R&D 전문가를위한적외선열화상핸드북 목차 적외선서모그래피의원리 4 이미지캡처용적외선디텍터 7 적외선카메라의완전한활용법 11 연구개발분야의적외선기술응용을위한종합기술지침서 적외선카메라필터사용법 18 초고속열화상 23 카메라와렌즈 26 ( 본사 ) PORTLAND FLIR

R&D 전문가를위한적외선열화상핸드북

R&D 전문가를위한적외선열화상핸드북 목차 적외선서모그래피의원리 4 이미지캡처용적외선디텍터 7 적외선카메라의완전한활용법 11 연구개발분야의적외선기술응용을위한종합기술지침서 적외선카메라필터사용법 18 초고속열화상 23 카메라와렌즈 26 ( 본사 ) PORTLAND FLIR Systems, Inc. 27700 SW Parkway Ave. Wilsonville, OR 97070 USA www.flir.com NASDAQ: FLIR ( 주 ) 플리어시스템코리아서울특별시강남구삼성로 566, 6 층 ( 삼성동, 구구빌딩 ) Tel:(02)565-2714~7 Fax:(02)565-2718 E-mail:flir@flirkorea.com 이카탈로그에소개된장비의수출은미국정부의승인이필요할수도있습니다. 이장비에대해서적용되는관련미국법규를준수하여야합니다. 표시된사양은사전통지없이변경될수있습니다. 이자료에수록된이미지들은예시를보여주기위한것입니다. 2016 FLIR Systems, Inc. All rights reserved. (Rev. 26/09/16) 본문서에수록되어있는사고와아이디어, 의견등은단지정보를제공하기위한것입니다. 플리어는독자가자신의사업이나환경에따라서취하는행위에대하여일체의책임을지지않습니다. 플리어시스템주식회사 (FLIR Systems Incorporated) 출판이책자는 FLIR Systems의사전서면허가없이는어떠한형태로든지복제할수없습니다. www.flir.com 2016 FLIR Systems Inc. pg 2 pg 3

Chapter 1 적외선서모그래피의원리 적외선서모그래피의원리 적외선서모그래피카메라 적외선은사람의눈에는보이지않지만적외선카메라를사용하면눈으로볼수있는보통의실화상으로변환할수있으므로대상물체또는임의의범위에존재하는열의차이 ( 온도 ) 를조사할수있습니다. 전자기파의스펙트럼에서적외선이차지하는영역은대략 900~14,000 나노미터 (0.9-14 μm ) 부분입니다. 온도가절대온도이상인모든물체는적외선을방사하며그방사하는양은온도에따라서증가합니다. 열화상은대상물체나장면내에있는온도값의차이를보여주는적외선카메라를사용하여이미지로작성하는방법이라할수있습니다. 그러므로열화상은대상물체의온도를비접촉방식으로측정할수있는것입니다. 적외선카메라의기계적인구조는디지털비디오카메라와비슷합니다. 주요구성부분은입사되는적외선이디텍터즉, 센서위에초점이맺히도록하는 그림 1. 단순화된열화상카메라의블록다이어그램 렌즈및신호와이미지를처리하고디스플레이해주는전자장치와소프트웨어등입니다. 일반비디오및디지털스틸카메라에서사용되고있는 CCD(charge coupled device) 디텍터와달리적외선카메라의디텍터는적외선파장대에민감한다양한물질로만들어지는마이크로미터크기의픽셀로구성되는초점면배열 (focal plane array; FPA) 입니다. FPA의분해능은대략 160 120 픽셀부터 1024 1024 픽셀까지의범위입니다. 카메라기종에따라서 FPA 상의원하는부분에초점을두고그부분을집중적으로온도를계산할수있도록해주는소프트웨어를내장하고있는모델도있습니다. 또한온도분석을지원하는특수한소프트웨어가설치된컴퓨터나다른데이터시스템을사용하기도합니다. 이런방법들은모두 ±1 이내의정밀도로온도를분석할수있습니다. FPA 디텍터기술은열디텍터 (thermal detector) 와광자디텍터 (quantum detector) 의두종류로분류할수있습니다. 대표적인열디텍터로는금속또는반도체를소재로제조되는비냉각식마이크로볼로미터 (uncooled microbolometer) 가있습니다. 이방식의디텍터는대개광자디텍터에비해가격이저렴하며더넓은범위의적외선스펙트럼을검출할수있습니다. 마이크로볼로미터는입사되는적외선에반응하며광자디텍터에비해그반응속도와민감도가훨씬더낮습니다. 광자디텍터는 InSb, InGaAs, PtSi, HgCdTe(MCT) 등의재료로제조되며, GaAs/AlGaAs 층을형성하여 QWIP(Quantum Well Infrared Photon) 디텍터가만들어집니집니다. 광자디텍터의동작원리는결정내에있는전자의상태가입사광자에의하여달라지는현상에기반을두고있습니다. 광자디텍터는일반적으로열디텍터에비해속도와민감도가더우수합니다. 그러나액화질소또는소형의스털링사이클냉각장치를사용하여극저온까지냉각시켜주어야하는단점이있습니다. 적외선스펙트럼의이해 적외선카메라는적외선스펙트럼상에서특정한파장 ( 또는주파수 ) 범위에맞추어설계및설정되는것이보통입니다. 그러므로사용하는광학장치와디텍터의소재역시그특정범위에가장적합한것이라야합니다. 그림 2는다양한디텍터소재의스펙트럼응답영역을보여줍니다. 적외선은가시광선과동일한반사, 굴절, 전달등의광학적특성을가지고있으므로열화상카메라의구조적인설계방법은일반실화상카메라의설계방법과거의비슷합니다. 그러나실화상카메라의광학장치, 즉렌즈에사용되는유리는그소재가적외선을잘통과시키지못하므로적외선카메라에는사용할수없습니다. 또한그반대로적외선을잘통과시키는소재는가시광선을잘통과시키지못합니다. 적외선카메라의렌즈의소재로는규소 (Si) 와게르마늄 (Ge) 이사용하여제조되며, 대체로규소는중간파장대의적외선 (MWIR) 카메라에적합하며게르마늄은장파장적외선 (LWIR) 카메라에적합합니다. 규소와게르마늄은그기계적인물성이양호하여잘파손되지않고수분을흡수하지않으며, 또한현대의선반가공기술을이용하여렌즈로가공할수있습니다. 실화상카메라와마찬가지로적외선카메라렌즈도반사방지코팅을합니다. 양호한설계조건하에서적외선카메라렌즈는입사광선을 100% 에가깝게통과시킬수있습니다. PtSi InSb MWIR MCT QWIP Microbolometer LWIR 3.0µm 5.0µm 8.0µm 14.0µm 그림 2. 중파적외선 (MW) 및장파적외선 (LW) 대역의스펙트럼에대한디텍터소재의응답성 열복사의원리 물체에서방사되는복사에너지의강도는온도및복사되는전자기파의파장에따라서달라집니다. 물체의온도가약 500 C 이하이면복사광선은거의대부분적외선파장대역에있게되며, 물체는복사선을방사하는것뿐아니라주위환경에서입사되는복사선을흡수하고그일부를반사하거나또는일부가투과될수있도록 ( 예를들어렌즈 ) 함으로써입사복사선에도반응을합니다. 이와같은물리학적원리를바탕으로아래와같은총복사법칙 (Total Radiation Law) 을유도할수있습니다. W = aw + rw + tw, 이식은아래와같이간단하게표시할수있습니다. 1 = a + r + t. 여기서 a, r, 및 t는각각물체의입사에너지흡수량 (a), 반사량 (r), 그리고투과량 (t) 을표시합니다. 각계수는그물체가입사광선을흡수, 반사또는투과시키는정도에따라서 0에서 1까지의값을가질수있습니다. 예를들어, r = 0, t = 0, 그리고 a = 1일경우반사또는투과되는에너지없이입사되는복사에너지의 100% 가완전히흡수됩니다. 이런물체를완전흑체 (perfect blackbody) 라부릅니다. 본질적으로완전흑체는완전한흡수체임과동시에완전한복사에너지의방사체입니다. 이개념을수식으로표시한것이키르히호프의법칙 (Kirchhoff s Law) 입니다. 물체의방사특성은기호 ε으로표시하며그물체의방사도 (emittance) 또는방사율 (emissivity) 라부릅니다. 키르히호프의법칙에의하면 a = ε이며, 이두값은복사선의파장에따라서달라지므로그공식은 a(λ) = ε(λ) 로쓸수있으며여기서 λ는파장입니다. 따라서위의총복사법칙은수학식으로 1 = ε + r + t 로표시할수있으며, 불투명한물체 (τ = 0) 에대해서는 1 = ε + r 또는 r = 1 - ε( 즉, 반사율 = 1 - 방사율 ) 로단순화됩니다. 완전흑체는완전한흡수체이므로 r = 0 그리고 ε = 1 이됩니다. 또한완전흑체의복사특성은플랭크의법칙을사용하여수식으로표시할수있습니다. 그러나이식은매우복잡한수학식이며, 온도와복사파장에따라서달라지므로완전흑체의복사특성은그림 3과같이일련의곡선으로표시하는것이보통입니다. Blackbody spectral radiant emittance 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 Visible light T-1000 C T-900 C T-800 C T-700 C T-600 C T-500 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 그림 3. 