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KR20170023628A - 시료 분석을 위한 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치 및 방법, 시료 분석 장치 및 방법 - Google Patents

시료 분석을 위한 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치 및 방법, 시료 분석 장치 및 방법 Download PDF

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KR20170023628A
KR20170023628A KR1020150119044A KR20150119044A KR20170023628A KR 20170023628 A KR20170023628 A KR 20170023628A KR 1020150119044 A KR1020150119044 A KR 1020150119044A KR 20150119044 A KR20150119044 A KR 20150119044A KR 20170023628 A KR20170023628 A KR 20170023628A
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South Korea
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spectrum
reference material
sample
spectroscope
adjusting
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엄근선
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

시료 측정에 유리하도록 분광기의 파라미터를 조정하고, 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하여 낮은 반사도의 스펙트럼을 측정한 후 100% 반사도의 스펙트럼으로 변환함으로써 시료 스펙트럼의 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio: SNR)을 높일 수 있는 시료 분석을 위한 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치 및 방법, 시료 분석 장치 및 방법이 개시된다.

Description

시료 분석을 위한 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치 및 방법, 시료 분석 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring reference spectrum for analyzing sample, apparatus and method for analyzing sample}
스펙트럼 측정 기술에 관한 것으로, 특히, 시료 분석을 위한 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치 및 방법, 시료 분석 장치 및 방법과 관련된다.
적외선 분광기는 적외선을 시료에 조사하여 투과 또는 반사되어 나오는 광을 검출하여 시료의 구조를 분석하여 시료의 성질을 밝힐 수 있는 효율적인 기기로서 시료 스펙트럼의 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio: SNR)를 최대화하여야 극미량의 시료를 정확하게 측정 및 분석할 수 있게 된다.
한편, 피부와 같이 흡광도가 높아 측정되는 신호의 크기가 작은 경우 피부 스펙트럼의 SNR 역시 작아 시료를 정확하게 측정 및 분석하는데 어려움이 있다.
시료 분석을 위한 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치 및 방법, 시료 분석 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양상에 따른 시료 분석을 위한 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치는, 시료(sample)의 반사 스펙트럼의 강도(intensity)가 일정 범위 값을 가지도록 분광기의 파라미터를 조정하는 파라미터 조정부와, 레퍼런스 물질(reference material)의 반사 스펙트럼의 강도가 포화되지 않도록 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하고, 파라미터가 조정된 분광기를 이용하여 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 측정하는 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부와, 조절된 레퍼런스 물질의 반사도가 100%가 아닌 경우, 측정된 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 기반으로 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출하는 제1 레퍼런스 스펙트럼 산출부와, 파라미터가 조정된 분광기를 이용하여 광원이 꺼진 상태에서의 제2 레퍼런스 스펙트럼을 측정하는 제2 레퍼런스 스펙트럼 측정부를 포함할 수 있다.
일정 범위는 분광기의 성능을 최대한 활용할 수 있도록 미리 결정될 수 있다.
분광기의 파라미터는 광원의 증폭 계수(preamp coefficient), 노출시간(integration time), 스캔 넘버(scan number), 해상도(resolution) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
레퍼런스 물질은 완전 반사 물질이 도포된 제1 판(plate)과 흡광 물질이 특정 무늬로 도포된 제2 판이 슬라이딩(sliding) 가능하도록 구성되며, 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부는 제1 판과 제2 판의 슬라이딩을 통해 레퍼런스 물질의 반사도를 조절할 수 있다.
레퍼런스 물질은 완전 반사 물질 및 완전 반사 물질의 상부에 위치하는 투명도를 조절할 수 있는 필름으로 구성되며, 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부는 필름의 투명도를 조절하여 레퍼런스 물질의 반사도를 조절할 수 있다.
레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부는 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정에 사용되는 광원의 개수를 줄이거나 조정된 분광기의 파라미터를 다시 조정하여 레퍼런스 물질의 반사도를 간접적으로 조절할 수 있다.
제1 레퍼런스 스펙트럼 산출부는 반사도에 따른 스펙트럼의 관계를 정의한 환산식을 이용하여 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출할 수 있다.
