KR102226532B1 - 입자 계수용 광학계 - Google Patents

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Abstract

입자 계수용 광학계가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 계수용 광학계는, 광원에서 조사된 광을 장축 및 단축의 길이가 다른 광으로 입자를 수용하는 광학셀에 송광하는 송광부; 상기 광학셀을 통과하여 광축 방향으로 출사되는 광을 수광하는 제1 수광부; 및 상기 광학셀을 통과하여 상기 광축에서 기울어진 방향으로 출사되는 광을 수광하는 제2 수광부를 포함한다.

Description

입자 계수용 광학계{OPTICAL SYSTEM FOR COUNTING PARTICLES}
본 발명은 입자 계수용 광학계에 관한 것이다.
일반적으로, 입자(Particle)를 광학적으로 측정하는 것은 크게 두 가지 분야에서 많이 사용되고 있다. 하나는 가스 및 액체의 오염 물질을 검출하고 정량화하는 것이며, 다른 하나는 미립자 기반의 화합물 또는 제품의 입자 크기 분포를 측정하는 것이다.
종래, 입자를 측정하는 장치의 경우, 광원에서 발생된 광을 렌즈 등을 이용하여 광학셀 내에 초점을 형성시키고, 상기 광학셀 내에 입사되는 광의 초점 영역 내를 통과하는 입자들에 의하여 산란광 또는 소멸광 강도를 측정함으로써 입자들의 크기, 개수를 측정한다.
이 때, 광학셀 내부로 조사된 광은 입자 크기 및 측정용도에 따라 광학셀 전체 영역을 조사하는 전면조사법과 국소영역만 조사하는 국소조사법이 있다.
전면조사법은 입자가 흐르는 광학셀 전면을 조사하기 때문에 입자 계수효율이 높고 입자의 크기별 계수효율도 차이가 없다. 하지만 광의 조사면적이 비교적 넓기 때문에 작은 입자를 측정하기에 불리하다.
국소조사법은 광학셀의 국소영역만 조사하기 때문에 작은입자의 크기를 측정하는데 유리 할 수는 있으나 광 초점 영역이 공간적으로 불균일하게 형성되어 계수효율이 입자크기별로 차이나는 단점이 있다.
대한민국 공개특허 10-2018-0000015호 (2018.01.12. 공개)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 장축 및 단축의 길이가 다른 광을 광학셀에 조사하여 입자의 크기 및 개수를 정확하게 측정할 수 있는 입자 계수용 광학계를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 계수용 광학계는, 광원에서 조사된 광을 장축 및 단축의 길이가 다른 광으로 입자를 수용하는 광학셀에 송광하는 송광부; 상기 광학셀을 통과하여 광축 방향으로 출사되는 광을 수광하는 제1 수광부; 및 상기 광학셀을 통과하여 상기 광축에서 기울어진 방향으로 출사되는 광을 수광하는 제2 수광부를 포함한다.
또한, 상기 송광부는, 실린더 렌즈 또는 구면 렌즈를 이용하여 상기 장축 및 단축의 길이가 다른 광을 상기 광학셀에 송광할 수 있다.
또한, 상기 송광부는, 상기 광원측에 제1 실린더렌즈 및 상기 광학셀 측에 제2 실린더렌즈를 구비하여 상기 광학셀에 장축 및 단축의 길이가 다른 광을 송광할 수 있다.
또한, 상기 송광부는, 상기 광원측에 제3 실린더렌즈 및 상기 광학셀 측에 제4 및 제5 실린더렌즈를 구비하여 상기 광학셀에 장축 및 단축의 길이가 다른 광을 송광할 수 있다.
또한, 상기 송광부는, 상기 광원에서 조사된 광을 조도가 균일한 광으로 변환할 수 있다.
또한, 상기 송광부는, 상기 조도가 균일한 광으로 변환하기 위하여 균질화 로드(homogenizing rod)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 송광부는, 상기 광축에서 0도에서 5도 사이로 기울어져 간섭무늬로 인한 노이즈를 제거할 수 있다.
