KR20020006136A - 복사온도계의 광학장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구성부품을 복수개의 단위로 모듈화 하여 문제가 발생하거나 측온대역이 변경되는 경우 해당모듈만을 수리하거나 교체하면 되므로 정비성, 경제성, 활용성이 향상되는 복사온도계의 광학장치를 제공한다. 그 광학장치는 측정대상물체로부터 발생되는 복사에너지를 처리하기 위한 신호처리 회로부(10)를 구비하는 본체 케이스(12); 상기 본체 케이스(12)에 장착되며, 측정대상물로부터 발산된 복사에너지를 수광하기 위한 대물렌즈 모듈(14); 상기 본체 케이스(12)에 내설되고 상기 대물렌즈 모듈(14)에 접속되며, 상기 복사에너지를 분광 및 집광하기 위한 분광 및 집광 렌즈 모듈(16); 및 상기 본체 케이스(12)에 내설되고 상기 분광 및 집광 렌즈 모듈(16)에 접속되며, 상기 복사에너지를 여과 및 검출하여 상기 신호처리 회로부(10)로 송신하기 위한 광 필터링 및 검출 모듈(18)로 구성된다.
Description
본 발명은 복사온도계의 광학장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구성요소들을 소단위 광학계로 모듈화 하여 정비성, 경제성 및 활용성을 향상시킨 복사온도계 광학장치에 관한 것이다.
일반적으로, 제한적이진 않지만 철강공정, 소재산업, 유리, 도자기, 반도체, 타이어 등의 제조 공정, 발전설비 등 다양한 분야에서는 그 공정 또는 설비의 특성상 온도를 직접적으로 측정할 수 없다. 즉, 고온의 측정물체, 움직이는 측정물체, 빠른 응답성을 요구하는 측정환경, 접근 불가능한 측정환경 등에서는 접촉식 온도 측정법을 이용하여 온도를 측정하는 것은 불가능하다. 이와 같이 측정 대상물에 직접적으로 온도를 측정할 수 없는 경우에는 대부분 복사온도계를 이용하여 온도를 측정하고 있다.
따라서, 복사온도계에 관련된 기술에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 특히 그 복사온도계의 광학장치와 관련된 기술은 다양한 산업현장에서 중요하게 응용될 수 있으므로 이에 대한 연구 및 기술개발이 활발하게 진행되고 있는 추세에 있다.
한편, 종래의 기존의 복사온도계의 본체 광학장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 광학 구성부품이 단일의 동일한 케이스 내에 일체화되어 있다. 즉, 본체 광학장치는 보호유리(1a)에 의해 보호되는 대물렌즈(1)와, 대물렌즈로부터 입사되는 상을 조절하기 위한 고정조리개(2) 및 가동조리개(3)와, 조리개를 통과한 상을 분광시키기 위한 분광판(4)과, 분광판(4)으로부터 분광된 상을 조절하는 소자조리개(5)와, 소자조리개로부터의 상을 필터링하기 위한 필터(6)와, 조준마크(7)와, 측정자가 감시하기 위한 접안렌즈(8)가 하나의 모듈로서 일체형으로 구성되어 있다. 물론, 이 같은 구성요소들로 구성된 광학계는 광검출소자(9a), 증폭회로(9b), 신호전송회로(9c) 및 출력단자로 구성되는 검출회로에 연결된다.
그러나, 전술된 바와 같이 각각의 구성요소가 단일의 케이스내에 일체형을 이루는 종래의 광학장치는 여러 문제점이 있는 것으로 나타났다. 즉, 광학장치의 일부를 구성하는 단위부품에만 이상이 발생한 경우에도 그 단위부품만을 개별적으로 수리하거나 교체하는 것이 불가능하므로, 복사온도계의 광학장치를 포함하는 본체를 전부 교체해야 하기 때문에 복사온도계 정비 및 수리에 비용이 과도하게 소요되는 문제점이 있다.
또한, 이와 같이 본체를 전체적으로 교체하게 되면 실제로 고장이 나지 않거나 재사용 가능한 단위부품을 폐기하게 되어 낭비의 요인이 됨은 물론 환경에 악영향을 미치는 문제점이 있다.
한편, 본체를 교체하지 않고 수리를 하는 경우에도 제조업자 및 수리업자가 모두 국외에 위치하고 있으므로 복사온도계를 운송해야 하는 불편함이 있으며, 비용의 과도한 소요는 물론 수리기간이 과도하게 소요되는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 복사온도계 본체를 구성하는 광학장치의 광학부품을 상호 분리 가능한 소단위의 모듈로 형성하여 각 단위의 모듈별로 수리 및 교체가 가능한 복사온도계의 광학장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 측온대역에 따라 해당되는 단위모듈을 선택적으로 용이하고 신속하게 교체할 수 있어 복사온도계의 활용성이 증대되는 복사온도계의 광학장치를 제공하는데 있다.
