KR102644216B1

KR102644216B1 - 입자 센싱 장치

Info

Publication number: KR102644216B1
Application number: KR1020170003495A
Authority: KR
Inventors: 김선우; 고용준
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2017-01-10
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2024-03-05
Also published as: KR20180082159A

Abstract

일 실시 예에 의한 입자 센싱 장치는, 광을 방출하는 발광부; 상기 발광부 아래에서 상기 발광부의 광축과 수직하게 배치되며, 입자를 포함하는 공기가 유동하는 유로부; 상기 유로부 아래에서 상기 광축에 배치되며, 상기 유로부를 통과한 광이 입사되는 수광부; 및 상기 수광부 아래에서 상기 광축에 배치되며, 상기 수광부를 통과한 광을 흡수하는 광흡수부를 포함하고, 상기 유로부는, 상기 광축에 위치하며 상기 발광부에서 방출된 광에 의해 상기 입자가 여기되는 여기부를 포함하며, 상기 수광부는, 상기 여기부에서 상기 여기된 입자가 방출하는 형광광의 적어도 일부를 복수의 파장대별로 센싱할 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.

한편, 먼지는 개수나 농도뿐 아니라 먼지의 성분도 크게 문제된다. 예컨대, 탄소성분의 미세먼지는 심혈관 질환의 원인이 되며, 황산염과 질산염 미세먼지의 경우 체내에서 강한 산성을 띄므로 매우 유해한 것으로 판단되어 미세먼지가 1급 발암물질로 분류되는 원인이 된다. 그러나, 일반적인 먼지 센싱 장치는 먼지의 개수나 농도는 측정할 수 있더라도 먼지의 성분은 측정할 수 없으며, 기존의 먼지 성분 검출을 위해서는 실시간 측정이 불가한 크로마토크래피 기법이나 실험실 환경에서나 가능한 대형 분광장치가 요구되는 스펙트로스코프(spectroscope) 기법이 필요했다.

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 여기부는 상기 발광부와 상기 수광부 사이 및 상기 유로 입구부와 상기 유로 출구부 사이에서 상기 광축에 위치하고, 상기 유로부는 상기 공기가 유입되는 유로 입구부; 상기 공기가 유출되는 유로 출구부; 상기 유로 입구부와 상기 산란부 사이에 위치한 제1 유로 중간부; 및 상기 산란부와 상기 유로 출구부 사이에 위치한 제2 유로 중간부를 포함하고, 상기 유로 입구부는 외부로부터 상기 공기가 유입되는 유입구 및 상기 유입구로부터 상기 제1 유로 중간부 사이에 형성된 제1 경로를 포함하고, 상기 유로 출구부는 상기 공기가 외부로 유출되는 유출구 및 상기 제2 유로 중간부로부터 상기 유출구 사이에 형성된 제2 경로를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 수광부는 투광성 부재; 및 상기 형광광을 센싱하는 복수의 감지 세그먼트를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 복수의 감지 세그먼트 각각은, 상기 복수의 파장대 중 어느 하나에 대응되는 파장대를 통과시키는 필터 세그먼트; 및 상기 필터 세그먼트 아래에 배치되는 광 감지 세그먼트를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 투광성 부재는 상기 광축에 위치하는 중앙부를 포함하고, 상기 복수의 감지 세그먼트는 상기 중앙부 주변에 동일 평면 상에서 서로 이격되어 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 광 감지 세그먼트는 포토 다이오드를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 발광부는 광원부; 및 상기 광원부로부터 방출된 광을 상기 산란부를 향해 출사하며 상기 광축에 배치된 제1 개구부를 포함하고, 상기 제1 개구부로부터 출사된 광은 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로 상기 산란부에서 광 커튼을 형성하고, 상기 제1 개구부는 상기 광원부로부터 방출되는 광의 발광 각도에 대응하는 면적을 갖고, 상기 유로부의 단면적은 상기 제1 개구부의 면적보다 작을 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 개구부의 면적은 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로 상기 제2 개구부의 단면적 보다 크고, 상기 제2 개구부는 상기 제1 또는 제2 유로 중간부가 상기 여기부와 연통하는 개구 영역에 해당하거나, 또는, 상기 제1 또는 제2 유로 중간부에서 가장 작은 단면적을 갖는 개구 영역에 해당할 수 있다.

예를 들어, 상기 수광부는 상기 형광광을 상기 복수의 감지 세그먼트로 가이드는 광 가이드부를 포함하고, 상기 복수의 감지 세그먼트와 상기 광 가이드부는 상기 투광성 부재의 서로 다른 면 상에서 상기 광축 주변에 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 입자 센싱 장치는 상기 여기부와 상기 수광부 사이에 배치되며, 상기 수광부로 입사되는 광의 량을 조정하며 상기 광축에 배치된 제3 개구부를 갖는 수광 입사부를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 개구부와 상기 제3 개구부의 면적은 서로 다를 수 있다.

예를 들어, 상기 광 가이드부는 상기 광축과 나란한 방향으로 상기 광 흡수부의 광입구와 중첩되는 제4 개구부를 정의하는 내측 격벽; 및 상기 광축과 나란한 방향으로 상기 포토 다이오드와 중첩되는 제5 개구부를 상기 내측 격벽과 함께 정의하는 외측 격벽을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 수광 입사부는 상기 산란부와 상기 광 가이드부 사이에 배치되어 상기 제3 개구부를 정의하는 광 유도부; 및 상기 산란부와 상기 광 유도부 사이에 배치되어 제6 개구부를 정의하는 광 차단부를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 수광 입사부는 상기 제3 개구부와 상기 제6 개구부 사이에 배치된 커버 투광부를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제4 개구부의 면적은 상기 제6 개구부의 면적보다 작을 수 있다.

예를 들어, 상기 내측 격벽은 상기 제3 개구부를 통과한 상기 산란된 광이 상기 제5 개구부로 진행하고, 상기 제6 개구부를 통과한 광이 상기 제4 개구부로 진행함을 허용하는 높이를 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 광흡수부는 상기 수광부를 통과한 광이 입사되는 광 입구를 정의하며, 상기 수광부를 통과한 광을 수용하는 흡수 케이스; 및 상기 흡수 케이스의 바닥면으로부터 상기 광 입구를 향해 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 수광부에 입사된 광의 전기적 신호를 이용하여 상기 입자의 성분을 분석하는 정보 분석부를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 정보 분석부는 상기 전기적 신호를 이용하여 상기 형광광의 파장대별 강도 스펙트럼을 구성하고, 상기 스펙트럼에서 적어도 하나의 피크 값을 검출하여 상기 성분을 분석할 수 있다.

예를 들어, 상기 발광부와 상기 수광부와 상기 광흡수부를 수용하며 상기 유로부를 내부에 갖는 하우징을 더 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 의한 입자 센싱 장치는, 광을 방출하는 발광부; 상기 발광부 아래에서 상기 발광부의 광축과 수직하게 배치되며, 입자를 포함하는 공기가 유동하되, 상기 발광부로부터 방출된 광에 의해 상기 입자가 여기되는 여기부를 포함하는 유로부; 상기 여기부를 향해 배치되고, 상기 여기된 입자가 방출하는 형광광의 적어도 일부를 파장대별로 센싱하는 제1 수광부; 상기 여기부를 향해 배치되고, 상기 여기부에서 상기 발광부로부터 방출된 광이 상기 입자에 의해 산란된 광을 센싱하는 제2 수광부; 및 상기 여기부 아래에서 상기 광축에 배치되며, 상기 여기부를 통과한 광을 흡수하는 광흡수부를 포함할 수 있다.

실시 예에 따른 입자 센싱 장치는 센싱되는 산란 광의 강도를 개선되어 입자의 센싱 능력이 개선되고, 입자의 크기가 작은 경우에도 1㎛ 이하, 예컨대 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 설계가 쉬워지며, 메인 빔으로 인한 형광광 검출 저하의 문제를 개선할 수 있고, 입자의 개수와 함께 성분까지 검출할 수 있고, 형광광의 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 1a 및 도 1b는 실시 예에 의한 입자 센싱 장치의 개념을 설명하기 위한 개략적인 개념도들이다.
도 2는 실시 예에 의한 입자 센싱 장치의 개념을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3은 입자에 의해 산란된 산란광의 예시적인 프로파일을 나타낸다.
도 4는 도 2에 도시된 입자 센싱 장치의 일 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 유로부를 설명하기 위해, 'A1' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 입자 센싱 장치의 다른 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 7은 도 6에 도시된 유로부를 설명하기 위해 'A2' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 8은 도 2에 도시된 입자 센싱 장치의 또 다른 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 9는 도 8에 도시된 유로부를 설명하기 위해 'A3' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 10은 도 4에 도시된 'B' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 광 감지부의 일 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 12는 도 10에 도시된 광 감지부의 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 13은 도 10에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 14는 도 10에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 15는 도 2에 도시된 입자 센싱 장치의 또 다른 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 16은 도 15에 도시된 입자 센싱 장치의 측면도를 나타낸다.
도 17은 도 15에 도시된 입자 센싱 장치의 상측 사시도를 나타낸다.
도 18은 도 15에 도시된 입자 센싱 장치의 좌측 사시도를 나타낸다.
도 19는 도 15에 도시된 I-I'선을 따라 절개한 평면도를 나타낸다.
도 20은 도 15에 도시된 'C' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 21은 도 15에 도시된 'D' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 22는 도 2에 도시된 정보 분석부의 일 실시 예의 블럭도이다.
도 23 내지 도 25는 다른 실시 예에 의한 입자 센싱 장치의 개념을 각각 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.

