KR102380173B1

KR102380173B1 - 입자 센싱 장치

Info

Publication number: KR102380173B1
Application number: KR1020170048502A
Authority: KR
Inventors: 최주승; 고용준; 김기현; 김선우
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2017-04-14
Filing date: 2017-04-14
Publication date: 2022-03-29
Also published as: KR20180115954A

Abstract

실시 예에 따른 입자 센싱 장치는, 광을 방출하는 발광부; 상기 발광부 주위에 배치되는 수광부; 상기 발광부 위에서 상기 발광부의 광축과 교차하는 방향으로 배치되며, 입자를 포함하는 공기가 유동하는 유로부; 상기 유로부 주변에 배치되고, 상기 발광부로부터 방출되어 상기 입자에서 반사 또는 산란된 광의 적어도 일부를 상기 수광부로 집광시키는 집광부; 및 상기 유로부 위에서 상기 광축에 배치되며, 상기 유로부를 통과한 광을 흡수하는 광흡수부를 포함하되, 상기 집광부는 상기 광흡수부와 대향하며 상기 발광부의 상기 광축에 위치하는 상부 관통홀을 포함할 수 있다.

Description

입자 센싱 장치{Apparatus for sensing particle}

실시 예는 입자 센싱 장치에 관한 것이다.

일반적으로 먼지와 같은 입자를 센싱하는 기존의 먼지 센싱 장치의 경우, 광을 먼지를 향해 광축 방향으로 조사하고, 먼지에서 산란된 광을 광축의 측방에서 센싱하여 먼지에 대한 정보를 얻는다. 이러한 기존의 측방형 먼지 센싱 장치의 일 례가 미국 특허 번호 US7,038,189 (2006년 5월 2일 등록)에 개시되어 있다.

이와 같이 먼지에서 산란된 광을 광축 방향의 측방에서 센싱할 경우, 센싱된 산란 광의 세기가 약해 사이즈가 작은 입자 예를 들어, 1 ㎛ 이하의 크기를 갖는 입자를 센싱하기 어려우며, 포커싱 존(focusing zone)도 좁은 문제점이 따른다.

또한, 기존의 측방형 먼지 센싱 장치의 경우, 먼지를 포함하는 공기가 지나는 경로가 열 유동에 의해 형성되어, 입자가 흐르는 영역이 집광 영역보다 커지게 되는 등 유로가 한계를 갖는다. 이로 인해, 측정되지 않는 입자들이 많아져서 입자를 센싱하는 정확도가 저하될 뿐만 아니라 열 유동을 위한 열원의 배치로 인해 먼지 센싱 장치의 전체 크기가 커지게 된다. 예를 들어, 기존의 측방형 먼지 센싱 장치의 경우 먼지 측정 오차는 30% 정도로서 매우 높은 문제점이 있다.

또한, 기존의 측방형 먼지 센싱 장치의 경우, 먼지에서 산란된 광을 측방에서 센싱하므로 산란광 세기가 높지 않다. 따라서, 산란광의 세기를 높이기 위해 보다 많은 소모 전력을 필요로 하는 문제점이 있다.

또한, 기존의 측방형 먼지 센싱 장치의 경우, 입자가 지나가는 유로의 구조적인 한계로 인해, 모든 먼지의 개수를 카운팅하기 불가하였다.

미국 특허 번호 US7,038,189 (2006년 5월 2일 등록)

실시 예는 조그마한 입자에 대한 정보를 간단한 구조로 정확하게 센싱할 수 있는 입자 센싱 장치를 제공한다.

예를 들어, 상기 수광부는, 광 투과 영역을 갖는 투광성 부재; 및 상기 투광성 부재 아래에서, 상기 광 투과 영역의 둘레에 배치된 광 감지부를 포함하고, 상기 광 투과 영역은 상기 발광부의 광축에 위치할 수 있다.

예를 들어, 상기 광 투과 영역은 원형 평면 형상을 갖고, 상기 광 감지부는 환형 평면 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 유로부는 상기 공기가 유입되는 유로 입구부; 상기 공기가 유출되는 유로 출구부; 및 상기 발광부와 상기 수광부 사이 및 상기 유로 입구부와 상기 유로 출구부 사이에서 상기 광축에 위치하며, 상기 발광부에서 방출된 광이 상기 입자에 의해 산란되는 산란부를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 집광부는, 상기 광흡수부와 상기 발광부 사이에서 상기 산란부 주위로 배치되는 일립티컬 미러를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 일립티컬 미러는 제1 초점으로부터 입사되는 광을 상기 제2 초점으로 출사시키고, 상기 제1 초점은 상기 산란부에 위치되고, 상기 제2 초점은 상기 광 감지부에 위치할 수 있다.

예를 들어, 상기 일립티컬 미러는, 상기 유로부에서 상기 입자가 유동하는 방향으로 서로 대향하는 제1 관통홀 및 제2 관통홀을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 및 제2 관통홀은 상기 유로부의 상기 유로 입구부 및 상기 유로 출구부와 일렬로 정렬되며, 상기 광축과 교차하는 방향으로 서로 마주하며 이격되어 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 제 2 초점은, 상기 광축을 포함하는 임의의 단면상에서 상기 광축을 기준으로 이격된 두 개의 서로 다른 지점에 위치할 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 초점은 상기 투광성 부재와 평행한 평면상에서 환형 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 광 감지부는 제1 전극층; 반도체층; 및 제2 전극층을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 입자 센싱 장치는, 상기 발광부 아래 배치되는 제1 기판; 및 상기 제1 기판과 상기 광 감지부 사이에 배치되고, 상기 광축 주변으로 형성된 캐비티를 포함하는 제2 기판을 더 포함하되, 상기 캐비티는 상기 광축과 나란한 방향으로 상기 발광부와 적어도 일부가 중첩될 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 기판은 상기 광축과 나란한 방향으로 배치된 제1 관통홀 및 제2 관통홀; 상기 제1 관통홀을 관통하여 배치되고, 상기 제1 기판의 제1 전극과 상기 제1 전극층 사이를 전기적으로 연결하는 제1 도전부; 및 상기 제2 관통홀을 관통하여 배치되고, 상기 제1 기판의 제2 전극과 상기 제2 전극층 사이를 전기적으로 연결하는 제2 도전부를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 따른 입자 센싱 장치는 센싱되는 산란 광의 강도가 증가하여 개선된 입자의 센싱 능력을 갖고, 1 ㎛ 이하, 예를 들어 0.1 ㎛ 내지 0.8 ㎛ 바람직하게는 0.3 ㎛ 내지 0.5 ㎛로 매우 작은 크기의 입자도 센싱할 수 있고, 입자의 형상을 예측할 수도 있고, 광 흡수부의 설계를 용이하게 하며, 메인 빔으로 인한 산란광 검출 저하의 문제를 개선할 수 있고, 입자의 개수를 카운팅할 수 있고, 산란광의 세기를 높이기 위해 소모 전력이 많이 필요하지 않고, 전체 사이즈가 컴팩트하게 줄어들기 때문에 소형 입자 센싱 장치를 요구하는 분야 예를 들어 차량용으로 적합하게 이용될 수 있다.

도 1은 실시 예에 의한 입자 센싱 장치의 개념을 설명하기 위한 개략적인 블럭도이다.
도 2는 입자에 의해 산란된 산란광의 예시적인 프로파일을 나타낸다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 일 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 5는 도 3에 도시된 유로부를 설명하기 위해, 'A1' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 ‘A1’ 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 ‘A1’ 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 8은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 다른 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 9는 도 8에 도시된 입자 센싱 장치의 실시 예에 따른 집광부를 나타낸 사시도이다.
도 10a는 도 3에 도시된 광 감지부의 일 실시 예의 평면 형상을, 도 10b는 도 10a에 도시된 광 감지부를 J-J'선을 따라 절개한 일 실시 예에 의한 단면도를 각각 나타낸다.
도 11은 도 3에 도시된 광 감지부의 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 12은 도 3에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 13은 도 3에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 14는 도 3에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 15는 도 3에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 16은 도 3에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 17은 도 3에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 18a 및 도 18b는 복수의 감지 세그먼트를 이용하여 입자의 형상을 예측함을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 도 1에 도시된 수광부 구조의 일례를 나타내는 평면도를 나타낸다.
도 20은 도 3에 도시된 'B' 부분을, 도 19의 I-I’ 선을 따라 절개한 분해 단면도이다.
도 21은 도 20에 도시된 'B' 부분을 나타낸 분해 사시도이다.
도 22는 도 1에 도시된 정보 분석부의 일 실시 예의 블럭도이다.
도 23은 비교례에 따른 입자 센싱 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 24는 본 발명의 실시 예들에 따른 입자 센싱 장치의 효과를 도 23의 비교례의 경우와 비교한 그래프이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.

또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.

이하, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100: 100A 및 100B)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 설명의 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 입자 센싱 장치(100: 100A 및 100B)를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다.