다른 양상에 따른 시료 분석을 위한 레퍼런스 스펙트럼 측정 방법은 시료(sample)의 반사 스펙트럼의 강도(intensity)가 일정 범위 값을 가지도록 분광기의 파라미터를 조정하는 단계와, 레퍼런스 물질(reference material)의 반사 스펙트럼의 강도가 포화되지 않도록 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하는 단계와, 파라미터가 조정된 분광기를 이용하여 반사도가 조절된 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 측정하는 단계와, 조절된 레퍼런스 물질의 반사도가 100%가 아닌 경우, 측정된 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 기반으로 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출하는 단계와, 파라미터가 조정된 분광기를 이용하여 광원이 꺼진 상태에서의 제2 레퍼런스 스펙트럼을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
일정 범위는 분광기의 성능을 최대한 활용할 수 있도록 미리 결정될 수 있다.
분광기의 파라미터는 광원의 증폭 계수(preamp coefficient), 노출시간(integration time), 스캔 넘버(scan number), 해상도(resolution) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
레퍼런스 물질은 완전 반사 물질이 도포된 제1 판(plate)과 흡광 물질이 특정 무늬로 도포된 제2 판이 슬라이딩(sliding) 가능하도록 구성되며, 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하는 단계는 제1 판과 제2 판의 슬라이딩을 통해 레퍼런스 물질의 반사도를 조절할 수 있다.
레퍼런스 물질은 완전 반사 물질 및 완전 반사 물질의 상부에 위치하는 투명도를 조절할 수 있는 필름으로 구성되며, 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하는 단계는 필름의 투명도를 조절하여 레퍼런스 물질의 반사도를 조절할 수 있다.
레퍼런스 물질의 반사도를 조절하는 단계는 레퍼런스 물질의 스펙트럼 측정에 사용되는 광원의 개수를 줄이거나 조정된 분광기의 파라미터를 다시 조정하여 레퍼런스 물질의 반사도를 간접적으로 조절할 수 있다.
제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출하는 단계는 반사도에 따른 스펙트럼의 관계를 정의한 환산식을 이용하여 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출할 수 있다.
또 다른 양상에 따른 시료 분석 장치는, 시료(sample)의 반사 스펙트럼의 강도(intensity)가 일정 범위 값을 가지도록 분광기의 파라미터를 조정하는 파라미터 조정부와, 파라미터가 조정된 분광기를 이용하여 시료의 반사 스펙트럼을 측정하는 시료 스펙트럼 측정부와, 레퍼런스 물질(reference material)의 반사 스펙트럼의 강도가 포화되지 않도록 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하고, 파라미터가 조정된 분광기를 이용하여 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 측정하는 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부와, 조절된 레퍼런스 물질의 반사도가 100%가 아닌 경우, 측정된 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 기반으로 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출하는 제1 레퍼런스 스펙트럼 산출부와, 파라미터가 조정된 분광기를 이용하여 광원이 꺼진 상태에서의 제2 레퍼런스 스펙트럼을 측정하는 제2 레퍼런스 스펙트럼 측정부와, 시료의 반사 스펙트럼, 제1 레퍼런스 스펙트럼 및 제2 레퍼런스 스펙트럼을 기반으로 시료의 투과도, 반사도 또는 흡광도 중 적어도 하나를 산출하는 산출부를 포함할 수 있다.
일정 범위는 분광기의 성능을 최대한 활용할 수 있도록 미리 결정될 수 있다.
분광기의 파라미터는 광원의 증폭 계수(preamp coefficient), 노출시간(integration time), 스캔 넘버(scan number), 해상도(resolution) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
레퍼런스 물질은 완전 반사 물질이 도포된 제1 판(plate)과 흡광 물질이 특정 무늬로 도포된 제2 판이 슬라이딩(sliding) 가능하도록 구성되며, 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부는 제1 판과 제2 판의 슬라이딩을 통해 상기 레퍼런스 물질의 반사도를 조절할 수 있다.
레퍼런스 물질은 완전 반사 물질 및 완전 반사 물질의 상부에 위치하는 투명도를 조절할 수 있는 필름으로 구성되며, 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부는 필름의 투명도를 조절하여 레퍼런스 물질의 반사도를 조절할 수 있다.
레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부는 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정에 사용되는 광원의 개수를 줄이거나 조정된 분광기의 파라미터를 다시 조정하여 레퍼런스 물질의 반사도를 간접적으로 조절할 수 있다.
시료 측정에 유리하도록 분광기의 파라미터를 조정하고, 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하여 낮은 반사도의 스펙트럼을 측정한 후 100% 반사도의 스펙트럼으로 변환함으로써 시료 스펙트럼의 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio: SNR)을 높일 수 있다.
도 1은 분광기의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 피부 스펙트럼 및 피부 스펙트럼 분석에 사용되는 레퍼런스 스펙트럼의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 4는 환산식의 예시도이다.
