KR20160103291A - 미세 먼지 및 미생물 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
미세 먼지 및 미생물 검출 장치가 개시된다. 상기 검출 장치는 측정 샘플이 유입되며 내부가 타원경으로 구현된 샘플실, 입사광이 입사되는 광입사구, 상기 측정 샘플에 조사된 입사광을 사출하기 위한 제1광출사구 및 제2광출사구를 포함하는 샘플실 몸체와 상기 광입사부로 상기 입사광을 조사하고, 상기 입사광에 유입되는 주변광을 차단하는 송광부 및 상기 제1광출사구로부터 사출되는 출사광을 제1경로 및 제2경로로 분리하여 전달하고, 상기 제1경로로 전달된 출사광에 유입되는 주변광을 차단하여 산란광을 검출하며, 상기 제2경로로 전달된 출사광에 유입되는 주변광을 차단하여 형광을 검출하는 수광부를 포함한다.
Description
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 미세 먼지 및 미생물 검충 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세 먼지 및 미생물을 동시에 검출할 수 있고 광 노이즈를 최소화함으로써 검출 능력을 크게 향상 시킬 수 있는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치에 관한 것이다.
산업이 발전함에 따라 오염 물질 발생 역시 크게 증가하고 있으며, 이러한 오염 물질에는 미세 먼지나 미생물 등 다양한 유해 물질이 포함되어 있다. 최근에는 이러한 오염 물질 중 미세 먼지나 미생물과 같이 주변에서 흔하게 접할 수 있는 물질이 인체에 치명적인 영향을 미칠 수 있다는 사실이 밝혀지고 있으며, 국가적 차원에서도 일기 예보 등을 통해 황사, 미세 먼지 농도 등을 예보하고 있다. 미세 먼지와 미생물에 대한 실질적인 피해를 예방하고 최소화하기 위해서는 국가적 또는 지역적인 규모의 예보 외에도, 사람이 많이 모이는 공공장소나 시설 내에서 지속적인 모니터링과 그에 대응한 조치가 필수적이다. 이러한 요구에 따라 미세 먼지와 미생물을 매우 정밀하게 검출할 수 있는 장치에 대한 연구 개발이 지속적으로 수행되고 있다. 종래의 미생물 검출 기술은 대기 중에서 측정을 위한 샘플을 포집하고, 포집된 샘플을 배지에서 배양하며, 배양된 미생물 군의 개수 및 동종을 통해 미생물을 검출하는 과정을 거쳤다. 그러나 이러한 방법은 포집된 미생물을 배양하는데 수시간 내지 수일 이상의 시간이 필요한 단점이 있어, 최근에는 실시간으로 대기 상태를 모니터링할 수 있는 광학 검출기에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 도 1은 미세 먼지 및 미생물을 검출하기 위한 종래의 광학 검출기를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 광학 검출기는 내벽면이 타원경(32)으로 이루어진 샘플실(31) 내에 측정 샘플 에어로졸을 유입시킨 상태에서 광원부(33)가 샘플실(31) 내 측정 샘플에 광을 조사하고, 측정 샘플에 충돌하여 발생하는 산란광과 형광을 각각 집광하여 미세 먼지와 미생물을 검출한다. 그러나 종래의 광학 검출기는 하부 광출사구(36)가 광스토퍼(70)의 둘레에 형성되고 산란광이 구멍을 통해 출사하도록 하기 위해서는 구멍 사이즈가 커야하기 때문에, 오히려 하부 광출사구(36)를 통해 주변광이 입사될 우려가 크다. 또한 광원부(33)로부터의 광은 측정 샘플이 유입되는 타원경(32)의 제1초점(32-1)이 아닌 광스토퍼(70)에 포커싱되기 때문에 검출 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는 미세먼지 및 미생물 검출 과정에서 형성되는 주변광에 의한 광 노이즈를 최소화하여 검출 능력을 극대화시킬 수 있는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적인 과제는 미세 먼지와 미생물을 검출하기 위한 산란광과 형광의 광 경로를 동일하게 설정함으로써 검출 효율을 높일 수 있고, 미세 먼지와 미생물을 동시에 실시간 검출할 수 있는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 측정 샘플이 유입되며 내부가 타원경으로 구현된 샘플실, 입사광이 입사되는 광입사구, 상기 측정 샘플에 조사된 입사광을 사출하기 위한 제1광출사구 및 제2광출사구를 포함하는 샘플실 몸체와 상기 광입사부로 상기 입사광을 조사하고, 상기 입사광에 유입되는 주변광을 차단하는 송광부 및 상기 제1광출사구로부터 사출되는 출사광을 제1경로 및 제2경로로 분리하여 전달하고, 상기 제1경로로 전달된 출사광에 유입되는 주변광을 차단하여 산란광을 검출하며, 상기 제2경로로 전달된 출사광에 유입되는 주변광을 차단하여 형광을 검출하는 수광부를 포함한다.