플랭크의법칙 (Planck s Law) 의도해 T-400 C T-300 C T-200 C 그러나각복사곡선은일정한파장에서뚜렷한최대값을가집니다. 이최대값은아래와같은빈의변위법칙 (Wien s displacement law) 으로계산할수있습니다. l max = 2898/T, 여기서 T 는켈빈 (K) 단위의흑체절대온도이며 l max 는최대복사강도를나타내는파장입니다. 흑체복사곡선을사용하면온도 30 C 의물체는그최대복사강도가약 10μm 파장에서나타나며온도가 1,000 C 인물체의최대복사파장은 2.3 μm 부근임을알수있습니다. 이물체눈온도 30 C 의흑체에비해 1,400 배더큰복사강도를가지며, 복사의상당부분이가시광선영역에있습니다. 흑체의총복사에너지는플랭크의법칙으로계산할수있습니다. 아래식은슈테판 - 볼츠만의법칙 (Stefan-Bolzmann law) 으로알려져있는유명한공식입니다. W = σt 4 (W/m 2 ), 여기서 σ 는슈테판 - 볼츠만의상수이며그값은 5.67 10-8 W/m 2 K 4 입니다. 예를들면, 보통체온 ( 약 300 K) 의사람의유효체표면에서방사되는복사에너지는약 500W/m 2 정도입니다. 대략적으로인체의유효체표면적은 1m 2 정도이며적지않은열량인 0.5kW 정도의에너지를방출합니다. 이절에나오는수식들은완전흑체의온도와복사강도사이의중요한관계를보여주는것입니다. 그러나열화상공학에서가장중요한물체는완전흑체가아니므로적외선카메라에는흑체가아닌일반물체의온도를나타낼수있는곡선이필요합니다. 방사율 (Emissivity) 물체의복사특성은완전한복사체인완전흑체와관련하여표시하는것이일반적입니다. 흑체에서복사되는에너지를 W bb. 로표시하고같은온도에있는일반물체에서복사되는에너지를 W obj 로표시하면이두값의비율이그물체의방사율 (ε) 이됩니다. e = W obj / W bb. 그러므로방사율은 0 과 1 사이의값을가집니다. 이숫자가높을수록그물체의방사율이높은것입니다. 모든파장대역에걸쳐서동일한방사율을가지는물체를회색체 (greybody) 라합니다. 따라서회색체에대한슈테판 - 볼츠만법칙은아래식과같이표시됩니다. W = eσt 4 (W/m 2 ), 이식에의하면회색체의총방출능 (emissive power) 은같은온도의흑체의방출능에비하면해당물체의방사율에비례하여감소됩니다. 하지만거의대부분의실제물체는흑체가아닌것처럼회색체도아닙니다. 방사율은파장에따라서달라집니다. 열화상공학에서는한정된파장대역내에서만분석하게되므로실제로는물체를회색체로취급해도좋은경우가많습니다. 모든경우에있어서방사율이파장에따라크게달라지는물체를선택방사체 (selective radiator) 라부릅니다. 예를들면유리는선택적방사특성이매우강한물체로서일부파장대역에서는거의흑체처럼작용하지만다른파장에서는그반대가됩니다. pg 4 pg 5

Chapter 1 Chapter 2 열화상이미지캡처용적외선디텍터 대기의간섭 물체와열화상카메라사이에는대기가있으며대기는기체에의한복사선의흡수와공기중에있는입자에의한산란을통하여복사강도를감쇠시킵니다. 이감쇠되는정도는복사선의파장에따라서크게달라집니다. 공기는일반적으로가시광선을잘통과시키지만, 안개, 구름, 비, 눈등에의하여멀리있는물체가잘보이지않게됩니다. 이와동일한원리가적외선복사에도적용됩니다. 따라서열화상을위한측정에서는흔히대기의창 (atmospheric window) 이라부르는파장대역의일정구역을적용하여야합니다. 그림 4에서볼수있는것과같이, 이대기의창은 2 ~ 5 μm 사이의중파장대와 7.5 ~ 13.5 μm 사이의장파장대에있습니다. 대기의감쇠작용에의하여물체의총복사에너지가전량카메라에도달하지못하게되므로대기감쇠에의한영향을보정해주지않으면겉보기온도는더낮게측정됩니다. 이영향은거리가멀수록더커지며, 적외선카메라의소프트웨어는대기의감쇠를보정해줍니다. 일반적으로대기는 7.5μm 이상의장파장대역에서는우수한하이패스필터로작용하므로, 7.5-13.5 μm 파장대역에서사용되는장파장 (LW) 카메라는대기에의한감쇠에대하여양호한성능을제공합니다.( 그림 4) 이에비하여 3-5 μm 파장대역의중파 (MW) 카메라는고급연구개발및군사용으로감도가우수한디텍터에사용되고있습니다. 대기중에서중파카메라를사용하는경우감쇠가낮은전송파장대역을선택사용할필요가있습니다. 온도측정 적외선카메라의렌즈에입사되는복사선은세개의서로다른방사원에서나온것입니다. 즉대상물체가방출하는복사선과물체주위에있는물체들에서방출된복사선이물체표면에서반사된것이카메라렌즈에들어오게됩니다. 이두복사선은모두공기를통과해오는과정에서감쇠됩니다. 복사선의일부를흡수한공기는키르히호프의법칙에따라서흡수한에너지의일부를다시방출합니다. 이상을고려하여카메라의출력을교정하면대상물체의온도를계산하는공식을유도할수있습니다. 1. 물체의방출에너지 (Emission) = ε t W obj, 여기서 ε은물체의방사율이며 t는대기의투과율 (transmittance) 입니다. 2. 주변환경에서방출된복사선이물체표면에서반사된것 = (1 - ε) t W amb 여기서 (1 - ε) 은물체의반사율 (reflectance) 입니다. ( 물체표면의한점에서보이는반구형공간내에있는모든복사표면의온도 T amb 는모두같은것으로가정하였음.) 3. 대기의방출에너지 = (1 - t) W atm, 여기서 (1 - t) 는대기의방사율입니다. 따라서카메라에입력되는총복사에너지는아래식으로표시할수있게됩니다. W tot = e t W obj + (1 e) t W amb + (1 t) W atm, 여기서 ε 은물체의방사율, t 는대기의투과율, T amb 는물체주위의 ( 유효 ) 온도또는반사주변 ( 배경 ) 온도이며, T atm 는대기의온도입니다. 대상물체의온도를정확하게측정하기위하여적외선카메라의소프트웨어는물체의방사율, 대기의감쇠율과온도, 물체주변의온도등의입력이필요하지만이러한인자는측정또는가정하거나, 관련기술자료에서찾아서사용할수있습니다. 열화상이미지캡처용적외선디텍터 적외선열화상카메라 열화상이미지는대상물체또는장면의온도변화를적외선카메라로측정하고이를실화상이미지로변환하여만들어집니다. 적외선카메라의주요구성부분은렌즈, 초점면배열 (FPA) 디텍터, 모델에따라서디텍터냉각장치, 그리고이미지를처리하고디스플레이해주는전자장치및소프트웨어등입니다. 대부분의디텍터는전체적외선파장대역 (900-14,000 나노미터또는 0.9-14 μm) 보다좁은영역에있는응답곡선 (response curve) 을가지고있습니다. 그러므로디텍터또는카메라는사용목적에적합한적외선응답파장대역을가지고선택하여야합니다. 파장에대한응답특성뿐아니라민감도, 마이크로미터크기의픽셀로구성되는 FPA를만들수있는성질, 그리고냉각이필요할경우냉각온도요건등도디텍터의중요한특성이됩니다. 대부분의경우적외선카메라는대기를통하여물체를측정하게됩니다. 그러므로디텍터의응답곡선을대기의창에맞추는것이무엇보다중요합니다. 대기의창은적외선이최소한의감쇠로대기를투과할수있는파장대역을말합니다. 기본적으로대기의창은전자기파의스펙트럼에서단파장-중파장 (SW-MW) 대역인 2-5.6 μm 대역과장파장 (LW) 대역인 8-14 μm 대역에존재합니다. 대부분의디텍터소재와카메라는이범위에적합한응답곡선을가지고있습니다. D (cm Hz/W) 10 12 10 11 10 10 10 9 Pbs 193K Pbs 77K Pbs 295K PbSe 193K PbSe 77K PbSe 295K Ge:Hg 26K 2π STERADIANS FIELD OF VIEW 295K BACKGROUND TEMPERATURE IDEAL PHOTOCONDUCTOR IDEAL PHOTOVOLTAIC Si:Ga 4.2K Si:As 4.2K Si:Sb 4.2K Bolometer (90Hz) Pyroelectric Det. (90Hz) 10 8 1.0 1.5 2.0 2.5 3 4 5 6 7 8 910 15 20 25 30 40 Wavelength (µm) 그림 2. 각종디텍터소재의검출능 (D*) 곡선 D (cm Hz/W) HgCdTe (PV) 77K InSb (PV) 77K HgCdTe (PC) 193K HgCdTe (PV) 77K HgCdTe (PC) 77K IDEAL PHOTOVOLTAIC IDEAL PHOTOCONDUCTOR 10 8 1.0 1.5 2.0 2.5 3 4 5 6 7 8 910 15 20 25 30 40 Wavelength (µm) 보다높은성능이요구되는용도에는광전자효과를바탕으로작동하는광자디텍터를사용합니다. 