KR102273485B1 - 멀티형 형광측정기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존의 형광 측정장치 들이 회전형의 필터휠을 사용하여 몇 가지 형태의 광파장을 선택하여 파장을 변화시켜가며 측정하는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 실시간으로 여러 물질을 동시에 측정하여야 하는 경우 이러한 방법을 사용하기는 쉽지 않다. 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 광원; 및 상기 광원의 광을 평행광으로 만들어주는 평행광렌즈; 및 상기 평행광렌즈에서 평행광으로 변화된 광을 샘플의 형광을 측정하기위하여 측정에 필요한 평행광만을 통과시키는 슬릿; 및
상기 슬릿을 통과한 빛을 샘플에 비추고, 샘플을 통과한 광을 파장별로 측정하기위하여, 단변과 장변의 길이의 차이가 크게 형성되어 상기 장변 방향으로 통과되는 광 파장의 주파수를 달리 구비한 리니어 베리어블 밴드패스필터; 및 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터를 통과한 빛을 수평선 형태의 광이 되도록 광을 모아 직선 형태로 만들어 주는 실린더렌즈; 및 상기 실리더 렌즈를 통과한 빛의 광량을 측정하기 위한 리니어 CCD를 구비한 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기를 제공한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 기존의 회전형 필터휠을 사용하지 않기 때문에 진동이 있거나, 움직이는 상태에서도 안정하게 측정할 수 있으며, 여러 파장의 형광을 동시에 측정할 수 있기 때문에 측정시간이 단축되는 효과가 있다.

Description

멀티형 형광측정기{.}
본 발명은 리니어 베리어블 밴드패스필터가 구비된 멀티형 형광측정기에 관한 것으로, 더욱 상세히는 여러 물질에서 발생하는 형광을 측정하는 형광측정기에 있어서 여러 종류의 형광을 한 번에 측정할 수 있는 형광측정기에 관한 것이다.
본 발명 이전의 선행기술로는 물질에서 발생하는 형광을 측정하기 위하여 상기 물질에 에너지를 주기위한 광을 조사하고, 상기 광에 의하여 상기 물질의 표면에 여기된 형광물질로부터 형광이 발생한다. 이때 물질에 따라 다양한 광 파장대가 필요하게 된다.
따라서, 어떤 특정 형광물질을 원활하게 측정하기 위해서는 해당 형광물질의 발생 형광의 양을 최대로 만들기 위해 해당 형광물질에 적합한 파장대의 광을 사용하게 된다. 이를 위하여 여러 파장의 광이 사용되는데, 일반적으로 모든 파장을 포함하는 백색광원을 광원으로 사용한다. 상기 백색광원으로부터 측정하고자 하는 물질에 적합한 파장의 광만 선택적으로 통과시키는 다수의 밴드패스필터를 필터 휠에 설치하고, 상기 필터 휠을 회전시켜 측정하고자 파장의 밴드패스필터를 선택하여 형광을 측정한다.
또 다른 선행기술로는 도1에 도시한 바와 같은 장치가 개시되어 있다. 이 선행기술에서는 회전 원통형 필터휠을 구비하고 그 내부에 광 스플릿터를 구비한 것으로 외부에 구비된 필터를 회전시키는 것으로 기존의 장치의 스플릿터를 필터내부에 구비한 기술이 개시되어 있다.
등록특허공보 10-1953864
본 발명은 기존의 형광 측정장치 들이 회전형의 필터휠을 사용하여 몇 가지 형태의 광파장을 선택하여 파장을 변화시켜가며 측정하는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 실시간으로 여러 물질을 동시에 측정하여야 하는 경우 이러한 방법을 사용하기는 쉽지 않다. 본 발명에서는 여러 가지 파장의 광원을 만들이 이를 이용할 수 있는 형광측정 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여,
멀티형 형광측정기에 있어서, 광원(10)에서 나온 광은 평형광렌즈(20)를 통과하여 평행광이 되고, 상기 평행광은 샘플에 광을 조사할 수 있도록 슬릿(30)을 통과한 후 샘플에 조사되고, 조사된 상기 광에 의하여 상기 샘플에서 발생되는 형광을 광 파장별로 멀티로 측정하기 위하여 리니어 베리어블 밴드패스필터(100)를 구비하며, 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터의 위치별로 파장이 다른 형광이 통과되고 이를 실린더 렌즈를 사용하여 선형으로 모아 리니어 CCD로 측정함으로써 위치별로 다른 파장의 형광을 측정하는 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기를 제공한다.
