KR102395179B1 - 실내 오염정도를 측정하여 공기정화기를 제어하는 편광 현미경 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편광 현미경에 관한 것으로, 실내오염정도를 측정하는 모드가 설정되면, 미세먼지, 초미세먼지, 세균, 바이러스, 박테리아 등의 확대 영상을 촬영하여 오염정도를 측정하고, 그 오염정도에 따라 공기정화기로 IoT 통신에 의해 제어명령을 전송하도록 하는 실내 오염정도를 측정하여 공기정화기를 제어하는 편광 현미경에 관한 것이다.

Description

실내 오염정도를 측정하여 공기정화기를 제어하는 편광 현미경{A polarizing microscope measuring indoor pollution level and controlling an air purifier}

본 발명은 편광 현미경에 관한 것으로, 실내오염정도를 측정하는 모드가 설정되면, 미세먼지, 초미세먼지, 세균, 바이러스, 박테리아 등의 확대 영상을 촬영하여 오염정도를 측정하고, 그 오염정도에 따라 공기정화기로 IoT 통신에 의해 제어명령을 전송하도록 하는 실내 오염정도를 측정하여 공기정화기를 제어하는 편광 현미경에 관한 것이다.

일반적인 편광 현미경은 일반적인 광학 현미경과는 달리 굴절율의 차이를 이용하여 표본을 관찰하게 되어, 회절된 광선과 회절되지 않은 광선 간의 간섭현상에 의해 발생되는 위상차를 명암의 차이로 표출함으로써 표본을 관찰할 수 있게 된다.

이러한 편광 위상 현미경의 한 예로서, 등록특허 제10-0924574호(편광 위상 현미경)에서는 빛의 위상차를 이용하여 표본의 구조 및 변화를 관찰하는 구조를 제안하였는데, 그 구조로서, 관찰하고자 하는 표본에 대한 상을 획득하는 광학이미지 발생부와, 상기 광학 이미지 발생부에서 획득한 상의 광선이 유입되는 물체 평면; 상기 물체 평면을 통과한 광선에 대한 1차 퓨리에 변환이 발생하는 제1 변환렌즈; 상기 제1 변환렌즈로부터 상기 제1 변환렌즈의 초점거리만큼 이격되어 위치한 λ/4 파장판; 상기 λ/4 파장판을 통과한 광선에 대한 2차 퓨리에 변환이 발생하는 제2 변환렌즈; 및 상기 2차 퓨리에 변환이 이루어진 광선의 상이 맺히는 광검출기를 포함하는 위상 이미지 발생부를 포함하도록 구성되어 있다.

따라서, 표본에 대한 고 분해능과 저잡음비를 가진 정량적인 위상 정보를 획득하여 세포단위에서 일어나는 극 미세변화의 추적이 가능한 효과를 가진다.

그런데, 실험실 등의 환경에서는 표본의 오염을 방지하기 위하여 고청정도를 유지하여야 하는데 미세먼지, 초미세먼지, 공기 중에 부유하는 각종 세균 및 박테리아, 바이러스 등이 사람들의 출입에 의해 외부로부터 유입될 수 있으며, 이러한 유입에 의해 실내공기가 오염되는 것을 방지하기 위하여 별도의 공기정화기를 설치하고 있다.

이러한 공기정화기는 미세먼지, 초미세먼지 등을 감지하기 이한 센서가 구비되어 있어서 그 오염정도에 따라 동작하게 되지만, 세균 또는 박테리아 등은 감지하지 못하는 단점이 있다.

즉, 미세먼지, 초미세먼지를 감지한 경우에는 그 농도에 맞게 강약이 제어되어 동작함으로써 외부로의 배출 또는 자체 포집을 하게 되지만, 세균 또는 박테리아 등은 감지가 되지 못하므로 실내로부터 신속한 배출이나 포집이 이루어지지 않게 되어 오염이 유지되는 문제점이 있는 것이다.

또한, 상기의 종래 기술에 의한 편광 위상 현미경은 표본을 관찰하는 용도로 한정되어 있다.