여기에사용되는소재는광자를흡수하여소재내부에있는전자의에너지준위를높여서전기전도도, 전압, 또는전류에변화를일으키는방식으로써적외선에반응합니다. 이종류의디텍터들은극저온으로냉각시키면입사되는적외선에민감하게반응하며, 이런소재들은온도와같은적외선의변화에매우신속하게반응하며 1 μs 수준의일정한응답시간을가지고있습니다. 그러므로이런종류의디텍터를사용하는카메라는급속하게변화하는순간적인열변화를기록하는데매우유용합니다. 그러나광자디텍터도파장에따라서크게변화하는응답곡선을가진다 ( 그림 2). 현재카메라에가장널리사용되고있는디텍터를표 1 에수록하였습니다. 10 12 10 11 10 10 10 9 2π STERADIANS FIELD OF VIEW 295K BACKGROUND TEMPERATURE QWIP 그림 4. 각종기체의영향과함께표시한대기에의한감쇠 ( 흰색부분 ). 수증기에의한영향이감쇠의대부분을차지한다는것을알수있습니다. 곡선아래에있는면적이적외선투과율을나타냅니다. 그림 1. 단순화된열화상카메라의블록다이어그램 광자디텍터와비광자디텍터의비교 대부분의적외선카메라는가격문제를고려하여마이크로볼로미터방식의디텍터를사용하고있습니다. 마이크로볼로미터 FPA는금속또는반도체소재를사용하여제조되며비광자원리를바탕으로동작됩니다. 따라서이종류의디텍터는입사되는복사에너지에대하여재료의전체적인상태변화 ( 볼로미터효과 ) 로반응하게됩니다. 일반적으로마이크로볼로미터는냉각이불필요하므로카메라를소형으로제작할수있고가격대도낮아지게됩니다. 마이크로볼로미터의기타특성은아래와같습니다. 비교적감도 ( 검출능 ) 가낮다. 응답곡선의넓다. ( 편평한형태 ) 응답속도가낮다. ( 시정수 : ~12 ms) 디텍터종류 / 소재 운용원리 운용온도 마이크로볼로미터 브로드밴드디텍터 비냉각 (~30 C) HgCdTe SW 광자디텍터 200 K HgCdTe LW 광자디텍터 77 K InSb MW 광자디텍터 77 K PtSi MW 광자디텍터 77 K QWIP LW 광자디텍터 70 K 표 1. 적외선카메라에널리사용되고있는디텍터종류와소재 pg 6 pg 7

Chapter 2 열화상이미지캡처용적외선디텍터 광자디텍터의작동원리 냉각방식 광자디텍터에사용되는물질내부에있는전자들은상온에서다양한에너지준위를가지고있습니다. 일부의전자는충분한열에너지를보유하고있어서전자가자유롭게이동할수있으며따라서전류를흐르게할수있는전도대 (conduction band) 에있습니다. 그러나대부분의전자들은자유롭게움직일수없어서전류를운반할수없는가전자대 (valence band) 에있습니다.( 그림 3의맨왼쪽그림참조.) 물질의온도가충분히낮아지면 ( 이온도는물질에따라서달라진다 ) 전자의열에너지가감소되어전도대에는전자가없게됩니다 ( 그림 3의가운데위쪽그림참조 ). 따라서이물질은전류를운반할수없게됩니다. 이물질에충분한에너지를가진광자가입사되면이에너지가가전자대에있는전자를자극하여전도대로이동시킵니다 ( 그림 3의위오른쪽그림참조 ). 따라서이물질 ( 디텍터 ) 에는입사되는복사에너지에비례하는광전류가흐르게됩니다. 입사되는광자가전자를가전자대에서전도대로점프시킬수있는최소의에너지는정확하게알려져있습니다. 이에너지는차단파장 (cutoff wavelength) 또는임계파장이라부르는일정한파장과관계가있습니다. 광자의에너지는그파장에반비례하므로장파장 (LW) 에비하여단파장 (SW) 과중파장 (MW) 의에너지가더높습니다. 따라서원리적으로장파장디텍터의동작온도는단파장이나중파장디텍터에비하여더낮은것입니다. 예를들어 InSb 중파디텍터는동작온도가 173 K(-100 C) 이하라야하며, 실제로는이보다훨씬더낮은온도에서사용되고있습니다. HgCdTe(MCT) 장파디텍터는 77 K(-196 C) 이하의온도로냉각시켜주어야합니다. QWIP 디텍터는보통 70K(-203 C) 이하의온도로냉각시켜주어야합니다. 그림 3에서가운데아래쪽및오른쪽그림은광자디텍터의파장에대한의존성을보여주고있습니다. 입사되는광자의파장과에너지는밴드갭 (gap energy) 에너지 ΔE 를넘을수있을만큼충분히커야합니다. 초기적외선라디오메트릭 (radiometric) 측정기에사용되던디텍터는액체질소를사용하여냉각하였습니다. 이방식에서는디텍터를액체질소가들어있는듀워 (Dewar) 플라스크에부착시켜디텍터가 -196 C 이하의저온에서안정된상태를유지할수있도록하였습니다. 그후다른냉각방법이개발되었습니다. 디텍터냉각을위한최초의고체상태솔루션은 1986년 AGEMA사가상업용적외선카메라에사용할수있도록개발한펠티어효과냉각기 (Peltier effect cooler) 였습니다. 펠티어냉각기에서는열전물질에직류전류를흘려서열전쌍의한쪽접합부에서열을제거하여저온부와고온부를형성합니다. 고온부는방열기에연결되어열을방출함으로써저온부에연결된부품을냉각시킵니다. ( 그림 4와 5를참조할것.) 최고수준의감도가요구되는장치를위해서는극저온냉각을위한전기적방법이개방되었습니다. 이것이스털링냉각기 (Stirling cooler) 입니다. 스털링냉각기의수명을적외선카메라에적용할수있는 8,000 시간이상으로연장시킬수있게된것은불과 15년 ~ 20년에지나지않습니다. 스털링냉각사이클에서는저온핑거부 ( 그림 6) 에서열을제거하여고온부에서외부로방출합니다. 스털링냉각기의효율은비교적낮지만적외선카메라의디텍터를냉각시키는데는충분합니다. 냉각방식에관계없이디텍터의초점면을냉각기의저온부에부착시켜서효율적인열교환이이루어질수있도록하고있습니다. 초점면배열 (FPA) 은크기가작으므로부착면적및냉각기도소형화되어있습니다. 초점면배열 (FPA) 어셈블리 그림 6. 일체형스털링냉각기는헬륨가스를사용하며 -196 C 또는그이하의극저온을구현할수있습니다. FPA 어셈블리는그크기와분해능에따라서약 60,000 ~ 1,000,000 개이상의개별디텍터를가지고있습니다. 설명을간단하게하기위하여각픽셀 ( 디텍터 ) 이마이크로미터수준의크기인 2차원픽셀매트릭스로가정하여설명합니다. FPA 의분해능은약 160 120 픽셀에서 1024 1024 픽셀까지입니다. 실제로는이어셈블리가더복잡합니다. 디텍터의소재물질과그동작원리에따라서 FPA 어셈블리에광학적회절격자 (grating) 가사용되기도합니다. 예를들어 QWIP 디텍터에서는광학적회절격자가입사되는복사선을분산시켜서디텍터물질의결정격자의방향감도를이용할수있도록하고있습니다. 이장치는 QWIP 디텍터의전체적인감도를높여주는효과가있습니다. 또한 FPA 는적외선카메라의판독전자장치에연결되어야합니다. 그림 8은완성된 QWIP 디텍터와 IC 전자회로어셈블리를보여줍니다. 이디텍터는그림 7과같은듀워또는스털링냉각기에부착하여한어셈블리를구성하게됩니다. 또다른복잡한문제하나는 FPA에있는많은디텍터들이제각기게인 ( 이득 ) 과제로오프셋에약간씩차이가있다는점입니다. 사용할수있는열화상이미지를얻으려면이처럼각기다른게인과오프셋을정규화된값으로보정해줄필요가있습니다. 이과정은여러단계를통하여수행되며카메라에설치되어있는소프트웨어에의하여실행됩니다. ( 그림 9부터 11 까지를참조할것.) 이러한과정을거쳐서대상물체또는장면전체의상대적인온도를열화상이미지로작성할수있는것입니다.( 그림 12) 또한 ±1 C 이내의정밀도로정확한실제온도를측정할수있습니다. Signal Without any correction 20 C +20 C +120 C Radiation Signal 그림 8. 세라믹기판에장착되어외부전자장치에연결되어있는 QWIP FP First correction step 20 C +20 C +120 C Radiation 그림 9. FPA 디텍터의게인과오프셋차이를표준화하는첫보정단계는오프셋보상 (offset compensation) 입니다. 이보정을거쳐각디텍터소자는카메라의 A/D 변환회로의동적범위내에서응답할수있게됩니다. 그림 4. 일단펠티어냉각기 Signal First correction step 20 C +120 C Radiation Signal Second correction A/D Dynamics 20 C +120 C Radiation +20 C +20 C 그림 10. 오프셋보상이후의단계는기울기보정 (slope correction) 이실시됩니다. 그림 3. 광자디텍터의동작원리 Signal Third correction, Non-Uniformity Correction (NUC) Signal After NUC Radiation Radiation 20 C +120 C 20 C +120 C 그림 5. 3 단펠티어냉각기 그림 7. 적외선카메라에사용되는냉각식 FPA 어셈블리 +20 C +20 C 그림 11. 게인계수 (Gain Factor) 를모두일치시킨후에는불균일보정 (non-uniformity correction(nuc)) 을실시하여모든디텍터들이동일한전자적특성을가지도록해줍니다. pg 8 pg 9

