포커스

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적외선(IR) 이미지 기술

문현찬*

적외선은 전자방사로서 절대온도인 영도(0K 또는 -273C) 이상의 온도를 갖고 있으며, 물체에서는 원자

와 분자의 진동, 회전에 의해 적외선 에너지(열방사 에너지)를 발생한다. 적외선 파장의 범위가 0.75㎛에서

1,000 ㎛으로 마이크로 영역의 파장까지 나오므로, 적용하고자 하는 파장의 범위를 선택해야 한다. 적외선

렌즈의 재질은 굴절률이 매우 크고 온도에 따른 굴절률의 변화가 크다. 또한 공기와의 굴절률 차이가 커서

표면반사가 크기 때문에 광 투과율을 높이기 위한 무반사 코팅(anti-reflection coating)이 필요하다. 다음은

일반적으로 사용되는 적외선 렌즈의 재질의 특징에 대해 기술하였다. ▨

I. 적외선이란?

적외선은 전자방사로서 절대온도인 영도(0K 또

는 -273C) 이상의 온도를 갖고 있으며, 예를 들어

드라이 아이스 195K, 인체 310K, 용해철 1,800K,

태양표면 6,000K 등 이러한 물체에서는 원자와 분

자의 진동, 회전에 의해 적외선 에너지(열방사 에너

지)를 발생한다. 적외선은 물리적인 매질 중에 있는

열의 대류 또는 전도에 의해 운반되는 것이 아니고

빛과 같이 광원에서 나와 직진하여 진공에서는 물론

이고 공기, 기체 또는 고체와 같은 물리적인 매질 중

에서도 전파된다.

1800년에 William Herschell경이 가시스펙트럼

의 끝인 파장측으로부터 열 효과가 큰 부분이 있음

을 발견하고, 1835 년에 A. Amphere 가 이것이 가

시광선과 같은 광파로 되어 있음을 발표하여 현재의

목 차

* 전자부품연구원 나노센서 연구센터/수석연구원

I. 적외선이란?

II. 적외선 영상 시스템

III. 적외선 카메라 개발 동향

IV. 응용범위

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적외선에 대한 기초를 구축하게 되었다.

적외선은 약 0.75~1,000㎛의 파장 대역의 전파를 말하며, 일반적으로 0.75~3㎛까지를 근

적외선(near infrared), 3~6 ㎛까지를 중적외선(middle infrared), 6~15 ㎛까지를 원적외선(far

infrared)이라고 하고, 15㎛ 이상 1,000㎛ 이하까지를 극원적외선(extreme infrared)이라고 한

다. 가시광선 및 적외선 영역의 스펙트럽 분포는 (그림 1)과 같다[1].

파장별 방출되는 복사 에미턴스 즉, 분광에미턴스(spectral radiant emittance)는 물체가

lamvertian source와 흑체(blackbody)라는 가정 아래 플랑크의 복사법칙(Planck’s blackbody

radation law)으로 표현될 수 있다.

]/[12),( 3/5

2

cmwatte

hcTW kTch ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= λλ λ

πλ (1)

여기서 Wλ(λ, T)는 흑체의 온도가 절대온도 T 일 때 그 흑체가 외부로 방출되는 단위 시간

당, 단위 면적당의 파장별 복사 에너지를 의미하며 c는 진공중의 빛의 속도 즉, c=2.99792458

×1010[cm s-1]이고, h는 플랑크 상수(Planck’s constant: h=6.6256×10-34[Wㆍs2]), k는 볼츠

만 상수(Boltzmann’s constant: k = 1.38054×10[W s K-1], λ 는 특정파장([cm])을 의미한다.

흑체가 특정한 온도를 가지고 있을 때 파장별 분광 복사 에미턴스를 (그림 2)에 나타내었다.

온도별 최대 복사파장은 빈의 변위 법칙(Wien’s displacement law)으로 표현할 수 있다. 즉,

αλ =⋅Tm (2)

이다.

