KR20220014876A - 적어도 하나의 샘플에 대한 광학 분석을 위한 분광계 장치 - Google Patents
적어도 하나의 샘플에 대한 광학 분석을 위한 분광계 장치 Download PDFInfo
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Abstract
적어도 하나의 샘플(112)의 광학 분석을 위한 분광계 장치(110)가 개시된다. 분광계 장치(110)는 적어도 하나의 입구 윈도우(118)를 갖는 적어도 하나의 하우징(116); 입사 광(123)을 구성 파장의 스펙트럼으로 분리하도록 구성된 적어도 하나의 파장 선택 요소(120) ― 상기 파장 선택 요소(120)는 하우징(116) 내에 배치됨 ―; 구성 파장의 적어도 일부를 검출하도록 구성된 적어도 하나의 검출기 장치(122) ― 상기 검출기 장치(122)는 하우징(116) 내에 배치됨 ―; 및 - 분광계 장치(110)와 샘플(112)의 접촉을 검출하기 위한 적어도 하나의 접촉 센서 장치(126) ― 상기 접촉 센서 장치(126)는 적어도 하나의 광 접촉 센서 장치(128)를 포함하고, 상기 광 접촉 센서 장치(128)는 입구 윈도우(118)와 샘플(112)의 접촉을 검출하도록 구성되고, 상기 광 접촉 센서 장치(128)는 적어도 하나의 광 방출기 장치(130) 및 적어도 하나의 광 검출기 장치(134)를 포함하고, 적어도 하나의 광 신호는 광 방출기 장치(130)로부터 광 검출기 장치(134)로 전송되고, 상기 광 접촉 센서 장치(128)는 광 신호의 전송에 대한 샘플(112)의 존재의 영향을 검출하도록 구성됨 ―를 포함한다.
Description
본 발명은 분광계 장치, 적어도 하나의 샘플을 광학적으로 분석하는 방법, 분광계 장치의 용도 및 분광계 장치에 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다. 이러한 장치 및 방법은 일반적으로, 특히 적외선(IR) 스펙트럼 영역, 특히 근적외선(NIR) 및 중적외선(MidIR) 스펙트럼 영역에서, 예를 들어 조사 또는 모니터링 목적으로 사용될 수 있다. 그러나, 더 많은 종류의 응용이 가능하다.
적외선(IR) 스펙트럼 영역, 특히 근적외선(NIR) 스펙트럼 영역에서 조사를 위한 다양한 분광계 장치 및 시스템이 공지되어 있다. 분광계 장치 및 시스템은 일반적으로 입사 광을 구성 파장의 스펙트럼으로 분리하기 위한 하나 이상의 파장 선택 요소와, 하나 이상의 프리즘, 격자, 필터 등과 같은 구성 파장을 검출하기 위한 하나 이상의 검출기 장치를 포함한다. 특히, 선형 가변 필터(linearly variable filter: LVF)와 검출기 어레이의 조합을 포함하는 분광계 장치는 이미 제안되었다. 여기서, LVF는 샘플이라고도 하는 물체에서 캡처된 광을 구성 파장 신호의 스펙트럼으로 분리하기 위해 설계되며, 검출기 어레이는 복수의 픽셀을 포함하며, 복수의 픽셀 각각은 각각의 구성 파장에 대한 전력 판독을 제공하는 복수의 구성 파장 신호의 적어도 일부를 수신하도록 배치된다. 전형적으로, 입사 광이 LVF의 수신 표면에 수직인 방식으로 LVF에 충돌할 수 있도록 하기 위해, 이 목적을 위해 배플이 사용되지만 일반적으로 낮은 광 처리량 및 불량한 신호 대 잡음비를 초래한다.
미국 특허 공개 제 US 2018/231415 A1 호에는, 밀폐형 벤치탑 분석 장치 뿐만 아니라 시스템 프로세스 및 이와 관련된 기술이 설명되어 있다. 벤치탑 분석 장치는 프로브와 샘플을 둘러싸는 인클로저를 포함할 수 있다. 컴플라이언스 구성요소는 폐쇄되는 인클로저의 덮개를 기반으로 하는 작동 가능한 구성에 있는 인클로저에 관한 컴플라이언스 규칙과 같은 하나 이상의 컴플라이언스 규칙의 만족을 결정할 수 있다. 준수 규칙(들)이 충족되는 것으로 결정되면, 컴플라이언스 구성요소는 프로브를 통해 샘플을 조사하기 위해 광학 에너지의 방출을 가능하게 할 수 있다.
또한, 유럽 특허 공개 제 EP 1 063 501 A1 호는 시작 위치와 측정 위치 사이에서 이동 가능 및/또는 압축 가능 및 연장 가능한 전방 유닛으로서, 상기 전방 유닛은 시작 위치로 되도록 바이어스되는, 상기 전방 유닛과, 고정된 후방 유닛과, 상기 전방 유닛이 상기 측정 위치에 있는지 여부를 나타내는 센서를 포함하는 광학 측정 장치, 특히 분광계 장치용 측정 헤드에 대해 개시하고 있으며, 여기서 상기 전방 유닛은 상기 전방 유닛에 대해 샘플을 위치설정하기 위한 적어도 3개의 캐리어 지점을 더 포함하고, 여기서 상기 최소 3개의 캐리어 지점에는 각각 상기 샘플이 각 캐리어 지점과 접촉하고 있는지 여부를 나타내는 센서가 제공된다.
현장의 응용을 위해, 휴대용 분광계 장치가 개발되었다. 따라서, 다양한 예 중 하나로서, 미국 특허 공개 제 US 2014/131578 A1 호는 샘플을 지향하기 위한 조명원 뿐만 아니라, 제 1 초점 비율에서 샘플과 상호작용하는 광을 포착하고 그리고 LVF에 대한 제 1 초점 비율보다 낮은 제 2 초점 비율에서 광을 전달하기 위한 테이퍼형 광 파이프(tapered light pipe: TLP)를 포함하는 휴대용 분광계 장치를 개시한다. 또한, 국제 공개 팜플렛 제 WO 97/08537 A1 호는 샘플 재료의 식별을 위한 샘플의 적외선 반사율 측정을 위한 휴대용 장치가 휴대용 하우징에 내장된 자급식 휴대용 유닛임을 개시한다. 본 발명의 맥락에서 또는 사용될 수 있는 추가의 휴대용 분광계 및 분광계 원리에 대해서는, Richard A. Crocombe, "2018년 이후의 휴대용 분광계: MOEMS, 포토닉스, 스마트폰" Proc. SPIE 10545, MOEMS 및 소형 시스템 XVII, 105450C(2018년 2월 22일); doi: 10.1117/12.2286492를 참조한다.
또한, 미국 특허 공개 제 US 2004/147984 A1 호는, 상당한 시간 기간동안 치료 영역 위에 유지될 수 있거나 또는 각 치료 동안의 여러번 치료 영역 위로 이동할 수 있는 적절한 헤드에 적어도 하나의 저 전력 광 방사선 소스를 사용하는 장치를 개시한다. 휴대용 발광 도포기(hand held light emitting applicator: LEA) 또는 발광 피부 도포기(light emitting skin applicator: LESA)인 장치는 방사선이 피부에 적용될 때 환자의 피부 표면 위로 이동되도록 구성된 브러시 또는 롤러의 형태일 수 있다. LEA 또는 LESA의 피부 접촉 표면에는 피부를 마사지하고 방사선을 전달할 수 있는 돌기 또는 강모와 같은 돌출부가 있을 수 있다. 또한, 피부 접촉 장치에 결합되도록 구성된 개조형 하우징을 포함하는 치료 영역에 광학 방사선을 전달하는 장치가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제 JP S60-241260 A 호에서는 접촉 상태가 항상 높은 정확도로 검출되는 소형 접촉 센서가 개시되어 있다. 진동기에는 한쌍의 압전 소자가 제공되며, 하나의 압전 소자는 진동될 진동기에 사용되며, 다른 하나의 압전 소자에서 진동으로 인해 발생하는 힘을 검출하는 검출 수단이 제공된다. 샘플이 진동기와 접촉하고 진동기의 진동이 제한되면, 샘플의 접촉 상태가 검출 수단으로 검출된다.
