KR101107977B1

KR101107977B1 - 광센싱 장치 및 이에 포함되는 광센서

Info

Publication number: KR101107977B1
Application number: KR1020040109910A
Authority: KR
Inventors: 이신두; 김학린
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단; 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2012-01-25
Also published as: KR20060071019A

Abstract

액정이 주입된 파브리 페롯 공진계를 이용하여 온도를 측정할 수 있는 광센싱 장치 및 이에 포함되는 광센서가 개시된다. 광센싱 장치는 광원부, 일측에 제1 전극이 형성된 제1 반사층과, 일측에 제2 전극이 형성되고 타측이 상기 제1 반사층의 타측과 대향하는 제2 반사층과, 상기 제1 및 제2 반사층의 타측 사이에 개재되는 액정층과, 상기 제1 및 제2 전극에 연결되어 전압을 인가하는 전압원을 포함하고, 광이 통과하면서 공진 현상이 발생되는 광센서부, 상기 광센서부를 통과한 광이 분배되는 분배부 및 상기 분배된 각 광의 세기가 일치하도록 하기 위해, 상기 전압원을 제어하여 전압을 보상하는 제어부를 포함한다. 이에 따라 온도에 따라 투과하는 광의 스펙트럼이 변하는 특성을 이용하여 온도 변화를 정밀하면서도 용이하게 측정할 수 있다.

온도 측정 광센서, 공진 파장, 액정층, 축성 대칭성

Description

광센싱 장치 및 이에 포함되는 광센서{OPTICAL SENSOR SYSTEM AND OPTICAL SENSOR INCLUDED IN THE SAME}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광센싱 장치의 동작 원리를 나타내는 구성도이다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 광센서의 단면도이고, 도 2b는 도 2a의 광센서에 포함되는 액정층의 배향을 나타내는 구조도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광센싱 장치를 이용하여 온도 변화를 전기적으로 측정하는 동작 원리를 나타내는 개념도이다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 의한 광센서에서, 온도에 따른 액정층의 굴절률 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4b는 온도에 따른 액정층의 밀도의 변화를 나타낸 그래프이며, 도 4c는 온도에 따른 시편의 내부 간극의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광센서에서, 온도 변화에 따른 액정층의 상 모드와 유효 이상 모드의 위상 지연 값의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 광센서에서, 온도 변화에 따른 투과 스펙트럼의 변화를 공진 모드별로 나타낸 그래프이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 광센서에서, 시편에 인가된 전압의 변화 에 따른 투과 스펙트럼의 변화를 공진 모드별로 나타낸 그래프이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 광센싱 장치에서, 유효 이상 모드의 공진 파장 변화를 온도 변화와 시편에 인가된 보상 전압의 상관 관계로 나타낸 그래프이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 광센싱 장치에서, 시편에 인가되는 보상 전압과 이에 따른 온도를 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 광대역 광원 200 : 광센서부

210, 220 : 제1 및 제2 시편 212, 222 : 제1 및 제2 기판

214, 224 : 제1 및 제2 전극 216, 226 : 제1 및 제2 반사층

218, 228 : 제1 및 제2 배향막 230 : 액정층

232, 234 : 액정 분자 240 : 전압원

310 : 광 분배기 320 : 대역 투과 필터

400 : 광 검출기 500 : 피드백 제어 회로

본 발명은 광센싱 장치 및 이에 포함되는 광센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파브리 페롯 공진계(Fabry Perot resonator) 내에 온도에 따라 굴절률이 민감하게 변하는 액정층을 주입하고 배향하여 투과 스펙트럼의 변화를 측정함으로써 상기 온도의 변화를 검출하는 광센싱 장치 및 이에 포함되는 광센서에 관한 것이다.

