KR102214552B1 - 미세입자탐지용 소형형광센서장치 - Google Patents
미세입자탐지용 소형형광센서장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102214552B1 KR102214552B1 KR1020190124991A KR20190124991A KR102214552B1 KR 102214552 B1 KR102214552 B1 KR 102214552B1 KR 1020190124991 A KR1020190124991 A KR 1020190124991A KR 20190124991 A KR20190124991 A KR 20190124991A KR 102214552 B1 KR102214552 B1 KR 102214552B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- light source
- ultraviolet light
- fine particles
- lens
- fluorescence
- Prior art date
Links
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 claims description 9
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- 201000003176 Severe Acute Respiratory Syndrome Diseases 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 231100000518 lethal Toxicity 0.000 description 1
- 230000001665 lethal effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
- G01N15/1434—Optical arrangements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/33—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
본 발명은 소형형광센서장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원에 의해 조사되는 빛이 복수의 확산렌즈부에 의해 확산되도록 하고, 확산된 빛이 복수의 집광렌즈부에 의해 하나의 초점에서 모여지도록 하여, 광원과 렌즈의 거리 및 초점거리와 초점면적을 줄일 수 있도록 함으로써, 장치의 소형화 및 집광 효율을 높일 수 있도록 하고, 확산렌즈부 및 집광렌즈부의 형상을 최적화하도록 함으로써, 자외선광원부의 광학 효율을 극대화할 수 있도록 하는 미세입자탐지용 소형형광센서장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 소형형광센서장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원에 의해 조사되는 빛이 복수의 확산렌즈부에 의해 확산되도록 하고, 확산된 빛이 복수의 집광렌즈부에 의해 하나의 초점에서 모여지도록 하여, 광원과 렌즈의 거리 및 초점거리와 초점면적을 줄일 수 있도록 함으로써, 장치의 소형화 및 집광 효율을 높일 수 있도록 하고, 확산렌즈부 및 집광렌즈부의 형상을 최적화하도록 함으로써, 자외선광원부의 광학 효율을 극대화할 수 있도록 하는 미세입자탐지용 소형형광센서장치에 관한 것이다.
생물학 테러는 제조가 용이하고 이동 및 살포가 간단하여 최근 위험성이 증대되고 있으며, 잠복기간 중 보균자의 대중교통, 고속 이동 수단에 의해 광범위한 전염이 가능하여 심리적 공황과 극심한 경제적 혼란으로 많은 피해를 발생시킨다.
최근 많은 국가에서 발생하고 있는 메르스(MERES), 중증 급성 호흡기 증후군(severe acute respiratory syndrome, SARS) 등에 의한 경제적, 사회적 파급효과에서 알 수 있듯이 인위적인 테러에 의한 치명적인 세균 전염이 발생할 때 그 이상의 공황 상태를 부를 것으로 예측된다.
따라서 테러리스트에 의해 인위적으로 대기 중에 살포한 세균 등 독성 미생물을 실시간으로 검출하여 이에 대응하는 조치를 취해야 하나 미세한 크기의 눈에 보이지 않은 입자로서 부유하기 때문에 확인이 불가능하여 별도의 검출장치가 필요하다.
또한, 최근 대기환경의 악화로 미세먼지, 황사 등에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이러한 비생물입자를 검출하기 위한 감시장비의 개발도 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 미세입자들의 검출을 위해 아래 특허문헌과 같은 검출장치가 개발되고 있는데, 이러한 검출장치는 미세입자에 자외선 광원을 조사하여 미세입자에 의해 발생하는 산란 및 형광신호를 측정함으로써 미세입자를 검출하도록 하는데, 특히 형광신호의 경우 그 신호가 매우 미약하여 정확한 측정이 이루어지도록 하는데 어려움이 있다.
따라서, 생물입자 검출장치는 광원에 의한 빛을 생물입자가 통과하는 공간에 집속하여 조사되도록 하는데, 이를 위해 광원과 생물입자가 통과하는 공간 사이에 렌즈를 삽입하도록 하고 있다.
