KR102344462B1 - 입자 센싱 장치 - Google Patents

Abstract

실시 예에 의한 입자 센싱 장치는, 광을 방출하는 발광부와, 발광부 아래에서 발광부의 광축과 교차하여 배치되며, 입자를 포함할 수 있는 제1 공기가 유동하는 제1 유로를 제공하는 제1 유로부와, 입자가 필터링된 제2 공기를 제1 유로와 발광부 사이 및 제1 유로와 수광부 사이로 제1 공기가 유동하는 방향과 동일한 방향으로 제공하는 공기 제공부 및 제1 유로부 아래에서 광축에 배치되며, 제1 유로부를 통과한 광이 입사되는 수광부를 포함할 수 있다.

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 조사하고, 먼지에서 산란된 광을 센싱하여 먼지에 대한 정보를 얻는다.

먼지 센싱 장치의 내부로 센싱될 먼지가 지속적으로 유입될 경우, 먼지 센싱 장치 내부가 먼지에 의해 오염됨으로써, 먼지를 정확하게 센싱할 수 없게 된다. 특히, 먼지 센싱 장치의 내부로 유입된 먼지가 먼지 센싱 장치 내부의 광학계에 쌓일 경우, 먼지 센싱 장치의 성능이 저하될 수 있다.

이를 해소하기 위해, 먼지 센싱 장치의 사용자는 먼지 센싱 장치의 내부 특히, 광학계를 주기적으로 예를 들어 3개월 내지 6개월마다 직접 청소해야 한다. 이로 인해, 사용자는 손에 먼지와 같은 오물이 묻는 비위생적인 작업 환경에 빈번하게 노출될 수 밖에 없고, 청소하는 도중에 먼지가 사용자 주변에 재 비산될 수 있으며, 사용자를 번거롭게 할 수 있다.

실시 예는 먼지 등에 의해 오염되지 않아 입자를 정확하게 센싱할 수 있는 입자 센싱 장치를 제공하는 데 있다.

일 실시 예에 의한 입자 센싱 장치는, 광을 방출하는 발광부; 상기 발광부 아래에서 상기 발광부의 광축과 교차하여 배치되며, 입자를 포함할 수 있는 제1 공기가 유동하는 제1 유로를 제공하는 제1 유로부; 상기 입자가 필터링된 제2 공기를 상기 제1 유로와 상기 발광부 사이 및 상기 제1 유로와 상기 수광부 사이로 상기 제1 공기가 유동하는 방향과 동일한 방향으로 제공하는 공기 제공부; 및 상기 제1 유로부 아래에서 상기 광축에 배치되며, 상기 제1 유로부를 통과한 광이 입사되는 수광부를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 유로부는 상기 제1 공기가 유입되는 제1 유로 입구부; 상기 제1 공기가 유출되는 제1 유로 출구부; 상기 제1 유로 입구부와 상기 제1 유로 출구부 사이 및 상기 발광부와 상기 수광부 사이에서 상기 광축에 위치하며 상기 입자가 산란되는 산란부; 상기 제1 유로 입구부와 상기 산란부 사이에 위치한 제1-1 유로 중간부; 및 상기 산란부와 상기 제1 유로 출구부 사이에 위치한 제1-2 유로 중간부를 포함하고, 상기 제1 유로 입구부, 상기 제1-1 유로 중간부, 상기 산란부, 상기 제1-2 유로 중간부 및 상기 제1 유로 출구부는 상기 제1 유로를 이룰 수 있다.

예를 들어, 상기 공기 제공부는 상기 산란부 이전에서 상기 제1 유로와 격리되고, 상기 산란부부터 상기 제1 유로와 접하며, 상기 제2 공기가 유동하는 제2 유로를 제공하는 제2 유로부를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 유로부는 상기 제2 공기가 유입되며, 상기 제1 유로 입구부의 둘레에 배치된 제2 유로 입구부; 상기 제2 공기가 유출되며, 상기 제1 유로 출구부의 둘레에 배치된 제2 유로 출구부; 상기 산란부 둘레에 배치되어, 상 산란부와 상기 수광부를 이격시키고 상기 산란부와 상기 발광부를 이격시키는 에어 커튼부; 상기 제1-1 유로 중간부의 둘레에 배치된 제2-1 유로 중간부; 및 상기 제1-2 유로 중간부의 둘레에 배치된 제2-2 유로 중간부를 포함하고, 상기 제2 유로 입구부, 상기 제2-1 유로 중간부, 상기 에어 커튼부, 상기 제2-2 유로 중간부 및 상기 제2 유로 출구부는 상기 제2 유로를 이루고, 상기 제1 및 제2 유로 입구부는 서로 격리되고, 상기 제1-1 및 제2-1 유로 중간부는 서로 격리되고, 상기 에어 커튼부와 상기 산란부는 서로 접하고, 제1-2 및 제2-2 유로 중간부는 서로 접하고, 상기 제1 및 제2 유로 출구부는 서로 접할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1-1 유로 중간부는 상기 제2-1 유로 중간부 내에 배치되고, 상기 제1-1 유로 중간부의 내벽은 상기 제1 유로의 일부를 형성하고, 상기 제1-1 유로 중간부의 외벽과 상기 제2-1 유로 중간부의 내벽 사이는 상기 제2 유로의 일부를 형성할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1-1 유로 중간부의 제1 유로 단면과 상기 제2-1 유로 중간부의 제2 유로 단면은 동심원 형상일 수 있다.

예를 들어, 상기 에어 커튼부는 상기 발광부와 상기 산란부 사이에 위치한 제1 에어 커튼부; 및 상기 산란부와 상기 수광부 사이에 위치하며, 상기 제1 에어 커튼부와 이격된 제2 에어 커튼부를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제2-1 유로 중간부는 상기 제1 에어 커튼부와 접하는 상측 제2-1 유로 중간부; 및 상기 제2 에어 커튼부와 접하고, 상기 상측 제2-1 유로 중간부와 이격된 하측 제2-1 유로 중간부를 포함할 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 제1 유로의 유로 단면적은 상기 제1 개구부의 면적보다 작을 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 유로의 유로 단면적과 상기 제2 유로의 유로 단면적의 합은 상기 제1 개구부의 면적보다 작을 수 있다.

예를 들어, 상기 입자 센싱 장치를 구동하였을 때, 상기 제1 공기의 제1 유속은 상기 제2 공기의 제2 유속 이하일 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 유로 상의 임의의 지점에서 상기 제2 유로부의 유로 단면적은 일정할 수 있다.

예를 들어, 상기 입자 센싱 장치는 상기 제1 및 제2 유로 출구부에 인접하여 배치되고, 상기 제1 또는 제2 공기 중 적어도 하나의 유동을 유도하는 팬을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 공기 제공부는 상기 제1 공기에서 상기 입자를 필터링하여 상기 제2 공기를 생성하는 공기 필터링부를 더 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 의한 공기 청정기는 상기 입자 센싱 장치; 및 상기 제1 공기에서 상기 입자를 필터링하여 상기 제2 공기를 생성하는 공기 필터링부를 포함할 수 있다.

