KR101874965B1 - 빔 스플리터를 이용한 시정계 - Google Patents

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KR101874965B1
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Abstract

광원체로부터 조사된 빛의 세기를 검지하여 시정거리를 산출하되, 광원체로부터 조사된 빛을 분리하는 빔 스플리터를 이용하여, 광원체의 동작 여부를 모니터링할 수 있는 시정계가 개시된다. 본 빔 스플리터를 이용한 시정계는 빛을 조사하는 광원체; 상기 조사된 빛의 일부가 조사방향을 따라 투과되도록 하는 빔 스플리터; 상기 투과된 빛을 반사하는 반사경; 상기 반사된 빛을 수신하여 검지하는 검지기; 및 상기 검지기가 상기 반사된 빛을 수신하는 상태인지 여부를 모니터링하는 모니터링부;를 포함한다. 이에 의해, 광원체 오작동으로 인한 시정거리 산출 오류를 방지할 수 있으며, 시정거리 산출 오류 방지를 통해 산출된 시정거리의 결과에 신뢰도를 높일 수 있다. 더불어, 미세먼지 또는 초미세먼지로 인하여 시정 악화가 발생되는 경우, 시정거리를 산출하여, 시정 악화로 인한 경제적 손실을 예방할 수 있다.

Description

빔 스플리터를 이용한 시정계{Visibility meter using the beam splitter}
본 발명은 빔 스플리터를 이용한 시정계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광원체로부터 조사된 빛의 세기를 검지하여 시정거리를 산출하되, 광원체로부터 조사된 빛을 분리하는 빔 스플리터를 이용하여, 광원체의 동작 여부를 모니터링할 수 있는 시정계에 관한 것이다.
일반적으로 시정계는 하늘과 흑체 간의 명암의 차이를 정상적인 시각을 가진 사람의 눈으로 구분할 수 있는 곳까지의 최대거리에 해당하는 가시거리를 측정하는 장비이다.
이러한 시정계는 광원(光源)에서 나온 일정한 강도의 빛을 수백 m 떨어진 곳에 놓고 수광기(受光器)로 받아, 본래의 강도에 대한 비(투과율)를 전기적으로 측정하는 방법이며 이런 종류의 시정계는 투과율계(透過率計) 또는 자동 시정측정기라고 하며, 투광기(投光器)에는 자동차의 헤드라이트 전구와 흡사한 것을 사용하고 수광부(受光部)는 광전관(光電管)을 사용할 수 있다.
한편, 차량, 선박, 항공기 등의 교통수단을 운전하는 사람이 가장 기본적으로 주변 환경을 파악하는 기본 수단은 바로 육안이기 때문에, 항공기 이착륙 시, 선박 운행 시 등에 있어서 시정은 상당히 중요하게 고려되는 요소 중 하나이다. 시정은 대기 중의 안개나 먼지 등과 같이 가스상 또는 입자상 물질이 많을수록 악화되는데, 대부분의 시정 악화는 입자상 물질에 의한 빛 흡수 및 산란으로부터 발생한다. 즉 대기 중 미세먼지와 초미세먼지 농도 증가는 시정 감쇄의 주요 원인이 된다. 또한, 시정 감쇄는 습도와도 깊은 상관관계가 있어 초미세먼지 농도가 동일하다 할지라도 대기 중 습도가 높을수록 시정이 더욱 악화되는 경향이 있음이 잘 알려져 있다.
최근에는 일기 예보에 미세먼지의 예보가 포함될 정도로 미세먼지 또는 초미세먼지가 심각한 사회문제로 야기되고 있으며, 미세먼지 또는 초미세먼지로 인하여 시정 악화가 발생 되는 경우, 미세먼지 또는 초미세먼지의 발생 정도를 정량적으로 분석하고, 시정거리를 산출하는 것이 중요한 이슈로 떠오르고 있다.
한편, 시정거리를 측정하기 위하여 개발된 기존의 광학적 시정측정기는 크게 원격 측정 방식과 현장 측정 방식으로 나뉜다. 원격 측정 방식은 송신기에서 보낸 빛을 1km 이상의 거리에 설치된 수신기에서 받아들여 시정을 산출하는 방법이고, 현장 측정 방식은 아주 짧은 거리에 송신기와 수신기를 기울어지게 설치하여 송신기에서 조사된 빛이 대기 중에 산란되어 수신기에서 획득된 신호로부터 시정을 산출하는 방법이다. 원격 측정 방식의 경우 도심 시정과 같은 상대적으로 맑은 날에도 시정을 산출할 수 있다는 장점이 있지만, 송신기가 정상적으로 동작하지 못하는 경우에, 시정거리 산출 오류가 발생한다는 단점이 있다.