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 내지 100D)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 설명의 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 입자 센싱 장치(100: 100A 내지 100D, 100’)를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다.

도 1a 및 도 1b는 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100, 100’)의 개념을 설명하기 위한 개략적인 개념도이다. 도 1a를 참조하면, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100)는 발광부(110), 유로부(120), 수광부(130), 광 흡수(dumping)부(140), 정보 분석부(160)를 포함할 수 있다.

발광부(110)는 광을 방출하는 역할을 하며, 광원부(112) 및 렌즈부(114)를 포함할 수 있다.

광원부(112)는 광을 방출하는 역할을 하며 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다.

렌즈부(114)는 광원부(112)에서 방출된 광을 집광시키며, 평행광으로 변환시킬 수도 있다. 발광부(110)로부터 방출된 광(L3)은 유로부(120)의 산란 공간(SS)을 향해 출사한다.

유로부(120)는 발광부(110)에서 방출된 광(L3)이 진행하는 방향과 수직하게 배치될 수 있으며, 입자를 포함하는 공기가 유동하는 경로를 제공한다. 입자를 포함하는 공기는 유로부(120)의 입구를 향해 IN1 방향으로 유입되어 유로부(120)의 출구를 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 유입구를 통해 IN1 방향으로 유입된 공기에 포함된 입자는 발광부(110)로부터 방출되는 광(L3)에 의해 유로부(120)의 여기부(ES)에서 여기(Excitation)되어, 형광(Fluorescence)광을 방출하며, 방출된 형광광은 수광부(130)로 제공될 수 있다.

한편, 수광부(130)는 유로부(120)를 통과한 광(L4)을 입사하는 역할을 한다. 여기서, 유로부(120)를 통과한 광(L4)은 형광광 또는 비형광광 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 비형광광은 다시 산란광과 메인광을 포함할 수 있으며, 여기에 대해서는 보다 상세히 후술하기로 한다.

수광부(130)는 형광광을 파장대별로 수광하고, 파장대별로 수광된 광의 전기적 신호를 정보 분석부(160)로 제공한다. 이를 위해 수광부(130)는 서로 다른 복수의 파장 구간을 각각 담당하는 복수의 감지 세그먼트를 포함할 수 있으며, 각 감지 세그먼트는 자신의 담당 파장 구간에 대응되는 밴드 패스 필터(이하, “필터부”라 칭함)를 구비할 수 있다. 복수의 감지 세그먼트는 소정 패턴의 어레이 형태로 배열될 수 있으며, 이미지 센서나 포토 다이오드(Photo Diode)로 구현될 수 있다. 결국, 복수의 감지 세그먼트는 복수의 파장대별 형광광의 세기에 대응되는 전기적 신호를 출력하기 때문에, 하나의 스펙트럼 센서를 구성하는 것으로 볼 수 있다.

정보 분석부(160)는 수광부(130)로부터 제공된 전기적 신호를 이용하여 입자의 파장대별 강도(intensity)의 스펙트럼(spectrum)을 측정하고, 스펙트럼의 피크 위치 해석을 통해 입자의 성분을 분석할 수 있다.

광 흡수부(140)는 수광부(130)를 통과한 광(L5)을 흡수하는 역할을 한다. 흡수부(140)는 수광부(130)에서 수광되지 않고 직진하는 불필요한 광(이하, '메인 광')을 흡수하여 가두는 일종의 암실에 해당할 수 있다.

도 1a를 참조하여 상술한 입자 센싱 장치(100)는, 여기부(ES)에서 여기되어 방출되는 형광광 중, 수광부(130)를 향하지 않는 형광광의 적어도 일부를 수광부로 집속시키기 위한 반사부를 더 포함할 수 있다. 이를 도 1b를 참조하여 설명한다.

도 1b를 참조하면, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100’)는 반사부(RP)를 포함하여, 여기부(ES)에서 여기되어 방출되는 형광광 중, 수광부(130)를 향하지 않는 형광광의 적어도 일부(L6)를 수광부로 집속시킬 수 있다. 이러한 반사부(RP)가 포함되는 경우 보다 많은 형광광이 수광부(130)에 수광될 수 있어 성분 감지 정확도가 향상될 수 있다.

반사부(RP)는 곡면을 갖는 렌즈나 미러로 구현될 수 있으며, 일례로 일립티컬 미러(illiptical mirror)를 들 수 있다. 일립티컬 미러는 두 개의 초점을 갖는 곡면 반사 렌즈의 일종으로 일부 형광광(L6)의 집속을 위해 제 1 초점은 수광부(130)에, 제 2 초점은 여기부(ES)에 맞춰질 수 있다.

또한, 일립티컬 미러는 유로부(120) 내에서 광원부(110)로부터 방출된 광(L3) 및 형광광이 수광부(130) 방향으로 향하는 것을 방해하지 않는다면 그 배치 위치에 제한되지 아니한다.

여기서, 반사부(RP)로 일립티컬 미러를 중심으로 기술한 것은 예시적인 것으로, 실시 예는 반사부(RP)의 종류를 한정하지 아니한다.이하에서는 도 1a에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 구조를 보다 상세히 설명한다.

도 2는 실시 예에 의한 입자 센싱 장치의 개념을 설명하기 위한 블럭도이다. 이하의 설명에서 도 1a 및 도 1b에서 기 설명된 바와 중복되는 부분은 명세서의 간명함을 위해 기재를 생략하기로 한다.

도 2는 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) 및 유량 제어 수단 (181, 182, 183)을 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 발광부(110)는 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, 자외선(UV: Ultra Viloet) LED가 사용될 수 있으나, 실시 예에 의한 광원은 특정한 LED의 형태에 국한되지 않는다.

또한, 광원부(112)가 LD로 구현될 경우 레드(red)/블루)(blue) 파장 대역(예를 들어, 450 ㎚ 내지 660 ㎚) 또는 UV 파장 대역의 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 4에 도시된 바와 같이 발광부(112A)의 광원이 인쇄 회로 기판(PCB)에 솔더링을 통해 실장되는 패키징 형태를 의미한다. 또한, 리드 타입이란, 광원에서 PCB 전극에 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 제1 개구부(OP1) 사이에서 광축(LX)에 배치될 수 있다. 즉, 렌즈부(114)는 광원부(112)로부터 제1 개구부(OP1)를 향해 제1 광(L1)이 지나가는 경로 상에 배치될 수 있다. 렌즈부(114)는 광원부(112)에서 방출된 제1 광(L1)을 제1 개구부(OP1)로 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, 제1 개구부(OP1)를 형성하는 역할을 한다. 도 2의 경우, 발광 케이스(116)는 하우징(170)의 탑부(172)와 별개인 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 후술되는 도 20, 도 21, 도 22 또는 도 23에 예시된 바와 같이 발광 케이스(116)는 하우징(170)의 탑부(172)와 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 발광 케이스(116)는 생략될 수 있다.

또한, 발광 케이스(116)는 제1 개구부(OP1)를 포함할 수 있다. 제1 개구부(OP1)는 광원부(112)로부터 방출되어 렌즈부(114)를 통과한 제2 광(L2)이 유로부(120)의 여기부(또는, 여기 공간)(ES)로 제3 광(L3)으로서 출사되는 부분이며, 발광부(110)의 광축(LX)에 배치될 수 있다. 여기부(ES)에 대해서는 유로부(120)를 설명할 때 상세히 후술된다.

또한, 제1 개구부(OP1)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 제1 개구부(OP1)의 면적이 크지 않아도 원하는 세기의 광이 제1 개구부(OP1)를 통해 방출될 수 있다. 그러나, 발광 각도가 큰 경우, 원하는 세기를 갖는 제3 광(L3)이 발광부(110)에서 방출되도록 제1 개구부(OP1)의 면적을 결정한다면 광 손실이 발생하여 빛의 세기가 약해질 수 있다. 따라서, 발광 각도는 이를 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면 형상을 가질 경우, 제1 개구부(OP1)의 직경이 10 ㎜보다 커지면 입자 센싱 장치(100)의 크기도 커지고 광 노이즈(noise)가 야기될 수 있다. 따라서, 제1 개구부(OP1)의 직경의 최대값은 10 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

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 여기부(ES)에서 여기되어 형광광을 방출하며, 방출된 형광광은 제 4광(L4)의 일부가 되어 수광부(130)로 제공될 수 있다.

도 2의 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 내지 100D)에서와 같이 유로부(120)는 발광부(110) 및 수광부(130)와 각각 접하여 배치될 수도 있다.

유량 제어 수단은 레귤레이터(181), 버퍼(182) 및 팬(183)을 포함할 수 있다.

레귤레이터(181)는 유로부(120)의 유입구(IH)에 인접하여 유로부(120)로 유입되는 공기압을 일정하게 유지시킬 수 있다. 버퍼(182)는 레귤레이터(181)를 통과한 공기가 잠시 머무는 공간으로, 유입시 공기가 가졌던 유속을 감쇄시켜 유로 내 공기 유속의 급격한 변화를 방지하는 역할을 수행한다.

또한, 팬(183)은 유로부(120) 내에서 공기의 유동을 유도하는 역할을 한다. 이를 위해, 팬(183)은 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)으로 유로부(120)에 인접하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 팬(183)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(183)의 특정한 배치 위치에 국한되지 않는다.

예를 들어, 유로부(120) 내에서 입자를 포함하는 공기가 5 ㎖/sec의 유속을 유지하도록 유로부(120)를 구현하거나 팬(183)의 회전 속도를 결정할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다만, 이하의 도면들에서는 설명의 간명함을 위해 레귤레이터(181)와 버퍼(182)의 도시를 생략하기로 한다.

