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KR101965803B1 - 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기 - Google Patents

레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기 Download PDF

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KR101965803B1
KR101965803B1 KR1020180131292A KR20180131292A KR101965803B1 KR 101965803 B1 KR101965803 B1 KR 101965803B1 KR 1020180131292 A KR1020180131292 A KR 1020180131292A KR 20180131292 A KR20180131292 A KR 20180131292A KR 101965803 B1 KR101965803 B1 KR 101965803B1
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KR
South Korea
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light
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raman
specimen
laser
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이승우
송인천
전병선
Original Assignee
나노스코프시스템즈 주식회사
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Abstract

본 발명은 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 부피가 작고 저비용으로 구현할 수 있으면서도 레이저 출력의 세기를 효과적으로 조정할 수 있는, 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기를 제공함에 있다. 본 발명의 궁극적인 목적은, 특히 휴대가 가능한 핸드헬드형인 소형 라만 분광기에 이와 같은 레이저 출력조정기가 구비됨으로써 시편 손상을 방지하고 라만 신호 획득 효율을 향상하기 위한, 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기를 제공함에 있다.

Description

레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기 {Raman spectroscopy having laser power control apparatus}
본 발명은 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 라만 분광기에 사용되는 레이저에서 출력되는 레이저가 시편을 손상시키는 것을 방지하기 위해 출력 세기를 조절할 수 있도록 하는, 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기에 관한 것이다.
라만 분광 기법은 레이저를 대상 시료에 조사하고 이로부터 얻어지는 스펙트럼으로부터 물질의 성분을 판별하는 분석기법이다. 시료에 단색 광원인 레이저를 조사하면 빛이 산란되는데, 이처럼 산란된 빛의 대부분은 레이저의 파장에 상응하는 신호이지만, 일부는 레이저의 파장에서 시료의 진동모드의 주파수에 해당하는 라만 이동(Raman shift)이 되어 나오는 신호가 있다. 이 신호를 분석하면 분자나 결정의 형태 및 대칭성에 대한 정보를 알 수 있고 시료의 결정화 정도를 파악할 수 있다. 이렇게 파장이 변화하는 양상은 물질의 구조적 특성에 따라 다르게 나타나고, 각각의 특정한 물질에 대해서 고유한 특성처럼 나타나기 때문에, 라만 스펙트럼은 물질의 지문(fingerprint)이라고 일컬어진다. 특히 최근에는 SERS(surface enhanced Raman scattering)와 같은 다양한 라만 신호 증폭 기술이 활발히 연구되고 있으며, 라만 분광 기법은 극미세 농도의 성분을 판별할 수 있는 탁월한 기술로서 주목받고 있다. 도 1은 이와 같은 라만 분광의 원리 및 라만 스펙트럼 사례를 하나의 예시로서 도시하고 있다.
도 2는 종래의 기본적인 라만 분광기의 구조를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 기본적인 라만 분광기는, 단파장의 광원(110')에서 출력되는 레이저 광을 대물렌즈(130')를 통하여 시편(500')에 조사하고, 상기 시편(500')으로부터 산란되는 광 중에서 라만 이동(Raman shift)에 해당하는 성분만을 필터(140')로 선별한 뒤 스펙트로미터(160')로 그 스펙트럼을 구한다. 이때 빛의 파장별 분기를 위해 이색성 거울(dichroic mirror) 또는 이색성 광분할기(dichroic beam splitter)(120')를 사용한다. 이 때 스펙트로미터(160')로 광을 원활하게 진입시키기 위하여 상기 스펙트로미터(160') 전방에 수광렌즈(150')가 구비된다.