또한, 상기 제1 수광부는, 상기 광축 방향으로 출사되는 광의 경로를 변경하는 거울을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제2 수광부는, 핀홀 또는 상기 핀홀을 구비한 공초점용 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 라인빔을 구성하는 것으로, 한 쪽 방향은 빔을 크게 만들어 입자를 수용하는 광학셀에 광이 형성되는 영역을 보다 균일하게 하여 입자의 크기 정확도를 높게 하고, 직교방향은 빔크기를 작게 만들어 측정 민감도를 향상시켜 비교적 작은 입자를 측정할 수 있게 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 계수용 광학계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 YZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 XZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 송광부 측의 광이 형성되는 영역을 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 YZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 XZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 송광부 측의 광이 형성되는 영역을 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 YZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 XZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 송광부 측의 광이 형성되는 영역을 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 YZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 XZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 송광부 측의 광이 형성되는 영역을 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 YZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 XZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6c는 본 발명의 제5 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 송광부 측의 광이 형성되는 영역을 도시한 도면이다.
도 7은 발명의 다른 실시예에 따른 입자 계수용 광학계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 계수용 광학계를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 계수용 광학계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 계수용 광학계(100)는 송광부(110), 제1 수광부(120), 제2 수광부(130)를 포함한다.
송광부(110)는 광원(10)에서 조사된 광을 장축 및 단축의 길이가 다른 광으로 입자를 수용하는 광학셀(20)에 송광한다. 즉, 송광부(110)는 광학셀(20)에 광을 장축 및 단축의 길이가 다른 라인빔으로 조사한다.
여기에서, 광학셀(20)은 입자에 송광부(110)로부터 송광되어 조사되는 광의 산란 및 흡수가 발생되는 공간이다. 광학셀(20)에서 발생되는 광의 흡수 강도 및 산란 강도를 감지하여 입자의 크기를 측정할 수 있고, 입자의 개수를 산출할 수 있다.
광학셀(20)에 장축 및 단축의 길이가 다른 라인빔으로 조사되는 광이 형성되는 영역을 센싱 볼륨(sensing volume)이라 한다. 센싱 볼륨은 입자 한 개로 고려할 수 있다. 이에, 센싱 볼륨에 의해 입자가 포함된 시료의 농도가 결정될 수 있다.
송광부(110)는 광학셀(20)에 광을 장축 및 단축의 길이가 다른 라인빔으로 조사할 수 있고, 센싱 볼륨의 단축 방향을 얇은 라인 빔으로 구성하여 1cubic centimeter당 측정 가능한 입자의 개수가 많아지게 된다. 이로부터 입자를 측정하려는 시료의 농도를 높게 할 수 있다.
즉, 센싱 불륨 안에 한 개의 입자가 지나가는 것으로 고려할 수 있으므로, 크기가 다른 입자의 크기 분포 해석에 유리하고, 입자 계수의 정확도가 매우 높아지게 된다.
이러한 송광부(110)는 광학셀(20)에 광을 장축 및 단축의 길이가 다른 라인빔으로 조사하기 위하여 실린더 렌즈 또는 구면 렌즈를 포함할 수 있다. 즉, 송광부(110)는 실린더 렌즈 또는 구면 렌즈를 이용하여 상기 장축 및 단축의 길이가 다른 광을 광학셀(20)에 송광할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 송광부(110)는 2개의 실린더 렌즈(111, 112)를 이용하여 광학셀(20)에 광을 장축 및 단축의 길이가 다른 라인빔으로 조사할 수 있다.
보다 구체적인 송광부(110)의 구성에 대해서는 후술하여 살펴 보도록 한다.
제1 수광부(120)는 광학셀을 통과하여 광축 방향으로 출사되는 광을 수광한다. 이에, 제1 수광부(120) 측에 위치한 제1 센서(D1)가 광의 흡수를 측정할 수 있다.
이러한 제1 수광부(120)는 적어도 하나의 렌즈(121) 및 제1 필터(123)를 포함할 수 있다. 여기에서, 제1 필터(123)가 광축 방향으로 출사되는 광의 원하는 파장을 필터링할 수 있다.