일반적으로, 온도 측정 광센싱 장치는 광센서부의 외부 온도 조건에 대해 상기 광센서부에서 전송되는 광신호의 세기나 위상 지연이 변화하는 정도를 측정함으로써 상기 온도 변화를 검출한다. 상기 광센서부에서 상기 온도 변화에 따른 상기 위상 지연의 변화를 이용하는 경우, 상기 투과 스펙트럼의 변화를 관찰하므로 비교적 정밀하고도 안정되게 상기 온도를 측정할 수 있다는 장점을 지닌다. 하지만, 상기 광센서부에 의해 유도된 상기 위상 지연의 정도를 측정하기 위해서는 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer)와 같은 고가의 부가적인 장비가 필요하므로 장치가 복잡해지고 가격이 필수적으로 상승하게 된다.

이에 반해, 상기 광센서부에서 상기 온도 변화에 따른 상기 광신호 세기의 변화를 이용하는 경우, 전송된 상기 광신호 세기만을 측정하므로 장치가 상대적으로 간단하고 가격이 낮다는 장점을 가진다 하지만, 광원 세기의 불안정성 및 광전송로 자체에 의한 광손실 등 외부 요인에 의해 상기 광신호가 변할 수 있으므로 현실적으로 구현하기 어렵다는 단점을 지닌다.

이러한 문제점들을 해결하기 위해, 상기 온도 변화에 의한 상기 스펙트럼의 변화가 전기장이나 장력과 같은 외부 요인으로 제어 가능하도록 상기 광센서부를 설계하는 시도가 있어 왔다. 예를 들어, 광섬유 격자 소자(optical fiber rating device)의 격자 주기에 따른 파장 선택 특성을 이용하는 방법들이 제안되었다.

하지만, 이러한 방법을 사용한 경우, 상기 온도 변화에 따른 상기 격자 주기 및 광섬유의 굴절률 변화가 적어서 상기 광센서부의 온도 민감도(sensitivity)에 한계가 있으며, 제조된 광섬유 격자 소자는 그 자체가 수동 소자이기 때문에 상기 투과 스펙트럼의 변화를 제어하기가 용이하지 않다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구성 요소로써 구현 가능하면서도 정밀하고 안정되게 온도를 측정할 수 있는 광센싱 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 광센싱 장치에 포함되는 광센서를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 광센싱 장치는 광원부, 일측에 제1 전극이 형성된 제1 반사층과, 일측에 제2 전극이 형성되고 타측이 상기 제1 반사층의 타측과 대향하는 제2 반사층과, 상기 제1 및 제2 반사층의 타측 사이에 개재되는 액정층과, 상기 제1 및 제2 전극에 연결되어 전압을 인가하는 전압원을 포함하고, 광이 통과하면서 공진 현상이 발생되는 광센서부, 상기 광센서부를 통과한 광이 분배되는 분배부 및 상기 분배된 각 광의 세기가 일치하도록 하기 위해, 상기 전압원을 제어하여 전압을 보상하는 제어부를 포함한다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 광센서는 일측에 제1 전극이 형성된 제1 반사층, 일측에 제2 전극이 형성되고 타측이 상기 제1 반사층의 타측과 대향하는 제2 반사층, 상기 제1 및 제2 반사층의 타측 사이에 개재되는 액정층 및 상기 제1 및 제2 전극에 연결되어 전압을 인가하는 전압원을 포함하고, 광이 통과하면서 공진 현상이 발생된다.

이러한 광센싱 장치 및 이에 포함되는 광센서에 의하면, 온도 변화에 따른 광의 스펙트럼 변화를 단지 낮은 전압 인가만으로 보상하여, 온도를 높은 민감도를 가지고 측정할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1을 참조하면, 광센싱 장치는 광원부(100), 광센서부(200), 분배부(300), 측정부(400) 및 제어부(500)를 포함한다.

상기 광원부(100)에서 출사된 광은 광섬유(102)를 통해 상기 광센서부(200)에 입사한다. 상기 입사된 광은 상기 광센서부(200)를 통과하면서 공진된다. 이때, 상기 광원부(100)로는 균일한 에너지 분포를 갖는 광대역 광원이 사용될 수 있다. 상기 공진된 광은 외부 온도에 따라, 기준 공진 모드에서의 광이 갖는 스펙트럼에서 변화된 상기 스펙트럼을 가진다.

