KR20150003405A - 제어된 스펙트럼의 광빔을 방출하기 위한 방출 장치 - Google Patents

제어된 스펙트럼의 광빔을 방출하기 위한 방출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제어된 스펙트럼의 광빔을 방출하기 위한 방출 장치(1)에 관한 것이다. 상기 방출 장치는, 각각이 파장(λ1 또는 λ2)의 광빔을 방출하는, 적어도 2 개의 분리된 광원들(Si 내지 N), 및 스펙트럼 멀티플렉싱 수단(25)을 포함한다. 상기 스펙트럼 멀티플렉싱 수단(25)은 적어도 하나의 렌즈(25) 및/또는 광학적 프리즘으로부터 형성되는 광학적 조립체(25)를 포함한다. 상기 광학적 조립체(25)는 색 분산 특성을 가지고 상기 광빔들을 서로 공간적으로 더 근접하게 이동시킨다. 게다가, 적어도 하나의 파장(λ1 또는 λ2)을 가지는 각각의 광빔은 대응하는 광원(Si 내지 N)으로부터 상기 광학적 조립체(25)까지 자유 공간에서 전파된다. 그러므로 상기 방출 장치(1)는 특히 견고하다. 이것은 작은 치수를 가지고 저비용으로 생산될 수 있다.

Description

제어된 스펙트럼의 광빔을 방출하기 위한 방출 장치{EMISSION DEVICE FOR EMITTING A LIGHT BEAM OF CONTROLLED SPECTRUM}
본 발명은, 신규한 스펙트럼 멀티플렉싱 수단을 이용해, 제어된 스펙트럼을 가지는 광빔을 방출하기 위한 장치에 관한 것이다. 스펙트럼 멀티플렉싱은 수 개의 광빔들의 공간적 조합을 의미하고, 그 각각은 결합된 광빔의 최종 스펙트럼 조합에 기여한다.
본 발명의 기술 분야는 이에 한정되지는 않지만 보다 상세하게는 분리된 광원에 의해 그 각각이 방출되는 적어도 2개의 파장들의 스펙트럼 멀티플렉싱이다. 분리된 광원들은 특히 유사-단색 광원들(quasi-monochromatic sources)이다.
제어된 스펙트럼을 가지는 광빔을 방출하기 위한 다양한 장치들이 종래 기술에서 알려져 있다.
예를 들어 측광기(spectrophotometer)는, 470 나노미터(nm)의 청색, 574 nm의 녹색, 636 nm의 적색의, 서로 다른 파장들을 방출하는 복수의 발광 다이오드들(이하에서는 "발광 다이오드들"을 위한 LED들로 지칭됨)을 포함하는 G.K.Kurup 및 A.S.Basu의 문헌 "Multispectral absorbance photometry with a single light detector using frequency division multiplexing(주파수 분할 멀티플렉싱을 이용하는 단일 광검출기를 가지는 멀티스펙트럼 흡수 측광법)"(14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences, 3-7 October 2010, Groningen, The Netherlands)으로부터 알려져 있다.
이 문헌에 따르면, 3개의 LED들에 의해 방출되는 서로 다른 광빔들 각각은 개별적인 광섬유와 결합되고, 그후 섬유 멀티플렉서(또는 "섬유 스플리터")가 이러한 서로 다른 광빔들을 결합하고 혼합한다.
이러한 장치의 단점은 광섬유를 가지고 LED에 의해 방출되는 광빔을 효과적으로 결합시키는 것이 어렵다는 데 있는데, 광섬유의 구멍의 수는 일반적으로 LED에 의해 방출되는 광빔의 발산에 비하여 한정된다. 그러므로 광도의 손실이 중요하다. 게다가, 대응하는 광섬유와 LED의 정렬은 매우 정확해야 하는데, 이것은 정렬의 반복가능성 및 산업적 생산을 위한 가능성을 제한한다. 이에 더하여, 광 스플리터는 비용이 꽤 든다.
Zeiss에 의해 판매되는 콜리브리 현미경 광원 또한 알려져 있는데, 여기서 각각 400 nm, 470 nm, 530 nm 및 625 nm의 4개의 빔들은, 이색성 반사기들 및 반사경들을 포함하는 유닛을 이용해 결합된다. 내부 반사 세트들을 이용해, 4개의 빔들은 출력에서 백색광의 단일빔을 형성한다.
이러한 장치의 단점은 결합될 수 있는 빔들의 수가 한정되고 어렵게 4개를 초과할 수 있다는 데 있다. 게다가, 결합하고자 하는 빔들의 수가 커질수록, 이색성 반사경들의 정렬은 더 복잡하고 비용은 더 많이 들고 에너지 효율은 더 낮아진다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점들을 가지지 않는, 제어된 스펙트럼 광빔을 방출하기 위한 장치를 제안하는 데 있다. 특히, 종래 기술의 단점들을 가지는 않는 스펙트럼 멀티플렉싱 수단을 제안하는 데 있다.
특히, 본 발명의 목적은 원리 및 생산에 있어서 단순하고, 특히 수 개의 예들에서 좋은 재생산성을 가지고 생산될 수 있는 능력을 가지는, 제어된 스펙트럼 광빔을 방출하기 위한 장치를 제안하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 3 또는 4개 이상, 예를 들어 12 개의 광빔들이 혼합되는 것을 허용하는, 제어된 스펙트럼 광빔을 방출하기 위한 장치를 제안하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저비용의 제어된 스펙트럼 광빔을 방출하기 위한 장치를 제안하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 에너지 손실이 최소화되는, 좋은 에너지 효율을 가지는 제어된 스펙트럼 광빔을 방출하기 위한 장치를 제안하는 데 있다.
이 목적은, 스펙트럼 멀티플렉싱 수단 뿐만 아니라, 그 각각이 적어도 하나의 파장 λ1 또는 λ2의 광빔을 방출하는, 적어도 2개의 분리된 광원들을 포함하는 제어된 스펙트럼 광빔을 방출하기 위한 장치로 달성된다.
본 발명에 따르면, 상기 스펙트럼 멀티플렉싱 수단이 적어도 하나의 렌즈 및/또는 광학적 프리즘으로 형성되는 광학적 조립체를 포함하고, 상기 광학적 조립체는 이색성 분산 특성들을 가지고 또한 스펙트럼 선택 반사 없이, 분리된 광원들로부터 광빔들에 의해 관통되기 위해, 또한 상기 광학적 조립체의 이색성 분산 특성들 때문에 공간적으로 서로 더 근접하게 상기 광빔들을 이동하기 위해 정렬되어, 상기 스펙트럼 멀티플렉싱 수단이 상기 광빔들에 공간적으로 중첩된다.
본 발명에 따르면, 게다가 상기 방출 장치가 적어도 하나의 파장 λ1 또는 λ2의 각각의 광빔이 상기 대응하는 광원으로부터 상기 광학적 조립체까지 자유 공간에서 전파되도록 배치된다.
개별적인 파장은 각각의 광원과 연관된다. 이하에서, 광원의 파장, 또는 광원으로부터 방출 파장, 또는 파장 λ1 또는 λ2 광원 각각이 언급될 때, 이 연관된 파장이 지시될 것이다. 각각의 광원은 이 연관된 파장으로부터 떨어진 다른 파자들에서 방출될 수 있다. 적어도 하나의 파장 λ1 또는 λ2 각각에서의 각각의 광빔은 어떠한 경우에도 소정의 스펙트럼 폭을 가진다.
이 중첩된 광빔들은 중첩된 또는 멀티플렉싱된 빔으로 알려져 있는 빔을 형성한다. 상기 광빔들은 한 점에서, 또는 바람직하게는 무한에서 중첩될 수 있고, 그후 단일의 시준된 멀티플렉싱된 빔을 형성한다.
상기 광학적 조립체는, 그 이색성 분산 특성들 때문에, 복수색의 광빔(즉, 적어도 2 개의 파장들을 포함하는)을 적어도 2 개의 광빔들로, 그 각각이 개별적인 파장에서, 변환될 수 있다.
따라서, 광의 역 반사(inverse return)의 윈리에 의해, 적어도 하나의 파장에서 광빔들 각각은 상기 광학적 조립체의 출력에서 서로 공간적으로 더 근접하게 이동될 수 있다. 본 발명에 따른 장치에서 상기 광학적 조립체의 사용은 이러한 의미의 사용의 측면에서 선택된다. 본 발명에 따른 장치는 회절 격자 또는 필터 휠을 사용하지 않는, "역전된 광학적 분광계"로 간주될 수 있다.
본 발명에 따른 용어 "색 분산"은 색 수차들을 포함한다.
상기 광학적 조립체는 적어도 하나의 렌즈 및/또는 광학적 프리즘에 의해 형성되고, 스펙트럼 선택적 반사(즉, 소정의 파장들에서만의 광빔의 일 부분의 반사, 다른 파장들에서의 광빔의 부분은 다른 선호하는 방향으로 전송되거나 또는 편향됨)가 없다. 특히, 이색성 반사기 또는 회절 격자가 없다. 그러므로, 본 발명에 따른 방출 장치는 단순한 디자인을 가진다. 본 발명에 따른 스펙트럼 선택적 반사들은, 특히 인터페이스들에서, 광학 시스템에 존재할 수 있고, 또한 이에 따라 반사방지 처리에 의해 감쇄될 수 있는 산란 반사들(stray reflections)을 포함하지 않는다.
광의 역 반사의 원리 뿐만 아니라, 상기 광학적 조립체의 색 분산 특성들은, 이 광빔들이 서로 공간적으로 더 근접하게 이동할 수 있게 해 준다. 따라서 이러한 장치의 생산 비용은 감소된다. 게다가, 따라서 그 개별적인 스펙트럼 각각이 각각의 파장에 중심을 두는, 4 개 이상의 광빔들을 단순한 방식으로 스펙트럼 멀티플렉싱하는 것이 가능하다.
연관된 광원에 의해 방출되는 광빔의 전파는 상기 광원으로부터 상기 광학적 조립체까지의 자유 공간에서 발생한다. "자유 공간"은 신호를 발송하기 위한 공간적 매체를 의미한다: 광섬유 또는 유선 또는 동축 전송선들과 같은, 물질 이송 매체에 반대되는 바와 같은, 공기, 성간 매체, 진공 등. 따라서 광원에 의해 방출되는 광빔과 웨이브가이드 사이에 결합은 없다. 종래 기술의 장치들에 존재할 수 있는 것과 같은 "섬유-대-섬유"로 알려진 결합은 없다. 그러므로 본 발명에 따른 장치는 에너지 손실이 거의 없다. 광빔들은 효과적으로 혼합되고, 중첩된 빔의 세기는 크다. 게다가, 이 특징은 광원들의 위치에 더 많은 자유도를 제공하는데, 이것은 본 발명에 따른 장치의 생산 비용을 감소시키고 시리즈 생산을 가능하게 한다.