한국등록특허 제10-1107793호(발명의 명칭: 원격제어 광학 시정계) 한국등록특허 제10-0715140호(발명의 명칭: 시정 측정 장치 및 그 방법)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 광원체로부터 조사된 빛의 세기를 검지하여 시정거리를 산출하되, 광원체로부터 조사된 빛을 분리하는 빔 스플리터를 이용하여, 광원체의 동작 여부를 모니터링할 수 있는 빔 스플리터를 이용한 시정계를 제공함에 있다.
더불어, 본 발명의 다른 목적은, 미세먼지 또는 초미세먼지로 인하여 시정 악화가 발생되는 경우에도, 시정거리의 산출이 가능한 빔 스플리터를 이용한 시정계를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 스플리터를 이용한 시정계는, 빛을 조사하는 광원체; 상기 조사된 빛의 일부가 조사방향을 따라 투과되도록 하는 빔 스플리터; 상기 투과된 빛을 반사하는 반사경; 상기 반사된 빛을 수신하고, 수신된 빛의 세기를 검지하여 시정거리를 산출하는 검지기; 및 상기 광원체의 동작 상태를 모니터링하는 모니터링부;를 포함한다.
그리고 상기 검지기는, 상기 광원체와 일체로 연결되도록 마련되며, 상기 빔 스플리터는, 상기 조사된 빛이 도달하면, 상기 조사된 빛을 분리하여, 상기 조사된 빛의 일부가 상기 모니터링부에 도달하도록, 광경로를 변경시키고, 상기 조사된 빛의 나머지는 조사방향을 따라 상기 반사부를 향하여 투과되도록 하되, 상기 반사된 빛이 도달하면, 상기 반사된 빛이 상기 검지기에 도달하도록 할 수 있다.
또한, 상기 빔 스플리터는, 상기 조사된 빛이 도달하면, 상기 조사된 빛을 분리하여, 상기 조사된 빛의 일부가 상기 모니터링부에 도달하도록, 광경로를 변경시키고, 상기 조사된 빛의 나머지는 조사방향을 따라 상기 반사부를 향하여 투과되도록 하되, 상기 반사된 빛이 도달하면, 상기 반사된 빛을 분리하여, 상기 반사된 빛의 일부가 상기 검지기에 도달되도록, 광경로를 변경시킬 수 있다.
그리고 본 실시예에 따른 빔 스플리터를 이용한 시정계는 상기 검지기의 전면(前面)에 배치되어, 상기 검지기를 향해 투과되는 빛을 필터링하여, 특정 대역의 파장만을 통과하도록 하는 대역 필터;를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 대역 필터는, 상기 광원체로부터 조사된 빛의 파장이 500nm~600nm인 경우, 상기 검지기를 향해 투과되는 빛을 필터링하여, 522nm~542nm에 해당하는 파장의 빛만 통과하도록 할 수 있다.
또한, 상기 검지기는, 미세먼지 또는 초미세먼지로 인하여 시정악화가 발생되는 경우, 상기 대역 필터를 이용하여 교정계수를 산출하고, 상기 시정거리를 산출하면, 상기 산출된 교정계수를 이용하여 상기 산출된 시정거리를 교정할 수 있다.
그리고 이때, 상기 교정계수는,
Figure 112017063374937-pat00001
라고 하고, 상기 검지기에 의해 산출된 시정거리가
Figure 112017063374937-pat00002
이며, 상기 검지기와 상기 반사경 간의 거리가
Figure 112017063374937-pat00003
이고, 상기 대역 필터의 투과율은
Figure 112017063374937-pat00004
이고, 대기 중의 투과율은
Figure 112017063374937-pat00005
이며, 상기 감지기에 수신된 빛의 세기 값이
Figure 112017063374937-pat00006
인 경우,
Figure 112017063374937-pat00007
=
Figure 112017063374937-pat00008
로 산출될 수 있다.
또한, 상기 모니터링부는, 상기 수신된 빛의 세기가 기설정된 값 이하로 판단되면, 상기 광원체에 공급되는 전원의 전류 또는 전압을 높여, 상기 광원체가 조사하는 빛의 세기를 조절할 수 있다.
그리고 상기 빔 스플리터는, 상기 검지기에 도달하는 빛의 세기가 1이라면, 상기 모니터링부에 도달하는 빛의 세기가 9가 되도록 할 수 있다.
또한, 상기 반사경은, 상기 투과된 빛이 투과방향과 정반대방향으로 반사되도록, 레트로 리플렉터(retro-reflector) 타입으로 형성될 수 있다.
