KR20230155182A - 분광 시스템 - Google Patents

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KR20230155182A
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정영수
손형빈
심세규
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국방과학연구소
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Abstract

일 실시예에 따른 분광 시스템은, 복수 개의 파장을 가지는 광을 발생시키는 광원부, 상기 광을 분석 대상물질로 전송하는 송광부, 상기 대상물질로부터 산란된 라만 산란광을 수광하는 수광부, 및 상기 수광부로부터 전달되는 상기 라만 산란광을 분광시킴으로써 스펙트럼을 획득할 수 있는 다중파장 분광부를 포함하고, 상기 다중파장 분광부는, 상기 라만 산란광을 회절시키는 단일의 회절격자 및 상기 라만 산란광을 집속시키는 단일의 오목거울을 포함할 수 있다.

Description

분광 시스템{SPECTROSCOPY SYSTEM}
본 발명은 분광 시스템에 관한 것이다.
라만분광시스템은 라만 분광법(Raman spectroscopy)을 이용하여 분석 대상 물질을 분석할 수 있는 분광시스템의 일종이다. 지표면에 살포된 분석 대상물질, 혹은 원거리에 존재하는 분석 대상물질의 식별에 다중파장 라만 분광시스템이 이용될 수 있다.
종래의 단일파장 라만 분광장치를 이용하여 분석대상 화학물질을 검출하는 방법의 경우, 분석대상 화학물질의 종류에 따라 라만 산란 신호를 획득하지 못할 수도 있다. 일부 화학물질들은 파장에 따라 라만 산란 신호 발생 여부가 상이할 수도 있기 때문이다.
또한, 종래의 라만 분광장치는, 주로 실험실과 같은 정적인 설치공간에 설치되도록 설계되어 있어, 차량과 같이 진동이 특히 많이 발생하는 공간에 탑재할 경우, 고장이 쉽게 발생될 수 있고, 이에 기인하여 사용수명이 단축될 수 있다고 하는 문제점이 있다.
종래기술의 일 예로서 미국 등록특허 제11175232(공개일 2019년 07월 18일) 에는 라만 센서에 관하여 기재되어 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시예에 따른 목적은, 라만 분광 시스템을 이용하여 지표면 또는 원거리에 위치한 대상물질의 성분을 검출 및 분석할 수 있는 분광 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은, 복수 개의 파장을 가지는 광을 사용함으로써 대상물질의 탐지 정확도 및 탐지확률을 향상시킬 수 있는 분광 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은, 단일의 회절격자 및 단일의 오목거울을 구비하는 다중파장 분광부를 포함함으로써 간결한 광정렬을 가지는 분광 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 분광 시스템은, 복수 개의 파장을 가지는 광을 발생시키는 광원부, 상기 광을 분석 대상물질로 전송하는 송광부, 상기 대상물질로부터 산란된 라만 산란광을 수광하는 수광부, 및 상기 수광부로부터 전달되는 상기 라만 산란광을 분광시킴으로써 스펙트럼을 획득할 수 있는 다중파장 분광부를 포함하고, 상기 다중파장 분광부는, 상기 라만 산란광을 회절시키는 단일의 회절격자, 및 상기 라만 산란광을 집속시키는 단일의 오목거울을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 분광 시스템은, 상기 수광부와 상기 다중파장 분광부 사이에 배치되고, 상기 라만 산란광을 파장별로 분리시키는 파장 분리부, 및 상기 파장 분리부로부터 분리된 상기 라만 산란광을 상기 다중파장 분광부로 전달하는 광전달부를 더 포함하고, 상기 광전달부는 상기 라만 산란광을 일렬로 배열할 수 있다.
상기 광전달부는, 상기 라만 산란광을 파장영역에 따라서 다른 높이로 배열할 수 있다.
상기 다중파장 분광부는, 상기 라만 산란광의 스펙트럼이 결상되는 결상기를 더 포함하고, 상기 결상기 상에는 상기 라만 산란광의 스펙트럼이 파장에 따라서 공간적으로 분리되어 결상될 수 있다.