(그림 1) 가시광선 및 적외선 영역의 스펙트럼 분포

0.4 0.6 0.8 1 1.5 2 3 4 6 8 10 15 20 30 Wavelength, μ 25,000 10,000 5,000 2,500 1,000 500 Wavenumber, cm-1

0.1ℓ 1ℓ 10ℓ 100ℓ 0.1ℓ 1μ 10μ 100μ 0.1cm1cm 10cm 1m 10m 100m 1km 10km100km Wavelength

3×1019 3×1017 3×1015 3×1013 3×1011 3×109 3×107 3×105 3×103 Frequency, Hz

Visible

VB SVOR Near Infrared

Middle Infrared

Far Infrared

Extreme Infrared

Garsms rays

X-rays

Ultr

avio

let

Infrared

EHF SHF UHF VHF HF MF LF VLF

Radio

Visible

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여기서 T는 흑체의 절대온도이고 λ m은 방출되는 최대 복사 에미턴스의 파장이고 α 는 상

수로써 2897.8[㎛ㆍ K]이다. 식(2)로부터 일반적인 물체 즉 300K 정도의 상온에 존재하는 최

대 복사 에미턴스 방출파장은 10㎛ 정도로 통상 원적외선 영역에 존재함을 알 수 있다.

적외선 영역에서의 복사에너지는 대기 중의 가스분자 및 분자덩어리(aerosols), 비, 눈이나

(그림 2) 특정온도를 갖는 흑체의 분광 복사 에미턴스

105

104

103

102

101

1

10-1

10-2

10-3

10-4

0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20 50 100

Wavelength, micrometers

Spe

ctra

l rad

iant

em

ittan

ce. W

atts

cm

-2 ㎛

-1

5,000°K

4,000°K

2,000°K

1,000°K

500°K

300°K

200°K

(그림 3) 대기 투과 특성의 예(1.8km 거리)

Near Infrared Middle Infrared Far Infrared

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Wavelength(microns)

O2

H2O CO2

H2O CO3

O2

Hi2O CO2O2 CO2 Hi2O CO3

AESORBING MOLECULE

100

80

60

40

20

0

Tra

nsm

itta

nce

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연무, 안개, 아지랑이 등 수증기 성분에 의해 흡수되거나 산란되어 그 양이 감쇄된다. 그 밖의

흡수 분자로는 이산화탄소, 오존 등이 존재한다. 이러한 흡수 분자들에 의해 특성 파장에 대해서

대기투과 특성에 심하게 영향을 미쳐 2개의 투과 특성이 우수한 영역이 형성된다. (그림 3)에서

보듯이 3~5 ㎛ 영역과 8~14 ㎛의 영역이 대기 중의 투과율이 좋은 현상을 볼 수 있는 데, 이

이유로 인해 두 영역의 파장 영역을 대기창이라고 한다. 따라서, 열상 장비는 일반적으로 관측대

상물의 온도와 두 대기창의 영역을 비교하여 적당한 파장을 선택하여 설계하게 된다.

II. 적외선 영상 시스템

적외선 영상 시스템이란 모든 물체에서 나오는 적외선을 적외선 감지소자를 이용하여 측정

하고 측정된 적외선은 이미지 소스인 CCD 또는 CMOS 소자를 이용하여 영상으로 변환시키는

시스템이다. 여기에서 적외선 감지소자는 적외선 광신호를 전류나 전압과 같은 다루기 쉬운 정

보 형태로 바꾸어 주는 변환기(transducer)라 할 수 있다. 적외선 감지 소자는 적외선을 감지해

내는 원리에 따라 광자형 감지소자(photon detector)와 열형 감지 소자(thermal detector)로 나

눌 수 있다.

1. 광자형 감지 소자[2]