이처럼 라만 분광기는, 시편에 레이저를 조사하여 산란된 광의 성분 중 파장이 변한 성분만을 골라내기 위한 필터와 최종적으로 스펙트럼의 형태로 확인하기 위한 스펙트로미터로 구성되는 것이 기본이나, 실제로 현장에서 사용되는 라만 분광기는 필요에 따라 기능적 구성이 더 구비되는 경우가 많다. 예를 들어, 광원으로서 여러 개의 레이저를 사용하거나 여러 개의 필터를 사용하는 등의 광학적인 구성이 추가되기도 하는데, 구체적인 예시로서 한국특허등록 제1350402호("비침습적 라인-조사 공간변위 라만분광기", 2014.01.06)에는 라인 형태의 광을 조사하는 라인 광원을 사용하는 라만 분광기가 개시된다. 또는 시편 상의 단일 개의 포인트만에서의 신호를 받는 것이 아니라 복수 개의 포인트의 신호를 얻기 위하여 모터 스테이지 또는 빔 스캐닝 메커니즘 등이 추가되기도 한다. 이와 같이 실무 현장에서는 라만 분광기의 다양한 변경 실시가 이루어지고 있으나, 이러한 다양한 라만 분광기들의 구조는 도 2와 같은 기본 구성을 근간으로 한다.
한편, 라만 분광 기법의 활용 분야가 다양해지면서 휴대형 또는 핸드헬드형 형태의 소형 라만 분광기가 다양하게 만들어져서 판매되고 있다. 도 3은 라만 분광기의 여러 종류의 실시예를 도시한 것으로, 도 3(A)는 대형의 연구 분석용 라만 분광기를, 도 3(B)는 소형의 핸드헬드형 라만 분광기를 각각 도시하고 있다. 이러한 소형 라만 분광기의 경우 연구 분석용인 대형 라만 분광기에 비해서 분광 센서인 스펙트로미터의 감도가 낮기 때문에, 상대적으로 레이저 출력을 높게 사용함으로써 충분한 라만 신호 강도를 확보하는 방식이 일반적으로 적용된다.
그런데 이렇게 레이저 출력을 높이게 되면, 측정 시 레이저 조사에 의해서 시료가 손상되는 경우가 발생할 수 있다. 특히 필름, 종이 등과 같은 박막 재료를 사용하는 시료의 경우 렌즈에 의해 집광된 레이저에 의해 시료가 타는 현상이 발생되어, 측정하고자 하는 시료에서 나오는 라만 신호 외에, 발열 등 손상에 의한 스펙트럼 신호가 백그라운드로 측정된다. 일반적으로 라만 신호는 미약한 신호이기 때문에, 이러한 백그라운드 신호는 라만 신호에 비해서 상대적으로 크게 나타나며, 따라서 측정하고자 하는 라만 신호가 묻히게 되어 정확한 라만 스펙트럼을 추출하기가 어렵다. 또한 손상된 시료의 경우 화학적인 성분이 변할 수 있으므로, 시료로서의 역할을 재수행하기가 어렵다.
이러한 시료 손상의 문제는, 라만 분광기의 소형화 과정에서 불가피하게 스펙트로미터의 감도가 낮아지게 되어 상대적으로 레이저 세기를 높여서 사용하는 소형 라만 분광기에서 더 많이 나타나는 현상이다. 따라서 이러한 문제를 효율적으로 해결할 수 있도록, 소형 라만 분광기에 적용이 용이하도록 부피가 작고 저비용으로 구현할 수 있으면서도 레이저 출력의 세기를 효과적으로 조정할 수 있는 장치에 대한 필요가 점점 증대되고 있다.