또한, 국제 공개 팜플렛 제 WO 01/48684 A2 호로 공개된 유럽 특허 공개 제 EP 1 240 617 A2 A1 호는 굴곡파 진동을 사용하여 접촉 감지 장치의 접촉에 관한 정보를 계산하는 방법 및 장치를 개시하고 있다. 이 방법은 굽힘파를 지지할 수 있는 접촉 감도 장치에 부재를 제공하는 단계와, 측정된 굽힘파 신호를 결정하기 위해 부재에서 굽힘파 전파를 측정하기 위해 부재에 부착된 수단을 제공하는 단계와, 측정된 굽힘파 신호를 처리하여 접촉과 관련된 정보를 계산하는 단계를 포함한다.
그러나, 특히 현장에서 휴대용 분광계 장치를 적용하면 측정 정확도와 관련하여 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 많은 경우에 반사 모드에서 작동하는 분광계는 샘플에 대해 잘 정의된 접촉 상태에 있어야 한다. 전형적으로, 분광계 장치의 입구 윈도우나 기계적 스페이서가 샘플에 터치한다. 예를 들어, 분석할 오일에 입구 윈도우를 담그거나 또는 분석할 나무 조각의 표면을 터치하기 위해 기계적 스페이서가 필요할 수 있다. 분광계 장치가 샘플에 대한 충분하지 않거나 불충분하게 규정된 접촉을 갖는 경우, 샘플의 광 감쇠가 잘못 추정될 수 있다.
따라서, 공지된 분광계 장치의 전술한 문제점 및 단점을 해결하는 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 특히, 열악한 환경 조건에서도 현장에서 재현성 높은 분광계 측정을 가능하게 하는 장치 및 방법을 제안해야 한다.
이 문제는 독립항의 특징과 함께 분광계 장치, 적어도 하나의 샘플을 광학적으로 분석하는 방법, 분광계 장치의 용도 및 분광계 장치에 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램에 의해 해결된다. 분리된 방식으로 또는 임의의 조합으로 실현될 수 있는 유리한 실시예는 종속항에 나열되어 있다.
하기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "갖다", "포함하다" 또는 "구비하다" 또는 이들의 임의의 문법적 어미변화는 비배타적인 방식으로 사용된다. 따라서, 이들 용어는, 이들 용어에 의해 도입된 특징 이외에, 이러한 문맥에서 설명된 엔티티(entity)에 다른 특징이 존재하지 않는 상황과, 하나 이상의 다른 특징이 존재하는 상황 모두를 지칭할 수 있다. 일 예로서, 표현 "A가 B를 갖는다", "A가 B를 포함한다" 및 "A가 B를 구비한다"는 B 이외에 다른 요소가 A에 존재하지 않는 상황(즉, A가 단독으로 또는 배타적으로 B로 구성되는 상황)과, B 이외에 하나 이상의 다른 요소, 예컨대 요소 C, 요소 C 및 D, 또는 또 다른 요소가 엔티티 A에 존재하는 상황을 모두 지칭할 수 있다.
또한, 특징 또는 요소가 한번 또는 한번 초과로 존재할 수 있음을 나타내는 용어 "적어도 하나", "하나 이상" 또는 유사한 표현은 전형적으로 각각의 특징 또는 요소를 도입할 때 한번만 사용된다는 것에 주목해야 된다. 하기에서는, 대부분의 경우에, 각각의 특징 또는 요소를 언급할 때, 각각의 특징 또는 요소가 한번 또는 한번 초과로 존재할 수 있다는 사실에도 불구하고, 표현 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"은 반복되지 않을 것이다.
또한, 하기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "바람직하게", "보다 바람직하게", "특히", "보다 특별하게", "구체적으로", "보다 구체적으로" 또는 유사한 용어는 대체가능성을 제한하지 않고, 선택적인 특징과 함께 사용된다. 따라서, 이들 용어에 의해 도입된 특징은 선택적인 특징이며, 어떤 방식으로도 청구범위의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 본 발명은 대체 특징을 사용하여 수행될 수 있다. 유사하게, "본 발명의 실시예에서" 또는 유사한 표현에 의해 도입된 특징은, 본 발명의 대안적인 실시예에 관한 어떠한 제한도 없이, 본 발명의 범위에 관한 어떠한 제한도 없이, 그리고 그러한 방식으로 도입된 특징을 본 발명의 다른 선택적 또는 비선택적인 특징과 결합할 가능성에 관한 어떠한 제한도 없이, 선택적인 특징인 것으로 의도된다.
본 발명의 제 1 양태에서, 적어도 하나의 샘플의 광학 분석을 위한 분광계 장치가 제안된다. 분광계 장치는:
- 적어도 하나의 입구 윈도우를 갖는 적어도 하나의 하우징;
- 입사 광을 구성 파장의 스펙트럼으로 분리하도록 구성된 적어도 하나의 파장 선택 요소 ― 상기 파장 선택 요소는 하우징 내에 배치됨 ―;
- 구성 파장의 적어도 일부를 검출하도록 구성된 적어도 하나의 검출기 장치 ― 상기 검출기 장치는 하우징 내에 배치됨 ―; 및
- 분광계 장치와 샘플의 접촉을 검출하기 위한 적어도 하나의 접촉 센서 장치를 포함한다.
용어 "분광계 장치"는 광의의 용어이며, 당업자에게 통상적이고 관례적인 의미를 부여해야 하며, 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안된다. 이 용어는 구체적으로 적어도 하나의 샘플을 광학적으로 분석하여 샘플의 적어도 하나의 스펙트럼 특성에 대한 정보의 적어도 하나의 항목을 생성할 수 있는 장치를 제한 없이 지칭할 수 있다. 구체적으로, 이 용어는 스펙트럼의 대응하는 파장 또는 파장 간격과 같은 스펙트럼의 파티션에 대한 신호 강도를 기록할 수 있는 장치를 의미할 수 있으며, 여기서 신호 강도는 바람직하게 추가 평가에 사용할 수 있는 전기 신호로서 제공될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 분광계 장치는 푸리에 변환 분광계 장치로서 완전히 또는 부분적으로 또한 구현될 수도 있다. 분광계 장치는 일반적으로, 예를 들어 반사 모드에 작동할 수 있고 및/또는 투과 모드에서 작동할 수 있다.
분광계 장치는 구체적으로 휴대용 분광계 장치일 수 있다. "휴대용"이라는 용어는 광의의 용어이며, 당업자에게 통상적이고 관례적인 의미를 부여해야 하며, 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안된다. 이 용어는 구체적으로 사람 사용자에 의해 가동 및/또는 이동할 수 있는 장치, 특히 사람 사용자가 한손으로 휴대할 수 있는 장치를 제한없이 지칭할 수 있다, 구체적으로, 휴대용 장치는 인간 사용자가 휴대할 수 있도록 치수가 정해질 수 있으며, 500㎜를 초과하지 않는, 특히 300㎜를 초과하지 않는 모든 치수의 연장부를 갖는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 사람 사용자에 의해 운반되는 휴대용 장치는 5㎏을 초과하지 않는, 구체적으로 3㎏을 초과하지 않거나 심지어 0.5㎏을 초과하지 않는 무게를 가질 수 있다.
