KR102400468B1

KR102400468B1 - 입자계수용 광학계

Info

Publication number: KR102400468B1
Application number: KR1020220022991A
Authority: KR
Inventors: 이창석; 김영민; 최성원; 조영호; 박근오; 이규항
Original assignee: 코리아스펙트랄프로덕츠(주)
Priority date: 2022-02-22
Filing date: 2022-02-22
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2042-02-22
Also published as: WO2023163483A1

Abstract

본 발명은 입자계수용 광학계에 관한 것으로, 입자를 수용하는 광학셀; 상기 광학셀의 중심에 직교하는 광축과 지정된 제1 범위의 각도를 가지도록 광을 송출하는 광원; 및 상기 광원과 상기 광학셀 사이에 위치하고 상기 광원측이 평면이고 상기 광학셀측이 볼록 형태의 곡률반경을 가지는 제1 렌즈 및 제2 렌즈와, 상기 제2 렌즈와 상기 광학셀 사이에 위치하고, 상기 제2 렌즈측이 볼록 형태의 곡률반경을 갖고 상기 광학셀측이 평면을 가지는 제3 렌즈를 포함하는 송광부를 포함하고, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 중심 높이는 상기 광학셀의 중심 높이보다 높고 상기 광원의 중심 높이보다 낮을 수 있다.

Description

입자계수용 광학계{OPTICAL SYSTEM FOR COUNTING PARTICLES}

본 발명은 입자계수용 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.

종래의 입자를 측정하는 장치는 광원에서 발생된 광을 렌즈 등을 이용하여 광학셀 내에 초점을 형성시키고, 상기 광학셀 내에 입사되는 광의 초점 영역 내를 통과하는 입자들에 의한 산란광 또는 소멸광의 강도를 측정하여 입자들의 크기 및/또는 개수를 측정한다. 이 때, 입자를 측정하는 장치는 광학셀 내부로 조사된 광은 입자 크기 및 측정용도에 따라 광학셀 전체 영역에 광을 조사(전면조사법)하거나, 국소영역에만 광을 조사(국소조사법)할 수 있다.

국소조사법은 광학셀의 국소영역만 광을 조사하기 때문에 작은입자의 크기를 측정하는데 유리할 수는 있으나 광 초점 영역이 공간적으로 불균일하게 형성되어 계수효율이 입자크기별로 차이나는 단점이 있다. 한편, 전면조사법은 입자가 흐르는 광학셀 전면에 광을 조사하기 때문에 입자 계수효율이 높고 입자의 크기별 계수효율도 차이가 없다. 하지만 광의 조사면적이 비교적 넓기 때문에 작은 입자를 측정하기에 불리하다.

이러한 조건에서 입자계수용 광학계를 구성하는 광학 부품(예: 렌즈, 광학셀 등)에 의해 반사된 광이 광원으로 회귀하여 피드백 신호에 문제를 발생시켜 레이저가 안정된 출력을 내지 못하거나, 심할 경우 레이저를 손상시키는 문제를 가지고 있다. 그 중 국소조사법의 경우, 초점렌즈를 한 장만 사용하기 때문에 레이저 광을 렌즈로 경사 입사 시킨 후 초점렌즈를 기울이는 방식으로 이러한 문제를 해소(예: 반사된 광을 회피)하고 있다. 그러나 전면조사법은 국소조사법보다 다양한 렌즈가 여러 장 사용되기 때문에, 국소조사법에 적용된 방법을 이용하여 해소하지 못하고, 보다 복잡한 방법이 필요하다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 입자계수용 광학계를 구성하는 광학 부품(예: 렌즈, 광학셀 등) 중 적어도 일부가 광축에서 이탈된 비축에 위치하도록 하여 광학 부품에 의해 반사된 광이 광원으로 되돌아오는 것을 방지하는 입자계수용 광학계를 제공할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입자계수용 광학계는, 입자를 수용하는 광학셀; 상기 광학셀의 중심에 직교하는 광축과 지정된 제1 범위의 각도를 가지도록 광을 송출하는 광원; 및 상기 광원과 상기 광학셀 사이에 위치하고 상기 광원측이 평면이고 상기 광학셀측이 볼록 형태의 곡률반경을 가지는 제1 렌즈 및 제2 렌즈와, 상기 제2 렌즈와 상기 광학셀 사이에 위치하고, 상기 제2 렌즈측이 볼록 형태의 곡률반경을 갖고 상기 광학셀측이 평면을 가지는 제3 렌즈를 포함하는 송광부를 포함하고, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 중심 높이는 상기 광학셀의 중심 높이보다 높고 상기 광원의 중심 높이보다 낮을 수 있다.

