KR20220124931A - Apparatus for measuring concentration of target material using structured light for pumping photo-thermal effect - Google Patents

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Abstract

According to one embodiment of the present invention, a target substance concentration measurement device using structured photothermal stimulation light comprises: a stimulation light source emitting stimulation light inducing a photothermal effect to a target substance by radiating the stimulation light to a sample including the target substance; a detection light source emitting detection light; a light modulator structuralizing the stimulation light emitted from the stimulation light source to have predetermined intensity distribution of a cross-sectional space; an optical coupler guiding the stimulation light and the detection light to the sample to allow the stimulation light and the detection light to be coaxially radiated to the sample; and a light detection module receiving the detection light to be transmitted by the sample or transmitted and reflected by the sample.

Description

구조화된 광열 자극광을 이용한 표적물질 농도 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING CONCENTRATION OF TARGET MATERIAL USING STRUCTURED LIGHT FOR PUMPING PHOTO-THERMAL EFFECT}Apparatus for measuring the concentration of a target material using structured photothermal stimulation light

본 발명은 구조화된 광열 자극광을 이용한 표적물질 농도 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공간적으로 광 세기를 달리하는 자극광에 의해 표적물질의 광열 효과를 유도하는 표적물질 농도 측정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for measuring the concentration of a target material using structured photothermal stimulation light, and more particularly, to an apparatus for measuring the concentration of a target material inducing a photothermal effect of a target material by stimulation light with spatially varying light intensity. .

광학적으로 거의 투명한 생체 세포 또는 조직 시료는, 일반 광학 현미경 하에서 관찰 시 표적물질과 배경 간의 대비가 충분하지 못하다. 따라서, 일반 광학 현미경은 뚜렷한 영상을 얻기 힘들다.In a biological cell or tissue sample that is almost optically transparent, the contrast between the target material and the background is insufficient when observed under a general optical microscope. Therefore, it is difficult to obtain a clear image with a general optical microscope.

최근에는 광열 이미징 기법이 생체 광학 영상 분야에서 새로이 시도되고 있다. 표적물질에 선택적으로 공명 흡수되는 자극광이 표적물질을 포함하는 시료에 조사됨에 따라 표적물질에 국소 열 효과를 발생시킨다. 상기 국소 열 효과에 기인한 이차 유도된 음파 또는 굴절률 변화를 감지하여 이미지가 획득된다. 광음향 효과를 이용한 방식은 광산란 계수가 큰 두꺼운 시료의 측정에 매우 유리하며, 광열 유도 굴절률 감지법은 기존의 광 위상 현미경과 적외선 흡수 현미경이 가지는 한계를 극복하고 각각의 장점을 결합할 수 있다. 따라서, 분자화학적 컨트라스트가 높은 이미지가 우수한 공간 분해능으로 얻어질 수 있다.Recently, photothermal imaging techniques have been newly tried in the field of bio-optical imaging. As the stimulus light selectively resonantly absorbed by the target material is irradiated onto the sample containing the target material, a local thermal effect is generated in the target material. An image is acquired by sensing a secondary induced sound wave or refractive index change due to the local thermal effect. The method using the photoacoustic effect is very advantageous for the measurement of thick samples with a large light scattering coefficient, and the photothermal induced refractive index sensing method overcomes the limitations of conventional light phase microscopy and infrared absorption microscopy and combines advantages of each. Therefore, images with high molecular and chemical contrast can be obtained with excellent spatial resolution.

시료의 굴절률 변화량을 보다 직접적을 정량화하는 방법으로서, 탐지광의 위상 변조량을 측정하는 전통적인 간섭법이 원리상 적용 가능하다. 탐지광에 대해 시료 측 경로 및 기준 광 경로를 구성하고, 간섭계를 사용하면, 측정된 간섭 위상 신호로부터 광열 유도 굴절률 이미지 정보가 얻어질 수 있다. 그러나 간섭계는 기계적 진동, 온도 변화 및 기류 등 외부 잡음에 의해 매우 민감하게 반응하므로 이를 구축하는 것이 어려운 문제가 있다. 따라서 보다 간단한 구조로 광열 효과를 측정하는 장치의 개발이 요구된다. As a method of quantifying the amount of change in the refractive index of a sample more directly, the traditional interferometry method of measuring the amount of phase modulation of detection light is applicable in principle. When a sample-side path and a reference light path are configured for the detection light and an interferometer is used, photothermal induced refractive index image information can be obtained from the measured interference phase signal. However, since the interferometer responds very sensitively to external noise such as mechanical vibration, temperature change, and airflow, it is difficult to construct it. Therefore, the development of a device for measuring the photothermal effect with a simpler structure is required.