"분석하는" 또는 "분석"이라는 용어는 광의의 용어이며, 당업자에게 통상적이고 관례적인 의미를 부여해야 하며, 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안된다. 용어는 구체적으로 샘플의 특성에 대한 정보의 적어도 하나의 항목을 도출하는 프로세스를 제한없이 지칭할 수 있다. 따라서, "광학적으로 분석하는" 또는 "광학 분석"이라는 용어는 분광 수단과 같은 광학 수단을 사용하여 분석하거나 분석하는 프로세스를 의미한다. 구체적으로, 분광계 장치는 샘플의 적어도 하나의 스펙트럼 특성에 대한 정보의 적어도 하나의 항목을 유도하도록 구성될 수 있다. 예로서, 분광계 장치는 반사 스펙트럼 및/또는 투과 스펙트럼에 대한 스펙트럼 범위에 대한 강도의 적어도 하나의 분포와 같은 샘플에 대한 스펙트럼 정보의 적어도 하나의 항목을 유도하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 분석은 푸리에 변환 분광 분석일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 그러나 다른 예도 가능하다. 휴대용 분광계 장치는 특히 스펙트럼 정보의 적어도 하나의 항목을 나타내는 아날로그 및/또는 디지털 신호와 같은 전자 정보의 적어도 하나의 항목을 제공하도록 구성될 수 있다.
"샘플"이라는 용어는 광의의 용어이며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 통상적이고 관례적인 의미를 부여해야 하며, 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안된다. 이 용어는 특별히 제한 없이 임의의 양의 물질, 요소 또는 분석할 장치를 나타낼 수 있다. 구체적으로, 샘플은 액체, 분말, 펠릿, 입자 또는 기체 중 하나 이상의 양과 같은 물질의 양일 수 있다. 예를 들어, 샘플은 곡물과 같은 고체 벌크 재료를 포함할 수 있다. 그러나, 대안적으로 샘플은 과일이나 야채와 같은 고체 제품이거나 이를 포함할 수도 있다. 다른 예가 가능하다. 샘플 및 응용 프로그램의 구체적인 예는 아래에서 더 자세히 설명한다.
"하우징"이라는 용어는 광의의 용어이며, 해당 기술 분야의 숙련자에게 통상적이고 관례적인 의미를 부여해야 하며, 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안된다. 이 용어는 구체적으로 하나 이상의 다른 요소를 위한 기계적 커버를 완전히 또는 부분적으로 둘러싸고 및/또는 제공하도록 구성된 요소 또는 요소의 조합을 제한없이 지칭할 수 있다. 따라서, 예로서, 하우징은 플라스틱 재료 또는 금속 중 적어도 하나로 제조된 적어도 하나의 강성 하우징과 같은 적어도 하나의 강성 하우징일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 림은 구체적으로 형상 맞춤 연결, 강제 맞춤 연결 또는 재료 결합에 의한 연결 중 하나 이상에 의해 하우징과 맞물리도록 구성될 수 있다. 따라서, 예로서, 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 림은 하나 이상의 연결 요소이거나 이를 제공할 수 있고 및/또는 분광계 장치의 전방 표면을 완전히 또는 부분적으로 둘러쌀 수 있는 가요성 프레임 및/또는 밀봉 프레임을 제공할 수 있다.
"입구 윈도우"라는 용어는 광의의 용어이며, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 그 통상적이고 관례적인 의미를 부여해야 하며, 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안된다. 이 용어는 구체적으로 유리, 석영, 사파이어 또는 플라스틱 재료 중 하나 이상으로 만들어진 광학적으로 투명 요소와 같은 임의의 요소, 또는 광이 하우징에 들어오는 것을 허용하는 휴대용 분광계 장치의 개구부를 제한없이 지칭할 수 있다. 따라서, 예로서, 입구 윈도우는 하우징의 개구부일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 개구부는 비어 있거나, 유리 요소, 석영 요소 또는 플라스틱 요소로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 투명 요소와 같은 하나 이상의 투명 요소로 완전히 또는 부분적으로 채워질 수 있다.
"파장 선택 요소"라는 용어는 광의의 용어이며, 통상의 기술자에게 통상적이고 관례적인 의미를 부여해야 하며, 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않는다. 이 용어는 구체적으로 파장 종속 방식으로 광을 투과, 반사, 편향 또는 산란시키는 것 중 하나 이상에 적합한 임의의 요소 또는 요소의 조합을 제한없이 지칭할 수 있다. 파장 선택 요소는 예를 들어 광학 격자; 광학 프리즘; 파장 선택성 광학 필터, 특히 길이 가변 필터; 특히 푸리에 변환 분광계에서 사용하기 위한 파장 선택 마이크로 광학 장치, 특히 MOEM(micro-opto-electro-mechanical) 장치로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 요소일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다.
"검출기 장치"라는 용어는 광의의 용어이며, 당업자에게 통상적이고 관례적인 의미를 부여해야 하며, 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안된다. 이 용어는 구체적으로 적어도 하나의 물리적, 화학적 또는 생물학적 매개변수를 모니터링 및/또는 기록할 수 있는 임의의 장치 또는 장치의 조합을 제한없이 지칭할 수 있다. 구체적으로, 검출기 장치는 입사 광을 기록 및/또는 모니터링하도록 구성된 장치와 같은 적어도 하나의 광 검출기 장치를 포함할 수 있다. 검출기 장치는 가시광선 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위, 특히 근적외선 스펙트럼 범위(NIR) 중 하나 이상에서 민감할 수 있다. 따라서, 검출기 장치는 구체적으로 예를 들어 광 반도체 센서와 같은 적어도 하나의 광학 센서와 같은 광 검출기 요소이거나 이를 포함할 수 있다. 예로서, 특히 검출기 장치가 근적외선 스펙트럼 범위와 같은 적외선 스펙트럼 범위에서 민감한 경우, 반도체 센서는 PbS, PbSe, In-GaAs 및 확장된 InGaAs로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 적어도 하나의 반도체 센서일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다. 예로서, 검출기 장치는 적어도 하나의 CCD 또는 CMOS 장치와 같은 적어도 하나의 광 검출기를 포함할 수 있다. 검출기 장치는 구체적으로 복수의 픽셀화된 센서를 포함하는 적어도 하나의 검출기 어레이를 포함할 수 있고, 픽셀화된 센서의 각각은 구성 파장 중 적어도 하나의 적어도 일부를 검출하도록 구성된다. 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 검출기 장치는 또한 적어도 하나의 단일 픽셀 검출기 장치, 특히 적어도 하나의 단일 픽셀 광 검출기 요소를 포함할 수 있다. 후자는 특히 분광계 장치가 단일 픽셀 푸리에 변환 분광계 장치와 같은 단일 픽셀 분광계 장치로 완전히 또는 부분적으로 구현되는 경우에 사용될 수 있다.
"접촉 센서 장치"라는 용어는 광의의 용어이며, 통상의 기술자에게 통상적이고 관례적인 의미를 부여해야 하며, 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안된다. 이 용어는 구체적으로 장치와 다른 요소 또는 재료 사이의 접촉을 검출 또는 감지하도록 구성된 임의의 장치를 제한없이 나타낼 수 있다. 따라서, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 접촉 센서 장치는 접촉 센서 장치와 다른 요소 또는 재료 사이의 접촉 또는 비접촉을 나타내는 적어도 하나의 신호, 특히 전자 신호를 생성하도록 구체적으로 구성될 수 있다. 여기에서, 직접적인 물리적 접촉이 검출될 수 있고 및/또는 미리 정의된 거리 내의 근접성과 같은 다른 요소 또는 재료의 근접성이 검출될 수 있다. 따라서, 접촉 센서 장치는 검출할 요소 또는 재료와 직접 접촉하거나, 접촉 센서 장치를 덮는 하나 이상의 커버 층과 같은 적어도 하나 이상의 중간 요소 또는 층을 통한 것과 같이 검출될 요소 또는 재료와의 간접 접촉일 수 있다.