상기 회절격자는, 상기 광전달부로부터 전달되는 상기 라만 산란광을 관통시키는 관통 홀을 포함할 수 있다.
상기 관통 홀을 관통한 상기 라만 산란광은 상기 오목거울로 향하고, 상기 오목거울로부터 반사된 상기 라만 산란광은 평행광 상태로 상기 회절격자를 향할 수 있다.
상기 회절격자로부터 회절된 상기 라만 산란광은 상기 오목거울로 향하고, 상기 오목거울에 의하여 집속된 상태로 상기 관통 홀을 관통할 수 있다.
상기 파장 분리부는, 상기 수광부로부터 전달되는 라만 산란광의 파장영역에 따라 라만 산란광의 경로를 제어하는 이색성 거울, 레일리 산란광을 제거하는 라만 필터, 및 상기 라만 산란광을 집속시키는 집속 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 파장 분리부는, 상기 이색성 거울의 일 측에 배치되는 제1 라만 필터 및 상기 이색성 거울의 타 측에 배치되는 제2 라만 필터를 포함하고, 상기 집속 렌즈는, 상기 제1 라만 필터로부터 전달되는 라만 산란광을 집광하는 제1 집속 렌즈 및 상기 제2 라만 필터로부터 전달되는 라만 산란광을 집광하는 제2 집속 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 파장은 조화파의 관계를 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 분광 시스템은, 라만 분광 시스템을 이용하여 지표면 또는 원거리에 위치한 대상물질의 성분을 검출 및 분석할 수 있다.
일 실시예에 따른 분광 시스템은, 복수 개의 파장을 가지는 광을 사용함으로써 대상물질의 탐지 정확도 및 탐지확률을 향상시킬 수 있는 분광 시스템을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 분광 시스템은, 단일의 회절격자 및 단일의 오목거울을 구비하는 다중파장 분광부를 포함함으로써 간결한 광정렬을 가지는 분광 시스템을 제공할 수 있다.
도1은 일 실시예에 따른 분광 시스템의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도2는 일 실시예에 따른 분광 시스템의 파장 분리부를 나타낸다.
도3a 및 도3b는 일 실시예에 따른 분광 시스템의 광전달부를 나타낸다.
도4a 내지 도4c는 일 실시예에 따른 분광 시스템의 다중파장 분리부를 나타낸다.
도5는 일 실시예에 따른 분광 시스템에서, 검출기 상에 결상된 라만 산란광을 나타낸다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 실시예들의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 실시예에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다. 일 실시예를 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
다만, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서, 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지는 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 일 실시예에 따른 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도1은 일 실시예에 따른 분광 시스템의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도1을 참조하면, 일 실시예에 따른 분광 시스템은, 복수 개의 파장을 가지는 광을 생성할 수 있는 광원부(10), 광원부(10)로부터 생성된 광(L1)을 대상물질(M)로 안내할 수 있는 송광부(20), 송광부(20)에 의하여 대상물질에 조사된 상기 광(L1)이 대상물질로부터 산란된 라만 산란광(L2)을 수광할 수 있는 수광부(30), 상기 수광부로부터 전달된 라만 산란광(L2)을 파장에 따라 분리시킬 수 있는 파장 분리부(40), 파장 분리부(40)에 의하여 파장영역별로 분리된 광(L4, L3, ?? Ln)을 다중파장 분광부(60)로 전달할 수 있는 광전달부(50), 광전달부(50)로부터 전달된 파장영역별로 분리된 광을 공간적으로 다른 위치에 결상시켜 스펙트럼을 획득하는 다중파장 분광부(60), 및 다중파장 분광부(60)에 의하여 획득한 스펙트럼을 분석하는 분석부(70)를 포함할 수 있다.