본 발명은 입자계수용 광학계를 구성하는 광학 부품(예: 렌즈, 광학셀 등)에 의해 반사(예: 내면 반사)된 광(예" 미광(stray light))이 광원으로 되돌아오지 않아, 레이저의 출력을 안정되게 하며 손상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계의 구성을 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계의 광학셀에 분포된 빔의 형태를 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계의 제1 렌즈에 의한 반사 광의 경로를 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계의 제2 렌즈에 의한 반사 광의 경로를 도시한 도면이다.
도 3c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계의 제3 렌즈에 의한 반사 광의 경로를 도시한 도면이다.
도 3d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계의 광학셀에 의한 반사 광의 경로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자 계수용 광학계를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 입자 계수용 광학계를 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 제1 수광부를 도시한 도면이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 제2 수광부를 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 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계의 구성을 도시한 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계의 광학셀에 분포된 빔의 형태를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자계수용 광학계(100)는 광원(10), 광학셀(20), 및 송광부(110)를 포함할 수 있다. 한편, 입자계수용 광학계(100)는 제1 수광부(120) 및/또는 제2 수광부(130)를 포함할 수 있다(도 6a 및 도 6b 참조).

광원(10)은 입자(particles)를 광학적으로 측정(예: 계수(counting))하기 위한 광(예: 라인빔 또는 레이저)을 방출할 수 있다. 광원(10)은 광학셀(20)의 중심에 직교하는 광축(1)과 지정된 제1 범위의 각도(예: 0도 초과 15도 이하)를 가지도록 광을 송출할 수 있다. 한편, 상기 광축(1)과 상기 제2 렌즈(112)를 통과하는 주광선이 이루는 각도는 제2 범위의 각도(예: 0도 초과 10도 이하)를 가질 수 있다.

광학셀(20)은 입자를 수용하는 공간으로, 광원(10)으로부터 방출되어 송광부(110)를 통해 광학셀(20)에 조사되는 광은 입자에 의해 산란 및/또는 흡수될 수 있다. 입자계수용 광학계(100)는 광학셀(20)에서 발생되는 광의 흡수 강도 및 산란 강도를 감지하여 입자의 크기를 측정할 수 있고, 입자의 개수를 산출할 수 있다. 광학셀(20)에 분포되는 광(라인 빔)은 장축 및 단축의 길이가 상이할 수 있다. 예를 들어, 광학셀(20)에 분포되는 라인빔은, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 장축의 길이가 단축의 길이보다 2배 이상 길 수 있다.

송광부(110)는 광원(10)에서 방출(또는 조사)된 광을 장축 및 단축의 길이가 다른 광(예: 라인 빔)으로 변환하여 광학셀(20)에 조사한다.

송광부(110)는 제1 렌즈(111), 제2 렌즈(112), 및 제3 렌즈(113)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈(111), 제2 렌즈(112), 및 제3 렌즈(113)는 광원(10)과 광학셀(20) 사이에 순차적으로 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 렌즈(111)는 광원(10)과 상기 광학셀(20) 사이에 위치하고, 제2 렌즈(112)는 제1 렌즈(111)와 광학셀(20) 사이에 위치하고, 제3 렌즈(113)는 제2 렌즈(112)와 광학셀(20) 사이에 위치할 수 있다.