1. 한국특허등록 제1350402호("비침습적 라인-조사 공간변위 라만분광기", 2014.01.06)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 부피가 작고 저비용으로 구현할 수 있으면서도 레이저 출력의 세기를 효과적으로 조정할 수 있는, 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기를 제공함에 있다. 본 발명의 궁극적인 목적은, 특히 휴대가 가능한 핸드헬드형인 소형 라만 분광기에 이와 같은 레이저 출력조정기가 구비됨으로써 시편 손상을 방지하고 라만 신호 획득 효율을 향상하기 위한, 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기(100)는, 레이저 광을 조사하는 광원(110); 상기 광원(110)에서 조사된 레이저 광을 반사시켜 시편(500) 쪽으로 입사시키거나, 상기 시편(500)에서 산란된 광을 투과시키도록 형성되는 광분할기(120); 상기 시편(500)에서 산란되어 상기 이색성 광분할기(120)를 투과하여 온 광 중 라만 이동에 해당하는 성분을 필터링하여 투과시키는 필터(140); 상기 필터(140)를 투과하여 온 광을 진입받아 스펙트럼을 측정하는 스펙트로미터(160); 상기 광원(110)에서 상기 시편(500)으로 향하는 광경로 상에 배치되며, 광을 차단시키는 적어도 하나의 차단영역(171) 및 광을 투과시키는 적어도 하나의 투과영역(172)을 가지며, 회전가능한 평면 형태로 형성되어, 상기 광원(110)에서 상기 시편(500)으로 향하는 광경로 상에 상기 차단영역(171) 및 상기 투과영역(172)이 회전에 의하여 시각에 따라 선택적으로 배치되게 함으로써, 상기 시편(500)으로 조사되는 광의 연속 조사 시간을 조정하여 상기 시편(500)에 입사되는 레이저 광의 출력을 조정하는 출력조정기(170); 를 포함할 수 있다.
이 때 상기 출력조정기(170)는, 투명한 평면 형태로 된 본체 상의 선택적 영역에 마스크가 형성되어, 마스크가 형성된 영역이 상기 차단영역(171)을 형성하고, 마스크가 형성되지 않은 영역이 상기 투과영역(172)을 형성하도록 이루어질 수 있다. 또는 상기 출력조정기(170)는, 회전중심에 대하여 편향된 형상의 평면 형태로 된 본체로 형성되어, 상기 본체 자체가 상기 차단영역(171)을 형성하고, 빈 공간 부분이 상기 투과영역(172)을 형성하도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 출력조정기(170)는, 상기 차단영역(171) 및 상기 투과영역(172)이 서로 동일한 총합면적을 가지도록 이루어질 수 있다. 또는 상기 출력조정기(170)는, 상기 차단영역(171) 및 상기 투과영역(172)이 서로 상이한 총합면적을 가지도록 이루어질 수 있다.
또한 상기 출력조정기(170)는, 상기 광원(110) 및 상기 광분할기(120) 사이의 광경로 상에 배치될 수 있다. 또는 상기 출력조정기(170)는, 상기 광분할기(120) 및 상기 시편(500) 사이의 광경로 상에 배치될 수 있다.
또한 상기 출력조정기(170)는, 상기 출력조정기(170)가 형성하는 평면이 광경로에 대하여 수직하게 배치될 수 있다. 또는 상기 출력조정기(170)는, 상기 출력조정기(170)가 형성하는 평면이 광경로에 대하여 경사지게 배치될 수 있다. 이 때 상기 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기(100)는, 상기 차단영역(171) 및 상기 투과영역(172)의 광경로 상 배치 상태를 확인할 수 있도록, 상기 출력조정기(170) 회전 중 상기 차단영역(171)이 광경로 상에 배치될 때의 반사광을 측정하는 광센서(180); 를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기(100)는, 상기 이색성 광분할기(120)에서 산란되어 온 광을 집광하여 상기 시편(500)으로 조사하는 집광렌즈(130); 상기 필터(140)를 투과하여 온 광을 수광하여 상기 스펙트로미터(160)로 진입시키는 수광렌즈(150); 를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 부피가 작고 저비용으로 구현할 수 있는 레이저 출력조정기가 라만 분광기에 구비되도록 함으로써 레이저 출력의 세기를 효과적으로 조정할 수 있는 효과가 있다. 특히 본 발명에 의하면, 휴대가 가능한 핸드헬드형인 소형 라만 분광기에 이와 같은 레이저 출력조정기가 구비됨으로써, 시편 손상을 방지하고 라만 신호 획득 효율을 향상할 수 있는 큰 효과가 있다.