실시 예에 의한 입자 센싱 장치는 입자에 의해 발광부나 수광부가 오염됨을 제2 공기를 이용하여 방지함으로써, 청소할 필요성을 덜어주고, 이로 인해 입자를 정확히 센싱할 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 4a는 도 3에 도시된 제1 유로부 및 제2 유로부에서 제1-1 및 제2-1 유로 중간부의 일 실시 예에 의한 측단면도를 나타내고, 도 4b는 도 3에 도시된 'A1' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 다른 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 6a는 도 5에 도시된 제1 유로부 및 제2 유로부에서 제1-1 및 제2-1 유로 중간부의 일 실시 예에 의한 측단면도를 나타내고, 도 6b는 도 5에 도시된 'A2' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치의 또 다른 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 8은 도 7에 도시된 제1 및 제2 유로부를 설명하기 위해 'A3' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 9는 도 3에 도시된 'B' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 10a는 도 9에 도시된 광 감지부의 일 실시 예의 평면 형상을 나타내고, 도 10b는 도 10a에 도시된 광 감지부를 J-J' 선을 따라 절개한 일 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 11은 도 9에 도시된 광 감지부의 다른 실시 예의 평면 형상을 나타낸다.
도 12는 도 1에 도시된 정보 분석부의 일 실시 예의 블럭도이다.
도 13은 실시 예에 의한 공기 청정기의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 14는 비교 례에 의한 입자 센싱 장치에서 제1 공기가 제1 유로부를 유동하는 모습을 촬영한 사진이다.
도 15는 실시 예에 의한 입자 센싱 장치에서 제1 및 제2 공기가 제1 및 제2 유로부를 각각 유동하는 모습을 촬영한 사진이다.

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 100C)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 설명의 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 입자 센싱 장치(100: 100A 내지 100C)를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다. 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 교차할 수도 있다.

도 1은 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100)의 개념을 설명하기 위한 개략적인 블럭도로서, 광 흡수(dumping)부(102), 발광부(110), 제1 유로부(120), 수광부(130), 공기 제공부(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 광원부(112)에 포함되는 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, 광원부(112)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, 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 제1 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 제1 및 제2 유로부(120, 142)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°일 수 있다. 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.

제1 유로부(120)는 발광부(110) 아래에서 발광부(110)의 광축(LX)과 교차하게 배치될 수 있으며, 입자를 포함할 수 있는 공기(이하, '제1 공기'라 한다)가 유동하는 제1 유로를 제공할 수 있다. 입자를 포함할 수 있는 제1 공기는 제1 유로부(120)의 제1 유입구(IH1)를 향해 IN1 방향으로 유입되어 제1 유로부(120)의 제1 유출구(OH1)를 통해 OUT1 방향으로 배출될 수 있다. 예를 들어, 입자란, 제1 공기 중에 부유하는 파티클로서, 먼지일 수도 있고 연기일 수도 있으며 실시 예는 입자의 특정한 형태에 국한되지 않는다.

제1 유로부(120)의 제1 유입구(IH1)를 통해 IN1 방향으로 유입된 제1 공기에 포함된 입자는 발광부(110)로부터 방출되는 제3 광(L3)에 의해 제1 유로부(120)의 산란부(SS)에서 산란되며, 산란된 제4 광(L4)(이하, '산란광'이라 한다)이 수광부(130)로 제공될 수 있다.

공기 제공부(140)는 입자가 필터링된 공기(이하, '제2 공기'라 한다)를 제1 유로와 발광부(110) 사이 및 제1 유로와 수광부(130) 사이로 제공할 수 있다. 제2 공기는 제1 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 동일한 방향으로 제공될 수 있다. 이를 위해, 공기 제공부(140)는 제2 공기가 유동하는 제2 유로를 제공하는 제2 유로부(142)를 포함할 수 있다.

제2 유로를 제공하는 제2 유로부(142)는 제2-1 유로를 형성하는 제2-1 유로부(142-1) 및 제2-2 유로를 형성하는 제2-2 유로부(142-2)를 포함하는 것으로 도시되고, 제2-1 및 제2-2 유로부(142-1, 142-2)는 제1 유로부(120)와 이격된 것으로 예시되어 있지만, 이는 제1 및 제2 유로부(120, 142)의 개념을 설명하기 위함이다. 즉, 후술되는 바와 같이, 제2 유로부(142)는 제1 유로부(142)를 감싸며 배치될 수 있다. 이 경우, 제2-1 및 제2-2 유로부(142-1, 142-2)는 일체로 구현되고, 제2-1 및 제2-2 유로는 하나의 제2 유로를 이룰 수 있다.

실시 예에 의하면, 제2 유로는 산란부(SS) 이전에서 제1 유로와 격리되고, 산란부(SS)부터 제1 유로와 접하여 형성될 수 있다.

또한, 도 1의 경우 제2 유로부(142)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, 제2 유로부(142)가 구현되는 방식에 따라 후술되는 입자 센싱 장치(100A 내지 100C)에서와 같이 제2 유로부(142)는 발광부(110) 및 수광부(130)와 각각 접하여 배치될 수도 있다.

팬(180)은 제1 및 제2 유로부(120, 142) 내에서 제1 및 제2 공기의 유동을 유도하는 역할을 한다. 즉, 팬(180)은 제1 또는 제2 유로부(120, 142) 중 적어도 하나의 내부에서 제1 또는 제2 공기 중 적어도 하나의 유속을 일정하게 유지하는 역할을 한다. 이를 위해, 팬(180)은 제1 및 제2 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)으로 제1 및 제2 유로부(120, 142)에 인접하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 팬(180)은 제1 유로부(120)의 제1 유출구(OH1) 측과, 제2 유로부(142)의 제2 및 제3 유출구(OH2, OH3) 측에 인접하여 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 제1 및 제2 유로부(120, 142) 각각의 내에서 공기의 유동을 유도할 수만 있다면, 실시 예는 팬(180)의 특정한 배치 위치에 국한되지 않는다.

예를 들어, 제1 및 제2 유로부(120, 142) 각각의 내에서 제1 및 제2 공기 각각이 5 ㎖/sec의 유속을 유지하도록 제1 및 제2 유로부(120, 142)를 구현하거나 팬(180)의 회전 속도를 결정할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

한편, 수광부(130)는 제1 유로부(120)를 통과한 제4 광(L4)을 입사하는 역할을 하며, 이를 위해, 제1 유로부(120) 아래에서 광축(LX)에 배치될 수 있다. 여기서, 제1 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 제1 유로부(120)를 통과하는 제1 공기에 포함된 입자(P)에 의해서 산란된 광을 의미할 수 있다. 비산란광이란, 발광부(110)에서 방출된 제3 광(L3)이 제1 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(102)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(102)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), 제1 및 제2 유로부(120, 142), 수광부(130) 및 광 흡수부(102)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 제1 및 제2 유로부(120, 142)와 팬(180)을 수용 가능한 부분이고, 버텀부(176)는 수광부(130)와 광 흡수부(102)를 수용 가능한 부분일 수 있다.

도 1의 경우, 하우징(170)의 중간부(174)와 제1 및 제2 유로부(120, 142)가 별개인 것으로 예시되어 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 후술되는 입자 센싱 장치(100A 내지 100C)에서와 같이 하우징(170)의 중간부(174)에 의해 제1 유로부(120A, 120B, 120C) 및 제2 유로부(142)가 형성될 수 있다.

이하, 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 실시 예(100A 내지 100C)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 광 흡수부(102), 발광부(110A), 제1 유로부(120A), 수광부(130A), 공기 제공부(140A), 하우징(172, 176) 및 팬(180)을 포함하며, 도 1에 도시된 신호 변환부(150) 및 정보 분석부(160)는 생략되었다.

도 3에 도시된 광 흡수부(102), 발광부(110A), 제1 유로부(120A), 수광부(130A), 공기 제공부(140A), 하우징(172, 176), 팬(180)은 도 1에 도시된 광 흡수부(102), 발광부(110), 제1 유로부(120), 수광부(130), 공기 제공부(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 4a는 도 3에 도시된 제1 유로부(120A) 및 제2 유로부(142A)에서 제1-1 및 제2-1 유로 중간부(FII1)의 일 실시 예에 의한 측단면도를 나타내고, 도 4b는 도 3에 도시된 'A1' 부분을 확대 도시한 단면도로서, 설명의 편의상, 도 4a는 제1 및 제2 유로부(120A, 142A)에서 제1-1 및 제2-1 유로 중간부(FII1)와 제1 및 제3 개구부(OP1, OP3)만을 나타내고, 도 4b에서 도 3에 도시된 팬(180)의 도시는 생략되었다.