본 발명은 특정 파장의 빛을 흡수하면 열을 발산하는 광열효과를 나타내는 표적물질에 공간 구조화된 광열 자극광을 전달하고 탐지광을 통해 광열효과에 의한 표적물질의 변화를 측정함으로써 표적물질의 농도를 측정하는 장치를 제공한다. The present invention transmits a spatially structured photothermal stimulation light to a target material exhibiting a photothermal effect that emits heat when light of a specific wavelength is absorbed, and measures the change in the target material due to the photothermal effect through detection light to determine the concentration of the target material. A measuring device is provided.

본 발명의 일 실시 예에 따른 표적물질 농도 측정 장치는, 표적물질을 포함하는 시료에 조사되어 상기 표적물질에 광열효과를 유도하는 자극광을 방출하는 자극 광원; 탐지광을 방출하는 탐지 광원; 상기 자극 광원에서 방출된 자극광을 단면 공간에 대해 소정의 세기 분포를 갖도록 구조화하는 광 변조기; 상기 자극광 및 상기 탐지광이 상기 시료에 동축으로 조사되도록 상기 자극광 및 상기 탐지광을 상기 시료로 안내하는 광 결합기; 및 상기 시료에서 투과 또는 투과 및 반사되는 상기 탐지광을 수신하는 광 검출 모듈을 포함한다. A target material concentration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention comprises: a stimulation light source irradiated to a sample containing a target material to emit a stimulus light that induces a photothermal effect on the target material; a detection light source emitting detection light; a light modulator for structuring the stimulus light emitted from the stimulus light source to have a predetermined intensity distribution with respect to a cross-sectional space; an optical coupler for guiding the stimulation light and the detection light to the sample so that the stimulation light and the detection light are coaxially irradiated to the sample; and a light detection module for receiving the detection light transmitted or transmitted and reflected from the sample.

또한, 상기 광 변조기는, 상기 자극광의 단면 공간 상의 일 축에 따른 상기 자극광의 세기 분포가 일정한 형태로 증가하도록 상기 자극광을 구조화한다. In addition, the light modulator structures the stimulation light so that the intensity distribution of the stimulation light along one axis on the cross-sectional space of the stimulation light increases in a constant form.

또한, 상기 자극광의 세기 분포의 형태는 1차 함수, 2차 함수 및 지수 함수 중 적어도 하나이다. In addition, the shape of the intensity distribution of the stimulus light is at least one of a linear function, a quadratic function, and an exponential function.

또한, 상기 광 검출 모듈은, 상기 탐지광을 투과시키고 상기 자극광을 차단하는 필터, 및 상기 탐지광을 검출하는 광 센서를 포함한다. In addition, the light detection module includes a filter that transmits the detection light and blocks the stimulation light, and an optical sensor that detects the detection light.