제 1 도 종래의 복사온도계의 광학장치의 전체 구성도
제 2 도 본 발명에 따른 복사온도계의 광학장치 전체 구성도
제 3 도 본 발명에 따른 광학장치의 온도계 대물렌즈 모듈 구성도
제 4 도 본 발명에 따른 광학장치의 광분광 및 집광렌즈 모듈 구성도
제 5 도 본 발명에 따른 광 필터링 및 검출 모듈 구성도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 광검출 신호처리 회로부 12: 본체 케이스
14: 대물렌즈 모듈 16: 분광 및 집광렌즈 모듈
18: 광 필터링 및 검출 모듈 20: 본체 덮개
22: 대물렌즈 24: 대물렌즈 홀더
26: 조리개 28: 보호유리
30: 고정덮개 36: 분광판
42: 집광렌즈 48: 광 검출기
이 같은 목적들은 물체의 온도를 원거리에서 측정할 수 있는 복사온도계의 광학장치에 있어서, 측정대상물체로부터 발생되는 복사에너지를 처리하기 위한 신호처리 회로부를 구비하는 본체 케이스; 상기 본체 케이스에 장착되며, 측정대상물로부터 발산된 복사에너지를 수광하기 위한 대물렌즈 모듈; 상기 본체 케이스에 내설되고 상기 대물렌즈 모듈에 접속되며, 상기 복사에너지를 분광 및 집광하기 위한 분광 및 집광 렌즈 모듈; 및 상기 본체 케이스에 내설되고 상기 분광 및 집광 렌즈 모듈에 접속되며, 상기 복사에너지를 여과 및 검출하여 상기 신호처리 회로부로 송신하기 위한 광 필터링 및 검출 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 복사온도계의 광학장치 에 의해 달성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 복사온도계 광학장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
참고로, 본 발명에 따른 복사온도계의 광학장치를 포함하는 복사온도계의 본체부는 측정물체로부터 방사되는 복사에너지를 측정하여 전기적인 신호로 변환시켜 복사온도계의 신호처리 장치인 메인 콘트롤러로 전송하는 역할을 하는 장치이다. 본체부는 복사에너지를 수광하기 위한 광학계와 수광된 복사에너지를 검출하여 전기적인 형태의 신호로 변환하는 광검출기(photo-detector)로 구성된 광학장치와,광학장치를 통해서 수광된 복사에너지의 전기적인 신호를 증폭시키고, 증폭된 신호를 디지털신호로 변환시키고, 인터페이스 등의 신호처리 역할을 하는 광검출 신호처리 회로부로 나누어진다
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 복사온도계의 광학장치를 구성하는 구성부품들은, 광검출 신호처리 회로부(10)를 구비하는 본체 케이스(12)에 각각 모듈화되어 설치된다. 즉, 광학장치는 크게 대물렌즈 모듈(14), 분광 및 집광렌즈 모듈(16) 및 광 필터링 및 검출 모듈(18)로 구성되며, 각각의 모듈들은 신호처리 회로부(10)와 함께 본체 케이스(12)에 설치된다.
대물렌즈 모듈(14)은 도 3에 도시된 바와 같이, 본체 덮개(20)와, 대물렌즈(22)와, 대물렌즈 홀더(24), 조리개(26)와, 보호유리(28)와, 보호유리 고정덮개(30)로 구성된다. 여기서, 본체 덮개(20)는 보호유리(26)의 공학홀더 역할을 함과 동시에 본체부에 광학장치를 최종적으로 고정하는 역할을 한다. 대물렌즈(22)는 측정물체에서 방사되는 복사에너지를 수광하여 광검출기로 집광하는 역할을 하며 일반적으로 측정 파장대역에서 복사에너지 투과효율을 높이기 위해서 렌즈 양표면은 반사방지코팅(anti-reflection coating)처리 되는 것이 바람직하다. 그리고, 대물렌즈 홀더(Holder)(24)는 대물렌즈(22)를 고정하는 역할을 하며, 조리개(aperture stop)(26)는 대물렌즈(22)의 후면에 위치하여 대물렌즈(22)를 통해 수광되는 복사에너지의 양을 조절하는 역할을 하며 조리개 구경과 조리개 위치를 적절하게 조절함으로써 수광되는 복사에너지의 입체각(solid angle)의 크기를 조절할 수 있도록 구성되는 바, 이때 입체각의 크기는 수광되는 복사에너지의 양과직접 관련이 있다. 또한, 보호유리(28)는 대물렌즈(22)의 전면에 위치하여 그 대물렌즈(22)가 외부와 직접 접촉하는 것을 차단하여 외부의 분위기 또는 환경에 의해 렌즈면이 오염되는 것을 방지하기 위한 역할을 하며, 외부에 의해 오염되었을 경우에 분해하여 교체 또는 세척의 방법을 통해서 렌즈를 정비할 수 있도록 착탈가능하게 형성된다. 보호유리 고정덮개(30)는 본체덮개(20)와 일체로 결합되어서 보호유리(28)를 고정하는 역할을 한다.