<선행기술문헌>

- 대한민국 등록특허 제10-0924574호

(편광 위상 현미경)

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 편광 현미경을 사용하지 않을 때는 미세먼지, 초미세먼지, 세균, 박테리아, 바이러스 등에 의한 실내 오염정도를 감지하는 센서로 동작하고, 그 오염정도에 따라 IoT 통신에 의해 공기정화기의 동작을 제어함으로써 신속히 실내 오염원을 제거하도록 하는 편광 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 실내 오염정도를 측정하여 공기정화기를 제어하는 편광 현미경은,

표본 시료가 놓이는 재물대;

상기 재물대의 상측에 위치하고, 각기 다른 배율을 갖는 렌즈가 구비된 대물렌즈;

상기 대물렌즈의 상측에서 광 경로상에 위치하여 중간상을 형성하는 튜브렌즈;

상기 튜브렌즈의 전단과 상기 재물대의 하부에 일체로 장착되어 입사된 광의 편광상태를 각각 조정하는 상부 편광판 및 하부 편광판;

광을 발생시키는 광원;

상기 발생된 광이 재물대에 집광하도록 하는 집광렌즈;

상하로 설치된 가이드 상에서 상기 재물대를 동력에 의해 상하방향으로 이동하도록 조절하는 조절부;

상기 튜브렌즈의 상측에서 광 경로상에 설치된 카메라;

상기 카메라로부터 촬영된 영상을 인식하여 그 인식된 결과를 출력하는 영상인식부;

실내오염측정모드가 설정되면, 상기 조절부를 제어하여 재물대가 하강하도록 하고, 상기 영상인식부로부터 출력된 결과에 의해 공기정화기의 공기정화모드 또는 환기모드에 대한 구동제어명령을 출력하는 컨트롤러;

상기 컨트롤러로부터 출력되는 제어명령을 IoT 통신에 의해 공기정화기로 전송하는 IoT 모듈;로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 컨트롤러는 상기 카메라로부터 촬영되어 인식된 결과에 의해 재물대에 표본 시료가 놓여있지 않다고 판단되면, 일정시간 후에 상기 실내오염측정모드를 실행하거나 또는 모드 설정부에 의해 사용자로부터 직접 모드 설정이 이루어지면 실내오염측정모드를 실행한다.

또한, 상기 컨트롤러는 실내오염측정모드가 설정되면, 상기 카메라를 일정시간 간격으로 연속하여 촬영동작을 수행하도록 제어한다.

상기 컨트롤러는 실내오염측정모드가 설정되면, 상기 대물렌즈를 회전시켜 미리 설정된 렌즈가 광 경로상에 위치하도록 제어한다.

그리고, 상기 영상인식부에는 미세먼지, 초미세먼지, 세균, 박테리아, 바이러스의 형상과 크기에 대한 정보가 저장되어 상기 카메라로부터 촬영된 영상과 비교하여 존재유무 및 밀도에 대한 인식 결과를 출력한다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 편광 현미경에 의해 실내의 공기오염정도 즉, 미세먼지, 초미세먼지, 세균, 박테리아, 바이러스 등에 의한 오염정도를 측정하여 그 측정된 결과에 의해 공기정화기를 적절히 구동시켜 신속한 배출 또는 포집시킬 수 있게 되어 실내 공기정화 효율을 극대화할 수 있게 된다.

도1은 본 발명의 편광 현미경의 구조를 보인 도.
도2는 실내오염을 감지하기 위한 재물대의 위치를 보인 도.
도3은 제어부의 내부 블럭도.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다.

따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.

그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

도1은 본 발명의 편광 현미경의 구조를 보인 도이고, 도2는 실내오염을 감지하기 위한 재물대의 위치를 보인 도이며, 도3은 제어부의 내부 블럭도이다.

도1에서와 같이 본 발명의 편광 현미경은, 접안렌즈(10), 튜브렌즈(11), 상부 편광판(12), 대물렌즈(13), 재물대(14), 조리개(15), 하부 편광판(16), 집광렌즈(17), 반사거울(18), 열흡수필터(19), 렌즈(20), 광원(21), 조절부(22), 가이드(23), 카메라(24), 제어부(25)로 구성되어 있다.

상기 접안렌즈(10)는 사용자가 눈을 근접시켜 시료를 육안으로 관찰하기 위한 렌즈이고, 상기 튜브렌즈(11)는 상기 반사거울(18)로부터 반사된 광을 모아서 중간영상을 형성하는 것이다.

상기 상부편광판(12)은 대물렌즈(13)의 상측에서 광축 즉, 광 경로상에 위치하고, 하부편광판(16)은 재물대(14)의 하측에 일체로 형성되어 집광렌즈(17)로부터 입사된 광의 편광 상태를 조정하게 된다.

