KR102609743B1 - 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치 - Google Patents

플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 오일 검출을 위해 해수면에 조사하는 광을 플랫-탑 평행광으로 만들어 조사할 수 있어 광학 에너지가 손실되는 것을 줄일 수 있고, 해수면으로부터 수광되는 광에 포함된 노이즈인 자연광의 수평편광을 제거하여 분석할 수 있어 분광기의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치에 관한 것이다.

Description

플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치{Oil detection device on the sea capable of irradiating flat-top collimated beam}
본 발명은 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 오일 검출을 위해 해수면에 조사하는 광을 플랫-탑 평행광으로 만들어 조사할 수 있어 광학 에너지가 손실되는 것을 줄일 수 있고, 해수면으로부터 수광되는 광에 포함된 노이즈인 자연광의 수평편광을 제거하여 분석할 수 있어 분광기의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치에 관한 것이다.
최근 해상에 선박 교통량이 증가함에 따라 선박 간의 충돌이나 기타 선박 좌초 등과 같은 해양 사고 발생률이 증가하고 있다.
이에 따라, 선박에 구비된 오일 탱크가 파손될 수 있어 선박에 적재되어 있던 중유나 경유와 같은 연료유가 해상에 유출되거나, 유조선 화물에 적재되어 있던 원유나 각종 오일이 해상으로 유출되어 해양 생태계 파괴와 같은 심각한 해양 환경 오염을 야기시킨다.
특별히, 사고로 인해 해상에 유출된 오일은 바람이나 파도, 조류 등의 영향으로 인해 빠르게 확산되므로, 사고 초기에 인지하고 제거하여야 해양 환경 오염의 피해를 최소화시킬 수 있다.
이에, 종래에는 해상에 유출된 오일을 제거하기 위한 다양한 기술들을 연구 개발하여 제공하였으나, 최소한의 해양 환경 오염 피해를 위해 실질적으로는 먼저 해상에 오일 유출 여부를 검출하여 해상에 확산되는 오일의 범위를 파악하는 기술에 대한 연구 개발이 필요하다.
현재, 해상의 오일 유출 여부를 검출하기 위한 방법에는 이온 전류량 측정, 전기 저항값 측정, 인공위성 자료 및 해수면 형광 분석 등이 사용되고 있으며, 그중에서도 해수면 형광 분석이 최소한의 비용으로 오일 검출이 용이하여 최근까지 가장 널리 사용되고 있다.
그러나, 종래에 해수면에서 발현된 형광을 분석할 경우, 오일 검출을 위해 해수면에 조사한 광이 형광되어 수광될 때, 해수면에 반사된 태양광이 함께 수광되기 때문에 노이즈가 증가하여 오일 검출 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 도 1은 레이저 다이오드에서 출력되는 광의 모양을 보여주는 사진으로, 도 1을 참조하면, 레이저 다이오드에서 출력되어 해수면에 조사하는 광은 장축과 단축의 발산각이 동일하지 않아 타원형 모양이 형성되어 광이 균일하게 조사되지 않는 문제점이 있다.
