KR20240017827A - 안정화되고 변조된 2 채널 광대역 광원 - Google Patents
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Abstract
분광학적 광원(112)이 제안된다. 분광학적 광원(112)은, - 적어도 하나의 발광 요소(128); - 발광 요소(128)에 전력을 인가하도록 구성된 적어도 하나의 전자 회로(136); 적어도 하나의 하우징(150) - 하우징(150)은 적어도 부분적으로 발광 요소(128)를 둘러싸고 있음 - ; 및 - 하우징(150)을 통과하는 적어도 두 개의 출력 채널(156)을 포함하고, 출력 채널(156) 각각은 분광학적 광원(112)으로부터 적어도 하나의 광 빔(116)을 디커플링하도록 구성된다. 분광학적 광원(112)은 출력 채널(156) 각각을 독립적으로 제어하도록 구성된다.
Description
본 발명은 일반적으로 분광학적 광원, 분광학적 측정 시스템 및 분광학적 측정 시스템을 동작하는 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명의 디바이스 및 방법은 분광학 분야에서 사용될 수 있다. 이것은 구체적으로 가시 광학 스펙트럼에서 또는 적외선 스펙트럼에서, 보다 구체적으로 근적외선 스펙트럼에서 또는 중적외선 스펙트럼에서 동작하는 분광계(spectrometer)를 포함할 수 있다. 여기에는 푸리에 변환 적외선(Fourier Transform Infrared, FTIR) 디바이스 또는 가스 분광학(gas spectroscopy)이 더 포함될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 디바이스 및 방법은 백색광 간섭계(white light interferometry)와 같은 간섭 측정 응용에도 채용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 디바이스 및 방법은 구체적으로 실험실 측정에 사용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 디바이스 및 방법은 앳라인 측정(at-line measurement) 및 인라인 측정(in-line measurement)을 비롯한 산업 환경에서도 사용될 수 있다. 본 발명의 디바이스 및 방법은 심지어, 예를 들어, 공기질 측정을 위한 소비자 환경에서도 사용될 수 있다. 그러나, 다른 응용 또한 가능하다.
분광학적 측정을 위한 수많은 분광학적 광원이 종래 기술로부터 알려져 있다. 이러한 분광학적 측정에는 많은 경우 두 개 이상의 별개의 광 빔, 예를 들어, 하나의 측정 광 빔 및 하나의 기준 광 빔을 필요로 한다. 따라서 분광학적 광원에서 이러한 두 개 이상의 광 빔을 생성하기 위해 전형적으로 추가적인 광학 요소, 구체적으로 빔 스플리터가 적용된다. 다소 시간이 오래 걸리는 대안은 적어도 두 번의 연속 측정을 수행하는 것으로, 여기서 측정 중 한 번은 기준이 된다. 많은 분광학적 측정은 두 개 이상의 광 빔이 상이한 광학적 특성, 예를 들어, 상이한 변조를 가져야 한다는 것을 더 요구한다. 이것은 특히 변조 주파수가 상이한 주기적 변조와 관련될 수 있으며, 예를 들어 초퍼 휠(chopper wheel)이나 튜닝 포크(tuning fork)를 사용하여 실현될 수 있다. 이러한 모든 것은 분광학적 측정 시스템의 구조적 복잡성을 증가시키고 이에 따라 분광학적 측정 시스템의 오류에 대한 민감성을 증가시킨다. 구체적으로, 광학 요소의 결함, 먼지, 스크래치 등은 필연적인 광의 산란을 초래한다. 이러한 미광(stray light)은 다시 분광학적 측정의 정확도에 영향을 미친다. 연속 측정의 또 다른 단점은 광학 경로, 광원 또는 전구의 짧은 시간 변동으로 인해 발생한다. 이러한 변동은 전형적으로 기준 측정과 샘플 측정 사이에 체계적인 차이를 만들어 낼 수 있다. 그럼으로써 노이즈가 더해진다.
EP 0 729 017 A1은 분광계에서 미광의 영향을 측정 및 보상하는 방법과 이 방법을 사용하여 분광계의 선형성 및 정확성을 개선하는 방법을 개시한다. 광대역 광원으로부터의 광은 광학 필터에 의해 특정 파장 대역에서 차단되고 특정 파장 대역을 벗어난 광은 필터를 통해 투과된다. 특정 대역 내에서 스펙트럼 측정은 미광, 암전류 및 전자 오프셋의 영향을 비롯한 총 오프셋을 측정한다. 흡수 분광법(absorption spectrometry)에서, 화학 샘플이 존재하지 않는 상태에서 특정 대역 내에서 제 1 스펙트럼 측정이 측정되고, 화학 샘플이 존재하는 상태에서 제 2 측정이 이루어진다. 특정 대역 내에서, 제 1 스펙트럼 측정은 기준 스펙트럼의 보상에 사용되며 제 2 스펙트럼 측정은 샘플 스펙트럼의 보상에 각각 사용된다. 필터의 삽입 손실 및 특정 대역의 파장 대역 내의 파장을 갖는 미광에 대한 추가 보상이 이루어진다. 그러나, EP 0 729 017 A1에 개시된 방법은 추가적인 공정 단계를 필요로 하며, 여기서 공정 단계는 연속적으로 수행된다. 그러므로 EP 0 729 017 A1에 개시된 방법은 실제 분광학적 측정이 시작될 수 있기 전에 추가적인 시간을 필요로 한다.
더욱이, 일반적인 분광학적 광원은 오랜 가열 시간을 필요로 한다. 이것은 분광학적 광원이 스위치를 켠 후 더 오랜 기간 동안 불안정한 방식으로 광을 방출한다는 것을 의미한다. 그러나 이 상태는 신뢰할 수 있고 정밀한 분광학적 측정에는 적합하지 않다. 따라서 매번 분광학적 측정을 수행하기 전에 분광학적 광원이 안정적으로 동작할 때까지 가열 시간이 지날 때를 기다려야 한다. 이로 인해 분광학적 광원은 스위치를 끄지 않고, 오히려 실제로 필요로 한 것보다 더 오래 놔두는 경우가 많다. 이것은 다시 분광학적 광원의 수명을 짧아지게 하는 결과를 가져온다.
JP H05144576 A는 스위치가 켜질 때 백열 램프의 밝기를 점진적으로 증가시키는 디바이스를 개시한다. AC 전력 공급 장치(AC)와 백열 램프(L)의 직렬 회로가 연결되는 단자가 제공된다. 단자 내부에는 소프트 스타트 회로가 제공된다. 스위치(SW1)가 켜질 때, 트랜지스터(Q4)가 꺼지고 커패시터(C6)의 전하가 방전되기 시작하며, 지점(c)의 전위가 떨어지기 시작한다. 그러므로 트랜지스터(Q3)의 콜렉터 전류가 감소되고, 지점(d)의 임피던스가 증가된다. Ve>Vf+VQ1BE이면, 트랜지스터(Q1)가 켜지고, 트라이액(Q5)이 켜져 백열 램프(L)를 밝힌다. 위의 작용은 커패시터(C6)의 충전이 완전히 방전될 때까지 반주기마다 반복된다. 그러나 지점(d)의 임피던스가 점진적으로 증가되기 때문에 트라이액(Q5)이 켜지는 위상은 그에 따라 더 빨라진다. 커패시터(C6)의 전하가 완전히 방전될 때, 지점(d)의 임피던스는 일정해지며, 트라이액(Q5)의 트리거 위상은 일정해진다.
JP 3300173 B2는 직류 회로를 통한 과전류의 검출을 통해 입력 전력 공급 전압의 변동을 상쇄시킴으로서 과전류를 검출할 수 있는 과부하 검출 장치 및 백열 램프 제어 장치를 개시한다. 상용 전력 공급 전압의 순시값은 순시값 검출 회로로 검출되고 부하 전류는 변류기에 의해 전압으로 변환된 다음 과전류 검출기로 안내된다. 과전류 검출기는 순시 값이 미리 설정된 전압에 도달한 때 변류기의 출력 전압이 임계값 이상인지 아닌지에 따라 과전류를 검출하고 그 결과를 위상 제어 회로에 출력한다. 위상 제어 회로에서, 과전류가 검출될 때 백열 램프가 반파(half-wave)에 의해 제어되어 불이 켜지도록 게이트 제어 신호가 트라이액에 출력된다.
WO 2005/050148 A2는 스펙트럼 측정을 제공하기 위한 시스템 및 방법을 개시한다. 일 실시예에서, 스펙트럼 측정 디바이스는 미리 결정된 파장 범위에서M(M >= N)개의 파장 채널로 특징지어지는 N(N >= 2)개의 선형적으로 독립적인 조명 소스를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 방사선 소스; 방사선 소스 및 대상과 광학 통신을 하도록 구성된 적어도 하나의 센서를 포함하는 센서 유닛; M개 파장 채널의 N개 조명 소스의 스펙트럼 특성을 포함하는 조명 특성화 매트릭스를 저장하는 메모리; 및 적어도 부분적으로 조명 특성화 매트릭스에 기초하여 M개 파장 채널에서 대상의 스펙트럼 응답을 제공하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 기재된 문서의 실시예는 휴대용 색상 측정 디바이스와 같은 새로운 부류의 소형 스펙트럼 측정 디바이스를 구성하는 데 사용될 수 있다.
US 3 277 773 A는 방사선 측정 장치 및 특히 샘플로부터 반사된 복사 에너지를 측정하기 위한 장치를 개시한다.
WO 2017/040431 A1은 샘플링 인터페이스에 있는 샘플 내 물질의 농도와 유형을 측정하기 위한 시스템 및 방법을 개시한다. 시스템은 광원, 하나 이상의 광학계, 하나 이상의 변조기, 기준, 검출기 및 컨트롤러를 포함한다. 기재된 문서에 개시된 시스템 및 방법은 상이한 측정 광 경로 사이에 하나 이상의 구성요소를 공유함으로써 광원, 하나 이상의 광학계 및 검출기로부터 기원하는 드리프트를 해명할 수 있다. 또한, 시스템은 광원과 샘플 또는 기준 사이에 하나 이상의 변조기를 배치하여 상이한 드리프트 유형들끼리를 구별하고 미광으로 인해 오류가 생긴 측정을 제거할 수 있다. 뿐만 아니라, 시스템은 검출기 픽셀 및 마이크로 광학계를 샘플의 위치 및 깊이에 매핑함으로써 샘플 내 다양한 위치 및 깊이를 따라 놓인 물질을 검출할 수 있다.
WO 2011/072870 A1은 특히 광학 분광계용 링 라이트(ring light)를 개시한다. 통상의 링 램프를 사용하면, 조명 광을 측정을 위한 기준으로 사용하여 많은 비용이 들고 심지어 정확도도 제한될 수 있다. 기재된 출원은 적은 노력으로 기준 방사선을 획득할 수 있도록 의도된다. 이러한 목적을 위해, 링 램프의 적어도 하나의 입구 번들에는 복수의 기준 광 도파관의 입구 단부가 추가로 배열되며, 그 출구 단부는 링으로부터 멀리서 결합되어 적어도 하나의 기준 번들을 형성한다.
US 2009/316149 A1은 일 실시예에서 모듈식 45/0 헤드를 갖는 분광광도계를 개시한다. 샘플의 반사율을 측정하기 위한 디바이스의 일 실시예는, 광을 방출하기 위한 복수의 발광 다이오드, 복수의 발광 다이오드 위에 배치되는 반사 하우징 - 여기서 반사 하우징은 그 둘레에 복수의 조리개가 형성된 돔(dome)임 -, 광의 제 1 부분을 캡처하기 위한 샘플 채널 - 여기서 광의 제 1 부분은 샘플과 상호작용함 - 와, 광의 제 2 부분을 캡처하기 위한 기준 채널 - 여기서 광의 제2 부분은 샘플과 독립적임 - 을 포함한다.
알려진 분광학적 광원에 의해 달성되는 장점에도 불구하고, 다양한 기술적 도전 과제가 여전히 남아 있다. 따라서 두 개 이상의 광 빔을 제공하기 위해서는 전형적으로 추가적인 광학 요소가 필요하다. 이것은 분광학적 측정 시스템의 구조적 복잡성을 증가시키고 분광학적 측정 시스템의 오류에 대한 민감성을 증가시킨다. 대안적으로, 적어도 두 번의 연속적 측정이 수행될 수 있다. 그러나 이러한 접근법은 더 많은 시간을 필요로 하고 분광학적 측정 시스템 내에서 단시간 변동을 일으키는 경향이 있을 수 있다.
그러므로 분광학적 측정에 적합하고, 적어도 부분적으로는, 유사한 종류의 공지된 디바이스 및 방법의 위에서 언급한 도전 과제를 해결하는 분광학적 광원, 분광학적 측정 시스템 및 분광학적 측정 시스템을 동작하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 분광학적 측정의 오류에 대한 민감성의 증가뿐 아니라 노이즈의 추가와도 관련된 분광학적 광원의 측정 시간 또는 구조적 복잡성의 상당한 증가의 문제를 회피하면서, 분광학적 측정을 위한 두 개 이상의 분리되고 잠재적으로 상이한 광 빔을 생성하는 데 적합한 디바이스 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 광 빔은 또한 구체적으로 높은 단기 및/또는 장기 안정성을 나타내는 것이 바람직하며, 여기서 분광학적 광원은 광 빔의 안정성에 영향을 미치지 않고 스위칭 가능한 것이 바람직하다.
이 과제는 독립 청구항의 특징을 갖는 분광학적 광원, 분광학적 측정 시스템 및 분광학적 측정 시스템을 동작하는 방법에 의해 해결된다. 격리된 방식으로 또는 어느 임의의 조합으로 실현될 수 있는 유리한 실시예는 명세서 전체에 뿐만 아니라 종속 청구항에 열거되어 있다.
일반적으로, 본 문서에서 사용되는 것으로, "갖다", "구성되다" 또는 "포함하다"라는 용어 또는 그의 임의의 문법적 변형은 배타적이지 않은 방식으로 사용된다. 따라서 이러한 용어는 이러한 용어에 의해 도입되는 특징 외에, 이 문맥에서 설명되는 실체에 추가 특징이 존재하지 않는 상황과 하나 이상의 추가 특징이 존재하는 상황 둘 모두를 지칭할 수 있다. 한 예로서, "A는 B를 갖는다", "A는 B로 구성된다", "A는 B를 포함한다"라는 표현은 B 외에 다른 요소가 A에 존재하지 않는 상황(즉, A가 전적으로 배타적으로 B로만 구성된 상황)과 B 외에 요소 C, 요소 C 및 D 또는 심지어 추가 요소와 같이 하나 이상의 추가 요소가 실체 A에 존재하는 상황 둘 모두를 지칭할 수 있다.
또한, 특징 또는 요소가 한 번 또는 한 번보다 많이 존재할 수 있음을 표시하는 "적어도 하나", "하나 이상" 또는 이와 유사한 표현은 전형적으로 각각의 특징 또는 요소를 도입할 때 한 번만 사용된다는 점에 유의해야 한다. 대부분의 경우, 각각의 특징 또는 요소를 언급할 때, 각각의 특징 또는 요소가 한 번 또는 한 번보다 많이 존재할 수 있는 사실에도 불구하고, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"이라는 표현은 반복되지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 것으로, "바람직하게", "보다 바람직하게", "특히", "보다 특히", "구체적으로", "보다 구체적으로" 또는 이와 유사한 용어는 대안적인 가능성을 제한하지 않고, 선택적 특징과 함께 사용된다. 따라서 이들 용어에 의해 도입되는 특징은 선택적 특징이며 어떤 방식으로든 청구항의 범위를 제한하려는 의도는 없다. 관련 기술분야의 통상의 기술자가 인식하듯이, 본 발명은 대안적인 특징을 사용하여 수행될 수 있다. 유사하게, "본 발명의 실시예에서" 또는 이와 유사한 표현에 의해 도입되는 특징은 본 발명의 대안적인 실시예에 대해 아무런 제한이 없고, 본 발명의 범위에 대해 아무런 제한이 없고, 그리고 그러한 방식으로 도입된 특징을 본 발명의 다른 선택적 또는 비선택적 특징과 결합하는 가능성에 대해 아무런 제한이 없는 선택적 특징인 것으로 의도된다.
