WO2014175541A1 - 광대역 필터를 이용하여 빛의 파장을 선택할 수 있는 단색화 장치 - Google Patents

광대역 필터를 이용하여 빛의 파장을 선택할 수 있는 단색화 장치 Download PDF

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WO2014175541A1
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broadband filter
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broadband
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진승민
양일승
서영덕
남상환
정유진
이혜미
배윤미
박소정
김유식
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한국화학연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a monochromator using a broadband filter, and more particularly, to a monochromator for selectively monochromating light by arbitrarily adjusting the central wavelength and wavelength width of light by specially disposing a wide band filter capable of wavelength selection. will be.
  • a monochromator using a diffraction grating or a prism as a spectroscopic element is known.
  • Conventional monochromators using diffraction gratings have been used for the purpose of providing light sources with selected wavelengths and for the selective detection of light to be detected from a target as a detector.
  • a monochromator as an application for providing a light source is used to select a wavelength of a light source to be analyzed from a light source including several bands, for example, in a spectrophotometer.
  • Korean Unexamined Patent Publication No. 2008-0015759 discloses a monochromator system having a diffraction grating for separating light to have a specific wavelength range and resolution.
  • the monochromator 100 of FIG. 1 includes a diffraction grating 110, a slit 120 for restricting passage of light, and planar or curved mirrors 130, 140, 150 for adjusting the path of light.
  • a diffraction grating 110 when light having a wide wavelength band is provided to the monochromator, the propagation path is changed by the curved mirror 130 to be incident on the diffraction grating 110.
  • the diffraction grating 110 separates the wavelength of incident light, and the slit 120 adjusts the position or width of the slit to selectively pass the desired wavelength band among the separated wavelength bands.
  • Light passing through the slit 120 passes through curved or planar mirrors 140, 150, and light having a specific wavelength is output from the monochromator.
  • the present invention solves the problems of the monochromator using the diffraction grating described above, and an object of the present invention is to arrange one or more broadband filters having different wavelength bands of light passing therethrough without using the diffraction grating in series.
  • the present invention provides a technique that has an increased light efficiency and makes it possible to selectively obtain a desired center wavelength and wavelength width for incident light.
  • a monochromator for selecting light of a specific wavelength is arranged to have a first angle of rotation with respect to the direction of incidence of the light, thereby providing A first wideband filter for passing one wavelength band, a second wideband filter disposed to have a second angle of rotation with respect to the direction of incidence of light, and a second wideband filter for passing a second wavelength band with respect to light incident through the first wideband filter, and Path compensation means for adjusting a path of light passing through the second broadband filter to be equal to a path of light incident on the first broadband filter.
  • the first broadband filter, the second broadband filter and the path compensation means may be arranged in series with respect to the direction of incidence of the light.
  • a predetermined wavelength band and / or predetermined wavelength of light passing through the first and second broadband filters by adjusting the first and second rotation angles of the first and second broadband filters. You can also choose the center wavelength.
  • it may further include one or more broadband filters whose wavelength band of light is passed depending on the rotational angle disposed with respect to the direction of incidence of the light.
  • Monochrome apparatus for selecting light of a specific wavelength compared to the monochromator using a diffraction grating can significantly increase the efficiency of the light output from the monochromator for incident light, the scanning method It can be flexibly utilized for various imaging methods in addition to the imaging.
  • the monochromator according to the embodiments of the present invention comprises a first wideband filter and a second wideband filter having a wavelength band of light passing according to an angle, and the first rotation angle and the second wideband of the first wideband filter.
  • the second rotation angle of the filter respectively, light having a desired center wavelength and wavelength band can be output. This has the advantage that the desired wavelength can be selected by adjusting only the rotation angles of the filters without replacing the broadband filter, thereby providing convenience of use and reducing the installation cost of a relatively expensive optical system.
  • 1 shows a monochromator with a conventional diffraction grating.
  • FIG. 2 shows an exemplary wideband filter used in the present invention.
  • 3A to 3D show exemplary results of transmitted wavelength bands according to the rotation angle of the broadband filter of FIG. 2.
  • FIG. 4 illustrates a monochrome device according to an embodiment of the present invention.
  • 5A illustrates the process of selecting a particular wavelength in accordance with one embodiment of the present invention.
  • 5B illustrates the principle of selecting a particular wavelength using two broadband filters in accordance with one embodiment of the present invention.
