KR102436950B1 - Spectrometer system for sample measuring - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시료 계측을 위한 분광기 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 시료에 레이저광을 조사한 후 발생하는 광을 분광기로 측정하여 시료의 성분 등을 계측할 때, 분광기에서 광이 포화(saturation)되는 것을 방지하고, 외부에 존재하는 자연광에 의한 계측 오차를 최소화함으로써 계측의 향상시킬 수 있는 시료 계측을 위한 분광기 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a spectrometer system for measuring a sample, and more particularly, when measuring the components of the sample by measuring the light generated after irradiating the sample with laser light with a spectrometer, the light is saturated in the spectrometer The present invention relates to a spectrometer system for sample measurement that can improve measurement by preventing it from happening and minimizing measurement error caused by external natural light.

Description

시료 계측을 위한 분광기 시스템{Spectrometer system for sample measuring}Spectrometer system for sample measuring

본 발명은 시료 계측을 위한 분광기 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 시료에 레이저광을 조사한 후 발생하는 광을 분광기로 측정하여 시료의 성분 등을 계측할 때, 분광기에서 광이 포화(saturation)되는 것을 방지하고, 외부에 존재하는 자연광에 의한 계측 오차를 최소화함으로써 계측의 향상시킬 수 있는 시료 계측을 위한 분광기 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a spectrometer system for measuring a sample, and more particularly, when measuring the components of the sample by measuring the light generated after irradiating the sample with laser light with a spectrometer, the light is saturated in the spectrometer The present invention relates to a spectrometer system for sample measurement that can improve measurement by preventing it from happening and minimizing measurement error caused by external natural light.

분광기는 광을 파장에 따라 분산시켜 카메라를 이용하여 분산된 신호를 기록하는 장치로써, 프리즘이나 회절격자와 같은 분산장치를 이용하여 광을 분산시키고 카메라를 이용하여 스펙트럼을 기록한다.A spectrometer is a device that disperses light according to wavelength and records the dispersed signal using a camera, disperses the light using a dispersion device such as a prism or a diffraction grating, and records the spectrum using the camera.

이렇게 기록된 스펙트럼은 시료의 성분 등을 계측할 때 이용되며, 성분 분석 이외에 천체 관찰, 제약 분야, 음식물의 오염물질 검출 등에 다양하게 활용된다.The spectrum recorded in this way is used to measure the components of a sample, and in addition to component analysis, it is used in various ways, such as observing astronomical objects, pharmaceutical fields, and detecting contaminants in food.

한편, 분광기는 시료에서 발생하는 광만을 수광하여야 분석에 정확도를 높일 수 있는데 자연광이 외란으로 유입되거나 광의 유입이 포화상태가 될 경우 계측에 실패하거나 정확도가 낮아지는 문제점이 있다.On the other hand, the spectrometer needs to receive only the light generated from the sample to increase the accuracy of the analysis. However, when natural light is introduced into the disturbance or the inflow of light becomes saturated, there is a problem in that the measurement fails or the accuracy is lowered.

1. 한국공개특허 제10-2020-0113459호, '집적화된 프리즘 분광기'1. Korea Patent Publication No. 10-2020-0113459, 'Integrated Prism Spectrometer' 2. 한국등록특허 제10-2092331호, '이동 가능한 환경에 적합한 소형 OCT용 분광기'2. Korea Patent No. 10-2092331, 'Small OCT spectrometer suitable for mobile environment' 3. 한국등록특허 제10-2043765호, '다중 측정 라만 분광기'3. Korean Patent No. 10-2043765, 'Multi-measurement Raman Spectrometer'

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 분광기로 유입되는 광이 포화되는 것을 방지하고, 외란인 자연광이 유입되는 것을 방지하여 계측의 정확도를 향상시킬 수 있는 시료 계측을 위한 분광기 시스템을 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to prevent the light entering the spectrometer from being saturated and prevent natural light, which is a disturbance, from flowing in to improve the measurement accuracy. To provide a spectrometer system for