분광계 장치는 특히 반사 모드에서 작동하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 반사 모드는 분광계 장치가 샘플에 의해 반사되거나 산란된 광을 분석하도록 구성된 분광계 장치의 작동 모드이다. 여기에서, 샘플에 의해 반사되거나 산란된 광은 주변 광일 수 있고 및/또는 분광계 장치에 의해 생성되고 및/또는 분광계 장치에 의해 샘플로 향하며 그리고 후속적으로 샘플에 의해 반사되거나 산란되는 광일 수 있으며, 여기서 반사되고 산란된 광의 적어도 일부는 분광계 장치에 의해 분석될 수 있다.
구체적으로, 분광계 장치는 샘플을 조명하기 위한 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 조명원은 구체적으로, LED; 레이저; 백열 램프, 구체적으로 적어도 하나의 저항성 가열 요소를 포함하는 백열 램프, 보다 구체적으로 탄화규소, 더 구체적으로 글로바를 포함하는 저항성 가열 요소를 포함하는 백열 램프로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다. 광원이라고도 하는 적어도 하나의 조명원은 분광계 장치의 하우징 내부에 완전히 또는 부분적으로 위치할 수 있고 및/또는 분광계 장치의 하우징 외부에 완전히 또는 부분적으로 위치할 수 있고 및/또는 또한 분광계 장치의 하우징에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 적어도 하나의 조명원이 하우징 내부에 있는 경우, 샘플의 조명은 하우징의 입구 윈도우를 통해 완전히 또는 부분적으로 발생할 수 있고 및/또는 적어도 하나의 개별 조명 개구부를 통해 전체 또는 부분적으로 발생할 수 있다.
접촉 센서 장치는 구체적으로 입구 윈도우와 샘플 사이의 접촉을 검출하도록 구성될 수 있다. 따라서, 입구 윈도우와 샘플 사이의 접촉은 입구 윈도우에 대한 압력을 검출하거나, 입구 윈도우와 샘플 사이의 접촉을 광학적으로 검출하거나, 또는 입구 윈도우 등의 진동 특성의 변화를 검출하는 것과 같은 다양한 방식으로 검출될 수 있다. 일반적으로, 예로서, 접촉 센서 장치는 음향 접촉 센서 장치의 옵션을 포함하는 광 접촉 센서 장치, 전기 접촉 센서 장치 또는 기계적 접촉 센서 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 분광계 장치는 적어도 하나의 스페이서 요소를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "스페이서 요소"라는 용어는 구체적으로 분광계 장치, 분광계 장치의 하우징, 입구 윈도우 또는 분광계 장치의 임의의 다른 요소까지 미리 정의된 거리에서 샘플을 가져오거나 유지하도록 구성된 임의의 요소 또는 요소들의 조합을 지칭할 수 있다. 따라서, 예로서, 스페이서 요소는 적어도 하나의 스페이서 바아, 적어도 하나의 스페이서 링 등을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 스페이서 요소가 분광계 장치에 포함되는 경우, 접촉 센서 장치는 또한 스페이서 요소와 샘플의 접촉을 완전히 또는 부분적으로 검출하도록 구성될 수 있다. 다시, 광 접촉 센서 장치, 기계적 접촉 센서 장치, 전기 접촉 센서 장치 중 하나 이상을 사용하는 것과 같이 샘플과 스페이서 요소를 접촉을 검출하기 위해 다양한 감지 원리가 적용될 수 있다.
위에서 개략적으로 설명한 바와 같이, 입구 윈도우는 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 투명 재료로 제조될 수 있다. 예로서, 투명 재료는 유기 투명 재료, 또는 투명 플라스틱 재료, 유리 또는 석영 또는 사파이어 중 적어도 하나와 같은 무기 투명 재료 중 하나 이상으로 완전히 또는 부분적으로 제조될 수 있다.
위에서 개략적으로 설명된 바와 같이, 일반적으로, 예로서 접촉 센서 장치는 광 접촉 센서 장치; 전기 접촉 센서 장치; 기계적 접촉 센서 장치, 구체적으로 하나 이상의 푸시버튼; 음향 접촉 센서 장치로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 장치를 포함할 수 있다.
따라서, 접촉 센서 장치는 적어도 하나의 광 접촉 센서 장치를 포함할 수 있다. 광 접촉 센서 장치는 입구 윈도우와 샘플의 접촉을 검출하도록 구성될 수 있다. 예로서, 광 접촉 센서 장치는 적어도 하나의 광 방출기 장치 및 적어도 하나의 광 검출기 장치를 포함할 수 있고, 여기서 적어도 하나의 광 신호는 광 방출기 장치로부터 광 검출기 장치로 전송된다. 광 접촉 센서 장치는 광학 신호의 전송에 대한 샘플의 존재의 영향을 검출하도록 구성된다. 예를 들어, 광 방출기 장치는 입구 윈도우의 에지에 위치된 적어도 하나의 발광 다이오드 및/또는 적어도 다른 유형의 광원을 포함할 수 있다. 예로서, 광 검출기 장치는 적어도 하나의 포토다이오드 및/또는 다른 유형의 감광성 요소를 포함할 수 있고, 입구 윈도우의 대향 에지에 위치될 수 있다. 일반적으로, 광 접촉 센서 장치는 입구 윈도우를 도파관으로 사용함으로써 적어도 부분적으로 광 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 광 접촉 센서 장치는 샘플과 입구 윈도우 사이의 접촉이 입구 윈도우의 도파관 특성을 변경하도록 구성될 수 있다. 따라서 일반적으로, 요소 또는 재료가 광 도파관에 터치되면, 도파관의 도파관 특성은 도파관과 요소 또는 재료 사이의 계면에서 굴절률 비율의 변화로 인해 변경될 수 있다. 예를 들어, 액체의 투명 물질이 도파관에 터치하는 경우, 광의 아웃커플링(outcoupling)이 발생하며, 도파관의 도파 특성이 저하될 수 있다. 일반적으로, 광 접촉 센서 장치는 전송된 신호를 분석하여, 예를 들어 신호 전송의 열화와 도파 특성의 열화를 검출함으로써 이러한 변화를 검출할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 접촉 센서 장치는 적어도 하나의 관성 센서를 포함한다. "관성 센서"라는 용어는 광의의 용어이며, 당업자에게 통상적이고 관례적인 의미를 부여해야 하며, 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안된다. 이 용어는 구체적으로 적어도 하나의 요소의 관성의 변화를 검출하도록 구성된 센서를 지칭할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 따라서, 예로서, 관성 센서는 적어도 하나의 진동 센서 및/또는 적어도 하나의 모션 센서일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예로서, 진동 센서는 적어도 하나의 진동 표면 또는 멤브레인과 같은 적어도 하나의 진동 매스를 포함할 수 있으며, 이들의 진동 특성은 진동 매스와 주변 환경 사이의 접촉에 의존하며 및/또는 적어도 하나의 재료로 진동 요소를 덮는 것에 의존한다. 따라서, 진동 매스의 공진 주파수의 시프트를 검출하는 것과 같이 진동 매스의 진동 특성의 변화를 검출함으로써, 샘플과 같은 재료와의 감쇠 접촉과 같은 진동 매스의 관성 변화를 검출할 수 있다. 예를 들어, 진동 멤브레인의 진동은 진동 멤브레인이 샘플과 접촉하면 일반적으로 감쇠된다. 유사하게, 다른 유형의 모션은 이동 요소가 샘플과 접촉할 때 감쇠될 수 있다. 관성 특성의 이러한 변화는 예를 들어 전자적으로 검출될 수 있다. 관성 센서는 일반적으로 적어도 하나의 가동 요소를 포함할 수 있으며, 여기에서 가동 요소의 진동 또는 모션 중 하나 또는 양자는 분광계 장치, 특히 관성 센서의 샘플과의 접촉에 의해 변경될 수 있다. 관성 센서는 추가적으로 또는 대안적으로 적어도 하나의 진동 요소를 포함할 수 있으며, 여기서 분광계 장치와 샘플의 접촉은 진동 요소의 적어도 하나의 진동 특성을 변경한다.