상기 변화된 스펙트럼을 갖는 광은 분배부(300)를 통해 분할되어 이동한다. 상기 분배부(300)는 상기 광을 두 개로 분할하여 분배하는 광 분배기(beam splitter)(310)와 상기 분할된 두 개의 광을 투과시키는 제1 및 제2 대역 투과 필터(1st and 2nd bandpass filer)(322, 324)를 포함한다.

상기 제1 대역 투과 필터(322)와 제2 대역 투과 필터(324)는 기준 공진 파장 에 대해 서로 대칭인 파장 영역을 갖는다. 이때, 상기 제1 대역 투과 필터(322)가 갖는 파장 영역은 상기 제2 대역 투과 필터(324)가 갖는 파장 영역보다 큰 값을 갖는다. 상기 광 분배기(310)를 통해 1 :1 세기로 분할된 두 개의 광이 상기 제1 및 제2 대역 투과 필터(322, 324)를 통과하면서, 상기 제1 및 제2 대역 투과 필터(322, 324)가 갖는 파장 영역 내의 광들만 투과된다.

상기 투과된 광의 세기는, 측정부(400)로 사용되는 광검출기(photodetector)에 의해 광세기 단위로 측정된다. 상기 제어부(500)로 사용되는 피드백 제어 회로는 상기 측정된 두 광의 세기가 일치하도록 전압원(240)을 제어하여 일정한 전압을 보상하도록 한다.

이때, 상기 제어부(500)에, 상기 보상되는 전압 값과 이에 대응하는 온도 값을 나타내는 룩업 테이블(610)과, 상기 룩업 테이블(610)에 의해 상기 전압 값을 온도 값으로 변환하는 변환기(620)를 포함하는 변환부(600)를 연결함으로써, 상기 광센싱 장치를 온도 측정 장치로 사용할 수 있다. 물론 이때, 상기 룩업 테이블(610)이 나타내는 물리량에 따라서 상기 광센싱 장치는 다른 물리량 측정 장치로도 사용 가능하며, 예컨대 압력 측정 장치로도 사용될 수 있다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 광센서(200)는 제1 시편(210), 제2 시편(220), 액정층(230) 및 전압원(240)을 포함한다.

상기 제1 시편(210)은 제1 기판(212), 제1 전극(214), 제1 반사층(216) 및 제1 배향막(218)을 포함하고, 상기 제2 시편(220)은 제2 기판(222), 제2 전극(224), 제2 반사층(226) 및 제2 배향막(228)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 시편(210, 220) 사이에는 상기 액정층(230)이 개재되고, 상기 제1 및 제2 시편(210, 220)에는 상기 제1 및 제2 전극(214, 224)을 통해 상기 전압원(240)과 연결된다.

상기 제1 및 제2 기판(212, 222)은 광이 투과될 수 있도록 유리 등의 투명 재질로 형성된다. 이때, 상기 제1 및 제2 기판(212, 222)의 외부 표면은 입사광의 손실을 줄이기 위해 무반사 코팅 처리를 할 수 있다. 마찬가지로 상기 제1 및 제2 기판(212, 222) 상에 형성되는 상기 제1 및 제2 전극(214, 224)도 투명한 재질로 형성된다. 상기 제1 및 제2 전극(214, 224) 상에는 높은 반사율(98% 이상)을 갖는 유전 물질의 제1 및 제2 반사층(216, 226)이 형성되어 있는데, 상기 제1 및 제2 반사층(216, 226)으로는 일반적으로 거울이 사용된다.

상기 제1 및 제2 반사층(216, 226) 상에는 상기 액정층(230)을 배향할 수 있는 제1 및 제2 배향막(218, 228)이 도포되어 있다. 상기 제1 배향막(218)은 상기 액정층(230)을 수직으로 배향시키는 배향 특성을 갖고, 상기 제2 배향막(228)은 상기 액정층(230)을 수평으로 배향시키는 배향 특성을 갖는다.