도 1은 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100)의 개념을 설명하기 위한 개략적인 블럭도로서, 발광부(110), 유로부(120), 수광부(130), 광 흡수(dumping)부(140), 신호 변환부(150), 정보 분석부(160), 하우징(170), 팬(fan)(180) 및 집광부(190)를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 발광부(110)는 광을 방출하는 역할을 하며, 광원부(112), 렌즈부(114) 및 발광 케이스(116)를 포함할 수 있다.

광원부(112)는 제1 광(L1)을 방출하는 역할을 하며 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 광원부(112)에 포함되는 광원은 발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode) 또는 레이져 다이오드(LD:Laser Diode) 중 적어도 하나일 수 있으며, 실시 예는 광원부(112)를 구현하는 광원의 특정한 형태나 광원의 개수에 국한되지 않는다. 예를 들어, 광원부(112)를 구현하는 광원으로서, 직진성을 갖는 블루 LED, 고휘도 LED, 칩 LED, 하이프럭스 LED 또는 파워 LED 일 수 있으나, 실시 예에 의한 광원은 특정한 LED의 형태에 국한되지 않는다.

만일, 광원부(112)가 LED로 구현될 경우, 가시광선 파장 대역(예를 들어, 405 ㎚ 내지 660 ㎚) 또는 적외선(IR:Infrared) 파장 대역(예를 들어, 850 ㎚ 내지 940 ㎚)의 광을 방출할 수 있다. 또한, 광원부(112)가 LD로 구현될 경우 레드(red)/블루)(blue) 파장 대역(예를 들어, 450 ㎚ 내지 660 ㎚)의 광을 방출할 수 있다. 그러나, 실시 예는 광원부(112)에서 방출되는 제1 광(L1)의 특정한 파장 대역에 국한되지 않는다.

또한, 발광부(110)에서 방출되는 제3 광(L3)의 세기는 3000 mcd 이상일 수 있으나, 실시 예는 방출되는 제3 광(L3)의 특정한 세기에 국한되지 않는다.

전술한 발광부(110)의 광원의 패키징 형태는 SMD(Surface Mount Device) 타입이나 리드 타입(lead type)으로 구현될 수 있다. 여기서, SMD 타입이란, 후술되는 도 3에 도시된 바와 같이 발광부(112)의 광원이 인쇄 회로 기판(PCB, 118)에 솔더링을 통해 실장되는 패키징 형태를 의미한다. 또한, 리드 타입이란, 후술되는 도 20에 도시된 바와 같이 광원(112)에서 PCB 전극(E2)에 연결할 수 있는 다리(lead)가 돌출된 패키징 형태를 의미한다. 그러나, 실시 예는 광원의 특정한 패키징 형태에 국한되지 않는다.

또한, 발광부(110)가 LD로 구현될 경우, LD는 금속으로 패키징된 TO Can type일 수 있으며, 5 ㎽ 이상의 전력을 소모할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

렌즈부(114)는 광원부(112)와 유로부(120) 사이에서 광축(LX)에 배치될 수 있다. 즉, 렌즈부(114)는 광원부(112)로부터 제1 광(L1)이 지나가는 경로 상에 배치될 수 있다. 렌즈부(114)는 광원부(112)에서 방출된 제1 광(L1)을 유로부(120) 방향으로 집광(L2)시키는 역할을 한다. 또한, 렌즈부(114)는 광원부(112)로부터 방출된 제1 광(L1)을 평행광(L2)으로 변환시키는 역할을 수행할 수도 있다. 이를 위해, 렌즈부(114)는 하나의 렌즈만을 포함할 수도 있고, 광축(LX)에 배열된 복수의 렌즈를 포함할 수도 있다. 렌즈부(114)의 재료는 일반 카메라 모듈이나 LED 모듈에 적용되는 렌즈와 동일할 수 있다.

발광 케이스(116)는 광원부(112) 및 렌즈부(114)를 수용하며, 발광 개구부(OPL)를 형성하는 역할을 한다. 도 1의 경우, 발광 케이스(116)는 하우징(170)의 버텀부(176)와 별개인 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 발광 케이스(116)는 하우징(170)의 버텀부(176)와 일체로 형성될 수도 있고, 경우에 따라 발광 케이스(116)가 생략될 수 있다.

또한, 발광 케이스(116)는 발광 개구부(OPL)를 포함할 수 있다. 발광 개구부(OPL)는 광원부(112)로부터 방출되어 렌즈부(114)를 통과한 제2 광(L2)이 유로부(120)의 산란부(또는, 산란 공간)(SS)로 제3 광(L3)으로서 출사되는 부분이며, 발광부(110)의 광축(LX)에 배치될 수 있다. 산란부(SS)에 대해서는 유로부(120)를 설명할 때 상세히 후술된다.

또한, 발광 개구부(OPL)는 광원부(112)로부터 방출되는 제1 광(L1)의 발광 각도(view angle)에 대응하는 면적을 가질 수 있다. 일반적으로 광원부(112)가 될 수 있는 LED의 발광 각도는 광의 세기(luminous intensity)가 50%로 떨어질 때 약 15°이다. 이와 같이, LED는 빔의 파워가 중심에서 크기 때문에 발광 개구부(OPL)의 면적이 크지 않아도 원하는 세기의 광이 발광 개구부(OPL)를 통해 방출될 수 있다. 그러나, 발광 각도가 큰 경우, 원하는 세기를 갖는 제3 광(L3)이 발광부(110)에서 방출되도록 발광 개구부(OPL)의 면적을 결정한다면 광 손실이 발생하여 빛의 세기가 약해질 수 있다. 따라서, 발광 각도는 이를 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 발광 개구부(OPL)가 원형 평면 형상을 가질 경우, 발광 개구부(OPL)의 직경이 10 ㎜보다 커지면 입자 센싱 장치(100)의 크기도 커지고 광 노이즈(noise)가 야기될 수 있다. 따라서, 발광 개구부(OPL)의 직경의 최대값은 10 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 실시 예에 따라, 발광 개구부(OPL)가 생략될 수 있음은 물론이다.

유로부(120)는 발광부(110) 아래에서 발광부(110)의 광축(LX)과 수직하게 배치될 수 있으며, 입자를 포함하는 공기가 유동하는 경로를 제공한다. 입자를 포함하는 공기는 유로부(120)의 유입구(IH)를 향해 IN1 방향으로 유입되어 유로부(120)의 유출구(OH)를 통해 OUT1 방향으로 배출될 수 있다. 예를 들어, 입자란, 공기 중에 부유하는 파티클로서, 먼지일 수도 있고 연기일 수도 있으며 실시 예는 입자의 특정한 형태에 국한되지 않는다.

유로부(120)의 유입구(IH)를 통해 IN1 방향으로 유입된 공기에 포함된 입자는 발광부(110)로부터 방출되는 제3 광(L3)에 의해 유로부(120)의 산란부(SS)에서 산란되며, 산란된 광 (이하, '산란광'이라 한다) 중 적어도 일부(L6)는 집광부(190)에 입사된 후 제7 광(L7)으로 출사되어 수광부(130)로 제공될 수 있다.

도 1의 경우 유로부(120)는 발광부(110) 및 수광부(130)와 각각 이격된 것으로 예시되어 있지만, 이는 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100)의 개념을 설명하기 위함이다. 즉, 유로부(120)가 구현되는 방식에 따라 후술되는 입자 센싱 장치(100A 및 100B)에서와 같이 유로부(120)는 발광부(110), 수광부(130) 및 광 흡수부(140)와 각각 접하여 배치될 수도 있다.

팬(180)은 유로부(120) 내에서 공기의 유동을 유도하는 역할을 한다. 즉, 팬(180)은 유로부(120) 내에서 공기의 유속을 일정하게 유지하는 역할을 한다. 이를 위해, 팬(180)은 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)으로 유로부(120)에 인접하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 팬(180)은 유로부(120)의 유출구(OH) 측에 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 유로부(120) 내에서 공기의 유동을 유도할 수만 있다면, 실시 예는 팬(180)의 특정한 배치 위치에 국한되지 않는다.

예를 들어, 유로부(120) 내에서 입자를 포함하는 공기가 5 ㎖/sec의 유속을 유지하도록 유로부(120)를 구현하거나 팬(180)의 회전 속도를 결정할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

한편, 수광부(130)는 산란광의 적어도 일부가 입사되며, 유로부(120) 아래에서 광축(LX) 및 발광부(110) 주변에 배치될 수 있다.

도 2는 입자(P)에 의해 산란된 산란광의 예시적인 프로파일을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 산란광이란 발광부(110)에서 방출된 제3 광(L3)이 유로부(120)를 통과하는 공기에 포함된 입자(P)에 의해서 산란된 광을 의미할 수 있다. 비산란광이란, 발광부(110)에서 방출된 제3 광(L3)이 유로부(120)를 통과하는 입자(P)에 의해 산란되지 않고 광흡수부(140)로 진행하는 광(L4)을 의미할 수 있다.