바람직하게는, 상기 광원들은 가시광선 영역 내에 위치하는 파장들에서 방출한다(400 nm와 800 nm 사이).
상기 광원들은 6 nm보다 큰 스펙트럼 폭들을 가지는 광빔들을 방출할 수 있다.
본 발명의 유리한 변형들에 따르면, 상기 스펙트럼 멀티플렉싱 수단은 상기 광학적 조립체에 의해서만 형성된다. 이 변형에 있어서, 상기 광학적 조립체만이 공간적으로 서로 더 근접하게 상기 광빔들을 이동하고 이들을 중첩한다.
유리하게도, 각각의 광원은 상기 광학적 조립체의 물체 초점(object focus) 상에 배치되고, 이때 상기 물체 초점은 상기 광원에 의해 방출되는 광빔의 파장에 대응하여, 상기 광학적 조립체의 출력에서 상기 광빔들은 공간적으로 중첩되고 시준된다.
이 변형의 장점은 최소한의 광학적 요소들을 필요로 한다는 것이다. 이로써 본 발명에 따른 상기 장치의 생산 비용은 감소된다. 이 변형은 "무한 점(infinite point)" 변형으로 알려질 수 있다.
예를 들어, 이 종래의 구성에 있어서, 상기 광학적 조립체는 ("시준된(collimated)" 빔으로 알려진) 평행한 광선들을 가지고 복수 개의 색인(즉, 적어도 2개의 파장들을 포함하는) 광빔을, 상기 광학적 조립체의 2개의 구별되고 분리된 초점들 상에 개별적으로 수렴하고 상기 복수 개의 색인 광빔의 2개의 파장들에 대응하는 적어도 2개의 광빔들로 변환한다.
광의 역 반사의 원리에 의해, 그 각각의 광빔을 방출하는, 2 개의 광원들은, 그들의 개별적인 방출 파장들에 대응하는 물체 초점에 배치되고, 그후 상기 광학적 조립체를 떠나는 상기 광빔은 상기 광원들 각각에 의해 방출되는 상기 광빔들이 중첩되고 혼합되는 시준된 광빔일 것이다. 이 2번째 구성은 그후 본 발명에 따른 장치에 사용된다.
또는, 각각의 광원은 상기 광학적 조립체의 물체 점(object point) 상에 배치되고, 이때 상기 물체 점은 이 광원에 의해 방출되는 광빔의 파장에 대응하여, 상기 광학적 조립체의 출력에서 상기 광빔들은 단일 이미지 점에서 공간적으로 중첩되고 시준된다.
이 대체안은 상기 "무한 점" 변형의 "점-점" 쌍에서 균등물에 대응한다.
본 발명의 다른 변형에 따르면, 상기 스펙트럼 멀티플렉싱 수단은 상기 광학적 조립체, 동질화 웨이브가이드 및 광학적 시준 수단을 포함하고, 상기 광학적 조립체는 상기 광빔들을 상기 동질화 웨이브가이드의 입력으로, 즉 상기 광학적 시준 수단이 위치하는 상기 동질화 웨이브가이드의 출력으로 전송하기 위해 배치된다.
상기 동질화 웨이브가이드는 상기 광학적 조립체에 의해 서로 공간적으로 더 근접하게 이동되는 서로 다른 광빔들의 동질화 기능을 수행하는 것을 가능하게 해 준다. 상기 동질화 웨이브가이드의 출력에서, 상기 광학적 시준 수단에 의해 시준되는 동질의 빔이 획득된다.
통상 동질화 웨이브가이드는 1 mm와 동일하거나 이보다 큰 핵 지름을 가지는데, 이것은 "종래의" 광섬유에 의해 수행될 수 없는, 이러한 동질화 기능을 수행하는 것을 가능하게 해 준다.
상기 광학적 시준 수단은 바람직하게 색지움(achromatic)이다.
상기 동질화 웨이브가이드는 액체-핵 광섬유에 의해 형성될 수 있다. 이러한 광섬유의 장점은 그 큰 지름(예를 들어, 그 지름이 5 mm 및 10 mm 까지)에 있고, 심지어 큰 부피(예를 들어 지름 5 mm 및 두께 3 mm인 실린더)에 분포될 때 광빔들이 상기 광섬유의 입력에 위치될 것을 보장한다. 상기 광학적 조립체에 의해 구현되는, 상기 광빔들의 공간적으로 서로 더 근접한 더 작은 이동이 이러한 동질화 웨이브가이드의 사용에 의해 보상될 수 있다.
변형에 따르면, 상기 동질화 웨이브가이드는 육각형 동질화 막대에 의해 형성될 수 있다. 종종 용어 "광파이프"가 사용된다. 예를 들어 N-BK7 물질로부터 만들어지는 TECHSPEC® 동질화 막대를 사용하는 것이 가능하다.
다른 변형에 따르면, 공간적 필터링 시스템은 상기 동질화 기능을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 광학적 조립체는 초점 영역 또는 초점 점 상에 상기 광빔들을 포커싱하고, 그 수준에 단순한 필터링 구멍이 있다.
바람직하게, 상기 분리된 광원들은 서로 같은 평면에 배치된다.
상기 분리된 광원들은 직선 상에 정렬되고 또한 파장 λ1 또는 λ2의 오름차순에 의해 (즉, 상기 광원에 연관된 파장의 오름차순에 의해) 순위 정해질 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 상기 광학적 조립체는 축 상에서 벗어나서(off-axis) 사용되고 측면 색 수차(laternal chromatic aberration)를 가지는, 적어도 하나의 광학적 시스템을 포함한다. 이 측면 색 수차는 본 발명에 따른 색 분산 특성을 형성한다.
상기 축 상에서 벗어난 사용은 상기 파장들의 측면 스펙트럼 분산을 강조하거나, 또는 사라지게 할 수 있다. 이것은 또한 명백한 크기의 색수차(chromatism)로 알려져 있을 수 있다.
이러한 광학적 시스템의 비용은, 본래, 축 상에서 벗어나서 사용되는 광학적 시스템은 측면 색 수차를 보여주기 때문에, 광학적 디자인에 있어서 알려진 해결책들을 이용해 이러한 수차에 대하여 상세하게 교정되지 않으면, 일반적으로 낮다.
상기 광원들은 상기 파장들 λ1 및 λ2에 대응하여 상기 광학적 시스템의 초점들에 각각 배치될 수 있어, 그 광빔들은 상기 광학적 시스템의 출력에서 멀티플렉싱된다.
상기 광학적 시스템은 "축 상에서 벗어나서, 즉 그 광학적 축에서 벗어나서 사용되는" 것으로 언급된다. 다시 말하면, 상기 광학적 시스템의 물체 초점에 수렴되는, 입사 광빔은, 상기 시스템의 광학적 축에 평행한 이 광학적 시스템을 떠나지 않는다. 따라서, 서로 다른 파장들에 대응하는 상기 광학적 시스템의 초점들은 이 초점들의 위치에 상기 대응하는 광원들을 배치할 수 있도록 충분히 분리된다. 이 방식으로, 이 스펙트럼 멀티플렉싱은 축 상에서 벗어나서 사용되는 수차 있는 광학적 시스템에 의해 정확하고 자동적으로 수행된다.
변형에 따르면, 상기 광학적 조립체는 측면 색 수차를 가지는 축 상에서 벗어나서 사용되는 적어도 하나의 광학적 시스템을 포함한다.
상기 광원들은 유사-단색일 수 있고, 그 각각은 파장들 λ1 또는 λ2 각각에서 광빔을 방출한다.
상기 방출 장치는 흡수 분광기의 광원부를 형성할 수 있고, 본 발명에 따른 스펙트럼 멀티플렉싱 수단은 분석될 샘플을 조명하려는 멀티플렉싱된 (또는 중첩된) 광빔을 형성하기 위해 상기 광빔들을 혼합할 수 있다.
이 실시예의 변형에 따르면, 상기 광학적 조립체는 색 수차들의 교정을 위해 보통 사용되는, 이중 또는 삼중 렌즈를 포함한다. 그러므로 상기 이중 또는 삼중 렌즈가 그 디자인 사용 외부에 채용된다. 예를 들어 (상기 이중 렌즈의 2 개의 렌즈들 각각을 위해 사용되는 2 가지 종류들의 유리의 명칭으로부터) 크라운-플린트(crown-flint) 이중렌즈일 수 있다.
이 실시예의 다른 변형에 따르면, 이 광학적 조립체는 광학적 프리즘 및 광학적 초점 수단 및/또는 광학적 시준 수단을 포함한다. 통상, 상기 광학적 조립체는, 상기 광원들로부터 상기 광학 프리즘까지 시준된 광빔들을 형성하고 안내하기 위해 배치되는, 광학적 시준 수단; 및 상기 프리즘으로부터 나오는 광빔들을 공통 초점 점까지 안내하기 위해 배치되는, 광학적 초점 수단을 포함한다.
역 방향으로 사용되는, 적어도 하나의 렌즈 및/또는 광학적 프리즘을 포함하는 스펙트럼 분해를 위한 광학적 시스템은, 본 발명에 따른 광학적 조립체로서 사용될 수 있는 것으로 간주될 수 있다.
바람직하게, 각각의 광원은 발광 다이오드(LED)이다. LED는 발산 광빔을 방출하는 유사 점원(quasi point source)이다.
본 발명에 따른 방출 장치는 3 개 이상의, 예를 들어 적어도 5, 8, 또는 12 개의 광원들, 또는 적어도 12 개의 광원들을 포함할 수 있다. 심지어 수 십개의 광원들을 상상하는 것이 가능하다.
상기 광원들의 파장들은 340 nm와 800 nm 사이에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 방출 장치는 게다가 서로 다른 주파수들인 광원들 중 적어도 2 개의 광도를 변조하기 위해 배치되는 변조 수단을 포함할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 장치는 서로 독립적으로, 각각의 광원의 광도를 변조하기 위해 배치되는 변조 수단을 포함한다.
그러므로 멀티플렉싱된 빔에서 각각의 광원의 기여는 주파수 필터링 검출, 예를 들어 동시 검출을 이용하는 것에 의해 쉽게 발견될 수 있다. 그러므로 상기 멀티플렉싱된 빔을 수신하는 검출기의 신호-대-잡음 비는 특히 신호들이 관찰된 주파수에서 잡음으로부터 간섭을 경험할 때, 개선될 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 장치는 또한 서로 독립적으로, 상기 광원들 중 적어도 2 개의 광도를 제어하기 위한 수단을 포함한다.