상기 제1 및 제2 배향막(218, 228)은 상기 액정층(230)을 축성으로 배향할 수 있도록 축성 러빙이나 광배향 등의 표면처리를 한다. 따라서 상기 제1 및 제2 배향막(218, 228) 사이에 개재되는 액정층(230)은 입력광의 편광에 무관한 광투과 특성을 갖는다. 결국 상기 액정층(230)은 축성의 혼성 배향 구조(axially symmeric hybrid aligned geometry)를 갖는다.

상기 액정층(230)에 포함되는 액정 분자로는 네마틱 액정 분자(302, 304)가 사용될 수 있는데, 상기 네마틱 액정 분자(302, 304)가 사용된 상기 광센서(200)를 투과한 광의 스펙트럼은 아래 수학식 1의 형태의 공진 모드 조건에 의하여 공진 파장(resonant wavelength) λ를 갖는다.

상기 수학식 1에서 n은 입사광에 대한 상기 액정층(230)의 유효 굴절률을 나타내고, d는 상기 제1 및 제2 시편(210, 220) 사이의 내부 간극 즉, 상기 제1 배향막(218)과 제2 배향막(228) 사이의 거리를 나타내며, m은 공진 모드수(resonant mode number)를 나타낸다.

본 발명의 실시예에서는 상기 액정층(230)이 축성 대칭성을 가지고 배향되어 있으므로, 상기 투과 스펙트럼은 유효 공진 모드 파장(effective resonant mode wavelength; λeff)과 상 공진 모드 파장(ordinary resonant mode wavelength; λo)으로 이루어진다. 상기 유효 공진 모드 파장( λeff)의 경우는 온도 변화와 전압의 변화에 모두 응답하여 상기 투과 스펙트럼이 변한다.

하지만, 상기 상 공진 모드 파장( λo)의 경우는 상기 온도 변화에 의해서만 응답하고 상기 전압 변화에는 무관한 상기 투과 스펙트럼을 보인다. 따라서 본 발명의 실시예에 의해 전압 보상 효과를 이용하여 상기 온도 변화를 측정할 경우에는, 상기 유효 공진 모드 파장( λeff)의 상기 온도에 대한 변화만을 측정하면 된 다.

상기 온도를 측정하는 용도로 상기 광센서(200)를 사용할 경우는, 상기 온도 변화에 따라 상기 액정층(230)의 굴절률과 상기 제1 및 제2 시편(210, 220) 사이의 내부 간극이 변하는 특성을 이용한다. 상기 굴절률 및 내부 간극의 변화는 공진 모드 조건의 변화를 수반하고, 상기 공진 모드 조건의 변화는 상기 광센서(200)를 투과하는 광의 스펙트럼 변화를 일으킨다.

따라서 상기 투과된 광의 스펙트럼을 직접 스펙트럼 분석기를 이용해 분석함으로써 상기 온도를 측정할 수 있다. 또한, 도 1에서 설명한 바와 같이, 상기 스펙트럼 변화를 보상하는 전압을 상기 광센서(200)에 인가하고, 이때 상기 전압 값을 룩업 테이블(미도시)에 의해 온도 값으로 변환하는 변환기(미도시)를 설치함으로써 상기 온도를 간단하고도 정밀하게 측정할 수 있다.

이때, 상기 액정층(230)을 구성하는 액정 분자(302, 304)들의 방향자(director) 분포는 상기 제1 및 제2 전극(214, 224)을 통하여 인가된 전압에 의해 제어 가능하므로, 상기 광의 투과 스펙트럼은 정밀하게 제어 가능하다.

도 2a 및 도 2b에서는 본 발명의 일 실시예로서 셀 형태의 광센서(200)를 도시했으나, 광손실을 줄이기 위하여 상기 광센서(200)를 광섬유(optical fiber) 형태로 제작할 수도 있다.

도1 및 도 3을 참조하면, 광센서부(200)에 균일한 에너지 분포를 가지는 광 대역 광원으로부터 광이 광섬유(102)를 통해 전송될 경우, 초기 온도 조건 T = T0 와 초기 전압 조건 V = V0 하에서 기준 공진 파장( λref)을 갖는 제1 투과 스펙트럼(202)은 온도의 변화에 따라 변화한다.

