KR20180048725A

KR20180048725A - 분광기

Info

Publication number: KR20180048725A
Application number: KR1020187007754A
Authority: KR
Inventors: 춘헝 쿠오; 로버트 코비치; 토마즈 폴; 마리오 크레바틴
Original assignee: 메틀러 토레도 게엠베하
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2018-05-10
Also published as: RU2715485C2; EP3344960A1; AU2016314503A1; RU2018110766A; JP2022050664A; JP7054671B2; US9863809B2; RU2018110766A3; CN107923792A; US20170059404A1; JP2018526648A; AU2016314503B2; CA2996453A1; WO2017036622A1; CN107923792B

Abstract

개시된 분광기(100)는, 하우징의 벽(104)이 제1, 제2 및 제3 개구(106, 108, 110)를 구비하는 하우징(102), 제1 개구(106)에 위치하며 하우징(102)의 내부에서 빛이 제1 부분의 광로(LP1)를 따라 향하도록 구성된 입구 슬릿(112), 제2 개구(108)에 위치하며 상기 제1 부분의 광로를 따라 상기 입구 슬릿으로부터 빛을 수광하고 상기 하우징의 내부에서 빛이 제2 부분의 광로(LP2)를 따라 향하도록 구성된 분산 부재(114), 제3 개구(110)에 위치하며 상기 제2 부분의 광로를 따라 상기 분산 부재로부터 빛을 수광하도록 구성된 검출기(116)를 포함한다. 상기 검출기는 제1 및 제2 그룹의 감광 영역(118, 120)을 포함할 수 있다. 커버(105)는 상기 광로로부터 상기 제1 그룹의 감광 영역을 분리하고, 상기 제2 그룹의 감광 영역이 상기 광로에 노출되도록 위치하도록 위치할 수 있다.

Description

분광기

본 발명은 분광기에 관한 것으로, 샘플의 분광 측정 또는 광도 측정을 수행하기 위한 분광기를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

다양한 분광기가 시중에서 이용되고 있다. 공지의 분광기는 일반적으로 정교하고 능동적인 조정을 필요로 한다. 예컨대, 공지의 분광기는 현미경 아래로의 지향이 필요한 슬릿 및 분광기의 광로와 일치시키기 위해 조정 가능한 마운트에 정치시킬 필요가 있는 회절 부재를 포함한다.

본 발명은, 원하는 하나의 스펙트럼 범위 또는 여러 스펙트럼 범위에서 광 에너지를 증가시키고, 미광(stray light)의 차광(trapping)을 향상시켜서, 미광을 감소시키거나 최소화시키고, 또한, 과도한 조정을 덜 필요로 하며 모든 성능이 향상된 분광기를 제공하고자 한다.

하우징의 내부를 마주보는 내면을 가지는 벽으로서, 상기 벽이 제1, 제2 및 제3 개구를 구비하며, 상기 벽이 상기 제2 개구의 안쪽으로 연장되는 돌기를 구비하는 벽을 포함하는 하우징; 상기 제1 개구에 위치하며 상기 하우징의 내부에서 빛이 제1 부분의 광로를 따라 향하도록 구성된 입구 슬릿; 상기 제2 개구에 위치하며 상기 제1 부분의 광로를 따라 상기 입구 슬릿으로부터 빛을 수광하고 상기 하우징의 내부에서 빛이 제2 부분의 광로를 따라 향하도록 구성된 분산 부재로서, 상기 분산 부재가 상기 제2 개구로 연장되는 돌기와 접촉하도록 치수화된 윤곽(contour)을 가지며, 상기 분산 부재의 돌기와 윤곽이 상보적 치수 파라미터와 상보적 공차 파라미터를 가져서 상기 분산 부재가 적어도 부분적으로 상기 제2 개구에 위치하는 경우 상기 분산 부재의 윤곽이 모든 돌기와 접촉하고, 또한 상기 입구 슬릿에 대해 상기 분산 부재의 방향이 고정되는 분산 부재; 및 상기 제3 개구에 위치하며 상기 제2 부분의 광로를 따른 상기 분산 부재로부터 빛을 수광하도록 구성된 검출기를 포함하는 분광기가 개시되어 있다.

상기 제2 개구는 내부 개구와 외부 개구를 포함하고 상기 내부 개구는 상기 외부 개구보다 상기 하우징의 내부쪽으로 더 가까이 위치한다.

게다가, 상기 돌기는 상기 내부 개구의 안쪽으로 연장되는 제1 그룹의 돌기 및 상기 외부 개구의 안쪽으로 연장되는 제2 그룹의 돌기를 포함한다.

