KR20180056277A - 분광기 및 분광기 모듈 - Google Patents

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KR20180056277A
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Abstract

분광기 및 분광기 모듈이 개시된다. 일 양상에 따른 분광기는, 전기적 자극에 따라 통과 파장이 가변되는 액정층(liquid crystal layer)을 포함하는 액정 필터와, 상기 액정 필터를 통해 필터링된 광을 검출하는 광 검출부를 포함할 수 있다.

Description

분광기 및 분광기 모듈{Spectrometer and spectrometer module}
분광기 및 분광기 모듈과 관련된다.
비칩습 혈당 측정을 위한 방법으로 현재 가장 논의되는 방법은 광학을 이용한 방법이다. 광학 이용 비침습 혈당 측정 방법에서 가장 가능성 있는 방법은 두 가지가 있는데, 하나는 근적외선(NIR) 흡수 스펙트럼 분석법이고, 다른 하나는 라만(Raman) 분석법이다. 근적외선 흡수 스펙트럼 분석법은 피부에 광대역(broadband) 근적외선 조사 후, 피부 밖으로 확산 반사(diffused reflection)를 통해 다시 방출되는 빛을 분석하여 피부내 혈당 분자가 흡수한 광량을 계산하여 혈당을 예측하는 방법이다. 라만 분석법은 피부에 레이저 조사 후 피부로부터 방출된 광의 파장 분석을 통해 라만 쉬프트(Raman shift)를 얻어내어 혈당을 분석하는 방법이다.
한편, 광의 스펙트럼을 분석하기 위하여 그레이팅(bulky grating)이나 마이컬슨 간섭계가 필요하다. 따라서, 분광기 내부에는 상당한 공간이 필요하며 이로 인해 초소형 비침습 혈당 센서를 제작하는 데는 많은 제약이 따르게 된다.
분광기 및 분광기 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양상에 따른 분광기는, 전기적 자극에 따라 통과 파장이 가변되는 액정층(liquid crystal layer)을 포함하는 액정 필터와, 상기 액정 필터를 통해 필터링된 광을 검출하는 광 검출부를 포함할 수 있다.
상기 액정 필터는, 제1 유전체 미러 및 제2 유전체 미러를 포함하고, 상기 액정층은, 상기 제1 유전체 미러 및 상기 제2 유전체 미러 사이에 위치할 수 있다.
상기 제1 유전체 미러 및 상기 제2 유전체 미러는, 서로 다른 굴절률을 가지는 2개의 무기층이 번갈아 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 액정 필터는, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극은, 상기 제1 유전체 미러와 액정층 사이에 배치되고, 상기 제2 전극은, 상기 액정층과 상기 제2 유전체 미러 사이에 배치될 수 있다.
분광기는, 다양한 파장의 광 강도를 측정할 수 있도록 상기 액정층에 전기적 자극을 가하는 스펙트럼 스케너를 더 포함할 수 있다.
분광기는, 상기 측정된 다양한 파장의 광 강도를 기반으로 스펙트럼을 생성하는 스펙트럼 생성부를 더 포함할 수 있다.
다른 양상에 따른 분광기는, 전기적 자극에 따라 통과 파장이 가변되는 액정층(liquid crystal layer)을 포함하는 복수의 액정 필터와, 상기 액정 필터를 통해 필터링된 광을 검출하는 광 검출부를 포함할 수 있다.
복수의 액정 필터 각각은, 서로 다른 두께의 액정 필터를 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 따른 분광기 모듈은, 대상체에 광을 조사하는 광원과, 상기 대상체로부터 상기 조사된 광에 의한 산란광을 수신하여 스펙트럼을 측정하는 분광기와, 상기 측정된 스펙트럼으로부터 상기 대상체의 물성을 분석하는 프로세서를 포함하고, 상기 분광기는, 전기적 자극에 따라 통과 파장이 가변되는 액정층(liquid crystal layer)을 포함하는 액정 필터와, 상기 대역 통과 필터를 통해 필터링된 광을 검출하는 광 검출부를 포함할 수 있다.
상기 액정 필터는, 제1 유전체 미러 및 제2 유전체 미러를 포함하고, 상기 액정층은, 상기 제1 유전체 미러 및 상기 제2 유전체 미러 사이에 위치할 수 있다.
상기 제1 유전체 미러 및 상기 제2 유전체 미러는, 서로 다른 굴절률을 가지는 2개의 무기층이 번갈아 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 액정 필터는, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극은, 상기 제1 유전체 미러와 액정층 사이에 배치되고, 상기 제2 전극은, 상기 액정층과 상기 제2 유전체 미러 사이에 배치될 수 있다.