Chapter 2 Chapter 3 적외선열화상카메라의완전한활용법 사용기준 앞서설명한것과같이디텍터는그종류별로열적및스펙트럼감도가각기다릅니다. 또한종류별로가공방법의차이에따라서가격에도차이가있습니다. 사용목적에적합할경우, InSb 및 QWIP 종류의광자디텍터는다음과같은다양한장점을가지고있습니다. 높은온도분해능 디텍터의높은균일성, 즉고정패턴의잡음이매우낮다. 스펙트럼분해능에일정수준의선택성이있다. 제조공정의수율이높다. 가격이비교적경제적이다. 고온및강한복사선에견딜수있다. 우수한화질의이미지를제공할수있다. 카메라의전자장치는디텍터의절대감도를넓은범위에걸쳐서처리할수있습니다. 예를들어복사강도가아주높을경우디텍터를포화시킬수있는수준의높은감도를조리개를제어하거나 ND(neutral density) 필터를사용하여처리할수있습니다. 이두가지해결책은모두 FPA에입사되는복사에너지를감소시키는것입니다. 특정한용도로사용하고자하는디텍터와카메라를선택할때에는가격이외에스펙트럼감도가중요시되는경우도많습니다. 일단디텍터를선택한후에는렌즈소재와필터를적절하게선택하여렌즈소재와필터를선택하여적외선카메라시스템의전체적인응답특성에변화를줄수있습니다. 그림 13은다양한디텍터종류에따른시스템응답특성을보여줍니다. Relative sensitivity 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% InGaAs VisGaAs InSb MCT-SW 1 2 3 4 5 6 7 그림 13. 각종적외선카메라의상대응답곡선 (response curve) Microbolometer QWIP 그림 12. 1024 1024 InSb 디텍터를사용한카메라로측정한적외선이미지 MCT-LW 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Wavelength λ [µm] 적외선열화상카메라의완전한활용법 이장에서는적외선카메라의교정법과보정법을습득하여정확한온도측정과열화상매핑을할수있도록합니다. 적외선카메라를사용한정량적측정 적외선카메라의사용자들은최상의결과를얻을수있도록필요한측정의유형을잘이해하고카메라의교정과정을측정의목적에적합하게실행하도록하여야합니다. 그첫단계는당연히사용목적에적합한특성과기능을가진카메라와소프트웨어를선택하는것입니다. 여기서는열화상 ( 서모그래피 ) 측정과라디오메트리측정사이의차이를이해하는것이매우중요합니다. 열화상은적외선카메라로대략 900 ~ 14,000 나노미터 (0.9-14 μm) 파장대의전자기파복사를감지하여이미지로작성하는적외선이미징방법을말합니다. 열화상이미지는보통대상물체나장면전체의온도차이를측정하는데사용되며온도는섭씨, 화씨또는절대온도단위로측정할수있습니다. 라디오메트리 (Radiometry) 는특히적외선파장대역의전자기파복사에너지를측정하는것입니다. 간단하게말한다면복사속 (radiant flux) 의절대량으로정의할수있습니다. 이미징라디오메트릭의측정단위는보통라디언스 (radiance) 로서 Watts/(sr-cm²) 단위로표시합니다. 약자 sr 은스테라디언 (steradian) 을의미하며, 이것은무차원기하학적비율로서반지름과등가의구체표면적을포함하는 ( 원추형 ) 입체각 (solid angle) 으로정의되는양입니다. 간단하게말하면열화상 ( 서모그래피 ) 은대상물체가얼마나뜨거운가를측정하는것이며라디오메트리는그물체가얼마나많은에너지를방사하고있는가를측정하는것입니다. 이두개념은서로관계가있지만같은것은아닙니다. 적외선카메라는본질적으로온도가아니라입사에너지 (irradiance) 를측정하는것이지만, 열화상은방사에너지 (radiance) 를기반으로하고있는것입니다. 적외선카메라시스템을열화상으로교정하는것은유효흑체복사및온도를교정 / 측정하는것이므로, 정확한온도측정을위해서는측정대상의방사율이매우중요합니다.( 방사율 (Emissivity) 또는방사도 (Emittance) 는완전흑체에대한물체의복사특성입니다.) 마이크로볼로미터 (microbolometer) 디텍터를사용하는기본적인적외선카메라는비광자적원리에의하여동작합니다. 따라서이종류의디텍터는입사되는복사에너지에대하여재료의전체적인상태 ( 전기저항또는정전용량 ) 의변화라는형태로반응하게됩니다. 이러한카메라의교정소프트웨어는열화상이미지작성및온도측정에중점을두고있습니다. 광자 (Photon) 디텍터를사용하는고급적외선카메라는광자물리학적원리에의하여동작합니다. 이런카메라로우수한화질의이미지를제공하지만그소프트웨어는입사에너지와온도를함께측정할수있도록더고급인것이보통입니다. 복사에너지 (radiance) 의측정이중요한이유는아래와같습니다. 선형센서를사용하면측정되는복사에너지도복사에너지에선형으로비례합니다. 온도는선형센서를사용하여측정하더라도원시디지털이미지카운트를가진비선형데이터가됩니다. 대상물체의복사에너지와면적이주어지면복사강도를계산할수있습니다. 대상물체의총복사강도 (radiant intensity) 를알면라디오메트리기법으로물체가다양한기하학적형태및대기조건하에서방출하는복사의입사에너지를모델링할수있습니다. 라디오메트릭단위를사용하면원하는파장대역들사이의관계를훨씬쉽게파악할수있습니다. 다른물체를라디오메트리항목으로비교하면방사율을배제할수있으므로불확도가감소됩니다. ( 그러나대기와파장대역밴드패스효과는고려해주어야합니다.) 복사에너지에서라디오메트리시그니처를유효흑체온도로변환할수있는경우가대부분이며이때몇개의가정또는부수적인측정데이터가필요합니다. 온도에서복사에너지를산출하는것은더어려운경우가많습니다. 카메라작동의핵심적인물리학적관계 적외선카메라시스템을사용하여라디오메트리및열화상측정을하는데는아래와같은 5 가지의기본적인단계가있습니다. 1. 대상물체는어떤수준의에너지시그니처를가지고있으며그것이적외선카메라로의렌즈를통하여수집됩니다. 2. 이때광자디텍터일경우광자의수집이, 마이크로볼로미터와같은열디텍터일경우열에너지가수집됩니다. 3. 수집된에너지에의하여디텍터는신호전압을발생시키고시스템의 A/D 컨버터가이신호전압을디지털카운트로변환합니다. ( 예를들어, FLIR ThermoVision R SC6000 IR 카메라는 14-bit 다이내믹범위를가진 A/D 컨버터를사용하여 0-16,383 사이의카운트값을생성합니다. 카메라의렌즈를통하여입사되는적외선에너지가많을수록 ( 해당스펙트럼대역안에서 ) 디지털카운트가높아집니다.) 4. 카메라가적절하게교정되었으면디지털카운트가복사에너지값으로변환됩니다. 5. 마지막으로, 교정된카메라의전자장치가대상물체의알려진또는측정된방사율을사용하여복사에너지값을온도값으로변환시킵니다. 위의단계 4와 5를확장하면, 복사에너지측정값에라디오메트릭교정, 온도대복사에너지모델, 대상물체또는장면의방사율등을적용하여흑체온도측정값을구할수있습니다. 중요한측정용적외선카메라는전량제작공장에서교정을거쳐서출고됩니다. 제작공장의교정실에서는알고있는온도, 복사에너지레벨, 방사율, 그리고거리조건에서카메라로여러차례의흑체측정을실시합니다. 이측정을통하여온도 / 복사에너지측정에서얻어지는 A/D 카운트를바탕으로수치표를작성하게됩니다. 각흑체온도측정의카운트가교정소프트웨어에입력되면그데이터는대역내 (in-band) 복사에너지곡선맞춤알고리즘을거쳐서적합한대역내복사에너지대카운트값을생성하며, 이때카메라의스펙트럼응답함수는정규화 (normalized) 되어있어야합니다. 이과정을통하여흑체를넓은온도범위에서관찰하여얻은디지털카운트에대한대역내복사에너지 [W/(sr-cm²)] 값이구해집니다. 얻어진결과는일련의교정곡선이됩니다. 그림 1은교정포인트를포착하는방법을보여줍니다. 교정곡선은카메라시스템의메모리장치내에일련의수치곡선맞춤표로서저장되며이데이터는복사에너지값을흑체온도에상관시켜주는것입니다. 카메라시스템이어떤측정을할때에는그시점에서신호의디지털값을취하고, 적합한교정표를참조하여온도를계산하게되는것입니다. 여기에대기에의한감쇠, 주위의반사온도, 카메라의환경온도편차 (drift) 등의다른인자를고려하여최종적인결과를얻습니다. pg 10 pg 11