그러나, 아래 특허문헌과 같은 종래의 미세입자 검출장치는 빛을 집속시키기 위한 초점거리가 매우 길어지며, 광원과 렌즈와의 거리도 충분히 멀어지도록 형성해야만 하므로 장치의 소형화에 한계가 있고, 빛을 집속시키는 효율도 좋지 못하다는 문제가 있다.
(특허문헌)
등록특허공보 제10-1419654호(2014.07.08. 등록)"광학식 입자 검출 장치 및 입자 검출 방법"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 광원에 의해 조사되는 빛이 복수의 확산렌즈부에 의해 확산되도록 하고, 확산된 빛이 복수의 집광렌즈부에 의해 하나의 초점에서 모여지도록 하여, 광원과 렌즈의 거리 및 초점거리와 초점면적을 줄일 수 있도록 함으로써, 장치의 소형화 및 집광 효율을 높일 수 있도록 하는 소형형광센서장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 확산렌즈부 및 집광렌즈부의 형상을 최적화하도록 함으로써, 자외선광원부의 광학 효율을 극대화할 수 있도록 하는 소형형광센서장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 광원의 빛이 가장 크게 확산되는 확산렌즈부와 집광렌즈부 사이에 필터부를 형성하도록 함으로써, 광원의 형광 차단 효과를 높일 수 있도록 하는 소형형광센서장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 비구면 반사경과 구면 반사경의 형상을 최적화하도록 하여, 챔버의 크기를 최소화하도록 함으로써, 장치의 소형화가 가능하도록 하는 소형형광센서장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 소형형광센서장치는 미세입자에 자외선 발광다이오드 빔을 조사하는 자외선광원부와; 자외선광원부에 의해 조사되는 빔에 의해 생성되는 빛을 모아 산란형광검출부로 전달하는 광학셀과; 상기 광학셀로부터 전달되는 빛에서 산란광과 형광을 동시에 검출하는 산란형광검출부;를 포함하고, 상기 자외선광원부는 자외선 발광다이오드 빔을 발생시키는 광원과; 상기 광원에 의해 발생된 빔을 확산시키는 복수의 확산렌즈부와; 상기 확산렌즈부에 의해 확산된 빔을 초점으로 모으는 복수의 집광렌즈부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 소형형광센서장치에 있어서, 상기 확산렌즈부는 비구면의 볼록렌즈로 형성되는 제1,2렌즈를 포함하고, 상기 집광렌즈부는 비구면의 볼록렌즈를 제1,2렌즈와 반대 방향으로 배치한 제3,4렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 소형형광센서장치에 있어서, 상기 1,2렌즈는 동일한 곡률반경을 갖도록 형성되며, 상기 제3렌즈는 제4렌즈보다 큰 곡률반경을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 소형형광센서장치에 있어서, 상기 1,2렌즈는 11.13mm, 상기 제3렌즈는 27.58mm, 상기 제4렌즈는 14.24mm의 곡률반경을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 소형형광센서장치에 있어서, 상기 자외선광원부는 상기 확산렌즈부 및 집광렌즈부 사이에 형성되어 자외선 광원에 포함된 형광 파장을 차단하는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 소형형광센서장치에 있어서, 상기 광학셀은 미세입자가 유입되며, 유입되는 미세입자에 자외선광원부에 의한 빔이 조사되는 공간을 형성하는 광학챔버와; 상기 자외선광원부에 의해 조사되는 빔의 진행방향과 90도 방향으로 형성되어 상기 자외선광원부에 의해 조사된 빛과 미세입자와의 상호작용에 의해 발생된 형광 및 산란광을 비구면 반사경 측의 제1초점으로 집광하는 구면반사경과; 상기 구면반사경의 반대측에 형성되어 제1초점을 통과하는 산란광 및 형광을 반사시켜 구면반사경 측의 제2초점으로 집광되도록 하는 비구면반사경;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 소형형광센서장치에 있어서, 상기 구면반사경은 26.1mm의 곡률반경을 갖고, 상기 비구면반사경은 19.2mm의 