상기 프로세서는, 근적외선 흡수 스펙트럼 분석법 또는 라만 분석법에 의해 상기 대상체의 물성을 분석할 수 있다.
액정을 이용하여 통과 파장을 변경함으로써 초소형 분광기를 구현할 수 있다.
도 1은 분광기의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 액정 필터의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 전기적 자극에 따라 통과 파장이 변경되는 예를 도시한 도면이다.
도 4은 전기적 자극에 따라 통과 파장이 변경되는 다른 예를 도시한 도면이다.
도 5는 분광기의 다른 실시예를 도시한 블록도이고, 도 6은 도 5의 분광기의 구현 예를 도시한 도면이다.
도 7은 분광기의 또 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 8은 분광 모듈의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 9는 도 8의 분광기 모듈(800)의 광학적 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 도 8의 분광기 모듈(800)의 광학적 배치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
한편, 각 단계들에 있어, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 수행될 수 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 분광기의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 분광기(100)는 액정 필터(110) 및 광 검출부(120)를 포함할 수 있다.
액정 필터(110)는 전기적 자극에 따라 통과 파장이 가변될 수 있다. 예를 들어, 액정 필터(110)는 액정 분자들의 배열에 따라 인가되는 전압이 증가하면 통과 파장이 커지거나, 인가되는 전압이 증가하면 통과 파장이 작아질 수 있다. 이를 위해, 액정 필터(110)는 전기적 자극에 따라 통과 파장이 가변되는 액정층(liquid crystal layer)(111)를 포함할 수 있다.
여기서, 액정층(111)은 다수의 액정 분자들을 포함할 수 있다. 액정층(111)에 인가되는 전압의 변화에 따라 액정 분자들은 꼬이거나 풀릴 수 있으며, 이에 따라 액정층(111)의 실효 굴절률(effective index)이 변경되고, 그 결과 액정층(111)의 통과 파장이 변경될 수 있다.
광 검출부(120)는 액정 필터(110)를 통해 필터링된 광을 검출하여 전기적 신호로 변환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광 검출부(120)는 포토 다이오드(photo diode), CCD (Charge Coupled Device) 또는 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 등과 같은 하나의 소자로 구현될 수도 있고, 이러한 소자들이 모여 어레이 형태로 구현될 수도 있다.
도 2는 액정 필터의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 2의 액정 필터(200)는 도 1의 액정 필터(110)의 일 실시예일 수 있다.
도 2를 참조하면, 액정 필터(200)는 제1 유전체 미러(210), 제2 유전체 미러(220), 액정층(230), 제1 전극(240) 및 제2 전극(250)을 포함할 수 있다.
제1 유전체 미러(210)는 제1 무기층(211) 및 제2 무기층(212)이 번갈아 적층된 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 제1 유전체 미러(210)는 제1 무기층(211) 및 제2 무기층(212)이 적어도 1회 이상씩 적층될 수 있다. 도 2의 경우, 제1 유전체 미러(210)는 제1 무기층(211), 제2 무기층(212), 제1 무기층(211), 제2 무기층(212) 및 제1 무기층(211)의 순으로 적층된 5층 구조를 가진다.
일 실시예에 따르면, 제1 무기층(211) 및 제2 무기층(212)은 각각 상이한 굴절률을 가지는 다른 물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 제1 무기층(211)이 제2 무기층(212)에 비하여 굴절률이 작을 수도 있고, 이와 반대로 제1 무기층(211)이 제2 무기층(212)에 비해 굴절률이 클 수도 있다. 예컨대, 제1 무기층(211)은 SiN, 또는 TiO2으로 이루어 질 수 있고, 제2 무기층(212)은 SiO2로 이루어 질 수 있다.
제2 유전체 미러(220)는 제1 유전체 미러(210)와 유사하게 제3 무기층(221) 및 제4 무기층(222)이 번갈아 적층된 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 제2 유전체 미러(220)는 제3 무기층(221) 및 제4 무기층(222)이 적어도 1회 이상씩 적층될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제3 무기층(221) 및 제4 무기층(222)은 각각 상이한 굴절률을 가지는 다른 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제3 무기층(221)은 SiN, 또는 TiO2으로 이루어 질 수 있고, 제4 무기층(222)은 SiO2로 이루어 질 수 있다.