광원부(10)에 의하여 발진되는 광(L1)은 적어도 두가지 이상의 다파장의 레이저(laser)일 수 있고, 광원부(10)는 다파장의 레이저를 발생시키는 레이저 광원을 포함할 수 있다. 이때, 레이저에 포함되는 복수 개의 파장의 광은 서로 조화파(調和波)의 관계에 있을 수 있고, 이로 인하여 단일의 회절격자를 이용하여 다파장의 라만 산란광의 광경로를 일치시킬 수 있다. 회절격자 및 라만 산란광의 광경로에 대하여는 후술할 도4a 내지 도4c의 다중파장 분광부에서 상세히 설명한다.
송광부(20)는 광원부(10)로부터 발진된 복수 개의 파장을 가지는 레이저가 대상물질(M)까지 전송될 수 있도록, 광의 경로를 확보할 수 있다.
레이저 빔이 대상물질(M)에 도달하면, 산란광(scattered light)이 발생된다. 발생되는 산란광은, 입사광과 동일한 파장을 가지는 레일리(Rayleigh) 산란광 및 라만 효과(Raman effect)에 의하여 생성되는 라만 산란광을 포함한다. 라만 산란광은 입사광과는 다른 파장을 가지며, 이는 빛을 흡수한 물질의 편극률이 물질속의 원자진동이나 회전운동에 의하여 변화되는 것에 기인한다. 발생되는 산란광의 주된 성분은 레일리 산란광으로, 레일리 산란광은 라만 산란광의 관찰에 방해가 될 수 있으므로, 제거되어야 할 수 있다.
레일리 산란광 및 라만 산란광을 포함하는 분석 대상물질로부터 발생된 모든 산란광(L2)은 수광부(30)에 의하여 집광될 수 있다.
수광부(30)에 의하여 수집된 산란광(L2)은 파장 분리부(40)로 향할 수 있다. 파장 분리부(40)는 산란광(L2)의 성분 중 레일리 산란광을 필터링(filtering)하고 라만 산란광을 파장영역별로 분리할 수 있다.
라만 산란광은 파장 분리부(40)에 의하여 파장영역별로 나뉘어진 상태에서 광전달부(50)로 향한다. 광전달부(50)는 복수 개의 파장영역의 라만 산란광(L4, L3, ?? Ln)이 다중파장 분광부(60)에 입사될 수 있도록 라만 산란광을 배열을 변경할 수 있다.
광전달부(50)에 의하여 선형으로 배열된 라만 산란광은 다중파장 분광부(60)로 입사된다. 입사된 라만 산란광은 다중파장 분광부(60)의 회절격자에 의하여 회절되어 분광될 수 있고, 파장에 따라서 공간적으로 다른 위치에 결상될 수 있다.
이후 다중파장 분광부(60)의 결상기에 결상된 라만 산란광의 스펙트럼은 분석부(70)에 의하여 분석되고, 이로써 대상물질을 검출하고 성분 및 구성을 분석할 수 있다.
도2는 일 실시예에 따른 분광 시스템의 파장 분리부(40)를 나타낸다.
도2를 참조하면, 일 실시예에 따른 분광 시스템의 파장 분리부(40)는, 파장영역에 따라 산란광의 경로를 분리하는 이색성 거울(41), 산란광 중의 레일리 산란광을 필터링함으로써 제거하는 라만 필터(42), 라만 필터로부터 전달되는 라만 산란광을 집속시키는 집속 렌즈(43) 및 후술할 광전달부와 연결되는 집속 유닛(44)을 포함할 수 있다.
여기서, 수광부로부터 전달되는 산란광(L2)은 예컨대 도2에 도시된 바와 같이, 두가지 파장의 영역대로 구분되어 분리될 수 있다. 다시 말해 이 경우, 광원부로부터 생성되어 송광부에 의하여 대상물질로 조사되는 광은 두개의 파장을 가질 수 있다. 다만 이는 본 발명의 사상을 이해하기 위한 일 실시예에 따른 것이며, 본 발명의 광원부에서 생성되어 대상물질로 조사되는 광이 가질 수 있는 파장은 두개의 파장으로 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다. 즉, 두개 이상의 복수 개의 파장이 생성되어 대상물질로 조사될 수 있고, 따라서 본 발명의 파장 분리부의 구성은 도2에 개시된 바로 제한되지 않고, 두개의 파장이 대상물질로 조사된 예시적인 경우로 이해되어야 한다.