수광부(130)는 산란광의 적어도 일부를 수광하고, 수광된 광의 전기적 신호를 신호 변환부(150)로 제공할 수 있다. 이때, 수광부(130)에는 입자에서 산란된 광이 직접 수광될 수도 있고, 입자에서 산란된 광이 집광부(190)를 통해 반사되어 수광될 수도 있다.

광 흡수부(140)는 유로부(120)를 통과한 제5 광(L5)을 흡수하는 역할을 하며, 이를 위해, 유로부(120) 위에서 광축(LX)에 배치될 수 있다. 광 흡수부(140)는 직진하는 불필요한 광(이하, '메인 광')을 흡수하여 가두는 일종의 암실에 해당할 수 있다.

하우징(170)은 발광부(110), 유로부(120), 수광부(130) 및 광 흡수부(140)를 수용하는 역할을 한다. 예를 들어, 하우징(170)은 탑부(172), 중간부(174) 및 버텀부(176)를 포함할 수 있다. 탑부(172)는 광흡수부(140)를 수용 가능한 부분이고, 중간부(174)는 유로부(120)와 팬(180)을 수용 가능한 부분이고, 버텀부(176)는 수광부(130)와 발광부 (110)를 수용 가능한 부분이다.

도 1의 경우, 하우징(170)의 중간부(174)와 유로부(120)가 별개인 것으로 예시되어 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 후술되는 입자 센싱 장치(100A 및 100B)에서와 같이 하우징(170)의 탑부(172)와 버텀부(176)에 의해 유로부(120A, 120B)가 형성될 수도 있고, 하우징(170)의 중간부(174)에 의해 유로부가 형성될 수 있다.

신호 변환부(150)는 수광부(130)에서 입사된 전류 형태의 신호를 전압 형태의 신호로 변환하고, 변환된 결과를 전기적 신호로서 정보 분석부(160)로 출력할 수 있다. 경우에 따라, 신호 변환부(150)는 생략될 수 있으며, 수광부(130)가 신호 변환부(150)의 역할을 수행할 수도 있다. 이때, 수광부(130)로부터 출력되는 전기적 신호는 정보 분석부(160)로 제공될 수 있다.

정보 분석부(160)는 신호 변환부(150)(또는, 신호 변환부(150)가 생략될 경우 수광부(130))로부터 제공된 전기적 신호를 이용하여 입자(P)의 개수, 농도, 크기 또는 형상 중 적어도 하나를 분석할 수 있다.

이하, 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 실시 예(100A 및 100B)에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 일 실시 예의 단면도를 나타낸다.

도 3에 도시된 입자 센싱 장치(100A)는 발광부(110A), 유로부(120A), 수광부(130), 광 흡수부(140), 하우징(172, 176), 팬(180) 및 집광부(190A)를 포함하며, 도 1에 도시된 신호 변환부(150) 및 정보 분석부(160)는 생략되었다.

도 3에 도시된 발광부(110A), 유로부(120A), 수광부(130), 광 흡수부(140), 하우징(172, 176) 및 팬(180)은 도 1에 도시된 발광부(110), 유로부(120), 수광부(130), 광 흡수부(140), 하우징(172, 176) 및 팬(180)과 각각 동일한 기능을 수행하므로, 중복되는 부분에 대한 설명을 생략한다.

도 3을 참조하면, 발광부(110)와 수광부(130)는 버텀부(176) 내에 수용될 수 있다. 구체적으로, 발광부(110)와 광 감지부(134)는 버텀부(176)와 투광성 부재(132)에 의해 정의된 내부 공간에 수용될 수 있다.

광원부(112)는 제1 기판(118) 위에 배치되며, 그 위에 렌즈부(114)가 배치될 수 있다. 렌즈(114A)는 광원(112)과 투광성 부재(132) 사이에서 광축(LX)에 배치되며, 광원(112A)에서 방출된 광을 광축(LX)과 나란한 방향으로 진행하도록, 또는 광축(LX)주변으로 집광시키는 역할을 한다.

광 감지부(134)는 발광부(110)와 두께 방향(즉, Z축 방향)으로 서로 중첩되지 않도록, 광축(LX)을 기준으로 발광부(110) 주위에 배치될 수 있다. 실시 예에 따라, 광 감지부(134)는 도 3의 도시와 달리 투광성 부재(132)의 아래가 아닌 위에 배치될 수도 있다. 만일, 광 감지부(134)가 도 3과 같이 투광성 부재(132)의 아래에 배치되는 경우, 투광성 부재(132)는 버텀부(176)와 함께 유로부(120A)의 일부를 구성할 수도 있다. 또한, 실시 예에 따라, 발광 개구부(OPL)는 투광성 부재(132)에 형성될 수도 있다.

한편, 발광부(110)가 도 3과 같이 모두 투광성 부재(132) 아래에 배치되는 경우, 발광부(110)로부터 방출되는 광은 투광성 부재(132)의 후술될 광 투과 영역을 통과하여 유로부로 입사되며, 입자(P)에 의해 산란될 수 있다. 도 2에 도시된 산란광 프로파일에 의하면, 산란광의 상당부분이 광축 방향을 중심으로 부채꼴 형태로 퍼지게 된다. 따라서, 산란광 중 일부는 산란되지 않은 광과 함께 광흡수부(140)로 진행하게 되며, 다른 일부(L6)는 집광부(190A)로 입사된다. 집광부(190A)로 입사된 산란광(L6)은 광 감지부(134)에 집광되도록 진행 방향이 변경되어 출사(L7)될 수 있다. 또한, 산란광 중 또 다른 일부는 광 감지부(134)로 바로 입사될 수도 있다.

집광부(190A)는 다양한 각도로 입사되는 산란광(L6)을 광 감지부(134)로 출사시키기 위하여 광을 반사 및/또는 굴절시키는 곡면을 포함할 수 있다. 이러한 집광부(190A)의 예로 일립티컬 미러(elliptical mirror)를 들 수 있다.

집광부(190A)는 유로부(120A)에 대한 상대적인 크기 및 배치 위치에 따라서 광 감지부(134)로 집광시킬 수 있는 산란광의 범위가 달라진다.

예컨대, 도 3과 같은 경우 입자가 광축(LX) 상에 위치할 때, 집광부(190A)로 입사되는 산란광(L6)과 광축이 이루는 각도(θ)는 25도 내지 60도 범위일 수 있다.

도 5는 도 3에 도시된 유로부(120A)를 설명하기 위해, 'A1' 부분을 확대 도시한 단면도로서, 설명의 편의상 도 3에 도시된 팬(180)의 도시는 도 5에서 생략되었다. 또한, 도 6과 도 7은 도 5의 변형된 실시예로서 다른 실시예에 따른 ‘A1’ 부분 및 또 다른 실시예에 따른 ‘A1’ 부분을 각각 확대 도시한 단면도이다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 유로부(120A)는 유로 입구부(FI), 제1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS), 제2 유로 중간부(FII2) 및 유로 출구부(FO)를 포함할 수 있다.

유로 입구부(FI)는 입자(P)를 포함할 수 있는 공기가 유입되는 부분으로서, 유입구(IH) 및 제1 경로를 포함할 수 있다. 여기서, 유입구(IH)는 외부로부터 IN1 방향으로 공기가 유입되는 유로부(120)의 입구에 해당하고, 제1 경로란, 유입구(IH)로부터 제1 유로 중간부(FII1) 사이에 형성된 경로에 해당한다.

유로 출구부(FO)는 입자(P)를 포함할 수 있는 공기가 유출되는 부분으로서, 유출구(OH) 및 제2 경로를 포함할 수 있다. 여기서, 유출구(OH)는 공기가 OUT1 방향으로 외부로 유출되는 유로부(120)의 출구에 해당하고, 제2 경로란, 제2 유로 중간부(FII2)로부터 유출구(OH) 사이에 형성된 경로에 해당한다.

산란부(SS)는 수광부(130)의 투광성 부재(132)와 광흡수부(140A) 사이 및 유로 입구부(FI)와 유로 출구부(FO) 사이에서 광축(LX)에 위치한다. 산란부(SS)는 발광부(110)에서 방출된 광이 입자(P)에 의해 산란되는 공간을 제공한다. 이를 위해, 산란부(SS)란, 발광부(110)와 광흡수부(140)가 서로 대향하는 방향(예를 들어, z축 방향)으로 유로부(120, 120A)에서 광흡수부(140)의 제1 개구부(OP1)와 중첩되는 영역으로서 정의될 수 있다.

제1 유로 중간부(FII1)는 유로 입구부(FI)와 산란부(SS) 사이에 위치하고, 제2 유로 중간부(FII2)는 산란부(SS)와 유로 출구부(FO) 사이에 위치할 수 있다.