광자형 감지 소자(photon detector)는 입사되는 적외선이 재료 내부에 있는 전자를 높은 에

너지 준위로 여기시킴으로서 얻어지는 전기적 신호를 이용하는 감지기이다. 광자형 감지소자에

이용되는 재료는 모두 반도체이다. 즉 반도체의 에너지 띠 간격(energy bandgap)보다 큰 에너

지를 가진 적외선이 재료에 입사되면 가전자대(valence band)에서 전도대(conduction band)로

전자가 여기된다. 전자의 여기에 의해 생성된 전자와 정공쌍(electron-hole pair: EHP)을 전기

적 신호로 이용하게 된다. 그러므로 입사되는 적외선의 에너지에 대응되는 에너지 띠 간격을 가

진 반도체를 사용하여야 한다. 단원소 또는 2원소 반도체 재료 중에는 에너지 띠 간격이 0.1eV

인 재료가 존재하지 않는다. 이에 따라 Ge에 Au나 Hg와 같은 불순물을 첨가한 재료가 연구되

었으나 이들은 30K의 극저온으로 냉각시켜야만 하는 것이 큰 단점이다. 현재 많이 이용되고 있

는 적외선 검출기의 재료로서 대표적인 예는MCT(HgCdTe), PtSi, InSb를 들 수 있다. 이중 PtSi,

InSb 는 민수용 열상 카메라에 HgCdTe 는 군용 장비에 많이 이용되고 있다. 특히 HgCdTe 의

경우 큰 밴드 갭 에너지를 갖는 CdTe(1.6eV)와 0 의 밴드갭 에너지를 갖는 HgTe의 조성비를

조절하여 적절한 밴드갭 에너지를 갖게 할 수 있어 다양한 파장대역에서의 이용이 가능하게 되

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었다. 이와 같은 광자형 감지 소자는 주사방식이 아닌 staring-type의 FPA(Focal Plane Array)

로 제작되어 영상 검출기로 사용되고 있으며, 1978 년 32×32 배열 크기로부터 현재까지 최대

1,024×1,024 배열 크기까지 확장되었고 앞으로 HDTV 의 화소 수준까지 발전할 전망이다. 그

러나 광자형 검출기의 단점으로는 특정 파장 대역에서 감도가 있는 파장 의존성이 있으며, 빠른

응답속도(1㎛ 이하)와 높은 감지능력(D*=1,010~1,012cmHz1/2/W)에도 불구하고 잡음의 영향

을 감소시키기 위해서 반드시 저온 동작을 시켜야 하는 단점이 있다. 즉 냉각제나 전자 냉동소

자 등으로 냉각이 필요하기 때문에 장비가 대형이고 고가가 될 수 밖에 없으므로, 소형화에 문

제가 있다.

2. 열형 감지 소자[3]

열형 감지 소자(thermal detector)에 흡수된 적외선의 에너지는 소자의 온도를 상승시키게

된다. 온도의 상승은 적외선 감지 소자의 전기 전도도나 열팽창과 같은 온도 의존성이 높은 물

리적 성질을 변화시키게 되며 이것을 측정함으로서 물체로부터 발산되는 적외선의 존재 여부를

판단하게 된다. 열형 감지 소자의 종류에는 thermopile, bolometer, golay cell, 초전센서

(pyroelectric sensor) 등이 있으며 <표 1>에 이들의 적외선 감지 특성에 대해 요약하였다.

간단하게 열형 감지 소자의 종류별 특성에 대해 알아보자. 먼저, Thermopile은 초기의 적외

선 감지 소자의 하나이며 온도의 변화에 의해 두 개의 다른 도체의 접합부에서 전압이 발생되는

<표 1> 여러 다른 열형 적외선 감지 소자의 적외선 감지 특성

Detector Mode of Operation Cut-off

Wavelength(㎛)Operating Temp(K)

Responsivity(VW-1)

D* (cmHz1/2W-1)

Response Time (µs)

Thermal

Detector

Thermopile-semiconductor

50 300 5 3×109 10,000

Thermopile-metal film on heat sink

50 300 5×10-6 1×106 0.03

Thermopile-Thin film on Polymer

backing 50 300 102 3×106 100

Bolometer-Thermistor

300 300 106 2×106 1,000

Bolometer-Cooled

Ge 1,000 4 2×04 7×10-16(NEP) 300

Golay Cell 1,000 300 106 2×10-10(NEP) 10,000

Pyroelectric-TGS 300 300 106 1×107 1,000

Pyroelectric-iTaO3 500 300 106 1×106 0.1

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현상인 Seebeck 효과를 이용한 것이다. Thermopile 용 재료로는 bismuth-silver, copper-

constantan, bismuth-bismuth/tin 합금 등이 이용된다. Bolometer 는 저항체로서 온도 계수가

큰 재료로 만들어진다. 흡수된 적외선은 bolometer 의 저항을 크게 변화시키며 이를 이용하여

적외선을 측정한다. Bolometer를 작동시키기 위해서는 정확하게 조절된 bias 전류가 저항체를

통하여 공급되어야 한다. 반도체 bolometer 중에는 thermistor 가 있으며 침입자 경보와 화재

경보용으로 많이 사용된다. 초전(Pyroelectric)센서는 초전체(pyroelectric material)의 양면에

전극을 증착하여 capacitor 를 만들고 전극간에 높은 임피던스의 부하를 접속한 것이다. 적외선

이 초전 센서에 조사되면 초전체의 온도가 변화한다. 이 변화에 따라 유발된 capacitor 의 전압

을 측정함으로써 적외선의 입사 여부를 측정하게 된다.