이를 전제로, 다시 도2를 참조하면, 수광부로부터 전달되는 산란광(L2)은 두가지 파장의 영역대로 구분될 수 있다. 예컨대, 광원부에서 발생된 광의 파장이 각각213 nm와 266 nm인 경우를 상정할 수 있다. 이 때, 두 파장의 광이 대상물질에 조사되었을 때 발생되는 라만 산란광의 파장의 범위는, 213 nm 파장의 레이저에 대해 약 214 nm부터 229 nm까지, 그리고 266 nm 레이저에 대해 268 nm부터 292 nm 까지이다.
여기서 파장 분리부에 입사되는 산란광(L2)은, 각각의 파장의 광에 대한 라만 산란광들 뿐만 아니라, 각각의 파장의 광에 대한 레일리 산란광을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 레일리 산란광의 경우 입사되는 광의 파장과 동일한 파장을 가진다.
수광부로부터 전달되는 산란광(L2)은 먼저 이생성 거울(41)에 의하여 두개의 영역으로 나뉘어질 수 있다. 예컨대, 213 nm의 파장을 가지는 레일리 산란광 및 214nm내지 229nm의 파장을 가지는 라만 산란광(L3)은 이색성 거울에 의하여 일 측으로 반사되고, 266nm의 파장을 가지는 레일리 산란광 및 268 nm내지 292nm의 파장을 가지는 라만 산란광(L4)은 이색성 거울을 투과하여 진행될 수 있다.
이후, 분리된 광의 각각은 라만 필터(42)를 통과함으로써 레일리 산란광이 제거될 수 있다. 이색성 거울(41)에 의하여 반사된 213nm의 레일리 산란광과 214nm 내지 229nm 영역의 라만 산란광(L3)은, 213nm 파장용 제1 라만 필터(42b)를 통과함으로써 213nm의 레일리 산란광은 제거되고, 214nm 내지229 nm 영역의 라만 산란광만이 추출될 수 있다. 이색성 거울(41)을 투과하여 진행된 266nm 파장의 레일리 산란광 및 268 nm 내지 292 nm 까지의 라만 산란광(L4)은, 266nm 파장용 제2 라만 필터(42a)를 통과함으로써 266nm의 레일리 산란광은 제거되고, 268 nm 내지 292 nm의 파장 영역의 라만 산란광만이 추출될 수 있다.
추출된 라만 산란광은 집속 렌즈(43)에 의하여 집속되어 집속 유닛(44)으로 향할 수 있다. 집속 유닛(44)은, 집속된 각각의 라만 산란광을 전달시키기 위한 광섬유(optical fiber) 다발을 포함할 수 있다. 213nm 파장용 제1 라만 필터(42b)를 통과한 214nm 내지229 nm 파장 영역의 라만 산란광(L3)은 213nm 파장용 제1 집속 렌즈(43b)를 투과하여 제1 집속 유닛(44b)으로 집속되고, 266nm 파장용 라만 필터(42a)를 통과한 268nm 내지292 nm 파장 영역의 라만 산란광(L4)은 266nm 파장용 제2 집속 렌즈(43a)를 투과하여 제2 집속 유닛(44a)으로 집속될 수 있다. 두 개의 집속렌즈(43a, 43b)는 각 파장영역을 고려하여, 초점거리, 비반사 코팅(anti-reflective coating) 등의 특성이 필요에 따라 달라질 수 있다.
도3a 및 도3b는 일 실시예에 따른 분광 시스템의 광전달부(50)를 나타낸다.
구체적으로, 도3a는 광전달부(50)의 개략도를, 도3b는 광전달부(50)의 각각의 구성 내에 배치된 광섬유 다발의 배열 상태를 나타낸다.
