KR102643353B1 - 가스 센서 - Google Patents

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Abstract

NDIR(Non-Dispersive Infra-Red) 방식을 이용한 가스 센서에 관한 것으로, 광을 출사하는 광원부와, 출사된 광을 다중 반사시키는 광 공동부와, 다중 반사된 광을 검출하는 광 검출부와, 광원부로부터 출사된 광을 광 공동부로 반사 및 집광시키는 제1 광 결합부와, 광 공동부로부터 반사된 광을 광 검출부로 반사 및 집광시키는 제2 광 결합부를 포함할 수 있고, 제1 광 결합부는, 광 공동부의 측면을 마주하고, 광이 지나는 비어 홀(via hole)을 갖는 광 출사면과, 광 출사면에 연장되어 광원부의 상부 및 측부를 감싸고, 광원부로부터 출사된 광을 광 출사면의 비어 홀로 반사시키는 반사면을 포함할 수 있으며, 제2 광 결합부는, 광 공동부의 측면을 마주하고, 광 공동부로부터 입사되는 광이 지나는 비어 홀(via hole)을 갖는 광 입사면과, 광 입사면에 연장되어 광 검출부의 상부 및 측부를 감싸고, 광 공동부로부터 입사된 광을 광 검출부로 반사시키는 반사면을 포함할 수 있다.

Description

가스 센서{gas sensor}
본 발명은 NDIR(Non-Dispersive Infra-Red) 방식을 이용한 가스 센서에 관한 것이다.
일반적으로, NDIR(Non-Dispersive Infra-Red) 방식을 이용한 가스 센서는, NDIR의 독특한 흡수 파장 및 이에 기반한 비어-램버트 법칙으로 광 경로상의 목표 가스의 흡수율을 측정하여 가스 농도를 역산하는 방식으로 구성된다.
비어-램버트 법칙은, 광 경로와 이에 따른 흡수율을 이용하여 계산되기 때문에, NDIR 방식의 가스 센서는, 구현 가능한 수준에서 긴 광 경로를 가질수록 정밀한 센싱이 가능하게 된다.
하지만, NDIR 방식의 가스 센서는, 긴 광 경로를 확보하기 위하여, 큰 광 공동을 필요로 하는데, 광 공동의 표면은, 적외선의 높은 반사율 확보를 가능하고 외기의 유입에 따른 부식을 차단하기 위하여, Au로 표면 처리를 하므로 높은 제조 단가를 요구한다.
또한, 기존의 NDIR 방식의 가스 센서는, 주로 필라멘트 광원을 이용하여 제작되기 때문에 전력 소모가 증가하고, 방사형 광원으로부터 적절한 광 경로를 확보하기 위하여 다양한 광학 반사 구조 등을 가져야 하므로 구조가 복잡하고 제작 난이도 및 제조 단가의 상승 요인이 되고 있으며, 가스 센서 자체의 크기도 수 cm 수준의 크기를 가질 수 밖에 없다.
최근에는, MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 기술을 이용하여 가스 센서의 광원 및 수광부의 크기를 획기적으로 줄일 수 있었지만, 광 공동의 크기가 감소되지 않으므로 전체적인 크기를 줄이기에는 한계가 있었다.
따라서, 향후 전체적인 크기를 소형화하면서도 긴 광 경로를 확보하여 정밀한 센싱이 가능한 가스 센서의 개발이 필요할 것이다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, 광원부로부터 출사된 광을 광 공동부로 반사 및 집광시키는 제1 광 결합부와, 광 공동부로부터 반사된 광을 광 검출부로 반사 및 집광시키는 제2 광 결합부를 이용함으로써, 전체적인 크기를 소형화하면서도 긴 광 경로를 확보할 수 있는 가스 센서에 관한 것이다.
또 다른 목적은, 제1, 제2 광 결합부의 반사면 곡률 반경을 조정하여, 광의 포커스가 최적의 위치에 도달함으로써, 긴 광 경로를 확보하여 가스 센싱 효율을 높일 수 있는 가스 센서에 관한 것이다.
또 다른 목적은, 제1, 제2 광 결합부와 광 공동부의 접촉면 주변에 광 차단막을 배치하여 광이 외부로 새는 것을 차단함으로써, 가스 센싱 효율을 높일 수 있는 가스 센서에 관한 것이다.
또 다른 목적은, 제1, 제2 광 결합부와 광 공동부의 내면에 적외선 반사 물질을 코팅하여 광 반사율을 높임으로써, 가스 센싱 효율을 높일 수 있는 가스 센서에 관한 것이다.
또 다른 목적은, 제2 광 결합부의 광 입사면에 광 필터를 배치함으로써, 입사광의 노이즈를 제거하여 가스 센싱 효율을 높일 수 있는 가스 센서에 관한 것이다.
또 다른 목적은, 제2 광 결합부에 다수의 비어 홀과 다수의 검출부를 배치함으로써, 가스 센싱 효율을 높일 수 있는 가스 센서에 관한 것이다.
또 다른 목적은, 제2 광 결합부에 형성된 다수의 비어 홀에 서로 광 파장 필터를 배치함으로써, 가스 센싱 효율을 높일 수 있는 가스 센서에 관한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 가스 센서는, 광을 출사하는 광원부와, 출사된 광을 다중 반사시키는 광 공동부와, 다중 반사된 광을 검출하는 광 검출부와, 광원부로부터 출사된 광을 광 공동부로 반사 및 집광시키는 제1 광 결합부와, 광 공동부로부터 반사된 광을 광 검출부로 반사 및 집광시키는 제2 광 결합부를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 광 결합부는, 광 공동부의 측면을 마주하고, 광이 지나는 비어 홀(via hole)을 갖는 광 출사면과, 광 출사면에 연장되어 광원부의 상부 및 측부를 감싸고, 광원부로부터 출사된 광을 광 출사면의 비어 홀로 반사시키는 반사면을 포함할 수 있고, 제2 광 결합부는, 광 공동부의 측면을 마주하고, 광 공동부로부터 입사되는 광이 지나는 비어 홀(via hole)을 갖는 광 입사면과, 광 입사면에 연장되어 광 검출부의 상부 및 측부를 감싸고, 광 공동부로부터 입사된 광을 광 검출부로 반사시키는 반사면을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 센서의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 광원부로부터 출사된 광을 광 공동부로 반사 및 집광시키는 제1 광 결합부와, 광 공동부로부터 반사된 광을 광 검출부로 반사 및 집광시키는 제2 광 결합부를 이용하여, 전체적인 크기를 소형화하면서도 긴 광 경로를 확보할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제1, 제2 광 결합부의 반사면 곡률 반경을 조정하여, 광의 포커스가 최적의 위치에 도달함으로써, 긴 광 경로를 확보하여 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제1, 제2 광 결합부와 광 공동부의 접촉면 주변에 광 차단막을 배치하여 광이 외부로 새는 것을 차단함으로써, 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제1, 제2 광 결합부와 광 공동부의 내면에 적외선 반사 물질을 코팅하여 광 반사율을 높임으로써, 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제2 광 결합부의 광 입사면에 광 필터를 배치함으로써, 입사광의 노이즈를 제거하여 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 제2 광 결합부에 다수의 비어 홀과 다수의 검출부를 배치함으로써, 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 센서의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명 제1 실시예에 따른 제1 광 결합부를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명 제1 실시예에 따른 제1 광 결합부의 비어 홀 위치를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명 제1 실시예에 따른 제1 광 결합부의 비어 홀의 직경을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명 제1 실시예에 따른 제1 광 결합부의 광 출사면의 위치를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명 제1 실시예에 따른 제1 광 결합부의 광 차단막을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명 제1 실시예에 따른 제1 광 결합부의 반사면을 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명 제1 실시예에 따른 제1 광 결합부의 반사면과 광 출사면의 곡률반경을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명 제2 실시예에 따른 제1 광 결합부를 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명 제2 실시예에 따른 제1 광 결합부의 개구부의 위치를 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명 제2 실시예에 따른 제1 광 결합부의 광 차단막을 보여주는 도면이다.
도 13은 본 발명 제2 실시예에 따른 제1 광 결합부의 반사면을 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명 제1 실시예에 따른 제2 광 결합부를 보여주는 도면이다.
도 15는 본 발명 제1 실시예에 따른 제2 광 결합부의 비어 홀 위치를 보여주는 도면이다.
도 16은 본 발명 제1 실시예에 따른 제2 광 결합부의 적외선 필터를 보여주는 도면이다.
도 17은 본 발명 제1 실시예에 따른 제2 광 결합부의 반사면을 보여주는 도면이다.
도 18은 본 발명 제1 실시예에 따른 제2 광 결합부의 광 입사면의 위치를 보여주는 도면이다.