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또한, 상기 광원과 평행광 렌즈 사이에 빔스플릿터를 구비하여 상기 광원에서 나온 광의 일부를 분리하여 별도의 광강도센서로 측정하여 상기 리니어 CCD에서 측정한 광의 세기를 보정하는 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기를 제공한다.
또한, 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터는 1개 이상의 광 주파수를 선택할 수 있도록 구비되며, 광투과율이 낮은 주파수의 필터를 중심과 가까운 위치에 위치시키는 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기를 제공한다.
또한, 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터를 수평으로 움직이는 리니어모터를 더 구비하여 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터의 위치를 움직임으로써 파장을 선택하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기를 제공한다.
또한, 상기 슬릿의 주변에 광강도센서를 더 구비하여 상기 광원의 강도를 상기 광강도 센서를 이용하여 측정하여 상기 리니어 CCD의 측정값 교정에 사용하는 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기를 제공한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 기존의 회전형 필터휠을 사용하지 않기 때문에 진동이 있거나, 움직이는 상태에서도 안정하게 측정할 수 있으며, 여러 파장의 형광을 동시에 측정할 수 있기 때문에 측정시간이 단축되는 효과가 있다.
도 1은 선행 발명의 분해 사시도
도 2는 본 발명의 시스템 개념도
도 3은 본 발명에 사용된 리니어 베리어블 밴드패스필터의 광 투과 특성
본 발명은 기존의 발명들이 회전 필터휠을 사용하는 것을 개선하고자 하는 것이다. 회전형 필터를 사용하면, 필터를 회전하는 시간에는 측정을 할 수 없고, 측정 장치에 이동부분이 포함되어 있어 흔들리거나, 진동에 취약할 수 있는 단점이 있다.
또한, 공정에서 생산 이동 중인 샘플을 측정하는 경우에는 한 파장씩 선택하여 측정하기 때문에 동시에 여러 파장의 형광 측정을 할 수 없는 단점이 있다. 본 발명은 이러한 문제를 리니어 베리어블 밴드패스필터를 사용하여 해경하고자 하였다.
단순히 기존의 발명에 필터휠을 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터로 변경한 것이 아니라, 여러 파장의 형광을 동시에 측정할 수 있는 비분산 방식의 형광측정장치를 제공하는 것이다.
이러한 작용 효과를 도면을 활용하여 설명하면 하기와 같다.
도1은 본 발명의 선행기술에 관한 것으로 수평 일방으로 진행하는 여기광을 조사하는 광원부와, 상기 광원부의 수직 하방으로 이격 배치되며 수평 타방에서 진행해온 형광을 센싱하는 수광부를 포함하여 이루어지는 렌즈고정부(341); 및 제1편광자(314), 표면경(315) 및 편광빔분할기(325)를 이용하여 상기 광원부에서 진행해온 여기광의 일부 편광 성분만을 광로를 수직 하방으로 변경시켜 시료로 조사하고, 제2편광자(324) 및 상기 편광빔분할기(325)를 이용하여 상기 시료에서 발생된 형광의 다른 일부 편광성분만을 광로를 수평 일방으로 변경시켜 상기 수광부로 조사 하도록 이루어지는 편광부(331); 및 상기 편광부(331)를 둘러싸는 원통형으로 회전 가능하게 형성되며, 상기 광원부에서 진행해온 여기광의 일부 파장대역만을 통과시키는 여기광용 밴드패스필터(313a~313d) 및 상기 여기광용 밴드패스필터(313a~313d)의 수직하방으로 이격 배치되며 상기 시료로부터 진행해온 형광의 일부 파장대역만을 통과시키는 형광용 밴드패스필터(323a~323d)로 이루어지는 필터세트가 구비되되, 복수 개의 상기 필터세트가 원통 측면에 둘러 배열되도록 형성되는 원통형 필터휠(332); 을 포함하는 형광측정부(300)를 포함하여 이루어지며, 상기 원통형 필터휠(332)이 회전됨에 따라 여기광 및 형광의 파장대역 선택 변경이 가능하도록 이루어지며, 상기 제1편광자(314), 상기 제2편광자(324), 상기 편광빔분할기(325)에 의하여, 편광성분에 의해 여기광 및 형광의 분리가 수행되는 것을 특징으로 하는 회전 원통형 필터휠이 구비된 다채널 형광측정기를 도시하고 있다.