본 발명의 제 1 양태에서, 분광학적 광원이 제안된다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "분광학(spectroscopy)"이라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 방사선의 파장 또는 주파수의 함수로서 물질과 전자기 방사선 간의 상호 작용을 연구하거나 분석하는 프로세스를 지칭할 수 있다. 따라서 '분광학적(spectroscopic)'이라는 형용사는 분광학에 사용할 수 있는 목적을 지칭할 수 있다. 따라서 "분광학적"이라는 용어는 구체적으로 "분광학적 응용에 사용하기 위한"이라는 용어 및/또는 "분광학적 응용에서 사용 가능한"이라는 용어의 동의어일 수 있다. 구체적으로, 분광학은 가시광으로부터 전자기 스펙트럼의 모든 대역에 이르기까지 일반화된 색에 대한 연구를 지칭할 수 있다. 분광학은 구체적으로 파장, 주파수, 파동수 또는 에너지와 같은 광의 적어도 하나의 광학적 특성에 따라 광의 분할을 수반하는 프로세스일 수 있다. 따라서, 한 예로서, 분광학적 측정은 광학적 측정을 지칭할 수 있으며, 여기서 측정 변수, 예를 들어, 측정 대상에 의한 광의 흡수는 광의 분할된 광학적 속성에 의존하여, 예를 들어, 광의 파장에 의존하여 측정된다.
본 명세서에서 사용되는 것으로 "광(light)"이라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 10 nm 내지 1 mm의 파장 범위에 드는 전자기 방사선을 지칭할 수 있다. 구체적으로, 분광학적 광원은 적어도 하나의 파장의 광을 또는 가시 스펙트럼 범위 및/또는 적외선 스펙트럼 범위, 구체적으로는 근적외선 스펙트럼 범위 내 적어도 하나의 스펙트럼 범위에서 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 그 범위 내에서, 380 나노미터 내지 760 나노미터의 스펙트럼 범위는 가시 스펙트럼 범위라고 지칭될 수 있으며, 여기서 가시 스펙트럼 범위 아래의 파장을 갖는 광의 파장 범위는 자외선 스펙트럼 범위라고 지칭될 수 있고, 가시 스펙트럼 범위 위의 파장을 갖는 광의 파장 범위는 적외선 스펙트럼 범위라고 지칭될 수 있다. 그 범위 내에서, 760 nm 내지 1.4 μm의 스펙트럼 범위는 근적외선(near infrared, NIR) 스펙트럼 범위라고 지칭될 수 있다. 1.4 μm 내지 3 μm의 스펙트럼 범위는 장파(long-wave) 근적외선 스펙트럼 범위 또는 단파(short-wave) 중적외선 스펙트럼 범위라고 지칭될 수 있다.
그 결과, 본 명세서에서 사용되는 것으로 "분광학적 광원(spectroscopic light source)"이라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 분광학적 측정을 위해, 미리 정의된 그리고/또는 제어된 광학적 속성을 가진 광과 같은 광을 방출하도록 구성된 임의의 디바이스를 지칭할 수 있다. 분광학적 광원은 구체적으로 안정적인 광학적 속성을 가진 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 한 예로서, 분광학적 광원은 적어도 하나의 파장 범위에 걸쳐 광을 생성할 수 있으며, 여기서 구체적으로 더 오랜 기간에 걸쳐, 광 강도는 파장 범위 내의 각각 파장에 대해 적어도 하나의 미리 정의된 값으로 유지된다.
분광학적 광원은 적어도 하나의 발광 요소를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "발광 요소(light emitting element)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 광을 방출하도록 구성된 디바이스를 지칭할 수 있다. 구체적으로, 발광 요소는 등방성 방식으로, 즉, 모든 공간 방향으로 균일하게 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 한 예로서, 발광 요소는 열 가열로 인해 광을 방출하도록 구성될 수 있고/있거나 적어도 하나의 열 복사체일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 이러한 열 가열은 구체적으로, 예를 들어, 전기 저항기를 가열하기 위해 발광 요소에 전력을 인가함으로써 유도될 수 있다. 따라서, 발광 요소는 적어도 하나의 전기적 연결부 및/또는 적어도 하나의 필라멘트를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 발광 요소는 발광 다이오드 및 레이저 다이오드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 추가 종류의 발광 요소가 또한 실현 가능할 수 있다.
분광학적 광원은 적어도 하나의 전자 회로를 포함한다. 전자 회로는 전력, 구체적으로 전압을 발광 요소에 인가하도록 구성된다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "전자 회로(electric circuit)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 와이어 및/또는 트레이스와 같은 하나 이상의 전도성 요소를 통해 적어도 부분적으로 상호 연결된 전력원, 저항기, 인덕터, 커패시터, 다이오드, 연산 증폭기 또는 트랜지스터로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된 전자 구성요소와 같은 적어도 두 개의 전자 구성요소의 집합체를 지칭할 수 있다. 전자 회로는 제어된 방식으로 적어도 하나의 전기 출력, 예를 들어, 전압을 생성하도록 구성될 수 있다. 한 예로서, 전자 회로는 시간에 따라 발광 요소에 인가되는 전압을 체계적으로 가변시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 한 예로서, 전자 회로는 적어도 하나의 제어 가능한 전력원, 전류원 또는 전압원을 포함할 수 있다.
분광학적 광원은 적어도 하나의 하우징을 포함한다. 하우징은 적어도 부분적으로 발광 요소를 둘러싸고 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "하우징(housing)"이라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 그 내부의 요소를 적어도 부분적으로 차폐하도록 구성된 기계적 커버를 지칭할 수 있다. 하우징은 구체적으로 내부의 요소를 기계적 특성의 외부 영향으로부터, 예를 들어, 추가의 대상과의 충돌로부터 및/또는 진동으로부터 적어도 부분적으로 차폐하도록 구성될 수 있다. 하우징은 적어도 하나의 벽, 구체적으로 적어도 하나의 견고하고 변형 없는 벽을 포함할 수 있다. 하우징은 적어도 하나의 진동 댐핑을 포함할 수 있다. 하우징은 또한 전자기 방사선, 구체적으로 열 복사를 적어도 부분적으로 차폐하도록 구성될 수 있다. 하우징은 발광 요소에 의해 방출되는 광을 적어도 부분적으로 차폐할 수 있으며, 여기서 광이 분광학적 광원을 떠나는 것을 적어도 부분적으로 하우징에 의해 방지될 수 있다. 한 예로서, 발광 요소를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징은 적어도 하나의 벽을 포함할 수 있으며, 여기서 벽은 추가의 대상이 접촉하여 잠재적으로 발광 요소를 손상시키는 것을 방지하도록 구성될 수 있으며, 여기서 벽은 추가적으로 발광 요소에 의해 방출된 광이 적어도 하나의 공간 방향으로 분광학적 광원을 떠나는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 벽은 광이 지나갈 수 있는 적어도 개구부를 포함할 수 있다.
분광학적 광원은 하우징을 통과하는 적어도 두 개의 출력 채널을 포함한다. 출력 채널 각각은 분광학적 광원으로부터 적어도 하나의 광 빔을 디커플링하도록 구성된다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "출력 채널(output channel)"이라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 투과 중에 광을 선택적으로 변경하면서 광을 투과하도록 구성된 임의의 요소 또는 디바이스를 지칭할 수 있다. 한 예로서, 분광학적 광원 내에서, 발광 요소에 의해 방출된 광은 하우징에 의해 차폐되고 이에 따라 출력 채널 중 적어도 하나를 통해서만 분광학적 광원을 떠날 수 있다. 출력 채널은 적어도 하나의 개구부, 구체적으로 분광학적 광원의 하우징에 있는 적어도 하나의 개구부를 포함할 수 있다. 출력 채널은 분광학적 광원의 발광 요소에 의해 방출되는 광에 대해 적어도 부분적으로 투명한 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 출력 채널은 구체적으로 분광학적 광원의 발광 요소에 의해 방출되는 광을 변경하도록 구성된 적어도 하나의 요소, 보다 구체적으로는 적어도 하나의 광학 요소를 포함할 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 더 자세히 설명될 것이다.
본 명세서에서 사용되는 것으로 "디커플링(decoupling)"이라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 적어도 하나의 제 1 실체를 적어도 하나의 제 2 실체로부터 해제하는(releasing) 행위를 지칭할 수 있으며, 여기서 제 1 실체와 제 2 실체는 해제 후에 서로 독립적일 수 있다. 한 예로서, 적어도 하나의 광 빔은 분광학적 광원에 의해 출력 채널 중 적어도 하나를 통해 해제될 수 있으며, 따라서 적어도 하나의 출력 채널을 통해 분광학적 광원을 떠날 수 있다. 그러면 디커플링된 광 빔과 분광학적 광원은 서로 독립적일 수 있고, 분광학적 광원이 더 이상 광 빔을 조작할 수 없음을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "광 빔(light beam)"이라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 광, 구체적으로 광의 방향성 투영과 같이 적어도 한 방향으로 이방성으로 방출되는 광의 양을 지칭할 수 있다. 광 빔은 구체적으로 이방성 방식으로 적어도 하나의 공간 거리에 걸쳐 하나의 특정 방향으로 이동할 수 있다. 광 빔은 산란될 수 있고, 구체적으로 반사될 수 있고, 이것은 광 빔의 방향 또는 적어도 광 빔의 광 강도의 적어도 일부의 변화를 초래할 수 있다. 광 빔은 각각 상이한 방향으로 이동하는 두 개 이상의 부차적인 광 빔으로 분할될 수 있다. 광 빔은 명시된 또는 결정 가능한 폭을 가질 수 있으며, 이 폭은 예를 들어, 광 빔의 광학 축을 따르는 세로 위치의 함수로서 증가 및/또는 감소할 수 있다.
분광학적 광원은 출력 채널 각각을 독립적으로 제어하도록 구성된다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "독립적으로 제어하는(independently controlling)"이라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 제 1 실체를 규제하는 동시에 병렬적으로 또는 타임 시프트 방식(time shifted manner)으로 제 2 실체를 선택적으로 동일하게 또는 상이하게 규제하는 작용을 지칭할 수 있다. 한 예로서, 제 1 요소가 분광학적 광원의 제 1 출력 채널 안으로 들여질 수 있고 제 2 출력 채널에는 아무 요소도 들여지지 않고/않거나 제 2 요소가 들여질 수 있으며, 여기서 제 1 요소와 제 2 요소는 상이할 수 있다. 제 1 요소와 제 2 요소는 둘 모두 같은 종류의 요소일 수 있지만, 초점이 상이한 렌즈 또는 변조 주파수가 상이한 변조 요소와 같이 상이한 특정 속성을 가질 수 있다. 제 1 요소와 제 2 요소는 상이한 종류의 요소에 속할 수 있다. 예를 들어, 제 1 요소는 조리개일 수 있고 제 2 요소는 광학 필터일 수 있다. 추가의 예가 아래에 개요될 것이다. 따라서, 제 1 출력 채널을 통해 디커플링되는 제 1 광 빔은 제 2 출력 채널을 통해 디커플링되는 제 2 광 빔과는 상이하게 조작될 수 있다.
발광 요소는 적어도 하나의 백열 램프, 구체적으로 적어도 하나의 할로겐 충전 백열 전구를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "백열 램프(incandescent lamp)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 광을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 가열된 필라멘트를 포함하는 발광 요소를 지칭할 수 있다. 백열 램프는 내부에 적어도 하나의 필라멘트를 갖는 적어도 하나의 전구를 포함할 수 있다. 필라멘트는 적어도 하나의 와이어, 구체적으로 적어도 하나의 코일형 와이어를 포함할 수 있다. 필라멘트는 텅스텐으로 구성될 수 있다. 전구는 불활성 가스로 채워진 유리 전구일 수 있다. 불활성 가스는 구체적으로 아르곤 및/또는 질소를 포함할 수 있다. 또한 유리 전구는 할로겐으로 채워질 수 있다. 할로겐은 구체적으로 요오드 및/또는 브롬을 포함할 수 있다. 전력을 발광 요소에 인가할 때, 전류가 필라멘트를 통해 흐르고 필라멘트의 온도를 상승시켜 필라멘트가 열 복사를 방출한다. 백열 램프는 구체적으로 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
하우징은 적어도 부분적으로 전자 회로를 둘러쌀 수 있다. 따라서 하우징은 외부의 영향, 예를 들어, 먼지, 오물 또는 물로부터 전자 회로를 적어도 부분적으로 보호할 수 있다. 구체적으로, 전자 회로의 민감한 구성요소는 하우징 내부에 배치될 수 있는 반면, 전자 회로의 견고한 구성요소는 하우징 외부에 배치될 수 있다. 하우징은 또한 분광학적 광원, 구체적으로 발광 요소의 온도를 안정화하도록 구성될 수 있다. 따라서, 하우징은 구체적으로 위에서 표시된 바와 같이 열 복사체를 포함할 수 있는 발광 요소로부터 열을 소산시키도록 구성될 수 있다.
분광학적 광원은 출력 채널 중 적어도 하나를 켜고 끄도록 구성될 수 있다. 따라서 출력 채널 중 적어도 하나의 채널에서는 적어도 출력 채널이 꺼져 있는 한, 어떠한 광 빔도 분광학적 광원으로부터 디커플링되지 않을 수 있다. 한 예로서, 출력 채널을 끄기 위한 광 차단 요소, 예를 들어, 셔터가 출력 채널에, 예를 들어, 출력 채널의 단부에 배치될 수 있다. 출력 채널을 다시 켜기 위해, 광 차단 요소가 출력 채널로부터 제거될 수 있다.
분광학적 광원은 출력 채널 중 적어도 한 채널의 광 빔을 변조하도록 구성될 수 있다. 분광학적 광원은 구체적으로 광 빔의 진폭, 광 빔의 주파수 및 광 빔의 듀티 사이클 중 적어도 하나를 변조하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "변조(modulating)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 광의 적어도 하나의 속성, 구체적으로 광의 강도 또는 위상 중 하나 또는 둘 모두를 주기적으로 변경하는 프로세스를 지칭할 수 있다. 통상의 지식을 가진 자가 알고 있듯이, 강도는 다시 광의 진폭과 관련이 있다. 변조는 최대값에서부터 0까지의 전체 변조일 수도 있고, 최대값에서부터 0을 초과하는 중간 값까지의 부분 변조일 수도 있다.
