KR102634937B1 - 빛샘 도파관, 분광 방법 및 빛샘 도파관을 포함하는 분광기 - Google Patents

빛샘 도파관, 분광 방법 및 빛샘 도파관을 포함하는 분광기 Download PDF

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Abstract

빛의 진행 경로를 제공하는 도파관, 상기 도파관의 일부에 형성되어 빛샘을 일으키는 흠결 구조 및 상기 흠결 구조 주변의 특정 위치에 마련되어, 상기 흠결 구조로부터 새어나오는 빛을 검출하는 복수의 디텍터를 포함하는 빛샘 도파관을 제공함으로써 분광기의 소형화를 이룰 수 있다.

Description

빛샘 도파관, 분광 방법 및 빛샘 도파관을 포함하는 분광기{leaky waveguide, spectroscopic method and spectroscope including the leaky waveguide}
분광기 및 분광 방법을 제시한다.
빛의 파장 정보를 분석하는 분광기에는 빛의 파장에 따른 굴절률 차이를 이용하는 프리즘 분광기, 빛의 회절과 간섭 효과를 이용하는 회절격자 분광기, 빛의 간섭 효과를 이용하는 푸리에 변환 분광기, 페브리-페로 간섭계(Fabry-Peorot Interferometer) 등이 있다. 푸리에 변환 분광기의 경우에는 이동식 거울(Moving Mirror)등의 추가 부품이 필요하고 회절격자 분광기의 경우에도 빛을 격자에 통과시키기 까지 빛을 이동시키는데 추가적으로 장비가 필요하다. 이로 인하여 기존의 분광기들은 소형화하는데 한계가 있었다.
분광기를 소형화하여 분광기 및 분광기를 포함한 광학 장치의 휴대성 및 유용성을 증대하고자 한다.
일 실시예에서,
빛의 진행 경로를 제공하는 도파관; 상기 도파관의 일부에 형성되어 빛샘을 일으키는 흠결 구조; 및 상기 흠결 구조 주변의 특정 위치에 마련되어, 상기 흠결 구조로부터 새어나오는 빛을 검출하는 복수의 디텍터; 를 포함하는 빛샘 도파관이 제공된다.
상기 흠결 구조는 전반사에 의해 상기 진행 경로를 진행하는 광의 전반사 조건을 깨는 형상을 가질 수 있다.
상기 특정 위치는 상기 흠결 구조로부터 새어 나온 빛이 간섭에 의해 모이는 위치일 수 있다.
상기 복수의 디텍터는 제1 위치에 배치된 제1 디텍터와, 제2 위치에 배치된 제2 디텍터를 포함하며, 상기 제1 위치와 제2 위치는 간섭에 의해 모이는 빛의 파장 대역이 서로 다를 수 있다.
상기 복수의 디텍터는 제1 위치에 배치된 제1 디텍터와, 제2 위치에 배치된 제2 디텍터를 포함하며, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치에 도달하는 빛의 파장 분포가 서로 다를 수 있다.
상기 흠결 구조는 상기 도파관의 표면에 인입 형성된 하나 이상의 홈일 수 있다.
상기 하나 이상의 홈은 요철 패턴을 형성할 수 있다.
상기 흠결 구조는 상기 도파관을 상기 진행 경로와 교차하는 방향으로 관통하는 관통홀일 수 있다.
상기 관통홀은 일정한 간격으로 배치된 복수개로 구비될 수 있다.
상기 관통홀은 상기 교차하는 방향과 수직인 단면 형상이 원, 타원, 또는 다각형일 수 있다.
상기 관통홀 내부는 상기 도파관의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 물질로 채워질 수 있다.
다른 일 실시예에서,
분석 대상인 광을 파장 분포가 다른 복수의 경로로 분기시키는 단계; 상기 복수의 경로 상 특정 위치에 각각 마련된 복수의 디텍터를 이용하여 광을 검출하는 단계; 상기 복수의 디텍터에서 검출된 광량과 상기 복수의 경로에서의 파장 분포에 대한 정보로부터 상기 분석 대상인 광의 파장 스펙트럼을 재구성하는 단계;를 포함하는 분광 방법이 제공된다.