입자(P)를 포함하는 공기가 유로 입구부(FI)를 통해 유입된 후, 제1 유로 중간부(FII1)를 통해 산란부(SS)로 진행한 후, 제2 유로 중간부(FII2)를 거쳐서 유로 출구부(FO)를 통해 배출된다. 이와 같이 입자(P)를 포함하는 공기가 유로부(120A)로 원할히 진행하는 것을 돕기 위해 팬(180)이 배치될 수 있음은 전술한 바와 같다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 팬(180)은 유로 출구부(FO) 내에 배치될 수도 있고, 도시된 바와 달리 유로 출구부(FO)의 유출구(OH)에 인접하여 배치될 수도 있다. 또는 다른 실시 예에 의하면, 팬(180)은 유로 입구부(FI) 내에 배치되거나 유입구(IH)에 인접하여 배치될 수도 있다.

입자(P)를 포함하는 공기가 유로부(120A)를 지나가는 동안 발광부(110)로부터 방출된 제3 광(L3)이 산란부(SS)에서 입자(P)와 부딪혀 도 2에 도시된 바와 같은 형태로 산란하게 된다. 이때, 발광부(110)에 발광 개구부(OPL)가 구비되는 경우, 산란부(SS)를 지나가는 모든 입자(P)가 발광부(110)로부터 방출되는 제3 광(L3)에 의해 부딪히도록 하기 위해, 발광 개구부(OPL)로부터 출사된 제 3광(L3)이 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축과 z축)으로 산란부(SS)에서 광 커튼을 형성하기에 적합한 면적을 발광 개구부(OPL)가 가질 수 있다.

또한, 유로부(120A)의 단면적(예를 들어, x축과 z축 방향의 면적)은 발광 개구부(OPL)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)보다 작을 수 있다.

한편, 유입구(IH)를 포함한 유로 입구부(FI)의 높이(즉, Z축 방향의 길이)와 유출구를 포함한 유로 출구부(FO)의 높이는 도 4의 D1에 대응된다. 또한, 제1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS) 및 제2 유로 중간부(FII2)의 높이는 도 4의 D7에 대응된다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS) 및 제2 유로 중간부(FII2)에는 입자의 흐름을 방해하지 않도록 집광부(190A)가 배치될 공간이 필요하기 때문에 D1 보다 D7이 크다.

따라서, 유로부(120A)는 입자가 유동하는 방향(즉, Y축)을 따라 유로 입구부(FI), 제1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS), 제2 유로 중간부(FII2) 및 산란부(SS)로 구분되는 것과 유사하게, 높이 방향(즉, Z축)을 따라 주 유로부(MP)와 집광부 수용부(CA)로 구분될 수 있다. 주 유로부(MP)는 주로 입자가 유동하는 경로를 제공하며, 집광부 수용부(CA)는 집광부(190A)가 수용될 공간을 제공한다.

이때, 집광부(190A) 전체가 반드시 Z축을 기준으로 집광부 수용부(CA) 내에 배치되어야 하는 것은 아니며, 실시 예에 따라 집광부(190A)의 적어도 일부가 ?Z축 방향으로 소정 길이(D10)만큼 연장될 수도 있다.

집광부(190A)는 전술된 바와 같이 일립티컬 미러를 포함할 수 있다. 일립티컬 미러는 일반적으로 두 개의 초점을 갖는다. 즉, 일립티컬 미러는 제1 초점으로부터 입사된 광을 제2 초점으로 출사시킨다. 예컨대, 제1 초점은 산란부(SS)에 대응되고, 제1 초점으로부터 입사되는 광은 산란광(L6)에 대응되고, 출사되는 광은 L7에 대응된다. 또한, 제2 초점은 광 감지부(134), 특히, 후술될 포토 다이오드(134-2) 또는 포토 다이오드(134-2)의 아래 영역에 대응된다. 여기서, 입자에 의한 산란광(L6)은 소정 각도 범위 내에 걸쳐있기 때문에 출사광(L7) 또한 그에 대응되는 각도 범위를 갖게 된다. 따라서 포토 다이오드(134-2)에서 출사광(L7)을 보다 효율적으로 수신할 수 있도록 제2 초점의 위치가 조절될 수 있다. 예컨대, 제2 초점이 Z축 상에서 포토 다이오드(134-2)와 중첩되는 경우 투광성 부재(132)와 평행한 평면, 즉, X-Y 평면 상에서 폐곡선 형상을 갖게 될 수 있다. 이와 달리 제2 초점이 Z축 상에서 포토 다이오드(134-2)의 아래로 내려갈수록 점점 X-Y 평면 상에서 평면적이 커지는 환형 형상을 가질 수 있게 된다. 따라서, 제2 초점은, X-Y 평면 상에서 갖는 환형 형상이 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상 및 크기에 대응되도록 Z축 상에서 위치할 수 있다. 이러한 평면 형상을 갖는 경우, 도 4에 도시된 바와 유사하게, 광원부(112)의 광축을 포함하는 임의의 단면상에서 제2 초점은 광축을 기준으로 서로 대칭되는 두 개의 서로 다른 지점에 이격되어 위치할 수 있다.

상술한 바와 같이 제1 초점 및 제2 초점의 위치에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 입자에서 산란된 광(L6)이 서로 다른 각도로 집광부(190A)에 입사되더라도, 입자에 의한 산란이 제1 초점에 대응되는 위치에서 발생된 경우 출사광(L7)은 제2 초점에 대응되는 광 감지부(134)를 향하게 된다.

이러한 초점 구성을 위해, 집광부(190A)는 전체적으로 돔 형상을 가질 수 있으며, 유로부(120A)를 통과한 광이 제1 개구부(OP1)를 통해 광흡수부(140)에 들어갈 수 있도록 상부 중심에 광흡수부(140)와 대향하며, 관통홀 형태를 갖는 제2 개구부(OP2)를 포함할 수 있다.

따라서, 제2 개구부(OP2)로 인해 집광부(190A)는 절두형 돔형상을 가지는 것으로 볼 수도 있다. 아울러, 일립티컬 미러는 X-Y 평면 상으로는 환형 평면을 가지며, Y-Z 평면 상으로는 제2 개구부(OP2)를 제외하면 아치형 단면 형상을 가질 수 있다.

이때, 제1 개구부(OP1)와 제2 개구부(OP2)는 광축(LX) 방향으로 서로 정렬되어, Z축 방향으로 서로 적어도 일부가 중첩될 수 있다. 또한, 제1 개구부(OP1)와 제2 개구부(OP2)의 X-Y 평면 상에서의 크기는 발광부(110)에서 출사되는 빔 사이즈와 산란부(SS)의 크기에 대응될 수 있으나, 반드시 크기가 서로 일치해야 하는 것은 아니다.

한편, 집광부 수용부(CA)가 Y축 방향으로 제1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS) 및 제2 유로 중간부(FII2)를 포함하여, Y-Z 평면 상에서 사각 단면 형상을 갖는 경우, 탑부(172)의 제1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS) 및 제2 유로 중간부(FII2)에 해당하는 저면과, 저면과 대면하는 집광부(190A)의 상부면 사이에는 캐비티(C1)가 존재할 수 있다. 물론, 실시 예에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이 탑부(172)의 제1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS) 및 제2 유로 중간부(FII2)에 해당하는 저면(DU)이 집광부(190A)의 상부면(190AU)이 갖는 돔형상에 대응되는 리세스를 정의할 수도 있다. 이러한 경우, 탑부(172)의 저면(DU)과 집광부(190A)의 상부면(190AU)은 서로 접할 수 있으며, 그에 따라 도 5에 도시된 캐비티(C1)가 존재하지 않을 수 있다.

아울러, 도 7에 도시된 바와 같이 투광성 커버(TC)가 집광부(190A) 아래에 배치되어 주 유로부(MP)와 집광부 수용부(CA)가 서로 격리될 수도 있다. 이러한 경우, 유로부(120A) 내에서 입자가 유동하는 방향(즉, Y축)으로 입자가 진행함에 있어 산란부(SS) 전후로 유로 단면적의 변화가 최소화되기 때문에 유로부 내에서 보다 균일한 공기(입자) 흐름을 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 입자가 집광부 수용부(CA)는 물론 그 위의 광흡수부(140)에 도달할 수 없기 때문에 집광부(190A)나 광흡수부(140)에 입자가 쌓이는 현상을 방지할 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, Y축 방향으로 전체 유로부(120A) 또는 하우징의 길이(D2), Y축 방향으로 투광성 부재(132) 및 기판의 길이(D3), Z축 방향으로 제1 기판(118)에서 투광성 부재(132)까지의 높이(D4), 투광성 부재의 두께(D5), Z축 방향으로의 전체 하우징의 높이(D6), 투광성 부재(132)의 상면에서 광흡수부(140)까지, 즉, 유로부의 Z축 방향으로 최고점에서 최저점 사이의 거리(D7), 광 흡수부(140)의 높이(D8) 및 Y축 방향으로 광 흡수부(140)의 길이(D9)가 갖는 범위는 각각 아래 표 1과 같다.

