KR20100101305A - 적외선 파장 분할 영상 이미지를 이용한 분광기 - Google Patents
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Abstract
본원발명의 대기 중에 포함된 가스물질이 흡수하는 적외선 파장의 감소를 검출하여 가스물질을 검출하는 적외선 파장 분할 영상 이미지를 이용한 분광기에 관한 것으로서,
공기의 유입 및 유출을 위한 개구부가 형성되는 케이스와; 상기 케이스의 내측 단면에 설치되는 적외선광원과; 상기 적외선 광원을 파장 별로 굴절률에 따라 공간적으로 분할하는 파장분할부와; 상기 파장분할부에서 공간적으로 분할된 적외선을 입력받아 적외선 영상 이미지를 생성하는 적외선 영상촬상부;로 구성되어,
물질의 측정을 용이하게 함은 물론 한 번의 측정으로 다수의 물질을 동시에 측정할 수 있도록 하여 적외선에 의한 물질 측정을 신속-용이하고 편리하게 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
적외선, 진동 적외선, 파장 별 흡수, 적외선 영상촬상부, 적외선 영상이미지, 분광기
Description
본원발명의 대기 중에 포함된 가스물질이 흡수하는 적외선 파장의 감소를 검출하여 가스물질을 검출하는 적외선 파장 분할 영상 이미지를 이용한 분광기에 관한 것이다.
유기물이나 무기물에 무관하게 공유결합을 지닌 거의 모든 화합물은 전자기 스펙트럼의 적외선 영역에서 다양한 전자기 방사선 진동수를 흡수한다. 이때 모든 형태의 결합의 자연 진동의 진동수는 서로 다르게 나타나게 되므로 이러한 적외선 흡수 특성을 이용하여 대기 중에 포함되는 가스 물질을 분석하거나 화재시 발생하는 물질을 감지하는 것에 의해 화재경보를 출력하는 화재감지가 가능하게 된다.
이러한 적외선 흡수를 이용하여 물질을 식별하는 분광기 또는 화재감지기의 예로, 대한민국 공개특허공보 10-2009-93767호의 "확산식 적외선 가스센서 모듈"과 대한민국 공개특허공보 10-2009-93767호의 "흡입식 적외선 가스 센서 모듈"에는 확산 또는 흡입식에 의하여 하우징(housing) 내측에 특정 파장의 적외선만을 통과시키는 필터들이 전단에 배치된 기준센서(85)와 검출센서(86)를 배치하여, 기준센 서(85)와 검출센서(86) 각각에서 검출되는 특정 주파수 대역의 적외선 세기 감소를 이용하여 가스성분을 검출하고, 기준센서의 신호와 검출센서의 신호를 분석하여 농도를 검출하는 것이 개시되어 있다.
그러나 상술한 종래기술의 적외선 가스센서 모듈은 필터를 구비하는 것에 의해 특정 물질의 측정에 한정이 되므로, 여러 종류의 물질을 검출하고자 하는 경우에는 필터를 교체하는 작업을 수행하거나 또는 각각의 물질에 대응되는 특정 적외선 주파수 대역에 대한 검출을 수행하는 가스센서 모듈을 모두 구비해야 하는 문제점을 가진다.
또한, 상술한 종래기술의 가스센서 모듈은 적외선의 세기 값을 이용하여 가스 물질을 검출하게 되므로 세기 값의 연산을 위하여 검출되는 적외선의 세기 값을 전기 신호로 변환한 후 이를 디지털 신호로 변환하여 기준 데이터 값과 비교하는 신호처리를 수행하게 되므로 이러한 전기 신호의 처리를 위한 다수의 소자를 구비해야 하는 문제점을 가진다.
상술한 종래기술의 가스센서 모듈은 출력 값이 스펙트럼 그래프 등의 형태로 출력되므로 또한 상술한 문제에 더하여 전문지식을 가지지 않는 사용자의 경우에는 출력 데이터의 분석이 용이하지 않게 되는 문제점을 가진다.