도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제1 유로부(120A)는 제1 유로 입구부(FI), 제1-1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS), 제1-2 유로 중간부(FII2) 및 제1 유로 출구부(FO)를 포함할 수 있다. 제1 유로 입구부(FI), 제1-1 유로 중간부(FII2), 산란부(SS), 제1-2 유로 중간부(FII2) 및 제1 유로 출구부(FO)는 제1 유로를 이룬다.

제1 유로 입구부(FI)는 입자(P)를 포함할 수 있는 제1 공기가 유입되는 부분으로서, 제1 유입구(IH1) 및 제1-1 부분 유로를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 유입구(IH1)는 외부로부터 IN1 방향으로 공기가 유입되는 제1 유로부(120A)의 입구에 해당하고, 제1-1 부분 유로란, 제1 유입구(IH1)로부터 제1-1 유로 중간부(FII1) 사이에 형성된 제1 유로의 일부분에 해당한다.

제1 유로 출구부(FO)는 입자(P)를 포함할 수 있는 제1 공기가 유출되는 부분으로서, 제1 유출구(OH1) 및 제1-2 부분 유로를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 유출구(OH1)는 제1 공기가 OUT1 방향으로 외부로 유출되는 제1 유로부(120A)의 출구에 해당하고, 제1-2 부분 유로란, 제1-2 유로 중간부(FII2)로부터 제1 유출구(OH1) 사이에 형성된 제1 유로의 일부분에 해당한다.

산란부(SS)는 발광부(110A)와 수광부(130A) 사이 및 제1 유로 입구부(FI)와 제1 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 제1 유로부(120, 120A)에서 제1 개구부(OP1)와 중첩되는 영역으로서 정의될 수 있다.

제1-1 유로 중간부(FII1)는 제1 유로 입구부(FI)와 산란부(SS) 사이에 위치하고, 제1-2 유로 중간부(FII2)는 산란부(SS)와 제1 유로 출구부(FO) 사이에 위치할 수 있다.

한편, 제2 유로부(142A)는 제2 유로 입구부(FI), 제2-1 유로 중간부(FII1), 에어 커튼(air curtain)부(AC), 제2-2 유로 중간부(FII2) 및 제2 유로 출구부(FO)를 포함할 수 있다. 제2 유로 입구부(FI), 제2-1 유로 중간부(FII1), 에어 커튼부(AC), 제2-2 유로 중간부(FII2), 제2 유로 출구부(FO)는 제2 유로를 이룬다.

제2 유로 입구부(FI)는 입자(P)가 필터링되어 걸러진 제2 공기가 유입되는 부분으로써, 제1 유로 입구부(FI) 둘레에 배치될 수 있다. 제2 및 제3 유입구(IH2, IH3) 및 제2-1 부분 유로를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 유입구(IH2)는 외부로부터 IN2 방향으로 제2 공기가 유입되는 제2 유로부(142A)의 일측(142-1)의 입구에 해당하고, 제3 유입구(IH3)는 외부로부터 IN2 방향으로 공기가 유입되는 제2 유로부(142A)의 타측(142-2)의 입구에 해당한다. 제2-1 부분 유로란, 제2 및 제3 유입구(IH2, IH3) 각각으로부터 제2-1 유로 중간부(FII1) 사이에 형성된 제2 유로의 일부분에 해당한다.

제2 유로 출구부(FO)는 제2 공기가 유출되는 부분으로써 제1 유로 출구부(FO) 둘레에 배치될 수 있으며, 제2 및 제3 유출구(OH2, OH3) 및 제2-2 부분 유로를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 유출구(OH2)는 제2 공기가 OUT1 방향으로 외부로 유출되는 제2 유로부(142A)의 일측(142A-1)의 출구에 해당하고, 제3 유출구(OH3)는 제2 공기가 OUT1 방향으로 외부로 유출되는 제2 유로부(142)의 타측(142-2)의 출구에 해당하고, 제2-2 부분 유로란, 제2-2 유로 중간부(FII2)로부터 제2 및 제3 유출구(OH2, OH3) 각각의 사이에 형성된 제2 유로의 일부분에 해당한다.

제1 및 제2 에어 커튼부(AC1, AC2)는 산란부(SS)의 둘레에 배치된 부분이다. 제1 에어 커튼부(AC1)는 산란부(SS)와 발광부(110A) 사이에 위치하여 이들(SS, 110A)을 서로 이격시키고, 제2 에어 커튼부(AC2)는 산란부(SS)와 수광부(130A) 사이에 위치하여 이들(SS, 130A)을 서로 이격시킨다. 따라서, 입자를 포함할 수 있는 제1 공기가 산란부(SS)를 통과할 때, 에어 커튼부(AC1, AC2)는 입자가 발광부(110A) 또는 수광부(130A)로 진입하는 것을 각각 차단할 수 있다.

제2-1 유로 중간부(FII1)는 제1-1 유로 중간부(FII1)의 둘레에 배치되며, 제2 유로 입구부(FI)와 에어 커튼부(AC1, AC2) 사이에 위치할 수 있다. 제2-2 유로 중간부(FII1)는 제1-2 유로 중간부(FII2) 둘레에 배치되며, 에어 커튼부(AC1, AC2)와 제2 유로 출구부(FO) 사이에 위치할 수 있다.

전술한 바와 같이, 산란부(SS) 이전에서 제2 유로는 제1 유로와 격리되고, 산란부(SS)부터 제2 유로는 제1 유로와 접하여 배치될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 유로 입구부(FI)는 서로 격리되고, 제1-1 및 제2-1 유로 중간부(FII1)는 서로 격리되고, 에어 커튼부(AC1, AC2)와 산란부(SS)는 서로 접하고, 제1-2 및 제2-2 유로 중간부(FII2)는 서로 접하고, 제1 및 제2 유로 출구부(FO)는 서로 접할 수 있다.

설명의 편의상, 도 4b에서 제1-2 및 제2-2 유로 중간부(FII2)와 제1 및 제2 유로 출구부(FO)를 제1 유로와 구분하여 점선으로 표기하였다. 그러나, 산란부(SS)부터 제2 공기는 제1 공기와 합쳐지므로 에어 커튼부(AC1, AC2)부터 제2 공기가 실제로 유동하는 제2 유로는 점선과 다를 수 있다.

또한, 도 3 및 도 4에서, 제2 유로의 제2 유로 입구부(FI)는 하우징(170)의 탑부(172)를 우회하여 형성된 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 비록 도시되지는 않았지만, 다른 실시 예에 의하면, 제2 유로의 제2 유로 입구부(FI)는 하우징(170)의 탑부(172)를 우회하는 대신에 관통하여 형성될 수도 있다.

일 실시 예에 의하면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 유로부(120A)의 제1-1 유로 중간부(FII1)는 제2 유로부(142A)의 제2-1 유로 중간부(FII1) 내에 배치될 수 있다. 이 경우, 제1-1 유로 중간부(FII1)의 내벽(120A-1)은 제1 유로의 일부를 정의(또는, 형성)하고, 제1-1 유로 중간부(FII1)의 외벽(120A-2)과 제2-1 유로 중간부(FII1)의 내벽(142A-1) 사이는 제2 유로의 일부를 정의(또는, 형성)할 수 있다.