특히, 본 발명에 따른 장치는 독립적으로, 각각의 광원의 광도를 제어하기 위한 수단을 포함한다.
그러므로 상기 멀티플렉싱된 빔에 각각의 광원의 에너지 기여는 쉽게 제어될 수 있다.
스펙트럼 제어된 멀티스펙트럼 광원이 획득되고, 각각의 스펙트럼 기여의 강도는 독립적으로 제어된다.
예를 들어 본 발명에 따른 광원들은 교대로 하나씩 켜질 수 있다. 각각의 순간에서, 하나를 제외한 모든 광원들의 에너지 기여는 0이다. 이러한 실시예는 예를 들어 흡수 분광기를 위한 광빔의 방출을 위한 장치를 생산하는 것을 가능하게 해 준다. 이러한 분광기에서, 상기 샘플을 관통한 후 분해되어야 하는 파장의 샘플로 백색광을 전송하는 대신, (물론, 각각의 광원의 스펙트럼 폭에 종속하여) 각각의 순간에서 단 하나의 파장이 전송된다. 따라서, 스펙트럼 분해의 마지막 단계는 필요치 않다. 상기 샘플에 의해 전송되는 빔에서 파장들을 분리하는 대신 상기 방출 장치를 제어하는 것이 선택될 수 있다. 또는, 모든 광원들이 동시에 켜질 수 있지만, 상기에서 정의된 바와 같은 변조 수단을 이용해, 흡수 분광기에서 공간적 분리에 의해 스펙트럼 분해의 마지막 단계가 필요치 않다.
광도 제어 수단은 게다가 검출기의 반응 및/또는 샘플에 의한 흡수에 각각의 광원의 광도를 적응하는 것을 가능하게 해 준다.
본 발명은 본 발명에 따른 제어된 스펙트럼 광빔의 방출을 위한 적어도 2개의 장치들(M)을 포함하는, 제어된 스펙트럼 광빔의 방출을 위한 설치(M2)에 관한 것으로서, 각각의 장치는 중첩된 것으로 알려진 광빔을 공급하고, 제어된 스펙트럼 광빔의 방출을 위한 설치(M2)는 제어된 스펙트럼 광빔의 방출을 위한 각각의 장치(M)의 개별적인 중첩된 광빔들을 공간적으로 중첩시키기 위해 배치되는 보조 스펙트럼 멀티플렉싱 수단을 더 포함한다.
그러므로 보다 많은 빔들이, 특히 유사-단색 빔들이 중첩될 수 있다. 특히, 많은 광빔들의 적어도 2 배가 본 발명에 따른 방출 장치에 비하여 중첩될 수 있다.
상기 보조 스펙트럼 멀티플렉싱 수단은 유리하게도 종래의 멀티플렉싱 수단을 포함한다. 수 개의 예들이 이하에서 주어진다.
상기 보조 스펙트럼 멀티플렉싱 수단은 적어도 하나의 이색성 반사경의 조립체를 포함할 수 있다. 반사 또는 전송 세트들을 이용해, 개별적인 방출 장치에 연관된 광빔들 각각은 공간적으로 중첩될 수 있다.
상기 보조 스펙트럼 멀티플렉싱 수단은 수 개의 입력 광섬유들로부터 발생하는 광빔들을 서로 몰티플렉싱하기 위해 배치되는 섬유 멀티플렉서를 포함할 수 있다. 용어 "섬유 스플리터"는 이러한 섬유 멀티플렉서를 위해 사용될 수 있다.
제어된 스펙트럼 광빔을 방출하기 위한 각각의 장치는 개별적인 웨이브가이드를 포함할 수 있는데, 광학적 시준 수단은 제어된 스펙트럼 광빔의 방출을 위한 다른 장치들에 공통되고, 상기 보조 스펙트럼 멀티플렉싱 수단은 각각의 파장가이드들로부터 발생하는 상기 광빔들을 몰티플렉싱하기 위해 배치된다. 특히, 제어된 스펙트럼 광빔을 방출하기 위한 각각의 장치는 개별적인 동질화 웨이브가이드(homogenization waveguide)를 포함할 수 있다. 이러한 변형들에 있어서, 웨이브가이드(선택적으로 동질화 웨이브가이드)는 각각의 방출 장치에 대응하는데, 이때 상기 대응하는 광학적 조립체에 의해 중첩되거나 서로 더 근접하게 이동되는 광빔들이 전파된다. 서로 다른 웨이브가이드들의 출력들은 섬유 스플리터에 의해 멀티플렉싱(또는 혼합)되고, 그후 공통 광학적 시준 수단에 의해 시준된다.
본 발명은 또한 상기 샘플을 조명하기 위한 수단을 포함하는, 적어도 하나의 샘플을 분석하기 위한 분광기에 관한 것이다. 상기 샘플을 조명하기 위한 수단은 본 발명에 따른 제어된 스펙트럼 광빔의 방출을 위한 장치(M) 또는 본 발명에 따른 제어된 스펙트럼 광빔의 방출을 위한 설치(M2)를 포함한다.
본 발명에 따른 분광기는 흡수 분광기를 형성할 수 있고, 분설될 샘플에 의해 전송되는 광빔을 수집하고 파장들 λ1 또는 λ2에서 상기 검출기에 의해 수신되는 광 플럭스에 관련된 신호를 전달할 수 있는 적어도 하나의 검출기, 및 분석될 상기 샘플에 의해, 상기 파장들 λ1 또는 λ2 각각의 흡수를 결정할 수 있는 신호 처리 수단을 포함할 수 있다.
종래의 흡수 분광기들과는 달리, 본 발명에 따른 흡수 분광기는 회절 격자 또는 멀티-채널 선형 검출기(예를 들어 CCD 센서 또는 광다이오드 어레이)와 같은 비싸고 큰 광학적 구성요소들을 이용하지 않기 때문에, 그 비용은 제어가 된 채로 남는다.
게다가, 본 발명에 따른 분광기는 광원에 직접 결합된다. 본 발명에 따른 흡수 분광기는 서로 다른 주파수들에서 상기 광원들 각각의 광도를 변조하깅 위해 배치되는 변조 수단, 및 상기 광원들과 동기화된 상기 검출기에 의해 전달되는 신호를 변조하기 위해 배치되는 신호 처리 수단을 포함할 수 있다.
유리하게도, 본 발명에 따른 흡수 분광기는 독립적으로, 상기 광원들 중 적어도 2개의 광도를 제어하기 위한 수단을 포함하는, 본 발명에 따른 방출 설치 또는 방출 장치의 변형을 포함한다.
그러므로, 이전에 설명된 바와 같이, 구현된 원리는 분석될 샘플에 의해 전송되는 광빔을 검출선을 따라 스펙트럼적으로 분해하는 대신, (한번에 하나의 광원의 활성화 또는 변조에 의한) 방출을 제어하는 것을 포함하기 때문에, 본질적으로 다르다. 그러므로 본 발명에 따른 흡수 분광기는 수많은 다른 장점들을 가진다: 광 회절 격자를 이용한 흡수 분광기에 비해 그 검출 임계치가 낮고 그 측정 영역은 확장되지만, 간섭 광에 대한 민감도는 제한되고, 및 측정 스펙트럼을 스캔하기 위해 기계적 이동을 수반하는 단색 분광기(필터 휠 또는 회절 격자 단색계(monochrometer))에 비하여 그 측정 속도가 개선된다. 이 속도는 광도 변조를 이용하는 변형에서 더 나아진다.
사실, 종래 기술에서, 상기 샘플에 의해 전송되는 빔의 스펙트럼 분해는 완벽하지 않다. 검출선 상의 주어진 위치에서, 파장 λ1에서 구성성분의 (전체가 아닌) 주요 부분이, 전송되는 빔의 다른 파장들 모두에서 간섭 광이 있다는 것이 발견된다. 이 간섭 광은 본질적으로 회절 격자의 사용에 의해 도입되는 확산 때문이다. 원리의 변경은, 방출을 제어하는 대신 작동을 포함하고, 이 단점을 해결한다.
본 발명에 따른 흡수 분광기는 적어도 하나의 광섬유를 포함할 수 있는데, 이때 상기 분석될 샘플을 조명하는 멀티플렉싱된 광빔이 결합된다.
본 발명에 따른 흡수 분광기는 본 발명에 따른 설치의 또는 장치의 출력에 배치되는 광학적 시준 수단을 포함할 수 있고, 이로써 상기 샘플을 향해 시준된 광빔을 안내한다.
본 발명에 따른 흡수 분광기는 분석될 샘플에 의해 파장들 λ1, λ2 각각의 흡수의 함수로서(또한 λi 내지 N, i> 2이 적용될 수 있다면) 각각의 광원의 광도를 변형할 수 있는 피드백 수단을 포함할 수 있다. 그러므로, 상기 검출기의 선형성 및 민감성의 최적 영역에서 작동되는 것이 보장된다. 이 방식에서 신호-대-잡음비가 개선된다.
본 발명에 따른 분광기는 형광성 분광기를 형성할 수 있고, 분석될 샘플에 의해 방출되는 형광성 광빔을 수집하기 위해 배치되는 적어도 하나의 검출기 및 상기 샘플에 의해 수신되는 파장 λ1 또는 λ2 각각의 함수로서 검출기 에 의해 수신되는 (형광성 광빔의) 광 플럭스에 관련된 신호를 전달하기 위해 배치되는 신호 처리 수단을 포함한다.
상기 샘플에 의해 수신되는 파장 λ1 또는 λ2는 일반적으로 여기 파장(excitation wavelength)으로 알려져 있다.
상기 검출기는 미리 결정된 스펙트럼 밴드만 검출하기 위해 배치될 수 있다.
상기 형광성 분광기는, 본 발명에 따른 상기 방출 장치(또는 방출 설치)가 서로 독립적으로, 상기 광원들 중 적어도 2 개의 광도를 제어하기 위한 수단을 포함하는 변형에서, 특히 유리하다. 이 경우에 있어서, 상기 신호 처리 수단은 파장 λ1 또는 λ2 각각의 (여기의) 주어진 세기 및 여기의 지속시간의 함수로서 상기 검출기에 의해 수신되는 상기 광 플럭스에 관련된 신호를 전달한다. 상기 여기의 지속시간은 광도 제어 수단을 통해 제어된다. 따라서 시간-분해 형광성은 실현될 수 있다. 여기의 지속시간에 따라, 서로 다른 분자들은 동일한 여기를 겪지 않는다. 빠른 검출보다 빠른 여기 시간에서 작업하는 것이 비용이 덜 든다. 본 발명은 바람직하게, 예를 들어 LED들을 이용해, 빠른 여기 시간에서 작업하는 것이 가능하게 해 준다.