제2 수광부(130)는 광학셀을 통과하여 광축에서 기울어진 방향으로 출사되는 광을 수광한다. 이에, 제2 수광부(130) 측에 위치한 제2 센서(D2)가 광의 산란을 측정할 수 있다.
이러한 제2 수광부(130)는 적어도 2개의 렌즈(131, 132) 및 제2 필터(133)를 포함할 수 있다. 여기에서, 제2 필터(133)가 광축 방향에서 산란되는 광의 원하는 파장을 필터링할 수 있다.
또한, 제2 수광부(130) 측에서 산란되는 광을 이용하여 입자의 크기, 개수를 측정할 수 있도록 특정 각도를 가지고 설치하므로, 적어도 2개의 렌즈(131, 132)를 설치하여 고감도 감지가 가능하게 된다.
보다 구체적으로, 제2 수광부(130)의 두 렌즈는, 전면에 설치되어 상기 광학셀(20)에서 산란되는 광의 평행성을 증가시켜 광의 분산을 크게 줄일 수 있도록 하고, 높은 출력밀도를 얻을 수 있도록 하는 전면 렌즈(131)와, 광을 초점에 집속시키는 후면 렌즈(132)로 이루어질 수 있다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 YZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 또한, 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 XZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 그리고, 도 2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 송광부 측의 광이 형성되는 영역을 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 송광부는, 광원(10) 측에 제1 실린더렌즈(111a) 및 광학셀(20) 측에 제2 실린더렌즈(111b)를 구비하여 상기 광학셀(20)에 장축 및 단축의 길이가 다른 광을 송광할 수 있다.
즉, 2개의 실린더렌즈(111a, 111b)의 구성으로 라인빔을 구현하여 광학셀(20)에 조사되어 형성되는 광의 영역인 센싱 볼륨의 측정 민감도를 향상시킬 수 있다. 여기에서, 2개의 실린더렌즈(111a, 111b)는 광원(10) 측으로 볼록한 구면일 수 있다.
도 2c를 참조하면, 광학셀(20)에서 센싱 볼륨이 포커스된 경우, 단축 방향의 길이가 디포커스된 경우에 비해 짧은 것을 확인할 수 있다.
이때, 제1 실린더렌즈(111a)와 광학셀(20) 간 거리(d12)가 142.99mm, 제2 실린더렌즈(111b)와 광학셀(20) 간 거리(d13)가 15.35mm 로 하였다. 여기에서, 광원(10)과 실린더렌즈 간 거리는 제한이 없다.
도 2c에서, (a)는 -0.5mm defocus 되어 단축 방향 0.083mm, 장축 방향 0.361의 센싱 볼륨이고, (b)는 focus 되어 단축 방향 0.032mm, 장축 방향 0.370의 센싱 볼륨이며, (c)는 +0.5mm defocus 되어 단축 방향 0.049mm, 장축 방향 0.361의 센싱 볼륨이다. 이로부터, 장축 및 단축의 길이가 다른 라인빔이 광학셀(20)에 조사되어 장축 방향의 센싱 볼륨은 상대적으로 변화가 적고, 단축 방향의 센싱 볼륨은 변화가 큰 것을 확인할 수 있다.
그러므로, 센싱 볼륨의 단축방향을 얇은 라인 빔으로 구성함으로써, 1cubic centimeter당 측정 가능한 입자의 개수가 높아질 수 있다. 즉, 측정 시료의 농도를 높게 할 수 있다. 시료의 농도가 높아진다는 것은, 불필요한 희석(시료의 농도 조절)이 필요 없거나 최소화 시킬 수 있다는 것을 의미한다.
이에 따라, 사용자에게 희석절차에 대한 부담을 덜어주게 되고, 산업 현장에서 In-line, In-Situ 장비로 구성할 수 있어 본 발명을 적용한 기기의 활용도가 높아질 수 있다.　
