KR101469238B1 - 적외선 광원 장치 및 이를 포함하는 가스 측정 광학계 - Google Patents
적외선 광원 장치 및 이를 포함하는 가스 측정 광학계 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101469238B1 KR101469238B1 KR1020130046365A KR20130046365A KR101469238B1 KR 101469238 B1 KR101469238 B1 KR 101469238B1 KR 1020130046365 A KR1020130046365 A KR 1020130046365A KR 20130046365 A KR20130046365 A KR 20130046365A KR 101469238 B1 KR101469238 B1 KR 101469238B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- infrared light
- light source
- heating element
- lens
- source unit
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 38
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 29
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 19
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 13
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 3
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 claims description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
- G01J3/108—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry for measurement in the infrared range
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/37—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using pneumatic detection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/59—Transmissivity
- G01N21/61—Non-dispersive gas analysers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
적외선 광원 장치 및 이를 포함하는 가스 측정 광학계가 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 적외선 광원 장치는, 발열체를 이용하여 적외선 광을 방사하는 적외선 광원부; 상기 적외선 광원부에서 방사되는 적외선 광을 평행광 또는 집속광으로 변환하는 렌즈; 및 상기 적외선 광원부와 상기 렌즈를 광축 방향에 맞게 조립하여 일체화 시키고, 일정 방위를 벗어나 방사되는 적외선 광을 차단하는 경사면이 형성된 조립 기구부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 적외선 광원 장치는, 발열체를 이용하여 적외선 광을 방사하는 적외선 광원부; 상기 적외선 광원부에서 방사되는 적외선 광을 평행광 또는 집속광으로 변환하는 렌즈; 및 상기 적외선 광원부와 상기 렌즈를 광축 방향에 맞게 조립하여 일체화 시키고, 일정 방위를 벗어나 방사되는 적외선 광을 차단하는 경사면이 형성된 조립 기구부를 포함한다.
Description
본 발명은 적외선 광원 장치 및 이를 포함하는 가스 측정 광학계에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 적외선 광원에서 방사되는 적외선 광을 원활하게 평행 또는 집속(Focused)하는 적외선 광원장치 및 이를 포함하는 가스 측정 광학계에 관한 것이다.
일반적으로 각종 가스가 에너지원으로 널리 이용되기 시작하면서 산업 분야전반에 걸쳐 가스 측정을 위한 가스 센서의 활용도가 높아지고 있다.
그 중에서도 가스 측정 광학계는 가스의 성분을 측정한 후 그 결과에 따라 장치를 제어하는데 사용하거나 위험경보를 발생하기 위한 목적으로 기체 속에 포함되어 있는 가스 성분량을 측정하는데 사용하고 있다.
예컨대, 도 1은 종래의 적외선 광학방식을 이용한 가스 측정 광학계의 구성을 나타낸다.
첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 적외선 광학방식을 이용한 가스 측정 광학계는 적외선 방사를 위한 적외선 광원(1), 적외선 광원(1)에서 방사되는 적외선 광선(이하, 적외선 광이라 칭함)을 평행광으로 변환하기 위한 평행광 렌즈(2), 적외선 투과 원도우가 포함된 측정 가스가 채워질 수 있는 가스셀(3), 가스셀(3)을 통과한 적외선 광을 적외선 광센서에 집광하는 구면 회전 대칭 형상의 집광렌즈(4), 적외선을 측정광과 참조광으로 분리하는 광 분리기(5), 특정한 파장대역만을 투과 시킬 수 있는 측정광 필터(6)와 참조광 필터(7)를 통과한 투과광의 세기 변화를 측정하는 측정광 센서(8) 및 참조광 센서(9)로 구성된다.
여기서, 측정광 센서(8)는 가스셀(3) 내에 존재하는 가스에 의해 흡수되는 적외선 광의 세기 변화를 측정에 사용되며, 참조광 센서(9)는 적외선 광원(1)의 세기 변화 등의 변화 요인을 측정하여 측정광 센서(8)에서 측정되는 신호의 보정을 위해 참조 신호 발생으로 사용된다.