예를 들어, 상기 검출기는 단순한 세기 검출기를 포함하고, 상기 신호 처리 수단은 상기 여기 파장(상기 샘플에 의해 수신되는 각각의 파장 λ1 또는 λ2 )의 함수로서 검출기에 의해 수신되는 상기 형광성 광빔의 총 세기에 관련된 신호를 전달한다.
또는, 이에 더하여, 상기 검출기는 분광기를 포함할 수 있고, 또한 상기 신호 처리 수단은 상기 여기 파장의 함수로서 상기 검출기에 의해 수신되는 상기 형광성 광빔의 형광성 스펙트럼에 관련된 신호를 전달한다.
상기 형광성 분광기는 상기 대응하는 파장 λ1 또는 λ2 각각의 흡수에 응답하여 상기 샘플에 의해 방출되는 형광성 광빔의 세기의 함수로서 각각의 광원의 광도를 변형할 수 있는 피드백 수단을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 형광성 분광기는 서로 다른 주파수들에 있는 상기 광원들 각각의 광도를 변조하기 위해 배치되는 변조 수단, 및 상기 광원들과 동기화되는 상기 검출기에 의해 전달되는 신호를 변조하기 위해 배치되는 신호 처리 수단을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 흡수 분광기 또는 본 발명에 따른 형광성 분광기는 기준 채널을 포함할 있다: 상기 샘플을 조명하기 위한 수단에 의해 방출되는 광빔의 일 부분은 분석될 샘플을 향하지만, 기준 샘플을 향해 안내되지는 않는다. 따라서, 기준은 상기 샘플에 의해 수신되는 상기 파장 λ1 또는 λ2 각각의 함수로서 상기 검출기에 의해 수신되는 광 플럭스에 관련된 신호 각각의 흡수를 계산하기 위해 이용될 수 있다. 기준 샘플이라기 보다, 단순한 빈 위치(주변 공기)를 위해 배치(provision)가 될 수 있는데, 이것은 상기 기준 채널이 분광기에 쉽게 결합되는 것을 가능하게 해 준다.
또는, 처음에 기준 샘플을, 그후 분석될 샘플을 분석하는 것에 의해 캘리브레이션이 수행될 수 있다.
본 발명은 또한 형광성 또는 흡수 이미징 장치에 관한 것인데, 샘플을 조명하기 위한 수단을 포함한다. 상기 샘플을 조명하기 위한 수단은 본 발명에 따른 제어된 스펙트럼 광빔의 방출을 위한 장치(M) 또는 본 발명에 따른 제어된 스펙트럼 광빔의 방출을 위한 설치(M2)를 포함한다.
본 발명에 따른 이미징 장치는 형광성 현미경 장치를 형성할 수 있고, 분석될 상기 샘플에 의해 방출되는 형광성 광빔을 포함하는 복귀 신호를 수집하기 위해 배치되는 수집 수단, 및 복귀 신호의 광학적 확대를 위한 수단을 포함한다.
유사하게, 본 발명에 따른 이미징 장치는 흡수 현미경 장치를 형성할 수 있고, 분석될 샘플에 의해 반사되거나 또는 산란되어 다시 오는 광빔을 포함하는 복귀 신호를 수집하기 위해 배치되는 수집 수단, 및 상기 복귀 신호의 광학적 확대를 위한 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 형광성 현미경 장치는 상기 대응하는 파장 λ1 또는 λ2 각각의 흡수에 응답하여 상기 샘플에 의해 방출되는 형광성 광빔의 세기의 함수로서 각각의 광원의 광도를 변형할 수 있는 피드백 수단을 포함할 수 있다.
유사하게, 본 발명에 따른 흡수 현미경 장치는 상기 대응하는 파장 λ1 또는 λ2 각각의 흡수에 응답하여 상기 샘플에 의해 반사되거나 또는 산란되어 다시 오는 광빔의 세기에 따라 각각의 광원의 광도를 변형할 수 있는 피드백 수단을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 형광성 또는 흡수 현미경 장치는 서로 다른 주파수들에 있는 광원들 각각의 상기 광도를 변조하기 위해 배치되는 변조 수단을 포함할 수 있다. 신호 처리 수단은 상기 광원들에 동기화되는 검출기(예를 들어 디스플레이 수단)에 의해 전달되는 신호를 변조하기 위해 배치될 수 있다.
본 발명은 또한 서로 다른 파장들인 광빔들에 의해 연속적으로 적어도 하나의 샘플 리트를 관찰하기 위한 멀티스펙트럼 이미징 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 제어된 스펙트럼 광빔의 방출을 위한 장치(M) 또는 본 발명에 따른 제어된 스펙트럼 광빔의 방출을 위한 설치(M2)을 포함하는 샘플을 조명하기 위한 수단, 각각의 순간에서 단일의 광원을 한번에 하나씩 활성화시키기 위해 비치되는, 분리된 광원들을 위한 제어 수단, 및 이미징 수단을 포함한다.
본 발명은 이미징 장치 또는 스펙트럼분석 장치와 같은 장치에서 조명 수단을 형성하기 위해, 일반적으로 본 발명에 따른 제어된 스펙트럼 광빔의 방출을 위한 장치(M) 또는 본 발명에 따른 제어된 스펙트럼 광빔의 방출을 위한 설치(M2)의 사용에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방출 장치 측면에서 언급된 장점들 모두는 이러한 서로 다른 사용들(특히, 방출의 적응가능성, 및 방출의 스펙트럼 제어)에 존재한다.
본 발명은 또한 (박물관, 보석가게, 치과에서의 사용을 위한 이의 검사를 위한 장치에서) 물체의 색 렌더링을 최적화하는 조명 수단을 형성하기 위해, 본 발명에 따른 방출 장치(M) 또는 본 발명에 따른 방출 설치(M2)의 사용에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명은 방출 파장 λ1 또는 λ2 각각에서 유사-단색광 빔을 방출하는 적어도 3 개의 반도체 칩들을 포함하는 발광 유닛에 관한 것이다. 상기 반도체 칩들은 그들의 방출 파장의 함수로서 색 순서에 의해 순위 정해진다.
칩의 방출 파장은 그 방출 스펙트럼 상에서 그 최대 세기에 대응하는 파장이다. 이 파장은 후자가 종 모양이면, 일반적으로 그 방출 스펙트럼의 중심에 있다.
용어 "칩"은 반도체 칩을 지시하기 위해 사용된다. 보다 상세하게는, 용어 "마이크로칩"이 사용될 수 있다. 용어 "LED 칩" 또한 광빔을 방출하는 반도체 칩을 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 광 방출 유닛은 ("멀티칩 LED들"로 알려진) 멀티코어 LED들의 일반적인 원리를 채택하지만, 이를 변형한다. 종래 기술에서, 멀티코어 LED들은 LED의 방출 세기를 최적화하기 위해 생산된다. 각각의 반도체 칩은 그러므로 하나의 동일한 방출 스펙트럼을 가진다. 본 발명에 따르면, 이와 대조적으로, 각각의 반도체 칩은 완전히 다른 방출 파장을 가져야 하는 것이 요구된다. 게다가, 본 발명에 따르면, 상기 반도체 칩들은 이들의 방출 파장에 따라 배치된다. 게다가, 본 발명에 따르면, 상기 반도체 칩들은 다수일 수 있는데, 예를 들어 배치는 하나의 동일한 광원에 12 개가 될 수 있다.
상기 반도체 칩들은 동일한 평면 상에 있을 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 반도체 칩들은 정렬될 수 있다. 배치는 또한 원의, 또는 타원의 호, 또는 다른 콘 형태의 호를 따라 분포될 수 있다.
바람직하게는, 반도체 칩의 폭은 1 mm 이하, 예를 들어 90 ㎛ 와 500 ㎛ 사이, 또는 90 ㎛ 과 200 ㎛ 사이로 구성된다. 기준은 가장 작은 치수를 따라 그 측정된 치수를 지시하기 위해, 반도체 칩의 폭에 대해 될 수 있다.
2개의 이웃하는 다이오드들 사이의 거리는 유리하게도 90 ㎛과 500 ㎛ 사이로 구성된다. 이 거리는 특히 각각의 반도체 칩의 스펙트럼 폭 및, 2 개의 이웃하는 반도체 칩들의 방출 파장들 사이의 차이에 따라 달라질 수 있다. 이 거리는 본 발명에 따른 광원에 사용되려는 반도체 칩들의 수에 따라 달라진다.
2 개의 이웃하는 다이오드들 사이의 거리는 고정될 수 있다.
또는, 제1다이오드 및 상기 이웃하는 다이오드 사이의 거리는 상기 제1다이오드의 방출 파장 및 상기 이웃하는 다이오드의 방출 파장에 따라 달라진다.
특히, 본 발명에 따른 발광 유닛은, 광원들을 형성하기 위해, 본 발명에 따른 제어된 스펙트럼 광빔을 방출하기 위한 장치에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 이전에 설명된 바와 같은 제어된 스펙트럼 광빔을 방출하기 위한 장치에 관련될 수 있고, 이때 상기 광원들은 이러한 발광 유닛에 의해 형성된다.
본 발명의 다른 장점들 및 특성들은, 한정하고자 하는 것이 아닌, 구현들 및 실시예들의 상세한 설명을 정독하는 것으로부터, 또한 이하에 첨부된 도면들로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제어된 스펙트럼 광빔을 방출하기 위한 장치에서 사용되는 2 개의 광원들의 방출 스펙트럼들을 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 방출 장치의 제1실시예를 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 방출 장치의 제2실시예를 보여준다.
도 4는 본 발명에 따른 방출 장치의 제3실시예를 보여준다.
도 5는 본 발명에 따른 방출 장치의 제4실시예를 보여준다.
도 6은 본 발명에 따른 방출 설치의 실시예를 보여준다.
도 7은 본 발명에 따른 흡수 분광기의 실시예를 보여준다.
도 8은 본 발명에 따른 형광성 분광기의 실시예를 보여준다.
도 9는 본 발명에 따른 형광성 현미경 장치의 실시예를 보여준다.
도 10은 본 발명에 따른 멀티스펙트럼 이미징 장치의 실시예를 보여준다.
도 11은 본 발명에 따른 발광 유닛의 실시예를 보여준다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 방출 장치에 사용되는 2 개의 광원들의 방출 스펙트럼이 설명될 것이다.