또한, 동일한 시간에 측정되는 입자 개수를 많이 확보할 수 있으므로, 원 시료에서 보다 많은 표본 개수에서 샘플링하여 산출한 입자의 크기 분포 및 계수에 대한 결과를 제시할 수 있다. 즉, 통계적으로 보다 유의미한 결과를 제시할 수 있다.
　그리고, 광학셀에 조사되는 조사광의 단축 방향의 폭이 작아지면, 출력밀도가 높아지게 되고, 조사광에 의한 입자의 산란신호가 커져 보다 크기가 작은 입자 측정에 유리하게 된다.　
도 3a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 YZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 또한, 도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 XZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 그리고, 도 3c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 송광부 측의 광이 형성되는 영역을 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 송광부는, 광원(10) 측에 제3 실린더렌즈(112a) 및 광학셀(20) 측에 제4 및 제5 실린더렌즈(112b, 112c)를 구비하여 상기 광학셀(20)에 장축 및 단축의 길이가 다른 광을 송광할 수 있다.
즉, 3개의 실린더렌즈(112a, 112b, 112c)의 구성으로 라인빔을 구현하여 광학셀(20)에 조사되어 형성되는 광의 영역인 센싱 볼륨의 측정 민감도를 향상시킬 수 있다. 여기에서, 3개의 실린더렌즈(112a, 112b, 112c) 중에서, 제3 실린더렌즈(112a) 및 제5 실린더렌즈(112c)는 광원(10) 측으로 볼록한 구면이며, 제4 실린더렌즈(112b)는 광학셀(20) 측으로 볼록한 구면일 수 있다.
도 3c를 참조하면, 광학셀(20)에서 센싱 볼륨이 포커스된 경우, 단축 방향의 길이가 디포커스된 경우에 비해 짧은 것을 확인할 수 있다.
이때, 제3 실린더렌즈(112a)와 제4 실린더렌즈(112b) 간 거리(d22)가 31.07mm, 제5 실린더렌즈(112c)와 광학셀(20) 간 거리(d23)가 5.35mm, 제4 실린더렌즈(112b)와 광학셀(20) 간 거리(d24)가 10.72mm 로 하였다. 여기에서, 광원(10)과 실린더렌즈 간 거리는 제한이 없다.
도 3c에서, (a)는 -0.5mm defocus 되어 단축 방향 0.076mm, 장축 방향 0.297의 센싱 볼륨이고, (b)는 focus 되어 단축 방향 0.029mm, 장축 방향 0.286의 센싱 볼륨이며, (c)는 +0.5mm defocus 되어 단축 방향 0.053mm, 장축 방향 0.300의 센싱 볼륨이다. 이로부터, 장축 및 단축의 길이가 다른 라인빔이 광학셀(20)에 조사되어 장축 방향의 센싱 볼륨은 상대적으로 변화가 적고, 단축 방향의 센싱 볼륨은 변화가 큰 것을 확인할 수 있다. 특히, 제1 실시예에서 2개의 실린더렌즈를 사용한 것보다 3개의 실린더렌즈를 사용함으로써, 센싱 볼륨의 크기가 더 작아지고, 단축 방향의 크기 변화가 보다 커지는 것을 확인할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 YZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 또한, 도 4b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 XZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 그리고, 도 4c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 송광부 측의 광이 형성되는 영역을 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 송광부는, 광원(10) 측에 제6 실린더렌즈(113a) 및 광학셀(20) 측에 제7 및 제8 실린더렌즈(113b, 113c)를 구비하여 상기 광학셀(20)에 장축 및 단축의 길이가 다른 광을 송광할 수 있다.
즉, 3개의 실린더렌즈(113a, 113b, 113c)의 구성으로 라인빔을 구현하여 광학셀(20)에 조사되어 형성되는 광의 영역인 센싱 볼륨의 측정 민감도를 향상시킬 수 있다. 여기에서, 3개의 실린더렌즈(113a, 113b, 113c) 중에서, 제6 실린더렌즈(113a) 및 제8 실린더렌즈(113c)는 광원(10) 측으로 볼록한 구면이며, 제7 실린더렌즈(113b)는 광학셀(20) 측으로 볼록한 구면일 수 있다.