3. 영상 센서

영상 센서는 광자형 또는 열형 적외선 감지소자를 이용하여 적외선의 영상을 만드는 장치이

다. 영상 센서를 이용하면 야간에도 다른 광원의 도움 없이 물체의 영상을 TV 화면과 같이 볼

수 있다. 이론적으로는 하나의 소자(단소자)만을 이용하여도 이미지 센서를 만들 수 있지만, 실

제로는 여러 개의 소자(다소자: array)를 이용하는 것이 더 효율적이다.

영상 센서의 기본 구성을 먼저 단소자(single element)를 이용한 이축 주사(dual-axis scan)

방식을 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 이축 주사 장치는 전체 시계 내의 영상 정보가 순간 시

계(instantaneous field of view)의 영상 정보로 분활되어 순차적으로 적외선 감지 소자에 입사

되도록 함으로써 하나의 감지 소자를 가지고 2차원의 영상을 재현할 수 있게 한 것이다. 적외선

감지 소자는 주사 장치의 이동에 따라 입사되는 물체의 적외선 복사 조도에 대응되는 전기적 신

호를 연속적으로 발생시키며, 신호 처리부에서는 모니터에 재현하기 적절하도록 증폭하고 주사

장치와 동기를 일치시킨다.

4. 적외선 영상 센서의 광학계

적외선 렌즈는 일반 렌즈와는 달리 적외선 영역의 파장을 통과시키고, 나머지 영역은 cut-

off시켜야 한다. 하지만, 적외선 파장의 범위가 0.75㎛에서 1,000㎛으로 마이크로 영역의 파장

까지 나오므로, 적용하고자 하는 파장의 범위를 선택해야 한다. 적외선 렌즈의 재질은 굴절률이

매우 크고 온도에 따른 굴절률의 변화가 크다. 또한 공기와의 굴절률 차이가 커서 표면반사가

크기 때문에 광 투과율을 높이기 위한 무반사 코팅(anti-reflection coating)이 필요하다. 다음은

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일반적으로 사용되는 적외선 렌즈의 재질의 특징에 대해 기술하였다.

가. Germanium(Ge)

Germanium 은 2~12 ㎛에서의 적외선 시스템에서 렌즈와 윈도로서 가장 넓게 사용되며 투

과율은 온도에 따라 매우 민감하다.

(그림 4)와 <표 2>는 Germanium의 투과율과 굴절률을 파장에 따라 알아본 자료로서, 근적

외선과 원적외선에서 널리 사용됨을 알 수 있다. 가시광선 영역에서 사용되는 광학 소자와는 달

리 투과율이 뛰어나지 않아 무반사 코팅이 요구된다. 하지만, 파장영역에 대하여 굴절률의 변화

가 적음을 알 수 있다.

나. Silicon(Si)

Silicon은 1.5㎛에서 8㎛의 영역에서 infrared reflector와 윈도로 일반적으로 사용된다. 9

㎛에서는 CO2로 인한 강한 흡수가 발생하여 투과율이 저하되기 때문에 사용하기에는 부적절하

지만, mirror로서 사용되기도 한다.

(그림 5)와 <표 3>은 Silicon 의 특성을 나타낸 자료로서, 근적외선과 중적외선의 투과율이

좋은 것을 알 수 있다. 원적외선에서는 투과율이 좋지 못하지만 굴절률의 변화가 크지 않아

mirror 등에 사용 가능함을 알 수 있다.

<표 2> Germanium의 파장에 따른 굴절률

wavelength㎛ 2.06 1.15 2.44 2.58 3.00 3.42 4.36 6.24 8.66 9.72 11.04 13.02

Refractive Index 4.10 4.09 4.07 4.06 4.05 4.03 4.02 4.01 4.00 4.00 4.00 4.00

(그림 4) Germanium 의 투과율과 파장의 관계

1 2 5 10 20 30

Wavelength(micrometers)

100

80

60

40

20

0

Tra

nsm

itta

nce. %

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다. Zinc Selenide(ZnSe)

Zinc Selenide는 적외선에서 부분적으로 optical windows, lenses, mirrors 그리고 prism으

로 사용된다. 투과 파장의 범위는 0.55㎛ 에서 22㎛으로 사용범위가 넓다.

