KR20000062387A - 자외선 변환을 위한 광 어레이 - Google Patents

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Abstract

흡수 필터 시스템과 간섭 필터 시스템을 포함하는 광 어레이. 태양 광선에 대해서 광 어레이의 전송 주파수 특성이 공지된 디페이 표준과 유사하다. 표준 모델은 자외선 광에 대한 인간의 피부 감도이다.
본 발명은 태양 광선내에 포함되어 있는 자외선의 버닝 파우어를 측정하기 위한 정밀한 소자에 적용할 수 있도록 저가이면서 정밀한 자외선 센서를 제조할 수 있다.

Description

자외선 변환을 위한 광 어레이{OPTICAL ARRAY CONVERTING UV}
현재에는 광 흡수 필터에 기반한 자외선 측정 디바이스들이 있다. 즉, CASIO 컴퓨터 회사에서 제조한 "CASIO UC-120 UV"를 들 수 있으며, 이는 Schott UG-11 및 광 다이오드와 동일한 재료로 구성된 흡수 필터를 포함한 광 어레이를 갖고 있다. 상기의 디바이스의 스펙트럼 특성은 디페이 표준에 적합하지 않으며, 태양 광선에 의해서 조도되는 디바이스는 UV-A에 적용하기에는 너무 감도가 높고, 또한 적은 버닝 파우워를 갖고 있다. 미국 특허 5,196,705에 감도를 측정하는 디바이스 및 자외선의 동작 상태를 기술하고 있다. 상기의 디바이스는 Schott UG-11와 발광 재료 및 광 다이오드와 동일한 재료로 구성된 흡수 필터를 포함하는 광 어레이로 구성되어 있으며, 스펙트럼 특성은 디페이 표준에 적합하지 않고, UV-B에 대한 감도와 비교하여 UV-A에 적용하기에는 너무 감도가 높다.
본 발명은 특히 태양 광선을 포함한 자외선을 변환하기 위한 광 어레이에 관한 것이다. 필터 전송의 스펙트럼 특성은 태양열에 대한 인간의 피부의 감도와 동일하다. 상기의 감도는 공지된 디페이 표준(Diffey Standard)에 의해서 표현되어 진다.
본 발명은 블록 다이아그램으로 표현되며, 여기서 도 1은 광 어레이의 버전 1의 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시한 본 발명의 또 다른 변형 예를 도시한 것이며, 도 3은 광 어레이의 버전 2의 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 광 어레이의 버전 3의 구조를 도시한 도면이며, 도 5는 디페이 표준 D(λ)과 비교하여 도 2에서의 광 어레이에 대한관계를 도시한 도면이며, 도 6은 디페이 표준 D()과 비교하여 도 3에서의 광 어레이에 대한관계를 도시한 도면이며, 도 7은 디페이 표준 D()과 비교하여 도 4에서의 광 어레이에 대한관계를 도시한 도면이다.
본 발명은 자외선을 변환하기 위한 광 어레이를 구비한 디바이스를 구성할 경우 및 디페이 표준과 동일한 전송 스펙트럼 특성을 갖는 디바이스를 구성할 때 발생되는 문제점을 해결하기 위한 것이다.
필터의 상대적인 내부 전송에 대한 정의식은 (1)식과 같다.
(1)
여기서,는 nm의 단위를 갖는 파장을,
는 파장에 대한 상대적인 내부 전송을,
는 파장에 대한 내부 전송을,
는 310nm의 파장에 대한에 대한 내부 전송을 나타낸다.
흡수 필터의 전체의 내부 전송은 각각의 연속적인 필터의 내부 전송의 곱과 동일하다.
또한, 필터의 상태 전송에 대한 정의식은 (2)식과 같다.
(2)
여기서,는 nm의 단위를 갖는 파장을,
는 파장에 대한 상대적인 내부 전송을,
는 파장에 대한 내부 전송을,
는 310nm의 파장에 대한 내부전송을 나타낸다.
또한, 디페이 스펙트럼 특성은 D()로 표기되어 지며, 여기서는 nm의 단위를 갖는 파장을 표시한다.