도 4a를 참조하면, 제1 유로부(120A)의 제1-1 유로 중간부(FII1)의 제1 유로 단면과 제2 유로부(142A)의 제2-1 유로 중간부(FII1)의 제2 유로 단면은 동심원 형상일 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

입자(P)를 포함하는 제1 공기가 제1 유로 입구부(FI)를 통해 유입된 후, 제1-1 유로 중간부(FII1)를 통해 산란부(SS)로 진행한 후, 제1-2 유로 중간부(FII2)를 거쳐서 제1 유로 출구부(FO)를 통해 배출된다. 또한, 입자(P)를 필터링한 제2 공기가 제2 유로 입구부(FI)를 통해 유입된 후, 제2-1 유로 중간부(FII1)를 통해 에어 커튼부(AC1, AC2)로 진행한 후, 제2-2 유로 중간부(FII2)를 거쳐서 제2 유로 출구부(FO)를 통해 배출된다. 이와 같이 제1 공기 및/또는 제2 공기가 제1 및/또는 제2 유로를 통해 각각 원활히 진행하는 것을 돕기 위해 팬(180)이 배치될 수 있음은 전술한 바와 같다. 즉, 팬(180)은 제1 또는 제2 공기 중 적어도 하나의 유동을 유도하는 역할을 한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 팬(180)은 제1 및 제2 유로 출구부(FO) 내에 배치될 수도 있고, 도시된 바와 달리 제1 유로 출구부(FO)의 제1 유출구(OH1) 및 제2 유로 출구부(FO)의 제2 및 제3 유출구(OH2, OH3)에 인접하여 배치될 수도 있다. 또는 다른 실시 예에 의하면, 팬(180)은 제1 및 제2 유로 입구부(FI) 내에 배치되거나 제1 내지 제3 유입구(IH1, IH2, IH3)에 인접하여 배치될 수도 있다.

입자(P)를 포함하는 제1 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 제3 광(L3)이 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축과 z축)으로 산란부(SS)에서 광 커튼을 형성하기에 적합한 면적을 제1 개구부(OP1)가 가질 수 있다.

또한, 제1 유로부(120A)의 제1 유로의 유로 단면적(예를 들어, x축과 z축 방향의 면적)은 제1 개구부(OP1)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)보다 작을 수 있다. 또한, 제1 유로의 유로 단면적과 제2 유로의 유로 단면적(예를 들어, x축과 z축 방향의 면적)의 합은 제1 개구부(OP1)의 면적보다 작을 수 있다.

예를 들어, 도 4b를 참조하면, 제1 개구부(OP1)의 x축 방향의 길이와 제1 유로부(120A)각의 x축 방향의 길이가 동일하다고 할 때, 제1 개구부(OP1)의 폭(D1)은 제1 유로부(120A)의 높이(D21)보다 더 클 수도 있고, 제1 개구부(OP1)의 폭(D1)은 제1 유로부(120A)의 높이(D21)와 제2 유로부(142A)의 높이(D22, D23)의 합 즉, D21, D22 및 D23의 합보다 더 클 수 있다.

또는, 도 4b를 참조하면, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면형상을 갖고, 제1 유로부(120A)가 원형 측단면 형상을 갖고, 제2 유로부(142A)가 원형 고리형 측단면 형상을 가질 경우, 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)은 제1 유로부(120A)의 직경(D21)보다 더 클 수도 있고, 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)은 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, 제1 유로부(120A)의 유로 단면적이 제1 개구부(OP1)의 면적보다 작을 때, 또는, 제1 유로부(120A)의 유로 단면적과 제2 유로부(142A)의 유로 단면적의 합이 제1 개구부(OP1)의 면적보다 작을 때, 제1 및 제2 유로부(120A, 142A)를 각각 통과하는 제1 및 제2 공기의 량이 증가한다. 따라서, 제1 유로부(120A)를 통과하는 입자가 많아지게 되어, 더욱 많은 량의 입자가 센싱될 수 있다. 게다가, 제2 유로부(142A)를 통과하는 필터링된 제2 공기의 량이 증가하여, 산란부(SS)로 진입한 입자가 발광부(110A)나 수광부(130A)로 진입하지 않고 제2 공기에 의해 보다 더 확실히 차단될 수 있다.

또한, 제1 유로부(120A)의 유로 단면적은 제1 개구부(OP1)로부터 출사되는 광의 빔 사이즈보다 작을 수 있다. 이로 인해, 제1 유로부(120A)를 통과하는 입자(P)를 포함하는 공기의 량이 증가하여 즉, 제1 유로부(120A)를 통과하는 입자의 량이 많아지게 되어, 더욱 많은 량의 입자(P)가 센싱될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 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 제1 유로부(120)는 도 3 및 도 4에 도시된 구성 이외에 다양한 구성을 가질 수 있다.

또한, 입자 센싱 장치를 구동하였을 때, 제1 공기의 제1 유속은 제2 공기의 제2 유속 이하일 수 있다. 이는, 제1 공기에 포함된 입자가 발광부(110A)나 수광부(130A)로 진입하는 것을 제2 공기에 의해 차단하기 위해서이다.

도 5는 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 다른 실시 예(100B)의 단면도를 나타내고, 도 6a는 도 5에 도시된 제1 유로부(120B) 및 제2 유로부(142B)에서 제1-1 및 제2-1 유로 중간부(FII1)의 일 실시 예에 의한 측단면도를 나타내고, 도 6b는 도 5에 도시된 'A2' 부분을 확대 도시한 단면도로서, 설명의 편의상, 도 6a는 제1 및 제2 유로부(120B, 142B)와 제1 및 제3 개구부(OP1, OP3)만을 나타내고, 도 6b에서 도 5에 도시된 팬(180)의 도시는 생략되었다.

도 3에 도시된 제1 유로부(120A)와 도 5에 도시된 제1 유로부(120B)의 단면 형상은 서로 다르다. 또한, 도 3에서 제2 유로부(142A)의 경우 제1 유로부(120A)와 마찬가지로 일정한 방향(예를 들어, y축 방향)으로 연장된 단면 형상을 갖는 반면, 도 5에 도시된 제2 유로부(142B)는 일정한 방향으로 연장된 단면 형상을 갖지 않는다. 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 4b를 참조하여 전술한 산란부(SS) 및 에어 커튼부(AC1, AC2)에 대한 정의는 도 6b에 도시된 유로부(120B)에 대해서도 적용될 수 있다.

도 3 및 도 4b의 경우, 제1 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 방향 및 z축 방향)으로, 제1 유로 입구부(FI), 제1-1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS), 제1-2 유로 중간부(FII2) 및 제1 유로 출구부(FO)의 단면적은 일정하다.

그러나, 이와 달리, 제1 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제1-1 유로 중간부(FII1)의 단면적은 산란부(SS)에 접근할수록 감소하는 부분을 포함하고, 제1-2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 산란부(SS)로부터 멀어질수록 증가하는 부분을 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 5 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 제1 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제1-1 유로 중간부(FII1)의 단면적은 산란부(SS)에 접근할수록 감소한 후 일정해지고, 제1-2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 산란부(SS)로부터 멀어질수록 일정한 후 증가할 수 있다. 또는, 도 5 및 도 6b에 도시된 바와 달리, 제1 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제1-1 유로 중간부(FII1)의 단면적은 산란부(SS)에 접근할수록 계속해서 감소하고, 제1-2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 산란부(SS)로부터 멀어질수록 계속해서 증가할 수도 있다.

또한, 도 3 및 도 4b에 도시된 바와 달리, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 제1 유로 입구부(FI) 및 제1 유로 출구부(FO) 각각의 단면적은 산란부(SS)의 단면적보다 클 수 있다.

또한, 도 4b 및 도 6b에 도시된 제1 유로부(120A, 120B)에서, 제1-1 유로 중간부(FII1)(또는, 제1-2 유로 중간부(FII2))와 산란부(SS)가 연통하는 개구 영역이 제2-1 개구부(OP21)라고 정의할 때, 제1 개구부(OP1)의 면적(예를 들어, x축 및 y축 방향의 면적)은 제1 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제2-1 개구부(OP21)의 단면적보다 클 수 있다.

또한, 도 4b 및 도 6b에 도시된 제2 유로부(142A, 1420B)에서, 제2-1 유로 중간부(FII1)(또는, 제2-2 유로 중간부(FII2))와 에어 커튼부(AC1, AC2)가 각각 연통하는 개구 영역이 제2-2 및 제2-3 개구부(OP22, OP23)라고 각각 정의할 때, 제1 개구부(OP1)의 면적(예를 들어, x축 및 y축 방향의 면적)은 제2 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제2-1 내지 제2-3 개구부(OP21, OP22, OP23)의 유로 단면적의 합보다 클 수 있다.

예를 들어, 도 4b 및 도 6b를 참조하면, 제1 개구부(OP1)의 x축 방향의 길이와 제2-1 개구부(OP21)의 x축 방향의 길이가 동일하다고 할 때, 제1 개구부(OP1)의 폭(D1)은 제2-1 개구부(OP21)의 높이(D41)보다 더 클 수 있다. 또는, 제1 개구부(OP1)의 x축 방향의 길이와 제2-1 내지 제2-3 개구부(OP21, OP22, OP23) 각각의 x축 방향의 길이가 동일하다고 할 때, 제1 개구부(OP1)의 폭(D1)은 제2-1 내지 제2-3 개구부(OP21, OP22, OP23)의 높이(D41, D42, D43)의 합(D4)보다 더 클 수 있다.

또는, 도 4b 및 도 6b를 참조하면, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면 형상을 갖고, 제2-1 개구부(OP21)가 원형 측단면 형상을 가질 경우, 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)은 제2-1 개구부(OP21)의 직경(D41)보다 더 클 수 있다. 또는, 도 4b 및 도 6b를 참조하면, 제1 개구부(OP1)가 원형 평면형상을 갖고, 제2-1 개구부(OP21)가 원형 측단면 형상을 갖고, 제2-2 및 제2-3 개구부(OP22, OP23)가 원호형 측단면 형상을 가질 경우, 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)은 직경(D41, D42, D43)의 합(D4)보다 더 클 수 있다.

도 5 및 도 6b에 도시된 바와 같은 단면 형상을 제1 유로부(120B)가 가질 경우, 제1-1 및 제1-2 유로 중간부(FII1, FII2)의 단면적의 변화로 인해, 보다 많은 입자(P)가 제1 유로부(120B)를 통과할 수 있어, 입자(P)를 센싱하는 정확도가 증가할 수 있다.

또한, 도 6a의 경우, 제2-1 유로 중간부(FII1)는 제1 에어 커튼부(AC1)와 접하는 상측 제2-1 유로 중간부(UFII1) 및 제2 에어 커튼부(AC2)와 접하는 하측 제2-1 유로 중간부(DFII1)를 포함할 수 있다. 이때, 상측 제2-1 유로 중간부(UFII1)와 하측 제2-1 유로 중간부(DFII1)는 서로 이격되어 배치된다. 이로 인해, 제1 및 제2 에어 커튼부(AC1, AC2)는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 반면에, 도 4b의 경우, 제2-1 유로 중간부(FII1)는 상측과 하측으로 분리되지 않고 한 몸체이며, 제1 및 제2 에어 커튼부(AC1, AC2)는 서로 분리되지 않고 한 몸체이다.

도 7은 도 1에 도시된 입자 센싱 장치(100)의 또 다른 실시 예(100C)의 단면도를 나타내고, 도 8은 도 7에 도시된 제1 및 제2 유로부(120C, 142C)를 설명하기 위해 'A3' 부분을 확대 도시한 단면도로서, 설명의 편의상 도 7에 도시된 팬(180)의 도시는 도 8에서 생략되었다.

도 3에 도시된 제1 유로부(120A)와 도 7에 도시된 제1 유로부(120C)의 단면 형상은 서로 다르다. 또한, 도 3에 도시된 제2 유로부(142A)의 경우 제1 유로부(120A)와 마찬가지로 일정한 방향(예를 들어, y축 방향)으로 연장된 단면 형상을 갖는 반면, 도 7에 도시된 제2 유로부(142C)는 일정한 방향으로 연장된 단면 형상을 갖지 않는다. 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 4b의 경우, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 방향 및 z축 방향)으로, 제1 유로 입구부(FI), 제1-1 유로 중간부(FII1), 산란부(SS), 제1-2 유로 중간부(FII2) 및 제1 유로 출구부(FO)의 단면적은 일정하다.

반면에, 도 7 및 도 8의 경우, 제1 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 제1-1 유로 중간부(FII1)의 단면적은 산란부(SS)에 접근할수록 감소한 후 증가한다. 또한, 제1 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 제1-2 유로 중간부(FII2)의 단면적은 산란부(SS)로부터 멀어질수록 감소한 후 증가한다.

또한, 도 8에 도시된 제1 유로부(120C)의 제1-1 중간 유로부(FII1)(또는, 제1-2 중간 유로부(FII2))에서 제1 공기가 유동하는 방향과 교차하는 방향으로 가장 작은 단면적을 갖는 개구 영역이 제2-1 개구부(OP21)라고 정의할 때, 제1 개구부(OP1)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)은 제1 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제2-1 개구부(OP21)의 단면적보다 클 수 있다.

또한, 도 8에 도시된 제2 유로부(142C)의 제2-1 중간 유로부(FII1)(또는, 제2-2 중간 유로부(FII2))에서 제2 공기가 유동하는 방향과 교차하는 방향으로 가장 작은 단면적을 갖는 개구 영역이 제2-2 및 제2-3 개구부(OP22, OP23)라고 각각 정의할 때, 제1 개구부(OP1)의 면적(예를 들어, x축과 y축 방향의 면적)은 제1 및 제2 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로 제2-1 개구부 내지 제2-3 개구부(OP21 내지 OP23)의 단면적의 총 합보다 클 수 있다.

예를 들어, 도 8을 참조하면, 제1 개구부(OP1)의 x축 방향의 길이와 제2-1 내지 제2-3 개구부(OP21, OP22, OP23) 각각의 x축 방향의 길이가 동일하다고 할 때, 제1 개구부(OP1)의 폭(D1)은 제2-1 개구부(OP21)의 높이(D41)보다 더 클 수도 있고, 제2-1 내지 제2-3 개구부(OP21, OP22, OP23)의 높이(D41, D42, D43)의 합(D4)보다 더 클 수도 있다.

또는, 도 8을 참조하면 제1 개구부(OP1)가 원형 평면형상을 갖고, 제2-1 개구부(OP21)가 원형 측단면 형상을 갖고, 제2-2 및 제2-3 개구부(OP22, OP23)가 원형 고리형 측단면 형상을 가질 경우, 제1 개구부(OP1)의 직경(D1)은 직경(D41, D42, D43)의 합(D4)보다 더 클 수 있다.

예를 들어, 도 4b, 도 6b 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 제1 유로부(120:120A, 120B, 120C)를 통과하도록 하기 위해서, 제1 유로부(120)를 통과하는 제1 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, 제1 유로부(120C)를 통과하는 제1 공기의 유량의 부피 변화가 있을 때에도, 제1 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 제1 유로부(120C)를 통과할 수 있어, 입자(P)를 센싱하는 정확도가 증가할 수 있다.

도 3 내지 도 8에 도시된 제1 유로부(120A, 120B, 120C)의 구조는 일 례들에 불과하다. 즉, 제1 유로부(120A, 120B, 120C)를 통해 보다 많은 제1 공기가 유입될 수 있다면, 실시 예는 제1 유로부(120)의 특정한 례에 국한되지 않는다.

또한, 도 4b에 도시된 제1 유로부(120A)는 제1 유로 상의 임의의 지점에서 동일한 유로 단면적을 갖는 반면, 도 6b 및 도 8에 도시된 제1 유로부(120B, 120C)의 경우 제1 유로 상의 모든 지점에서 동일한 유로 단면적을 갖지 않는다.