따라서, 본원 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 적외선의 전 대역 파장을 이용하여 가스물질을 검출하도록 하는 것에 의해 여러 가지 가스물질을 한 번의 측정으로 검출할 수 있도록 하는 적외선 파장 분할 영상 이미지를 이용한 분광기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 적외선 파장 분할 영상 이미지를 이용한 분광기(이하, '적외선 분광기'라 함)는, 공기의 유입 및 유출을 위한 개구부가 형성되는 케이스와; 상기 케이스의 내측 단면에 설치되는 적외선광원과; 상기 개구부가 형성된 영역의 후단에서 상기 적외선 광원을 파장 별로 굴절률에 따라 공간적으로 분할하는 파장분할부와; 상기 파장분할부에서 공간적으로 분할된 적외선 신호를 검출하여 영상신호를 생성하는 적외선 영상촬상부;로 구성된다.
이때 상기 파장분할부와 적외선 영상촬상부의 이격 거리는 촬상된 적외선 영상 이미지의 화면 영역 내에 모든 대역의 적외선 파장이 조사될 수 있도록 그 거리가 조절되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 적외선 영상촬상부는 영상이미지의 식별력을 높이기 위하여 촬상된 적외선 영상이미지를 흑백이미지(Mono Image)로 출력하는 것이 또한 바람직하다.
또한, 본원 발명의 적외선 분광기는, 촬상된 적외선 영상에서 공간별로 분할되는 특정 파장을 가지는 적외선신호가 특정 영역에서 촬상되도록 하기 위하여 상기 파장분할부의 전단에는 입사되는 적외선 광원 선속의 단면이 적외선의 분해능 범위 내에서 최소가 되는 광선속 단면을 가지는 평행 광으로 변환시키는 평행광생성부;를 더 포함하여 구성된다.
또한, 본원 발명의 적외선 분광기는 촬상된 영상으로부터 가스물질의 검출 또는 화재 감지를 수행할 수 있도록 하기 위하여, 촬상 영상이미지에 대한 분석 기준 영상이미지, 촬상 영역별로 흡수되는 적외선 파장 정보와 해당 파장의 적외선을 흡수하는 물질정보 중 하나 이상의 정보를 저장하는 저장부와; 적외선 영상촬상부에서 촬상된 적외선 촬상 영상이미지와 상기 기준 영상이미지를 비교 분석하여 측정 물질 정보 또는 적외선 영상 이미지 중 하나 이상을 출력하는 영상분석부;를 더 포함하여 구성된다.
상술한 구성을 가지는 본원 발명의 적외선 분광기는 케이스 내측으로 유입되는 가스에 포함되는 물질들 별로 특정 파장의 적외선이 흡수되며, 이후 파장분할부에 의해 분할된 적외선 영상 이미지에서 흡수된 적외선 파장에 대응되는 위치의 영상 이미지가 어둡게 나타남과 동시에 해당 파장 영역의 적외선을 포함하는 물질 정보를 출력하여 줌으로써, 가스 내에 포함된 가스물질들을 사용자가 용이하게 식별할 수 있게 된다. 이때, 상술한 본원 발명은 그 분석 물질을 가스에 한정되는 것은 아니며 액체 물질에 대한 분석 또한 가능하다.
또한, 상술한 바와 같이 구성되는 본원 발명의 적외선 분광기는 영상분석부 가 일산화탄소, 이산화황, 염화수소 등에 의한 적외선 흡수 영상 이미지를 이용하여 화재 감지신호를 출력하도록 구성되는 경우 본원 발명의 적외선 분광기는 화재감재기로 이용될 수 있다.
상술한 구성을 가지는 본원 발명은 한 번의 측정으로 가스 내에 포함되어 적외선을 흡수하는 다수의 가스 물질을 일괄하여 측정할 수 있도록 하는 것에 의해 다수의 가스물질의 검출을 현저히 용이하게 하는 효과를 제공한다.