한편, 수광부(130)는 유로부(120)를 통과한 제4 광(L4)을 입사하는 역할을 하며, 이를 위해 유로부(120) 아래에서 광축(LX)에 배치될 수 있다. 여기서, 유로부(120)를 통과한 제4 광(L4)은 형광광 또는 비형광광 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

비형광광은 다시 산란광과 비산란광 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하, 도 3을 참조하여 산란광 및 비산란광을 설명한다.

도 3은 입자(P)에 의해 산란된 산란광의 예시적인 프로파일을 나타낸다.도 3을 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 수광부(130)로 진행하는 광을 의미할 수 있다.

수광부(130)는 형광광을 수광하고, 수광된 광의 전기적 신호를 신호 변환부(150)로 제공할 수 있다.

광 흡수부(140)는 수광부(130)를 통과한 제5 광(L5)을 흡수하는 역할을 하며, 이를 위해, 수광부(130) 아래에서 광축(LX)에 배치될 수 있다. 광 흡수부(140)는 수광부(130)에서 수광되지 않고 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 발광부(110)를 수용 가능한 부분이고, 중간부(174)는 유로부(120)와 팬(180)을 수용 가능한 부분이고, 버텀부(176)는 수광부(130)와 광 흡수부(140)를 수용 가능한 부분이다.

도 2의 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 내지 100D)에서와 같이 하우징(170)의 중간부(174)에 의해 유로부(120A, 120B, 120C)가 형성될 수 있다.

신호 변환부(150)는 수광부(130)의 각 감지 세그먼트에서 입사된 전류 형태의 신호를 전압 형태의 신호로 각각 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 입자의 성분을 분석할 수 있다.

이하, 도 2에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 실시 예(100A 내지 100D)에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 4는 도 2에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 일 실시 예(100A)의 단면도를 나타낸다. 이해를 돕기 위해, 도 4에서 광이 진행하는 모습은 음영(L)으로 표기하였다.

도 4에 도시된 입자 센싱 장치(100A)는 발광부(110A), 유로부(120A), 수광부(130A), 광 흡수부(140), 하우징(172, 176) 및 팬(180)을 포함하며, 도 2에 도시된 신호 변환부(150) 및 정보 분석부(160)는 생략되었다.

도 4에 도시된 발광부(110A), 유로부(120A), 수광부(130A), 광 흡수부(140), 하우징(172, 176) 및 팬(180)은 도 2에 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 4를 참조하면, 광원부(112A)는 하나의 광원만을 포함한다. 렌즈부(114A)는 하나의 렌즈만을 포함한다. 렌즈(114A)는 광원(112A)과 제1 개구부(OP1) 사이에서 광축(LX)에 배치되며, 광원(112A)에서 방출된 광을 제1 개구부(OP1)로 집광시키는 역할을 한다.

도 5는 도 4에 도시된 유로부(120A)를 설명하기 위해, 'A1' 부분을 확대 도시한 단면도로서, 설명의 편의상 도 4에 도시된 팬(180)의 도시는 도 5에서 생략되었다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 유로부(120A)는 유로 입구부(FI), 제1 유로 중간부(FII1), 여기부(ES), 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.

여기부(ES)는 발광부(110A)와 수광부(130A) 사이 및 유로 입구부(FI)와 유로 출구부(FO) 사이에서 광축(LX)에 위치한다. 여기부(ES)는 발광부(110A)에서 방출된 광이 입자(P)를 여기시켜 형광광이 방출되고, 입자(P)에 의해 산란되는 공간을 제공한다. 이를 위해, 여기부(ES)란, 발광부(110A)와 수광부(130A)가 서로 대향하는 방향(예를 들어, z축 방향)으로 유로부(120, 120A)에서 제1 개구부(OP1)와 중첩되는 영역으로서 정의될 수 있다.

제1 유로 중간부(FII1)는 유로 입구부(FI)와 여기부(ES) 사이에 위치하고, 제2 유로 중간부(FII2)는 여기부(ES)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 여기부(ES)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 원활히 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 제1 개구부(OP)로부터 방출된 제3 광(L3)이 여기부(ES)에서 입자(P)와 부딪혀 도 3에 도시된 바와 같은 형태로 산란하게 되며, 그와 함께 입자(P)로부터 형광광을 발산시킨다. 이때, 여기부(ES)를 지나가는 모든 입자(P)가 발광부(110A)로부터 방출되는 제3 광(L3)에 의해 부딪히도록 하기 위해, 제1 개구부(OP1)로부터 출사된 제 3광(L3)이 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축과 z축)으로 여기부(ES)에서 광 커튼을 형성하기에 적합한 면적을 제1 개구부(OP1)가 가질 수 있다.

또한, 유로부(120A)의 단면적(예를 들어, x축과 z축 방향의 면적)은 제1 개구부(OP1)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 제1 개구부(OP1)의 x축 방향의 길이와 유로부(120A)의 x축 방향의 길이가 동일하다고 할 때, 제1 개구부(OP1)의 폭(D1)은 유로부(120A)의 높이(D2)보다 더 클 수 있다. 또는, 도 4를 참조하면, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면형상을 갖고, 유로부(120A)가 원형 측단면 형상을 가질 경우, 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)은 유로부(120A)의 직경(D2)보다 더 클 수 있다.

이와 같이, 유로부(120A)의 단면적이 제1 개구부(OP1)의 면적보다 작을 때, 유로부(120A)를 통과하는 입자(P)를 포함하는 공기의 량이 증가하여 즉, 유로부(120A)를 통과하는 입자가 많아지게 되어, 더욱 많은 량의 입자가 센싱될 수 있다.

또한, 유로부(120A)의 단면적은 제1 개구부(OP1)로부터 출사되는 광의 빔 사이즈보다 작을 수 있다. 이로 인해, 유로부(120A)를 통과하는 입자(P)를 포함하는 공기의 량이 증가하여 즉, 유로부(120A)를 통과하는 입자의 량이 많아지게 되어, 더욱 많은 량의 입자(P)가 센싱될 수 있다.

전술한 바와 같이, 유로부(120A)를 통과하는 입자(P)의 량이 많아질수록 입자(P)에 대한 정보를 보다 많이 확보할 수 있기 때문에, 입자(P)에 대한 정보를 보다 정확하게 분석할 수 있다.

많은 입자(P)가 통과할 수 있도록, 도 2에 도시된 유로부(120)는 도 4 및 도 5에 도시된 구성 이외에 다양한 구성을 가질 수 있다.

도 6은 도 2에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 다른 실시 예(100B)의 단면도를 나타내고, 도 7은 도 6에 도시된 유로부(120B)를 설명하기 위해 'A2' 부분을 확대 도시한 단면도로서, 설명의 편의상 도 6에 도시된 팬(180)의 도시는 도 7에서 생략되었다.

도 4에 도시된 유로부(120A)와 도 6에 도시된 유로부(120B)의 단면 형상은 서로 다르다. 이를 제외하면, 도 6에 도시된 입자 센싱 장치(100B)는 도 4에 도시된 입자 센싱 장치(100A)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다. 예를 들어, 도 5를 참조하여 전술한 여기부(ES)에 대한 정의는 도 7에 도시된 유로부(120B)에 대해서도 적용될 수 있다.

도 4 및 도 5의 경우, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축 방향 및 z축 방향)으로, 유로 입구부(FI), 제1 유로 중간부(FII1), 여기부(ES), 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 제1 유로 중간부(FII1)의 단면적은 여기부(ES)에 접근할수록 감소하는 부분을 포함하고, 제2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 여기부(ES)로부터 멀어질수록 증가하는 부분을 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제1 유로 중간부(FII1)의 단면적은 여기부(ES)에 접근할수록 감소한 후 일정해지고, 제2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 여기부(ES)로부터 멀어질수록 일정한 후 증가할 수 있다. 또는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 달리, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제1 유로 중간부(FII1)의 단면적은 여기부(ES)에 접근할수록 계속해서 감소하고, 제2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 여기부(ES)로부터 멀어질수록 계속해서 증가할 수도 있다.

또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 달리, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 유로 입구부(FI) 및 유로 출구부(FO) 각각의 단면적은 여기부(ES)의 단면적보다 클 수 있다.

또한, 도 5 및 도 7에 도시된 유로부(120A, 120B)에서, 제1 유로 중간부(FII1)(또는, 제2 유로 중간부(FII2))와 여기부(ES)가 연통하는 개구 영역이 제2 개구부(OP2)라고 정의할 때, 제1 개구부(OP1)의 면적(예를 들어, x축 및 y축 방향의 면적)은 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제2 개구부(OP2)의 단면적보다 클 수 있다.

예를 들어, 도 5 및 도 7을 참조하면, 제1 개구부(OP1)의 x축 방향의 길이와 제2 개구부(OP2)의 x축 방향의 길이가 동일하다고 할 때, 제1 개구부(OP1)의 폭(D1)은 제2 개구부(OP2)의 높이(D4)보다 더 클 수 있다. 또는, 도 5 및 도 7을 참조하면, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면형상을 갖고, 제2 개구부(OP2)가 원형 측단면 형상을 가질 경우, 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)은 제2 개구부(OP2)의 직경(D2)보다 더 클 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 단면 형상을 유로부(120B)가 가질 경우, 제1 및 제2 유로 중간부(FII1, FII2)의 단면적의 변화로 인해, 보다 많은 입자(P)가 유로부(120B)를 통과할 수 있어, 입자(P)를 센싱하는 정확도가 증가할 수 있다.