보다 구체적으로 설명하자면, 라만 분광 신호를 얻기 위해 레이저를 조사하는 과정에서, 소형 라만 분광기의 경우 스펙트로미터의 감도가 낮은 것을 상쇄하기 위하여 레이저 출력을 강화하다가 과도한 레이저 출력으로 인하여 시편이 손상되고 그에 따라 발열 등 손상에 의한 스펙트럼 신호로 인하여 라만 신호가 묻혀 제대로 측정하지 못하게 되는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명에 의하면 레이저 출력을 효과적으로 조정함으로써 이러한 문제를 원천적으로 극복하고, 이에 따라 시편 손상 방지 및 라만 신호 획득 효율 향상의 효과를 일거에 얻을 수 있는 큰 효과가 있는 것이다.
도 1은 라만 분광의 원리 및 라만 스펙트럼 사례.
도 2는 종래의 기본적인 라만 분광기의 구조.
도 3은 라만 분광기의 여러 종류의 실시예.
도 4는 본 발명의 라만 분광기의 제1실시예.
도 5는 본 발명의 라만 분광기에 구비되는 레이저 출력조정기의 한 실시예 및 센서 신호 예시.
도 6 및 도 7은 본 발명의 라만 분광기에 구비되는 레이저 출력조정기의 여러 실시예.
도 8은 본 발명의 라만 분광기의 제2실시예.
도 9는 본 발명의 라만 분광기의 제3실시예.
도 10은 본 발명의 라만 분광기의 제4실시예.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 라만 분광기가 소형화될수록 스펙트로미터의 감도가 낮아지며, 스펙트로미터에서 충분히 감지할 수 있을 만큼의 산란광을 발생시키기 위해서는 광원에서 조사되는 레이저 광이 강하게 출력되어야 한다. 그런데 이 때 레이저의 출력이 과도하게 강한 경우 시료가 타버리는 문제가 발생하며, 이 경우 시료가 손상되는 문제가 있을 뿐만 아니라 발열 등으로 인하여 발생되는 스펙트럼 신호가 라만 신호보다 더 크게 나타남에 따라 결과적으로 라만 신호를 제대로 획득할 수 없는 문제가 있었다.
라만 분광 신호를 얻기 위해 레이저를 조사할 때 시료가 타는 현상을 방지하기 위해서는, 레이저를 조사할 때 시료가 타기 시작하는 일종의 임계점에 이르기 전에 레이저를 꺼야 한다. 한편 라만 신호는 측정 시간을 길게 할수록 그 신호가 누적되면서 커지며, 따라서 감도가 낮은 스펙트로미터에서 감지가 가능할 수 있도록 하기 위해서는 측정 시간을 길게 하는 것이 유리할 것임은 당연하다. 그러나 상술한 바와 같이 임계점을 넘어 버려서 시료가 타게 되는 경우 시료가 손상되고 라만 신호도 얻을 수 없게 되므로, 시료가 타 버리는 임계점 이상으로 측정시간을 길게 하는 것은 의미가 없다.
시료 자체가 열에 강한 경우 시료가 타는 현상이 나타나지 않지만, 짧은 측정 시간 동안, 즉 예를 들어 약 1초의 측정 시간에도 시료가 타는 경우가 발생하는 경우가 있다. 즉, 레이저를 0.5초 동안 조사할 경우에는 타지 않지만, 1초 동안 조사하는 경우 시료가 타는 경우가 생기는 것이다. 이 경우 만일 0.5초 동안의 측정만으로도 라만 신호를 얻을 수 있다면 다행이지만, 그렇지 못한 경우에는 측정 시간을 늘려야 한다. 이러한 경우 레이저의 ON/OFF를 반복하면서, 여러 차례 측정결과를 누적함으로써 신호의 크기를 증가시킬 수 있다.