일실시예에서, 상기 제1 그룹의 돌기 또는 제2 그룹의 돌기 중 적어도 하나는 적어도 3개 이상을 포함한다.

다른 실시예에서, 상기 내부 개구 및 외부 개구는 다른 직경을 가질 수 있다.

일실시예로, 하우징의 내부를 마주보는 내면을 가지는 벽으로서, 상기 벽이 제1, 제2 및 제3 개구를 구비하는 벽을 포함하는 하우징; 상기 제1 개구에 위치하며 상기 하우징의 내부에서 빛이 제1 부분의 광로를 따라 향하도록 구성된 입구 슬릿; 상기 제2 개구에 위치하며 상기 제1 부분의 광로를 따라 상기 입구 슬릿으로부터 빛을 수광하고 상기 하우징의 내부에서 빛이 제2 부분의 광로를 따라 향하도록 구성된 분산 부재; 및 상기 제3 개구에 위치하며 상기 제2 부분의 광로를 따라 분산 부재로부터 빛을 수광하도록 구성된 검출기로서, 상기 검출기가 제1 그룹의 감광 영역(light-sensitive regions)과 제2 그룹의 감광 영역을 포함하는 검출기; 및 상기 광로로부터 상기 제1 그룹의 감광 영역을 분리하고, 상기 제2 그룹의 감광 영역이 상기 광로에 노출되도록 위치한 커버를 포함하는 분광기가 다른 바람직한 실시형태로 개시되어 있다.

상기 검출기는 바람직하게, 전하 결합 소자 어레이 검출기(Charge-Coupled Device array detector), 선형 전하 결합 소자 검출기, 포토 다이오드 어레이 검출기, 또는 상보형 금속 산화물 반도체 검출기(Complementary Metal-Oxide Semiconductor detector) 중 하나이다.

일실시예에서, 상기 제1 그룹의 감광 영역은 제1 파장 범위의 빛을 검출하고 상기 제2 그룹의 감광 영역은 제2 파장 범위의 빛을 검출하며 상기 제1 및 제2 파장 범위는 다르다. 전술한 다양한 예에서, 상기 제1 그룹의 감광 영역과 제2 그룹의 감광 영역은 각각 중복되지 않는(non-overlapping) 제1 및 제2 파장 범위의 빛을 검출할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 분광기는 상기 검출기 앞에 배열되는 필터를 포함하고 상기 제2 부분의 광로를 따라 비행하는 빛이 먼저 상기 필터를 가로지른 다음 상기 검출기에 도달한다.

일실시예의 분광기에서, 상기 커버는 상기 하우징의 벽과 일체이다. 또 다른 실시예에서는, 상기 커버가 상기 하우징의 벽과 별개일 수 있다.

또 다른 실시예에서는, 하우징의 내부를 마주보는 내면을 가지는 벽으로서, 상기 벽이 제1, 제2 및 제3 개구를 구비하는 벽을 포함하는 하우징; 상기 제1 개구에 위치하며 상기 하우징의 내부에서 빛이 제1 부분의 광로를 따라 향하도록 구성된 입구 슬릿으로서, 상기 입구 슬릿이 상기 제1 개구에서 상기 하우징의 내면에 대해 각을 이루는 면을 따라 연장되는 웨지부(wedged portion)를 포함하는 입구 슬릿; 상기 제2 개구에 위치하며 상기 제1 부분의 광로를 따라 상기 입구 슬릿으로부터 빛을 수광하고 상기 하우징의 내부에서 빛이 제2 부분의 광로를 따라 향하도록 구성된 분산 부재; 및 상기 제3 개구에 위치하며 상기 제2 부분의 광로를 따라 상기 분산 부재로부터 빛을 수광하도록 구성된 검출기를 포함하고, 상기 웨지부가 상기 제1 부분의 광로 및 분산 부재에 대해 일정 방향으로 상기 입구 슬릿을 고정하도록 구성된 분광기가 개시되어 있다.

일실시예에서 상기 입구 슬릿은 상기 웨지부에 90도의 각도로 연장되는 세로방향의 틈을 포함한다.

또 다른 실시예에서는 광섬유가 상술한 분광기와 연결되도록 제공되어 상기 입구 슬릿과 광학적으로 연결된 광섬유를 통해 빛이 상기 분광기로 향하도록 구성될 수 있다.

상기 분광기는 상기 입구 슬릿의 웨지부에 대해 위치하여 상기 입구 슬릿을 일정 방향으로 고정되도록 한 나사를 더 포함할 수 있다. 상기 입구 슬릿은 그 입구 슬릿의 주변에 플랜지를 포함하며 상기 웨지부는 상기 플랜지의 웨지부이다.