파장들(λ1 또는 λ2) 각각에서 유사 단색광인 2 개의 광원들의, 광 세기는 각각 I1(λ) 또는 I2(λ)로 표시되어 있다. 각각의 스펙트럼 I1(λ) 또는 I2(λ) 각각은 작동 파장(λ1 또는 λ2) 각각으로 알려진 파장에서 피크를 가지는, "종 모양"(예를 들어, 가우시안 분포)이다. 이 피크는 상기 작동 파장에 비하여 상대적으로 작은 최대값의 반에서 전체 폭을 가진다.
그러므로 제1광원(S1)은 작동 파장 λ1 = 340 nm에 있어서 높이 I1 , max의 피크((광도 I1(λ)의 최대값, 즉 I1 , max(λ1), 및 여기서는 10 nm와 동일한, λ1에서 피크 주위에서 최대값의 반 Δλ1에서 전체 폭을 가지는, 종 모양의 방출 스펙트럼을 가진다.
동일한 방식으로, 제2광원(S2)은 작동 파장 λ2 = 405 nm에 있어서 높이 I2 , max의 피크((광도 I2(λ)의 최대값, 즉 I2 , max(λ2), 및 여기서는 10 nm와 동일한, λ2에서 피크 주위에서 최대값의 반 Δλ2에서 전체 폭을 가지는, 종 모양의 방출 스펙트럼을 가진다.
Δλ1/λ1<<1이기 때문에 상기 광원(S1)의 최대값의 반 Δλ1에서 전체 폭은 파장 λ1에 대하여 작고, Δλ2/λ2<<1이기 때문에 상기 광원(S2)의 최대값의 반 Δλ2에서 전체 폭은 파장 λ2에 대하여 작기 때문에, 상기 광원들(S1 및 S2)은 그후 유사 단색광으로 간주될 수 있다.
배치는 또한 다른 스펙트럼 형태들을 가지는 복수색 광원들을 이용하도록 될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 광원의 위치의 함수로서, 작업 또는 방출 파장으로 알려진 파장 상에 중심을 두는 그 스펙트럼의 일 부분만이 사용될 것이다. 그러므로 그 스펙트럼이 이 작동 파장에서 큰 세기를 가진다면, 복수색 광원을 사용하는 것이 가능하다.
상기 광원들은 여기서 발광 다이오드들("Light-Emitting Diodes"에 대한 "LED들")을 포함한다. 이 발광 다이오드들의 사용은 오류의 위험성을 감소시키는 것을 가능하게 해 주고, LED들은 백열광 또는 방전원들(discharge sources)과 같은, 분광기와 같은 장치들에서 보통 사용되는 광원들보다 긴 수명을 가지는 광원들이다. 게다가, LED들은 더 작은 크기의 장점을 가진다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 제어된 스펙트럼 광빔 방출 장치(1)의 제1실시예가 설명될 것이다.
이 실시예에, 12 개의 광원들이 있다. 도면의 판독성을 이유로, 단지 5 개의 광원들(S1, S2, Si, SN, 여기서, N=12)만이 도시되어 있다. 하지만 배치는 원하는 바 같이 많은 광원들로서 될 수 있다.
이 광원들(S1 내지 S12)은 유사 단색 광원들로서 간주되고, 그 각각은 파장들 λ1 또는 λ2 각각에서 광빔을 방출한다.
유사 단색 광원들은 파장에서 좁은 방출 스펙트럼의 광원을 의미한다. 이것은 도 1의 측면에서 이해될 수 있는데, 이때 발광 다이오드들(S1 및 S2)의 방출 스펙트럼이 도시되어 있다.
도 1을 참조하여 설명되는 광원들(S1 및 S2)에 더하여, 10 개의 다른 광원들(S3 내지 S12)은 이하의 파장들에서 광빔들을 방출한다: 광원 S3 : λ3 = 450 nm;광원 S4 : λ4 = 480 nm; 광원 S5 : λ5 = 505 nm; 광원 S6 : λ6 = 546 nm; 광원 S7 : λ7 = 570 nm; 광원 S8 : λ8 = 605 nm; 광원 S9 : λ9 = 660 nm; 광원 S10 : λ10 = 700 nm; 광원 S11 : λ11 = 750 nm; 광원 S12 : λ12 = 800 nm.
그러므로 광원들(S1 내지 S12)은 색도(chromaticity)의 오름차순으로 순위가 정해진다.
변형으로서, 사용되는 어플리케이션에 적합한 다른 파장을 사용하는 것이 가능하다.
바람직하게, 상기 광원들의 파장들은 340 nm와 800 nm 사이에 구성된다.
이 제1실시예에 있어서, 상기 광원들(S1 내지 S12)은 유리하게도 이들의 개별적인 방출 스펙트럼이 중첩되지 않도록 선택된다. 이것은, 광원들(S1 및 S2)을 예로 들면, 그 개별적인 스펙트럼이 도 1에 도시되어 있고, 상기 파장 λ2에 대한 광원(S1)의 광도(I1(λ2)는 피크 값(I2 , max)에 대하여 매우 낮고, 예를 들어 이 피크 값의 5% 이하, 바람직하게는 1%이하이고, 상기 파장 λ1에 대한 광원(S2)의 광도(I2(λ1)는 피크 값(I1 , max)에 대하여 매우 낮고, 예를 들어 이 피크 값의 5% 이하, 바람직하게는 1%이하이다.
유리하게도, 상기 광원들 각각은 그 앞에 배치되는 광학적 필터를 포함할 수 있고, 이것은 최대값의 반에서 개별적인 전체 폭을 더 한정하는 것이 가능하게 해 준다. 이 광학적 필터는 광빔이 "패스밴드"로 알려진 파장들의 특정 범위에서만 전송되는 것을 허용하는 당업자에게 알려진 종래의 스펙트럼 필터이다. 이 필터는 예를 들어 흡수 필터, 또는 간섭 필터일 수 있다.
도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에서 12 개의 광원들(S1 내지 S12)은 캡슐화된 형태의 발광 다이오드들이다. 이것은 여기서 그 각각이 광을 방출하고 한편으로는 후자가 방출할 때 상기 칩에 의해 발생되는 열을 발산하고, 다른 한편으로는 이 작업을 위해 상기 칩에 전기전력을 가져다주는 것을 가능하게 해주는 패키지로 배치되는 칩(또는 "LED 칩)을 포함하는, 발광 다이오드들(S1 내지 S12)을 의미한다.
그러므로 이 패키지는 에폭시 수지와 같은 에폭시드 폴리머, 또는 세라믹과 같은 전기적으로 절연 및 열저항 물질에 의해 일반적으로 구성된다.
이것은 일반적으로 2 개의 솔더 스팟들을 이용해 인쇄 회로 기판(21) 상에 솔더링되는 2 개의 금속 핀들을 포함하고, 이 솔더 스팟들은 한편으로 상기 인쇄 회로 기판 상에 발광 다이오드를 고정하고, 다른 한편으로 상기 LED들에 전류를 공급하는 것을 가능하게 해 준다.
변형으로서, 하나의 동일한 패키지는 수 개의 칩들("멀티칩 LED))을 포함할 수 있고, 상기 패키지는 그후 일반적으로 상기 패키지에 결합되는 칩들이 있는 만큼 금속 핀들의 쌍들을 포함한다. 이것은 그후 멀티코어 LED로 지칭된다. 상기 패키지의 서로 다른 칩들은 동일하다.
각각의 변형에서, 배치는 단순한 전도성 표면들에 의해 금속 핀들을 대체하도록 할 수 있고 "surface mounted device"에 대한 SMD(또는 "Surface Mounted Device"에 대한 SMD)로서 알려진 기술을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 광원들의 생산에 대한 다른 가능성은, 도 11을 참조하여, 이하에서 설명될 것이다.
상기 인쇄 회로 기판(21) 또는 PCB("Printed Circuit Board")(21)는 여기서 당업계에 잘 알려진 바와 같이, "FR4" 타입의 유리-섬유 강화 에폭시 수지로부터 만들어진다.
필요한 전력을 제공하기 위해, 상기 인쇄 회로 기판(21)은 커넥터(22)를 포함한다. 도면들의 판독성을 이유로, 상기 커넥터(22)는 모든 도면들에 도시되어 있지 않다. 도 7을 참조하면, 이 커넥터(22)에 상기 발광 다이오드들 각각에 대하여 조정된 전류를 공급하는 제어 박스(24) 및 전원 공급부에 링크되는 케이블(23)이 연결되는 것에 유의해야 될 것이다.
상기 발광 다이오드들(S1 내지 S12) 각각은 그들의 발광 파장(λ1 내지 λ12)에서 광빔을 방출한다. 각각의 광빔은 일반적으로 발산 빔이고, 상기 LED들은 유사-램버트 방식으로 방출하는 광원들이다.
상기 방출 장치(1)는 멀티플렉싱된 광빔(26)을 형성하기 위해 상기 광원들(S1 내지 S12)의 광빔들을 혼합하는 스펙트럼 멀티플렉싱 수단을 포함한다.
도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서, 이 스펙트럼 멀티플렉싱 수단은 광학축(A1)을 가지는 두꺼운 양면오목 렌즈(25)에 의해 형성되는 광학적 조립체 그 자체에 의해 형성된다. 이러한 렌즈(25)는 그 광학축(A1)에서 벗어나서 작동될 때 측면 색 수차를 가지는 것으로 알려져 있다.
사실상, 상기 렌즈(25)는 파장들(λ1 내지 λ12)에 대응하는 초점(F1 내지 F12)을 가진다. 상기 측면 색 수차 때문에, 이 초점들은 별개이고 분리되고, 이 렌즈(25)의 광학축(A1)에 교차되는 직선에 정렬된다.
상기 렌즈(25)의 이러한 싱귤러 점들의 광학적 특성은 이러한 점들로부터 발생하는 광빔이 "시준된" 광빔으로 알려진, 평행 광선들을 가지는 광빔의 형태로, 상기 렌즈(25)에 의해 전송되고 변환되는 것에 있다.
그러므로, 상기 렌즈(25)의 방향으로 초점(F1)으로부터 파장(λ1)에서 방출되는 광빔이 동일한 파장((λ1)에서 평행한 광빔으로 상기 렌즈(25)로부터 발생한다. 동일한 방식으로, 상기 렌즈(25)의 방향으로 초점(F2)으로부터 파장(λ2)에서 방출되는 광빔이 동일한 파장((λ2)에서 평행한 광빔으로 상기 렌즈(25)로부터 발생하고, 상기 파장(λ1)에서 평행한 광빔 상에 중첩된다. 그러므로 상기 초점들(F1 및 F2)로부터 방출되는 2 개의 광빔들은 상기 렌즈(25)의 출력에서 혼합되고, 또한 "멀티플렉싱"된다.