상기 송광부는 상기 광입사부를 향해 상기 입사광을 조사하는 광원부와 상기 광원부 및 상기 광입사부 사이에 배치되며, 상기 광원부로부터 조사되는 상기 입사광을 집광시키는 제1광학계와 상기 광원부및 상기 제1광학계 사이에 배치되어 상기 제1광학계로부터 집광되어 다시 확산하는 입사광을 상기 타원경의 제1초점에 집광시키는 제2광학계 및 상기 제1광학계 및 상기 제2광학계 사이에 배치되어 상기 제1광학계로부터 상기 제2광학계로 전달되는 상기 입사광에 유입되는 광노이즈를 제거하는 제1광조절부를 포함한다.
상기 제1광조절부는 복수의 광조절 유닛들을 포함하고 상기 복수의 광조절 유닛들 각각은 중심부에 개구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 복수의 광조절 유닛들은 상기 제1광학계의 집광 초점에 인접할수록 더 작은 개구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 수광부는 상기 제1광출사구로 사출되는 출사광을 산란광 및 형광으로 각각 분리하여 상기 제1경로 및 상기 제2경로로 전달하며, 상기 제1경로 및 상기 제2경로 각각에 유입되는 주변광을 차단하는 제3광학계와 상기 제1경로로 전달된 산란광을 검출하는 제1검출부 및 상기 제2경로로 전달된 형광을 검출하는 제2검출부를 포함한다.
상기 제3광학계는 상기 제1광출사구로 확산되어 사출되는 상기 출사광을 평행광으로 변경시키는 제1집광렌즈부와 상기 제1집광렌즈부로부터 전달되는 평행광 중에서 파장이 변화되지 않은 상기 산란광을 상기 제1경로로 전달하고, 파장이 변화된 상기 형광을 상기 제2경로로 전달하는 분광요소와 상기 제1경로로 전달된 상기 산란광을 상기 제1검출부로 집광시키는 제2집광렌즈부와 상기 제1검출부 및 상기 제2집광렌즈부 사이에 배치되고, 상기 제2집광렌즈부에 의해 집광된 광에 유입되는 주변광을 차단하는 제2광조절부와 상기 제2경로로 전달된 상기 형광을 상기 제2검출부로 집광시키는 제3집광렌즈부 및 상기 제2검출부 및 상기 제3집광렌즈부 사이에 배치되고, 상기 제3집광렌즈부에 의해 집광된 광에 유입되는 주변광을 차단하는 제3광조절부를 포함한다.
상기 제2검출부는 상기 제2집광렌즈부의 집광 촛점 밖에 위치하고, 상기 제1검출부는 상기 제3집광렌즈부의 집광 촛점 밖에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2광조절부는 복수의 광조절 유닛들을 포함하고 상기 복수의 광조절 유닛들 각각은 중심부에 개구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 광조절 유닛들은 상기 제2집광렌즈부의 집광 초점에 인접할수록 더 작은 개구가 형성되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제3광조절부는 적어도 하나 이상의 광조절유닛을 포함하고 상기 광조절유닛은 중심부에 개구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 상기 제2광출사구로 사출되는 출사광을 정지시켜 상기 샘플실 내부 주변광의 상기 제1광출사구로의 유입을 차단하는 광 스토퍼부를 더 포함할 수 있다.
상기 광스토퍼부는 꼭지점이 상기 출사되는 광의 경로를 향하도록 배치되는 원뿔형 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 장치는 상기 측정 샘플을 상기 타원경의 제1초점에 유입시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치는 검출 과정에서 형성되는 여러 광 초점들로의 주변광 유입을 최소화함으로써 미세 먼지 및 미생물 검출 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 미세 먼지 검출을 위한 산란광과 미생물 검출을 위한 형광이 동일한 경로를 갖도록 하며, 측정 샘플 에어로졸의 유입 위치와 광원부의 광 포커싱 위치를 일치시킴으로써 미세 먼지와 미생물의 동시 검출 능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 미세 먼지 및 미생물을 검출하기 위한 종래의 광학 검출기를 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치를 나타내는 도이다.