도 4c를 참조하면, 광학셀(20)에서 센싱 볼륨이 포커스된 경우, 단축 방향의 길이가 디포커스된 경우에 비해 짧은 것을 확인할 수 있다.
이때, 제6 실린더렌즈(113a)와 제7 실린더렌즈(113b) 간 거리(d32)가 24.55mm, 제8 실린더렌즈(113c)와 광학셀(20) 간 거리(d33)가 5.35mm, 제7 실린더렌즈(113b)와 광학셀(20) 간 거리(d34)가 11.54mm 로 하였다. 여기에서, 광원(10)과 실린더렌즈 간 거리는 제한이 없다.
도 4c에서, (a)는 -0.5mm defocus 되어 단축 방향 0.073mm, 장축 방향 0.395의 센싱 볼륨이고, (b)는 focus 되어 단축 방향 0.028mm, 장축 방향 0.379의 센싱 볼륨이며, (c)는 +0.5mm defocus 되어 단축 방향 0.051mm, 장축 방향 0.394의 센싱 볼륨이다. 이로부터, 장축 및 단축의 길이가 다른 라인빔이 광학셀(20)에 조사되어 장축 방향의 센싱 볼륨은 상대적으로 변화가 적고, 단축 방향의 센싱 볼륨은 변화가 큰 것을 확인할 수 있다.
이때, 제2 실시예와 제3 실시예에서 제4 실린더렌즈(112b)는 제7 실린더렌즈(113b)와, 제5 실린더렌즈(112c)는 제8 실린더렌즈(113c)와 동일한 설계 스펙을 가진 실린더 렌즈를 사용하였다.
이로부터, 3개의 실린더렌즈를 사용한 경우, 렌즈 간 거리를 변경하고, 광원(10) 측에 위치한 렌즈의 설계 스펙을 변경하더라도, 단축 방향의 크기 변화는 크지 않을 것을 확인할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 YZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 또한, 도 5b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 XZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 그리고, 도 5c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 송광부 측의 광이 형성되는 영역을 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 송광부는, 광원(10) 측에 제1 반구면렌즈(114a)와, 광학셀(20) 측에 제1 및 제2 구면 렌즈(114b, 114c)와, 제9 및 제10 실린더렌즈(114d, 114e)를 구비하여 상기 광학셀(20)에 장축 및 단축의 길이가 다른 광을 송광할 수 있다.
즉, 3개의 구면렌즈(114a, 114b, 114c) 및 2개의 실린더렌즈(114d, 114e) 의 구성으로 라인빔을 구현하여 광학셀(20)에 조사되어 형성되는 광의 영역인 센싱 볼륨의 측정 민감도를 향상시킬 수 있다. 여기에서, 제1 반구면렌즈(114a)는 광원(10) 측으로 볼록한 구면일 수 있다. 또한, 제9 및 제10 실린더렌즈(114d, 114e)는 광원(10) 측으로 볼록한 구면일 수 있다.
이때, 제1 반구면렌즈(114a)와 제1 구면 렌즈(114b) 간 거리(d42)가 5.00mm, 제1 구면 렌즈(114b)와 제2 구면 렌즈(114c) 간 거리(d43)가 6.45mm, 제2 구면 렌즈(114c)와 제9 실린더렌즈(114d) 간 거리(d44)가 4.39mm, 제9 실린더렌즈(114d)와 광학셀(20) 간 거리(d45)가 7.56mm, 제10 실린더렌즈(114e)와 광학셀(20) 간 거리(d47)가 4.50mm 로 하였다. 여기에서, 광원(10)과 렌즈 간 거리는 제한이 없다.
특히, 송광부(110)는 광원(10)에서 조사된 광을 조도가 균일한 광으로 변환할 수 있다. 이를 위해, 상기 송광부(110)는 조도가 균일한 광으로 변환하기 위하여 균질화 로드(homogenizing rod)를 더 포함할 수 있다.