이러한 가스 측정 광학계가 정확한 센서 값 측정을 위해서는 적외선 광원(1)의 세기 변화에 따라 방사되는 적외선 광들이 일정 각도로 평행광 렌즈(2)에 정확히 입사되어 안정적인 평행광을 형성하는 것이 매우 중요하다.
그러나, 종래에는 적외선 광원(1)과 평행광 렌즈(2)가 일정 거리를 두고 설치되어 광축 정렬에 조금이라도 틀어지는 경우 적외선 광들의 입사가 제대로 이루어지지 않아 평행광 형성에 오차가 발생되는 단점이 있으며, 이로 인해 그 측정 성능이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 적외선 광원(1)에서 방사되는 적외선 광 중에 일정 방사각도를 벗어나는 광들이 불규칙하게 평행광 렌즈(2)에 입사되는 경우에도 평행광 형성과 그 측정 성능에 나쁜 영향을 주는 문제점이 있다.
따라서, 산업/공업 전반에 걸쳐 사용되고 있는 가스 센서의 중요도가 높아지고 있는 만큼 그 검출 성능을 유지하면서도 내구성이 향상되는 가스 측정 광학계의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 실시 예는 적외선 광원부와 렌즈를 일체화하는 조립 기구를 통해 광축 정렬에 대한 오차를 최소화하고 설계된 방사각을 벗어난 적외선 광을 효과적으로 차단하는 적외선 광원 장치 및 이를 포함하는 가스 측정 광학계를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 적외선 광원 장치는, 발열체를 이용하여 적외선 광을 방사하는 적외선 광원부; 상기 적외선 광원부에서 방사되는 적외선 광을 평행광 또는 집속광으로 변환하는 렌즈; 및 상기 적외선 광원부와 상기 렌즈를 광축 방향에 맞게 조립하여 일체화 시키고, 일정 방위를 벗어나 방사되는 적외선 광을 차단하는 경사면이 형성된 조립 기구부를 포함한다.
또한, 상기 조립 기구부는, 상기 일정 방위를 벗어나 방사되는 적외선 광이 반사되지 않도록 상기 경사면에 무반사막이 코팅될 수 있다.
또한, 상기 조립 기구부는, 하부에 광축을 중심으로 일부가 개방되어 상기 적외선 광원부를 감싸는 형태로 결합하는 결합홈; 상부에 상기 광축을 중심으로 단차지게 형성되어 상기 렌즈가 삽입된 상태로 고정하는 렌즈 고정홈; 상기 렌즈 고정홈의 하부에 상기 광축을 중심으로 형성되어 상기 적외선 광원부에서 방사되는 적외선 광이 일정한 방위로 상기 렌즈에 입사되도록 하는 입사 구멍; 및 상부에 외부 기기와 결합할 수 있도록 형성된 요철 형상의 결합 구조를 포함할 수 있다.
또한, 상기 조립 기구부는, 합성수지 또는 금속 재료 중 어느 하나로 구성되며, 적외선 광 반사를 방지하기 위해 무광의 검정색 소재로 구성될 수 있다.
또한, 상기 렌즈는, 일측이 평면인 렌즈 또는 일측이 평면인 볼록 렌즈 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
또한, 상기 적외선 광원부는, 기판상에 형성된 멤브레인의 중앙에 설치되는 발열체; 상기 발열체에 전원을 공급하기 위하여 상기 기판의 하부 양측에 설치되는 외부전원단자; 일단이 상기 외부전원단자와 연결되고 상기 기판의 일부를 관통하는 관통전극; 및 상기 기판상에서 상기 관통전극의 타단과 상기 발열체를 전기적으로 연결하는 발열체 전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 멤브레인의 상부에는 상기 경사면에서 반사된 적외선 광을 흡수하는 무반사막이 형성될 수 있다.
또한, 상기 발열체는, 상기 발열체 전극의 비저항 보다 큰 n-type 또는 p-type 도핑된 폴리실리콘 막으로 구성되며, 상기 발열체의 막 두께는 0.1 내지 2.0um의 범위 이내로 할 수 있다.