도 5는 시료 분석 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 6은 레퍼런스 스펙트럼 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 7은 시료 분석 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 분광기의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 분광기(100)는 광원(110), 수광부(120), TIA(Trans-Impedance Amplifier)(130) 및 ADC(Analog-Digital Converter)(140)를 포함할 수 있다.
광원(110)은 시료(sample)(10) 또는 레퍼런스 물질(reference material)(20)에 광을 조사하고, 수광부(120)는 시료(10) 또는 레퍼런스 물질(20)로부터 산란 또는 반사된 광을 검출할 수 있다. 이때, 수광부(120)에서 검출된 광의 강도는 전류 신호로 나타날 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광원(110)은 발광 다이오드(light emitted diode: LED) 또는 레이저 다이오드(laser diode)를 포함할 수 있고, 수광부(120)로 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor: PTr) 또는 전자 결합소자(charge-couple device: CCD)를 포함할 수 있다.
TIA(130)는 수광부(120)에서 검출된 광(전류 신호)를 증폭하고 이를 전압 신호로 변환할 수 있다.
ADC(140)는 TIA(130)에서 변환된 전압 신호를 디지털 전압 신호로 변환할 수 있다.
한편, 분광기(100)의 성능은 ADC(140)의 성능에 의존할 수 있다. 예컨대, 16 bit의 ADC를 포함하는 분광기는 0~65535의 ADC 값을 사용하는 것이 가능하다. 다시 말하면, 16 bit의 ADC를 포함하는 분광기(이하, 16 bit 분광기)는 0~65535의 ADC 값에 해당하는 강도(intensity)를 측정하는 것이 가능하다.
도 2는 피부 스펙트럼 및 피부 스펙트럼 분석에 사용되는 레퍼런스 스펙트럼의 예를 도시한 도면이다. 도 2는 16 bit 분광기를 이용하여 측정한 피부 스펙트럼(210) 및 레퍼런스 스펙트럼(220, 230)의 예를 도시한다.
분광기(100)를 이용하여 시료를 분석할 때, 시료의 투과도, 반사도, 흡광도 등을 측정하여 통계적 분석을 수행한다. 이때, 투과도, 반사도, 흡광도 등을 측정하기 위해서는 시료의 스펙트럼과 레퍼런스 스펙트럼을 측정한다.
레퍼런스 스펙트럼의 측정은 레퍼런스 물질(20)의 스펙트럼 측정을 통해 이루어진다. 레퍼런스 스펙트럼은 제1 레퍼런스 스펙트럼과 제2 레퍼런스 스펙트럼을 포함한다. 이때, 제1 레퍼런스 스펙트럼은 투과도 또는 반사도가 100%인 레퍼런스 물질의 스펙트럼이고, 제2 레퍼런스 스펙트럼은 투과도 또는 반사도가 0%인 레퍼런스 물질의 스펙트럼이다.
제1 레퍼런스 스펙트럼은 시료 스펙트럼을 측정할 때와 동일 조건(분광기 파라미터 및 분광기와의 거리 등)에서 100%의 반사도를 가지는 레퍼런스 물질(완전 반사 물질)에 광을 조사한 후 레퍼런스 물질에서 반사된 광을 수광부(120)에서 검출함으로써 측정될 수 있다.
제2 레퍼런스 스펙트럼은 광원(110)을 끈 상태에서 수광부(120)에서 검출한 광으로부터 측정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 100%의 반사도를 가지는 레퍼런스 물질(완전 반사 물질)은 테프론, 거울 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 시료의 투과도(T)는 수학식 1을 이용하여 측정할 수 있고, 흡광도(A)는 수학식 2를 이용하여 측정할 수 있다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 시료 스펙트럼의 강도,
Figure pat00003
은 제2 레퍼런스 스펙트럼의 강도,
Figure pat00004
은 제1 레퍼런스 스펙트럼의 강도를 나타낸다.
Figure pat00005
16 bit 분광기는 0~65535의 ADC 값을 사용할 수 있는데, 도 2에 도시된 예에서 제1 레퍼런스 스펙트럼(220)은 약 2500~30000의 ADC 값을 가지며, 제2 레퍼런스 스펙트럼(230)은 약 900의 ADC 값을 가진다. 따라서, 이후 측정되는 피부 스펙트럼(210)은 분광기 성능의 거의 반만 이용하여 측정되게 된다. 또한, 피부는 흡광도가 높은 편이어서, 측정된 피부 스펙트럼(210)은 5000 이하의 ADC 값을 가진다.