도 19는 본 발명 제1 실시예에 따른 제2 광 결합부의 광 차단막을 보여주는 도면이다.
도 20 및 도 21은 본 발명 제1 실시예에 따른 제2 광 결합부의 반사면과 광 입사면의 곡률반경을 보여주는 도면이다.
도 22는 본 발명 제2 실시예에 따른 제2 광 결합부를 보여주는 도면이다.
도 23은 본 발명 제2 실시예에 따른 제2 광 결합부의 개구부의 위치를 보여주는 도면이다.
도 24는 본 발명 제2 실시예에 따른 제2 광 결합부의 광 차단막을 보여주는 도면이다.
도 25는 본 발명 제2 실시예에 따른 제2 광 결합부의 반사면을 보여주는 도면이다.
도 26 내지 29는 본 발명 제3 실시예에 따른 제2 광 결합부를 보여주는 도면이다.
도 30 및 도 31은 본 발명에 따른 광 공동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 32는 본 발명에 따른 가스 센서의 광 경로 길이를 보여주는 그래프이다.
도 33은 본 발명에 따른 가스 센서의 성능을 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 센서의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가스 센서(1000)는, 광원부(100), 광 공동부(optical cavity)(200), 광 검출부(300), 제1 광 결합부(400), 그리고 제2 광 결합부(500)를 포함할 수 있다.
여기서, 광원부(100)는, 광 공동부(200) 방향으로 광을 출사할 수 있는데, 일 예로, 적외선 파장대의 광을 생성할 수 있다.
이어, 광 공동부(200)는, 광원부(100)로부터 출사된 광을 다중 반사시킬 수 있다.
여기서, 광 공동부(200)는, 상면 및 하면이 평면이고, 측면이 곡면인 원통형 바디부를 가질 수 있다.
그리고, 광 공동부(200)의 측면에는, 제1 비어 홀(via hole)(600)과 제2 비어 홀(600)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 비어 홀(600)은, 광원부(100)로부터 출사되는 광을 광 공동부(200)의 내부로 입사시킬 수 있다.
또한, 제2 비어 홀(600)은, 광 공동부(200)의 내부에서 다중 반사된 광을 광 검출부(300)로 출사시킬 수 있다.
이어, 광 공동부(200)의 측면 내부에는, 적외선 반사 물질이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광의 반사율을 높여 가스 센싱 효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.
그리고, 제1 비어 홀(600)은, 제1 광 결합부(400)에 대응하여 형성되고, 제2 비어 홀(600)은, 제2 광 결합부(500)에 대응하여 형성될 수 있다.
여기서, 제1 비어 홀(600)의 직경은, 광의 조리개 역할을 수행하는 것으로, 제1 광 결합부(400)의 반사면과 반사면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
이때, 광의 포커스 지점은, 광 공동부(200)의 중심점으로부터 일정 거리만큼 오프셋된 지점일 수 있다.
일 예로, 제1 비어 홀(600)의 직경은, 제1 광 결합부(400)의 반사면과 반사면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리가 멀수록 작아질 수 있다.
또한, 제2 비어 홀(600)에는, 적외선 필터가 배치될 수도 있다.
그 이유는, 광의 노이즈를 제거하여 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
이어, 광 공동부(200)의 측면은, 소정의 곡률반경을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 곡률반경은, 광 공동부(200)의 측면과, 측면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
이때, 광의 포커스 지점은, 광 공동부(200)의 중심점으로부터 일정 거리만큼 오프셋된 지점일 수 있다.
일 예로, 곡률반경은, 광 공동부(200)의 측면과 측면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
다음, 광 검출부(300)는, 광 공동부(200)로부터 다중 반사된 광을 검출할 수 있는데, 일 예로, 적외선 파장대의 광을 검출할 수 있다.
이어, 제1 광 결합부(400)는, 광원부(100)로부터 출사된 광을 광 공동부(200)로 반사 및 집광시킬 수 있다.
여기서, 제1 광 결합부(400)는, 광 공동부(200)의 측면을 마주하고 광이 지나는 비어 홀(via hole)을 가지는 광 출사면과, 광 출사면에 연장되어 광원부(100)의 상부 및 측부를 감싸고 광원부(100)로부터 출사된 광을 광 출사면의 비어 홀로 반사시키는 반사면을 포함할 수 있다.
광 출사면의 비어 홀은, 광 공동부(200)의 측면에 형성되는 비어 홀에 대응되도록 배치될 수 있다.
여기서, 광 출사면의 비어 홀의 직경은, 광의 조리개 역할을 수행하는 것으로, 반사면과, 반사면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
이때, 광의 포커스 지점은, 광 공동부의 중심점으로부터 일정 거리만큼 오프셋된 지점일 수 있다.
일 예로, 광 출사면의 비어 홀의 직경은, 반사면과, 반사면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리가 멀수록 작아질 수 있다.
그리고, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면은, 광 공동부(200)의 측면에 접촉될 수 있다.
경우에 따라, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면과 광 공동부(200)의 접촉면 주변에는, 광 차단막이 형성될 수도 있다.
여기서, 광 차단막은, 광 출사면과 광 공동부(200)의 접촉면을 마주하는 표면 위에 반사층이 형성될 수 있다.
이어, 제1 광 결합부(400)의 반사면은, 적외선 반사 물질이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광을 내부로 반사시켜 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
다음, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면은, 제1 곡률반경을 갖는 곡면이고, 제1 광 결합부(400)의 반사면은, 제2 곡률반경을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 광 출사면의 제1 곡률반경은, 반사면의 제2 곡률반경과 다를 수 있다.
일 예로, 광 출사면의 제1 곡률반경은, 반사면의 제2 곡률반경보다 더 클 수 있다.
경우에 따라, 광 출사면의 제1 곡률반경은, 광 공동부 측면의 곡률반경과 동일할 수도 있다.
이어, 제1 광 결합부(400)의 반사면의 제2 곡률반경은, 광을 집광시키기 위한 것으로, 반사면과, 반사면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
여기서, 광의 포커스 지점은, 광 공동부(200)의 중심점으로부터 일정 거리만큼 오프셋된 지점일 수 있다.
일 예로, 제1 광 결합부(400)의 반사 면의 제2 곡률반경은, 반사면과, 반사면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
다른 실시예로, 제1 광 결합부(400)는, 광 공동부(200)의 측면을 마주하는 개구부와, 개구부로부터 연장되어 광원부(200)의 상부 및 측부를 감싸고 광원부(200)로부터 출사된 광을 개구부 방향으로 반사시키는 반사면을 포함할 수 있다.
여기서, 개구부는, 광 공동부(200)의 측면에 형성되는 비어 홀(600)에 대응되도록 배치될 수 있다.
일 예로, 개구부의 에지 영역은, 광 공동부의 측면에 접촉될 수 있다.
경우에 따라, 개구부와 광 공동부(200)의 접촉면 주변에는, 광 차단막이 형성될 수도 있다.
여기서, 광 차단막은, 개구부와 광 공동부(200)의 접촉면을 마주하는 표면 위에 반사층이 형성될 수 있다.
그리고, 제1 광 결합부(400)의 반사면은, 적외선 반사 물질이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광을 내부로 반사시켜 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
이어, 제1 광 결합부(400)의 반사면은, 소정의 곡률반경을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 제1 광 결합부(400)의 반사면의 곡률반경은, 광을 집광시키기 위한 것으로, 반사면과, 반사면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
이때, 광의 포커스 지점은, 광 공동부(200)의 중심점으로부터 일정 거리만큼 오프셋된 지점일 수 있다.
일 예로, 반사면의 곡률반경은, 반사면과, 반사면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
한편, 제2 광 결합부(500)는, 광 공동부(200)로부터 반사된 광을 광 검출부(300)로 반사 및 집광시킬 수 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)는, 광 공동부(200)의 측면을 마주하고 광 공동부(200)로부터 입사되는 광이 지나는 비어 홀(via hole)을 갖는 광 입사면과, 광 입사면에 연장되어 광 검출부(300)의 상부 및 측부를 감싸고 광 공동부(200)로부터 입사된 광을 광 검출부(300)로 반사시키는 반사면을 포함할 수 있다.
광 입사면의 비어 홀은, 광 공동부(200)의 측면에 형성되는 비어 홀에 대응되도록 배치될 수 있다.
경우에 따라, 광 입사면의 비어 홀에는, 적외선 필터가 배치될 수도 있다.
그 이유는, 광의 노이즈를 제거하여 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
그리고, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면은, 광 공동부(200)의 측면에 접촉될 수 있다.
일 예로, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면과 광 공동부(200)의 접촉면 주변에는, 광 차단막이 형성될 수 있다.