또한, 상기 조립 기구부는, 각각 조립되는 상기 적외선 광원부와 상기 렌즈사이의 밀봉된 공간에 상기 발열체의 산화 방지를 위해 질소(N2) 또는 알르곤(Ar) 중 어느 하나의 불활성 가스층을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 적외선 광학방식을 이용한 가스 측정 광학계는, 상기한 항들 중 어느 하나의 적외선 광원 장치를 포함하여 이루어질 수 있다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따르면, 조립 기구부를 통해 적외선 광을 방사하는 적외선 광원부와 적외선 광을 평행 또는 집속 시키는 렌즈를 일체로 조립함으로써 적외선 광원부와 렌즈 사이의 광축 정렬을 용이하게 할 수 있다.
또한, 조립 기구부의 하부에 경사면을 형성하여 적외선 광원부에서 방사되는 적외선 광들 중에서 일정 방사각도 범위 내의 적외선 광만을 렌즈에 입사시키고, 일정 방사각도 범위를 벗어나는 적외선 광은 차단함으로써 규칙적이고 양질의 평행광 및 집속광을 형성 할 수 있다.
또한, 적외선 광원부의 상부 표면에 무반사막을 형성하여 경사면에서 반사된 적외선 광이 적외선 광원부의 표면에서 재 반사되어 렌즈로 입사되는 것을 예방할 수 있다.
도 1은 종래의 적외선 광학방식을 이용한 가스 측정 광학계의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 광원 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무반사막이 형성된 적외선 광원부의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무반사막이 형성된 적외선 광원부의 구성을 나타낸 A-A' 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 광원 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무반사막이 형성된 적외선 광원부의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무반사막이 형성된 적외선 광원부의 구성을 나타낸 A-A' 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 가스 센서 및 그 제조 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 광원 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 광원 장치(100)는 적외선 광원부(110), 렌즈(120) 및 조립 기구부(130)를 포함한다.
적외선 광원부(110)는 발열체(113)를 이용하여 적외선 광을 방사하며, 상기 적외선 광이 방사되는 측의 표면에는 적외선 무반사막(118, 도 3 및 도 4에 도시)이 코팅된다.
적외선 광원부(110)의 적외선 광 방사 원리는 플랑크 법칙(Planck's law)을 이용한 것으로 발열체(113)의 온도 따라 발열체(113)에서 적외선 파장대역을 포함한 다양한 스펙트럼 분포의 광들이 방사한다.
렌즈(120)는 적외선 광원부(110)로부터 방사되는 적외선 광을 평행광 또는 집속광으로 변환하는 역할을 한다. 이 때, 렌즈(120)는 도 1에서와 같이 일측이 평면인 렌즈로 구성할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 일측이 평면인 볼록 렌즈를 적용할 수 있다. 그리고, 상기 평행광과 집속광은 적외선 광원 장치(100)가 적용되는 기기의 용도에 따라 달라질 수 있다.
조립 기구부(130)는 적외선 광원부(110)와 렌즈(120)를 광축 방향에 맞게 조립하여 일체화 시키고, 적외선 광원부(110)로부터 일정 방위를 벗어나 방사되는 적외선 광을 차단하는 경사면(134)이 형성된다.
조립 기구부(130)는 하부의 일부가 개방된 결합홈(131)이 형성되어 적외선 광원부(110)를 감싸는 형태로 결합하고, 상부에 단차진 형태의 렌즈 고정홈(132)이 형성되어 렌즈(120)가 삽입된 상태로 고정한다.
그리고, 조립 기구부(130)는 렌즈(120) 중앙의 광축을 중심으로 하는 일정 영역의 입사 구멍(133)이 형성되어 적외선 광원부(110)에서 방사되는 적외선 광이 일정한 방위로 렌즈(120)에 입사되도록 한다.