따라서, 도시된 예의 경우, 피부의 투과도, 반사도 또는 흡광도를 측정하는 데에 분광기 성능의 12분의 1만 사용한다.
도 3은 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
일 실시예에 따른 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 시료의 분석을 위한 스펙트럼 측정시 분광기의 성능을 최대한 활용할 수 있도록 레퍼런스 스펙트럼(제1 레퍼런스 스펙트럼, 제2 레퍼런스 스펙트럼)을 측정할 수 있다.
도 3을 참조하면, 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 파라미터 조정부(310), 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부(320), 제1 레퍼런스 스펙트럼 산출부(330) 및 제2 레퍼런스 스펙트럼 측정부(340)를 포함할 수 있다.
파라미터 조정부(310)는 시료의 반사 스펙트럼의 강도가 일정 범위 값을 가지도록 분광기의 파라미터를 조정할 수 있다. 이때, 분광기의 파라미터는 광원의 증폭 계수(preamp coefficient), 노출시간(integration time), 스캔 넘버(scan number), 해상도(resolution) 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 일정 범위는 분광기의 성능을 최대한 활용할 수 있도록 미리 결정될 수 있다. 예를 들어, 16 bit 분광기라고 가정하면, 분광기는 0~65535의 ADC 값을 사용하는 것이 가능하다. 동일 종류의 시료(예컨대, 피부)라고 하더라고 시료에 따른 미세한 차이가 있으므로, 이러한 차이를 고려하면 시료의 반사 스펙트럼의 강도가 0~55000의 ADC 값을 가지는 경우 분광기의 성능을 최대한 활용할 수 있을 것이다. 따라서, 분광기의 성능을 최대한 활용할 수 있는 일정 범위는 0~55000 ADC 값으로 결정될 수 있고, 파라미터 조정부(310)는 시료의 반사 스펙트럼의 강도가 0~55000의 ADC 값을 가지도록 분광기의 파라미터를 조정할 수 있다.
한편, 파라미터 조정부(310)는 시료의 반사 스펙트럼의 강도가 일정 범위 값을 가지도록 분광기(100)와 시료의 거리 즉, 측정 거리를 조정하는 것도 가능하다. 즉, 파라미터 조정부(310)는 분광기의 파라미터를 조정하는 것 이외에 분광기(100)와 시료의 거리를 조정함으로써 시료의 반사 스펙트럼의 강도가 일정 범위 값을 가지도록 할 수 있다.
레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부(320)는 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼의 강도가 포화되지 않도록 레퍼런스 물질의 반사도를 조절할 수 있다.
분광기(100)의 파라미터 조정으로 시료 스펙트럼의 강도를 높이는 경우, 측정되는 제1 레퍼런스 스펙트럼의 강도 역시 높아진다. 따라서, 상황에 따라서는 제1 레퍼런스 스펙트럼의 강도가 분광기(100)가 측정할 수 있는 범위를 넘게 되어 포화(saturation)될 수 있다. 따라서, 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부(320)는 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼의 강도가 포화되지 않도록 레퍼런스 물질의 반사도를 조절한다. 예컨대, 레퍼런스 물질이 반사도 100%인 경우, 파라미터가 조정된 분광기(100)를 이용하여 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 측정한 결과 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼의 강도가 포화될 수 있다. 이 경우 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부(320)는 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼의 강도가 포화되지 않도록 레퍼런스 물질의 반사도를 50%로 조절할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 레퍼런스 물질은 완전 반사 물질이 도포된 제1 판(plate)과 흡광 물질이 특정 무늬로 도포된 제2 판이 겹쳐져 슬라이딩(sliding) 가능하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부(320)는 제1 판과 제2 판의 슬라이딩을 통해 레퍼런스 물질의 반사도를 조절할 수 있다.
한편, 제2 판에 흡광 물질이 도포되는 특정 무늬는 특정 간격의 스트라이프 무늬일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 판에 흡광 물질이 도포되는 무늬와 간격은 분광기(100)의 광원(110)과 수광부(120)의 배치에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 레퍼런스 물질은 100% 반사도를 가지는 물질(완전 반사 물질) 및 완전 반사 물질의 상부에 위치하는 투명도를 조절할 수 있는 필름으로 구성될 수 있다. 이 경우, 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부(320)는 필름의 투명도를 조절하여 레퍼런스 물질의 반사도를 조절할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 분광기(100)가 복수개의 광원(110)을 포함하는 경우, 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부(320)는 레퍼런스 물질의 스펙트럼 측정에 사용되는 광원의 개수를 줄여 간접적으로 레퍼런스 물질의 반사도를 조절할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부(320)는 파라미터 조정부(310)에서 조정된 분광기의 파라미터를 다시 조정하여 레퍼런스 물질의 반사도를 간접적으로 조절할 수 있다. 예컨대, 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부(320)는 레퍼런스 물질의 스펙트럼 측정 시에 광원의 증폭 계수(preamp coefficient), 노출시간(integration time) 등을 줄여 레퍼런스 물질의 반사도를 간접적으로 조절할 수 있다.