이 때 레이저를 전기적으로 ON/OFF하는 경우, ON한 직후부터 레이저 출력이 안정화되기까지 어느 정도의 시간이 필요하다. 그런데 레이저 광원의 안정화 상태에 따라서 라만 신호가 영향을 받기 때문에, 짧은 시간 동안 레이저를 전기적으로 ON/OFF를 할 경우, 레이저 출력의 안정화 반응 속도가 상당히 빠른 경우가 아니라면, 정상적인 레이저 조명 상태(즉, 안정화된 레이저 상태)에서의 라만 신호를 얻기가 어렵다. 물론 안정화 반응 속도가 빠른 레이저를 사용하여 이러한 문제를 극복할 수도 있겠으나, 이러한 고성능의 레이저는 가격이 비싸기 때문에 휴대용 소형 라만 분광기에 적용하기에는 현실적으로 불가능하다.
따라서 본 발명에서는, 안정화된 레이저 상태에서 ON/OFF하기 위해서는 안정화된 레이저 빔 앞에 물리적인 셔터 등으로 빔을 차단하고 여는, 즉 기계적인 셔터방식으로 ON/OFF를 구현하는 방식을 사용하는 출력조정기를 라만 분광기에 구비시키는 구성을 제시한다. 이러한 기계적인 셔터 방식을 빠른 속도로 구현하기 위해서는, 모터에 연결된 일정 패턴의 마스크를 회전시킴으로써, 물리적인 ON/OFF 시간을 빠르게 조절할 수 있다. 그리고, ON/OFF 주파수는 마스크의 패턴 형상과 회전속도를 변화시켜 조절이 가능하다. 이하에서 본 발명의, 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기의 구체적인 구성에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 라만 분광기의 제1실시예를 도시하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기(100)는, 도 2를 통해 앞서 설명하였던 기본적인 라만 분광기의 구성인 광원(110), 광분할기(120), 필터(140), 스펙트로미터(160)를 포함하되, 여기에 상술한 바와 같은 출력조정기(170)를 구비하는 구성으로 이루어진다. 더불어, 기본 구성에서 추가될 수 있는 구성인 집광렌즈(130) 및 수광렌즈(150)를 더 포함할 수 있다. 즉 본 발명의 라만 분광기(100)는, 도 2와 같은 기본적인 라만 분광기에 출력조정기(170)가 더 구비되어 있는 구성으로 되어 있는 것이다. 이에 먼저 기본 구성에 해당하는 각부를 간략하게 설명하고, 그 이후 본 발명의 특징적인 구성인 상기 출력조정기(170)에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
상기 광원(110)은 레이저 광을 조사하는 역할을 하는 것으로서, 단파장 광을 발생시키는 것이 바람직하나, 필요에 따라 다파장을 발생시키도록 이루어질 수도 있다. 상기 광분할기(120)는 상기 광원(110)에서 조사된 레이저 광을 반사시켜 시편(500) 쪽으로 입사시키거나, 상기 시편(500)에서 산란된 광을 투과시키는 역할을 하는 것으로서, 이색성 거울(dichroic mirror) 또는 이색성 광분할기(dichroic beam splitter)로 실현될 수 있다. 상기 필터(140)는 상기 시편(500)에서 산란되어 상기 이색성 광분할기(120)를 투과하여 온 광 중 라만 이동에 해당하는 성분을 필터링하여 투과시키는 역할을 한다. 상기 스펙트로미터(160)는 상기 필터(140)를 투과하여 온 광을 진입받아 스펙트럼을 측정하는 역할을 한다. 이 때 시편으로의 광 조사 또는 스펙트로미터로의 광 진입을 보다 원활하게 할 수 있도록, 본 발명의 라만 분광기(100)는, 상기 이색성 광분할기(120)에서 산란되어 온 광을 집광하여 상기 시편(500)으로 조사하는 집광렌즈(130), 상기 필터(140)를 투과하여 온 광을 수광하여 상기 스펙트로미터(160)로 진입시키는 수광렌즈(150)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 라만 분광기(100)에서 레이저의 출력을 조정할 수 있도록 하기 위해 구비되는 상기 출력조정기(170)는, 상기 광원(110)에서 상기 시편(500)으로 향하는 광경로 상에 배치되며, 광을 차단시키는 적어도 하나의 차단영역(171) 및 광을 투과시키는 적어도 하나의 투과영역(172)을 가지며, 회전가능한 평면 형태로 형성된다. 이 때 상기 출력조정기(170)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 광원(110)에서 상기 시편(500)으로 향하는 광경로 상에 상기 차단영역(171) 및 상기 투과영역(172)이 회전에 의하여 시각에 따라 선택적으로 배치되게 함으로써, 상기 시편(500)으로 조사되는 광의 연속 조사 시간을 조정하여 상기 시편(500)에 입사되는 레이저 광의 출력을 조정한다.