<표 4>에 Zinc Selenide의 파장에 따른 굴절률의 변화를 보였다. 표에서 알 수 있듯이 근적

외선과 중적외선 영역에서 굴절률의 변화가 적음으로 인하여 사용하기에 적절하다.

<표 4> Zinc Selenide의 파장에 따른 굴절률의 변화

wavelength㎛

2.75 5.00 7.50 9.50 11 12.5 13.5 15.0 16.0 16.9 17.8 18.6 19.3 20.0

Refractive Index

2.44 2.43 2.42 2.41 2.4 2.39 2.38 2.37 2.36 2.35 2.34 2.33 2.32 2.31

라. Quartz(SiO2)

Quartz 는 일반적으로 prism 으로 사용되며, ultra-violet 영역에서 렌즈나 윈도로 사용되기

도 한다. 이 물질의 투과 영역은 0.18㎛에서 2.5㎛이며, 굴절률은 투과 영역에 따라 1.65~1.55

까지 다양하다.

(그림 6)은 Quartz 의 투과율을 보여주고 있다. 다른 광학 소자에 비해 투과율이 아주 좋은

것을 알 수 있다. 근적외선과 중적외선 영역은 물론이며, 자외선 영역까지 널리 사용된다. 따라

서, 의료용이나 산업용에 많이 사용되고 있다.

(그림 5) Silicon 의 투과율과 파장의 관계

.1 .2 .5 1 2 5 10 20 50 100

Wavelength(micrometers)

100

80

60

40

20

0

Tra

nsm

itta

nce. %

<표 3> Silicon 의 파장에 따른 굴절률

wavelength㎛ 1.40 1.50 1.66 1.82 2.05 2.50 3.50~5.00 6.00~25.00

Refractive Index 4.10 4.09 4.07 4.06 4.05 4.03 4.02 4.01

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III. 적외선 카메라 개발 동향

일반적으로 적외선 열 영상장비는 크게 두 가지로 구분할 수 있다.

첫째로, Active IR system으로서 이 장비는 별도의 광원이나 별빛 또는 달빛 등의 light source

가 필요하다. 일명 Starlight scope 라고도 하며 이의 수명시간은 detector element(검출소자)의

재질에 따라 상이하며, 고배율의 렌즈를 장착하더라도 검출거리상의 제약이 있다(약 200~300

미터 이내).

둘째로, Passive IR system으로서 모든 물체에서 나오는 복사에너지를 아날로그 파장의 형

태로 검출하여 이를 온도분포 영상으로 재현해내는 방식이다. 이 장비의 특성은 거리상의 제약

이 없으며 무월광시에도 정확한 영상을 구현한다. Passive IR system 은 현재 5 세대까지 개발

된 상태이며, 이의 대략적인 내역은 다음과 같다.

1 세대 Passive IR System 은 기계적인 scanner system 으로서 카메라 내부에 scanning

mirror 를 전기 모터로 구동(수평, 수직 mirror)하여 이를 영상으로 재현해내는 방식으로서, 검

출소자(detector element)의 냉각이 필요하다(영하 196도). 이의 냉매로 이용된 것이 액체질소

이며, 사용시간의 한계가 있다. 냉매용기의 크기에 따라 상이하나 대략 2 시간 정도 사용 후 액

체질소를 카메라 내부 냉매용기에 재 충진해 주어야 한다(1960 년대~1986 년). 장비의 대형화

에 따른 사용 편의성은 고려될 수 없었던 시기이며 냉매의 충진으로 인한 사용상의 불편함 또한

감수해야만 한다.

