KR20190109031A - 가스 센서용 광 공동 및 그를 이용한 가스센서 - Google Patents

가스 센서용 광 공동 및 그를 이용한 가스센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20190109031A
KR20190109031A KR1020180030873A KR20180030873A KR20190109031A KR 20190109031 A KR20190109031 A KR 20190109031A KR 1020180030873 A KR1020180030873 A KR 1020180030873A KR 20180030873 A KR20180030873 A KR 20180030873A KR 20190109031 A KR20190109031 A KR 20190109031A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
elliptical mirror
focal point
elliptical
light
mirror
Prior art date
Application number
KR1020180030873A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102103767B1 (ko
Inventor
채진석
이범구
이규항
서현진
박태규
이창석
박창희
김영민
김동희
최성원
Original Assignee
제네랄옵틱스 주식회사
코리아스펙트랄프로덕츠(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제네랄옵틱스 주식회사, 코리아스펙트랄프로덕츠(주) filed Critical 제네랄옵틱스 주식회사
Priority to KR1020180030873A priority Critical patent/KR102103767B1/ko
Publication of KR20190109031A publication Critical patent/KR20190109031A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102103767B1 publication Critical patent/KR102103767B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • G01N2021/052—Tubular type; cavity type; multireflective

Abstract

본 발명은 가스센서용 광 공동 및 이를 이용한 가스센서에 관한 것으로서 제1 타원거울, 상기 제1 타원거울과 동일한 광축을 가지고 상기 제1 타원거울과 나란히 배치된 제2 타원거울 및 상기 제1 및 2 타원거울과 동일한 광축을 가지면서 마주보도록 배치되고, 제1 초점은 상기 제1 타원거울의 일 초점과 일치하고 제2 초점은 상기 제2 타원거울의 일 초점과 일치하는 제3 타원거울을 포함한다.