그러나 기존의 분리되어 있던 빔스플릿터과 필터휠 등의 구성을 일체형으로 구성하고 있을 뿐 동시에 여러 형광 파장을 측정할 수 없다.
도 2는 본 발명의 멀티형 형광측정기의 개념도 이다. 광원(10)에서 나온 광이 평형광렌즈(20)를 통과하여 평행광이 된다. 평행광이 된 광을 샘플에 광을 조사할 수 있도록 슬릿(30)을 이용하여 측정에 사용될 광을 통과시킨다. 이때 상기 광원에서 발생하는 광원의 세기는 여러 회로 등을 이용하여 일정한 크기가되도록 조절하지만, 노이즈 등의 원인으로 측정 때마다 차이가 있을 수 있다. 이러한 점을 보완하기 위하여 상기 슬릿의 평행광렌즈 쪽에 광강도센서를 더 구비할 수 있다. 또한, 상기 광강도센서를 상기 광원과 평행광렌즈 사이에 빔스플릿터를 구비하고 상기 빔스플릿터에서 분리된 광의 강도를 측정하도록 설치할 수 있음은 물론이다.
상기 슬릿을 통과한 빛은 샘플에 조사되고, 상기 조사된 광에 의하여 상기 샘플에서 발생되는 형광을 광 파장별로 멀티로 측정하기 위하여 리니어 베리어블 밴드패스필터(100)를 구비한다. 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터를 통과하여 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터의 위치별로 파장이 다른 형광이 통과된다. 상기 필터를 통과한 형광은 상기 슬릿을 형상대로 수평선 형태이지만, 상하 방향으로 퍼져있다. 상기 상하방향으로 퍼진 형광을 측정을 위하여 실린더 렌즈를 사용하여 선형으로 모아준다.
상기 실린더 렌즈로 모아준 형광은 리니어 CCD(Charge Coupled Device)를 이용하여 멀티 파장으로 측정한다. 당연히 PMT(광전증폭관센서, Photo Multiplier Tube) 센서를 1개 이상 병렬로 구비하여 사용할 수 있음은 물론이다.
본 발명에서 사용하는 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터는 도3에 도시된 바와 같이 여러 개의 고파장 패스 필터를 겹쳐 사용할 수 있고, 마지막으로 저 파장 패스 필터를 사용하여 구비할 수 있다. 이렇게 함으로써 정밀하게 측정하고자 하는 파장대역은 넓은 영영에서 측정할 수 있고, 그렇지 않는 파장대역은 작은 영역의 상기 리니어 CCD에서 측정하도록 면적을 조절할 수 있음은 물론이다.
또 다른 방법으로는 사각형의 밴드패스 필터를 병렬로 조합하여 사용하는 방법이 있다. 상기 사각형의 밴드패스 필터를 사용하는 경우에는 파장대역 별로 광 투과 효율을 측정하여 광투과 효율이 낮은 필터를 우선으로 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터의 중앙에 가깝게 배치한다. 이는 상기 광원이 중앙에서 좀더 광 강도가 크기 때문이다.
또한, 상기와 같이 동시에 여러 파장의 형광을 측정할 수 있음엣도 불구하고, 리니어 CCD를 사용하지 않고, PMT 센서를 이용하여 1개의 형광 파장만을 한번에 측정하고자 하는 경우에는 상기 리니너 베리어블 밴드패스필터를 수평으로 움직일 수 있는 리니어 모터(미도시) 등을 더 구비하여 형광 파장을 선택하여 측정할 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 광원과 평행광렌즈 사이에 초퍼를 설치하여 광이 차단된 시점에서의 사기 리니어 CCD 또는 PMT 센서의 값을 측정하고, 형광을 측정한 후의 신호를 측정하여 둘의 차이를 계산함으로써 상기 리니어 CCD 또는 상기 PMT 센서에서 열 또는 노이즈에 의하여 발생하는 신호를 제어할 수 있다.
