KR102282395B1 - 다중 옵셋 프로브 및 이를 포함하는 다층 물질 분석 장치 - Google Patents

다중 옵셋 프로브 및 이를 포함하는 다층 물질 분석 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 입사 광을 다층 물질로 출력하는 복수의 출력 광섬유 및 서로 다른 거리로 상기 출력 광섬유와 이격하여 배치되는 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유를 포함하고, 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유는 다층 물질에 의해 산란되는 입사 광의 제1 및 제2 산란 광을 각각 입력 받는 다중 옵셋 프로브와, 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유로부터 제1 및 제2 산란 광을 각각 입력 받아 이를 각각 분광시키는 분광기와, 분광기에 의해 분광된 제1 및 제2 산란 광의 제1 및 제2 분광 스펙트럼을 생성하고 이를 기초로 다층 물질의 내부층 물질을 분석하는 분석부를 포함하는 다층 물질 분석 장치를 제공한다.

Description

다중 옵셋 프로브 및 이를 포함하는 다층 물질 분석 장치{MULTI OFFSET PROBE AND MULTI LAYER MATERIAL ANALYSIS APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 다중 옵셋 프로브 및 이를 포함하는 다층 물질 분석 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임의의 층 내부에 있는 물질을 분석하는데 있어 비파괴적이고 신속하고 정확히 내부 물질의 화학적 구조 및 성분 분석이 가능한 다중 옵셋 프로브 및 이를 포함하는 다층 물질 분석 장치에 관한 것이다.
라만 분광기는 분자의 진동 및 회전 운동 등을 이용하여 분자 구조를 분석하는 장치로서, 그 원리는 다음과 같다.
빛(light source, hv)이 어떤 매질을 통과 할 때, 그 빛의 일부는 매질에 의해 산란되어 다른 방향으로 이동한다. 이때, 산란된 빛은 원래의 에너지를 그대로 유지하는 레일리 산란(Rayleigh scattering or Elastic scattering) 또는 에너지를 잃거나 얻으면서 사라지는 라만 산란(Raman scattering or Inelastic scattering)의 형태로 이동한다.
라만 산란이 레일리 산란에 대해 얼마만큼 이동되었는가를 라만 이동(Raman shift)으로 표시한다. 이때, 라만 이동은 분자의 진동 주파수에 해당한다. 따라서, 산란된 빛의 세기를 주파수(frequency)에 따른 띠(band) 혹은 반복적 피크를 이용하여 물질의 정성 및 정량 분석을 수행한다.
이와 같은 라만 분광기는 다층 물질의 내부에 있는 내부층 물질을 분석하는데 이용하고 있는데, 내부층 물질의 분광 신호를 분석할 때 외부층 물질의 분광 신호가 간섭을 일으키기 때문에 내부층 물질을 정확히 분석할 수 없는 문제점이 있었다.
한국 등록 특허 공보 제10-0429637호
본 발명은, 다층 물질의 내부에 있는 내부층 물질을 분석함에 있어 비파괴적이고 신속하고 정확히 내부층 물질의 화학적 구조 및 성분 분석이 가능한 다중 옵셋 프로브 및 이를 포함하는 다층 물질 분석 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 입사 광을 다층 물질로 출력하는 복수의 출력 광섬유 및 서로 다른 거리로 상기 출력 광섬유와 이격하여 배치되는 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유를 포함하고, 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유는 다층 물질에 의해 산란되는 입사 광의 제1 및 제2 산란 광을 각각 입력 받는 다중 옵셋 프로브와, 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유로부터 제1 및 제2 산란 광을 각각 입력 받아 이를 각각 분광시키는 분광기와, 분광기에 의해 분광된 제1 및 제2 산란 광의 제1 및 제2 분광 스펙트럼을 생성하고 이를 기초로 다층 물질의 내부층 물질을 분석하는 분석부를 포함하는 다층 물질 분석 장치를 제공한다.
여기서, 복수의 출력 광섬유는, 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유 사이에 배열될 수 있다.
또한, 복수의 출력 광섬유와 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유는 각각 수직 또는 수평 방향으로 나란히 배열될 수 있다.