이에 의해, 광원체 오작동으로 인한 시정거리 산출 오류를 방지할 수 있으며, 시정거리 산출 오류 방지를 통해 산출된 시정거리의 결과에 신뢰도를 높일 수 있다. 더불어, 미세먼지 또는 초미세먼지로 인하여 시정 악화가 발생되는 경우, 시정거리를 산출하여, 시정 악화로 인한 경제적 손실을 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 스플리터를 이용한 시정계의 구성을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 스플리터를 이용한 시정계의 구성을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 스플리터를 이용한 시정계의 하우징을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 스플리터를 이용한 시정계의 구성을 더욱 상세히 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 스플리터를 이용한 시정계의 검지기가 획득된 데이터를 처리하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 스플리터를 이용한 시정계가 시정거리를 산출하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 스플리터(200)를 이용한 시정계(이하에서는 '시정계'로 총칭함)의 구성을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 1은 빛을 조사하는 광원체와 광원체로부터 조사된 빛을 수신하는 검지기(400)가 빛의 조사방향을 따라 나란하게 배치되지 않은 경우의 시정계를 도시한 도면이고, 도 2는 빛을 조사하는 광원체와 광원체로부터 조사된 빛을 수신하는 검지기(400)가 빛의 조사방향을 따라 나란하게 배치된 경우의 시정계를 도시한 도면이다.
이하에서는 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 시정계의 구성을 설명하기로 하되, 광원체(100)와 검지기(400)가 빛의 조사방향을 따라 나란하게 배치된 경우와 빛의 조사방향을 따라 나란하게 배치되지 않은 경우를 구별하여 설명이 필요한 부분들은 구별하여 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 시정계는 광원체(100)로부터 조사된 빛의 세기를 검지하여 시정거리를 산출하되, 광원체(100)로부터 조사된 빛을 분리하는 빔 스플리터(200)를 이용하여, 광원체(100)의 동작 여부를 모니터링하도록 하고, 미세먼지 또는 초미세먼지로 인하여 시정 악화가 발생되는 경우에도, 시정거리를 산출하기 위해 마련된다.
이를 위해, 본 시정계는 전술한 광원체(100), 빔 스플리터(200), 검지기(400) 이외에, 근거리 반사경(300), 모니터링부(500), 대역 필터(600), 제1 빔 익스팬더(700) 및 제2 빔 익스팬더(800)를 더 포함할 수 있다.
광원체(100)는 빛을 조사하여 시정거리를 산출하기 위해 마련된다. 구체적으로 광원체(100)는 중심 파장이 500nm~600nm인 빛을 조사할 수 있으며, 복수로 마련되어, 복수의 광원체(100)가 한 번에 중심 파장이 500nm~600nm인 빛을 조사할 수 있다.
빔 스플리터(200)는 조사된 빛이 도달하면, 조사된 빛을 분리하기 위해 마련된다.
본 실시예에 따른 빔 스플리터(200)는 도 1 내지 도 2와 같이 검지기(400)의 위치에 따라, 동작 특성이 조금 다르게 구현될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이 광원체(100)와 검지기(400)가 빛의 조사방향을 따라 나란하지 않게 배치된 경우, 빔 스플리터(200)는 조사된 빛(B1)이 도달하면, 조사된 빛(B1)을 분리하여, 조사된 빛의 일부(B2)가 모니터링부(500)에 도달하도록, 광경로를 변경시키고, 조사된 빛의 나머지(B3)는 조사방향을 따라 반사부를 향하여 투과되도록 하되, 반사된 빛(B3)이 도달하면, 반사된 빛(B3)을 분리하여, 반사된 빛의 일부(B4)가 대역 필터(600)를 통과하여 검지기(400)에 도달되도록, 광경로를 변경시킬 수 있다.
이때, 검지기(400)에 도달하는 빛의 세기(B4)가 1이라면, 모니터링부(500)에 도달하는 빛(B2)의 세기가 9가 되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 내용과 대조적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 광원체(100)와 검지기(400)가 빛의 조사방향을 따라 나란하게 배치된 경우, 빔 스플리터(200)는 조사된 빛(B1)이 도달하면, 조사된 빛(B1)을 분리하여, 조사된 빛의 일부(B2)가 모니터링부(500)에 도달하도록, 광경로를 변경시키고, 조사된 빛의 나머지(B3)는 조사방향을 따라 반사부를 향하여 투과되도록 하되, 반사된 빛(B3)이 대역 필터(600)를 통과하여 검지기(400)에 도달하도록 할 수 있다(B3->B4->B5).