위에서 개략적으로 설명된 바와 같이, 적어도 하나의 접촉 센서 장치는 적어도 하나의 전자 접촉 센서 장치일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 여기에서, 적어도 하나의 전자 접촉 센서 장치는 예로서 적어도 하나의 전자기 방출기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 전자기 방출기는 예를 들어 적어도 1 밀리미터 또는 심지어 적어도 하나의 1 미터와 같은 적어도 1 마이크로미터의 파장 범위의 전자기파를 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 접촉 센서 장치는 와이파이 또는 블루투스 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 샘플의 존재에 의한 와이파이 및/또는 블루투스 신호의 반사 및/또는 전송의 변화는 접촉 센서 장치에 의해 검출될 수 있다.
일반적으로, 접촉 센서 장치는 적어도 하나의 근접 센서 장치를 포함할 수 있다. "근접 센서"라는 용어는 광의의 용어이며, 통상의 지식을 가진 자에게 통상적이고 관례적인 의미를 부여해야 하며, 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안된다. 이 용어는 구체적으로 요소 또는 물체의 근접성, 예를 들어 사전 결정된 범위 내의 근접성을 검출하도록 구성된 임의의 센서 또는 센서 장치를 지칭할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 근접성 감지를 위해, 예를 들어 유도 근접 센서와 같은 전자 근접 센서와 같은 다양한 센서 원리가 일반적으로 알려져 있다. 구체적으로, 접촉 센서 장치는 적어도 하나의 용량성 근접 센서 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 용량성 근접 센서 장치는 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있으며, 그 정전용량은 물체 또는 요소의 근접에 의해 변경된다. 따라서, 샘플의 근접성은 용량성 근접 센서 장치의 정전용량을 변경할 수 있다. 정전용량 변화가 검출될 수 있다.
분광계 장치는 단일 접촉 센서 장치 또는 복수의 접촉 센서 장치를 포함할 수 있다. 복수의 접촉 센서 장치가 포함되는 경우, 이들 각각의 접촉 센서 장치는 센서 신호를 제공할 수 있다. 분광계 장치는 적어도 하나의 처리 유닛 또는 프로세서를 갖는 적어도 하나의 평가 장치와 같은 적어도 하나의 평가 장치를 포함할 수 있다. 평가 장치는 일반적으로 복수의 접촉 센서 디바이스들의 센서 신호들의 조합을 평가하도록 구성될 수 있다. 따라서, 예로서, 평가 장치는 적어도 하나의 데이터 처리 유닛을 포함할 수 있으며, 여기서 데이터는 처리 유닛은 센서 신호를 평가하기 위한 프로그래밍에 의해 구성될 수 있다. 구체적으로, 데이터 처리 유닛은 복수의 접촉 센서 장치의 센서 신호에 수학적 알고리즘을 적용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 평가 장치는 센서 신호에 칼만 필터(Kalman filter)를 적용하도록 구성될 수 있다. 칼만 필터를 센서 신호에 적용함으로써, 측정 데이터의 추정기가 생성될 수 있고 및/또는 센서 신호의 오류가 감소될 수 있으며, 이에 의해 분광계 장치를 사용하여 샘플의 근접성 및/또는 샘플의 컨텍스트의 더 신뢰할 수 있는 정보를 생성할 수 있다.
분광계 장치는 특히 접촉 센서 장치가 분광계 장치와 샘플의 접촉을 검출할 때 적어도 하나의 샘플의 광학 분석을 자동적으로 트리거하도록 구성될 수 있다. 따라서, 예로서, 평가 장치는 일반적으로 분광계 장치를 제어할 수 있고 및/또는 분광계 장치의 제어 장치와 협력할 수 있다. 일단 적어도 하나의 접촉 센서 장치의 적어도 하나의 센서 신호가 분광계 장치와 샘플의 접촉을 표시하고 및/또는 예를 들어 사전 결정된 범위 내에서 샘플의 근접성을 표시하면, 평가 장치 및/또는 제어 장치는 분광계 장치에서 샘플로 광 빔의 방출을 트리거할 수 있고 및/또는 광을 검출하도록, 즉 구성 파장의 적어도 일부를 검출하도록 검출기 장치를 트리거할 수 있다.
본 발명의 추가 양태에서, 적어도 하나의 샘플, 특히 적어도 하나의 액체 샘플을 광학적으로 분석하기 위한 방법이 개시된다. 방법은 다음 방법 단계를 포함한다. 방법 단계들은 구체적으로 주어진 순서로 수행될 수 있다. 그러나, 하나 이상의 방법 단계를 완전히 또는 부분적으로 동시에 수행하는 옵션을 포함하여 상이한 순서도 가능하다. 또한, 하나 이상의 방법 단계들은 반복 방식으로 수행될 수 있다. 이 방법은 나열되지 않은 추가 단계들을 포함할 수 있다. 이 방법은 다음 단계들:
ⅰ) 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 분광계 장치를 제공하는 단계;
ⅱ) 분광계 장치로 분석할 적어도 하나의 샘플에 접근하는 단계;
ⅲ) 접촉 센서 장치를 사용하여 분광계 장치와 샘플의 접촉을 검출하는 단계; 및
ⅳ) 분광계 장치를 사용하여 샘플의 적어도 하나의 광학 분석을 수행하는 단계를 포함한다.
추가 양태에서, 상기 개시된 실시양태 중 어느 하나 및/또는 하기에 추가로 상세히 개시된 실시양태 중 어느 하나에 따른 것과 같은 본 발명에 따른 분광계 장치의 용도는, 사용 목적을 위해, 적외선 검출 응용; 분광학 응용; 배기 가스 모니터링 응용; 연소 프로세스 모니터링 응용; 오염 모니터링 응용; 산업 프로세스 모니터링 응용; 화학 프로세스 모니터링 응용; 식품 가공 프로세스 모니터링 응용; 수질 모니터링 응용; 대기질 모니터링 응용; 품질 관리 응용; 배기 제어 응용; 가스 감지 응용; 가스 분석 응용; 화학적 감지 응용으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것이 개시된다.
여기에 추가로 개시되고 제안된 것은 본 발명에 따른 분광계 장치에서 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램이다. 컴퓨터 프로그램은, 컴퓨터 프로그램이 분광계 장치의 평가 장치에 의해 실행될 때, 평가 장치가 분광계 장치의 적어도 하나의 접촉 센서 장치에 의해 제공된 적어도 하나의 센서 신호를 평가하게 하고 그리고 분광계 장치와 샘플의 접촉을 검출하게 하는 명령을 포함한다. 명령은 특히 평가 장치가 복수의 접촉 센서 장치의 센서 신호의 조합을 평가하게 할 수 있다.
본 명세서에 추가로 개시되고 제안된 것은 프로그램이 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크 상에서 실행될 때 본 명세서에 포함된 하나 이상의 실시예에서 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 실행가능 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램이다. 구체적으로, 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독가능 데이터 캐리어 및/또는 컴퓨터 판독가능 데이터 저장 장치에 저장될 수 있다. 따라서, 구체적으로, 위에서 나타낸 바와 같은 방법 단계 ⅲ) 또는 ⅳ)의 하나, 하나 초과 또는 심지어 모두는 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크를 사용하여, 바람직하게 컴퓨터 프로그램을 사용하여 수행될 수 있다.
본 명세서에 추가로 개시되고 제안된 것은 프로그램이 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크 상에서 실행될 때 본 명세서에 포함된 하나 이상의 실시예에서 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 갖는 컴퓨터 프로그램 제품이다. 구체적으로, 프로그램 코드 수단은 컴퓨터 판독가능 데이터 캐리어 및/또는 컴퓨터 판독가능 데이터 저장 장치에 저장될 수 있다.