곡률반경을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 광원에 의해 조사되는 빛이 복수의 확산렌즈부에 의해 확산되도록 하고, 확산된 빛이 복수의 집광렌즈부에 의해 하나의 초점에서 모여지도록 하여, 광원과 렌즈의 거리 및 초점거리와 초점면적을 줄일 수 있도록 함으로써, 장치의 소형화 및 집광 효율을 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 확산렌즈부 및 집광렌즈부의 형상을 최적화하도록 함으로써, 자외선광원부의 광학 효율을 극대화할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 광원의 빛이 가장 크게 확산되는 확산렌즈부와 집광렌즈부 사이에 필터부를 형성하도록 함으로써, 광원의 형광 차단 효과를 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 비구면 반사경과 구면 반사경의 형상을 최적화하도록 하여, 챔버의 크기를 최소화하도록 함으로써, 장치의 소형화가 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자탐지용 소형형광센서장치의 사시도
도 2는 도 1의 자외선광원부의 구성도
도 3은 도 2의 제1,2,3,4렌즈의 측면도
도 4는 도 2에 의한 빛의 진행방향을 나타내는 참고도
도 5는 광학셀의 구성도
도 6은 도 5의 비구면반사경 및 구면반사경의 사시도
도 7은 산란형광검출부의 구성도
도 8은 도 7에 의한 산란 및 형광신호의 검출예를 나타내는 참고도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자탐지용 소형형광센서장치의 자외선광원부와 종래 광원부를 비교하기 위한 참고도
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자탐지용 소형형광센서장치와 종래 소형형광센서장치를 비교하기 위한 참고도
도 2는 도 1의 자외선광원부의 구성도
도 3은 도 2의 제1,2,3,4렌즈의 측면도
도 4는 도 2에 의한 빛의 진행방향을 나타내는 참고도
도 5는 광학셀의 구성도
도 6은 도 5의 비구면반사경 및 구면반사경의 사시도
도 7은 산란형광검출부의 구성도
도 8은 도 7에 의한 산란 및 형광신호의 검출예를 나타내는 참고도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자탐지용 소형형광센서장치의 자외선광원부와 종래 광원부를 비교하기 위한 참고도
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자탐지용 소형형광센서장치와 종래 소형형광센서장치를 비교하기 위한 참고도
이하에서는 본 발명에 따른 미세입자탐지용 소형형광센서장치의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자탐지용 소형형광센서장치를 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명하면, 상기 소형형광센서장치는 미세입자에 자외선 발광다이오드 빔을 조사하는 자외선광원부(1)와; 자외선광원부(1)에 의해 조사되는 빔에 의해 생성되는 빛을 모아 산란형광검출부(5)로 전달하는 광학셀(3)과; 상기 광학셀(3)로부터 전달되는 빛에서 산란광과 형광을 동시에 검출하는 산란형광검출부(5);를 포함한다.
본 발명에 따른 소형형광센서장치는 휴대용 미세입자 감시장비 등에 적용될 수 있는 장치에 관한 것으로, 유입되는 미세입자에 광원(11)을 조사하여 미세입자로부터 발생하는 산란광, 형광 등을 측정하도록 함으로써 미세입자의 크기, 개수 등을 검출할 수 있도록 하는 장치에 관한 것이다. 여기서 미세입자는 세균, 포자, 효모 등의 미생물을 포함하는 생물입자와, 미세먼지, 황사 등의 비생물입자를 모두 포함하는 의미를 갖는다.
특히, 상기 소형형광센서장치는 자외선광원부(1) 특유의 렌즈 구조를 통해 광원(11)과 렌즈 사이의 거리, 렌즈에 의한 초점거리 사이의 거리를 줄일 수 있도록 하여 장치의 소형화, 경량화가 가능하도록 하고, 렌즈에 의해 생성되는 초점의 면적도 줄일 수 있도록 하여 광원(11)에 의해 조사되는 빛의 집광효율을 높이도록 함으로써, 동일한 광원(11)을 통해서도 더욱 정확한 형광 및 산란신호의 측정이 가능하도록 한다.