도 3은 도 2에 도시된 검출 장치의 내부를 보다 상세히 나타내는 도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 송광부를 보다 상세하게 나타내는 도이다.
도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 제2광조절부를 보다 상세하게 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치를 나타내는 도이다.
도 3은 도 2에 도시된 검출 장치의 내부를 보다 상세히 나타내는 도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 송광부를 보다 상세하게 나타내는 도이다.
도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 제2광조절부를 보다 상세하게 나타내는 도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치를 나타내는 도이고, 도 3은 도 2에 도시된 검출 장치의 내부 단면도이다.
도 2, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세 먼지 및 미생물 검출 장치(이하, '검출 장치'라 함, 10)는 내부에 샘플실(110)을 제공하는 샘플실 몸체(100), 샘플실(110)에 광을 조사하는 송광부(200), 샘플실(110)로부터 사출되는 산란광 및 형광을 검출하는 수광부(300)를 포함한다.
샘플실 몸체(100)가 제공하는 샘플실(110)은 계란형 공간으로 구성될 수 있고, 샘플실(110)의 내벽의 일부 또는 전부에는 거울면, 즉 타원경(120)이 배치되며, 샘플실(110) 내부에는 샘플 유입구(141)를 통해 측정 샘플, 예컨대 샘플 에어로졸이 유입된다.
샘플실 몸체(100)는 상부 몸체(130)와 하부 몸체(140)로 구성될 수 있으며, 샘플 유입구(141), 광입사구(150), 제1광출사구(160) 및 제2광출사구(170)를 구비한다.
광입사구(150)는 송광부(200)로부터 조사되는 광을 샘플실(110) 내로 입사하고, 샘플 유입구(141)에는 노즐부(미도시)의 유입 노즐이 연결되어 측정하고자 하는 샘플 에어로졸이 유입되며, 유입 위치는 송광부(200)의 광이 포커싱되는 제1초점(121)부분이다. 샘플 유입구(141)의 반대측 샘플실 몸체(100)에는 샘플 배출구가 구비되어 유입된 샘플 에어로졸을 샘플실(110) 외부로 배출할 수 있다.
샘플실(110) 내의 타원경(120)은 2개의 초점(121 및 122)을 가질 수 있으며, 송광부(200)로부터 입사된 광이 타원경(120)의 제1초점(121)으로 수렴되어 에어로졸로 유입되는 측정 샘플에 조사되고, 측정 샘플 내 입자와 충돌한 광은 산란하여 굴절되면서 타원경(120)에 의해 제2초점(122)으로 향하며 제1광출사구(160)를 통해 외부로 사출된다.
샘플실(110)에 광을 조사하는 송광부(200)는 광원부(210), 제1광학계(230), 제1광조절부(250) 및 제3광학계(270)를 포함할 수 있다.
광원부(210)는 LED를 이용한 UV광을 제1광학계(230) 및 제3광학계(270)를 통하여 샘플실(110) 내의 측정 샘플에 조사하며, 상기 조사된 UV광은 샘플실(110)로 유입되는 에어로졸 입자와 충돌하여 산란광과 형광을 발생시킨다.
이때, 광원부(210)의 발광 요소인 LED는 광입사구(150) 방향으로 광을 방출하도록 배치될 수 있으며, 미세 먼지와 미생물의 동시 검출에 적합한 266㎚ 내지 405㎚의 UV 영역의 광을 방출할 수 있다. 바람직하게는 340㎚ 내지 380㎚의 UV 영역의 광을 방출하여 비생물의 형광을 최소화시킬 수 있다.
광원부(210)와 샘플실 몸체(100)의 광입사구(150) 사이에는 제1광학계(230), 제1광조절부(250) 및 제2광학계(270)가 순차적으로 배치되어, 광원부(210)로부터 전달되는 광을 샘플실(110) 내의 제1초점(121)에 수렴시킨다.
보다 상세히 설명하면, 제1광학계(230)는 광원부(210)로부터 조사되어 확산되는 광을 1차적으로 집광시킨다.