도3a를 참조하면, 일 실시예에 따른 분광 시스템의 광전달부(50)는, 라만 산란광을 파장 분리부의 집속 유닛(44a, 44b)으로부터 다중파장 분광부로 전달할 수 있고, 그 과정에서 라만 산란광의 배열을 선형으로 변환할 수 있다.
광전달부(50)는, 라만 산란광을 전달하는 광섬유 다발(51) 및 광섬유 다발을 기 설정된 형태로 배열하고 다중파장 분광부로 송출하는 송출 유닛(52)을 포함할 수 있다. 광섬유 다발(51)은, 제1 집속 유닛(44b)과 연통되는 제1 광섬유 다발(51b) 및 제2 집속 유닛(44a)과 연통되는 제2 광섬유 다발(52a)을 포함할 수 있다. 제1 광섬유 다발(51b) 내로는 전술한 214nm 내지229 nm 파장 영역의 라만 산란광(L3)이 전달될 수 있으며, 제2 광섬유 다발(51a) 내로는 전술한 268 nm 내지 292nm 파장 영역의 라만 산란광(L4)이 전달될 수 있다. 제1 광섬유 다발(51b)은 제1 광섬유 다발(51b) 및 제2 광섬유 다발(51a)은 각각 제1 집속 유닛(44b) 및 제2 집속 유닛(44a)으로부터 연장되어, 송출 유닛(52)으로 이어지는 과정에서 하나의 광섬유 다발로 합쳐질 수 있다. 합쳐진 광섬유 다발(51)은 송출 유닛(52)을 통하여 다중파장 분광부로 송출될 수 있다.
도3b를 참조하면, 제1 집속 유닛(44b)의 제1 광섬유 다발(51b) 및 제2 집속 유닛(44a)의 제2 광섬유 다발(51a)은 원형의 형태로 뭉쳐있는 형상일 수 있다. 이는, 집속 유닛으로 집속되는 라만 산란광(L4, L3)의 형태가 원형에 가까운 현상에 기인할 수 있다. 이후 제1 광섬유 다발(51b) 및 제2 광섬유 다발(51a)은 합쳐진 상태로 송출 유닛(52)으로 향하고, 광섬유 다발의 배열은 일렬로 나열된 형상이 되도록 변경될 수 있다. 따라서 송출 유닛(52)에서의 광섬유 다발의 배열은 각각의 광섬유가 일자로 배열된 형태로 형성될 수 있다. 일렬로 배열된 광섬유의 형태는, 다중파장 분광부의 입구에서 광속의 단면을 제한하는 슬릿(slit)의 역할을 대신하여 수행할 수 있다.
여기서, 214nm 내지229 nm 파장 영역의 라만 산란광(L3)과 268 nm 내지 292nm 파장 영역의 라만 산란광(L4)은 송출 유닛(52)상에서 상부와 하부로 나뉘어진 상태로 배열될 수 있다. 이로 인하여, 후술할 다중파장 분광부의 검출기 상에서 파장에 따라 공간적으로 분리된 스펙트럼을 획득할 수 있다.
또한, 송출 유닛(52)은, 송출 유닛(52) 하부의 214nm 내지229 nm 파장 영역의 라만 산란광(L3)의 광섬유 그룹과 송출 유닛(52) 상부의 268 nm 내지 292nm 파장 영역의 라만 산란광(L4)을 명확히 분리하기 위한 분리 광섬유(521)를 포함할 수 있다.
도3a 및 도3b에 도시된 광전달부의 구성은 상술한 바와 같이 두개의 파장이 대상물질로 조사된 예시적인 경우로 이해되어야 함을 미리 밝혀둔다.
도4a 내지 도4c는 일 실시예에 따른 분광 시스템의 다중파장 분광부(60)를 나타낸다.
보다 구체적으로, 도4a는 다중파장 분광부(60) 상에서의 라만 산란광의 광경로의 개략도를 나타낸다.