Description

가스 센서용 광 공동 및 그를 이용한 가스센서 {OPTICAL CAVITY FOR GAS SENSOR AND GAS SENSOR USING THE SAME}
가스 센서용 광 공동 및 그를 이용한 가스센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비분산형 적외선 가스 센서용 광 공동 및 그를 이용한 가스센서에 관한 것이다.
가스 농도를 측정하는 방법은 두 가지가 있다. 하나는 NDIR(Nondispersive Infrared) 방식이며, 다른 하나는 예컨대, K. Kaneyasu 등에 의해 "A carbon dioxide gas sensor based on solid electrolyte for air quality control", Sensors and Actuators B, vol.66, pp.56-58, 2000 에 개시된 것과 같은 고체 전해질(solid electrolyte) 방식이다.
고체 전해질 센서가 NDIR(Nondispersive Infrared)센서에 비해 더 저렴하지만, 장기 안정성, 높은 정확도, 저전력 소비 등과 같은 면에서는 NDIR(Nondispersive Infrared)센서가 더 유리하다. 또한 NDIR(Nondispersive Infrared) 센서의 경우, 목표 가스가 특정 파장에서 적외선을 흡수한다는 물리적 센싱 원리를 이용하기 때문에 선택도와 감도가 좋다.
NDIR(Nondispersive Infrared) 센서의 광학적 특성을 살펴보면 다음과 같다. 일반적으로, 광은 광 경로(optical path)상에서 회절, 반사, 굴절 및 흡수에 의해서 광 강도가 감소 혹은 증가하게 된다. NDIR(Nondispersive Infrared) 센서의 경우, 입사광이 광 경로를 통과함에 따라 광 강도는 광 경로상의 가스에 의해 흡수되어 초기 광 강도는 감소하게 된다. 이 때, 광 경로상의 가스 농도(J)가 분포하고 있고, 광 경로(L)를 적외선이 통과할 때, 최종 광 강도(I)는 가스 흡수 계수(k), 광 경로(L)와 초기 광 강도(
Figure pat00001
)의 함수인 Beer-Lambert의 법칙에 의하여 설명된다. 가스 농도(J)는 균일한 경우는 상수, 균일하지 않은 경우는 함수로 표현될 수도 있다.
Figure pat00002
Beer-Lambert의 법칙은 상기 수학식 1과 같이 표현되며, 초기 광 강도(
Figure pat00003
) 및 측정 대상 가스의 흡수계수(k)가 일정한 경우, 최종 광 강도(I)는 광 경로상의 가스 농도 (J)와 광 경로(L)의 함수로 표현된다.
수학식 1에서 측정하고자 하는 가스가 존재하지 않는 경우, 즉 J = 0인 경우, 최종 광 강도와 초기 광 강도는 같게 된다. 하기 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure pat00004
따라서, 측정 대상 가스가 없는 상태와 가스 농도가 J인 경우에, 광 세기차는 하기 수학식 3에 제시되는 바와 같다.
Figure pat00005
정밀한 가스검출이 요구되는 광학적 가스 센서를 제작하기 위해서는 수학식 3의 광 세기차(
Figure pat00006
)가 커야 한다.
이를 위해서는 첫째, 광 경로(L)가 긴 광 공동을 형성하거나, 둘째, 적외선을 검출할 수 있는 하한 광 강도(Ith)가 작은 적외선 센서를 사용하며, 셋째, 포화 광 강도(Isat)가 크나 적외선 광원에서 방사되는 초기 광 강도(
Figure pat00007
)보다 약간 작은 값을 갖는 적외선 센서를 사용하여야 한다. 그러나, 현재 시장에 제공되는 각종 적외선 검출 센서의 경우(Thermopile IR sensor 혹은 Passive IR sensor), 상기한 모든 사항을 만족시키는 것은 어려운 상태이므로, 광 경로가 긴 광 공동을 형성하는 방법이 요구되고 있다. 또한 광 세기차(
Figure pat00008
)는 검출기에 집광시키는 경우 효율이 좋아지므로 이 경우에도 광 세기차(
Figure pat00009
)가 증가될 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 광 경로의 길이를 최대화하면서도 검출기에 많은 광량이 들어갈 수 있도록 최적화된 가스센서용 광 공동과 이를 이용한 가스센서를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서용 광 공동은 제1 타원거울, 상기 제1 타원거울과 동일한 광축을 가지고 상기 제1 타원거울과 나란히 배치된 제2 타원거울 및 상기 제1 및 2 타원거울과 동일한 광축을 가지면서 마주보도록 배치되고, 제1 초점은 상기 제1 타원거울의 일 초점과 일치하고 제2 초점은 상기 제2 타원거울의 일 초점과 일치하는 제3 타원거울을 포함한다.
상기 제1, 2 및 3 타원거울은 비구면 방정식을 만족하고 코닉상수가 0이상 10이하의 실수인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 타원거울과 상기 제2 타원거울은 서로 다른 곡률반경을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가스센서는 상기 어느 하나의 가스센서용 광 공동, 광원 및 광 검출기를 포함한다.