상기 대물렌즈(13)는 재물대(14)를 통과한 빛을 집광시키고 확대하여 실상을 맺는 것으로서, 각기 다른 배율을 갖는 복수의 렌즈가 장착되며, 선택된 어느 하나의 렌즈를 광 경로상에 위치하도록 회전이 가능하도록 구성된다.

상기 재물대(14)는 관찰을 위한 시료 표본이 놓이는 것이며, 포커싱을 위하여 가이드(23)상에서 상하방향으로 수직왕복이동이 가능하게 설치되고, 이러한 재물대(14)에는 시료 표본이 놓여있거나 놓여있지 않은 상태를 감지하기 위한 센서가 구비될 수 있다.

상기 조리개(15)는 광원(21)으로부터 발생한 광의 입사량을 조절하는 것이고, 집광렌즈(17)는 반사거울(18)에 의해 반사된 광을 집광시켜 재물대(14)에 놓인 시료에 광이 집중되도록 하는 것이며, 반사거울(18)은 광원으로부터 발생된 광을 재물대(14)의 방향으로 방향 전환을 시키는 것이다.

상기 열흡수필터(19)는 광원(21)에서 발생된 열을 흡수하는 것이고, 렌즈(20)는 광원(21)으로부터 발생한 광을 평행광으로 전환하는 것이며, 광원(21)은 시료에 일정한 세기의 빛을 공급하는 것이다.

상기 조절부(22)는 가이드(23) 상에서 상하방향으로 이동하는 재물대(14)의 이동정도를 조절하는 것으로서, 본 발명에서는 모터 등의 동력에 의해 재물대(14)의 상하방향 위치를 조절하게 된다.

상기 카메라(24)는 광 경로상에서 튜브렌즈(11)의 상측에 위치하여 대물렌즈(13)에 의해 확대된 공기오염물질을 촬영하게 되며, 제어부(25)의 제어에 의해 촬영시간, 촬영간격이 설정되는 것이다.

예를 들어, 공기오염물질에 대한 정확한 영상을 얻기 위하여 동영상이 아닌 정지영상을 촬영하기 위한 촬영시간(예를 들면 조리개 노출시간)이 설정되고, 또한 촬영간격(예를 들면 0.2~0.5초 간격)이 설정된다.

상기 제어부(25)는 도3에서와 같이 카메라(24)로부터 촬영된 공기오염물질 즉, 미세먼지, 초미세먼지, 세균, 박테리아, 바이러스 등의 영상을 영상인식부(26)에서 인가받아 이를 인식하여 종류 및 밀도를 분석하게 되는데, 이를 위해 다양한 형태의 비교 영상에 대한 데이터를 저장하고 있게 된다.

즉, 카메라(24)로부터 촬영된 공기오염물질과의 비교를 위한 다양한 형태의 미세먼지, 초미세먼지, 세균, 박테리아, 바이러스 등의 영상을 가지고 있게 되는 것이다.

또한, 영상인식을 위한 기법으로 기 공지된 영상인식기술을 이용할 수 있는데, 그 예로서 등록특허 제10-1017323호(실시간 피사체형태비교를 위한 영상처리장치 및 방법) 등을 이용할 수 있을 것이다.

컨트롤러(27)는 실내오염측정모드가 설정되면, 상기 조절부(22)를 제어하여 도2에서와 같이 재물대(14)가 미리 설정된 위치로 하강하도록 하여 재물대(14)의 상측에서 포커싱이 이루어지도록 하며, 대물렌즈 구동부(31)를 제어하여 복수의 렌즈 중 미리 설정된 렌즈가 광 경로상에 위치하도록 대물렌즈(13)를 회전시키게 된다.

즉, 실내오염물질의 실상을 얻기 위하여 그에 맞는 배율을 갖는 렌즈를 광 경로상에 위치시키도록 하는 것이다.

또한, 상기 카메라(24)를 제어하여 조리개 노출시간 및 노출간격 즉 촬영시간, 촬영간격을 제어함으로써 공기중에 부유하는 공기오염물질에 대한 영상을 촬영할 수 있도록 하는 것이다.

아울러, 모드 설정부(28)에 의해 사용자로부터 실내오염측정모드가 설정되면, 이에 대한 실행을 제어할 수 있으며, 또 다르게는 상기 재물대(14)에 구비된 센서에 의해 시료가 놓이지 않은 것이 감지되면, 타이머(32)에 의해 설정된 시간 후에 실내오염측정모드를 실행하게 된다.

