KR20180079713A - 입자 센싱 장치 - Google Patents

입자 센싱 장치

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KR20180079713A
KR20180079713A KR1020170000241A KR20170000241A KR20180079713A KR 20180079713 A KR20180079713 A KR 20180079713A KR 1020170000241 A KR1020170000241 A KR 1020170000241A KR 20170000241 A KR20170000241 A KR 20170000241A KR 20180079713 A KR20180079713 A KR 20180079713A
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시 예에 의한 입자 센싱 장치는 광을 방출하는 발광부와, 발광부 아래에서 발광부의 광축과 수직하게 배치되며, 입자를 포함하는 공기가 유동하는 유로부와, 유로부 아래에서 광축에 배치되며, 유로부를 통과한 광이 입사되는 수광부 및 수광부 아래에서 광축에 배치되며, 수광부를 통과한 광을 흡수하는 광흡수부를 포함한다.

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.
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.
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 광 흡수부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 유로부는 상기 공기가 유입되는 유로 입구부; 상기 공기가 유출되는 유로 출구부; 상기 발광부와 상기 수광부 사이 및 상기 유로 입구부와 상기 유로 출구부 사이에서 상기 광축에 위치하며, 상기 발광부에서 방출된 광이 상기 입자에 의해 산란되는 산란부; 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 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로 상기 제1 유로 중간부의 단면적은 상기 산란부에 접근할수록 감소하는 부분을 포함하고, 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로 상기 제2 유로 중간부의 단면적은 상기 산란부로부터 멀어질수록 증가하는 부분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로, 상기 제1 유로 중간부의 단면적은 상기 산란부에 접근할수록 감소한 후 증가하고, 상기 제2 유로 중간부의 단면적은 상기 산란부로부터 멀어질수록 감소한 후 증가할 수 있다.
예를 들어, 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로, 상기 유로 입구부, 상기 유로 출구부, 상기 제1 및 제2 유로 중간부 및 상기 산란부 각각의 단면적은 서로 동일할 수 있다.
예를 들어, 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로, 상기 유로 입구부 및 상기 유로 출구부 각각의 단면적은 상기 산란부의 단면적보다 클 수 있다.
예를 들어, 입자 센싱 장치는, 상기 공기가 유동하는 방향으로 상기 유로부에 인접하여 배치되어, 상기 공기의 유동을 유도하는 팬을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 팬은 상기 유출구에 인접하여 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 발광부는 광원부; 및 상기 광원부로부터 방출된 광을 상기 산란부를 향해 출사하며 상기 광축에 배치된 제1 개구부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 발광부는 상기 광원부와 상기 제1 개구부 사이에서 상기 광축에 배치되며, 상기 광원부에서 방출된 광을 상기 제1 개구부로 집광시키는 렌즈부를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 렌즈부는 상기 광원부로부터 방출된 광을 평행광으로 변환시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 개구부로부터 출사된 광은 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로 상기 산란부에서 광 커튼을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 개구부는 상기 광원부로부터 방출되는 광의 발광 각도에 대응하는 면적을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 유로부의 단면적은 상기 제1 개구부의 면적보다 작을 수 있다.
예를 들어, 상기 유로부의 단면적은 상기 제1 개구부로부터 출사되는 광의 빔 사이즈보다 작을 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 개구부의 면적은 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로 제2 개구부의 단면적 보다 크고, 상기 제2 개구부는 상기 제1 또는 제2 유로 중간부가 상기 산란부와 연통하는 개구 영역에 해당하거나, 또는, 상기 제1 또는 제2 유로 중간부에서 가장 작은 단면적을 갖는 개구 영역에 해당할 수 있다.
예를 들어, 상기 광원부는 405 ㎚ 내지 660 ㎚ 또는 850 ㎚ 내지 940 ㎚ 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.
예를 들어, 상기 수광부는 투광성 부재; 및 상기 산란부에서 상기 입자에 의해 산란된 광을 센싱하는 광 감지부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 수광부는 상기 산란된 광을 상기 광 감지부로 가이드하는 광 가이드부를 더 포함하고, 상기 광 감지부와 상기 광 가이드부는 상기 투광성 부재의 서로 다른 면 상에서 상기 광축 주변에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 광 감지부는 상기 광축에 위치하며 투광성을 갖는 중앙부; 및 상기 중앙부의 주변에 배치되고, 상기 산란된 광을 센싱하는 포토 다이오드를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 포토 다이오드는 동일 평면상에서 서로 이격되어 배치된 복수의 감지 세그먼트를 포함할 수 있다. 상기 복수의 감지 세그먼트는 서로 등간격 또는 서로 다른 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 감지 세그먼트는 0.01 ㎜ 내지 1 ㎜ 예를 들어, 0.1 ㎜ 내지 0.5 ㎜ 바람직하게는 0.15 ㎜ 내지 0.25 ㎜의 간격으로 이격될 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 감지 세그먼트는 서로 동일한 또는 서로 다른 평면적을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 감지 세그먼트는 평면상에서 대칭 또는 비대칭으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 포토 다이오드의 평면 형상은 원형 고리 형상, 다각형 고리 형상, 또는 타원형 고리 형상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 중앙부는 상기 광 흡수부의 광입구를 덮을 수 있다.
예를 들어, 상기 포토 다이오드는 380 ㎚ 내지 1100 ㎚ 파장범위의 광을 센싱할 수 있다.
예를 들어, 상기 입자 센싱 장치는, 상기 산란부와 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 산란된 광의 전체량의 20% 내지 80%가 상기 제3 개구부를 통해 입사될 수 있다.
예를 들어, 상기 산란된 광 중에서 상기 광축을 기준으로 좌우 12° 내지 30°의 범위에 있는 광이 상기 제3 개구부를 통해 입사될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 개구부와 상기 제3 개구부의 면적은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 개구부의 면적은 상기 제3 개구부의 면적보다 클 수 있다.
예를 들어, 원형 평면 형상을 갖는 상기 제3 개구부의 직경은 1 ㎜ 내지 12 ㎜일 수 있다.
예를 들어, 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로 상기 유입구 및 상기 유출구 각각의 단면적은 상기 제1 개구부의 면적보다 크고 상기 제2 개구부의 단면적보다 클 수 있다. 또는, 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로 상기 제1 경로 및 상기 제2 경로 각각의 가장 넓은 단면적은 상기 제1 개구부의 면적보다 크고 상기 제2 개구부의 단면적보다 클 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 내측 격벽은 상기 제4 개구부를 정의하는 내측부; 및 상기 내측부로부터 연장되어 상기 외측 격벽과 함께 상기 제5 개구부를 정의하는 외측부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 개구부의 폭은 상기 외측부의 폭보다 클 수 있다.
예를 들어, 상기 광 흡수부는 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. 상기 돌출부는 상기 광입구로 갈수록 좁은 폭을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 입자 센싱 장치는 상기 수광부에 입사된 광의 전기적 신호를 이용하여 상기 입자의 개수, 농도, 크기 또는 형상 중 적어도 하나를 분석하는 정보 분석부를 더 포함할 수 있다. 상기 정보 분석부는 상기 복수의 감지 세그먼트에서 센싱된 결과의 상대적 크기를 이용하여 상기 입자의 형상을 예측할 수 있다.
예를 들어, 상기 정보 분석부는 상기 수광부에서 입사된 전기적 신호를 증폭하는 증폭부; 및 상기 증폭부에서 증폭된 아날로그 신호와 펄스 폭 변조 기준 신호를 비교하고, 비교된 결과를 이용하여 상기 입자의 개수, 농도, 크기 또는 형상 중 적어도 하나를 분석하는 제어부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 입자 센싱 장치는, 상기 수광부에서 입사된 전류 형태의 신호를 전압 형태의 신호로 변환하고, 변환된 결과를 상기 전기적 신호로서 출력하는 신호 변환부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 입자 센싱 장치는, 상기 발광부와 상기 수광부와 상기 광 흡수부를 수용하며 상기 유로부를 내부에 갖는 하우징을 더 포함할 수 있다. 상기 하우징은 상기 발광부를 수용하는 탑부; 상기 수광부와 상기 광 흡수부를 수용하는 버텀부; 및 상기 유로부 및 상기 팬을 수용하는 중간부를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 입자 센싱 장치는 센싱되는 산란 광의 강도가 증가하여 개선된 입자의 센싱 능력을 갖고, 1 ㎛ 이하, 예를 들어 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 설계를 용이하게 하며, 메인 빔으로 인한 산란광 검출 저하의 문제를 개선할 수 있고, 입자의 개수를 카운팅할 수 있고, 산란광의 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 1은 실시 예에 의한 입자 센싱 장치의 개념을 설명하기 위한 개략적인 블럭도이다.
도 2는 입자에 의해 산란된 산란광의 예시적인 프로파일을 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 일 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 유로부를 설명하기 위해, 'A1' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 다른 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 유로부를 설명하기 위해 'A2' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 또 다른 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 8은 도 7에 도시된 유로부를 설명하기 위해 'A3' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 9는 도 3에 도시된 'B' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 광 감지부의 일 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 11은 도 9에 도시된 광 감지부의 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 12는 도 9에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 13은 도 9에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 14는 도 9에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 15는 도 9에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 16은 도 9에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 17은 도 9에 도시된 광 감지부의 또 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 18a 및 도 18b는 복수의 감지 세그먼트를 이용하여 입자의 형상을 예측함을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 또 다른 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 20은 도 19에 도시된 입자 센싱 장치의 측면도를 나타낸다.
도 21은 도 19에 도시된 입자 센싱 장치의 상측 사시도를 나타낸다.
도 22는 도 19에 도시된 입자 센싱 장치의 좌측 사시도를 나타낸다.
도 23은 도 19에 도시된 I-I'선을 따라 절개한 평면도를 나타낸다.
도 24는 도 19에 도시된 'C' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 25는 도 19에 도시된 'D' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 26은 도 1에 도시된 정보 분석부의 일 실시 예의 블럭도이다.
도 27은 입자 크기에 따른 산란광세기비율을 파장별로 나타내는 그래프이다.
도 28은 파장별 산란광세기비율의 크기를 입자의 크기별로 나타내는 그래프이다.
도 29는 광원부에서 블루 파장 대역의 광을 방출할 경우, 입자의 크기별 산란광세기를 나타내는 그래프이다.
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)를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다.
도 1은 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 팬(fan)(180)을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 발광부(110)는 광을 방출하는 역할을 하며, 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, 직진성을 갖는 블루 LED, 고휘도 LED, 칩 LED, 하이프럭스 LED 또는 파워 LED 일 수 있으나, 실시 예에 의한 광원은 특정한 LED의 형태에 국한되지 않는다.
만일, 광원부(112)가 LED로 구현될 경우, 가시광선 파장 대역(예를 들어, 405 ㎚ 내지 660 ㎚) 또는 적외선(IR:Infrared) 파장 대역(예를 들어, 850 ㎚ 내지 940 ㎚)의 광을 방출할 수 있다. 또한, 광원부(112)가 LD로 구현될 경우 레드(red)/블루)(blue) 파장 대역(예를 들어, 450 ㎚ 내지 660 ㎚)의 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 3에 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 1의 경우, 발광 케이스(116)는 하우징(170)의 탑부(172)와 별개인 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 후술되는 도 19, 도 20, 도 21 또는 도 22에 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 산란부(또는, 산란 공간)(SS)로 제3 광(L3)으로서 출사되는 부분이며, 발광부(110)의 광축(LX)에 배치될 수 있다. 산란부(SS)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 15 ㎜보다 커지면 입자 센싱 장치(100)의 크기도 커지고 광 노이즈(noise)가 야기될 수 있다. 제1 개구부(OP1)의 직경은 2 ㎜ 내지 15 ㎜, 예를 들어, 3 ㎜ 내지 10 ㎜ 바람직하게는 4 ㎜ 내지 6 ㎜, 예를 들어, 5.5 ㎜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 산란부(SS)에서 산란되며, 산란된 제4 광(L4)(이하, '산란광'이라 한다)이 수광부(130)로 제공될 수 있다.
도 1의 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.
팬(180)은 유로부(120) 내에서 공기의 유동을 유도하는 역할을 한다. 즉, 팬(180)은 유로부(120) 내에서 공기의 유속을 일정하게 유지하는 역할을 한다. 이를 위해, 팬(180)은 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)으로 유로부(120)에 인접하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 팬(180)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(180)의 특정한 배치 위치에 국한되지 않는다.
예를 들어, 유로부(120) 내에서 입자를 포함하는 공기가 5 ㎖/sec의 유속을 유지하도록 유로부(120)를 구현하거나 팬(180)의 회전 속도를 결정할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
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 산란광 또는 비산란광 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 입자(P)에 의해 산란된 산란광의 예시적인 프로파일을 나타낸다.
도 2를 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 산란광을 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 1의 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)에서 입사된 전류 형태의 신호를 전압 형태의 신호로 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 입자(P)의 개수, 농도, 크기 또는 형상 중 적어도 하나를 분석할 수 있다.
이하, 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 실시 예(100A 내지 100D)에 대해 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 3은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 일 실시 예(100A)의 단면도를 나타낸다. 이해를 돕기 위해, 도 3에서 광이 진행하는 모습은 음영(L)으로 표기하였다.
도 3에 도시된 입자 센싱 장치(100A)는 발광부(110A), 유로부(120A), 수광부(130A), 광 흡수부(140), 하우징(172, 176) 및 팬(180)을 포함하며, 도 1에 도시된 신호 변환부(150) 및 정보 분석부(160)는 생략되었다.
도 3에 도시된 발광부(110A), 유로부(120A), 수광부(130A), 광 흡수부(140), 하우징(172, 176) 및 팬(180)은 도 1에 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 3을 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 4는 도 3에 도시된 유로부(120A)를 설명하기 위해, 'A1' 부분을 확대 도시한 단면도로서, 설명의 편의상 도 3에 도시된 팬(180)의 도시는 도 4에서 생략되었다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 유로부(120A)는 유로 입구부(FI), 제1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS), 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.
산란부(SS)는 발광부(110A)와 수광부(130A) 사이 및 유로 입구부(FI)와 유로 출구부(FO) 사이에서 광축(LX)에 위치한다. 산란부(SS)는 발광부(110A)에서 방출된 광이 입자(P)에 의해 산란되는 공간을 제공한다. 이를 위해, 산란부(SS)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 산란부(SS) 사이에 위치하고, 제2 유로 중간부(FII2)는 산란부(SS)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 산란부(SS)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 산란부(SS)에서 입자(P)와 부딪혀 도 2에 도시된 바와 같은 형태로 산란하게 된다. 이때, 산란부(SS)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 산란부(SS)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. 제1 개구부(OP1)의 폭(또는, 직경)(D1)은 2 ㎜ 내지 15 ㎜, 예를 들어, 3 ㎜ 내지 10 ㎜ 바람직하게는 4 ㎜ 내지 6 ㎜ 예를 들어, 5.5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
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 1에 도시된 유로부(120)는 도 3 및 도 4에 도시된 구성 이외에 다양한 구성을 가질 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 다른 실시 예(100B)의 단면도를 나타내고, 도 6은 도 5에 도시된 유로부(120B)를 설명하기 위해 'A2' 부분을 확대 도시한 단면도로서, 설명의 편의상 도 5에 도시된 팬(180)의 도시는 도 6에서 생략되었다.
도 3에 도시된 유로부(120A)와 도 5에 도시된 유로부(120B)의 단면 형상은 서로 다르다. 이를 제외하면, 도 5에 도시된 입자 센싱 장치(100B)는 도 3에 도시된 입자 센싱 장치(100A)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다. 예를 들어, 도 4를 참조하여 전술한 산란부(SS)에 대한 정의는 도 6에 도시된 유로부(120B)에 대해서도 적용될 수 있다.
도 3 및 도 4의 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), 산란부(SS), 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 산란부(SS)에 접근할수록 감소하는 부분을 포함하고, 제2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 산란부(SS)로부터 멀어질수록 증가하는 부분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 5 및 도 6에 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 산란부(SS)에 접근할수록 감소한 후 일정해지고, 제2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 산란부(SS)로부터 멀어질수록 일정한 후 증가할 수 있다. 또는, 도 5 및 도 6에 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 산란부(SS)에 접근할수록 계속해서 감소하고, 제2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 산란부(SS)로부터 멀어질수록 계속해서 증가할 수도 있다.
또한, 도 3 및 도 4에 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 산란부(SS)의 단면적보다 클 수 있다.
또한, 도 4 및 도 6에 도시된 유로부(120A, 120B)에서, 제1 유로 중간부(FII1)(또는, 제2 유로 중간부(FII2))와 산란부(SS)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 4 및 도 6을 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 4 및 도 6을 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.
도 5 및 도 6에 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 7은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 또 다른 실시 예(100C)의 단면도를 나타내고, 도 8은 도 7에 도시된 유로부(120C)를 설명하기 위해 'A3' 부분을 확대 도시한 단면도로서, 설명의 편의상 도 7에 도시된 팬(180)의 도시는 도 8에서 생략되었다.
도 3에 도시된 유로부(120A)와 도 7에 도시된 유로부(120C)의 단면 형상은 서로 다르다. 이를 제외하면, 도 7에 도시된 입자 센싱 장치(100C)는 도 3에 도시된 입자 센싱 장치(100A)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
도 3 및 도 4의 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), 산란부(SS), 제2 유로 중간부(FII2) 및 유로 출구부(FO)의 단면적은 일정하다.
반면에, 도 7 및 도 8의 경우, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 수직한 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 제1 유로 중간부(FII1)의 단면적은 산란부(SS)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 산란부(SS)로부터 멀어질수록 감소한 후 증가한다.
또한, 도 8에 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 8를 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 8를 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 4, 도 6 및 도 8에 도시된 제2 개구부(OP2)의 높이(D4)는 1 ㎜ 내지 10.0 ㎜ 예를 들어, 1 ㎜ 내지 5.0 ㎜ 바람직하게는 1 ㎜ 내지 2.0 ㎜ 예를 들어, 2 ㎜일 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 7 및 도 8에 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 3 내지 도 8에 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 9는 도 3에 도시된 'B' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 9를 참조하면, 수광부(130A)는 투광성 부재(132) 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 산란부(SS)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.
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 9에 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 9에 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. 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.
광 감지부(134)는 투광성 부재(132) 아래에서 광축(LX)의 주변에 배치되며, 산란부(SS)에서 입자(P)에 의해 산란된 후 수광 입사부(OP3)를 통해 입사된 광을 센싱할 수 있다. 수광 입사부에 대해서는 후술된다.
도 10은 도 9에 도시된 광 감지부(134)의 일 실시 예(134A)의 평면 형상을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 광 감지부(134A)는 중앙부(134-1) 및 포토 다이오드(134-2)를 포함할 수 있다. 중앙부(134-1)는 산란부(SS)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, 산란부(SS)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.
또한, 포토 다이오드(134-2)를 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 배치할 경우, 이물질로 인한 포토 다이오드(132-2)의 손상도 막을 수 있다.
포토 다이오드(134-2)는 중앙부(134-1)의 주변에 배치되고, 입자(P)에 의해 산란된 광을 센싱하는 역할을 한다. 포토 다이오드(134-2)는 일반적인 포토 다이오드의 구조에서 광을 흡수하는 액티브(active) 영역에 해당한다.
예를 들어, 포토 다이오드(134-2)는 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, 산란광이 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 10을 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, 포토 다이오드(134-2)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 11 내지 도 13은 도 9에 도시된 광 감지부(134)의 다양한 실시 예(134B, 134C, 134D)의 평면 형상을 나타낸다.
도 10에 도시된 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 원형 고리 형상이지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 광 감지부(134)가 중앙부(134-1)를 포함할 수 있다면, 포토 다이오드(134-2)는 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 다각형 고리 형상일 수 있다. 도 11에 도시된 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 장방형 고리 형상이고, 도 12에 도시된 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 정방형 고리 형상이고, 도 13에 도시된 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 삼각형 고리 형상일 수 있다. 또는 비록 도시되지는 않았지만, 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 타원형 고리 형상일 수도 있다.
도 14는 도 9에 도시된 광 감지부(134)의 또 다른 실시 예(134E)의 평면 형상을 나타낸다.
포토 다이오드(134-2)는 동일 평면상에서 서로 이격되어 배치된 복수의 감지 세그먼트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 14에 예시된 바와 같이 포토 다이오드(134-2)는 서로 이격되어 배치된 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)를 포함할 수 있다.
도 15 내지 도 17은 도 9에 도시된 광 감지부(134)의 또 다른 실시 예(134F 내지 134H)의 평면 형상을 나타낸다.
도 15에 도시된 바와 같이 장방형 고리 형상의 평면을 갖는 광 감지부(134F), 도 16에 도시된 정방향 고리 형상의 평면을 갖는 광 감지부(134G), 도 17에 도시된 삼각형 고리 형상의 평면을 갖는 광 감지부(134H) 각각은 서로 이격되어 배치된 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)를 포함할 수 있다.
또한, 도 14 내지 도 17에 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 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 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 10 내지 도 17에 예시된 광 감지부(134A 내지 134H)는 평면상에서 대칭으로 배치될 수도 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 광 감지부(134A 내지 134H)는 평면상에서 비대칭으로 배치될 수도 있다.
또한, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)는 평면상에서 대칭 또는 비대칭으로 배치될 수 있다.
도 11 내지 도 17에 도시된 폭(W1, W2, W3)은 도 10에서 설명한 내용이 적용될 수 있다.
예를 들어, 포토 다이오드(134-2)와 마찬가지로 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24) 각각은 380 ㎚ 내지 1100 ㎚ 파장 대역의 광을 검출할 수 있으나, 실시 예는 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 검출할 수 있는 특정한 파장 대역에 국한되지 않는다. 또한, 산란광이 잘 센싱될 수 있도록, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24) 각각은 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 14 내지 도 17에 예시된 바와 같이, 포토 다이오드(134-2)가 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)로 이격되어 배치될 경우, 정보 분석부(160)는 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24) 각각에서 센싱된 결과의 상대적 크기를 이용하여 입자의 형상을 예측할 수 있다.
도 18a 및 도 18b는 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)를 이용하여 입자(P)의 형상을 예측함을 설명하기 위한 도면이다.
도 18a를 참조하면, 입자(P)의 형상이 대칭형 예를 들어 구형일 경우, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 감지된 산란 광의 세기는 서로 동일하다. 이와 같이, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 감지된 광의 세기가 서로 동일할 경우, 정보 분석부(160)는 입자(P)가 대칭 형상을 갖는 것으로 결정할 수 있다.
반면에, 도 18b를 참조하면, 입자(P)의 형상이 비대칭형 예를 들어 비구형일 경우, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 감지된 산란광의 세기는 서로 다르다. 이와 같이, 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 감지된 광의 세기가 서로 다를 경우, 정보 분석부(160)는 입자(P)가 비대칭 형상을 갖는 것으로 결정할 수 있다.
그 밖에도 입자의 다양한 형상을 예측하기 위해, 복수의 감지 세그먼트의 분할된 형태가 개수가 변할 수 있음은 물론이다.
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 산란부(SS)와 수광부(130A) 사이에 배치되어 수광부(130A)로 입사되는 광의 량을 조정하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이 수광 입사부는 광축(LX)에 배치된 제3 개구부(OP3)를 포함할 수 있다.
제3 개구부(OP3)는 산란부(SS)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, 산란부(SS)에서 입자(P)에 의해 산란된 광 중에서 광축(LX)을 기준으로 산란부(SS)의 중심에서 후술되는 제5 개구부(OP5)까지가 좌우 12°일 경우, 즉, 도 3, 도 5 및 도 7에 각각 도시된 소정 각도(θ)가 24°일 경우 입자(P)에서 산란된 전체 광의 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 산란된 전체 광의 50%가 수광부(130A)로 입사될 수 있다. 이를 고려할 때, 실시 예에 의하면, 제3 개구부(OP3)는 입자(P)에 의해 산란된 광 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 4, 도 6 및 도 8을 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 산란광을 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 1 ㎜ 내지 12 ㎜ 예를 들어, 1 ㎜ 내지 6 ㎜ 바람직하게는 2 ㎜ 내지 4 ㎜ 예를 들어, 3 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 도 6 및 도 8에 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.
유입구(IH)의 높이(또는, 직경)(D2)은 1 ㎜ 내지 15 ㎜, 예를 들어, 2 ㎜ 내지 8 ㎜ 바람직하게는 3 ㎜ 내지 4 ㎜ 예를 들어, 3.5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 또한, 유출구(OH)의 높이(또는, 직경)은 5 ㎜ 내지 25 ㎜, 예를 들어, 8 ㎜ 내지 15 ㎜ 바람직하게는 10 ㎜ 내지 12 ㎜ 예를 들어, 11 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
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 9를 참조하면, 광 가이드부(136A)는 산란부(SS)에서 산란된 광을 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.
내측 격벽(136-1, 136-2)의 높이(H1)는 1 ㎜ 내지 15 ㎜ 예를 들어, 2 ㎜ 내지 10 ㎜ 바람직하게는 3 ㎜ 내지 6 ㎜ 예를 들어, 5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
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 0.1 ㎜ 내지 6 ㎜ 예를 들어, 0.5 ㎜ 내지 3 ㎜ 바람직하게는 0.8 ㎜ 내지 1.5 ㎜ 예를 들어, 1 ㎜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 3에 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. 광 입구(OPL)의 폭(예를 들어, y축 방향으로의 폭)은 2 ㎜ 내지 15 ㎜ 예를 들어, 3 ㎜ 내지 10 ㎜ 바람직하게는 4 ㎜ 내지 6 ㎜ 예를 들어, 5.5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
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 3에 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 19는 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 또 다른 실시 예(100D)에 의한 단면도를 나타내고, 도 20은 도 19에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 측면도를 나타내고, 도 21은 도 19에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 상측 사시도를 나타내고, 도 22는 도 19에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 좌측 사시도를 각각 나타내고, 도 23은 도 19에 도시된 I-I'선을 따라 절개한 평면도를 나타낸다.
도 19 내지 도 23에서 도 3 내지 도 18b에 도시된 바와 다른 부분에 대해서만 살펴본다. 따라서, 이하에서 설명되는 다른 부분 이외에 도 19 내지 도 22에 대해 설명되지 않은 부분은 도 3 내지 도 18b에 대한 설명이 적용될 수 있음은 물론이다.
도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 입자 센싱 장치(100A, 100B, 100C)에서 광원부(112A)의 패키징 형태가 SMD 타입인 반면, 도 19 내지 도 22에 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(134-2)의 동작 온도는 -10 ℃ 내지 50 ℃일 수 있으나, 실시 예는 포토 다이오드(134-2)의 특정한 동작 온도에 국한되지 않는다.
도 3, 도 5 및 도 7에 도시된 입자 센싱 장치(100A, 100B, 100C)의 렌즈부(114A)는 하나의 렌즈만을 포함하는 반면, 도 19 내지 도 22에 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 3, 도 5 및 도 7에 도시된 입자 센싱 장치(100A, 100B, 100C)의 경우, 하우징(170)의 탑부(172)와 발광 케이스(116)가 별개인 반면, 도 19 내지 도 22에 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 19 내지 도 22에 도시된 입자 센싱 장치(100D)의 유로부(120C)는 도 7 및 도 8에 도시된 유로부(120C)와 마찬가지로 더블 노즐(DN)의 구조를 가질 수 있다. 따라서, 도 19 내지 도 22에 도시된 유로부(120C)의 중복되는 설명을 도 7 및 도 8에 대한 유로부(120C)의 설명으로 대신한다.
도 19에서, 제2 유로 중간부(FII2)의 최소폭(D5)은 1 ㎜ 내지 15 ㎜, 예를 들어, 2 ㎜ 내지 8 ㎜ 바람직하게는 3 ㎜ 내지 5 ㎜, 예를 들어, 4 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
도 24는 도 19에 도시된 'C' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 24를 참조하면, 수광 입사부(190)는 광 유도부(192), 커버 투광부(194) 및 광 차단부(196)를 포함할 수 있다.
광 유도부(192)는 산란부(SS)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 산란부(SS)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 산란부(SS)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, 제1 개구부(OP1)의 면적이 제3 개구부(OP3)의 면적보다 클 수 있다. 이 경우, 발광부(110B)로부터 발생한 광의 초점이 산란부(SS)의 중앙보다 멀게 형성되어 메인 빔으로 인한 측정 오류를 줄일 수 있다.
광 차단부(196)는 산란부(SS)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.
제6 개구부(OP6)의 폭(W5)은 1 ㎜ 내지 15 ㎜ 예를 들어, 2 ㎜ 내지 8 ㎜ 바람직하게는 3 ㎜ 내지 4 ㎜ 예를 들어, 3.5 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
이와 같이 광 차단부(196)가 배치됨으로써 메인 광이 제5 개구부(OP5)를 통해 광 감지부(134)의 포토 다이오드(134-2)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, 산란부(SS)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(134-2, 134-21 내지 134-24)를 형성하더라도 이물질로 인한 포토 다이오드(134-2, 134-21 내지 134-24)의 손상도 막을 수 있다.
도 25는 도 19에 도시된 'D' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 25에 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 25에 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 9에 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 25에 도시된 단면은 도 9에 도시된 단면과 동일하다. 따라서, 도 9에 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 1 ㎜ 내지 15 ㎜ 예를 들어, 2 ㎜ 내지 10 ㎜ 바람직하게는 3 ㎜ 내지 6 ㎜ 예를 들어, 5 ㎜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 1 ㎜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 8 ㎜보다 클 경우, 슬릿의 구현이 어려울 수 있다. 따라서, 제4 개구부(OP4)의 직경은 1 ㎜ 내지 8 ㎜ 예를 들어, 1 ㎜ 내지 5 ㎜ 바람직하게는 1 ㎜ 내지 3 ㎜ 예를 들어, 2 ㎜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. 외측부(136-12, 126-22)의 폭(W6)은 0.1 ㎜ 내지 5 ㎜ 예를 들어, 0.4 ㎜ 내지 2 ㎜ 바람직하게는 0.6 ㎜ 내지 1 ㎜ 예를 들어, 1 ㎜일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 제5 개구부(OP5)의 폭(W4)이 1.1 ㎜일 경우, 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 25에 도시된 제4 개구부(OP4)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)은 도 24에 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(134-2)로 진행하는 것이 더욱 잘 차단될 수 있다.
산란부(SS)는 복수의 개구부와 접할 수 있다. 즉, 산란부(SS)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 26은 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)의 개수, 농도, 크기 또는 형상 중 적어도 하나를 분석하고, 분석된 결과를 출력단자 OUT2를 통해 출력할 수 있다.
전술한 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100, 100A 내지 100D)는 다음과 같은 효과를 갖는다.
먼저, 팬(180)을 마련함으로써, 유로 입구부(FI)로 유입된 공기가 산란부(SS)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.
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 산란부(SS)로 광을 광축 방향으로 조사하고, 입자(P)에서 산란된 광을 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.
이하, 비교 례에 의한 측방형 먼지 센싱 장치와 실시 예에 의한 입자 센싱 장치를 다음과 같이 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 27은 입자(또는, 먼지) 크기에 따른 산란광세기비율을 파장별로 나타내는 그래프로서, 횡축은 입자의 크기를 나타내고, 종축은 산란 광량비를 나타낸다.
도 27의 종축의 산란광세기비율은 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, SI전방은 실시 예에 의한 전방형 입자 센싱 장치의 산란광세기(scattering intensity)를 나타내고, SI측방은 비교 례에 의한 측방형 먼지 센싱 장치의 산란광세기를 나타낸다.
산란광세기는 Mie 산란 이론에 따라 계산하였으며, 입사광(세기 1W/m2, 파장 470 ㎚)이 공기 중의 Polystyrene 입자에 의해 산란되는 값이다.
비교 례과 비교할 때, 실시 예에 의한 전방형의 경우, 초미세입자(예를 들어, 초미세먼지)에 대해 포토 다이오드(134-2)에서 센싱되는 산란광의 세기가 더 크다. 예를 들어, 도 27을 참조하면, 입자의 크기가 0.3 ㎛일 때, 수광부(130: 130A, 130B)에서 수광되는 산란광의 세기가 측방형 대비 4배 정도 큼을 알 수 있다.
도 28은 파장별 산란 광량비율의 크기를 입자의 크기별로 나타내는 그래프로서, 횡축은 광의 파장을 나타내고, 종축은 비교 례에 의한 측방형에 대비 실시 예의 전방형 산란 광량비를 나타낸다.
0.5 ㎛ 이하의 초미세입자의 경우, 도 28을 참조하면, 발광부(110)에서 방출되는 광의 파장이 짧을수록, 비교 례에 의한 측방형에 대비하여 실시 예에 의한 전방형의 산란광의 세기가 커짐을 알 수 있다.
도 29는 광원부(110)에서 블루 파장 대역의 광을 방출할 경우, 입자의 크기별 산란광세기를 나타내는 그래프로서, 횡축은 입자의 크기를 나타내고, 종축은 산란 광량에 비례량(scattering index)를 나타낸다. 도 29는 전방형의 경우 도 3에 도시된 각도(θ)가 12°이고, 측방형에서 먼지에서 산란된 메인 광을 기준으로 측방으로 어긋나서 산란광을 센싱하는 각도가 60°인 경우에 획득된 결과이다.
도 29를 참조하면, 광원부(110)에서 블루 파장 대역의 광을 방출할 경우, 입자의 크기가 1 ㎛ 일 때, 측방형 대비 전방형 입자 센싱 장치의 산란광세기가 상대적으로 매우 큼을 알 수 있다.
결국, 도 27 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 비교 례에 의한 측방형 대비, 실시 예에 의한 전방형의 경우 산란광의 세기가 크므로, 센싱된 산란광을 이용하여 입자에 대한 정보를 정확하게 분석할 수 있다.
또한, 실시 예의 경우, 포토 다이오드(134-2)를 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)로 분할하고, 분할된 복수의 감지 세그먼트(134-21, 134-22, 134-23, 134-24)에서 감지된 상대적 크기를 이용하여 입자의 형상을 예측할 수도 있다.
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.
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 산란부(SS)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 예의 경우, 전술한 바와 같이 측방형보다 센싱하는 산란광의 세기가 높으므로, 산란광의 세기를 높이기 위해 소모 전력이 많이 필요하지 않은 장점이 있다.
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, 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.
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, 100A 내지 100D: 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
180: 팬(fan)

Claims (21)

  1. 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 포함하는 입자 센싱 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 유로부는
    상기 공기가 유입되는 유로 입구부;
    상기 공기가 유출되는 유로 출구부;
    상기 발광부와 상기 수광부 사이 및 상기 유로 입구부와 상기 유로 출구부 사이에서 상기 광축에 위치하며, 상기 발광부에서 방출된 광이 상기 입자에 의해 산란되는 산란부;
    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 포함하는 입자 센싱 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로 상기 제1 유로 중간부의 단면적은 상기 산란부에 접근할수록 감소하는 부분을 포함하고,
    상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로, 상기 제2 유로 중간부의 단면적은 상기 산란부로부터 멀어질수록 일정한 후 증가하는 부분을 포함하는 입자 센싱 장치.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로, 상기 제1 유로 중간부의 단면적은 상기 산란부에 접근할수록 감소한 후 증가하고,
    상기 제2 유로 중간부의 단면적은 상기 산란부로부터 멀어질수록 감소한 후 증가하는 입자 센싱 장치.
  5. 제2 항에 있어서, 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로, 상기 유로 입구부 및 상기 유로 출구부 각각의 단면적은 상기 산란부의 단면적보다 큰 입자 센싱 장치.
  6. 제2 항에 있어서, 상기 공기가 유동하는 방향으로 상기 유로부에 인접하여 배치되어, 상기 공기의 유동을 유도하는 팬을 더 포함하는 입자 센싱 장치.
  7. 제2 항에 있어서, 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 작은 입자 센싱 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 제1 개구부의 면적은 상기 공기가 유동하는 방향과 수직한 방향으로 제2 개구부의 단면적 보다 크고,
    상기 제2 개구부는 상기 제1 또는 제2 유로 중간부가 상기 산란부와 연통하는 개구 영역에 해당하거나, 또는, 상기 제1 또는 제2 유로 중간부에서 가장 작은 단면적을 갖는 개구 영역에 해당하는 입자 센싱 장치.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 수광부는
    투광성 부재;
    상기 산란부에서 상기 입자에 의해 산란된 광을 센싱하는 광 감지부; 및
    상기 산란된 광을 상기 광 감지부로 가이드하는 광 가이드부를 포함하고,
    상기 광 감지부와 상기 광 가이드부는 상기 투광성 부재의 서로 다른 면 상에서 상기 광축 주변에 배치되는 입자 센싱 장치.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 광 감지부는
    상기 광축에 위치하며 투광성을 갖는 중앙부; 및
    상기 중앙부의 주변에 배치되고, 상기 산란된 광을 센싱하는 포토 다이오드를 포함하는 입자 센싱 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 포토 다이오드는 동일 평면상에서 서로 이격되어 배치된 복수의 감지 세그먼트를 포함하는 입자 센싱 장치.
  12. 제10 항에 있어서, 상기 산란부와 상기 수광부 사이에 배치되며, 상기 수광부로 입사되는 광의 량을 조정하며 상기 광축에 배치된 제3 개구부를 갖는 수광 입사부를 더 포함하는 입자 센싱 장치.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 제1 개구부와 상기 제3 개구부의 면적은 서로 다른 입자 센싱 장치.
  14. 제12 항에 있어서, 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 포함하는 입자 센싱 장치.
  15. 제14 항에 있어서, 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 포함하는 입자 센싱 장치.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 수광 입사부는
    상기 제3 개구부와 상기 제6 개구부 사이에 배치된 커버 투광부를 더 포함하는 입자 센싱 장치.
  17. 제15 항에 있어서, 상기 제4 개구부의 면적은 상기 제6 개구부의 면적보다 작은 입자 센싱 장치.
  18. 제15 항에 있어서, 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 갖는 입자 센싱 장치.
  19. 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.
  20. 제1 항에 있어서, 상기 수광부에 입사된 광의 전기적 신호를 이용하여 상기 입자의 개수, 농도, 크기 또는 형상 중 적어도 하나를 분석하는 정보 분석부를 더 포함하는 입자 센싱 장치.
  21. 제1 항에 있어서, 상기 발광부와 상기 수광부와 상기 광흡수부를 수용하며 상기 유로부를 내부에 갖는 하우징을 더 포함하는 입자 센싱 장치.
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