또 다른 실시예에서 상기 분광기는 광섬유를 통해 빛이 상기 분광기로 향하도록 구성되는 광섬유가 제공되며 상기 플랜지는 상기 입구 슬릿과 광학적으로 연결되는 광섬유를 수용하는 관 부재를 포함한다.

게다가, 본 발명에 따르면, 상술한 분광기와 상기한 실시예를 포함하는 분광계(spectrometer)가 개시되어 있고, 상기 분광계는 바람직하게, 광원, 샘플 또는 샘플 캐리어를 유지하도록 구성된 측정 영역, 상기 광원으로부터 상기 측정 영역까지 빛이 향하도록 구성된 제1 광부재, 상기 측정 영역으로부터 상기 분광기의 입구 슬릿까지 빛이 향하도록 구성된 제2 광부재를 포함한다.

여기에 기술된 분광기의 바람직한 실시형태는 원하는 하나의 스펙트럼 범위 또는 여러 스펙트럼 범위에서 광 에너지를 증가시키고, 미광(stray light)의 차광(trapping)을 향상시켜서, 미광을 감소시키거나 최소화시킨다. 또한, 여기에 기술된 바람직한 분광기는 과도한 조정을 덜 필요로 한다. 또한, 여기에 기술된 바람직한 분광기는 모든 성능이 향상된 것을 보여준다.

도 1은 분광기의 바람직한 실시예를 도시한다.
도 2는 분광기의 다른 바람직한 실시예를 도시한다.
도 3은 분광기의 다른 바람직한 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4a 및 4b는 입구 슬릿의 다른 바람직한 실시예를 도시한다.
도 5는 분광계의 바람직한 실시예를 도시한다.

여기에서 개시된 다른 특징 및 장점은 첨부 도면과 함께 읽는 경우 다음의 더 상세한 바람직한 실시예로부터 더 분명해질 것이다.

도 1, 도 2 및 도 3은 분광기(100)의 바람직한 실시예를 나타낸다. 분광기(100)는 하우징(102)의 내부를 마주보는 내면을 가지는 벽(104)을 구비하는 하우징(102)을 포함한다. 상기 벽은 제1 개구(106), 제2 개구(108) 및 제3 개구(110)를 구비한다. 분광기(100)는, 제1 개구(106)에 위치하며 하우징(102)의 내부에서 빛이 제1 부분의 광로(LP1)를 따라 향하도록 구성된 입구 슬릿(112)을 포함한다. 분광기(100)는, 제2 개구(108)에 위치하며 제1 부분의 광로(LP1)를 따라 입구 슬릿(112)으로부터 빛을 수광하고 하우징(102)의 내부에서 빛이 제2 부분의 광로(LP2)를 따라 향하도록 구성된 분산 부재(114)를 포함한다. 분광기(100)는, 제3 개구(110)에 위치하며 제2 부분의 광로(LP2)를 따라 분산 부재(114)로부터 빛을 수광하도록 구성된 검출기(116)를 포함한다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서, 하우징(102)은 특정 스펙트럼 범위의 빛을 차단하기 위해 이 분야에서 공지되거나 개발된 흑색, 양극산화 처리 재료 및/또는 다른 재료를 포함한다. 바람직한 실시예에서는, 상기 제1 및 제3 개구(106, 110)는 하우징(102)의 동일 측에, 그리고 제2 개구(108)는 하우징(102)의 반대측에 있으며, 그 결과 빛이 입구 슬릿(112)을 통해 하우징(102)의 한쪽으로부터 들어가, 하우징(102)의 반대측에서 분산 부재(114)에 의해 분산되고, 입구 슬릿(112)이 위치한 하우징(102) 쪽의 검출기(116)에 도달한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징 커버(103)는 하우징(102)을 닫도록 배치되며 하우징(102)의 내부에 어두운 환경을 제공한다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서는, 입구 슬릿(112)에 의해 제1 부분의 광로(LP1)를 따라 향하는 빛이 입구 슬릿(112)과 광학적으로 연결된 섬유(128)로부터 들어온다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서는, 분산 부재(114)가 전달 격자(transmission grating), 홈 격자(grooved grating), 홀로그래픽 격자(holographic grating) 및/또는 프리즘, 및/또는 이 분야에서 공지되거나 개발된 다른 적절한 분산 부재를 포함한다. 바람직한 일실시예에서는, 분산 부재(114)가 사각 플레이트, 그리고 오목 원형 반사면 및 회절면인 활성 영역(active area)을 포함한다.