  • the broadband filter used in the present invention may be composed of a rotation control section including a filter section for selectively transmitting incident light and a rotation axis for supporting the broadband filter and adjusting the rotation of the filter.
  • the axis of rotation is rotatable 360 ° and can be rotated by power, such as a manual or electric motor.
  • FIG. 3A to 3D show exemplary results of transmitted wavelength bands according to the rotation angle of the broadband filter of FIG. 2.
  • FIG. 3 (a) shows a case where the rotation angle of the broadband filter is arranged at 90 ° and light is transmitted, and as a result, it is shown in FIG. Referring to FIG. 3 (b), it can be seen that only light having a constant width bandwidth is transmitted while the center wavelength is 628 nm when the rotation angle of the broadband filter is disposed at 90 °.
  • FIG. 3 (c) is a case where the rotation angle of the broadband filter is set at 30 ° and light is transmitted. As shown in FIG. 3 (d), only the light having a constant width and the center wavelength is 562 nm. It can be seen that it is transmitted.
  • the broadband filter used in the present invention may be a band pass filter whose center wavelength varies depending on the rotation angle.
  • a band pass filter may be used in which both the center wavelength and the bandwidth vary depending on the rotation angle.
  • Monochrome device 400 of the present invention includes a first wideband filter 410, a second wideband filter 420 and a compensator 430.
  • the first broadband filter 410 is arranged to have a first rotational angle ⁇ 1 with respect to the direction of incidence of light.
  • the incident light L is the light L1 having only a wavelength in a predetermined bandwidth according to a first angle of rotation ( ⁇ 1) while passing through the first wideband filter 410.
  • the second broadband filter 420 is arranged to have a second angle of rotation ⁇ 2 with respect to the direction of incidence of light.
  • the second broadband filter 220 passes only the wavelength portion corresponding to the predetermined bandwidth according to the second rotation angle ⁇ 2 in the incident light L1. Accordingly, the incident light L passes through the first wideband filter and the second wideband filter in order, thereby becoming light L2 having only a common wavelength band among the passbands of the first wideband filter and the second wideband filter as the wavelength.
  • the monochromator 400 of the present invention includes a compensator 430 such that the path change of the light generated by passing through the first and second broadband filters is equal to the path the light has before passing through the broadband filters. Compensate for the path of light.
  • the light L3 passing through the compensator 430 has only a wavelength band passed in common in the first and second wideband filters, while at the same time an optical path such that the incident light L into the monochromator does not pass through the wideband filters. It can have
  • the first wideband filter, the second wideband filter and the compensator may be arranged in series, and one or more wideband filters may be added.
  • the first wideband filter, the second wideband filter and the compensator are connected to a control device such as a computer including a memory and a processor, so that the rotation angle and the optical angle of the wideband filters to derive the desired wavelength band in the processor. Parameters of the compensator for calibrating the path can be calculated and the calculated value can be stored in memory.
  • the monochromator is provided with light L having a broad band of wavelengths.
  • the first wideband filter operates as a first band pass filter having a center wavelength ⁇ c1 and a bandwidth d 1 when disposed to have a rotation angle ⁇ 1 .
  • the light L1 has a center wavelength ⁇ c1 and a bandwidth d 1 as a result of the light L passing through the first broadband filter having the rotation angle ⁇ 1 .
  • the second wideband filter acts as a second bandpass filter having a center wavelength ⁇ c2 and a bandwidth d 2 when arranged to have a rotation angle ⁇ 2 .
  • FIG. 5B shows the principle of selecting a specific wavelength through a wideband filter having a center wavelength ⁇ c1 and a bandwidth d 1 and a wideband filter having a center wavelength ⁇ c2 and a bandwidth d 2 .
  • light L2 has a center wavelength ⁇ c and bandwidth d as a result, where ⁇ c and d are derived by the following equations (1) and (2), respectively.
  • the monochromator of the present invention can freely select a desired wavelength by changing the center wavelength and bandwidth of the wavelength band passed by adjusting the rotation angle of the broadband filters according to the above principle.
  • a monochromatic device is realized by arranging one or more broadband filters having different wavelength bands of light passing through without using a diffraction grating, thereby having an increased light efficiency and having a desired center wavelength and It is possible to selectively obtain the wavelength width.