Chapter 3 적외선열화상카메라의완전한활용법 주변온도편차보상 (ADC). 교정과정에서또다른중요한고려요소는카메라자체의가열과냉각에의하여발생하는복사에너지입니다. 카메라의외부또는내부적인환경에의한카메라온도편차는디텍터에입사되는복사강도에영향을줍니다. 카메라에서직접방사되는복사선을기생방사 (parasitic radiation) 라하고, 이것은카메라측정출력값을부정확하게만들며특히열화상으로교정된카메라에서더욱심하게나타납니다. FLIR ThermoVision R 제품군과같은일부적외선카메라에는카메라자체의온도를모니터링하는내부센서가내장되어있습니다. 이런종류의카메라들은교정과정에서환경챔버내에서기준흑체에초점을맞추어줍니다. 그다음챔버와흑체의온도를변화시키면서내장센서의데이터를기록합니다. 이데이터에서보정계수를구하여카메라에저장시킵니다. 실시간동작에서카메라센서는지속적으로카메라내부의온도를측정하여카메라프로세서에피드백신호를보내줍니다. 이를통하여카메라출력에대한기생복사의영향을보정해줍니다. 이와같은기능을보통주변온도편차보상 (ADC) 이라합니다. 최종적으로카메라는대상물체자체의복사방출 (emission), 주변복사방출의반사, 그리고대기의복사방출에총복사법칙을적용하여물체의온도를산출하여야합니다. 카메라에입력되는총복사에너지는아래식으로표시할수있습니다. W tot = e t W obj + (1 e) t W amb + (1 t) W atm, 여기서 e은물체의방사율, t는대기의투과율, T amb 는물체주위의 ( 유효 ) 온도또는반사주변 ( 배경 ) 온도이며, T atm 는대기의온도입니다. 사용자가관련되는모든변수에대하여알고있는값을모두메커니즘소프트웨어에입력해주면최선의결과를얻을수있습니다. 광범위한종류의물질에대하여방사율표 (Emissivity table) 가공개되어있습니다. 그러나확실한데이터를구할수없는경우실제측정을통하여정확한값을구하여야합니다. 카메라에는사용자가이용할수있는교정및분석소프트웨어툴이항상내장되어있는것이아닙니다. 고급카메라에는다양한소프트웨어기능이탑재되어있으나일반적으로는 PC에서실행되는외부소프트웨어를이용하게됩니다. 고급카메라도 PC에연결하여내장되어있는교정, 보정및분석성능을더높일수있습니다. 예를들어 FLIR의 ThemaCAM R RTools TM 소프트웨어는실시간기반의이미지캡처부터사후의분석까지광범위한기능을제공하고있습니다. 소프트웨어가카메라에탑재되어있거나 PC에설치되어있든간에가장유용한패키지를사용하여교정변수를수정할수있도록하여야합니다. 예를들어, FLIR 의 ThemaCAM RTools 는방사율, 대기조건, 거리기타계산에필요한부속데이터를입력하고수정할수있도록해주며, 정확한온도측정치를실시간제공및기록저장할수있도록해줍니다. 이소프트웨어는대기조건. 스펙트럼응답성, 대기투과율의변화, 내장및외부필터, 기타중요한기준을수정할수있는측정이후의기능도제공하고있습니다. 아래의설명은카메라에탑재되어있거나외부플랫폼에서실행되는펌웨어및소프트웨어의기능에관한것입니다. 이런기능들의내장또는외장여부는카메라기종에따라서다릅니다. 그러므로이미지가더미세한온도차이까지보여줄수있게되는것입니다. 한편, 이미지의최고온도부분에서포화상태가되는것을방지하려면측정온도범위또는최고온도범위를더확대할필요가있을수도있습니다. 측정온도범위설정에부수적으로대부분의카메라는사용자가컬러또는그레이스케일을직접설정하여이미지를최적화할수있도록하고있습니다. 그림 4는두가지의그레이스케일방법을보여줍니다. Radiance (W/(sr-cm 2 )) Black Body Source Temperature ( C) 0 2.9516e 04 2.8149e 04 2.6781e 04 2.5414e 04 2.4047e 04 2.2680e 04 2.1313e 04 10 20 30 40 1.9946e 04 1.8579e 04 1.7212e 04 1.5845e 04 1.4478e 04 1.3111e 04 1.1744e 04 1.0377e 04 9.0096e 05 7.6425e 05 Curve Fit Measurements 6.2755e 05 Radiance vs. Measurement 7.5899e+03 7.8025e+03 8.0151e+03 8.2738e+03 8.4503e+03 8.6629e+03 8.8856e+03 9.0981e+03 9.3107e+03 9.5334e+03 9.7460e+03 9.9585e+03 1.0181e+04 1.0393e+04 1.0606e+04 1.0829e+04 1.1041e+04 1.1264e+04 1.1476e+04 1.1689e+04 1.1912e+04 1.2124e+04 1.2337e+04 1.2559e+04 1.2772e+04 1.2985e+04 1.3207e+04 1.3420e+04 1.3632e+04 1.3855e+04 1.4068e+04 1.4280e+04 1.4503e+04 1.4716e+04 1.4938e+04 Measurement (Counts) 카메라의대표적인측정기능 적외선카메라는광범위한사용조건하에서정확한온도를측정할수있도록하기위하여다양한동작모드를제공하고있습니다. 카메라의대표적인측정기능에는아래와같은것이있습니다. 스팟미터 면적 온도프로파일 등온선 온도범위 컬러또는그레이스케일설정커서기능은측정대상면적을쉽게선택지정할수있도록해줍니다. 그림 2 는한점의측정을위한십자조준선을보여줍니다. 또한커서로원, 사각형및부정형다각형면적을선택하거나또는온도프로파일을위한선을그릴수도있습니다. 대상면적이선택되면그부분이변화하지못하도록고정시켜서카메라로스냅샷을측정할수있도록할수있습니다. 또는카메라이미지가계속변화하도록하여온도변화를관찰할수도있습니다. 스팟미터기능은어떤특정한지점의온도를측정합니다. 이기능은카메라에따라서 10개또는그이상의이동가능한스팟을제공하며그중에서하나이상은자동적으로이미지내에서온도가가장높은점을찾아낼수있습니다. 면적선택기능은대상물체또는장면에서특정한부분을선택하여그면적내부에서최고, 최저및평균온도를측정할수있습니다. 등온선기능은고온부위의온도분포를묘사해줄수있으며여러개의등온선을그릴수있습니다. 라인프로파일 (line profile) 기능은물체일부분의온도를시각적으로볼수있도록해주며, 그림 3 과같이그래프로나타낼수도있습니다. 측정온도의범위는보통사용자가선택합니다. 이것은측정하고자하는장면의온도범위가카메라의풀스케일범위보다좁을때매우유용한기능입니다. 측정온도범위를좁게설정하면이미지의분해능이높아지고측정온도의정확도역시높아지는효과가있습니다. 그림 2. 3 개위치의온도를측정하고있는 PCB 의열화상이미지의색상은우측에표시되어있는온도척도와일치합니다. 그림 2에서는컬러렌더링을위하여소위 iron scale 을사용하고있습니다. 그림 4에서사용하고있는그레이스케일과비슷하게, 최고온도를밝은색또는어두운색으로표시할수있습니다. 그림 5와같이이미지를레인보우스케일이라부른방식으로나타낼수도있습니다. 일부컬러이미지에서회색은카메라의디텍터가포화된부분즉온도가스케일의상한을초과한부분을표시하는데사용됩니다. 컬러스케일을선택하는것은개인적인기호에따르는것이지만, 어떤장면에서온도범위를보기좋게나타내기위해서는특정한종류의스케일이더좋은경우도있습니다. 등온선측정시에는동일한열복사에너지를방출하는부분이하이라이트표시됩니다. 가령 10 개의색상으로구성되는컬러스케일을사용할경우실제로이미지내에 10 개의등온선을얻게됩니다. 이러한스케일은대상물체의온도분포를쉽게볼수있도록해주는것입니다. 그림 6 에서는각색상이폭이 2 C 인등온선이되도록선택되어있습니다. 그림 1. 카메라측정값과그에해당하는대역내복사에너지값을주어진흑체온도에대하여표시하고, 그결과로복사에너지대측정값곡선을구합니다. 그림 3. 카메라의프로파일기능을사용하여대상물체에서일부분을선택하여온도를그래프로표시할수있습니다. pg 12 pg 13