반면에, 도 4b, 도 6b 및 도 8에 도시된 제2 유로부(142A, 142B, 142C)는 제2 유로 상의 임의의 지점에서 일정한 유로 단면적을 가질 수 있다. 그러나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 도 3 내지 도 8에 도시된 제2 유로부(142A, 142B, 142C)의 구조는 일 례들에 불과하다. 즉, 제2 유로부(142A, 142B, 142C)를 통해 제2 공기가 유동함으로써, 제1 공기에 포함된 입자가 발광부(110A)나 수광부(130A)로 진입함이 차단될 수 있다면, 실시 예는 제2 유로부(142)의 특정한 례에 국한되지 않는다.

또한, 도 6b 및 도 8에 예시된 바와 같이, 제1 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 제1 유입구(IH1) 및 제1 유출구(OH1) 각각의 단면적은 제1 개구부(OP1) 면적보다 크고 제2-1 개구부(OP21)의 단면적보다 클 수 있다.

또한, 도 6b 및 도 8에 예시된 바와 같이, 제1 및 제2 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 제1 내지 제3 유입구(IH1, IH2, IH3)의 유로 단면적의 합은 제1 개구부(OP1) 면적보다 크고 제2 개구부(OP2)의 단면적보다 클 수 있다.

또는, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 제1 유로 입구부(FI)의 제1-1 부분 유로 및 제1 유로 출구부(FO)의 제1-2 부분 유로 각각의 가장 넓은 단면적은 제1 개구부(OP1)의 면적보다 크고 제2-1 개구부(OP21)의 단면적보다 클 수 있다.

또는, 공기가 유동하는 방향(예를 들어, y축 방향)과 교차하는 방향(예를 들어, x축 및 z축 방향)으로, 제1 및 제2 유로 입구부(FI)의 제1-1 부분 유로 및 제2-1 부분 유로 각각의 가장 넓은 단면적의 합 또는 제1 및 제2 유로 출구부(FO)의 제1-2 부분 유로 및 제2-2 부분 유로 각각의 가장 넓은 단면적의 합은 제1 개구부(OP1)의 면적보다 크고 제2 개구부(OP2)의 단면적보다 클 수 있다.

예를 들어, 제1 유입구(IH1) 및 제1 유출구(OH1) 각각의 x축 길이와 제1 개구부(OP1) 및 제2-1 개구부(OP21) 각각의 x축 길이가 동일할 때, 제1 유입구(IH1) 및 제1 유출구(OH1) 각각의 z축 방향으로의 높이(D21)는 제1 개구부(OP1)의 y축 방향으로의 폭(D1)보다 크고, 제2-1 개구부(OP21)의 z축 방향으로의 높이(D41)보다 클 수 있다.

또한, 제1 내지 제3 유입구(IH1, IH2, IH3) 및 제1 내지 제3 유출구(OH1, OH2, OH3) 각각의 x축 길이와 제1 개구부(OP1) 및 제2-1 내지 제2-3 개구부(OP21, OP22, OP23) 각각의 x축 길이가 동일할 때, 제1 내지 제3 유입구(IH1, IH2, IH3) 및 제1 내지 제3 유출구(OH1, OH2, OH3) 각각의 z축 방향으로의 높이(D21, D22, D23)의 합(D2)은 제1 개구부(OP1)의 y축 방향으로의 폭(D1)보다 크고, 제2-1 개구부(OP21, OP22, OP23)의 z축 방향으로의 높이(D41, D42, D44)의 합(D4)보다 클 수 있다.

D2는 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, 제1 내지 제3 유출구(OH1, OH2, OH3)의 높이(또는, 직경)의 합은 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, 제1 유입구(IH1) 및 제1 유출구(OH1) 각각의 x축 길이와 제1 개구부(OP1) 및 제2-1 개구부(OP21) 각각의 x축 길이가 동일할 때, 제1-1 부분 유로 및 제1-2 부분 유로 각각의 z축 방향으로의 가장 높은 높이는 제1 개구부(OP1)의 y축 방향으로의 폭(D1)보다 크고 제2-1 개구부(OP21)의 z축 방향으로의 높이(D41)보다 클 수 있다.

또한, 예를 들어, 제1 내지 제3 유입구(IH1, IH2, IH3) 및 제1 내지 제3 유출구(OH1, OH2, OH3) 각각의 x축 길이와 제1 개구부(OP1) 및 제2-1 내지 제2-3 개구부(OP21, OP22, OP23) 각각의 x축 길이가 동일할 때, 제1-1, 제1-2, 제2-1 및 제2-2 부분 유로 각각의 z축 방향으로의 가장 높은 높이의 합은 제1 개구부(OP1)의 y축 방향으로의 폭(D1)보다 크고 제2-1 내지 제2-3 개구부(OP21, OP22, OP23)의 z축 방향으로의 높이(D41, D42, D43)의 합(D4)보다 클 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 공기 제공부(140)는 공기 필터링부(144)를 더 포함할 수 있다. 공기 필터링부(144)는 입력단자 IN1을 통해 들어온 제1 공기에서 입자를 필터링하고, 필터링된 공기를 제2 공기로서 출력한다. 예를 들어, 도 3 또는 도 7에 도시된 바와 같이 공기 필터링부(144A)는 제2 공기를 출력하는 하나의 출구만을 포함할 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 공기 필터링부(144B)는 제2 공기를 출력하는 2개의 출구를 포함할 수도 있다.

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 10a는 도 9에 도시된 광 감지부의 일 실시 예의 평면 형상을 나타내고, 도 10b는 도 10a에 도시된 광 감지부를 J-J' 선을 따라 절개한 일 실시 예에 의한 단면도를 나타낸다.

도 10a 및 도 10b을 참조하면, 광 감지부(134A)는 중앙부(또는, 광 투과 영역)(134-1) 및 포토 다이오드(134-2)를 포함할 수 있다. 중앙부(134-1)는 포토 다이오드(134-2)의 내측 가장 자리에 의해 정의되는 영역으로서, 산란부(SS)를 통과한 메인 광을 통과시켜 광 흡수부(102)로 보내기 위해, 광축(LX)에 위치하며 투광성을 갖는 재질로 구현될 수 있다. 예를 들어, 중앙부(134-1)는 유리로 구현될 수 있다.

또한, 도 10b를 참조하면, 포토 다이오드(134-2)는 제1 전극(1010), 반도체층(1020) 및 제2 전극(1030)을 포함할 수 있다. 제1 전극(1010), 반도체층(1020) 및 제2 전극(1030)은 두께 방향(예를 들어, z축 방향)으로 적어도 일부가 중첩될 수 있다.

반도체층(1020)은 PN, PIN 또는 Avalanche 다이오드가 박막 형태로 배치될 수 있으며, PIN 다이오드로 구성되는 경우, P층(1022), 활성층(1024) 및 N층(1026)을 포함할 수 있다. 여기서, 활성층(1024)은 진성(Intrinsic) 반도체층을 포함할 수 있다. P층(1022) 및 N층(1026)은 z축 방향으로 15 ㎚ 내지 20 ㎚의 두께를 가질 수 있고, 활성층(1024)은 z축 방향으로 200 ㎚ 내지 600 ㎚의 두께를 가질 수 있다. 또한, 제1 전극(1010)은 투광성을 가질 수 있으며, GAZO, GZO, ITO 등의 물질을 포함할 수 있고, 제2 전극(1030)은 Al, Ti, TiN, Ag, Au 등의 금속 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 전극(1010)을 "투명 전극"이라 칭할 수 있으며, 제2 전극(1030)을 "금속 전극"이라 칭할 수도 있다. 제1 전극(1010) 및 제2 전극(1030)의 z축 방향으로의 두께는 100 ㎛ 내지 1 ㎜일 수 있다. 물론, 전술된 각 층의 두께는 예시적인 것으로 실시 예는 이에 한정되지 아니하며, 상술한 구조의 포토 다이오드(134-2)는 증착이나 인쇄 등의 방식으로 제조될 수 있다.