상기 분기시키는 단계는 빛샘을 일으키는 흠결 구조를 구비하는 도파관을 이용할 수 있다.
상기 분광 방법은 도파관의 재질 및 상기 흠결 구조의 형상을 고려하여, 상기 복수의 디텍터의 위치를 미리 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 입사광의 진행 경로를 제공하는 도파관; 상기 도파관의 일부에 형성되어 빛샘을 일으키는 흠결 구조; 및 상기 흠결 구조 주변의 특정 위치에 마련되어, 상기 흠결 구조로부터 새어나오는 빛을 검출하는 복수의 디텍터; 및 상기 디텍터에서 검출된 광량 정보를 기반으로 상기 입사광의 파장 스펙트럼을 재구성하기 위한 연산을 수행하는 연산부; 를 포함하는, 분광기가 제공된다.
상기 흠결 구조는 전반사에 의해 상기 진행 경로를 진행하는 광의 전반사 조건을 깨는 형상을 가질 수 있다.
상기 도파관의 재질 및 상기 흠결 구조의 형상에 따라 정해지는, 상기 특정 위치에서의 파장 분포가 저장된 메모리를 더 포함할 수 있다.
상기 흠결 구조는 도파관 표면에 인입 형성된 홈일 수 있다.
상기 흠결 구조는 상기 도파관을 상기 진행 경로와 교차하는 방향으로 관통하는 관통홀일 수 있다.
다른 일 실시예에서, 피검체에 광을 조사하는 광원; 상기 광원으로부터 상기 피검체에 조사된 광이 상기 피검체로부터 산란되어 나오는 경로상에 배치되는 제15항의 분광기; 및 상기 분광기로부터 검출되는 광을 분석하여, 상기 피검체의 물성을 분석하는 분석부; 를 포함하는, 광학 장치가 제공된다.
도파관에 흠결 구조를 도입하여 빛을 도파관 외부로 새어 나가게 함으로써 소형화된 분광기를 제시할 수 있다. 이러한 분광기를 활용하여 광 특성을 측정함으로써 피부상태 분석, 음식물의 상태 분석, 혈당량 측정 등의 편리한 기능을 수행하는 여러 가지 전자 장치의 휴대성 및 유용성을 향상 시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 빛샘 도파관의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 A1영역을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 빛샘 도파관에 채용될 수 있는 관통홀에 대한 예시적인 여러가지 형상을 도시한 사시도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 빛샘 도파관을 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 9는 도 4의 제1 위치 내지 제5 위치에 있는 각각의 디텍터가 측정한 광량을 나타내는 그래프이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 빛샘 도파관을 도시한 단면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 빛샘 도파관을 도시한 단면도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 빛샘 도파관을 도시한 단면도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 빛샘 도파관을 도시한 단면도이다.
도 14 내지 도 16은 각각, 도 13의 빛샘 도파관에서 관통홀의 길이가 각각 10nm, 20nm, 30nm인 경우, 빛이 새어나간 후 도파관을 통해 진행한 빛의 스펙트럼에 관한 그래프이다.
도 17은 실시예에 따른 분광 방법에 관한 흐름도이다.
도 18은 실시예에 따른 분광기의 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 19은 실시예에 따른 광학 장치의 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 빛이 새는 도파관 분광기가 속하는 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 빛이 새는 도파관 분광기의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 빛이 새는 도파관 분광기는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 실시예에 따른 빛샘 도파관(110)의 구조를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 빛샘 도파관(100)은 빛의 진행 경로를 제공하는 도파관(110), 도파관(110)의 일부 영역에 형성된 흠결 구조로서 마련된 관통홀(120), 관통홀(120)에 인접하게 배치된 복수의 디텍터(130~132)를 포함한다.
도파관(110)은 주변 물질(예: 공기)의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 물질로 이루어지고, 도파관(110) 내부로 입사된 빛은 도파관(110)과 상기 주변 물질과의 경계면에서의 전반사에 의해 도파관(110) 내부를 진행한다.