레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부(320)는 파라미터가 조정된 분광기(100)를 이용하여 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 측정하고, 레퍼런스 물질의 반사도가 변경된 경우 반사도가 변경된 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 측정할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따르면, 반사 스펙트럼의 강도가 포화되지 않는 특정 반사도(예컨대, 반사도 50%)를 가지는 레퍼런스 물질이 결정되어 있는 경우, 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부(320)는 레퍼런스 물질의 반사도 조절 과정 없이 특정 반사도를 가지는 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 측정하는 것도 가능하다.
제1 레퍼런스 스펙트럼 산출부(330)는 조절된 레퍼런스 물질의 반사도가 100%가 아닌 경우, 측정된 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼으로부터 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출할 수 있다.
전술한 바와 같이 시료 분석을 위한 투과도, 흡광도 등을 산출하기 위해서는 제1 레퍼런스 스펙트럼이 필요하다(수학식 1 및 수학식 2 참조). 이때, 제1 레퍼런스 스펙트럼은 반사도가 100%인 레퍼런스 물질의 스펙트럼이며, 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부(320)에서 최종 측정된 레퍼런스 물질의 스펙트럼은 반사도가 조절된 레퍼런스 물질(예컨대, 반사도가 50%로 조절된 레퍼런스 물질)의 스펙트럼이다. 따라서, 제1 레퍼런스 스펙트럼 산출부(330)는 조절된 레퍼런스 물질의 반사도가 100%가 아닌 경우, 반사도가 조절된 레퍼런스 물질의 스펙트럼을 기반으로 반사도가 100%인 경우의 스펙트럼인 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출한다.
일 실시예에 따르면, 제1 레퍼런스 스펙트럼 산출부(330)는 반사도에 따른 스펙트럼의 관계를 정의한 환산식을 이용하여 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출할 수 있다. 이때, 환산식은 다양한 반사도에 대해 미리 측정된 스펙트럼을 이용하여 미리 정의될 수 있다.
제2 레퍼런스 스펙트럼 측정부(340)는 파라미터가 조정된 분광기(100)를 이용하여 광원(110)이 꺼진 상태에서의 제2 레퍼런스 스펙트럼을 측정할 수 있다.
도 4는 환산식의 예시도이다.
여기서, 참조번호 410은 다양한 반사도에 대해 측정된 스펙트럼이고, 참조번호 420은 다양한 반사도에 대해 측정된 스펙트럼을 기반으로 정의된 환산식을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 환산식은 반사도가 100%일 때의 스펙트럼과 각 반사도의 스펙트럼의 비로서 정의될 수 있다.
도 5는 시료 분석 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 시료 분석 장치(500)는 레퍼런스 스펙트럼 측정부(510), 시료 스펙트럼 측정부(520) 및 산출부(530)를 포함할 수 있다.
레퍼런스 스펙트럼 측정부(510)는 제1 레퍼런스 스펙트럼 및 제2 레퍼런스 스펙트럼을 측정할 수 있다. 이를 위해 레퍼런스 스펙트럼 측정부(510)는 파라미터 조정부(511), 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부(512), 제1 레퍼런스 스펙트럼 산출부(513) 및 제2 레퍼런스 스펙트럼 측정부(514)를 포함할 수 있다. 레퍼런스 스펙트럼 측정부(510) 및 레퍼런스 스펙트럼 측정부(510)의 각 구성(511 내지 514)은 도 3의 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(500)와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.
시료 스펙트럼 측정부(520)는 파라미터 조정부(511)에 의해 파라미터가 조정된 분광기(100)를 이용하여 시료의 반사 스펙트럼을 측정할 수 있다.
이를 통해, 시료 분석 장치(500)는 분광기의 성능을 최대한 활용하여 시료의 반사 스펙트럼을 측정할 수 있다.