상기 광원은 상기 제1 타원거울의 타 초점상에 배치되고 상기 광 검출기는 제2 타원거울의 타 초점상에 배치될 수 있다.
상기 광원은 상기 제1 타원거울을 향해 광을 입사시키고, 상기 제1 타원거울에 반사된 광은 상기 제1 초점을 지나 상기 제3 타원거울로 향하며, 상기 제3 타원거울에 반사된 광은 상기 제2 초점을 지나 상기 제2 타원거울을 향하고, 상기 제2 타원거울에 반사된 광은 상기 광 검출기가 배치된 상기 제2 타원거울의 타 초점으로 향하는 것을 특징으로 한다.
상기 광원은 상기 광 공동의 외부로서 상기 제3 타원거울의 일면에 배치되고 상기 광 검출기는 상기 광 공동의 외부로서 상기 제3 타원거울의 타면에 배치될 수 있다.
상기 광원은 상기 제1 타원거울의 타 초점을 향해 상기 제1 타원거울의 방향으로 광을 입사시키고, 상기 제1 타원거울에 반사된 광은 상기 제1 초점을 지나 상기 제3 타원거울로 향하며, 상기 제3 타원거울에 반사된 광은 상기 제2 초점을 지나 상기 제2 타원거울을 향하고, 상기 제2 타원거울에 반사된 광은 상기 제2 타원거울의 타 초점을 지나 상기 광 검출기로 향하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 삼중타원을 이용하여 광 경로를 최대한 연장시킴과 동시에 광각의 광원을 직접 사용하고 타원거울의 반사 특성을 이용하여 광원으로부터 방출된 광을 광 검출기에 효율적으로 집광되도록 하여 가스센서의 검출력을 개선시키는 효과가 있다.
도 1은 타원거울의 광학적 성질을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서용 광 공동의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스센서용 광 공동의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스센서의 구조를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 가스센서용 광 공동 및 그를 이용한 가스센서를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 타원거울의 광학적 성질을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상부의 타원거울(H)과 하부의 타원거울(L)이 마주보고 배치되어 타원을 이루고 있다. 상기 2개의 타원거울(H, L)을 가로지르는 선은 광축(C)으로서 광축(C)상에 상기 타원의 초점이 위치한다. 초점은 A와 B이다. 일 초점(A)에서 입사된 광은 상부 또는 하부의 타원거울(H, L)에 반사되어 타 초점(B)으로 향한다.
이는 일 초점(A)에서 입사되는 것뿐만 아니라 일 초점(A)을 향해 입사된 광도 마찬가지로 상기 타원거울에 반사되어 타 초점(B)을 향해 입사된다. 설명을 위하여 2개의 타원거울을 배치하였으나 타원거울이 하나만 있는 경우에도 동일하다. 다만 어느 하나의 초점에서 입사하거나 어느 하나의 초점을 지나도록 입사된 광의 방향은 타원거울(H, L)이 배치된 상부 또는 하부이어야 한다.
설명의 편의를 위해 본 명세서에서 타원이 가지는 2개의 초점 중 하나를 일 초점, 나머지 하나를 타 초점이라고 지칭한다. 이는 구분을 위한 것이지 좌, 우의 위치로 한정하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서용 광 공동의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 가스센서용 광 공동(100)은 제1 타원거울(110), 제2 타원거울(120) 및 제3 타원거울(130)을 포함한다.
제1 타원거울(110)과 제2 타원거울(120)은 동일한 광축을 가지고 나란히 배치되어 있다. 제3 타원거울(130)은 제1 및 2 타원거울(110, 120)과 동일한 광축을 가지며 마주보도록 배치되어 있다. 제3 타원거울(130)의 제1 초점(A1)은 제1 타원거울(110)의 일 초점과 동일하며, 제2 초점(B)은 제2 타원거울(120)의 일 초점과 동일하다.
제3 타원거울(130)은 제1 타원거울(110) 및 제2 타원거울(120)과 초점이 각각 일치되므로 이에 따른 구체적인 광 경로를 이하 설명한다.
제1 타원거울(110)을 향하는 광으로서 제1 타원거울(110)의 타 초점에서 입사되거나 이를 지나는 광은 제1 타원거울(110)에 반사되어 제1 타원거울(110)의 일 초점을 지나게 된다.
제1 타원거울(110)의 일 초점은 제3 타원거울(130)의 제1 초점(A1)이므로 상기 광은 제3 타원거울(130)에 반사되어 제2 초점(B)을 지나게 된다. 제2 초점(B)은 제2 타원거울(120)의 일 초점에 해당한다. 제3 타원거울(130)에 반사된 광은 제2 타원거울(120)의 일 초점을 지나 제2 타원거울(120)에 반사되어 제2 타원거울(120)의 타 초점으로 향한다.
상기와 같이 세 개의 타원거울을 이용하여 광 경로는 증가하게 되므로 본 발명에 따른 광 공동(100)을 사용하는 가스센서의 경우 가스의 검출력이 개선된다.
제1 타원거울(110), 제2 타원거울(120) 및 제3 타원거울(130)은 비구면 방정식을 만족한다. 상기 비구면 방정식은 하기 수학식 4와 같이 표현된다.
Figure pat00010
Z: 타원 중심으로부터 표면상 거리가 r일 때 정점으로부터의 표면 변위 z 성분 (Depth, “Sag” of the curve)
r: 타원중심으로부터의 거리
c: 곡률
k: 코닉상수(Conic constant)
상기 수학식 4의 비구면 방정식은 비구면 계수가 모두 0일때의 형태이다. 코닉 상수 k에 따른 구의 형상을 정리하면 하기 표 1과 같다.
코닉상수 (k) 형상
k=0 구(Sphere)
k=-1 포물선(Parabola)
k<-1 쌍곡선(Hyperbola)
k>0, -1<k<0 타원(Ellipse)
본 발명에 따른 가스센서용 광 공동은 수학식 4의 비구면방정식을 만족하고, 사용되는 거울은 모두 타원거울이므로 수학식 4에 포함된 코닉상수(k)는 양의 실수이거나 -1보다 크고 0보다 작은 실수가 될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면 수학식 4에 포함된 코닉상수(k)는 0이상 10이하의 값을 가질 수 있다.세 개의 타원거울(110, 120, 130)을 하나의 광축에 일치시킴과 동시에 제3 타원거울(130)의 초점에 각각 일치시키기 위해 일 실시예에 따라 코닉상수(k)는 양의 실수이거나 -1보다 크고 0보다 작은 실수가 될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면 상기 코닉상수(k)는 광 경로 길이와 집광 정도를 고려하여 0이상 10이하의 범위에서 선택될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스센서용 광 공동의 구조를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 가스센서용 광 공동(101)에서 제1 타원거울(111)의 제2 타원거울(121)의 곡률반경은 동일하거나 다를 수 있다. 도 3을 참조하면, 제1 타원거울(111)이 제2 타원거울(121)의 곡률반경보다 작다.
도 3에서 제1 타원거울(111)의 좌측에 위치한 초점이 제3 타원거울(131)의 제1 초점(A2)과 일치하고 제2 타원거울(121)의 우측에 위치한 초점이 제3 타원거울(131)의 제2 초점(B2)과 일치한다. 이처럼 제1 타원거울(111)의 곡률반경과 제2 타원거울(121)의 곡률반경은 광 경로 조절 및 제3 타원거울(131)의 각 초점과 일치시키기 위해 조절될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서의 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 가스센서(500)는 제1 내지 3 타원거울(112,122,132)을 포함하는 가스센서용 광 공동, 광원(300) 및 광 검출기(400)를 포함한다.
가스센서용 광 공동(100)은 제1 타원거울(112), 제2 타원거울(122) 및 제3 타원거울(132)을 포함한다.
광원(300)은 평행광뿐만 아니라 백열등, 적외선 램프와 같이 광의 퍼짐이 발생하는 광원을 포함한다.
광 검출기(400)는 적외선 검출 센서(Thermopile IR sensor 혹은 Passive IR sensor)로서 NDIR(NONDISPERSIVE INFRARED) 타입의 가스센서에 사용되는 통상적인 광 센서를 포함한다.
가스센서(500)의 광 경로는 광원(300)의 위치에 따라 형성되고 광 경로가 끝나는 지점에 광 검출기(400)가 위치하게 된다. 따라서 광원(300)은 제1 타원거울(112)의 타 초점상에 배치되고, 광 검출기(400)는 제2 타원거울(122)의 타 초점상에 배치되어야 한다. 광원(300)과 광 검출기(400) 모두 세 개의 타원거울(112, 122, 132)이 이루는 광축 상에 위치하게 된다.
광원(300)은 제1 타원거울(112)의 타 초점상에서 제1 타원거울(112)을 향해 광을 방출시키도록 배치되고 광 검출기(400)는 제2 타원거울(122)의 타 초점을 향해 들어오는 상기 광을 집광시키도록 배치될 수 있다.
이하 그에 따른 광 경로를 구체적으로 설명한다.
광원(300)은 제1 타원거울(112)을 향해 광을 방출한다. 제1 타원거울(112)을 향해 방출된 광은 제1 타원거울(112)에 반사되어 제1 타원거울(112)의 일 초점인 제3 타원거울(132)의 제1 초점(A)으로 향한다. 상기 광은 제1 초점(A)을 지나 제3 타원거울(132)에 반사되어 제3 타원거울의 제2 초점(B)이자 제2 타원거울(122)의 일 초점을 지나 제2 타원거울(122)로 향한다. 제2 타원거울(122)에 반사된 광은 제2 타원거울(122)의 타 초점으로 향한다. 제2 타원거울(122)의 타 초점으로 향하는 광은 광 검출기(400)에 의해 집광된다.
상기와 같이 세 개의 타원거울(112, 122, 132)을 이용한 광 공동(100)을 이용하여 광 경로를 최대한 길게 하고, 타원거울의 반사 특성을 이용하면 광원(300)으로부터 방출된 광을 광 검출기(400)에 효율적으로 집광시킬 수 있기 때문에 더욱 정확한 분석이 가능하게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스센서의 구조를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스센서(501)는 제1 내지 3 타원거울(113,123,133)을 포함하는 가스센서용 광 공동, 광원(301) 및 광 검출기(401)를 포함한다.