또한, 중앙부(134-1)는 광 흡수부(102)의 광 입구(OPL)를 덮을 수 있다. 이와 같이, 중앙부(134-1)가 광 입구(OPL)를 덮을 경우, 광 흡수부(102)로 이물질의 침투가 방지될 수 있고, 산란부(SS)를 통과한 입자(P)가 광 흡수부(102)로 진입하는 것을 방지할 수 있어, 유로부(120)에서의 입자(P)의 흐름이 원활해지고 측정 오차도 줄어들 수도 있다.

투광성 부재(132)는 포토 다이오드(134-2)의 기판 역할을 수행할 수 있다. 포토 다이오드(134-2)가 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2) 상에 배치될 경우, 제1 전극층(1010)의 상면이 투광성 부재(132)의 제2 면(132-2)에 접하게 된다. 이와 달리, 포토 다이오드(134-2)가 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1) 상에 배치되는 경우 제2 전극층(1030)의 저면이 투광성 부재(132)의 제1 면(132-1)과 접하게 된다.

중앙부(134-1)는 산란부(SS)를 통과한 메인 광을 통과시켜 광 흡수부(102)로 보내기 위해, 광축(LX)에 위치하며 포토 다이오드(134-2)의 반도체 층(1020) 및 제2 전극(1030)이 배치되지 않는 영역을 의미할 수 있다. 실시 예에 따라, 제1 전극(1010)이 도 10b의 J방향(즉, 광축 방향)으로 연장되는 경우, 중앙부(134-1)는 제1 전극(1010)의 적어도 일부를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 전극(1010)이 광축까지 연장되어 원형 평면 형상을 갖는 경우, 중앙부(134-1) 전체에 제1 전극(1010)이 포함될 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 10a를 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 10a에 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, 포토 다이오드(134-2)의 평면 형상은 비록 도시되지는 않았지만 장방형 고리 형상이고, 정방형 고리 형상이고, 삼각형 고리 형상 등과 같은 다각형 고리 형상일 수도 있고, 타원형 고리 형상일 수도 있다.

도 11은 도 9에 도시된 광 감지부(134)의 다른 실시 예(134B)의 평면 형상을 나타낸다.

포토 다이오드(134-2)는 동일 평면상에서 서로 이격되어 배치된 복수의 감지 세그먼트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 11에 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.

또한, 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, 광 감지부(134B)는 평면상에서 대칭으로 배치될 수도 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시 예에 의하면, 광 감지부(134B)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 11에 도시된 폭(W1, W2, W3)은 도 10a에서 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.

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.

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, 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.

산란부(SS)는 복수의 개구부와 접할 수 있다. 즉, 산란부(SS)는 발광부(110A)와 제1 개구부(OP1)를 통해 연통하고, 제1-1 및 제2-1 유로 중간부(FII1)(또는, 제1-2 및 제2-2 유로 중간부(FII2))와 제2 개구부(OP2)를 통해 연통하고, 수광부(130A)와 제3 개구부(OP3)를 통해 연통할 수 있다.

예를 들어, 산란부(SS)에서 입자(P)에 의해 산란된 광 중에서 광축(LX)을 기준으로 산란부(SS)의 중심에서 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 4b, 도 6b 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.

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(102)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(102)는 흡수 케이스(102A), 돌출부(102B) 및 돌기(102C)를 포함할 수 있다. 흡수 케이스(102A)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(102A)의 내벽은 광 흡수성을 갖는 물질로 도포될 수 있다. 도 3의 경우, 흡수 케이스(102A)와 하우징(170)의 버텀부(176)는 별개인 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 하우징(170)의 버텀부(176)와 흡수 케이스(102A)는 일체형일 수 있다. 즉, 하우징(170)의 버텀부(176)는 흡수 케이스(102A)의 역할도 수행할 수 있다.

또한, 돌출부(102B)는 흡수 케이스(102A)의 바닥면으로부터 광 입구(OPL)를 향해 돌출된 형상을 가질 수 있다. 또한, 돌출부(102B)의 폭은 흡수 케이스(102A)의 바닥면으로부터 광입구(OPL)로 갈수록 좁아질 수 있다. 예를 들어, 도 3에 예시된 바와 같이 돌출부(102B)는 원(추)형 단면 형상을 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 이와 같이, 돌출부(102B)가 배치될 경우, 광 입구(OPL)로 입사된 메인 광이 흡수 케이스(102A)의 내벽에서 반사되어 광 입구(OPL)로 빠져 나가는 것이 방지되고, 광 입구(OPL)를 통해 입사된 메인 광을 흡수 케이스부(102A)의 내벽으로 반사시킴으로써, 광 입구(OPL)로 입사된 메인 광의 흡수율을 개선시킬 수 있다. 게다가, 광 흡수율을 더욱 개선시키기 위해, 광 흡수부(102)는 그의 내측벽에 배치된 복수의 돌기(102C)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 복수의 돌기(102C)가 형성될 경우, 광 입구(OPL)를 통해 입사된 메인 광이 돌기(102C)에 부딪히면서 소멸될 수 있다.

도 12는 도 1에 도시된 정보 분석부(160)의 일 실시 예(160A)의 블럭도로서, 증폭부(162) 및 제어부(164)를 포함할 수 있다.

증폭부(162)는 수광부(130A)(또는, 신호 변환부(150))로부터 입력단자 IN3을 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 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 100C)는 이러한 례에 국한되지 않고 다양한 분야에 적용될 수 있음은 물론이다.

전술한 실시 예에 의한 입자 센싱 장치를 포함하는 실시 예에 의한 공기 청정기를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 13은 실시 예에 의한 공기 청정기(400)의 개략적인 단면도를 나타낸다.

도 13에 도시된 공기 청정기(400)는 몸체(410), 커버(420), 공기 필터링부(430) 및 입자 센싱 장치(440)를 포함할 수 있다. 여기서, 입자 센싱 장치(440)는 전술한 입자 센싱 장치(100:100A 내지 100C)에 해당할 수 있다.

몸체(400)는 공기 필터링부(430)와 입자 센싱 장치(440)를 수용하는 역할을 한다. 커버(420)의 개구부(422a)를 통해 입자를 포함할 수 있는 제1 공기(A1)가 유입된다. 이후, 유입된 제1 공기(A1)에 포함된 입자는 공기 필터링부(430)에서 필터링되어 걸러진다. 이후, 입자가 필터링되어 걸러진 제2 공기(A2)는 몸체(410)의 토출구(450)를 통해 외부로 유출될 수 있다. 이때, 입자 센싱 장치(440)는 공기 필터링부(430)에서 필터링된 제2 공기(A2)를 제2 유로부(142)로 제공하면 된다. 이와 같이, 공기 필터링부(430)는 전술한 입자 센싱 장치(100:100A 내지 100C)에 포함된 공기 필터링부(144)의 역할을 수행하므로, 입자 센싱 장치(100:100A 내지 100C)는 공기 필터링부(144)를 요구하지 않는다.

이하, 비교 례에 의한 입자 센싱 장치와 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100, 100A 내지 100C)를 다음과 같이 비교 설명한다. 비교 례에 의한 입자 센싱 장치는 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100:100A 내지 100C)에서 공기 제공부(140)가 생략된 경우이다. 즉, 비교 례에 의한 입자 센싱 장치의 경우, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치의 제2 유로부(142:142A, 142B, 142C)가 차지하는 영역은 제1 유로부에 해당한다.