도 8은 도 2에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 또 다른 실시 예(100C)의 단면도를 나타내고, 도 9는 도 8에 도시된 유로부(120C)를 설명하기 위해 'A3' 부분을 확대 도시한 단면도로서, 설명의 편의상 도 8에 도시된 팬(180)의 도시는 도 9에서 생략되었다.

도 4에 도시된 유로부(120A)와 도 8에 도시된 유로부(120C)의 단면 형상은 서로 다르다. 이를 제외하면, 도 8에 도시된 입자 센싱 장치(100C)는 도 4에 도시된 입자 센싱 장치(100A)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.

반면에, 도 8 및 도 9의 경우, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 제1 유로 중간부(FII1)의 단면적은 여기부(ES)에 접근할수록 감소한 후 증가한다. 또한, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 제2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 여기부(ES)로부터 멀어질수록 감소한 후 증가한다.

또한, 도 9에 도시된 유로부(120C)의 제1 중간 유로부(FII1)(또는, 제2 중간 유로부(FII2))에서 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로 가장 작은 단면적을 갖는 개구 영역이 제2 개구부(OP2)라고 정의할 때, 제1 개구부(OP1)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)은 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제2 개구부(OP2)의 단면적보다 클 수 있다.

예를 들어, 도 9를 참조하면, 제1 개구부(OP1)의 x축 방향의 길이와 제2 개구부(OP2)의 x축 방향의 길이가 동일하다고 할 때, 제1 개구부(OP1)의 폭(D1)은 제2 개구부(OP2)의 높이(D4)보다 더 클 수 있다. 또는, 도 9를 참조하면, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면형상을 갖고, 제2 개구부(OP2)가 원형 측단면 형상을 가질 경우, 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)은 제2 개구부(OP2)의 직경(D4)보다 더 클 수 있다.

예를 들어, 도 5, 도 7 및 도 9에 도시된 제2 개구부(OP2)의 높이(D4)는 10.0 ㎜ 이하, 6.0 ㎜ 이하, 4.0 ㎜ 이하 또는 2.0 ㎜ 이하일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이와 같이, 실시 예에 의하면, 제2 개구부(OP2)의 높이(D4)가 작아지므로, 입자 센싱 장치(100A 내지 100C) 전체의 크기를 줄일 수 있다.

또한, 보다 많은 입자가 유로부(120: 120A, 120B, 120C)를 통과하도록 하기 위해서, 유로부(120)를 통과하는 공기의 유량의 부피 변화가 없어야 한다. 이를 위해, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 제2 개구부(OP2)에 의해 더블 노즐(DN: Double Nozzle) 구조를 형성할 경우, 유로부(120C)를 통과하는 공기의 유량의 부피 변화가 있을 때에도, 공기의 유량을 측정이 용이할 정도로 조절할 수 있어, 입자(P)를 센싱하는 정확도가 증가할 수 있다. 예컨대, 더블 노즐 구조에 의해 병목 현상이 만들어지기 때문에, 보다 많은 입자(P)가 유로부(120C)를 통과할 수 있어, 입자(P)를 센싱하는 정확도가 증가할 수 있다.

도 4 내지 도 9에 도시된 유로부(120A, 120B, 120C)의 구조는 일 례들에 불과하다. 즉, 유로부(120A, 120B, 120C)를 통해 보다 많은 공기가 유입될 수 있다면, 실시 예는 유로부(120)의 특정한 례에 국한되지 않는다.

한편, 수광부(130)는 입자(P)에서 산란된 광을 정확하게 감지하기 위해 다양한 구조를 가질 수 있다. 도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 수광부(130A)는 도 1에 도시된 수광부(130)의 일 실시 예에 해당한다.

도 10은 도 4에 도시된 'B' 부분을 확대 도시한 단면도이다.

도 4 및 도 10을 참조하면, 수광부(130A)는 투광성 부재(132), 밴드 패스 필터부(133) 및 광 감지부(134)를 포함할 수 있다. 또한, 수광부(130A)는 광 가이드부(136A)를 더 포함할 수도 있으나, 경우에 따라, 광 가이드부(136A)는 생략될 수도 있다.

투광성 부재(132)는 광을 투광시킬 수 있는 재질로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 유리로 구현될 수 있다. 투광성 부재(132)는 제1 면(132-1) 및 제2 면(132-2)을 포함할 수 있다. 제1 면(132-1)은 여기부(ES)와 대향하는 투광성 부재(132)의 윗면(즉, 탑면)에 해당하고, 제2 면(132-2)은 제1 면(132-1)의 반대측 면으로서 투광성 부재(132)의 아랫면(즉, 바닥면)에 해당할 수 있다.

필터부(133), 광 감지부(134)와 광 가이드부(136A)는 투광성 부재(132)의 광축 주변에 배치될 수 있다. 광 감지부(134)와 광 가이드부(136A)는 투광성 부재(132)의 서로 상반되는 면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 광 감지부(134)는 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치되고, 광 가이드부(136A)는 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)에 배치될 수 있다. 또는, 도 10에 도시된 바와 달리, 광 감지부(134)는 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)에 배치되고, 광 가이드부(136A)는 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치될 수도 있다. 이때, 필터부(133)는 형광광을 필터링하여 특정 파장대역만 통과시켜 광 감지부(134)의 상면에 도달시켜야 하기 때문에, z축 상에서 투광성 부재(132)와 광 감지부(134)의 상대적 위치와 무관하게 항상 광 감지부(134)의 위에 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 광 감지부(134)가 투광성 부재(132) 아래에 배치되는 경우, 필터부(133)는 도 10에 도시된 바와 같이 투광성 부재(132)와 광 감지부(134)사이에 즉, 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치될 수도 있고, 투광성 부재(132)를 사이에 두고 광 감지부(134)와 이격되어 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)에 배치될 수도 있다. 또는, 광 감지부(134)가 투광성 부재(132) 위에 즉, 제1 면(132-1)에 배치되는 경우, 필터부(133)는 광 감지부(134) 위에 배치될 수도 있다.

한편, 필터부(133)와 광 감지부(134)는 각각 복수의 필터 세그먼트와 광 감지 세그먼트로 구분될 수 있으며, 하나의 필터 세그먼트와 하나의 광 감지 세그먼트가 함께 하나의 감지 세그먼트를 구성할 수 있다. 감지 세그먼트별로 그에 대응되는 필터 세그먼트는 형광광 중 동일한 파장대를 통과시킬 수도 있고, 상이한 파장대를 통과시킬 수도 있다. 즉, 모든 감지 세그먼트가 각각 담당하는 파장대가 서로 다를 수도 있고, 적어도 일부 감지 세그먼트는 서로 동일한 파장대를 담당할 수도 있다. 예컨대, 검출의 중요성이 높은 성분의 입자가 방출하는 형광광의 파장대가 필터 세그먼트나 광 감지부의 특성 상 감지 감도가 낮은 경우, 보다 많은 개수의 감지 세그먼트 또는 보다 넓은 평면적의 감지 세그먼트가 해당 파장대를 담당하도록 할당될 수 있다.

또한, 하나의 감지 세그먼트는 인접한 감지 세그먼트와 동일한 파장대를 담당할 수도 있고, 상이한 파장대를 담당할 수도 있다. 감지 세그먼트의 분할 및 배치 형태에 대해서는 보다 상세히 후술하기로 한다.

이하, 광 감지부(134)는 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치되고, 광 가이드부(136A)는 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)에 배치되는 것으로 설명하지만 그 반대의 경우에도 하기의 설명은 적용될 수 있다.

필터부(133) 는 투광성 부재(132) 아래에서 광축(LX)의 주변에 배치된다. 또한, 광 감지부(134)는 필터부(133) 아래에 배치되어 여기부(ES)에서 입자(P)가 여기됨에 따라 방출되어 수광 입사부(OP3)를 통해 입사된 형광광 중 해당 필터부(134)가 통과시킨 광파장의 형광광을 센싱할 수 있다. 수광 입사부에 대해서는 후술된다.

다음으로, 도 11 내지 도 14를 참조하여 실시 예에 따른 광 감지부(134)의 다양한 평면 형상을 설명한다. 이하의 도면들에서 이해를 돕기 위하여 특별한 언급이 없는 한, z축 상에서 광 감지부(134)의 위에 배치되는 필터부(133)는 도시를 생략하고 광 감지부(134)만을 도시하기로 한다. 물론, 필터부(133)는 광 감지부(134)와 동일 또는 유사한 평면 형상을 가지고 z축 상에서 적어도 일부가 평면상에서 중첩되도록 배치될 수 있으되, 하나의 광 감지 세그먼트에 대응되는 필터 세그먼트는, 해당 광 감지 세그먼트와 인접한 다른 광 감지 세그먼트와 평면상에서 중첩되지 않도록 배치되는 것이 바람직하다.

도 11은 도 10에 도시된 광 감지부(134)의 또 다른 실시 예(134A)의 평면 형상을 나타낸다.도 11을 참조하면, 광 감지부(134A)는 중앙부(134-1) 및 서로 이격되어 배치된 복수의 광 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)를 포함할 수 있다. 각각의 광 감지 세그먼트는 포토 다이오드로 구현될 수 있다. 중앙부(134-1)는 여기부(ES)를 통과한 메인 광을 통과시켜 광 흡수부(140)로 보내기 위해, 광축(LX)에 위치하며 투광성을 갖는 재질로 구현될 수 있다. 예를 들어, 중앙부(134-1)는 유리로 구현될 수 있다.

또한, 중앙부(134-1)는 광 흡수부(140)의 광 입구(OPL)를 덮을 수 있다. 이와 같이, 중앙부(134-1)가 광 입구(OPL)를 덮을 경우, 광 흡수부(140)로 이물질의 침투가 방지될 수 있고, 여기부(ES)를 통과한 입자(P)가 광 흡수부(140)로 진입하는 것을 방지할 수 있어, 유로부(120)에서의 입자(P)의 흐름이 원활해지고 측정 오차도 줄어들 수도 있다.