산출부(530)는 시료 스펙트럼 측정부(520)에서 측정된 시료의 반사 스펙트럼, 제1 레퍼런스 스펙트럼 산출부(513)에서 산출된 제1 레퍼런스 스펙트럼, 및 제2 레퍼런스 스펙트럼 측정부(514)에서 측정된 제2 레퍼런스 스펙트럼을 기반으로 시료의 투과도, 반사도 또는 흡광도 등을 산출할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따르면, 시료 분석 장치(500)는 시료 분석시 투과도. 반사도 또는 흡광도의 절대값이 중요하지 않는 경우, 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출하지 않고, 수학식 3을 이용하여 새로운 정의된 흡광도를 산출하고 이를 시료 분석에 이용할 수 있다.
Figure pat00006
여기서,
Figure pat00007
는 시료 스펙트럼의 강도,
Figure pat00008
은 제2 레퍼런스 스펙트럼의 강도,
Figure pat00009
은 반사도가 k % 일 때의 스펙트럼의 강도를 나타낸다.
도 6은 레퍼런스 스펙트럼 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 시료의 반사 스펙트럼의 강도가 일정 범위 값을 가지도록 분광기의 파라미터를 조정한다(610). 이때, 분광기의 파라미터는 광원의 증폭 계수(preamp coefficient), 노출시간(integration time), 스캔 넘버(scan number), 해상도(resolution) 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 일정 범위는 분광기의 성능을 최대한 활용할 수 있도록 미리 결정될 수 있다.
레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼의 강도가 포화되지 않도록 레퍼런스 물질의 반사도를 조절한다(620).
분광기(100)의 파라미터 조정으로 시료 스펙트럼의 강도를 높이는 경우, 측정되는 제1 레퍼런스 스펙트럼의 강도 역시 높아진다. 따라서, 상황에 따라서는 제1 레퍼런스 스펙트럼의 강도가 분광기(100)가 측정할 수 있는 범위를 넘게 되어 포화(saturation)될 수 있다. 따라서, 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼의 강도가 포화되지 않도록 레퍼런스 물질의 반사도를 조절한다.
일 실시예에 따르면, 레퍼런스 물질은 완전 반사 물질이 도포된 제1 판(plate)과 흡광 물질이 특정 무늬로 도포된 제2 판이 겹쳐져 슬라이딩(sliding) 가능하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 제1 판과 제2 판의 슬라이딩을 통해 레퍼런스 물질의 반사도를 조절할 수 있다.
한편, 제2 판에 흡광 물질이 도포되는 특정 무늬는 특정 간격의 스트라이프 무늬일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 판에 흡광 물질이 도포되는 무늬와 간격은 분광기(100)의 광원과 수광부의 배치에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 레퍼런스 물질은 100% 반사도를 가지는 물질(완전 반사 물질) 및 완전 반사 물질의 상부에 위치하는 투명도를 조절할 수 있는 필름으로 구성될 수 있다. 이 경우, 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 필름의 투명도를 조절하여 레퍼런스 물질의 반사도를 조절할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 분광기(100)가 복수개의 광원(110)을 포함하는 경우, 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 레퍼런스 물질의 스펙트럼 측정에 사용되는 광원의 개수를 줄여 간접적으로 레퍼런스 물질의 반사도를 조절할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 단계 610에서 조정된 분광기의 파라미터를 다시 조정하여 레퍼런스 물질의 반사도를 간접적으로 조절할 수 있다. 예컨대, 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 레퍼런스 물질의 스펙트럼 측정 시에 광원의 증폭 계수(preamp coefficient), 노출시간(integration time) 등을 줄여 레퍼런스 물질의 반사도를 간접적으로 조절할 수 있다.
레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 파라미터가 조정된 분광기(100)를 이용하여 반사도가 변경된 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 측정한다(630).
한편, 일 실시예에 따르면, 반사 스펙트럼의 강도가 포화되지 않는 특정 반사도(예컨대, 반사도 50%)를 가지는 레퍼런스 물질이 결정되어 있는 경우, 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 레퍼런스 물질의 반사도 조절 과정 없이 특정 반사도를 가지는 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 측정하는 것도 가능하다.
레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 조절된 레퍼런스 물질의 반사도가 100%가 아닌 경우, 측정된 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼으로부터 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출한다(640).
일 실시예에 따르면, 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 반사도에 따른 스펙트럼의 관계를 정의한 환산식을 이용하여 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출할 수 있다. 이때, 환산식은 다양한 반사도에 대해 미리 측정된 스펙트럼을 이용하여 미리 정의될 수 있다.
레퍼런스 스펙트럼 측정 장치(300)는 파라미터가 조정된 분광기(100)를 이용하여 광원이 꺼진 상태에서의 제2 레퍼런스 스펙트럼을 측정한다(650).