여기서, 광 차단막은, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면과 광 공동부(200)의 접촉면을 마주하는 표면 위에 반사층이 형성될 수 있다.
그리고, 제2 광 결합부(500)의 반사면은, 적외선 반사 물질이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광을 내부로 반사시켜 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
다음, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면은, 제3 곡률반경을 갖는 곡면이고, 제2 광 결합부(500)의 반사면은, 제4 곡률반경을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 광 입사면의 제3 곡률반경은, 반사면의 제4 곡률반경과 다를 수 있다.
일 예로, 광 입사면의 제3 곡률반경은, 반사면의 제4 곡률반경보다 더 클 수 있다.
경우에 따라, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면의 제3 곡률반경은, 광 공동부 측면의 곡률반경과 동일할 수도 있다.
또한, 반사면의 제4 곡률반경은, 반사면과 광 검출부(300)의 검출 영역 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
일 예로, 반사면의 제4 곡률반경은, 반사면과 광 검출부(300)의 검출 영역 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
다른 실시예로서, 제2 광 결합부(500)는, 광 공동부(200)의 측면을 마주하고 광 공동부(200)로부터 입사되는 광이 지나는 개구부와, 개구부로부터 연장되어 광 검출부(300)의 상부 및 측부를 감싸고 광 공동부(200)로부터 입사된 광을 광 검출부(300)로 반사시키는 반사면을 포함할 수 있다.
여기서, 개구부는, 광 공동부(200)의 측면에 형성되는 비어 홀(600)에 대응되도록 배치될 수 있다.
경우에 따라, 개구부의 에지 영역은, 광 공동부의 측면에 접촉될 수 있다.
일 예로, 개구부와 광 공동부(200)의 접촉면 주변에는, 광 차단막이 형성될 수 있다.
여기서, 광 차단막은, 개구부와 광 공동부(200)의 접촉면을 마주하는 표면 위에 반사층이 형성될 수 있다.
그리고, 제2 광 결합부(500)의 반사면은, 적외선 반사 물질이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광을 내부로 반사시켜 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
그리고, 제2 광 결합부(500)의 반사면은, 소정의 곡률반경을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 반사면의 곡률반경은, 반사면과 광 검출부(300)의 검출 영역 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
일 예로, 반사면의 곡률반경은, 반사면과 광 검출부(300)의 검출 영역 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
다른 실시예로서, 제2 광 결합부(500)는, 광 공동부(200)의 측면을 마주하고 광 공동부(200)로부터 입사되는 제1 광이 지나는 제1 비어 홀과 제2 광이 지나는 제2 비어 홀을 갖는 광 입사면과, 광 입사면에 연장되어 제1 광 검출부의 상부 및 측부를 감싸고 광 공동부로부터 입사된 제1 광을 제1 광 검출부로 반사시키는 제1 반사면과, 광 입사면에 연장되어 제2 광 검출부의 상부 및 측부를 감싸고 광 공동부로부터 입사된 제2 광을 상기 제2 광 검출부로 반사시키는 제2 반사면을 포함할 수 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면의 제1, 제2 비어 홀은, 광 공동부의 측면에 형성되는 비어 홀에 대응되도록 배치될 수 있다.
경우에 따라, 광 입사면의 제1 비어 홀에는, 제1 광의 파장대만을 투과시키는 제1 필터가 배치되고, 광 입사면의 제2 비어 홀에는, 제2 광의 파장대만을 투과시키는 제2 필터가 배치될 수 있다.
그 이유는, 광의 노이즈를 제거하여 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
다음, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면은, 광 공동부(200)의 측면에 접촉될 수 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면과 광 공동부(200)의 접촉면 주변에는, 광 차단막이 형성될 수 있다.
일 예로, 광 차단막은, 광 입사면과 광 공동부(200)의 접촉면을 마주하는 표면 위에 반사층이 형성될 수 있다.
그 이유는, 광을 내부로 반사시켜 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
또한, 제2 광 결합부(500)의 제1, 제2 반사면은, 적외선 반사 물질이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광의 반사율을 높여 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
그리고, 광 입사면은, 제5 곡률반경을 갖는 곡면이고, 제1 반사면은, 제6 곡률반경을 갖는 곡면이며, 제2 반사면은, 제7 곡률반경을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 제5, 제6, 제7 곡률반경은, 서로 다를 수 있다.
일 예로, 광 입사면의 제5 곡률반경은, 제1 반사면의 제6 곡률반경과 제2 반사면의 제7 곡률반경보다 더 클 수 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면의 제5 곡률반경은, 광 공동부(200) 측면의 곡률반경과 동일할 수 있다.
그리고, 제1 반사면의 제6 곡률반경은, 제1 반사면과 제1 광 검출부의 검출 영역 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
일 예로, 제1 반사면의 제6 곡률반경은, 제1 반사면과 제1 광 검출부의 검출 영역 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
이어, 제2 반사면의 제7 곡률반경은, 제2 반사면과 제2 광 검출부의 검출 영역 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
일 예로, 제2 반사면의 제7 곡률반경은, 제2 반사면과 제2 광 검출부의 검출 영역 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 광원부로부터 출사된 광을 광 공동부로 반사 및 집광시키는 제1 광 결합부와, 광 공동부로부터 반사된 광을 광 검출부로 반사 및 집광시키는 제2 광 결합부를 이용하여, 전체적인 크기를 소형화하면서도 긴 광 경로를 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은, 제1, 제2 광 결합부의 반사면 곡률 반경을 조정하여, 광의 포커스가 최적의 위치에 도달함으로써, 긴 광 경로를 확보하여 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은, 제1, 제2 광 결합부와 광 공동부의 접촉면 주변에 광 차단막을 배치하여 광이 외부로 새는 것을 차단함으로써, 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은, 제1, 제2 광 결합부와 광 공동부의 내면에 적외선 반사 물질을 코팅하여 광 반사율을 높임으로써, 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은, 제2 광 결합부의 광 입사면에 광 필터를 배치함으로써, 입사광의 노이즈를 제거하여 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은, 제2 광 결합부에 다수의 비어 홀과 다수의 검출부를 배치함으로써, 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
도 2는 본 발명 제1 실시예에 따른 제1 광 결합부를 보여주는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 광 결합부(400)는, 광원부(100)로부터 출사된 광을 광 공동부로 반사 및 집광시킬 수 있다.
여기서, 제1 광 결합부(400)는, 광이 지나는 비어 홀(via hole)(420)을 가지는 광 출사면(410)과, 광 출사면(410)에 연장되어 광원부(100)의 상부 및 측부를 감싸고 광원부(100)로부터 출사된 광을 광 출사면(410)의 비어 홀(420)로 반사시키는 반사면(430)을 포함할 수 있다.
그리고, 광 출사면(410)의 비어 홀(420)의 직경은, 광의 조리개 역할을 수행하는 것으로, 반사면(430)과, 반사면(430)으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
이때, 광의 포커스 지점은, 광 공동부의 중심점으로부터 일정 거리만큼 오프셋된 지점일 수 있다.
이어, 광 출사면(410)은, 제1 곡률반경을 갖는 곡면이고, 반사면(430)은, 제2 곡률반경을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 광 출사면(410)의 제1 곡률반경은, 반사면(430)의 제2 곡률반경과 다를 수 있다.
일 예로, 광 출사면(410)의 제1 곡률반경은, 반사면(430)의 제2 곡률반경보다 더 클 수 있다.
다음, 반사면(430)의 제2 곡률반경은, 광을 집광시키기 위한 것으로, 반사면(430)과, 반사면(430)으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
여기서, 광의 포커스 지점은, 광 공동부의 중심점으로부터 일정 거리만큼 오프셋된 지점일 수 있다.
도 3은 본 발명 제1 실시예에 따른 제1 광 결합부의 비어 홀 위치를 보여주는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 광 결합부(400)는, 광 출사면(410)과 반사면(430)을 포함할 수 있다.
여기서, 광 출사면(410)은, 광이 지나는 비어 홀(420)을 포함할 수 있다.
그리고, 반사면(430)은, 광 출사면(410)에 연장되어 광원부(100)의 상부 및 측부를 감싸고, 광원부(100)로부터 출사된 광을 광 출사면(410)의 비어 홀(420)로 반사시킬 수 있다.
이어, 제1 광 결합부(400)의 비어 홀(420)은, 광 공동부(200)의 측면을 마주할 수 있다.
즉, 광 출사면(410)의 비어 홀(420)은, 광 공동부(200)의 측면에 형성되는 비어 홀(600)에 대응되도록 배치될 수 있다.
또한, 광 출사면(410)의 비어 홀(420)의 직경과 광 공동부(200)의 비어 홀(600)의 직경은, 서로 동일할 수 있다.