또한, 도 2는 가우시안 광의 세기 분포를 보여주는 사진으로, 도 2를 참조하면, 레이저 다이오드로부터 출력되는 광은 중심으로 갈수록 세기가 강한 가우시안 빔 형태를 구현하고 있어 출력되는 빛의 세기가 일정하지 않기 때문에 광학 에너지 손실이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 해수면의 오일 검출시 광학 에너지 손실을 최소화하면서 해수면에 균일한 광을 조사할 수 있어 광 출력을 낮추고 소비 전력을 최소화할 수 있으며, 해수면에서 형광된 광만을 수광받아 분석할 수 있어 오일 검출의 정밀도가 향상된 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 광을 출력하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드로부터 출력된 광을 반사시켜 해수면으로 조사하고, 상기 해수면으로부터 형광되어 입사하는 광을 투과시키는 반투과거울; 상기 반투과거울을 투과한 광을 입력받아 형광 스펙트럼을 분석하여 해수면의 오일 존재 여부를 판단하는 분광기; 및 상기 반투과거울과 상기 분광기 사이에 위치하여 상기 반투과거울을 투과한 광에 포함된 자연광의 수평편광을 제거하는 선형편광자;를 포함하며, 상기 레이저 다이오드와 상기 반투과거울 사이에는 상기 레이저 다이오드로부터 출력된 광의 장축 발산 각도를 줄일 수 있도록 광을 집속하는 제1 평볼록원통렌즈; 상기 제1 평볼록원통렌즈로부터 입사된 광의 단축 발산 각도를 줄일 수 있도록 광을 집속하는 제2 평볼록원통렌즈; 및 상기 제2 평볼록원통렌즈로부터 가우시안 광(Gaussian Beam)이 구현된 광을 입사받아 플랫-탑 평행광(Flat-Top beam)으로 만들어 투과시키는 광학 확산판;으로 구성된 플랫-탑 평행광 생성 렌즈계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반투과거울에서 반사된 광이 해수면으로 조사되는 조사경로에는, 상기 반투과거울에서 반사된 광을 해수면으로 반사시키는 제1 전반사거울; 상기 제1 전반사거울에서 반사된 광을 확산시키는 평오목렌즈; 및 상기 평오목렌즈를 투과한 광을 평행광으로 만들어 투과시키는 제1 평볼록렌즈;로 구성된 광조사렌즈계를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반투과거울을 투과한 광을 상기 분광기로 입력시키는 입사경로에는, 상기 반투과거울을 투과한 광을 반사시키는 제2 전반사거울; 및 상기 제2 전반사거울에서 반사된 광을 집속하여 상기 분광기로 전달하는 제2 평볼록렌즈;로 구성된 광입사렌즈계를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 선형편광자는 상기 분광기와 상기 제2 평볼록렌즈 사이에 배치하거나 상기 반투과거울과 상기 제2 전반사거울 사이에 배치한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 선형편광자는 상기 제2 평볼록렌즈와 상기 분광기 사이에 배치되며, 상기 레이저 다이오드의 출력면 중심점과 상기 반투과거울의 반사면 중심점 사이 거리는 67mm, 상기 레이저 다이오드의 출력면 중심점과 상기 제1 평볼록원통렌즈의 입사면 중심점 사이 거리는 3.91mm, 상기 제1 평볼록원통렌즈의 출사면 중심점과 상기 제2 평볼록원통렌즈의 입사면 중심점 사이 거리는 최대 14.1mm, 상기 제2 평볼록원통렌즈의 출사면 중심점과 상기 광학 확산판의 입사면 중심점 사이 거리는 최대 5mm, 상기 반투과거울의 반사면 중심점과 상기 제1 전반사거울의 반사면 중심점 사이 거리는 46mm, 상기 제1 전반사거울의 반사면 중심점과 상기 평오목렌즈의 입사면 중심점 사이 거리는 78.9mm, 상기 평오목렌즈의 출사면 중심점과 상기 제1 평볼록렌즈의 입사면 중심점 사이 거리는 84.2mm, 상기 반투과거울의 입사면 중심점과 상기 제2 전반사거울의 반사면 중심점 사이의 거리는 41mm, 상기 제2 전반사거울의 반사면 중심점과 상기 제2 평볼록렌즈의 출사면 중심점 사이 거리는 38.5mm 및 상기 제2 평볼록렌즈의 출사면 중심점과 상기 선형편광자의 입사면 중심점 사이 거리는 25.1mm로 이격되도록 배치된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 평오목렌즈는 직경이 25mm, 오목부의 곡률반경이 15.57mm이며, 상기 제1 평볼록원통렌즈는 밑면의 길이가 18mm, 폭이 16mm이고, 상기 제2 평볼록원통렌즈는 밑면의 길이가 6mm, 폭이 4mm이며, 상기 제1 평볼록렌즈는 직경이 50mm, 볼록부의 곡률반경이 