도 5a 및 도 5b에서, 길이가 50mm인 균질화 로드(homogenizing rod)가 제1 반구면렌즈(114a)와 제1 구면 렌즈(114b) 사이에 위치할 수 있다. 여기에서, 제1 반구면렌즈(114a)와 균질화 로드(homogenizing rod)의 일측 간 거리(d46)가 6.43mm, 제1 구면 렌즈(114b)와 균질화 로드(homogenizing rod)의 타측 간 거리(d42)가 5.00mm로 하였다.
도 5c에서, (a)는 -0.5mm defocus 되어 단축 방향 0.385mm, 장축 방향 0.479의 센싱 볼륨이고, (b)는 -0.25mm defocus 되어 단축 방향 0.343mm, 장축 방향 0.482의 센싱 볼륨이다.
(c)는 focus 되어 단축 방향 0.315mm, 장축 방향 0.479의 센싱 볼륨이다.
(d)는 +0.25mm defocus 되어 단축 방향 0.352mm, 장축 방향 0.484의 센싱 볼륨이며, (e)는 +0.5mm defocus 되어 단축 방향 0.401mm, 장축 방향 0.512의 센싱 볼륨이다.
이로부터, 구면 렌즈에 비해 실린더 렌즈를 사용할 경우, 단축 방향의 길이가 매우 짧은 센싱 볼륨이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 균질화 로드(homogenizing rod)를 통해 균일광으로 변환할 수 있다. 또한, 균일광을 변환 생성하기 위해, 균질화 로드(homogenizing rod) 대신에 마이크로 렌즈 어레이(micro lens array)를 사용할 수도 있다.
도 6a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 YZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 또한, 도 6b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 XZ 평면을 기준으로 광선이 통과하는 송광부 측의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 그리고, 도 6c는 본 발명의 제5 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 송광부 측의 광이 형성되는 영역을 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 송광부는, 광원(10) 측에 제2 반구면렌즈(115a)와, 광학셀(20) 측에 제3 및 제4 구면 렌즈(115b, 115c)와, 제11 및 제12 실린더렌즈(115d, 115e)를 구비하여 상기 광학셀(20)에 장축 및 단축의 길이가 다른 광을 송광할 수 있다.
즉, 3개의 구면렌즈(115a, 115b, 115c) 및 2개의 실린더렌즈(115d, 115e) 의 구성으로 라인빔을 구현하여 광학셀(20)에 조사되어 형성되는 광의 영역인 센싱 볼륨의 측정 민감도를 향상시킬 수 있다. 여기에서, 제2 반구면렌즈(115a)는 광원(10) 측으로 볼록한 구면일 수 있다. 또한, 제11 및 제12 실린더렌즈(115d, 115e)는 광원(10) 측으로 볼록한 구면일 수 있다.
이때, 제2 반구면렌즈(115a)와 제3 구면 렌즈(115b) 간 거리(d52)가 7.24mm, 제3 구면 렌즈(115b)와 제4 구면 렌즈(115c) 간 거리(d53)가 16.47mm, 제4 구면 렌즈(115c)와 제11 실린더렌즈(115d) 간 거리(d54)가 6.47mm, 제11 실린더렌즈(115d)와 광학셀(20) 간 거리(d55)가 8.85mm, 제12 실린더렌즈(115e)와 광학셀(20) 간 거리(d57)가 3.50mm 로 하였다 여기에서, 광원(10)과 렌즈 간 거리는 제한이 없다.
특히, 송광부(110)는 광원(10)에서 조사된 광을 조도가 균일한 광으로 변환할 수 있다. 이를 위해, 상기 송광부(110)는 조도가 균일한 광으로 변환하기 위하여 균질화 로드(homogenizing rod)를 더 포함할 수 있다.
도 6a 및 도 6b에서, 길이가 50mm인 균질화 로드(homogenizing rod)가 제2 반구면렌즈(115a)와 제3 구면 렌즈(115b) 사이에 위치할 수 있다. 여기에서, 제2 반구면렌즈(115a)와 균질화 로드(homogenizing rod)의 일측 간 거리(d56)가 6.43mm, 제3 구면 렌즈(115b)와 균질화 로드(homogenizing rod)의 타측 간 거리(d52)가 7.24mm 로 하였다.