분광학적 광원은 구체적으로 출력 채널 각각의 광 빔을 독립적으로 변조하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제 1 출력 채널은 제 1 출력 채널을 통해 디커플링되는 제 1 광 빔을 제 2 출력 채널이 제2 출력 채널을 통해 디커플링되는 제 2 광 빔을 변조할 수 있는 것과는 상이하게 변조할 수 있다. 한 예로서, 제 1 광 빔은 제 2 광 빔과 상이한 주파수로 변조될 수 있다. 광 빔이 상이하게 변조될 수 있다는 사실은 구체적으로 다수의 광학 경로에서 측정 대상의 동기식 측정을 가능하게 할 수 있다. 변조의 차이로 인해, 광 빔들이 하나의 동일한 검출기에 의해 검출되더라도 광 빔들 간을 구별하는 것이 가능할 수 있다. 분광학적 광원은 출력 채널 중 적어도 한 채널의 광 빔의 진폭을 0Hz 내지 1000 Hz, 바람직하게는 0.5 Hz 내지 1000 Hz, 보다 바람직하게는 1 Hz 내지 500 Hz, 보다 바람직하게는 8 Hz 내지 128 Hz의 주파수로 변조하도록 구성될 수 있다.
하우징은 발광 요소를 적어도 부분적으로 둘러싸는 내부 하우징을 포함할 수 있다. 하우징은 내부 하우징을 적어도 부분적으로 둘러싸는 외부 하우징을 더 포함할 수 있다. 내부 하우징과 외부 하우징은 각각 출력 채널의 일부로서 적어도 두 개의 개구부를 포함할 수 있다. 출력 채널 중 적어도 하나는 각각의 광 빔을 변조하기 위한 적어도 하나의 변조 요소를 포함할 수 있다. 변조 요소는 내부 하우징과 외부 하우징 사이의 중간 공간, 구체적으로 내부 하우징과 외부 하우징의 각각의 개구부들 사이에 위치할 수 있다. 따라서 변조 요소는 외부 하우징에 의해 외부 영향, 예를 들어, 먼지로부터 차폐될 수 있다. 동시에, 변조 요소는 발광 요소에 의해 생성될 수 있는 열로부터 내부 하우징에 의해 차폐될 수 있다. 이러한 사실은 변조 요소의 안정적이고 안전한 동작뿐만 아니라 긴 수명에 기여할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 것으로 "변조 요소(modulating element)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 광을 변조하도록 구성된 임의의 요소를 지칭할 수 있다. 구체적으로, 변조 요소는 출력 채널 중 한 채널 내에서 광 빔의 강도의 적어도 일부를 주기적으로 차단 및/또는 약화시킴으로써, 적어도 하나의 광 빔의 진폭을 최대 값에서부터 최소 값, 구체적으로 0까지 변조하도록 구성될 수 있다. 변조 요소는, 예를 들어 광을, 예를 들어 회전 초퍼 휠을 사용하여 기계적으로 변조하고/하거나, 예를 들어 전기광학 효과 및/또는 음향 효과를 사용하여, 예를 들면, 포켈스 셀(Pockels cell) 및/또는 커 셀(Kerr cell)을 사용하여 광을 전자적으로 변조하도록 구성될 수 있다. 변조 요소에 대한 추가적인 예는 아래에서 더 자세히 제공될 것이다. 변조 요소는 내부 하우징에 장착될 수 있다. 전자 회로는 적어도 부분적으로 외부 하우징에 의해 둘러싸여 있을 수 있다. 하우징은 적어도 하나의 베이스 요소를 포함할 수 있다. 내부 하우징과 외부 하우징은 베이스 요소에 직접 또는 간접적으로 얹혀 있을 수 있다. 전자 회로는 내부 하우징 아래의 외부 하우징 내에 수용될 수 있다. 발광 요소는 내부 하우징에 장착될 수 있다. 발광 요소는 전자 회로로부터 내부 하우징으로 돌출할 수 있다.
적어도 하나의 광학 요소는 외부 하우징 내부, 구체적으로 내부 하우징의 개구부 중 적어도 하나의 개구부 내에 위치할 수 있다. 광학 요소는 내부 하우징의 개구부 각각에 수용된 렌즈를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "광학 요소(optical element)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 입사 광의 적어도 하나의 광학적 특성, 예를 들어, 광의 강도 또는 광의 적어도 일부의 방향을 변경하도록 구성된 임의의 요소를 지칭할 수 있다. 광은 광학 요소에서 산란할 수 있다. 광은 광학 요소에 의해 적어도 부분적으로 반사 및/또는 흡수될 수 있다.
분광학적 광원은 적어도 하나의 액추에이터를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "액추에이터(actuator)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 적어도 하나의 힘 및/또는 적어도 하나의 작용을 적어도 하나의 요소에 가하도록 구성되는 그리고/또는 요소의 적어도 하나의 속성을 변경하도록 구성되는 임의의 디바이스를 지칭할 수 있다. 액추에이터는 구체적으로 적어도 하나의 기계적 작용을 요소에 가하도록 구성된 적어도 하나의 기계적 액추에이터일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 기계식 액추에이터는 구체적으로 적어도 하나의 전기 모터와 같은 적어도 하나의 모터를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 액추에이터는 구체적으로 로터와 같은 적어도 하나의 회전 액추에이터일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 기계식 액추에이터 이외에, 전기식 액추에이터, 전자기계식 액추에이터, 광학식 액추에이터, 광학기계식 액추에이터 중 하나 이상과 같은 다른 유형의 액추에이터가 또한 실현 가능할 수 있다. 구체적으로, 액추에이터는 적어도 하나의 요소를 분광학적 광원의 광학 채널 중 적어도 하나의 채널 안으로 및/또는 바깥으로 및/또는 내부로 이동하도록 구성될 수 있다. 한 예로서, 액추에이터는 적어도 하나의 광학 요소, 예를 들어, 광학 필터를 출력 채널 중 적어도 하나의 출력 채널로 이동하도록 구성될 수 있다. 또한, 액추에이터는 분광학적 광원의 출력 채널 중 적어도 하나의 채널의 적어도 하나의 광 빔을 변조하도록 구성될 수 있다.
액추에이터는 적어도 하나의 변조 요소, 구체적으로 셔터 및 초퍼 휠 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "셔터(shutter)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 미리 결정된 기간 동안 광을 차단하도록 구성된 임의의 디바이스를 지칭할 수 있다. 셔터는 적어도 두 개의 상이한 공간 위치 사이에서 이동 가능할 수 있는 적어도 하나의 불투명 요소를 포함할 수 있으며, 여기서 적어도 두 개의 공간 위치 각각에서 상이한 양의 광이 차단될 수 있다. 구체적으로, 제 1 위치에서, 광이 차단되지 않을 수 있고 제 2 위치에서 모든 광이 차단될 수 있다. 한 예로서, 불투명 요소는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 피벗되도록 구성될 수 있는 피벗팅 불투명 요소(pivoting opaque element)일 수 있다. 셔터는 스프링 및 캐치 메커니즘 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 위에서 시사한 바와 같이, 셔터는 출력 채널의 안과 밖으로 움직임으로써 출력 채널 중 적어도 하나의 채널을 켜고 끄는 데에도 또한 사용할 수 있다. 또한, 셔터를 미리 결정된 방식으로, 구체적으로 주기적으로 출력 채널의 안과 밖으로 이동시킴으로써, 출력 채널을 통해 디커플링되는 적어도 하나의 광 빔이 변조될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 것으로 "초퍼 휠(chopper wheel)"이라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 광을 변조하도록 구성된 회전 가능한 섹터 조리개를 지칭할 수 있다. 초퍼 휠은 구체적으로 광의 강도를 최대값에서 터 0까지 주기적으로 차단하도록 구성될 수 있다. 섹터 조리개는 모든 입사광 강도를 차단하는 적어도 하나의 불투명 섹터를 포함할 수 있다. 구체적으로, 초퍼 휠은 초퍼 휠의 회전 동안 적어도 하나의 불투명 섹터를 분광학적 광원의 출력 채널 중 적어도 하나의 채널로 주기적으로 이동하도록 배열될 수 있다. 따라서, 출력 채널을 통해 디커플링되는 적어도 하나의 광 빔의 진폭은 대응하는 주파수로 변조될 수 있다.
액추에이터는 적어도 하나의 스테퍼 모터를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "스테퍼 모터(stepper motor)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 전기 모터의 로터의 전체 회전을 스텝 크기가 동일한 다수의 개별적으로 접근 가능한 스텝으로 나누도록 구성된 전기 모터를 지칭할 수 있다. 구체적으로, 분광학적 광원의 셔터 및/또는 초퍼 휠은 스테퍼 모터에 의해 구동될 수 있다. 추가적인 요소, 구체적으로 광학 요소가 스테퍼 모터를 사용하여 출력 채널 중 적어도 하나의 채널로 이동될 수 있다. 위에서 시사한 바와 같이, 출력 채널 중 적어도 하나는 적어도 하나의 광학 요소, 구체적으로 이동 가능한 광학 요소를 더 포함할 수 있다. 따라서, 광학 요소는 출력 채널의 안으로 및/또는 바깥으로 및/또는 내부로 이동되도록 구성될 수 있다. 광학 요소는 렌즈, 구체적으로 콘덴서 렌즈, 조리개, 광학 필터, 격자, 분산 요소, 회절 요소, 공간 광 변조기 및 거울과 같은 능동 요소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
출력 채널 중 적어도 하나는 광섬유 커넥터를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "광섬유(optical fiber)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 내부 총 반사에 의해 광을 유도하도록 구성된 광학 도파관, 구체적으로 두 공간 지점 사이에서 구체적으로 장거리에 걸쳐 광을 투과하도록 구성된 가요성 도파관을 지칭할 수 있다. 광섬유는 예를 들어, 굴절률이 더 낮은 적어도 하나의 피복 물질로 선택적으로 둘러싸인 코어 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 광과 경계 사이의 각도가 임계 각도보다 큰 한, 광은 내부 전반사로 인해 코어 물질에서, 예를 들어 코어 물질과 피복 물질 사이의 하나 이상의 경계에서 유도될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "광섬유 커넥터(optical fiber connector)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 광을 광섬유에 커플링하거나 광섬유로부터 광을 디커플링하도록, 구체적으로 광을 광섬유의 코어에 커플링하여, 광이 광섬유를 통해 투과될 수 있도록 구성된 임의의 디바이스를 지칭할 수 있다. 한 예로서, 광섬유 커넥터는 광섬유의 단부를 잡고 있기 위한 홀더를 포함할 수 있다. 또한, 광섬유 커넥터는, 예를 들어, 광섬유에 커플링될 광을 광섬유의 자유 단부에 포커싱하기 위한 적어도 하나의 렌즈와 같은 적어도 하나의 광학 요소를 포함할 수 있다. 광섬유 커넥터는 구체적으로 플러그 인(plug-in) 광섬유 커넥터일 수 있다. 한 예로서, 광섬유 커넥터는 분광학적 광원의 출력 채널의 단부에 배치되어, 광 빔이 분광학적 광원으로부터 광섬유로 디커플링될 수 있도록 한다. 광섬유 커넥터는 하우징의 외부 측에, 구체적으로 외부 하우징의 외부 측에, 보다 구체적으로 외부 하우징의 개구부 중 적어도 하나의 개구부의 위치에 있는 외부 하우징의 외부 측에 장착될 수 있다. 구체적으로, 광섬유 커넥터는 외부 하우징의 개구부에 플러그 연결될 수 있다. 선택적으로, 어댑터가 외부 하우징의 개구부에 먼저 부착될 수 있고 광섬유 커넥터가 어댑터에 플러그 연결될 수 있다.
전자 회로는 적어도 하나의 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 종종 "PCB"로 약칭되는 "인쇄 회로 기판(printed circuit board)"이l라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 적어도 한 시트의 전기 전도성 물질, 특히 구리 층이 기판에 도포되고, 구체적으로 적층되고, 또한 하나 이상의 전자, 전기 및/또는 광학 요소를 포함하는, "기판"으로도 표기되는 전기적으로 비전도성의 평면 기판을 지칭할 수 있다. 이러한 유형의 회로 캐리어를 지칭하는 다른 용어는 인쇄 회로 조립체 어셈블리(printed circuit assembly), 약칭 "PCA", 인쇄 회로 기판 어셈블리(printed circuit board assembly), 약칭 "PCB 어셈블리" 또는 "PCBA", 회로 카드 어셈블리(circuit card assembly), 약칭 "CCA" 또는 간단히 "카드"이다. PCB에서, 전기적 절연 기판은 유리 에폭시로 구성될 수 있으며, 여기서 페놀 수지가 함침된 전형적으로 황갈색 또는 갈색의 코튼지(cotton paper)가 또한 기판 물질로서도 사용될 수 있다. 인쇄 회로 기판은 시트의 수에 따라 단면 PCB, 2층 또는 양면 PCB 또는 다층 PCB일 수 있으며, 여기서 상이한 시트들은 소위 "비아(via)"를 사용하여 서로 연결될 수 있다. 양면 PCB는 양면에 금속이 있을 수 있으며, 반면에 다층 PCB는 전기적 절연 물질의 추가의 층들 사이에 추가적인 금속 층을 샌드위치함으로써 설계될 수 있다. 또한 두 개의 양면 PCB를 사용하여 4층 PCB가 생성될 수 있다. 다층 PCB에서, 층은 이를테면 금속, 기판, 금속, 기판, 금속 등의 순서로 교번적 방식으로 함께 적층될 수 있으며, 여기서 각각의 금속 층은 개별적으로 에칭될 수 있고, 여기서 다수개의 층이 함께 적층되기 전에 임의의 내부 비아가 도금될 수 있다. 또한, 비아는 바람직하게 전기적 절연 기판을 통과하는 전기 터널로서 설계될 수 있는 구리 도금된 구멍일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 보통 기판을 통과하는 와이어 리드에 의해 장착되고 반대 쪽의 트랙이나 트레이스에 납땜되는 관통 구멍 구성요소가 또한 사용될 수 있다.
인쇄 회로 기판은 발광 요소 양단의 전압; 발광 요소를 통과하는 전류; 발광 요소에 공급되는 전력; 발광 요소의 저항; 발광 요소의 온도 중 적어도 하나를 실시간으로 모니터링하도록 구성된 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있으며, 여기서 발광 요소는 센서에 열적으로 결합될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "센서(sensor)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 적어도 하나의 조건을 검출하거나 적어도 하나의 측정 변수를 측정하도록 구성된 임의의 디바이스를 지칭할 수 있다. 한 예로서, 센서는 적어도 하나의 열 전도성 물질, 예를 들어, 구리를 통해 발광 요소에 열적으로 결합될 수 있는 서미스터, 구체적으로 음의 온도 계수(negative temperature coefficient, NTC) 서미스터일 수 있다. 또한 센서는, 예를 들어, 전압계, 전류계, 전력계 및 저항계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 센서는 구체적으로, 예를 들어, 미리 정의된 작은 직렬 저항에서 공급 전압 및 전압 강하를 측정함으로써 발광 요소를 간접적으로 모니터링하도록 구성될 수 있다. 측정값으로부터 추가의 물리적 수량, 예를 들어, 전력, 전류, 저항 중 적어도 하나가 도출될 수 있다.
