 관찰할 수 있도록 Z-컷 석영을 포함하는 것이 바람직하다.
외측 실린더(200)는 중공 실린더의 형상이며, 단부(230)는 개방되고, 단부(240)는 투명 윈도우(210)가 구비되어 폐쇄된다. 또한, 외측 실린더(200)는 전체적으로 암나사의 형상으로, 그 내면에 나사산(220)을 구비한다.
투명 윈도우(210)는 내부의 시료를 관찰할 수 있도록 Z-컷 석영을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 외측 실린더(200)는 그 내부에 삽입된 내측 실린더(100)가 투시가능한 투명한 물질로 제조하는 것이 바람직하다.
내측 실린더(100)와 외측 실린더(200)는 나사산(120)과 나사산(220)에 의해 체결된다. 즉, 내측 실린더(100)는 외측 실린더(200)에 회전 가능하도록 단부(140)부터 삽입되며, 이로 인해 나사산(120)과 나사산(220)이 맞물려 서로 체결된다.
내측 실린더(100) 또는 외측 실린더(200)의 회전에 의해 시료 공간(500)의 두께(또는 높이)가 조절된다. 예를 들어, 내측 실린더(100) 또는 외측 실린더(200)의 회전에 의해 단부(140)(또는 투명 윈도우(110))가 단부(240)(또는 투명 윈도우(210))에 접근하면 시료 공간(500)의 두께(또는 높이)가 작아지고 결과적으로 시료 공간(500)의 부피가 작아진다.
외측 실린더(200)는 단부(140)와 단부(240) 사이의 거리를 측정하는 눈금(250)을 그 외면에 구비한다. 눈금(250)은 단부(140)와 단부(240) 사이의 거리를 대략적으로 측정하는데 사용된다. 눈금(250)은 단부(140)와 단부(240) 사이의 거리의 미세 측정은 감지부(300)가 수행한다.
감지부(300)는 시료 공간(500)의 두께를 감지한다.
구체적으로는, 감지부(300)는 단부(140)와 단부(240) 사이의 거리의 미세 측정을 수행한다.
이를 위해 감지부(300)는 센서(310), 연산부(320), 표시부(330) 및 입력부(340)를 포함한다.
입력부(340)는 사용자 입력을 받는다. 예를 들어, 입력부(340)는 키패드, 버튼 등을 포함하며, 키패드, 버튼이 눌러지면 이에 해당하는 신호를 연산부(320)로 전송한다.
센서(310)는 외측 실린더(200)의 회전에 따른 원주 방향의 이동 거리를 감지한다. 예를 들어, 센서(310)는 외측 실린더(200)의 내면과 내측 실린더(100)의 외면에 각각 구비되는 정전용량 플레이트를 포함하는 정전용량 선형 인코더를 포함할 수 있다. 정전용량 선형 인코더는 디지털 마이크로미터 등에 사용되는 센서로 회전에 따른 이동거리를 전기적인 신호로 변환한다.
연산부(320)는 입력부(340)로부터 수신한 사용자 입력과 센서(310)가 감지한 이동 거리와 제2 나사산(120)의 피치로부터 두께를 연산한다.
표시부(330)는 연산부(320)가 연산한 이동 거리를 표시하는 표시한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 시료 홀더의 작동 방법에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 외측 실린더(200)에 시료(예를 들면, 액체 시료)를 주입하고 내측 실린더(100)의 단부(140)를 외측 실린더(200)의 단부(230)에 삽입한다.
다음에는, 나사산(120)과 나사산(220)이 맞물려 서로 체결되도록 외측 실린더(200)를 회전시킨다.
외측 실린더(200)의 회전에 의해 시료 공간(500) 내에 빈 공간이 대략 없어지면, 영점 조정을 하도록 입력부(340)를 조작한다. 연산부(320)는 입력부(340)로부터 영점 조정을 요청하는 사용자 입력을 수신하면, 그 시각의 상대적 위치를 0으로 설정한다.
다음에는, 외측 실린더(200)를 미세하게 회전시켜 시료 공간(500) 내에 빈 공간이 완전히 없어지도록 한다. 이 때 연산부(320)는 센서(310)가 송신한 전기적인 신호를 기초로 외측 실린더(200)의 중심축 방향의 이동 거리(시료 공간(500)의 두께의 변화량에 대응)를 아래의 식을 이용하여 계산한다.
Figure 112019123480260-pat00001
Figure 112019123480260-pat00002
구체적으로는, 연산부(320)는 센서(310)가 송신한 외측 실린더(200)의 회전에 따른 원주 방향의 이동 거리와 외측 실린더(200)의 내경으로부터 수학식 1에 따라 회전수를 계산한다.
다음에는, 연산부(320)는 회전수와 나사산(220)의 피치(pitch)로부터 외측 실린더(200)의 중심축 방향의 이동 거리를 구한다. 외측 실린더(200)의 중심축 방향의 이동 거리는 시료 공간(500)의 두께의 변화량에 대응되며, 외측 실린더(200)의 중심축 방향의 이동 거리와 눈금(250)으로부터 시료 공간(500)의 총 두께를 구할 수 있다.
10, 1000: 시료 홀더 10a, 10b: 플레이트
20a, 20b, 110, 210: 투명 윈도우 30: 고정 링
40: 스페이서 120, 220: 나사산
130, 140, 230, 240: 단부 15a, 15b: 관통공
100: 내측 실린더 200: 외측 실린더
250: 눈금 300: 감지부
310: 센서 320: 연산부
330: 표시부 340: 입력부
500: 시료 공간

Claims (7)

  1. 제1 나사산을 그 내면에 구비하며, 개방된 제1 단부와 제1 투명 윈도우를 구비한 제2 단부를 포함하는 외측 실린더;
    상기 제1 나사산과 체결되는 제2 나사산을 그 외면에 구비하며, 개방된 제3 단부와 제2 투명 윈도우를 구비한 제4 단부를 포함하는 내측 실린더; 및
    상기 내측 실린더의 상기 제2 투명 윈도우와 상기 외측 실린더의 상기 제1 투명 윈도우 사이의 시료 공간의 두께를 감지하는 감지부;
    를 포함하되,
    상기 내측 실린더는 상기 외측 실린더에 회전 가능하도록 삽입되며, 상기 두께는 상기 외측 실린더의 회전에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명 윈도우 및 제2 투명 윈도우 각각은 Z-컷 석영을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내측 실린더는 상기 제4 단부부터 상기 외측 실린더 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는
    사용자 입력을 받는 입력부;
    상기 외측 실린더의 회전에 따른 원주 방향의 이동 거리를 감지하는 센서;
    상기 입력부를 통해 사용자 입력을 수신하면 상기 센서가 감지한 상기 이동 거리와 상기 제2 나사산의 피치로부터 상기 외측 실린더의 중심축 방향의 이동 거리를 연산하는 연산부; 및
    상기 연산부가 연산한 상기 이동 거리를 표시하는 표시부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 외측 실린더는 그 내부에 삽입된 상기 내측 실린더가 투시가능한 투명한 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외측 실린더는 상기 두께를 측정하기 위한 눈금을 그 외면에 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 센서는 상기 외측 실린더의 내면과 상기 내측 실린더의 외면에 각각 구비되는 정전용량 플레이트를 포함하는 정전용량 선형 인코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 홀더.
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