제2광학계(270)는 제1광학계(230)로부터 집광된후 다시 확산되는 광을 재집광하여 샘플실(110) 내의 제1초점(121)에 집광시킨다.
보다 상세한 설명을 위해, 이하 도 4에 도시된 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 송광부를 보다 상세하게 나타내는 도이며, 이때, 도 4의 (a)는 송광부(200)의 확대도이고, 도 4의 (b)는 제1광조절부(250)가 포함하는 광조절유닛들의 예시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1광조절부(250)는 복수의 광조절유닛들(c1, c2, c3, c4, c5)을 포함할 수 있다.
도 4에서는 설명의 편의상 5개의 광조절유닛들(c1, c2, c3, c4, c5)만이 도시되어 있으나, 설계에 따라 5개 이상 또는 이하의 수가 적용될 수 있음은 물론이다.
복수의 광조절유닛들(c1, c2, c3, c4, c5) 각각의 중심부에는 제1광학계(230)로부터 제2광학계(270)로 전달되는 입사광을 통과시키기 위한 개구(aperture)가 형성되며, 복수의 광조절유닛들(c1, c2, c3, c4, c5) 각각의 개구는 제1광학계(230)의 집광 초점(235)에 가까울 수록 더 작게 설정된다.
즉, 복수의 광조절유닛들(c1, c2, c3, c4, c5)은 제1광학계(230)의 집광 초점(235)을 중심으로 좌우로 멀어질수록 상대적으로 큰 개구를 갖는다.
따라서, 제1광조절부(250)는 광원부(210)로부터 광입사구(150)로 전달되는 입사광에 유입되는 주변광을 차단하여 광 노이즈를 최소화하는 역할을 수행하게 된다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 미세먼지 및 미생물 검출 장치(10)는 제1광학계(230), 제1광조절부(250) 및 제2광학계(270)를 통해 입사광에 불필요하게 유입되는 주변광을 차단하여 광 노이즈를 최소화할 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 샘플실(110)의 제1광출사구(160)로부터 사출되는 산란광 및 형광을 검출하는 수광부(300)는 제3광학계(310), 제1검출부(400) 및 제2검출부(500)를 포함한다.
제3광학계(310)는 샘플실 몸체(100)의 제1광출사구(160) 외측에 배치되며, 제1집광렌즈부(320), 분광요소(330), 제2집광렌즈부(350), 제2광조절부(360), 제3집광렌즈부(370) 및 제3광조절부(380)를 포함할 수 있다.
제1집광렌즈부(320)는 샘플실(110)의 제1광출사구(160)로부터 사출되는 광(예컨대, 산란광 및 형광)을 평행 빔으로 만드는 역할을 수행한다.
분광요소(330)는 제1집광렌즈부(320)를 통과하는 광 중에서 파장이 변화된 형광은 제2경로로 경로를 변경시키고, 파장이 변화되지 않은 산란광은 제1경로로 통과시킨다.
이때, 분광요소(330)를 그대로 통과하는 산란광의 상기 제1경로에는 제3집광렌즈부(370), 제3광조절부(380) 및 제1검출부(400)가 배치되고, 분광요소(330)에서 경로가 변경된 형광의 상기 제2경로에는 제2집광렌즈부(350), 제2광조절부(380) 및 제2검출부(500)가 배치될 수 있다.
분광요소(330) 및 제1검출부(400) 사이에 배치되는 제3집광렌즈부(370)는 분광요소(330)를 통과한 평행 산란광을 제1검출부(400)로 수렴시키는 역할을 수행한다.
이때, 제1검출부(400)는 제3집광렌즈부(370)에서 집광된 광의 초점 밖에 위치하며, 제1검출부(400)와 제3집광렌즈부(370) 사이에는 제3광조절부(390)가 배치될 수 있다.
실시 예에 따라, 제3광조절부(390)는 적어도 하나 이상의 광조절유닛(e)을 포함할 수 있으며, 도 3에서는 설명의 편의상 하나의 광조절유닛(e)만이 도시되어 있으나, 설계에 따라 2개 이상의 수가 적용될 수 있다.