상기와 같은 작용 효과를 나타내기 위하여 하기위 과제 해결수단을 제공한다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여,
광원; 및 상기 광원의 광을 평행광으로 만들어주는 평행광렌즈; 및
상기 평행광렌즈에서 평행광으로 변화된 광을 샘플의 형광을 측정하기위하여 측정에 필요한 평행광만을 통과시키는 슬릿; 및
상기 슬릿을 통과한 빛을 샘플에 비추고, 샘플을 통과한 광을 파장별로 측정하기위하여, 단변과 장변의 길이의 차이가 크게 형성되어 상기 장변 방향으로 통과되는 광 파장의 주파수를 달리 구비한 리니어 베리어블 밴드패스필터; 및
상기 리니어 베리어블 밴드패스필터를 통과한 빛을 수평선 형태의 광이 되도록 광을 모아 직선 형태로 만들어 주는 실린더렌즈; 및
상기 실리더 렌즈를 통과한 빛의 광량을 측정하기 위한 리니어 CCD를 구비한 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기를 제공한다.
또한, 상기 광원과 평행광 렌즈 사이에 빔스플릿터를 구비하여 상기 광원에서 나온 광의 일부를 분리하여 별도의 광강도센서로 측정하여 상기 리니어 CCD에서 측정한 광의 세기를 보정하는 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기를 제공한다.
또한, 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터는 1개 이상의 광 주파수를 선택할 수 있도록 구비되며, 광투과율이 낮은 주파수의 필터를 중심과 가까운 위치에 위치시키는 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기를 제공한다.
또한, 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터를 수평으로 움직이는 리니어모터를 더 구비하여 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터의 위치를 움직임으로써 파장을 선택하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기를 제공한다.
또한, 상기 슬릿의 주변에 광강도센서를 더 구비하여 상기 광원의 강도를 상기 광강도 센서를 이용하여 측정하여 상기 리니어 CCD의 측정값 교정에 사용하는 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기를 제공한다.
또한, 상기 광원은 단일 주파수 광원일 수 있다. 또한, 상기 광원은 선택된 2개의 주파수 광일 수 있다. 또한, 상기 광원은 3개 이상의 주파수에 해당하는 광 주파수를 가지는 광원일 수 있다.
또한, 상기 광원은 1개가 아니라, 서로 다른 단일 주파수 광을 2개 이상 결합하여 구성한 광원 일 수 있다.
10 : 광원
20 : 평행광 렌즈
30 : 수평슬릿
35 : 광강도센서
40 : 실린더 렌즈
100 : 리니어 베리어블 밴드패스필터
200 : 리니어 CCD
300 : 형광측정부
301 : 필터휠 모터
311 : 광원
312 : 제1렌즈
313a~313d : 여기광용 밴드패스필터
314 : 제1편광자
315 : 표면경(Surface Mirror)
321 : 수광센서
322 : 제2렌즈
323a~323d : 형광용 밴드패스필터
324 : 제2편광자
325 : 편광빔분할기(Polarizing Beam Splitter, PBS)
326 : 제3렌즈
331 : 편광부
332 : 원통형 필터휠
341 : 렌즈고정부
342 : 커버
400 : 샘플

Claims (4)

  1. 멀티형 형광측정기에 있어서, 광원(10)에서 나온 광은 평형광렌즈(20)를 통과하여 평행광이 되고, 상기 평행광은 샘플에 광을 조사할 수 있도록 슬릿(30)을 통과한 후 샘플에 조사되고, 조사된 상기 광에 의하여 상기 샘플에서 발생되는 형광을 광 파장별로 멀티로 측정하기 위하여 리니어 베리어블 밴드패스필터(100)를 구비하며, 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터의 위치별로 파장이 다른 형광이 통과되고 이를 실린더 렌즈를 사용하여 선형으로 모아 리니어 CCD로 측정함으로써 위치별로 다른 파장의 형광을 측정하는 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원과 평행광 렌즈 사이에 빔스플릿터를 구비하여 상기 광원에서 나온 광의 일부를 분리하여 별도의 광강도센서로 측정하여 상기 리니어 CCD에서 측정한 광의 세기를 보정하는 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리니어 베리어블 밴드패스필터는 1개 이상의 광 주파수를 선택할 수 있도록 구비되며, 광투과율이 낮은 주파수의 필터를 중심과 가까운 위치에 위치시키는 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 리니어 베리어블 밴드패스필터를 수평으로 움직이는 리니어모터를 더 구비하여 상기 리니어 베리어블 밴드패스필터의 위치를 움직임으로써 파장을 선택하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 멀티형 형광측정기.
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