도4a를 참조하면, 광전달부의 송출 유닛(52)으로부터 입사되는 복수 개의 파장 영역의 라만 산란광은 평면거울(64)에 반사되어 오목거울(62)을 향할 수 있다. 이 때, 평면거울(64)과 오목거울(62)의 사이에는 라만 산란광을 분광시킬 수 있는 회절격자(61)가 배치될 수 있다. 회절격자(61) 상에는 일부의 광을 관통시킬 수 있는 관통 홀(61h)이 형성될 수 있다. 평면거울(64)로부터 반사된 라만 산란광은 회절격자(61)상의 관통 홀(61h)을 관통하여 오목거울(62)로 향할 수 있다.
이 때 라만 산란광은, 예컨대, 상술한 214nm 내지229 nm 파장 영역의 라만 산란광 또는 268 nm 내지 292nm 파장 영역의 라만 산란광일 수 있으며, 다만 도4a를 포함한 이하의 도면(도4b 및 도4c)에서는, 광로의 보다 명확한 이해를 위하여 214nm 내지229 nm 파장 영역의 라만 산란광(L3)만을 예시적으로 도시하기로 한다.
오목거울에 반사된 라만 산란광은 평행광의 형태로 회절격자(61)로 향하고, 회절격자에 의하여 분광(L31, L32)된 라만 산란광은 다시 오목거울(62)로 향할 수 있다. 분광된 라만 산란광은 오목거울(62)에 다시 반사되어 집속되며, 관통 홀(61h)을 통과하여 검출기(63)상에 결상(631, 632)되어 스펙트럼을 형성할 수 있다.
여기서, 회절격자(61)상에 형성되는 관통 홀(61h)은, 일 단부로부터 타 단부를 향하는 방향으로 폭이 좁아지도록 형성될 수 있다. 이는, 검출기(63)로 향하는 분광된 라만 산란광은 오목거울에 의하여 집속되는 형태이므로 광로의 단면적이 줄어드는 현상에 기인할 수 있다.
또한 상술한 바와 같이, 서로 다른 파장 영역의 라만 산란광은 송출 유닛(52)상에서 광섬유에 의하여, 예컨대 상부 및 하부에 위치하도록, 서로 분리된 상태로 다중파장 분광부로 진입되고, 파장에 따라서 공간적으로 분리된 상태로 검출기(63)상에 하부 및 상부에 위치하도록 결상될 수 있다.
도4b는, 특정 파장 영역의 라만 산란광(예컨대, 214nm 내지229 nm 파장 영역의 라만 산란광)에 대한 다중파장 분광부(60) 상에서의 보다 상세한 광경로를 나타낸다.
도4b를 참조하면, 복수 개의 파장 영역의 라만 산란광은 검출기(63)상에서 분리되어 스펙트럼을 형성하며 결상될 수 있다. 전술한 회절격자(61)에서의 분광 과정 및 오목거울(62)에서의 두번의 반사를 거친 라만 산란광은, 회절격자(61)의 관통 홀(61h)을 통과하여 검출기(63) 상의 각기 다른 위치상(예컨대, 631, 632, 및 633)에 결상됨으로써 해당 파장 영역에 대한 분광 스펙트럼을 형성한다.
도4c는 다중파장 분광부(60)의 회절격자(61)상의 관통 홀을 관통하여 진행되는 라만 산란광의 광경로를 나타내는 입체도이다.
도4c를 참조하면, 라만 산란광은 회절격자(61) 상에 형성된 관통 홀(61h)을 통과하며 진행된다. 오목거울에 의하여 검출기로 향하는 라만 산란광이 회절격자(61)에 가로막혀 진행이 차단되지 않도록, 관통 홀(61h)은 라만 산란광의 광경로에 따라 기 설정된 위치에 적절히 형성될 수 있다. 또한, 관통 홀(61h)이 회절격자(61)에서 차지하는 면적만큼 광속의 손실이 발생할 수 있으므로, 관통 홀(61h)은 회절격자(61) 전체에 대하여 기 설정된 면적 이상을 차지하지 않도록 형성될 수 있다.