도 7은 시료 분석 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 시료 분석 방법은 도 6의 레퍼런스 스펙트럼 측정 방법에 비하여 시료의 반사 스펙트럼을 측정하는 단계(605) 및 투과도, 반사도 또는 흡광도 중 적어도 하나를 산출하는 단계(660)를 더 포함할 수 있다.
시료의 반사 스펙트럼을 측정하는 단계(605)에서 시료 분석 장치(500)는 파라미터가 조정된 분광기(100)를 이용하여 시료의 반사 스펙트럼을 측정한다.
이를 통해, 시료 분석 장치(500)는 분광기의 성능을 최대한 활용하여 시료의 반사 스펙트럼을 측정할 수 있다.
투과도, 반사도 또는 흡광도 중 적어도 하나를 산출하는 단계(660)에서 시료 분석 장치(500)는 단계 605에서 측정된 시료의 반사 스펙트럼, 단계 640에서 산출된 제1 레퍼런스 스펙트럼, 및 단계 650에서 측정된 제2 레퍼런스 스펙트럼을 기반으로 시료의 투과도, 반사도 또는 흡광도 중 적어도 하나를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
10: 시료
20: 레퍼런스 물질
100: 분광기
110: 광원
120: 수광부
130: TIA
140: ADC
300: 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치
310, 511: 파라미터 조정부
320, 512: 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부
330, 513: 제1 레퍼런스 스펙트럼 산출부
340, 514: 제2 레퍼런스 스펙트럼 측정부
500: 시료 분석 장치
510: 레퍼런스 스펙트럼 측정부
520: 시료 스펙트럼 측정부
530: 산출부

Claims (20)

  1. 시료 분석을 위한 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치에 있어서,
    시료(sample)의 반사 스펙트럼의 강도(intensity)가 일정 범위 값을 가지도록 분광기의 파라미터를 조정하는 파라미터 조정부;
    레퍼런스 물질(reference material)의 반사 스펙트럼의 강도가 포화되지 않도록 상기 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하고, 상기 파라미터가 조정된 분광기를 이용하여 상기 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 측정하는 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부;
    상기 조절된 레퍼런스 물질의 반사도가 100%가 아닌 경우, 상기 측정된 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 기반으로 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출하는 제1 레퍼런스 스펙트럼 산출부; 및
    상기 파라미터가 조정된 분광기를 이용하여 광원이 꺼진 상태에서의 제2 레퍼런스 스펙트럼을 측정하는 제2 레퍼런스 스펙트럼 측정부; 를 포함하는 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일정 범위는 분광기의 성능을 최대한 활용할 수 있도록 미리 결정되는 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분광기의 파라미터는 광원의 증폭 계수(preamp coefficient), 노출시간(integration time), 스캔 넘버(scan number), 해상도(resolution) 중 적어도 하나를 포함하는 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런스 물질은 완전 반사 물질이 도포된 제1 판(plate)과 흡광 물질이 특정 무늬로 도포된 제2 판이 슬라이딩(sliding) 가능하도록 구성되며,
    상기 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부는 상기 제1 판과 제2 판의 슬라이딩을 통해 상기 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하는 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런스 물질은 완전 반사 물질 및 상기 완전 반사 물질의 상부에 위치하는 투명도를 조절할 수 있는 필름으로 구성되며,
    상기 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부는 상기 필름의 투명도를 조절하여 상기 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하는 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부는
    레퍼런스 물질 스펙트럼 측정에 사용되는 광원의 개수를 줄이거나 상기 조정된 분광기의 파라미터를 다시 조정하여 상기 레퍼런스 물질의 반사도를 간접적으로 조절하는 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레퍼런스 스펙트럼 산출부는 반사도에 따른 스펙트럼의 관계를 정의한 환산식을 이용하여 상기 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출하는 레퍼런스 스펙트럼 측정 장치.