경우에 따라서, 광 출사면(410)의 비어 홀(420)의 직경과 광 공동부(200)의 비어 홀(600)의 직경은, 서로 다를 수도 있다.
여기서, 광 출사면(410)의 비어 홀(420)의 직경은, 광의 조리개 역할을 수행하는 것으로서, 광 공동부(200)의 비어 홀(600)의 직경보다 더 작을 수 있다.
그 이유는, 광 출사면(410)의 비어 홀(420)로부터 출사되는 모든 광을, 광 손실 없이, 광 공동부(200)의 비어 홀(600) 내로 입사시키기 위함이다.
도 4는 본 발명 제1 실시예에 따른 제1 광 결합부의 비어 홀의 직경을 보여주는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 광 결합부(400)는, 광 출사면(410)과 반사면(430)을 포함할 수 있다.
여기서, 광 출사면(410)은, 광이 지나는 비어 홀(420)을 포함할 수 있다.
그리고, 광 출사면(410)의 비어 홀(420)은, 광 공동부(200)의 측면에 형성되는 비어 홀(600)에 대응되도록 배치될 수 있다.
여기서, 광 출사면(410)의 비어 홀(420)의 직경 D은, 광의 조리개 역할을 수행하는 것으로서, 반사면(430)과, 반사면(430)으로부터 반사된 광의 포커스 지점 P 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
이때, 광의 포커스 지점 P은, 광 공동부(200)의 중심점 O으로부터 일정 거리 d 만큼 오프셋된 지점일 수 있다.
일 예로, 광 출사면(410)의 비어 홀(420)의 직경 D은, 반사면(430)과, 반사면(430)으로부터 반사된 광의 포커스 지점 P 사이의 거리가 멀수록 작아질 수 있다.
또한, 광 출사면(410)의 비어 홀(420)의 직경 D과 광 공동부(200)의 비어 홀(600)의 직경은, 서로 동일할 수 있다.
경우에 따라서, 광 출사면(410)의 비어 홀(420)의 직경 D과 광 공동부(200)의 비어 홀(600)의 직경은, 서로 다를 수도 있다.
여기서, 광 출사면(410)의 비어 홀(420)의 직경 D은, 광 공동부(200)의 비어 홀(600)의 직경보다 더 작을 수 있다.
그 이유는, 광 출사면(410)의 비어 홀(420)로부터 출사되는 모든 광을, 광 손실 없이, 광 공동부(200)의 비어 홀(600) 내로 입사시키기 위함이다.
도 5는 본 발명 제1 실시예에 따른 제1 광 결합부의 광 출사면의 위치를 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 광 결합부(400)는, 광 출사면(410)과 반사면(430)을 포함할 수 있다.
여기서, 광 출사면(410)은, 광이 지나는 비어 홀(420)을 포함할 수 있다.
그리고, 반사면(430)은, 광 출사면(410)에 연장되어 광원부(100)의 상부 및 측부를 감싸고, 광원부(100)로부터 출사된 광을 광 출사면(410)의 비어 홀(420)로 반사시킬 수 있다.
이어, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)은, 광 공동부(200)의 측면(210)에 접촉될 수 있다.
따라서, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)은, 광 공동부(200)의 측면(210)이 곡면일 경우, 광 공동부(200)의 측면(210)과 같이, 곡면 형상을 가질 수 있다.
즉, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)의 형상은, 광 공동부(200)의 측면(210) 형상에 따라, 가변될 수 있다.
일 예로, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)과 광 공동부(200)의 측면(210)이 모두 곡면일 경우, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)의 곡률 반경과, 광 공동부(200)의 측면의 곡률 반경은, 서로 동일할 수 있다.
경우에 따라, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)은, 광 공동부(200)의 측면(210)이 평면일 경우, 광 공동부(200)의 측면(210)과 같이, 평면 형상을 가질 수도 있다.
또한, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)과 광 공동부(200)의 측면(210)에 접촉될 때, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)과 광 공동부(200)의 측면(210)은, 접착제에 의해 부착될 수도 있고, 결합 부재에 의해 결합될 수도 있다.
여기서, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)과 광 공동부(200)의 측면(210) 사이의 접촉면 틈새를 통해, 광이 외부로 새는 것을 방지하기 위하여, 접착제에 반사 물질을 포함할 수도 있고, 결합 부재를 반사 부재로 사용할 수도 있다.
도 6은 본 발명 제1 실시예에 따른 제1 광 결합부의 광 차단막을 보여주는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)은, 광 공동부(200)의 측면에 접촉될 수 있다.
여기서, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)과 광 공동부(200)의 측면에 접촉될 때, 광 출사면(410)과 광 공동부(200)의 측면 사이의 접촉면 틈새를 통해, 광이 외부로 새는 것을 방지하기 위하여, 광 출사면(410)과 광 공동부(200)의 접촉면 주변에는, 광 차단막(700)이 형성될 수도 있다.
여기서, 광 차단막(700)은, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)과 광 공동부(200)의 접촉면을 마주하는 표면 위에 반사층(710)이 형성될 수 있다.
이어, 반사층(710)은, 적외선 반사 물질이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광이 외부로 새는 것을 방지하고, 광을 내부로 반사시켜 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
경우에 따라, 본 발명은, 광 차단막(700) 대신에 반사 물질을 포함하는 접착제를 사용할 수도 있고, 반사 물질을 포함하는 체결 부재를 사용할 수도 있다.
도 7은 본 발명 제1 실시예에 따른 제1 광 결합부의 반사면을 보여주는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 광 결합부(400)는, 광 출사면(410)과 반사면(430)을 포함할 수 있다.
여기서, 광 출사면(410)은, 광이 지나는 비어 홀(420)을 포함할 수 있다.
그리고, 반사면(430)은, 광 출사면(410)에 연장되어 광원부(100)의 상부 및 측부를 감싸고, 광원부(100)로부터 출사된 광을 광 출사면(410)의 비어 홀(420)로 반사시킬 수 있다.
여기서, 제1 광 결합부의 반사면(430)은, 적외선 반사 물질(460)이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광의 반사율을 높여 가스 센싱 효율을 향상시키기 위함이다.
경우에 따라, 적외선 반사 물질(460)은, 제1 광 결합부의 광 출사면(410)에 코팅될 수도 있다.
다른 경우로서, 적외선 반사 물질(460)은, 광원부 주변에 위치하는 제1 광 결합부(400)의 바닥면에 코팅될 수도 있다.
또 다른 경우로서, 적외선 반사 물질(460)은, 제1 광 결합부의 반사면(430), 제1 광 결합부의 광 출사면(410), 그리고 제1 광 결합부(400)의 바닥면에 모두 코팅될 수도 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명 제1 실시예에 따른 제1 광 결합부의 반사면과 광 출사면의 곡률반경을 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 광 결합부(400)는, 광 출사면(410)과 반사면(430)을 포함할 수 있다.
여기서, 광 출사면(410)은, 광이 지나는 비어 홀(420)을 포함할 수 있다.
그리고, 반사면(430)은, 광 출사면(410)에 연장되어 광원부(100)의 상부 및 측부를 감싸고, 광원부(100)로부터 출사된 광을 광 출사면(410)의 비어 홀(420)로 반사시킬 수 있다.
이어, 제1 광 결합부(400)의 비어 홀(420)은, 광 공동부(200)의 측면을 마주할 수 있다.
즉, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)의 비어 홀(420)은, 광 공동부(200)의 측면에 형성되는 비어 홀(600)에 대응되도록 배치될 수 있다.
다음, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)은, 제1 곡률반경 R1을 갖는 곡면이고, 제1 광 결합부(400)의 반사면(430)은, 제2 곡률반경 R2을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 광 출사면(410)의 제1 곡률반경 R1은, 반사면(430)의 제2 곡률반경R2과 다를 수 있다.
일 예로, 광 출사면(410)의 제1 곡률반경 R1은, 반사면(430)의 제2 곡률반경R2보다 더 클 수 있다.
경우에 따라, 제1 광 결합부(400)의 광 출사면(410)의 제1 곡률반경 R1은, 광 공동부(200) 측면(210)의 곡률반경 R과 동일할 수도 있다.
이어, 도 9와 같이, 제1 광 결합부(400)의 반사면(430)의 제2 곡률반경 R2은, 광을 집광시키기 위한 것으로, 반사면(430)과, 반사면(430)으로부터 반사된 광의 포커스 지점 P 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
여기서, 광의 포커스 지점 P은, 광 공동부(200)의 중심점 O으로부터 일정 거리 d만큼 오프셋된 지점일 수 있다.