관통홀(120)은 도파관(110) 내부를 진행하는 빛의 전반사 조건을 깨뜨려 입사광의 일부가 도파관(110) 외부로 새어 나가게 할 수 있다. 관통홀(120)의 구체적인 형상에 대해서는 후술한다. 광이 새어나가는 경로는 관통홀(120)의 구체적인 형상, 도파관(110)의 재질, 광의 파장에 의존한다. 예를 들어, 도파관(110) 재질에 따른 굴절률은 파장에 따라 조금씩 차이가 있으므로, 같은 관통홀(120)를 통해 새어나가는 광의 경로는 파장에 따라 차이가 있다. 이와 같이, 도파관의 재질 및 관통홀(120)의 특성(모양, 크기, 위치 등)에 따라 새어 나간 빛의 경로가 파장에 따라 달라질 수 있다.
디텍터(130~132)는 특정 위치에 마련될 수 있다. 상기 특정 위치란 관통홀(120)를 통해 새어 나간 빛이 파장별로 간섭을 통해 모인 위치를 의미할 수 있다. 도파관(110)의 재질 및 관통홀(120)의 형상(모양, 크기, 위치 등)을 고려하여, 상기 특정 위치에서 관측되는 빛의 파장분포를 컴퓨팅을 통해 정확히 계산할 수 있다. 상기 계산을 바탕으로 입사광의 스펙트럼을 재구성하는데 필요한 파장분포를 얻을 수 있는 상기 특정 위치에 복수의 디텍터(130~132)를 마련할 수 있다. 디텍터(130~132)는 관통홀(120)로부터 새어 나오는 빛의 광량을 측정할 수 있다.
상기 파장분포란 각각의 디텍터(130~132)가 측정하는 빛을 구성하는 각 파장의 구성 비율을 의미할 수 있다. 다시 말해, λ1, λ2, λ3의 상이한 파장을 갖는 각각의 단일 파장의 빛의 분포는 제1, 제2, 제3 디텍터(130~132)에서 각기 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 디텍터에서 측정한 광량의 빛은, λ1, λ2, λ3의 파장이 각각 20%, 30%, 50%로 구성될 수 있고, 제2 디텍터에서 측정한 광량의 빛은, λ1, λ2, λ3의 파장이 각각 50%, 40%, 10%로 구성될 수 있고, 제3 디텍터에서 측정한 광량의 빛은, λ1, λ2, λ3의 파장이 각각 60%, 20%, 20%로 구성될 수 있다. 입사광의 스펙트럼은 복수의 디텍터(130~132)에서 측정한 각각의 광량 및 파장분포에 관한 정보를 바탕으로 재구성될 수 있다.
도 2는 도 1의 A1영역을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 2를 참조하면, 도파관(110) 일부 영역에 형성된 흠결 구조는 도파관(110)을 지나가는 입사광의 진행 방향(OP)과 교차하는 방향으로 관통하는 관통홀(120)일 수 있다.
관통홀(120)은 빛이 진행하는 방향 중간에 형성되어 있어 빛의 진행을 방해할 수 있다. 진행이 방해된 빛은 관통홀(120)과 같은 흠결 구조에서 스캐터링 등을 일으켜 도파관 외부로 새어 나갈 수 있다.
관통홀(120)의 단면의 크기는 도파관(110)의 폭(w)보다 같거나 작을 수 있다. 도파관(110)의 모양은 직육면체의 형태로 도시되었으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도파관(110)은 원통 형상이 될 수도 있다. 도파관(110)은 단일층의 형태로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며, 코어와 이를 둘러싸는 클래딩층의 형태로 이루어질 수도 있다.
도 3은 도 1의 빛샘 도파관에 채용될 수 있는 관통홀에 대한 예시적인 여러 가지 형상을 도시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 단면은 다각형일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 상기 단면은 원, 타원 등의 곡선으로 이루어진 면일 수 있다. 도시된 관통홀들(121~123)이 입사광의 진행 방향(OP)과 교차하는 방향으로 도파관(110)을 관통하는 형상이다.