62.28mm이고, 상기 제2 평볼록렌즈는 직경이 25.4mm, 볼록부의 곡률반경이 15.57mm이다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치에 의하면, 해수면에서 발현된 형광이 수광되어 분광기로 입력되기 전, 수평편광자를 통해 자연광의 수평편광을 제거할 수 있어 분광기로 입력되는 광의 노이즈를 최소화할 수 있기 때문에 오일 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치에 의하면, 해수면에 광이 조사되기 전, 레이저 다이오드로부터 출력된 장축과 단축 방향으로 발산한 광을 제1 평볼록원통렌즈와 제2 평볼록원통렌즈를 통해 발산각을 줄여 원형광을 만들 수 있고, 광학 확산판을 통해 단위 면적당 광 밀집도가 균일한 평행광을 만들어 가우시안 빔 형태에 비해 광학 에너지 손실을 최소화할 수 있으므로 상대적으로 에너지 효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치에 의하면, 수평편광자를 해수면에 조사되는 광이 투과되지 않도록 배치시켜 수평편광자로 인해 광량이 감소하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 레이저 다이오드에서 출력되는 광의 모양을 보여주는 사진,
도 2는 가우시안 광의 세기 분포를 보여주는 사진,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치를 통해 해수면의 오일 검출 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치의 구성을 보여주는 도면,
도 5는 가우시안 빔의 세기 분포와 플랫-탑 평행광으로 만든 광의 세기 분포를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 평행광 생성 렌즈계를 투과한 광을 보여주는 사진,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치를 구성하는 각 구성요소의 배치를 상세히 보여주는 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치를 통해 해수면의 오일 검출 방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치(100)는 해수면(1)에 광을 조사하고, 상기 해수면(1)에서 형광된 광을 수광하여 분석함으로써, 상기 해수면(1)에서 오일(10)의 존재 여부를 검출할 수 있는 장치이다.
또한, 본 발명의 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치(100)는 상기 해수면(1)에 조사하기 위한 광을 플랫-탑 평행광(Flat-Top beam)으로 만들어 조사할 수 있어 광학 에너지 손실을 최소화할 수 있으며, 상기 해수면(1)에서 반사되어 수광되는 자연광을 제거하여 상기 오일(10)의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치(100)는 해수면(1)에 광을 조사하여 형광된 광을 분석함에 따라 상기 해수면(1)에 오일(10)의 존재 여부를 검출할 수 있는 장치로서, 레이저 다이오드(110), 반투과거울(120), 분광기(130) 및 선형편광자(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 레이저 다이오드(110)는 상기 해수면(1)에 조사하기 위한 광을 출력한다.
또한, 상기 레이저 다이오드(110)는 직선광을 출력할 수 있는 다양한 종류의 발광체를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 425mm ~ 450mm 파장 대역의 광을 출력할 수 있는 발광체를 사용할 수 있다.
상기 반투과거울(120)은 상기 레이저 다이오드(110)에서 출력되어 입사된 광을 상기 해수면(1)을 향해 반사시킨다.
또한, 상기 반투과거울(120)은 350nm ~ 457.9nm의 반사 파장 대역을 가지며, 이에 따라, 상기 레이저 다이오드(110)에서 출력되는 425nm ~ 450nm의 파장 대역의 광을 상기 해수면(1)을 향해 반사시킬 수 있다.
한편, 상기 반투과거울(120)은 상기 해수면(1)에 조사된 광이 형광되어 입사된 광을 투과시킨다.
여기서, 상기 해수면(1)에서 반사되어 입사된 광은 525nm ~ 550nm의 파장 대역을 갖는다.
또한, 상기 반투과거울(120)은 466.1nm ~ 1200nm의 투과 파장 대역을 가지며, 이에 따라, 상기 해수면(1)에서 형광되어 입사된 525nm ~ 550nm의 파장 대역의 광을 투과시킬 수 있다.