제1 렌즈(111), 제2 렌즈(112), 및 제3 렌즈(113)는 실린더 렌즈 또는 구면 렌즈를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제1 렌즈(111) 및 제2 렌즈(112)는 광원(10) 측이 평면이고 광학셀(20) 측이 볼록 형태의 곡률반경을 가질 수 있고, 제3 렌즈(113)는 제2 렌즈(112) 측이 볼록 형태의 곡률반경을 갖고 상기 광학셀(20) 측이 평면을 가질 수 있다. 제1 렌즈(111), 제2 렌즈(112), 및 제3 렌즈(113)는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 광원(10)으로부터 송출된 광을 장축과 단축이 상이한 라인빔으로 변환할 수 있다. 여기서, 도 2a는 제1 렌즈(111), 제2 렌즈(112)가 구면이고 제3 렌즈(113)가 실린더 렌즈일 때의 라인 빔이고, 도 2b는 제2 렌즈(112)가 구면이고 제1 렌즈(111) 및 제3 렌즈(113)가 실린더 렌즈일 때의 라인 빔이다. 이러한 구성이 아니더라도 전체의 렌즈 또는 일부의 렌즈를 실린더 형태로 사용하여 라인 빔을 구성할 수 있으며, 장축과 단축을 다양한 비율로 구성할 수 있다.

제1 렌즈(111), 제2 렌즈(112), 및 제3 렌즈(113)의 중심 높이는 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 렌즈(111) 및 상기 제2 렌즈(112)의 중심 높이는 광학셀(20)의 중심 높이보다 높고 상기 광원(10)의 중심 높이보다 낮을 수 있다. 또한, 제3 렌즈(113)의 중심 높이는 광학셀(20)의 중심 높이와 동일(또는 유사)할 수 있다. 광학셀(20)의 중심 높이를 "0", 광원(10)의 중심 높이를 "1"로 할 때, 제1 렌즈(111)의 중심 높이는 약 "0.69"이고, 제2 렌즈(112)의 중심 높이는 약"0.43"일 수 있다. 이는 일 예일 뿐, 본 발명의 실시 예를 한정하지는 않는다.

상술한 본 발명의 입자계수용 광학계(100)는 광학 부품들 중 일부(예: 광원(10), 제1 렌즈(111), 및 제2 렌즈(112))가 광학셀(20)의 중심과 직교하는 광축(1)에서 이탈하여 배치(이하, 비축 배치)될 수 있다. 이와 같은 비축 배치로 로 인하여, 본 발명에 따른 입자계수용 광학계(100)는 광원(10)으로부터 송출된 광이 제1 렌즈(111), 제2 렌즈(112), 제3 렌즈(1113) 또는 광학셀(20)에 의해 반사(예: 내면 반사)되어 광원으로 되돌아오지 않아, 입자계수를 위한 라인빔 또는 레이저의 손상을 방지할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3a 내지 3d를 참조하여 설명하기로 한다.

한편, 도 1에서는 광원(10), 제1 렌즈(111), 및 제2 렌즈(112)의 중심 높이가 광축(1)보다 높은 것으로 도시하였지만, 도 1에서는 광원(10), 제1 렌즈(111), 및 제2 렌즈(112)의 중심 높이는 광축(1)보다 낮을 수 있다.

도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계의 제1 렌즈에 의한 반사 광의 경로를 도시한 도면이고, 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계의 제2 렌즈에 의한 반사 광의 경로를 도시한 도면이고, 도 3c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계의 제3 렌즈에 의한 반사 광의 경로를 도시한 도면이고, 도 3d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계의 광학셀에 의한 반사 광의 경로를 도시한 도면이다.

도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 광원(10)에서 송출된 광의 일부(예: 미광(stray light))는 제1 렌즈(111)에 의해 반사(또는 산란)될 수 있다. 하지만, 제1 렌즈(111)의 전면에서 반사된 광은, 도 3a의 (a)에 도시된 바와 같이, 광원(10)으로 되돌아 가지 않음을 알 수 있다. 또한, 제1 렌즈(111)의 후면에서 반사된 광 역시, 도 3a의 (b)에 도시된 바와 같이, 광원(10)으로 되돌아 가지 않음을 알 수 있다. 즉, 제1 렌즈(111)에 의해 반사된 광이 광원(10)에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 이는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비축 구조로 인함이다.