일 예로, 제1 광 결합부(400)의 반사면(430)의 제2 곡률반경 R2은, 반사면(430)과, 반사면(430)으로부터 반사된 광의 포커스 지점 P 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
도 10은 본 발명 제2 실시예에 따른 제1 광 결합부를 보여주는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 광 결합부(400)는, 광원부(100)로부터 출사된 광을 광 공동부(200)로 반사 및 집광시킬 수 있다.
여기서, 제1 광 결합부(400)는, 광 공동부(200)의 측면(210)을 마주하는 개구부(450)와, 개구부(450)로부터 연장되어 광원부(200)의 상부 및 측부를 감싸고 광원부(200)로부터 출사된 광을 개구부(450) 방향으로 반사시키는 반사면(430)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 광 결합부(400)의 개구부(450)는, 광 공동부(200)의 측면(210)에 형성되는 비어 홀(600)에 대응되도록 배치될 수 있다.
이어, 제1 광 결합부(400)의 반사면(430)은, 소정의 곡률반경 R2을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 제1 광 결합부(400)의 반사면(430)의 곡률반경 R2은, 광을 집광시키기 위한 것으로, 반사면(430)과, 반사면(430)으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
이때, 광의 포커스 지점은, 광 공동부(200)의 중심점으로부터 일정 거리만큼 오프셋된 지점일 수 있다.
일 예로, 반사면(430)의 곡률반경 R2은, 반사면(430)과, 반사면(430)으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
따라서, 제1 광 결합부(400)의 반사면(430)의 곡률반경 R2은, 광 공동부(200)의 측면(210)의 곡률반경 R보다 더 작을 수 있다.
도 11은 본 발명 제2 실시예에 따른 제1 광 결합부의 개구부의 위치를 보여주는 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제1 광 결합부(400)는, 개구부(450)과 반사면(430)을 포함할 수 있다.
여기서, 개구부(450)는, 광 공동부(200)의 측면(210)을 마주하고, 반사면(430)은, 개구부(450)로부터 연장되어 광원부(200)의 상부 및 측부를 감싸고 광원부(200)로부터 출사된 광을 개구부(450) 방향으로 반사시킬 수 있다.
여기서, 제1 광 결합부(400)의 개구부(450)는, 광 공동부(200)의 측면(210)에 형성되는 비어 홀(600)에 대응되도록 배치될 수 있다.
일 예로, 제1 광 결합부(400)의 개구부(450)의 에지 영역은, 광 공동부(200)의 측면(210)에 접촉될 수 있다.
또한, 제1 광 결합부(400)의 개구부(450)이 에지 영역과 광 공동부(200)의 측면(210)에 접촉될 때, 제1 광 결합부(400)의 개구부(450)의 에지 영역과 광 공동부(200)의 측면(210)은, 접착제에 의해 부착될 수도 있고, 결합 부재에 의해 결합될 수도 있다.
여기서, 제1 광 결합부(400)의 개구부의 에지 영역과 광 공동부(200)의 측면(210) 사이의 접촉면 틈새를 통해, 광이 외부로 새는 것을 방지하기 위하여, 접착제에 반사 물질을 포함할 수도 있고, 결합 부재를 반사 부재로 사용할 수도 있다.
도 12는 본 발명 제2 실시예에 따른 제1 광 결합부의 광 차단막을 보여주는 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제1 광 결합부(400)의 개구부(450)의 에지 영역은, 광 공동부(200)의 측면에 접촉될 수 있다.
여기서, 제1 광 결합부(400)의 개구부(450)의 에지 영역과 광 공동부(200)의 측면에 접촉될 때, 제1 광 결합부(400)의 개구부(450)의 에지 영역과 광 공동부(200)의 측면 사이의 접촉면 틈새를 통해, 광이 외부로 새는 것을 방지하기 위하여, 제1 광 결합부(400)의 개구부(450)의 에지 영역과 광 공동부(200)의 접촉면 주변에는, 광 차단막(700)이 형성될 수도 있다.
여기서, 광 차단막(700)은, 제1 광 결합부(400)의 개구부(450)의 에지 영역과 광 공동부(200)의 접촉면을 마주하는 표면 위에 반사층(710)이 형성될 수 있다.
이어, 반사층(710)은, 적외선 반사 물질이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광이 외부로 새는 것을 방지하고, 광을 내부로 반사시켜 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
경우에 따라, 본 발명은, 광 차단막(700) 대신에 반사 물질을 포함하는 접착제를 사용할 수도 있고, 반사 물질을 포함하는 체결 부재를 사용할 수도 있다.
도 13은 본 발명 제2 실시예에 따른 제1 광 결합부의 반사면을 보여주는 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제1 광 결합부(400)는, 개구부(450)와 반사면(430)을 포함할 수 있다.
여기서, 개구부(450)는, 광 공동부(200)의 측면(210)을 마주하고, 반사면(430)은, 개구부(450)로부터 연장되어 광원부(200)의 상부 및 측부를 감싸고 광원부(200)로부터 출사된 광을 개구부(450) 방향으로 반사시킬 수 있다.
그리고, 제1 광 결합부(400)의 반사면(430)은, 적외선 반사 물질(460)이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광의 반사율을 높여 가스 센싱 효율을 향상시키기 위함이다.
경우에 따라, 적외선 반사 물질(460)은, 광원부 주변에 위치하는 제1 광 결합부(400)의 바닥면에 코팅될 수도 있다.
또 다른 경우로서, 적외선 반사 물질(460)은, 제1 광 결합부의 반사면(430)과, 제1 광 결합부(400)의 바닥면에 모두 코팅될 수도 있다.
도 14는 본 발명 제1 실시예에 따른 제2 광 결합부를 보여주는 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 제2 광 결합부(500)는, 광 공동부로부터 반사된 광을 광 검출부(300)로 반사 및 집광시킬 수 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)는, 광 공동부로부터 입사되는 광이 지나는 비어 홀(via hole)(520)을 갖는 광 입사면(510)과, 광 입사면(510)에 연장되어 광 검출부(300)의 상부 및 측부를 감싸고 광 공동부로부터 입사된 광을 광 검출부(300)로 반사시키는 반사면(530)을 포함할 수 있다.
다음, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)은, 제3 곡률반경을 갖는 곡면이고, 제2 광 결합부(500)의 반사면(530)은, 제4 곡률반경을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 광 입사면(510)의 제3 곡률반경은, 반사면(530)의 제4 곡률반경과 다를 수 있다.
일 예로, 광 입사면(510)의 제3 곡률반경은, 반사면(530)의 제4 곡률반경보다 더 클 수 있다.
경우에 따라, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)의 제3 곡률반경은, 광 공동부 측면의 곡률반경과 동일할 수도 있다.
또한, 반사면(530)의 제4 곡률반경은, 반사면(530)과 광 검출부(300)의 검출 영역 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
일 예로, 반사면(530)의 제4 곡률반경은, 반사면(530)과 광 검출부(300)의 검출 영역 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
또한, 광 입사면(510)의 비어 홀(520)은, 광 공동부의 측면에 형성되는 비어 홀에 대응되도록 배치될 수 있다.
경우에 따라, 광 입사면(510)의 비어 홀(520)에는, 적외선 필터가 배치될 수도 있다.
그 이유는, 광의 노이즈를 제거하여 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
도 15는 본 발명 제1 실시예에 따른 제2 광 결합부의 비어 홀 위치를 보여주는 도면이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 제2 광 결합부(500)는, 광 입사면(510)과 반사면(530)을 포함할 수 있다.
여기서, 광 입사면(510)은, 광이 지나는 비어 홀(520)을 포함할 수 있다.
그리고, 반사면(530)은, 광 입사면(510)에 연장되어 광 검출부(300)의 상부 및 측부를 감싸고, 광 공동부(200)로부터 입사된 광을 광 검출부(300)로 반사시킬 수 있다.
이어, 제2 광 결합부(500)의 비어 홀(520)은, 광 공동부(200)의 측면(210)을 마주할 수 있다.
즉, 광 입사면(510)의 비어 홀(520)은, 광 공동부(200)의 측면(210)에 형성되는 비어 홀(600)에 대응되도록 배치될 수 있다.
또한, 광 입사면(510)의 비어 홀(520)의 직경과 광 공동부(200)의 비어 홀(500)의 직경은, 서로 동일할 수 있다.
경우에 따라서, 광 입사면(510)의 비어 홀(520)의 직경과 광 공동부(200)의 비어 홀(600)의 직경은, 서로 다를 수도 있다.
여기서, 광 입사면(510)의 비어 홀(520)의 직경은, 광 공동부(200)의 비어 홀(600)의 직경보다 더 클 수 있다.
그 이유는, 광 공동부(200)의 비어 홀(600)로부터 입사되는 모든 광을, 광 손실 없이, 광 입사면(510)의 비어 홀(520) 내로 입사시키기 위함이다.