2 세대 IR System은 장비의 소형화와 더불어 온도분포를 데이터화하여 열 영상 및 온도 데

이터를 동시에 구현해 낼 수 있다. 이 시기에 냉매사용에 따른 불편함을 해소하기 위하여 전자냉

각 방식 검출소자(Thermo- electrical cooled detector peltier element)가 개발되어 장비의 소

(그림 6) Quartz(SiO2)의 투과율과 파장의 관계

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 2.0 4.0 6.0 10 20 30 40 60 100

Wavelength(㎛)

100

80

60

40

20

0

Tra

nsm

itta

nce(%

)

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형화가 가능하게 되었고 냉매사용에 따른 사용 시간의 제약에서 벗어나게 되었다(1986 년). 그

러나 온도 냉각의 범위가 액체 질소보다 작은 관계로(영하 75 도) 1세대 시스템에 비하여 선명

한 영상을 구현해 내지 못하는 단점이 있었다.

3 세대 System 은 장비의 경량화 및 카메라 본체로부터 직접 디지털 방식으로 신호처리가

가능한 full digital image processing system이다. 이전 시스템은 카메라로부터 오는 아날로그

신호를 컨트롤러에서 디지털로 변환하거나, 아날로그 신호 그대로 처리하는 방식으로서 정확한

영상을 구현하는데 제한이 있다. 또한 전자 냉각방식의 선명한 영상을 얻지 못하는 단점을 보완

하였으며 장비의 휴대성을 향상시키고 계속 유지하기 위하여 소형 헬륨가스 용기가 내장된 냉각

장치가 채택되었다(stirling cooler). 이의 개발로 액체질소와 같은 냉각온도를 유지하면서 장비

의 소형화를 이룰 수 있었지만, 이 또한 냉장고의 프레온가스처럼 일정시간(2,000~ 5,000시간)

사용 후 헬륨가스를 재충전해야 하는 단점이 있다. 또한 상기 1~3세대 시스템은 기계적으로 구

동 미러를 돌려서 영상을 얻는 관계로 모터 및 미러의 일정시간 사용 후 교체를 해야 하는 시스

템이다(1991년).

4 세대 System 은 냉각 장치는 stirling cooler 를 사용하고 IC 기술의 발전으로 인하여 구

동 모터 및 미러가 필요 없는 IC Chip 형태의 검출소자인 Focal Plane Array type 의 시스템

(1995년)이다. Focal Plane Array(FPA)는 소자 재료에 따라 PtSi 혹은 InSb FPA 등이 있으며,

초기에는 거의 군용목적으로 사용되었으나 이의 편리성으로 인하여 민수용으로 광범위하게 사

용되고 있다. 이 시스템에서는 선명한 영상의 구현, 휴대용 및 정확한 온도분포 구현하고 데이터

취득 등 여러 면에서 이전의 1~3세대 장비보다 획기적인 발전을 이루었다고 볼 수 있다. 그러

나 stirling cooler 의 사용시간 제한 및 재 충진 시의 비용 발생 등 사용자 입장에서 볼 때 불합

리한 면이 있었다.

5 세대 시스템은 냉매가 전혀 필요 없는 비냉각 방식으로서 4 세대 장비의 장점은 모두 수

용하고 장비의 사용시간의 제한이 전혀 없는 새로운 FPA 소자(Uncooled Micro-bolometer)를

채택하여 상기 단점들을 모두 보완한 시스템(1997년)이다. 기술발전 추세로 볼 때 상당기간 이

비냉각 방식 FPA system을 능가하는 장비는 없으리라 본다. 기계적인 작동부위 제거 및 냉매

의 재충진 불필요, 이에 따른 장비의 사용시간 증대 등, 다방면으로 고려할 때 사용자의 입장에

서 모든 점을 수용한 장비이다. 현재 군용 및 민수용으로 급속히 이전 세대의 모델들을 대체해

나가고 있다. 위와 별도로 제조사 및 구분 방법에 따라 1,2 & 3 세대 장비로 대별하는 경우도

있다. 이 경우는 1 세대는 기계적인 scanning을 하여 영상을 구현해내는 장비를 총칭하며, 2 세

포커스

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대는 Linear Focal Plane Array를 이용한 장비(Linear Array), 3 세대는 Staring Focal Plane

Array 를 이용한 장비(Matrix Array)이다.

참고로 FSI 사의 Thermovision 1000 model 은 Stirling cooled 냉각방식을 채택한 3 세대

시스템으로 미 공군의 기지방어 project team인 TASS에서 채택되어 000대 정도가 운용되고

있고, 미 8 군/육군에도 공급되어 있다. 또한 한국공군의 무인기지 방어 계획에도 반영되어 OO

기지에 0대가 설치 운용되고 있다. 이 장비의 냉각장치의 MTBF는 5,000~,8000 시간으로, 현

재 실 사용한 예로 볼 때 5,500~5,800시간 사용 후 냉매를 재충진해 주어야 한다. 현재 육군에

서 운용 중인 TOD system은 Canada SPAR 사의 제품으로서 국내 S사에서 생산하는 모방품

으로서 MTBF가 2,000시간 미만인 2세대 장비이다. 또한 S사와 Raytheon사가 제휴하여 K-1

Tank 에 운용중인 Tank-sight 는 2 세대 Linear Array 를 채택한 시스템이다. Thermovision

Sentry model 은 5 세대 장비로서 1998 년 9 월에 개발된 모델로서, 미공군 TASS project 에

반영되어 00대가 공급되었다. 타 장비와 달리 카메라와 pan/tilt가 일체형인 시스템으로서 별도

의 pan/tilt head 가 필요 없으며, 카메라 자체에 Digital Micro Processor 가 내장되어 별도의

controller가 필요 없이 Joy-Stick으로 모든 조정이 가능하다. 또한 영상의 구현 방법에 있어서,

다양한 모드로 선택이 가능하다.

Color/Rainbow, Ironbow & B/W etc 또한 option 의 선택에 따라, Auto-Tracking, GPS

interface, CCD camera 등을 카메라 본체에 붙일 수 있다.

IV. 응용범위

1. 보안장치

눈동자 속의 홍체가 사람마다 고유하다는 특성을 이용하여 각 개인의 신원을 파악하는 장치

로 활용된다. 지문을 이용하는 것보다 정확도가 1,000배나 높은 첨단 기술이다. 렌즈에 눈을 맞

추면 적외선 카메라가 눈동자 속의 홍체를 파악해 컴퓨터가 신원을 판별한다. 이 같은 첨단 보

안시스템은 은행의 현금자동인출기와 기업체, 국가기관 등의 출입 관리 등에 이용될 전망이다.

첨단 보안시스템 시장은 국내 시장만 400 억 원 규모인데다 공항과 국방기관, 기업체들을 중심

으로 세계시장이 확대되고 있어 전망이 밝은 것으로 분석되고 있다.

사람의 눈으로는 아무 것도 보이지 않는 환경에서 사물을 구별할 수 있다는 점을 이용하여

군사용 또는 민수용으로 활용될 수 있다.

주간기술동향 통권 1351호 2008. 6. 18.

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2. 후생 안전용(Public Safety)

완공된 건물의 부실여부를 확인할 경우, 불길 속이나 아주 어두운 곳에서 위험에 처해 있는

사람을 찾을 때, 야간에 불법으로 침입하는 사람을 감시할 경우, 불안정한 지질 조사시, 캄캄한

저녁에 운행하는 항공기에 장착하여 비행기간 충돌 위험 방지 공항을 찾아낼 때 기기의 이상여

부 확인시 사용된다. (그림 7)은 안개속에 싸인 마을을 적외선 카메라로 포착한 것을 나타낸다.

또한, 공업용과 연구용, 의학용 기구, 적외선 스펙트럼을 이용한 화학조성 측정, 자동화된 공

장에서 공정을 모니터링, 오작동하는 기계를 분해하지 않고 검사할 경우, 회로 검사용으로도 사

용된다. (그림 8)는 보드의 열을 감지하여 어느 곳이 동작하고 어느 곳이 동작하지 않는지를 판

단하여 고장난 곳이나 단락된 곳을 찾아내는 것을 나타낸다.

(그림 7) 적외선 영상으로 본 안개 낀 마을

(그림 8) 완성된 보드의 과열부분 측정

포커스

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<참 고 문 헌>

[1] 홍석민, 송인섭: “열상장비 개요”, 물리학과 첨단기술, Vol.7, No.2, 1998.

[2] S. W. Moon, S. H. Suh: “Infrared Detectors (I): Photon Detectors”, Bull of the Korean Inst. Of Met.

& Mater. Vol.7, No.3, 1994.

[3] S. W. Moon, S. H. Suh: “Infrared Detectors (II): Thermal Detectors and Image Sensors”, Bull of

the Korean Inst. Of Met. & Mater. Vol.7, No.4, 1994.

* 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITA의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.