이 때, 도파관(110)의 상기 교차하는 방향과 수직인 단면의 크기 또는 모양은 일정하지 않을 수 있다. 다시 말해, 관통홀(121~123)의 도파관(110)을 관통하는 관통 경로는 일정하지 않을 수 있다. 제1 관통홀(121)은 사각형의 단면을 가질 수 있다. 제1 관통홀(121)의 너비는 도파관(110)을 관통하면서 점점 넓어지다가 다시 좁아질 수 있다. 제2 관통홀(122)은 삼각형의 단면을 가질 수 있다. 제2 관통홀(122)의 너비는 도파관(110)을 관통하면서 점점 좁아지다가 다시 넓어질 수 있다. 제3 관통홀(123)은 삼각형의 단면을 가질 수 있다. 제3 관통홀의 진행방향은 도파관(110)을 관통하면서 임의의 지점에서 급변할 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 빛샘 도파관을 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 빛샘 도파관(200)은 굽은 형상의 도파관(210), 도파관(210)의 일부 영역에 형성된 복수의 관통홀(220) 및 복수의 디텍터(230~234)를 포함한다.
디텍터(230~234)들은 복수의 관통홀(220)을 통해 새어 나간 빛이 파장별로 간섭에 의해 모이는 특정 위치들(P1~P5)을 미리 계산하고, 이 위치에 배치될 수 있다.
도 5 내지 도 9는 도 4의 제1 위치 내지 제5 위치(P1~P5)에 있는 각각의 디텍터가 측정한 광량을 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 제1 위치(P1)에 마련된 제1 디텍터(230)가 측정한 광량의 빛을 구성하는 파장 중 약 0.62㎛, 0.67㎛, 0.72㎛ 등의 파장의 빛의 분포가 비교적 큰 편이고, 약 0.75㎛, 0.85㎛, 0.95㎛ 등의 파장의 빛의 분포는 비교적 작은 편이다.
도 6을 참조하면, 제2 위치(P2)에 마련된 제2 디텍터(231)가 측정한 광량의 빛을 구성하는 파장 중 약 0.63㎛, 0.72㎛, 0.85㎛ 등의 파장의 빛의 분포가 비교적 큰 편이고, 약 0.62㎛, 0.67㎛, 0.75㎛ 등의 파장의 빛의 분포는 비교적 작은 편이다.
도 7을 참조하면, 제3 위치(P3)에 마련된 제3 디텍터(232)가 측정한 광량의 빛을 구성하는 파장 중 약 0.68㎛, 0.70㎛, 0.77㎛ 등의 파장의 빛의 분포가 비교적 큰 편이고, 약 0.65㎛, 0.85㎛, 0.94㎛ 등의 파장의 빛의 분포는 비교적 작은 편이다.
도 8을 참조하면, 제4 위치(P4)에 마련된 제4 디텍터(233)가 측정한 광량의 빛을 구성하는 파장 중 약 0.62㎛, 0.67㎛, 0.72㎛, 0.82㎛ 등의 파장의 빛의 분포가 비교적 큰 편이고, 약 0.64㎛, 0.77㎛, 0.97㎛ 등의 파장의 빛의 분포는 비교적 작은 편이다.
도 9를 참조하면, 제5 위치(P5)에 마련된 제5 디텍터(234)가 측정한 광량의 빛을 구성하는 파장 중 약 0.64㎛, 0.69㎛, 0.76㎛ 등의 파장의 빛의 분포가 비교적 큰 편이고, 약 0.62㎛, 0.85㎛, 0.92㎛ 등의 파장의 빛의 분포는 비교적 작은 편이다.
위와 같이 디텍터의 위치(P1~P5)에 따라 특정 위치로 모인 빛의 파장 분포가 달라 질 수 있다. 이러한 각각의 특정 위치(P1~P5)에서의 파장분포는 디텍터들(230~234)을 배치시키기 전에 미리 컴퓨팅을 통해 정확히 계산할 수 있다. 디텍터들(230~234)은 각 배치 위치에서, 상기 위치에 도달한 빛의 광량을 측정할 수 있다. 측정된 광량과, 각 해당 위치에서 예상되는 파장분포를 종합하여 빛샘 도파관(200)에 입사한 광의 스펙트럼을 재구성할 수 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 빛샘 도파관(300)을 도시한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 도파관(310)의 일부 표면에 형성된 흠결 구조는 인입 형성된 하나 이상의 홈(320)일 수 있다. 홈(320)은 도파관(310) 일부 영역에 삼각형의 형상을 갖도록 인입 형성될 수 있다. 다만, 홈(320)의 모양이 삼각형에 한정되는 것은 아니다. 홈(320)은 다각형, 반원, 타원, 원뿔, 원기둥, 삼각 이상의 다각뿔 등의 다양한 모양일 가질 수 있다.