본 발명에 따른 구조화된 광열 자극광을 이용한 표적물질 농도 측정 장치는, 광열 자극광을 공간 구조화시킴으로써 광열 효과를 일으키는 표적물질의 농도를 별도의 복잡한 장치 없이도 간단하게 측정할 수 있다. The apparatus for measuring the concentration of a target material using the structured photothermal stimulation light according to the present invention can simply measure the concentration of the target material causing the photothermal effect by spatially structuring the photothermal stimulation light without a separate complicated device.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조화된 광열 자극광을 이용한 표적물질 농도 측정 장치의 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조화된 광열 자극광을 이용한 표적물질 농도 측정 장치의 공간 구조화된 광열 자극광의 일 예를 도시한다.
도 2b는 도 2a의 광열 자극광이 유발하는 광열효과에 따른 표적물질을 포함하는 시료의 온도 및 굴절률의 분포를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구조화된 광열 자극광을 이용한 표적물질 농도 측정 장치의 탐지광의 변화를 도시한다. 1 is a block diagram of an apparatus for measuring a concentration of a target material using a structured photothermal stimulation light according to an embodiment of the present invention.
2A illustrates an example of spatially structured photothermal stimulus light of the apparatus for measuring the concentration of a target material using structured photothermal stimulus light according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2B shows the distribution of the temperature and refractive index of a sample including the target material according to the photothermal effect induced by the photothermal stimulation light of FIG. 2A.
3 is a diagram illustrating a change in detection light of an apparatus for measuring a concentration of a target material using structured photothermal stimulation light according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서 사용되는 용어들은 본 발명의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.The terms used in this specification are terms defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user or operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

아울러, 아래에 개시된 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시 예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.In addition, the embodiments disclosed below do not limit the scope of the present invention, but are merely exemplary matters of the components presented in the claims of the present invention, and are included in the technical spirit throughout the specification of the present invention and the scope of the claims. Embodiments including substitutable components as equivalents in components may be included in the scope of the present invention.

그리고 아래에 개시된 실시 예에서의 “제1”, “제2”, “일면”, “타면” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.And in the embodiments disclosed below, terms such as “first”, “second”, “one side”, and “other side” are used to distinguish one component from other components, and the component is the term are not limited by Hereinafter, in describing the present invention, detailed description of known techniques that may obscure the gist of the present invention will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조화된 광열 자극광을 이용한 표적물질 농도 측정 장치의 구성도이다. 1 is a block diagram of an apparatus for measuring a concentration of a target material using a structured photothermal stimulation light according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조화된 광열 자극광을 이용한 표적물질 농도 측정 장치(1000)는 자극 광원(100), 탐지 광원(200), 광 변조기(300), 광 결합기(400), 시료 수용기(500) 및 광 검출 모듈(600)을 포함한다. Referring to FIG. 1 , an apparatus 1000 for measuring a concentration of a target material using structured photothermal stimulation light according to an embodiment of the present invention includes a stimulation light source 100 , a detection light source 200 , a light modulator 300 , and a light coupler. 400 , a sample receptor 500 , and a light detection module 600 .

자극 광원(100)은 일정한 파장 대역을 가진 광을 방출한다. 자극 광원(100)에서 방출된 광은 표적물질을 포함하는 시료에 조사된다. 본 발명에서 측정 대상이 되는 표적물질은 특정 파장의 빛을 흡수하면 열을 발산하는 광열효과를 지닌다. 자극 광원(100)에서 방출된 광은, 시료 내의 표적물질에 열 발산을 유도하는, 즉 광열효과를 일으키는 광열 자극광(S)에 해당하며, 표적물질에 광열 효과를 유도할 수 있는 파장을 가진다. The stimulus light source 100 emits light having a constant wavelength band. The light emitted from the stimulus light source 100 is irradiated to a sample including a target material. In the present invention, the target material to be measured has a photothermal effect of emitting heat when it absorbs light of a specific wavelength. The light emitted from the stimulation light source 100 corresponds to the photothermal stimulation light S that induces heat dissipation in the target material in the sample, that is, causes a photothermal effect, and has a wavelength capable of inducing a photothermal effect in the target material. .

자극 광원(100)에서 방출된 광이 광열효과를 지니는 표적물질에 흡수되면, 표적물질의 온도가 증가하고, 온도의 증가는 표적물질의 구조를 변화시키고, 표적물질의 구조의 변화로 인해 표적물질의 굴절률의 변화가 야기된다.When the light emitted from the stimulus light source 100 is absorbed by a target material having a photothermal effect, the temperature of the target material increases, and the increase in temperature changes the structure of the target material, and the target material due to the change in the structure of the target material A change in the refractive index of

탐지 광원(200)은 탐지광(P)을 방출한다. 탐지 광원(200)에서 방출된 탐지광(P)은 자극광에 의해 광열효과가 유도된 표적물질을 포함하는 시료에 조사된다. The detection light source 200 emits the detection light P. The detection light P emitted from the detection light source 200 is irradiated to the sample including the target material in which the photothermal effect is induced by the stimulation light.