바람직한 일실시예에서, 분광기(100), 광원 및/또는 광원과 검출기(116) 사이의 어떤 혹은 모든 광학 부품은 "UV/Vis"(자외선-가시광) 범위에서 동작하도록 구성된다. 다른 바람직한 실시예에서, 분광기(100), 광원 및/또는 광원과 검출기(116) 사이의 어떤 혹은 모든 광학 부품은 어느 하나의 범위, 혹은 다음의 스펙트럼 범위: UV/Vis, Vis(가시광), MIR(중적외선) 및/또는 NIR(근적외선)의 조합에서 동작하도록 구성된다. 예컨대, 검출기(116) 및/또는 분산 부재(114)는 전자기 스펙트럼 범위 중 어느 것 또는 어떠한 조합에 대해 최적화될 수 있다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서, 입구 슬릿(112)은, 초점 정렬을 위해, 분산 부재(114)를 경유하여 입구 슬릿(112)으로부터 검출기(116)까지 빛이 비행하는 거리를 조정함으로써, z형태로 정렬될 수 있다. 검출기(116)는, 평면 초점 정렬을 위해, 검출기(116)의 면에 검출기(116)를 배치함으로써, x/y형태로 정렬될 수 있다. 검출기(116)는 또한 나사를 사용하여 수동으로 정교하게 정렬될 수도 있다. 입구 슬릿(112) 상의 초점 정렬도 조정될 수 있다. 빛의 초점은 검출기(116)에서 빛을 선명하게 하도록 최적화될 수 있다.

여기에 기재된 바람직한 실시예에서는, 분광기(100)의 성능이 미광을 줄이거나 최소화함으로써, 원하는 하나의 스펙트럼 범위 또는 스펙트럼 범위들로 광에너지를 증가시킴으로써, 그리고 미광을 충분히 차단함으로써 향상될 수 있다. 또한, 여기에 기재된 바람직한 실시예들은 불필요한 조정을 덜 요구한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 검출기(116)는 제1 그룹의 감광 영역(118)과 제2 그룹의 감광 영역(120)을 포함한다. 분광기(100)는 광로로부터 제1 그룹의 감광 영역(118)을 분리하고, 제2 그룹의 감광 영역(120)을 광로에 노출시키기 위해 위치하는 커버(105)를 포함한다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서, 커버(105)는 광로를 따라 오는 빛의 영차신호(zero-order signal)를 차단한다. 바람직한 실시예에서는, 이것은 예컨대, 분광 측정을 위해서는 첫번째 신호가 관심이기 때문에 바람직하다. 커버(105)가 영차신호를 차단하기 때문에, 어떠한 별도의 차광이 불필요하고, 빛은 검출기(116)에 초점이 맞춰져 남아 있을 수 있으며, 영차신호는 차광장치쪽으로 향할 필요가 없고 따라서 검출기(116)로부터 멀어진다. 검출기(116)에 도달하는 미광이 실질적으로 감소되고, 픽셀 오버플로잉(pixel overflowing)되거나 산란된 빛을 통한 누광 위험이 감소되거나 제거된다. 커버(105)의 사용으로 암전류(dark current)의 측정이 보상강도값을 얻을 수 있게 되고, 샘플 측정과 동일한 온도에서 동시 암전류 측정이 가능하게 된다. 이것은 측정 광강도가 온도에 민감하므로 바람직할 수 있다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서, 커버(105)는, 영차신호가 커버(105)에 의해 흡수되어 감소되거나 어떠한 빛도 분산 부재(114) 및/또는 입구 슬릿(112)으로 되돌아가 반사되지 않도록 하여, 미광을 줄이도록 지향된다. 검출기(116)는 분산 부재(114)에 의해 반사된 빛의 곡면 초점면과 일치되도록 경사질 수 있다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서, 검출기(116)는 전하 결합 소자(CCD) 어레이 검출기, 선형 CCD 검출기, 포토 다이오드 어레이 검출기, 또는 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 검출기 및/또는 이 분야에서 공지되거나 개발된 다른 적절한 검출기 중 하나이다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서, 제1 그룹의 감광 영역(118)은 제1 파장 범위의 빛을 검출하고, 제2 그룹의 감광 영역(120)은 제2 파장 범위의 빛을 검출하며, 상기 제1 및 제2 파장 범위는 다르다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서, 제1 그룹의 감광 영역(118)은 제1 파장 범위의 빛을 검출하고, 제2 그룹의 감광 영역(120)은 제2 파장 범위의 빛을 검출하며, 상기 제1 및 제2 파장 범위는 중복되지 않는다.