상기 자외선광원부(1)는 미세입자가 유입되는 광학챔버(31) 내에 빛을 조사하여 미세입자로부터 형광, 산란 신호를 발생시키는 구성으로, 자외선의 빛을 발생시키도록 할 수 있으며, 효율적인 빛의 전달을 위해 빛을 광학챔버(31) 내의 일정 초점(F)에 집속시켜 자외선 빔의 형태로 조사될 수 있도록 한다. 종래에도 이러한 방식을 위해 렌즈를 사용하도록 하였으나, 광원과 렌즈 사이의 거리와 초점거리가 길어 장치를 소형화하는데에 한계가 있었으며, 빛이 집속되는 효율도 떨어져 형광 및 산란 신호의 검출이 효율적이고 정확하게 이루어지지 못하는 문제가 있었다. 따라서, 상기 자외선광원부(1)는 광원(11)에서 조사되는 빛을 복수의 렌즈에 의해 확산시키도록 하고, 이를 다시 복수의 렌즈에 의해 일정 초점(F)으로 집속될 수 있도록 하여, 광원(11)과 렌즈 사이의 거리 및 초점거리(L)를 줄일 수 있도록 함으로써, 장치의 소형화가 가능하도록 하였으며, 빛의 초점면적(A)을 줄여 집속 효율도 높일 수 있도록 하였다. 또한, 상기 자외선광원부(1)는 빛을 확산시키는 렌즈들과 집속시키는 렌즈들 사이에서 광원(11)에 포함되는 형광의 차단이 이루어질 수 있도록 하여 형광의 차단 효율을 높이고 형광 검출의 정확성을 높일 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 자외선광원부(1)는 광원(11), 확산렌즈부(12), 집광렌즈부(14), 필터부(13)를 포함할 수 있다.
상기 광원(11)은 광학챔버(31) 내에 자외선의 빛을 조사하는 구성으로, 자외선 발광다이오드로 형성되도록 하여 소형, 저전력의 장치 구성이 가능하도록 할 수 있다. 상기 광원(11)에 의해 발산되는 빛은 도 4에 도시된 바와 같이 확산렌즈부(12), 필터부(13), 집광렌즈부(14)를 거쳐 초점(F)으로 집속된다.
상기 확산렌즈부(12)는 광원(11)에 의해 조사되는 빛을 확산시키는 구성으로, 비구면의 볼록렌즈로 형성될 수 있다. 특히, 상기 확산렌즈부(12)는 복수의 렌즈로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 동일한 크기의 제1렌즈(121)와 제2렌즈(122)로 형성될 수 있다. 상기 제1렌즈(121) 및 제2렌즈(122)는 광원(11)에 의해 조사되는 빛을 최대의 범위로 확산될 수 있도록 하며, 바람직하게는 11.13mm의 곡률 반경을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 제1,2렌즈(121,122)에 의해 최대로 확산된 빛은 필터부(13)에 의해 형광이 차단되며, 집광렌즈부(14)에 의해 모아져 초점(F)으로 집속된다.
상기 필터부(13)는 확산렌즈부(12)에 의해 확산된 빛에 포함된 형광신호를 제거하는 구성으로, 광원(11)에 의해 조사된 빛에 원래 포함된 형광신호를 제거하도록 함으로써 미세입자에 의한 형광신호 측정의 정확성을 높이도록 한다. 특히, 상기 필터부(13)는 빛이 가장 크게 확산되는 확산렌즈부(12)와 집광렌즈부(14) 사이에 형성되도록 하여 형광신호의 제거 효율을 높이도록 할 수 있다.
상기 집광렌즈부(14)는 확산렌즈부(12)에 의해 확산된 빛을 일정 초점(F)으로 집속시키도록 하는 구성으로, 집속 효율을 높이기 위해 복수의 렌즈로 형성되도록 할 수 있다. 상기 집광렌즈부(14)는 확산렌즈부(12)와 동일하게 비구면의 볼록렌즈로 형성될 수 있으나, 확산렌즈부(12)와 반대 방향으로 삽입되어 확산렌즈부(12)와는 반대로 빛의 집속이 이루어질 수 있도록 한다. 특히, 상기 집광렌즈부(14)는 제3렌즈(141)와 제4렌즈(142)가 순차적으로 삽입되도록 할 수 있으며, 제4렌즈(142)의 곡률반경은 제3렌즈(141)보다 작아지도록 형성되어 제3,4렌즈(141,142)를 통과하는 빛이 서서히 초점(F)으로 집속되도록 함으로써, 빛의 초점거리(와 초점면적(A)이 더욱 작아지도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 집광렌즈부(14)는 제3,4렌즈(141,142)의 곡률반경을 최적화하도록 하였으며, 일 예로 제3렌즈(141)는 27.58mm, 제4렌즈(142)는 14.24mm의 곡률 반경을 갖도록 할 수 있다.