이때, 검지기(400)는 광원체(100)와 빛의 조사방향을 따라 나란하게 배치되도록, 광원체(100)와 일체로 연결되도록 마련될 수 있으며, 검지기(400)에 도달하는 빛의 세기(B3)가 1이라면, 모니터링부(500)에 도달하는 빛(B2)의 세기가 9가 되도록 하는 것이 바람직하다.
근거리 반사경(300)은 광원체(100)로부터 조사된 빛 중 빔 스플리터(200)에 의해 조사방향을 따라 투과되도록 하는 일부의 빛(B3)을 반사하기 위해 마련된다. 구체적으로 근거리 반사경(300)은 조사된 빛 중 빔 스플리터(200)에 의해 조사방향을 따라 투과되도록 하는 일부의 빛(B3)이 조사방향의 정반대(正反對)방향으로 반사되도록, 레트로 리플렉터(retro-reflector) 타입으로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 레트로 리플렉터 타입은 어느 각도에서 빛이 들어오더라도 들어온 경로를 통해 정반대방향으로 빛을 반사시킬 수 있는 구조를 의미한다.
검지기(400)는 근거리 반사경(300)에 의해 반사된 빛 중 빔 스플리터(200)를 통과한 빛의 일부 또는 전부를 수신하고, 수신된 빛의 세기를 검지하여 시정거리를 산출하기 위해 마련된다. 구체적으로 검지기(400)는 전술한 바와 같이 빛의 조사방향을 따라 광원체(100)와 나란하게 배치되거나 또는 나란하지 않게 배치될 수 있으며, 배치된 위치에 따라 근거리 반사경(300)에 의해 반사된 빛 중 빔 스플리터(200)를 통과한 빛의 일부 또는 전부를 수신할 수 있다. 이 밖에 검지기(400)에 대한 더욱 상세한 설명은 후술에서 하기로 한다.
모니터링부(500)는, 광원체(100)의 동작 상태를 모니터링하기 위해 마련된다. 구체적으로 모니터링부(500)에 조사된 빛의 일부가 도달하면, 모니터링부(500)는 수신된 빛의 세기를 측정하여, 기설정된 값 이하인지 판단하고, 수신된 빛의 세기가 기설정된 값 이하인 경우, 광원체(100)에 전원을 공급하는 전원 공급 수단(미도시)을 제어하여, 광원체(100)에 공급되는 전원의 전류를 상승시키거나, 또는 전압을 상승시켜, 광원체가 조사하는 빛의 세기를 높일 수 있다.
즉, 모니터링부(500)는 광원체(100)가 조사하는 빛의 세기가 기설정된 값 이하로 낮아지는 것을 방지함으로써, 광원체(100)의 오작동을 감지하고, 정상적으로 작동하도록 제어할 수 있다.
대역 필터(600)는 검지기(400)를 향해 투과되는 빛을 필터링 하기 위해 마련된다. 구체적으로 대역 필터(600)는 검지기(400)의 전면(前面)에 배치되도록 마련되어, 검지기(400)를 향해 투과되는 빛을 필터링하여, 특정 대역의 파장만 통과되도록 할 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 대역 필터(600)는 검지기(400)의 전면(前面)에 배치되도록 마련되며, 광원체(100)로부터 조사된 빛의 파장이 500nm~600nm인 경우, 투과된 빛을 필터링하여, 522nm~542nm에 해당하는 파장의 빛만 통과하도록 할 수 있다.
제1 빔 익스팬더(700)는 광원체(100)로부터 조사되는 빛의 일부의 광선속(光線束)을 확장시키기 위해 마련된다. 구체적으로 제1 빔 익스팬더(700)는 빔 스플리트의 후면(後面)에 배치되도록 마련되어, 광원체(100)로부터 조사되는 빛 중 빔 스플리터(200)에 의해 조사방향을 따라 투과되도록 하는 일부의 빛의 광선속을 확장시킬 수 있다.
제2 빔 익스팬더(800)는 검지기(400)를 향해 투과되는 빛의 광선속을 압축시키기 위해 마련된다. 구체적으로 제2 빔 익스팬더(800)는 대역 필터(600)의 전면(前面)에 배치되도록 마련되어, 검지기(400)를 향해 투과되는 빛의 광선속을 압축시킬 수 있다.
예를 들면, 제1 빔 익스팬더(700)는 최대 직경이 44mm이고, 최소 직경이 2.5mm인 망원경으로 구현되어, 빛의 광선속을 최대 20배 확장시킬 수 있다.