이 때, 탐지광(P)은 자극광(S)의 파장과 다른 파장을 가지는 광이다. 탐지광(P)은 자극광(S) 조사에 따른 광열효과로 인해 온도 및 굴절률이 변화된 표적물질을 매질로 하여 상기 매질에서 투과 또는 반사한다. 탐지광의 진행 경로 방향 및 광 경로 길이 등의 광학적 특성은 반사 또는 투과한 매질의 굴절률, 즉 광열효과가 야기된 표적물질을 포함하는 시료의 굴절률에 의해 달라진다. 따라서, 광열효과의 정도, 즉 표적물질의 농도를 측정하기 위해서는 광열효과를 나타내고 있는 표적물질에 투과 또는 반사하는 탐지광(P)이 검출되어야 한다. In this case, the detection light P is light having a wavelength different from that of the stimulation light S. The detection light P transmits or reflects a target material whose temperature and refractive index are changed due to the photothermal effect of irradiation with the stimulus light S as a medium. The optical properties such as the propagation path direction and the light path length of the detection light vary depending on the refractive index of the reflected or transmitted medium, that is, the refractive index of the sample including the target material causing the photothermal effect. Therefore, in order to measure the degree of the photothermal effect, that is, the concentration of the target material, the detection light P transmitted or reflected by the target material exhibiting the photothermal effect must be detected.

광 변조기(300)는 자극 광원에서 방출된 자극광(S)을 공간 구조화한다. 여기서, 공간 구조화는 광축에 수직한 단면에서의 광 세기가 균일하지 않고 소정의 세기 분포를 갖는 것을 의미한다. The light modulator 300 spatially structures the stimulus light S emitted from the stimulus light source. Here, spatial structuring means that the light intensity in a section perpendicular to the optical axis is not uniform and has a predetermined intensity distribution.

일 실시 예에서, 광 변조기(300)는 자극광(S)의 단면의 2차원 공간 상의 일 축에 따라 광 세기 분포가 일정한 형태로 증가하도록 자극광(S)을 구조화한다. 이 때, 자극광(S)의 단면의 2차원 공간 상의 일 축에 따른 광 세기의 증가 기울기는 일정하거나 일정하게 증가하거나 일정한 함수 형태를 가질 수도 있다. In an embodiment, the light modulator 300 structures the stimulus light S so that the light intensity distribution increases in a constant form along one axis on the two-dimensional space of the cross section of the stimulus light S. In this case, the increase slope of the light intensity along one axis in the two-dimensional space of the cross-section of the stimulus light S may be constant, increase, or have a constant function.

예를 들어 자극광의 단면 공간 상의 일 축에 따른 광 세기 분포의 형태는 1차 함수, 2차 함수 및 직수 함수 중 적어도 하나에 해당할 수 있다.For example, the shape of the light intensity distribution along one axis on the cross-sectional space of the stimulus light may correspond to at least one of a linear function, a quadratic function, and a direct function.

광 변조기(300)는 자극광(P)를 공간 구조화하기 위한 공간 광 변조기로서, Neutral density filter를 이용하거나, 알맞게 인쇄된 투명 필름을 이용할 수 있다. The light modulator 300 is a spatial light modulator for spatially structuring the stimulus light P, and may use a neutral density filter or a transparent film printed appropriately.

도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조화된 광열 자극광을 이용한 표적물질 농도 측정 장치의 공간 구조화된 광열 자극광의 일 예를 도시하고, 도 2b는 도 2a의 광열 자극광에 따른 표적물질을 포함하는 시료의 온도 및 굴절률의 분포를 도시한다. FIG. 2a shows an example of spatially structured photothermal stimulation light of the apparatus for measuring the concentration of a target material using structured photothermal stimulation light according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2b shows the target material according to the photothermal stimulation light of FIG. 2a. The distribution of temperature and refractive index of the containing sample is shown.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조화된 광열 자극광을 이용한 표적물질 농도 측정 장치는, 도시된 세기(intensity) 함수의 형태로 단면의 일축에 대한 세기 분포를 가지는 자극광(S)을 형성한다.2A and 2B , the apparatus for measuring the concentration of a target material using structured photothermal stimulation light according to an embodiment of the present invention has an intensity distribution on one axis of a section in the form of an intensity function as shown. A stimulus light (S) is formed.