도 5는 본 발명의 라만 분광기에 구비되는 레이저 출력조정기의 한 실시예 및 센서 신호 예시를 도시한 것이다. 도 5(A)에 도시된 바와 같이, 상기 출력조정기(170)는 회전하는 마스크 판 형태로 이루어진다. 도 5(B)의 센서 신호 그래프는, 상기 출력조정기(170)로 광을 조사하여 반사되는 반사광을 측정하는 광센서를 설치하는 경우, 광센서에서 측정되는 센서 신호를 나타낸 것이다(광센서 구성에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다). 어떤 시각에 광경로 상에 상기 차단영역(171)이 배치되면, 상기 시편(500)으로 조사되는 광은 차단되며(즉 도 5(B)에서 "Dark period"란 시편 입장에서 광이 차단되기 때문에 "Dark"하다는 의미이다), 반면 상기 차단영역(171)으로 조사되는 광센서의 광은 반사되어 와서 상기 광센서로 되돌아와 센서 신호가 감지되게 된다. 반대로 다른 어떤 시각에 광경로 상에 상기 투과 영역(171)이 배치되면, 상기 시편(500)으로 조사되는 광은 투과되며(마찬가지로, 도 5(B)에서 "Light period"란 시편 입장에서 광이 투과되어 와서 조사되기 때문에 "Light"가 도달한다는 의미이다), 반면 상기 투과영역(172)으로 조사되는 광센서의 광은 투과되어 버리므로 상기 광센서로 반사광이 되돌아오지 않아 센서 신호가 감지되지 않게 된다.
이와 같이 상기 차단영역(171) 및 상기 투과영역(172)이 선택적으로 형성되어 있는 상기 출력조정기(170)가 상기 광원(110) - 상기 시편(500) 사이의 광경로에 배치되어 회전하게 되면, 상기 시편(500)으로 조사되는 광이 차단되고 투과되는 것이 반복되게 된다. 즉 레이저를 계속 조사하더라도 시료에는 일정 시간 간격으로 레이저가 ON/OFF 되므로, 적정한 마스크 패턴과 회전 속도 조건을 찾음으로써 시료가 손상되는 것을 막으면서 라만 신호를 취득할 수 있다.
이하에서, 상기 출력조정기(170)의 상기 차단영역(171) 및 상기 투과영역(172)의 여러 형태에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 앞서의 도 5와 더불어, 도 6 및 도 7은 본 발명의 라만 분광기에 구비되는 레이저 출력조정기의 여러 실시예를 도시하고 있다.
먼저 상기 출력조정기(170)는, 도 5, 도 6(A)에 도시된 바와 같이, 투명한 평면 형태로 된 본체 상의 선택적 영역에 마스크가 형성되어, 마스크가 형성된 영역이 상기 차단영역(171)을 형성하고, 마스크가 형성되지 않은 영역이 상기 투과영역(172)을 형성하도록 이루어질 수 있다. 이러한 형태의 상기 출력조정기(170)는, 가장 간단하게는, 투명한 유리판 상에 마스크 역할을 하는 진한 패턴을 인쇄 또는 코팅하여, 패턴이 그려진 곳에서는 빛이 차단되고, 패턴이 없는 곳에서는 빛이 투과되도록 할 수 있다.