  8. 시료 분석을 위한 레퍼런스 스펙트럼 측정 방법에 있어서,
    시료(sample)의 반사 스펙트럼의 강도(intensity)가 일정 범위 값을 가지도록 분광기의 파라미터를 조정하는 단계;
    레퍼런스 물질(reference material)의 반사 스펙트럼의 강도가 포화되지 않도록 상기 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하는 단계;
    상기 파라미터가 조정된 분광기를 이용하여 상기 반사도가 조절된 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 측정하는 단계;
    상기 조절된 레퍼런스 물질의 반사도가 100%가 아닌 경우, 상기 측정된 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 기반으로 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출하는 단계; 및
    상기 파라미터가 조정된 분광기를 이용하여 광원이 꺼진 상태에서의 제2 레퍼런스 스펙트럼을 측정하는 단계; 를 포함하는 레퍼런스 스펙트럼 측정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 일정 범위는 분광기의 성능을 최대한 활용할 수 있도록 미리 결정되는 레퍼런스 스펙트럼 측정 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 분광기의 파라미터는 광원의 증폭 계수(preamp coefficient), 노출시간(integration time), 스캔 넘버(scan number), 해상도(resolution) 중 적어도 하나를 포함하는 레퍼런스 스펙트럼 측정 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 레퍼런스 물질은 완전 반사 물질이 도포된 제1 판(plate)과 흡광 물질이 특정 무늬로 도포된 제2 판이 슬라이딩(sliding) 가능하도록 구성되며,
    상기 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하는 단계는 상기 제1 판과 제2 판의 슬라이딩을 통해 상기 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하는 레퍼런스 스펙트럼 측정 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 레퍼런스 물질은 완전 반사 물질 및 상기 완전 반사 물질의 상부에 위치하는 투명도를 조절할 수 있는 필름으로 구성되며,
    상기 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하는 단계는 상기 필름의 투명도를 조절하여 상기 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하는 레퍼런스 스펙트럼 측정 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하는 단계는
    레퍼런스 물질의 스펙트럼 측정에 사용되는 광원의 개수를 줄이거나 상기 조정된 분광기의 파라미터를 다시 조정하여 상기 레퍼런스 물질의 반사도를 간접적으로 조절하는 레퍼런스 스펙트럼 측정 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출하는 단계는 반사도에 따른 스펙트럼의 관계를 정의한 환산식을 이용하여 상기 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출하는 레퍼런스 스펙트럼 측정 방법.
  15. 시료 분석 장치에 있어서,
    시료(sample)의 반사 스펙트럼의 강도(intensity)가 일정 범위 값을 가지도록 분광기의 파라미터를 조정하는 파라미터 조정부;
    파라미터가 조정된 분광기를 이용하여 시료의 반사 스펙트럼을 측정하는 시료 스펙트럼 측정부;
    레퍼런스 물질(reference material)의 반사 스펙트럼의 강도가 포화되지 않도록 상기 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하고, 상기 파라미터가 조정된 분광기를 이용하여 상기 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 측정하는 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부;
    상기 조절된 레퍼런스 물질의 반사도가 100%가 아닌 경우, 상기 측정된 레퍼런스 물질의 반사 스펙트럼을 기반으로 제1 레퍼런스 스펙트럼을 산출하는 제1 레퍼런스 스펙트럼 산출부;
    상기 파라미터가 조정된 분광기를 이용하여 광원이 꺼진 상태에서의 제2 레퍼런스 스펙트럼을 측정하는 제2 레퍼런스 스펙트럼 측정부; 및
    상기 시료의 반사 스펙트럼, 상기 제1 레퍼런스 스펙트럼 및 상기 제2 레퍼런스 스펙트럼을 기반으로 시료의 투과도, 반사도 또는 흡광도 중 적어도 하나를 산출하는 산출부; 를 포함하는 시료 분석 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 일정 범위는 분광기의 성능을 최대한 활용할 수 있도록 미리 결정되는 시료 분석 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 분광기의 파라미터는 광원의 증폭 계수(preamp coefficient), 노출시간(integration time), 스캔 넘버(scan number), 해상도(resolution) 중 적어도 하나를 포함하는 시료 분석 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 레퍼런스 물질은 완전 반사 물질이 도포된 제1 판(plate)과 흡광 물질이 특정 무늬로 도포된 제2 판이 슬라이딩(sliding) 가능하도록 구성되며,
    상기 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부는 상기 제1 판과 제2 판의 슬라이딩을 통해 상기 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하는 시료 분석 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 레퍼런스 물질은 완전 반사 물질 및 상기 완전 반사 물질의 상부에 위치하는 투명도를 조절할 수 있는 필름으로 구성되며,
    상기 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부는 상기 필름의 투명도를 조절하여 상기 레퍼런스 물질의 반사도를 조절하는 레퍼런스 시료 분석 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 레퍼런스 물질 스펙트럼 측정부는
    레퍼런스 물질 스펙트럼 측정에 사용되는 광원의 개수를 줄이거나 상기 조정된 분광기의 파라미터를 다시 조정하여 상기 레퍼런스 물질의 반사도를 간접적으로 조절하는 시료 분석 장치.
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