상기 자외선광원부(1)의 일 예에 의한 효과를 도 9를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소형형광센서장치의 자외선광원부(1)는 도 9(a)에 도시된 바와 같이 종래 두 개의 렌즈만을 사용하던 도 9(b)와 대비하여 광원(11)과 렌즈와의 거리(D), 초점거리(L)가 짧아지는 것을 확인할 수 있으며, 초점면적(A)도 작아지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 자외선광원부(1)는 소형의 장치 제작이 가능하며, 광원의 집속효율을 높여 저전력이면서도 정확한 형광 신호의 검출이 가능하도록 할 수 있다.
상기 광학셀(3)은 미세입자가 유입되는 공간을 형성하며, 상기 자외선광원부(1)에 의해 생성된 빛이 미세입자에 조사됨에 따라 생성되는 산란 및 형광신호를 모아 산란형광검출부(5)로 전달하도록 한다. 상기 광학셀(3)은 미세입자에 의해 발생되는 산란 및 형광신호들을 효과적으로 모아 전달하기 위해, 광학챔버(31) 내에 상비구면반사경(32)과 구면반사경(33)이 대향되도록 형성되는 구조를 갖도록 하며, 비구면반사경(32) 및 구면반사경(33)의 형상을 최적화하여 광학챔버(31)의 크기를 줄이도록 함으로써, 장치의 크기를 최소화할 수 있도록 한다. 상기 광학셀(3)은 도 5에 도시된 바와 같이 광학챔버(31), 비구면반사경(32), 구면반사경(33), 빔덤퍼(34)를 포함할 수 있다.
상기 광학챔버(31)는 미세입자가 유입되는 밀폐된 공간을 형성하며, 밀폐된 공간의 일측에는 상기 자외선광원부(1)가 형성되어 집속된 자외선 빔이 조사될 수 있도록 하고, 그 반대측으로는 빔덤퍼(34)가 형성되어 자외선 빔의 출력을 측정할 수 있도록 하고, 미세입자가 유입되는 공간의 양측으로는 비구면반사경(32) 및 구면반사경(33)이 형성되어 미세입자로부터 생성되는 형광 및 산란신호를 모아 산란형광검출부(5)로 전달할 수 있도록 한다.
상기 비구면반사경(32)은 자외선광원부(1)에서 빔덤퍼(34) 방향으로 자외선 빔의 진행 방향에 대해 90˚를 이루도록 광학챔버(31)의 일측에 형성되며, 도 10(a)에 도시된 바와 같이 구면반사경(33)에 의해 제1초점(321) 방향으로 반사되는 산란광 및 형광을 구면반사경(33) 측의 제2초점(331)으로 최대한 수집하여 산란형광검출부(5)로 전달될 수 있도록 한다. 상기 비구면반사경(32)은 도 6(a)에 도시된 바와 같이 유리로 형성되는 비구면 형태의 거울로 형성될 수 있으며, 곡률반경 19.2mm로 형성될 수 있다.