첫 번째 해결 방법에서는, 어레이는 가시광선 및 적외선 방사를 막기위한 흡수 필터 시스템과; 자외선 전송을 변경하거나 또는 가시광선 및 적외선을 방지하기 위한 간섭 필터 시스템과; 산란 요소와; 광선 빔을 구성하는 요소를 포함하여 구성된다. 간섭 필터는 높고 낮은 자외선 굴절 지표값을 갖는 물질 층으로 구성되어 있다. 본 발명에 따른 간섭 필터 시스템의 하나는 산화 하프늄 및 산화 지르코늄으로 구성된 층을 갖고 있다. 광 경로 내에 위치한 시준기는 광선 빔을 구성하고 있으며, 시준기는 광을 많이 흡수할 수 있는 표면을 갖을 수 있다. 광 경로의 시작 부분에는 산란기가 어레이의 비선형적인 특성을 얻기 위하여 위치되어 있으며 산란기는 PTFE로 구성될 수 있다.
두 번째 해결 방법에서는, 어레이는 부분적으로 UV-A을 방지하기 위한 흡수 필터의 제 1 시스템과; 가시광선 및 적외선을 방지하기 위한 흡수 필터의 제 2 시스템을 포함하여 구성되며, 또한 분산요소 및 간섭 필터를 포함하여 구성되어 질 수 있다. 흡수 필터의 제 1 시스템은 상대 내부 전송 Tr i()는= 290nm인 경우 0 ~ 0.2;= 300nm인 경우 0.34 ~ 0.7;= 320nm인 경우 0.5 ~ 0.8;= 330nm인 경우 0.04 ~ 0.36;= 340nm인 경우 10-3~ 0.1;= 350nm인 경우10-6~ 0.02;= 360nm인 경우 2*10-7~ 7*10-3;= 370nm인 경우 2*10-7~ 7*10-3;= 380nm인 경우 2*10-5~ 0.03;= 390nm인 경우 2*10-3~ 0.14까지의 범위를 갖는다. 흡수 필터의 제 1 시스템의 전체 광 두께는 0.5 ~ 2mm까지의 범위를 갖는다.
흡수 필터의 제 2 시스템은 상대 내부 전송 Tr i는= 2900nm인 경우 0 ~ 0.3;= 290nm인 경우 0 ~ 0.3;= 300nm인 경우 0.7 ~ 0.8;= 320nm인 경우 1.0 ~ 1.3;= 330nm인 경우 1.0 ~ 1.4;= 340nm인 경우 1.0 ~ 1.3;= 350nm인 경우 1.0 ~ 1.12;= 360nm인 경우 0.6 ~ 0.8;= 370nm인 경우 0.14 ~ 0.3;= 380nm인 경우 10-3~ 0.015;= 390nm인 경우 10-10~ 10-6까지의 범위를 갖는다. 흡수 필터의 제 1 시스템의 전체 광 두깨는 0.5 ~ 10mm까지의 범위를 갖는다.
광 경로의 초입에는 산란기가 어레이의 비선형적인 특성을 얻기 위하여 위치되어 있으며, 산란기는 PTFE로 구성되어 있다. 또한, 광 경로에는 가시광선 및 적외선을 방지하거나 또는 자외선 범위내에서 전송을 향상시키기 위한 부가적인 간섭 필터 시스템이 구성될 수 있다.
본 발명에서는 디페이 표준으로 표현되는 인간 피부의 감도에 따른 UV-A 및 UV-B 범위내의 스펙트럼 특성을 갖는 저가이면서 간단한 광 어레이를 구성한다. 산란기는 어레이의 비선형적인 특성을 보장하며, UV-A 및 UV-B에 대한 인간 피부의 감도의 또 다른 표준은 쉽게 적용되어질 수 있다.
버전 1의 설명
어레이는 광을 산란하는 산란기(1)와; 시준기(2)와; 흡수 필터 시스템을 구성하는 흡수 필터(3)와; 간섭 필터 시스템을 구성하는 간섭 필터군(4)을 포함하여 구성된다. 흡수 필터(3)는 자외선을 투과하는 재료와 가시광선 및 적외선을 방지하는 재료로 구성되어 있으며, 그 특성은 아래 표에 도시된 특성을 갖는 M1 재료를 갖는다.