상기 분광기(130)는 상기 해수면(1)에서 형광되어 상기 반투과거울(120)을 투과한 광을 입력받아 형광 스펙트럼을 분석함으로써, 상기 오일(10)의 존재 여부를 판단한다.
상세하게는, 상기 분광기(130)는 상기 해수면(1)으로부터 수광된 광에서 형광 스펙트럼을 측정하고, 측정한 형광 스펙트럼이 해수의 형광 스펙트럼인지 오일(10)의 형광 스펙트럼인지를 비교 분석하여 상기 해수면(1)의 오일(10) 존재 여부를 판단한다.
더 나아가, 상기 분광기(130)는 상기 수광된 광의 형광 스펙트럼이 오일(10)의 형광 스펙트럼일 경우, 525nm ~ 550nm의 파장 대역에서 서로 다른 형광 강도를 갖는 유종들을 비교 분석하여, 상기 오일(10)의 종류 또한 파악할 수 있다.
또한, 상기 분광기(130)는 광섬유 입력단이 형성되어 있어 상기 광섬유 입력단에 의해 상기 해수면(1)에서 형광되어 수광된 광을 입력받을 수 있다.
한편, 본 발명의 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치(100)에서 수광한 광에는 상기 레이저 다이오드(110)에서 상기 해수면(1)에 조사하여 형광된 광 외에도 태양광과 같은 자연광이 해수면(1)에 반사되는 반사광도 포함되기 때문에 상기 분광기(130)에서 측정한 형광 스펙트럼의 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.
여기서, 상기 자연광은 수직편광(v)과 수평편광(h)을 가지며, 상기 해수면(1)과 같은 매질을 만날 경우, 상기 수직편광(v)은 굴절 투과되며, 상기 수평편광(h)은 반사된다.
이에, 본 발명에서는, 상기 해수면(1)에서 상기 자연광이 반사되어 수광된 수평편광(h)을 제거하기 위해 상기 해수면(1)에서 반사된 광이 입사되는 입사경로(b)에 선형편광자(140)를 배치한다.
상기 선형편광자(140)는 상기 수평편광(h)을 차단하고 그 외의 광은 투과시키는 광학소자로, 상기 분광기(130)의 전방에 배치되어 상기 수광된 광이 상기 분광기(130)에 입력되기 전, 상기 수광된 광에 포함된 수평편광(h)을 제거하여 전달할 수 있다.
상세하게는, 상기 선형편광자(140)는 상기 반투과거울(120)과 상기 분광기(130) 사이에 배치한다. 즉, 상기 선형편광자(140)는 상기 레이저 다이오드(110)에서 출력된 광의 조사경로(a)와 겹치지 않는 입사경로(b)에 배치되어 상기 선형편광자(140)로 인한 광량 감소가 발생하지 않게 하면서도, 상기 수평편광(h)을 제거할 수 있다.
한편, 본 발명의 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치(100)는 상기 해수면(1)에 상기 레이저 다이오드(110)에서 출력된 광을 플랫-탑 평행광으로 만들어 조사할 수 있는 플랫-탑 평행광 생성 렌즈계(150)를 더 포함하여 이루어진다.
상기 플랫-탑 평행광 생성 렌즈계(150)는 제1 평볼록원통렌즈(151), 제2 평볼록원통렌즈(152) 및 광학 확산판(153)을 포함하여 이루어진다.
상기 제1 평볼록원통렌즈(151)는 일면은 볼록하고 타면은 평평한 반원통형 형상으로 형성된 렌즈로서, 상기 일면이 상기 반투과거울(120)을 향하도록 배치되며, 상기 레이저 다이오드(110)에서 출력되어 입사한 광을 집속시켜 상기 광의 장축 발산 각도를 줄일 수 있다.
상기 제2 평볼록원통렌즈(152)는 상기 제1 평볼록원통렌즈(151)와 같이 반원통형 형상으로 형성된 렌즈로서, 볼록한 일면이 상기 반투과거울(120)을 향하도록 배치되며, 상기 제1 평볼록원통렌즈(151)를 투과하여 입사한 광을 집속시켜 상기 광의 단축 발산 각도를 줄일 수 있다.