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Abstract

특정 파장의 광을 용이하게 선택하기 위해서, 광의 입사 방향에 대해 제 1 회전 각도를 갖도록 배치되어, 입사하는 광에 대하여 제 1 파장 대역을 통과시키는 제 1 광대역 필터, 광의 입사 방향에 대해 제 2 회전 각도를 갖도록 배치되어, 제 1 광대역 필터를 통과한 광에 대하여 제 2 파장 대역을 통과시키는 제 2 광대역 필터, 및 제 2 광대역 필터를 통과한 광의 경로를 제 1 광대역 필터에 입사하는 광의 경로와 같아지도록 조정하는 경로 보상 수단을 포함하는, 단색화 장치가 제공된다. 이에 따라, 입사 대비 출력 광의 효율을 증가시키면서, 필요로 하는 특정 파장의 선택을 보다 용이하게 할 수 있다.

Description

광대역 필터를 이용하여 빛의 파장을 선택할 수 있는 단색화 장치
본 발명은 광대역 필터를 이용하는 단색화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 파장 선별이 가능한 광대역 필터들을 특수하게 배치함으로써 빛의 중심 파장과 파장폭을 임의로 조절하여 빛을 선택적으로 단색화시키는 단색화 장치에 관한 것이다.
넓은 파장 영역을 포함하는 빛을 분광하여 단색광으로 추출하기 위한 장치로는, 분광 소자로서 회절 격자 또는 프리즘을 이용하는 단색화 장치가 알려져 있다. 종래의 회절 격자를 이용한 단색화 장치는 선택된 파장을 갖는 광원을 제공하기 위한 용도 및 검출기로서 타겟으로부터 검출하고자 하는 빛을 선택적으로 검출하기 위한 용도로서 사용되어 왔다. 예를 들어, 광원을 제공하기 위한 용도로서의 단색화 장치는, 예를 들면, 분광 광도계 (spectrophotometer) 내에서, 여러 대역을 포함하는 광원으로부터 분석의 대상이 될 광원의 파장을 선택하는데 이용된다. 한국 공개 특허 제 2008-0015759 호에서는 특정 파장 범위 및 분해능을 갖도록 빛을 분리하기 위한 회절 격자를 갖는 모노크로메이터 시스템을 개시하고 있다.
회절 격자를 이용하는 통상적인 단색화 장치 (100) 에 대해서 도 1 에서 도시하고 있다. 도 1 의 단색화 장치 (100) 는 회절 격자 (110), 빛을 제한적으로 통과시키기 위한 슬릿 (120), 빛의 경로를 조정하기 위한 평면 또는 곡면의 미러 (130, 140, 150) 을 포함한다. 구체적으로, 넓은 파장 대역을 갖는 빛이 단색화 장치로 제공되면, 곡면 미러 (130) 에 의해 진행 경로가 변경되어 회절 격자 (110) 로 입사된다. 회절 격자 (110) 는 입사된 빛의 파장을 분리하고, 슬릿 (120) 은 슬릿의 위치 또는 너비 등을 조절하여 분리된 파장 대역들 중에서 원하는 파장 대역을 선택적으로 통과시킨다. 슬릿 (120) 을 통과한 빛은 곡면 또는 평면의 미러 (140, 150) 들을 거치고, 특정 파장을 갖는 빛이 단색화 장치로부터 출력된다.
그러나, 종래의 회절 격자를 이용한 단색화 장치는 입사된 빛이 회절 격자에 의해 산란되거나 하나 이상의 미러들에 반사 또는 투과되는 과정에서 그 장치에 입사된 빛에 대한 장치로부터 출력되는 특정 파장의 빛의 효율이 상당하게 감소하는 문제가 있었다. 또한, 회절 격자를 이용한 단색화 장치는 스캐닝 방식의 이미징 방법을 제외하고는, 다른 이미징 방법에 근본적으로 적용될 수 없다는 한계가 있었다. 따라서, 입사된 빛에 대해 출력되는 선택된 파장의 빛의 효율을 상당하게 감소시키지 않으면서, 여러가지 이미징 방법에 유연하게 적용될 수 있는 단색화 장치가 구현되어야 할 필요성이 있었다.