상기 온도가 증가할 경우 상기 제1 투과 스펙트럼(202)은 장파장 쪽으로 이동하여 제2 투과 스펙트럼(204)이 되며, 상기 제1 투과 스펙트럼(202)의 이동 정도 및 방향은 제1 및 제2 대역 투과 필터(322, 324)들을 통해 투과된 광의 세기를 비교함으로써 감지된다. 즉, 장파장 대역의 상기 제1 대역 투과 필터(322)를 투과한 빛의 세기가 단파장 대역의 상기 제2 대역 투과 필터(324)를 투과한 빛의 세기보다 상대적으로 증가하여 온도가 증가하였음을 알 수 있다.

상기 온도 증가에 의해 상기 제1 투과 스펙트럼(202)이 변화되어 형성된 상기 제2 투과 스펙트럼(204)은, 상기 광센서부(200)에 포함된 전압원(240)에 의해 인가된 전압의 크기를 증가함으로써 보상할 수 있으며, 따라서 상기 인가된 전압의 크기가 증가함에 따라 공진 파장은 점점 단파장으로 이동하여 상기 기준 공진 파장( λref)으로 환원된다. 이 때, 상기 인가된 보상 전압의 크기 Vo + ΔV 는 상기 변화된 온도, To + ΔT 에 대응하게 된다.

마찬가지로, 초기 온도 조건 T = T0 와 초기 전압 조건 V = V0 하에서 기준 공진 파장( λref)을 갖는 상기 제1 투과 스펙트럼(202)은, 상기 온도가 감소할 경우 단파장 쪽으로 이동하며, 상기 제1 투과 스펙트럼(202)의 이동 정도 및 방향은 상기 제1 및 제2 대역 투과 필터(322, 324)들을 통해 투과된 광의 세기를 비교함으로써 감지된다. 즉, 상기 제2 대역 투과 필터(324)를 투과한 빛의 세기가 상기 제1 대역 투과 필터(322)를 투과한 빛의 세기보다 상대적으로 증가하여 온도가 감소하였음을 알 수 있다.

상기 온도 감소에 의해 상기 제1 투과 스펙트럼(202)이 변화되어 형성된 상기 제3 투과 스펙트럼(206)은, 상기 광센서부(200)에 포함된 전압원(240)에 의해 인가된 전압의 크기를 감소시킴으로써 보상할 수 있으며, 따라서 상기 인가된 전압의 크기가 감소함에 따라 상기 공진 파장은 점점 단파장으로 이동하여 상기 기준 공진 파장( λref)으로 환원된다. 이때, 상기 인가된 보상 전압의 크기 Vo - ΔV 는 상기 변화된 온도, To - ΔT 에 대응하게 된다.

도 4a, 4b 및 4c를 참조하면, 온도가 증가함에 따라, 액정층(230)의 상굴절률(ordinary refractive index; no)과 이상 굴절률(extraordinary refractive index; ne)은 감소하고, 상기 액정층(230)의 밀도는 감소하며, 상기 액정층(230)의 두께 즉, 시편의 내부 간극은 증가한다. 상기 온도 증가는 상기 액정층(230)의 액정 분자(302, 304)들의 질서도를 감소시키고 상기 액정층(230)의 부피를 증가시키기 때문이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광센서에서, 온도 변화에 따른 상 모드와 유효 이상 모드의 위상 지연 값의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 4a 내지 도 4c 및 도 5를 참조하면, 온도가 증가함에 따라 광센서(200)를 통과하여 공진된 광의 위상 지연 값이 증가하며, 상 공진 모드 파장( λo)이나 유효 이상 공진 모드 파장( λeff) 모두 마찬가지다.

상기 위상 지연 값이 증가하는 이유는 다음과 같이 설명된다. 즉, 상기 광센서(200)를 투과한 광의 투과 스펙트럼은 다음 수학식 2의 형태로 변화한다.

