KR100513728B1 - 광전 신호 검출기 - Google Patents

Abstract

안정된 온도 제어가 가능한 광전 신호검출기에 관해 개시된다.

개시된 광전 신호검출기는: 광신호를 전기적신호로 변환하는 광전변환소자를 갖춘 광 검출기와; 상기 광검출기가 장착되는 전자냉각소자와; 상기 전자냉각소자에 내장되는 온도센서를; 구비한다. 본 발명의 광전 신호검출기는 전자냉각장치의 표면이 직접 TO 캔 타입의 광 검출기의 베이스가 직접 접촉하도록 하여, 광 검출기와 전자냉각장치간의 열적 접촉상태를 개선하였다. 또한, 광검출기의 온도를 모니터링하는 온도 센서를 전자냉각장치의 기판, 특히 제1플레이트의 내면에 직접 부착하여 온도센서가 일체적으로 마련되는 전자냉각장치를 구성함으로써 정확한 온도의 센싱 및 이를 통한 정밀한 온도의 제어가 가능하게 된다.

Description

광전 신호 검출기{Opto-electric signal detector}

본 발명은 냉각장치를 갖춘 광전 신호 검출기에 관한 것으로서, 상세히는 정밀한 온도제어가 가능한 냉각장치를 갖춘 광전 신호검출기에 관한 것이다.

IR(적외선) 센서는 온도에 매우 민감하게 반응하여 약간의 온도편차에도 응답 감도가 변하며 또한 파장변화를 일으키게 된다. 따라서 정확한 신호 검출을 위해서는 매우 정밀한 온도조절이 필요하다. 그러나 온도조절용의 전자냉각모듈이 내장되어 있지 않는 TO 캔(Can) 타입의 센서 패키지는 별도의 쿨링 유닛(Cooling Unit)을 외장하여 간접 냉각하는 방식을 채용하고 있다. 이와 같이 외장 방식의 경우는 센서 패키지의 표면과 쿨링 유닛 사이에 표면의 불완전한 접촉으로 인하여 전자냉각모듈과의 열전달이 원활하게 이루어지지 않으며, 또한 온도감지용 프로브(Probe)도 열전달 블럭(Block)에 간접적으로 고정됨으로써 정확한 온도 검출이 어려운 문제가 있다.

일 예로 글루코즈 농도를 측정하기 위해 글루코즈에 흡수가 큰 파장대역과 흡수가 적은 파장대역을 포함하는 특정대역 스펙트럼을 발생시켜 이 분리된 파장들을 생체에 조사하여 반사 또는 투과된 광량을 검출기로 측정하여 파장별 광량의 흡수차이를 분석하여 혈중 성분의 농도를 정확히 측정한다. 그러나 글루코즈 농도변화에 다른 흡수 스펙트럼의 변화는 매우 적다. 따라서 이때 사용되는 검출기의 온도변화에 의한 스펙트럼 변화는 글루코즈 농도변화에 따른 흡수스펙트럼 영향보다 작아야 하며 결과로 검출기의 온도는 타겟 온도로 정밀하게 제어되어져야 한다.

USP 5,041,727은 스펙트로포토미터(spectrophotometer)에 이용되는 PbS 검출기의 온도를 주위온도보다 낮은 온도로 제어하기 의한 온도제어 유닛에 관한 장치에 관한 발명으로 밀폐된 하우징 안에 온도 검출 소자를 근적외선(near infrared radiation) 센서의 근처에 부착하는 구조이다. 이는 온도 검출 소자를 센서 인접면에 부착함으로서 불필요한 밀폐 하우징을 필요로 하는 단점이 있다. 전자냉각모듈의 표면이 직접 TO 캔의 하부면에 접촉하도록 하여, TO 캔과의 열적 접촉상태를 개선하였으나, TO 캔의 온도를 모니터링할 검출 프로브(Sensor Probe)는 전자냉각모듈의 기판 위에 직접 부착됨으로서 정확한 온도를 검출할 수 없는 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 TO 캔 타입의 검출기의 온도를 효과적으로 제어하기 의한 장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면,

광신호를 전기적신호로 변환하는 광전변환소자를 갖춘 광 검출기와;

상기 광검출기가 장착되는 전자냉각소자와;

상기 전자냉각소자에 내장되는 온도센서를; 구비하는 광전 신호검출기가 제공된다.