상기 구면반사경(33)은 자외선 빔의 진행 방향에 대해 90˚를 이루도록 형성되며, 상기 비구면반사경(32)의 반대측에 형성되도록 한다. 상기 구면반사경(33)은 도 6(b)에 도시된 바와 같이 유리로 형성되는 구면 형태의 거울로 형성될 수 있으며, 미세입자에 의해 생성되는 산란광 및 형광을 비구면반사경(32) 측의 제1초점(321)을 향해 반사시키도록 하고, 그 중앙측은 산란광 및 형광이 반사되지 않고 통과될 수 있도록 형성되어 제2초점(331)으로 산란광 및 형광이 수집될 수 있도록 한다. 수집된 형광 및 산란광은 도 8에 도시된 바와 같이 산란형광검출부(5)로 전달되어 산란광 및 형광 신호의 측정이 이루어질 수 있도록 한다. 특히, 상기 구면반사경(33)은 26.1mm의 곡률반경을 갖도록 형성될 수 있으며, 도 10(a)에 도시된 바와 같이 비구면반사경(32)과 구면반사경(33)의 형상을 최적화하여 비구면반사경(32) 및 구면반사경(33)을 통한 산란광 및 형광의 수집이 제1초점(321) 및 제2초점(331)에서 최대한 이루어지도록 함으로써, 도 10(b)에 도시된 바와 같은 기존 챔버(C) 대비 광학챔버(31)의 크기를 줄이면서도 산란광 및 형광의 효율적인 수집이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 빔덤퍼(34)는 상기 자외선광원부(1)의 대향되도록 광학챔버(31)의 반대측에 형성되며, 자외선광원부(1)에 의해 조사되는 자외선 빔을 흡수한다. 상기 빔덤퍼(34)는 포토 다이오드 등을 통해 자외선 빔의 출력세기를 측정하도록 할 수 있으며, 자외선 빔의 출력저하를 검출하여 자외선광원부(1)에서 조사되는 광원의 세기를 조절하도록 할 수 있다. 상기 빔덤퍼(34)는 이미 공지된 구성이므로, 이에 관한 상세한 설명은 생략한다.
상기 산란형광검출부(5)는 상기 광학셀(3)에 의해 수집된 산란광 및 형광을 분리하여 산란광 및 형광 신호를 각각 검출하는 구성으로, 더욱 정확하게는 제2초점(331)으로 수집된 산란광과 형광을 이용하도록 한다. 상기 산란형광검출부(5)는 도 8에 도시된 바와 같이 빔스플리터(51)에 의해 산란광과 형광을 분리하여 각 측정부(52)로 제공하도록 할 수 있으며, 각 측정부(52)는 미약한 산란광 및 형광신호를 증폭시켜 측정할 수 있는 광전증배관(Photomultiplier Tube,PMT) 또는 어발란체 포토다이오드(Avalanche Photo Diode,APD) 등을 사용하여 산란광 및 형광을 측정하도록 할 수 있다. 각 측정부(52)에서 검출되는 산란광 및 형광신호를 디지털 신호로 변환될 수 있으며, 이를 통해 대기 중에 존재하는 미세입자의 존재여부를 판단하고, 미세입자의 크기 분포 및 농도 변화를 실시간으로 감시할 수 있게 된다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 자외선광원부
11: 광원 12: 확산렌즈부 121: 제1렌즈 122: 제2렌즈
13: 필터부
14: 집광렌즈부 141: 제3렌즈 142: 제4렌즈
3: 광학셀
31: 광학챔버 32: 비구면반사경 321: 제1초점
33: 구면반사경 331: 제2초점 34: 빔덤퍼
5: 산란형광검출부
51: 빔스플리터 52: 측정부
F: 초점 L: 초점거리 A: 초점면적 D: 광원과 렌즈 사이의 거리
11: 광원 12: 확산렌즈부 121: 제1렌즈 122: 제2렌즈
13: 필터부
14: 집광렌즈부 141: 제3렌즈 142: 제4렌즈
3: 광학셀
31: 광학챔버 32: 비구면반사경 321: 제1초점
33: 구면반사경 331: 제2초점 34: 빔덤퍼
5: 산란형광검출부
51: 빔스플리터 52: 측정부
F: 초점 L: 초점거리 A: 초점면적 D: 광원과 렌즈 사이의 거리
Claims (7)
- 미세입자에 자외선 발광다이오드 빔을 조사하는 자외선광원부와; 자외선광원부에 의해 조사되는 빔에 의해 생성되는 빛을 모아 산란형광검출부로 전달하는 광학셀과; 상기 광학셀로부터 전달되는 빛에서 산란광과 형광을 동시에 검출하는 산란형광검출부;를 포함하고,
상기 자외선광원부는,
자외선 발광다이오드 빔을 발생시키는 광원과; 상기 광원에 의해 발생된 빔을 확산시키는 복수의 확산렌즈부와; 상기 확산렌즈부에 의해 확산된 빔을 초점으로 모으는 복수의 집광렌즈부;를 포함하며,
상기 확산렌즈부는 비구면의 볼록렌즈로 형성되는 제1,2렌즈를 포함하고,
상기 집광렌즈부는 비구면의 볼록렌즈를 제1,2렌즈와 반대 방향으로 배치한 제3,4렌즈를 포함하며,
상기 1,2렌즈는 동일한 곡률반경을 갖도록 형성되고,
상기 제3렌즈는 제4렌즈보다 큰 곡률반경을 갖도록 형성되며,
상기 1,2렌즈는 11.13mm, 상기 제3렌즈는 27.58mm, 상기 제4렌즈는 14.24mm의 곡률반경을 갖는 것을 특징으로 하는 소형형광센서장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 자외선광원부는