이것은 측면 색 수차를 가지는 상기 렌즈(25)의 파장들(λ1 내지 λ12)에 대응하는 초점들(F1 내지 F12)의 점들에 광원들(S1 내지 S12) 각각이 배치되는 것에 의해, 상기 LED들(S1 내지 S12)에 의해 방출되는 광빔들은, 여기서 시준된 광빔의 형태로, 멀티플렉싱되는 광빔(26)을 형성하기 위해, 상기 렌즈(25)의 출력에서 멀티플렉싱되는 것으로 이해된다.
그러므로 수개의 혼합된 파장들을 포함하기 때문에, 상기 멀티플렉싱된 광빔(26)은 복수색 광빔이다.
도 3은 본 발명에 따른 방출 장치(1)의 제2실시예를 보여준다. 도 3은 도 2와 다른 것만 설명할 것이다. 도 2에 도시된 실시예에서는, 상기 광원들(S1 내지 S12)이 상기 렌즈(25)의 파장들(λ1 내지 λ12)에 대응하는 초점들(F1 내지 F12)의 점들에 위치되고, 이 실시예에서는 이러한 경우가 아니다. 그러므로 "초점-무한대"가 아닌, "점-대-점" 광학적 쌍이 이용된다. 광원들(S1 내지 S12)은 상기 렌즈(25)가 상기 광원들과 공통 이미지 점(37) 사이에서 광학적 쌍을 수행하도록 하는 위치들에 위치된다. 이 이미지 점(37)에 배치되는 공간적 필터 구멍(39)은 상기 렌즈(25)로부터 발생하는 광빔 상에서 공간적 필터링을 수행하는 것이 가능하게 해 준다.
색지움 시준 렌즈(38)는 상기 공통 이미지 점(37)이 그 물체 초점에 배치되도록 배치되고, 이것은 시준된 멀티플렉싱된 빔(26)을 획득하는 것을 가능하게 해 준다.
도 4는 본 발명에 따른 방출 장치(1)의 제3실시예를 보여준다. 도 4는 도 3과 다른 측면에서만 설명될 것이다. 도 4에 도시된 예에 있어서, 상기 렌즈(25)의 기하학적 수차들은 공통 이미지 점이 상기 광원들(S1 내지 S12)에 대해 획득되지 않도록 한다.
각각의 광원은 개별적인 이미지 점(401 내지 4012)에서 상기 렌즈(25)에 의해 이미징된다. 상기 렌즈(25)가 한 점에서 상기 광원들(S1 내지 S12)을 이미징하지 않지만, 이것은 상기 광원들 각각으로부터 발생하는 광빔들을 서로 더 근접하게 이동시킨다. 이 점들(401 내지 4012)은 그러므로 작은 치수들을 가지는 초점 부피로, 예를 들어 수 mm 지름 및 수 mm 높이인 두꺼운 디스크로 결합된다. 그러므로 동질화 웨이브가이드(41)는 상기 이미지 점들(401 내지 4012)을 형성하는 광빔들이 상기 웨이브가이드(41) 내부로 가는 방식으로 배치된다. 상기 웨이브가이드는 예를 들어 지름 3mm 및 길이 75 mm를 가지는, 액체-핵 광섬유이다. 상기 광원들(S1 내지 S12) 각각으로부터 발생하는 광빔들은 상기 웨이브가이드 내에서 혼합되어, 동질화된 광빔이 상기 웨이브가이드의 출력에서 획득된다. 상기 빔은 개별적인 파장들에서 빔들 각각의 기여가 공간적으로 혼합되기 때문에 동질화된 것으로 지칭된다. 상기 웨이브가이드의 출력에서, 색지움 시준기(38)는 시준된 멀티플렉싱된 빔(26)을 획득하는 것이 가능하게 해 준다. 상기 액체-핵 광섬유의 지름은 종래의 광섬유의 지름(수 백 ㎛)보다 상당히 더 크다. 상기 섬유의 출력에서 좋은 품질의 시준과 동시에 상기 섬유에서 효과적인 결합을 보장하기 위해, 대략 3mm, 통상 2 mm 와 6 mm 사이의 지름을 가지는, 액체-핵 광섬유가 선택된다.
도 5는 본 발명에 따른 방출 장치(1)의 제4실시예를 보여준다. 도 5는 도 2와 다른 것만 설명될 것이다.
이 실시예에 있어서, 상기 스펙트럼 멀티플렉싱 수단은 시준 렌즈(55)와 초점 렌즈(52)에 의해 둘러싸인 광학적 프리즘(51)에 의해 형성되는 광학적 조립체를 포함한다. 이 시준 렌즈는 상기 광원들(S1 내지 S12) 각각으로부터 발생하는 상기 광빔들을 시준하는 것을 가능하게 해 준다. 따라서, 수 개의 시준된 빔들은 상기 프리즘(51)으로 안내된다. 이 단계에서, 상기 수 개의 시준된 빔들은 공간적으로 분리되거나, 부분적으로 중첩될 수 있다. 이 프리즘(51)은 상기 프리즘의 반대면 상에서 발생하는 이 빔들을 서로 공간적으로 더 근접하게 이동시켜서, 이들은 이미지 점(53)에서 서로 다른 광원들에 의해 발생되는 광빔들을 공간적으로 결합하는 상기 초점 렌즈(52)를 향해 안내된다.
이 프리즘 및 렌즈들 조립체는, 일반적으로 서로 다른 파장들을 공간적으로 분리하기 위해, 분광기들의 측면에서 사용된다. 여기서, 대조적으로 이들은, 광의 역 반사의 원리를 탐구하는 것에 의해, 서로 다른 파장들의 빔들을 공간적으로 서로 더 근접하게 이동시키기 위해 사용된다.
상기 이미지 점(53)은 색지움 시준 렌즈(38)의 물체 초점에 위치되어, 멀티플렉싱된 시준된 빔(26)은 이 렌즈(38)의 출력에서 획득된다.
도 5를 참조하여 설명되는 실시예는 도 4를 참조하여 설명되는 실시예와 결합되어 상상될 수 있다. 특히, 하나의 이미지 점(53)은 획득되지 않으면, 작은 치수들을 가지는 부피에 위치되는 이미지 점들(401 내지 N)의 그룹이 획득된다.
도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 방출 설치(60)의 일 실시예가 설명될 것이다. 본 발명에 따른 방출 설치(60)는 본 발명에 따른 3 개의 방출 장치들(1)을 포함한다. 더 정확하게는, 도 6에 도시된 실시예에 있어서, 상기 방출 설치(60)는, 그 각각이 광원들(S1 내지 SN)을 포함하는, 3 개의 광원 유닛들을 포함하고, 여기서 N은 5보다 크고; 각각의 광원 유닛에 있어서, 특히 도 3, 도 4, 및 도 5을 참조하여, 이전에 설명된 바와 같은, 광학적 조립체(61)를 포함하고; 각각의 광학적 조립체(61)의 출력에서, 각각의 광원 유닛에 대응하는 광빔들은 한 점 또는 작은 부피(예를 들어 지금 5 mm 및 높이 2mm의 두꺼운 디스크)를 가지는 초점 영역에서 결합되는 복수의 점들 상에서 포커싱된다. 각각의 광원 유닛에 대응하는 상기 광빔들 각각은 동질화 웨이브가이드일 수 있는 개별적인 웨이브가이드(41)로 진입한다. 섬유 스플리터(63)는, 각각의 웨이브가이드(41) 안에서, 상기 섬유 스플리터(63)의 출력에서 하나의 웨이브가이드(64) 안에서 전파되는 빔들을 공간적으로 결합한다. 상기 3 개의 방출 장치들(1)에 공통되는 시준 광학계(38)를 포함한다.
이로써 복수색 시준된 멀티플렉싱된 빔(65)이 그 출력에서 획득되고, 각각의 방출 장치(1)의 상기 광원들 각각의 방출 파장들을 결합한다.
배치는 또한 이 실시예의 변형을 위해 될 수 있는데, 여기서 전용 시준 광학계(38)는, 이 경우에 상기 섬유 스플리터(63)의 위쪽에 위치되는, 각각의 방출 장치(1)에 대응한다. 이 변형에 있어서, 이색성 반사경들의 배치에 의해 상기 섬유 스플리터를 유리하게도 대체하는 것이 가능하다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 설명된 바와 같은 수 개의 방출 장치들(1)을 이용하여, 모든 가능한 변형들이 상상될 수 있다.
도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 흡수 분광기(70)의 일 실시예가 설명될 것이다. 이러한 분광기는 샘플의 정확한 화학적 분석을 수행하는 것이 가능하게 해 준다. 본 발명에 따른 흡수 분광기(70)는 본 발명에 따른 방출 장치(1)에 의해 형성되는 조명 수단을 가진다.
상기 멀티플렉싱된 광빔(26)은, 여기서는 챔버(12) 안에 배치되는 인간의 혈액 샘플에 의해 구성되는, 분석될 샘플(11)을 조명하는 것을 가능하게 해 주고, 그 특성은 이하에서 설명될 것이다.
배치는 하나의 샘플에 대하여, 작업자가 한 샘플을 2 개의 측정들 사이에 다른 것으로, 또는 2 개의 측정들 사이에 하나의 지지부를 단순히 이동시키도록 평행하게 배치되는 샘플들의 세트로, 대체하는 것으로 될 수 있다.
배치는 상기 멀티플렉싱된 광빔(26)의 경로 상에 상기 샘플 앞에 배치되는, 광원들에 대한 편광 필터에 대하여 될 수 있다. 또는, 상기 광원들은 그 각각이 그 앞에 배치되는 편광 필터를 포함할 수 있다. 상기 편광 필터는 분석될 상기 샘플(11)을 통과한 후, 형광성에 의해 결국 재방출되는 광으로부터 후자에 의해 흡수되는 광을 분리하는 것에 의해, 신호-대-잡음 비를 증가시키는 것을 가능하게 해 준다. 게다가, 이러한 편광 필터는 또한, 이에 의해 나타난다면, 분석될 상기 샘플(11)의 회전력을 측정하는 것을 가능하게 해줄 수 있다.
상기 멀티플렉싱된 광빔(26)은 분석될 샘플(11)을 조명하기 위해 전파된다. 예를 들어 상기 샘플(11)은 투명하고 상기 방출 장치(1)에서 이용되는 상기 파장들을 흡수하지 않는 벽들을 가지는 챔버(12) 안에 배치된다. 상기 챔버(12)는 여기서 수정으로부터 생성되는 평행육면체 튜브로 형성된다.