또는 상기 출력조정기(170)는, 도 6(B), 도 7에 도시된 바와 같이, 회전중심에 대하여 편향된 형상의 평면 형태로 된 본체로 형성되어, 상기 본체 자체가 상기 차단영역(171)을 형성하고, 빈 공간 부분이 상기 투과영역(172)을 형성하도록 이루어질 수 있다. 이러한 형태의 상기 출력조정기(170)는, 역시 간단하게는, 금속 등을 이와 유사한 형태로 가공하여, 구조물이 남아있는 부분에서는 빛이 차단되고, 커팅된 부분에서는 빛이 투과되도록 할 수 있다. 구체적으로는, 도 6(B), 도 7(A)와 같이 상기 출력조정기(170)가 원형이 아닌 부채꼴 형태의 구조물로 만들어지게 하거나, 또는 도 7(B)와 같이 상기 출력조정기(170)가 막대 형태의 구조물로 만들어지게 할 수 있다.
한편 시료에 대한 레이저 출력의 세기는 마스크 패턴의 모양에 따라 다양하게 조정될 수 있다. 도 5에 도시된 상기 출력조정기(170)는 상기 차단영역(171) 및 상기 투과영역(172)이 서로 동일한 총합면적을 가지도록 이루어지며, 이 경우 레이저가 투과되고 차단되는 정도가 동일하게 반복된다. 한편 도 6 및 도 7에 도시된 상기 출력조정기(170)는 상기 차단영역(171) 및 상기 투과영역(172)이 서로 상이한 총합면적을 가지도록 이루어지는데, 도 6의 실시예에서는 레이저가 투과되는 양보다 차단되는 양이 더 크게 형성되고, 도 7의 실시예에서는 레이저가 투과되는 양이 차단되는 양보다 더 크게 형성되는 예시를 도시하고 있다.
한편, 도 4의 제1실시예에서는 상기 출력조정기(170)가 상기 광원(110) 및 상기 광분할기(120) 사이의 광경로 상에 배치되는 예시를 도시하고 있으나, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 출력조정기(170)는 상기 광원(100)에서 상기 시편(500)으로 향하는 광경로 상에만 배치되면 된다. 따라서 도 8의 제2실시예에서와 같이, 상기 출력조정기(170)는 상기 광분할기(120) 및 상기 시편(500) 사이의 광경로 상에 배치될 수도 있다.
또한 도 4의 제1실시예 및 도 8의 제2실시예에서는 상기 출력조정기(170)가 형성하는 평면이 광경로에 대하여 수직하게 배치되는 예시를 도시하고 있으나, 역시 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 상기 출력조정기(170)는 상기 광원(110)에서 출력되는 레이저 광을 시각에 따라 선택적으로 차단 또는 투과시키도록 하기만 하면 되기 때문에, 상기 출력조정기(170)는 도 9의 제3실시예에 도시된 바와 같이, 상기 출력조정기(170)가 형성하는 평면이 광경로에 대하여 경사지게 배치될 수도 있다. 이처럼 상기 출력조정기(170)가 형성하는 평면이 광경로에 대하여 경사지게 배치됨에 따라, 레이저 광이 상기 차단영역(171)으로부터 반사되어 다시 상기 광원(110)으로 되돌아가는 것을 방지함으로써, 상기 광원(110)에서 조사되는 레이저 광의 안정성을 향상할 수 있다.