가스센서용 광 공동(100)은 도 2 내지 4에서 설명한 바와 동일하다.
광원(301)은 평행광뿐만 아니라 백열등, 적외선 램프와 같이 광의 퍼짐이 발생하는 광원을 포함한다.
광 검출기(401)는 적외선 검출 센서(Thermopile IR sensor 혹은 Passive IR sensor)로서 NDIR(NONDISPERSIVE INFRARED) 타입의 가스센서에 사용되는 통상적인 광 센서를 포함한다.
광원(301)과 광 검출기(401)은 광 공동(100)의 내부가 아닌 외부에 위치할 수 있다. 도 5를 참조하면, 광원(301)은 광 공동(100)의 외부로서 제3 타원거울(133)의 일면에 배치되고, 광 검출기(401)은 광 공동(100)의 외부로서 제3 타원거울(133)의 타면에 배치된다. 이 경우 제3 타원거울(133)에서 광원(301)이 광을 방출하거나 광 검출기(401)가 광을 집광시키기 위한 공간을 제외하고는 광학적으로 폐쇄되어 있는 것이 바람직하다.
광원(301)은 제1 타원거울(113)의 타 초점을 지나 제1 타원거울(113)을 향해 광을 방출하도록 배치되고 광 검출기(401)은 제2 타원거울(123)의 타 초점을 지나 제3 타원거울(133)을 향해 돌아오는 광을 집광시키도록 배치될 수 있다.
이하 그에 따른 광 경로를 구체적으로 설명한다.
광 공동(101)의 외부로서 제3 타원거울(133)의 일면에 배치된 광원(301)이 광을 방출한다. 상기 광은 제1 타원거울(113)의 타 초점을 지나 제1 타원거울(113)을 향해 나아간다. 제1 타원거울(113)에 반사된 광은 제1 타원거울(113)의 일 초점인 제3 타원거울(133)의 제1 초점(A)으로 향한다. 상기 광은 제1 초점(A)을 지나 제3 타원거울(133)에 반사되어 제3 타원거울의 제2 초점(B)이자 제2 타원거울(123)의 일 초점을 지나 제2 타원거울(123)로 향한다. 제2 타원거울(123)에 반사된 광은 제2 타원거울(123)의 타 초점을 지나 다시 제3 타원거울(133)로 향한다. 제3 타원거울(133)로 돌아오는 광은 광 검출기(401)에 의해 집광된다.
상기와 같이 세 개의 타원거울(113, 123, 133)을 이용한 광 공동(100)을 이용하면 광원(301)이 방출한 광의 광 경로는 최대로 연장될 수 있고, 타원거울의 반사 특성을 이용하면 광원(301)으로부터 방출된 광을 광 검출기(401)에 효율적으로 집광시킬 수 있기 때문에 더욱 정확한 분석이 가능하게 된다.
또한 광원(301)과 광 검출기(401)를 광 공동(100)의 외부에 배치시키므로 내부에 배치시키는 경우보다 광 경로가 길어진다는 장점이 있다.
본 발명은 특정 기능들 및 그의 관계들의 성능을 나타내는 방법 단계들의 목적을 가지고 위에서 설명되었다. 이러한 기능적 구성 요소들 및 방법 단계들의 경계들 및 순서는 설명의 편의를 위해 여기에서 임의로 정의되었다.
상기 특정 기능들 및 관계들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들 및 순서들이 정의될 수 있다. 임의의 그러한 대안적인 경계들 및 순서들은 그러므로 상기 청구된 발명의 범위 및 사상 내에 있다.
추가로, 이러한 기능적 구성 요소들의 경계들은 설명의 편의를 위해 임의로 정의되었다. 어떠한 중요한 기능들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들이 정의될 수 있다. 마찬가지로, 흐름도 블록들은 또한 어떠한 중요한 기능성을 나타내기 위해 여기에서 임의로 정의되었을 수 있다.
확장된 사용을 위해, 상기 흐름도 블록 경계들 및 순서는 정의되었을 수 있으며 여전히 어떠한 중요한 기능을 수행한다. 기능적 구성 요소들 및 흐름도 블록들 및 순서들 둘 다의 대안적인 정의들은 그러므로 청구된 본 발명의 범위 및 사상 내에 있다.
본 발명은 또한 하나 이상의 실시 예들의 용어로, 적어도 부분적으로 설명되었을 수 있다. 본 발명의 실시 예는 본 발명, 그 측면, 그 특징, 그 개념, 및/또는 그 예를 나타내기 위해 여기에서 사용된다. 본 발명을 구현하는 장치, 제조의 물건, 머신, 및/또는 프로세스의 물리적인 실시 예는 여기에 설명된 하나 이상의 실시 예들을 참조하여 설명된 하나 이상의 측면들, 특징들, 개념들, 예들 등을 포함할 수 있다.
더구나, 전체 도면에서, 실시 예들은 상기 동일한 또는 상이한 참조 번호들을 사용할 수 있는 상기 동일하게 또는 유사하게 명명된 기능들, 단계들, 모듈들 등을 통합할 수 있으며, 그와 같이, 상기 기능들, 단계들, 모듈들 등은 상기 동일한 또는 유사한 기능들, 단계들, 모듈들 등 또는 다른 것들일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100, 101 : 가스센서용 광 공동
110, 111, 112, 113 : 제1 타원거울
120, 121, 122, 123 : 제2 타원거울
130, 131, 132, 133 : 제3 타원거울
300, 301 : 광원
400, 401 : 광 검출기
500, 501 : 가스센서

