KR20220078925A - 휴대용 분광 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분광 장치에 관한 것으로, 적외선, 가시광선 또는 자외선 파장의 광신호를 제공하는 적어도 하나의 발광부, 상기 발광부에서 조사되어 샘플에 반사되었거나 샘플에 투과된 광신호를 수광하되, 가시광선을 인식할 수 있는 포토 다이오드를 이용하는 수광부, 상기 수광부로 수광되는 광신호에서 검출 신호를 검출하는 검출부, 샘플이 수용되는 수용부와 상기 수광부 사이 공간에 배치되어 샘플에 반사되었거나 상기 샘플에 투과된 광신호의 파장을 가시광선 영역대로 변환시키는 파장 변환부 및 샘플에 따라서 상기 발광부를 통해 발광할 광의 파장, 광도, 발광 타이밍 및 발광 주기 중 적어도 하나의 발광 조건을 결정하여 상기 발광부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

휴대용 분광 장치 {Portable spectroscope apparatus}

본 발명은 휴대용 분광 장치에 관한 것이다.

분광분석법은 시료 상태에 따른 파장 대역별 광학적 특성을 파악하여 시료의 성분을 비파괴적으로 분석하는 방법이다. 분광분석법은 시료의 상태를 표현할 수 있는 특정 파장이 결정되면 다른 비파괴검사법에 비하여 성분 분석 시스템을 구성하기 쉽고, 분석 결과의 해석이 간편하다.

분광 기술을 이용하여 물질의 성분을 분석하는 분광 장치는 식품, 의학, 제조, 미용 등과 같은 다양한 분야에 적용되어 물질의 분석을 수행하는데 사용되고 있다.

이러한 분광 장치는 특정 물질이 아닌 다양한 물질을 분석 대상으로 하고 있기 때문에, 전체 파장 대역을 모두 조사할 수 있도록 분광 장치가 설계, 제조되기 때문에 사이즈를 축소시키는데 어려움을 겪고 있다.

이는, 분광 장치가 휴대가 가능한 크기로 설계, 제조하기 위해서는 중요 구성 요소들의 사이즈를 줄이거나 생략해야 하는데 이러한 것이 현재로서는 불가능한 실정이고, 크기 축소로 인한 노이즈 증가 문제 또한 해결에 어려움을 겪고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0102866호, (2011.09.19)

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 다양한 파장의 광을 발광할 수 있는 발광부를 포함하며, 이를 통해서 샘플에 따라서 광의 파장, 광도, 발광 타이밍 및 발광 주기 등의 조건을 결정하여 발광할 수 있는 분광 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 파장 변환부가 수광부로 수광되는 광신호의 파장을 변환해주는 분광 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 샘플에 따라서 발광 조건을 결정하고 노이즈 제거 기술을 이용함으로써, 분광 장치의 사이즈 감소에도 측정 성능 저하가 발생하지 않도록 하는 분광 장치를 제공하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 장치는, 적외선, 가시광선 또는 자외선 파장의 광신호를 제공하는 발광부; 상기 발광부에서 조사되어 샘플에 반사되었거나 샘플에 투과된 광신호를 수광하되, 가시광선을 인식할 수 있는 포토 다이오드를 이용하는 수광부, 상기 수광부로 수광되는 광신호에서 검출 신호를 검출하는 검출부, 샘플이 수용되는 수용부와 상기 수광부 사이 공간에 배치되어 샘플에 반사되었거나 상기 샘플에 투과된 광신호의 파장을 가시광선 영역대로 변환시키는 파장 변환부, 및 샘플에 따라서 상기 발광부를 통해 발광할 광의 파장, 광도, 발광 타이밍 및 발광 주기 중 적어도 하나의 발광 조건을 결정하여 상기 발광부를 제어하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 발광부는 적외선, 가시광선 또는 자외선 파장의 광신호 제공이 가능한 양자점(Quantum dot), LED, 텅스텐 램프 또는 할로겐 램프가 적용 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 직교 코드를 생성하여 상기 발광부에서 제공되는 광신호를 상기 직교 코드에 대응되는 패턴으로 부호화 하는 부호화기, 및 상기 직교 코드와 상기 검출 신호 간의 상관관계에 기초하여 상기 검출 신호를 복호화 하는 복호화기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 복호화기는 상기 직교 코드를 기반으로 상기 검출 신호에 포함된 노이즈를 제거하여 유효 신호를 추출할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 검출 신호에 포함된 노이즈가 임계치보다 많은 경우, 상기 제어부에서 결정된 발광 조건과 상기 검출 신호에 포함된 노이즈의 특성을 분석하여 발광 조건을 재설정하여 상기 샘플에 대한 재측정을 실시하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파장 변환부는 자외선 영역대의 빛을 가시광선 영역대로 변환시키는 제1카드, 적외선 영역 파장의 빛을 가시광선 영역의 파장으로 변환시키는 제2카드를 포함하고, 상기 제어부는 상기 발광부로부터 조사되는 광신호의 파장 영역대를 고려하여 상기 제1카드 또는 제2카드가 상기 수광부의 전면에 위치되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 사용자의 단말로부터 입력된 샘플의 정보, 검사 목적 중 적어도 하나를 고려하여 상기 발광 조건을 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발광부는 수용부에 수용된 샘플을 투과하도록 하는 광신호를 조사하는 제1발광부를 포함하고, 상기 검출부는 상기 제1발광부에서 조사되어 샘플에 투과되어 수광되는 광신호에서 검출 신호를 검출하는 제1검출부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 발광부는 수용부에 수용된 샘플에 반사되도록 하는 광신호를 조사하는 제2발광부를 포함하고, 상기 검출부는 상기 제2발광부에서 조사되어 샘플에 반사되어 수광되는 광신호에서 검출신호를 검출하는 제2검출부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 샘플의 검사를 실시할 때 샘플의 정보와 검사 목적 중 적어도 하나를 고려하여, 제1발광부와 제1검출부를 이용하여 투과 검사모드 및 제2발광부와 제2검출부를 이용하여 반사 검사모드 중 적어도 하나의 검사모드를 선택하여 상기 발광 조건에 포함시키는 것을 특징으로 한다.

이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 더 제공될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 하나의 발광부에서 적외선, 가시광선 및 자외선 파장의 광신호를 제공하는 것을 지원하고, 수광부로 수광되는 광신호의 파장을 변환하여 수광시킴으로써, 콤팩트한 사이즈의 분광 장치가 가능하도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 샘플에 따라서 발광 조건을 결정하고 노이즈 제거 기술을 이용함으로써, 분광 장치의 사이즈 감소에도 측정 성능 저하가 발생하지 않는 효과를 발휘한다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분광 장치의 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분광 장치를 정면에서 바라본 내부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분광 장치를 위에서 바라본 내부 단면도이다.
도 4는 도 2에서 샘플이 수용되는 수용부가 분리된 것을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 파장 변환부를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 부호화기와 복호화 모듈의 작동을 예시하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 장치를 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 광원에 포함되는 채널을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 시간 영역에서 도 10의 분광 방법을 좀 더 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 도 12의 S240 단계를 더욱 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14는 주파수 영역에서 도 11의 분광 방법을 좀 더 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15는 도 14의 S340 단계를 더욱 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분광 방법의 흐름도이다.
도 17은 도 16의 S440 및 S450 단계를 더욱 구체적으로 나타내는 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분광 장치(10)의 블록도이다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분광 장치(10)를 정면에서 바라본 내부 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분광 장치(10)를 위에서 바라본 내부 단면도이다.

도 4는 도 2에서 샘플(30)이 수용되는 수용부(70)가 분리된 것을 예시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에서 파장 변환부(140)를 예시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에서 부호화기(160)와 복호화 모듈의 작동을 예시하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 분광 장치(10)는 하우징(50), 수용부(70), 발광부(110), 수광부(120), 검출부(130), 파장 변환부(140), 제어부(150), 부호화기(160), 복호화기(170)를 포함한다.