상기 확산렌즈부 및 집광렌즈부 사이에 형성되어 자외선 광원에 포함된 형광 파장을 차단하는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형형광센서장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 광학셀은
미세입자가 유입되며, 유입되는 미세입자에 자외선광원부에 의한 빔이 조사되는 공간을 형성하는 광학챔버와;
상기 자외선광원부에 의해 조사되는 빔의 진행방향과 90도 방향으로 형성되어 상기 자외선광원부에 의해 조사된 빛과 미세입자와의 상호작용에 의해 발생된 형광 및 산란광을 비구면 반사경 측의 제1초점으로 집광하는 구면반사경과;
상기 구면반사경의 반대측에 형성되어 제1초점을 통과하는 산란광 및 형광을 반사시켜 구면반사경 측의 제2초점으로 집광되도록 하는 비구면반사경;을 포함하는 것을 특징으로 하는 소형형광센서장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 구면반사경은 26.1mm의 곡률반경을 갖고, 상기 비구면반사경은 19.2mm의 곡률반경을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 소형형광센서장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190124991A KR102214552B1 (ko) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | 미세입자탐지용 소형형광센서장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190124991A KR102214552B1 (ko) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | 미세입자탐지용 소형형광센서장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102214552B1 true KR102214552B1 (ko) | 2021-02-09 |
Family
ID=74559068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190124991A KR102214552B1 (ko) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | 미세입자탐지용 소형형광센서장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102214552B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230013870A (ko) * | 2021-07-20 | 2023-01-27 | (주)미디어에버 | 나노파티클 검출장치 |
| KR20230013872A (ko) * | 2021-07-20 | 2023-01-27 | (주)미디어에버 | 나노파티클 검출장치 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100009863A (ko) * | 2008-07-21 | 2010-01-29 | 삼성전기주식회사 | 프로젝션 렌즈 |
| KR101132406B1 (ko) * | 2009-09-30 | 2012-04-03 | 김태성 | 광 산란 방식 입자 측정 장치 |
| KR20140000152A (ko) * | 2012-06-22 | 2014-01-02 | 아즈빌주식회사 | 광학식 입자 검출 장치 및 입자 검출 방법 |
| KR20150099474A (ko) * | 2015-02-26 | 2015-08-31 | 엑스빔테크 주식회사 | 빔 확장형 광 커넥터 인서트 부재 |
| KR101574435B1 (ko) * | 2014-09-04 | 2015-12-04 | (주)아이씨디 | 미세먼지 및 미생물 검출 장치 |
| KR20160019790A (ko) * | 2014-08-12 | 2016-02-22 | 삼양화학공업주식회사 | 유로 셀을 흐르는 액상물질 및 대기 중 생물입자의 실시간 검출장치 |
| KR101623787B1 (ko) * | 2015-11-06 | 2016-05-24 | 국방과학연구소 | 휴대용 생물입자 실시간 검출장치 |
| KR20160103291A (ko) * | 2015-02-24 | 2016-09-01 | (주)미디어에버 | 미세 먼지 및 미생물 검출 장치 |
| KR20180013439A (ko) * | 2016-07-29 | 2018-02-07 | 국방과학연구소 | 자외선 광원을 이용한 실시간 생물입자 검출기 |
-
2019
- 2019-10-10 KR KR1020190124991A patent/KR102214552B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100009863A (ko) * | 2008-07-21 | 2010-01-29 | 삼성전기주식회사 | 프로젝션 렌즈 |
| KR101132406B1 (ko) * | 2009-09-30 | 2012-04-03 | 김태성 | 광 산란 방식 입자 측정 장치 |
| KR20140000152A (ko) * | 2012-06-22 | 2014-01-02 | 아즈빌주식회사 | 광학식 입자 검출 장치 및 입자 검출 방법 |