다만, 도 1에 도시된 바와 같이 광원체(100)와 검지기(400)가 빛의 조사방향을 따라 나란하지 않게 배치된 경우, 제1 빔 익스팬더(700)만으로 광원체(100)로부터 조사되는 빛의 일부의 광선속(光線束)을 확장시키고, 빔 스플리터(200)에 의해 조사방향의 반대방향으로 반사되는 빛(B3)의 광선속을 압축시킬 수 있다. 이를 통해, 전체 시정계의 크기 및 부피를 줄일 수 있으며, 제작 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 본 시정계는 광원체와 검지기(400)를 외부의 충격으로부터 보호하기 위한 하우징이 추가로 마련될 수 있다. 추가로 마련된 하우징은 도 3에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 3a는 본 실시예에 따른 시정계의 외부 형상을 도시한 도면이고, 도 3b는 본 실시예에 따른 하우징의 내부 형상을 도시한 도면이다.
여기서, 하우징은 비 또는 눈이 오는 경우에, 상단에 빗물 또는 눈이 쌓이는 것을 방지하기 위해, 앞에서 바라본 모습이 상단으로부터 하단으로 폭이 넓어지는 삼각형 형상으로 형성될 수 있다.
그리고 하우징은 빛의 광경로를 최대한 길게 연장시키는 것이 시정거리를 산출하는데 도움이 되기 때문에, 길이 방향으로 길게 연장된 형상으로 형성될 수 있다.
첨언하며, 본 일체형 시정계는 하우징과 근거리 반사경(300)이 일정한 높이의 거치대(미도시)에 설치되어 시정거리를 측정할 수 있으며, 하우징의 내부에는 광원체(100)와 검지기(400)에 전원을 공급하는 전원 공급 수단(미도시)이 추가적으로 마련될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시정계의 구성을 더욱 상세히 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 스플리터(200)를 이용한 시정계의 검지기(400)가 획득된 데이터를 처리하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 5a은 광원체(100)가 전원이 온 또는 오프되는 경우, 조사되는 빛의 세기를 측정한 데이터를 도시한 도면이고, 도 5b는 광원체(100)로부터 조사되어, 근거리 반사경(300)에서 반사된 빛이 검지기(400)에 도달하여 획득된 데이터를 도시한 도면이며, 도 5c는 검지기(400)가 획득한 데이터를 퓨리에 변환(fourier transform)하여 생성된 주파수 공간(frequency domain)의 데이터를 대역 필터(600)의 알고리즘에 적용한 데이터를 도시한 도면이고, 도 5d는 대역 필터(600)의 알고리즘에 적용한 데이터를 사각 파형(square wave)으로 변형시킨 데이터를 도시한 도면이다.
이하에서는 도 4 내지 도 5를 참조하여 본 실시예에 따른 시정계를 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 일체형 시정계는 광원체(100)로부터 조사되어, 근거리 반사경(300)에서 반사된 빛이 검지기(400)에 도달하는 과정에서 태양광, 기타 다른 조명에서 발생되는 빛이 함께 들어올 수 있다. 따라서, 광원체(100)로부터 조사되어, 근거리 반사경(300)에서 반사된 빛만이 검지기(400)에 도달하도록 하기 위해서는, 광원의 전원이 온 (ON)또는 오프(OFF)되도록 제어하는 과정이 필요하다.
즉, 광원체(100)는 도 6a에 도시된 바와 같이 전원의 온 또는 오프에 따라 빛을 조사하며, 검지기(400)는 광원체(100)의 전원을 온 또는 오프 되도록 제어하며, 도 6b에 도시된 바와 같이 광원체(100)의 전원이 온 또는 오프되는 경우의 수신된 빛의 세기에 대한 데이터를 획득할 수 있다. 여기서, 도 6a의 사다리꼴 형상의 신호 값은 100Hz이다.
그리고 빛의 세기에 대한 데이터를 획득하면, 검지기(400)는 획득한 데이터를 퓨리에 변환(fourier transform)하여 생성된 주파수 공간(frequency domain)의 데이터를 도 6c에 도시된 바와 같이 대역 필터(600)의 알고리즘에 적용하여 사인 파형(sine wave)의 데이터를 추출할 수 있다.
여기서, 대역 필터(600)의 알고리즘은 특정 주파수 영역에 해당하는 데이터만 통과되도록 하고, 그 밖의 주파수에 해당하는 데이터는 필터링하는 과정을 수행하기 위한 알고리즘을 의미한다.
또한, 검지기(400)는 추출된 사인 파형의 데이터를 도 6d에 도시된 바와 같이 사각 파형(square wave)으로 변형시켜 사각 파형의 피크(peak) 값의 크기로 빛의 세기를 산출할 수 있다.