전자 회로는 무선 및/또는 유선 결합(wire-bound) 전자 또는 전기 인터페이스, 구체적으로 하우징 외부로부터 액세스 가능한 USB 포트와 같은 적어도 하나의 인터페이스를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "인터페이스(interface)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 정보를 전송하도록 구성된 임의의 경계를 형성하는 임의의 디바이스를 지칭할 수 있다. 특히, 인터페이스는 이를테면 정보를 보내거나 출력하기 위해 계산 디바이스, 예를 들어, 컴퓨터로부터, 예를 들어, 다른 디바이스로 정보를 전송하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 인터페이스는 이를테면 정보를 수신하기 위해 계산 디바이스, 예를 들어, 컴퓨터로 정보를 전송하도록 구성될 수 있다. 통신 인터페이스는 구체적으로 정보를 전송하거나 교환하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 특히, 인터페이스는 데이터 전송 연결, 예를 들어, 블루투스, NFC, 유도 결합 등을 제공할 수 있다. 한 예로서, 인터페이스는 네트워크 또는 인터넷 포트, USB 포트 및 디스크 드라이브 중 하나 이상을 포함하는 적어도 하나의 포트일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 인터페이스는 하나 이상의 웹 인터페이스일 수 있다. 구체적으로, 인터페이스를 통해, 전자 회로와 적어도 하나의 외부 디바이스, 예를 들어, 컴퓨터, 태블릿 또는 스마트폰 간의 데이터 전송이 가능할 수 있다. 한 예로서, 센서 데이터는 인터페이스를 통해 전자 회로로부터 외부 디바이스로 전송될 수 있다. 추가의 예로서, 전자 회로를 제어하기 위한 커맨드, 예를 들어, 전력 및 구체적으로 전압과 같은 전자 회로의 적어도 하나의 전기 출력을 생성하기 위한 커맨드는 인터페이스를 통해 외부 디바이스로부터 전송될 수 있다.
전자 회로는 적어도 하나의 컨트롤러, 구체적으로 적어도 하나의 마이크로 컨트롤러를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 발광 요소에 인가되는 전력 중 적어도 하나를 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 출력 채널 중 적어도 하나를 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 센서 및/또는 인터페이스를 제어하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 컨트롤러(controller)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 분광학적 광원 또는 분광학적 광원 일부의 하나 이상의 동작을 제어하도록 구성된 임의의 전자 디바이스를 지칭할 수 있다. 컨트롤러는 구체적으로 프로그래밍 가능할 수 있다. 따라서, 컨트롤러는 구체적으로 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "프로세서(processor)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 컴퓨터 또는 시스템의 기본 연산을 수행하도록 구성된 임의의 로직 회로 및/또는 일반적으로 계산 또는 로직 연산을 수행하도록 구성된 디바이스를 지칭할 수 있다. 특히, 프로세서는 컴퓨터 또는 시스템을 구동하는 기본 명령어를 처리하도록 구성될 수 있다. 한 예로서, 프로세서는 적어도 하나의 산술 논리 유닛(arithmetic logic unit, ALU), 수학 코프로세서 또는 숫자 코프로세서와 같은 적어도 하나의 부동 소수점 유닛(floating-point unit, FPU), 복수의 레지스터, 구체적으로 피연산자를 ALU에 공급하고 연산 결과를 저장하도록 구성된 레지스터, 및 L1과 L2 캐시 메모리와 같은 메모리를 포함할 수 있다. 특히, 프로세서는 멀티 코어 프로세서일 수 있다. 구체적으로, 프로세서는 중앙 프로세싱 유닛(central processing unit, CPU)일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 따라서 구체적으로 프로세서의 요소는 하나의 단일 집적 회로(integrated circuitry, IC) 칩에 담길 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 프로세서는 하나 이상의 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit, ASIC) 및/또는 하나 이상의 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field-programmable gate array, FPGA) 등일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
위에서 시사한 바와 같이, 컨트롤러는 발광 요소에 인가되는 전력 중 적어도 하나, 구체적으로 발광 요소에 인가되는 전압을 제어하도록 구성될 수 있다. 그 결과, 컨트롤러는 구체적으로 분광학적 광원의 사용자의 사양에 따라 발광 요소의 방출을 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 발광 요소에 인가되는 전력과 발광 요소의 방출을 매칭시키기 위해 룩업 테이블을 사용하도록 구성될 수 있다. 한 예로서, 발광 요소는 백열 램프일 수 있다. 컨트롤러는 백열 램프에 인가되는 전력을 제어하고 이에 따라 백열 램프의 온도를 제어할 수 있다. 그 결과, 컨트롤러는 백열 램프에 의해 방출되는 열 복사의 강도 및 스펙트럼 분포를 제어할 수 있다. 백열 램프에 인가된 전력과 백열 램프의 온도 사이의 관련성은 교정 측정으로부터 알 수 있으며 룩업 테이블에 기록될 수 있다. 또한, 백열 램프의 온도와 백열 램프에 의해 방출되는 열 복사의 강도 또는 스펙트럼 분포 사이의 관련성은 교정 측정으로부터 알 수 있으며 룩업 테이블에 기록될 수 있다.
컨트롤러는 발광 요소의 소프트 스타트 및/또는 소프트 스톱을 수행하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "소프트 스타트(soft start)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 디바이스를 켤 때 전력 제어를 위한 조치를 지칭할 수 있다. 조치는 디바이스의 과부하를 방지하도록 구성될 수 있다. 조치는 구체적으로 잠재적으로 큰 디바이스의 돌입 전류를 제한할 수 있다. 한 예로서, 분광학적 광원의 발광 요소를 켤 때, 시간에 따라 동작을 위해 0에서부터 목표 전압까지 올라가는 전압 램프(voltage ramp)가 발광 요소에 인가될 수 있다. 전압 램프는 1초 내지 60초, 바람직하게는 2초 내지 30초, 보다 바람직하게는 3초 내지 10초의 다양한 시간 간격에 걸쳐 인가될 수 있다. 유사하게, 본 명세서에서 사용되는 것으로 "소프트 스톱(soft stop)"이라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 디바이스를 끌 때 전력 제어를 위한 조치를 지칭할 수 있다. 구체적으로, 소프트 스타트의 전압 램프에 비해 역방향 전압 램프가 인가될 수 있다. 소프트 스타트 및/또는 소프트 스톱은 구체적으로 분광학적 광원의 발광 요소의 동작 스트레스를 감소시킬 수 있다. 따라서 소프트 스타트 및/또는 소프트 스톱은 발광 요소의 수명을 증가시킬 수 있다. 또한, 소프트 스타트 및/또는 소프트 스톱을 사용할 때는 발광 요소가 안정적으로 작동할 때까지 기다려야 할 수 있는 발광 요소의 가열 시간이 회피될 수 있다.
컨트롤러는 적어도 하나의 벅 레귤레이터를 포함할 수 있다. 벅 레귤레이터는 적어도 하나의 피드백 연결부를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "벅 레귤레이터(buck regulator)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 적어도 하나의 입력 전압을 그 입력 전압 이하의 적어도 하나의 출력 전압으로 변경하도록 구성된 DC-DC 변환기를 지칭할 수 있다. 위와 아래에서, DC는 직류를 지칭한다. 벅 레귤레이터는 트랜지스터, 다이오드, 인덕터 및 커패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한 예로서, 벅 레귤레이터는 입력 전압을 수신하고, 입력 전압을 가변 가능한 목표 전압으로 낮춘 다음, 목표 전압을 출력 전압으로서 제공할 수 있다.
컨트롤러는 적어도 하나의 저항기 네트워크를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "네트워크(network)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 적어도 부분적으로 상호 연결된 구성요소의 그룹을 지칭할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로, "저항기 네트워크(resistor network)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 적어도 하나의 저항기를 포함하는 네트워크를 지칭할 수 있다. 저항기는 접지될 수 있다. 저항기 네트워크는 구체적으로 복수의 저항기 및 적어도 부분적으로 저항기를 상호 연결하기 위한 와이어 및/또는 트레이스를 포함할 수 있다. 저항기 네트워크 또는 저항기 네트워크의 적어도 일부는 적어도 하나의 전압 분배기를 형성할 수 있다. 컨트롤러는 적어도 하나의 디지털-아날로그 변환기(digital-analog-converter, DAC)를 포함할 수 있다. 디지털-아날로그 변환기는 접지될 수 있다. 디지털-아날로그 변환기는 벅 레귤레이터에 의한 입력 전압의 변경을 제어하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 디지털-아날로그 변환기는 저항기 네트워크에 연결될 수 있으며, 여기서 저항기 네트워크는 또한 적어도 벅 레귤레이터의 피드백 연결부에 연결될 수 있다. 따라서 디지털-아날로그 변환기의 디지털 방식으로 제어되는 출력 전압은 벅 레귤레이터의 피드백 연결부에 합산될 수 있다.
컨트롤러는 적어도 하나의 션트를 포함할 수 있다. 션트는 전압계와 전류계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "션트(shunt)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 전류에 대한 저저항 바이패스를 생성하도록 구성된 임의의 디바이스를 지칭할 수 있다. 구체적으로, 션트는 전류 감지 및/또는 전압 감지를 위해 구성될 수 있다. 한 예로서, 션트는 션트 전압계와 병렬로 배치되는 션트 저항기를 포함할 수 있다.
분광학적 광원은 적어도 하나의 냉각 디바이스, 구체적으로 팬 및 히트 싱크 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "냉각 디바이스(colling device)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 적어도 하나의 대상으로부터 열 에너지를 추출하도록 구성된 임의의 디바이스를 지칭할 수 있다. 냉각 디바이스는 대상으로부터 열을 소산하도록 구성될 수 있다. 따라서, 냉각 디바이스는 대상의 온도를 안정적으로 유지하도록 구성될 수 있다. 냉각 디바이스는 물체의 온도를 능동적으로 낮추도록 구성될 수 있다. 발광 요소, 전자 회로 및 냉각 디바이스는 공간적으로 분리될 수 있다. 이것은 구체적으로 발광 요소 및/또는 전자 회로를 환경적 영향, 예를 들어, 폭발 보호에 특히 중요할 수 있는 티끌이나 먼지로부터 차폐하는 데 용이할 수 있다. 이것은 물에 완전히 잠기는 정도까지의 분광학적 광원에 대한 높은 보호 수준을 초래할 수 있다.
본 발명의 추가 양태에서, 분광학적 측정 시스템이 제안된다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "시스템(system)"이라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 전체를 형성하는 상호 작용하거나 상호 의존적인 구성요소 또는 부품의 임의의 집합을 지칭할 수 있다. 구체적으로, 구성요소는 적어도 하나의 공통 기능을 이행하기 위해 서로 상호 작용할 수 있다. 적어도 두 개의 구성요소는 독립적으로 핸들링되거나, 결합 또는 연결될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "분광학적 측정 시스템(spectroscopic measurement system)"이라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 분광학적 측정을 위해 구성된 시스템을 지칭할 수 있다.
분광학적 측정 시스템은 위에 또는 아래에 더 자세히 설명되는 실시예 중 어느 실시예에 따른 적어도 하나의 분광학적 광원을 포함한다. 분광학적 측정 시스템은 적어도 하나의 검출기를 더 포함한다. 검출기는 분광학적 광원으로부터 디커플링된 적어도 하나의 광 빔을 검출하도록 구성된다. 검출기는 또한 적어도 하나의 대응하는 검출기 신호를 생성하도록 구성된다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "검출기(detector)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 광을 정성적으로 및/또는 정량적으로 검출할 수 있는 임의의 디바이스를 지칭할 수 있다. 따라서, 검출기는 구체적으로 광을 이용한 조명에 따라 적어도 하나의 측정 가능한 속성을 변경할 수 있는 적어도 하나의 민감한 요소를 포함할 수 있다. 검출기는 구체적으로 포토다이오드, 포토트랜지스터, 포토레지스터, 반도체 센서, 광증배관(photomultiplier), 포토셀, 포토튜브, 열 검출기, 초전 검출기(pyroelectric detector), 서모파일(thermopile), 볼로미터, 골레이 셀(Golay cell), 광화학 센서(photochemical sensor) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 검출기는 단일의 균일한 감응 요소 또는 감응 표면을 갖는 단일 검출기일 수 있거나, 픽셀화된 센서, 예를 들어, CCD 또는 CMOS 디바이스와 같은 복수의 감응 요소를 갖는 검출기일 수 있다. 검출기에는 구체적으로 광학 단파 통과 필터, 광학 장파 통과 필터 또는 광학 대역 통과 필터 중 적어도 하나로부터 선택된 적어도 하나의 광학 통과 필터가 장착될 수 있다. 광학 통과 필터는 제한된 파장 범위 내의 파장을 갖는 광을 투과하도록 구성될 수 있다.
분광학적 측정 시스템은 검출기 신호를 판독하도록 구성된 적어도 하나의 판독 전자 장치를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "판독 전자 장치(readout electronics)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 검출기에 의해 생성된 검출기 신호를 수신, 모니터링, 해석 및 전처리하는 것 중 적어도 하나를 위해 구성된 임의의 디바이스를 지칭할 수 있다. 판독 전자 장치는 구체적으로 검출기 신호에 대응하는 디지털 신호를 생성하도록 구성될 수 있으며, 여기서 디지털 신호는 추가의 계산 처리에 적합할 수 있다. 판독 전자 장치는 광전류를 축적하도록 구성된 적어도 하나의 판독 집적 회로를 포함할 수 있다. 판독 전자 장치는 구체적으로 적어도 하나의 디지털 판독 집적 회로, 보다 구체적으로 적어도 하나의 디지털 픽셀 판독 집적 회로를 포함할 수 있다.
판독 전자 장치는 검출기 신호를 증폭하도록 구성된 적어도 하나의 락인 증폭기를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "락인 증폭기(lock-in amplifier)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 잠재적으로 매우 잡음이 많은 환경으로부터 적어도 하나의 알려진 속성을 가진 측정 신호를 추출 및 증폭하도록 구성된 임의의 디바이스를 지칭할 수 있다. 구체적으로, 락인 증폭기는 변조된 측정 신호, 보다 구체적으로는 알려진 주파수로 변조된 측정 신호를 추출 및 증폭하도록 구성될 수 있다. 한 예로서, 측정 신호는 알려진 주파수를 가진 주기적 신호에 맞추어 변조될 수 있다. 그러한 경우, 주기적 신호는 락인 증폭기에서 측정 신호와 혼합될 수 있고 혼합된 신호는 적어도 하나의 저역 통과 필터를 사용하여 필터링될 수 있다. 주기적 변조를 고려한 다른 락인 증폭기 기법은 일반적으로 알려져 있으며 본 발명에 사용될 수 있다. 이러한 락인 증폭기 기법은 하나의 동일한 검출기에 의해 검출된 상이한 신호, 구체적으로 상이하게 변조된 신호를 구별할 수 있게 한다. 이들 기법은 또한 검출기 노이즈를 크게 줄일 수 있게 하고 이에 따라 신호 대 잡음비를 높일 수 있게 하며, 이것은 간섭 측정, 예를 들어 FTIR 또는 백색광 분광법을 향상시킬 수 있다.
분광학적 측정 시스템은 검출기 신호에 기초하여 적어도 하나의 정보의 항목을 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "평가 디바이스(evaluation device)"라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 데이터를 분석 및/또는 해석하기 위해 구성되는 임의의 디바이스일 수 있다. 평가 디바이스는 하나 이상의 집적 회로, 특히 주문형 집적 회로(ASIC) 및/또는 데이터 프로세싱 디바이스, 특히 디지털 신호 프로세서(digital signal processor, DSP), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA), 마이크로컨트롤러, 마이크로컴퓨터 또는 컴퓨터 중 적어도 하나일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 평가 디바이스는 특히 적어도 하나의 전자 통신 유닛, 구체적으로 스마트폰 또는 태블릿일 수 있거나 이것으로 구성될 수 있다. 추가적인 구성요소는, 특히 하나 이상의 전처리 디바이스 및/또는 데이터 습득 디바이스, 특히 검출기 신호의 수신 및/또는 전처리를 위한 하나 이상의 디바이스, 특히 하나 이상의 AD 변환기 및/또는 하나 이상의 필터를 실현할 수 있다. 또한, 평가 디바이스는 특히 적어도 하나의 전자 테이블, 특히 적어도 하나의 룩업 테이블을 저장하기 위한 하나 이상의 데이터 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 평가 디바이스는 하나 이상의 인터페이스, 특히 하나 이상의 무선 인터페이스 및/또는 하나 이상의 유선 결합 인터페이스를 포함할 수 있다.