또한 이처럼 상기 출력조정기(170)가 형성하는 평면이 광경로에 대하여 경사지게 배치되는 경우, 도 10의 제4실시예에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기(100)는, 상기 차단영역(171) 및 상기 투과영역(172)의 광경로 상 배치 상태를 확인할 수 있도록, 상기 출력조정기(170) 회전 중 상기 차단영역(171)이 광경로 상에 배치될 때의 반사광을 측정하는 광센서(180)를 더 포함할 수 있다. 상기 광센서(180)가 배치됨에 따라, 마스크를 회전하면서 마스크에서 반사되는 빛의 세기를 읽음으로써 현재의 마스크 위치정보를 기록하거나 모니터링할 수 있다. 이 정보는 어느 순간에 실제적으로 샘플에 레이저가 조사되는지를 실시간으로 알 수 있어 라만 신호 분석에 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 라만 분광기 110: 레이저
120: 광분할기 130: 집광렌즈
140: 필터 150: 수광렌즈
160: 스펙트로미터 170: 출력조정기
171: 차단영역 172: 투과영역
180: 광센서

Claims (7)

  1. 레이저 광을 조사하는 광원(110);
    상기 광원(110)에서 조사된 레이저 광을 반사시켜 시편(500) 쪽으로 입사시키거나, 상기 시편(500)에서 산란된 광을 투과시키도록 형성되는 광분할기(120);
    상기 시편(500)에서 산란되어 상기 이색성 광분할기(120)를 투과하여 온 광 중 라만 이동에 해당하는 성분을 필터링하여 투과시키는 필터(140);
    상기 필터(140)를 투과하여 온 광을 진입받아 스펙트럼을 측정하는 스펙트로미터(160);
    상기 광원(110)에서 상기 시편(500)으로 향하는 광경로 상에 배치되며, 광을 차단시키는 적어도 하나의 차단영역(171) 및 광을 투과시키는 적어도 하나의 투과영역(172)을 가지며, 회전가능한 평면 형태로 형성되어,
    상기 광원(110)에서 상기 시편(500)으로 향하는 광경로 상에 상기 차단영역(171) 및 상기 투과영역(172)이 회전에 의하여 시각에 따라 선택적으로 배치되게 함으로써, 상기 시편(500)으로 조사되는 광의 연속 조사 시간을 조정하여 상기 시편(500)에 입사되는 레이저 광의 출력을 조정하는 출력조정기(170);
    상기 출력조정기(170)가 형성하는 평면이 광경로에 대하여 경사지게 배치되는 경우, 상기 차단영역(171) 및 상기 투과영역(172)의 광경로 상 배치 상태를 확인할 수 있도록, 상기 출력조정기(170) 회전 중 상기 차단영역(171)이 광경로 상에 배치될 때의 반사광을 측정하는 광센서(180);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 출력조정기(170)는,
    투명한 평면 형태로 된 본체 상의 선택적 영역에 마스크가 형성되어, 마스크가 형성된 영역이 상기 차단영역(171)을 형성하고, 마스크가 형성되지 않은 영역이 상기 투과영역(172)을 형성하도록 이루어지거나, 또는
    회전중심에 대하여 편향된 형상의 평면 형태로 된 본체로 형성되어, 상기 본체 자체가 상기 차단영역(171)을 형성하고, 빈 공간 부분이 상기 투과영역(172)을 형성하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 출력조정기(170)는,
    상기 차단영역(171) 및 상기 투과영역(172)이 서로 동일한 총합면적을 가지거나, 또는
    상기 차단영역(171) 및 상기 투과영역(172)이 서로 상이한 총합면적을 가지도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 출력조정기(170)는,
    상기 광원(110) 및 상기 광분할기(120) 사이의 광경로 상에 배치되거나, 또는
    상기 광분할기(120) 및 상기 시편(500) 사이의 광경로 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기(100)는,
    상기 이색성 광분할기(120)에서 산란되어 온 광을 집광하여 상기 시편(500)으로 조사하는 집광렌즈(130);
    상기 필터(140)를 투과하여 온 광을 수광하여 상기 스펙트로미터(160)로 진입시키는 수광렌즈(150);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 출력조정기를 가지는 라만 분광기.
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