또한, 본원 발명은 가스물질의 검출을 위한 적외선 신호를 영상이미지로 출력하여 주는 것에 의해 전문 지식이 없는 사용자의 경우에는 용이하게 분광기를 사용하여 가스물질을 검출할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
이하, 본원 발명의 바람직한 일 실시 예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본원 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본원 발명의 일 실시 예에 따르는 적외선 분광기의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본원 발명의 일 실시 예에 따르는 적외선 분광기(100)는 외부의 공기 또는 검사 대상 물질의 주입을 위한 다수의 개구부(111)가 측면에 형성되는 관 형상의 케이스(110)의 내측에는, 케이스(110)의 내부 좌측면에 설치되어 적외선을 방출하는 적외선광원부(120)가 설치되고, 적외선광원부(120)의 우측에 적외선광원부(120)에서 방출되어 개구부(111)를 통해 유입된 가스에 포함되는 가스물질들 별로 특정 파장이 흡수된 적외선을 파장 별로 공간상에서 분리시키기 위하여 프리즘, 단일 또는 이중 슬릿, 다 개고 슬릿 등으로 형성되는 파장분할부(140)가 설치되며, 파장분할부(140)의 우측으로 케이스(110)의 내부 우측면에는 파장분할부(140)에서 파장에 따라 공간상으로 분리된 적외선을 입력받아서 적외선 영상 이미지, 바람직하게는 흑백 영상이미지를 생성하여 출력하는 적외선 촬상 소자들을 포함하는 적외선 영상촬상부(150)가 설치된다.
상기 적외선광원부(120)는 모든 대역의 파장을 적외선을 방출하도록 구성되는 것이 바람직하나, 진동 적외선 영역(vibrational infrared)(2.5μm와 25μm)의 적외선을 방출하도록 구성될 수도 있으며, 케이스(110)의 내측 면은 적외선의 원활한 전파를 위하여 전파 반사 물질이 도포 되는 것이 바람직하다.
상술한 적외선 분광기(100)의 파장분할부(140)와 적외선 영상촬상부(150)의 이격 거리(a)는 모든 파장의 적외선이 적외선 영상촬상부(150)의 영상촬상 영역 내에 조사될 수 있도록 하는 조건으로 결정된다.
상기 분광기(100)의 케이스(110) 내측 중 파장분할부(140)의 전단에는 파장분할부(140)에 의해 분할된 각각의 파장 별 적외선이 적외선 영상촬상부(150)의 촬상 영역의 특정 위치에 조사되는 것을 보장하기 위하여 적외선의 선속 단면을 적외선의 분해능이 허용되는 범위 내에서 가능한 한 최소화시키는 평행광생성부(130)가 구비된다. 이러한 목적을 위하여 구비되는 평행광생성부(130)는 단일 렌즈로 구성되거나, 내측에 다수의 렌즈가 배열되는 구조로 구현되어 초점거리의 조절, 집광 및 확광 과정을 반복 수행하는 것에 의해 원하는 선속 단면을 가지는 평행 적외선 빔을 생성하여 파장분할부(140)로 출력한다.
파장분할부(140)로 출력된 평행 적외선 빔은 파장분할부(140)에 의해 파장 별로 분할되어 영상촬상부(150)로 입력된다. 영상촬상부(150)는 파장 별로 분할된 적외선 빔에 반응하여 바코드와 같은 다수의 수평 띠를 형성하는 적외선 영상 이미지를 생성한다. 이때, 적외선 영상 이미지에 대한 적확한 분석을 위해서 분석에 필요한 분해능의 확보가 중요하다. 이러한 이유로 영상촬상부(150)는 가능한 최대의 고화소의 영상촬상용 센서가 적용되는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 바와 같이 구성되는 케이스(110)의 외부에는 적외선 영상촬상부(150)에서 출력되는 영상신호를 입력받아서 분석하여 흡수된 파장에 대응되는 물질 정보를 생성하여 출력하는 영상분석부(160)와; 영상분석부(160)에서 적외선 촬상 영상이미지에 대한 분석 기준 영상이미지, 또는 촬상 영역별로 흡수되는 적외선 파장 정보와 해당 파장의 적외선을 흡수하는 물질정보를 저장하는 저장부(161)와; 영상분석부(160)의 출력 영상을 표시하는 표시부(170);가 구비되어 촬상된 적외선 영상으로부터 가스 검출 정보를 분석하여 출력한다.