구분	하한(mm)	상한(mm)
D2	10	30
D3	5	15
D4	2	4
D5	05	1
D6	17.5	45
D7	5	30
D8	5	10
D9	10	25

표 1에 나타난 각부의 길이 및 높이는 예시적인 것으로, 실시 예는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 표 1과 상이한 크기를 가질 수도 있음은 물론이다.

도 8은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 다른 실시 예의 단면도를 나타낸다.

도 3과 비교하면, 도 8에 도시된 입자 센싱 장치(100B)의 단면 형상은 유로부(120B)와 집광부(190B)의 형상이 서로 다르다. 이를 제외하면, 도 8에 도시된 입자 센싱 장치 (100B)는 도 3에 도시된 입자 센싱 장치(100A)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다. 예를 들어, 도 4를 참조하여 전술한 산란부(SS)에 대한 정의는 도 8에 도시된 유로부(120B)에 대해서도 적용될 수 있다.

도 8을 참조하면, 도 3에 도시된 집광부(190A)의 형태와 유사하게, 투광성 부재(132)와 광흡수부(140) 사이에 광축(LX) 주위로 돔 형상의 집광부(190B)가 배치된다. 다만, 도 3에 도시된 집광부(190A)와 달리 도 8에 도시된 집광부(190B)는 광축(LX)과 이루는 각도(θ)가 90도를 넘어서는 산란광(L6)도 광 감지부(134)에 집광시킬 수 있도록 Z축 방향을 기준으로 아래로 보다 연장된 형태를 갖는다. 이때, 집광부(190B)가 Z축 방향을 기준으로 아래로 연장됨에 따라 측부면이 유로부(120B)의 유입구와 유출구를 막지 않도록, 유로부(120B)에서 입자가 유동하는 방향으로 서로 대향하는 2개의 관통홀, 즉, 제1 관통홀 및 제2 관통홀을 포함할 수 있다. 제1 관통홀 및 제2 관통홀을 포함하는 집광부(190B) 형태를 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 도 8에 도시된 입자 센싱 장치의 실시 예에 따른 집광부를 나타낸 사시도이다.

도 9를 참조하면, 집광부(190B)는 상부면에 광축(LX)에 위치하는 상부 관통홀(OP2)을 포함하는 돔 형상을 가질 수 있다. 또한, 집광부(190B)는 돔 형상의 측부면에 광축(LX)과 교차하는 방향(예컨대, Y축 방향)으로 서로 마주하며 이격되어 배치되는 제1 관통홀(PH1) 및 제2 관통홀(PH2)을 포함할 수 있다.

다시 도 8로 돌아와서, 제1 관통홀(PH1)은 유로 입구부 영역(NZI)의 유입구(IH)와 대향하며, 제2 관통홀(PH2)은 유로 출구부 영역(NZO)의 유출구(OH)와 대향할 수 있다. 따라서, 제1 관통홀(PH1)과 제2 관통홀(PH2)은 유로 입구부 및 유로 출구부와 일렬로 정렬되는 것으로 볼 수 있다.

또한, 도 3 및 도 4의 경우, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축 방향 및 z축 방향)으로, 주 유로부(CA)에 해당하는 유로 입구부(FI), 제1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS), 제2 유로 중간부(FII2) 및 유로 출구부(FO)의 단면적은 일정하다.

반면에, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 유로 입구부 영역(NZI)의 단면적은 산란부(SS)에 접근할수록 감소하는 부분을 포함하고, 유로 출구부 영역(NZO) 의 단면적은 산란부(SS)로부터 멀어질수록 증가하는 부분을 포함할 수 있다. 즉, 유로 입구부 영역(NZI)과 유로 출구부 영역(NZO)은 각각 서로 대향하는 노즐 형태의 단면 형상을 가질 수 있다. 또한, 유로 입구부 영역(NZI)은 집광부(190B)의 제1 관통홀(PH1)과 대향하는 제3 개구부(OP3)를 포함하고, 유로 출구부 영역(NZO)은 집광부(190B)의 제2 관통홀(PH2)과 대향하는 제4 개구부(OP4)를 포함할 수 있다.

이와 같이 유로 입구부 영역(NZI)과 유로 출구부 영역(NZO)이 서로 대향하는 노즐 형상을 갖는 경우, 제3 개구부(OP3)를 지나면서 가속된 입자가 바로 제1 관통홀(PH1)을 지나 산란공간(SS)을 통과하면서 유로 단면적 변화를 겪더라도 진행 방향을 유지하면서 제2 관통홀(PH2)로 들어갈 수 있다. 물론, 제2 관통홀(PH2)을 통과한 입자는 제4 개구부(OP4)를 거쳐 유로부(120B)를 빠져나갈 수 있다.

또한, 노즐 형상 구조로 인해 유로부(120B)의 유입구(IH)와 제1 관통홀(PH1) 사이에서 입자가 제1 관통홀(PH1)로 바로 들어가지 못하고 맴도는 현상을 방지할 수 있다. 아울러, 노즐 형상 구조로 인해 유입구(IH)로 들어온 입자가 제1 관통홀(PH1)로의 진행이 보장되기 때문에 관통홀(PH1)이 불필요하게 커질 필요도 없다. 관통홀(PH1, PH2)의 크기가 작아지면, 그만큼 집광부(190B) 내측면의 면적도 넓어지기 때문에 보다 많은 산란광(L6)이 광 감지부(134)로 집광될 수 있어 측정 정확도가 향상될 수 있다.

실시 예에 따라, 제1 관통홀(PH1) 및 제2 관통홀(PH2)을 Y축 방향으로 관통하는 투광성 관이 추가로 배치될 수도 있다. 이러한 경우, 유로부(120B) 내에서 입자가 유동하는 방향(즉, Y축)으로 입자가 진행함에 있어 산란부(SS) 전후로 유로 단면적의 변화가 최소화되기 때문에 유로부 내에서 보다 균일한 공기(입자) 흐름을 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 입자가 집광부 수용부(CA)와 그 위의 광흡수부(140)는 물론 투광성 부재(132) 상에 도달할 수 없기 때문에 내부에 입자가 쌓이는 현상을 방지할 수 있다.

도 8에 도시된 입자 센싱 장치(100B)는 도 3에 도시된 입자 센싱 장치(100A) 대비 유로(120B) 형태의 제약이 더 클 수 있으나, 산란광의 수광 각도가 25도 내지 100도에 달하기 때문에 보다 많은 산란광을 광 감지부로 집광시킬 수 있는 장점이 있다.

전술한 실시예들에서 유로의 형태와 집광부의 형태는 서로 조합되거나 치환될 수 있음은 당업자에 자명하다. 예컨대, 도 3에 도시된 유로부(120A) 구성을 가지면서 도 8에 도시된 아래로 더 연장된 형태의 집광부(190B)가 조합될 수 있다. 이러한 경우, 제1 관통홀(PH1) 및 제2 관통홀(PH2)의 크기는 유로부(120A)의 유입구(IH) 크기에 대응될 수 있다.

도 10a는 도 3에 도시된 광 감지부의 일 실시 예의 평면 형상을, 도 10b는 도 10a에 도시된 광 감지부를 J-J'선을 따라 절개한 일 실시 예에 의한 단면도를 각각 나타낸다.

광 감지부(134A)는 포토 다이오드(134-2)를 포함할 수 있다. 또한, 포토 다이오드(134-2)의 내측 가장자리에 의해 광 투과 영역(134-1)이 정의될 수 있다.

또한, 도 10b를 참조하면, 포토 다이오드(134-2)는 제1 전극(1010), 반도체층 (1020) 및 제2 전극(1030)을 포함할 수 있다. 제1 전극(1010), 반도체층 (1020) 및 제2 전극(1030)은 두께 방향(즉, Z축)으로 적어도 일부가 중첩될 수 있다.

반도체층(1020)은 PN, PIN 또는 Avalanche 다이오드가 박막 형태로 배치될 수 있으며, PIN 다이오드로 구성되는 경우, P층(1022), 활성(Intrinsic)층(1024) 및 N층(1026)을 포함할 수 있다. P층(1022) 및 N층(1026)은 Z축 방향으로 15 내지 20nm의 두께를, 활성층(1024)은 Z축 방향으로 200 nm 내지 600nm의 두께를 가질 수 다. 또한, 제1 전극(1010)은 투광성을 가질 수 있으며, GAZO, GZO, ITO 등의 물질을 포함할 수 있고, 제2 전극(1030)은 Al, Ti, TiN, Ag, Au 등의 금속 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 전극(1010)을 “투명 전극”이라 칭할 수 있으며, 제2 전극(1030)을 “금속 전극”이라 칭할 수도 있다. 제1 전극(1010) 및 제2 전극(1030)의 Z축 방향으로의 두께는 100um 내지 1mm일 수 있다. 물론, 전술된 각 층의 두께는 예시적인 것으로 실시 예는 이에 한정되지 아니하며, 상술한 구조의 포토 다이오드(134-2)는 증착이나 인쇄 등의 방식으로 제조될 수 있다.