하우징(50)은 분광 장치(10)의 외관을 형성하는 구성으로, 분광 장치(10)의 다른 구성요소들이 실장되는 공간을 형성한다.

또한, 하우징(50)은 분광 장치(10)의 특성상 외부로부터 하우징(50) 내부로 빛이 투과될 수 없도록 형성되는 것이 바람직하다.

수용부(70)는 검사를 실시해야 하는 샘플(30)이 수용되는 공간으로 하우징(50)으로부터 분리되어 샘플(30)이 수용되고 다시 하우징(50)에 장착될 수 있다.

이때, 샘플(30)은 분광 장치(10)를 이용하여 분석, 검사하는 대상을 의미하며 샘플(30)은 분석을 위한 특정 재료 또는 특정 물질일 수 있다.

샘플(30)은 발광부(110)의 광원으로부터 제공(발광)되는 광신호의 전부 또는 일부를 흡수하거나 광신호의 전부 또는 일부를 투과하거나 반사할 수 있다.

수용부(70)는 도 4에 도시된 것과 같이 하우징(50) 내외로 탈착이 가능하고, 발광부(110)에서 발광되는 광신호가 투과될 수 있도록 투명한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

수용부(70)는 반복되는 측정 과정에서 샘플(30)에 의해 오염될 수 있으므로, 이러한 상황이 발생하지 않도록 꾸준한 관리가 필요하다.

또한, 분광 장치(10)는 수용부(70)와 함께 외부로부터 빛을 차단하는 커버를 더 포함할 수 있다.발광부(110)는 적어도 하나가 구성될 수 있으며, 적외선, 가시광선 및 자외선 파장과 같이 모든 파장 영역의 광신호를 제공(발광)하는 것이 가능하다.

보다 상세하게는, 발광부(110)는 적외선, 가시광선 또는 자외선 파장의 광신호 제공이 가능한 양자점(Quantum dot)이 적용될 수도 있고, 이외 LED, 텅스텐 램프 또는 할로겐 램프가 적용될 수도 있으며, 발광부(110)에서 제공되는 광신호는 제어부(150)에서 결정된 발광 조건을 따르게 된다.

발광부(110)에서 제공된 광신호는 샘플(30)에 투과, 반사, 흡수되는데 본 발명의 실시예에 따른 분광 장치(10)는 이와 같이 샘플(30)로 투과되거나 반사되는 광신호를 수광하여 검출 신호를 검출하게 된다.

수광부(120)는 발광부(110)에서 조사되어 샘플(30)에 반사되었거나 샘플(30)에 투과된 광신호를 수광하되, 가시광선을 인식할 수 있는 포토 다이오드를 이용한다.

검출부(130)는 수광부(120)로 수광되는 광신호에서 검출 신호를 검출한다.

파장 변환부(140)는 샘플(30)이 수용되는 수용부(70)와 수광부(120) 사이 공간에 배치되어 샘플(30)에 반사되었거나 샘플(30)에 투과된 광신호의 파장을 가시광선 영역대로 변환시킨다.

보다 상세하게는, 파장 변환부(140)는 자외선 영역대의 빛을 가시광선 영역대로 변환시키는 제1카드(147)와 적외선 영역 파장의 빛을 가시광선 영역의 파장으로 변환시키는 제2카드(149)를 포함한다.

제어부(150)는 파장 변환부(140)를 제어하여 현재 발광 조건의 파장에 부합하는 부분이 수광부(120)의 전면에 위치하도록 할 수 있다.

상세하게는, 제어부(150)는 발광부(110)를 통해서 자외선 영역대의 광신호가 발광되고 있는 경우 수광부(120)의 전면에 제1카드(147)가 위치하도록 하여 샘플(30)에 투과 또는 반사된 광신호가 가시광선 영역대로 변환되도록 할 수 있다.

또 다른 예로, 제어부(150)는 발광부(110)를 통해 적외선 영역대의 광신호가 발광되고 있는 경우 수광부(120)의 전면에 제2카드(149)가 위치하도록 하여 샘플(30)에 투과 또는 반사된 광신호가 가시광선 영역대로 변환되도록 할 수 있다.

파장 변환부(140)에서 제1카드(147)와 제2카드(149)를 제외한 영역은 아무것도 없는 영역으로 형성되거나 파장영역대에 변화를 주지 않는 투명한 카드로 형성되어, 발광부(110)에서 가시광선 영역대의 광신호가 발광되었을 때 제어부(150)가 해당 영역이 수광부(120)의 전면에 위치하도록 할 수 있다.

도 5에서는 현재 발광부(110)에서 가시광선 파장 영역대의 광신호가 발광되고 있는 것으로 판단되어, 제어부(150)가 제1카드(147)와 제2카드(149)가 아닌 영역이 수광부(120)에 전면에 오도록 제어하는 것을 알 수 있다.

또한, 도 5에서는 파장 변환부(140)가 원형의 형태로 구현된 것으로 예시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

일반적으로 기존의 분광 장치들은 샘플(30)을 다양한 파장으로 측정하기 위해서 다양한 발광수단을 구비해야 했고, 또 이러한 다양한 파장 각각을 측정하기 위한 측정 수단을 각각으로 구비해야 했다. 그리고, 이러한 구성들을 구비함으로 인하여 분광 장치(10)의 소형화는 큰 제약이 있었다.

하지만, 본 발명의 실시예에 따른 분광 장치(10)는 다양한 발광수단이 적용 가능한 발광부(110)를 통해 다양한 파장 영역대의 광신호를 발생시키는 것이 가능하고, 파장 변환부(140)를 이용하여 다양한 파장 영역대의 수광신호를 가시광선 영역대의 파장을 변환해줌으로써 소형화가 가능하게 된다는 장점이 있다.

본 발명은 이뿐만 아니라 발광 조건을 결정하는 제어부(150)의 특징, 노이즈를 제거하는 특징 등을 더 포함하여 이러한 분광 장치(10)의 소형화와 성능 향상이 가능하게 된다.

본 발명의 실시예에서 제어부(150)는 발광부(110), 수광부(120), 검출부(130), 파장 변환부(140), 부호화기(160), 복호화기(170) 등과 같이 분광 장치(10) 내에 포함된 구성들의 제어를 담당한다.

제어부(150)는 샘플(30)에 따라서 발광부(110)를 통해 발광할 광의 파장, 광도, 발광 타이밍 및 발광 주기 중 적어도 하나의 발광 조건을 결정하여 발광부(110)를 제어한다.

본 발명의 실시예에서 제어부(150)는 투과 검사모드와 반사 검사모드의 선택이 가능하다.

보다 상세하게는, 제어부(150)는 샘플(30)의 검사를 실시할 때 샘플(30)의 정보와 검사 목적 중 적어도 하나를 고려하여, 제1발광부(113)와 제1수광부(123)를 이용하는 투과 검사모드, 그리고 제2발광부(115)와 제2수광부(125)를 이용하는 반사 검사모드 중 적어도 하나의 검사모드를 선택하여 발광 조건에 포함시킬 수 있다.

예를 들어, 제어부(150)는 투과 검사모드에 적합한 샘플(30)의 경우에는 투과 검사모드를 선택하게 되고, 반사 검사모드에 적합한 샘플(30)의 경우에는 반사 검사모드를 선택하게 되며, 두 개의 모드를 모두 이용해야 하는 경우에는 두 개의 모드를 모두 선택하여 발광 조건에 포함시킬 수 있다.

일 실시예로, 분광 장치(10)는 샘플의 정보가 미리 입력되지 않는 경우를 위해서 테스트 모드를 수행할 수 있다.