이때, 광조절유닛(e)의 중심부에는 제3집광렌즈부(370)로부터 제1검출부(400)로 전달되는 출사광을 통과시키기 위한 개구(aperture)가 형성되어, 타원경(120) 안에서 난반사되어 들어오는 신호의 제1검출부(400)로의 유입을 저지할 수 있어, 산란광 검출 능력, 즉 미세 먼지 검출 능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 분광요소(330) 및 제2검출부(500) 사이에 배치되는 제2집광렌즈부(350)는 분광요소(330)에서 경로가 변경된 평행 형광을 제2검출부(500)로 수렴시키는 역할을 수행한다.
이때, 제2검출부(500)는 제2집광렌즈부(350)에서 집광된 광의 촛점 밖에 위치하며, 제2검출부(500)와 제2집광렌즈부(350) 사이에는 제2광조절부(380)가 배치될 수 있다. 보다 상세한 설명을 위해, 이하 도 5에 도시된 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 도 2 및 도 3에 도시된 제2광조절부(380)를 보다 상세하게 나타내는 도이며, 이때, 도 5의 (a)는 제2광조절부(380)의 확대도이고, 도 5의 (b)는 제2광조절부(380)가 포함하는 광조절유닛들의 예시도이다.
도 2, 도 3 및 도 5를 참조하면, 제2광조절부(380)는 복수의 광조절유닛들(d1, d2, d3, d4, d5)을 포함할 수 있으며, 도 5에서는 설명의 편의상 5개의 광조절유닛들(d1, d2, d3, d4, d5)만이 도시되어 있으나, 설계에 따라 5개 이상 또는 이하의 수가 적용될 수 있다.
특히 도 5의 (b)를 참조하면, 복수의 광조절유닛들(d1, d2, d3, d4, d5) 각각의 중심부에는 제2집광렌즈부(350)로부터 제2검출부(500)로 전달되는 입사광을 통과시키기 위한 개구(aperture)가 형성되며, 복수의 광조절유닛들(d1, d2, d3, d4, d5) 각각의 개구는 제2집광렌즈부(350)의 집광 초점에 가까울수록 더 작게 설정된다.
즉, 복수의 광조절유닛들(d1, d2, d3, d4, d5)은 제2집광렌즈부(350)의 집광 초점을 중심으로 좌우로 멀어질수록 상대적으로 큰 개구를 갖는다.
따라서, 제2광조절부(380)는 타원경(120) 안에서 난반사되어 들어오는 신호의 제2검출부(500)로의 유입을 저지할 수 있어, 형광 검출 능력, 즉 미생물 검출 능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
실시 예에 따라, 제3광학계(310)는 대역통과필터(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 상기 대역통과 필터는 제1검출부(400)와 제2검출부(500) 각각으로 전달되는 광 중에서 소정 대역 이외의 광을 필터링할 수 있다.
한편, 제1검출부(400) 및 제2검출부(500) 각각은 제2집광렌즈부(350) 및 제3집광렌즈부(370) 각각을 통해 전달된 광으로부터 먼지 및 미생물의 존재 여부와 그 양을 검출한다.
즉, 제1검출부(400)와 제2검출부(500)는 샘플실(110) 외부로 사출된 산란광과 형광을 각각 수신하고 수신한 광에 대한 검출 신호를 발생하여 신호처리부(미도시)로 전송한다.
이때, 제1검출부(400)는 포토다이오드(photodiode)로 구현될 수 있고, 제1검출부(400)에 의해 검출되는 산란광은 미세 먼지 존재 유무와 그 양에 대한 정보를 포함할 수 있다.
미생물에 의한 자기 형광의 경우에는 산란광에 비해 매우 미세한 신호이기 때문에, 제2검출부(500)는 광전자 증폭관(Photo Multiplier Tube, PMT)으로 구현될 수 있으며, 검출되는 형광은 미생물의 존재 유무와 그 양에 대한 정보를 포함할 수 있다.
제1검출부(400)와 제2검출부(500)에서 검출된 신호는 상기 신호처리부로 전송되어 소정의 알고리즘에 따라 미세 먼지 및 미생물의 존재 유무와 양을 산출하게 된다.
실시 예에 따라, 검출 장치(10)는 샘플실 몸체(100)의 제2광출사구(170) 측에 광스토퍼부(700)를 더 포함할 수 있다.
광스토퍼부(700)는 샘플실(110)내로 입사된 주광선 중에 제1촛점을 지나지 않고 난반사되는 광을 제2광출사구(170)로 출사 시켜 정지시킨다.