한편, 도 2의 경우 제1 유전체 미러(210) 및 제2 유전체 미러(220)가 모두 5층 구조로서 동일한 두께를 가지는 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 실시예에 불과하다. 즉. 제1 유전체 미러(210)와 제2 유전체 미러(220)는 서로 다른 층을 가질 수 있다. 또한, 제1 유전체 미러(210)와 제2 유전체 미러(220)는 각 층별로 그 층을 이루는 두께가 다를 수 있고, 그 결과 제1 유전체 미러(210)와 제2 유전체 미러(220)의 두께 역시 다를 수 있다.
제1 유전체 미러(210) 및 제2 유전체 미러(220)가 굴절률이 상이한 2개의 층이 반복 적층된 구조를 가짐으로써, 제1 유전체 미러(210) 또는 제2 유전체 미러(220)로 입사되는 광이 상이한 굴절률을 가진 반복 적층된 구조를 상이한 굴절률로 통과하면서 누적되며, 누적된 광이 한번에 발산될 수 있다. 따라서, 전체 발산되는 광량이 증폭될 수 있어 액정 필터(200)의 광의 광 효율이 향상될 수 있다.
제1 전극(240)은 제1 유전체 미러(210)와 액정층(230) 사이에, 제2 전극(250)은 액정층(230)과 제2 유전체 미러(220) 사이에 각각 배치될 수 있다. 제1 전극(240) 및 제2 전극(250)은 광의 진행에 영향을 미치지 않도록 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 구현될 수 있다.
액정층(230)은 제1 유전체 미러(210) 및 제2 유전체 미러(220) 사이에 배치되며, 전기적 자극 즉, 제1 전극(240) 및 제2 전극(250)을 통해 인가된 전압에 따라 통과 파장이 가변될 수 있다. 액정층(230)은 다수의 액정 분자들(231)을 포함할 수 있다. 액정층(230)에 인가되는 전압의 변화에 따라 액정 분자들(231)은 꼬이거나 풀릴 수 있으며, 이에 따라 액정층(230)의 실효 굴절률(effective index)이 변경되고, 그 결과 액정층(230)의 통과 파장은 변경될 수 있다.
한편, 입력광(incoming light)이 액정 필터(200)를 통해 필터링되는 과정은 다음과 같다.
입력광(incoming light)은 제1 유전체 미러(210)에 의해 광량이 증폭된다. 광량이 증폭된 입력광 중에서 전극(240, 250)을 통해 인가된 전압의 크기에 따라 결정된 통과 파장의 광만이 액정층(230)을 통과한다. 액정층(230)을 통과한 특정 파장의 광은 제2 유전체 미러(220)를 통하여 광량이 증폭되어 필터링된 광(filtered light)으로 출력된다.
도 3은 전기적 자극에 따라 통과 파장이 변경되는 예를 도시한 도면이다.
도 3은, 제1 유전체 미러 및 제2 유전체 미러가 SiN와 SiO2로 각각 이루어진 2개의 층이 반복 적층된 6층 구조를 가지며, 액정층의 두께가 500nm이고 액정 필터의 두께가 4.2μm인 경우에 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도에 따라 액정 필터(200)에 의해 필터링된 광의 파장별 세기를 도시한다. 자세하게는, 참조번호 310은 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도가 0ㅀ인 경우 필터링된 광의 파장별 세기를 나타내고, 참조번호 320은 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도가 30ㅀ인 경우 필터링된 광의 파장별 세기를 나타내고, 참조번호 330은 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도가 45ㅀ인 경우 필터링된 광의 파장별 세기를 나타내고, 참조번호 340은 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도가 60ㅀ인 경우 필터링된 광의 파장별 세기를 나타내고, 참조번호 350은 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도가 90ㅀ인 경우 필터링된 광의 파장별 세기를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도에 따라 약 840nm ~ 약 890nm의 파장 범위(range)에서 통과 파장이 변화함을 알 수 있다. 즉, 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도가 증가함에 따라 약 840nm ~ 약 890nm의 파장 범위(range)에서 액정 필터(200)에 의해 필터링되는 광의 파장도 증가함을 알 수 있다.
한편, 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도는 액정층(230)에 인가되는 전압의 크기에 따라 조절될 수 있다.
도 4은 전기적 자극에 따라 통과 파장이 변경되는 다른 예를 도시한 도면이다.