평가 디바이스는 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램, 특히 정보의 항목을 생성하는 단계를 수행하거나 지원하는 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램을 실행 및/또는 수행하도록 구성될 수 있다. 예로서, 분광기 신호를 적어도 하나의 입력 변수로서 사용함으로써, 정보 항목으로의 변환을 수행할 수 있는 하나 이상의 알고리즘이 구현될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 평가 디바이스는 특히 적어도 하나의 데이터 처리 디바이스, 특히 적어도 하나의 검출기 신호를 평가함으로써 정보의 항목을 생성하도록 구성될 수 있는 전자 데이터 처리 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 평가 디바이스는 검출기 신호를 입력 변수로서 사용하고 입력 변수를 처리함으로써 정보의 항목을 생성하도록 구성될 수 있다. 처리는 병렬로, 순차적으로 또는 심지어는 결합된 방식으로 이루어질 수 있다. 평가 디바이스는 특히 계산에 의해 및/또는 적어도 하나의 저장되고/되거나 알려진 관계를 사용함으로써 항목 정보를 생성하기 위한 임의의 프로세스를 사용할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 것으로 "정보의 항목(item of information)"이라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로, 제한 없이, 요소 또는 대상의 물리적 속성과 같은 적어도 하나의 대상의 정성적 및/또는 정량적 설명을 제공하는 데이터, 지식 또는 증거 중 적어도 하나를 지칭할 수 있다. 정보의 항목은 예를 들어 물질의 화학적 성분을 지칭할 수 있다. 한 예로서, 분광학적 측정 시스템은 적어도 하나의 물질을 분석하는 데 사용될 수 있다. 이러한 경우, 적어도 하나의 검출기는 예를 들어 적어도 하나의 파장에서 물질을 통과하는 적어도 하나의 광 빔의 투과를 검출할 수 있다. 적어도 하나의 대응하는 검출기 신호로부터, 특정 화학적 성분에 대한 특징적일 수 있는 물질의 흡수 스펙트럼이 평가 디바이스에서 도출될 수 있다.
본 발명의 추가 양태에서, 위 또는 아래에서 더 자세히 설명된 실시예 중 어느 실시예에 따른 분광학적 측정 시스템을 동작하는 방법이 제안된다. 방법은 다음과 같은 방법 단계:
a) 전자 회로를 사용하여 분광학적 광원의 발광 요소에 전력, 구체적으로 적어도 하나의 전압을 인가하는 단계;
b) 발광 요소를 사용하여 광을 방출하는 단계;
c) 적어도 두 개의 출력 채널 중 적어도 하나를 사용하여 분광학적 광원으로부터 적어도 하나의 광 빔을 디커플링하는 동시에 출력 채널 각각을 독립적으로 제어하는 단계;
d) 하나 이상의 측정 대상을 광 빔으로 조명하는 단계;
e) 분광학적 측정 시스템의 검출기를 사용하여 광 빔을 검출하고 적어도 하나의 대응하는 검출기 신호를 생성하는 단계;
f) 분광학적 측정 시스템의 판독 전자 장치를 사용하여 검출기 신호를 판독하는 단계; 및
g) 분광학적 측정 시스템의 평가 디바이스를 사용하여 검출기 신호에 기초하여 적어도 하나의 정보의 항목을 결정하는 단계를 포함한다.
방법 단계 a) 내지 g)는 주어진 순서대로 수행될 수 있다. 그러나 상이한 순서도 또한 가능할 수 있는 점에 유의해야 한다. 또한, 방법 단계 중 하나 이상의 방법 단계는 한 번 또는 반복적으로 수행될 수 있다. 또한, 방법 단계 중 두 개 이상의 방법 단계는 동시에 또는 시기적으로 겹치는 방식으로 수행될 수 있다. 방법은 열거되지 않은 추가의 방법 단계를 포함할 수 있다. 단계 f)에서, 검출기 신호는 또한 락인 증폭기를 사용하여 증폭될 수 있다.
단계 c)에서, 제어하는 단계는 출력 채널 중 적어도 하나의 채널을 켜고 끄는 단계를 포함할 수 있다. 제어하는 단계는 출력 채널 중 적어도 하나의 채널의 광 빔을 변조하는 단계, 구체적으로 광 빔의 진폭, 광 빔의 주파수 및 광 빔의 듀티 사이클 중 적어도 하나를 변조하는 단계를 포함할 수 있다. 제어하는 단계는 출력 채널 중 적어도 하나의 채널의 광 빔의 진폭을 0Hz 내지 1000 Hz, 바람직하게는 0.5 Hz 내지 1000 Hz, 보다 바람직하게는 1 Hz 내지 500 Hz, 보다 바람직하게는 8 Hz 내지 128 Hz의 주파수로 변조하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 c)에서, 분광학적 광원으로부터 적어도 두 개의 광 빔이 디커플링될 수 있다. 각각의 광 빔은 분광학적 광원의 상이한 출력 채널을 통해 디커플링될 수 있다. 단계 d)에서, 측정 대상은 적어도 두 개의 광 빔 중 적어도 하나의 광 빔에 의해 조명될 수 있다. 적어도 두 개의 광 빔 중 적어도 하나의 광 빔은 단계 g)에서 정보의 항목을 결정할 때 기준으로서 사용될 수 있다. 분광학적 측정 시스템은 두 개의 광 빔을 결합하도록 구성된 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "기준(reference)"이라는 용어는 광의의 용어이며 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 통상적이고 관습적인 의미를 부여해야 하며 특수하거나 맞춤화된 의미로 제한되어서는 안 된다. 이 용어는 구체적으로 구체적으로, 제한 없이, 측정된 신호와 관련하여 비교 목적에 적합한 임의의 실체를 지칭할 수 있다. 측정된 신호의 기준과의 비교는 구체적으로 측정된 신호의 추가 처리 및/또는 평가를 용이하게 할 수 있다. 구체적으로, 측정된 신호와 기준 간의 차이는 측정된 신호의 추가 처리 및/또는 평가에 사용될 수 있다. 한 예로서, 측정 대상은 제 1 광 빔에 의해 조명될 수 있고, 반면에 제 2 광 빔은 직접 검출기로 보내질 수 있다. 그러나, 측정 대상에 적어도 두 개의 광 빔을 보내는 것 또한 가능할 수 있다. 이것은 측정 대상에 대한 동기식 분광학적 측정을 가능하게 할 수 있다.
단계 c)에서, 출력 채널을 독립적으로 제어하는 단계는 각각의 출력 채널의 적어도 하나의 광 빔을 적어도 하나의 나머지 출력 채널의 적어도 하나의 나머지 광 빔과 상이하게 변조하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상이하게 변조된 두 개의 광 빔은 하나의 동일한 검출기에 의해 검출될 때 구별 가능할 수 있다. 한 예로서, 제 1 광 빔은 제 1 출력 채널을 통해 디커플링될 수 있다. 제 1 출력 채널에서, 제 1 광 빔의 진폭은, 예를 들어, 제 1 초퍼 휠을 사용하여 제 1 주파수로 변조될 수 있다. 동시에, 제 2 광 빔이 제 2 출력 채널을 통해 디커플링될 수 있다. 제 2 출력 채널에서, 제 2 광 빔의 진폭은, 예를 들어, 제 2 초퍼 휠을 사용하여 제 2 주파수로 변조될 수 있다. 제 1 초퍼 휠과 제 2 초퍼 휠은 구체적으로 상이한 회전 주파수에서 동작할 수 있으며, 여기서 제 1 초퍼 휠과 제 2 초퍼 휠은 설계가 동일할 수 있다. 따라서, 하나의 동일한 검출기로 제 1 광 빔과 제 2 광 빔을 검출하면서도 여전히 변조 차이로 인해 이들을 구별하는 것이 가능할 수 있다.
방법은 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 본 발명의 컴퓨터 구현 양태를 참조하면, 본 명세서에 개시된 실시예 중 하나 이상의 실시예에 따른 방법의 방법 단계 중 하나 이상 또는 심지어 방법 단계의 전부는 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크를 사용하여 수행될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 데이터의 제공 및/또는 조작을 포함하는 방법 단계 중 임의의 방법 단계는 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크를 사용하여 수행될 수 있다. 일반적으로, 이러한 방법 단계는 수동 작업을 필요로 하는 방법 단계를 전형적으로 제외한 방법 단계 중 임의의 방법 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스 및 방법은 공지된 디바이스 및 방법에 비해 많은 수의 장점을 제공할 수 있다. 특히, 분광학적 광원은 분광학적 측정을 위해 개별적으로 적응된 복수의 고전력 광 빔을 동시에 제공하도록 구성될 수 있다. 광 빔은 자유 광 빔일 수 있거나 광 빔은 섬유 결합될 수 있다. 이들 광 빔은 각각 단일 파장을 가질 수 있거나 이들 광 빔은 각각 더 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐, 구체적으로 적외선 스펙트럼 범위 내에서 확장될 수 있다. 그런데도 분광학적 광원은 원칙적으로 하나의 발광 요소, 예를 들어, 규격품 백열 전구만 필요할 수 있고, 빔 스플리터나 추가의 광학 요소는 필요하지 않을 수 있다. 이것은 분광학적 광원의 구조적 복잡성을 낮게 유지하고 구조적 공간을 절약한다. 두 개 이상의 출력 채널이 있으면, 분광학적 광원은 또한 내장된 기준 채널을 자동으로 포함할 수 있다. 그 외에, 측정 시간을 절약하기 위해 상이한 출력 채널을 사용함으로써 여러 측정이 동시에 수행될 수 있다. 광 빔은 분광학적 광원의 출력 채널에서 개별적으로 적응될 수 있기 때문에, 광 빔은 구체적으로 개별적으로 변조될 수도 있다. 상이한 광 빔을 상이한 변조 주파수로 변조하는 것은 광 빔을 분광학적 측정 시스템의 하나의 동일한 검출기로 검출하면서도 여전히 이들 광 빔을 구별할 수 있게 한다. 이를 위해 일반적인 락인 증폭기 기법이 사용될 수 있다. 변조는 또한 검출기 노이즈를 줄임으로써 지원을 해주고 이에 따라 좋은 신호 대 잡음비를 용이하게 해준다.
더욱이, 능동적 안정화라는 옵션을 통해, 분광학적 광원은 단기 및 장기 둘 모두에서 매우 안정적인 광 빔을 제공하도록 구성할 수 있다. 여기에서 분광학적 광원을 켜고 끄는 것은 일반적으로 안정성에 영향을 미치지 않을 수 있다. 발광 요소에 가해지는 스트레스는 소프트 스타트와 소프트 스톱을 통해 크게 감소될 수 있다. 이 솔루션에 의하면, 분광학적 광원은 일반적으로 발광 요소가 안정적으로 작동하기 위한 임의의 가열 시간을 필요로 하지 않을 수 있다. 사용자는 안정적인 측정을 수행하기 전에 더 이상 가열 시간이 지나기를 기다릴 필요가 없을 것이므로, 사용자는 분광학적 광원을 더 오랜 기간 켜두는 대신 더 이상 필요하지 않다면 매번의 측정 후에 꺼둘 가능성이 높다. 동시에, 여러 센서가 발광 요소를 실시간으로(in live) 모니터링하고 잠재적인 오작동을 직접 수정하게 할 수 있다. 이 모든 것은 발광 요소의 수명을 크게 늘릴 수 있다.
또한, 발광 요소, 전자 회로 및 냉각 디바이스는 분광학적 광원에서 공간적으로 분리될 수 있다. 이것은 구체적으로 외부 환경과의 접촉 방지를 통해 광학 디바이스와 전자 장치를 청결하게 유지하도록 할 수 있다. 이것은 되풀이하자면 구체적으로 폭발 보호와 관련하여 더럽거나 먼지가 많은 환경에서 중요할 수 있다. 따라서 분광학적 광원은 완전히 캡슐화될 수 있으며 위험한 장소에서 사용하기에 적합해질 수 있다. 또한, 분광학적 광원은, 예를 들어, 물에 완전히 잠기는 정도까지의 높은 보호 수준을 제공할 수 있다. 구체적으로, 내부 하우징과 외부 하우징을 포함할 수 있는 하우징은 이러한 속성을 용이하게 할 수 있다. 민감한 요소는 보호를 위해 하우징 내부에 배치될 수 있다. 더 나은 보호를 위해, 이들 민감한 요소는 내부 하우징과 외부 하우징 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 내부 하우징을 통해, 이들 민감한 요소는 전자기 방사로부터 및 구체적으로는 발광 요소에 의해 방출되는 열로부터 보호될 수 있는 한편, 이들 민감한 요소는 동시에 외부 하우징을 통해 외부 영향으로부터 보호될 수 있다.
본 명세서에서 제안된 바와 같은 분광학적 광원의 추가의 장점은 위에서 언급한 노이즈의 합산에 이르게 하는 단기 변동에 관련한 연속 측정의 단점을 지칭한다. 현재 제안된 2 채널 또는 다중 출력 채널 설정은, 바람직하게는 기준 및 샘플의 병렬 측정을 가능하게 함으로써 이러한 영향을 보상할 수 있다. 노이즈는 전형적으로 출력 채널과 경로 둘 모두에서 동일하며 그러므로 합산되지 않는다.
가능한 추가 실시예를 배제하지 않고 요약하면, 다음과 같은 실시예가 구상될 수 있다:
실시예 1: 분광학적 광원은:
- 적어도 하나의 발광 요소;
- 전력, 구체적으로 전압을 발광 요소에 인가하도록 구성된 적어도 하나의 전자 회로; 및
- 적어도 하나의 하우징 - 여기서, 하우징은 적어도 부분적으로 발광 요소를 둘러싸고 있음 - ; 및
- 하우징을 통과하는 적어도 두 개의 출력 채널 - 여기서 출력 채널 각각은 분광학적 광원으로부터 적어도 하나의 광 빔을 디커플링하도록 구성됨 - 을 포함하고,
여기서 분광학적 광원은 출력 채널 각각을 독립적으로 제어하도록 구성된다.
실시예 2: 선행 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 발광 요소는 적어도 하나의 백열 램프, 구체적으로 적어도 하나의 할로겐 충전 백열 전구를 포함한다.
실시예 3: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 하우징은 적어도 부분적으로 전자 회로를 둘러싸고 있다.
실시예 4: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 분광학적 광원은 출력 채널 중 적어도 하나를 켜고 끄도록 구성된다.
실시예 5: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 분광학적 광원은 출력 채널 중 적어도 하나의 채널의 광 빔을 변조하도록, 구체적으로 광 빔의 진폭, 광 빔의 주파수 및 광 빔의 듀티 사이클 중 적어도 하나를 변조하도록, 구체적으로 출력 채널 각각의 광 빔을 독립적으로 변조하도록 구성된다.
실시예 6: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 분광학적 광원은 출력 채널 중 적어도 하나의 채널의 광 빔의 진폭을 0Hz 내지 1000 Hz, 바람직하게는 0.5 Hz 내지 1000 Hz, 보다 바람직하게는 1 Hz 내지 500 Hz, 보다 바람직하게는 8 Hz 내지 128 Hz의 주파수로 변조하도록 구성된다.
