KR20040039398A - 형광 측정 장치 - Google Patents

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신지 후지무라
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Abstract

본 발명의 형광 측정 장치는 여기 광원을 사용하여 거의 동시에 샘플 챔버 내의 다수의 샘플을 측정하거나 또는 동일한 샘플의 다수의 지점을 측정한다. 형광 측정 장치는 여기광 조사 위치에서 로터리 샘플 스탠드(2)를 갖고, 다수의 관통 구멍(2a)이 로터리 샘플 스탠드(2) 주변에 형성되고, 샘플 배치 유닛(3)이 각각의 관통 구멍(2a) 내에 삽입될 수 있다. 샘플 스탠드(2)를 여기 광 조사 위치에 대해 이동시켜, 샘플 챔버(1) 내에서 요구되는 샘플 재배치 없이 다수의 샘플에 형광 측정이 이루어질 수 있다.

Description

형광 측정 장치{Fluorescence measuring apparatus}
진공 샘플 챔버 내에 설치된 형광체가 자외선에 의해 여기되고, 형광체로부터 방출된 형광이 광 센서(photosensor)에 의해 측정되고 데이터 처리 유닛에 의해 분석되어, 형광 강도, 형광 스펙트럼, 색도 좌표 등을 얻는 형광 측정 장치가 공지되어 있다.
도 8은 그 위에 형광체(40)가 배치되는 샘플 스탠드(41)를 갖는 진공 샘플 챔버(42); 형광체(40)에 자외선을 조사하는 여기 광원(43)과 전원 공급 유닛(44); 감지용 광섬유(45; sensing optical fiber); 분광 광도계(spectrophotometer)와 같은 광 센서(46); 데이터 처리 유닛으로서 작용하는 마이크로 컴퓨터(47); 컬러 디스플레이(48); 프린터(49)를 포함하는 종래의 형광 측정 장치의 구조를 도시한다.
종래의 형광 측정 장치로 여러 타입의 형광체를 측정하는 경우, 각각의 형광체를 측정하기 위해 진공 샘플 챔버가 개방되고 샘플 스탠드 상의 형광체가 새로운 형광체로 교환된다. 또한, 동일한 샘플의 다수의 상이한 지점들을 측정하는 경우, 샘플 스탠드 상의 형광체를 이동시키기 위해 진공 샘플 챔버가 열린다.
이와 관련하여, 매번 형광체가 교환 또는 이동되고, 진공을 해제한 다음에 다시 샘플 챔버를 진공화할 필요가 있다. 이는 전력 소비를 증가시킬 뿐만 아니라, 측정 시간을 길게 한다.
본 발명의 목적은 여기 광원을 사용하여 거의 동시에 샘플 챔버 내의 다수의 샘플을 측정할 수 있는 형광 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 여기 광원을 사용하여 거의 동시에 샘플 챔버 내의 동일한 샘플의 다수의 지점을 측정할 수 있는 형광 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 여기 광원(excitation light source)을 사용하여 형광 측정을 수행하는 형광 측정 장치에 대한 것이다.
도 1은 본 발명의 로터리 타입의 샘플 스탠드를 갖는 형광 측정 장치의 개략도.
도 2는 샘플 스탠드(2)의 배치를 예시하는 확대 사시도.
도 3은 샘플 배치 트레이(3)의 부분 단면도.
도 4는 샘플을 커버하는 차광판(13)과 샘플 배치 트레이(3)의 사시도.
도 5는 차광판(13)이 어떻게 배치되는가를 예시하는 부분 단면도.
도 6은 수평 이동 타입의 샘플 스탠드를 갖는 형광 측정 장치의 개략도.
도 7은 CCD 카메라에 의해 촬영되고 모니터 디스플레이 장치에 표시되는 패널(panel) 상에 투사된 표시 점(marker spot)들을 예시하는 도면.
도 8은 종래의 형광 측정 장치를 예시하는 사시도.
(1) 본 발명에 따른 형광 측정 장치는 샘플 스탠드를 포함하고, 샘플 스탠드는 여기 광 조사 위치에 대해 이동할 수 있고 다수의 샘플이 그 위에 배치될 수 있도록 배열된다.
상술한 배열에 따라, 그 위에 다수의 샘플이 배치된 샘플 스탠드를 여기 광 조사 위치에 대해 이동시켜, 샘플 챔버에서 샘플을 교환할 필요없이 다수의 샘플에 연속적으로 형광 측정이 이루어질 수 있다. 이는 전체 측정 시간을 단축시킬 뿐만 아니라, 전력 소비도 절감한다.