실시 예에 따라, 중앙부(134-1)는 광 감지부의 일부로 투광성을 갖는 개질로 형성되는 것이 아니라, 투광성 부재(132) 중 광축(LX)에 위치하는 부분을 의미할 수도 있다.

또한, 복수의 광 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)를 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치할 경우, 이물질로 인한 포토 다이오드(132-2)의 손상도 막을 수 있다.

복수의 광 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)는 중앙부(134-1)의 주변에 배치되고, 입자(P)에 의해 방출된 형광광을 센싱하는 역할을 한다. 복수의 광 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24) 각각은 일반적인 포토 다이오드의 구조에서 광을 흡수하는 액티브(active) 영역에 해당할 수 있다.

예를 들어, 각 광 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)를 구성하는 포토 다이오드는 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, 형광광이 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 11을 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, 중앙부(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, 각 광 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)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 12 내지 도 14는 도 10에 도시된 광 감지부(134)의 다양한 실시 예(134B, 134C, 134D)의 평면 형상을 나타낸다.

도 11에 도시된 포토 다이오드들은 전체가 하나의 불연속적인 원형 고리 평면 형상을 이루지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 광 감지부(134)가 중앙부(134-1)를 포함할 수 있다면, 포토 다이오드들은 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이 장방형 고리 형상의 평면을 갖는 광 감지부(134B), 도 13에 도시된 정방향 고리 형상의 평면을 갖는 광 감지부(134C), 도 14에 도시된 삼각형 고리 형상의 평면을 갖는 광 감지부(134D) 각각은 서로 이격되어 배치된 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)를 포함할 수 있다.

또한, 도 11 내지 도 14에 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 광 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 광 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 11 내지 도 14에 예시된 광 감지부(134A 내지 134D)는 평면상에서 대칭으로 배치될 수도 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 광 감지부(134A 내지 134D)는 평면상에서 비대칭으로 배치될 수도 있다.

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

발광부(110A)의 광원(112A)과 마찬가지로 전술한 수광부(130A)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, 수광 입사부는 여기부(ES)와 수광부(130A) 사이에 배치되어 수광부(130A)로 입사되는 광의 량을 조정하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 도 4, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이 수광 입사부는 광축(LX)에 배치된 제3 개구부(OP3)를 포함할 수 있다.

제3 개구부(OP3)는 여기부(ES)에서 입자(P)에 의해 산란된 광의 전체량의 20% 내지 80%를 수광부(130A)로 입사시키기에 적합한 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)을 가질 수 있다.

예를 들어, 여기부(ES)에서 입자(P)에 의해 산란된 광 중에서 광축(LX)을 기준으로 여기부(ES)의 중심에서 후술되는 제5 개구부(OP5)까지가 좌우 12°일 경우, 즉, 도 4, 도 6 및 도 8에 각각 도시된 소정 각도(θ)가 24°일 경우 입자(P)에서 방출되는 형광광의 20%가 수광부(130A)로 입사될 수 있으며, 소정 각도(θ)가 60°(즉, 광축(LX)을 기준으로 좌우 30°)일 경우 입자(P)에서 방출되는 형광광의 50%가 수광부(130A)로 입사될 수 있다. 이를 고려할 때, 실시 예에 의하면, 제3 개구부(OP3)는 입자(P)에서 방출된 형광광 중에서 광축(LX)을 기준으로 좌우 합한 각도 즉, 소정 각도(θ)가 24° 내지 60° 예를 들어, 광축(LX)을 기준으로 좌우 30°의 범위에 있는 광이 수광부(130A)로 입사되기에 적합한 면적을 가질 수 있다. 이와 같이, 제3 개구부(OP3)의 면적을 조정함으로써, 수광부(130A)로 입사되는 광의 량이 조정될 수 있음을 알 수 있다.

또한, 도 5, 도 7 및 도 9를 참조하면, 제3 개구부(OP3)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)은 제1 개구부(OP1)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)과 다를 수 있다. 예를 들어, 제3 개구부(OP3)가 원형 평면 형상을 가질 경우, 제3 개구부(OP3)의 직경(D3)이 10 ㎜보다 클 경우 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)의 면적보다 많은 산란 광이 유입되어 광 노이즈가 발생할 수 있다. 또한, 제3 개구부(OP3)의 직경(D3)이 2 ㎜보다 작을 경우 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)에서 형광광을 받는 량이 줄어들어 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)에서 감지된 신호의 크기가 작을 수 있다. 따라서, 제3 개구부(OP3)의 직경(D3)은 2 ㎜ 내지 10 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

또한, 도 7 및 도 9에 예시된 바와 같이, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 유입구(IH) 및 유출구(OH) 각각의 단면적은 제1 개구부(OP1) 면적보다 크고 제2 개구부(OP2)의 단면적보다 클 수 있다.

또는, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 유로 입구부(FI)의 제1 경로 및 유로 출구부(FO)의 제2 경로 각각의 가장 넓은 단면적은 제1 개구부(OP1)의 면적보다 크고 제2 개구부(OP2)의 단면적보다 클 수 있다.

예를 들어, 유입구(IH) 및 유출구(OH) 각각의 x축 길이와 제1 개구부(OP1) 및 제2 개구부(OP2) 각각의 x축 길이가 동일할 때, 유입구(IH) 및 유출구(OH) 각각의 z축 방향으로의 높이(D2)는 제1 개구부(OP1)의 y축 방향으로의 폭(D1)보다 크고, 제2 개구부(OP2)의 z축 방향으로의 높이(D4)보다 클 수 있다.

또한, 예를 들어, 유로 입구부(FI)와 유로 출구부(FO)와 제2 개구부(OP2) 각각이 원형 측단면 형상을 갖고, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면 형상을 가질 경우, 유입구(IH) 및 유출구(OH) 각각의 직경(D2)은 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)보다 크고 제2 개구부(OP2)의 직경(D4)보다 클 수 있다.

또는, 예를 들어, 유입구(IH) 및 유출구(OH) 각각의 x축 길이와 제1 개구부(OP1) 및 제2 개구부(OP2) 각각의 x축 길이가 동일할 때, 제1 경로 및 제2 경로 각각의 z축 방향으로의 가장 높은 높이는 제1 개구부(OP1)의 y축 방향으로의 폭(D1)보다 크고 제2 개구부(OP2)의 z축 방향으로의 높이(D4)보다 클 수 있다.

또한, 예를 들어, 유로 입구부(FI), 유로 출구부(FO) 및 제2 개구부(OP2) 각각이 원형 측단면 형상을 갖고, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면 형상을 가질 경우, 제1 경로 및 제2 경로 각각에서 가장 큰 직경은 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)보다 크고 제2 개구부(OP2)의 직경(D4)보다 클 수 있다.

한편, 다시 도 10을 참조하면, 광 가이드부(136A)는 여기부(ES)에서 여기되어 방출되는 형광광을 광 감지부(134)로 가이드하는 역할을 한다. 이를 위해, 예를 들어 광 가이드부(136A)는 내측 격벽(136-1, 136-2)과 외측 격벽(136-3, 136-4)을 포함할 수 있다. 만일, 내측 격벽(136-1, 136-2)이 원형 평면 형상을 가질 경우 내측 격벽(136-1, 136-2)은 일체이고, 외측 격벽(136-3, 136-4)이 원형 평면 형상을 가질 경우 외측 격벽(136-3, 136-4)은 일체일 수 있다.

내측 격벽(136-1, 136-2)은 광축(LX)과 나란한 방향(예를 들어, z축 방향)으로 광 흡수부(140)의 광입구(OPL)와 중첩되는 제4 개구부(OP4)를 정의할 수 있다. 내측 격벽(136-1, 136-2)은 제3 개구부(OP3)를 통과한 산란된 광이 제5 개구부(OP5)로 진행하고, 제3 개구부(OP3)를 통과한 메인 광이 제4 개구부(OP4)로 진행함을 허용하는 높이(H1)를 가질 수 있다. 즉, 내측 격벽(136-1, 136-2)은 메인 광과 산란광을 분리하는 역할을 한다.

외측 격벽(136-3, 136-4)은 광축(LX)과 나란한 방향(예를 들어, z축 방향)으로 포토 다이오드(134-2)와 중첩되는 제5 개구부(OP5)를 내측 격벽(136-1, 136-2)과 함께 정의할 수 있다.

제5 개구부(OP5)의 폭(W4)은 2 ㎜ 내지 6 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

전술한 바와 같이 내측 격벽(136-1, 136-2)과 외측 격벽(136-3, 136-4)이 배치될 경우, 도 3에 화살표로 표기한 바와 같이, 제3 개구부(OP3)로 입사된 산란광이 광 감지부(134)의 포토 다이오드(134-2)로 진행할 수 있으며, 제3 개구부(OP3)로 입사된 메인 광이 광 흡수부(140)를 향해 진행할 수 있다.

한편, 수광부(130A)는 감지 지지부(138)를 더 포함할 수도 있으나, 경우에 따라, 감지 지지부(138)는 생략될 수도 있다.

감지 지지부(138)는 광 감지부(134)를 지지하는 역할을 하며, 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(170)의 버텀부(176)와 별개로 구현될 수도 있고 도시된 바와 달리 하우징(170)의 버텀부(176)와 일체로 구현될 수도 있다.