이 때, 조립 기구부(130)에 형성되는 결합홈(131)과 렌즈 고정홈(132)은 적외선 광원부(110)와 렌즈(120)의 조립 시 광축 정렬을 용이하게 하고, 평행광 또는 집속광을 만들기 위한 정확한 위치에 고정될 수 있도록 형성된다.
한편, 조립 기구부(130)의 결합홈(131)과 렌즈 고정홈(132)에 각각 조립되는 적외선 광원 소자(110)와 렌즈(120)는 접착제를 사용하여 고정 및 밀봉된다.
이 때, 밀봉된 렌즈(120)와 적외선 광원부(110) 사이에 형성되는 공간에는 질소(N2) 또는 알르곤(Ar) 가스와 같은 불활성 가스층(135)을 형성하여 발열체(113)의 사용 수명을 높일 수 있다.
좀더 구체적으로 설명하면, 적외선 광원부(110)가 적외선 광을 방사하기 위해서는 발열체(113)를 충분히 높은 온도로 가열해야 하며, 발열체(113)가 높은 온도로 가열되면 대기 중의 산소와 반응하여 산화되어 발열체(113)로써의 특성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 적외선 광원부(110)는 발열체(113)의 주위 공간이 밀봉된 상태에서 질소(N2) 또는 알르곤(Ar) 가스와 같은 불활성 가스를 채워 사용함으로써 산화를 방지하고 사용 수명을 늘릴 수 있다.
한편, 조립 기구부(130)는 적외선 광이 입사되는 입사 구멍(133)로부터 결합홈(131)까지 경사지게 형성되는 경사면(134)을 포함하여, 적외선 광원부(110)에서 방사되는 적외선 광들 중 일정 방위 각도를 벗어나는 적외선 광선이 렌즈(120)로 입사되지 않도록 차단한다.
이 때, 조립 기구부(130)의 재료로는 적외선 광의 흡수를 위해 검정색의 합성수지나 금속재료를 사용할 수 있다. 특히, 금속재료를 사용하는 경우 표면처리를 통해 검정색 표면을 형성하여 경사면(134)에서 반사되는 광 세기를 감소시킬 수 있다.
또한, 적외선 광원부(110)와 경사면(134)이 이루는 각도에 의해서 외곽으로 갈수록 간격이 점차 좁아지도록 형성함으로써 설정 방사각에서 벗어난 적외선 광선들이 경사면(134)에서 미처 흡수되지 못하고 일부 반사되더라도 적외선 광원부(110) 표면 사이를 반복 반사하면서 세기가 점차 감소할 수 있도록 한다.
또한, 반사광 세기 감소를 효과적으로 높이기 위해 경사면(134)에도 적외선광원부(110)의 표면과 같이 검정계열의 무반사막을 추가로 형성할 수 있다.
이 밖에도 조립 기구부(130)는 적외선 광원 소자(110)와 렌즈(120)가 조립된 적외선 광원 장치(100)를 외부 기기와 용이하게 결합할 수 있도록 요철(凹,凸) 형상의 결합 구조(136)를 상부에 더 형성할 수 있다.
한편, 다음의 도 3 및 도 4를 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 광원부의 세부 구성을 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무반사막이 형성된 적외선 광원부의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무반사막이 형성된 적외선 광원부의 구성을 나타낸 A-A' 단면도이다.
첨부된 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 에에 따른 적외선 광원부(110)는 기판(111)상에 설치되는 멤브레인(112), 멤브레인(112)의 상부 중앙에 설치되는 발열체(113), 발열체(113)에 전원을 공급하기 위하여 기판(111)의 하부 양측에 설치되는 외부전원단자(114), 일단이 외부전원단자(114)와 연결되어 기판(111)의 일부를 관통하는 관통전극(115), 기판(111)상에서 관통전극(115)의 타단과 발열체(113)를 전기적으로 연결하는 발열체 전극(116)을 포함한다.
기판(111)은 실리콘(Si) 재질의 기판을 사용하며, 멤브레인(111)을 형성하기 위해 멤브레인(111)이 설치된 기판 하부의 일부를 식각 제거하여 케비티(117)를 형성한다.