샘플 스탠드가 회전가능하고 다수의 샘플이 샘플 스탠드의 주변 위치에 배치되는 경우, 간단한 회전 동작만으로 다수의 샘플에 형광 측정이 이루어질 수 있다.
또한, 여기 광이 조사되는 샘플 스탠드의 범위를 제한하기 위해 차광 부재가 배치될 수 있다. 이러한 차광 부재는 여기 광이 샘플 스탠드 상에 배치된 다른 샘플들에 조사되는 것을 방지할 수 있다.
(2) 본 발명에 따른 형광 측정 장치는 여기 광원에 대해 이동할 수 있는 샘플 스탠드; 샘플 스탠드에 배치된 샘플에 대한 형광 측정 범위를 제한하기 위한 현미경(microscope)을 포함한다.
상술한 배치에 따르면, 현미경은 여기광에 의해 조사되는 샘플의 형광 측정 범위를 제한할 수 있다. 여기광 조사 위치에 대해 샘플 스탠드를 이동시켜, 동일한 샘플의 다수의 지점들에 형광 측정이 이루어질 수 있다. 이는 전체 측정 시간을 단축시킬 뿐만 아니라, 전력 소비도 절감해준다.
(a) 현미경의 형광 측정 범위로 표시광을 조사하기 위한 가시 광원(visible light source)과, (b) 표시광 투사 수단(marker light projecting means)이 또한 배치되는 경우, 샘플의 형광 측정 부분이 가시적으로 보다 명확하게 인식될 수 있다.
하기의 설명은 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
1. 제 1 실시예
도 1은 본 발명의 로터리 타입의 샘플 스탠드를 갖는 형광 측정 장치의 개략도이다.
디스크-형상의 스테인리스-강 샘플 스탠드(2)는 진공 샘플 챔버(1)에 회전가능하게 배치된다. 진공 샘플 챔버(1)의 외측에는, 휠(8; wheel)이 진공 패킹(7)을 통해 로터리 축(6) 상에 장착된다. 휠(8)은 수동을 구동된다. 로터리 축(6)은 여기광이 관통 구멍(2a)에 대해 조사되는 위치에서 로터리 축(6)이 정지하도록 노치(notch)를 갖는다. 로터리 축(6)은 기어, 벨트 등에 의해 스텝 모터(stepping motor)에 의해 구동될 수 있다.
진공 샘플 챔버(1)는 진공 펌프(도시 않음)에 의해 배기구(14; exhaust vent)를 통해 예정된 압력(약 10-2Torr)으로 감압된다. 진공에서 측정이 수행되지만, 여기광의 파장에 따라 N2분위기에서 수행될 수도 있다. N2분위기를 제공하기 위해, N2가스가 개방가능한 입구 포트(12)를 통해 도입된다. 진공 샘플 챔버(1)는 관측 창(도시 않음)을 가지며, 이를 통해 형광을 외부에서 관측한다.
샘플 스탠드(2)는 다수(예를 들어 8개)의 관통 구멍(2a)을 그 주변에 가지며, 샘플 배치 부재로서 작용하는 샘플 배치 트레이(3)가 제거가능하게 장착된다.
예를 들어, (146 nm의 파장을 갖는) 엑시머(excimer) 램프가 여기 광원(4)으로서 사용된다.
형광 측정 장치는 렌즈 슬리브(16; lens sleeve)를 통해 형광을 측정하기 위해 측정용 광섬유(15)를 갖는다. 광섬유의 첨단부(tip)는 광 센서와 데이터 처리 유닛을 통해 연결된다. 그러나, 이러한 배치는 도 8에 도시된 종래의 배치와 거의 동일하므로, 도 1에 예시되어 있지 않다.
도 2는 샘플 스탠드(2)의 배치를 예시하는 확대 사시도이다.
샘플 스탠드(2)는 220mm의 직경과 약 16mm의 두께를 갖는 스테인리스-강 디스크이고, 각각 20mm의 직경을 갖는 최대 8개의 관통 구멍(2a)을 갖는다. 샘플 배치 트레이(3)는 관통 구멍(2a)에 삽입될 수 있다. 관통 구멍(2a)에 삽입되는 샘플 배치 트레이(3)는 쉽게 당겨져 나와 제거될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 샘플 배치 트레이(3)는 관통 구멍(2a)에 삽입되는 컬럼 돌기(3a; column projection), 분말 샘플이 넣어지는 오목부(3b)를 갖는다.
