KR880001336B1 - 광학적 오염을 감지하기 위한 검사장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

광학적 오염을 감지하기 위한 검사장치

제 1도는 본 발명의 한가지 실시예에 의한 검출기의 배열을 나타내는 정면도.

제 2도는 제 1도에 도시된 실시예에 있어서의 측단면도.

제 3도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 1개 채널형 장파 열감지를 나타내는 사시도.

제 4도는 제 3도에 도시된 열감지기의 기준채널 부분을 상세하게 나타내는 일부단면 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10,15,20 : 검출기 25,65 : 용기

30,35,40 : 경사면 50 : 방사 에너지 방출용 다이오드

57,58 : 단자 60 : 열감지기

75 : 검출기 80,85 : 돌출부

90,95 : 윈도우 100 : 전자기 에너지 검사 소오스

105 : 전자기 에너지 검사 검출기

본 발명은 광학장치 분야에 관한 것으로서, 특시 광학 검출기의 성능을 저하시킬 수 있는 오염에 대하여 광학검출기의 표면을 검사하는 장치에 관한 것이다.

상이한 종류의 많은 시스템들은 전자이 에너지의 검출기를 특히 전자기 스팩트럼의 일정한 범위내에서 사용하고 있다. 가시광선이나 적외선 에너지에 민감한 검출기는 특히 유용하다. 예를 들어, 군용 차량내의 화재를 감지하는 시스템에서는 2개의 검출기를 사용하고 있는데, 그중 하나는 가시 스팩트럼내의 에너지를 검출할 수 있는 검출기이고, 다른 하나는 적외선 스팩트럼내의 에너지를 검출할 수 있는 검출기이다. 이와 같은 화재감지 검출기들은 손이 잘 닿지 않은 위치에 나란히 장착되는 것이 전형적이기 때문에, 이들 검출기의 표면에는 먼지, 윤활유, 기름 및 그외의 다른 오염물들이 쌓여지게 된다. 이와 같은 오염물이 검출기의 표면에 쌓이면 이 검출기에 도달하는 전자기 에너지의 양이 감소되고, 따라서 감지기의 성능이 저하된다.[기술용어에 있어서, "검출기(detector)""감지기(sensor)"라는 단어는 같은 뜻으로 사용되는 경우가 많다. 본 명세서에서 사용된 "검출기"라는 용어는, 전자기 방사를 전기 신호로 변환시키는 방사선 감지용 소자를 의미한다. "감지기"라는 용어는, 적어도 하나의 "검출기"를 이용하는 시스템으로서 이"검출기"의 신호를 증폭시키거나 처리하기 위해 어떤 다른 전자장치를 포함하는 것을 의미하는 것이다.]

종래에는, 검출기 또는 감지기 시스템의 표면상에 오염물이 누적된 것을 검사하기 위하여, 내장(built-in)된 검사 장치를 사용하여 왔다. 공지된 바와 같은 이러한 시스템 중의 하나에서는 보호 윈도우를 사용하고 있는데, 이 보호 윈도우의 후방에는 자외선(UV)에너지 공급원과 자외선 에너지 검출기가 배치되어 있다. 자외선 에너지는 상기 에너지는 상기 윈도우를 통해 전달된 다음에, 이 윈도우의 바깥쪽 측면에 장착된 소형의 반사기에 의해 반사되어서 자외선 검출기로 입사된다.

오염물의 누적을 검사하기 위한 종래의 다른 시스템으로서는, 가시 스팩트럼 전용의 검출기를 사용하여 감지기능을 행하는 것이 있다. 자체적인 검사를 실시하기 위하여서는, 검출기의 전방 외측에 장착된 전구를 활성화시킴으로써 각각의 검출기의 응답을 적절한 신호로 유도해낸다.

이와 같은 종래의 시스템에서와 같이 1개이상의 검출기를 사용할 경우, 오염에 대해 윈도우를 검사하기 위하여서는 검사 시스템을 각각의 검출기내에 내장시켜야만 하는 것이 일반적이다. 내장된 검사 소오스(예컨대, 전구)가 여러개의 검출기를 담당해낼만큼 클 경우에는 예외일 수 있다. 그러나, 대부분의 시스템에서는 무게와 크기가 최소로 되어야 하므로, 검사 소오스가 그와 같이 크게 되는 것은 매우 바람직하지 못하다.