상기 멀티플렉싱된 광빔(26)은 그후 상기 샘플(11)을 통과하고, 이때 그 경로를 따라 흡수된다. 보다 상세하게는, 상기 멀티플렉싱된 광빔(26)의 파장들(λ1 내지 λ12)에 있는 상기 광빔들 각각은 상기 샘플(11)에 의해 흡수되고, 흡수는 상기 파장들(λ1 내지 λ12) 각각에 대하여 선험적으로 다르다.
유리하게도, 하나 또는 그 이상의 화학적 시약들이 분석될 상기 샘플(11)에 첨가될 수 있는데, 이것은 분석될 상기 샘플(11)의 적정을 수행하는 것을 가능하게 해 준다.
상기 챔버(12)로부터 출력시, 광빔(34)은 분석될 상기 샘플(11)에 의해 전송되어 획득되고, 이 전송된 광빔(34)의 스펙트럼은, 그 화학적 조합의 부분적 시그니쳐와 같이, 상기 샘플(11)의 특성이다.
상기 전송된 광빔(34)은 그후 "검출기 유닛"에 의해 검출되고 또한 분석된다. 특히, 상기 검출기 유닛은 분석될 상기 샘플(11)에 의해 전송되는 상기 광빔(34)을 수집하는, 검출기(31), 예를 들어 "단일-채널" 검출기를 포함한다. 상기 검출기(31)는 여기서 실리콘 타입의 반도체 광다이오드이다.
변형으로서, 상기 검출기는 아발란쉬 광다이오드, 광배율기 또는 CCD 또는 CMOS 센서일 수 있다.
상기 검출기(31)는 그후 파장들(λ1 내지 λ12) 각각에 대하여 수신되는 광 플럭스에 관련된 신호를 전달한다. 주어진 파장에서 수신된 광 플럭스는 상기 샘플(11)에 의해 이 파장의 흡수의 수준에 링크된다.
상기 검출기(31)에 의해 수신되는 광 플럭스에 관련된 신호는 분석될 상기 샘플(11)에 의해 상기 파장들(λ1 내지 λ12) 각각의 흡수를 결정하는 신호 처리 수단(32)으로 전송된다. 상기 샘플(11)의 분석 결과는 그후 상기 파장이 수평축에, 상기 샘플(11)의 흡수 수준이 수직축에, 예를 들어 문제의 파장에 대하여 퍼센트로 도시되는 흡수 스펙트럼의 형태로 그 결과들을 표시하는 디스플레이 수단(33)으로 전송된다.
전원 공급부 및 제어 수단(24)은 상기 광원들 각각의 광도를 제어하기 위해, 예를 들어 그 주파수를 변조하기 위해 배치된다.
이로써 배치는 서로 다른 주파수에 있는 광원들(S1 내지 S12) 각각의 광도를 변조하기 위해 될 수 있다. 상기에서 설명된 바와 같이, 각각의 광원으로부터 발생하는 신호는 이로써 검출 동안 구별될 수 있다. 일반적으로, 변조 주파수들은 1 kHz와 1GHz 사이에 구성된다. 상기 신호 처리 수단(32)은 그후 상기 광원들(S1 내지 S12)과 동기화된 상기 검출기(31)에 의해 전달되는 신호를 복조한다. 이것은 특히 측정을 수행하기 위해 하나의 검출기만 사용하는 것을 가능하게 해 준다.
또는, 배치는 각각의 광원을 단순히 켜거나 끌 수 있도록 될 수 있어, 각 순간에서 상기 광원들 중 단 하나만 광을 방출한다. 배치는 이러한 2 개의 실시예들을 결합하기 위해 만들어질 수 있다. 이것은 상기 멀티플렉싱된 빔(26)의 스펙트럼의 공간 및 시간 제어로서 지칭될 수 있다.
이 방식으로 (주파수 변조 또는 연속으로 켜는 것에 의해) 상기 서로 다른 광원들(S1 내지 S12)을 분리하는 것에 의해, 분석될 상기 샘플(11) 상에서 흡수의 측정은 더 좋은 정확도를 가지고 수행된다. 특히, 상기에서 언급한 바와 같이, 상기 검출 잡음은 상당히 감소된다.
상기 LED들의 반응 시간은, 100 ns의 차수로, 통상 10 ns와 1000 ns 사이로, 매우 빠르다. 이와 같이 빠른 스펙트럼 제어는 시간-분해 스펙트럼분석으로 지칭될 수 있다. 이러한 전원 공급 및 제어 수단(24)은 이로써 매우 빠른 현상을 관찰하는 것을 가능하게 해 준다. 상기 LED의 반응 시간은 적절하게 선택된 광다이오드의 응답 시간과 동일한 차수의 크기를 가진다. 방출 및 수신 측 모두에서 이러한 응답 시간들 덕분에, 매우 빠른 현상이 관찰될 수 있고, (예를 들어 수 백 ns의 차수인) 이러한 반응 시간들은 분자들의 회전 상태들 및 진동 상태들의 수명과 동일한 차수이다. 예를 들어 시간에 걸친 흡수 현상을 관찰하는 것이 가능하다. 예를 들어 어떠한 분자의 속도 및 에너지 수준들에서 여기되고 탈-여기되는지 관찰하는 것이 가능하다.
상기 흡수 분광기(70)는 또한 분석될 상기 샘플(11)에 의해 상기 파장들(λ1, λ2) 각각의 흡수에 따라 상기 광원들(S1 내지 S12) 각각의 광도를 변형하는 피드백 수단을 포함한다.
상기 피드백 수단은 특히 전원 공급 및 제어 수단(24); 상기 신호 처리 수단(32)과 상기 전원 공급 및 제어 수단(24) 사이에 연결 케이블(35); 상기 피드백을 구현할 수 있는 계산 수단을 포함한다.
사실 상기 신호 처리 수단(32)은 상기 연결 케이블(35)을 통해 분석될 상기 샘플(11)에 의해 상기 파장들(λ1 내지 λ12) 각각의 흡수의 측정과 관련하여, 신호를 상기 전원 공급 및 제어 수단(24)으로 전달한다.
이로써 상기 연결 케이블(35)은 상기 방출 장치와 상기 검출기 유닛 사이에 피드백 루프를 설립한다. 이 피드백 루프는 상기 검출기(31)의 선형성 및 민감성의 최적 영역에서 작동하기 위해 각각의 파장의 세기를 적응시키는 것을 가능하게 해준다.
도 7에 도시된 흡수 분광기를 이용해 흡수 측정을 수행하기 위해 작업자가 구현하는 절차가 이하에서 설명될 것이다.
캘리브레이션 단계:
이 단계에서, 작업자는 이들의 개별적인 파장들(λ1 내지 λ12)에 발산 광빔을 각각 방출하는 상기 12 개의 LED들(S1 내지 S12)을 포함하는 상기 인쇄 회로 기판(21)에 전원이 공급되도록 허용하는 상기 전원 공급 및 제어 수단(24)을 시작한다. 멀티플렉싱된 광빔(26)은 그후 형성되는데 이 멀티플렉싱된 광빔은 이를 조명하기 위해 상기 챔버(12)로 전파된다.
작업자는 그후 "빈곳" 측정을 수행하고, 즉 이 단계에서, 상기 흡수 분광기의 챔버(12)는 비워지고 분석될 상기 샘플(11)을 아직 포함하지 않는다. 상기 멀티플렉싱된 광빔(26)은 그러므로 전송된 광빔(34)으로 상기 챔버(12)에 의해 거의 그 전체로 전송된다.
변형으로서, 작업자는 그 흡수 스펙트럼으로 알려진 pH = 7(수소 전위)인 물로 채워진 챔버를 가지고 이 캘리브레이션 단계를 수행할 수 있다.
상기 검출기(31)는 그후 상기 전송된 광빔(34)을 수집하고 상기 서로 다른 LED들(S1 내지 S12)에 의해 방출되는 광빔들 각각의 광도로 링크되는 신호를, 이 신호를 기록하는 상기 신호 처리 수단(32)으로 전달한다.
이 캘리브레이션 단계의 끝에서, 상기 신호 처리 수단은 메모리에 상기 광원들(S1 내지 S12) 각각에 의해 방출되고 상기 흡수 분광기의 빈 챔버(12)를 통해 전송되는 광빔들 각각의 광도의 캘리브레이션된 값을 저장한다.
측정 단계:
이 단계에서, 작업자는 상기 흡수 분광기의 상기 챔버(12) 안에 분석될 상기 샘플(11)을 배치하여, 새로운 측정을 수행한다.
이로써, 이 측정 단계의 끝에서, 상기 신호 처리 수단은 상기 광원들(S1 내지 S12) 각각에 의해 방출되고 측정될 상기 샘플(11)에 의해 채워지는 상기 흡수 분광기(10)의 상기 챔버(12)를 통해 전송되는 광빔들 각각의 광도의 측정 값을 메모리에 저장한다. 상기 신호 처리 수단(32)은 그후 파장들(λ1 내지 λ12) 각각에 대하여, 상기 캘리브레이션 단계에서 캘리브레이션된 값과 상기 측정 단계에서 측정된 값 사이의 비를 결정하고, 이 비는 상기 멀티플렉싱된 광빔(26)을 형성하는 상기 단색 광빔들 각각의 흡수에 링크된다.
이 결과들은 그후 작업가가 볼 수 있는 그래프의 형태로 상기 디스플레이 수단(33) 상에 디스플레이된다.
하나의 파장으로부터 다른 파장까지 흡수의 상대적인 수준들에 따라, 작업자가 이로부터 상기 샘플(11)의 특성을 추론할 수 있다. 각각의 화학적 혼합물은 알려진 흡수 스펙트럼을 가진다. 그러므로 이 샘플(11)의 스펙트럼은 집중(concentration)에 의해 가중치가 주어지는 알려진 스펙트럼의 중첩이다. 디컨볼루션(deconvolution)에 의해, 상기 샘플의 스펙트럼 안의 화학적 혼합물 각각의 비율이 발견될 수 있다. (상기에서 설명된 바와 같이) 본 발명에 의해 제공되는 높은 측정 민감도는, 이 화학적 혼합물의 분석의 정확도를 개선한다.
도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 형광성 분광기(80)가 설명될 것이다. 도 8은 도 7과 다른 것만 설명될 것이다. 이 실시예에서, 상기 멀티플렉싱된 광빔(26)은 상기 샘플(11)을 향해 안내된다. 상기 멀티플렉싱된 광빔(26)의 흡수에 응답하여, 상기 샘플은 형광성 빔(81)을 방출한다.
검출기(82)는 상기 형광성 빔(81)을 수신한다. 상기 검출기(82)는 예를 들어 광다이오드 또는 분광기로 구성될 수 있다. 이 형광성 스펙트럼의 측정은 상기 샘플(11)의 구성성분들을 확인하는 것을 가능하게 해 준다.