즉, 사용자가 예를 들어 타이머(32)에 20분을 설정한 경우에 상기 재물대(14)에 시료가 놓이지 않은 상태가 감지된 후 20분이 경과되면, 장시간 편광 현미경을 사용하지 않는 상태이므로 자동으로 실내오염측정모드를 실행하게 된다.

그리고, 상기 컨트롤러(27)는 상기 영상인식부(26)에 의해 실내오염물질의 종류 및 밀도가 기준치 이상 측정되면, 공기정화기를 제어하기 위한 명령을 IoT 모듈(30)로 출력하게 된다.

상기 IoT 모듈(30)은 공기정화기로 그 제어명령을 IoT 통신으로 제공함으로써 미세먼지, 초미세먼지는 물론 세균, 박테리아, 바이러스에 의해 오염된 실내공기를 신속히 정화시키도록 한다.

이렇게 구성된 본 발명의 동작을 자세히 설명한다.

재물대(13)에 놓인 시료를 관찰하기 위해서 컨트롤러(27)는 조절부(22)를 제어하여 재물대(14)를 원래의 초기 위치로 이동시키게 되며, 이러한 조절부(22)는 동력에 의해 동작하고, 또한 사용자에 의해 수동으로 미세조작이 가능한 구조를 가지게 된다.

그러므로, 광원(21)으로부터 발생된 광은 광 경로상에 위치하는 렌즈(20), 반사거울(18) 집광렌즈(17), 하부편광판(16), 조리개(15), 재물대(14)에 놓인 시료, 대물렌즈(13), 상부편광판(12), 튜브렌즈(11)를 통해 접안렌즈(10)로 입사되므로 사용자는 시료의 관찰이 가능하게 된다.

상기 재물대(14)에 시료가 놓이지 않은 상태로 설정된 시간이 경과되면, 컨트롤러(27)는 실내오염측정모드를 실행하게 되는데, 조절부(22)를 제어하여 재물대(14)를 설정된 위치로 하강시키고, 동시에 대물렌즈 구동부(13)를 제어하여 설정된 렌즈가 광 경로상에 위치하도록 대물렌즈(13)를 회전시키게 된다.

그러므로, 포커싱이 재물대(14)의 상부에서 이루어지게 되어 부유하는 실내공기오염물질의 촬영이 가능하게 된다.

따라서, 컨트롤러(27)의 제어에 의하여 카메라(24)는 설정된 촬영시간 및 촬영간격에 의해 공기오염물질을 촬영하게 된다.

물론, 사용자가 모드설정부(28)를 통해 모드를 설정하면, 컨트롤러(27)는 곧바로 실내오염측정모드를 수행하게 된다.

상기 카메라(24)에 의해 촬영된 연속적인 영상은 영상인식부(26)로 입력되어 입자의 형태와 크기에 의해 실내오염물질의 종류를 판별함과 아울러 그 밀도를 측정하게 된다.

즉, 포커싱된 위치에서 단위면적당 실내오염물질의 갯수를 측정하여 공기오염정도를 측정하는 것이다.

이러한 영상인식에 의해 실내에 미세먼지와 초미세먼지가 설정된 농도 이하이더라도, 세균, 박테리아, 바이러스 등이 인식되고, 그 밀도가 설정된 값 이상이면, 그에 대한 영상인식에 의한 측정값을 컨트롤러(27)로 제공하게 되며, 상기 컨트롤러(30)는 IoT 모듈(30)을 통해 공기정화기로 실내오염정도에 따른 구동제어명령을 전송하게 된다.

따라서 공기정화기는 구동제어명령에 따라 동작하여 실내 공기를 정화하거나 횐기를 하게 되며, 상기 실내오염측정모드는 사용자에 의해 모드해제가 될 때까지 실행된다.

즉, 미세먼지와 초미세먼지 등은 실내의 공기를 순환시켜 공기정화기의 필터에 의해 제거하는 것이 효율적이고, 세균, 박테리아, 바이러스 등은 환기모드에 의해 실내의 공기를 외부로 배출시키는 것이 효율적이므로, 상기 영상인식부(26)에 의해 영상인식된 오염물질의 종류에 따라 필터에 의한 공기정화모드 또는 환기모드를 적절히 선택하도록 구동제어명령을 공기정화기에 전송하는 것이다.

또한, 이러한 공기정화기는 실내공기정화는 물론 환기 기능을 구비하게 된다.