또한, 분석부는, 제1 분광 스펙트럼에 기준 비율을 곱하여 제3 분광 스펙트럼을 생성하고, 제3 분광 스펙트럼에서 상기 제2 분광 스펙트럼을 차분하여 제4 분광 스펙트럼을 생성할 수 있다.
또한, 분석부는, 제4 분광 스펙트럼을 기초로 다층 물질의 내부층 물질을 분석할 수 있다.
여기서, 기준 비율은, 제1 분광 스펙트럼의 복수의 제1 피크값 중 어느 하나에 대한 제2 분광 스펙트럼의 복수의 제2 피크값 중 어느 하나의 비율일 수 있다.
또한, 기준 비율은, 제1 및 제2 분광 스펙트럼에서 서로 대응하는 피크값의 비율일 수 있다.
또한, 제1 및 제2 피크값은, 다층 물질의 외부층 물질의 제5 분광 스펙트럼의 피크값 중 어느 하나와 대응할 수 있다.
또한, 분석부는, 다수의 내부층 물질을 학습한 인공 신경망을 이용하여 제4 스펙트럼을 갖는 다층 물질의 내부층 물질을 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 다층 물질 분석 장치는, 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유를 포함하고, 제1 및 제2 산란 광을 출력하는 산란광 출력부와, 산란광 출력부에서 출력되는 제1 및 제2 산란광을 결상하고 이를 평행 광으로 변환하여 분광기로 출력하는 렌즈부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다층 물질 분석 장치는, 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유를 포함하고, 다중 옵셋 프로브 및 산란광 출력부를 연결하는 출력 케이블을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다층 물질 분석 장치는, 입사 광을 출사하는 광원에 연결되는 커넥터와, 복수의 출력 광섬유를 포함하고 다중 옵셋 프로브 및 상기 커넥터를 연결하는 입력 케이블을 더 포함할 수 있다.
여기서, 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유는 산란광 출력부 내에서 수직 또는 수평 방향으로 나란히 배열될 수 있다.
또한, 본 발명은, 입사 광을 다층 물질로 출력하는 복수의 출력 광섬유와, 서로 다른 거리로 출력 광섬유와 이격하여 배치되는 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유를 포함하고, 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유는 다층 물질에 의해 산란되는 입사 광의 제1 및 제2 산란 광을 각각 입력 받는 다중 옵셋 프로브를 제공한다.
여기서, 복수의 출력 광섬유는 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유 사이에 배열될 수 있다.
또한, 복수의 출력 광섬유와 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유는 각각 수직 또는 수평 방향으로 나란히 배열될 수 있다.
본 발명에 따르면, 다층 물질의 내부에 있는 내부층 물질을 분석함에 있어, 외부층 물질의 분광 신호를 제거하여 내부층 물질의 분광 신호만 획득할 수 있고, 이를 통해 비파괴적이고 신속하고 정확히 내부 물질의 화학적 구조 및 성분 분석이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 임의의 층 내부에 있는 물질을 분석하는데 특화되어, 비파괴적 심층 검출 기술이 필요한 공항 보안 검색대에서 검색, 건축 자재 내부의 유해 물질 검출, 제약 공정 진단, 생체 내 질병 진단 및 테러 물질 탐지 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치의 다중 옵셋 프로브, 커넥터 및 산란광 출력부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 옵셋 프로브의 광 입출사면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질을 분석하는 다중 옵셋 프로브를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 확대도로서 다중 옵셋 프로브에서 입출력되는 입사 광 및 산란 광을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치의 산란광 출력부, 렌즈부 및 이미지 센서를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치에 있어서 분광된 산란 광이 이미지 센서에 결상된 영상이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치의 분석부가 생성하는 분광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 내부 물질 분석 장치의 동작 순서도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치의 다중 옵셋 프로브, 커넥터 및 산란광 출력부를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 옵셋 프로브의 광 입출사면을 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치는 다중 옵셋 프로브(100), 커넥터(110), 산란광 출력부(120), 렌즈부(130), 분광기(140), 이미지 센서(150) 및 분석부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 다중 옵셋 프로브(100)는 복수의 출력 광섬유(101)와 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)를 포함하고, 산란광 출력부(120)는 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)를 포함한다.