바람직한 일실시예에서, 분광기(100)는 검출기(116)의 앞에 배치되는 필터(117)를 포함하여 제2 부분의 광로(LP2)를 따라 비행하는 빛이 먼저 필터(117)를 가로지른 다음 검출기(116)에 도달한다. 제2 그룹의 감광 영역(120)은, 필터(117)가 제2 그룹의 감광 영역(120)과 하우징(112)의 내부 사이에 배치되더라도, 광로에 노출된다. 바람직한 일실시예에서는, 필터(117)가 이 분야에서 공지되거나 개발된 필터를 포함하며 분산 부재(114)로부터 더 높은 차수의 빛을 금지한다. 바람직한 일실시예에서, 필터(117)는 순서 구분 필터(order sorting filter)이다. 바람직한 일실시예에서, 필터(117)는 검출기(116)와 접촉한다. 바람직한 일실시예에서, 필터(117)는 공지의 시스템에서 사용되는 검출창(detector window)을 대신한다. 환원하면, 필터(117)는 순서 구분 필터 및 검출창의 기능을 수행하도록 구성된다. 예컨대, 필터(117)는 두번째 또는 세번째 차수의 빛이 검출기(116)에 도달하는 가능성을 줄인다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서, 커버(105)는 흑색, 양극 산화처리 금속판을 포함한다. 대체적으로, 커버(105)는 특정 스펙트럼 범위의 빛을 차단하도록 이 분야에서 공지되거나 개발된 어떤 다른 재료를 포함할 수 있다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서는, 커버(105)가 하우징(102)의 벽(104)과 일체이다. 예컨대, 커버(105)는 하우징(102)의 벽(104)의 인접 부분과 같은 재료로 만들어져 연속한다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서는, 커버(105)가 하우징(102)의 벽(104)과 별개이다. 바람직한 실시예에서는, 커버(105)가 하우징(102)의 벽(104)에 연결된다. 바람직한 다른 실시예에서는, 커버(105)가 하우징(102)의 벽(104)과 공간을 두고 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 벽(104)은 제2 개구(108)의 안쪽으로 연장되는 돌기(122)를 포함한다. 분산 부재(114)는 제2 개구(108) 안쪽으로 연장되는 돌기(122)와 접촉하도록 치수화된 윤곽(124)을 가진다. 분산 부재(114)의 돌기(122)와 윤곽(124)은 상보적 치수 파라미터와 상보적 공차 파라미터를 가져서 분산 부재(114)가 적어도 부분적으로 제2 개구(108)에 위치하는 경우 분산 부재(114)의 윤곽(124)이 모든 돌기와 접촉하고, 또한 입구 슬릿(112)에 대해 분산 부재(114)의 방향이 고정된다. 분광기(100)의 바람직한 일실시예에서, 분산 부재(114)의 윤곽(124)은, 하우징(102)의 내부 방향쪽으로 분산 부재(114) 상에 힘이 가해지는 경우 모든 돌기(122)와 접촉한다.

상보적 치수 파라미터와 상보적 공차 파라미터는 제조 과정 중 결정되는데, 그 결과 분산 부재(114)가 제2 개구(108)에 적어도 부분적으로 위치하는 경우 분산 부재(114)의 윤곽(124)은 모든 돌기(122)와 접촉하여, 분산 부재(114)의 방향이 고정된다. 환원하면, 분산 부재(114)가 특정 어플리케이션용으로 유일하게 설계될 수 있다는 사실을 설명하려면, 제2 개구(108)가, 분산 부재(114)를 제2 개구(108) 내에 놓여지도록 구성하기 위해 사용되는 치수와 공차에 기초하여 구성된다. 결과적으로, 분산 부재(114)의 제조 과정에 생기는 시프트(shift)가 제2 개구(108)와 그 돌기(122)를 형성할 때 고려된다. 돌기(122)의 구성은 조립 과정에서 필요한 추가적인 정렬 가능성을 줄여준다. 바람직한 일실시예에서, 분산 부재(114)가 제조되는 경우, 분산 부재(114)는 분산 부재(114)의 기판에서의 결함에 근거하여 조정된다. 예컨대, 분산 부재(114)의 치수와 센터링이 조정된다. 바람직한 일실시예에서, 하우징(102)의 제2 개구(108)는 이러한 조정에 기초하여 구성된다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서, 제2 개구(108)는 내부 및 외부 개구(2081, 2082)를 포함한다. 내부 개구(2081)는 하우징(102)의 내부 쪽으로 외부 개구(2082)보다 더 가깝게 위치한다. 돌기(122)는 내부 개구(2081)의 안쪽으로 연장되는 제1 그룹의 돌기(122A) 및 외부 개구(2082)의 안쪽으로 연장되는 제2 그룹의 돌기(122B)를 포함한다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서, 제1 그룹의 돌기(122A) 또는 제2 그룹의 돌기(122B) 중 적어도 하나는 적어도 3개의 돌기(122)를 포함한다. 분광기(100)의 바람직한 다른 실시예에서는, 제1 그룹 및/또는 제2 그룹의 돌기(122A, 122B)는 2개, 또는 3개 이상의 돌기를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 돌기(122)는 분산 부재(114)가 제2 개구(108)에 대해 임의 방향으로 기울어지는 위험을 줄일 수 있다. 바람직한 일실시예에서는, 제1 그룹의 돌기(122A)가 분산 부재(114)의 반사면 및/또는 회절면 쪽으로 돌출되는 3개의 반구형 넛지(nudge)를 포함하는 접촉 스팟(contact spot)이며, 그 결과 이 면이 내부 개구(2081)에 위치하는 경우 검출기(116)와 슬릿(112)과 대향된다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서, 내부 개구(2081)와 외부 개구(2082)는 다른 직경을 가진다. 바람직한 일실시예에서는, 내부 개구(2081)와 외부 개구(2082)가 다른 형상을 가진다.