즉, 상기 제1 평볼록원통렌즈(151)와 상기 제2 평볼록원통렌즈(152)는 상기 레이저 다이오드(110)에서 출력된 장축과 단축으로 발산되어 타원형 형태를 갖는 광을 집속시키므로, 상기 광의 장축과 단축 발산 각도를 줄일 수 있기 때문에 상기 광의 장축과 단축 발산 각도가 동일한 원형광을 만들어 전달할 수 있다.
도 5는 가우시안 빔의 세기 분포와 플랫-탑 평행광으로 만든 광의 세기 분포를 설명하기 위한 도면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 평행광 생성 렌즈계를 투과한 광을 보여주는 사진이다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 평볼록원통렌즈(151)와 상기 제2 평볼록원통렌즈(152)를 투과하여 만들어진 도 2에 도시한 가우시안 광(Gaussian Beam, A)은 영역별 광의 강도가 다른 광(A)이며, 상세하게는, 상기 광(A)의 중심으로 갈수록 광의 강도가 강한 분포를 나타내기 때문에 단위 면적에 대한 광 밀집도의 균일성이 낮고 광학 에너지 손실(C)이 발생하며, 이러한 광학 에너지 손실(C)을 보상하기 위해서는 광 출력을 높여야 하기 때문에 소비 전력이 증가하는 문제를 야기한다.
이에, 본 발명에서는, 상기 제2 평볼록원통렌즈(152)와 상기 반투과거울(120) 사이에 광 밀집도를 균일하게 만들기 위한 광학 확산판(153)을 포함하여 이루어진다.
상기 광학 확산판(153)은 상기 제1 평볼록원통렌즈(151)와 상기 제2 평볼록원통렌즈(152)를 투과하여 만들어진 원형의 가우시안 광(Gaussian Beam,A)을 플랫-탑 평행광(Flat-Top beam,B)으로 만들어 투과시킨다.
상세하게는, 도 6을 참조하면, 상기 광학 확산판(153)은 광의 단위 면적에 대한 광 밀집도가 균일하여 광의 강도가 같은 플랫-탑 평행광(Flat-Top beam,B)을 만들어 투과시키기 때문에 광학 에너지 손실이 적은 장점이 있다.
또한, 본 발명의 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치(100)는 상기 반투과거울(120)에서 반사된 광을 확산하여 상기 해수면(1)을 향해 조사할 수 있는 광조사렌즈계(160)를 더 포함할 수 있으며, 상기 광조사렌즈계(160)는 제1 전반사거울(161), 평오목렌즈(162), 제1 평볼록렌즈(163)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 전반사거울(161)은 상기 반투과거울(120)에서 반사되어 입사한 광을 상기 해수면(1)을 향해 반사시켜 조사하는 역할을 수행한다.
상기 평오목렌즈(162)는 일면은 오목하고 타면은 평면으로 형성된 렌즈로서, 본 발명에서는 상기 일면이 상기 제1 전반사거울(161)을 향하도록 배치되며, 상기 제1 전반사거울(161)로부터 입사되는 광을 확산시킨다.
상기 제1 평볼록렌즈(163)는 일면은 볼록하고 타면은 평면으로 형성된 렌즈로서, 상기 일면이 상기 해수면(1)을 향하도록 배치된다.
또한, 상기 제1 평볼록렌즈(163)는 상기 평오목렌즈(162)를 투과하여 입사한 광을 평행광으로 만들어 상기 해수면(1)으로 조사한다.
한편, 상기 해수면(1)에서 형광된 광은 상기 제1 평볼록렌즈(163), 상기 평오목렌즈(162), 상기 제1 전반사거울(161)을 차례로 거쳐 상기 반투과거울(120)로 입사된다.
또한, 본 발명의 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치(100)는 상기 반투과거울(120)과 상기 분광기(130) 사이인 상기 해수면(1)에서 형광된 광이 수광되어 입사되는 입사경로(b)에 광입사렌즈계(170)를 더 포함할 수 있으며, 상기 광입사렌즈계(170)는 제2 전반사거울(171), 제2 평볼록렌즈(172)를 포함하여 이루어진다.