또한, 광원(10)에서 송출되어 제1 렌즈(111)를 통과한 광의 일부는 제2 렌즈(112)에 의해 반사(또는 산란)될 수 있다. 하지만, 제2 렌즈(112)의 전면에서 반사된 광은, 도 3b의 (a)에 도시된 바와 같이, 광원(10)으로 되돌아 가지 않음을 알 수 있다. 또한, 제2 렌즈(112)의 후면에서 반사된 광 역시, 도 3b의 및 (b)에 도시된 바와 같이, 광원(10)으로 되돌아 가지 않음을 알 수 있다. 즉, 제2 렌즈(112)에 의해 반사된 광 역시 광원(10)에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 이는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비축 구조로 인함이다.

또한, 광원(10)에서 송출되어 제1 렌즈(111) 및 제2 렌즈(112)를 통과한 광의 일부는 제3 렌즈(113)에 의해 반사(또는 산란)될 수 있다. 하지만, 제3 렌즈(113)의 전면에서 반사된 광은, 도 3c의 (a)에 도시된 바와 같이, 광원(10)으로 되돌아 가지 않음을 알 수 있다. 또한, 제3 렌즈(113)의 후면에서 반사된 광 역시, 도 3c의 (b)에 도시된 바와 같이, 광원(10)으로 되돌아 가지 않음을 알 수 있다. 즉, 제3 렌즈(113)에 의해 반사된 광 역시 광원(10)에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 이는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비축 구조로 인함이다.

또한, 광원(10)에서 송출되어 제1 렌즈(111), 제2 렌즈(112), 및 제3 렌즈(113)를 통과한 광의 일부는 광학셀(20)에 의해 반사(또는 산란)될 수 있다. 하지만, 광학셀(20)의 전면에서 반사된 광은, 도 3d의 (a)에 도시된 바와 같이, 광원(10)으로 되돌아 가지 않음을 알 수 있다. 또한, 광학셀(20)의 후면에서 반사된 광 역시, 도 3d의 (b)에 도시된 바와 같이, 광원(10)으로 되돌아 가지 않음을 알 수 있다. 즉, 광학셀(20)에 의해 반사된 광 역시 광원(10)에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 이는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비축 구조로 인함이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자 계수용 광학계를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자계수용 광학계(200)는 제1 실시 예에 따른 입자계수용 광학계(100)와 유사하다. 다만, 본 발명의 제2 실시예에 따른 입자계수용 광학계(200)는 광원(10)과 광학셀(20) 사이에 위치하여 내면으로 반사된 광을 차폐하는 적어도 하나의 차폐부재(140)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 입자계수용 광학계(200)는 제3 렌즈(113)에 의해 반사된 광을 차폐하는 차폐부재(140)를 포함할 수 있다. 입자계수용 광학계(200)는 제3 렌즈(113)의 하우징의 일부분(반사된 광이 지나가는 경로)에 차폐부재(140)를 삽입하거나, 반사된 광을 차폐할 수 있도록 제3 렌즈(113)의 하우징을 비대칭 구조를 형성하거나, 제3 렌즈(113)의 일부분을 그라인딩 후 차폐물질을 코팅 또는 차폐렌즈를 접합하거나, 반사된 광의 경로 상에 빔 덤퍼를 배치하여 반사된 광을 차폐할 수 있다. 이외에도, 알려진 다양한 방식이 이용될 수 있다.

다른 예에 따르면, 입자계수용 광학계(200)는 제1 렌즈(111)에 의해 반사되는 광을 각각 차폐하는 차폐부재, 제2 렌즈(112)에 의해 반사되는 광을 각각 차폐하는 차폐부재, 및/또는 광학셀(20)에 의해 반사되는 광을 각각 차폐하는 차폐부재를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 입자계수용 광학계(200)의 다른 구성들은 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계(100)의 구성들과 동일한 바 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 입자 계수용 광학계를 도시한 도면이다.

도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 입자계수용 광학계(300)는 제1 실시 예에 따른 입자계수용 광학계(100)와 유사하다. 다만, 본 발명의 제3 실시예에 따른 입자계수용 광학계(300)는 광의 진행 방향을 변경하는 반사부재(150)(예: 거울 또는 프리즘)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 입자계수용 광학계(300)는 제2 렌즈(112) 및 제3 렌즈(113) 사이에 배치되어, 제2 렌즈(112)로부터 송출되는 광의 진행 방향을 제3 렌즈(113) 방향으로 변경(반사)하는 반사부재(150)를 포함할 수 있다. 이때, 제3 렌즈(113)의 전면 또는 후면에 의해 반사된 광은, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 광원(10)으로 되돌아 가지 않는다. 또한, 광학셀(20)의 전면 또는 후면에 의해 반사된 광 역시, 도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 광원(10)으로 되돌아 가지 않는다.