한편, 일 실시 예에 의하면, 도 4에 예시된 바와 같이 광 흡수부(140)는 흡수 케이스(142) 및 돌출부(144)를 포함할 수 있다. 흡수 케이스(142)는 수광부(130A)를 통과한 광이 입사되는 광 입구(OPL)를 정의하며, 수광부(130A)를 통과한 메인 광을 수용하는 역할을 한다. 이를 위해, 흡수 케이스(142)의 내벽은 광 흡수성을 갖는 물질로 도포될 수 있다. 도 3의 경우, 흡수 케이스(142)와 하우징(170)의 버텀부(176)는 별개인 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 후술되는 입자 센싱 장치(100D)에서와 같이, 하우징(170)의 버텀부(176)와 흡수 케이스(142)는 일체형일 수 있다. 즉, 하우징(170)의 버텀부(176)는 흡수 케이스(142)의 역할도 수행할 수 있다.

또한, 돌출부(144)는 흡수 케이스(142)의 바닥면으로부터 광 입구(OPL)를 향해 돌출된 형상을 가질 수 있다. 또한, 돌출부(144)의 폭은 흡수 케이스(142)의 바닥면으로부터 광입구(OPL)로 갈수록 좁아질 수 있다. 예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같이 돌출부(144)는 원(추)형 단면 형상을 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이와 같이, 돌출부(144)가 배치될 경우, 광 입구(OPL)로 입사된 메인 광이 흡수 케이스(142)의 내벽에서 반사되어 광 입구(OPL)로 빠져 나가는 것이 방지되고, 광 입구(OPL)를 통해 입사된 메인 광을 흡수 케이스부(142)의 내벽으로 반사시킴으로써, 광 입구(OPL)로 입사된 메인 광의 흡수율을 개선시킬 수 있다.

도 15는 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 또 다른 실시 예(100D)에 의한 단면도를 나타내고, 도 16은 도 15에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 측면도를 나타내고, 도 17은 도 15에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 상측 사시도를 나타내고, 도 18는 도 15에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 좌측 사시도를 각각 나타내고, 도 19는 도 15에 도시된 I-I'선을 따라 절개한 평면도를 나타낸다.

도 15 내지 도 19에서 도 4 내지 도 14에 도시된 바와 다른 부분에 대해서만 살펴본다. 따라서, 이하에서 설명되는 다른 부분 이외에 도 15 내지 도 18에 대해 설명되지 않은 부분은 도 4 내지 도 14에 대한 설명이 적용될 수 있음은 물론이다.

도 4, 도 6 및 도 8에 도시된 입자 센싱 장치(100A, 100B, 100C)에서 광원부(112A)의 패키징 형태가 SMD 타입인 반면, 도 15 내지 도 18에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 광원부(112A)는 돔 형태(또는, Through hole type) 형태의 LED일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 돔 타입의 발광부(110B)의 직경(φ)은 3 ㎜ 내지 5 ㎜이고, view angle은 20°이하 일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

또한, 포토 다이오드(134-21 내지 134-24)의 동작 온도는 -10 ℃ 내지 50 ℃일 수 있으나, 실시 예는 포토 다이오드의 특정한 동작 온도에 국한되지 않는다.

도 4, 도 6 및 도 8에 도시된 입자 센싱 장치(100A, 100B, 100C)의 렌즈부(114A)는 하나의 렌즈만을 포함하는 반면, 도 15 내지 도 18에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 렌즈부(114B)는 제1 및 제2 렌즈(114B-1, 114B-2)를 포함한다. 제1 렌즈(114B-1)는 광원부(112B)로부터 방출된 광을 평행광으로 변환시키는 역할을 하고, 제2 렌즈(114B-2)는 제1 렌즈(114B-1)로부터 출사되는 평행광을 제1 개구부(OP1)로 집광시키는 역할을 수행할 수 있다.

도 4, 도 6 및 도 8에 도시된 입자 센싱 장치(100A, 100B, 100C)의 경우, 하우징(170)의 탑부(172)와 발광 케이스(116)가 별개인 반면, 도 15 내지 도 18에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 경우 하우징(170)의 탑부(172)와 발광 케이스(116)는 일체형이다. 즉, 하우징(170)의 탑부가 발광 케이스(116)의 역할을 수행함을 알 수 있다.

도 15 내지 도 18에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 유로부(120C)는 도 8 및 도 9에 도시된 유로부(120C)와 마찬가지로 더블 노즐(DN)의 구조를 가질 수 있다. 따라서, 도 15 내지 도 18에 도시된 유로부(120C)의 중복되는 설명을 도 8 및 도 9에 대한 유로부(120C)의 설명으로 대신한다.

도 20은 도 15에 도시된 'C' 부분을 확대 도시한 단면도이다.

도 15를 참조하면, 수광 입사부(190)는 광 유도부(192), 커버 투광부(194) 및 광 차단부(196)를 포함할 수 있다.

광 유도부(192)는 여기부(ES)와 수광부(130B) 사이에 배치되어, 제3 개구부(OP3)를 정의할 수 있다. 여기서, 제3 개구부(OP3)의 특징은 도 3을 참조하여 전술한 제3 개구부(OP3)의 특징과 동일할 수 있다. 즉, 제3 개구부(OP3)는 여기부(ES)에서 입자(P)에 의해 산란된 광의 전체량의 20% 내지 80%가 수광부(130B)로 입사되기에 적합한 면적(예를 들어, x축 방향으로의 길이와 y축 방향으로의 폭을 갖는 면적)을 가질 수 있다. 또한, 입자(P)에 의해 산란된 광 중에서 광축(LX)을 기준으로 여기부(ES)의 중심에서 제5 개구부(OP5)까지가 좌우 합한 소정 각도(θ)가 24° 내지 60°예를 들어 60°의 범위에 있는 광이 수광부(130B)로 입사되기에 적합하도록, 제3 개구부(OP3)는 면적을 가질 수 있다. 이와 같이, 제3 개구부(OP3)의 면적을 조정함으로써, 수광부(130B)로 입사되는 광의 량이 조정될 수 있음을 알 수 있다.

또한, 제3 개구부(OP3)의 면적은 제1 개구부(OP1)의 면적과 다를 수 있다. 예를 들어, 제3 개구부(OP3)가 원형 평면 형상을 가질 경우, 제3 개구부(OP3)의 직경(D3)은 2 ㎜ 내지 10 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

예를 들어, 제1 개구부(OP1)의 면적이 제3 개구부(OP3)의 면적보다 클 수 있다. 이 경우, 발광부(110B)로부터 발생한 광의 초점이 여기부(ES)의 중앙보다 멀게 형성되어 메인 빔으로 인한 측정 오류를 줄일 수 있다.

광 차단부(196)는 여기부(ES)와 광 유도부(192) 사이에 배치되어 제6 개구부(OP6)를 정의할 수 있다. 제6 개구부(OP6)의 폭(W5)을 조정함으로써, 메인 광이 포토 다이오드(134-2)로 입사됨을 차단하거나, 수광부(130B)로 입사되어 광 흡수부(140)로 진행하는 메인 광의 량을 조정할 수 있다. 이와 같이 광 차단부(196)가 배치됨으로써 메인 광이 제5 개구부(OP5)를 통해 광 감지부(134)의 포토 다이오드(134-21 내지 134-24)로 진행함이 차단될 수 있다. 여기서, 광 감지부(134)는 모듈 형태로 구현될 수 있다.

또한, 커버 투광부(194)는 제3 개구부(OP3)와 제6 개구부(OP6) 사이에 배치될 수 있다. 커버 투광부(194)는 수광부(130B)로 이물질이 입사됨을 차단하는 역할을 한다. 커버 투광부(194)가 배치됨으로써, 여기부(ES)를 지나가는 입자(P)가 수광부(130B)로 침투하는 것을 방지할 수 있어 유로부(120C)에서 입자(P)의 흐름이 원활해질 수 있고 측정 오차를 줄일 수 있다. 이 경우 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)과 제2 면(132-2) 중 어느 면에 포토 다이오드(134-21 내지 134-24)를 형성하더라도 이물질로 인한 포토 다이오드(134-21 내지 134-24)의 손상도 막을 수 있다.

도 21은 도 15에 도시된 'D' 부분을 확대 도시한 단면도이다.

도 21에 도시된 광 감지부(134)와 광 가이드부(136B)는 투광성 부재(132)의 광축 주변에 배치될 수 있다. 광 감지부(132)와 광 가이드부(136B)는 투광성 부재(132)의 서로 상반되는 면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 21에 도시된 바와 같이, 광 감지부(134)는 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치되고, 광 가이드부(136B)는 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)에 배치될 수 있다. 또는, 도 25에 도시된 바와 달리, 광 감지부(134)는 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)에 배치되고, 광 가이드부(136B)는 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치될 수도 있다. 여기서, 제1 면(132-1)과 제2 면(132-2)은 도 10에 대한 전술한 설명에서 정의된 바와 같다. 이하, 광 감지부(134)는 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치되고, 광 가이드부(136B)는 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)에 배치되는 것으로 설명하지만 그 반대의 경우에도 하기의 설명은 적용될 수 있다.

내측 격벽(136-1, 136-2)의 구조가 다름을 제외하면, 도 21에 도시된 단면은 도 10에 도시된 단면과 동일하다. 따라서, 도 10에 도시된 단면과 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였으며 간략히 설명하며, 다른 부분에 대해서만 다음과 같이 중점적으로 설명한다.