본 발명은 상술한 회절 격자를 이용한 단색화 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 목적은, 회절 격자를 이용하지 않고, 통과시키는 광의 파장 대역을 달리하는 하나 이상의 광대역 필터들을 직렬적으로 배치하여 단색화 장치를 구현함으로써, 증가된 광 효율을 가지며, 입사하는 광에 대해 원하는 중심 파장 및 파장폭을 선택적으로 획득하는 것을 가능하게 하는 기술을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 특정 파장의 광을 선택하기 위한 단색화 장치는, 광의 입사 방향에 대해 제 1 회전 각도를 갖도록 배치되어, 입사하는 광에 대하여 제 1 파장 대역을 통과시키는 제 1 광대역 필터, 광의 입사 방향에 대해 제 2 회전 각도를 갖도록 배치되어, 제 1 광대역 필터를 통과하여 입사하는 광에 대하여 제 2 파장 대역을 통과시키는 제 2 광대역 필터, 및 제 2 광대역 필터를 통과한 광의 경로를 제 1 광대역 필터에 입사하는 광의 경로와 같아지도록 조정하는 경로 보상 수단을 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 제 1 광대역 필터, 제 2 광대역 필터 및 경로 보상 수단은 광의 입사 방향에 대해 직렬적으로 배치될 수도 있다.
일 실시형태에 따르면, 제 1 광대역 필터의 제 1 회전 각도 및 제 2 광대역 필터의 제 2 회전 각도를 조정함으로써 제 1 광대역 필터 및 제 2 광대역 필터를 통과한 광의 소정의 파장 대역 및/또는 소정의 중심 파장을 선택할 수도 있다.
일 실시형태에 따르면, 광의 입사 방향에 대해 배치된 회전 각도에 따라 통과되는 광의 파장 대역이 달라지는 하나 이상의 광대역 필터를 더 포함할 수도 있다.
일 실시형태에 따르면, 특정 파장의 광을 선택하기 위한 제 1 파장 대역 및 제 2 파장 대역을 결정하고, 제 1 광대역 필터의 제 1 회전 각도 및 제 2 광대역 필터의 제 2 회전 각도를 조정하도록 구성된 제어 수단을 더 포함할 수도 있다. 제 1 회전 각도 및 제 2 회전 각도의 조정은 전동기 모터에 의해 이루어질 수도 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 특정 파장의 광을 선택하는 단색화 장치는, 회절 격자를 이용한 단색화 장치와 비교하여 입사한 광에 대한 단색화 장치에서 출력되는 광의 효율을 상당하게 증가시킬 수 있고, 스캔 방식의 이미징 이외에 다양한 이미징 방법에 유연하게 활용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 단색화 장치는, 각도에 따라 통과하는 광의 파장 대역이 달라지는 제 1 광대역 필터 및 제 2 광대역 필터를 배치하고, 제 1 광대역 필터의 제 1 회전 각도 및 제 2 광대역 필터의 제 2 회전 각도를 각각 조정함으로써, 원하는 중심 파장 및 파장 대역을 갖는 광을 출력할 수 있다. 이는, 광대역 필터를 교체하지 않고도 필터들의 회전 각도만을 조정함으로써 원하는 파장을 얼마든지 선택할 수 있다는 점에서, 이용의 편의성을 제공하는 동시에 비교적 고가인 광학 시스템의 설비 비용을 절감시킬 수 있다는 이점이 있다.
다만, 본 발명의 효과는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1 은 종래의 회절 격자를 갖는 단색화 장치를 나타낸다.
도 2 는 본 발명에 사용되는 예시적인 광대역 필터를 나타낸다.
도 3 의 (a) 내지 (d) 는 도 2 의 광대역 필터의 회전 각도에 따라 투과된 파장 대역의 예시적인 결과를 나타낸다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 단색화 장치를 나타낸다.
도 5a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 파장 선택의 과정을 도시한다.
도 5b 는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 개의 광대역 필터를 이용하여 특정 파장을 선택하는 원리를 도시한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 2 는 본 발명에 사용되는 예시적인 광대역 필터를 나타낸다. 일 실시형태로서, 본 발명에 사용되는 광대역 필터는 입사하는 광을 선택적으로 투과시키는 필터부, 광대역 필터를 지지하고 필터의 회전을 조정하는 회전 축을 포함하는 회전 제어부로 구성될 수 있다. 회전 축은 360°회전 가능하고, 수동 또는 전동기 모터와 같은 동력에 의해서 회전될 수 있다.