상세하게는, 제어부(150)는 테스트 모드가 실행되면, 발광부(110)가 수용부(120)에 수용된 샘플(30)로 적외선, 가시광선 및 자외선 파장 중 적어도 하나에 해당하는 파장의 광신호를 순차적으로 제공하도록 제어하여 테스트 모드를 수행한다.

예를 들어, 제어부(150)는 적외선, 가시광선 및 자외선 총 3개의 파장을 선택하여 발광부(110)가 3종류의 파장의 광신호를 순차적으로 제공하도록 할 수도 있고, 가시광선과 자외선 파장 총 2개의 파장을 선택하여 발광부(110)가 2종류의 파장의 광신호를 순차적으로 제공하도록 할 수도 있고, 하나의 파장을 선택하여 발광부(110)가 해당 파장의 광신호를 제공하도록 할 수도 있다.

그리고, 제어부는 테스트 모드에 따라 수광부(120)로 수광되는 광신호를 분석하고, 분석 결과를 기반으로 발광부의 발광 파장을 결정하는 것을 특징으로 한다.

위에서, 제어부(150)가 테스트 모드에 따라 수광부(120)로 수광되는 광신호를 분석하고, 분석 결과를 기반으로 발광부의 발광 파장을 결정하는 것으로 기재하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 분광 장치(10)를 이용하는 사용자로부터 직접 발광 파장을 선택/입력 받을 수도 있다.

또한, 위에서 제어부(150)가 테스트 모드를 수행할 때, 적외선, 가시광선 및 자외선 파장의 광신호를 순차적으로 제공하도록 기재하였지만, 광신호의 파장에 대한 순서는 한정되는 것이 아니며 택일적으로 순차적으로 제공된다면 어떠한 순서든 무관하게 적용될 수 있다.

발광부(110)는 제1발광부(113)와 제2발광부(115)를 포함하며, 제1발광부(113)는 수용부(70)에 수용된 샘플(30)을 투과하도록 하는 광신호를 조사하고, 제2발광부(115)는 수용부(70)에 수용된 샘플(30)에 반사되도록 하는 광신호를 조사한다.

검출부(130)는 수광부(120)로 수광되는 광신호에서 검출 신호를 검출하며, 하나의 검출부(130)에서 제1수광부(123), 제2수광부(125)에서 수광되는 광신호를 모두 검출할 수도 있고, 제1검출부(미도시)와 제2검출부(미도시)의 구성으로 분리될 수도 있다.

또한, 파장 변환부(140)는 제1수광부(123)의 전면에 설치된 제1 파장 변환부(143)와 제2수광부(125)의 전면에 설치된 제2 파장 변환부(145)를 포함한다.

도면상에서 제1발광부(113)와 제1수광부(123), 그리고 제2발광부(115)와 제2수광부(125)가 하나의 분광 장치(10)에 함께 형성되어 있는 것으로 도시하였지만, 필요에 따라서 제1발광부(113)와 제1수광부(123) 또는 제2발광부(115)와 제2수광부(125) 중 하나만 포함되도록 형성될 수도 있다.

본 발명의 실시예에서 분광 장치(10)의 제어부(150)는 사용자의 단말로부터 샘플(30)의 정보, 검사 목적을 입력받을 수 있고, 이를 이용하여 발광 조건을 결정할 수 있다.

이와 같이 사용자의 단말로부터 샘플(30)의 정보, 검사 목적을 입력받기 위해 분광 장치(10)는 통신부(미도시)의 구성을 더 포함할 수 있으며, 통신부는 근거리 통신, 또는 서버와의 무선통신이 가능하도록 구현될 수 있다.

예를 들어, 분광 장치(10)는 통신부를 통해 근거리 통신(예: 블루투스)으로 사용자의 단말과 일대일 연결되어 샘플(30)의 정보, 검사 목적을 입력받을 수도 있고, 서버로부터 사용자의 단말로 입력된 샘플(30)의 정보, 검사 목적을 수신할 수도 있다.

도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에서 부호화기(160)와 복호화 모듈의 작동에 대해서 설명하도록 한다.

부호화기(160)는 직교 코드를 생성하며 발광부(110)에서 제공되는 광신호를 직교 코드에 대응되는 패턴으로 부호화 한다.

복호화기(170)는 직교 코드와 검출 신호 간의 상관관계에 기초하여 검출 신호를 복호화 하며, 직교 코드를 기반으로 검출 신호에 포함된 노이즈를 제거하여 유효 신호를 추출한다.

일 실시예로, 제어부(150)는 검출 신호에 포함된 노이즈가 임계치보다 많은 경우 제어부(150)에서 결정된 발광 조건과 검출 신호에 포함된 노이즈의 특성을 분석하여 발광 조건을 재설정하여 샘플(30)에 대한 재측정을 실시할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 분광 장치(10)는 샘플(30)에 따라 발광 조건을 결정하여 다양한 파장 중 적어도 하나의 파장을 샘플(30)로 조사할 수 있고, 샘플(30)에 투과되었거나 반사된 광신호가 파장 변환부(140)에 의해 가시광선의 영역대로 변환되어 하나의 검출부(130)에 의해 검출 신호를 검출하는 것이 가능하게 하며, 부호화기(160)와 복호화기(170)의 구성을 통해서 노이즈를 제거하고 유효 신호를 추출하게 된다.

그리고, 위와 같은 구성들을 통해서 본 발명의 실시예에 따른 분광 장치(10)는 성능저하가 발생하지 않고 소형화가 가능하게 된다.

이하에서 도 7 내지 도 15를 참조하여, 직교 코드를 이용하여 광신호를 부호화하고, 동일한 직교 코드를 검출 신호와 컨벌루션을 수행하여 검출 신호로부터 유효 신호를 추출하는 것에 대해 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 물질의 분석을 위한 분광 장치(10)를 더욱 상세하게 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 도 6을 참조하여 설명될 것이다. 부호화기(160)는 코드 생성기(미도시)를 포함할 수 있다. 발광부(110)는 제1 내지 제3 채널들(채널 1, 채널 2, 채널 3)을 포함할 수 있다. 검출부(130)는 배열 센서(133)를 포함할 수 있다. 복호화기(170)는 신호 처리기(미도시)를 포함할 수 있다.

코드 생성기(미도시)는 광신호를 부호화하기 위한 직교 코드를 생성할 수 있다. 직교 코드는 직교성에 기초하는 코드일 수 있다. 구체적으로, 서로 다른 복수의 직교 코드들은 서로 직교할 수 있다. 즉, 서로 다른 복수의 직교 코드들 사이의 상호 상관 값들은 0일 수 있다. 예를 들어, 직교 코드는 PN(pseudo-noise) 코드 또는 골드(gold) 코드일 수 있다. 직교 코드는 이진 시퀀스일 수 있다. 코드 생성기(미도시)는 복수의 직교 코드들을 생성할 수 있다. 코드 생성기(미도시)는 복수의 직교 코드들을 분리하여 출력할 수 있다. 코드 생성기(미도시)는 복수의 직교 코드들을 동시에 출력할 수 있다.

발광부(110)는 하나 이상의 채널을 포함한다. 샘플(30)을 분석하기 위해 필요한 파장에 따라 발광부(110)가 포함하는 채널의 개수가 결정될 수 있다. 즉, 특정 샘플(30)을 분석하기 위해 하나의 파장이 사용되면 발광부(110)는 하나의 채널을 포함할 수 있고, 특정 샘플(30)을 분석하기 위해 세개의 파장이 사용되면 발광부(110)는 세개의 채널을 포함할 수 있다.

제 1 채널은 샘플(30)을 향하여 광신호를 출력할 수 있다. 광신호를 출력하기 이전에, 제 1 채널은 광신호의 파장을 결정할 수 있다. 제 1 채널은 결정된 파장을 갖는 광신호를 출력할 수 있다. 제 1 내지 제 3 채널들에 의하여 출력되는 광신호들의 파장들은 서로 상이하다.