윈도우의 오염에 대하여 자외선 및 가시 검출기를 검사하기 위한 기술은 이미 이용되고 있으나, 적외선 검출기에 대하여서는 그와 같은 기술이 알려져 있지 않다. 적외선 검출기 그 자체는 흔히 광역의 스팩트럼 통과대역을 나타내지만, 적외선 검출기의 감도를 관심영역에 한정시키기 위해 협대역의 필터를 이 적외선 검출기와 함께 사용하는 것이 일반적이다. 그러므로, 외부에서 장착될 수 있는 적합한 소오스를 찾아낼 수 없게되며, 결국 오염물의 누적을 자동적으로 감시할 수 없게 된다. 따라서, 이 경우에는 광학 표면을 주기적으로 빈번하게 검사하고 손질하여 주어야 한다.

이와 같이, 적외선 검출기에 대해서는 적합한 외부 소오스의 이용이 불가능하기 때문에, 통상적으로 내부 소오스가 사용되고 있다. 이와 같은 내부 보정(ICS)는 검출기쪽의 필터상에 배치되는 것이 일반적이며, 검출기의 내부에 배치되는 경우도 흔히 있다. 그러나, ISC를 사용하더라도 윈도우의 오염을 감시할 수는 없다. 즉, ISC의 유일한 역할은 검출기 및 이에 관련된 전자회로의 기능을 검사하는 것이다.

이상과 같은 난점을 해결하기 위하여, 종래에는 그 노력이 일반적으로 검사 소오스에 집중되었다. 즉, 적합한 검사 소오스를 찾아내자는 것이었다. 이때, 가스레이저 및 색소레이저(dye laser)는 너무 크로 값이 비싼 단점이 있다. 아연염 다이오드 레이저(lead salt diode laser)는 소형이기는 하지만, 매우 작은 전력을 출력시키려고 할때에도 저온 냉각이 필요하게 된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 지금까지 알려진 최선의 해결책은, 적외선 전달용 윈도우의 후방에 권선 코일을 사용하는 방법일 것으로 여겨진다. 그러나, 이 방법에 있어서도, 소오스를 검출기 윈도우에 매우 가깝게 이동시켜서 수 암페어의 전류로 펄스화시켜야만 한다는 난점이 있다. 그러므로, 적외선 영역에서는 가시영역 및 자외선 영역에서와 같은 소형이고 방향성이며 저전력의 소오스가 이용될 수 없었다.

또한, 각각의 검출기 또는 광학소자에 외부적인 검사 소오스를 장착할 필요가 없게 된다면 바람직할 것이 다. 외부 광학표면이 많아질수록, 주위환경으로 부터의 손상 가는성이 더욱 커지기 때문이다. 뿐만 아니라, 외부 소자의 갯수에 따라서는 제조원가 및 제조상의 복잡성이 매우 급격하게 증가하는데, 외부 소자으이 대신에 내부 소자를 사용할 수 있다면 이러한 용인들을 최소한으로 감소시킬 수 있을 것이다.

본 발명의 주목적은, 오염물이 검출기 또는 광학소자들의 표면상에 예정된 수준으로 누적될 때에 검출기의 시야 여역을 크게 방해함이 없이도 검사의 실패가 기록되게 하여주는 내장형 검사장치를 제공함으로써, 종래의 검출기 시스템에 관련된 상술한 문제점들을 해결하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 검출기 또는 광학소자의 표면상에 오염물이 누적된 것을 검사하기 위한 내장형 기준 채널 검사기를 가진 감지기 시스템을 제공함과 동시에, 이때 이 시스템 전반에 대한 제조원가 및 복잡성을 최소화하여 주려는 것이다.

상술한 바와 같이 종래 기술상의 단점들을 해결하고 본 발명의 상기 목적들을 달성하기 위해서, 본 발명은 감지기 시스템의 검출 표면상에 예정된 수준의 요염물이 존재하는가를 검사하기 위한 장치를 제공한다. 이 장치에서는, 오염물 누적의 존재를 측정하기 위한 기준채널(refereence channel)이 사용된다. 이 장치는, 검출될 전자기 에너지가 충돌할 수 있는 하나씩의 표면을 각각 가지고 있는 1개 이상의 검출기와, 검출기가 전자기 에너지를 검출할 때에 이를 표시하기 위한 표시기 시스템과, 검사용 방사선이 검출기의 검출표면에 충돌하도록 하는 방향으로 검출표면의 부근에 배치된 최소한 1개의 전자기 에너지 검사 소오스로 구성된다. 검사 소오스의 방사선의 강도는, 검출표면상의 오염물이 양이 임의의 예정량보다 적을 경우에만 검출기가 검사 소오스의 방사선을 검출하도록 조정된다. 대부분의 주위환경에서, 오염물은 모든 검출기상에 비교적 균일하게 누적되는 것이 보통이다. 따라서, 기준채널 광학표면상에서 오염물의 누적을 감지해내면, 이를 이용하여 그 부근의 다른 모든 광학표면상의 오염물의 누적을 측정할 수 있는 것이다.