실시예 7: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 하우징은 발광 요소를 적어도 부분적으로 둘러싸는 내부 하우징을 포함하고, 여기서 하우징은 외부 하우징을 더 포함하고, 외부 하우징은 적어도 부분적으로 내부 하우징을 둘러싸며, 여기서 내부 하우징 및 외부 하우징은 각각 출력 채널의 일부로서 적어도 두 개의 개구부를 포함한다.
실시예 8: 선행 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 출력 채널 중 적어도 하나의 채널은 각각의 광 빔을 변조하기 위한 적어도 하나의 변조 요소를 포함하고, 여기서 변조 요소는 내부 하우징과 외부 하우징 사이의 중간 공간, 구체적으로 내부 하우징과 외부 하우징의 각각의 개구부 사이에 위치한다.
실시예 9: 선행 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 변조 요소는 내부 하우징에 장착된다.
실시예 10: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 전자 회로는 적어도 부분적으로 외부 하우징에 의해 둘러싸인다.
실시예 11: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 하우징은 적어도 하나의 베이스 요소를 포함하며, 여기서 내부 하우징 및 외부 하우징은 베이스 요소에 직접 또는 간접적으로 얹혀 있다.
실시예 12: 선행 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 전자 회로는 내부 하우징 아래의 외부 하우징 내에 수용되고, 여기서 발광 요소는 전자 회로에 장착되며, 여기서 발광 요소가 전자 회로로부터 내부 하우징으로 돌출된다.
실시예 13: 선행하는 여섯 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 적어도 하나의 광학 요소는 외부 하우징의 내부, 구체적으로 내부 하우징의 개구부 중 적어도 하나의 개구부 내에 위치한다.
실시예 14: 선행 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 광학 소자는 내부 하우징의 개구부 각각에 수용된 렌즈를 포함한다.
실시예 15: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 분광학적 광원은 적어도 하나의 액추에이터를 더 포함한다.
실시예 16: 선행 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 액추에이터는 적어도 하나의 변조 요소, 구체적으로 셔터 및 초퍼 휠 중 적어도 하나를 포함한다.
실시예 17: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 액추에이터는 적어도 하나의 스테퍼 모터를 포함한다.
실시예 18: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 출력 채널 중 적어도 하나는 적어도 하나의 광학 요소, 구체적으로 이동 가능한 광학 요소를 더 포함한다.
실시예 19: 선행 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 광학 요소는 렌즈, 구체적으로 콘덴서 렌즈, 조리개, 광학 필터, 격자, 분산 요소, 회절 요소, 공간 광 변조기 및 거울과 같은 능동 요소 중 적어도 하나를 포함한다.
실시예 20: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 출력 채널 중 적어도 하나는 광섬유 커넥터를 포함한다.
실시예 21: 선행 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 광섬유 커넥터는 하우징의 외부 측에, 구체적으로 외부 하우징의 외부 측에, 보다 구체적으로 외부 하우징의 개구부 중 적어도 하나의 개구부의 위치에서 외부 하우징의 외부 측에 장착된다.
실시예 22: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 전자 회로는 적어도 하나의 인쇄 회로 기판을 포함한다.
실시예 23: 선행 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 인쇄 회로 기판은 발광 요소를 가로지르는 전압; 발광 요소를 통과하는 전류; 발광 요소에 공급되는 전력; 발광 요소의 저항; 발광 요소의 온도 중 적어도 하나를 실시간으로 모니터링하도록 구성된 적어도 하나의 센서를 포함하며, 여기서 발광 요소는 센서에 열적으로 결합된다.
실시예 24: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 전자 회로는 적어도 하나의 인터페이스, 구체적으로 하우징 외부로부터 접근 가능한 USB 포트를 포함한다.
실시예 25: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 전자 회로는 발광 요소에 인가되는 전력 중 적어도 하나, 출력 채널 및 선택적으로는 센서 및 인터페이스 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 컨트롤러, 구체적으로 적어도 하나의 마이크로 컨트롤러를 포함한다.
실시예 26: 선행 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 컨트롤러는 발광 요소의 소프트 스타트 및/또는 소프트 스톱을 수행하도록 구성된다.
실시예 27: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 컨트롤러는 피드백 연결부를 포함하는 벅 레귤레이터, 저항기 네트워크, 디지털-아날로그 변환기(DAC), 및 전압계와 전류계 중 적어도 하나를 포함하는 션트 중 적어도 하나를 포함한다.
실시예 28: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 분광학적 광원은 적어도 하나의 냉각 디바이스, 구체적으로 팬 및 히트 싱크 중 적어도 하나를 더 포함한다.
실시예 29: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 광원으로서, 여기서 발광 요소, 전자 회로 및 선택적으로 냉각 디바이스는 공간적으로 분리되어 있다.
실시예 30: 분광학적 측정 시스템은:
- 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 적어도 하나의 분광학적 광원;
- 분광학적 광원으로부터 디커플링된 적어도 하나의 광 빔을 검출하도록 구성되고 또한 적어도 하나의 대응하는 검출기 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 검출기;
- 검출기 신호를 판독하도록 구성된 적어도 하나의 판독 전자 장치; 및
- 검출기 신호에 기초하여 적어도 하나의 정보의 항목을 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함한다.
실시예 31: 선행 실시예에 따른 분광학적 측정 시스템으로서, 여기서 판독 전자 장치는 검출기 신호를 증폭하도록 구성된 적어도 하나의 락인 증폭기를 포함한다.
실시예 32: 분광학적 측정 시스템을 참조하는 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 분광학적 측정 시스템을 동작하는 방법으로서, 방법은:
a) 전자 회로를 사용하여 분광학적 광원의 발광 요소에 전력, 구체적으로 적어도 하나의 전압을 인가하는 단계;
b) 발광 요소를 사용하여 광을 방출하는 단계;
c) 적어도 두 개의 출력 채널 중 적어도 하나를 사용하여 분광학적 광원으로부터 적어도 하나의 광 빔을 디커플링하는 동시에 출력 채널 각각을 독립적으로 제어하는 단계;
d) 하나 이상의 측정 대상을 광 빔으로 조명하는 단계;
e) 분광학적 측정 시스템의 검출기를 사용하여 광 빔을 검출하고 적어도 하나의 대응하는 검출기 신호를 생성하는 단계;
f) 분광학적 측정 시스템의 판독 전자 장치를 사용하여 검출기 신호를 판독하는 단계; 및
g) 분광학적 측정 시스템의 평가 디바이스를 사용하여 검출기 신호에 기초하여 정보의 적어도 하나의 항목을 결정하는 단계를 포함한다.
실시예 33: 선행 실시예에 따른 방법으로서, 여기서 단계 c)에서, 제어하는 단계는 출력 채널 중 적어도 하나를 켜고 끄는 단계를 포함한다.
실시예 34: 방법을 참조하는 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법으로서, 여기서 단계 c)에서, 제어하는 단계는 출력 채널 중 적어도 하나의 채널의 광 빔을 변조하는 단계, 구체적으로 광 빔의 진폭, 광 빔의 주파수 및 광 빔의 듀티 사이클 중 적어도 하나를 변조하는 단계를 포함한다.
실시예 35: 방법을 참조하는 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법으로서, 여기서 제어하는 단계는 출력 채널 중 적어도 하나의 채널의 광 빔의 진폭을 0Hz 내지 1000 Hz, 바람직하게는 0.5 Hz 내지 1000 Hz, 보다 바람직하게는 1 Hz 내지 500 Hz, 보다 바람직하게는 8 Hz 내지 128 Hz의 주파수로 변조하는 단계를 포함한다.
실시예 36: 방법을 참조하는 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법으로서, 여기서 단계 c)에서, 적어도 두 개의 광 빔이 분광학적 광원으로부터 디커플링되고, 여기서 각각의 광 빔은 분광학적 광원의 상이한 출력 채널을 통해 디커플링되고, 여기서 단계 d)에서, 측정 대상은 적어도 두 개의 광 빔 중 적어도 하나의 광 빔에 의해 조명된다.
실시예 37: 선행 실시예에 따른 으로서, 여기서 적어도 두 개의 광 빔 중 적어도 하나의 광 빔은 단계 g)에서 정보의 항목을 결정할 때 기준으로서 사용된다.
실시예 38: 선행하는 두 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법으로서, 여기서 단계 c)에서, 출력 채널을 독립적으로 제어하는 단계는 각각의 출력 채널의 적어도 하나의 광 빔을 적어도 하나의 나머지 출력 채널의 적어도 하나의 나머지 광 빔과 상이하게 변조하는 단계를 포함한다.
실시예 39: 방법을 참조하는 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 방법으로서, 여기서 방법은 컴퓨터에 의해 구현된다.
추가의 선택적 특징 및 실시예는 바람직하게는 종속항과 관련하여 실시예의 후속 설명에서 보다 상세하게 개시될 것이다. 여기에서, 각각의 선택적 특징은 관련 기술분야의 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 어느 임의의 실현 가능한 조합뿐만 아니라 분리된 방식으로 실현될 수 있다. 본 발명의 범위는 바람직한 실시예에 의해 제한되지 않는다. 실시예는 도면에 개략적으로 도시된다. 본 명세서에서, 동일한 참조 번호는 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 지칭한다.
도면에서:
도 1은 분광학적 측정 시스템의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 2는 분광학적 광원의 예시적인 실시예를 분해도로 도시한다.
도 3은 분광학적 광원의 발광 요소에 인가되는 전력을 제어하기 위한 컨트롤러의 개략적인 회로도의 실시예를 도시한다.
도 4a 내지 도 4e는 분광학적 광원의 실시예에 대한 안정성 측정의 실험 결과를 도시한다.
도 5는 분광학적 측정 시스템을 동작하는 방법의 실시예의 흐름도를 도시한다.
도면에서:
도 1은 분광학적 측정 시스템의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 2는 분광학적 광원의 예시적인 실시예를 분해도로 도시한다.
도 3은 분광학적 광원의 발광 요소에 인가되는 전력을 제어하기 위한 컨트롤러의 개략적인 회로도의 실시예를 도시한다.
도 4a 내지 도 4e는 분광학적 광원의 실시예에 대한 안정성 측정의 실험 결과를 도시한다.
도 5는 분광학적 측정 시스템을 동작하는 방법의 실시예의 흐름도를 도시한다.
도 1은 분광학적 측정 시스템(10)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 분광학적 측정 시스템(110)은 적어도 하나의 분광학적 광원(112)을 포함하며, 이에 대해서는 도 2를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 분광학적 측정 시스템(110)은 적어도 하나의 검출기(114)를 더 포함한다. 검출기(114)는 분광학적 광원(112)으로부터 디커플링된 적어도 하나의 광 빔(116)을 검출하도록 구성된다. 검출기(114)는 또한 적어도 하나의 대응하는 검출기 신호를 생성하도록 구성된다. 분광학적 측정 시스템(110)은 검출기 신호를 판독하도록 구성된 적어도 하나의 판독 전자 장치(118)를 더 포함한다. 분광학적 측정 시스템(110)은 검출기 신호에 기초하여 적어도 하나의 정보의 항목을 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 디바이스(120)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 분광학적 광원(112)은 두 개의 광 빔(116), 예를 들어 측정 광 빔(122) 및 기준 광 빔(124)을 생성하도록 구성될 수 있다. 측정 광 빔(122)은 샘플과 같은 측정 대상(126)을 조명하는 데 사용될 수 있다. 측정 광 빔(122)은 측정 대상(126)에서 산란할 수 있다. 구체적으로, 측정 광 빔(122)의 강도의 적어도 일부가 측정 대상(126)에 흡수될 수 있다. 흡수는 측정 대상(126)의 적어도 하나의 물리적 속성, 예를 들어, 측정 대상(126)의 화학적 조성에 대한 특성일 수 있다. 측정 광 빔(122)의 강도의 적어도 일부가 측정 대상(126)을 통해 투과되어 검출기(114)에 도달될 수 있다. 기준 광 빔(124)은 측정 대상(126)과의 상호작용 없이 검출기(114)로 지향될 수 있다. 분광학적 측정 시스템(110)은 측정 광 빔(122)과 기준 광 빔(124)을 구별하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 측정 광 빔(122)과 기준 광 빔(124)은 이들 광 빔을 구별 가능하게 만드는 분광학적 광원(112)에 의해 독립적으로 변조될 수 있다. 한 예로서, 측정 광 빔(122)과 기준 광 빔(124)은 분광학적 광원(112)에 의해 상이한 주파수로 변조될 수 있다.
검출기(114)는, 예를 들어, 무선 연결 및/또는 유선 연결을 통해, 적어도 판독 전자 장치(118)에 연결될 수 있다. 판독 전자 장치(118)는 검출기 신호에 대응하는 디지털 신호를 생성하도록 구성될 수 있으며, 여기서 디지털 신호는 추가 계산 처리에 적합할 수 있다. 판독 전자 장치(118)는 적어도 하나의 락인 증폭기(127)를 포함할 수 있다. 락인 증폭기(127)는 미리 결정된 변조에 따라 적어도 하나의 검출기 신호를 추출하고 증폭할 수 있다. 락인 증폭기(127)는 또한, 예를 들어, 무선 연결 및/또는 유선 연결을 통해, 적어도 분광학적 광원(112)에 연결될 수 있다. 분광학적 광원(112)은 광 빔(116)의 변조에 관한 정보를 락인 증폭기(127)로 포워딩하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 분광학적 광원(112)은, 예를 들어, 적어도 하나의 기준 신호를 사용하여 광 빔(116)의 변조 주파수를 락인 증폭기(127)로 포워딩하도록 구성될 수 있다. 기준 신호의 위상은, 예를 들어, 위상 시프터를 사용함으로써 측정된 검출기 신호의 위상에 동기화될 수 있다. 락인 증폭기(127)는 평가 디바이스(120)에, 예를 들어, 무선 연결 및/또는 유선 연결을 통해 연결될 수 있다. 락인 증폭기(127)는 적어도 하나의 증폭된 검출기 신호, 예를 들어, 측정 광 빔(122)에 대응하는 증폭된 검출기 신호 및/또는 기준 광 빔(124)에 대응하는 증폭된 검출기 신호를 평가 디바이스(120)로 포워딩하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스(120)는 증폭된 검출기 신호를 처리 및/또는 비교하도록, 예를 들어, 이들의 차이 및/또는 몫을 계산하도록 구성될 수 있다. 이로부터, 평가 디바이스(120)는 적어도 하나의 정보의 항목, 예를 들어, 측정 대상(126)의 화학적 조성에 관한 정보를 결정할 수 있다.
도 2는 분광학적 광원(112)의 예시적인 실시예를 분해도로 도시한다. 분광학적 광원(112)은 적어도 하나의 발광 요소(128)를 포함한다. 발광 요소(128)는 구체적으로 열 가열(thermal heating)로 인한 광을 모든 공간 방향에서 등방성 방식으로 방출하도록 구성될 수 있다. 발광 요소(128)는 적어도 하나의 백열 램프(130), 구체적으로 적어도 하나의 할로겐 충전 백열 전구(132)를 포함할 수 있다. 열 가열은 구체적으로 할로겐 충전 백열 전구(132)의 적어도 하나의 필라멘트에 전력을 인가함으로써 유도될 수 있다. 따라서, 발광 요소(128)는 적어도 하나의 전기적 연결부, 구체적으로 적어도 하나의 소켓(134)을 포함할 수 있다. 소켓(134)은 또한 발광 요소(128)를 적어도 부분적으로 기계적으로 잡고 있을 수 있다.