도5는 일 실시예에 따른 분광 시스템에서, 검출기 상에 결상된 라만 산란광을 나타낸다.
도5를 참조하면, 다중파장 분광부의 검출기 상에는 파장과 파장영역에 따라서 라만 산란광의 스펙트럼이 공간적으로 다른 위치에 결상됨을 확인할 수 있다. 예컨대 A 영역에 대한 분광범위는 라만이동 기준으로 264 cm-1 내지4030 cm-1이고, B영역에 대한 분광범위는 215 cm-1 내지3220 cm-1으로 A영역의 분광범위가 더 넓을 수 있다. 이에 따라 A영역의 스펙트럼이 좀 더 조밀하게 결상되는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 실시예가 설명되었으나 이는 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 광원부
20: 송광부
30: 수광부
40: 파장 분리부
50: 광전달부
60: 다중파장 분광부
70: 분석부

Claims (10)

  1. 복수 개의 파장을 가지는 광을 발생시키는 광원부;
    상기 광을 분석 대상물질로 전송하는 송광부;
    상기 대상물질로부터 산란된 라만 산란광을 수광하는 수광부; 및
    상기 수광부로부터 전달되는 상기 라만 산란광을 분광시킴으로써 스펙트럼을 획득할 수 있는 다중파장 분광부;
    를 포함하고,
    상기 다중파장 분광부는,
    상기 라만 산란광을 회절시키는 단일의 회절격자; 및
    상기 라만 산란광을 집속시키는 단일의 오목거울;
    을 포함하는,
    분광 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수광부와 상기 다중파장 분광부 사이에 배치되고, 상기 라만 산란광을 파장영역별로 분리시키는 파장 분리부; 및
    상기 파장 분리부로부터 분리된 상기 라만 산란광을 상기 다중파장 분광부로 전달하는 광전달부;
    를 더 포함하고,
    상기 광전달부는 상기 라만 산란광을 일렬로 배열하는,
    분광 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광전달부는, 상기 라만 산란광을 파장영역에 따라서 다른 높이로 배열하는,
    분광 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다중파장 분광부는,
    상기 라만 산란광의 스펙트럼이 결상되는 결상기;
    를 더 포함하고,
    상기 결상기 상에는 상기 라만 산란광의 스펙트럼이 파장에 따라서 공간적으로 분리되어 결상되는,
    분광시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 회절격자는,
    상기 광전달부로부터 전달되는 상기 라만 산란광을 관통시키는 관통 홀;
    을 포함하는,
    분광 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 관통 홀을 관통한 상기 라만 산란광은 상기 오목거울로 향하고, 상기 오목거울로부터 반사된 상기 라만 산란광은 평행광 상태로 상기 회절격자를 향하는,
    분광 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회절격자로부터 회절된 상기 라만 산란광은 상기 오목거울로 향하고, 상기 오목거울에 의하여 집속된 상태로 상기 관통 홀을 관통하는,
    분광 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 파장 분리부는,
    상기 수광부로부터 전달되는 라만 산란광의 파장에 따라 라만 산란광의 경로를 제어하는 이색성 거울;
    레일리 산란광을 제거하는 라만 필터; 및
    상기 라만 산란광을 집속시키는 집속 렌즈;
    를 포함하는,
    분광 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 라만 필터는,
    상기 이색성 거울의 일 측에 배치되는 제1 라만 필터; 및
    상기 이색성 거울의 타 측에 배치되는 제2 라만 필터;
    를 포함하고,
    상기 집속 렌즈는,
    상기 제1 라만 필터로부터 전달되는 라만 산란광을 집광하여 상기 광전달부로 전달하는 제1 집속 렌즈; 및
    상기 제2 라만 필터로부터 전달되는 라만 산란광을 집광하여 상기 광전달부로 전달하는 제2 집속 렌즈;
    를 포함하는,
    분광 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 파장은 조화파의 관계를 가지는,
    분광 시스템.
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