일 실시예에서, 제 1 채널은 코드 생성기(미도시)에 의하여 생성된 제 1 직교 코드를 수신할 수 있고 그리고 제 1 직교 코드에 기초하여 제 1 광신호를 생성할 수 있다. 제 1 직교 코드는 제 1 채널을 통하여 제 1 광신호로 변조될 수 있다. 제 1 채널은 제 1 직교 코드에 대응하는 패턴으로 제 1 광신호를 부호화할 수 있다. 제 1 채널은 제 1 직교 코드의 이진 시퀀스에 대응하는 패턴으로 제 1 광신호의 펄스 파형을 부호화할 수 있다. 제 1 채널은 제 1 직교 코드에 따른 선로 부호화에 의하여 제 1 광신호의 펄스 파형을 부호화할 수 있다.

도 7을 참조하면, 예를 들어, 제 1 직교 코드가 1110100인 이진 시퀀스인 경우, 제 1 광신호의 펄스 파형의 크기는 순차적으로 제 1 직교 코드의 비트 값들에 대응할 수 있다.

제 2 및 제 3 채널들은 제 1 채널과 서로 동일한 원리에 의해 구현될 수 있고 그리고 제 1 채널과 마찬가지로, 제 2 및 제 3 채널들은 제 1 채널과 동일한 원리에 의해 제 2 직교 코드(예컨대, 1001011) 및 제 2 직교 코드(예컨대, 1101011)에 기초하여 제 2 및 제 3 광신호들을 부호화할 수 있다.

즉, 제 2 및 제 3 직교 코드는 각각 제 2 및 제 3 채널들을 통해 제 2 및 제 3 광신호들로 변조될 수 있다. 도 7에서, 제 1 내지 제 3 채널들만이 도시되었으나, 발광부(110)가 포함하는 채널들의 개수는 세 개로 한정되지 않는다.

배열 센서(133)는 샘플(30)로부터 검출 신호를 검출하거나 수신할 수 있다. 배열 센서(133)는 복수의 검출 신호들을 검출할 수 있다. 여기서, 복수의 검출 신호들 각각은 제 1 내지 제 3 채널들에 대응할 수 있다. 배열 센서(133)는 복수의 픽셀들을 포함할 수 있고 그리고 복수의 픽셀들은 복수의 검출 신호들에 각각 대응할 수 있다. 배열 센서(133)는 복수의 검출 신호들을 동시에 수신하거나 순차적으로 수신할 수 있다.

신호 처리기(미도시)는 검출부(130)로부터 검출 신호를 수신할 수 있고 검출 신호로부터 유효 신호를 추출할 수 있다. 신호 처리기(미도시)는 복수의 검출 신호들을 수신할 수 있고 복수의 검출 신호들에 기초하여 유효 신호를 획득할 수 있다.

신호 처리기(미도시)는 코드 생성기(미도시)와 복수의 직교 코드들을 동기화할 수 있다. 신호 처리기(미도시)는 코드 생성기(미도시)로부터 직교 코드에 대한 정보를 포함하는 데이터 및 신호를 수신할 수 있다.

신호 처리기(미도시)는 코드 생성기(미도시)와 직교 코드를 공유할 수 있다. 신호 처리기(미도시)는 배열 센서(133)로부터 복수의 직교 코드들에 각각 대응하는 복수의 검출 신호들을 수신할 수 있고 복수의 직교 코드들에 기초하여 복수의 검출 신호들로부터 유효 신호를 추출할 수 있다.

일 실시예에서, 신호 처리기(미도시)는 복수의 직교 코드들 중에서 제 1 직교 코드에 대응하는 검출 신호를 수신할 수 있다.

신호 처리기(미도시)는 제 1 직교 코드와 제 1 직교 코드에 대응하는 검출 신호 간의 상관 관계를 기반으로 하는 연산 결과를 획득할 수 있다.

반복적으로, 신호 처리기(미도시)는 복수의 직교 코드들 및 복수의 검출 신호들로부터 상관 관계를 기반으로 하는 복수의 연산 결과들을 획득할 수 있다. 신호 처리기(미도시)는 복수의 연산 결과들을 합산함으로써 유효 신호를 획득할 수 있다.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 7의 발광부(110)에 포함되는 채널을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 블록도이다.

도 8을 참조하면, 채널은 구동기(111) 및 광신호 생성기(112)를 포함할 수 있다. 채널은 도 7의 제 1 내지 제 3 채널들과 실질적으로 동일할 수 있다. 도 8은 도 7을 참조하여 설명될 것이다.

구동기(111)는 전기적 변조 방법에 의해 광신호를 생성하기 위한 장치일 수 있다. 구동기(111)는 채널에 의해 코드 생성기(미도시)로부터 수신된 직교 코드에 기초하여 구동 신호를 생성할 수 있다. 구동 신호는 직교 코드에 대한 정보를 포함할 수 있다. 구동 신호는 전기적 제어 신호일 수 있다.

광신호 생성기(112)는 샘플(30)로 제공되는 광신호를 생성할 수 있다. 광신호 생성기(112)는 부호화 과정과 함께 광신호를 생성할 수 있다. 광신호 생성기(112)는 LED, 레이저 다이오드 등을 포함하는 다양한 장치로 구현될 수 있다.

구동기(111)는 광신호 생성기(112)로 구동 신호를 전송할 수 있고 광신호 생성기(112)는 구동 신호를 수신할 수 있다. 광신호 생성기(112)는 구동 신호에 의해 제어될 수 있다. 광신호 생성기(112)는 직교 코드를 포함하는 구동 신호에 기초하여 직교 코드에 대응하는 패턴으로 부호화된 광신호를 생성할 수 있다.

도 9을 참조하면, 채널은 연속파 생성기(116) 및 광학 변조기(117)를 포함할 수 있다. 채널은 도 7의 제 1 내지 제 3 채널들과 실질적으로 동일할 수 있다. 도 9은 도 7을 참조하여 설명될 것이다.

연속파 생성기(116)는 연속된 파형의 빛을 출력할 수 있다. 여기서, 연속된 파형은 정현파 및 구형파를 포함하는 다양한 파형일 수 있다. 연속파를 출력하기 이전에, 연속파 생성기(116)는 연속파의 파장, 위상, 및 진폭을 결정할 수 있다.

광학 변조기(117)는 광학적 변조 방법에 의해 광신호를 생성하기 위한 장치일 수 있다. 광학 변조기(117)는 동작 전압에 따라 작동될 수 있다. 광학 변조기(117)의 동작 전압은 채널에 의해 코드 생성기(미도시)로부터 수신된 직교 코드에 따라 조정될 수 있다. 광학 변조기(117)는 동작 전압에 따라 빛의 위상 및 진폭을 변조할 수 있다.

연속파 생성기(116)는 광학 변조기(117)를 향하여 연속파를 출력할 수 있다. 연속파 생성기(116)는 광학 변조기(117)에 연속파를 제공할 수 있고 광학 변조기(117)는 연속파의 진폭 및 위상을 변조할 수 있다. 광학 변조기(117)는 채널에 의해 코드 생성기(미도시)로부터 수신된 직교 코드에 기초하여 연속파의 진폭 및 위상을 변조할 수 있다. 광학 변조기(117)는 직교 코드에 따라 연속파의 진폭 및 위상을 변조함으로써 직교 코드에 대응하는 패턴으로 부호화된 광신호를 생성할 수 있다. 광학 변조기(117)의 동작 전압은 직교 코드에 의해 조정될 수 있다. 광학 변조기(117)는 조정된 동작 전압에 기초하여 직교 코드에 대응하는 패턴으로 부호화된 광신호로 연속파를 변조할 수 있다.