분광 및 집광렌즈 모듈(16)은 도 4에 도시된 바와 같이, 분광 및 집광렌즈 모듈 케이스(32)와, 광축 조정용 다이오드 레이저(34)와, 분광판(beam splitter)(36), 분광판 홀더(holder)(38)와, 소자 조리개(field stop)(40)와, 집광렌즈(42)로 구성된다. 여기서, 케이스(32)는 원통형 또는 하우징형으로 형성되어 대물렌즈 모듈(14)에 접속되도록 형성된다. 광축 조정용 다이오드 레이저(34)는 복사온도계가 측정할 물체의 측정지점을 정확하게 지시하는 역할을 하며, 광축 조정용으로 사용될 수 있다. 그리고, 분광판(36)은 약 45°각도로 경사지게 설치되며, 수광된 복사에너지를 두 개의 파장대역으로 분리하는 역할을 하는 것으로서, 기준파장을 중심으로 장파장과 단파장을 반사 및 투과하는 방식으로 파장 대역을 분리한다. 또한, 분광판 홀더(38)는 분광판(23)을 보지하는 역할을 하며, 소자 조리개(field stop)(40)는 실제로 측정물체의 상(image)이 결상되는 지점인 초점면의 크기를 제한하기 위한 것으로서, 소자 조리개의 크기는 복사온도계의 표적크기(field of view)를 결정하는 요소로 작용한다. 또한, 집광렌즈(42)는 대물렌즈(22)에 의해 수광된 복사에너지를 상세히 후술되는 광 필터링 및 검출모듈(18)의 광검출기(photo detector)에 집광시키는 역할을 수행한다.
광 필터링 및 검출부 모듈(18)은 도 5에 도시된 바와 같이, 광검출 회로부 모듈 케이스(44), 광학필터(optical filter)(46) 및 광 검출기(48)로 구성된다. 여기서 광검출 회로부 모듈 케이스(44)는 광학필터(46)와 광 검출기(48)를 고정하는 역할을 수행하는 케이스이다. 그리고, 광학필터(46)는 집광렌즈(42)를 통해 광검출기(48)에 집광되는 복사에너지를 소정의 파장대역의 빛으로 필터링 하는 역할을 한다. 또한, 광검출기(33)는 대물렌즈또는 별도의 집광렌즈를 통해 집광된 복사 에너지를 검출하여 광학적인 신호를 전기적인 신호로 변환해주는 역할을 한다.
결국 본 발명에 따른 복사온도계의 광학장치는 3개의 단위모듈로 구분하여 설계 제작하여 구성함으로써 복사온도계의 구성부품의 교체 및 정비가 용이하게 되는 것이다. 즉, 모듈화된 유닛으로 구성된 광학장치는 정비 또는 교체의 필요성이 있는 모듈에 대해 선택적으로 교체 또는 정비를 행할 수 있으므로 복사온도계의 본체부 전체를 교체 또는 정비할 필요가 없는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 광학장치의 작용모드에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 측정자가 복사온도계의 광학장치를 온도를 측정할 물체를 조준하거나 향하게 하면 그 측정물체에서 방사되는 복사에너지는 대물렌즈(22)를 통해 수광되어 투과된다. 이와 같이 투과된 광은 대물렌즈(22)의 후면에 위치하는 조리개(26)로 입사된다. 이때, 조리개(26)의 구경과 위치를 적절하게 조절하여 수광되는 복사에너지의 양 및 입체각(solid angle)을 조절할 수 있다. 조리개(26)에 의해 조절된 복사에너지는 분광판(36)으로 입사되는 바, 여기서 복사에너지는 두 개의 파장대역, 즉, 기준파장을 중심으로 하여 장파장과 단파장으로 분리된다. 이와 같이 분리된 파장을 갖는 복사에너지는 소자 조리개(40)를 지나 집광렌즈(42)를 통해 광 필터링 및 검출 모듈(18)로 집광된다. 집광렌즈(42)를 통한 복사에너지는 광학필터(46)에서 소정의 파장대역의 빛으로 필터링 된 후 광검출기(33)로 입사되어 전기적인 신호로 변환된다. 물론, 이후에는 전기적인 신호가 신호처리 회로부 모듈(12)로 입력되어 처리됨으로써 측정자는 물체의 온도를 측정할 수 있는 것이다.