도 4는 샘플 배치 트레이(3)를 덮는 차광판(13)을 도시한다. 이러한 차광판(13)은 샘플 스탠드(2) 상에 배치된 샘플 배치 트레이(3)를 커버하고, 샘플 배치 트레이(3)의 오목부(3b)에 대한 여기광 조사 범위를 제한하도록 배치된다. 이와 관련하여, 차광판(13)은 작은 창(13a)을 갖고, 이 창을 통해 여기광이 도입된다. 여기 광원(4)으로부터의 여기광은 일정 각도를 갖고 퍼진다. 따라서,차광판(13)은 여기 광이 측정받고 있지 않는 다른 샘플에 조사되는 것을 방지한다.
도 5는 샘플 스탠드(2) 상의 샘플 배치 트레이(3)를 덮을 때 배치되는 차광 부재(13)를 예시하는 부분 단면도이다. 차광 부재(13)는 차광 부재(13)와 샘플 스탠드(2) 사이에 제공되는 예정된 거리를 갖고 긴 아암(arm)을 통해 진공 샘플 챔버(1)의 벽에 대해 고정된다. 도 5는 여기광이 어떻게 종방향의 작은 창(13a)을 통해 샘플에 조사되는지 및 그 다음에 형광이 생성되는지를 예시한다.
하기에 측정 절차를 설명한다. 원하는 개수의 샘플 배치 트레이(3)가 샘플 스탠드(2)의 관통 구멍(2a) 상에 배치되고, 다양한 형광성 분말 샘플들이 각각 오목부(3b)들에 넣어진다. 여기 광원(4)에 전원이 들어오고 1개의 샘플의 형광 스펙트럼이 관측된다. 관측이 완료되면, 샘플 스탠드는 예정된 각도만큼 회전되고 다음 샘플의 형광 스펙트럼이 관측된다. 따라서, 모든 샘플의 형광 스펙트럼들이 연이어 관측될 수 있다.
2. 제 2 실시예
도 6은 수평 이동 타입의 샘플 스탠드를 갖는 형광 측정 장치의 개략도이다. 이러한 수평 이동 타입의 형광 측정 장치는 분말 형태의 형광체만이 아니라, 평판 디스플레이 패널(PDP)과 같은 패널 형태의 형광체도 측정할 수 있다.
도 6의 이러한 장치는 도 6의 장치가 로터리가 아닌 X-Y 평면에서 이동가능한 샘플 스탠드를 갖는다는 점, 및 도 6의 장치가 CCD 모니터 장치를 갖는 현미경 관측 시스템을 갖는다는 점에서 도 1의 장치와 주로 상이하다. 도 6에서, 진공 샘플 챔버(1)와 여기 광원(4)은 도 1에 논의된 것과 거의 동일한 배치를 갖는다.
샘플 스탠드(21)는 XY 스테이지(22) 상에 제거가능하게 설치되어 있다. XY 스테이지(22)는 XY 구동 장치[23; 로터리 인코더(rotary encorder)]에 의해 X- 및 Y- 방향에서 구동된다. XY 이동량은 디스플레이 장치(24)에 표시된다.
패널 형태의 형광체(25)가 예정된 위치에서 샘플 스탠드(21) 상에 배치된다.
다수의 형광체를 측정할 수 있도록, 샘플 스탠드(21)는 다수의 관통 구멍(2a)을 가지며, 관통 구멍의 형성 위치는 특정한 것으로 제한되지 않는다. 그러나, 이 실시예에서는, 관통 구멍(2a)들이 동심관계(concentric)의 방식이 아니라 그리드(grid) 방식으로 형성된다.
현미경 관측 시스템은 패널 상의 형광점을 관측하기 위한 미세-측정용 광섬유(27)와 현미경(26), 관측된 이미지를 촬영하기 위한 CCD 카메라(28), 모니터 디스플레이 장치(29), 표시 점을 형성하는 가시 광원(30; 할로겐 램프 등), 표시 광을 도입하는 광섬유(31), 전체 샘플 스탠드(21)를 커버하는 가시 영역을 갖는 미세-측정 광섬유(32)를 포함한다.
현미경을 지나가는 대규모 측정(macro-measurement)용 광섬유(32)와 미세 측정용 광섬유(27)는 다르게는 광 센서로서 작용하는 분광 광도계에 연결될 수 있다.