다중 옵셋 프로브(100) 및 커넥터(110)는 입력 케이블(105)을 통해 연결되고, 다중 옵셋 프로브(100) 및 산란광 출력부(120)는 출력 케이블(115)을 통해 연결된다.
입력 케이블(105)은 복수의 출력 광섬유(101)를 포함하며, 출력 케이블(115)은 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)를 포함한다.
여기서, 복수의 출력 광섬유(101)와 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)의 일단은 다중 옵셋 프로브(100)의 광 입출사면에서 외부로 노출되고, 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)의 일단은 산란광 출력부(120)의 광 출사면에서 외부로 노출된다.
복수의 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)는 산란광 출력부(120) 내에서 수직 또는 수평 방향으로 나란히 배열될 수 있다.
커넥터(110)는 입사 광을 출사하는 광원(10)에 연결되어 입사 광을 다중 옵셋 프로브(100)에 전달하는 역할을 한다. 여기서, 광원(10)은 레이저이고 입사 광은 레이저 광일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 출력 광섬유(101)와 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)의 일단은 다중 옵셋 프로브(100)의 광 입출사면에서 외부로 노출된다.
여기서, 출력 광섬유(101)는 다중 옵셋 프로브(100) 중앙에 복수 개(예컨대, 25개)로 배열될 수 있고, 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)는 출력 광섬유(101)와 이격하여 복수 개(예컨대, 25개)로 각각 배열 될 수 있다. 즉, 복수의 출력 광섬유(101)는 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b) 사이에 배열될 수 있다.
또한, 출력 광섬유(101)와 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)는 수직 또는 수평 방향으로 나란히 배열될 수 있다.
특히, 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)는 서로 다른 거리로 출력 광섬유(101)와 이격하여 배치되는 것을 특징으로 한다. 즉, 출력 광섬유(101) 및 제1 입력 광섬유(102a)의 이격 거리(d1)(예컨대, 10mm)와 출력 광섬유(101) 및 제2 입력 광섬유(102b)의 이격 거리(d2)(예컨대, 5mm)는 서로 다르게 배치될 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 다중 옵셋 프로브(100)는 서로 다른 거리로 출력 광섬유(101)와 이격하여 배치되는 제3 및 제4 입력 광섬유(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제3 및 제4 입력 광섬유(미도시)는 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)와도 이격하여 배치된다. 이 경우 다중 옵셋 프로브(100)가 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)만 포함하여 분석하는 것 대비 용기 내에 포함된 내부 물질의 성분을 더욱 정밀하게 분석할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질을 분석하는 다중 옵셋 프로브를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 확대도로서 다중 옵셋 프로브에서 입출력되는 입사 광 및 산란 광을 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치는 다층 물질(1)의 내부층 물질을 분석하기 위한 장치이다. 여기서, 다층 물질(1)은 외부층 물질(1a)과 내부층 물질(1b)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 외부층 물질(1a)은 용기이고 내부층 물질(1b)은 용기 내의 내부 물질일 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치는 용기 내에 포함된 내부 물질의 성분을 비파괴적으로 알아낼 수 있다.
구체적으로, 다중 옵셋 프로브(100)의 광 입출사면을 다층 물질(1)의 외부층 물질(1a)에 접촉하고, 출력 광섬유(101)를 통해 입사 광을 다층 물질(1)로 출력한다. 그러면, 외부층 물질(1a) 및 내부층 물질(1b)에 의해 산란된 산란 광이 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)로 입력된다.
여기서, 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)는 서로 다른 거리로 출력 광섬유(101)와 이격하여 배치되기 때문에, 제1 입력 광섬유(102a)로는 외부층 물질(1a) 보다 내부층 물질(1b)에 의해 산란된 광이 더 많이 입력되고, 제2 입력 광섬유(102b)로는 내부층 물질(1b) 보다 외부층 물질(1a)에 의해 산란된 광이 더 많이 입력된다.