도 4는, 제1 유전체 미러 및 제2 유전체 미러가 SiN와 SiO2로 각각 이루어진 2개의 층이 반복 적층된 6층 구조를 가지며, 액정층의 두께가 500nm이고 액정 필터의 두께가 4.0μm인 경우에 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도에 따라 액정 필터(200)에 의해 필터링된 광의 파장별 세기를 도시한다. 자세하게는, 참조번호 410은 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도가 0ㅀ인 경우 필터링된 광의 파장별 세기를 나타내고, 참조번호 420은 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도가 30ㅀ인 경우 필터링된 광의 파장별 세기를 나타내고, 참조번호 430은 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도가 45ㅀ인 경우 필터링된 광의 파장별 세기를 나타내고, 참조번호 440은 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도가 60ㅀ인 경우 필터링된 광의 파장별 세기를 나타내고, 참조번호 450은 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도가 90ㅀ인 경우 필터링된 광의 파장별 세기를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 광의 진행 방향과 액정 분자의 방향자가 이루는 각도에 따라 약 800nm ~ 약 850nm의 파장 범위(range)에서 통과 파장이 변화함을 알 수 있다. 즉, 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도가 증가함에 따라 약 800nm ~ 약 850nm의 파장 범위(range)에서 액정 필터(200)에 의해 필터링되는 광의 파장도 증가함을 알 수 있다.
한편, 광의 진행 방향과 액정 분자(231)의 방향자가 이루는 각도는 액정층(230)에 인가되는 전압의 크기에 따라 조절될 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4를 비교하면, 액정 필터의 두께를 변경함으로써 통과 파장의 범위를 변경할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 도 4의 경우는 도 3의 경우보다 더 낮은 파장 범위(range)에서 통과 파장이 변화함을 알 수 있다.
도 5는 분광기의 다른 실시예를 도시한 블록도이고, 도 6은 도 5의 분광기의 구현 예를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 분광기(500)는 복수의 액정 필터(510) 및 광 검출부(520)를 포함할 수 있다.
복수의 액정 필터(510)는 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이, 액정 필터(510)의 두께에 따라 통과 파장의 범위(range)가 변화할 수 있다. 따라서, 분광기(500)는 서로 다른 두께를 가지는 복수의 액정 필터(510)를 포함함으로써 하나의 액정 필터(510)를 포함하는 경우에 비하여 스펙트럼의 넓은 범위(wide range)를 커버할 수 있다.
한편, 각 액정 필터(510) 및 광 검출부(520)는 도 1 및 도 2를 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5 및 도 6은 액정 필터(510)가 4개인 경우를 도시하나, 이는 일 실시예에 불과하다. 즉, 분광기(500)는 시스템의 성능 및 용도에 따라 다양한 개수의 액정 필터(510)를 포함할 수 있다.
도 7은 분광기의 또 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 분광기(700)는 액정층(711)을 포함하는 액정 필터(710), 광 검출부(720), 스펙트럼 스케너(730) 및 스펙트럼 생성부(740)를 포함할 수 있다. 여기서, 액정 필터(710) 및 광 검출부(720)는 도 1을 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
스펙트럼 스케너(730)는 다양한 파장의 광을 검출하여 다양한 파장의 광 강도를 측정할 수 있도록 액정층(711)에 전기적 자극을 가할 수 있다. 액정 필터(710)의 통과 파장 즉, 액정층(711)의 통과 파장은 전기적 자극에 따라 변하므로, 스펙트럼 스케너(730)는 액정층(711)에 걸리는 전압을 조절함으로써 액정 필터(710)의 통과 파장을 조절할 수 있다.
스펙트럼 생성부(740)는 광 검출부(720)에서 검출된 광을 기반으로 각 파장 별 광 강도를 측정하고, 측정된 광 강도를 스펙트럼 데이터로 변환하여 스펙트럼을 생성할 수 있다.
도 8은 분광 모듈의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 8을 참조하면, 분광 모듈(800)은 광원부(810), 분광기(820) 및 프로세서(830)를 포함할 수 있다.
광원부(810)은 대상체(OBJ)에 광(LE)을 조사할 수 있다. 이를 위해, 광원부(810)는 광원 및 광원으로부터 조사된 광이 대상체(OBJ)의 필요한 위치를 향하도록 하는 적어도 하나의 광학요소를 포함할 수 있다. 광원은 대상체(OBJ)로부터 분석하고자 하는 성질에 따라 이에 적합한 파장 대역의 광을 조사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광원은 근적외선 대역의 광 예를 들어, 약 800 nm ~ 2500 nm 파장 대역의 근적외선 광을 조사할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광원은 발광 소자나 레이저 광원으로 구현될 수 있다.