도 10을 참조하면, 채널은 연속파 생성기(116), 적어도 하나 이상의 슬릿(118), 및 슬릿 제어기(119)를 포함할 수 있다. 채널은 도 7의 제 1 내지 제 3 채널들과 실질적으로 동일할 수 있다. 도 10은 도 7 및 도 9 참조하여 설명될 것이다.

연속파 생성기(116)는 도 9의 연속파 생성기(116)와 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 도 10에서 연속파 생성기(116)에 대한 구체적인 설명은 생략된다.

적어도 하나 이상의 슬릿(118)은 연속파 생성기(116)로부터 출력된 연속파를 투과시킬 수 있다. 적어도 하나 이상의 슬릿(118)은 연속파의 투과도를 조정할 수 있다. 적어도 하나 이상의 슬릿(118)은 투과하는 연속파를 회절시킬 수 있다.

슬릿 제어기(119)는 적어도 하나 이상의 슬릿(118)을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 슬릿 제어기(119)의 제어 신호는 채널에 의해 코드 생성기(미도시)로부터 수신된 직교 코드에 기초하여 생성될 수 있다. 슬릿 제어기(119)는 적어도 하나 이상의 슬릿(118)에 제어 신호를 전송할 수 있다.

일 실시예에서, 슬릿 제어기(119)는 적어도 하나 이상의 슬릿(118)에 제어 신호를 전송할 수 있고 적어도 하나 이상의 슬릿(118)은 제어 신호를 수신할 수 있다. 슬릿 제어기(119)는 제어 신호에 의해 적어도 하나 이상의 슬릿(118)의 개폐 동작을 제어할 수 있다. 슬릿 제어기(119)는 적어도 하나 이상의 슬릿(118)의 개폐 동작을 직교 코드에 대응하는 패턴과 동일하게 되도록 조정할 수 있다. 적어도 하나 이상의 슬릿(118)은 제어 신호에 응답하는 개폐 동작에 기초하여 직교 코드에 대응하는 패턴으로 부호화된 광신호로 연속파를 변조할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 방법을 나타내는 흐름도이며, 도 6을 참조하여 설명될 것이다.

S110 단계에서, 발광부(110)는 직교 코드(OC)와 연속파 신호(CW)에 기초하여 직교 코드(OC)에 대응하는 패턴으로 부호화된 광신호(ENC)를 생성할 수 있다. 발광부(110)는 직교 코드(OC)와 연속파 신호(CW)의 컨벌루션을 수행할 수 있다. 발광부(110)는 컨벌루션의 결과에 기초하여 광신호(ENC)를 생성할 수 있다.

하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 몇몇 실시예에서 발광부(110)는 직교 코드(OC)와 코드화된 불연속 파를 생성하고, 직교 코드(OC)와 코드화된 불연속 파의 컨벌루션을 수행할 수 있으며, 발광부(110)는 컨벌루션의 결과에 기초하여 광신호(ENC)를 생성할 수도 있다.

S120 단계에서, 발광부(110)는 샘플(30)에 광신호(ENC)를 제공할 수 있다. S130 단계에서, 검출부(130)는 샘플(30)로부터 검출 신호(DET)를 검출할 수 있다. 광신호(ENC)의 전부 또는 일부는 샘플(30)에서 흡수, 투과, 산란, 및 반사될 수 있다. 검출 신호(DET)는 샘플(30)에서 흡수, 투과, 산란, 및 반사된 광신호(ENC)의 결과물일 수 있다. 또한, 검출 신호(DET)는 광신호(ENC)의 변형(deformation)일 수 있다. 검출 신호(DET)는 샘플(30)의 분석을 위한 유효 신호 (EFF) 및 잡음을 포함할 수 있다. 검출 신호(DET)는 그 자체로 샘플(30)의 분석에 유용하지 않을 수 있다. 예를 들어, 검출 신호(DET)는 그 자체로 샘플(30)의 화학적 구성(예컨대, 분자의 구조, 분자의 변화, 및 분자량 등)을 결정하지 못할 수 있다.

S140 단계에서, 복호화기(170)는 검출 신호(DET)로부터 잡음을 제거하여 유효 신호(EFF)를 추출할 수 있다. 복호화기(170)는 검출 신호(DET)를 복호화할 수 있다. 복호화기(170)는 부호화기(160)로부터 수신된 직교 코드(OC)와 검출 신호(DET)의 컨벌루션을 수행할 수 있다. 복호화기(170)는 컨벌루션의 결과에 기초하여 유효 신호(EFF)를 획득할 수 있다. 유효 신호(EFF)는 샘플(30)의 분석을 위한 정확도가 높을 수 있다. 분광 장치(10)는 유효 신호(EFF)에 기초하여 샘플(30)의 화학적 구성(예컨대, 분자의 구조, 분자의 변화, 및 분자량 등)을 결정할 수 있다.

도 12는 시간 영역에서 도 11의 분광 방법을 좀 더 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다. 도 12는 도 6 및 도 11을 참조하여 설명될 것이다. S210 단계는 도 11의 S110 단계에 대응할 수 있고, S220 단계는 도 11의 S120 단계에 대응할 수 있고, S230 단계는 도 11의 S130 단계에 대응할 수 있고, S240 단계는 도 11의 S140 단계에 대응할 수 있다. 도 12를 참조하면, 연속파 신호(T10) , 광신호(T20), 검출 신호(T30), 및 유효 신호(T40)는 시간에 따른 크기 그래프로 표현될 수 있다.

또한, 위와 같이 그래프로 표현할 때 연속파 신호(T10)에 한정되는 것은 아니며, 전술한 바와 같이 연속파 신호(T10) 이외에 코드화된 불연속파가 적용될 수도 있다.

S210 단계에서, 발광부(110)는 연속파 신호(T10)를 광신호(T20)로 부호화할 수 있다. 연속파 신호(T10)는 도 11의 연속파 신호(CW)에 대응할 수 있고, 그리고 광신호(T20)는 도 11의 광신호(ENC)에 대응할 수 있다. 부호화기(160)는 클럭 동기화에 의해 발광부(110)와 타이밍을 정합(match)할 수 있다. 부호화기(160)는 타이밍에 기초하여 발광부(110)에 직교 코드(OC)를 제공할 수 있다.

발광부(110)는 부호화기(160)와 동기화된 타이밍에 기초하여 연속파 신호(T10)로부터 직교 코드(OC)에 대응하는 패턴으로 부호화된 광신호(T20)를 생성할 수 있다. 발광부(110)는 부호화기(160)와 동기화된 타이밍에 기초하여 직교 코드(OC)와 연속파 신호(T10)의 컨벌루션을 수행할 수 있다. 발광부(110)는 컨벌루션의 결과에 기초하여 광신호(T20)를 생성할 수 있다.

S220 단계에서, 발광부(110)는 샘플(30)에 광신호(T20)를 제공할 수 있다. S230 단계에서, 검출부(130)는 샘플(30)로부터 검출 신호(T30)를 검출할 수 있다. 검출 신호(T30)는 도 11의 검출 신호(DET)에 대응할 수 있다. 샘플(30)에서의 광신호(T20)는 시간이 지남에 따라 샘플(30)의 분자 진동을 발생시킬 수 있다. 샘플(30)의 분자 진동에 기초하여 흡수, 산란, 투과, 및 반사 등의 검출 신호(T30)가 샘플(30)로부터 방출될 수 있다.