한편, 포토 다이오드(134-2)는 투광성 부재(132)가 기판 역할을 수행할 수 있는데, 포토 다이오드(134-2)가 투광성 부재(132)의 저면상에 배치되는 경우 제1 전극층(1010)의 상면이 투광성 부재(132)의 저면과 접하게 된다. 이와 달리 포토 다이오드(134-2)가 투광성 부재(132)의 상면 상에 배치되는 경우 제2 전극층(1030)의 저면이 투광성 부재(132)의 상면과 접하게 된다.

광 투과 영역(134-1)은 발광부(110)로부터 방출된 광을 통과시켜 산란부(SS)로 입사될 수 있도록 한다. 따라서, 광 투과 영역(134-1)은 광축(LX)에 위치하며 포토 다이오드(134-2)의 반도체 층(1020) 및 제2 전극(1030)이 배치되지 않는 영역을 의미할 수 있다. 실시 예에 따라, 제1 전극(1010)이 도10b의 J방향(즉, 광축 방향)으로 연장되는 경우, 광 투과 영역(134-1)은 제1 전극(1010)의 적어도 일부를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 전극이 광축까지 연장되어 원형 평면 형상을 갖는 경우, 광 투과 영역(134-1) 전체에 제1 전극(1010)이 포함될 수도 있다.

또한, 포토 다이오드(134-2)를 투광성 부재(132)의 저면에 배치할 경우, 이물질로 인한 포토 다이오드(132-2)의 손상도 막을 수 있다.

포토 다이오드(134-2)는 광 투과 영역(134-1)의 주변에 배치되고, 입자(P)에 의해 산란된 광을 센싱하는 역할을 한다. 여기서 주변에 배치된다고 함은, 광 투과 영역(134-1)의 외측(외곽)을 포토 다이오드(134-2)가 전체적으로 둘러싼 형태로 배치됨을 의미할 수 있으나, 반드시 포토 다이오드(134-2)가 닫힌 곡선 또는 닫힌 직선으로 에워싼 형태를 의미하는 것은 아니며, 포토 다이오드의 외측을 향해 열린 부분(예컨대, 후술할 도 14 내지 도 18b의 각 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)의 사이 영역)을 하나 이상 가질 수도 있다.

포토 다이오드(134-2)는 일반적인 포토 다이오드의 구조에서 광을 흡수하는 액티브(active) 영역에 해당한다. 예를 들어, 포토 다이오드(134-2)는 380 ㎚ 내지 1100 ㎚ 파장 대역의 광을 검출할 수 있으나, 실시 예는 포토 다이오드(134-2)에서 검출할 수 있는 특정한 파장 대역에 국한되지 않는다. 또한, 산란광이 잘 센싱될 수 있도록, 포토 다이오드(134-2)는 660 ㎚의 파장 대역에서 0.4A/W의 감도를 갖거나, 450 ㎚에서 0.3 A/W의 감도를 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

도 10a를 참조하면, 광 감지부(134A)의 폭(W1)은 5 ㎜ 내지 20 ㎜ 예를 들어, 7 ㎜ 내지 15 ㎜, 바람직하게는 8 ㎜ 내지 10 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

또한, 광 투과 영역(134-1)의 폭(W2)은 3 ㎜ 내지 18 ㎜ 예를 들어, 5 ㎜ 내지 13 ㎜ 바람직하게는 7 ㎜ 내지 9 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

또한, 포토 다이오드(134-2)의 평면상에서의 폭(W3)은 0.1 ㎜ 내지 5 ㎜ 예를 들어, 1 ㎜ 내지 3 ㎜ 바람직하게는 1.5 ㎜ 내지 2.5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

도 11 내지 도 13은 도 9에 도시된 광 감지부(134)의 다양한 실시 예(134B, 134C, 134D)의 평면 형상을 나타낸다.

도 10에 도시된 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 원형 고리 형상이지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 광 감지부(134)가 광 투과 영역(134-1)를 포함할 수 있다면, 포토 다이오드(134-2)는 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 다각형 고리 형상일 수 있다. 도 11에 도시된 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 장방형 고리 형성이고, 도 12에 도시된 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 정방형 고리 형성이고, 도 13에 도시된 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 삼각형 고리 형상일 수 있다. 또는 비록 도시되지는 않았지만, 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 타원형 고리 형상일 수도 있다.

도 14는 도 9에 도시된 광 감지부(134)의 또 다른 실시 예(134E)의 평면 형상을 나타낸다.

포토 다이오드(134-2)는 동일 평면상에서 서로 이격되어 배치된 복수의 감지 세그먼트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 예시된 바와 같이 포토 다이오드(134-2)는 서로 이격되어 배치된 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)를 포함할 수 있다.

도 15 내지 도 17은 도 9에 도시된 광 감지부(134)의 또 다른 실시 예(134F 내지 134H)의 평면 형상을 나타낸다.

도 15에 도시된 바와 같이 장방형 고리 형상의 평면을 갖는 광 감지부(134F), 도 16에 도시된 정방향 고리 형상의 평면을 갖는 광 감지부(134G), 도 17에 도시된 삼각형 고리 형상의 평면을 갖는 광 감지부(134H) 각각은 서로 이격되어 배치된 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)를 포함할 수 있다.

또한, 도 14 내지 도 17에 예시된 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)는 등간격 또는 서로 다른 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)의 이격된 간격(G)이 클수록, 신호 레벨이 증가하여 디자인 자유도가 증가할 수 있다. 예를 들어, 간격(G)은 0.01 ㎜ 내지 1 ㎜ 예를 들어, 0.1 ㎜ 내지 0.5 ㎜ 바람직하게는 0.15 ㎜ 내지 0.25 ㎜일 수 있으나 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

또한, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)는 서로 동일한 평면적을 가질 수도 있고, 서로 다른 평면적을 가질 수도 있다.

또한, 도 10 내지 도 17에 예시된 광 감지부(134A 내지 134H)는 평면상에서 대칭으로 배치될 수도 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 광 감지부(134A 내지 134H)는 평면상에서 비대칭으로 배치될 수도 있다.

또한, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)는 평면상에서 대칭 또는 비대칭으로 배치될 수 있다.

도 11 내지 도 17에 도시된 폭(W1, W2, W3)은 도 10에서 설명한 내용이 적용될 수 있다.

예를 들어, 포토 다이오드(134-2)와 마찬가지로 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24) 각각은 380 ㎚ 내지 1100 ㎚ 파장 대역의 광을 검출할 수 있으나, 실시 예는 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 검출할 수 있는 특정한 파장 대역에 국한되지 않는다. 또한, 산란광이 잘 센싱될 수 있도록, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24) 각각은 660 ㎚의 파장 대역에서 0.4A/W의 감도를 갖거나, 450 ㎚에서 0.3 A/W의 감도를 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

도 14 내지 도 17에 예시된 바와 같이, 포토 다이오드(134-2)가 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)로 이격되어 배치될 경우, 정보 분석부(160)는 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24) 각각에서 센싱된 결과의 상대적 크기를 이용하여 입자의 형상을 예측할 수 있다.

도 18a 및 도 18b는 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)를 이용하여 입자(P)의 형상을 예측함을 설명하기 위한 도면이다.

도 18a를 참조하면, 입자(P)의 형상이 대칭형 예를 들어 구형일 경우, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 감지된 산란 광의 세기는 서로 동일하다. 이와 같이, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 감지된 광의 세기가 서로 동일할 경우, 정보 분석부(160)는 입자(P)가 대칭 형상을 갖는 것으로 결정할 수 있다.

반면에, 도 18b를 참조하면, 입자(P)의 형상이 비대칭형 예를 들어 비구형일 경우, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 감지된 산란광의 세기는 서로 다르다. 이와 같이, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 감지된 광의 세기가 서로 다를 경우, 정보 분석부(160)는 입자(P)가 비대칭 형상을 갖는 것으로 결정할 수 있다.

그 밖에도 입자의 다양한 형상을 예측하기 위해, 복수의 감지 세그먼트의 분할된 형태가 개수가 변할 수 있음은 물론이다.

발광부(110)의 광원부(112)와 마찬가지로 전술한 수광부(130)의 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)의 패키징 형태는 SMD 형태나 리드 타입으로 구현될 수 있다. 그러나, 실시 예는 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)의 특정한 패키징 형태에 국한되지 않는다.