| KR20160019790A (ko) * | 2014-08-12 | 2016-02-22 | 삼양화학공업주식회사 | 유로 셀을 흐르는 액상물질 및 대기 중 생물입자의 실시간 검출장치 |
| KR101574435B1 (ko) * | 2014-09-04 | 2015-12-04 | (주)아이씨디 | 미세먼지 및 미생물 검출 장치 |
| KR20160103291A (ko) * | 2015-02-24 | 2016-09-01 | (주)미디어에버 | 미세 먼지 및 미생물 검출 장치 |
| KR20150099474A (ko) * | 2015-02-26 | 2015-08-31 | 엑스빔테크 주식회사 | 빔 확장형 광 커넥터 인서트 부재 |
| KR101623787B1 (ko) * | 2015-11-06 | 2016-05-24 | 국방과학연구소 | 휴대용 생물입자 실시간 검출장치 |
| KR20180013439A (ko) * | 2016-07-29 | 2018-02-07 | 국방과학연구소 | 자외선 광원을 이용한 실시간 생물입자 검출기 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230013870A (ko) * | 2021-07-20 | 2023-01-27 | (주)미디어에버 | 나노파티클 검출장치 |
| KR20230013872A (ko) * | 2021-07-20 | 2023-01-27 | (주)미디어에버 | 나노파티클 검출장치 |
| KR102634304B1 (ko) | 2021-07-20 | 2024-02-08 | (주)미디어에버 | 나노파티클 검출장치 |
| KR102634312B1 (ko) | 2021-07-20 | 2024-02-13 | (주)미디어에버 | 나노파티클 검출장치 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8427641B2 (en) | Compact detector for simultaneous particle size and fluorescence detection | |
| CN100595564C (zh) | 病原体和粒子检测器系统和方法 | |
| ES2900803T3 (es) | Citómetro de flujo | |
| KR101825159B1 (ko) | 난반사 감소 기능이 부가된 이종의 반사경이 결합된 미세먼지 및 미생물 검출장치 | |
| KR102214552B1 (ko) | 미세입자탐지용 소형형광센서장치 | |
| CN101793669B (zh) | 大流量全半导体尘埃粒子计数器的光学传感器 | |
| CN101470066A (zh) | 大流量尘埃粒子计数器的光学传感器 | |
| CN202033282U (zh) | 一种用于便携式生物气溶胶单粒子检测仪的光路系统 | |
| CN107209102B (zh) | 光学检测系统及其使用方法 | |
| KR101574435B1 (ko) | 미세먼지 및 미생물 검출 장치 | |
| US20070097366A1 (en) | Optical system and method for detecting particles | |
| CN102608084A (zh) | 微生物检测设备 | |
| KR101878094B1 (ko) | 이종의 반사경이 결합된 미세 먼지 및 미생물 검출 장치 | |
| JP2021510818A (ja) | 動的な光検出抑制システムおよびこれを使用する方法 | |
| KR101919103B1 (ko) | 반사경을 구비하지 않는 광학식 미생물 검출 장치 | |
| KR102258809B1 (ko) | 미세 먼지 및 미생물 검출 장치 | |
| US9709769B2 (en) | Methods for optically aligning light collection components and optically aligned light collection systems thereof | |
| CN102564929A (zh) | 一种具有新型光敏区结构的大流量尘埃粒子计数传感器 | |
| KR20160103291A (ko) | 미세 먼지 및 미생물 검출 장치 | |
| US10670513B2 (en) | Particle detecting device and method for inspecting particle detecting device | |
| JP2021511493A (ja) | 動的な光検出抑制システム及びこれを使用する方法 | |
| KR102258807B1 (ko) | 미세 먼지 및 미생물 검출 장치 | |
| KR101825161B1 (ko) | 미세 먼지 및 미생물 검출 장치 | |
| RU2448340C1 (ru) | Способ оптической регистрации сигналов флуоресценции и рассеяния аэрозольных частиц в потоке и оптическая система для его осуществления | |
| CN2869854Y (zh) | 扫描型上转磷光颗粒分布状态检测仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |