KR20130082482A - 광 도파관 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비분산 적외선(Non-Dispersive InfraRed; NDIR) 방식의 가스 센서에서 가스 분자의 광 흡수율을 높이기 위해 제작되는 광 도파관에 관한 것이다. 광 도파관은 통상 공동의 형태로 제작되기 때문에 광 공동(Optical Cavity)이라고도 한다. 본 발명에 따른 광도파관은, 광원, 광검출기, 광도파관 및 전자회로를 포함하여 구성되는 비분산 적외선 가스 센서를 위한 광도파관에 있어서, 상기 광도파관 내에서의 광경로는 상기 광도파관을 구성하는 복수의 광반사경에 의해 결정되며, 상기 복수의 광반사경은 서로 평행하는 광축을 가지며 서로 마주보는 2개의 포물경을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광 도파관 {Optical wave guide}
본 발명은 비분산 적외선(Non-Dispersive InfraRed; NDIR) 방식의 가스 센서에서 가스 분자의 광 흡수율을 높이기 위해 제작되는 광 도파관에 관한 것이다. 광 도파관은 통상 공동의 형태로 제작되기 때문에 광 공동(Optical Cavity)이라고도 한다.
비분산 적외선 방식의 가스 센서는 가스 분자가 특정 파장의 광을 흡수하는 특성을 이용하여 가스 농도에 따른 광 흡수율을 측정하여 이를 전기적 신호(예컨대, 전압)로 나타내고 이를 다시 가스 농도로 환산하는 방식으로 가스 농도를 측정한다.
비분산 적외선 가스 센서의 물리적 특성 및 효율성은 가스 분자의 광 흡수율을 높이는 것이 주요 기술적 관건이 되며, 비분산 적외선 가스 센서의 물리적 특성은 비어 램버트 법칙(Beer-Lambert Law)에 의해 해석된다. 비분산 적외선 가스 센서의 개념을 도시한 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에서, 광원(10)에서 방출된 광은 가스 분자(20)를 거쳐 광검출기(30)에 도달한다. 방출된 광은 진행 중에 가스 분자(20)에 의해 일부 흡수되며 흡수되는 광량(즉, 광의 세기)은 가스 분자의 농도에 비례한다. 따라서, 광검출기에 도달하는 광량은 가스 분자의 농도에 반비례하게 된다.
광원(10)에서 방출되는 초기 광량을 Io, 광검출기(30)에 도달하는 광량을 I, 광원(10)에서 방출된 광이 광검출기(30)에 도달하기까지 진행하는 거리인 광경로의 길이를 L, 가스 분자의 농도를 X 라 하면, 비어 램버트 법칙에 따라 가스 농도 X와 광검출기(30)에서 측정되는 측정 광량 I의 상관관계는 수학식(1)로 주어진다.
Figure pat00001
단, a는 각 가스 분자의 광흡수율, 광원의 광방출 스펙트럼, 광검출기의 광감지 스펙트럼 등에 의해 결정되는 상수 값 (주: 비분산 적외선 가스 센서의 분석에서 통상 고정 값으로 설정되는 값)이다.
수학식(1)은 비분산 적외선 가스 센서의 특성에 관한 기본 함수인 동시에, 비분산 적외선 가스 센서를 교정하기 위한 기준 함수이다.
감도가 우수한 특성을 가진 비분산 적외선 가스 센서를 얻기 위해서는 가스 농도 X의 작은 변화에도 측정 광량 I의 변화량이 커야 한다. 즉, 수학식(1)에서 Io, a, L 값이 커야 한다. 그러나 Io 값은 광원 자체의 물리적 성질로서 광원의 선택에 따른 값이며, a는 상수이므로, 결국 L 값이 큰 광도파관을 설계하는 것이 비분산 적외선 가스 센서의 특성 향상에 가장 큰 과제로 된다.
이를 위해 비분산 적외선 가스 센서의 설계자들은 광을 반사시킬 수 있는 거울 또는 광반사면들을 기하학적으로 배치하여 광원(10)에서 방출된 광이 손실 없이 가능한 긴 광경로를 거쳐서 광검출기(30)에 도달하도록 광도파관을 설계한다. 특히, 제한된 성능을 가진 광부품들을 이용하여 효율적이면서도 한정된 크기의 비분산 적외선 가스 센서를 제작하기 위해서는 효율적 구조의 광도파관 설계가 비분산 적외선 가스 센서 설계의 핵심이 된다.
도 2는 종래기술에 따른 통상적인 광도파관의 구조를 도시하고 있다.
광도파관의 특성을 극대화하기 위해서는 광원에서 방출된 광이 모두 동일한 광경로의 길이 L을 가지는 것이 바람직하다. 그러나 도 2에 도시된 바와 같은 종래기술상의 통상적인 광도파관(40)은 광원(10)에서 방출된 광이 여러 방향으로 방출되어 광도파관(40)의 반사면에 의해 반사되면서 L1, L2, L3 등과 같은 다양한 광경로를 거쳐 광검출기(30)에 도달하며, 이때 각 광경로의 길이는 서로 달라지게 된다.
도 2의 광도파관(40)의 경우, 수학식(1)에서 광경로의 길이 L 값을 상수로 고정할 수 없게 되므로 결국 측정 광량 I와 가스 농도 X의 상관관계가 복잡하게 되며, 이에 따라 가스 센서를 교정학 위한 교정함수도 복잡하게 된다. 교정 함수의 복잡화는 비분산 적외선 가스 센서의 제작에 상당한 곤란과 비용의 증가를 초래한다.
비분산 적외선 가스 센서 제작의 최종 단계에서 실시하는 '교정'은 가스 농도 X와 광흡수율 또는 측정 광량 I의 상관관계를 도출하는 작업이다. 교정을 위한 기준 함수는 비어 램버트 법칙에 따른 수학식(1)로 주어진다.
하나의 광도파관(40) 내에서 광경로의 길이(L1, L2, L3, ...)가 서로 달라지게 되면 수학식(1)을 기준 함수로 이용하더라도 오차가 발생하게 되며, 이러한 결과를 도 3에서 보여주고 있다.
도 3은 다수의 광경로를 갖는 광도파관을 적용하여 제작한 비분산 적외선 이산화탄소 센서에 대해, 비어 램버트 법칙에 따른 수학식(1)로 설정된 교정 기준 함수(실선)와 표준가스의 농도 측정값(점선)을 도시한 것으로서, 실제 측정된 농도 값이 교정 기준 함수와 일치하지 않는다. 이는 교정 기준 함수 수학식(1)을 이용하여 가스 센서를 교정할 경우 가스 센서의 정확도가 낮아지게 됨을 의미한다.
이 때문에 가스 센서의 교정시에 교정 기준 함수 수학식(10을 이용하지 못하고, 이에 따라 종래에는 각 가스 센서에 대해 표준 가스를 이용하여 교정 데이터 테이블을 생성하여 제공하였으며, 결국 가스 센서의 교정 과정이 복잡하고 시간과 비용이 많이 소모되면서도 교정에 대한 이론적 근거를 제시하지도 못하는 문제점이 존재하였다.
미국등록특허공보 제6194735호 (등록일 2001.02.27)
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 광원에서 여러 방향으로 방출된 광이 방향에 관계없이 일정한 광경로의 길이 L이 되는 특성을 가진 광도파관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 광도파관의 구조를 결정하는 최소한의 변수 값(p, q, l)을 선택함에 의해 일정한 광경로의 길이 L을 설정할 수 있어서 설계와 제조가 용이한 광도파관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 일정한 광경로의 길이 L을 갖는 구조의 광도파관을 채택하여 광효율성이 우수한 비분산 적외선 가스 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 일정한 광경로의 길이 L을 가진 광도파관을 적용함으로써 비어 램버트 법칙에 따른 수학식(1)을 기반으로 간단하고 정확한 교정이 가능한 비분산 적외선 가스 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 비어 램버트 법칙에 따른 단일의 교정 기준 함수를 이용하여 간단하고 정확하게 비분산 적외선 가스 센서를 교정하는 교정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 간단하고 정확한 비분산 적외선 가스 센서의 교정 방법을 통해 비분산 적외선 가스 센서 설계, 교정 및 제조 공정상의 단순화, 정확화 및 비용절감을 도모하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광도파관은, 광원, 광검출기, 광도파관 및 전자회로를 포함하여 구성되는 비분산 적외선 가스 센서를 위한 광도파관에 있어서, 상기 광도파관 내에서의 광경로는 상기 광도파관을 구성하는 복수의 광반사경에 의해 결정되며, 상기 복수의 광반사경은 서로 평행하는 광축을 가지며 서로 마주보는 2개의 포물경을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원으로부터 방출되어 상기 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이는 항상 일정한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광경로의 길이는 상기 2개의 포물경의 광축 간의 거리와 무관하게 일정한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 2개의 포물경 중 제1 포물경의 초점거리를 p, 제2 포물경의 초점거리를 q, 상기 제1 포물경의 초점 F1의 광축 좌표값과 상기 제2 포물경의 초점 F2의 광축 좌표값의 차이를 l이라 할 때, 상기 제1 포물경의 초점에 위치한 상기 광원으로부터 방출되어 상기 제2 포물경의 초점에 위치한 상기 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이 L은, L = 2(p + q) + l 로 일정한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 포물경 초점 F1이 원점(0,0)에 위치하고, 상기 제2 포물경의 초점 F2가 제 1, 2, 3, 4 사분면 중 어느 하나의 사분면 상의 점(l,h)에 위치할 때, 상기 2개의 포물경 제1 포물경의 초점거리를 p, 제2 포물경의 초점거리를 q라 하면, 상기 광원으로부터 방출되어 상기 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이 L은, L = 2(p+q) + |l| , (단, |l|은 l의 절대값)인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양에 따른 광도파관은, 광원, 광검출기, 광도파관 및 전자회로를 포함하여 구성되는 비분산 적외선 가스 센서를 위한 광도파관에 있어서, 상기 광도파관 내에서의 광경로는 상기 광도파관을 구성하는 복수의 광반사경에 의해 결정되며, 상기 복수의 광반사경은 서로 평행하는 광축을 가지며 서로 마주보는 적어도 2개의 포물경을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 포물경은 제1 포물경, 제2 포물경 및 제3 포물경이며, 상기 제2 포물경과 상기 제2포물경은 상기 제1 포물경의 광축에 평행하는 광축을 가지며 상기 제1 포물경과 마주보는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 포물경과 상기 제3 포물경은 상기 제1 포물경의 광축을 기준으로 상호 대칭 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 포물경의 초점거리를 p, 상기 제2 포물경 및 상기 제2 포물경의 초점거리를 q, 상기 제1 포물경의 초점 F1의 광축 좌표값과 상기 제2 포물경의 초점 F2 또는 상기 제3 포물경의 초점 F3의 광축 좌표값의 차이를 l이라 할 때, 상기 제1 포물경의 초점 F1에 위치한 상기 광원으로부터 방출되어 상기 제2 포물경의 초점 F2 및 상기 제3 포물경의 초점 F3에 위치한 각각의 상기 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이 L은, L = 2(p + q) + l 로 일정한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 포물경과 제3 포물경은 상기 제1 포물경의 광축을 기준으로 상대 비대칭 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 포물경의 초점거리를 p, 상기 제2 포물경의 초점거리를 q2, 상기 제3 포물경의 초점거리를 q3, 상기 제1 포물경의 초점 F1의 광축 좌표값과 상기 제2 포물경의 초점 F2의 광축 좌표값의 차이를 l2, 상기 제1 포물경의 초점 F1의 광축 좌표값과 상기 제3 포물경의 초점 F3의 광축 좌표값의 차이를 l3라 할 때, 상기 제1 포물경의 초점 F1에 위치한 상기 광원으로부터 방출되어 상기 제2 포물경의 초점 F2에 위치한 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이 L2은, L2 = 2(p + q2) + l2 으로 일정하며, 상기 제1 포물경의 초점 F1에 위치한 상기 광원으로부터 방출되어 상기 제3 포물경의 초점 F3에 위치한 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이 L3는, L3 = 2(p + q3) + l3 으로 일정한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 광원에서 여러 방향으로 방출된 광이 방향에 관계없이 일정한 광경로의 길이 L이 되는 특성을 가진 광도파관이 제공된다.
본 발명에 따르면, 광도파관의 구조를 결정하는 최소한의 변수 값(p, q, l)을 선택함에 의해 일정한 광경로의 길이 L을 설정할 수 있어서 설계와 제조가 용이한 광도파관이 제공된다.
본 발명에 따르면, 일정한 광경로의 길이 L을 갖는 구조의 광도파관을 채택하여 광효율성이 우수한 비분산 적외선 가스 센서가 제공된다.
본 발명에 따르면, 일정한 광경로의 길이 L을 가진 광도파관을 적용함으로써 비어 램버트 법칙에 따른 수학식(1)을 기반으로 간단하고 정확한 교정이 가능한 비분산 적외선 가스 센서가 제공된다.
본 발명에 따르면, 비어 램버트 법칙에 따른 단일의 교정 기준 함수를 이용하여 간단하고 정확하게 비분산 적외선 가스 센서를 교정하는 교정 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 간단하고 정확한 비분산 적외선 가스 센서의 교정 방법을 통해 비분산 적외선 가스 센서 설계, 교정 및 제조 공정상의 단순화, 정확화 및 비용절감을 도모할 수 있다.
도 1은 비분산 적외선 가스 센서의 개념을 도시한 개념도이다.
도 2는 종래기술에 따른 통상적인 광도파관의 구조도이다.
도 3은 다수의 광경로를 갖는 광도파관을 적용하여 제작한 비분산 적외선 이산화탄소 센서에 대해, 비어 램버트 법칙에 따른 수학식(1)로 설정된 교정 기준 함수(실선)와 표준가스의 농도 측정값(점선)을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광도파관의 개념도이다.
도 5, 6, 7은 본 발명의 각기 다른 실시예에 따라 초점의 위치가 서로 상이한 광도파관의 변형도이다.
도 8, 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 2개의 광경로를 구비한 광도파관의 개념도이다.
이하, 첨부도면에 도시된 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광도파관의 개념도이다.
도 4의 광도파관은 서로 평행하는 광축을 가지며 마주보는 2개의 포물경을 기본 구성으로 한다. 제1 포물경(100)의 초점 F1에 놓인 광원(미도시)에서 방출된 광이 여러 방향으로 분산된 광경로를 따라 진행하여 제2 포물경(200)의 초점 F2에 놓인 광검출기(미도시)에 수렴되는 구성이 도시되어 있다.
제1 포물경(100)과 제2 포물경(200)은 도 4에 도시된 좌표계에서 아래의 수학식(2), 수학식(3)으로 각각 표시된다.
Figure pat00002
Figure pat00003
제1 포물경은 X축을 광축으로 하고 초점 F1이 원점(0,0)에 놓인 포물경이며, 제2 포물경은 제1 포물경의 광축인 X축에 평행한 광축 X1을 가지며 초점 F2가 좌표계의 1사분면 상의 점(l,h)에 위치하여 제1 포물경과 마주보는 형태이다.
광원은 제1 포물경(100)의 초점 F1(0,0)에 위치하며 광검출기는 제2 포물경(200)의 초점 F2(l, h)에 위치한다.
포물경의 원리에 따라, 제1 포물경(100)의 경우, 초점 F1을 지나는 광이 제1 포물경(100)에서 반사되면 제1 포물경(100)의 광축인 X축과 평행하게 진행한다. 동일한 포물경의 원리에 따라, 제2 포물경(200)의 경우에는, 제2 포물경의 광축인 X1축과 평행하게 입사한 광이 제2 포물경(200)에서 반사되면 제2 포물경의 초점 F2 를 통과하도록 진행한다.
따라서, 제1 포물경의 초점 F1(0,0)에 놓인 광원에서 방출된 모든 광은 제1 포물경(100)에 반사되어 X축과 평행하게 진행한 후 다시 제2 포물경(200)에서 반사되어 제2 포물경의 초점 F2(l,h)에 놓인 광검출기에 수렴한다.
여기서, 광원에서 방출된 광의 방향에 관계없이 모든 광은 일정한 광경로의 길이 L을 갖는다. 광원에서 방출된 임의의 광의 경로를 F1→A→B→F2 라 하면, 점 F1과 점 A 사이의 거리 L1, 점 A와 점 B 사이의 거리 L2, 점 B와 점 F2 사이의 거리 L3 및 광경로의 길이 L은 수학식(4) 내지 수학식(7)을 이용하여 구할 수 있다.
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
여기서, p, q, l은 모두 광도파관의 설계자에 의해 설정가능한 상수이다.
광경로의 길이 L은 임의의 점 A(a1, b1), B(a2, b2)의 위치와 무관하다. 이때, 광원에서 방출된 광이 광검출기에 도달하기까지의 광경로의 길이는 광의 방출 방향에 무관하게 L = 2 (p + q) + l 로 일정하다.
정리하면, 각기 초점 거리 p 와 q 를 가지며(이때, p = q 및 p ≠ q 를 모두 포함함), 상호 평행하는 광축을 가지며, 서로 마주보는 형태의 두 포물경에 있어서, 한 포물경의 초점에 놓인 광원에서 다른 포물경의 초점에 놓인 광검출기까지의 광경로의 길이 L 는 두 포물경의 각 초점의 광축 좌표값의 차이 l 에 의해 하며, 두 포물경의 광축 간의 거리 h 에는 무관하다.
한편, 제1 포물경 초점 F1이 원점(0,0)에 위치하고, 제2 포물경의 초점 F2가 제 1, 2, 3, 4 사분면 중 어느 하나의 사분면 상의 점(l,h)에 위치할 때, 상기 2개의 포물경 제1 포물경의 초점거리를 p, 제2 포물경의 초점거리를 q라 하면, 상기 광원으로부터 방출되어 상기 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이 L은, L = 2(p+q) + |l| 으로 결정되며, 광경로의 길이 L 는 두 포물경의 각 초점의 광축 좌표값의 차이 |l| 에 의해 하며, 두 포물경의 광축 간의 거리 |h| 에는 무관하다. 이때, 단, |l| 및 |h| 는 각각 l 과 h 의 크기 또는 절대값이다.
도 5, 6, 7은 본 발명의 각기 다른 실시예에 따라 초점의 위치가 서로 상이한 광도파관의 변형도이다.
도 5, 6, 7의 광도파관은 초점의 위치 및 초점 간의 거리가 서로 상이하지만, 평행하는 광축을 가지며 마주보는 2개의 포물경을 기본 구성으로 하는 점이 공통적이다. 따라서, 제1 포물경(110, 120, 130)의 초점 F1에 놓인 광원(미도시)에서 방출된 광은 여러 방향으로 분산된 광경로를 따라 진행하여 제2 포물경(210, 220, 230)의 초점 F2에 놓인 광검출기(미도시)에 수렴되며, 각 광경로의 길이는 일정하다. 도 5, 6, 7과 같은 변형된 실시예를 통해 다양한 형태의 광도파관을 설계할 수 있다.
도 6의 경우, 도 5에 비해 서로 마주보는 두 포물경의 형태는 동일하고 초점들의 광축 좌표값의 차이인 l 의 크기가 큰 경우이므로, 도 6의 광도파관의 광경로의 길이가 도 5의 경우보다 크다.
그러나, 도 7의 경우, 도 5에 비해 서로 마주보는 두 포물경의 형태와 초점들의 광축 좌표값의 차이인 l 의 크기가 동일하고, 다만 광축간의 거리 h 의 크기가 큰 경우이므로, 도 7의 광도파관의 광경로의 길이는 도 5의 경우와 동일하다.
도 8, 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 2개의 광경로를 구비한 광도파관의 개념도이다.
도 8은 제1 포물경(140)과 평행하는 광축을 가지며 제1 포물경(140)과 마주보며, 제1 포물경(140)의 광축을 기준으로 상호 대칭 구조를 갖는 제2 포물경(240)과 제3 포물경(340)을 구비한 광도파관이다. 제2 포물경(240)과 제3 포물경(340)이 상호 대칭 구조이므로, 광도파관 내에서 모든 광경로의 길이는 동일하다.
즉, 제1 포물경(140)의 초점거리를 p, 제2 포물경(240) 및 제3 포물경(340)의 초점거리를 q, 제1 포물경(140)의 초점 F1의 광축 좌표값과 제2 포물경(240)의 초점 F2 또는 제3 포물경(340)의 초점 F3의 광축 좌표값의 차이를 l이라 할 때, 제1 포물경(140)의 초점 F1에 위치한 광원으로부터 방출되어 제2 포물경(240)의 초점 F2 및 제3 포물경(340)의 초점 F3에 위치한 각각의 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이 L은, L = 2(p + q) + l 로 일정하며, 광축 간의 거리 h 에는 무관하다.
도 9는 제1 포물경(150)의 광축을 기준으로 반대 방향에 위치하되 상호 비대칭 구조를 갖는 제2 포물경(250)과 제3 포물경(350)을 구비한 광도파관을 도시하고 있다. 제2 포물경(250)과 제3 포물경(350)이 상호 비대칭 구조이므로, 제2 포물경(250)에서 반사되는 광과 제3 포물경(350)에서 반사되는 광의 광경로의 길이는 상이하다.
제1 포물경(150)의 초점거리를 p, 제2 포물경(250)의 초점거리를 q2, 제3 포물경(350)의 초점거리를 q3, 제1 포물경(150)의 초점 F1의 광축 좌표값과 제2 포물경(250)의 초점 F2의 광축 좌표값의 차이를 l2, 제1 포물경(150)의 초점 F1의 광축 좌표값과 제3 포물경(350)의 초점 F3의 광축 좌표값의 차이를 l3라 할 때, 제1 포물경(150)의 초점 F1에 위치한 광원으로부터 방출되어 제2 포물경(250)의 초점 F2에 위치한 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이 L2 는, L2 = 2(p + q2) + l2 으로 일정하며, 제1 포물경(150)의 초점 F1에 위치한 광원으로부터 방출되어 제3 포물경(350)의 초점 F3에 위치한 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이 L3 는, L3 = 2(p + q3) + l3 으로 일정하다.
도 8, 9의 광도파관의 경우, 제2, 제3의 포물경(240, 250, 340, 350)이 제1 포물경(140, 150)의 광축에 평행하는 광축을 가지며 제1 포물경(140, 150)과 마주보는 포물경이라는 기본 구성은 공통적이다.
이상, 본 발명의 여러 실시예를 통해 본 발명의 특징을 상세하게 설명하였으나 본 발명에 의해 주어지는 권리의 범위가 상기 실시예들에 한정되어서는 아니되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 첨부된 특허청구범위에 의해 주어지는 본 발명의 내에서 다양한 변형과 개량을 수행할 수 있을 것이며, 본 발명의 권리범위는 그러한 다양한 변형과 개량에도 미치는 것으로 해석되어야 한다.