S240 단계에서, 복호화기(170)는 검출 신호(T30)로부터 유효 신호(T40)를 추출할 수 있다. 유효 신호(T40)는 도 11의 유효 신호(EFF)에 대응할 수 있다. 복호화기(170)는 클럭 동기화에 의해 부호화기(160)와 타이밍을 정합할 수 있다. 복호화기(170)는 타이밍에 기초하여 부호화기(160)로부터 직교 코드(OC)를 수신할 수 있다. 복호화기(170)는 부호화기(160)와 동기화된 타이밍에 기초하여 직교 코드(OC)와 검출 신호(T30)의 컨벌루션을 수행할 수 있다. 복호화기(170)는 컨벌루션의 결과에 기초하여 유효 신호(T40)를 획득할 수 있다. 유효 신호(T40)의 신호 대비 잡음비(signal-to-noise ratio; SNR)는 향상될 수 있다.

도 13은 도 12의 S240 단계를 더욱 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다. 도 13은 도 6 및 도 12를 참조하여 설명될 것이다.

검출 신호(T30)는 유효 성분(T31) 및 잡음 성분(T32)을 포함할 수 있다. 유효 성분(T31)은 시간에 따른 샘플(30)의 분자 진동으로부터 생성될 수 있다. 잡음 성분(T32)은 시간에 따른 샘플(30)의 분자 진동 이외의 요인들로부터 생성될 수 있다. 도 13에서, 유효 성분(T31) 및 잡음 성분(T32)은 나누어져 있으나, 본 발명의 일 실시예에서, 유효 성분(T31) 및 잡음 성분(T32)은 검출 신호(T30)로부터 분리되지 않을 수 있다.

S241 단계에서, 복호화기(170)는 부호화기(160)와 동기화된 타이밍에 기초하여 부호화기(160)로부터 수신된 직교 코드(OC)와 유효 성분(T31)의 컨벌루션을 수행할 수 있다. 직교 코드(OC)와 유효 성분(T31)의 상관 값은 1이 될 수 있다. 따라서, 유효 성분(T31)은 복호화된 유효 성분(T41)으로 변환될 수 있다. 여기서, 복호화된 유효 성분(T41)은 변조되거나 부호화되기 전의 광신호(T20)에 대응하는 상태일 수 있다. 즉, 유효 성분(T31)은 직교 코드(OC)에 의해 복원될 수 있다.

S242 단계에서, 복호화기(170)는 부호화기(160)와 동기화된 타이밍에 기초하여 부호화기(160)로부터 수신된 직교 코드(OC)와 잡음 성분(T32)의 컨벌루션을 수행할 수 있다. 잡음 성분(T32)과 유효 성분(T31)은 서로 동일한 직교 코드(OC)와 컨벌루션이 수행될 수 있다. 직교 코드(OC)와 잡음 성분(T32)의 상관 값은 0이 될 수 있다. 따라서, 잡음 성분(T32)은 복호화된 잡음 성분(T42)으로 변환될 수 있다. 여기서, 복호화된 잡음 성분(T42)은 직교 코드(OC)에 의해 잡음이 약화되거나 잡음이 일부 혹은 전부 제거된 신호일 수 있다. 결국, 유효 신호(T40)는 복호화된 유효 성분(T41) 및 복호화된 잡음 성분(T42)을 포함할 수 있다. 유효 신호(T40)의 신호 대비 잡음비는 향상될 수 있다.

도 14는 주파수 영역에서 도 11의 분광 방법을 좀 더 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이며, 도 7 및 도 11을 참조하여 설명될 것이다. S310 단계는 도 11의 S110 단계에 대응할 수 있고, S320 단계는 도 11의 S120 단계에 대응할 수 있고, S330 단계는 도 11의 S130 단계에 대응할 수 있고, S340 단계는 도 11의 S140 단계에 대응할 수 있다. 도 14을 참조하면, 연속파 신호(F10), 광신호(F20), 검출 신호(F30), 및 유효 신호(F40)는 파장에 따른 강도의 스펙트럼 그래프로 표현될 수 있다.

S310 단계에서, 발광부(110)는 연속파 신호(F10)를 광신호(F20)로 부호화할 수 있다. 연속파 신호(F10)는 도 11의 연속파 신호(CW)에 대응할 수 있고, 그리고 광신호(F20)는 도 11의 광신호(ENC)에 대응할 수 있다. 부호화기(160)는 발광부(110)에 대역폭을 확산(spread)시키는 직교 코드(OC)를 제공할 수 있다. 발광부(110)는 직교 코드(OC)와 연속파 신호(F10)의 컨벌루션을 수행할 수 있다. 스펙트럼 확산(spectrum-spreading) 및 컨벌루션에 의해, 광신호(F20)의 대역폭은 연속파 신호(F10)의 대역폭에 비해 넓을 수 있다. 발광부(110)는 컨벌루션의 결과에 기초하여 직교 코드(OC)에 의해 확산된 광신호(F20)를 생성할 수 있다. 광신호(F20)의 에너지는 연속파 신호(F10)의 에너지와 서로 동일할 수 있다.

S320 단계에서, 발광부(110)는 샘플(30)에 광신호(F20)를 제공할 수 있다. S330 단계에서, 검출부(130)는 샘플(30)로부터 검출 신호(F30)를 검출할 수 있다. 검출 신호(F30)는 도 11의 검출 신호(DET)에 대응할 수 있다. 샘플(30)은 특정 파장 영역에서 광신호(F20)를 흡수, 산란, 투과 및 반사시킬 수 있다. 광신호(F20)에 의하여, 샘플(30)의 분자 진동이 발생할 수 있다. 흡수, 산란, 투과 등의 검출 신호(F30)는 특정 파장 영역에 대한 샘플(30)의 분자 진동에 기초하여 샘플(30)로부터 방출될 수 있다.

S340 단계에서, 복호화기(170)는 검출 신호(F30)로부터 유효 신호(F40)를 추출할 수 있다. 유효 신호(F40)는 도 11의 유효 신호(EFF)에 대응할 수 있다. 복호화기(170)는 부호화기(160)로부터 수신된 직교 코드(OC)와 검출 신호(F30)의 컨벌루션을 수행할 수 있다. 스펙트럼 역확산(spectrum-despreading) 및 컨벌루션에 의해, 검출 신호(F30)의 대역폭은 복원될 수 있다. 복호화기(170)는 컨벌루션의 결과에 기초하여 검출 신호(F30)로부터 유효 신호(F40)를 획득할 수 있다.

도 15은 도 14의 S340 단계를 더욱 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이며, 도 15는 도 7 및 11을 참조하여 설명될 것이다.

시간 도메인에서와 마찬가지로, 검출 신호(F30)는 유효 성분(F31) 및 잡음 성분(F32)을 포함할 수 있다. 유효 성분(F31)은 광신호(F20)의 전부 혹은 일부 파장 영역에 대한 샘플(30)의 분자 진동으로부터 생성될 수 있다. 잡음 성분(F32)은 광신호(F20)의 전부 혹은 일부 파장 영역에 대한 샘플(30)의 분자 진동 이외의 요인들로부터 생성될 수 있다. 도 15에서, 유효 성분(F31) 및 잡음 성분(F32)은 나누어져 있으나, 본 발명의 일 실시예에서, 유효 성분(F31) 및 잡음 성분(F32)은 검출 신호(F30)로부터 분리되지 않을 수 있다.

S341 단계에서, 복호화기(170)는 부호화기(160)로부터 수신된 직교 코드(OC)와 유효 성분(F31)의 컨벌루션을 수행할 수 있다. 직교 코드(OC)와 유효 성분(F31)의 상관 값은 1이 될 수 있다. 따라서, 유효 성분(F31)은 복호화된 유효 성분(F41)으로 변환될 수 있다. 여기서, 복호화된 유효 성분(F41)은 변조되거나 부호화되기 전의 광신호(F20)에 대응하는 상태일 수 있다. 즉, 유효 성분(F31)은 직교 코드(OC)에 의해 복원될 수 있다.