멤브레인(112)은 발열체(113)에서 발생된 열이 기판(111)쪽의 빠져나가는 것을 방지하여 구동 소비전력을 최소화하는 역할을 한다.
이 때, 멤브레인(112)은 실리콘질화(SiNx)막 또는 실리콘질화(SiNx)막과 실리콘산화막(SiO2)막을 적층하여 형성한다. 그리고, 멤브레인(112)의 실리콘질화(SiNx)막, 실리콘질화(SiNx)막 및 실리콘산화막(SiO2)은 LPCVD 증착방법을 이용하여 형성할 수 있다.
발열체(113)는 멤브레인(112) 상부 중앙 안쪽에 형성하며, 발열체 전극(116)의 비저항 보다 큰 n-type 또는 p-type 도핑된 폴리실리콘 막으로 구성한다.
발열체(113)의 막 두께는 0.1~2.0um의 범위 이내로 한다. 이 때, 발열체(113)의 두께가 너무 얇으면 내구성에 문제가 있으며 너무 두꺼우면 제조 공정상에 어려움이 발생된다.
발열체(113)에 전원을 공급하기 위한 발열체 전극(116)은 발열체 양단의 일부를 감싸는 구조로 기판(111) 상부에 형성하며, 발열체 전극(116)의 재료는 발열체(113) 보다 작은 비저항을 갖는 재료를 사용한다. 예컨대, 발열체 전극(116)의 재료로는 알루미늄(Al), 금(Au) 및 백금(Pt)을 사용할 수 있다.
외부전원단자(114)는 외부에서 전원을 인가하기 위해 기판(111) 하부의 양측에 형성된다.
관통전극(115)은 외부전원단자(114)와 발열체 전극(116)을 연결하기 위해 기판(111)을 관통하는 구멍을 형성하고, 구멍에 도금방법을 이용하여 구리(Cu)와 같은 전도성 금속을 채워 넣어 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따르면, 적외선 광원부(110)의 상부 표면에는 적외선 대역 무반사막(118)이 형성된다.
예컨대, 적외선 광원부의 상부 표면에서 발열체(113), 발열체 전극(116)을 제외한 멤브레인(112) 상부에 적외선 무반사막을 형성할 수 있다.
따라서, 조립 기구부(130)의 경사면(134)에서 반사(차단)된 적외선 광이 적외선 광원부(110)의 표면에 형성된 무반사막(118)으로 인해 재 반사되어 렌즈(120)에 입사 되는 것을 방지하거나 이를 최소화 할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 적외선 광을 방사하는 적외선 광원부(110)와 적외선 광을 평행 또는 집속 시키는 렌즈(120)를 조립 기구부(130)를 통해 일체로 조립함으로써 적외선 광원부(110)와 렌즈(120) 사이의 광축 정렬을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 조립 기구부(130)의 하부에 경사면(134)을 형성하여 적외선 광원부(110)에서 방사되는 적외선 광들 중에서 일정 방사각도 범위 내의 적외선 광만을 렌즈에 입사시키고, 일정 방사각도 범위를 벗어나는 적외선 광은 차단함으로써 양질의 평행광 및 집속광을 형성 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 적외선 광원부(110)의 상부 표면에 무반사막을 형성하여 경사면(134)에서 반사된 적외선 광이 적외선 광원부(110)의 표면에서 재 반사되어 렌즈로 입사되는 것을 예방할 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 기술적 적용이 가능하다.