이하, 제1 입력 광섬유(102a)로 각각 입력되는 산란 광을 제1 산란 광으로 정의하고, 제2 입력 광섬유(102b)로 각각 입력되는 산란 광을 제2 산란 광으로 정의하여 설명하겠다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치의 산란광 출력부, 렌즈부 및 이미지 센서를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치에 있어서 분광된 산란 광이 이미지 센서에 결상된 영상이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 산란광 출력부(120)는 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)를 통해 제1 및 제2 산란 광을 각각 출력한다. 그리고, 렌즈부(130)는 산란광 출력부(120)에서 출력되는 제1 및 제2 산란광을 결상하고 이를 평행 광으로 변환하여 분광기(140)로 출력한다.
렌즈부(130)는 복수의 렌즈로 이루어질 수 있으며, 등배율을 가질 수 있다. 그리고, 이들 렌즈들은 대칭 구조로 배치될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
분광기(140)는 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)로부터 제1 및 제2 산란 광을 각각 입력 받아 이를 각각 분광시킨다. 그리고, 이미지 센서(150)는 도 7에 도시한 바와 같이, 분광된 제1 및 제2 산란 광을 결상시켜 이를 영상으로 표시한다.
여기서, 이미지 센서(160)는 CCD 카메라(Charge Coupled Device Camera)가 적용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치의 분석부가 생성하는 분광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 분석부(160)는, 분광기(140)에 의해 분광된 제1 산란 광의 제1 분광 스펙트럼(b)을 생성하고, 분광기(140)에 의해 분광된 제2 산란 광의 제2 분광 스펙트럼(c)을 생성한다. 그리고, 제1 분광 스펙트럼(b) 및 제2 분광 스펙트럼(c)를 기초로 다층 물질(1)의 내부층 물질(1b)을 분석한다.
여기서, 제1 분광 스펙트럼(b) 및 제2 분광 스펙트럼(c)은 외부층 물질(1a) 및 내부층 물질(1b)에 대한 분광 신호 비율이 서로 다르다. 즉, 제1 분광 스펙트럼(b)은 외부층 물질(1a)보다 내부층 물질(1b)에 대한 분광 신호가 더 많이 포함되어 있으나, 제2 분광 스펙트럼(c)은 내부층 물질(1b)보다 외부층 물질(1a)에 대한 분광 신호가 더 많이 포함되어 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치는 제1 분광 스펙트럼(b) 및 제2 분광 스펙트럼(c)의 외부층 물질(1a) 및 내부층 물질(1b)에 대한 분광 신호 비율이 상이함을 이용하여, 다층 물질(1) 중 내부층 물질(1b)에 대한 분광 스펙트럼만 생성할 수 있고 이를 통해 다층 물질(1)의 내부층 물질(1b)을 분석할 수 있다.
구체적으로, 분석부(160)는 제1 분광 스펙트럼(b)에 기준 비율을 곱하여 제3 분광 스펙트럼(미도시)을 생성하고, 제3 분광 스펙트럼(미도시)에서 제2 분광 스펙트럼(c)을 차분하여 제4 분광 스펙트럼(d)을 생성한다. 그리고, 분석부(160)는 제4 분광 스펙트럼(d)을 기초로 다층 물질(1)의 내부층 물질(1a)을 알아 낼 수 있다.
여기서, 기준 비율은 제1 분광 스펙트럼(b)의 복수의 제1 피크값 중 어느 하나에 대한 제2 분광 스펙트럼(c)의 복수의 제2 피크값 중 어느 하나의 비율일 수 있다. 또한, 기준 비율은 제1 분광 스펙트럼(b) 및 제2 분광 스펙트럼(a)에서 서로 대응하는 피크값의 비율일 수 있다.
또한, 제1 및 제2 피크값은, 다층 물질(1)의 외부층 물질(1a)에 대한 제5 분광 스펙트럼(a)의 피크값 중 어느 하나와 대응할 수 있다.