상기 수학식 2에서, 상기 위상의 변화량은, 상기 온도 변화량에 대한 액정층(230)의 굴절률 변화량 및 시편의 내부 간극 변화량에 의존한다. 그런데, 상기 온도가 증가함에 따라 상기 액정층(230)의 굴절률은 감소하지만, 상기 시편의 내부 간극의 증가가 더욱 크기 때문에 상기 위상 지연 값이 증가하게 되는 것이다.

도 6을 참조하면, 온도 증가에 따라 광센서(200)를 통과하면서 공진되는 광의 위상 지연 값이 증가하므로, 상 공진 모드 파장( λo)과 유효 이상 공진 모드 파장( λeff)은 온도 증가에 따라 모두 증가한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 광센서에서, 시편에 인가된 전압의 변화에 따른 투과 스펙트럼의 변화를 공진 모드별로 나타낸 그래프이다.

도 7을 참조하면, 고정된 온도 조건 30℃ 하에서 시편에 인가된 전압의 변화에 따른 투과 스펙트럼의 변화를 공진 모드별로 나타낸다. 상굴절률(no)은 상기 인가된 전압에 무관하므로, 유효 이상 공진 모드 파장( λo)이 상기 전압에 무관한 투과 스펙트럼을 보여준다. 하지만, 상기 인가된 전압의 크기가 증가함에 따라 액정층(230)의 방향자의 경사각(tilt angle)이 증가하므로 유효 굴절률(neff)이 감소하기 때문에 위상 지연 값이 줄어들고, 유효 이상 공진 모드 파장( λeff)이 감소하게 된다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 광센싱 장치에서, 유효 이상 모드의 공진 파장 변화를 온도 변화와 시편에 인가된 보상 전압의 상관 관계로 나타낸 그래프이다.

도 8을 참조하면, 초기 온도 조건 20℃에서 1568 nm의 기준 공진 파장( λref)을 가지고 있던 투과 스펙트럼은 온도가 10℃ 증가하면, 1580 nm 대역으로 공진 파장이 이동하게 된다. 이때, 약 1.3 V의 전압을 인가하여 보상하면 상기 공진 파장이 기준 공진 파장( λref)으로 환원된다. 즉, 온도 값은 전압원(240)에서 인가된 보상 전압 값으로 환산된다.

도 1 및 도 9를 참조하면, 제어부(500)에 의해 제어되는 전압원(240)에서 인가하는 보상 전압 값은, 광센싱 장치에서 광센서부(200)가 감지하는 온도 값으로 환산될 수 있음을 보여준다. 상기 도 9의 그래프는 상기 광센싱 장치에서 룩업 테 이블(610)로서 기능한다. 따라서, 상기 광센싱 장치가, 상기 룩업 테이블(610)과, 상기 룩업 테이블(610)에 의해 상기 전압 값을 온도 값으로 변환하는 변환기(620)를 포함하는 변환부(600)를 더 포함하면, 상기 광센싱 장치는 온도 측정 장치로 사용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 액정층이 공진계 내부에 개재된 파브리 페롯 구조를 갖는 광센싱 장치로 온도를 측정할 수 있다. 즉, 온도 변화에 따라 광센서부를 통과하면서 공진되는 광의 스펙트럼이 민감하게 변하며, 상기 스펙트럼의 변화는 상기 액정층에 인가된 보상 전압에 의해 상쇄되어 온도 변화를 보상 전압의 크기로 측정할 수 있다.