예컨대, 상기한 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 광원 장치(100)를 포함하는 적외선 광학방식을 이용한 가스 측정 광학계를 구성하여 안정적인 평행광 형성에 따른 가스 측정 광학계의 측정 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 가스 측정 광학계 이외에도 적외선 광학방식을 사용하는 다양한 산업 기기에 적용하여 그 성능을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 적외선 광원 장치 110: 적외선 광원부
111: 기판 112: 멤브레인
113: 발열체 114: 외부전원단자
115: 관통전극 116: 발열체 전극
117: 케비티 118: 무반사막
120: 렌즈 130: 조립 기구부
131: 결합홈 132: 렌즈 고정홈
133: 입사 구멍 134: 경사면
135: 불활성 가스층 136: 결합 구조
111: 기판 112: 멤브레인
113: 발열체 114: 외부전원단자
115: 관통전극 116: 발열체 전극
117: 케비티 118: 무반사막
120: 렌즈 130: 조립 기구부
131: 결합홈 132: 렌즈 고정홈
133: 입사 구멍 134: 경사면
135: 불활성 가스층 136: 결합 구조
Claims (8)
- 발열체를 이용하여 적외선 광을 방사하는 적외선 광원부;
상기 적외선 광원부에서 방사되는 적외선 광을 평행광으로 변환하는 렌즈; 및
상기 적외선 광원부와 상기 렌즈를 광축 방향에 맞게 조립하여 일체화 시키고, 상기 렌즈의 하부에 광축을 중심으로 형성되며 상기 적외선 광원부에서 방사되는 적외선 광이 일정한 방위로 상기 렌즈에 입사되도록 하는 입사 구멍으로부터 상기 광축을 중심으로 상기 입사 구멍보다 크게 개방되어 상기 적외선 광원부를 감싸는 형태로 결합하는 결합홈까지 경사지게 형성되어 일정 방위를 벗어나 방사되는 적외선 광을 차단하는 경사면이 형성된 조립 기구부를 포함하며,
상기 경사면은 경사를 이루는 각도에 의해서 외곽으로 갈수록 적외선 광원부의 표면과의 간격이 점차 좁아지도록 형성되어 일정 방사각에서 벗어난 적외선 광을 흡수하고 일부 반사된 광을 상기 적외선 광원부의 외곽측 표면 사이로 반복 반사시켜 광 세기를 감소시키는 적외선 광원 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 조립 기구부는,
상기 일정 방위를 벗어나 방사되는 적외선 광이 반사되지 않도록 상기 경사면에 무반사막이 코팅된 적외선 광원 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 조립 기구부는,
상부에 상기 광축을 중심으로 단차지게 형성되어 상기 렌즈가 삽입된 상태로 고정하는 렌즈 고정홈; 및
상부에 외부 기기와 결합할 수 있도록 형성된 요철 형상의 결합 구조
를 포함하는 적외선 광원 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 조립 기구부는,
합성수지 또는 금속 재료 중 어느 하나로 구성되며, 적외선 광 반사를 방지하기 위해 무광의 검정색 소재로 구성된 적외선 광원 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 적외선 광원부는,
기판상에 형성된 멤브레인의 중앙에 설치되는 발열체;
상기 발열체에 전원을 공급하기 위하여 상기 기판의 하부 양측에 설치되는 외부전원단자;
일단이 상기 외부전원단자와 연결되고 상기 기판의 일부를 관통하는 관통전극; 및
상기 기판상에서 상기 관통전극의 타단과 상기 발열체를 전기적으로 연결하는 발열체 전극을 포함하되,
상기 멤브레인의 상부에는 상기 경사면에서 반사된 적외선 광을 흡수하는 무반사막이 형성된 것을 특징으로 하는 적외선 광원 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 발열체는,
상기 발열체 전극의 비저항 보다 큰 n-type 또는 p-type 도핑된 폴리실리콘 막으로 구성되며, 상기 발열체의 막 두께는 0.1 내지 2.0um의 범위 이내로 하는 것을 특징으로 하는 적외선 광원 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 조립 기구부는,
각각 조립되는 상기 적외선 광원부와 상기 렌즈사이의 밀봉된 공간에 상기 발열체의 산화 방지를 위해 질소(N2) 또는 알르곤(Ar) 중 어느 하나의 불활성 가스층을 형성하는 적외선 광원 장치. - 적외선 광학방식을 이용한 가스 측정 광학계에 있어서,
상기 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 적외선 광원 장치를 포함하여 이루어지는 가스 측정 광학계.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130046365A KR101469238B1 (ko) | 2013-04-25 | 2013-04-25 | 적외선 광원 장치 및 이를 포함하는 가스 측정 광학계 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130046365A KR101469238B1 (ko) | 2013-04-25 | 2013-04-25 | 적외선 광원 장치 및 이를 포함하는 가스 측정 광학계 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140128502A KR20140128502A (ko) | 2014-11-06 |