예를 들어, 분석부(160)는 외부층 물질(1a)에 대한 제5 분광 스펙트럼(a)의 피크값 중 가장 우측에 있는 피크값을 선정할 수 있다. 이 때, 선정된 피크값의 파수(Wave number)를 확인하고, 제1 분광 스펙트럼(b) 및 제2 분광 스펙트럼(c)에서 확인한 파수에 해당하는 제1 및 제2 피크값을 각각 선정한다.
그리고, 제1 및 제2 피크값의 비율을 기준 비율로 산출하고, 산출된 기준 비율을 제1 분광 스펙트럼(b)에 곱하여 제3 분광 스펙트럼(미도시)을 형성한다. 그리고, 제3 분광 스펙트럼(미도시)에서 제2 분광 스펙트럼(c)을 차분하면 내부 물질에 대한 제4 분광 스펙트럼(d)이 생성된다.
그리고, 제4 분광 스펙트럼(d)을 다양한 내부 물질에 대한 분광 스펙트럼들과 비교하여 제4 분광 스펙트럼(d)과 동일한 제5 분광 스펙트럼(e)을 찾아 내부 물질을 결정한다.
분석부(160)는 다수의 내부층 물질을 학습한 인공 신경망(Artificial neural network; ANN)을 이용하여 제4 스펙트럼(d)을 갖는 다층 물질의 내부층 물질(1b)을 신속하게 결정할 수 있다.
인공 신경망은 인공 뉴런들을 통해 인간의 인지 작용 이나 학습 과정을 수행할 수 있다. 여기서, 인공 뉴런은 노드(node)라고도 지칭할 수 있다.
여기서, 인공 신경망을 학습시킨다는 것은 인공 신경망의 파라미터를 학습시킨다는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 학습된 인공 신경망은 학습된 파라미터가 적용된 신경망으로 이해될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 내부 물질 분석 장치는 제4 스펙트럼(d)을 생성하고 이를 다수의 내부층 물질을 학습한 인공 신경망에 입력하여 신속하고 정확하게 내부 물질을 알아낼 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 내부 물질 분석 장치의 동작 순서도이다.
도 9를 참조하면, 먼저, 다중 옵셋 프로브(100)의 광 입출사면을 다층 물질(1)의 외부층 물질(1a)에 접촉하고, 출력 광섬유(101)를 통해 입사 광을 다층 물질(1)로 출력한다. 그러면, 외부층 물질(1a) 및 내부층 물질(1b)에 의해 산란된 산란 광이 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)로 입력된다.
다음, 분광기(140)가 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유(102a, 102b)로부터 제1 및 제2 산란 광을 각각 입력 받아 이를 각각 분광시킨다. 그러면, 이미지 센서(150)가 분광된 제1 및 제2 산란 광을 결상시켜 이를 영상으로 표시한다.
다음, 분광기(140)에 의해 분광된 제1 산란 광의 제1 분광 스펙트럼(b)을 생성하고, 분광기(140)에 의해 분광된 제2 산란 광의 제2 분광 스펙트럼(c)을 생성한다. 그리고, 제1 분광 스펙트럼(b) 및 제2 분광 스펙트럼(c)를 기초로 다층 물질(1)의 내부층 물질(1b)을 분석한다.
구체적으로, 제1 분광 스펙트럼(b)에 기준 비율을 곱하여 제3 분광 스펙트럼(미도시)을 생성하고, 제3 분광 스펙트럼(미도시)에서 제2 분광 스펙트럼(c)을 차분하여 제4 분광 스펙트럼(d)을 생성한다.
다음, 제4 분광 스펙트럼(d)을 기초로 다층 물질(1)의 내부층 물질(1a)을 알아낸다.