예를 들면, 산란기(1)는 PTFE로 구성되어 있고, 흡수 필터(3)는 8mm 두께의 평평하고 평행한 판으로 구성되며, Schott UG-11과 동일한 M1 재료로 구성되어 있다. 흡수 필터(3)의 표면 위에 위치하는 간섭 필터군(4)은 산화 하프늄 또는 산화 지르코늄 또는 산화 규소의 38 층으로 구성된다.
산란기(1)는 어레이의 비선형적인 특성을 보증한다. 시준기(2)는 광선 빔으로 구성된다. 요구하는 스펙트럼 특성을 얻기 위해서는 광선 빔이 흡수 필터(3)와 간섭 필터군(4)을 순서대로 통과하여야 하여야 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 버전 1의 또 다른 변형 예에서는, 어레이는 광을 산란하는 산란기(5)와; 시준기(6)와; 흡수 필터 시스템을 구성하는 흡수 필터(7)와; 간섭 필터 시스템을 구성하는 제 1 간섭 필터군(8) 및 제 2 간섭 필터군(9)울 포함하여 구성된다. 흡수 필터(7)는 자외선을 투과하는 재료와 가시광선 및 적외선을 방지하는 재료로 구성되어 있으며, 그 특성은 아래 표에 도시된 특성을 갖는 M1 재료를 갖는다.
예를 들면, 산란기(5)는 PTFE로 구성되어 있고, 흡수 필터(7)는 8mm 두께의 평평하고 평행한 판으로 구성되며, Schott UG-11과 동일한 M1 재료로 구성되어 있다.제 1 간섭 필터군(8) 및 제 2 간섭 필터군(9)은 흡수 필터(7)의 표면 위에 위치하며, 산화 하프늄 또는 산화 지르코늄 또는 산화 규소의 62 층으로 구성된다.
산란기(5)는 어레이의 비선형적인 특성을 보증한다. 시준기(6)는 광선 빔으로 구성된다. 요구하는 스펙트럼 특성을 얻기 위해서는 광선 빔이 제 1 간섭 필터(8)와 흡수 필터(7)와 제 2 간섭 필터(9)를 순서대로 통과하여야 한다.
도 5에서, 어레이의특성은 점선으로 표기하고, 디페이 표준은 실선으로 표기된다. 도 5에서 도시된 바와 같이, 두 개의 곡선이 310 ~ 325mm 범위에서 서로 교차된다.
버전 2의 설명
어레이는 광을 산란하는 산란기(10)와; 제 1 흡수 필터 시스템을 구성하는 제 1 흡수 필터(11)와; 제 2 흡수 필터 시스템을 구성하는 제 2 흡수 필터(12)을 포함하여 구성된다. 제 1 흡수 필터(11)는 파장이 320 ~ 350mm 범위로 변화될 때 전송을 감소하기 위한 자외선을 투과하는 물질로 구성되어 있고, 제 2 흡수 필터(12)는 자외선을 투과하고, 가시광선 및 적외선을 방지하는 물질로 구성되어 있으며, 각각의 특성은 아래 표에 도시된 특성을 갖는 M2 및 M1 재료를 갖는다.
예를 들면, 산란기(10)은 PTFE로 구성되어 있고, 제 1 흡수 필터(11)는 1.5mm 두께의 평평하고 평행한 판으로 구성되며, Schott GG-19과 동일한 M2 재료로 구성되어 있으며, 제 2 흡수 필터(12)는 8mm 두께의 평평하고 평행한 판으로 구성되며, Schott UG-11과 동일한 M1 재료로 구성되어 있다.
산란기(10)는 어레이의 비선형적인 특성을 보증한다. 요구하는 스펙트럼 특성을 얻기 위해서는 광선 빔이 제 1 흡수 필터(11)와 제 2 흡수 필터(7)를 순서대로 통과하여야 한다.
도 6에서, 어레이의특성은 점선으로 표기하고, 디페이 표준은 실선으로 표기된다.