즉, 광스토퍼부(700)는 샘플실(110)내로 입사된 주광선 중에 측정 샘플의 입자와 충돌하지 않은 광을 정지시키는 역할을 수행함으로써, 샘플실(110) 내에서 산란광 이외의 주변광이 제1광출사구(160)로 유입되는 것을 최소화할 수 있다.
광스토퍼부(700)는 원뿔형 부재(710)를 포함할 수 있으며, 원뿔형 부재(710)는 꼭지점이 출사되는 광의 경로를 향하도록 배치되고 그 둘레를 케이스(720)가 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 원뿔형 부재(710)에 충돌한 광이 직반사되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 원뿔형 부재(710)의 표면 및 그와 대응하는 부분의 케이스(720) 표면에는 스펀지 등과 같이 광을 흡수하는 부재가 배치될 수 있으며, 요철 구조로 구현될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 검출 장치(10)는 측정 샘플의 유입 위치와 송광부(200)의 입사광이 수렴되는 위치를 제1초점(121)으로 일치시키고, 샘플실(110) 내의 입사광이 과도하게 누광(light leakage)되는 것을 방지하여 검출 성능을 향상 시킨다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 검출 장치(10)는 제1광조절부(250)를 구비함으로써 입사광에 유입되는 주변광을 최소화하고, 제2광조절부(380) 및 제3광조절부(390)를 구비함으로써 출사광에 유입되는 주변광을 최소화하여 미세 먼지 및 미생물 검출 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 검출 장치
100: 샘플실 몸체,
110: 샘플실,
120: 타원경, 121: 제1초점, 122: 제2초점,
130: 상부 몸체, 140: 하부 몸체, 141 : 샘플 유입구,
150: 광입사구, 160: 제1광출사구, 170: 제2광출사구,
200: 송광부, 210: 광원부, 230: 제1광학계,
250: 제1광조절부, 270: 제2광학계 300: 수광부
320: 제1집광렌즈부, 330: 분광요소, 350: 제2집광렌즈부,
370: 제3집광렌즈부, 380: 제2광조절부 390: 제3광조절부
400: 제1검출부, 500: 제2검출부, 700: 광스토퍼부
120: 타원경, 121: 제1초점, 122: 제2초점,
130: 상부 몸체, 140: 하부 몸체, 141 : 샘플 유입구,
150: 광입사구, 160: 제1광출사구, 170: 제2광출사구,
200: 송광부, 210: 광원부, 230: 제1광학계,
250: 제1광조절부, 270: 제2광학계 300: 수광부
320: 제1집광렌즈부, 330: 분광요소, 350: 제2집광렌즈부,
370: 제3집광렌즈부, 380: 제2광조절부 390: 제3광조절부
400: 제1검출부, 500: 제2검출부, 700: 광스토퍼부
Claims (13)
- 측정 샘플이 유입되며 내부가 타원경으로 구현된 샘플실, 입사광이 입사되는 광입사구, 상기 측정 샘플에 조사된 입사광을 사출하기 위한 제1광출사구 및 제2광출사구를 포함하는 샘플실 몸체;
상기 광입사부로 상기 입사광을 조사하고, 상기 입사광에 유입되는 주변광을 차단하는 송광부; 및
상기 제1광출사구로부터 사출되는 출사광을 제1경로 및 제2경로로 분리하여 전달하고, 상기 제1경로로 전달된 출사광에 유입되는 주변광을 차단하여 산란광을 검출하며, 상기 제2경로로 전달된 출사광에 유입되는 주변광을 차단하여 형광을 검출하는 수광부;를 포함하는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치. - 제1항에 있어서, 상기 송광부는,
상기 광입사부를 향해 상기 입사광을 조사하는 광원부;
상기 광원부 및 상기 광입사부 사이에 배치되며, 상기 광원부로부터 조사되는 상기 입사광을 집광시키는 제1광학계;
상기 광원부및 상기 제1광학계 사이에 배치되어 상기 제1광학계로부터 집광되어 다시 확산하는 입사광을 상기 타원경의 제1초점에 집광시키는 제2광학계; 및
상기 제1광학계 및 상기 제2광학계 사이에 배치되어 상기 제1광학계로부터 상기 제2광학계로 전달되는 상기 입사광에 유입되는 광노이즈를 제거하는 제1광조절부;를 포함하는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치. - 제2항에 있어서, 상기 제1광조절부는,
복수의 광조절 유닛들을 포함하고 상기 복수의 광조절 유닛들 각각은 중심부에 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치. - 제3항에 있어서, 상기 복수의 광조절 유닛들은,