더불어, 검지기(400)는 시정거리를 산출할 뿐만 아니라, 미세먼지 또는 초미세먼지로 인하여 시정 악화가 발생되는 경우, 대역 필터(600)를 이용하여 제2 교정계수를 산출하고, 근거리 반사경(300)에 의해 반사된 빛을 수신하여, 산출된 제2 교정계수를 이용하여, 산출된 시정거리를 교정할 수 있다.
구체적으로, 교정계수는,
Figure 112017063374937-pat00009
라고 하고, 검지기(400)에 의해 산출된 시정거리가
Figure 112017063374937-pat00010
이며, 검지기(400)와 반사경 간의 거리가
Figure 112017063374937-pat00011
이고, 대역 필터(600)의 투과율은
Figure 112017063374937-pat00012
이고, 대기 중의 투과율은
Figure 112017063374937-pat00013
이며, 감지기에 수신된 빛의 세기 값이 라고 하면, 교정계수를 산출하는 구체적은 수식은 아래와 같다.
Figure 112017063374937-pat00015
=
Figure 112017063374937-pat00016
이를 통해, 본 일체형 시정계는 미세먼지 또는 초미세먼지로 인하여 시정 악화가 발생되는 경우, 시정거리를 산출하여, 시정 악화로 인한 경제적 손실을 예방할 수 있다.
한편, 제1 빔 익스팬더(700)는 광원체(100)의 후면(後面)에 배치되도록 마련되어, 광원체(100)로부터 조사되는 빛 중 빔 스플리터(200)에 의해 조사방향을 따라 투과되도록 하는 일부의 빛의 광선속을 확장시키기 위해, 제1 렌즈(710), 제2 렌즈(720) 및 핀홀 부재(730)를 포함한다.
제1 렌즈(710)는 광원체(100)로부터 조사된 빛 중 빔 스플리터(200)에 의해 조사방향을 따라 투과되도록 하는 일부의 빛이 도달하면, 도달한 빛을 확산시키기 위해 마련되며, 제2 렌즈(720)는 제1 렌즈(710)를 통해 확산된 빛을 집광시켜 근거리 반사경(300)을 향해 투과시키기 위해 마련된다. 특히 제2 렌즈(720)는, 제1 렌즈(710)를 통해 확산된 빛이 핀홀을 거쳐, 도달하면, 도달한 빛을 집광시켜 집광시킨 빛이 평행광으로 투과되도록 할 수 있다.
핀홀 부재(730)는, 제1 렌즈(710)를 통해, 확산된 빛이 핀홀을 거쳐 제2 렌즈(720)에 도달하도록 하기 위해 마련된다.
여기서, 제1 렌즈(710)의 직경(D1)은 2.5mm이고, 제2 렌즈(720)의 직경(D1)은 44mm로 구현되어, 빛의 광선속을 최대 20배 확장시킬 수 있으며, 이때, 각각의 구성요소들의 위치는 제1 렌즈(710)와 핀홀 부재(730) 간의 거리(F1)가 1이면 제2 렌즈(720)와 핀홀 부재(730) 간의 거리(F2)는 20이 되도록 배치된다.
한편, 제2 빔 익스팬더(800)는 대역 필터(600)의 전면(前面)에 배치되도록 마련되어, 검지기(400)를 향해 투과되는 빛의 광선속을 압축시키기 위해, 제3 렌즈(810)를 포함한다.
제3 렌즈(810)는 근거리 반사경(300)에 의해 반사된 빛 중 빔 스플리터(200)를 통과한 빛의 일부 또는 전부가 도달하면, 도달한 빛을 집광시켜 집광된 빛이 대역 필터(600)를 향해 투과되도록 하기 위해 마련된다. 구체적으로 제3 렌즈(810)는 광경로의 초점이 다양한 평행광이 도달하면, 도달한 평행광의 광경로의 초점이 대역 필터(600)의 중심부에 맞춰지도록 집광시켜 집광된 빛이 대역 필터(600)를 향해 투과되도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시정계가 시정거리를 산출하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 시정계는 시정거리를 산출하기 위해, 우선 광원체(100)가 빛을 조사하도록 할 수 있다(S610). 광원체에 의해 빛이 조사되면, 조사된 빛이 빔 스플리터(200)에 의해 분리되어, 조사된 빛의 일부가 모니터링부(500)에 도달하고, 모니터링부(500)를 향해 투과되지 않은 나머지 빛은 반사부를 향해 투과되게 된다(S620).