홈(320)은 빛이 진행하는 방향 중간에 형성되어 있어 빛의 진행을 방해할 수 있다. 진행이 방해된 빛은 홈(320)에서 스캐터링 등을 일으켜 도파관(310) 외부로 새어 나갈 수 있다. 복수의 디텍터(330~331)가 측정하는 빛의 파장분포는 상이할 수 있다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 빛샘 도파관(400)을 도시한 단면도이다.
도 11을 참조하면, 도파관(410)의 일부 표면에 형성된 흠결 구조는 여러 개의 홈이 모여 일정 간격으로 형성된 요철 패턴을 나타낼 수 있다. 상기 요철 패턴은 상기 홈의 모양에 따라 다양한 모양의 패턴을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 요철 패턴은 삼각형의 형상을 갖는, 도파관(410)에 인입 형성된 복수개의 홈이 모인 삼각 요철 패턴(420)일 수 있다. 상기 요철 패턴은 홈의 모양에 따라 다양한 패턴을 가질 수 있으며 도 11에 도시된 예에 한정되지 않는다.
삼각 요철 패턴(420)은 빛이 진행하는 방향 중간에 형성되어 있어 빛의 진행을 방해할 수 있다. 진행이 방해된 빛은 삼각 요철 패턴(420)에서 스캐터링 등을 일으켜 도파관(410)외부로 새어 나갈 수 있다. 복수의 디텍터(430~431)가 측정하는 빛의 파장분포는 상이할 수 있다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 빛샘 도파관(500)을 도시한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 도파관(510)의 일부 표면에 형성된 흠결 구조는 여러 개의 홈이 모여 일정 간격으로 형성된 요철 패턴을 나타낼 수 있다. 상기 요철 패턴은 홈의 모양에 따라 다양한 모양의 패턴을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 요철 패턴은 사각형의 형상을 갖는, 도파관(510)에 인입 형성된 복수개의 홈이 모인 사각 요철 패턴(520)일 수 있다. 상기 요철 패턴은 홈의 모양에 따라 다양한 패턴을 가질 수 있으며 도 12에 도시된 예에 한정되지 않는다.
사각 요철 패턴(520)은 빛이 진행하는 방향 중간에 형성되어 있어 빛의 진행을 방해할 수 있다. 진행이 방해된 빛은 사각 요철 패턴(520)에서 스캐터링 등을 일으켜 도파관(510)외부로 새어 나갈 수 있다. 복수의 디텍터(530~531)가 측정하는 빛의 파장분포는 상이할 수 있다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 빛샘 도파관(600)을 도시한 단면도이다.
도 13를 참조하면, 흠결 구조(620)는 사각형의 단면을 포함하고 도파관(610)의 폭(w)과 같은 폭을 갖는 관통홀(620)일 수 있다. 이 경우, 외부에서 보면 도파관(610)이 관통홀(620)에 의해 절단된 것으로 보일 수 있다. 관통홀(620)의 빛의 진행방향 쪽 길이가 도파관(610)의 길이에 비해 매우 짧기 때문에 도파관(610)내부로 진행하던 빛은 대부분 그대로 진행하나 관통홀(620)부근에서 전반사 조건이 깨진 일부의 빛이 스캐터링 등을 일으키며 도파관(610) 외부로 새어 나갈 수 있다. 복수의 디텍터(630~631)가 측정하는 빛의 파장분포는 상이할 수 있다.
도 14 내지 도 16은 각각, 도 13의 빛샘 도파관(600)에서 관통홀의 길이가 각각 10nm, 20nm, 30nm인 경우, 빛이 새어나간 후 도파관을 통해 진행한 빛의 스펙트럼에 관한 그래프이다.