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 시료로 레이저광을 조사하는 레이저 광원; 상기 시료에서 발광하는 광의 광량을 줄여 통과시키는 ND필터(Neutral density filter); 상기 ND필터를 통과한 광을 수광하여 광의 세기를 측정하는 분광기; 및 상기 레이저 광원의 조사와 상기 분광기의 수광을 제어하고, 상기 분광기에서 측정된 광의 세기로부터 시료를 계측하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료 계측을 위한 분광기 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a laser light source for irradiating a laser light to a sample; an ND filter (Neutral density filter) that reduces the amount of light emitted from the sample and passes it; a spectrometer that receives the light passing through the ND filter and measures the intensity of the light; and a controller that controls irradiation of the laser light source and light reception of the spectrometer, and measures the sample from the intensity of light measured by the spectrometer.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어기는 상기 레이저 광원의 '온', '오프'가 반복되도록 제어하고, 상기 레이저 광원이 '온'되었을 때의 상기 분광기에서 측정된 광의 세기에서 상기 레이저 광원이 '오프'되었을 때의 상기 분광기에서 측정된 광의 세기를 감한 광의 세기(이하, '신호차'라 함)를 시료 계측에 이용한다.In a preferred embodiment, the controller controls the 'on' and 'off' of the laser light source to be repeated, and the laser light source is turned 'off' at the intensity of light measured by the spectrometer when the laser light source is 'on'. The intensity of light (hereinafter, referred to as 'signal difference') obtained by subtracting the intensity of light measured by the spectrometer when ' is used for sample measurement.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어기는 상기 레이저 광원이 '온', '오프'되는 주기마다 상기 신호차를 계산하고, 계산된 신호차들의 평균값을 시료 계측에 이용한다.In a preferred embodiment, the controller calculates the signal difference for each cycle in which the laser light source is 'on' and 'off', and uses an average value of the calculated signal differences for sample measurement.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 분광기가 광을 수광하는 시간은 상기 레이저 광원이 '온'되는 시간보다 짧게 설정하여 상기 분광기가 광을 수광할 때, 포화(saturation) 상태가 되지 않게 한다.In a preferred embodiment, the time during which the spectrometer receives light is set to be shorter than the time when the laser light source is 'on', so that when the spectrometer receives light, it does not become saturated.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.

먼저, 본 발명의 시료 계측을 위한 분광기 시스템에 의하면, 레이저 광이 조사될 때, 시료에서 발생하는 광의 세기와 레이저광이 조사되지 않을 때, 광의 세기의 차이를 시료 계측에 이용하므로 자연광에 의한 외란을 줄어 측정의 정확도를 매우 향상시킬 수 있는 장점이 있다.First, according to the spectrometer system for measuring a sample of the present invention, the difference between the intensity of light generated from the sample when the laser light is irradiated and the intensity of the light when the laser light is not irradiated is used for sample measurement, so disturbance caused by natural light It has the advantage of greatly improving the accuracy of measurement by reducing

또한, 본 발명의 시료 계측을 위한 분광기 시스템에 의하면, 레이저광이 조사되는 시간보다 분광기가 광을 수광하는 시간을 짧게 하여 분광기가 수광하는 광이 포화상태가 되지 않게 함으로써 계측 실패가 발생하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the spectrometer system for measuring a sample of the present invention, the measurement failure is prevented by shortening the time the spectrometer receives light than the time at which the laser light is irradiated so that the light received by the spectrometer does not become saturated. There are advantages to doing.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 계측을 위한 분광기 시스템을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 계측을 위한 분광기 시스템에서 제어기가 레이저 광원과 분광기를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing a spectrometer system for measuring a sample according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a diagram for explaining a method for a controller to control a laser light source and a spectrometer in a spectrometer system for measuring a sample according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.As for the terms used in the present invention, general terms that are currently widely used as possible have been selected, but in certain cases, there are also terms arbitrarily selected by the applicant. So the meaning must be understood.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical configuration of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 계측을 위한 분광기 시스템을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 계측을 위한 분광기 시스템에서 제어기가 레이저 광원과 분광기를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing a spectrometer system for measuring a sample according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a method for a controller to control a laser light source and a spectrometer in the spectrometer system for measuring a sample according to an embodiment of the present invention It is a drawing for explaining.