S342 단계에서, 복호화기(170)는 부호화기(160)와 동기화된 타이밍에 기초하여 부호화기(160)로부터 수신된 직교 코드(OC)와 잡음 성분(F32)의 컨벌루션을 수행할 수 있다. 잡음 성분(F32)과 유효 성분(F31)은 서로 동일한 직교 코드(OC)와 컨벌루션이 수행될 수 있다. 직교 코드(OC)와 잡음 성분(F32)의 상관 값은 0이 될 수 있다. 따라서, 잡음 성분(F32)은 복호화된 잡음 성분(F42)으로 변환될 수 있다. 여기서, 복호화된 잡음 성분(F42)은 직교 코드(OC)에 의해 잡음이 약화되거나 잡음이 일부 혹은 전부 제거된 신호일 수 있다. 결국, 유효 신호(F40)는 복호화된 유효 성분(F41) 및 복호화된 잡음 성분(F42)을 포함할 수 있다. 유효 신호(F40)의 신호 대비 잡음비는 향상될 수 있다.

도 16은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 특정 물질의 분석을 위한 분광 방법의 순서도이며, 도 7을 참조하여 설명될 것이다.

본 발명의 특정 물질의 분석을 위한 분광 방법의 아래 단계들(S410 내지 S460)은 분광 장치(10)에 의해 수행된다. 특정 물질이 샘플(30)로 미리 결정되기 때문에, 분광 방법을 수행하기 위해 사용되는 발광부(110)의 발광 조건은 제어부(150)에서 결정된 발광 조건에 따라 수행될 수 있다.

S410 단계에서, 발광부(110)는 하나 이상의 직교 코드에 기초하여 하나 이상의 광신호를 생성할 수 있다. 코드 생성기(미도시)는 하나 이상의 직교 코드를 생성할 수 있다. 하나 이상의 직교 코드는 모두 서로 상이하거나 모두 서로 동일할 수 있다. 하나 이상의 직교 코드가 모두 서로 상이한 경우, 하나 이상의 직교 코드는 서로 직교하는 코드들일 수 있다. 즉, 서로 다른 하나 이상의 직교 코드 사이의 상호 상관 값들은 0일 수 있다. 코드 생성기(미도시)는 발광부(110)에 포함된 복수의 채널들 각각에 직교 코드를 제공할 수 있다. 코드 생성기(미도시)에 의하여 생성된 하나 이상의 직교 코드 각각은 하나 이상의 채널 각각에 일대일로 대응할 수 있다.

S420 단계에서, 발광부(110)는 샘플(30)에 코드 생성기(미도시)로부터 수신된 하나 이상의 직교 코드에 기초하여 생성된 하나 이상의 광신호를 제공할 수 있다. 하나 이상의 채널 각각은 코드 생성기(미도시)로부터 수신된 직교 코드에 대응하는 패턴으로 부호화된 광신호를 생성할 수 있다. 발광부(110)에 포함된 하나 이상의 채널 각각은 샘플(30)을 향하여 광신호를 출력할 수 있다. 하나 이상의 광신호의 파장은 서로 상이할 수 있다.

S430 단계에서, 검출부(130)는 샘플(30)로부터 하나 이상의 광신호에 각각 대응하는 하나 이상의 검출 신호를 검출할 수 있다. 발광부(110)로부터 샘플(30)을 향하여 출력된 하나 이상의 광신호는 샘플(30)에 의하여 흡수, 투과, 산란, 및 반사될 수 있다. 샘플(30)은, 샘플(30)에서 흡수, 투과, 산란, 및 반사된 하나 이상의 광신호에 기초하여, 하나 이상의 검출 신호를 방출할 수 있다. 하나 이상의 검출 신호는 하나 이상의 광신호의 변형일 수 있다. 검출부(130)는 하나 이상의 검출 신호를 동시에 수신하거나 순차적으로 수신할 수 있다.

S440 단계에서, 복호화기(170)는 하나 이상의 검출 신호와 하나 이상의 직교 코드의 컨벌루션을 수행할 수 있다. 복호화기(170)는 하나 이상의 검출 신호 중 하나의 검출 신호와 하나 이상의 직교 코드 전부에 대한 컨벌루션을 수행할 수 있다. 반복적으로, 복호화기(170)는 하나 이상의 직교 코드와 하나 이상의 검출 신호 전부에 대한 컨벌루션들을 수행할 수 있다. 또는, 복호화기(170)는 하나 이상의 검출 신호 중 하나의 검출 신호에 대해서 하나의 검출 신호에 대응하는 오직 하나의 직교 코드와만 컨벌루션을 수행할 수도 있다. 복호화기(170)는 여러 차례 컨벌루션들을 수행할 수 있고 그리고 동시에 또는 순차적으로 컨벌루션들을 수행할 수 있다. 복호화기(170)는 하나 이상의 직교 코드 및 하나 이상의 검출 신호에 대한 컨벌루션의 결과를 획득할 수 있다.

S450 단계에서, 복호화기(170)는 컨벌루션들의 결과에 기초하여 유효 신호를 획득할 수 있다.

직교 코드 및 검출 신호가 복수개인 경우(발광부(110)가 복수개인 경우), 복호화기(170)는 복수의 직교 코드들 및 복수의 검출 신호들에 대한 컨벌루션들의 결과들을 합산함으로써 유효 신호를 획득할 수 있다. 복수의 직교 코드들 및 복수의 검출 신호들에 대한 컨벌루션들의 결과들을 합산함으로써 유효 신호를 획득하는 것에 대해서는 도 17에서 좀 더 구체적으로 설명될 것이다.

S460 단계에서, 마이크로 컨트롤러는 유효 신호와 정상 신호를 비교하여 샘플(30)의 유해 성분 포함 여부를 확인한다.

정상 신호는 샘플(30)이 정상 상태일 때, 즉 유해 성분이 포함되지 않은 상태를 나타내는 신호이다. 따라서, 샘플(30)의 분석을 통해 획득된 유효 신호를 기 저장된 정상 신호와 비교함으로써, 유효 신호와 정상 신호가 불일치하면 해당 샘플(30)은 유해 성분을 포함하고 있는 것이다.

구체적으로, 샘플(30)에 유해 성분이 포함되었을 경우, 샘플(30)을 통해 방출되는 검출 신호에는 특정 파장에서 피크값을 가지게 된다. 따라서, 마이크로 컨트롤러는 검출 신호로부터 추출된 유효 신호가 해당 파장에서 피크값을 가져 정상 신호와 불일치하는 것으로 확인하면, 통신부는 해당 샘플(30)에 유해 성분이 포함되었다는 결과 데이터를 사용자 장치로 전송한다.

도 17는 도 16의 S440 및 S450 단계를 더욱 구체적으로 나타내는 흐름도이며, 도 7 및 도 16을 참조하여 설명될 것이다. 도 17에서, 발광부(110)는 세 개의 채널들, 즉 제 1 및 제 3 채널들만을 포함하는 것으로 가정한다. 즉, 특정 물질의 분석을 위해 세 개의 파장 대역이 필요하기 때문에, 세 개의 채널을 포함하는 광원이 사용될 수 있다. 따라서, 발광부(110)는 샘플(30)로 제 1 내지 제 3 직교 코드들에 기초하여 서로 다른 파장들 또는 서로 다른 직교 코드들을 갖는 제 1 내지 제 3 광신호들을 제공할 수 있다.