상술한 구성을 가지는 본원 발명의 적외선 분광기는 개구부(111)를 통해 케이스(110)의 내측으로 유입되는 가스가 유입되면, 가스 내에 포함되는 물질에 따라 특정 파장의 적외선이 흡수되어 그 세기가 감소된다. 도 2는 물질별로 흡수되는 적외선 파장의 예를 나타내는 도면으로서, O-H, C-H, N-H 결합이 4000cm-1 ~ 2500cm-1 의 주파수 범위의 적외선을 흡수하고, C≡C, C≡N 등이 2500cm-1 ~ 2000cm-1의 주파수 범위의 적외선을 흡수하며, C-O 등이 1550cm-1 ~ 650cm-1의 주파수 범위의 적외선을 흡수하는 것을 알 수 있다. 즉, 저장부(161)에는 적외선 파장 별 흡수 물질 적외선 영상촬상부(150)의 촬상 영역의 위치별 적외선 파장 정보, 바코드 형태의 검색을 수행하기 위한 각 물질별 적외선 영상이미지를 저장하게 된다.
상술한 바와 같이 가스 내에 포함된 물질에 의해 특정 파장 영역이 감소된 적외선은 적외선 영상이미지의 특정 위치에서 항상 동일한 주파수를 가지는 적외선 영상을 얻는 것을 보장하기 위하여 평행광생성부(130)로 유입되어 선속의 단면이 축소된 평행광으로 변환되어 파장분할기(14)로 조사된다.
이 후 파장분할기(140)는 입사된 적외선을 파장 별로 굴절시켜 공간적으로 분할한 후 적외선 영상촬상부(150)로 입력하고, 적외선 영상촬상부(150)는 파장에 따라 공간적으로 분할되어 다수의 띠 형상을 가지는 적외선 영상이미지를 생성하여 영상분석부(160)로 출력한다. 이때 영상이미지는 흑백 영상인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 생성된 적외선 영상 이미지는 기 지정된 위치별로 특정 물질에 대응되는 특정 파장의 적외선에 의한 영상이 표시되므로, 촬상된 적외선 영상 이미지에서 각 파장에 대응되는 위치별로 밝기 변화를 분석하는 것에 의해 가스 내에 포함된 적외선 흡수 물질들을 한 번의 측정으로 검출할 수 있게 한다. 이를 위하여 적외선 영상촬상부(150)에서 생성된 적외선 영상 이미지는 영상분석부(160)로 입력되며, 영상분석부(160)는 적외선 흡수 물질이 포함되지 않은 대기 중에서 촬영 된 기준 영상이미지를 저장부로부터 출력한 후 이를 비교하여 세기가 감소된 적외선을 검출하고, 그에 대응되는 물질 정보를 검출하여 표시부(170)로 출력하는 것에 의해 사용자가 대기 중에 포함되는 물질들을 용이하게 검출할 수 있도록 한다.
또한, 출력되는 적외선 영상이미지는 바코드와 같은 띠 형상을 가지므로 여러 가지 가스 또는 액체 물질들에 대한 적외선 영상 이미지를 생성하여 각각의 물질에 대한 적외선 흡수 영상 이미지 데이터를 데이터베이스로 구축하는 경우 바코드로부터 정보를 읽어들이는 것과 같은 방식으로 적외선 촬상 영상을 읽어 들인 후 이를 저장된 영상이미지와 비교 분석하는 것에 의해 해당 적외선 촬상 영상을 생성시킨 대기 또는 액체 중에 포함된 물질을 실시간으로 확인할 수 있도록 구성될 수도 있다.