모니터링부(500)에 조사된 빛의 일부가 도달하면, 모니터링부(500)는 수신된 빛의 세기를 측정하여, 기설정된 값 이하인지 판단하고(S630), 수신된 빛의 세기가 기설정된 값 이하인 경우(S630-Yes), 광원체(100)에 전원을 공급하는 전원 공급 수단(미도시)을 제어하여, 광원체(100)에 공급되는 전원의 전류를 상승시키거나, 또는 전압을 상승시켜, 광원체(100)가 조사하는 빛의 세기를 높일 수 있다(S635).
즉, 모니터링부(500)는 광원체(100)가 조사하는 빛의 세기가 기설정된 값 이하로 낮아지는 것을 방지함으로써, 광원체(100)의 오작동을 감지하고, 정상적으로 작동하도록 제어할 수 있다.
한편, 모니터링부(500)에 수신된 빛의 세기가 기설정된 값을 초과하고(S630-No), 빔 스플리터(200)를 거쳐 반사부로 투과된 나머지 빛은 반사부에 도달하면, 반사부에 의해 반사되어, 다시 빔 스플리터(200)에 도달할 수 있다(S640). 그리고 빔 스플리터(200)에 도달하면, 빔 스플리터(200)에 도달한 빛의 일부가 검지부를 향해 투과될 수 있으며(S650), 검지부를 향해 투과된 빛은 대역 필터(600)를 통과하여(S660), 검지부에 도달할 수 있다(S670).
좀 더 구체적으로 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이 광원체(100)와 검지기(400)가 빛의 조사방향을 따라 나란하지 않게 배치된 경우, 빔 스플리터(200)는 조사된 빛(B1)이 도달하면, 조사된 빛(B1)을 분리하여, 조사된 빛의 일부(B2)가 모니터링부(500)에 도달하도록, 광경로를 변경시키고, 조사된 빛의 나머지(B3)는 조사방향을 따라 반사부를 향하여 투과되도록 하되, 반사된 빛(B3)이 도달하면, 반사된 빛(B3)을 분리하여, 반사된 빛의 일부(B4)가 대역 필터(600)를 통과하여 검지기(400)에 도달되도록, 광경로를 변경시킬 수 있다.
한편, 전술한 내용과 대조적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 광원체(100)와 검지기(400)가 빛의 조사방향을 따라 나란하게 배치된 경우, 빔 스플리터(200)는 조사된 빛(B1)이 도달하면, 조사된 빛(B1)을 분리하여, 조사된 빛의 일부(B2)가 모니터링부(500)에 도달하도록, 광경로를 변경시키고, 조사된 빛의 나머지(B3)는 조사방향을 따라 반사부를 향하여 투과되도록 하되, 반사된 빛(B3)이 대역 필터(600)를 통과하여 검지기(400)에 도달하도록 할 수 있다.
이때, 광원체(100)와 검지기(400)가 빛의 조사방향을 따라 나란하게 배치되든, 나란하지 않게 배치되든 상관없이, 대역 필터(600)는 검지기(400)의 전면(前面)에 배치되어, 대역 필터(600)에 도달한 빛의 파장 중에 특정 대역의 파장만이 통과하도록 필터링하게 된다(S660).
대역 필터(600)를 통과한, 특정 영역의 파장이 검지기(400)에 도달하면(S670), 검지기(400)는 특정 영역의 파장의 세기를 기반으로 시정거리를 산출하고(S680), 전술한 방식으로 교정계수를 산출하여(S685), 시정거리를 교정계수를 이용하여 교정할 수 있다(S690).