도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 계측을 위한 분광기 시스템(100, 이하, '분광기 시스템'이라 함)은 시료(10)로 레이저광을 조사하고, 조사된 레이저광에 의해 시료(10)에서 발광하는 광을 수광하여 광의 세기를 측정하여 시료(10)의 성분이나 상태등을 계측할 수 있는 시스템이다.Referring to the drawings, a spectrometer system 100 (hereinafter, referred to as a 'spectrometer system') for measuring a sample according to an embodiment of the present invention irradiates a laser beam to a sample 10, and uses the irradiated laser beam to irradiate the sample It is a system capable of measuring the component or state of the sample 10 by receiving the light emitted in (10) and measuring the intensity of the light.

상기 분광기 시스템(100)은 레이저 광원(110), ND필터(120, Neutral density filter), 분광기(130) 및 제어기(140)를 포함하여 이루어진다.The spectrometer system 100 includes a laser light source 110 , an ND filter 120 , a neutral density filter 120 , a spectrometer 130 , and a controller 140 .

상기 레이저 광원(110)는 레이저 광을 생성하여 시료(10)로 조사한다.The laser light source 110 generates laser light and irradiates it to the sample 10 .

또한, 상기 레이저 광원(110)의 종류에는 특별한 제약이 없으며, 상기 시료(10)로 조사하였을 때, 상기 시료(10)에서 형광이 발생할 수 있는 광원이라면 어떠한 종류의 광원도 사용이 가능하다.In addition, there is no particular restriction on the type of the laser light source 110 , and any kind of light source can be used as long as it is a light source that can generate fluorescence from the sample 10 when irradiated with the sample 10 .

또한, 상기 시료(10)는 성분이나 상태의 계측이 필요한 대상물이며, 상기 레이저 광이 조사되었을 때, 형광을 발광한다.In addition, the sample 10 is an object requiring measurement of components or states, and when the laser light is irradiated, fluorescence is emitted.

상기 ND필터(120)는 상기 시료(10)에서 발광하는 광의 광량을 감소시켜 통과시킨다.The ND filter 120 reduces the amount of light emitted from the sample 10 and passes it through.

또한, 상기 ND필터(120)는 색에 대해 중립적 성질을 갖는 차광필터로 특정한 파장 범위 내에서 각 파장에 대해 비슷한 정도로 광의 투과량을 감소시켜 색 균형을 알맞게 해주는 필터이다.In addition, the ND filter 120 is a light-blocking filter having a neutral property with respect to a color, and is a filter that reduces the transmittance of light to a similar degree for each wavelength within a specific wavelength range, thereby making the color balance suitable.

상기 분광기(130,Spectrometer)는 상기 ND필터(120)를 투과한 광을 수광하여 광의 세기를 측정한다.The spectrometer 130 (spectrometer) receives the light transmitted through the ND filter 120 to measure the intensity of the light.

또한, 상기 분광기(130)는 형광 카메라일 수 있다.Also, the spectrometer 130 may be a fluorescence camera.

상기 제어기(140)는 상기 레이저 광원(110)이 레이저 광을 조사하는 동작과 상기 분광기(130)가 광을 수광하는 동작을 제어하고, 상기 분광기(130)에서 측정된 광의 세기를 통해 시료를 계측한다.The controller 140 controls an operation in which the laser light source 110 emits laser light and an operation in which the spectrometer 130 receives the light, and measures the sample through the intensity of the light measured by the spectrometer 130 . do.