공간 구조화된 자극광(S)은 표적물질에 광열효과를 야기한다. 공간 구조화된 자극광(S)이 조사된 영역의 표적물질은 온도 변화 및 굴절률 변화를 일으킨다. 도 2b에 도시된 바와 같이 공간 구조화된 자극광(S)이 조사된 영역의 온도 변화는 공간 구조화된 자극광(S)의 세기 분포 형태와 정적인 상관관계를 갖고, 공간 구조화된 자극광(S)이 조사된 영역의 굴절률 변화는 부적인 상관관계를 갖는다.The spatially structured stimulus light S causes a photothermal effect on the target material. The target material in the area irradiated with the spatially structured stimulus light S causes a change in temperature and a change in refractive index. As shown in FIG. 2B , the temperature change in the area irradiated with the spatially structured stimulus light S has a positive correlation with the intensity distribution shape of the spatially structured stimulus light S, and the spatially structured stimulus light S ) has a negative correlation with the refractive index change of the irradiated area.

공간 구조화된 자극광(S)은 조사된 영역에서 공간적으로 구조화된 광열효과를 야기한다. 즉 자극광의 세기를 일 방향으로 구배를 주면, 자극광에 의한 표적물질의 광열효과의 정도도 상기 일 방향으로 공간적 구배를 가지게 된다. The spatially structured stimulus light S causes a spatially structured photothermal effect in the irradiated area. That is, if the intensity of the stimulus light is given a gradient in one direction, the degree of the photothermal effect of the target material by the stimulus light also has a spatial gradient in the one direction.

본 발명에서, 공간 구조화된 자극광을 표적물질에 조사함으로써, 균일한 세기 분포를 갖는 자극광을 표적물질에 조사하는 경우와 달리 자극광이 조사된 영역에 구배를 갖는 굴절률 변화가 야기된다. 이로써, 간섭계 등의 규모가 큰 측정 장비가 생략될 수 있고, 표적물질 농도 측정 장치가 비교적 단순하게 구비될 수 있다. In the present invention, by irradiating the spatially structured stimulus light to the target material, a refractive index change having a gradient in the area irradiated with the stimulus light is caused, unlike the case in which the stimulus light having a uniform intensity distribution is irradiated to the target material. Accordingly, a large-scale measuring device such as an interferometer may be omitted, and a target material concentration measuring device may be provided relatively simply.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구조화된 광열 자극광을 이용한 표적물질 농도 측정 장치의 탐지광의 변화를 도시한다. 3 is a diagram illustrating a change in detection light of an apparatus for measuring a concentration of a target material using structured photothermal stimulation light according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시 예는 도 1에 도시된 자극광에 의해 광열효과가 야기된 표적물질을 포함하는 시료를 탐지광이 투과하는 일 실시 예와 달리 탐지광이 시료에서 반사하는 경우를 포함한다. 본 실시 예에서도 자극광은 상술한 바와 같이 다양한 형태로 공간 구조화되며, 다만 시료에서 반사된 탐지광을 검출하는 것만 상기 일 실시 예에서의 설명과 달리한다. Another embodiment of the present invention includes a case in which the detection light is reflected from the sample, unlike the embodiment in which the detection light transmits through the sample including the target material in which the photothermal effect is induced by the stimulus light shown in FIG. 1 . In this embodiment as well, the stimulation light is spatially structured in various forms as described above, but only detecting the detection light reflected from the sample is different from the description in the above embodiment.

도 3을 참조하면, 점선은 자극광(S)의 윤곽을 나타내며, 자극광(S) 및 탐지광(P)은 동축으로 시료 수용기(500) 내의 시료에 조사된다. Referring to FIG. 3 , the dotted line indicates the outline of the stimulation light S, and the stimulation light S and the detection light P are coaxially irradiated to the sample in the sample receptor 500 .