도 6c에서, (a)는 -0.5mm defocus 되어 단축 방향 0.400mm, 장축 방향 0.415의 센싱 볼륨이고, (b)는 -0.25mm defocus 되어 단축 방향 0.344mm, 장축 방향 0.472의 센싱 볼륨이다.
(c)는 focus 되어 단축 방향 0.306mm, 장축 방향 0.487의 센싱 볼륨이다.
(d)는 +0.25mm defocus 되어 단축 방향 0.332mm, 장축 방향 0.505의 센싱 볼륨이며, (e)는 +0.5mm defocus 되어 단축 방향 0.371mm, 장축 방향 0.540의 센싱 볼륨이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 계수용 광학계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 계수용 광학계는 거울(125)을 더 포함할 수 있다. 상술하여 설명한 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 계수용 광학계와 다른 구성은 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
구체적으로, 제1 수광부(120)는 광축 방향으로 출사되는 광의 경로를 변경하는 거울(125)을 더 포함할 수 있다.
도 8은 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 계수용 광학계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 계수용 광학계는 핀홀(135) 또는 상기 핀홀을 구비한 공초점용 렌즈(136)를 더 포함할 수 있다. 상술하여 설명한 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 계수용 광학계와 다른 구성은 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제2 수광부(130)는 핀홀(135)을 구비한 공초점용 렌즈(136)를 더 포함할 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 제2 수광부(130)는 노이즈 제거를 위해 핀홀(135)만을 더 포함할 수도 있다.
이러한 노이즈 제거 효과를 더욱 강화하기 위해, 송광부(110)는 광축에서 0도에서 5도 사이로 기울어져 간섭무늬로 인한 노이즈를 제거할 수 있다. 예를 들어, 송광부(110)를 구성하는 실린더렌즈, 구면렌즈들이 광축에서 0도에서 5도 사이로 기울어져 간섭무늬로 인한 노이즈를 제거할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 입자 계수용 광학계
110: 송광부
120: 제1 수광부
130: 제2 수광부

Claims (9)

  1. 광원에서 조사된 광을 장축 및 단축의 길이가 다른 광으로 입자를 수용하는 광학셀에 송광하는 송광부;
    상기 광학셀을 통과하여 광축 방향으로 출사되는 광을 수광하는 제1 수광부; 및
    상기 광학셀을 통과하여 상기 광축에서 기울어진 방향으로 출사되는 광을 수광하는 제2 수광부를 포함하며,
    상기 송광부는, 상기 광축에서 0도에서 5도 사이로 기울어져 간섭무늬로 인한 노이즈를 제거하는, 입자 계수용 광학계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 송광부는,
    실린더 렌즈 또는 구면 렌즈를 이용하여 상기 장축 및 단축의 길이가 다른 광을 상기 광학셀에 송광하는, 입자 계수용 광학계.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 송광부는,
    상기 광원측에 제1 실린더렌즈 및 상기 광학셀 측에 제2 실린더렌즈를 구비하여 상기 광학셀에 장축 및 단축의 길이가 다른 광을 송광하는, 입자 계수용 광학계.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 송광부는,
    상기 광원측에 제3 실린더렌즈 및 상기 광학셀 측에 제4 및 제5 실린더렌즈를 구비하여 상기 광학셀에 장축 및 단축의 길이가 다른 광을 송광하는, 입자 계수용 광학계.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 송광부는,
    상기 광원에서 조사된 광을 조도가 균일한 광으로 변환하는, 입자 계수용 광학계.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 송광부는,
    상기 조도가 균일한 광으로 변환하기 위하여 균질화 로드(homogenizing rod)를 더 포함하는, 입자 계수용 광학계.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 수광부는,
    상기 광축 방향으로 출사되는 광의 경로를 변경하는 거울을 더 포함하는, 입자 계수용 광학계.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 수광부는,
    핀홀 또는 상기 핀홀을 구비한 공초점용 렌즈를 더 포함하는, 입자 계수용 광학계.