도 3 의 (a) 내지 (d) 는 도 2 의 광대역 필터의 회전 각도에 따라 투과된 파장 대역의 예시적인 결과를 나타낸다. 구체적으로, 도 3(a) 에서는 광대역 필터의 회전 각도를 90°로 배치하고 빛을 투과시키는 경우를 도시하며, 그 결과 투과된 빛의 예시적인 결과에 대해서 도 3(b) 에 도시되어 있다. 도 3(b) 를 참조하면, 광대역 필터의 회전 각도를 90°로 배치하고 빛을 투과시킨 경우에 중심 파장을 628 nm 로 하면서 일정한 너비의 대역폭을 갖는 빛만이 투과되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3(c) 는 광대역 필터의 회전 각도를 30°로 배치하고 빛을 투과시킨 경우로, 도 3(d) 에 나타난 바와 같이 중심 파장을 562 nm 로 하면서 일정한 너비의 대역폭을 갖는 빛만이 투과되는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 이용되는 광대역 필터는 회전 각도에 따라 중심 파장이 달라지는 대역 통과 필터일 수 있다. 또한, 회전 각도에 따라 중심 파장 및 대역폭이 모두 달라지는 대역 통과 필터가 이용될 수도 있다.
회전 각도에 따라 통과시키는 파장 대역을 달리하는 광대역 필터를 이용한 본 발명의 단색화 장치의 일 실시형태가 도 4 에 도시되어 있다. 본 발명의 단색화 장치 (400) 는 제 1 광대역 필터 (410), 제 2 광대역 필터 (420) 및 보상기 (430) 를 포함한다. 제 1 광대역 필터 (410) 는 광의 입사 방향에 대해 제 1 회전 각도 (θ1) 을 갖도록 배치된다. 입사광 L 은 제 1 광대역 필터 (410) 을 통과하면서 제 1 회전 각도 (θ1) 에 따른 소정의 대역폭의 파장만을 갖는 광 L1 이 된다. 제 2 광대역 필터 (420) 는 광의 입사 방향에 대해 제 2 회전 각도 (θ2) 을 갖도록 배치된다. 제 2 광대역 필터 (220) 는 입사광 L1 에서 제 2 회전 각도 (θ2) 에 따른 소정의 대역폭에 해당하는 파장 부분만을 통과시킨다. 따라서, 입사광 L 은 제 1 광대역 필터 및 제 2 광대역 필터를 차례로 통과함으로써, 제 1 광대역 필터 및 제 2 광대역 필터의 통과 대역들 중 공통된 파장 대역만을 파장으로 갖는 광 L2 가 된다.
한편, 빛이 광대역 필터들을 통과할 때, 필터의 두께, 개수, 입사 각도 등에 따라 빛의 경로가 달라지게 된다. 예를 들면, 제 1 광대역 필터 및 제 2 광대역 필터를 통과한 L1 및 L2 는 도 4 에 도시된 것과 같이 입사광 L 에 비해 경로차가 발생한다. 이와 같이, 광대역 필터의 두께, 개수, 각도 등을 다르게 할 때마다 빛의 경로가 상이하게 된다면, 다양한 파장 범위를 선택하기 위해서 광대역 필터들의 여러 가지 조합들을 활용하는데 큰 제약이 될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 단색화 장치 (400) 는 보상기 (430) 를 포함하여, 제 1 광대역 필터 및 제 2 광대역 필터를 통과함으로써 발생한 광의 경로 변화를 광대역 필터들을 통과하기 전의 광이 갖는 경로와 동일하게 되도록 광의 경로를 보정해준다. 이로 인해, 보상기 (430) 를 통과한 광 L3 는 제 1 광대역 필터 및 제 2 광대역 필터에서 공통으로 통과된 파장 대역만을 갖는 동시에, 단색화 장치로의 입사광 L 이 광대역 필터들을 통과하지 않은 것과 같은 광 경로를 가질 수 있다.
일 실시형태로, 단색화 장치 내에서, 제 1 광대역 필터, 제 2 광대역 필터 및 보상기는 직렬로 배치될 수 있으며, 하나 이상의 광대역 필터가 추가될 수도 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 제 1 광대역 필터, 제 2 광대역 필터 및 보상기는 메모리 및 프로세서를 포함하는 컴퓨터와 같은 제어 장치에 연결되어, 프로세서에서 원하는 파장 대역을 도출하기 위한 광대역 필터들의 회전 각도 및 광 경로를 보정하기 위한 보상기의 파라미터들을 계산할 수 있고, 그 계산된 값을 메모리에 저장할 수도 있다.