버전 3의 설명
어레이는 제 1 흡수 필터 시스템을 구성하는 제 1 흡수 필터(13)와; 제 2 흡수 필터 시스템을 구성하는 제 2 흡수 필터(14)와; 간섭 필터 시스템을 구성하는 제 1 간섭 필터군(15) 및 제 2 간섭 필터군(16)을 포함하여 구성된다. 제 1 흡수 필터(13)는 파장이 320 ~ 350mm 범위로 변화될 때 전송을 감소하기 위한 자외선을 투과하는 물질로 구성되어 있고, 제 2 흡수 필터(14)는 자외선을 투과하고, 가시광선 및 적외선을 방지하는 물질로 구성되어 있으며, 각각의 특성은 아래 표에 도시된 특성을 갖는 M2 및 M1 재료를 갖는다. 간섭 필터들은 가시광선 및 적외선을 방지하고, 자외선 내의 전송 특성을 향상시키기 위한 구조로 구성된다.
예를 들면, 제 1 흡수 필터(13)는 1.5mm 두께의 평평하고 평행한 판으로 구성되며, Schott GG-19과 동일한 M2 재료로 구성되어 있으며, 제 2 흡수 필터(14) 표면 위에 위치한 간섭 필터(15 내지 16)를 갖는 제 2 흡수 필터(14)는 Schott DUG-11 필터와 마찬가지로 Schott에 구성되어 진다.
요구하는 스펙트럼 특성을 얻기 위해서는 광선 빔이 제 1 흡수 필터(13)와 제 1 간섭 필터(15)와 제 2 흡수 필터(14)와 제 2 간섭 필터(16)를 순서대로 통과하여야 한다.
도 7에서, 어레이의특성은 점선으로 표기하고, 디페이 표준은 실선으로 표기된다.
상대 내부 전송 Tr i()에 대한 표
[nm] 290 300 310 320 330 340
8mm 두꼐의M1 유리 최소값 0 0.7 1 1.0 1.0 1.0
최대값 0.3 0.8 1 1.3 1.4 1.3
1.5mm 두께의M2 유리 최소값 0 0.34 1 0.5 0.04 10-3
최대값 0.2 0.7 1 0.8 0.36 0.1
[nm] 350 360 370 380 390
8mm 두께의M1 유리 최소값 1.0 0.6 0.14 10-3 10*10-3
최대값 1.12 0.8 0.3 0.015 10-6
1.5mm 두께의M2 유리 최소값 7*10-6 2*10-7 2*10-7 2*10-5 2*10-3
최대값 0.02 7*10-3 7*10-3 0.03 0.14
상기의 표에서의 데이터는 주어진 두께를 갖는 M1 및 M2를 구성하는 평평하고 평행한 판의 Tr i()특성을 나타낸 것이다.
Tr i()의 정확한 값은 구성 예제에서 나타낸다. 이러한 데이터들은 예시된 값이고, 본 발명이 그 값에 제한받지 않는 것은 명백하다.
구성 예제에서의 광 어레이는 태양 광선 내에 포함된 자외선에 대한 인간의 피부 감도와 동일한 스펙트럼 특성을 갖는다. 도 5은 디페이 표준 D()와 비교하여 도 2에서의 광 어레이에 대한차트를 도시한 것이며, 도 6은 디페이 표준 D()와 비교하여 도 3에서의 광 어레이에 대한차트를 도시한 것이며, 도 7은 디페이 표준 D(λ)와 비교하여 도 42에서의 광 어레이에 대한차트를 도시한 것이다.
상기의 특성과 디페이 표준과의 가장 큰 차이점은 태양 광선에 없는 UV-C와 태양의 자외선의 총 버닝 파우어와 비교하여 최소한의 버닝 파우어를 갖는 UV-A에 대한 것이다.

Claims (13)

  1. 가시광선 및 적외선을 방지하는 흡수 필터 시스템과; 자외선 범위내에서의 전송 특성을 향상시키고, 또는 가시광선 및 적외선을 방지하는 간섭 필터 시스템과; 산란 요소와; 광선 빔을 형성하는 요소로 구성되며, 디페이 표준에 따른 스펙트럼 특성을 갖는 특히 태양광선 내에 포함된 자외선, 가시광선 및 적외선을 변환하며, 간섭 필터는 높고 낮은 자외선 굴절 지표값을 갖는 물질 층으로 구성되고, 간섭 필터 시스템 (4),(8),(9) 내의 간섭 층은 산화 하프늄 및 산화 지르코늄으로 갖는 흡수 필터 시스템 (3), (7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 어레이.