도 16은 본 발명 제1 실시예에 따른 제2 광 결합부의 적외선 필터를 보여주는 도면이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제2 광 결합부(500)는, 광 입사면(510)과 반사면(530)을 포함할 수 있다.
여기서, 광 입사면(510)은, 광이 지나는 비어 홀을 포함할 수 있다.
그리고, 반사면(530)은, 광 입사면(510)에 연장되어 광 검출부(300)의 상부 및 측부를 감싸고, 광 공동부로부터 입사된 광을 광 검출부(300)로 반사시킬 수 있다.
또한, 광 입사면(510)의 비어 홀은, 광 공동부의 측면에 형성되는 비어 홀에 대응되도록 배치될 수 있다.
여기서, 광 입사면(510)의 비어 홀에는, 적외선 필터(550)가 배치될 수도 있다.
그 이유는, 광의 노이즈를 제거하여 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
일 예로, 적외선 필터(550)는, 적외선 파장대의 광만을 투과시키는 것으로, 적외선 파장대 이외의 광들을 차단함으로써, 광 검출부(300)는, 적외선 파장대의 광만을 수신할 수 있으므로, 가스 검출 효율을 높일 수 있다.
도 17은 본 발명 제1 실시예에 따른 제2 광 결합부의 반사면을 보여주는 도면이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 제2 광 결합부(500)는, 광 입사면(510)과 반사면(530)을 포함할 수 있다.
여기서, 광 입사면(510)은, 광이 지나는 비어 홀(520)을 포함할 수 있다.
그리고, 반사면(530)은, 광 입사면(510)에 연장되어 광 검출부의 상부 및 측부를 감싸고, 광 공동부로부터 입사된 광을 광 검출부로 반사시킬 수 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)의 반사면(530)은, 적외선 반사 물질(560)이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광의 반사율을 높여 가스 센싱 효율을 향상시키기 위함이다.
경우에 따라, 적외선 반사 물질(560)은, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)에 코팅될 수도 있다.
다른 경우로서, 적외선 반사 물질(560)은, 광 검출부 주변에 위치하는 제2 광 결합부(500)의 바닥면에 코팅될 수도 있다.
또 다른 경우로서, 적외선 반사 물질(560)은, 제2 광 결합부(500)의 반사면(530), 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510), 그리고 제2 광 결합부(500)의 바닥면에 모두 코팅될 수도 있다.
도 18은 본 발명 제1 실시예에 따른 제2 광 결합부의 광 입사면의 위치를 보여주는 도면이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 제2 광 결합부(500)는, 광 입사면(510)과 반사면(530)을 포함할 수 있다.
여기서, 광 입사면(510)은, 광이 지나는 비어 홀(520)을 포함할 수 있다.
그리고, 반사면(530)은, 광 입사면(510)에 연장되어 광 검출부의 상부 및 측부를 감싸고, 광 공동부로부터 입사된 광을 광 검출부로 반사시킬 수 있다.
이어, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)은, 광 공동부(200)의 측면(210)에 접촉될 수 있다.
따라서, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)은, 광 공동부(200)의 측면(210)이 곡면일 경우, 광 공동부(200)의 측면(210)과 같이, 곡면 형상을 가질 수 있다.
즉, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)의 형상은, 광 공동부(200)의 측면(210) 형상에 따라, 가변될 수 있다.
일 예로, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)과 광 공동부(200)의 측면(210)이 모두 곡면일 경우, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)의 곡률반경과, 광 공동부(200)의 측면의 곡률반경은, 서로 동일할 수 있다.
경우에 따라, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)은, 광 공동부(200)의 측면(210)이 평면일 경우, 광 공동부(200)의 측면(210)과 같이, 평면 형상을 가질 수도 있다.
또한, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)과 광 공동부(200)의 측면(210)에 접촉될 때, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)과 광 공동부(200)의 측면(210)은, 접착제에 의해 부착될 수도 있고, 결합 부재에 의해 결합될 수도 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)과 광 공동부(200)의 측면(210) 사이의 접촉면 틈새를 통해, 광이 외부로 새는 것을 방지하기 위하여, 접착제에 반사 물질을 포함할 수도 있고, 결합 부재를 반사 부재로 사용할 수도 있다.
도 19는 본 발명 제1 실시예에 따른 제2 광 결합부의 광 차단막을 보여주는 도면이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 제1 광 결합부(500)의 광 입사면(510)은, 광 공동부(200)의 측면에 접촉될 수 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)과 광 공동부(200)의 측면에 접촉될 때, 광 입사면(510)과 광 공동부(200)의 측면 사이의 접촉면 틈새를 통해, 광이 외부로 새는 것을 방지하기 위하여, 광 입사면(510)과 광 공동부(200)의 접촉면 주변에는, 광 차단막(700)이 형성될 수도 있다.
여기서, 광 차단막(700)은, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)과 광 공동부(200)의 접촉면을 마주하는 표면 위에 반사층(710)이 형성될 수 있다.
이어, 반사층(710)은, 적외선 반사 물질이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광이 외부로 새는 것을 방지하고, 광을 내부로 반사시켜 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
경우에 따라, 본 발명은, 광 차단막(700) 대신에 반사 물질을 포함하는 접착제를 사용할 수도 있고, 반사 물질을 포함하는 체결 부재를 사용할 수도 있다.
도 20 및 도 21은 본 발명 제1 실시예에 따른 제2 광 결합부의 반사면과 광 입사면의 곡률반경을 보여주는 도면이다.
도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 제2 광 결합부(500)는, 광 입사면(510)과 반사면(530)을 포함할 수 있다.
여기서, 광 입사면(510)은, 광이 지나는 비어 홀(520)을 포함할 수 있다.
그리고, 반사면(530)은, 광 입사면(510)에 연장되어 광 검출부의 상부 및 측부를 감싸고, 광 공동부(200)로부터 입사된 광을 광 검출부로 반사시킬 수 있다.
이어, 제2 광 결합부(500)의 비어 홀(520)은, 광 공동부(200)의 측면(210)을 마주할 수 있다.
즉, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)의 비어 홀(520)은, 광 공동부(200)의 측면(210)에 형성되는 비어 홀(600)에 대응되도록 배치될 수 있다.
다음, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)은, 제3 곡률반경 R3을 갖는 곡면이고, 제2 광 결합부(500)의 반사면(530)은, 제4 곡률반경 R4을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 광 입사면(510)의 제3 곡률반경 R3은, 반사면(530)의 제4 곡률반경R4와 다를 수 있다.
일 예로, 광 입사면(510)의 제3 곡률반경 R3은, 반사면(530)의 제4 곡률반경R4보다 더 클 수 있다.
경우에 따라, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)의 제3 곡률반경 R3은, 광 공동부(200) 측면(210)의 곡률반경 R과 동일할 수도 있다.
이어, 도 21과 같이, 제2 광 결합부(500)의 반사면(530)의 제4 곡률반경 R4은, 광을 집광시키기 위한 것으로, 반사면(530)과, 반사면(530)으로부터 반사된 광의 포커스 지점 P 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
여기서, 광의 포커스 지점 P은, 광 공동부(200)의 중심점 O으로부터 일정 거리 d만큼 오프셋된 지점일 수 있다.
일 예로, 제2 광 결합부(500)의 반사면(530)의 제4 곡률반경 R4는, 반사면(530)과, 반사면(530)으로부터 반사된 광의 포커스 지점 P 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
또한, 반사면(530)의 제4 곡률반경 R4은, 반사면(530)과 광 검출부의 검출 영역 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
일 예로, 반사면(530)의 제4 곡률반경 R4은, 반사면(530)과 광 검출부의 검출 영역 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
도 22는 본 발명 제2 실시예에 따른 제2 광 결합부를 보여주는 도면이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 제2 광 결합부(500)는, 광 공동부(200)로부터 반사된 광을 광 검출부(300)로 반사 및 집광시킬 수 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)는, 광 공동부(200)로부터 입사되는 광이 지나는 개구부(550)와, 개구부(550)에 연장되어 광 검출부(300)의 상부 및 측부를 감싸고 광 공동부로부터 입사된 광을 광 검출부(300)로 반사시키는 반사면(530)을 포함할 수 있다.
다음, 제2 광 결합부(500)의 반사면(530)은, 제4 곡률반경 R4을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)의 반사면(530)의 제4 곡률반경 R4는, 광을 집광시키기 위한 것으로, 반사면(530)과, 반사면(530)으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
이때, 광의 포커스 지점은, 광 공동부(200)의 중심점으로부터 일정 거리만큼 오프셋된 지점일 수 있다.