도 3에 도시된 바와 같이, 입구 슬릿(112)은 제1 개구(106)에서 하우징(102)의 내부면에 대해 각을 이루는 (즉, 제로가 아닌 각도만큼 경사진) 면을 따라 연장되는 웨지부(126)를 포함한다. 웨지부(126)는 제1 부분의 광로(LP1)와 분산 부재(114)에 대해 어떤 방향으로 입구 슬릿(112)을 고정하도록 구성된다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서, 바람직한 입구 슬릿(112)을 나타낸 도 4A에 도시된 바와 같이, 입구 슬릿(112)은 웨지부(126)에 90도로 연장되는 세로 방향의 틈(113)을 포함한다. 다른 바람직한 실시예에서, 세로 방향의 틈(113)은 웨지부(126)에 대해 어떤 다른 각도로 연장된다.

바람직한 일실시예에서, 분광기(100)는 광섬유(128)를 통해 빛이 분광기(100) 쪽으로 향하도록 구성된 광섬유(128)와 조합된다. 광섬유(128)는 입구 슬릿(112)과 광학적으로 연결되어 있다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예는, 입구 슬릿(112)의 웨지부(126)에 대해 위치하여 특정 방향으로 입구 슬릿(112)을 고정하도록 한 나사(130)를 포함한다. 입구 슬릿(112)과 그 웨지부(126)의 구성은 현미경 아래 정렬된 공지의 입구 슬릿과 달리, 조립 과정에서 필요한 추가적인 정렬 가능성을 줄여준다.

분광기(100)의 바람직한 일실시예에서, 입구 슬릿(112)은 입구 슬릿(112)의 주변에 플랜지(132)를 포함하며, 웨지부(126)는 플랜지(132)의 웨지부이다.

바람직한 일실시예에서, 분광기(100)는 광섬유(128)를 통해 빛이 분광기(100) 쪽으로 향하도록 구성된 광섬유(128)와 조합된다. 플랜지(132)는 입구 슬릿(112)과 광학적으로 연결된 광섬유(128)를 수용하는 관 부재를 포함한다. 바람직한 일실시예에서는, 상기 관 부재가 덮개(ferrule)이다.

도 4B는 입구 슬릿(112)의 바람직한 일실시예를 도시한다. 슬릿(112)의 플랜지(132)는 2개의 섬유(128)를 수용한다. 섬유(128)는 서로 인접하고 웨지부(126)에 수직인 방향으로 정렬되어 있다. 바람직한 다른 실시예에서, 세로 방향의 틈(113)은 웨지부(126)에 대해 어떤 다른 각도로 연장된다.

도 5는 분광계(500)의 바람직한 일실시예를 도시하는데, 이 분광계는 분광기(100), 광원(502); 샘플 또는 샘플 캐리어를 유지하도록 구성된 측정 영역(504); 광원(502)으로부터 측정 영역(504)까지 빛을 향하도록 구성된 제1 광학 부재(506); 측정 영역(504)으로부터 입구 슬릿(112)까지 빛을 향하도록 구성된 제2 광학 부재(508)를 포함한다. 제1 광학 부재(506)는 유리 섬유(510)와 같은 제1 광섬유를 포함한다.