그로므로, 본 발명에서는, 종래의 시스템에서 윈도우의 오염을 검사하는데 필요로 하였던 다수의 외부 검사 소오스의 대싱에 기준채널을 사용하고 있다. 기준 채널을 장치화시킴에 있어서, 그 동작을 위한 파장은 다음과 같이 선택된다. 즉, (1) 효율적이고 소형이며 저전력의 방출기가 사용될 수 있고, (2) 오염물의 누적이 다른 광학 표면에서와 적어도 같은 정도로 신속하게 기준채널 광학표면상에 모여질 수 있을 것. 그러므로, 이 기준채널은 오염물의 존재에 대한 최악의 상황을 나타내게 된다.

이 기준채널은 단독적인 검사채널로서 유용한 것이기도 하지만, 실제의 시스템에서 이 기준채널을 기타의 검출기 채널내의 내부 보정 소오스(ICS)와 함께 사용하면 더욱 유용하게 되는 경우가 많다.

실제의 시스템에 있어서는, 기준채널과 ISC의 사용을 결합하는 것이 시스템적으로 매우 유용하게 될 수 있다. 이때 검출기의 기능을 검사함과 동시에, 광학표면의 오염여부를 검사할 수 있게 될 것이다.

어떤 경우에는, 기준채널로써 ISC의 역할을 대체시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 기준채널용으로 매우 편리한 소오스는 초소형의 고체 발광 다이오드(LED)이다. 이 LED는, 방출된 모든 광선을 좁은 시야(전형적으로는, 10°)내에 집중시키기 위한 마이크로렌즈를 가진 매우 작은 하우징(직경 0.090인치)내에 삽입되어 시판되고 있다. 시스템에 의해 사용되고 있는 광학채널이 통상적인 LED에 의해 방출된 광선의 파장을 포함하는 것일 경우에는, 기준채널 검출기를 생략하고, 대응하는 시스템 채널이 그 기준 채널 검출기의 기능을 시분할적(timeshared basis)으로 대신하도록 하여도 좋다. 이러한 형태에 있어서는, 통상적으로는 ICS에 의해 제공되는 자극(stimulus)을 기준채널의 외부 LED가 제공되기 때문에, 1개 시스템 채널에서는, ICS가 필요없게 될 것이다. 그러므로, ICS에 의해 행하여질 기능 검사는, 기준채널이 윈도우의 오염을 검사하는 동안에 기준채널 검사 소오스에 의해 대신 행하여지게 된다.

1군(群)의 검출기의 검출표면상의 과도한 오염을 감지하는 방법은, 전자기 에너지의 검사 소오스를 검출기의 검출표면 부근에 배치시키고, 상기 검출표면을 검사 소오스에 의해 전자기 에너지로 방사하여 주고, 이러한 검사 소오스의 방사가 검출기검에 의해 검출되었는가의 여부를 결정하는 단계들로 구성된다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1도에는 어떤 스펙트럼 파장 대역내에서 전자기 에너지를 각각 검출할 수 있는, 예컨대 실리콘 광다이오드와 같은 3개의 검출기(10)(15)(20)의 배열의 도시되어 있다. 각각의 검출기는 디스크와 같은 형태일 수도 있으며, 이 검출기의 검출면에는 방사 에너지가 충돌하게 된다. 검출기(10)(15)(20)은 용기(25)의 벽내에 배치되어 있으며, 용기(25)의 표면으로 부터의 요부(凹部)에 각각 위치하고 있다. 또한, 각각의 검출기(10)(15)(20)의 주변부는 경사면(30)(35)(40)으로 되어 있다. 경사면(40)은 제 2도에 더욱 명료하게 도시되어 있다. 바람직한 실시예에서, 경사면(40)은 용기(25)의 앞면(45)에 대하여 30°의 각도일 수 있다.