한편, 다른 실시 예에 의하면, 광 투과 영역(134-1)을 정의하는 포토 다이오드(134-2)의 주변에 배치된 포토 다이오드(134-3)를 더 포함한다. 이하의 기재에서, 편의상 광 투과 영역(134-1)을 정의하는 포토 다이오드(134-2)를 “제1 포토 다이오드”라 칭하고, 제1 포토 다이오드(134-2) 주변에 배치되는 포토 다이오드(미도시)를 “제2 포토 다이오드”로 칭하기로 한다. 제1 포토 다이오드(134-2)와 제2 포토 다이오드는 각각 환형 평면 형상을 가질 수 있으며, 제1 포토 다이오드(134-2)의 외측 가장자리와 제2 포토 다이오드(134-3)의 내측 가장자리는 소정 거리만큼 이격될 수 있다. 이러한 경우 각각의 평면 형상은 서로 동심원을 이룰 수 있다. 이때, 동심원의 중심으로 광축이 지나갈 수 있다. 물론, 실시 예에 따라 제2 포토 다이오드 주변에 또 다른 포토 다이오드가 배치될 수도 있다.

이와 같이 복수의 포토 다이오드가 광 감지부(134)에 포함되는 경우, 일립티컬 미러는 (예를 들어, Z축을 따라) 복수의 미러 세그먼트로 구분될 수 있으며, 미러 세그먼트별로 서로 다른 포토 다이오드에 대응되는 제2 초점을 가질 수도 있다. 또한, 미러 세그먼트별로 서로 다른 제2 초점을 갖도록 하기 위하여, 미러 세그먼트별로 서로 다른 곡률을 갖는 (절두형) 돔 형상을 가질 수도 있고, 하나의 미러 세그먼트는 인접한 다른 미러 세그먼트와 소정 거리 이격되어 배치될 수도 있다.

이하에서는 도 19 내지 도 21을 참조하여 실시 예에 따른 입사 센싱 장치(100A 및 100B)에서 포토 다이오드(134-2)의 전극 배치 및 그에 대한 전기적 연결 방법을 설명한다.

도 19는 도 1에 도시된 수광부 구조의 일례를 나타내는 평면도를 나타낸다.

전술된 바와 같이, 포토 다이오드(134-2)는 수광된 산란광에 대응되는 전기 신호를 출력한다. 따라서, 출력되는 전기 신호가 신호 변환부(150) 또는 정보 분석부(160)로 전달되기 위한 전기적 경로가 필요하다. 이를 위해, 도 19에 도시된 바와 같이 포토 다이오드(134-2)의 가장자리에 제1 전극 패드(PDE1) 및 제2 전극 패드(PDE2)가 배치될 수 있다. 제1 전극 패드(PDE1) 및 제2 전극 패드(PDE2)는 전술한 제1 전극(1010) 및 제2 전극(1030)과 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

이때, 도 3에 도시된 바와 같이 포토 다이오드(134-2)는 투광성 부재(132)의 저면에 배치되는 경우 제1 전극 패드(PDE1) 및 제2 전극 패드(PDE2)도 투광성 부재(132)의 저면에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 제1 전극 패드(PDE1)와 제2 전극 패드(PDE2)가 제1 기판(118)과 전기적으로 연결된다면, 실질적으로 수광부(130)와 발광부(110)가 일체형 패키지로 구현될 수도 있다.

다만, 도 3에 나타난 바와 같이 제1 기판(118)과 투광성 부재(132)는 이격되어 배치되기 때문에 각 전극 패드(PDE1, PDE2)의 안정적인 전기적 연결 방법이 고려될 필요가 있다.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에서는 각 전극 패드(PDE1, PDE2)와 제1 기판(118)이 사이에서, 전기적 연결 경로를 제공하는 별도의 기판을 적층할 것을 제안한다. 이러한 기판 적층 구조를 도 20 및 도 21을 함께 참조하여 설명한다.

도 20은 도 3에 도시된 'B' 부분을, 도 19의 I-I’ 선을 따라 절개한 분해 단면도이고, 도 21은 도 20에 도시된 'B' 부분을 나타낸 분해 사시도이다.

도 20을 참조하면, 제1 기판(118)과 투광성 부재(132) 사이에 제2 기판(119)이 적층될 수 있다. 먼저, 제1 기판(118) 상에는 광원부(112)에 전력을 공급하기 위한 제1 기판 전극(E1) 및 제2 기판 전극(E2)과, 포토 다이오드(134-2)로부터 산란광 수광에 따른 전기 신호를 입력받기 위한 제3 기판 전극(E3) 및 제4 기판 전극(E4)이 각각 배치된다. 예컨대, 광원부(112)는 제1 기판 전극(E1) 상에 배치되고, 제2 기판 전극(E2)과는 와이어 본딩을 통해 연결될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 실시 예는 광원부(112)의 실장 형태에 한정되지 아니한다.

제2 기판(119)은 제1 기판(118) 위에 배치되되, 광원부(112)와 렌즈부(114)의 배치 및 광원부(112)로부터 방출된 광의 Z축 방향 진행을 보장하기 위하여 광축(LX) 주변으로 형성된 캐비티(C2)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 기판(119)은 포토 다이오드(134-2)의 전극 패드(PDE1, PDE2)와 제1 기판의 전극들(E3, E4) 사이에 전기적 연결 경로를 제공하기 위하여 두께 방향, 즉, Z축 방향으로 각각 형성된 관통홀을 따라 배치되며, 도전성 물질로 구성된 도전부(MP1, MP2)를 포함할 수 있다. 이때, 포토 다이오드(134-2)의 제1 전극 패드(PDE1), 제1 도전부(MP1) 및 제3 기판 전극(E3)은 Z축을 따라 일렬로 정렬되도록 배치될 수 있다. 유사하게, 포토 다이오드(134-2)의 제2 전극 패드(PDE2), 제2 도전부(MP2) 및 제4 기판 전극(E4)은 Z축을 따라 일렬로 정렬되도록 배치될 수 있다.

예를 들어, 도전부(MP1, MP2)는 구리 재질로 구성되며, 리벳 형상으로 제2 기판(119)에 고정될 수 있으나, 반드시 이러한 소재와 형태에 한정되는 것은 아니다. 제2 기판(119)은 도전부(MP1, MP2)를 제외하면 고분자 소재를 포함하는 물질로 구성될 수 있으며, 인쇄회로 기판(PCB) 형태를 가질 수도 있다.

한편, 제2 기판(119)과 제1 기판(118) 사이 및 제2 기판(119)과 포토 다이오드(134-2) 사이에는 고정을 위한 제1 접착층(PL1) 및 제2 접착층(PL2)이 각각 배치될 수 있다. 접착층(PL1, PL2)은 비전도성 페이스트(NCP: Non-Conductive Paste)의 성상을 가질 수 있다. 다만, 제2 접착층(PL2)에서 Z축을 따라 포토 다이오드(134-2)의 전극 패드(PDE1, PDE2) 및 제2 기판(119)의 도전부(MP1, MP2)과 중첩되는 부분(CP2-1, CP2-2)은 전기적 연결 경로 제공을 위해 전도성 페이스트(Conductive Paste)를 포함할 수 있다. 유사하게, 제1 접착층(PL1)에서 Z축을 따라 제2 기판(119)의 도전부(MP1, MP2) 및 기판 전극(E3, E4)과 중첩되는 부분(CP1-1, CP1-2) 또한 전기적 연결 경로 제공을 위해 전도성 페이스트(Conductive Paste)를 포함할 수 있다. 실시 예에 따라, 각 접착층(PL1, PL2)에서 전도성 페이스트를 포함하는 부분(CP1-1, CP1-2, CP2-1, CP2-2)은 솔더링으로 대체될 수도 있다. 또한, 제1 접착층(PL1)의 X-Y 평면 방향의 단면적은 제2 접착층(PL2)의 X-Y 평면 방향의 단면적보다 클 수 있다.

전술한 기판 적층 방식에 의하면, 하나의 기판 패키지를 통해 수광부와 발광부가 일체로 구현될 수 있어 보다 소형화에 적합할 수 있다.

도 22는 도 1에 도시된 정보 분석부(160)의 일 실시 예의 블럭도로서, 증폭부(162) 및 제어부(164)를 포함할 수 있다.

증폭부(162)는 수광부(130A, 130B)(또는, 신호 변환부(150))로부터 입력단자 IN2를 통해 입사된 전기적 신호를 증폭하고, 증폭된 결과를 제어부(164)로 출력할 수 있다. 제어부(164)는 증폭부(162)에서 증폭된 아날로그 신호와 펄스 폭 변조(PWM:Pulse Width Modulation) 기준 신호를 비교하고, 비교된 결과를 이용하여 입자(P)의 개수, 농도, 크기 또는 형상 중 적어도 하나를 분석하고, 분석된 결과를 출력단자 OUT2를 통해 출력할 수 있다.