일 예로, 반사면(530)의 제4 곡률반경 R4는, 반사면(530)과, 반사면(530)으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
따라서, 제2 광 결합부(500)의 반사면(530)의 제4 곡률반경 R4는, 광 공동부(200)의 측면(210)의 곡률반경 R보다 더 작을 수 있다.
또한, 반사면(530)의 제4 곡률반경 R4은, 반사면(530)과 광 검출부(300)의 검출 영역 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
일 예로, 반사면(530)의 제4 곡률반경은, 반사면(530)과 광 검출부(300)의 검출 영역 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
도 23은 본 발명 제2 실시예에 따른 제2 광 결합부의 개구부의 위치를 보여주는 도면이다.
도 23에 도시된 바와 같이, 제2 광 결합부(500)는, 개구부(550)과 반사면(530)을 포함할 수 있다.
여기서, 개구부(550)는, 광 공동부(200)의 측면(210)을 마주하고, 반사면(530)은, 개구부(550)로부터 연장되어 광 검출부(300)의 상부 및 측부를 감싸고 광 공동(200)부로부터 입사된 광을 광 검출부(300)로 반사시키는 반사면(530)을 포함할 수 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)의 개구부(550)는, 광 공동부(200)의 측면(210)에 형성되는 비어 홀(600)에 대응되도록 배치될 수 있다.
일 예로, 제2 광 결합부(500)의 개구부(550)의 에지 영역은, 광 공동부(200)의 측면(210)에 접촉될 수 있다.
또한, 제2 광 결합부(500)의 개구부(550)이 에지 영역과 광 공동부(200)의 측면(210)에 접촉될 때, 제2 광 결합부(500)의 개구부(550)의 에지 영역과 광 공동부(200)의 측면(210)은, 접착제에 의해 부착될 수도 있고, 결합 부재에 의해 결합될 수도 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)의 개구부의 에지 영역과 광 공동부(200)의 측면(210) 사이의 접촉면 틈새를 통해, 광이 외부로 새는 것을 방지하기 위하여, 접착제에 반사 물질을 포함할 수도 있고, 결합 부재를 반사 부재로 사용할 수도 있다.
도 24는 본 발명 제2 실시예에 따른 제2 광 결합부의 광 차단막을 보여주는 도면이다.
도 24에 도시된 바와 같이, 제2 광 결합부(500)의 개구부(550)의 에지 영역은, 광 공동부(200)의 측면에 접촉될 수 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)의 개구부(550)의 에지 영역과 광 공동부(200)의 측면에 접촉될 때, 제2 광 결합부(500)의 개구부(550)의 에지 영역과 광 공동부(200)의 측면 사이의 접촉면 틈새를 통해, 광이 외부로 새는 것을 방지하기 위하여, 제2 광 결합부(500)의 개구부(550)의 에지 영역과 광 공동부(200)의 접촉면 주변에는, 광 차단막(700)이 형성될 수도 있다.
여기서, 광 차단막(700)은, 제2 광 결합부(500)의 개구부(550)의 에지 영역과 광 공동부(200)의 접촉면을 마주하는 표면 위에 반사층(710)이 형성될 수 있다.
이어, 반사층(710)은, 적외선 반사 물질이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광이 외부로 새는 것을 방지하고, 광을 내부로 반사시켜 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
경우에 따라, 본 발명은, 광 차단막(700) 대신에 반사 물질을 포함하는 접착제를 사용할 수도 있고, 반사 물질을 포함하는 체결 부재를 사용할 수도 있다.
도 25는 본 발명 제2 실시예에 따른 제2 광 결합부의 반사면을 보여주는 도면이다.
도 25에 도시된 바와 같이, 제2 광 결합부(500)는, 개구부(550)와 반사면(530)을 포함할 수 있다.
여기서, 개구부(550)는, 광 공동부(200)의 측면(210)을 마주하고, 반사면(530)은, 개구부(550)로부터 연장되어 광원부(200)의 상부 및 측부를 감싸고 광 공동(200)부로부터 입사된 광을 광 검출부(300)로 반사시키는 반사면(530)을 포함할 수 있다.
그리고, 제2 광 결합부(500)의 반사면(530)은, 적외선 반사 물질(560)이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광의 반사율을 높여 가스 센싱 효율을 향상시키기 위함이다.
경우에 따라, 적외선 반사 물질(460)은, 광 검출부 주변에 위치하는 제2 광 결합부(500)의 바닥면에 코팅될 수도 있다.
또 다른 경우로서, 적외선 반사 물질(460)은, 제2 광 결합부의 반사면(530)과, 제2 광 결합부(500)의 바닥면에 모두 코팅될 수도 있다.
도 26 내지 29는 본 발명 제3 실시예에 따른 제2 광 결합부를 보여주는 도면이다.
도 26 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 제2 광 결합부(500)는, 광 공동부(200)로부터 반사된 광을 광 검출부(300)로 반사 및 집광시킬 수 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)는, 광 공동부(200)의 측면(210)을 마주하고 광 공동부(200)로부터 입사되는 제1 광이 지나는 제1 비어 홀(520-1)과 제2 광이 지나는 제2 비어 홀(520-2)을 갖는 광 입사면(510)과, 광 입사면(510)에 연장되어 제1 광 검출부(300-1)의 상부 및 측부를 감싸고 광 공동부(200)로부터 입사된 제1 광을 제1 광 검출부(300-1)로 반사시키는 제1 반사면(530-1)과, 광 입사면(510)에 연장되어 제2 광 검출부(300-2)의 상부 및 측부를 감싸고 광 공동부(200)로부터 입사된 제2 광을 제2 광 검출부(300-2)로 반사시키는 제2 반사면(530-2)을 포함할 수 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)의 제1, 제2 비어 홀(520-1, 520-2)은, 광 공동부(200)의 측면(210)에 형성되는 비어 홀에 대응되도록 배치될 수 있다.
경우에 따라, 도 27과 같이, 광 입사면(510)의 제1 비어 홀(520-1)에는, 제1 광의 파장대만을 투과시키는 제1 필터(550-1)가 배치되고, 광 입사면(510)의 제2 비어 홀(520-2)에는, 제2 광의 파장대만을 투과시키는 제2 필터(550-2)가 배치될 수 있다.
그 이유는, 광의 노이즈를 제거하여 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
다음, 도 28과 같이, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)은, 광 공동부(200)의 측면(210)에 접촉될 수 있다.
여기서, 도 29와 같이, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)과 광 공동부(200)의 접촉면(210) 주변에는, 광 차단막(700)이 형성될 수 있다.
일 예로, 광 차단막(700)은, 광 입사면(510)과 광 공동부(200)의 접촉면을 마주하는 표면 위에 반사층(710)이 형성될 수 있다.
그 이유는, 광을 내부로 반사시켜 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
또한, 제2 광 결합부(500)의 제1, 제2 반사면(530-1, 530-2))은, 적외선 반사 물질이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광의 반사율을 높여 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
그리고, 광 입사면(510)은, 제5 곡률반경 R5을 갖는 곡면이고, 제1 반사면(530-1)은, 제6 곡률반경 R6을 갖는 곡면이며, 제2 반사면(530-2)은, 제7 곡률반경 R7을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 제5, 제6, 제7 곡률반경 R5, R6, R7은, 서로 다를 수 있다.
일 예로, 광 입사면(510)의 제5 곡률반경 R5은, 제1 반사면(530-1)의 제6 곡률반경 R6과 제2 반사면(530-2)의 제7 곡률반경 R7보다 더 클 수 있다.
여기서, 제2 광 결합부(500)의 광 입사면(510)의 제5 곡률반경 R5은, 광 공동부(200) 측면(210)의 곡률반경 R과 동일할 수 있다.
그리고, 제1 반사면(530-1)의 제6 곡률반경 R6은, 제1 반사면(530-1)과 제1 광 검출부(300-1)의 검출 영역 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
일 예로, 제1 반사면(530-1)의 제6 곡률반경 R6은, 제1 반사면(530-1)과 제1 광 검출부(300-1)의 검출 영역 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
이어, 제2 반사면(530-2)의 제7 곡률반경 R7은, 제2 반사면(530-2)과 제2 광 검출부(300-2)의 검출 영역 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
일 예로, 제2 반사면(530-2)의 제7 곡률반경 R7은, 제2 반사면(530-2)과 제2 광 검출부(300-2)의 검출 영역 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
도 30 및 도 31은 본 발명에 따른 광 공동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 30 및 도 31에 도시된 바와 같이, 광 공동부(200)는, 광원부로부터 출사된 광을 다중 반사시킬 수 있다.
여기서, 광 공동부(200)는, 상면(202) 및 하면(203)이 평면이고, 측면(201)이 곡면인 원통형 바디부를 가질 수 있다.