경사면(40)상에는, 소형의 방사 에너지 방출용 다이오드(50)이 장착되어 있다.바람직한 실시예에서, 이 다이오드(50)은 예컨대 스펙트로닉스 인코포레이티드(Spectronics, Inc.)의 제품인 SE1450등과 같은 적외선 방출 다이오드이어도 좋다. 다이오드(50)은, 이 다이오드(50)의 몸체를 경사면(40)에 부착시킴에 의하여 혹은 기타의 적절한 수단에 의하여, 경사면(40)상에 장착될 수 있다. 다이오드(50)은, 이 다이오드(50)의 에너지 방출 단부가 검출기(20)의 검출면을 향하도록 하는 방향으로 배치된다. 다이오드(50)을 배치할 때에는, 이 다이오드(50)이 활성화될 때에 이 다이오드(50)으로 부터 방출되는 방사 에너지가 검출기(20)에 의해 검출될 수 있도록 다이오드(50)이 검출기(20)에 충분히 근접하여야 한다는 것, 그러나 다이오드(50)이 감시영역으로 부터의 방사선을 차단할 정도로 너무 건접하여서는 안된다는 것을 고려하여, 세심한 주의를 기울여야만 한다. 다이오드(50)에는, 용기(25)의 벽내의 구멍(62)를 관통하는 2개의 도선(55)(56)이 있다. 이들 다이오드 도선(55)(56)은 작동가능성 시험을 행하는 동안의 적절한 시간에 전력원(도시한지 않았음)에 접속된다.

검출기(20)은 검사회로(도시하지 않았음)에 접속된 2개의 단자(57)(58)을 갖고 있다. 검사회로는, 직렬 회로내에 접속된 저력원, 증포기, 그리고 전류계 혹은 온-오프 표시기일 수 있다. 다른 예로서는 검사회로는 적절한 전자식 처리장치 및 온-오프 표시기일 수 있다. 검출기(20)의 표면에 오염물이 거의 없는 경우에 다이오드(50)이 활성화되면, 단자(57)(58) 사이의 임피이던스가 감소하며, 따라서 직렬의 검사회로를 흐르는 전류에 의해 전류계의 바늘이 충분히 이동되거나 혹은 온-오프표시기가 활성화되고, 이에 의해 오염의 정도가 과도하지 않는다는 것이 표시된다. 오염물이 과도하게 누적된 경우에는, 다이오드(50)이 활성화 되더라도 단자(57)(58)사이의 임피이던스가 충분히 감소되지 않는다. 그러므로, 검사 회로내를 흐르는 전류가 불충분하게 되고, 온-오프 표시기가 작동하지 않게 된다.

상술한 실시예에는 검출기(20)의 전방에 보호판(예컨대, 유리)를 설치하는 방식 등으로 변형될 수도 있다. 이러한 보호판은 검출기가 검출하여야 할 전자기 에너지를 투과시키는 한편, 폭발시에 날아다니는 파편 등으로 부터 검출기를 보호할 수 있다. 보호판의 표면에 누적된 오염물도 역시, 이러한 보호판이 없는 검출기의 경우에 대해 상술한 바와 같은 방법으로 검출될 수 있다.

상술한 실시예는 기준채널내에 하나의 검사 소오스가 사용되는 경우를 나타낸 것이다. 검출기 및 표시기 시스템에 있더서, 기준채널은 폭발성 화재의 존재를 감지하기 위한 시스템에서 사용되는 검출기(20)로서 시분할적으로 이용될 수 있다.

제 3도에는, 본 발명으리 다른 실시예가 도시되어 있다. 하나의 채널로 된 장파 열감지기(long-wavelength heat sensor)(60)은 용기(65)를 가지고 있고, 이 용기(65)의 윗면은 참조부호(70)으로 표시되어 있다. 이 열감지기(60)의 용기(65)의 벽에는, 장파 전자기 에너지의 검출기(75)가 1개 장착되어 있다. 용기의 벽으로 부터는 검출기(75)를 장착시키기 위한 2개의 돌출부(80)(85)가 형성되어 있다.