Claims (8)

  1. 제1 타원거울;
    상기 제1 타원거울과 동일한 광축을 가지고 상기 제1 타원거울과 나란히 배치된 제2 타원거울; 및
    상기 제1 및 2 타원거울과 동일한 광축을 가지면서 마주보도록 배치되고, 제1 초점은 상기 제1 타원거울의 일 초점과 일치하고 제2 초점은 상기 제2 타원거울의 일 초점과 일치하는 제3 타원거울을 포함하는 가스센서용 광 공동.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1, 2 및 3 타원거울은 비구면 방정식을 만족하고 코닉상수가 0이상 10이하의 실수인 것을 특징으로 하는 가스센서용 광 공동.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 타원거울과 상기 제2 타원거울이 서로 다른 곡률반경을 가지는 것을 특징으로 하는 가스센서용 광 공동.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항의 가스센서용 광 공동;
    광원; 및
    광 검출기를 포함하는 가스센서.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 제1 타원거울의 타 초점상에 배치되고
    상기 광 검출기는 제2 타원거울의 타 초점상에 배치된 것을 특징으로 하는 가스센서.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 제1 타원거울을 향해 광을 입사시키고,
    상기 제1 타원거울에 반사된 광은 상기 제1 초점을 지나 상기 제3 타원거울로 향하며,
    상기 제3 타원거울에 반사된 광은 상기 제2 초점을 지나 상기 제2 타원거울을 향하고,
    상기 제2 타원거울에 반사된 광은 상기 광 검출기가 배치된 상기 제2 타원거울의 타 초점으로 향하는 것을 특징으로 하는 가스센서.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 광 공동의 외부로서 상기 제3 타원거울의 일면에 배치되고 상기 광 검출기는 상기 광 공동의 외부로서 상기 제3 타원거울의 타면에 배치된 것을 특징으로 하는 가스센서.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 제1 타원거울의 타 초점을 향해 상기 제1 타원거울의 방향으로 광을 입사시키고,
    상기 제1 타원거울에 반사된 광은 상기 제1 초점을 지나 상기 제3 타원거울로 향하며,
    상기 제3 타원거울에 반사된 광은 상기 제2 초점을 지나 상기 제2 타원거울을 향하고,
    상기 제2 타원거울에 반사된 광은 상기 제2 타원거울의 타 초점을 지나 상기 광 검출기로 향하는 것을 특징으로 하는 가스센서.
KR1020180030873A 2018-03-16 2018-03-16 가스 센서용 광 공동 및 그를 이용한 가스센서 KR102103767B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180030873A KR102103767B1 (ko) 2018-03-16 2018-03-16 가스 센서용 광 공동 및 그를 이용한 가스센서