공간 구조화된 자극광을 시료 내의 표적물질에 조사할 경우, 자극광이 조사된 영역의 굴절률도 상술한 바와 같이 자극광의 공간적 분포와 부적인 상관관계를 가지는 공간적 분포 형태를 가지게 된다. 굴절률의 공간적 분포에 의해 탐지광이 상기 자극광 조사 영역에 진행할 때 상기 조사 영역 내의 각 지점에서의 서로 다른 굴절률에 의해 상기 탐지광은 입사 방향과 다른 방향으로 굴절된다. When the spatially structured stimulus light is irradiated to the target material in the sample, the refractive index of the region irradiated with the stimulus light also has a spatial distribution form that has a negative correlation with the spatial distribution of the stimulus light as described above. When the detection light travels to the irradiation area of the stimulus light due to the spatial distribution of the refractive index, the detection light is refracted in a direction different from the incident direction due to different refractive indices at each point in the irradiation area.

자세히 설명하면, 자극광과 탐지광의 광축을 같게 설정하고 표적물질의 농도 산출을 위해 공간 구조화된 자극광이 충분한 시간을 가지고 시료에 조사된 후에 표적물질에 탐지광을 조사하면 탐지광이 표적물질을 통과하고 반사될 때 표적물질을 통과 및 반사되는 탐지광의 진행방향은 자극광의 광축에 대해 틀어지게 되고 자극광의 광축으로부터 멀어진다.In detail, if the optical axis of the stimulation light and the detection light is set to be the same and the spatially structured stimulation light is irradiated to the sample for a sufficient time to calculate the concentration of the target material, then the detection light is irradiated to the target material. When it passes and is reflected, the traveling direction of the detection light passing through and reflected from the target material is deviated with respect to the optical axis of the stimulation light and away from the optical axis of the stimulation light.

표적 물질의 농도가 높을수록 공간 구조화된 자극광을 더 많이 흡수하고, 굴절률 변화도 같이 커지기 때문에 굴절률 구배(gradient)도 커진다. 예를 들어, 표적물질의 농도가 10%일 때 최대 굴절률 구배가 1이라면 30%의 농도일 때 최대 굴절률 구배는 3이다. 굴절률 구배도 전자가 0 내지 1, 후자가 0 내지 3으로 변한다. 굴절률 구배에 의한 탐지광의 굴절로 인하여 탐지광의 광축이 자극광의 광축으로부터 멀어질수록 표적물질의 농도가 크다. 이를 역으로 이용하여 자극광과 탐지광의 광축 간의 거리를 비교하면 표적물질의 농도를 산출할 수 있다. As the concentration of the target material increases, more spatially structured stimulus light is absorbed, and the refractive index change also increases, so the refractive index gradient also increases. For example, if the maximum refractive index gradient is 1 when the concentration of the target material is 10%, the maximum refractive index gradient is 3 when the concentration of the target material is 30%. The refractive index gradient also changes from 0 to 1 in the former and 0 to 3 in the latter. The concentration of the target material increases as the optical axis of the detection light moves away from the optical axis of the stimulus light due to the refraction of the detection light by the refractive index gradient. By using this inversely and comparing the distance between the optical axes of the stimulus light and the detection light, the concentration of the target material can be calculated.

도 1을 참조하면, 광 결합기(400)는 자극광(S)과 탐지광(P)이 시료의 동일 영역에 동축으로 조사되도록 자극광(S)과 탐지광(P)을 시료로 안내한다. Referring to FIG. 1 , the optical coupler 400 guides the stimulation light S and the detection light P to the sample so that the stimulation light S and the detection light P are coaxially irradiated to the same area of the sample.

광 결합기(400)은 일 예로 다이크로익 미러일 수 있다. 이 경우, 다이크로익 미러는 탐지광(P)을 반사시키고, 탐지광(P)과 서로 다른 파장을 가진 자극광(S)을 투과시킨다.The optical coupler 400 may be, for example, a dichroic mirror. In this case, the dichroic mirror reflects the detection light P and transmits the stimulation light S having a different wavelength from the detection light P.