Chapter 3 적외선열화상카메라의완전한활용법 물체가원하는온도에도달하면뚜껑을열고물체의열분석도 (thermogram) 를캡처합니다. 카메라및 / 또는소프트웨어로열분석도를처리하여방사율값을산출할수있습니다. 또다른 인접스팟 방법은훨씬더간단하면서방사율값을합리적인수준으로정확하게제공해줄수있는것입니다. 이방법은방사율을알고있는면적을이용합니다. 기본아이디어는카메라를사용하여통상적인방법으로물체의온도를결정하는것입니다. 물체를조절하여방사율이알려져있지않은부분을알려져있는부분에아주근접시켜줍니다. 이두부분사이의거리는매우가까워서서로같은온도라고안전하게가정할수있어야합니다. 따라서물체의온도를측정하여모르는부분의방사율을계산할수있습니다. 그림 4. 자동차엔진의그레이스케일이미지. 왼쪽이미지는흰색이고온을표시하며, 우측이미지에서는검은색이고온을표시합니다. 또한등온선온도스케일표시방법은하이라이트된모든영역이동일한방사율을가져야하며영역내의모든물체에대하여주변온도가같지않으면정확하지않게된다는점을유의할필요가있습니다. 이점은적외선카메라사용자들에게공통적인문제점을지적해주고있습니다. 많은경우에방사율이물체또는장면내에서달라지며, 주변온도역시차이가있고, 여기에대기의상태가카메라의기본설정값과부합되지않는수가많습니다. 따라서적외선카메라에측정보정및교정기능이있는것입니다. 방사율보정 대부분의용도에서물체의방사율은표에서찾은값을적용하게됩니다. 카메라소프트웨어에방사율표가포함되어있는경우도있지만사용자들은보통범위가 0.1 ~ 1.0 사이에있는물체의방사율을직접입력해줄수있습니다. 또한많은카메라가사용자가입력하는반사주변온도, 감지거리, 상대습도, 대기의투과율, 그리고외부광학장치등을기반으로자동보정할수있는기능을제공하고있습니다. 앞서설명한바와같이적외선카메라는복사에너지와물체의방사율을사용하여온도를계산합니다. 그러나방사율값을모르거나불확실할경우역과정을적용할수있습니다. 즉, 물체의온도를알면방사율을계산할수있는것입니다. 이것은보통정확한방사율값을알아야할필요가있을경우에해당하는것입니다. 방사율을계산하는방법에는두가지가있습니다. 첫째방법은온도균질화상자 (equalization box) 를사용하여물체를알고있는온도로맞추어주는것입니다. 이상자는열풍을순환시켜내부온도를엄밀하게제어하는챔버입니다. 상자내부에두는시간은물체전체가균일한온도가될수있도록충분하여야합니다. 또한그물체가실체온도를측정하려는장소의주위온도와다른온도에서안정되어야한다는것도절대적으로중요한사항입니다. 보통물체를주위온도보다최소 10 C 이상높아지도록균일하게가열하여측정의열역학이유효할수있도록하여야합니다. 그림 5. 스펙트럼의청색부분을저온으로설정한레인보우스케일 그림 7 은이방법의문제점을보여줍니다. 이그림은인쇄회로기판으로서 68.7 C 의온도로균일하게가열된것입니다. 그러나그림 7a 의자막이보여주는것과같이방사율이서로다른부분은실제로온도가서로다를수있는것입니다. 위의방법을사용할때방사율보정은 68.7 C 의온도가표시되어있는기준점을찾고그지점에서의방사율을계산하는과정으로이루어지게됩니다. 기준지점의방사율을구하면목표지점의방사율을계산할수있습니다. 그림 7b 는보정된온도를보여줍니다. 이그림들에서볼수있듯이, 이방법은카메라의영역선택기능 ( 그림의 AR ) 및그영역의평균온도를사용합니다. 기준영역내의평균온도를사용하는이유는특히낮은방사율을가지는물질인경우영역내에온도가전개되어있기때문입니다. 이러한경우스팟미터또는영역내의최고온도값을사용하면그결과가다소불안정하게될염려가있습니다. 등온선기능은평균화효과를얻을수없으므로권장되지않습니다. 방사율을알고있지않은면적의온도를측정하기위해접촉식센서를사용할수도있지만, 이런방법은해결하기어려운다른문제를초래할수있습니다. 뿐만아니라온도가그주위의반사주변온도와같은물체의방사율은절대측정할수없게됩니다. 일반적으로주위의조건을보정하는데필요한다른변수를입력해줄수도있습니다. 예를들어목표물체주위의온도및대기의감쇠율등입니다. 그림 7a. PCB 를균일하게 68.7 C 로가열하였으나디지털판독수치는정확하지않습니다. 그림 7b. 인접스팟 기법을이용한 PCB 의방사율보정. 이제디지털판독수치는모든위치에서정확한값을보여주고있습니다. 그림 6. 각등온선의폭이 2 C 로설정되어있는등온선컬러스케일 pg 14 pg 15

Chapter 3 적외선열화상카메라의완전한활용법 카메라사양을이용하는방법 카메라사용을위한다른툴들 결론 적외선카메라의성능을검토할때대부분의사용자들은주어진거리에서정확하게검출할수있는최소물체나면적의크기가얼마인가하는사양에관심을가집니다. 이때카메라의시야각 (field of view; FOV) 규격을이용하여답을얻을수있습니다. 시야각 (FOV). 이파라미터는카메라의렌즈와초점면의크기에의하여결정되며, 그표시단위는각도로서 35.5 28.7 또는 18.2 14.6 등과같이표시됩니다. 주어진측정거리에서 FOV 는카메라가볼수있는총표면적의크기를결정합니다 ( 그림 8). 예를들어, 25 mm 렌즈를장착한 FLIR ThermoVision SC6000 카메라의 FOV 는거리 1m 에서 0.64 0.51 미터, 거리 10m 에서는 6.4 5.1 미터가됩니다. 순간시야 (Instantaneous Field of View(IFOV). IFOV 는카메라의초점면배열디텍터의공간분해능을나타내는척도입니다. FLIR ThermoVision SC6000 의 FPA 는 640 512 개의디텍터로구성되어있으며, 이것은총 327,680 개의개별픽셀을이루고있습니다. 예를들어이카메라로 1m 거리에있는물체를측정한다고가정합니다. 검출할수있는물체의최소크기를결정하려면 FPA 내에하나의픽셀이커버하는해당영역의 IFOV 를알아야합니다. 거리가 1m 일경우총 FOV 는 0.64 0.51 미터입니다. 이 FOV 면적을각각가로와세로로한줄에있는픽셀숫자로나누면한픽셀이이거리에서차지하는 IFOV 는대략 1.0 1.0 mm 의면적이된다는것을알수있습니다. 그림 9 는이개념을보여주는것입니다. 그림 8. 카메라의시야 (field of view; FOV) 는보는거리에따라서달라집니다. 이원리를이용하려면, 대상물체사이즈에해당하는픽셀의 IFOV 를고려하여야합니다 ( 그림 10). 이그림의왼쪽에있는측정대상영역은 IFOV 를완전히커버하고있습니다. 그러므로픽셀은이대상영역에서나오는복사선만받게될것이며그영역의온도를정확하게측정할수있습니다. 그림 10. 카메라의기하학적 ( 공간적 ) 분해능 (IFOV) 은그렌즈와 FPA 의구성에의하여결정됩니다. 그림 10의우측에서는픽셀이대상영역보다넓은면적을덮고있으며, 따라서외부물체에서나오는복사도수신하게됩니다. 만일그대상물체가주위또는뒤에있는물체보다온도가더높을경우, 측정된온도는실제보다더낮을것이며, 그반대의경우도마찬가지로반대의결과가됩니다. 그러므로각측정조건에대하여대상물체의크기를 IFOV와비교해서확인하는것이중요합니다. 스팟사이즈비율 (SSR). 측정작업을시작할때에는카메라와대상물체사이의거리를명확하게파악할필요가있습니다. 교정된스팟사이즈가없는카메라에는스팟사이즈비율법 (spot size ratio method(ssr)) 을사용하여측정결과를최적화할수있습니다. SSR은어떤물체의온도를어느정도의거리에서까지정확하게측정할수있는지를알려주는숫자입니다. 통상적인숫자는 1,000:1( 또는 1,000/1, 또는더간단하게 1,000 으로표기하기도함 ) 입니다. 이숫자는대상물체에서 1,000 mm 거리에서그카메라는 1 평방 mm 면적의평균온도를측정하게된다는것을의미합니다. SSR은멀리있는물체에대해서만사용되는것이아님을유의할필요가있습니다. SSR은가까운거리에서측정할때에도마찬가지로중요합니다. 그러나카메라의최소초점거리는유지되어야합니다. 이보다더가까운거리의측정을위해서일부카메라제조업체에서는접사렌즈를공급하고있습니다. 임의의사용용도와카메라 / 렌즈조합에따라서아래와같은공식이성립됩니다. 앞서설명한것과같이적외선카메라는공장에서교정을완료한후출고되므로사용자가교정할필요는없습니다. 그러나일부카메라에는흑체를내장하여신속하게교정할수있도록한것도있습니다. 이런카메라에서는주기적으로교정하여정확한측정을할수있도록합니다. 적외선카메라용표준또는옵션으로제공되는데이터수집처리소프트웨어를사용하면쉽게데이터를수집, 가시화, 분석및저장할수있습니다. 소프트웨어의기능에는복사에너지의실시간라디오메트릭출력, 복사강도, 온도, 대상물체의길이 / 면적등의측정이포함될수있으며, 옵션소프트웨어모듈은공간및스펙트럼라디오메트릭교정도가능합니다. 이러한모듈이제공하는기능에는아래와같은것이있습니다. 기기의복사에너지 (radiance), 입사에너지 (irradiance), 온도등의교정 기기의감도및스펙트럼범위설정에필요한라디오메트릭데이터 교정데이터포인트에다른투과율및 / 또는방사율곡선이나상수의사용 대기에의한영향조절또한적외선카메라의소프트웨어와펌웨어는온도측정의정확도를높일수있도록사용자입력기능을제공하고있습니다. 가장중요한기능중하나는디텍터 FPA의불균일보정 (nonuniformity correction(nuc)) 입니다. 이보정이필요한이유는 FPA에있는많은디텍터들이제각기게인과제로오프셋에약간씩차이가있기때문입니다. 