그리고, 광 공동부(200)의 측면(201)에는, 제1 비어 홀(via hole)(600-1)과 제2 비어 홀(600-2)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 비어 홀(600-1)은, 광원부로부터 출사되는 광을 광 공동부(200)의 내부로 입사시킬 수 있다.
또한, 제2 비어 홀(600-2)은, 광 공동부(200)의 내부에서 다중 반사된 광을 광 검출부로 출사시킬 수 있다.
이어, 광 공동부(200)의 측면(201) 내부에는, 적외선 반사 물질(260)이 코팅될 수 있다.
그 이유는, 광의 반사율을 높여 가스 센싱 효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.
그리고, 제1 비어 홀(600-1)은, 제1 광 결합부에 대응하여 형성되고, 제2 비어 홀(600-2)은, 제2 광 결합부에 대응하여 형성될 수 있다.
여기서, 제1 비어 홀(600-1)의 직경은, 광의 조리개 역할을 수행하는 것으로, 제1 광 결합부의 반사면과 반사면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
이때, 광의 포커스 지점은, 광 공동부(200)의 중심점으로부터 일정 거리만큼 오프셋된 지점일 수 있다.
일 예로, 제1 비어 홀(600-1)의 직경은, 제1 광 결합부의 반사면과 반사면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리가 멀수록 작아질 수 있다.
또한, 도 31과 같이, 제2 비어 홀(600-2)에는, 적외선 필터(550)가 배치될 수도 있다.
그 이유는, 광의 노이즈를 제거하여 가스 센싱 효율을 높이기 위함이다.
이어, 광 공동부(200)의 측면(201)은, 소정의 곡률반경 R을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 곡률반경 R은, 광 공동부(200)의 측면(201)과, 측면(201)으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변될 수 있다.
이때, 광의 포커스 지점은, 광 공동부(200)의 중심점으로부터 일정 거리만큼 오프셋된 지점일 수 있다.
일 예로, 곡률반경 R은, 광 공동부(200)의 측면(201)과 측면(201)으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리가 멀수록 커질 수 있다.
도 32는 본 발명에 따른 가스 센서의 광 경로 길이를 보여주는 그래프이고, 도 33은 본 발명에 따른 가스 센서의 성능을 보여주는 그래프이다.
도 32에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가스 센서는, 광의 다중 반사에 의한 광 경로 길이가 기존의 가스 센서에 비해 광 경로 길이가 증가되었음을 알 수 있다.
가스 센서는, 광 경로 길이가 길수록 소형화하기 유리하므로, 본 발명의 가스 센서는 광 경로 길이가 기존에 비해 증가하므로, 소형화하기에 적합하다.
일 예로, 종래 기술의 가스 센서는, 약 1000ppm의 가스 측정시, 약 3.78cm의 유효 광 경로와 약 ±15.65%의 오차율을 나타내지만, 본 발명의 가스 센서는, 약 1000ppm의 가스 측정시, 약 7.65cm의 유효 광 경로와 약 ±8%의 오차율을 나타내므로, 소형화시키기에 적합한 구조임을 알 수 있다.
그리고, 도 33에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가스 센서는, 가스 농도의 측정 성능에 있어서도, 기존의 가스 센서들의 측정 성능과 유사하거나 좀 더 향상됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은, 유효 광 경로 길이를 확보하여 가스 센서를 소형화할 수 있을 뿐만 아니라, 가스의 측정 성능도 향상되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 광원부로부터 출사된 광을 광 공동부로 반사 및 집광시키는 제1 광 결합부와, 광 공동부로부터 반사된 광을 광 검출부로 반사 및 집광시키는 제2 광 결합부를 이용하여, 전체적인 크기를 소형화하면서도 긴 광 경로를 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은, 제1, 제2 광 결합부의 반사면 곡률 반경을 조정하여, 광의 포커스가 최적의 위치에 도달함으로써, 긴 광 경로를 확보하여 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은, 제1, 제2 광 결합부와 광 공동부의 접촉면 주변에 광 차단막을 배치하여 광이 외부로 새는 것을 차단함으로써, 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은, 제1, 제2 광 결합부와 광 공동부의 내면에 적외선 반사 물질을 코팅하여 광 반사율을 높임으로써, 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은, 제2 광 결합부의 광 입사면에 광 필터를 배치함으로써, 입사광의 노이즈를 제거하여 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은, 제2 광 결합부에 다수의 비어 홀과 다수의 검출부를 배치함으로써, 가스 센싱 효율을 높일 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 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.
1000: 가스 센서
100: 광원부
200: 광 공동부
300: 광 검출부
400: 제1 광 결합부
500: 제2 광 결합부

Claims (20)

  1. 광을 출사하는 광원부;
    상기 출사된 광을 다중 반사시키는 광 공동부;
    상기 다중 반사된 광을 검출하는 광 검출부;
    상기 광원부로부터 출사된 광을 상기 광 공동부로 반사 및 집광시키는 제1 광 결합부; 그리고,
    상기 광 공동부로부터 반사된 광을 상기 광 검출부로 반사 및 집광시키는 제2 광 결합부를 포함하고,
    상기 제1 광 결합부는,
    상기 광 공동부의 측면을 마주하고, 상기 광이 지나는 비어 홀(via hole)을 갖는 광 출사면과,
    상기 광 출사면에 연장되어 상기 광원부의 상부 및 측부를 감싸고, 상기 광원부로부터 출사된 광을 상기 광 출사면의 비어 홀로 반사시키는 반사면을 포함하고,
    상기 광 출사면의 상기 비어 홀의 직경은,
    상기 반사면과, 상기 반사면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 광 출사면의 비어 홀은,
    상기 광 공동부의 측면에 형성되는 비어 홀에 대응되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 광 출사면의 비어 홀의 직경은,
    상기 반사면과, 상기 반사면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 광 출사면은,
    상기 광 공동부의 측면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 반사면은,
    적외선 반사 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 광 출사면은,
    제1 곡률반경을 갖는 곡면이고,
    상기 반사면은,
    제2 곡률반경을 갖는 곡면인 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 반사면의 제2 곡률반경은,
    상기 반사면과, 상기 반사면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 제2 광 결합부는,
    상기 광 공동부의 측면을 마주하고, 상기 광 공동부로부터 입사되는 광이 지나는 비어 홀(via hole)을 갖는 광 입사면과,
    상기 광 입사면에 연장되어 상기 광 검출부의 상부 및 측부를 감싸고, 상기 광 공동부로부터 입사된 광을 상기 광 검출부로 반사시키는 반사면을 포함하고,
    상기 광 공동부는
    상면 및 하면이 평면이고, 측면이 곡면인 원통형 바디부를 가지고,
    상기 광 공동부의 측면에는,
    상기 광원부로부터 출사되는 광을 상기 광 공동부의 내부로 입사시키는 제1 비어 홀과,
    상기 광 공동부의 내부에서 다중 반사된 광을 상기 광 검출부로 출사시키는 제2 비어 홀을 포함하고,
    상기 광 출사면의 상기 비어 홀은 상기 광 공동부의 제1 비어 홀과 대응되도록 배치되고, 상기 광 출사면의 상기 비어 홀의 직경은 상기 광 공동부의 제1 비어 홀의 직경보다 작고,
    상기 광 입사면의 상기 비어 홀은 상기 광 공동부의 제2 비어 홀과 대응되도록 배치되고, 상기 광 입사면의 상기 비어 홀의 직경은 상기 광 공동부의 제2 비어 홀의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  10. 삭제
  11. 제9 항에 있어서, 상기 광 입사면의 비어 홀에는,
    적외선 필터가 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  12. 제9 항에 있어서, 상기 광 입사면은,
    상기 광 공동부의 측면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  13. 제9 항에 있어서, 상기 반사면은,
    적외선 반사 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  14. 제9 항에 있어서, 상기 광 입사면은,
    제3 곡률반경을 갖는 곡면이고,
    상기 반사면은,
    제4 곡률반경을 갖는 곡면인 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  15. 삭제
  16. 제9 항에 있어서, 상기 광 공동부의 측면 내부에는,
    적외선 반사 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  17. 삭제
  18. 제9 항에 있어서, 상기 제1 비어 홀의 직경은,
    상기 제1 광 결합부의 반사면과 상기 반사면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  19. 제9 항에 있어서, 상기 제2 비어 홀에는,
    적외선 필터가 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
  20. 제9 항에 있어서, 상기 광 공동부의 측면은,
    소정의 곡률반경을 갖는 곡면이고,
    상기 곡률반경은,
    상기 광 공동부의 측면과, 상기 측면으로부터 반사된 광의 포커스 지점 사이의 거리에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 가스 센서.
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