내측 격벽(136-1, 136-2)은 제3 개구부(OP3)를 통과한 산란된 광이 제5 개구부(OP5)로 진행하고, 제6 개구부(OP6)를 통과한 메인 광이 제4 개구부(OP4)로 진행함을 허용하는 높이(H2)를 가질 수 있다. 예를 들어, 높이(H2)는 3.3 ㎜ 일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

내측 격벽(136-1, 136-2) 각각은 제4 개구부(OP4)를 정의하는 내측부(136-11, 136-21) 및 내측부(136-11, 136-21)로부터 연장되어 외측 격벽(136-3, 136-4)과 함께 제5 개구부(OP5)를 정의하는 외측부(136-12, 136-22)를 포함할 수 있다. 원형 평면 형상을 갖는 제4 개구부(OP4)의 직경은 메인 빔의 포커싱 사이즈보다 커야 한다. 만일, 제4 개구부(OP4)의 직경이 2 ㎜보다 작을 경우 메인 빔의 전부가 제4 개구부(OP4)를 통과하지 못해 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)로 입사됨으로써 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)에서 산란 광이 센싱되지 못할 수도 있다. 또한, 제4 개구부(OP4)의 직경이 6 ㎜보다 클 경우, 슬릿의 구현이 어려울 수 있다. 따라서, 제4 개구부(OP4)의 직경은 2 ㎜ 내지 6 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

제5 개구부(OP5)의 폭(W4)은 1 ㎜ 내지 6 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

또한, 제5 개구부(OP5)의 폭(W4)은 외측부(136-12, 126-22)의 폭(W6)보다 클 수 있다. 예를 들어, 제5 개구부(OP5)의 폭(W4)은 1.1 ㎜이고, 외측부(136-12, 136-22)의 폭(W6)은 0.8 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

또한, 내측 격벽(136-1, 136-2)의 외측부(136-12, 136-22)와 내측부(136-11, 136-21)는 일체로 형성될 수 있다.

또한, 투광성 기판(132)의 제1 면(132-1)으로부터 제3 개구부(OP3)로 갈수록 외측부(136-12, 136-22) 또는 내측부(136-11, 136-21) 중 적어도 하나의 단면 폭은 감소할 수 있다. 즉, 내측부(136-11, 136-21)와 외측부(136-12, 136-22)의 구분은 산란된 빛이 각도를 가지고 포토 다이오드(134)로 잘 입사되게 하는 것이므로, 이와 같이 삼각형 단면 형상을 가질 수 있다.

또한, 도 21에 도시된 제4 개구부(OP4)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)은 도 20에 도시된 제6 개구부(OP6)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)보다 작을 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이와 같이, 제4 개구부(OP4)의 면적보다 제6 개구부(OP6)의 면적을 크게 할 경우, 메인 빔이 포토 다이오드(134-21 내지 134-24)로 진행하는 것이 더욱 잘 차단될 수 있다.

여기부(ES)는 복수의 개구부와 접할 수 있다. 즉, 여기부(ES)는 발광부(110A)와 제1 개구부(OP1)를 통해 연통하고, 제1 유로 중간부(FII1)(또는, 제2 유로 중간부(FII2))와 제2 개구부(OP2)를 통해 연통하고, 수광부(130A, 130B)와 제3 개구부(OP3) 또는 제6 개구부(OP6)를 통해 연통할 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)로부터 발산되는 형광광의 파장대별 강도(intensity) 스펙트럼(spectrum)을 구성하고, 이를 통해 입자의 성분을 분석할 수 있다. 입자의 성분 분석은 구성된 스펙트럼에서 피크 위치를 검출하는 방법이 이용될 수도 있고, 기 저장된 데이터 베이스에서 성분별로 구분된 분광 프로파일을 구성된 스펙트럼과 비교하는 방법이 사용될 수도 있다. 제어부(164)는 분석된 입자의 성분에 대응되는 정보를 출력단자 OUT2를 통해 출력할 수 있다.

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

먼저, 팬(183)을 마련함으로써, 유로 입구부(FI)로 유입된 공기가 여기부(ES)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.

실시 예의 경우, 팬(180)을 구비하거나 유로부(120)의 구조를 변경하여 즉, 유로부(120)의 단면적보다 제1 개구부(OP1)의 면적을 크게 한다든지 더블 노즐 구조를 갖도록 하므로, 입자(P)를 포함하는 공기를 열 유동에 의해 흘리는 측방형과 비교할 때, 실시 예의 경우 측정되는 입자(P)가 많아지고 광 커튼을 여기부(ES)에 형성함으로써 유로부(120)를 흐르는 모든 입자를 센싱할 수 있으므로, 기존과 달리 입자(P)의 개수를 카운팅할 수 있는 등, 센싱하는 정확도가 개선된다.

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

또한, 기존의 경우, 광을 광축 방향으로 먼지를 향해 조사하고, 먼지에서 산란된 광을 광축의 측방에서 센싱하여 먼지에 대한 정보를 분석하였다. 이러한 기존의 측방형 먼지 센싱 장치와 달리, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치는 입자(P)를 포함하는 공기가 유동하는 경로에 위치한 여기부(ES)로 광을 광축 방향으로 조사하고, 입자(P)에서 방출된 형광광을 광축 방향의 측방이 아니라 광축 방향과 나란한 방향에서 센싱하여 입자(P)에 대한 정보를 분석한다. 이와 같이, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치는 전방형 입자 센싱 장치이다.

만일, 광 흡수부(140)가 수광부(130: 130A, 130B) 위에 배치될 경우, 광 흡수부(140)에서 흡수되지 못한 메인 광이 수광부(130: 130A, 130B)에 흡수됨으로써 광 노이즈가 야기될 수 있으므로 이를 방지하기 위해 광 흡수부(140)의 매우 정교한 설계가 요구된다. 또한, 조립 공차, 렌즈 위치 공차 등 여러 요인에 의한 공차를 반영하기 매우 까다로워진다.

반면에, 실시 예의 경우, 투광성을 갖는 중앙부(134-1)를 포함하는 광 감지부(134)를 사용하고, 광 흡수부(140)를 수광부(130: 130A, 130B)의 아래에 배치함으로써, 수광부(130: 130A, 130B) 위에 배치할 때보다 광 흡수부(140)의 설계가 쉬워지며, 메인 빔으로 인한 산란광 검출 저하의 문제를 개선할 수 있다.

또한, 실시 예의 경우, 전술한 바와 같이 측방형보다 센싱하는 산란광의 세기가 높으므로, 산란광의 세기를 높이기 위해 소모 전력이 많이 필요하지 않은 장점이 있다.

또한, 광 가이드부(136A, 136B)를 포토 다이오드(134-2)의 상부에 배치함으로써, 산란광이 포토 다이오드(134-2)에서 더욱 잘 센싱되도록 할 수 있어, 감지되는 광의 강도를 개선될 수 있다.

아울러, 실시 예에 따른 입자 센싱 장치는 미세 먼지의 성분 분석이 가능하여 미세 먼지의 화학적, 생물학적 위험성에 대한 정보가 제공될 수 있으며, 기존의 포집된 먼지에 대한 이온 분석법이나 대형 분광장치를 이용한 방법에 비해 소형화에 유리하다. 뿐만 아니라, 광학식으로 실시간 성분 분석이 가능하기 때문에 현재 주변 공기에 대한 실시간 정보가 제공될 수 있다. 따라서, 미세 먼지에 대한 원인 분석이 용이해지는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예로, 입자에서 방출된 형광광을 광축 방향의 측방에서 센싱하여 입자의 성분을 감지할 수 있는 입자 센싱 장치를 도 23 내지 도 25를 참조하여 설명한다.

도 23 내지 도 25에서는, 도 1a 및 도 1b와 유사하게 각 구성요소의 상대적 위치 관계를 중심으로 실시 예에 따른 입자 센싱 장치가 개략적으로 도시된다. 도 23 내지 도 25에서는 명세서의 간명함을 위하여 도 1 내지 도 23과 중복된 부분에 대한 기재는 생략하고 차이점을 위주로 설명하기로 한다. 또한, 도 23 내지 도 25에 도시된 구성요소는, 모순되지 않는 범위 내에서 도 2 내지 도 22에 도시된 구성 요소와 결합되거나, 그 기재가 전술된 내용으로부터 보충될 수 있음은 당업자에 자명하다.

도 23 내지 도 25는 다른 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(200A, 200B, 200C)의 개념을 각각 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.

도 23을 참조하면, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100)는 발광부(112, 114), 유로부(120), 수광부(130), 광 흡수부(140), 반사부(RP) 및 정보 분석부(160)를 포함할 수 있다.

도 23을 참조하면, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(200A)는 도 1b에서와 달리, 광 감지부(130)가 광원부(112)의 광축 방향의 측방에 배치된다. 이러한 경우, 광 감지부(130)를 구성하는 복수의 감지 세그먼트는, 메인광을 투과시킬 필요가 없기 때문에 도 11에 도시된 바와 같이 중앙부(134-1)를 구비하지 않은 어레이 형태로 구성될 수도 있다.

다음으로, 본 실시예의 다른 양상에 의하면, 도 24에 도시된 바와 같이 입자 센싱 장치(200B)는 제 1 광 감지부(130a) 및 제 2 광 감지부(130b) 및 그들에 각각 대응되는 제 1 반사부(RPa) 및 제 2 반사부(RPb)를 포함할 수 있다.

제 1 광 감지부(130a)는 도 1 내지 도 23의 광 감지부(130)와 같이 형광광을 파장대별로 검출하는 역할을 수행하며, 제 2 광 감지부(130b)는 광원부(112)로부터 방출된 광이 여기부(ES)에서 입자에 의해 산란됨에 따른 산란광을 검출한다.