바람직한 일실시예에서, 제1 광학 부재(506)는 광원(502)과 제2 광학 부재(508) 사이의 광로 일부의 빛이 상기 분광계의 다른 부품에 의해 차단되지 않고 샘플을 통과하여 전파하도록 하여 광섬유(128)에 의해 집광되도록 구성된다. 바람직한 일실시예에서, 빛은 샘플상에 또는 샘플 내에 초점이 맞춰진다. 바람직한 일실시예에서, 빛은 상기 제1 및 제2 광학 부재 사이에서 실질적으로 집광된다. 바람직한 일실시예에서, 선택적으로는 유리 섬유(510)의 끝단에서 분광 렌즈(512)(및/또는 분광 미러)와 조합하여, 유리 섬유(510)의 광학 특성은, 빔이 상기 분광계의 다른 부품에 의해 차단되지 않게 샘플을 통과하여 전파되도록 보내지고 광섬유(128)에 의해 집광되어, 샘플 상에 또는 샘플내에 초점이 맞춰지거나, 또는 실질적으로 상기 제1 및 제2 광학 부재 사이에서 확실하게 집광된다. 상기 유리 섬유와 구성된 분광계는 공지의 벤취톱(benchtop) 분광계보다 더 컴팩트하게 구축될 수 있다.

제2 광학 부재(508)는 유리 섬유(128)와 같은 제2 광섬유를 포함한다. 바람직한 일실시예에서, 제1 및 제2 광학 부재(506, 508)는 광원(502)으로부터 검출기(116)까지 광로를 따라 빛을 전송하기 위해 렌즈와 미러와 같은 광학 부재를 포함한다. 바람직한 일실시예에서는, 렌즈가 광섬유(128) 상에 집광된 빛의 초점을 맞춘다. 바람직한 실시예에서, 예컨대, 광원(502), 제1 및 제2 광학 부재(506, 508), 유리 섬유(510, 128), 필터(117)(도 5에 미도시), 및 검출기(116)를 포함하여, 광로의 모든 광학 부재는, 특정 스펙트럼 범위에 대해 최적화된다. 바람직한 일실시예에서, 검출기(116)는 프로세서와 비일시적 컴퓨터 판독 매체(non-transitory computer-readable memory)를 포함하고 디스플레이(516)에 연결되거나 추가 처리를 위한 컴퓨터를 경유하여 디스플레이(516)에 연결되는 센서 칩(514) 상에 배치된다.

이 분야의 통상의 기술자라면, 본 발명이 그 사상 또는 기본적 특징을 벗어나지 않고 다른 특정한 형태로 구현될 수 있다는 것을 인정할 것이다. 따라서 여기에 개시된 실시형태는 모든 관점에서 예시적이고 한정된 것이라고 사료된다. 본 발명의 범위는 상술한 내용보다는 첨부의 청구범위에 의해 나타나며 그 의미와 범위와 균등 내에서 오는 모든 변경들은 여기에 수용되는 것이라고 의도된다.

100: 분광기
102: 하우징
103: 하우징 커버
104: 벽
105: 커버
106: 제1 개구
108: 제2 개구
110: 제3 개구
112: 입구 슬릿
113: 세로 방향의 틈
114: 분산 부재
116: 검출기
117: 필터
118: 제1 그룹의 감광 영역
120: 제2 그룹의 감광 영역
122: 돌기
122A: 제1 그룹의 돌기
122B: 제2 그룹의 돌기
124: 윤곽
126: 웨지부
128: 광섬유/섬유
LP1: 제1 부분의 광로
LP2: 제2 부분의 광로
2081: 내부 개구
2082: 외부 개구
130: 나사
132: 플랜지
500: 분광계
502: 광원
504: 측정 영역
506: 제1 광부재
508: 제2 광부재
510: 유리 섬유
512: 분광 렌즈
514: 센서 칩
516: 디스플레이