도 14는 비교 례에 의한 입자 센싱 장치에서 제1 공기가 제1 유로부를 유동하는 모습을 촬영한 사진이고, 도 15는 실시 예에 의한 입자 센싱 장치(100, 440)에서 제1 및 제2 공기가 제1 및 제2 유로부를 각각 유동하는 모습을 촬영한 사진이다.

도 14를 참조하면, 제1 공기가 제1 유로부를 통과하는 동안, 제1 공기에 포함된 입자가 발광부(110A)나 수광부(130A)로 진입할 수 있다. 발광부(110A)나 수광부(130A) 쪽으로 입자가 진입할 경우, 발광부(110A)나 수광부(130A)가 오염되어, 입자에 대한 정보를 정확히 센싱할 수 없을 수 있다.

반면에, 도 15를 참조하면, 제1 공기가 유동하는 제1 유로부(120)를 감싸면서 제2 유로부(142)를 통해 제2 공기가 유동한다. 이와 같이, 제2 공기가 제1 공기를 감싸면서 제1 공기보다 빠른 유속으로 유동할 경우, 발광부(110A)나 수광부(130A) 각각이 제2 공기에 의해 형성된 에어 커튼부(AC1, AC2) 덕분에 제1 공기로부터 보호받을 수 있게 된다. 즉, 발광부(110A)나 수광부(130A) 쪽으로 제1 공기에 포함된 입자가 진입할 수 없게 된다.

따라서, 실시 예에 의한 입자 센싱 장치 및 이를 포함하는 공기 청정기의 경우 발광부(110A)나 수광부(130A)에서 입자에 의해 오염된 부분을 주기적/비주기적으로 청소하는 번거로움을 덜어줄 수 있다. 또한, 입자에 의해 발광부(110A)/수광부(130A)가 오염될 염려가 해소되어 입자에 대한 센싱 정보를 정확히 얻을 수 있다.

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 100C, 440: 입자 센싱 장치 102: 광 흡수부
110: 발광부 120: 제1 유로부
130: 수광부 140: 공기 제공부
142, 142A, 142B, 142C: 제2 유로부 144, 430: 공기 필터링부
150: 신호 변환부 160: 정보 분석부
170: 하우징 180: 팬
410: 몸체 420: 커버
430: 공기 필터링부

Claims (13)

1. 광을 방출하는 발광부;
   상기 발광부 아래에서 상기 발광부의 광축과 교차하여 배치되며, 입자를 포함할 수 있는 제1 공기가 유동하는 제1 유로를 제공하는 제1 유로부;
   상기 제1 유로부 아래에서 상기 광축에 배치되며, 상기 제1 유로부를 통과한 광이 입사되는 수광부;
   상기 입자가 필터링된 제2 공기를 상기 제1 유로와 상기 발광부 사이 및 상기 제1 유로와 상기 수광부 사이로 상기 제1 공기가 유동하는 방향과 동일한 방향으로 제공하는 공기 제공부; 및
   상기 수광부 아래에서 상기 광축에 배치되어, 상기 수광부에서 수광되지 않고 직진하는 광을 흡수하는 광 흡수부를 포함하는 입자 센싱 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 유로부는
   상기 제1 공기가 유입되는 제1 유로 입구부;
   상기 제1 공기가 유출되는 제1 유로 출구부;
   상기 제1 유로 입구부와 상기 제1 유로 출구부 사이 및 상기 발광부와 상기 수광부 사이에서 상기 광축에 위치하며 상기 입자가 산란되는 산란부;
   상기 제1 유로 입구부와 상기 산란부 사이에 위치한 제1-1 유로 중간부; 및
   상기 산란부와 상기 제1 유로 출구부 사이에 위치한 제1-2 유로 중간부를 포함하고,
   상기 제1 유로 입구부, 상기 제1-1 유로 중간부, 상기 산란부, 상기 제1-2 유로 중간부 및 상기 제1 유로 출구부는 상기 제1 유로를 이루는 입자 센싱 장치.
3. 제2 항에 있어서, 상기 공기 제공부는
   상기 산란부 이전에서 상기 제1 유로와 격리되고, 상기 산란부부터 상기 제1 유로와 접하며, 상기 제2 공기가 유동하는 제2 유로를 제공하는 제2 유로부를 포함하는 입자 센싱 장치.
4. 제3 항에 있어서, 상기 제2 유로부는
   상기 제2 공기가 유입되며, 상기 제1 유로 입구부의 둘레에 배치된 제2 유로 입구부;
   상기 제2 공기가 유출되며, 상기 제1 유로 출구부의 둘레에 배치된 제2 유로 출구부;
   상기 산란부 둘레에 배치되어, 상 산란부와 상기 수광부를 이격시키고 상기 산란부와 상기 발광부를 이격시키는 에어 커튼부;
   상기 제1-1 유로 중간부의 둘레에 배치된 제2-1 유로 중간부; 및
   상기 제1-2 유로 중간부의 둘레에 배치된 제2-2 유로 중간부를 포함하고,
   상기 제2 유로 입구부, 상기 제2-1 유로 중간부, 상기 에어 커튼부, 상기 제2-2 유로 중간부 및 상기 제2 유로 출구부는 상기 제2 유로를 이루고,
   상기 제1 및 제2 유로 입구부는 서로 격리되고, 상기 제1-1 및 제2-1 유로 중간부는 서로 격리되고, 상기 에어 커튼부와 상기 산란부는 서로 접하고, 제1-2 및 제2-2 유로 중간부는 서로 접하고, 상기 제1 및 제2 유로 출구부는 서로 접하는 입자 센싱 장치.
5. 제4 항에 있어서, 상기 제1-1 유로 중간부는 상기 제2-1 유로 중간부 내에 배치되고,
   상기 제1-1 유로 중간부의 내벽은 상기 제1 유로의 일부를 형성하고,
   상기 제1-1 유로 중간부의 외벽과 상기 제2-1 유로 중간부의 내벽 사이는 상기 제2 유로의 일부를 형성하는 입자 센싱 장치.
6. 제5 항에 있어서, 상기 제1-1 유로 중간부의 제1 유로 단면과 상기 제2-1 유로 중간부의 제2 유로 단면은 동심원 형상인 입자 센싱 장치.
7. 제4 항에 있어서, 상기 에어 커튼부는
   상기 발광부와 상기 산란부 사이에 위치한 제1 에어 커튼부; 및
   상기 산란부와 상기 수광부 사이에 위치하며, 상기 제1 에어 커튼부와 이격된 제2 에어 커튼부를 포함하는 입자 센싱 장치.
8. 제7 항에 있어서, 상기 제2-1 유로 중간부는
   상기 제1 에어 커튼부와 접하는 상측 제2-1 유로 중간부; 및
   상기 제2 에어 커튼부와 접하고, 상기 상측 제2-1 유로 중간부와 이격된 하측 제2-1 유로 중간부를 포함하는 입자 센싱 장치.
9. 제4 항에 있어서, 상기 발광부는
   광원부; 및
   상기 광원부로부터 방출된 광을 상기 산란부를 향해 출사하며 상기 광축에 배치된 제1 개구부를 포함하는 입자 센싱 장치.
10. 제9 항에 있어서, 상기 제1 유로의 유로 단면적은 상기 제1 개구부의 면적보다 작은 입자 센싱 장치.
11. 제9 항에 있어서, 상기 제1 유로의 유로 단면적과 상기 제2 유로의 유로 단면적의 합은 상기 제1 개구부의 면적보다 작은 입자 센싱 장치.
12. 제1 항에 있어서, 상기 입자 센싱 장치를 구동하였을 때, 상기 제1 공기의 제1 유속은 상기 제2 공기의 제2 유속 이하인 입자 센싱 장치.
13. 제3 항에 있어서, 상기 제2 유로 상의 임의의 지점에서 상기 제2 유로부의 유로 단면적은 일정한 입자 센싱 장치.

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