상기 제1광학계의 집광 초점에 인접할수록 더 작은 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치. - 제1항에 있어서, 상기 수광부는,
상기 제1광출사구로 사출되는 출사광을 산란광 및 형광으로 각각 분리하여 상기 제1경로 및 상기 제2경로로 전달하며, 상기 제1경로 및 상기 제2경로 각각에 유입되는 주변광을 차단하는 제3광학계;
상기 제1경로로 전달된 산란광을 검출하는 제1검출부; 및
상기 제2경로로 전달된 형광을 검출하는 제2검출부;를 포함하는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치. - 제5항에 있어서, 상기 제3광학계는,
상기 제1광출사구로 확산되어 사출되는 상기 출사광을 평행광으로 변경시키는 제1집광렌즈부;
상기 제1집광렌즈부로부터 전달되는 평행광 중에서 파장이 변화되지 않은 상기 산란광을 상기 제1경로로 전달하고, 파장이 변화된 상기 형광을 상기 제2경로로 전달하는 분광요소;
상기 제1경로로 전달된 상기 산란광을 상기 제1검출부로 집광시키는 제2집광렌즈부;
상기 제1검출부 및 상기 제2집광렌즈부 사이에 배치되고, 상기 제2집광렌즈부에 의해 집광된 광에 유입되는 주변광을 차단하는 제2광조절부;
상기 제2경로로 전달된 상기 형광을 상기 제2검출부로 집광시키는 제3집광렌즈부; 및
상기 제2검출부 및 상기 제3집광렌즈부 사이에 배치되고, 상기 제3집광렌즈부에 의해 집광된 광에 유입되는 주변광을 차단하는 제3광조절부;를 포함하는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제2검출부는 상기 제2집광렌즈부의 집광 촛점 밖에 위치하고, 상기 제1검출부는 상기 제3집광렌즈부의 집광 촛점 밖에 위치하는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치. - 제6항에 있어서, 상기 제2광조절부는,
복수의 광조절 유닛들을 포함하고 상기 복수의 광조절 유닛들 각각은 중심부에 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치. - 제8항에 있어서, 상기 복수의 광조절 유닛들은,
상기 제2집광렌즈부의 집광 초점에 인접할수록 더 작은 개구가 형성되어 배치되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치. - 제6항에 있어서, 상기 제3광조절부는,
적어도 하나 이상의 광조절유닛을 포함하고 상기 광조절유닛은 중심부에 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2광출사구로 사출되는 출사광을 정지시켜 상기 샘플실 내부 주변광의 상기 제1광출사구로의 유입을 차단하는 광 스토퍼부를 더 포함하는 미세 먼지 및 미생물 검출 장치. - 제11항에 있어서, 상기 광스토퍼부는,
꼭지점이 상기 출사되는 광의 경로를 향하도록 배치되는 원뿔형 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 및 미생물 검출 장치. - 제1항에 있어서, 상기 샘플실은,
상기 측정 샘플을 상기 타원경의 제1초점에 유입시키는 것을 특징으로 하는 미세먼지 및 미생물 검출 장치.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180079713A (ko) * | 2017-01-02 | 2018-07-11 | 엘지이노텍 주식회사 | 입자 센싱 장치 |
| KR101878094B1 (ko) * | 2017-02-03 | 2018-07-12 | (주)미디어에버 | 이종의 반사경이 결합된 미세 먼지 및 미생물 검출 장치 |
| KR102214552B1 (ko) * | 2019-10-10 | 2021-02-09 | 국방과학연구소 | 미세입자탐지용 소형형광센서장치 |
| KR20220041481A (ko) * | 2020-09-25 | 2022-04-01 | 배관수 | 미세먼지 측정장치 |
-
2015
- 2015-02-24 KR KR1020150025577A patent/KR20160103291A/ko unknown
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| KR101878094B1 (ko) * | 2017-02-03 | 2018-07-12 | (주)미디어에버 | 이종의 반사경이 결합된 미세 먼지 및 미생물 검출 장치 |
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