100, 110, 120, 130, 140, 150: 제1 포물경
200, 210, 220, 230, 240, 250: 제2 포물경
340, 350: 제3 포물경

Claims (11)

  1. 광원, 광검출기, 광도파관 및 전자회로를 포함하여 구성되는 비분산 적외선 가스 센서를 위한 광도파관에 있어서,
    상기 광도파관 내에서의 광경로는 상기 광도파관을 구성하는 복수의 광반사경에 의해 결정되며, 상기 복수의 광반사경은 서로 평행하는 광축을 가지며 서로 마주보는 2개의 포물경을 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파관.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 방출되어 상기 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이는 항상 일정한 것을 특징으로 하는 광도파관.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광경로의 길이는 상기 2개의 포물경의 광축 간의 거리와 무관하게 일정한 것을 특징으로 하는 광도파관.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 2개의 포물경 중 제1 포물경의 초점거리를 p, 제2 포물경의 초점거리를 q, 상기 제1 포물경의 초점 F1의 광축 좌표값과 상기 제2 포물경의 초점 F2의 광축 좌표값의 차이를 l이라 할 때, 상기 제1 포물경의 초점에 위치한 상기 광원으로부터 방출되어 상기 제2 포물경의 초점에 위치한 상기 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이 L은, L = 2(p + q) + l 로 일정한 것을 특징으로 하는 광도파관.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 포물경 초점 F1이 원점(0,0)에 위치하고, 상기 제2 포물경의 초점 F2가 제 1, 2, 3, 4 사분면 중 어느 하나의 사분면 상의 점(l,h)에 위치할 때, 상기 2개의 포물경 제1 포물경의 초점거리를 p, 제2 포물경의 초점거리를 q라 하면, 상기 광원으로부터 방출되어 상기 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이 L은, L = 2(p+q) + |l| , (단, |l|은 l의 절대값)인 것을 특징으로 하는 광도파관.
  6. 광원, 광검출기, 광도파관 및 전자회로를 포함하여 구성되는 비분산 적외선 가스 센서를 위한 광도파관에 있어서,
    상기 광도파관 내에서의 광경로는 상기 광도파관을 구성하는 복수의 광반사경에 의해 결정되며, 상기 복수의 광반사경은 서로 평행하는 광축을 가지며 서로 마주보는 적어도 2개의 포물경을 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파관.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 포물경은 제1 포물경, 제2 포물경 및 제3 포물경이며, 상기 제2 포물경과 상기 제2포물경은 상기 제1 포물경의 광축에 평행하는 광축을 가지며 상기 제1 포물경과 마주보는 것을 특징으로 하는 광도파관.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 포물경과 상기 제3 포물경은 상기 제1 포물경의 광축을 기준으로 상호 대칭 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 광도파관.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 포물경의 초점거리를 p, 상기 제2 포물경 및 상기 제2 포물경의 초점거리를 q, 상기 제1 포물경의 초점 F1의 광축 좌표값과 상기 제2 포물경의 초점 F2 또는 상기 제3 포물경의 초점 F3의 광축 좌표값의 차이를 l이라 할 때, 상기 제1 포물경의 초점 F1에 위치한 상기 광원으로부터 방출되어 상기 제2 포물경의 초점 F2 및 상기 제3 포물경의 초점 F3에 위치한 각각의 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이 L은, L = 2(p + q) + l 로 일정한 것을 특징으로 하는 광도파관.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 포물경(240)과 제3 포물경(340)은 상기 제1 포물경의 광축을 기준으로 상대 비대칭 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 광도파관.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 포물경의 초점거리를 p, 상기 제2 포물경의 초점거리를 q2, 상기 제3 포물경의 초점거리를 q3, 상기 제1 포물경의 초점 F1의 광축 좌표값과 상기 제2 포물경의 초점 F2의 광축 좌표값의 차이를 l2, 상기 제1 포물경의 초점 F1의 광축 좌표값과 상기 제3 포물경의 초점 F3의 광축 좌표값의 차이를 l3라 할 때, 상기 제1 포물경의 초점 F1에 위치한 상기 광원으로부터 방출되어 상기 제2 포물경의 초점 F2에 위치한 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이 L2 는, L2 = 2(p + q2) + l2 으로 일정하며, 상기 제1 포물경의 초점 F1에 위치한 상기 광원으로부터 방출되어 상기 제3 포물경의 초점 F3에 위치한 광검출기에 도달하는 모든 광의 광경로의 길이 L3 는, L3 = 2(p + q3) + l3 으로 일정한 것을 특징으로 하는 광도파관.
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