또한, 상기 제어기(140)는 일반적인 퍼스널 컴퓨터뿐만 아니라 스마트 기기 또는 본 발명을 위해 특별히 제작된 임베디드 장치일 수 있다.In addition, the controller 140 may be a smart device or an embedded device specially manufactured for the present invention as well as a general personal computer.

또한, 상기 제어기(140)는 도 2에 도시한 바와 같이 상기 레이저 광원(110)의 '온', '오프'가 반복되게 하는 명령신호인 레이저 조사 신호를 상기 레이저 광원(110)으로 전송하고, 상기 레이저 광원(110)은 레이저 광의 '온', '오프'를 반복한다.In addition, the controller 140 transmits, to the laser light source 110, a laser irradiation signal, which is a command signal for repeatedly 'on' and 'off' of the laser light source 110, as shown in FIG. The laser light source 110 repeats 'on' and 'off' of the laser light.

또한, 상기 레이저 조사 신호가 '0'일 경우, 레이저 광이 조사되지 않고, '1'일 경우 레이저 광이 조사된다.In addition, when the laser irradiation signal is '0', the laser light is not irradiated, and when the laser irradiation signal is '1', the laser light is irradiated.

또한, 한 주기(P) 내에서 레이저 조사 신호의 듀티비(b/a+b)는 상기 분광기(130)에서 광을 수광할 때 포화상태가 되지 않도록 적절히 조정된다.In addition, the duty ratio (b/a+b) of the laser irradiation signal within one period P is appropriately adjusted so as not to become saturated when light is received by the spectrometer 130 .

또한, 상기 제어기(140)는 상기 레이저 조사 신호와 대응하여 상기 분광기(130)가 광을 수광하라는 신호인 측정 신호를 상기 분광기(130)로 전송하며, 상기 분광기(130)는 상기 측정 신호에 따라 레이저 광이 조사되지 않을 때와 조사될 때, 각각 광을 수광한다.In addition, the controller 140 transmits a measurement signal, which is a signal for the spectrometer 130 to receive light, to the spectrometer 130 in response to the laser irradiation signal, and the spectrometer 130 according to the measurement signal When the laser light is not irradiated and when irradiated, the light is received, respectively.

또한, 상기 제어기(140)는 레이저 광이 조사될 때, 상기 분광기(130)가 측정한 광의 세기에서 레이저 광이 조사되지 않알 때, 상기 분광기(130)에서 측정한 광의 세기를 감한 값(이하, '신호차'라 함)을 시료 계측에 이용한다.In addition, the controller 140 subtracts the intensity of the light measured by the spectrometer 130 when the laser light is irradiated, when the laser light is not irradiated from the intensity of the light measured by the spectrometer 130 (hereinafter, 'signal difference') is used for sample measurement.

즉, 레이저 광이 조사되지 않음에도 상기 분광기(130)가 측정하는 광을 레퍼런스 값(reference)으로 주어 자연광에 의한 외란을 제거해줌으로써 시료의 정확한 계측이 가능하다.That is, even when laser light is not irradiated, the light measured by the spectrometer 130 is given as a reference value to remove disturbance caused by natural light, thereby enabling accurate measurement of the sample.

또한, 상기 제어기(140)는 각 주기에서 계측된 신호차를 평균하여 평균값을 구하고 구해진 평균값을 시료 계측에 이용한다.In addition, the controller 140 obtains an average value by averaging the signal differences measured in each period, and uses the obtained average value for sample measurement.

이 역시 갑작스런 외란이 발생할 경우, 계측의 오차를 최소화하기 위함이다.This is also to minimize measurement error in case of sudden disturbance.

한편, 상기 제어기(140)는 레이저 광이 조사되지 않거나 조사되는 시간보다 상기 분광기(130)가 광을 수광하는 시간을 작게 하여 상기 분광기(130)에서 수광하는 광이 포화되지 않게 한다.On the other hand, the controller 140 prevents the light received by the spectrometer 130 from being saturated by making the time for the spectrometer 130 to receive light smaller than the time during which the laser light is not irradiated or is irradiated.

예를 들면, 상기 레이저 조사 신호의 '온', '오프' 시간이 각각 1000ms라면, 상기 분광기(130)는 각각 960ms만큼 광을 수광할 수 있다.For example, if the 'on' and 'off' times of the laser irradiation signal are each 1000 ms, the spectrometer 130 may receive light as much as 960 ms, respectively.

이는 상기 분광기(130)에서 수광되는 광이 포화되어 계측이 실패하는 것을 방지하기 위함이다.This is to prevent measurement failure due to saturation of the light received by the spectrometer 130 .

또한, 상기 레이저 조사 신호의 시간과 상기 분광기(130)에서 광이 수광되는 시간은 일례일 뿐이며, 설계자가 적절히 조절가능하다.In addition, the time of the laser irradiation signal and the time that the light is received by the spectrometer 130 is only an example, and a designer can adjust it appropriately.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.As described above, the present invention has been illustrated and described with reference to preferred embodiments, but it is not limited to the above-described embodiments, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains within the scope not departing from the spirit of the present invention Various changes and modifications will be possible.

100:시료 계측을 위한 분광기 시스템
110:레이저 광원 120:ND필터
130:분광기 140:제어기100: Spectroscopy system for sample measurement
110: laser light source 120: ND filter
130: spectrograph 140: controller

Claims (4)

시료로 레이저광을 조사하는 레이저 광원;
상기 시료에서 발광하는 광의 광량을 줄여 통과시키는 ND필터(Neutral density filter);
상기 ND필터를 통과한 광을 수광하여 광의 세기를 측정하는 분광기; 및
상기 레이저 광원의 조사와 상기 분광기의 수광을 제어하고, 상기 분광기에서 측정된 광의 세기로부터 시료를 계측하는 제어기;를 포함하고,
상기 제어기는 상기 레이저 광원의 '온', '오프'가 반복되도록 제어하고, 상기 레이저 광원이 '온'되었을 때의 상기 분광기에서 측정된 광의 세기에서 상기 레이저 광원이 '오프'되었을 때의 상기 분광기에서 측정된 광의 세기를 감한 광의 세기(이하, '신호차'라 함)를 시료 계측에 이용하되,
상기 제어기는 상기 레이저 광원이 '온', '오프'되는 주기마다 상기 신호차를 계산하고, 계산된 신호차들의 평균값을 시료 계측에 이용하고,
상기 분광기가 광을 수광하는 시간은 상기 레이저 광원이 '온'되는 시간보다 짧게 설정하여 상기 분광기가 광을 수광할 때, 포화(saturation) 상태가 되지 않게 하는 것을 특징으로 하는 시료 계측을 위한 분광기 시스템.A laser light source for irradiating a laser light to the sample;
an ND filter (Neutral density filter) that reduces the amount of light emitted from the sample and passes it;
a spectrometer that receives the light passing through the ND filter and measures the intensity of the light; and
a controller for controlling irradiation of the laser light source and light reception of the spectrometer, and measuring a sample from the intensity of light measured by the spectrometer;
The controller controls the 'on' and 'off' of the laser light source to be repeated, and the intensity of light measured by the spectrometer when the laser light source is 'on' is the spectrometer when the laser light source is 'off' The light intensity (hereinafter referred to as 'signal difference') obtained by subtracting the measured light intensity is used for sample measurement,
The controller calculates the signal difference for each cycle in which the laser light source is 'on' and 'off', and uses the average value of the calculated signal differences for sample measurement,
The spectrometer system for measuring a sample, characterized in that the time during which the spectrometer receives light is set shorter than the time when the laser light source is turned on, so that when the spectrometer receives light, it does not become saturated. . 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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