사용할수있는열화상이미지를얻으려면이처럼각기다른게인 (gain) 과오프셋을정규화된값으로보정해줄필요가있습니다. 이과정은여러단계를통하여수행되며카메라에설치되어있는소프트웨어에의하여실행됩니다. 그러나일부소프트웨어는 NUC 의실행과정을메뉴에서편리하게선택할수있도록하고있습니다. 예를들어사용자가 1- 포인트또는 2- 포인트보정을선택할수있습니다. 1- 포인트보정은픽셀오프셋만다루는것이며 2- 포인트보정은픽셀대픽셀불균질에대하여게인 (gain) 과함께오프셋정규화를실행하는것입니다. NUC에대하여추가로중요한고려사항은대부분의 FPA가가지고있는반도체가공공정에서발생할수있는결함을 NUC 기능이어떻게처리하는가하는점입니다. 이러한결함중일부는출력을내지못하거나또는정상적인출력값의범위에서크게벗어나는출력을내는불량픽셀입니다. 이상적으로 NUC 프로세스는불량픽셀을식별하고최근접대체알고리즘 (nearest neighbor replacement algorithm) 으로이를대체해줍니다. 불량픽셀은평균응답및절대오프셋값에서사용자가지정하는포인트를벗어나는응답및 / 또는오프셋레벨을기준으로식별됩니다. 이러한소프트웨어는많은종류가있으며다른 NUC 기능도포함되어있을수있습니다. 열화상이미지의디스플레이와분석, 데이터파일의저장, 처리및편집등의기능을가진상용소프트웨어모듈도다수사용할수있습니다. 사용자의특정한사용목적이나작업환경에가장적합한적외선카메라를선택할때에는사용할수있는호환소프트웨어가얼마나있는가하는것도중요한고려사항이됩니다. 근래적외선카메라는사용하기가매우쉽도록크게발전하였습니다. 다양한펌웨어가개발되어적외선카메라의설정과사용을일반비디오카메라와같은수준으로쉽고편리하게해주고있으며적외선카메라에내장되거나 PC 에서실행되는각종소프트웨어는강력한측정및분석도구를제공하고있습니다. 그러나보다정확한측정결과를얻으려면사용자는적외선카메라의광학적원리와교정방법을이해할필요가있습니다. 만일대상물체의방사율이카메라의내장데이터베이스에등록되어있지않다면사용자는최소한이데이터를입력해줄수있어야하는것입니다. D SSR -, 여기서 S 1 D는대상물체와카메라사이의거리, S는해당물체의최소크기, SSR은스팟사이즈비율 (Spot Size Ratio) 입니다. 여기서 D와 S의단위는서로같아야합니다. 카메라를선택할때에는 IFOV 값이사용하기에적합한지를고려할필요가있습니다. IFOV 값이작을수록주어진총시야에대하여우수한카메라입니다. 그림 9. 카메라의기하학적 ( 공간적 ) 분해능 (IFOV) 은그렌즈와 FPA 의구성에의하여결정됩니다. pg 16 pg 17

Chapter 4 적외선카메라필터사용법 적외선카메라필터사용법 필터의기능 적외선카메라를사용하여비접촉적인방법으로온도를측정하고자할때적외선에대하여투명하거나불투명한물질이문제가됩니다. 투명한물질의경우, 그물질을통과하여지나오는즉, 그물질의뒤에있는물질의온도를그물질의온도와겹쳐서보게됩니다. 적외선에대하여불투명한물질의경우, 그물질의건너편에있는물체의온도를측정하고자할때신호의감쇠및주변반사복사선에의하여정확한온도측정이어렵게되는것입니다. 경우에따라서적외선필터를적외선카메라의빛이지나오는경로에설치하여이러한문제를극복할수있습니다. 핵심이되는스펙트럼응답 적외선카메라는본질적으로온도를측정하는것이아니라입사에너지를측정하는것입니다. 그러나카메라에내장되어있는소프트웨어를사용하여대상물체에대하여알려져있는방사율을적용하고카메라의스펙트럼응답에대한내부적인교정을거쳐복사에너지측정값을온도값으로변환합니다. 스펙트럼응답은일차적으로카메라의렌즈와디텍터에의하여결정됩니다. 그림 1 은다양한스펙트럼응답을가지는몇몇적외선카메라의스펙트럼응답을보여줍니다. 대부분카메라의스펙트럼성능은사용설명서또는기술자료에명시되어있습니다. 많은물체에있어서방사율은그물체의복사파장의함수이며, 그물체의온도와카메라에대한각도, 기타인자에의하여영향을받게됩니다. 방사율이파장에따라크게달라지는물체를선택방사체 (selective radiator) 라부릅니다. 모든파장대역에걸쳐서동일한방사율을가지는물체를회색체 (greybody) 라합니다. 유리와대부분의플라스틱재료처럼투명한물질은선택방사체의성질을가지는경향이있습니다. 다시말하면투명도가파장에따라서달라지는것입니다. 흡수에의하여반드시불투명하게되는적외선파장대가있습니다. 따라서, 키르히호프의법칙에의하여흡수성이높은물질은또한방사성도높다는성질을이용하여특정한파장대에서선택방사체의복사에너지와온도를측정할수있게됩니다. Relative sensitivity 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% InSb 1 2 3 4 5 6 7 그림 1. 각종적외선카메라의상대적인응답곡선 MCT-SW Mikrobolometer 스펙트럼적응 (Spectral Adaptation) 카메라의광학적경로에스펙트럼필터를설치하는것을스펙트럼적응이라합니다. 이프로세스의첫째단계는측정하고자하는반투명물질의스펙트럼특성을분석하는것입니다. 일반적인물질에대한스펙트럼특성데이터는여러기술자료집에서찾을수있습니다. 데이터를찾을수없는특수한물질일경우분광광도계 (spectrophotometer) 를사용하여분석하여야합니다.( 카메라제작사또는기술자문업체에분석을의뢰할수도있습니다.) 어느경우든지그목적은그적외선카메라의응답곡선내에서완전하게흡수되는대역의위치를스펙트럼상에서찾는것입니다. 마이크로볼로미터디텍터는상당히넓은응답곡선을가지므로이문제와관련해서는별다른문제를야기하지않는것이보통입니다. 그러나필터를설치하면카메라의스펙트럼범위가좁혀지므로전체적인감도가감소됩니다. 감도는대략카메라의스펙트럼곡선에서필터의스펙트럼곡선아래에있는부분의비율만큼감소하게됩니다. 마이크로볼로미터디텍터는기본적으로감도가낮으며스펙트럼곡선이넓으므로이러한감도의감소현상이문제가될수있습니다. 예를들어 QWIP 디텍터를가진카메라를사용하면좁은스펙트럼곡선으로더높은감도를구현할수있습니다. 그러나이좁은범위도스펙트럼적응에대한카메라의사용에제한을가할수있습니다. 궁극적으로, 광학적 ( 적외선 ) 필터는대상물체가흡수하는대역을제외한모든파장대를차단하는것을선택하여야합니다. 이렇게함으로써그물체가해당대역폭내에서높은방사율을확보할수있게됩니다. 선택적적응은반투명물질외에기체에도적용할수있습니다. 그러나기체내에서흡수피크대를선택하려면매우좁은필터가필요하게됩니다. 적절한필터를사용하더라도기체는그밀도를알지못할경우온도를측정하기어렵습니다. 기체의선택적적응은사용목적이엄격한정량적정확도를요구하는측정이아니라단지기체를검출하는것일경우에는성공할가능성이높습니다. 이런경우감도가보다중요하게되며, 매우높은흡수도를가지는기체는여전히측정이가능할수도있습니다. FLIR QWIP MCT-LW 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Wavelength λ [µm] 스펙트럼적응은그반대되는방식으로적용할수도있습니다. 즉어떤매체의투과도가최대가되는스펙트럼대역폭을선택할수도있는것입니다. 이목적은그매체에의한간섭을배제하고그매체뒤에있는물체를측정할수있도록하는것입니다. 이때매체는일반적인대기, 노내의연소가스분위기, 또는측정경로상에있는윈도우나고체등이될수있습니다. 필터의종류 가장간단한종류의필터는광대역 ND(Neutral Density, 중간밀도 ) 타입으로서단순히광학적인투과량을감소시키고고온에서디텍터의포화를방지하기위한것입니다. 이필터도경우에따라서필요하지만스펙트럼적응과는관계가없습니다.. 스펙트럼적응에서필터는특정한파장을억제하거나또는통과시키기위하여사용되는것입니다. 설명을간단하게하기위하여필터를단파장투과필터 (SP), 장파장투과필터 (LP) 대역통과필터 (BP) 그리고협대역통과필터 (NBP) 로분류하여설명합니다. 그림 2에서 SP 및 LP 필터는 cut-on 및 cut-off 파장으로규정됩니다. BP 및 NBP 필터는중파장및반폭 ( 반출력 ) 파장으로규정되며, 반폭파장은스펙트럼응답이최대치에서 50% 감소되는폭을말합니다. 투명한물질의온도를측정하기위하여선택한필터는반드시완전한흡수도를가지는대역을제공하는것이라야합니다. 최소한이론적으로는흡수도와반사도를알고있으며해당흡수대역에서안정되어있는경우흡수가불완전하더라도사용할수는있습니다. 그러나흡수도는물체의온도와두께에따라서변하는것이보통입니다. 그림 3은 NBP 필터를사용하여폴리에틸렌필름의온도를측정하는것을보여줍니다. 그림의청색곡선은폴리에틸렌필름의흡수대역을나타낸다. 적색곡선은폴리에틸렌필름에맞도록설계된 3.45 μm NBP 필터의투과도를나타내는것이며, 녹색곡선은필름과필터모두를합친투과도를나타냅니다. 