여기에 추가로 개시 및 제안된 것은 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크, 예를 들어 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크의 작업 메모리 또는 메인 메모리에 로딩된 후 본 명세서에 개시된 실시예들 중 하나 이상에 따른 방법을 실행할 수 있는 데이터 구조가 저장되어 있는 데이터 캐리어 또는 컴퓨터 판독가능 데이터 저장 장치이다.
여기에 추가로 개시 및 제안된 것은 프로그램이 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크에서 실행될 때 본 명세서에 개시된 실시예 중 하나 이상에 따른 방법을 수행하기 위해, 기계 판독가능 캐리어 및/또는 컴퓨터 판독가능 데이터 저장 장치에 저장된 프로그램 코드 수단을 갖는 컴퓨터 프로그램 제품이다. 여기에서 사용된 컴퓨터 프로그램 제품은 거래 가능한 제품으로서의 프로그램을 지칭한다. 제품은 일반적으로 종이 포맷과 같은 임의의 포맷이나 컴퓨터 판독가능 데이터 캐리어에 존재할 수 있다. 특히, 컴퓨터 프로그램 제품은 데이터 네트워크를 통해 배포될 수 있다.
마지막으로, 여기에 개시되고 제안된 것은 본 명세서에 개시된 실시예 중 하나 이상에 따른 방법을 수행하기 위해, 컴퓨터 시스템 또는 컴퓨터 네트워크에 의해 판독 가능한 명령을 포함하는 변조된 데이터 신호이다.
본 발명의 컴퓨터로 구현되는 양태를 참조하면, 본 명세서에 개시된 하나 이상의 구현예에 따른 방법의 하나 이상의 방법 단계 또는 심지어 모든 방법 단계는 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크를 사용하여 수행되거나 지원될 수 있다. 따라서, 일반적으로 데이터 제공 및/또는 조작을 포함한 모든 방법 단계는 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크를 사용하여 수행할 수 있다. 일반적으로, 이러한 방법 단계에는 샘플 제공 및/또는 실제 측정 수행의 특정 양태와 같이 수동 작업이 필요한 방법 단계를 제외하고 일반적으로 방법 단계 중 하나가 포함될 수 있다.
분광계 장치 및 방법은 이러한 종류의 공지된 장치 및 방법에 비해 다수의 이점을 제공한다. 따라서, 구체적으로 분광계 장치 및 방법은 위에서 언급한 기술적 과제를 해결한다. 특히, 분광계 장치는 거친 조건에서 현장에 적용될 수 있으며, 또한 잘 정의되고 재현 가능한 측정 설정을 제공할 수 있다. 분광계 장치는 특히 입구 윈도우 또는 스페이서가 샘플과 접촉하는 경우 자체적으로 샘플과의 접촉을 검출할 수 있다. 이에 의해, 샘플로부터의 광 감쇠를 항상 정확하게 추정할 수 있고, 따라서 측정의 재현성을 크게 높일 수 있다.
추가 가능한 실시예를 요약하고 배제하지 않고, 다음의 실시예가 구상될 수 있다:
실시예 1: 적어도 하나의 샘플의 광학 분석을 위한 분광계 장치로서,
- 적어도 하나의 입구 윈도우를 갖는 적어도 하나의 하우징;
- 입사 광을 구성 파장의 스펙트럼으로 분리하도록 구성된 적어도 하나의 파장 선택 요소 ― 상기 파장 선택 요소는 하우징 내에 배치됨 ―;
- 구성 파장의 적어도 일부를 검출하도록 구성된 적어도 하나의 검출기 장치 ― 상기 검출기 장치는 하우징 내에 배치됨 ―; 및
- 분광계 장치와 샘플의 접촉을 검출하기 위한 적어도 하나의 접촉 센서 장치를 포함한다.
실시예 2: 이전 실시예에 따른 분광계 장치로서, 분광계는 반사 모드에서 작동하도록 구성되는, 분광계 장치.
실시예 3: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 분광계 장치는 샘플을 조명하기 위한 적어도 하나의 조명원을 포함하는, 분광계 장치.
실시예 4: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 접촉 센서 장치가 입구 윈도우와 샘플 사이의 접촉을 검출하도록 구성되는, 분광계 장치.
실시예 5: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 분광계 장치는 적어도 하나의 스페이서 요소를 포함하고, 접촉 센서 장치는 샘플과 스페이서 요소의 접촉을 검출하도록 구성되는, 분광계 장치.
실시예 6: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 입구 윈도우는 적어도 하나의 투명 재료로 완전히 또는 부분적으로 제조되는, 분광계 장치.
실시예 7: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 접촉 센서 장치는 광 접촉 센서 장치; 전기 접촉 센서 장치; 기계적 접촉 센서 장치, 특히 음향 접촉 센서 장치로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 장치를 포함하는, 분광계 장치.
실시예 8: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 접촉 센서 장치가 적어도 하나의 광 접촉 센서 장치를 포함하는, 분광계 장치.
실시예 9: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 광 접촉 센서 장치는 입구 윈도우와 샘플의 접촉을 검출하도록 구성되는, 분광계 장치.
실시예 10: 2개의 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 광 접촉 센서 장치는 적어도 하나의 광 방출기 장치 및 적어도 하나의 광 검출기 장치를 포함하고, 적어도 하나의 광 신호는 광 방출기로부터 광 검출기 장치로 전송되며, 광 접촉 센서 장치는 광학 신호의 전송에 대한 샘플의 존재의 영향을 검출하도록 구성되는, 분광계 장치.
실시예 11: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 광 접촉 센서 장치는 입구 윈도우를 도파관으로 사용함으로써 적어도 부분적으로 광 신호를 전송하도록 구성되는, 분광계 장치.
실시예 12: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 광 접촉 센서 장치는 샘플과 입구 윈도우 사이의 접촉이 입구 윈도우의 도파관 특성을 변경하도록 구성되는, 분광계 장치.
실시예 13: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 접촉 센서 장치가 적어도 하나의 관성 센서를 포함하는, 분광계 장치.
실시예 14: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 관성 센서가 진동 센서 또는 모션 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 분광계 장치.
실시예 15: 2개의 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 관성 센서는 적어도 하나의 가동 요소를 포함하고, 가동 요소의 진동 또는 모션 중 하나 또는 양자는 분광계 장치와 샘플의 접촉에 의해 변경되는, 분광계 장치.
실시예 16: 3개의 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 관성 센서는 적어도 하나의 진동 요소를 포함하고, 분광계 장치와 샘플의 접촉은 진동 요소의 적어도 하나의 진동 특성을 변경하는, 분광계 장치.
실시예 17: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 접촉 센서 장치가 적어도 하나의 전자기 방출기를 포함하는, 분광계 장치.
실시예 18: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 접촉 센서 장치가 와이파이 또는 블루투스 모듈 중 적어도 하나를 포함하는, 분광계 장치.
실시예 19: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 접촉 센서 장치가 적어도 하나의 근접 센서 장치를 포함하는, 분광계 장치.
실시예 20: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 상기 접촉 센서 장치는 적어도 하나의 용량성 근접 센서 장치를 포함하는, 분광계 장치.
실시예 21: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 분광계 장치는 복수의 접촉 센서 장치를 포함하고, 분광계 장치는 적어도 하나의 평가 장치를 더 포함하고, 평가 장치는 복수의 접촉 센서 장치의 센서 신호의 조합을 평가하도록 구성되는, 분광계 장치.
실시예 22: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 평가 장치는 적어도 하나의 데이터 처리 유닛을 포함하고, 데이터 처리 유닛은 수학적 알고리즘을 복수의 접촉 센서 장치의 센서 신호에 적용하기 위한 프로그래밍에 의해 구성되는, 분광계 장치.
실시예 23: 2개의 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 평가 장치는 칼만 필터를 센서 신호에 적용하도록 구성되는, 분광계 장치.
실시예 24: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 분광계 장치는 접촉 센서 장치가 분광계 장치와 샘플의 접촉을 검출할 때 적어도 하나의 샘플의 광학 분석을 자동적으로 트리거하도록 구성되는, 분광계 장치.