또한, 상술한 구성 및 동작을 수행하는 적외선 분광기(100)는 영상분석부(160)가 CO 등의 화재 연소에서 발생하는 유독가스에 의해 흡수되는 특정 파장의 적외선을 검출하여 이 값이 특정 세기 이하로 되는 경우 화재로 인식하여 화재 경보를 출력하도록 구성되는 경우 본원 발명의 분광기는 화재감지기로 동작할 수 있게 된다.
도 1은 본원 발명의 일 실시 예에 따르는 적외선 분광기의 단면도,
도 2는 물질별로 흡수되는 적외선 파장의 예를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *
100: 적외선 분광기, 110: 케이스, 111: 개구부, 120: 적외선광원
130: 평행광생성부, 140: 파장분할부, 150: 영상촬상부, 160: 영상분석부
161: 저장부, 170: 표시부
Claims (5)
- 공기의 유입 및 유출을 위한 개구부가 형성되는 케이스와;상기 케이스의 내측 단면에 설치되는 적외선광원과;상기 적외선 광원을 파장 별로 분할하는 파장분할부와;상기 파장분할부에서 분할된 적외선을 입력받아 적외선 영상 이미지를 생성하는 적외선 영상촬상부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 파장 분할 영상 이미지를 이용한 분광기.
- 청구항 1에 있어서, 상기 적외선 영상촬상부는 흑백 영상 이미지를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 파장 분할 영상 이미지를 이용한 분광기.
- 청구항 1에 있어서, 상기 파장분할부의 전단에 입사되는 적외선 광원 선속의 단면이 분해능의 범위 내에서 최소가 되는 평행광으로 변환시키는 평행광생성부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 파장 분할 영상 이미지를 이용한 분광기.
- 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,촬상 영상이미지에 대한 분석 기준 영상이미지, 촬상 영역별로 흡수되는 적외선 파장 정보와 해당 파장의 적외선을 흡수하는 물질정보 중 하나 이상의 정보를 저장하는 저장부와;상기 적외선 영상촬상부에서 촬상된 적외선 촬상 영상이미지와 상기 기준 영상이미지를 비교 분석하여 측정 물질 정보 또는 적외선 영상 이미지 중 하나 이상을 출력하는 영상분석부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 파장 분할 영상 이미지를 이용한 분광기.
- 청구항 4에 있어서, 상기 영상분석부는, 화재시 발생하는 유독가스가 흡수하는 적외선 파장이 기준 값 이상으로 감소하는 경우 화재 감지신호를 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 파장 분할 영상 이미지를 이용한 분광기.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090019722A KR20100101305A (ko) | 2009-03-09 | 2009-03-09 | 적외선 파장 분할 영상 이미지를 이용한 분광기 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020090019722A KR20100101305A (ko) | 2009-03-09 | 2009-03-09 | 적외선 파장 분할 영상 이미지를 이용한 분광기 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100101305A true KR20100101305A (ko) | 2010-09-17 |
Family
ID=43006847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020090019722A KR20100101305A (ko) | 2009-03-09 | 2009-03-09 | 적외선 파장 분할 영상 이미지를 이용한 분광기 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20100101305A (ko) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101507416B1 (ko) * | 2012-12-07 | 2015-04-07 | (주)희스테크 | 가스 측정 장치 및 방법 |
| KR20200121631A (ko) * | 2019-04-16 | 2020-10-26 | 연세대학교 산학협력단 | 초박막 렌즈를 이용한 멀티 가스 센서의 제조방법 |
| KR20210117919A (ko) * | 2020-03-20 | 2021-09-29 | 주식회사 파이퀀트 | 유해성분 측정 장치 및 이를 이용한 유해성분 분석 시스템 |
| KR20220055263A (ko) * | 2020-10-26 | 2022-05-03 | 한국생산기술연구원 | 미세 입자의 정성 및 정량 분석 장치 |
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| KR20220103084A (ko) * | 2020-03-20 | 2022-07-21 | 주식회사 파이퀀트 | 유해성분 측정 장치 및 이를 이용한 유해성분 분석 시스템 |
-
2009
- 2009-03-09 KR KR1020090019722A patent/KR20100101305A/ko not_active Application Discontinuation
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