제 1 반사부(RPa)는 도 1b에 도시된 반사부(RP)와 유사하게, 여기부(ES)에서 여기되어 방출되는 형광광 중, 제 1 수광부(130a)를 향하지 않는 형광광의 적어도 일부를 제 1 수광부(130b)로 집속시킬 수 있다. 또한, 제 2 반사부(RPb)는 여기부(ES)에서 입자에 의해 산란된 산란광 중 제 2 수광부(130b)를 향하지 않는 산란광의 적어도 일부를 제 2 수광부(130b)로 집속시킬 수 있다. 제 1 반사부(RPa) 및 제 2 반사부(RPb)는 각각 일립티컬 미러로 구현될 수 있으며, 이러한 경우 제 1 반사부(RPa)의 제 1 초점은 제 1 수광부(130a)에, 제 2 초점은 여기부(ES)에 맞춰질 수 있으며, 제 2 반사부(RPa)의 제 1 초점은 제 2 수광부(130b)에, 제 2 초점은 여기부(ES)에 각각 맞춰질 수 있다.

또한, 정보 분석부(160)는 제 1 수광부(130a)에서 전달된 형광광의 파장대별 강도 신호에 따라 입자의 성분을 예측하며, 제 2 수광부(130b)에서 센싱된 산란광에 대응되는 신호에 따라 입자의 개수, 농도, 크기 또는 형상 중 적어도 하나를 분석할 수 있다.

정보 분석부(160)는 상기 복수의 감지 세그먼트에서 센싱된 결과의 상대적 크기를 이용하여 상기 입자의 형상을 예측할 수 있다. 따라서, 도 24에 도시된 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(200B)는, 입자의 개수, 농도, 크기 또는 형상은 물론, 입자의 성분도 함께 감지할 수 있다.

한편, 본 실시예의 또 다른 양상에 의하면, 산란광을 이용하여 입자의 개수, 농도 등 감지하고, 형광광을 이용하여 성분을 감지함에 있어, 산란광과 형광광을 각각 별도의 광원을 통해 발생시킬 수도 있다. 이를 도 25를 참조하여 설명한다.

도 25를 참조하면, 입자 센싱 장치(200C)는 산란광과 형광광을 각각 감지하기 위한 광 감지부 및 반사부와 함께, 발광부와 광 흡수부도 광의 종류별로 각각 포함할 수 있다.

도 24와의 차이점을 위주로 설명하면, 입자 센싱 장치(200C)는 입자의 성분 분석을 위해 제 1 광 감지부(130a) 및 제 1 반사부(RPa) 외에, 제 1 광원부(112a), 제 1 렌즈부(114a) 및 제 1 광 흡수부(140a)를 더 포함할 수 있다. 제 1 광원부(112a)는 입자를 여기시키기 위한 광을 방출하며, 제 1 렌즈부(114a)는 제 1 광원부(112a)에서 방출된 광을 여기부(ES)로 집속시킨다. 제 1 광 흡수부(140a)는 제 1 광원부(112a)에서 방출된 광 중 여기부(ES)를 통과한 메인 광을 흡수하는 역할을 한다.

또한, 입자 센싱 장치(200C)는 입자의 크기, 개수 등의 분석을 위해 제 2 광 감지부(130b) 및 제 2 반사부(RPb) 외에, 제 2 광원부(112b), 제 2 렌즈부(114b) 및 제 2 광 흡수부(140b)를 더 포함할 수 있다. 제 2 광원부(112b)에서 방출된 광은 제 2 렌즈부(114b)를 통해 여기부(ES)로 집속되며, 집속된 광은 여기부(ES)를 통과하는 입자에 의해 산란될 수 있다. 제 2 광 흡수부(140b)는 제 2 광원부(112b)에서 방출된 광 중 여기부(ES)를 통과한 메인 광을 흡수하는 역할을 한다.

여기서, 제 1 광원부(112a)의 광축(LXa)과 제 2 광원부(112b)의 광축(LXb)은 여기부(ES)에서 x축, y축, z축 중 적어도 하나의 축 상에서 교차할 수 있으나, 실시 예는 각 광축의 교차 형태 또는 교차 여부에 의해 한정되지 아니한다.

또한, 제 1 광원부(112a)와 제 2 광원부(112b)는 서로 다른 발광 소자로 구성될 수 있다. 예컨대, 제 1 광원부(112a)는 입자를 여기시키는데 유리한 자외선 대역의 광을 방출하는 UV LED나 LD 등의 소자로 구성될 수 있으며, 제 2 광원부(112b)는 입자에서 산란되기에 유리한 가시광선 대역을 방출하는 LED로 구성될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 실시예는 각 광원부의 구성 소자에 한정되지 아니한다.

한편, 도 24 및 도 25의 제 2 광 감지부(130b)가 복수의 세그먼트로 구분된 포토 다이오드로 구성되되, 그 평면 배치 형태가 도 11 내지 도 14에 도시된 광 감지부(130)의 평면 형상과 유사하게 될 경우, 분할된 복수의 세그먼트에서 감지된 산란광의 상대적 크기를 이용하여 입자의 형상을 예측할 수도 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, 100’, 100A 내지 100D, 200A 내지 200C: 입자 센싱 장치
110, 110A, 110B: 발광부
120, 120A, 120B, 120C: 유로부 130, 130A, 130B: 수광부
140: 광 흡수부 150: 신호 변환부
160: 정보 분석부 170: 하우징
183: 팬(fan)

Claims

광을 방출하는 발광부;
상기 발광부 아래에서 상기 발광부의 광축과 수직하게 배치되며, 입자를 포함하는 공기가 유동하는 유로부;
상기 유로부 아래에서 상기 광축에 배치되며, 상기 유로부를 통과한 광이 입사되는 수광부;
상기 수광부 아래에서 상기 광축에 배치되며, 상기 수광부를 통과한 광을 흡수하는 광흡수부; 및
상기 수광부에 입사된 광의 전기적 신호를 이용하여 상기 입자의 성분을 분석하는 정보 분석부를 포함하고,
상기 유로부는, 상기 광축에 위치하며 상기 발광부에서 방출된 광에 의해 상기 입자가 여기되는 여기부를 포함하며,
상기 수광부는, 상기 여기부에서 상기 여기된 입자가 방출하는 형광광의 적어도 일부를 복수의 파장대별로 센싱하고,
상기 여기부는 상기 발광부와 상기 수광부 사이 및 상기 유로 입구부와 상기 유로 출구부 사이에서 상기 광축에 위치하고,
상기 유로부는
상기 공기가 유입되는 유로 입구부;
상기 공기가 유출되는 유로 출구부;
상기 유로 입구부와 상기 여기부 사이에 위치한 제1 유로 중간부; 및
상기 여기부와 상기 유로 출구부 사이에 위치한 제2 유로 중간부를 포함하고,
상기 유로 입구부는 외부로부터 상기 공기가 유입되는 유입구 및 상기 유입구로부터 상기 제1 유로 중간부 사이에 형성된 제1 경로를 포함하고,
상기 유로 출구부는 상기 공기가 외부로 유출되는 유출구 및 상기 제2 유로 중간부로부터 상기 유출구 사이에 형성된 제2 경로를 포함하고,
상기 제1 유로 중간부의 단면적은 상기 여기부에 접근할수록 감소하는 부분을 포함하고,
상기 제2 유로 중간부의 단면적은 상기 여기부로부터 멀어질수록 증가하는 부분을 포함하는 입자 센싱 장치.
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제1 항에 있어서,
상기 수광부는
투광성 부재; 및
상기 형광광을 센싱하는 복수의 감지 세그먼트를 포함하는, 입자 센싱 장치.
제3 항에 있어서,
상기 복수의 감지 세그먼트 각각은,
상기 복수의 파장대 중 어느 하나에 대응되는 파장대를 통과시키는 필터 세그먼트; 및
상기 필터 세그먼트 아래에 배치되는 광 감지 세그먼트를 포함하는, 입자 센싱 장치.
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제1 항에 있어서, 상기 발광부는
광원부; 및
상기 광원부로부터 방출된 광을 상기 여기부를 향해 출사하며 상기 광축에 배치된 제1 개구부를 포함하고,
상기 제1 개구부로부터 출사된 광은 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로 상기 여기부에서 광 커튼을 형성하고,
상기 제1 개구부는 상기 광원부로부터 방출되는 광의 발광 각도에 대응하는 면적을 갖고,
상기 유로부의 단면적은 상기 제1 개구부의 면적보다 작은 입자 센싱 장치.
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제3 항에 있어서, 상기 수광부는
상기 형광광을 상기 복수의 감지 세그먼트로 가이드하는 광 가이드부를 포함하고,
상기 복수의 감지 세그먼트와 상기 광 가이드부는 상기 투광성 부재의 서로 다른 면 상에서 상기 광축 주변에 배치되는 입자 센싱 장치.
제9 항에 있어서, 상기 여기부와 상기 수광부 사이에 배치되며, 상기 수광부로 입사되는 광의 량을 조정하며 상기 광축에 배치된 제3 개구부를 갖는 수광 입사부를 더 포함하는 입자 센싱 장치.
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제1 항에 있어서, 상기 광흡수부는
상기 수광부를 통과한 광이 입사되는 광 입구를 정의하며, 상기 수광부를 통과한 광을 수용하는 흡수 케이스; 및
상기 흡수 케이스의 바닥면으로부터 상기 광 입구를 향해 돌출된 돌출부를 포함하는 입자 센싱 장치.
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제1 항에 있어서, 상기 정보 분석부는
상기 전기적 신호를 이용하여 상기 형광광의 파장대별 강도 스펙트럼을 구성하고, 상기 스펙트럼에서 적어도 하나의 피크 값을 검출하여 상기 성분을 분석하는 입자 센싱 장치.
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