실시예 25: 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 분광계 장치로서, 상기 분광계 장치는 휴대용 분광계 장치인, 분광계 장치.
실시예 26: 적어도 하나의 샘플을 광학적으로 분석하기 위한 방법으로서,
ⅰ) 이전 실시예 중 어느 하나에 기재된 적어도 하나의 분광계 장치를 제공하는 것;
ⅱ) 분광계 장치로 분석할 적어도 하나의 샘플에 접근하는 것;
ⅲ) 접촉 센서 장치를 사용하여 분광계 장치와 샘플의 접촉을 검출하는 것; 및
ⅳ) 분광계 장치를 사용하여 샘플의 적어도 하나의 광학 분석을 수행하는 것을 포함하는, 방법.
실시예 27: 분광계 장치를 나타내는 이전 실시예 중 어느 하나에 기재된 분광계 장치의 용도로서, 사용 목적을 위해, 적외선 검출 응용; 분광학 응용; 배기 가스 모니터링 응용; 연소 프로세스 모니터링 응용; 오염 모니터링 응용; 산업 프로세스 모니터링 응용; 화학 프로세스 모니터링 응용; 식품 가공 프로세스 모니터링 응용; 수질 모니터링 응용; 대기질 모니터링 응용; 품질 관리 응용; 배기 제어 응용; 가스 감지 응용; 가스 분석 응용; 화학적 감지 응용으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 분광계 장치의 용도.
실시예 28: 분광계 장치를 나타내는 이전 실시예 중 어느 하나에 기재된 분광계 장치에서 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램으로서, 컴퓨터 프로그램이 분광계 장치의 평가 장치에 의해 실행될 때, 평가 장치가 분광계 장치의 적어도 하나의 접촉 센서 장치에 의해 제공된 적어도 하나의 센서 신호를 평가하게 하고 그리고 분광계 장치와 샘플의 접촉을 검출하게 하는 명령을 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
실시예 29: 이전 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램으로서, 명령은 평가 장치가 복수의 접촉 센서 장치의 센서 신호의 조합을 평가하게 하는, 컴퓨터 프로그램.
추가의 선택적인 특징 및 실시예는 바람직하게 종속 청구항과 관련하여 실시예의 후속 설명에서 더욱 상세하게 개시될 것이다. 그 안에서, 각각의 선택적인 특징은 당업자가 인식하는 바와 같이 임의의 실행 가능한 조합 뿐만 아니라 분리된 방식으로 실현될 수 있다. 본 발명의 범위는 바람직한 실시예에 의해 제한되지 않는다. 실시예는 도면에 개략적으로 도시되어 있다.
도 1은 접촉 센서 장치를 포함하는 분광계 장치의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 1은 접촉 센서 장치를 포함하는 분광계 장치의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 1에서, 분광계 장치(110)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 특정 실시예에서, 분광계 장치(110)는 구체적으로 모바일 또는 휴대용 분광계 장치로서 구현될 수 있다. 도 1의 분광계 장치(110)는 단면도로 도시되어 있다. 분광계 장치(110)는 적어도 하나의 샘플(112)을 분석하도록 구성된다. 도 1에서, 예를 들어 액체 샘플(112)이 도시되어 있다. 또한, 분광계 장치(110)는, 예를 들어 곡물, 과일 또는 야채인 고체 샘플과 같은 다른 유형의 샘플(112)에도 적용될 수 있다. 추가 예시 또한 가능하다. 도 1의 설정에서, 분광계 장치(110)는 분광계 장치(110)의 전방 단부(114)를 샘플(112)에 담그는 것과 같이 샘플(112)과의 물리적 접촉으로 도시되어 있다.
분광계 장치(110)는 하우징(116)을 포함한다. 하우징(116)은 적어도 하나의 입구 윈도우(118)를 갖는다. 분광계 장치(110)는, 하우징(116) 내에 배치되어, 입사 광(123)을 구성 파장의 스펙트럼으로 분리하도록 구성된 적어도 하나의 파장 선택 요소(120)를 더 포함한다. 분광계 장치(110)는, 하우징(116) 내에 배치되어, 구성 파장의 적어도 일부를 검출하도록 구성된 적어도 하나의 검출기 장치(122)를 더 포함한다. 분광계 장치(110)는, 예를 들어 적어도 하나의 프로세서를 갖는 평가 장치(124)와 같은 적어도 하나의 평가 장치(124)를 더 포함할 수 있으며, 일 예로서의 평가 장치(124)는 적어도 하나의 검출기 장치(122)의 검출기 신호를 평가하도록 구성될 수 있다.
분광계 장치(110)는 샘플(112)과 분광계 장치(110)의 접촉을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 접촉 센서 장치(126)를 더 포함한다. 일 예로서, 접촉 센서 장치(126)는 입구 윈도우(118)와 샘플(112) 사이의 접촉을 검출하도록 구성될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 접촉 센서 장치(126)는 광 접촉 센서 장치(128)이거나 또는 광 접촉 센서 장치(128)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 광 접촉 센서 장치(128)는 예로서 입구 윈도우(118)의 림(132)에 위치될 수 있는 적어도 하나의 광 방출기 장치(130)를 포함할 수 있다. 입구 윈도우(118)는 도파 특성을 갖는 광학적으로 투명 재료로 완전히 또는 부분적으로 제조될 수 있다. 따라서, 광 접촉 센서 장치(128)는 예를 들어 입구 윈도우(118)의 대향 림(136)에 적어도 하나의 광 검출기 장치(134)를 더 포함할 수 있다. 광 방출기 장치(130)는 입구 윈도우(118) 내로 광을 방출할 수 있다. 입구 윈도우(118)에서, 광은 입구 윈도우(118)의 도파 특성으로 인해 대향 림(136) 및 광 검출기 장치(134)로 안내될 수 있다. 그러나, 샘플(112)과 접촉하면 입구 윈도우(118)의 도파 특성이 변경된다. 따라서, 일단 샘플(112)과의 접촉이 확립되면, 광 방출기 장치(130)로부터 광 검출기 장치(134)로 전송된 신호가 변경된다. 신호의 이러한 변경은 분광계 장치(110)와 샘플(112) 사이의 접촉을 검출하는 데 사용될 수 있다. 일 예로서, 광 접촉 센서 장치(128)는 평가 장치(124)에 의해 및/또는 별도의 제어 또는 평가 장치에 의해 제어될 수 있다.
분광계 장치(110)는 구체적으로 반사 모드에서 작동될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 분광계 장치(110)는 하나 이상의 조명원(138)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 조명원(138)은 하우징(116) 내부에 및/또는 하우징(116) 외부에 완전히 또는 부분적으로 위치될 수 있다.
도 1의 설정에서, 일 예로서, 광 접촉 센서 장치(128)가 도시되어 있다. 또한, 다른 유형의 접촉 센서 장치(126)가 사용될 수 있다. 따라서, 위에서 개략적으로 설명된 바와 같이, 전기적 및/또는 기계적 접촉 센서 장치가 추가로 또는 대안적으로 사용될 수 있다. 일 예로서, 관성 측정 유닛을 이용한 진동 또는 모션 변화가 사용될 수 있다. 진동 및/또는 모션은 예를 들어 분광계 장치(110)와 샘플(112) 사이의 접촉이 확립되면 감소된다. 이러한 측정 원리는 분광계 장치(110)가 휴대용 분광계 장치(110)인 경우에도 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일 예로서, 전기적 측정 원리가 접촉 센서 장치(126)에 사용될 수 있다. 따라서, 일 예로서 와이파이 및/또는 불루투스 모듈이 구현될 수 있다. 여기에서, 특히 모듈이 샘플(112)의 근처에 있는 경우 샘플(112)에 대한 접촉으로 인한 신호 감쇠가 검출될 수 있다. 이러한 예시적인 실시예는 광 접촉 센서 장치(128)를 사용하는 것 외에 다른 측정 원리가 가능하다는 것을 보여준다.