  2. 제 1항에 있어서,
    310nm의 파장을 갖는 광의 제 2 흡수 필터 시스템의 내부 전송률에 의해서 나누어지는 주어진 파장에 대한 내부 전송률이= 290nm인 경우 0 ~ 0.3;= 300nm인 경우 0.7 ~0.8;= 340nm인 경우 1.0 ~1.3;= 350nm인 경우 1.0 ~ 1.12;= 360nm인 경우 0.6 ~0.8;= 370nm인 경우 0.14 ~0.3 ;= 380nm인 경우 10-3~0.0015;= 390nm인 경우 10-10~ 10-6까지의 범위를 갖는 흡수 필터 시스템(3),(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 어레이.
  3. 제 1항에 있어서,
    어레이의 비선형적인 특성을 얻기 위하여 광 경로의 시작부에 산란기(1),(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 어레이.
  4. 제 3 항에 있어서,
    산란기를 PTFE로 구성하는 것을 특징으로 하는 광 어레이.
  5. 제 1 항에 있어서,
    어레이를 통과하는 광 빔을 형성하는 광 경로에 위치하는 시준기 (2), (6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 어레이.
  6. UV-A 광을 부분적으로 방지하는 제 1 흡수 필터 시스템과; 가시광선 및 적외선을 방지하는 제 2 흡수 필터 시스템과; 선택적으로 산란 요소와 및 간섭 필터 시스템을 포함하며, 디페이 표준에 따른 스펙트럼 특성을 갖는 특히 태양광선 내에 포함된 자외선, 가시광선 및 적외선을 변환하는 광어레이. 310nm의 파장을 갖는 광의 제 2 흡수 필터 시스템의 내부 전송률에 의해서 나누어지는 제 1 흡수 필터 시스템의 내부 전송률이= 290nm인 경우 0 ~ 0.2;= 300nm인 경우 0.34 ~ 0.7;= 320nm인 경우 0.5 ~ 0.8;= 330nm인 경우 0.04 ~ 0.36;= 340nm인 경우 10-3~ 0.1;= 350nm인 경우 10-6~ 0.02;= 360nm인 경우 2*10-7~ 7*10-3;= 370nm인 경우 2*10-7~ 7*10-3;= 380nm인 경우 2*10-5~ 0.03;= 390nm인 경우 2*10-3~ 0.14까지의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 광 어레이.
  7. 제 6 항에 있어서,
    제 1 흡수 필터 시스템 (11), (13)의 전체 광 두께가 0.5 ~ 2mm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 광 어레이.
  8. 제 6 항에 있어서,
    310nm의 파장을 갖는 광의 제 2 흡수 필터 시스템의 내부 전송률에 의해서 나누어지는 주어진 파장에 대한 내부 전송률이= 290nm인 경우 0 ~ 0.3;= 300nm인 경우 0.7 ~ 0.8;= 320nm인 경우 1.0 ~ 1.3;= 330nm인 경우 1.0 ~ 1.4;= 340nm인 경우 1.0 ~ 1.3;= 350nm인 경우 1.0 ~ 1.12;= 360nm인 경우 0.6 ~ 0.8;= 370nm인 경우 0.14 ~ 0.3;= 380nm인 경우 10-3~ 0.015;= 390nm인 경우 10-10~ 10-6까지의 범위를 갖는 제 2 흡수 필터 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 어레이.
  9. 제 6 항에 있어서,
    제 2 흡수 필터 시스템(12), (14)의 전체 광 두께가 0.5 ~ 10mm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 광 어레이.
  10. 제 6 항에 있어서,
    어레이의 비선형적인 특성을 얻기 위하여 광 경로의 시작부에 산란기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 어레이.
  11. 제 10항에 있어서,
    산란기를 PTFE로 구성하는 것을 특징으로 하는 광 어레이.
  12. 제 6 항에 있어서,
    가시광선 및 적외선을 방지하고, 자외선 영역 내에서의 전송 특성을 향상시키기 위한 부가적인 간섭 필터(15), (16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 어레이.
  13. 제 12항에 있어서,
    간섭 필터 (15), (16)의 요소로서 산화 하프늄 및 산화 지르코늄으로 구성된 레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 어레이.
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