도 5a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 파장 선택의 과정을 도시한다. 단색화 장치에 넓은 대역의 파장을 갖는 광 L 이 제공된다. 제 1 광대역 필터는 회전 각도 θ1 를 갖도록 배치되었을 때 중심 파장 λc1 및 대역폭 d1 을 갖는 제 1 대역 통과 필터로 동작한다. 광 L1 은 광 L 이 회전 각도 θ1 를 갖는 제 1 광대역 필터를 통과한 결과로, 중심 파장 λc1 및 대역폭 d1 을 갖는다. 제 2 광대역 필터는 회전 각도 θ2 를 갖도록 배치되었을 때 중심 파장 λc2 및 대역폭 d2 을 갖는 제 2 대역 통과 필터로 동작한다. 광 L1 의 파장 중에서 제 2 대역 통과 필터에 해당하는 부분만이 통과되어 광 L2 가 된다. 이와 관련하여, 도 5b 에서는 중심 파장 λc1 및 대역폭 d1 을 갖는 광대역 필터와 중심 파장 λc2 및 대역폭 d2 을 갖는 광대역 필터를 통과시켜 특정 파장을 선택하는 원리를 도시한다. 이러한 원리에 의해, 광 L2 는 결과적으로 중심 파장 λc 및 대역폭 d 를 가지며, 여기서, λc 및 d 는 각각 다음의 수학식 1 및 수학식 2 에 의하여 도출된다.
수학식 1
Figure PCTKR2014001195-appb-M000001
수학식 2
Figure PCTKR2014001195-appb-M000002
본 발명의 단색화 장치는, 상기와 같은 원리에 따라 광대역 필터들의 회전 각도를 조정함으로써 통과되는 파장 대역의 중심 파장 및 대역폭을 변화시켜 원하는 파장을 자유롭게 선택할 수 있다.
상기에서는 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명에 따르면, 회절 격자를 이용하지 않고도 통과시키는 광의 파장 대역을 달리하는 하나 이상의 광대역 필터들을 직렬적으로 배치하여 단색화 장치를 구현함으로써, 증가된 광효율을 가지고, 입사하는 광에 대해 원하는 중심 파장 및 파장폭을 선택적으로 획득하는 것을 가능하게 한다.

Claims (6)

  1. 특정 파장의 광을 선택하기 위한 단색화 장치로서,
    광의 입사 방향에 대해 제 1 회전 각도를 갖도록 배치되어, 입사하는 광에 대하여 제 1 파장 대역을 통과시키는 제 1 광대역 필터;
    광의 입사 방향에 대해 제 2 회전 각도를 갖도록 배치되어, 상기 제 1 광대역 필터를 통과한 광에 대하여 제 2 파장 대역을 통과시키는 제 2 광대역 필터; 및
    상기 제 2 광대역 필터를 통과한 광의 경로를 상기 제 1 광대역 필터에 입사하는 광의 경로와 같아지도록 조정하는 경로 보상 수단을 포함하는, 단색화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광대역 필터, 상기 제 2 광대역 필터 및 상기 경로 보상 수단은 광의 입사 방향에 대해 직렬적으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 단색화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광대역 필터의 상기 제 1 회전 각도 및 상기 제 2 광대역 필터의 상기 제 2 회전 각도를 조정함으로써 상기 제 1 광대역 필터 및 상기 제 2 광대역 필터를 통과한 광의 소정의 파장 대역 및 소정의 중심 파장 중 적어도 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는, 단색화 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광의 입사 방향에 대해 배치된 회전 각도에 따라 통과되는 광의 파장 대역이 달라지는 하나 이상의 광대역 필터를 더 포함하는, 단색화 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 특정 파장의 광을 선택하기 위한 상기 제 1 파장 대역 및 상기 제 2 파장 대역을 결정하고, 상기 제 1 광대역 필터의 상기 제 1 회전 각도 및 상기 제 2 광대역 필터의 상기 제 2 회전 각도를 조정하도록 구성된 제어 수단을 더 포함하는, 단색화 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 광대역 필터의 상기 제 1 회전 각도 및 상기 제 2 광대역 필터의 상기 제 2 회전 각도의 조정은 전동기 모터에 의하는, 단색화 장치.
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