한편, 전술된 바와 같이 복사온도계의 광학장치를 이용하여 대상물체의 온도를 측정하는 중에 광학장치가 고장나거나, 수리 또는 교체를 요하는 경우에는, 작업자는 광학장치를 분해한 후 해당부분, 즉, 해당모듈만을 분리하여 수리하거나 교체하면 되므로 수리 또는 교체가 신속하고 용이하다. 또한, 측온대역이 변경되는 경우에도 해당되는 단위모듈만을 선택적으로 용이하고 신속하게 교체할 수 있는 것이다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 복사온도계 광학장치에 의하면, 광학장치를 몇 개의 단위로 모듈화 함으로써 광학장치에 문제가 발생할 경우 해당되는 모듈만을 수리하거나 교체하면 되므로 이를 신속하게 행할 수 있으며 또한 비용을 최소화 할 수 있으므로 정비성 및 경제성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 측온대역, 측온파장 등이 다른 복사온도계에서도 해당되는 단위 모듈만을 선택적으로 교체하여 사용할 수 있으므로 호환성 및 활용성이 증대되는 장점이 있다.
Claims (4)
- 물체의 온도를 원거리에서 측정할 수 있는 복사온도계의 광학장치에 있어서,측정대상물체로부터 발생되는 복사에너지를 처리하기 위한 신호처리 회로부(10)를 구비하는 본체 케이스(12);상기 본체 케이스(12)에 장착되며, 측정대상물로부터 발산된 복사에너지를 수광하기 위한 대물렌즈 모듈(14);상기 본체 케이스(12)에 내설되고 상기 대물렌즈 모듈(14)에 접속되며, 상기 복사에너지를 분광 및 집광하기 위한 분광 및 집광 렌즈 모듈(16); 및상기 본체 케이스(12)에 내설되고 상기 분광 및 집광 렌즈 모듈(16)에 접속되며, 상기 복사에너지를 여과 및 검출하여 상기 신호처리 회로부 (10)로 송신하기 위한 광 필터링 및 검출 모듈(18);을 포함하는 것을 특징으로 하는 복사온도계의 광학장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 대물렌즈 모듈(14)은 광학장치를 복사온도계의 본체부에 고정시키기 위한 본체 덮개(20)와, 측정물체에서 방사되는 복사에너지를 수광하기 위한 대물렌즈(22)와, 상기 대물렌즈(22)를 상기 덮개(20)에 고정시키기 위한 대물렌즈 홀더(holder)(24)와, 상기 대물렌즈(22)의 후면에 위치하며 상기 대물렌즈(22)를 통해 수광되는 복사에너지의 양 및 입체각을 조절하기 위한 조리개(26)와, 상기 대물렌즈(22)의 전면에 위치하며 상기 대물렌즈(22)를 외부로부터 보호하기 위한 보호유리(28)와, 상기 보호유리(28)를 본체덮개(20)와 일체로 결합시키기 위한 보호유리 고정덮개(30)로 구성되는 것을 특징으로 하는 복사온도계의 광학장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 분광 및 집광렌즈 모듈(16)은 상기 본체 케이스(12)에 내설되는 케이스(32)와, 복사온도계가 측정할 측정대상물의 측정지점을 조준하기 광축 조정용 다이오드 레이저(34)와, 수광된 복사에너지를 기준파장을 중심으로 장파장과 단파장으로 분리하기 위한 분광판(beam splitter)(36)과, 상기 분광판(36)을 케이스(32)에 고정시키기 위한 분광판 홀더(Holder)(38)와, 측정물체의 상(image)이 결상되는 지점인 초점면의 크기를 제한하기 위한 소자 조리개(field stop)(40)와, 대물렌즈(22)에 의해 수광된 복사에너지를 광 필터링 및 검출 모듈(18)로 집광시키기 위한 집광렌즈(42)로 구성되는 것을 특징으로 하는 복사온도계의 광학장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 광 필터링 및 검출부 모듈(18)은 상기 본체 케이스(12)에 내설되는 광검출 회로부 모듈 케이스(44)와, 상기 케이스(44)에 내장되며 상기 집광렌즈(42)를 통과한 복사에너지를 소정의 파장대역의 빛으로 필터링하기 위한 광학필터(46)와, 상기 집광렌즈(42)를 통해 집광된 복사 에너지를 검출하여 광학적인 신호를 전기적인 신호로 변환해주기 위한 광검출기(48)로 구성되는 것을 특징으로 하는 복사온도계의 광학장치.
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| KR100681693B1 (ko) * | 2005-10-21 | 2007-02-09 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 방사온도 계측기용 광학적 외란차단 시스템 및 방법 |
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