상기 제2 전반사거울(171)은 상기 반투과거울(120)에서 투과한 광을 상기 분광기(130)를 향해 반사시켜 전달하는 역할을 한다.
상기 제2 평볼록렌즈(172)는 일면은 볼록하고 타면은 평면으로 형성된 렌즈로서, 상기 일면이 상기 제2 전반사거울(171)을 향하도록 배치된다.
또한, 상기 제2 평볼록렌즈(172)는 상기 제2 전반사거울(171)에서 반사되어 입사한 광을 집속시켜 상기 분광기(130)로 전달한다.
한편, 본 발명에서는, 상기 선형편광자(140)를 상기 분광기(130)와 상기 제2 평볼록렌즈(172) 사이에 배치하거나, 상기 제2 전반사거울(171)과 상기 반투과거울(120) 사이에 배치할 수 있으며, 바람직하게는 상기 분광기(130)와 상기 제2 평볼록렌즈(172) 사이에 배치하여 상기 제2 평볼록렌즈(172)에 의해 집속된 광에서 상기 수평편광(h)을 제거함으로써, 광 손실을 최소화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치를 구성하는 각 구성요소의 배치를 상세히 보여주는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치(100)는 상기 레이저 다이오드(110)에서 광이 출력되는 면의 중심점과 상기 레이저 다이오드(110)에서 출력된 광이 상기 제1 평볼록원통렌즈(151)에 입사되는 면의 중심점 사이가 3.91mm이고, 상기 제1 평볼록원통렌즈(151)를 투과한 광이 출사되는 면의 중심점과 상기 제1 평볼록원통렌즈(151)를 투과한 광이 상기 제2 평볼록원통렌즈(152)에 입사하는 면의 중심점 사이는 최대 14.1mm이며, 상기 제2 평볼록원통렌즈(152)를 투과한 광이 출사되는 면의 중심점과 상기 제2 평볼록원통렌즈(152)를 투과한 광이 상기 광학 확산판(153)에 입사되는 면의 중심점 사이는 최대 5mm이고, 상기 제2 평볼록원통렌즈(152)를 투과한 광이 상기 광학 확산판(153)을 투과하여 출사하는 면의 중심점과 상기 반투과거울(120)에 입사하여 반사되는 면의 중심점 사이가 43.99mm이도록 이격되어 배치된다.
즉, 상기 레이저 다이오드(110)에서 광이 출력되는 면의 중심점과 상기 반투과거울(120)에 입사하여 반사되는 면의 중심점 사이는 최대 67mm로 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 반투과거울(120)에서 광이 반사되는 면의 중심점과 상기 반투과거울(120)에서 반사된 광이 상기 제1 전반사거울(161)로 입사하여 반사되는 면의 중심점 사이가 46mm이며, 상기 제1 전반사거울(161)로 입사한 광이 반사되는 면의 중심점과 상기 제1 전반사거울(161)에서 반사된 광이 상기 평오목렌즈(162)에 입사하는 면의 중심점 사이가 78.9mm이고, 상기 제1 전반사거울(161)에서 반사된 광이 상기 평오목렌즈(162)로 입사하여 출사하는 면의 중심점과 상기 평오목렌즈(162)를 투과한 광이 상기 제1 평볼록렌즈(163)에 입사하는 면의 중심점 사이가 84.2mm이며, 상기 해수면(1)에서 형광된 광이 상기 반투과거울(120)에 입사하는 면 중심점과 상기 반투과거울(120)에서 투과한 광이 상기 제2 전반사거울(171)에 입사하여 반사되는 면의 중심점 사이가 41mm이고, 상기 제2 전반사거울(171)에서 광이 반사되는 면의 중심점과 상기 제2 전반사거울(171)에서 반사된 광이 상기 제2 평볼록렌즈(172)를 투과하여 출사되는 면의 중심점 사이가 38.5mm이며, 상기 제2 평볼록렌즈(172)에서 광이 출사하는 면의 중심점과 상기 제2 평볼록렌즈(172)에서 투과한 광이 상기 선형편광자(140)로 입사하는 면의 중심점 사이가 25.1mm이도록 