분광기(820)는 대상체(OBJ)로부터 조사된 광에 의한 산란광을 수신하여 스펙트럼을 측정할 수 있다. 예컨대, 분광기(820)는 도1 내지 도 7을 참조하여 전술한 분광기일 수 있다.
프로세서(830)는 분광기(820)에서 측정된 스펙트럼을 기반으로 대상체(OBJ)의 물성을 분석할 수 있다. 예컨대, 프로세서(830)는 근적외선 흡수 스펙트럼 분석법이나 라만 분석법을 이용하여 대상체(OBJ)의 물성을 분석할 수 있다.
근적외선 흡수 스펙트럼 분석법은 대상체(OBJ)에 광대역(broadband) 근적외선을 조사한 후, 피부 밖으로 확산 반사(diffused reflection)을 통해 다시 방출되는 광을 분석하여 피부내 혈당 분자가 흡수한 광량을 계산하여 혈당을 예측하는 방법이다. 라만 분석법은 대상체(OBJ)에 레이저를 조사한 후, 대상체(OBJ)로부터 방출된 광의 파장 분석을 통한 라만 쉬프트(Raman shift)를 얻어내어 혈당을 분석하는 방법이다. 라만 분석법은 대상체(OBJ)내에 입사된 광이 대상체(OBJ) 내의 원자 또는 분자와 충돌하여 여러 방향으로 흩어지는 산란(scattering), 특히 비탄성 산란(inelastic scattering)을 이용한다. 이러한 산란은 원자 또는 분자의 표면에서 단순히 반사되는 것이 아닌, 원자 또는 분자에 흡수되었다가 방출되는 산란으로, 산란광은 입사광의 파장 보다 긴 파장을 갖게 된다. 이러한 파장 차이는 대략 200nm 이하일 수 있다. 이러한 산란광의 스펙트럼을 분석함으로써 대상체(OBJ) 내의 분자의 진동, 분자의 구조 등 다양한 물성을 알아낼 수 있다.
분광기(820)와 프로세서(830)는 유선 또는 무선으로 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 분광기 모듈(800)은 분광기(820)와 프로세서(830)가 유선 연결된 소형 휴대용 기기로 구현될 수 있다. 또는, 프로세서(830)가 모바일 단말에 탑재되어 분광기(820)와 무선 통신하도록 구성될 수도 있다.
도 9는 도 8의 분광기 모듈(800)의 광학적 배치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 분광기 모듈(800)은 반사형으로, 분광기(820)가 대상체(OBJ)로부터 반사된 산란광(LS)를 검출하도록 광학계가 구성될 수 있다. 도시된 예에서, 분광기 모듈(800)은 대상체(OBJ)로부터 산란광(LS)을 분광기(820)로 모으는 집광 수단(815)을 더 포함하고 있으나, 집광 수단(815)은 실시예에 따라 생략될 수 있다.
광원부(810)는 광원(811), 광경로 변환기(812) 및 조리개(813) 등을 포함할 수 있다. 광경로 변환기(812)는 프리즘 형태로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이며, 빔분할기나 평판 미러의 형태를 가질 수도 있다. 광경로 변환기(812)는 광원(811)의 배치 위치에 따라 생략될 수도 있다.
광원(811)에서 조사된 광(LE)은 대상체(OBJ) 내의 분자 구조와 충돌하며 분자 구조에 흡수되었다가 재방출되어, 파장 변환된 산란광(LS)의 형태로 대상체(OBJ)로부터 나오게 된다. 산란광(LS) 즉, 생체 광신호는 대상체(OBJ) 내의 분자 상태에 따라 파장 변환된 정도가 다른 다양한 스펙트럼을 포함하게 된다. 분광기 모듈(800)은 대상체(OBJ)로 광(LE)이 입사된 경로와 같은 경로를 따라 나오는 산란광(LS)이 분광기(820)로 입사되는 광학계 구조를 채용하고 있으며, 필요시 산란광(LS)을 분광기(820) 쪽으로 분기하는 추가적인 광학 소자를 더 포함할 수도 있다.
도 10은 도 8의 분광기 모듈(800)의 광학적 배치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 분광기 모듈(800)은 통과형으로, 분광기(820)가 대상체(OBJ)를 통과한 산란광(LS)를 검출하도록 광학계가 구성될 수 있다. 도시된 예에서, 분광기 모듈(800)은 대상체(OBJ)로부터 산란광(LS)을 분광기(820)로 모으는 집광 수단(815)을 더 포함하고 있으나, 집광 수단(815)은 실시예에 따라 생략될 수 있다.