도 14를 참조하면, 관통홀(620)의 길이가 10nm일 경우에는 관통홀(620)을 통해 새어나간 후의 입사광의 스펙트럼에서 파장이 740nm인 빛이 가장 낮은 투과율을 나타낼 수 있다. 이처럼 관통홀(620)의 길이가 10nm일 경우에는 파장이 740nm인 빛이 관통홀(620)을 통해서 가장 많이 새어 나갈 수 있다.
도 15를 참조하면, 관통홀(620)의 길이가 20nm일 경우에는 관통홀(620)을 통해 새어나간 후의 입사광의 스펙트럼에서 파장이 736nm인 빛이 가장 낮은 투과율을 나타낼 수 있다. 이처럼 관통홀(620)의 길이가 20nm일 경우에는 파장이 736nm인 빛이 관통홀(620)을 통해서 가장 많이 새어 나갈 수 있다.
도 16를 참조하면, 관통홀(620)의 길이가 30nm일 경우에는 관통홀(620)을 통해 새어나간 후의 입사광의 스펙트럼에서 파장이 730nm인 빛이 가장 낮은 투과율을 나타낼 수 있다. 이처럼 관통홀(620)의 길이가 30nm일 경우에는 파장이 730nm인 빛이 관통홀(620)을 통해서 가장 많이 새어 나갈 수 있다.
이와 같이 관통홀(620)의 길이에 따라 상기 관통홀(620)을 통해 주로 새어 나가는 빛의 파장이 달라질 수 있다.
도 17은 실시예에 따른 분광 방법에 관한 흐름도이다.
도 17을 참조하면, 입사광의 분광 방법은 3가지 단계로 구성될 수 있다.
첫 번째 단계(S101)에서는, 분석 대상인 광이 파장 분포가 다른 복수의 경로로 분기될 수 있다. 상기 분기되는 단계에서는 빛샘을 일으키는 흠결 구조를 구비하는 도 18의 빛샘 도파관(1100)에 의해서 광이 분기될 수 있다.
두 번째 단계(S102)에서는, 상기 분기된 빛이 간섭에 의해 모이는 특정 위치마다 마련된 복수의 디텍터가 상기 특정 위치에 모인 빛의 광량을 측정할 수 있다.
세 번째 단계(S103)에서는, 상기 두 번째 단계에서 측정한 빛의 광량과 디텍터의 위치를 정하기 위하여 계산한 파장분포를 고려하여 새어 나온 빛의 스펙트럼을 구할 수 있다. 디텍터 각각에서 구한 새어 나온 빛의 스펙트럼들을 토대로 입사광의 스펙트럼을 재구성할 수 있다.
도 18는 일 실시예에 따른 분광기(1000)의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 18를 참조하면, 분광기(1000)는 입사광의 진행 경로를 제공하는 도파관(1110), 도파관(1110)의 일부에 형성되어 빛샘을 일으키는 흠결 구조(1120), 및 흠결 구조(1120) 주변의 특정 위치에 마련되어 흠결 구조(1120)로부터 새어나오는 빛을 검출하는 복수의 디텍터(1130), 및 디텍터(1130)에서 검출된 광량 정보를 기반으로 상기 입사광의 파장 스펙트럼을 재구성하기 위한 연산을 수행하는 연산부(60)를 포함할 수 있다. 분광기(1000)는 도파관(1100)의 재질 및 흠결 구조(1120)의 형상에 따라 정해지는 상기 특정 위치에서의 파장 분포가 저장된 메모리(70)를 더 포함할 수 있다.
메모리(70)에는 상기 특정 위치에 모이는 빛에서의 파장분포를 미리 계산한 값이 저장되어 있을 수 있다. 상기 파장분포란 각각의 디텍터(1130)가 측정하는 광을 구성하는 각 파장의 구성비율을 의미할 수 있다.
연산부(60)는 메모리(70)와 통신하는 프로세서(50)에 포함될 수 있다. 상기 통신은 메모리(70)에 저장된 프로세서(50)가 동작하기 위한 프로그램, 또는 프로세서(50)의 기능 수행에 필요한 데이터를 송수신하는 통신을 포함할 수 있다. 프로세서(50)에 의해 연산부(60)가 입사광의 스펙트럼을 재구성하는 연산을 수행할 수 있다.
도 19는 다른 일 실시예에 따른 광학 장치(2000)의 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 19을 참조하면, 광학 장치(2000)는 피검체(40)에 광을 조사하는 광원(80), 광원(80)으로부터 피검체(40)에 조사된 광이 피검체(40)로부터 산란되어 나오는 경로상에 배치되는 도 18의 분광기(1000), 및 분광기(1000)로부터 검출되는 광을 분석하여, 피검체(40)의 물성을 분석하는 분석부(90)를 포함할 수 있다.
피검체(40)는 분석 대상으로서, 광학 장치(2000)와 접촉 또는 인접할 수 있는 생체부일 수 있다. 예를 들어, 혈당 측정이 용이한 생체부일 수 있다. 또는, 신선도 측정 대상인 식품일 수 있고, 기타, 물성 분석이 요구되는 다양한 대상일 수 있다.
분광기(1000)는 상기 피검체(40)로부터 산란되어 나온 빛의 스펙트럼을 위에서 기술한 일련의 분광 방법을 통해 재구성할 수 있다. 이렇게 재구성된 스펙트럼을 이용하여 프로세서(50)에 의해서 분석부(90)가 피검체(40)의 물성을 분석하는 기능을 수행할 수 있다.
분석부(90)는 예를 들어, 라만 분석법을 사용하여 피검체(40)의 물성을 분석할 수 있다. 피검체(40)에 조사된 광(LR)은 피검체(40)내에 포함된 다양한 분자들에 의해 산란되고, 산란된 광의 일부는 라만 편이(Raman Shift)된다. 라만 편이된 광은 분자 고유의 진동 스펙트럼 정보(vibrational spectroscopic information)를 포함하게 되므로, 이로부터 피검체(40)에 포함된 성분들을 알아낼 수 있다.
광학 장치(2000)는 음식물의 상태를 확인하는 장치일 수 있다. 이 경우, 광원(80)은 음식물에 광을 조사하고, 조사된 빛이 음식물로부터 산란되어 나오는 경로상의 특정 위치에 배치된 분광기(1000)가 산란된 빛의 스펙트럼을 재구성할 수 있다. 이렇게 재구성된 스펙트럼을 이용하여 분석부(90)는 산란된 빛의 파장 조성을 입사광의 파장과 비교 분석하여 음식물의 상태를 확인할 수 있다.
상술한 빛샘 도파관, 이를 포함하는 분광기및 광학 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100,200,300,400,500,600,1100,2100: 빛샘 도파관
1000: 분광기
2000: 광학 장치
110, 210, 310, 410, 510, 610, 1110: 도파관
130, 131, 132, 330, 331, 430, 431, 530, 531, 630, 631, 1130: 디텍터
120, 121, 122, 123: 관통홀
1120: 흠결 구조
P1: 제1 위치
P2: 제2 위치
P3: 제3 위치
P4: 제4 위치
P5: 제5 위치
230: 제1 디텍터
231: 제2 디텍터
232: 제3 디텍터
233: 제4 디텍터
234: 제5 디텍터
320: 홈
420: 삼각 요철 구조
520: 사각 요철 구조
620: 사각 관통홀
40: 피검체
50: 프로세서
60: 연산부
70: 메모리
80: 광원
90: 분석부
OP: 입사광의 진행 방향
LR: 피검체에 조사된 빛
LS: 피검체에서 산란되어 나오는 빛
W: 도파관의 폭

Claims (20)

  1. 빛의 진행 경로를 제공하는 도파관;
    상기 도파관의 일부에 형성되어 빛샘을 일으키는 흠결 구조; 및
    상기 흠결 구조의 주변의 특정 위치에 마련되어, 상기 흠결 구조로부터 새어나오는 빛을 검출하는 복수의 디텍터; 를 포함하고,
    상기 특정 위치는
    상기 흠결 구조로부터 새어 나온 빛이 간섭에 의해 모이는 위치인,
    빛샘 도파관.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 흠결 구조는 전반사에 의해 상기 진행 경로를 진행하는 광의 전반사 조건을 깨는 형상을 가지는, 빛샘 도파관.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 디텍터는
    제1 위치에 배치된 제1 디텍터와, 제2 위치에 배치된 제2 디텍터를 포함하며,
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치는 간섭에 의해 모이는 빛의 파장 대역이 서로 다른, 빛샘 도파관.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 디텍터는
    제1 위치에 배치된 제1 디텍터와, 제2 위치에 배치된 제2 디텍터를 포함하며,
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치에 도달하는 빛의 파장 분포가 서로 다른, 빛샘 도파관.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 흠결 구조는 상기 도파관의 표면에 인입 형성된 하나 이상의 홈인, 빛샘 도파관.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 하나 이상의 홈은 요철 패턴을 형성하는, 빛샘 도파관.
  8. 빛의 진행 경로를 제공하는 도파관;
    상기 도파관의 일부에 형성되어 빛샘을 일으키는 흠결 구조; 및
    상기 흠결 구조의 주변의 특정 위치에 마련되어, 상기 흠결 구조로부터 새어나오는 빛을 검출하는 복수의 디텍터; 를 포함하고,
    상기 흠결 구조는 상기 도파관을 상기 진행 경로와 교차하는 방향으로 관통하는 관통홀인, 빛샘 도파관.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 관통홀은 일정한 간격으로 배치된 복수개로 구비되는, 빛샘 도파관.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 관통홀은 상기 교차하는 방향과 수직인 단면 형상이 원, 타원, 또는 다각형인, 빛샘 도파관.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 관통홀 내부는 상기 도파관의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 물질로 채워진, 빛샘 도파관.
  12. 분석 대상인 광을 파장 분포가 다른 복수의 경로로 분기시키는 단계;
    상기 복수의 경로의 일부 특정 위치에 각각 마련된 복수의 디텍터를 이용하여 광을 검출하는 단계;
    상기 복수의 디텍터에서 검출된 광량과 상기 복수의 경로에서의 파장 분포에 대한 정보로부터 상기 분석 대상인 광의 파장 스펙트럼을 재구성하는 단계;를 포함하고,
    상기 특정 위치는,
    빛의 진행 경로를 제공하는 도파관의 일부에 형성되어 빛샘을 일으키는 흠결구조로부터 새어 나온 빛이 빛의 간섭에 의해 모이는 위치인, 분광 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 분기시키는 단계는
    빛샘을 일으키는 상기 흠결 구조를 구비하는 상기 도파관을 이용하는, 분광 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 도파관의 재질 및 상기 흠결 구조의 형상을 고려하여, 상기 복수의 디텍터의 위치를 미리 설정하는 단계;를 더 포함하는, 분광 방법.
  15. 입사광의 진행 경로를 제공하는 도파관;
    상기 도파관의 일부에 형성되어 빛샘을 일으키는 흠결 구조; 및
    상기 흠결 구조의 주변의 특정 위치에 마련되어, 상기 흠결 구조로부터 새어나오는 빛을 검출하는 복수의 디텍터; 및
    상기 디텍터에서 검출된 광량 정보를 기반으로 상기 입사광의 파장 스펙트럼을 재구성하기 위한 연산을 수행하는 연산부;
    를 포함하고,
    상기 특정 위치는
    상기 흠결 구조로부터 새어 나온 빛이 간섭에 의해 모이는 위치인,
    분광기.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 흠결 구조는 전반사에 의해 상기 진행 경로를 진행하는 광의 전반사 조건을 깨는 형상을 가지는, 분광기.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 도파관의 재질 및 상기 흠결 구조의 형상에 따라 정해지는, 상기 특정 위치에서의 파장 분포가 저장된 메모리를 더 포함하는, 분광기.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 흠결 구조는 도파관 표면에 인입 형성된 홈인, 분광기.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 흠결 구조는 상기 도파관을 상기 진행 경로와 교차하는 방향으로 관통하는 관통홀인, 분광기.
  20. 피검체에 광을 조사하는 광원;
    상기 광원으로부터 상기 피검체에 조사된 광이 상기 피검체로부터 산란되어 나오는 경로상에 배치되는 제15항의 분광기; 및
    상기 분광기로부터 검출되는 광을 분석하여, 상기 피검체의 물성을 분석하는 분석부; 를 포함하는, 광학 장치.
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