검출부(130)는 샘플(30)로부터 제 1 내지 제 3 광신호들에 대응하는 제 1 내지 제 3 검출 신호들(SP11, SP12, SP13)을 검출할 수 있다. 제1 내지 제 3 검출 신호들(SP11, SP12, SP13)은 각각 특정한 파장(W1, W2, W3)에서 나타나는 신호이다. 제 1 내지 제 3의 복호화된 검출 신호들(SP21, SP22, SP23) 및 유효 신호(SP30)는 제 1 내지 제 3 검출 신호들(SP11, SP12, SP13)에 기초한다. 도 17에서, 제 1 내지 제 3 검출 신호들(SP11, SP12, SP13), 제 1 내지 제 3의 복호화된 검출 신호들(SP21, SP22, SP23), 및 유효 신호(SP30)는 파장에 따른 세기의 스펙트럼 그래프로 표현될 수 있다.

S511 내지 S513 단계에서, 복호화기(170)는 제 1 내지 제 3 직교 코드들에 기초하여 제 1 내지 제 3 검출 신호들(SP11, SP12, SP13)을 복호화하기 위해 제 1 내지 제 3 검출 신호들(SP11, SP12, SP13)과 제 1 내지 제 3 직교 코드들의 컨벌루션들을 수행할 수 있다. S511 내지 S513 단계에서는, 복호화기(170)는 제 1 내지 제 3 검출 신호들(SP11, SP12, SP13) 중 하나의 검출 신호에 대해서 하나의 검출 신호에 대응하는 오직 하나의 직교 코드와만 컨벌루션을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 복호화기(170)는 제 1 검출 신호(SP11)와 제 1 직교 코드의 제 1 컨벌루션을 수행할 수 있고, 복호화기(170)는 제 2 검출 신호(SP12)와 제 2 직교 코드의 제 2 컨벌루션을 수행할 수 있고, 그리고 복호화기(170)는 제 3 검출 신호(SP13)와 제 3 직교 코드의 제 3 컨벌루션을 수행할 수 있다.

복호화기(170)는 제 1 내지 제 3 컨벌루션들에 기초하여 제 1 내지 제 3의 복호화된 검출 신호들(SP21, SP22, SP23)을 생성할 수 있다.

S520 단계에서, 복호화기(170)는 제 1 내지 제 3의 복호화된 검출 신호들(SP21, SP22, SP23)을 합산함으로써 유효 신호(SP30)를 획득할 수 있다. 도 17를 참조하면, 유효 신호(SP30)는 제 1 내지 제 3 파장들(W1, W2, W3)에서의 세기를 나타내는 신호이다.

따라서, 분광 장치(10)는 해당 파장(W1, W2, W3)에 대해서만 정상 신호와 유효 신호를 비교하여 유해 물질 포함 여부를 판단할 수 있다. 즉, 제 1 내지 제3 파장들(W1, W2, W3) 중 적어도 하나의 파장에서 정상 신호보다 유효 신호의 세기가 더 큰 경우(피크 값을 갖는 경우), 해당 샘플(30)은 유해 성분을 포함하는 것으로 판단될 수 있다.

이때, 제 1 내지 제3 파장들(W1, W2, W3)은 제 1 내지 제 3 광신호들의 파장들에 각각 대응하므로, 유효 신호(SP30)는 재현성 및 정확도가 높을 수 있다.

본 발명의 실시 예들이 광학적, 전기적, 및 기계적으로 직교 코드 신호로 발광부(110)를 변조하는 방법에 관하여 본원에서 설명되었지만, 이외의 다른 변조 방법이 사용될 수도 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 분광 장치
30: 샘플 50: 하우징
70: 수용부 110: 발광부
111: 구동기 112: 광신호 생성기
113: 제1발광부 115: 제2발광부
116: 연속파 생성기 117: 광학 변조기
118: 슬릿 119: 슬릿 제어기
120: 수광부 123: 제1수광부
125: 제2수광부 130: 검출부
133: 배열 센서 140: 파장 변환부
143: 제1 파장 변환부 145: 제2 파장 변환부
147: 제1카드 149: 제2카드
150: 제어부 160: 부호화기
170: 복호화기

Claims (11)

1. 적외선, 가시광선 또는 자외선 파장의 광신호를 제공하는 적어도 하나의 발광부;
   상기 발광부에서 조사되어 샘플에 반사되었거나 샘플에 투과된 광신호를 수광하되, 가시광선을 인식할 수 있는 포토 다이오드를 이용하는 수광부;
   상기 수광부로 수광되는 광신호에서 검출 신호를 검출하는 검출부;
   샘플이 수용되는 수용부와 상기 수광부 사이 공간에 배치되어 샘플에 반사되었거나 상기 샘플에 투과된 광신호의 파장을 가시광선 영역대로 변환시키는 파장 변환부; 및
   샘플에 따라서 상기 발광부를 통해 발광할 광의 파장, 광도, 발광 타이밍 및 발광 주기 중 적어도 하나의 발광 조건을 결정하여 상기 발광부를 제어하는 제어부를 포함하는,
   분광 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 발광부는 적외선, 가시광선 또는 자외선 파장의 광신호 제공이 가능한 양자점(Quantum dot), LED, 텅스텐 램프 또는 할로겐 램프가 적용 가능한 것을 특징으로 하는,
   분광 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   직교 코드를 생성하여 상기 발광부에서 제공되는 광신호를 상기 직교 코드에 대응되는 패턴으로 부호화 하는 부호화기; 및
   상기 직교 코드와 상기 검출 신호 간의 상관관계에 기초하여 상기 검출 신호를 복호화 하는 복호화기를 더 포함하는,
   분광 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 복호화기는 상기 직교 코드를 기반으로 상기 검출 신호에 포함된 노이즈를 제거하여 유효 신호를 추출하는,
   분광 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 검출 신호에 포함된 노이즈가 임계치보다 많은 경우, 상기 제어부에서 결정된 발광 조건과 상기 검출 신호에 포함된 노이즈의 특성을 분석하여 발광 조건을 재설정하여 상기 샘플에 대한 재측정을 실시하는 것을 특징으로 하는,
   분광 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 파장 변환부는 자외선 영역대의 빛을 가시광선 영역대로 변환시키는 제1카드, 적외선 영역 파장의 빛을 가시광선 영역의 파장으로 변환시키는 제2카드를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 발광부로부터 조사되는 광신호의 파장 영역대를 고려하여 상기 제1카드 또는 제2카드가 상기 수광부의 전면에 위치되도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
   분광 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 사용자의 단말로부터 입력된 샘플의 정보, 검사 목적 중 적어도 하나를 고려하여 상기 발광 조건을 결정하는 것을 특징으로 하는,
   분광 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 발광부가 상기 수용부에 수용된 샘플로 적외선, 가시광선 및 자외선 파장 중 적어도 하나의 파장에 해당하는 광신호를 순차적으로 제공하도록 제어하여 테스트 모드를 수행하고,
   상기 테스트 모드에 따라 상기 수광부로 수광되는 광신호의 분석 결과를 기반으로, 상기 발광부의 발광 파장을 결정하는 것을 특징으로 하는,
   분광 장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 발광부는 수용부에 수용된 샘플을 투과하도록 하는 광신호를 조사하는 제1발광부를 포함하고,
   상기 검출부는 상기 제1발광부에서 조사되어 샘플에 투과되어 수광되는 광신호에서 검출 신호를 검출하는 제1검출부를 포함하는,
   분광 장치.
   
10. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 발광부는 수용부에 수용된 샘플에 반사되도록 하는 광신호를 조사하는 제2발광부를 포함하고,
    상기 검출부는 상기 제2발광부에서 조사되어 샘플에 반사되어 수광되는 광신호에서 검출신호를 검출하는 제2검출부를 포함하는,
    분광 장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 샘플의 검사를 실시할 때 샘플의 정보와 검사 목적 중 적어도 하나를 고려하여, 제1발광부와 제1검출부를 이용하여 투과 검사모드 및 제2발광부와 제2검출부를 이용하여 반사 검사모드 중 적어도 하나의 검사모드를 선택하여 상기 발광 조건에 포함시키는 것을 특징으로 하는,
    분광 장치.

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