상기 본 발명의 신호 검출기에 있어서,

상기 광검출기는 상기 광전변화소자가 내장되는 헤드와 이를 지지하는 베이스 및 상기 광전변환소자에 전기적으로 연결되는 것으로 상기 베이스로부터 연장되는 복수의 리드를 갖추는 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게, 상기 전자냉각소자는:

상기 광 센서의 헤드가 위치하는 흡열측 제 1 플레이트와;

상판의 저부에 소정 간격을 두고 마련되는 방열측 제 2 플레이트;

상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이에 다수 배열되는 전자냉각소자를; 구비하며,

특히, 상기 온도 센서는 상기 제 1 플레이트의 내면에 부착된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 제 1 플레이트의 내면에는 상기 전자냉각소자가 전기적으로 연결되는 배선층이 형성되며, 더욱 바람직하게, 상기 온도 센서는 상기 배선층에 직접 연결되며, 상기 광 센서는 TO 캔 타입이다.

상기 본 발명의 광전 신호검출기에 있어서, 상기 헤드는 캔형인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 광전 신호검출기의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 광전 신호검출기의 개략적 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 광전 신호검출기의 개략적 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, TO 캔 타입의 광 검출기(10)가 전자냉각장치(20) 상에 고정되어 있고, 상기 광 검출기(10) 및 전자냉각장치(20)의 단열 재료로 형성된 브라켓(30)에 의해 보호되고 있다.

상기 광 검출기(10)는 내부에 광전변환소자가 내장된 헤드(11)와 헤드(11)의 하부를 지지하는 베이스(12) 그리고 상기 헤드(11) 내의 광전변환소자 등에 전기적으로 연결되는 것으로 상기 베이스(12)의 하부로 연장되는 다수의 리이드(13)를 갖춘다.

상기 전자온도제어장치(20)는 상기 헤드(11) 저부의 베이스(12)가 고정되는 흡열측의 제1플레이트(21) 와 방열측의 제2플레이트(22) 및 이들 사이에서 배치되는 다수의 전자냉각소자(23)를 구비한다.

상기 브라켓(30)은 상부의 헤드(11)와 헤드 하부의 전자냉각소자(23)를 수용하며, 상기 헤드(11)의 상면이 그 상부로 노출되도록 하는 몸체(33)와, 몸체(33) 양측에 마련되는 것으로 체결부품이 설치되는 관통공(32)이 형성되는 플랜지를 구비한다.

따라서 상기 브라켓(30)은 열저항이 높은 단열재료로 형성되는 것으로서 상기 헤드(11)와 전자냉각소자(23)를 보호하며, 도 2에 도시된 바와 같이 히트싱크(40)에 설치되어 상기 전자냉각소자(23)의 방열측 제2플레이트(22)로 부터의 열이 상기 히트싱크로 전달되게 한다.

상기와 같은 구조에 더하여 본 발명의 특징에 따라 상기 제1플레이트(21)의 내면에 온도센서(50)가 설치된다. 즉, 상기 온도센서(50)의 상기 제1플레이트(21)를 중심으로 상기 광 검출기(10)의 반대편에 마련되어 있다. 따라서, 광검출기(10)의 베이스(11)로부터 제1플레이트(21)로 흡수된 열을 온도센서(50)에 의해 정밀하게 검출할 수 있게 된다. 더욱이 온도센서(50)가 전자냉각소자(20)의 내부에서 보호되고 있기 때문에 제1플레이트(21)로 전달된 열에 의해 감응하고 외부로 부터의 열적 잡음에 대해 보호된다.

이와 같이 온도센서(50)가 전자냉각소자(20)의 내부에 마련되고, 특히 전기적 배선의 구성이 용이한 제1플레이트(21)의 내면에 설치되기 때문에 별도의 배선라인이 필요없다. 즉, 제1플레이트(21)와 제2플레이트(22)의 내면에는 전자냉각소자들을 전기적으로 연결하기 위한 배선층이 형성되어 있는데, 이 배선층을 형성할 당시에 상기 온도센서를 위한 배선층을 형성할 수 있어서, 추가적인 배선층의 형성이나 이들을 연결하기 위한 와이어링이 불필요하게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 광전 신호검출기에 적용되는 전자냉각소자(20)의 개략적 사시도이며, 도 5는 도 4의 B 부분의 확대도이다. 그리고 도 6a는 제1플레이트(21)의 내면을 보인 평면도이며, 도 6b는 제2플레이트(22)의 내면을 보인 평면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 전자냉각소자(20)로부터 열전냉각소자에 연결되는 한 쌍의 제1리이드(23a, 23a)와 온도센서(50)에 연결되는 한쌍의 제2리이드(50a, 50a)를 갖춘다. 제1플레이트(21)에 광검출기(10)의 리이드(13)가 통과하는 관통공(21a)가 다수개 형성되어 있다. 또한, 상기 제1플레이트(21)의 관통공(21a)에 대응하여 도 4b에 도시된바와 같이 제2플레이트(22)에 관통공(22a)이 형성되어 있다. 상기 제1플레이트(21)와 제2플레이트(22)의 사이에는 열전냉각소자(23)가 다수 배치되어 있다.