열감지기(60)의 구조는 제 4도에 도시되어 있는데, 제 4도는 용기의 윗면(70)을 제거한 상태에서의 열감지기(60)를 나타내는 평면도이다. 용기(65)내의 각각의 돌출부에는, 윈도우(90)(95)가 그 용기의 벽부분에 형성되어 있다. 이들 윈도우(90)(95)는 유리, 플라스틱, 혹은 기타의 적절한 투명물질로 덮혀져 있다. 윈도우(90)의 후방에는 전자기 에너지의 검사 소오스(100)이 있고, 윈도우(95)의 후방에는 전자기 에너지의 검사 검출기(105)가 있다. 검사 소오스(100)이 검사 검출기(105)를 직접 조사(照射)할 수 있도록 하는 방향으로 배치되어 있다. 물론, 검사 소오스(100)은 검사 검출기(105)가 검출할 수 있는 파장의 에너지를 방사하도록 선택된다.

열감지기(60)의 주위가 오염되어 있지 않을 경우, 검사 검출기(105)는 관련된 검사회로(도시하지 않았음)에 의해 활성화된 검사 소오스(100)로 부터의 방사선을 검출한다. 검사 검출기(105)의 출력은, 검사 검출기(105)가 검사 소오스(100)로 부터의 방사선을 검출하고 있음을 작업원에게 알려주기 위한 지시램프, 전압계, 혹은 기타의 적절한 표시장치에 접속될 수 있다. 검사 소오스는 지속적으로 활성화되어도 좋고, 혹은 주기적으로 활성화될 수도 있으며, 또는 단지 임의의 검사기간 동안에만 활성화될 수도 있다.

열감지기가 오염된 환경내에서 노출되어 있는 경우에는, 열감지기의 노출된 표면상에 오염물이 누적되기 시작할 것이다. 오염물은 일반적으로 열감지기(60)의 모든 노출된 표면상에 균일하게 누적된다. 오염물이 윈도우(80)(85)상에 누적되면 검사 검출기(105)에 도달하여 이에 의해 검출되는 검사 소오스(100)으로 부터의 방사선의 양이 감소하게 된다. 사용된 표시장치의 형태에 따라서는, 허용치 이상의 오염물이 열감지기(60)상에 존재한다는 것을 작업원에게 어떤 방식으로 경고하여 줄 수도 있다. 이 경우의 허용할 수 없는 오염물의 양은, 열감지기 시스템의 성능을 크게 저하시키지는 않는 한도내에서 장파 검출기(75) 및 이에 관련된 감지기 회로(도시하지 않았음)의 표면상에 누적될 수 있는 오염물의 최대량으로 될 것이다.

상술한 실시예들은 본 발명의 원리에 따라 이루어질 수 있는 다수의 가능한 실시예중의 대표적인 것을 예시한 것에 불과하다. 따라서, 본 발명의 원리 및 범위를 벗어남이 없이도 다수의 변형예들이 당업자에 의해 쉽게 고안될 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 전자기 에너지가 충돌할 수 있는 최소한 하나씩의 검출표면을 각각 가지고 있으며 전자기 에너지를 검출하기 위한 최소한 1개의 검출기 수단과, 이 검출기수단이 전자기 에너지를 검출할 때에 이를 표시하도록 상기 검출기 수단에 관련된 표식 수단과, 검사 소오스로 부터의 방사선이 상기 검출기수단의 검출표면에 충돌하도록 하는 방향으로 상기 검출기 수단의 주위에 배치되며, 또한 검출표면상의 오염물의 양이 임의의 예정량보다 적을 때에만 상기 검출기 수단이 검사 소오스의 방사선을 검출하도록 검사 소오스로 부터의 방사선의 강도가 선택되어 있는 최소한 1개의 전자식 에너지 검사 소오스로 구성되는 내장형 검사장치.
2. 제 1항에 있어서, 검출기 수단이 검출할 전자에너지를 투과시킬 수 있는 보호판이 검출기 수단의 검출표면의 상부에 배치되어 있는 장치.
3. 제 1항에 있어서, 단지 1개의 검사 소오스와 최소한 2개의 검출기 수단을 가지고 있는 장치.
4. 제 1항에 있어서, 최소한 1개의 검출기 수단이 다수의 시스템 검출기를 시분할 방식으로 이용하도록 되어 있는 장치.
5. 제 1항에 있어서, 최소한 1개의 검출기 수단이 다수의 시스템 광학소자를 시분할 방식으로 이용하도록 되어 있는 장치.

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