광원부(810)는 광원(811), 광경로 변환기(812) 및 조리개(813) 등을 포함할 수 있다. 광경로 변환기(812)는 프리즘 형태로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이며, 빔분할기나 평판 미러의 형태를 가질 수도 있다. 광경로 변환기(812)는 광원(811)의 배치 위치에 따라 생략될 수도 있다.
광원(811)에서 조사된 광(LE)은 대상체(OBJ) 내의 분자 구조와 충돌하며 분자 구조에 흡수되었다가 재방출되어, 파장 변환된 산란광(LS)의 형태로 대상체(OBJ)로부터 나오게 된다. 산란광(LS) 즉, 생체 광신호는 대상체(OBJ) 내의 분자 상태에 따라 파장 변환된 정도가 다른 다양한 스펙트럼을 포함하게 된다. 분광기 모듈(800)은 대상체(OBJ)를 통과하여 나온 산란광(LS)이 분광기(820)로 입사되는 광학계 구조를 채용하고 있다.
본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100, 500, 700, 820: 분광기
110, 510, 710: 액정 필터
111, 511, 711: 액정층
120, 520, 720: 광 검출부
730: 스펙트럼 스케너
740: 스펙트럼 생성부
800: 분광기 모듈
810: 광원부
830: 프로세서

Claims (13)

  1. 전기적 자극에 따라 통과 파장이 가변되는 액정층(liquid crystal layer)을 포함하는 액정 필터; 및
    상기 액정 필터를 통해 필터링된 광을 검출하는 광 검출부; 를 포함하는,
    분광기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액정 필터는,
    제1 유전체 미러 및 제2 유전체 미러를 포함하고,
    상기 액정층은,
    상기 제1 유전체 미러 및 상기 제2 유전체 미러 사이에 위치하는,
    분광기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유전체 미러 및 상기 제2 유전체 미러는,
    서로 다른 굴절률을 가지는 2개의 무기층이 번갈아 적층된 구조를 가지는,
    분광기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 액정 필터는,
    제1 전극 및 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극은,
    상기 제1 유전체 미러와 액정층 사이에 배치되고,
    상기 제2 전극은,
    상기 액정층과 상기 제2 유전체 미러 사이에 배치되는,
    분광기.
  5. 제1항에 있어서,
    다양한 파장의 광 강도를 측정할 수 있도록 상기 액정층에 전기적 자극을 가하는 스펙트럼 스케너; 를 더 포함하는.
    분광기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 측정된 다양한 파장의 광 강도를 기반으로 스펙트럼을 생성하는 스펙트럼 생성부; 를 더 포함하는,
    분광기.
  7. 전기적 자극에 따라 통과 파장이 가변되는 액정층(liquid crystal layer)을 포함하는 복수의 액정 필터; 및
    상기 액정 필터를 통해 필터링된 광을 검출하는 광 검출부; 를 포함하는,
    분광기.
  8. 제7항에 있어서,
    복수의 액정 필터 각각은,
    서로 다른 두께의 액정 필터를 포함하는,
    분광기.
  9. 대상체에 광을 조사하는 광원; 및
    상기 대상체로부터 상기 조사된 광에 의한 산란광을 수신하여 스펙트럼을 측정하는 분광기; 및
    상기 측정된 스펙트럼으로부터 상기 대상체의 물성을 분석하는 프로세서; 를 포함하고,
    상기 분광기는,
    전기적 자극에 따라 통과 파장이 가변되는 액정층(liquid crystal layer)을 포함하는 액정 필터; 및
    상기 대역 통과 필터를 통해 필터링된 광을 검출하는 광 검출부; 를 포함하는,
    분광기 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 액정 필터는,
    제1 유전체 미러 및 제2 유전체 미러를 포함하고,
    상기 액정층은,
    상기 제1 유전체 미러 및 상기 제2 유전체 미러 사이에 위치하는,
    분광기 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 유전체 미러 및 상기 제2 유전체 미러는,
    서로 다른 굴절률을 가지는 2개의 무기층이 번갈아 적층된 구조를 가지는,
    분광기 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 액정 필터는,
    제1 전극 및 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극은,
    상기 제1 유전체 미러와 액정층 사이에 배치되고,
    상기 제2 전극은,
    상기 액정층과 상기 제2 유전체 미러 사이에 배치되는,
    분광기 모듈.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    근적외선 흡수 스펙트럼 분석법 또는 라만 분석법에 의해 상기 대상체의 물성을 분석하는,
    분광기 모듈.
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