제1플레이트(21)와 제2플레이트(22)의 내면에는 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 열전냉각소자(23)들을 전기적으로 연결하는 배선층(21b, 22b)이 형성되어 있다. 한편, 도 6a에 도시된 바와 같이 제1플레이트(21)의 내면에 온도 센서(50)가 연결되는 배선층(21c, 21c)가 형성되어 있다.

여기에서 상기 제1플레이트(21) 및 제2플레이트(22)는 전기적 절연물질 예를 들어 알루미나(Al₂O₃)로 형성된다.

상기와 같은 본 발명의 광전 신호검출기는 전자냉각장치의 표면이 직접 TO 캔 타입의 광 검출기의 베이스가 직접 접촉하도록 하여, 광 검출기와 전자냉각장치간의 열적 접촉상태를 개선하였다. 또한, 광검출기(10)의 온도를 모니터링하는 온도 센서를 전자냉각장치의 기판, 특히 제1플레이트의 내면에 직접 부착하여 온도센서가 일체적으로 마련되는 전자냉각장치를 구성함으로써 정확한 온도의 센싱 및 이를 통한 정밀한 온도의 제어가 가능하게 된다.

본 발명의 광전 신호검출기의 응용분야는 다양하며, 온도 센서가 내장되지 않은 외장형(non-cooled) IR 센서 패키지에 적합하다. 예를 들어 광을 생체의 일부에 조사하여 투과하거나 반사되는 광을 측정하여 체액성분의 농도를 침습적 또는 비침습적으로 측정하는 시스템에 매우 효과적이며, 이외에 유사 응용 시스템에 응용가능하다.

상기 전자냉각장치의 전기적 사양 및 이에 관계되는 요소, 예를 들어 제1,제2플레이트의 형상이나 재질, 제1, 제2플레이트 내면에 형성되는 배선층의 형태 등은 광 검출기의 열용량 및 사용조건의 열부하에 따라 결정된다. 이러한, 본 발명에 따른 전자냉각장치는 온도제어 전용의 원칩(One Chip)형 하이브릿(Hybrid) 온도 제어회로를 설계한 결과 온도정밀도 및 신뢰성이 크게 향상되었다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 광전 신호 검출기의 개략적 외관을 보인 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 광전 신호 검출기의 개략적 단면도이다.

도 3는 도 2의 A 부분의 확대도이다.

도 4는 본 발명에 따른 광전 신호 검출기에 적용되는 전자냉각장치의 개략적 외관을 보이는 사시도이다.

도 5는 도 4의 B 부분의 확대도이다.

도 6a 및 도 6b는 도 4에 도시된 전자냉각장치의 제1플레이트와 제2플레이트의 내면을 각각 보이는 평면도이다.

Claims (7)

1. 광신호를 전기적신호로 변환하는 광전변환소자를 갖춘 광 검출기와;

   상기 광 검출기의 헤드가 장착되는 흡열측 제 1 플레이트와;

   제 1 플레이트와 소정 간격을 두고 마련되는 방열측 제 2 플레이트;

   상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이에 다수 배열되는 전자냉각소자

   상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이에 상기 전자냉각소자와 같이 배열되는 것으로 상기 제 1 플레이트의 내면에 고정되는 온도센서;

   상기 제 1 플레이트의 내면에 형성되어 상기 전자냉각소자가 전기적으로 연결되는 배선층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 광전 신호검출기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광검출기는 상기 광전변화소자가 내장되는 헤드와 이를 지지하는 베이스 및 상기 광전변환소자에 전기적으로 연결되는 것으로 상기 베이스로부터 연장되는 복수의 리드를 갖추는 것을 특징으로 가지는 광전 신호검출기.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 광 센서는 TO 캔 타입인 것을 특징으로 하는 광전 신호검출기.