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치(100)는 본 발명을 구성하는 렌즈계의 설계에 적합한 명세를 갖는 상기 제1 평볼록원통렌즈(151), 상기 제2 평볼록원통렌즈(152), 상기 평오목렌즈(162), 상기 제1 평볼록렌즈(163) 및 상기 제2 평볼록렌즈(172)를 사용할 수 있으며, 상세하게는, 밑면의 길이가 18mm, 폭이 16mm인 제1 평볼록원통렌즈(151), 밑면의 길이가 6mm, 폭이 4mm인 제2 평볼록원통렌즈(152), 직경이 25mm, 오목부의 곡률반경이 15.57mm인 평오목렌즈(162), 직경이 50mm, 볼록부의 곡률반경이 62.28mm인 제1 평볼록렌즈(163) 및 직경이 25.4mm, 볼록부의 곡률반경이 15.57mm인 제2 평볼록렌즈(172)를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치(100)를 구성하는 렌즈계에는 각 렌즈에 적합한 반사방지코팅(AR)이 처리되어 있으며, 상세하게는, 상기 제1 평볼록원통렌즈(151)와 상기 제2 평볼록원통렌즈(152)는 350~700nm의 파장 대역, 상기 평오목렌즈(162)와 상기 제1 평볼록렌즈(163) 및 상기 제2 평볼록렌즈(172)는 400~700nm 파장 대역의 불필요한 반사를 억제하고 빛의 손실을 줄일 수 있는 반사방지코팅(AR)이 처리되어 있다.
따라서, 본 발명의 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치(100)는 상기 분광기(130)와 상기 제2 평볼록렌즈(172) 사이에 배치된 상기 선형편광자(140)를 통해 상기 해수면(1)으로부터 수광된 광이 상기 분광기(130)로 입력되기 전 자연광의 수평편광(h)을 제거할 수 있어 상기 분광기(130)로 입력되는 광의 노이즈를 줄일 수 있기 때문에 향상된 검출 정밀도를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치(100)는 상기 조사경로(a)에 배치된 플랫-탑 평행광 생성 렌즈계(150)를 통해 상기 해수면(1)으로 조사되는 광의 퍼짐을 줄이고 광 밀집도를 균일하게 만들어 조사할 수 있기 때문에 광학 에너지 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
1 : 해수면 10 : 오일
100 : 해수면 오일 검출 장치 110 : 레이저 다이오드
120 : 반투과거울 130 : 분광기
140 : 선형편광자 150 : 플랫-탑 평행광 생성 렌즈계
151 : 제1 평볼록원통렌즈 152 : 제2 평볼록원통렌즈
153 : 광학 확산판 160 : 광조사렌즈계
161 : 제1 전반사거울 162 : 평오목렌즈
163 : 제1 평볼록렌즈 170 : 광입사렌즈계
171 : 제2 전반사거울 172 : 제2 평볼록렌즈
A : 가우시안 광 B : 플랫-탑 평행광
C : 열 에너지 손실 a : 조사 경로
b : 입사 경로 h : 수평편광
v : 수직편광

Claims (6)

  1. 광을 출력하는 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드로부터 출력된 광을 반사시켜 해수면으로 조사하고, 상기 해수면으로부터 형광되어 입사하는 광을 투과시키는 반투과거울;
    상기 반투과거울을 투과한 광을 입력받아 형광 스펙트럼을 분석하여 해수면의 오일 존재 여부를 판단하는 분광기; 및
    상기 반투과거울과 상기 분광기 사이에 위치하여 상기 반투과거울을 투과한 광에 포함된 자연광의 수평편광을 제거하는 선형편광자;를 포함하며,
    상기 레이저 다이오드와 상기 반투과거울 사이에는
    상기 레이저 다이오드로부터 출력된 광의 장축 발산 각도를 줄일 수 있도록 광을 집속하는 제1 평볼록원통렌즈;