따라서 기존의 광센서로 구성되는 온도 측정 장치에 비해 정밀하면서도 간단하게 구현될 수 있다. 이때, 상기 온도 측정 광센싱 장치는 낮은 전압 영역에서도 동작될 수 있으며, 상기 광센서부의 구성이 단순하므로 제작 공정이 간단하다. 특히, 상기 광센서부 내부의 상기 액정층이 축성 대칭성을 가지도록 배향하여 상기 광센서부의 광투과 특성이 입사광의 편광에 무관하므로, 상기 광센싱 장치의 투과 특성이 매우 안정할 뿐 아니라 상기 광센싱 장치의 설계도 간단한 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 액정층이 개재된 광센서는 상기 광의 투과 스펙트럼의 변화를 직접 측정하는 기존 방식의 광센싱 장치에도 적용이 가능하다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

광원부;

일측에 제1 전극이 형성된 제1 반사층과, 일측에 제2 전극이 형성되고 타측이 상기 제1 반사층의 타측과 대향하는 제2 반사층과, 상기 제1 및 제2 반사층의 타측 사이에 개재되는 액정층과, 상기 제1 및 제2 전극에 연결되어 전압을 인가하는 전압원을 포함하고, 광이 통과하면서 상기 제1 반사층 및 상기 제2 반사층 사이의 도파에 의한 공진 현상이 발생되는 광센서부;

기준 공진 파장에 대해 대칭인 한 쌍의 대역 투과 필터를 포함하며, 상기 광센서부를 통과한 광을 상기 한 쌍의 대역 투과 필터에 투과시키는 분배부;

상기 한 쌍의 대역 투과 필터를 투과한 각 광의 세기를 측정하는 측정부;

상기 측정된 각 광의 세기를 비교하여, 서로 일치하도록 하기 위해, 상기 전압원을 제어하여 전압을 보상하는 제어부;

상기 보상되는 전압 값과 이에 대응하는 온도 값을 저장하는 룩업 테이블; 및

상기 룩업 테이블에 의해 상기 제어부에서 보상되는 전압 값을 온도 값으로 변환하는 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광센싱 장치.
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제1항에 있어서, 상기 제1 반사층의 타측에 배치되어, 상기 액정층이 축성 대칭성을 갖도록 상기 제1 반사층의 평면 방향으로 배향 처리되어 상기 액정층을 배향하는 제1 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광센싱 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 반사층의 타측에 배치되어, 상기 액정층이 축성 대칭성을 갖도록 상기 제2 반사층의 법선 방향으로 배향 처리되어 상기 액정층을 배향하는 제2 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광센싱 장치.
제1항에 있어서, 상기 광센서부는, 상기 제1 전극을 커버하되 상기 제1 전극이 상기 제1 반사층과 접하는 면의 반대면에 형성된 제1 기판과, 상기 제2 전극을 커버하되 상기 제2 전극이 상기 제2 반사층과 접하는 면의 반대면에 형성된 제2 기판을 더 포함하고,

상기 제1 기판 및 제2 기판은 무반사 코팅 처리된 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 광센싱 장치.
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일측에 제1 전극이 형성된 제1 반사층;

일측에 제2 전극이 형성되고 타측이 상기 제1 반사층의 타측과 대향하는 제2 반사층;

상기 제1 및 제2 반사층의 타측 사이에 개재되는 액정층; 및

상기 제1 및 제2 전극에 연결되어 전압을 인가하는 전압원을 포함하고,

광이 통과하면서 상기 제1 반사층 및 상기 제2 반사층 사이의 도파에 의한 공진 현상이 발생되는 광센서.
제9항에 있어서, 상기 제1 반사층의 타측에 배치되어, 상기 액정층이 축성 대칭성을 갖도록 상기 제1 반사층의 평면 방향으로 배향 처리되어 상기 액정층을 배향하는 제1 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서.
제9항에 있어서, 상기 제2 반사층의 타측에 배치되어, 상기 액정층이 축성 대칭성을 갖도록 상기 제2 반사층의 법선 방향으로 배향 처리되어 상기 액정층을 배향하는 제2 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서.
제9항에 있어서, 상기 광센서는,

상기 제1 전극을 커버하되 상기 제1 전극이 상기 제1 반사층과 접하는 면의 반대면에 형성된 제1 기판과, 상기 제2 전극을 커버하되 상기 제2 전극이 상기 제2 반사층과 접하는 면의 반대면에 형성된 제2 기판을 더 포함하고, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 무반사 코팅 처리된 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 광센서.