상기 검출기(82)는 신호 처리 수단(83)에 링크된다. 상기 검출기(82)가 분광기이면, 상기 신호 처리 수단은 상기 분광기에 통합된 부분을 형성할 수 있다.
배치는 특히 상기 전원 공급 및 제어 수단(24); 상기 신호 처리 수단(83)과 상기 전원 공급 및 제어 수단(24) 사이의 연결 케이블(미도시); 상기 피드백을 구현할 수 있는 계산 수단을 포함하는 피드백 수단(미도시)에 대해 만들어질 수 있다.
상기 신호 처리 수단(83)은 사실상 상기 파장들(λ1 내지 λ12) 각각에 연관된 형광성 신호의 측정에 관련되어 상기 전원 공급 및 제어 수단(24)으로 상기 연결 케이블(35)을 통해 신호를 전송한다.
이러한 피드백 루프는 상기 검출기(82)의 선형성 및 민감도의 최적 영역에서 작동하는 것을 가능하게 해 준다.
도 9를 참조하여, 본 발명에 따른 형광성 현미경 장치(90)가 설명될 것이다.도 9는 도 8과 다른 것만 설명될 것이다. 상기 샘플(11)은 생물학적 세포로 구성될 수 있다.
상기 형광성 빔(81)은 수집 수단(91)을 향해 안내되어, 적어도 하나의 렌즈의 배치가 그 전체로서 상기 형광성 빔(81)을 수집하는 것을 가능하게 해 준다.
상기 형광성 빔(81)은 그후 예를 들어 관찰자의 눈의 망막에서, 상기 샘플(11)의 관찰 영역의 확대된 이미지를 포커싱하는 광학적 확대 수단(92)으로 안내된다. 이로써 이미지는 예를 들어 형광 입자로 이전에 라벨링된 특정 입자 구성성분들을 상기 샘플 안에서 찾기 위해 상기 샘플(11)에 의해 방출되는 형광성 신호를 획득할 수 있다.
도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 멀티스펙트럼 이미징 장치(100)가 설명될 것이다. 본 발명에 따른 상기 멀티스펙트럼 이미징 장치(100)는 본 발명에 따른 방출 장치(1)에 의해 형성되는 조명 수단을 가진다.
상기 멀티플렉싱된 광빔(26)은 생체 관찰이라는 측면에서, 인체 세포의 샘플에 의해 여기서 구성되는, 분석될 샘플(11)을 조명하는 것을 가능하게 해 준다.
초점 렌즈(105)는 분석될 상기 샘플(11) 상의 특정 사이트로 상기 멀티플렉싱된 광빔(26)을 포커싱한다.
멀티스펙트럼 이미징에서, 수 개의 이미지들이 캡쳐되고, 각각의 이미지는 상기 스펙트럼의 매우 좁은 밴드에 대응한다. 이로써 표면에 의해 반사되는 광의, 훨씬 더 정확한 정의가 달성되고 육안으로는 볼 수 없는 특성들이 획득될 수 있다. 상기 스펙트럼 밴드들은 분석될 물질들 또는 제품들의 특성인, 파장들의 함수로서 선택될 수 있다. 이것은 서로 다른 광원들(S1 내지 S12)을 선택하는 것에 의해 수행될 수 있다.
그러므로 상기 멀티스펙트럼 이미징 장치(100)는 제어 수단(101)을 포함하고, 이것은 상기 수 개의 광원들 중 하나를 연속적으로 활성화시키기 위해 배치되는 계산 수단 뿐만 아니라 상기 광원들을 위한 전원 공급 및 제어 수단을 포함한다. 이 연속적인 활성화들은 수동으로 제어되거나, 또는 자동화될 수 있다.
상기 포커싱된 광빔(26)은 반사된 빔(102)으로서 상기 샘플(11) 상에서 반사되고, 예를 들어 렌즈들의 세트들 및 적절하다면 디스플레이 스크린을 포함하는, 이미징 수단(103)으로 전파된다. 이로써 특히 생체 관찰의 측면에서, 매우 빠른 이벤트들이 모니터링될 수 있다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 방출 장치의 서로 다른 적용들을 보여준다. 이 적용들의 모든 가능한 조합들, 및 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명된 방출 장치의 서로 다른 실시예들은 예상될 수 있다. 또한 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명된 각각의 예에서, 본 발명에 따른 방출 설치에 의해 본 발명에 따른 방출 장치가 대체되는 것 또한 예상될 수 있다(도 6).
마지막으로, 도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 발광 유닛(110)의 일 실시예가 설명될 것이다. 상기 발광 유닛(11)은, 빗금친 디자인으로 도시된, 3 개의 반도체 칩들(114)을 포함한다. 각각의 반도체 칩의 도핑은, 방출 폭 뿐만 아니라, 상기 칩의 중심 방출 파장을 결정하는 것을 가능하게 해준다. 상기 칩들은 하나의 구성성분 안에 결합된다. 이 구성성분은 플라스틱 또는 세라믹으로 만들어질 수 있다. 각각의 칩은 기판(예를 들어 알루미늄) 상에, 종종 전극 상에 직접, 전기적으로 절연 접착제로 본딩된다. 각각의 칩은 금 와이어에 의한 솔더링에 의해 각각 2 개의 전용 전극들(1151 또는 1152)에 마이크로-솔더링된다. 본 발명은 상기 방출 유닛의 칩들의 선택 및 배치에 있기 때문에, 상기 발광 유닛의 생산은 더 이상 설명되지 않는다.
본 발명에 따른 발광 유닛(110)은 SMD 구성성분이다. 도 11은 금속 핀들(1161 또는 1162) 각각을 포함하는 지지부(112)에 링크되는 발광 유닛(110)을 보여준다. 각각의 금속 핀(1161 또는 1162)은 각각의 전극(1151 또는 1152)에 전기적으로 링크된다. 이 금속 핀들은 인쇄 회로 기판 상에 단순한 와이어링을 허용한다.
각각의 반도체 칩(114)은 예를 들어 500 ㎛의 측면들을 가지는 사각 형태이다. 2 개의 반도체 칩들(114) 사이의 거리는 1.5 mm의 차수이다. 이 거리는 반도체 칩들이 정렬되는 직선(117)을 따라 측정된다.
물론, 본 발명은 방금 설명된 예들에 한정되지 않고, 대응하는 본 발명의 범위를 초과하지 않으면서 수많은 조정들이 이 예들에 만들어질 수 있다.
특히, 이전에 설명된 모든 실시예들, 특성들, 형태들 및 변형들은 서로 상호 배타적이거나 또는 양립될 수 없는 범위가 아니라면 다양한 조합들로 서로 결합될 수 있다.
"멀티-채널"로 알려진, 즉, 동일한 스펙트럼의 수 개의 빔들로 상기 멀티플렉싱된 빔의 공간적 분리를 위한 수단을 추가적으로 포함하는, 변형들 또한 상상될 수 있다.

Claims (15)

  1. 스펙트럼 멀티플렉싱 수단(25; 51,55,52: 25,41) 뿐만 아니라, 각각이 적어도 하나의 파장 λ1 또는 λ2에서 광빔을 방출하는, 적어도 2개의 분리된 광원들(S1 내지 N)을 포함하는 제어된 스펙트럼을 가지는 광빔을 방출하기 위한 장치(1)에 있어서,
    상기 스펙트럼 멀티플렉싱 수단(25; 51,55,52; 25,41)이 적어도 하나의 렌즈(25; 51,52) 및/또는 광학적 프리즘(51)으로부터 형성되는 광학적 조립체(25; 51,55,52)를 포함하고, 상기 광학적 조립체(25; 51,55,52)는 이색성 분산 특성들을 가지고, 스펙트럼 선택 반사 없이 분리된 광원들(S1 내지 N)로부터 광빔들에 의해 관통되기 위해, 광학적 조립체의 이색성 분산 특성들 때문에 공간적으로 서로 더 근접하게 상기 광빔들을 이동하기 위해 정렬되어, 상기 스펙트럼 멀티플렉싱 수단(25; 51,55,52; 25,41)이 상기 광빔들에 공간적으로 중첩되고,
    방출 장치(1)가 적어도 하나의 파장 λ1 또는 λ2에서 각각의 광빔이 대응하는 광원(S1 내지 N)으로부터 상기 광학적 조립체(25; 51,55,52)까지 자유 공간에서 전파되도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스펙트럼 멀티플렉싱 수단은 상기 광학적 조립체(25)에 의해서만 형성되는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 광원(S1 내지 N)은 상기 광학적 조립체(25)의 물체 초점 상에 배치되고, 이때 상기 물체 초점은 이 광원(S1 내지 N)에 의해 방출되는 광빔의 파장에 대응하여, 상기 광학적 조립체(25)의 출력에서 상기 광빔들은 공간적으로 중첩되고 시준되는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 광원(S1 내지 N)은 상기 광학적 조립체(25)의 물체 점 상에 배치되고, 이때 상기 물체 점은 이 광원에 의해 방출되는 광빔의 파장에 대응하여, 상기 광학적 조립체의 출력에서 상기 광빔들은 단일 이미지 점(53)에서 공간적으로 중첩되는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 스펙트럼 멀티플렉싱 수단은, 광학적 조립체(25), 동질화 웨이브가이드(41), 및 광학적 시준 수단(38)을 포함하고,
    상기 광학적 조립체(25)는 상기 광빔들을 상기 동질화 웨이브가이드(41)의 입력으로 전송하기 위해 배치되고, 상기 광학적 시준 수단(38)은 상기 동질화 웨이브가이드의 출력에 위치되는, 장치(1).
  6. 제 5 항에 있어서, 웨이브가이드(41)는 액체-핵 광섬유에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 분리된 광원들(S1 내지 N)은 서로 같은 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 분리된 광원들(S1 내지 N)은 직선 상에 정렬되고, 파장 λ1 또는 λ2의 오름차순에 의해 순위 정해지는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 조립체는 축 상에서 벗어나서 사용되고 측면 색 수차를 가지는, 적어도 하나의 광학적 시스템(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 조립체는 색 수차들의 교정을 위해 사용되는, 이중 또는 삼중 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 조립체는 광학적 프리즘(51) 및 광학적 초점 수단(52) 및/또는 광학적 시준 수단(55)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 광원(S1 내지 N)은 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 12 개의 광원들(S1 내지 N)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 서로 다른 주파수들인 광원들(S1 내지 N) 중 적어도 2 개의 광도를 변조하기 위해 배치되는 변조 수단(24)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 서로 독립적으로, 광원들 중 적어도 2개의 광도의 제어 수단(24)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
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