어떤 실시 예에 따르면, 반사부재(150)는 광원(10)과 제1 렌즈(111)사이에 위치하거나, 제1 렌즈(111)와 제2 렌즈(112)사이에 위치하거나, 제3 렌즈(113)와 광학셀(20) 사이에 위치할 수도 있다.

한편, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 입자계수용 광학계(300)의 다른 구성들은 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계(100)의 구성들과 동일한 바 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 제1 수광부를 도시한 도면이다.

상세한 설명에 앞서, 도 6a의 입자계수용 광학계의 구성들 중 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계(100)의 구성들과 동일한 구성에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 6a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 계수용 광학계는 제1 수광부(120) 및 제1 센서(D1)를 더 포함할 수 있다.

제1 수광부(120)는 광학셀(20)을 통과하여 광축 방향으로 출사되는 광을 수광한다. 제2 수광부(120)는 제4 렌즈(121), 제5 렌즈(122) 및 제6 렌즈(123)를 포함할 수 있다. 제4 렌즈(121), 제5 렌즈(122), 및 제6 렌즈(113)는 광학셀(20)과 제1 센서(D1) 사이에 순차적으로 위치할 수 있다. 예를 들어, 제4 렌즈(121)는 광학셀(20)과 제1 센서(D1) 사이에 위치하고, 제5 렌즈(122)는 제4 렌즈(121)와 제1 센서(D1) 사이에 위치하고, 제6 렌즈(123)는 제5 렌즈(122)와 제1 센서(D1) 사이에 위치할 수 있다.

제4 렌즈(121) 및 제6 렌즈(123)는 실린더 렌즈 또는 구면 렌즈를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제4 렌즈(121)는 광학셀(20) 측이 평면이고 제5 렌즈(122) 측이 볼록 형태의 곡률반경을 가질 수 있고, 제6 렌즈(123)는 광학셀(20) 측이 블록 형태의 곡률반경을 가지고 제1 센서(D1) 측이 평면을 가질 수 있다. 제5 렌즈(122)는 제4 렌즈(121)를 통해 방출되는 광에 대하여 원하는 파장을 필터링하는 필터일 수 있다.

제1 센서(D1)는 제1 수광부(120)에 의해 수광된 광의 흡수 강도를 측정할 수 있다.

도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 계수용 광학계의 제2 수광부를 도시한 도면이다.

상세한 설명에 앞서, 도 6b의 입자계수용 광학계의 구성들 중 본 발명의 제1 실시예에 따른 입자계수용 광학계(100)의 구성들과 동일한 구성에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 계수용 광학계는 제2 수광부)(130) 및 제2 센서(D2)를 더 포함할 수 있다.

제2 수광부(130)는 광학셀(20)을 통과하여 광축과 지정된 제2 범위의 각도(또는 기울어진 방향)로 출사되는 광을 수광한다. 제2 수광부(130)는 제7 렌즈(131) 제8 렌즈(132) 및 제9 렌즈(133)를 포함할 수 있다. 제7 렌즈(131), 제8 렌즈(132), 및 제9 렌즈(133)는 광학셀(20)과 제2 센서(D2) 사이에 순차적으로 위치할 수 있다. 예를 들어, 제7 렌즈(131)는 광학셀(20)과 제2 센서(D2) 사이에 위치하고, 제8 렌즈(132)는 제7 렌즈(131)와 제2 센서(D2) 사이에 위치하고, 제9 렌즈(133)는 제8 렌즈(132)와 제2 센서(D2) 사이에 위치할 수 있다.

제7 렌즈(131) 및 제9 렌즈(133)는 실린더 렌즈 또는 구면 렌즈를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제7 렌즈(131)는 광학셀(20) 측이 평면이고 제8 렌즈(132) 측이 볼록 형태의 곡률반경을 가질 수 있고, 제9 렌즈(133)는 광학셀(20) 측이 블록 형태의 곡률반경을 가지고 제2 센서(D2) 측이 평면을 가질 수 있다. 제7 렌즈(131)는 광학셀(20)에서 산란되는 광의 평행성을 증가시켜 광의 분산을 크게 줄여 높은 출력밀도를 얻을 수 있도록 하고, 제9 렌즈(133)는 광을 초점에 집속시킬 수 있다. 제8 렌즈(132)는 광학셀(20)에 산란된 광의 원하는 파장을 필터링하는 필터일 수 있다.