하기의 설명에서는 측정 절차를 설명한다. 먼저, CCD 카메라(28)와 모니터 디스플레이 장치(29)의 전원이 들어온다. 패널(25)이 샘플 스탠드(21) 상의 예정된 위치에 배치되고, 표시 점을 형성하는 가시 광원(30)에 전원이 들어온다. 가시 광원(30)의 광은 표시-광-도입용 광섬유(31)를 통해 현미경(26)에 도입된 다음에, 표시 점이 패널(25)에 투영된다.
도 7은 패널 상에 투영되는 표시 점(S1, S2)을 예시하는 도면이며, 이는 CCD 카메라에 의해 촬영되고 모니터 디스플레이 장치(29) 상에 표시된다. 도 7은 두 표시 점(S1, S2) 간의 갭(P)이 현미경의 초점 위치임을 도시한다.
사용자는 측정하고자 하는 패널(25)의 일부가 초점 위치(P)에 오도록 XY 구동장치에 의해 XY 스테이지(22)를 이동시킨다.
이 상태에서, 여기 광원(4)에 전원이 들어와, 여기광을 조사하여 형광을 생성시킨다. 그 다음에, 측정하고자 하는 패널(25)의 일부로부터의 형광 스펙트럼이 현미경(26)과 미세-측정용 광섬유(27)를 통해 분광 광도계(33)에 의해 측정될 수 있다. 여기광을 조사할 때, 조사 범위를 제한하기 위해 차광판(도 4 참조)이 사용될 수 있다.
패널 전체의 형광 스펙트럼을 관측하고자 하는 경우에는, 분광 광도계(33)에 연결된 미세-측정용 광섬유(27)가 이로부터 제거된 다음에, 대규모 측정용 광섬유(32)가 분광 광도계(33)에 연결다(바람직하게는, 차광판이 이러한 대규모 측정에 대해 사용되지 않는다).
따라서, 본 발명의 실시예들이 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시예들에 제한되지 않는다. 예를 들어, 제 1 실시예의 샘플 스탠드는 회전가능하게 이동하지만, 그 이동 방향은 회전에 제한되지 않는다. 즉, 샘플 스탠드가 회전할 수는 없지만 수평으로 이동할 수 있는 샘플 스탠드가 사용될 수 있다. 또한, 제 1 실시예에 따르면, 샘플을 샘플 스탠드(2)에 배치하기 위해, 샘플 스탠드(2)에 장착할 때 샘플 배치 트레이(3)가 사용된다. 그러나, 샘플 스탠드는 샘플 배치 트레이로서 작용하는 오목부들을 구비할 수 있으며, 여기에 샘플이 배치된다. 또한, 샘플 스탠드에 오목부가 형성되지 않고 샘플이 샘플 스탠드 상에 직접 배치될 수 있다.
제 1 실시예 및 제 2 실시예 각각에 따르면, 형광 스펙트럼이 분광 광도계로 측정된다. 이러한 형광 스펙트럼 대신에, 모든 파장의 형광 강도가 전력계(power meter)를 사용하여 얻어질 수 있고, 특정 파장의 형광 강도가 분광기(monochrometer)를 사용하여 얻어질 수 있고, 색도 좌표가 필터 비색계(filter colorimeter)를 사용하여 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명의 범위 내에서 다양한 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (5)

  1. 여기 광원으로부터의 여기 광이 형광 측정을 수행하기 위한 샘플 챔버 내의 샘플에 조사되고, 형광 측정 장치는 여기 광의 조사 위치에 대해 이동할 수 있고 그 위에 다수의 샘플이 배치되게 배열되는 샘플 스탠드를 포함하는 형광 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    샘플 스탠드가 다수의 샘플이 샘플 스탠드 상에서 동심 관계의 위치에 배치되도록 회전 및 배열될 수 있는 형광 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    여기광이 조사되는 샘플 스탠드의 범위를 제한하기 위해 차광 부재를 더 포함하는 형광 측정 장치.
  4. 여기 광원으로부터의 여기 광이 형광 측정을 수행하기 위해 샘플 챔버 내의 샘플에 조사되고, 형광 측정 장치는 여기광 조사 위치에 대해 이동할 수 있는 샘플 스탠드와; 샘플 스탠드 상에 배치된 샘플에 대해 형광 측정 범위를 제한하는 현미경을 포함하는 형광 측정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    현미경의 형광 측정 범위로 표시 광을 조사하기 위해 표시 광 투영 수단을 더 포함하는 형광 측정 장치.
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