도 23은 비교례에 따른 입자 센싱 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 23을 참조하면, 비교례에 따른 입자 센싱 장치는 투광성 부재(132) 상에 포토 다이오드(134-2)가 배치됨은 유사하나, 유로부(120)가 발광부(110)와 수광부(130) 사이에 위치한다. 즉, 도 1에 도시된 입자 센싱 장치는 유로부(120)를 기준으로 수광부(130)와 발광부(110)가 같은 방향에 배치되나, 비교례에 따른 입자 센싱 장치는 유로부(120)를 기준으로 수광부(130)와 발광부(110)가 반대 방향에 배치된다. 뿐만 아니라, 비교례에 따른 입자 센싱 장치는 집광부(190)를 구비하지 않는다. 따라서, 입자(P)에서 산란된 산란광 중에서 포토 다이오드(134-2)가 배치된 방향으로 직진하는 산란광(P6)만이 포토 다이오드(134-2)로 수광될 수 있다.

즉, 실시예에 따른 입자 센싱 장치(100A, 100B)는 약 25도 내지 100도에 달하는 수광 각도를 가지나, 비교례에 따른 입자 센싱 장치는 약 24도 내지 35도에 해당하는 수광 각도를 가지기 때문에, 실시예에 따른 입자 센싱 장치가 더 큰 수광량을 가져 정확도가 향상될 수 있다.

도 24는 본 발명의 실시 예들에 따른 입자 센싱 장치의 효과를 도 23의 비교례의 경우와 비교한 그래프이다.

도 24에서 가로축은 입자의 크기를, 세로축은 수광부에서 감지된 산란광의 세기를 각각 나타낸다.

도 24를 참조하면, 입자의 크기가 0.3㎛부터 10㎛까지 커져감에 따라, 포토 다이오드(134-2)에서의 수광량은 대체로 커지는 경향을 보인다. 그러나, 비교례의 구조를 갖는 입자 센싱 장치에서는 1㎛ 전후와 2㎛ 부근과 같이, 후방 산란과의 간섭 현상에 의한 딥(dip) 구간이 발생한다. 결국, 동일한 크기의 산란광 세기에 둘 이상의 입자 크기가 대응되는 경우에는 정보 분석부(160)가 판단한 입자 크기에 오류가 있을 수 있게 된다. 그러나, 실시 예에 따른 입자 센싱 장치(100A, 100B)에서는 집광부를 통한 풍부한 산란광 수광을 통해 간섭 현상이 발생하더라도 입자 크기와 수광량의 관계가 딥 구간 없이 선형에 가까운 비례 관계로 나타날 수 있다. 따라서, 정보 정보 분석부(160)가 입자 크기를 보다 정확히 판단할 수 있다.

전술한 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100, 100A 및 100B)는 다음과 같은 효과를 갖는다.

먼저, 팬(180)을 마련함으로써, 유로 입구부(FI)로 유입된 공기가 산란부(SS)를 거쳐서 유로 출구부(FO)로 유동하도록 공기의 흐름이 유도될 수 있다. 따라서, 공기에 포함된 많은 입자(P)가 유로부(120)로 유입되어 센싱될 수 있어, 입자(P)의 센싱 능력이 개선될 수 있다.

또한, 실시 예의 경우, 포토 다이오드(134-2)를 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)로 분할하고, 분할된 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 감지된 상대적 크기를 이용하여 입자의 형상을 예측할 수도 있다.

또한, 실시 예의 경우, 전술한 바와 같이 집광부를 통해 보다 많은 산란광이 포토 다이오드로 집광되기 때문에 산란광의 세기를 높이기 위해 소모 전력이 많이 필요하지 않은 장점이 있다.

또한, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치의 경우 유로부(120)에서의 공기 흐름을 위해 열원(미도시)이 필요하지 않으므로, 측방형 대비하여 입자 센싱 장치의 전체 사이즈가 컴팩트하게 줄어들기 때문에, 소형 입자 센싱 장치를 요구하는 분야 예를 들어 차량용으로 적합하게 이용될 수 있다.

전술한 실시 예에 의한 입자 센싱 장치는, 가전용 및 산업용 공기청정기, 공기정화기, 공기 세정기, 공기 냉각기, 에어컨에 적용될 수도 있고, 빌딩용 공기 질 운영 시스템(Air Quality management system), 차량용 실내/외 공조 시스템 또는 차량용 실내 공기질 측정 장치에 적용될 수 있다. 그러나, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100, 100A 내지 100D)는 이러한 례에 국한되지 않고 다양한 분야에 적용될 수 있음은 물론이다.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100, 100A 및 100B: 입자 센싱 장치 110: 발광부
120, 120A, 120B: 유로부 130: 수광부
140: 광 흡수부 150: 신호 변환부
160: 정보 분석부 170: 하우징
180: 팬(fan) 190: 집광부

Claims

광을 방출하는 발광부;
상기 발광부 주위에 배치되는 수광부;
상기 발광부 위에서 상기 발광부의 광축과 교차하는 방향으로 배치되며, 입자를 포함하는 공기가 유동하는 유로부;
상기 유로부 주변에 배치되고, 상기 발광부로부터 방출되어 상기 입자에서 반사 또는 산란된 광의 적어도 일부를 상기 수광부로 집광시키는 집광부;
상기 유로부 위에서 상기 광축에 배치되며, 상기 유로부를 통과한 광을 흡수하는 광흡수부;
상기 발광부 아래 배치되는 제1 기판; 및
상기 광축 주변으로 형성된 캐비티를 포함하는 제2 기판을 포함하되,
상기 집광부는,
상기 광흡수부와 대향하며 상기 발광부의 상기 광축에 위치하는 상부 관통홀을 포함하고,
상기 캐비티는 상기 광축과 나란한 방향으로 상기 발광부와 적어도 일부가 중첩되며,
상기 수광부는,
광 투과 영역을 갖는 투광성 부재; 및
상기 투광성 부재 아래에서, 상기 광 투과 영역의 둘레에 배치된 광 감지부를 포함하고,
상기 제2 기판은 상기 제1 기판과 상기 광 감지부 사이에 배치되는, 입자 센싱 장치.
제1 항에 있어서,
상기 광 투과 영역은 상기 발광부의 광축에 위치하는, 입자 센싱 장치.
제2 항에 있어서,
상기 광 투과 영역은 원형 평면 형상을 갖고,
상기 광 감지부는 환형 평면 형상을 갖는, 입자 센싱 장치.
제2 항에 있어서,
상기 유로부는
상기 공기가 유입되는 유로 입구부;
상기 공기가 유출되는 유로 출구부; 및
상기 발광부와 상기 수광부 사이 및 상기 유로 입구부와 상기 유로 출구부 사이에서 상기 광축에 위치하며, 상기 발광부에서 방출된 광이 상기 입자에 의해 산란되는 산란부를 포함하는, 입자 센싱 장치.
제4 항에 있어서,
상기 집광부는, 상기 광흡수부와 상기 발광부 사이에서 상기 산란부 주위로 배치되는 일립티컬 미러를 포함하는, 입자 센싱 장치.
제5 항에 있어서,
상기 일립티컬 미러는 제1 초점으로부터 입사되는 광을 제2 초점으로 출사시키고,
상기 제1 초점은 상기 산란부에 위치되고, 상기 제2 초점은 상기 광 감지부에 위치하는, 입자 센싱 장치.
제5 항에 있어서,
상기 일립티컬 미러는, 상기 유로부에서 상기 입자가 유동하는 방향으로 서로 대향하는 제1 관통홀 및 제2 관통홀을 포함하는, 입자 센싱 장치.
제7 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 관통홀은
상기 유로부의 상기 유로 입구부 및 상기 유로 출구부와 일렬로 정렬되며, 상기 광축과 교차하는 방향으로 서로 마주하며 이격되어 배치된, 입자 센싱 장치.
제6항에 있어서,
상기 제 2 초점은,
상기 광축을 포함하는 임의의 단면상에서,
상기 광축을 기준으로 이격된 두 개의 서로 다른 지점에 위치하는, 입자 센싱 장치.
제6 항에 있어서,
상기 제2 초점은,
상기 투광성 부재와 평행한 평면상에서 환형 형상을 가지는, 입자 센싱 장치.
제2 항에 있어서,
상기 광 감지부는,
제1 전극층;
반도체층; 및
제2 전극층을 포함하는, 입자 센싱 장치.
삭제
제11 항에 있어서,
상기 제2 기판은,
상기 광축과 나란한 방향으로 배치된 제1 관통홀 및 제2 관통홀;
상기 제1 관통홀을 관통하여 배치되고, 상기 제1 기판의 제1 전극과 상기 제1 전극층 사이를 전기적으로 연결하는 제1 도전부; 및
상기 제2 관통홀을 관통하여 배치되고, 상기 제1 기판의 제2 전극과 상기 제2 전극층 사이를 전기적으로 연결하는 제2 도전부를 더 포함하는, 입자 센싱 장치.