공기정화기의 구동에 의해 실내의 공기오염정도가 설정된 값 이하이면, 공기정화기의 구동을 중지시키도록 구동제어명령을 전송하게 된다.

그리고, 사용자가 모드설정부(28)에 의해 모드 해제 명령을 인가하게 되면, 컨트롤러(27)는 이에 따라 조절부(22)를 제어하여 재물대(14)가 원위치로 복귀하도록 조절하게 된다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

10 : 접안렌즈 11 : 튜브렌즈
12 : 상부편광판 13 : 대물렌즈
14 : 재물대 15 : 조리개
16 : 하부편광판 17 : 집광렌즈
18 : 반사거울 19 : 열흡수필터
20 : 렌즈 21 : 광원
22 : 조절부 23 : 가이드
24 : 카메라 25 : 제어부
26 : 영상이식부 27 : 컨트롤러
28 : 모드설정부 30 : IoT 모듈
31 : 대물렌즈 구동부

Claims (5)

1. 표본 시료가 놓이는 것이며, 상하방향으로 수직왕복이동이 가능함과 아울러 시료 표본이 놓인 상태를 감지하는 센서가 구비된 재물대;
   상기 재물대의 상측에 위치하고, 각기 다른 배율을 갖는 복수의 렌즈가 구비되며, 선택된 어느 하나의 렌즈를 광 경로상에 위치하도록 대물렌즈 구동부의 동력에 의해 회전하는 대물렌즈;
   상기 대물렌즈의 상측에서 광 경로상에 위치하여 중간상을 형성하는 튜브렌즈;
   상기 튜브렌즈의 전단과 상기 재물대의 하부에 일체로 장착되어 입사된 광의 편광상태를 각각 조정하는 상부 편광판 및 하부 편광판;
   광을 발생시키는 광원;
   상기 발생된 광이 재물대에 집광하도록 하는 집광렌즈;
   상하로 설치된 가이드 상에서 상기 재물대를 동력에 의해 상하방향으로 이동하도록 조절하는 조절부;
   상기 튜브렌즈의 상측에서 광 경로상에 설치된 카메라;
   상기 카메라로부터 촬영된 영상을 인식하여 그 인식된 결과를 출력하는 영상인식부;
   실내오염측정모드가 설정되면, 상기 조절부를 제어하여 재물대가 하강하도록 하고, 상기 영상인식부로부터 출력된 결과에 의해 공기청정기의 공기정화모드 또는 환기모드에 대한 구동제어명령을 출력하는 컨트롤러;
   상기 컨트롤러로부터 출력되는 구동제어명령을 IoT 통신에 의해 공기정화기로 전송하는 IoT 모듈;로 구성되고,
   상기 컨트롤러는 상기 센서의 감지결과에 의해 재물대에 표본 시료가 놓여있지 않다고 판단되면, 일정시간 후에 상기 실내오염측정모드를 실행하거나 또는 모드 설정부에 의해 사용자로부터 직접 모드 설정이 이루어지면 실내오염측정모드를 실행하며,
   실내오염측정모드가 설정되면, 상기 재물대를 미리 설정된 위치로 하강시키도록 상기 조절부를 제어하고, 상기 대물렌즈 구동부를 제어하여 복수의 대물렌즈 중 미리 설정된 대물렌즈가 광 경로상에 위치하도록 회전시킴과 아울러,
   상기 카메라의 조리개 노출시간 및 노출간격을 제어하여 일정시간 간격으로 연속하여 촬영동작을 수행하도록 제어하며,
   상기 영상인식부에는 미세먼지, 초미세먼지, 세균, 박테리아, 바이러스의 형상과 크기에 대한 정보가 저장되어 상기 카메라로부터 촬영된 영상과 비교하여 오염물질 종류 및 밀도에 대한 인식결과를 출력하고,
   상기 컨트롤러는 그 인식결과에 따라 상기 IoT 모듈로 공기정화모드 또는 환기모드를 선택하는 구동제어명령을 출력하며, 실내오염도가 설정값 이하이면 공기정화기의 구동을 중지시키는 구동제어명령을 상기 IoT 모듈로 전송함과 아울러,
   사용자로부터 모드 실내오염측정모드 해제 명령이 인가되면, 상기 조절부를 제어하여 원위치로 복귀하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 실내 오염정도를 측정하여 공기정화기를 제어하는 편광 현미경.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

Images