이 때, 다수의 내부층 물질을 학습한 인공 신경망(Artificial neural network; ANN)을 이용하여 제4 스펙트럼(d)을 갖는 다층 물질의 내부층 물질(1b)을 신속하게 결정할 수 있다. 즉, 제4 스펙트럼(d)을 다수의 내부층 물질을 학습한 인공 신경망에 입력하면 내부 물질을 알아낼 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치는 다층 물질의 내부에 있는 내부층 물질을 분석함에 있어, 외부층 물질의 분광 신호를 제거하여 내부층 물질의 분광 신호만 획득할 수 있고, 이를 통해 비파괴적이고 신속하고 정확히 내부 물질의 화학적 구조 및 성분 분석이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다층 물질 분석 장치는, 임의의 층 내부에 있는 물질을 분석하는데 특화되어, 비파괴적 심층 검출 기술이 필요한 공항 보안 검색대에서 검색, 건축 자재 내부의 유해 물질 검출, 제약 공정 진단, 생체 내 질병 진단 및 테러 물질 탐지 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 다중 옵셋 프로브
110: 커넥터
120: 산란광 출력부
130: 렌즈부
140: 분광기
150: 이미지 센서
160: 분석부

Claims (17)

  1. 입사 광을 다층 물질로 출력하는 복수의 출력 광섬유 및 서로 다른 거리로 상기 출력 광섬유와 이격하여 배치되는 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유를 포함하고, 상기 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유는 상기 다층 물질에 의해 산란되는 상기 입사 광의 제1 및 제2 산란 광을 각각 입력 받는 다중 옵셋 프로브;
    상기 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유를 포함하고, 상기 제1 및 제2 산란 광을 출력하는 산란광 출력부;
    상기 산란광 출력부에서 출력되는 상기 제1 및 제2 산란광을 결상하고 이를 평행 광으로 변환하여 분광기로 출력하는 렌즈부;
    상기 렌즈부로부터 상기 제1 및 제2 산란 광을 각각 입력 받아 이를 각각 분광시키는 분광기; 및
    상기 분광기에 의해 분광된 상기 제1 및 제2 산란 광의 제1 및 제2 분광 스펙트럼을 생성하고 이를 기초로 상기 다층 물질의 내부층 물질을 분석하는 분석부를 포함하고,
    상기 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유는 상기 산란광 출력부 내에서 수직 또는 수평 방향으로 나란히 배열되는
    다층 물질 분석 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 옵셋 프로브는
    서로 다른 거리로 상기 출력 광섬유와 이격하여 배치되는 제3 및 제4 입력 광섬유를 더 포함하는
    다층 물질 분석 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 출력 광섬유는
    상기 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유 사이에 배열되는
    다층 물질 분석 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 출력 광섬유와 상기 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유는 각각 수직 또는 수평 방향으로 나란히 배열되는
    다층 물질 분석 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 분석부는
    상기 제1 분광 스펙트럼에 기준 비율을 곱하여 제3 분광 스펙트럼을 생성하고, 상기 제3 분광 스펙트럼에서 상기 제2 분광 스펙트럼을 차분하여 제4 분광 스펙트럼을 생성하는
    다층 물질 분석 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분석부는
    상기 제4 분광 스펙트럼을 기초로 상기 다층 물질의 내부층 물질을 분석하는
    다층 물질 분석 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 기준 비율은
    상기 제1 분광 스펙트럼의 복수의 제1 피크값 중 어느 하나에 대한 상기 제2 분광 스펙트럼의 복수의 제2 피크값 중 어느 하나의 비율인
    다층 물질 분석 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 기준 비율은
    상기 제1 및 제2 분광 스펙트럼에서 서로 대응하는 피크값의 비율인
    다층 물질 분석 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 피크값은
    상기 다층 물질의 외부층 물질의 제5 분광 스펙트럼의 피크값 중 어느 하나와 대응하는
    다층 물질 분석 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 분석부는
    다수의 내부층 물질을 학습한 인공 신경망을 이용하여 상기 제4 분광 스펙트럼을 갖는 상기 다층 물질의 내부층 물질을 결정하는
    다층 물질 분석 장치.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 및 제2 입력 광섬유를 포함하고, 상기 다중 옵셋 프로브 및 상기 산란광 출력부를 연결하는 출력 케이블
    을 더 포함하는 다층 물질 분석 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사 광을 출사하는 광원에 연결되는 커넥터; 및
    상기 복수의 출력 광섬유를 포함하고, 상기 다중 옵셋 프로브 및 상기 커넥터를 연결하는 입력 케이블
    을 더 포함하는 다층 물질 분석 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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