각각의 측정 원리는 일반적으로 샘플(112)에 대한 접촉에 대한 표시를 제공하기 때문에, 이러한 검출 방법 중 하나 이상이 조합될 수도 있다. 따라서, 일 예로서, 신호가 평가 장치(124)에 제공될 수 있다. 여기에서, 신호는 일 예로서 칼만 필터(Kalman filter)에 의해 모니터링되는 수학적 모델로 결합될 수 있다.
110: 분광계 장치
112: 샘플
114: 전방 단부
116: 하우징
118: 입구 윈도우
120: 파장 선택 요소
122: 검출기 장치
123: 광
124: 평가 장치
126: 접촉 센서 장치
128: 광 접촉 센서 장치
130: 광 방출기 장치
132: 림
134: 광 검출기 장치
136: 대향 림
138: 조명원
참고문헌
미국 특허 공개 제 2014/131578 A1 호
Richard A. Crocombe, "2018년 이후의 휴대용 분광계: MOEMS, 포토닉스, 스마트폰" Proc. SPIE 10545, MOEMS 및 소형 시스템 XVII, 105450C(2018년 2월 22일); doi: 10.1117/12.2286492
112: 샘플
114: 전방 단부
116: 하우징
118: 입구 윈도우
120: 파장 선택 요소
122: 검출기 장치
123: 광
124: 평가 장치
126: 접촉 센서 장치
128: 광 접촉 센서 장치
130: 광 방출기 장치
132: 림
134: 광 검출기 장치
136: 대향 림
138: 조명원
참고문헌
미국 특허 공개 제 2014/131578 A1 호
Richard A. Crocombe, "2018년 이후의 휴대용 분광계: MOEMS, 포토닉스, 스마트폰" Proc. SPIE 10545, MOEMS 및 소형 시스템 XVII, 105450C(2018년 2월 22일); doi: 10.1117/12.2286492
Claims (17)
- 적어도 하나의 샘플(112)의 광학 분석을 위한 분광계 장치(110)에 있어서,
- 적어도 하나의 입구 윈도우(118)를 갖는 적어도 하나의 하우징(116);
- 입사 광(123)을 구성 파장의 스펙트럼으로 분리하도록 구성된 적어도 하나의 파장 선택 요소(120) ― 상기 파장 선택 요소(120)는 하우징(116) 내에 배치됨 ―;
- 구성 파장의 적어도 일부를 검출하도록 구성된 적어도 하나의 검출기 장치(122) ― 상기 검출기 장치(122)는 하우징(116) 내에 배치됨 ―; 및
- 분광계 장치(110)와 샘플(112)의 접촉을 검출하기 위한 적어도 하나의 접촉 센서 장치(126) ― 상기 접촉 센서 장치(126)는 적어도 하나의 광 접촉 센서 장치(128)를 포함하고, 상기 광 접촉 센서 장치(128)는 입구 윈도우(118)와 샘플(112)의 접촉을 검출하도록 구성되고, 상기 광 접촉 센서 장치(128)는 적어도 하나의 광 방출기 장치(130) 및 적어도 하나의 광 검출기 장치(134)를 포함하고, 적어도 하나의 광 신호는 광 방출기 장치(130)로부터 광 검출기 장치(134)로 전송되고, 상기 광 접촉 센서 장치(128)는 광 신호의 전송에 대한 샘플(112)의 존재의 영향을 검출하도록 구성됨 ―를 포함하는
분광계 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 분광계 장치(110)는 상기 샘플(112)을 조명하기 위한 적어도 하나의 조명원(138)을 포함하는
분광계 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 접촉 센서 장치(126)는 입구 윈도우(118)와 샘플(112) 사이의 접촉을 검출하도록 구성되는
분광계 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분광계 장치(110)는 적어도 하나의 스페이서 요소를 포함하고, 상기 접촉 센서 장치(126)는 스페이서 요소와 샘플(112)의 접촉을 검출하도록 구성되는
분광계 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입구 윈도우(118)는 적어도 하나의 투명 재료로 완전히 또는 부분적으로 제조되는
분광계 장치. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉 센서 장치(126)는 광 접촉 센서 장치(128); 전기 접촉 센서 장치; 기계적 접촉 센서 장치, 특히 음향 접촉 센서 장치로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 장치를 포함하는
분광계 장치. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 접촉 센서 장치(128)는 상기 입구 윈도우(118)를 도파관으로 사용함으로써 상기 광 신호를 적어도 부분적으로 전송하도록 구성되고, 상기 광 접촉 센서 장치(128)는 샘플(112)과 입구 윈도우(118) 사이의 접촉이 입구 윈도우(118)의 도파관 특성을 변경하도록 구성되는
분광계 장치. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉 센서 장치(126)는 적어도 하나의 관성 센서를 포함하는
분광계 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 관성 센서는 진동 센서 또는 모션 센서 중 적어도 하나를 포함하는
분광계 장치. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 관성 센서는 적어도 하나의 가동 요소를 포함하고, 상기 가동 요소의 진동 또는 모션 중 하나 또는 양자는 분광계 장치(110)와 샘플(112)의 접촉에 의해 변경되는
분광계 장치. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉 센서 장치(126)는 와이파이 또는 블루투스 모듈 중 적어도 하나를 포함하는
분광계 장치. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분광계 장치(110)는 복수의 접촉 센서 장치(126)를 포함하고, 상기 분광계 장치(110)는 적어도 하나의 평가 장치(124)를 더 포함하고, 상기 평가 장치(124)는 복수의 접촉 센서 장치(126)의 센서 신호의 조합을 평가하도록 구성되는
분광계 장치. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분광계 장치(110)는 상기 접촉 센서 장치(126)가 분광계 장치(110)와 샘플(112)의 접촉을 검출할 때 적어도 하나의 샘플(112)의 광학 분석을 자동적으로 트리거하도록 구성되는
분광계 장치. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분광계 장치(110)는 휴대용 분광계 장치(110)인
분광계 장치. - 적어도 하나의 샘플(112)을 광학적으로 분석하는 방법에 있어서,
ⅰ) 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 분광계 장치(110)를 제공하는 것;
ⅱ) 분광계 장치(110)로 분석할 적어도 하나의 샘플(112)에 접근하는 것;
ⅲ) 접촉 센서 장치(126)를 사용하여 분광계 장치(110)와 샘플(112)의 접촉을 검출하는 것; 및
ⅳ) 분광계 장치(110)를 사용하여 샘플(112)의 적어도 하나의 광학 분석을 수행하는 것을 포함하는
방법. - 분광계 장치(110)를 나타내는 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 분광계 장치(110)의 용도에 있어서,
사용 목적을 위해, 적외선 검출 응용; 분광학 응용; 배기 가스 모니터링 응용; 연소 프로세스 모니터링 응용; 오염 모니터링 응용; 산업 프로세스 모니터링 응용; 화학 프로세스 모니터링 응용; 식품 가공 프로세스 모니터링 응용; 수질 모니터링 응용; 대기질 모니터링 응용; 품질 관리 응용; 배기 제어 응용; 가스 감지 응용; 가스 분석 응용; 화학적 감지 응용으로 구성된 그룹으로부터 선택되는
분광계 장치의 용도. - 분광계 장치(110)를 나타내는 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 분광계 장치(110)에서 사용하기 위한 컴퓨터 프로그램에 있어서,
컴퓨터 프로그램이 분광계 장치(110)의 평가 장치(124)에 의해 실행될 때, 평가 장치(124)가 분광계 장치(110)의 적어도 하나의 접촉 센서 장치(126)에 의해 제공된 적어도 하나의 센서 신호를 평가하게 하고 그리고 분광계 장치(100)와 샘플(112)의 접촉을 검출하게 하는 명령을 포함하는
컴퓨터 프로그램.
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