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180030873A KR102103767B1 (ko) 2018-03-16 2018-03-16 가스 센서용 광 공동 및 그를 이용한 가스센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190109031A true KR20190109031A (ko) 2019-09-25
KR102103767B1 KR102103767B1 (ko) 2020-04-24

Family

ID=68068638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180030873A KR102103767B1 (ko) 2018-03-16 2018-03-16 가스 센서용 광 공동 및 그를 이용한 가스센서

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102103767B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115184293A (zh) * 2022-07-22 2022-10-14 深圳市诺安智能股份有限公司 具有一致性光程长度的微型红外气体传感器及实现方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000517055A (ja) * 1996-08-28 2000-12-19 マルチン，ハンス，ゲラン，エヴァルド ガスセンサ
JP3228080B2 (ja) * 1995-08-07 2001-11-12 富士電機株式会社 多重反射形試料セル
KR20130081601A (ko) * 2012-01-09 2013-07-17 (주)트루아이즈 광도파관 및 이를 이용한 비분산 적외선 가스 센서
KR20160060845A (ko) * 2014-11-20 2016-05-31 (주)트루아이즈 광학식 센서를 위한 광학계 및 이를 포함하는 센서

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3228080B2 (ja) * 1995-08-07 2001-11-12 富士電機株式会社 多重反射形試料セル
JP2000517055A (ja) * 1996-08-28 2000-12-19 マルチン，ハンス，ゲラン，エヴァルド ガスセンサ
KR20130081601A (ko) * 2012-01-09 2013-07-17 (주)트루아이즈 광도파관 및 이를 이용한 비분산 적외선 가스 센서
KR20160060845A (ko) * 2014-11-20 2016-05-31 (주)트루아이즈 광학식 센서를 위한 광학계 및 이를 포함하는 센서

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115184293A (zh) * 2022-07-22 2022-10-14 深圳市诺安智能股份有限公司 具有一致性光程长度的微型红外气体传感器及实现方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102103767B1 (ko) 2020-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111465828B (zh) 光谱仪设备及系统
CN111465827B (zh) 光谱仪设备及系统
EP3724620B1 (en) Spectrometer device and system
US10254161B2 (en) Optical wave guide having multiple independent optical path and optical gas sensor using that
EP1987346B1 (en) Dome gas sensor
US20180348121A1 (en) Compact optical gas detection system and apparatus
KR100996711B1 (ko) 평행광원을 가진 비분산 적외선 가스 센서
US11747272B2 (en) Gas detection using differential path length measurement
US8610066B2 (en) Device for radiation absorption measurements and method for calibration thereof
KR102103767B1 (ko) 가스 센서용 광 공동 및 그를 이용한 가스센서
KR100944273B1 (ko) 복수 평행광원을 가진 비분산 적외선 가스 센서
KR20160032863A (ko) 적외선 가스 분석 장치
WO2023009605A1 (en) Differential path length sensing using monolithic, dual-wavelength light emitting diode
KR100574615B1 (ko) 두 개의 포물선형 오목거울을 이용한 기체 셀 및 그 기체 셀을 이용한 기체 센서 제작 방법
KR102223821B1 (ko) 다종 가스 측정 장치
KR101412212B1 (ko) 광 도파관
KR20100019205A (ko) 광효율이 증대된 광 공동 및 광학적 가스센서
KR102265564B1 (ko) 산란광 측정 방식의 가스 센싱 시스템
CN105698698B (zh) 一种单透镜型检测晶片基底二维形貌和温度的装置
KR20090004271A (ko) 광학식 가스센서
KR20220059731A (ko) 비분산식 유해 가스 검출 장치 및 방법
CN114383814A (zh) 一种镜头宽光谱透过率测量装置和方法
GB2392976A (en) An optical measuring cell with total internal reflection

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)