    상기 제1 평볼록원통렌즈로부터 입사된 광의 단축 발산 각도를 줄일 수 있도록 광을 집속하는 제2 평볼록원통렌즈; 및
    상기 제2 평볼록원통렌즈로부터 가우시안 광(Gaussian Beam)이 구현된 광을 입사받아 플랫-탑 평행광(Flat-Top beam)으로 만들어 투과시키는 광학 확산판;으로 구성된 플랫-탑 평행광 생성 렌즈계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반투과거울에서 반사된 광이 해수면으로 조사되는 조사경로에는,
    상기 반투과거울에서 반사된 광을 해수면으로 반사시키는 제1 전반사거울;
    상기 제1 전반사거울에서 반사된 광을 확산시키는 평오목렌즈; 및
    상기 평오목렌즈를 투과한 광을 평행광으로 만들어 투과시키는 제1 평볼록렌즈;로 구성된 광조사렌즈계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반투과거울을 투과한 광을 상기 분광기로 입력시키는 입사경로에는,
    상기 반투과거울을 투과한 광을 반사시키는 제2 전반사거울; 및
    상기 제2 전반사거울에서 반사된 광을 집속하여 상기 분광기로 전달하는 제2 평볼록렌즈;로 구성된 광입사렌즈계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 선형편광자는 상기 분광기와 상기 제2 평볼록렌즈 사이에 배치하거나 상기 반투과거울과 상기 제2 전반사거울 사이에 배치하는 것을 특징으로 하는 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 선형편광자는 상기 제2 평볼록렌즈와 상기 분광기 사이에 배치되며,
    상기 레이저 다이오드의 출력면 중심점과 상기 반투과거울의 반사면 중심점 사이 거리는 67mm,
    상기 레이저 다이오드의 출력면 중심점과 상기 제1 평볼록원통렌즈의 입사면 중심점 사이 거리는 3.91mm,
    상기 제1 평볼록원통렌즈의 출사면 중심점과 상기 제2 평볼록원통렌즈의 입사면 중심점 사이 거리는 최대 14.1mm,
    상기 제2 평볼록원통렌즈의 출사면 중심점과 상기 광학 확산판의 입사면 중심점 사이 거리는 최대 5mm,
    상기 반투과거울의 반사면 중심점과 상기 제1 전반사거울의 반사면 중심점 사이 거리는 46mm,
    상기 제1 전반사거울의 반사면 중심점과 상기 평오목렌즈의 입사면 중심점 사이 거리는 78.9mm,
    상기 평오목렌즈의 출사면 중심점과 상기 제1 평볼록렌즈의 입사면 중심점 사이 거리는 84.2mm,
    상기 반투과거울의 입사면 중심점과 상기 제2 전반사거울의 반사면 중심점 사이의 거리는 41mm,
    상기 제2 전반사거울의 반사면 중심점과 상기 제2 평볼록렌즈의 출사면 중심점 사이 거리는 38.5mm 및
    상기 제2 평볼록렌즈의 출사면 중심점과 상기 선형편광자의 입사면 중심점 사이 거리는 25.1mm로 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 평오목렌즈는 직경이 25mm, 오목부의 곡률반경이 15.57mm이며,
    상기 제1 평볼록원통렌즈는 밑면의 길이가 18mm, 폭이 16mm이고,
    상기 제2 평볼록원통렌즈는 밑면의 길이가 6mm, 폭이 4mm이며,
    상기 제1 평볼록렌즈는 직경이 50mm, 볼록부의 곡률반경이 62.28mm이고,
    상기 제2 평볼록렌즈는 직경이 25.4mm, 볼록부의 곡률반경이 15.57mm인 것을 특징으로 플랫-탑 평행광 조사가 가능한 해수면 오일 검출 장치.

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