| KR101469238B1 true KR101469238B1 (ko) | 2014-12-10 |
Family
ID=52454359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130046365A KR101469238B1 (ko) | 2013-04-25 | 2013-04-25 | 적외선 광원 장치 및 이를 포함하는 가스 측정 광학계 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101469238B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102495796B1 (ko) | 2018-02-23 | 2023-02-06 | 삼성전자주식회사 | 시계(field of view)가 다른 복수의 카메라를 이용하여 생체 인증을 수행하는 방법 및 이를 위한 전자 장치 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050012053A1 (en) * | 2003-07-16 | 2005-01-20 | O'leary Robert K. | High frequency infrared radiation source |
| JP4317550B2 (ja) * | 2003-08-22 | 2009-08-19 | 関西電力株式会社 | 半導体装置及びこの半導体装置を用いた電力変換装置 |
| KR20110125976A (ko) * | 2010-05-14 | 2011-11-22 | 한국생산기술연구원 | 엘이디를 이용한 적외선 검사장치 |
| KR20120071381A (ko) * | 2009-06-25 | 2012-07-02 | 파나소닉 주식회사 | 적외선식 가스 검지기 및 적외선식 가스 계측 장치 |
-
2013
- 2013-04-25 KR KR1020130046365A patent/KR101469238B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050012053A1 (en) * | 2003-07-16 | 2005-01-20 | O'leary Robert K. | High frequency infrared radiation source |
| JP4317550B2 (ja) * | 2003-08-22 | 2009-08-19 | 関西電力株式会社 | 半導体装置及びこの半導体装置を用いた電力変換装置 |
| KR20120071381A (ko) * | 2009-06-25 | 2012-07-02 | 파나소닉 주식회사 | 적외선식 가스 검지기 및 적외선식 가스 계측 장치 |
| KR20110125976A (ko) * | 2010-05-14 | 2011-11-22 | 한국생산기술연구원 | 엘이디를 이용한 적외선 검사장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20140128502A (ko) | 2014-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20200232852A1 (en) | Light detection device | |
| US9897537B2 (en) | Gas sensor with integrated optics and reference cell | |
| US8017923B2 (en) | Infrared source and method of manufacturing the same | |
| KR102487457B1 (ko) | 광 검출 장치 | |
| JP5657340B2 (ja) | 温度制御されたビーム形成部材を備えたレーザダイオード装置及びそのレーザダイオード装置によるガス検出方法 | |
| JP6792113B2 (ja) | 分光放射計 | |
| JP2007227676A (ja) | 赤外線デバイス集積装置 | |
| WO2007139022A1 (ja) | 赤外光源およびその製造方法 | |
| US20200103273A1 (en) | Light detecting device | |
| JP6057254B2 (ja) | 赤外線受光ユニット、赤外線式ガスセンサ | |
| US20190186988A1 (en) | Pyranometer and photometric device | |
| KR101469238B1 (ko) | 적외선 광원 장치 및 이를 포함하는 가스 측정 광학계 | |
| JP2010133946A (ja) | 赤外線センサの製造方法及び赤外線センサ並びに量子型赤外線ガス濃度計 | |
| WO2012063915A1 (ja) | 赤外線センサモジュールおよびその製造方法 | |
| JP6145672B2 (ja) | 赤外線受光ユニット及びそれを備えた赤外線応用装置 | |
| JP5706217B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JP6202440B2 (ja) | 赤外線式ガスセンサ | |
| US20070272834A1 (en) | Optical module | |
| WO2024034202A1 (ja) | 光検出装置及びアパーチャ部 | |
| KR20160140255A (ko) | 감도와 신뢰성 향상을 위한 광학적 가스 센서 | |
| JP2012215439A (ja) | 赤外線センサ | |
| JP2015083995A (ja) | 赤外線センサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |