KR20070059402A - 보상기판을 사용하지 않으면서 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기 - Google Patents

보상기판을 사용하지 않으면서 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기 Download PDF

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Abstract

단면만을 코팅한 광 분할기를 사용함으로써 보다 제작이 간단해지고 정렬이 용이하도록 구성한 퓨리에 변환 적외선 분광기에 관한 것이다. 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기는 적외선을 발생하기 위한 광원과, 적외선의 일부를 투과하고 나머지를 반사하기 위한 빔분리기와, 광검출기와, 빔분리기에 의하여 투과된 상기 투과된 적외선을 상기 광검출기로 전달하기 위한 제 1 광학소자 및 빔분리기에 의하여 반사된 상기 반사된 적외선을 상기 광검출기로 전달하기 위한 제 2 광학소자를 포함한다.
프리즘, 빔 분리기, 광학소자, 분광기, 검출기

Description

단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기{FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROMETER USING ONE SIDE COATED BEAM SPLITTER}
도 1은 종래의 평면거울과 보상기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기를 설명하기 위한 개략도.
도 2는 종래의 양면 코팅 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기를 설명하기 위한 개략도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단면 코팅을 한 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기를 설명하기 위한 개략도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: FTIR 102: 광원
110: 빔분리기 120, 130: 제 1 및 제 2 거울
140, 150: 제 1 및 제 2 프리즘
본 발명은 퓨리에 변환 적외선 분광기(FTIR; Fourier-Transform Infrared Spectrometer)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 단면만을 코팅한 빔분리기를 사 용함으로써 보다 제작이 간단해지고 정렬이 용이하도록 구성한 퓨리에 변환 적외선 분광기에 관한 것이다.
일반적으로, FTIR은 적외선 영역의 빛이 시료에 입사되어 시료와 상호작용한 뒤 나오는 빛의 투과율이나 반사율을 측정하는 장치로서, 주로 시료의 특정 결합의 진동 모드(vibration mode)에 의한 빛의 흡수선을 측정하는 것이다. 특히, FTIR은 IR 스펙트럼을 얻는데 있어 반사경을 회전시켜 공간적인 데이타를 얻어낸 뒤 이를 푸리에 변환(Fourier Transform)하여 주파수에 대한 스펙트럼을 얻어내므로 짧은 시간에 데이터를 얻을 수 있는 장점이 있으므로 널리 사용된다.
도 1은 종래의 평면거울과 보상기를 사용한 FTIR를 단색광을 사용한 경우를 예로 들어 간섭광의 발생 원리를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 FTIR(10)은 적외선을 발생하기 위한 광대역 적외선 광원(11), 구면경(18), 보상기(12A), 빔분리기(12B), 빔분리기(12B)를 중심으로 광대역 적외선 광원(11)과 마주하여 배치되는 이동거울(13), 각도를 조정할 수 있는 트랜듀서(14B)를 구비하는 고정거울(14A) 및 빔분리기(12B)를 중심으로 고정거울(14A)에 마주하도록 배치되는 광검출기(15)를 포함한다.
광대역 적외선 광원(11)에서 방출된 적외선은 구면경(18)에 의하여 평행광으로 만들어 진 후 보상기(12A)를 통과하여 빔분리기(12B)로 입사된다. 빔분리기(12B)에서 광세기의 50%는 투과하여 고정거울(14A)로 향하고 나머지 50%는 반사하여 이동거울(13)을 향한다. 각각의 거울로부터 반사된 두 적외선 광은 빔분리기(12B)에서 다시 만나게 되는데, 검출기(15)의 신호와 같이 이동거울(13)과 고정거 울(14A)의 상대적인 경로차에 따른 사인(sine)형의 간섭신호가 형성된다. 이 후 간섭된 적외선은 시료(S)에 입사시켜 투과된 인터페로그램(interferogram)으로부터 이동거울(13)의 이동거리에 대한 푸리에 변환을 통해 적외선 흡수 스펙트럼을 측정한다.
도 1에 도시한 종래의 FTIR은 마이켈슨 간섭계를 사용하여 간섭에 의해 세기가 변조된 광원을 사용하여 적외선 흡수스펙트럼을 측정하는 분광법으로 회절격자(grating)와 같은 분광기를 사용하는 방법에 비하여 감도가 높고 측정 속도가 빠른 장점을 가지고 있다. 하지만, 둘로 나누어진 적외선을 다시 합칠 때 적외선을 정확히 나란하게 겹치도록 만들어야 하는데, 평면거울을 이동거울(13)로 사용하고 있기 때문에 이동시 발생하는 기울어짐(tilt)을 보상하여 항상 같은 위치로의 재연하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 빔분리기(12B)에 사용되는 기판 두께에 의해 발생하는 반사된 적외선과 투과된 적외선의 경로차를 보상해 주기 위해 보상기(12A)를 사용하여야만 하고, 이러한 보상기(12A)의 사용하게 됨으로써 보상기(12A)를 빔분리기(12B)와 평행하게 정렬해야 한다는 번거로움과 전체적으로 시스템이 복잡해진다는 단점이 있다.
한편, 도 2는 전술한 문제점을 극복하기 위하여 개발된 종래의 양면 코팅 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 양면 코팅 빔분리기를 사용한 FTIR(20)은 적외선을 발생하기 위한 광원(21), 제 1 코팅면(22A) 및 제 2 코팅면(22B)를 구비하는 빔분리기(22), 4개의 전반사 거울(24A, 24B, 24C, 24D) 및 미러 구동부(26)를 포함한다.
도 2의 FTIR(20)은 도 1의 평면거울 대신 두개의 거울을 수직으로 붙인 거울을 사용함으로써 광정렬의 어려움을 해결하고, 빔분리기(22)의 양면에 반쪽 부분만을 각각 엇갈리게 코팅하여 제 1 및 제 2 코팅면(22A, 22B)을 형성함으로써 도 1의 보상기를 사용하지 않고 장치를 구성하였다.
도 2에 도시한 FTIR(20)은 빔분리기(22)의 양면을 코팅해야함으로써 빔분리기(22)의 제작이 어려우며 제조 단가가 비싸지는 단점이 있다. 또한, 적외선 정렬시 입사면에 대해 거울의 수직이 틀어지면 광경로를 정렬해야 한다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 주목적은 단면을 코팅한 빔분리기를 사용하여 보다 간단하고 정렬이 용이한 퓨리에 변환 적외선 분광기를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 적외선을 이용하여 시료를 측정하는 장치에 있어서, 적외선을 발생하기 위한 광원과, 적외선의 일부를 투과하고 나머지를 반사하기 위한 빔분리기와, 광검출기와, 빔분리기에 의하여 투과된 상기 투과된 적외선을 상기 광검출기로 전달하기 위한 제 1 광학소자 및 빔분리기에 의하여 반사된 상기 반사된 적외선을 상기 광검출기로 전달하기 위한 제 2 광학소자를 포함하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기를 제공한다.
또한, 상기 빔분리기는 기판 및 기판의 일면에 형성된 코팅면을 포함하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기를 제공한다.
또한, 제 1 광학소자는 투과된 적외선을 반사된 적외선의 광축에 대하여 소정 거리 이격된 평행한 적외선으로 출력하는 제 1 광디바이스 및 제 1 광디바이스에서 출력된 상기 평행한 적외선을 빔분리기로 반사하기 위한 제 1 거울을 포함하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기를 제공한다.
또한, 제 2 광학소자는 반사된 적외선을 반사된 적외선의 광축에 대하여 소정 거리 이격된 평행한 적외선으로 출력하는 제 2 광디바이스 및 제 1 광디바이스에서 출력된 평행한 적외선을 빔분리기로 반사하기 위한 제 2 거울을 포함하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기를 제공한다.
또한, 제 1 및 제 2 광디바이스는 역반사경(Retroreflector)인 것을 특징으로 하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기를 제공한다.
또한, 역반사경은 삼각뿔의 형태로서 3면이 거울로 이루어지고 밑면은 빈 것을 특징으로 하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기를 제공한다.
또한, 빔분리기는 광원으로부터 입사하는 적외선의 광축에 대하여 45ㅀ의 각도로 경사지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기를 제공한다.
또한, 코팅면은 상기 기판의 광원에 마주하는 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기를 제공한다.
이하, 본 발명의 목적들을 첨부된 도면을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단면 코팅을 한 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기(FTIR; Fourier-Transform Infrared Spectrometer)를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 FTIR(100)은 적외선을 발생하기 위한 광원(102), 투명한 유리와 같은 기판(114)과 기판(114)의 일측면에 입사된 적외선의 일부는 반사하고 일부는 투과할 수 있는 코팅면(112)을 구비하는 빔분리기(110), 제 1 거울(120), 제 2 거울(130), 제 1 광디바이스(140), 제 2 광디바이스(150) 및 광검출기(160)를 포함한다.
먼저, 광원(102)로부터 발생된 적외선은 입사되는 적외선의 광축에 대하여 45ㅀ의 각도로 경사지도록 배열된 코팅면(112)을 구비하는 빔분리기(110)의 상단부로 입사하게 된다. 빔분리기(110)의 상단부로 입사한 적외선의 일부는 빔분리기(110)의 코팅면(112)과 기판(114)을 통과하면서 굴절된 후 제 1 광디바이스(140)에 입사하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 광디바이스(140, 150)는 이들로 입사된 적외선은 제 1 및 제 2 광디바이스(140, 150)를 통과하고 난후에 지면에 대하여 평면적으로 그리고 수직한 방향에 대하여 입사된 적외선과 소정 거리를 두고 평행한 적외선을 출력하는 것으로써 역반사경(Retroreflector)을 사용하는 것이 바람직하다. 역반사경은 3면의 거울이 서로 120ㅀ의 각도를 이루고 밑면은 빈 삼각뿔의 형태로 구성할 수 있다.
이어서, 제 1 광디바이스(140)를 통과한 적외선은 입사된 적외선의 광축으로 부터 소정 거리 이격된 상태로 평행하게 반사되어 제 1 거울(120)에 입사된다. 이때, 제 1 및 제 2 거울(120, 130)은 전반사 거울로 구성하는 것이 광효율적인 면에서 바람직하다.
다음 단계로, 제 1 거울(120)에 의하여 반사된 적외선은 빔분리기(110)의 하단부의 코팅면(112)과 기판(114)을 통과하면서 굴절되어 광검출기(160)로 입사하게 된다.
한편, 빔분리기(110)의 상단부로 입사한 적외선의 나머지 부분은 빔분리기(110)의 코팅면(112)에 의하여 90ㅀ로 반사된 후 제 2 광디바이스(150)에 입사하게 된다. 계속하여, 제 2 광디바이스(150)를 통과한 적외선은 입사된 적외선의 광축과 소정 거리 이격된 상태로 평행하게 반사됨으로써 빔분리기(110)를 지나서 제 2 거울(130)에 입사하게 된다.
이어서, 제 2 거울(130)에 의하여 반사된 적외선은 빔분리기(110)의 기판(114)을 지나면서 굴절되어 코팅면(112)에 의하여 반사되어 다시 기판(114)을 통과하면서 굴절되어 광검출기(160)로 출력된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제 1 광디바이스(140)는 이동이 가능하도록 구성을 하였다. 따라서, 제 1 광디바이스(140)를 이동시키면 빔분리기(110)의 상단부에서 투과된 빔과 반사된 빔이 빔분리기(110)의 하단부에서 만나게 되어 간섭된 출력광을 얻을 수 있다.
비록, 본 발명의 일실시예에서 코팅면을 기판의 상면에 형성한 것을 예를 들어서 설명을 하였지만, 코팅면을 기판의 하면에 형성하거나 또는 입사되는 빔의 크 기를 고려하여 코팅면을 빔분리기의 상단부 또는 하단부에 나누어서 형성할 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 보상기 또는 양면 코팅된 빔분리기를 사용하지 않고 단면 코팅한 빔분리기를 사용하여 FTIR을 구성함으로써 전체적인 정렬과 구조가 간단해지는 장점이 있다.
또한, 단면 코팅한 빔분리기를 사용함으로써 빔분리기의 제작상의 간편성으로 인하여 제조 단가를 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 종래의 직각으로 결합한 두 개의 평면거울을 대신하여 역반사경을 사용함으로써 기울어짐에 의한 감도저하를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시 예를 중심으로 설명 및 도시되었으나, 본 기술 분야의 숙련자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양하게 변형 실시 할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 적외선을 이용하여 시료를 측정하는 장치에 있어서, 상기 장치는:
    상기 적외선을 발생하기 위한 광원;
    상기 적외선의 일부를 투과하고 나머지를 반사하기 위한 빔분리기;
    광검출기;
    상기 빔분리기에 의하여 투과된 상기 투과된 적외선을 상기 광검출기로 전달하기 위한 제 1 광학소자; 및
    상기 빔분리기에 의하여 반사된 상기 반사된 적외선을 상기 광검출기로 전달하기 위한 제 2 광학소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔분리기는 기판; 및
    상기 기판의 일면에 형성된 코팅면을 포함하는 것을 특징으로 하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학소자는:
    상기 투과된 적외선을 상기 반사된 적외선의 광축에 대하여 소정 거리 이격 된 평행한 적외선으로 출력하는 제 1 광디바이스; 및
    상기 제 1 광디바이스에서 출력된 상기 평행한 적외선을 상기 빔분리기로 반사하기 위한 제 1 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 광학소자는:
    상기 반사된 적외선을 상기 반사된 적외선의 광축에 대하여 소정 거리 이격된 평행한 적외선으로 출력하는 제 2 광디바이스; 및
    상기 제 1 광디바이스에서 출력된 상기 평행한 적외선을 상기 빔분리기로 반사하기 위한 제 2 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기.
  5. 제 3 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광디바이스는 역반사경(Retroreflector)인 것을 특징으로 하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 역반사경은 삼각뿔의 형태로서 3면이 거울로 이루어지고 밑면은 빈 것을 특징으로 하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔분리기는 상기 광원으로부터 입사하는 상기 적외선의 광축에 대하여 45°의 각도로 경사지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 코팅면은 상기 기판의 광원에 마주하는 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 단면 코팅된 빔분리기를 사용한 퓨리에 변환 적외선 분광기.
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