분광학적 광원(112)은 적어도 하나의 전자 회로(136)를 포함한다. 전자 회로(136)는 전력, 구체적으로 전압을 발광 요소에 인가하도록 구성된다. 전자 회로(136)는 적어도 하나의 인쇄 회로 기판(138)을 포함할 수 있다. 인쇄 회로 기판(138)은 적어도 하나의 센서(140)를 포함할 수 있다. 센서(140)는 발광 요소(128) 양단의 전압; 발광 요소(128)를 통과하는 전류; 발광 요소(128)에 공급되는 전력; 발광 요소(128)의 저항; 발광 요소(128)의 온도 중 적어도 하나를 실시간으로 모니터링하도록 구성될 수 있으며, 여기서 발광 요소(128)는 센서에 열적으로 결합될 수 있다. 한 예로서, 센서(140)는 적어도 하나의 열 전도성 물질, 예를 들어, 구리를 통해 발광 요소(128)에 열적으로 결합될 수 있는 서미스터, 구체적으로 음의 온도 계수(negative temperature coefficient, NTC) 서미스터일 수 있다. 또한 센서(140)는 예를 들어 전압계, 전류계, 전력계 및 저항계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 회로(136)는 적어도 하나의 인터페이스(142), 구체적으로 USB 포트(144)를 더 포함할 수 있다. 전자 회로(136)는 적어도 하나의 컨트롤러(146), 구체적으로 적어도 하나의 마이크로 컨트롤러(148)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 인쇄 회로 기판(138)은 적어도 부분적으로 컨트롤러(146)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(146)는 인터페이스(142)를 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(146)는 발광 요소(128)에 인가되는 전력을 제어하도록 구성될 수 있으며, 이에 대해서는 도 3을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.
분광학적 광원(112)은 적어도 하나의 하우징(150)을 포함한다. 하우징(150)은 적어도 부분적으로 발광 요소(128)를 둘러싸고 있다. 하우징(150)은 적어도 부분적으로 전체 전자 회로(136) 또는 적어도 그 일부를 둘러싸고 있을 수 있다. 전자 회로(136)의 민감한 구성요소, 예를 들어, 인쇄 회로 기판(138)은 하우징(150) 내부에 배치될 수 있다. 하나 이상의 구성요소, 예를 들어, 적어도 하나의 전력원(152)은 또한 선택적으로 하우징 외부에 배치될 수도 있다. 하우징(150)은 하우징(150) 내부의 전자 회로(136)의 구성요소를 하우징(150) 외부의 전자 회로(136)의 구성요소와 연결하기 위한 적어도 하나의 케이블 피드스루(cable feed-through)(154)를 포함할 수 있다. 전자 회로(136)의 USB 포트(144)는 하우징(150) 외부로부터, 예를 들어 케이블 피드스루(154)를 통해서도 접근할 수 있다.
분광학적 광원(112)은 하우징(150)을 통과하는 적어도 두 개의 출력 채널(156)을 포함한다. 출력 채널(156) 각각은 분광학적 광원(112)으로부터 적어도 하나의 광 빔(116)을 디커플링하도록 구성된다. 출력 채널(156) 각각은 분광학적 광원(112)의 하우징(150) 내에서 적어도 하나의 개구부(158)를 포함할 수 있다. 하우징(150)은 발광 요소(128)에 의해 방출되는 광을 차폐하도록 구성될 수 있으므로, 광은 출력 채널(156)의 개구부(158)를 통해서만 분광학적 광원(112)을 떠날 수 있다.
분광학적 광원(112)은 출력 채널(156) 각각을 독립적으로 제어하도록 구성된다. 컨트롤러(146)는 출력 채널(156) 중 적어도 하나를 제어하도록 구성될 수 있다. 분광학적 광원(112)은 출력 채널(156) 중 적어도 하나를 켜고 끄도록 구성될 수 있다. 분광학적 광원(112)은 출력 채널(156) 중 적어도 한 채널의 광 빔(116)을 변조하도록, 구체적으로 광 빔(116)의 진폭, 광 빔(116)의 주파수 및 광 빔(116)의 듀티 사이클 중 적어도 하나를 변조하도록, 구체적으로 출력 채널(156) 각각의 광 빔(116)을 독립적으로 변조하도록 구성될 수 있다. 분광학적 광원(112)은 구체적으로 출력 채널(156) 중 적어도 한 채널의 광 빔(116)의 진폭을 0 Hz 내지 1000 Hz, 바람직하게는 0.5 Hz 내지 1000 Hz, 보다 바람직하게는 1 Hz 내지 500 Hz, 보다 바람직하게는 8 Hz 내지 128 Hz의 주파수로 변조하도록 구성될 수 있다.
하우징(150)은 발광 요소(128)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 내부 하우징(160)을 포함할 수 있다. 하우징(150)은 내부 하우징(160)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 외부 하우징(162)을 더 포함할 수 있다. 내부 하우징(158) 및 외부 하우징(162)은 각각 출력 채널(156)의 일부로서 적어도 두 개의 개구부(158)를 포함할 수 있다. 출력 채널 (156) 중 적어도 하나는 각각의 광 빔(116)을 변조하기 위한 적어도 하나의 변조 요소(164)를 포함할 수 있다. 변조 요소(164)는 내부 하우징(160)과 외부 하우징(162) 사이의 중간 공간, 구체적으로 내부 하우징(160)과 외부 하우징(162)의 각각의 개구부(158) 사이에 위치할 수 있다. 변조 요소(164)는 내부 하우징(160)에 장착될 수 있다.
전자 회로(136)는 적어도 부분적으로 외부 하우징(162)에 의해 둘러싸여 있을 수 있다. 구체적으로, 적어도 인쇄 회로 기판(138)은 외부 하우징(162)에 의해 둘러싸여 있을 수 있다. 하우징(150)은 적어도 하나의 베이스 요소(166)를 포함할 수 있다. 내부 하우징(160)과 외부 하우징(162)은 직접 또는 간접적으로 베이스 요소(166)에 얹혀 있을 수 있다. 구체적으로, 외부 하우징(162)은 베이스 요소(166)에 직접 얹혀 있을 수 있다. 전자 회로(136)는 내부 하우징(160) 아래의 외부 하우징(162) 내에 수용될 수 있다. 발광 요소(128)는 전자 회로(136)에 장착될 수 있다. 발광 요소(128)는 전자 회로(136)로부터 내부 하우징(160)으로 돌출할 수 있다. 내부 하우징(160)은 전자 회로(136), 구체적으로 인쇄 회로 기판(138)에 얹혀 있을 수 있다. 인쇄 회로 기판(138)은 베이스 요소(166)에 얹혀 있을 수 있다. 베이스 요소(166)는 구체적으로 진동을 감소시킬 수 있는 복수의 받침(foot)(168)을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 광학 요소(170)가 외부 하우징(162) 내부, 구체적으로 내부 하우징(160)의 개구부(158) 중 적어도 하나의 개구부 내에 위치할 수 있다. 구체적으로, 광학 요소(170)는 내부 하우징(160)의 개구부(158) 각각에 수용된 렌즈(172)를 포함할 수 있다. 렌즈(172)는 구체적으로 콘덴서 렌즈(174)일 수 있다. 광학 요소(170)는 조리개, 광학 필터, 격자, 분산 요소, 회절 요소, 공간 광 변조기 및 거울(도시되지 않음)과 같은 능동 요소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광학 요소(146)는 출력 채널(156) 중 적어도 하나에 의해 구성될 수 있다. 광학 요소(170)는 구체적으로 이동 가능할 수 있다. 보다 구체적으로, 광학 요소(170)는 출력 채널(156) 중 적어도 한 채널의 안으로 그리고 출력 채널(156) 중 적어도 한 채널의 밖으로 이동 가능할 수 있다. 따라서, 광학 요소(170)는 출력 채널(156) 각각을 독립적으로 제어하는 데 사용될 수 있다.
분광학적 광원(112)은 적어도 하나의 액추에이터(176)를 포함할 수 있다. 액추에이터(176)는 변조 요소(164)를 포함할 수 있다. 변조 요소(164)는 구체적으로 적어도 하나의 초퍼 휠(178)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 액추에이터(176)는 적어도 하나의 스테퍼 모터(180)를 포함할 수 있다. 스테퍼 모터(180)는 미리 결정된 주파수로 초퍼 휠(178)을 회전하도록 구성될 수 있다. 이것은 분광학적 광원(112)으로부터 출력 채널(156)을 통해 디커플링되는 광 빔(116)을 변조하는 데 사용될 수 있다. 초퍼 휠(178)은 모든 입사광 강도를 차단하도록 구성된 적어도 하나의 불투명 섹터(182)를 포함할 수 있다. 초퍼 휠(178)은 초퍼 휠(178)의 회전 동안 적어도 하나의 불투명 섹터(182)를 분광학적 광원(112)의 출력 채널(156) 중 적어도 하나의 채널 안으로 주기적으로 이동하도록 배열될 수 있다. 따라서, 각각의 출력 채널(156)을 통해 디커플링되는 적어도 하나의 광 빔(116)의 진폭은 대응하는 주파수로 변조될 수 있다. 액추에이터(176)는 또한 도면에 도시되지 않은 적어도 하나의 셔터일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
출력 채널(156) 중 적어도 하나는 광섬유 커넥터(184)를 포함할 수 있다. 광섬유 커넥터(184)는 하우징(150)의 외부 측에, 구체적으로 외부 하우징(162)의 외부 측에, 보다 구체적으로 외부 하우징(162)의 개구부(158) 중 적어도 하나의 개구부의 위치에 있는 외부 하우징(162)의 외부 측에 장착될 수 있다. 구체적으로, 어댑터(186)가 외부 하우징(162)의 개구부(158)에 부착될 수 있다. 어댑터(186)는 스레드를 포함할 수 있다. 광섬유 커넥터(184)는 어댑터(186)의 스레드에 나사 체결되도록 구성될 수 있다.
분광학적 광원(112)은 적어도 하나의 냉각 디바이스(188)를 포함할 수 있다. 냉각 디바이스(188)는 적어도 하나의 팬(190)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 하우징(150)은 적어도 하나의 커버(192)를 포함할 수 있다. 팬(190)은 적어도 하나의 상단 커버(192)에 장착될 수 있다. 냉각 디바이스는 또한 도면에 도시되지 않은 적어도 하나의 히트 싱크일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 발광 요소(128), 전자 회로(136) 및 냉각 디바이스(188)는 공간적으로 분리될 수 있다. 이것은 구체적으로 발광 요소(128) 및/또는 전자 회로(136)를 환경적 영향, 예를 들어, 폭발 보호에 특히 중요할 수 있는 티끌이나 먼지로부터 차폐하는 데 용이할 수 있다.
도 3은 분광학적 광원(112)의 발광 요소(128)에 인가되는 전력을 제어하기 위한 컨트롤러(146)의 개략적인 회로도의 실시예를 도시한다. 컨트롤러(146)는 발광 요소(128)의 소프트 스타트 및/또는 소프트 스톱을 수행하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 발광 요소(128)를 각각 켜고 끌 때, 시간이 지남에 따라 발광 요소(128)에 전압 램프(voltage ramp)가 인가될 수 있다. 전압 램프는 1초 내지 60초, 바람직하게는 2초 내지 30초, 보다 바람직하게는 3초 내지 10초의 다양한 시간 간격에 걸쳐 인가될 수 있다. 컨트롤러(146)는 적어도 하나의 벅 레귤레이터(194)를 포함할 수 있다. 벅 레귤레이터는 전력원(152)로부터 전력, 구체적으로 입력 전압을 수신하기 위한 적어도 하나의 입력 연결부(196)를 포함할 수 있다. 벅 레귤레이터(194)는 출력 전압을 제공하기 위한 적어도 하나의 출력 연결부(198)를 포함할 수 있다. 벅 레귤레이터(194)는 적어도 하나의 피드백 연결부(200)를 포함할 수 있다 200. 컨트롤러(146)는 적어도 하나의 저항기 네트워크(202)를 포함할 수 있다. 저항기 네트워크(202)는 적어도 하나의 저항기(204)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 저항기 네트워크(202)는 3개의 저항기(204) 및 와이어(206) 및/또는 3개의 저항기(204)를 적어도 부분적으로 상호 연결하기 위한 트레이스(208)를 포함할 수 있다. 저항기(200) 중 적어도 하나는 접지될 수 있다. 접지 전위 또는 그냥 접지는 도 3에서 참조 부호 (210)으로 표시된다. 저항기 네트워크(202)는 전압 분배기를 형성할 수 있다. 컨트롤러는 적어도 하나의 디지털-아날로그 변환기(212)를 포함할 수 있다. 디지털-아날로그 변환기(212)는 접지될 수 있다. 디지털-아날로그 변환기(212)는 피드백 연결부(200)를 사용하여 벅 레귤레이터에 의한 입력 전압의 변경을 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(146)는 적어도 하나의 션트(214)를 포함할 수 있다. 션트(214)는 전류 감지 및/또는 전압 감지를 위해 구성될 수 있다. 구체적으로, 션트(214)는 션트 전압계(218)와 병렬로 배치되는 션트 저항기(216)를 포함할 수 있다.
전력원(152)은 입력 연결부(196)를 통해 벅 레귤레이터(194)에 입력 전압, 구체적으로 DC 입력 전압을 제공할 수 있다. 벅 레귤레이터(194)는 입력 전압을 출력 연결부(198)를 통해 션트(214) 및 저항기 네트워크(202)에 제공되는 출력 전압으로 감소시킬 수 있다. 출력 전압은 디지털-아날로그 변환기(212)를 사용하여 디지털 방식으로 제어될 수 있다. 디지털-아날로그 변환기(212)는, 예를 들어, 측정 컴퓨터로부터의 미리 결정된 디지털 신호를 아날로그 전압으로 변환할 수 있다. 디지털-아날로그 변환기(212)는 저항기 네트워크(202)에 연결될 수 있으며, 여기서 저항기 네트워크(202)는 또한 벅 레귤레이터(194)의 피드백 연결부(200)에 연결될 수 있다. 따라서 디지털-아날로그 변환기(212)의 디지털 방식으로 제어되는 아날로그 전압은 벅 레귤레이터(194)의 피드백 연결부(200)에 합산될 수 있다. 출력 전압에 대응하는 출력 전류는 또한 출력 전압 및 출력 전류가 발광 요소(128)에 인가되기 전에, 션트 저항기(216)에 대한 전압 강하를 측정하고 옴의 법칙을 사용하여 측정될 수 있다. 구체적으로, 션트 전압계(218)를 거친 전류 손실은, 예를 들어, 낮은 저항 션트 저항기(216)의 사용으로 인해 무시될 수 있다. 출력 전압과 출력 전류는 결국 발광 요소(126)에 인가되는 전력을 계산하기 위해 곱해질 수 있다.
도 4a 내지 도 4e는 분광학적 광원(112)의 실시예에 대한 안정성 측정의 실험 결과를 도시한다. 도 4a는 약 100초의 시간(t)에 걸쳐 분광학적 광원(112)에 대한 단기 안정성 측정을 보여준다. 발광 요소(128)의 광학 전력 출력(Popt)은 S122C 게르마늄 전력계 헤드를 구비한 토르랩스(Thorlabs)의 PM400 전력계를 사용하여 측정될 수 있다. 측정 결과 4.573 mW의 평균 광학 전력 출력과 2.3 μW의 표준 편차를 드러내 보여준다. 따라서 광학 전력 출력은 단기간에 걸쳐 매우 안정적인 것으로 간주될 수 있다. 도 4b 내지 도 4e는 모두 8000초를 초과하여 장기 안정성 측정(long term stability measurement)을 보여준다. 도 4b에서 보여주는 바와 같이, 처음 약 4000초 동안, 광학 전력 출력은 실제로 약간 증가한다. 초기 증가 이후, 광학 전력 출력은 매우 안정적인 방식으로 약 4.580 mW를 유지한다. 동시에, 도 4c에서 보여주는 바와 같이, 전자 회로(136)에 의해 발광 요소(128)에 인가되는 전력(Pel)은 약 12 W로 일정하게 유지된다. 위에서 시사하는 바와 같이, 전력은 센서 측정으로부터 도출될 수 있다. 구체적으로, 발광 요소(128)에 인가되는 전압은 컨트롤러(146), 보다 구체적으로는 디지털-아날로그 변환기(212)를 사용하여 제어될 수 있다. 이 점에 있어서, 도 3에 도시된 개략적인 회로도와 설명의 대응하는 부분이 참조될 수 있다. 이 문맥에서 추가로 시사되는 바와 같이, 발광 요소(128)에 인가되는 전류는 션트(214)를 사용하여 측정될 수 있다. 도 4d 및 도 4e는 추가의 센서 데이터를 보여준다. 도 4d는 발광 요소(128)의 저항(R)이 8000초를 초과하는 장기 측정에서 약 14.46 Ω에서 지속적으로 유지되고 있음을 보여준다. 도 4e는 온도(T)가 처음 약 6000초 이내에 약 37°C까지 상승한 다음 이 온도에서 매우 안정적인 방식으로 더 머무는 것을 보여준다. 이러한 측정은 분광학적 광원(112)에 대한 온도 보정 테이블을 생성하기 위한 기초를 형성할 수 있다.
도 5는 분광학적 측정 시스템(110)을 동작하는 방법의 실시예의 흐름도를 도시한다. 분광학적 측정 시스템(110)을 동작하는 방법은 다음과 같은 측정 단계:
a) 전자 회로(136)를 사용하여 분광학적 광원(112)의 발광 요소(128)에 전력, 구체적으로 적어도 하나의 전압을 인가하는 단계(참조 부호 (220)으로 표시됨);
b) 발광 요소(128)를 사용하여 광을 방출하는 단계(참조 부호(222)로 표시됨);
c) 적어도 두 개의 출력 채널(156) 중 적어도 하나의 출력 채널을 사용하여 분광학적 광원(112)으로부터 적어도 하나의 광 빔(116)을 디커플링하는 동시에 출력 채널(156)의 각각 채널을 독립적으로 제어하는 단계(참조 부호(224)로 표시됨);
d) 적어도 하나의 측정 대상(126)을 광 빔(116)으로 조명하는 단계(참조 부호(226)로 표시됨);
e) 분광학적 측정 시스템(110)의 검출기(114)를 사용하여 광 빔(116)을 검출하고 적어도 하나의 대응하는 검출기 신호를 생성하는 단계(참조 부호(228)로 표시됨);
f) 분광학적 측정 시스템(110)의 판독 전자 장치(118)를 사용하여 검출기 신호를 판독하는 단계(참조 부호(230)로 표시됨); 및
g) 분광학적 측정 시스템(110)의 평가 디바이스(120)를 사용하여 검출기 신호에 기초하여 적어도 하나의 정보의 항목을 결정하는 단계(참조 부호(232)로 표시됨)를 포함한다.
방법 단계 a) 내지 g)는 주어진 순서대로 수행될 수 있다. 그러나 상이한 순서도 또한 가능할 수 있는 점에 유의해야 한다. 또한, 방법 단계 중 하나 이상의 방법 단계는 한 번 또는 반복적으로 수행될 수 있다. 또한, 방법 단계 중 두 개 이상의 방법 단계는 동시에 또는 시기적으로 겹치는 방식으로 수행될 수 있다. 방법은 열거되지 않은 추가의 방법 단계를 포함할 수 있다. 단계 f)에서, 검출기 신호는 또한 락인 증폭기(127)를 사용하여 증폭될 수 있다.
단계 c)에서, 제어하는 단계는 출력 채널(156) 중 적어도 하나의 채널을 켜고 끄는 단계를 포함할 수 있다. 제어하는 단계는 출력 채널(156) 중 적어도 하나의 채널의 광 빔(116)을 변조하는 단계, 구체적으로 광 빔(116)의 진폭, 광 빔(116)의 주파수 및 광 빔(116)의 듀티 사이클 중 적어도 하나를 변조하는 단계를 포함할 수 있다. 제어하는 단계는 출력 채널(156) 중 적어도 하나의 채널의 광 빔(116)의 진폭을 0 Hz 내지 1000 Hz, 바람직하게는 0.5 Hz 내지 1000 Hz, 보다 바람직하게는 1 Hz 내지 500 Hz, 보다 바람직하게는 8 Hz 내지 128 Hz의 주파수로 변조하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 c)에서, 분광학적 광원(112)으로부터 적어도 두 개의 광 빔(116)이 디커플링될 수 있다. 각각의 광 빔(116)은 분광학적 광원(112)의 상이한 출력 채널(156)을 통해 디커플링될 수 있다. 단계 d)에서, 측정 대상(126)은 적어도 두 개의 광 빔(116) 중 적어도 하나의 광 빔에 의해 조명될 수 있다. 적어도 두 개의 광 빔(116) 중 적어도 하나의 광 빔(116)은 단계 g)에서 정보의 항목을 결정할 때 기준으로서 사용될 수 있다. 단계 c)에서, 출력 채널(156)을 독립적으로 제어하는 단계는 각각의 출력 채널(156)의 적어도 하나의 광 빔(116)을 적어도 하나의 나머지 출력 채널(156)의 적어도 하나의 나머지 광 빔(116)과 상이하게 변조하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 본 발명의 컴퓨터 구현 양태를 참조하면, 본 명세서에 개시된 실시예 중 하나 이상의 실시예에 따른 방법의 방법 단계 중 하나 이상 또는 심지어 방법 단계의 전부는 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크를 사용하여 수행될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 데이터의 제공 및/또는 조작을 포함하는 방법 단계 중 임의의 방법 단계는 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크를 사용하여 수행될 수 있다. 일반적으로, 이러한 방법 단계는 수동 작업을 필요로 하는 방법 단계를 전형적으로 제외한 방법 단계 중 임의의 방법 단계를 포함할 수 있다.
참조 번호 목록
110 분광학적 측정 시스템
112 분광학적 광원
114 검출기
116 광 빕
118 판독 전자 장치
120 평기 디바이스
122 측정 광 빔
124 기준 광 빔
126 측정 대상
127 락인 증폭기
128 발광 요소
130 백열 램프
132 할로겐 충전 백열 전구
134 소켓
136 전자 회로
138 인쇄 회로 기판
140 센서
142 인터페이스
144 USB 포트
146 컨트롤러
148 마이크로 컨트롤러
150 하우징
152 전력원
154 케이블 피드스루
156 출력 채널
158 개구부
160 내부 하우징
162 외부 하우징
164 변조 요소
166 베이스 요소
168 받침
170 광학 요소
172 렌즈
174 콘덴서 렌즈
176 액추에이터
178 초퍼 휠
180 스테퍼 모터
182 불투명 섹터
184 광섬유 커넥터
186 어댑터
188 냉각 디바이스
190 팬
192 상단 커버
194 벅 레귤레이터
196 입력 연결부
198 출력 연결부
200 피드백 연결부
202 저항기 네트워크
204 저항기
206 와이어
208 트레이스
210 접지
212 디지털-아날로그 변환기(DAC)
214 션트
216 션트 저항기
218 션트 전압계
220 방법 단계 a)
222 방법 단계 b)
224 방법 단계 c)
226 방법 단계 d)
228 방법 단계 e)
230 방법 단계 f)
232 방법 단계 g)
110 분광학적 측정 시스템
112 분광학적 광원
114 검출기
116 광 빕
118 판독 전자 장치
120 평기 디바이스
122 측정 광 빔
124 기준 광 빔
126 측정 대상
127 락인 증폭기
128 발광 요소
130 백열 램프
132 할로겐 충전 백열 전구
134 소켓
136 전자 회로
138 인쇄 회로 기판
140 센서
142 인터페이스
144 USB 포트
146 컨트롤러
148 마이크로 컨트롤러
150 하우징
152 전력원
154 케이블 피드스루
156 출력 채널
158 개구부
160 내부 하우징
162 외부 하우징
164 변조 요소
166 베이스 요소
168 받침
170 광학 요소
172 렌즈
174 콘덴서 렌즈
176 액추에이터
178 초퍼 휠
180 스테퍼 모터
182 불투명 섹터
184 광섬유 커넥터
186 어댑터
188 냉각 디바이스
190 팬
192 상단 커버
194 벅 레귤레이터
196 입력 연결부
198 출력 연결부
200 피드백 연결부
202 저항기 네트워크
204 저항기
206 와이어
208 트레이스
210 접지
212 디지털-아날로그 변환기(DAC)
214 션트
216 션트 저항기
218 션트 전압계
220 방법 단계 a)
222 방법 단계 b)
224 방법 단계 c)
226 방법 단계 d)
228 방법 단계 e)
230 방법 단계 f)
232 방법 단계 g)
Claims (14)
- 분광학적 광원(112)으로서,
- 적어도 하나의 발광 요소(128)와,
- 상기 발광 요소(128)에 전력을 인가하도록 구성된 적어도 하나의 전자 회로(136)와,
- 적어도 하나의 하우징(150) - 상기 하우징(150)은 상기 발광 요소(128)를 적어도 부분적으로 둘러싸고 있음 - 과,
- 상기 하우징(150)을 통과하는 적어도 두 개의 출력 채널(156) - 상기 출력 채널(156) 각각은 상기 분광학적 광원(112)으로부터 적어도 하나의 광 빔(116)을 디커플링하도록 구성됨 - 을 포함하고,
상기 분광학적 광원(112)은 상기 출력 채널(156) 각각을 독립적으로 제어하도록 구성되고, 상기 하우징(150)은 상기 발광 요소(128)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 내부 하우징(160)을 포함하고, 상기 하우징(150)은 외부 하우징(162)을 더 포함하고, 상기 외부 하우징(162)은 상기 내부 하우징(160)을 적어도 부분적으로 둘러싸고, 상기 내부 하우징(160) 및 상기 외부 하우징(162)은 각각 상기 출력 채널(156)의 일부로서 적어도 두 개의 개구부(158)를 포함하고, 상기 하우징(150)은 적어도 하나의 베이스 요소(166)를 포함하고, 상기 내부 하우징(160) 및 상기 외부 하우징(162)은 상기 베이스 요소(166)에 직접 또는 간접적으로 얹혀 있고, 상기 전자 회로(136)는 상기 내부 하우징(160) 아래의 상기 외부 하우징(162) 내에 수용되고, 상기 발광 요소(128)는 상기 전자 회로(136)에 장착되며 상기 발광 요소(128)는 상기 전자 회로(136)로부터 상기 내부 하우징(160)으로 돌출되는,
분광학적 광원(112). - 제 1 항에 있어서,
상기 발광 요소(128)는 적어도 하나의 백열 램프(130)를 포함하는,
분광학적 광원(112). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 분광학적 광원(112)은 상기 출력 채널(156) 중 적어도 하나의 출력 채널을 켜고 끄도록 구성되는,
분광학적 광원(112). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분광학적 광원(112)은 상기 출력 채널(156) 중 적어도 하나의 출력 채널의 상기 광 빔(116)을 변조하도록 구성되는,
분광학적 광원(112). - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분광학적 광원(112)은 상기 출력 채널(156) 각각의 상기 광 빔을 독립적으로 변조하도록 구성되는,
분광학적 광원(112). - 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
적어도 하나의 광학 요소(170)가 상기 외부 하우징(162) 내부에 위치하며, 상기 광학 요소(170)는 상기 내부 하우징(160)의 개구부(158) 각각에 수용된 렌즈(172)를 포함하는,
분광학적 광원(112). - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분광학적 광원(112)은 적어도 하나의 액추에이터(176)를 더 포함하고, 상기 액추에이터(176)는 적어도 하나의 변조 요소(164)를 포함하고, 상기 변조 요소(164)는 셔터 및 초퍼 휠(178) 중 적어도 하나를 포함하는,
분광학적 광원(112). - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출력 채널(156) 중 적어도 하나는 광섬유 커넥터((184)를 포함하는,
분광학적 광원(112). - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 회로(136)는 적어도 하나의 인터페이스(142)를 포함하는,
분광학적 광원(112). - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전자 회로(136)는 상기 발광 요소(128)에 인가되는 전력 중 적어도 하나, 상기 출력 채널(156) 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 컨트롤러(146)를 포함하는,
분광학적 광원(112). - 제 10 항에 있어서,
상기 컨트롤러(146)는 상기 발광 요소(128)의 소프트 스타트 및/또는 소프트 스톱을 수행하도록 구성되는,
분광학적 광원(112). - 분광학적 측정 시스템(110)으로서,
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 분광학적 광원(112)과,
- 상기 분광학적 광원(112)으로부터 디커플링된 적어도 하나의 광 빔(116)을 검출하도록 구성되고, 또한 적어도 하나의 대응하는 검출기 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 검출기(114)와,
- 상기 검출기 신호를 판독하도록 구성된 적어도 하나의 판독 전자 장치(118)와,
- 상기 검출기 신호에 기초하여 적어도 하나의 정보의 항목을 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 디바이스(120)를 포함하는,
분광학적 측정 시스템(110). - 제 12 항에 따른 분광학적 측정 시스템(110)을 작동시키는 방법으로서,
a) 상기 전자 회로(136)를 사용하여 상기 분광학적 광원(112)의 상기 발광 요소(128)에 전력을 인가하는 단계와,
b) 상기 발광 요소(128)를 사용하여 광을 방출하는 단계와,
c) 상기 적어도 두 개의 출력 채널(156) 중 적어도 하나의 출력 채널을 사용하여 상기 분광학적 광원(112)으로부터 적어도 하나의 광 빔(116)을 디커플링하면서 상기 출력 채널(156) 각각을 독립적으로 제어하는 단계와,
d) 적어도 하나의 측정 대상(126)을 상기 광 빔(116)으로 조명하는 단계와,
e) 상기 분광학적 측정 시스템(110)의 상기 검출기(114)를 사용하여 상기 광 빔(116)을 검출하고 적어도 하나의 대응하는 검출기 신호를 생성하는 단계와,
f) 상기 분광학적 측정 시스템(110)의 상기 판독 전자 장치(118)를 사용하여 상기 검출기 신호를 판독하는 단계와,
g) 상기 분광학적 측정 시스템(110)의 상기 평가 디바이스(120)를 사용하여 상기 검출기 신호에 기초하여 적어도 하나의 정보의 항목을 결정하는 단계를 포함하는,
방법. - 방법을 참조하는 제13항에 있어서,
단계 c)에서, 적어도 두 개의 광 빔(116)이 상기 분광학적 광원(112)으로부터 디커플링되고, 각각의 광 빔(116)은 상기 분광학적 광원(112)의 상이한 출력 채널(156)을 통해 디커플링되고, 단계 d)에서, 상기 측정 대상(126)은 상기 적어도 두 개의 광 빔(116) 중 적어도 하나의 광 빔에 의해 조명되고, 단계 c)에서, 상기 출력 채널(156)을 독립적으로 제어하는 것은 상기 각각의 출력 채널(156)의 적어도 하나의 광 빔(116)을 상기 적어도 하나의 나머지 출력 채널(156)의 상기 적어도 하나의 나머지 광 빔(116)과 상이하게 변조하는 것을 포함하는,
방법.
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