이를 통해, 본 시정계는 미세먼지 또는 초미세먼지로 인하여 시정 악화가 발생되는 경우에도, 정확하게 시정거리를 산출하여, 시정 악화로 인한 경제적 손실을 예방할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 광원체
200 : 빔 스플리터(beam splitter)
300 : 근거리 반사경
400 : 검지기
500 : 모니터링부
600 : 대역 필터(band-pass filter)
700 : 제1 빔 익스팬더(First beam expander)
710 : 제1 렌즈
720 : 제2 렌즈
730 : 핀홀 부재
800 : 제2 빔 익스팬더(Second beam expander)
810 : 제3 렌즈

Claims (10)

  1. 빛을 조사하는 광원체;
    상기 조사된 빛의 일부가 조사방향을 따라 투과되도록 하는 빔 스플리터;
    상기 투과된 빛을 반사하는 반사경;
    상기 반사된 빛을 수신하고, 수신된 빛의 세기를 검지하여 시정거리를 산출하는 검지기; 및
    상기 광원체의 동작 상태를 모니터링하는 모니터링부;를 포함하고,
    상기 검지기는,
    상기 광원체와 일체로 연결되도록 마련되며,
    상기 빔 스플리터는,
    상기 조사된 빛이 도달하면, 상기 조사된 빛을 분리하여, 상기 조사된 빛의 일부가 상기 모니터링부에 도달하도록, 광경로를 변경시키고, 상기 조사된 빛의 나머지는 조사방향을 따라 상기 반사경을 향하여 투과되도록 하되,
    상기 반사된 빛이 도달하면, 상기 반사된 빛이 상기 검지기에 도달하도록 하고,
    빔 스플리터를 이용한 시정계는,
    상기 검지기의 전면(前面)에 배치되어, 상기 검지기를 향해 투과되는 빛을 필터링하여, 특정 대역의 파장만을 통과하도록 하는 대역 필터;를 더 포함하며,
    상기 대역 필터는,
    상기 광원체로부터 조사된 빛의 파장이 500nm~600nm인 경우, 상기 검지기를 향해 투과되는 빛을 필터링하여, 522nm~542nm에 해당하는 파장의 빛만 통과하도록 하고,
    상기 검지기는,
    미세먼지 또는 초미세먼지로 인하여 시정악화가 발생되는 경우, 상기 대역 필터를 이용하여 교정계수를 산출하고, 상기 시정거리를 산출하면, 상기 산출된 교정계수를 이용하여 상기 산출된 시정거리를 교정하는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터를 이용한 시정계.
  2. 삭제
  3. 빛을 조사하는 광원체;
    상기 조사된 빛의 일부가 조사방향을 따라 투과되도록 하는 빔 스플리터;
    상기 투과된 빛을 반사하는 반사경;
    상기 반사된 빛을 수신하고, 수신된 빛의 세기를 검지하여 시정거리를 산출하는 검지기; 및
    상기 광원체의 동작 상태를 모니터링하는 모니터링부;를 포함하고,
    상기 빔 스플리터는,
    상기 조사된 빛이 도달하면, 상기 조사된 빛을 분리하여, 상기 조사된 빛의 일부가 상기 모니터링부에 도달하도록, 광경로를 변경시키고, 상기 조사된 빛의 나머지는 조사방향을 따라 상기 반사경을를 향하여 투과되도록 하되,
    상기 반사된 빛이 도달하면, 상기 반사된 빛을 분리하여, 상기 반사된 빛의 일부가 상기 검지기에 도달되도록, 광경로를 변경시키며,
    빔 스플리터를 이용한 시정계는,
    상기 검지기의 전면(前面)에 배치되어, 상기 검지기를 향해 투과되는 빛을 필터링하여, 특정 대역의 파장만을 통과하도록 하는 대역 필터;를 더 포함하고,
    상기 대역 필터는,
    상기 광원체로부터 조사된 빛의 파장이 500nm~600nm인 경우, 상기 검지기를 향해 투과되는 빛을 필터링하여, 522nm~542nm에 해당하는 파장의 빛만 통과하도록 하며,
    상기 검지기는,
    미세먼지 또는 초미세먼지로 인하여 시정악화가 발생되는 경우, 상기 대역 필터를 이용하여 교정계수를 산출하고, 상기 시정거리를 산출하면, 상기 산출된 교정계수를 이용하여 상기 산출된 시정거리를 교정하는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터를 이용한 시정계.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 교정계수는,
    Figure 112018019442946-pat00017
    라고 하고, 상기 검지기에 의해 산출된 시정거리가
    Figure 112018019442946-pat00018
    이며, 상기 검지기와 상기 반사경 간의 거리가
    Figure 112018019442946-pat00019
    이고, 상기 대역 필터의 투과율은
    Figure 112018019442946-pat00020
    이고, 대기 중의 투과율은
    Figure 112018019442946-pat00021
    이며, 상기 검지기에 수신된 빛의 세기 값이
    Figure 112018019442946-pat00022
    인 경우,
    Figure 112018019442946-pat00023
    =
    Figure 112018019442946-pat00024

    로 산출되는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터를 이용한 시정계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링부는,
    상기 수신된 빛의 세기가 기설정된 값 이하로 판단되면, 상기 광원체에 공급되는 전원의 전류 또는 전압을 높여, 상기 광원체가 조사하는 빛의 세기를 조절하는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터를 이용한 시정계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 빔 스플리터는,
    상기 검지기에 도달하는 빛의 세기가 1이라면, 상기 모니터링부에 도달하는 빛의 세기가 9가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터를 이용한 시정계.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반사경은,
    상기 투과된 빛이 투과방향의 정반대(正反對)방향으로 반사되도록, 레트로 리플렉터(retro-reflector) 타입으로 형성되는 것을 특징으로 하는 빔 스플리터를 이용한 시정계.
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