Claims

하우징의 내부를 마주보는 내면을 가지는 벽(104)으로서, 상기 벽이 제1 개구(106), 제2 개구(108) 및 제3 개구(110)를 구비하며, 상기 벽이 제2 개구(108)의 안쪽으로 연장되는 돌기(122)를 구비하는 벽(104)를 포함하는 하우징(102); 제1 개구(106)에 위치하며 상기 하우징(102)의 내부에서 빛이 제1 부분의 광로(LP1)를 따라 향하도록 구성된 입구 슬릿(112); 제2 개구(108)에 위치하며 제1 부분의 광로(LP1)를 따라 입구 슬릿(112)으로부터 빛을 수광하고 하우징(102)의 내부에서 빛이 제2 부분의 광로(LP2)를 따라 향하도록 구성된 분산 부재(114)로서, 상기 분산 부재(114)가 제2 개구(108)로 연장되는 돌기(122)와 접촉하도록 치수화된 윤곽(124)을 가지며, 상기 분산 부재(114)의 돌기(122)와 윤곽(124)이 상보적 치수 파라미터와 상보적 공차 파라미터를 가져서 상기 분산 부재(114)가 적어도 부분적으로 제2 개구(108)에 위치하는 경우 상기 분산 부재(114)의 윤곽(124)이 모든 돌기와 접촉하고, 또한 상기 입구 슬릿(112)에 대해 상기 분산 부재(114)의 방향이 고정되는 분산 부재(114); 및 제3 개구(110)에 위치하며 제2 부분의 광로(LP2)를 따른 분산 부재(114)로부터 빛을 수광하도록 구성된 검출기(116)를 포함하는 분광기(100).
제 1 항에 있어서,
제2 개구(108)는 내부 개구(2081)와 외부 개구(2082)를 포함하고, 내부 개구(2081)는 외부 개구(2082)보다 상기 하우징의 내부쪽으로 더 가까이 위치하며, 돌기(122)는 상기 내부 개구의 안쪽으로 연장되는 제1 그룹의 돌기(122A) 및 상기 외부 개구의 안쪽으로 연장되는 제2 그룹의 돌기(122B)를 포함하는 분광기(100).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
제1 그룹의 돌기(122A) 또는 제2 그룹(122B)의 돌기 중 적어도 하나는 적어도 3개 이상을 포함하는 분광기(100).
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
내부 개구(2081) 및 외부 개구(2082)는 다른 직경을 가지는 분광기(100).
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
검출기(116)가 제1 그룹의 감광 영역(118)과 제2 그룹의 감광 영역(120)을 포함하고; 상기 광로로부터 제1 그룹의 감광 영역(118)을 분리하고, 제2 그룹의 감광 영역(120)이 상기 광로에 노출되도록 위치한 커버(105)를 더 포함하는 분광기(100).
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
검출기(116)는 전하 결합 소자 어레이 검출기(Charge-Coupled Device array detector), 선형 전하 결합 소자 검출기, 포토 다이오드 어레이 검출기, 또는 상보형 금속 산화물 반도체 검출기 중 하나인 분광기(100).
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 그룹의 감광 영역(118)은 제1 파장 범위의 빛을 검출하고 제2 그룹의 감광 영역(120)은 제2 파장 범위의 빛을 검출하며 상기 제1 및 제2 파장 범위가 다른 분광기(100).
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 그룹의 감광 영역(118)은 제1 파장 범위의 빛을 검출하고 제2 그룹의 감광 영역(120)은 제2 파장 범위의 빛을 검출하며 상기 제1 및 제2 파장 범위가 중복되지 않는 분광기(100).
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
검출기(116) 앞에 배열되는 필터(117)를 포함하고 제2 부분의 광로(LP2)를 따라 비행하는 빛이 먼저 필터(117)를 가로지른 다음 검출기(116)에 도달하는 분광기(100).
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
커버(105)는 하우징(102)의 벽과 일체인 분광기(100).
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
커버(105)는 하우징(102)의 벽과 별개인 분광기(100).
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
입구 슬릿(112)이 제1 개구(106)에서 하우징(102)의 내면에 대해 각을 이루는 면을 따라 연장되는 웨지부(126)를 포함하고; 상기 웨지부(126)가 제1 부분의 광로(LP1) 및 분산 부재(114)에 대해 일정 방향으로 입구 슬릿(112)을 고정하도록 구성되어 있는 분광기(100).
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
입구 슬릿(112)은 웨지부(126)에 90도의 각도로 연장되는 세로방향의 틈(113)을 포함하는 분광기(100).
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
광섬유(128)와 연결되어 광섬유(128)를 통해 빛이 분광기(100)로 향하도록 구성되고, 상기 광섬유가 입구 슬릿(112)과 광학적으로 연결되는 분광기(100).
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
입구 슬릿(112)의 웨지부(126)에 대해 위치하여 상기 입구 슬릿을 일정 방향으로 고정되도록 한 나사(130)를 포함하는 분광기(100).
제 15 항에 있어서,
입구 슬릿(112)은 그 입구 슬릿(112)의 주변에 플랜지(132)를 포함하며, 웨지부(126)가 상기 플랜지의 웨지부인 분광기(100).
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
광섬유(128)와 연결되어 상기 광섬유를 통해 빛이 상기 분광기로 향하도록 구성되고, 플랜지(132)가 입구 슬릿(112)과 광학적으로 연결되는 광섬유를 수용하는 관 부재를 포함하는 분광기(100).
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 분광기(100); 광원(502); 샘플 또는 샘플 캐리어를 유지하도록 구성된 측정 영역(504); 광원(502)으로부터 측정 영역(504)까지 빛이 향하도록 구성된 제1 광부재(506); 및 측정 영역(504)으로부터 분광기(100)의 입구 슬릿(112)까지 빛이 향하도록 구성된 제2 광부재(508)를 포함하는 분광계(500).