시료 수용기(500)는 표적물질을 포함하는 시료를 수용하고 고정하며, 자극광(S)과 탐지광(P)에 대해 투명한 재료로 이루어진다.The sample receptor 500 receives and fixes a sample containing a target material, and is made of a material that is transparent to the stimulation light S and the detection light P.

광 검출 모듈(600)은 시료에서 투과 또는 투과 및 반사되는 탐지광(P)를 수신하여 탐지광(P)의 위치 및 세기 정보를 검출하고 농도 산출기(미도시)에 제공한다.The light detection module 600 receives the detection light P transmitted or transmitted and reflected from the sample, detects the position and intensity information of the detection light P, and provides it to a concentration calculator (not shown).

도시된 실시 예에서, 광 검출 모듈(600)은 탐지광(P)을 수신하기 위해 수광 렌즈(630), 자극광(S)을 차단하고 탐지광(P)을 투과시키는 필터(620) 및 탐지광(P)을 검출하는 광 센서(610)를 포함한다. 광 센서(610)는 탐지광(P)의 광 세기뿐만 아니라 탐지광(P)의 검출 위치도 검출한다. In the illustrated embodiment, the light detection module 600 includes a light receiving lens 630 to receive the detection light P, a filter 620 that blocks the stimulation light S and transmits the detection light P, and detection and a light sensor 610 that detects light P. The optical sensor 610 detects not only the light intensity of the detection light P but also the detection position of the detection light P.

표적물질 농도 측정 장치 1000
자극 광원 100
탐지 광원 200
광 변조기 300
광 결합기 400
시료 수용기 500
광 검출 모듈 600Target material concentration measuring device 1000
stimulus light 100
detection light 200
light modulator 300
optical coupler 400
sample receiver 500
light detection module 600

Claims (4)

표적물질을 포함하는 시료에 조사되어 상기 표적물질에 광열효과를 유도하는 자극광을 방출하는 자극 광원;
탐지광을 방출하는 탐지 광원;
상기 자극 광원에서 방출된 자극광을 단면 공간에 대해 소정의 세기 분포를 갖도록 구조화하는 광 변조기;
상기 자극광 및 상기 탐지광이 상기 시료에 동축으로 조사되도록 상기 자극광 및 상기 탐지광을 상기 시료로 안내하는 광 결합기; 및
상기 시료에서 투과 또는 투과 및 반사되는 상기 탐지광을 수신하는 광 검출 모듈을 포함하는, 표적물질 농도 측정 장치.
a stimulus light source that is irradiated to a sample containing a target material and emits a stimulus light that induces a photothermal effect on the target material;
a detection light source emitting detection light;
a light modulator for structuring the stimulus light emitted from the stimulus light source to have a predetermined intensity distribution with respect to a cross-sectional space;
an optical coupler for guiding the stimulation light and the detection light to the sample so that the stimulation light and the detection light are coaxially irradiated to the sample; and
and a light detection module for receiving the detection light transmitted or transmitted and reflected from the sample.
 청구항 1에 있어서,
상기 광 변조기는, 상기 자극광의 단면 공간 상의 일 축에 따른 상기 자극광의 세기 분포가 일정한 형태로 증가하도록 상기 자극광을 구조화하는, 표적물질 농도 측정 장치.
The method according to claim 1,
The light modulator is configured to structure the stimulation light so that an intensity distribution of the stimulation light along one axis on a cross-sectional space of the stimulation light increases in a constant form.
 청구항 2에 있어서,
상기 자극광의 세기 분포의 형태는 1차 함수, 2차 함수 및 지수 함수 중 적어도 하나인, 표적물질 농도 측정 장치.
3. The method according to claim 2,
The shape of the intensity distribution of the stimulus light is at least one of a first-order function, a second-order function, and an exponential function.
 청구항 1에 있어서,
상기 광 검출 모듈은,
상기 탐지광을 투과시키고 상기 자극광을 차단하는 필터, 및
상기 탐지광을 검출하는 광 센서를 포함하는, 표적물질 농도 측정 장치. The method according to claim 1,
The light detection module,
a filter that transmits the detection light and blocks the stimulation light, and
and an optical sensor detecting the detection light.
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