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Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003004625A (ja) * 2001-06-15 2003-01-08 Sysmex Corp フローサイトメータ
KR200363865Y1 (ko) * 2004-07-12 2004-10-11 (주)니즈 입자의 크기 및 종류 구분이 가능한 파티클 센서
KR20040110238A (ko) * 2003-06-18 2004-12-31 주식회사 포텍 렌즈미터용 광학계
KR20060018613A (ko) * 2004-08-25 2006-03-02 삼성테크윈 주식회사 유전자 판독기
KR20090038429A (ko) * 2006-08-02 2009-04-20 가부시키가이샤 니콘 결함 검출 장치 및 결함 검출 방법
JP2009281930A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Yokogawa Electric Corp 粒子濃度測定装置
JP5060541B2 (ja) * 2009-12-14 2012-10-31 大日本印刷株式会社 有機薄膜太陽電池モジュール
JP2013019894A (ja) * 2011-07-12 2013-01-31 Sharp Corp 流体浄化・流体浄化度測定システム、および方法
JP2014182116A (ja) * 2013-03-21 2014-09-29 Sysmex Corp 光照射光学系、粒子分析装置および光照射方法
JP2016024093A (ja) * 2014-07-22 2016-02-08 シスメックス株式会社 フローサイトメータ、粒子分析装置およびフローサイトメトリー法
KR20180000015A (ko) 2016-06-21 2018-01-02 한국표준과학연구원 고정확 실시간 미세 입자 크기 및 개수 측정 장치
KR20180032080A (ko) * 2016-09-21 2018-03-29 (주)뉴옵틱스 혈구 분석 시스템 및 분석방법
KR20200061569A (ko) * 2018-11-26 2020-06-03 (주)뉴옵틱스 혈구 분석 시스템 및 분석방법
KR102155809B1 (ko) * 2018-01-31 2020-09-14 지크 엔지니어링 게엠베하 미세먼지를 측정하기 위한 분석 장치

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003004625A (ja) * 2001-06-15 2003-01-08 Sysmex Corp フローサイトメータ
KR20040110238A (ko) * 2003-06-18 2004-12-31 주식회사 포텍 렌즈미터용 광학계
KR200363865Y1 (ko) * 2004-07-12 2004-10-11 (주)니즈 입자의 크기 및 종류 구분이 가능한 파티클 센서
KR20060018613A (ko) * 2004-08-25 2006-03-02 삼성테크윈 주식회사 유전자 판독기
KR20090038429A (ko) * 2006-08-02 2009-04-20 가부시키가이샤 니콘 결함 검출 장치 및 결함 검출 방법
JP2009281930A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Yokogawa Electric Corp 粒子濃度測定装置
JP5060541B2 (ja) * 2009-12-14 2012-10-31 大日本印刷株式会社 有機薄膜太陽電池モジュール
JP2013019894A (ja) * 2011-07-12 2013-01-31 Sharp Corp 流体浄化・流体浄化度測定システム、および方法
JP2014182116A (ja) * 2013-03-21 2014-09-29 Sysmex Corp 光照射光学系、粒子分析装置および光照射方法
JP2016024093A (ja) * 2014-07-22 2016-02-08 シスメックス株式会社 フローサイトメータ、粒子分析装置およびフローサイトメトリー法
KR20180000015A (ko) 2016-06-21 2018-01-02 한국표준과학연구원 고정확 실시간 미세 입자 크기 및 개수 측정 장치
KR20180032080A (ko) * 2016-09-21 2018-03-29 (주)뉴옵틱스 혈구 분석 시스템 및 분석방법
KR102155809B1 (ko) * 2018-01-31 2020-09-14 지크 엔지니어링 게엠베하 미세먼지를 측정하기 위한 분석 장치
KR20200061569A (ko) * 2018-11-26 2020-06-03 (주)뉴옵틱스 혈구 분석 시스템 및 분석방법

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