제2 센서(D2)는 광학셀(20)에서 산란된 광의 산란 강도를 측정할 수 있다.

한편, 도시하는 않았지만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자계수용 광학계는 노이즈 제거를 위한 핀홀 및/또는 상기 핀홀을 구비한 공초점용 렌즈를 더 포함할 수 있다. 핀홀 및/또는 상기 핀홀을 구비한 공초점용 렌즈는 제9 렌즈(133) 및 제2 센서(D2) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 노이즈 제거 효과를 더욱 강화하기 위해, 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제3 렌즈 및 상기 광학셀 중 적어도 하나는 광축과 지정된 제3 범위(예: 0도 초과 5도 이하)로 기울어져 배치될 수 있다. 이러한 배치 구조를 통해, 입자계수용 광학계는 간섭 무늬로 인한 노이즈를 제거할 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 6b를 통해 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들은 적어도 하나 이상이 조합될 수 있다. 예를 들어, 도 6a 및 도 6b에서는 제1 수광부(120) 및 제2 수광부(130)가 본 발명의 제1 실시 예에 따른 입자계수용 광학계(100)에 포함되는 것으로 도시하였지만, 본 발명의 제2 실시 예 및/또는 제 3 실시 예에 따른 입자계수용 광학계(200, 300)에도 적용가능하다. 또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 입자계수용 광학계에 포함된 차폐부재(140)는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 입자계수용 광학계(300)에 적용될 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.

100/200/300: 입자 계수용 광학계
110: 송광부 120: 제1 수광부
130: 제2 수광부 140: 차폐부재
150: 반사부재 10: 광원
20: 광학셀

Claims

입자계수용 광학계에 있어서,
입자를 수용하는 광학셀;
상기 광학셀의 중심에 직교하는 광축과 지정된 제1 범위의 각도를 가지도록 광을 송출하는 광원; 및
상기 광원과 상기 광학셀 사이에 위치하고 상기 광원측이 평면이고 상기 광학셀측이 볼록 형태의 곡률반경을 가지는 제1 렌즈 및 제2 렌즈와, 상기 제2 렌즈와 상기 광학셀 사이에 위치하고, 상기 제2 렌즈측이 볼록 형태의 곡률반경을 갖고 상기 광학셀측이 평면을 가지는 제3 렌즈를 포함하는 송광부를 포함하고,
상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 중심 높이는 상기 광학셀의 중심 높이보다 높고 상기 광원의 중심 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 입자계수용 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 광학셀에서 분포되는 빔은 장축의 길이가 단축 길이보다 2배 이상 긴 것을 특징으로 하는 입자계수용 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈의 볼록면은 실린더 렌즈인 것을 특징으로 하는 입자계수용 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제3 렌즈 및 상기 광학셀 중 적어도 하나가 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 입자계수용 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 광원과 상기 광학셀 사이에 위치하여 내면으로 반사된 광을 차폐하는 적어도 하나의 차폐부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수용 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 렌즈 및 제3 렌즈 사이에 배치되어, 상기 광의 진행 방향을 변경하는 반사부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수용 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 범위의 각도는 "0 도" 초과 "15 도"이하인 것을 특징으로 하는 입자계수용 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 광축과 상기 제2 렌즈를 통과하는 주광선이 이루는 각도는 "0 도" 초과 "10도" 이하인 것을 특징으로 하는 입자계수용 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 광학셀을 통과하여 상기 광축 방향으로 출사되는 광을 수광하는 제1 수광부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수용 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 광학셀을 통과하여 상기 광축과 지정된 제2 범위의 각도로 출사되는 광을 수광하는 제2 수광부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수용 광학계.
제 10 항에 있어서,
상기 제2 수광부는
핀홀 또는 상기 핀홀을 구비한 공초점용 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자계수용 광학계.