영점선 (zero line) 바로위에있는이곡선은우수한필터적응을보여주는것입니다. 즉필름은카메라에대하여불투명한물체로보이며필름의온도측정에간섭하는배경복사도없습니다. 또한필터를사용온도에따라서구분할수도있습니다. 전통적으로디텍터와비슷하거나같은온도에서안정되는저온필터 (cold filter) 가열적시그니처에대하여가장정확하며바람직한필터입니다. 디텍터 / 냉각장치어셈블리외부광학렌즈의뒤에나사결합되는고온필터 (warm filter) 도널리사용되고있지만주변온도변화에따라서적외선방사가달라지는데따른라디오메트릭교정의불확성이커지는경향이있습니다. 특정한카메라에사용할필터를선택한후에는그카메라제작사에의하여카메라와필터의조합을교정할필요가있습니다. 그다음, 디텍터로전달되는에너지가감소되는데따라서정밀도와감도가저하되므로, 그시스템의성능을특성화하여야합니다. 투명한물질의측정방법 유리판과얇은플라스틱필름의제조공정에서는제품의품질과수율을최대화하기위하여엄격한온도관리가필요합니다. 전통적으로온도센서를압출기의오리피스에설치하여판또는필름의온도를대략적으로측정하고있습니다. 적외선카메라를사용하면유리판이나플라스틱필름에접촉하지않고압출되고있는원료에대하여유용한데이터를얻을수있습니다. 그러나앞서언급한바와같이투명한유리판이나플라스틱필름을불투명하게보이도록하려면적합한필터를사용할필요가있습니다.. 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 Different types of filter characteristics 1. 5 2 2. 5 3 3. 5 4 4. 5 5 5. 5 그림 2. 필터종류별응답곡선 Wavelength, µm 적합한필터를선택할수있도록카메라제조업체에서는카메라와필터시스템의스펙트럼곡선을작성합니다.( 그림 3 의녹색곡선.) 실제로이것은영구적인저온필터장치의응답을검증하기위하여통상적으로필요한것입니다. 이것이없을경우, 사용자는 ( 관련스펙트럼데이터 ) 방사율을조사하는것부터시작할수있습니다. 이과정은대상물체와카메라및필터를포함하여시스템의전체적인응답에대한방사효율을검증하는것입니다. 키르히호프법칙에의하면아래식이성립합니다. r l + e l + t l = 1, 또는 e l = 1 t l r l, System response curve Long-pass filter Band-pass filter Narrow band-pass filter Short-pass filter 방사율을구하려면그필터의통과대역에서의투과율과반사율을알아야합니다. 투과율 tl, 은그림 3과같은투과선도에서직접찾을수있습니다.( 이경우에는약 0.02입니다.) 반사율은특성화하기가좀더어려우며보통재료두께의함수가됩니다. 그러나그림 4와같은투과율선도는반사율값을결정하는참고가됩니다. 그림 4에서가장낮은흡수율을나타내는가장얇은폴리에틸렌필름의청색곡선을보면흡수대역들사이의투과율은약 90% 정도임을알수있습니다. 그러므로만일흡수대역이전혀없다고가정한다면반사율이약 10% 정도가될것으로짐작할수있는것입니다. 이곡선아래에일부좁은흡수대역들이있으므로이를추가로고려하면흡수율이매우낮은스펙트럼영역에서반사율이 8% 정도가될것으로추정할수있습니다. 그러나우리가관심이있는부분은흡수율이높은부분, 즉물체가불투명하게보이는부분의반사율입니다. 이폴리에틸렌필름의반사율을추정하기위하여먼저그표면반사율이흡수대역에걸쳐서일정한것으로가정할필요가있습니다. 이제앞에서추정한반사율 8% 는필름양면의반사를합친것, 즉한면에서각각 4% 씩반사한것임을인식하여야합니다. 그러나흡수대역에있어서는물질내에서거의완전히흡수되므로한쪽면의반사율만고려할수있는것입니다. 그러므로 r l = 0.04가됩니다. pg 18 pg 19

Chapter 4 적외선카메라필터사용법 Transmission % 1 0. 9 0. 8 0. 7 0. 6 0. 5 0. 4 0. 3 0. 2 0. 1 0 Filter adaptation 3 3. 1 3. 2 3. 3 3. 4 3. 5 3. 6 3. 7 3. 8 3. 9 4 Wavelength, µm 이 r l 와투과도곡선 ( 이예에서는그림 3) 에서구한 t l 값을이용하여방사율을아래와같이계산할수있습니다 e l = 1 0.02 0.04 = 0.94. 3.45µm NBP filter Polyethylene transmission Resulting transmission 그림 3. 거의완전한흡수및폴리에틸렌필름의높은방사도를얻기위한 NBP 필터를사용하여온도를측정할수있습니다. 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 Spectral transmission of polyethylene 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 13 14 Wavelength, µm 그림 4. 3 가지두께를가진폴리에틸렌필름의투과대역 25µm 125µm 250µm 카메라가측정된복사에너지에서온도를계산하기전에이값을카메라의측정데이터베이스에입력해줍니다. 유리판의제조공정에서도이와유사한측정이필요합니다. 가장일반적인산업적분류는소다- 석회-이산화규소 ( 규사 ) 유리계통의제품입니다. 이종류의유리는그구성성분과색상은다양하지만그스펙트럼특성은크게달라지지않습니다. 그림 5에표시한다양한두께를가진유리의스펙트럼투과율을보면적외선을사용하는온도의측정은 4.3 μm 이상의파장으로한정되어야한다는것을알수있습니다. 이를위해서는유리두께에따라서중파 (MW) 또는장파 (LW) 카메라 / 디텍터가필요할수있습니다. MW 카메라는 2-5 μm 대역폭의일부분을, 그리고 LW 카메라는 8-12 μm 대역폭의일부분을커버하고있습니다 그림 6 에유리의투과율특성, SW 카메라, 그리고두개의필터를중첩하여도시하였습니다. 녹색곡선은 LP 필터의응답곡선을, 그리고청색곡선은 NBP 필터의응답곡선을각각표시합니다. NBP 필터는유리가흑색 ( 불투명 ) 하게보이는스펙트럼대역에대하여선택된것이며중심파장은 5.0 μm 입니다. LW 카메라를사용하여유리온도를측정할때에는 8 ~ 12 μm 사이에있는피크부분을피하여야한다는것을유의하십시오. 또다른고려사항으로서카메라의시야각 (viewing angle) 이있습니다. 이는유리의반사율은입사각에따라서달라지기때문입니다. 다행히반사율은입사각이수직에서 45 정도까지는크게달라지지않습니다 ( 그림 8). 그림 8에서, 5 μm 대역에서작용하는 4.7 μm LP 또는 5.0 μm NBP 필터 ( 그림 6) 를사용할때에는유리의반사율값으로 0.025 를적용할수있습니다. 그러므로이러한경우에서타당한유리의방사율은 1-0.025 = 0.975 가됩니다. Transmittance % 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 Spectral transmittance of Soda-Lime-Silica glass. Glass thickness in mm. 0.23 0.7 1.6 3. 2 5. 9 2. 5 3 3. 5 4 4. 5 5 5. 5 6 6. 5 7 7. 5 8 Wavelength, µm 그림 5. 두께 0.23 ~ 5.9 mm 일반산업용유리의투과율곡선 Transmission % Spectral adaptation to glass 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1. 5 2 2. 5 3 3. 5 4 4. 5 5 5. 5 6 Wavelength, µm 그림 6. SW 카메라로유리온도를측정할때두가지의대안필터 Glass transmission curve SW/TE MCT spectral response 4.7µm LP filter curve 5.0µm NBP filter curve 50 40 30 20 10 0 Spectral reflectance of Soda-Lime-Silica glass at normal incidence 2 4 6 8 10 12 14 16 그림 7. 일반유리의수직입사각에대한반사율 0.1 4 0.1 2 0.1 0 0.0 8 0.0 6 0.0 4 0.0 2 0.0 0 Wavelength, µm Reflectance of Soda-Lime-Silica glass for a varying angle of incidence at 5µm 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 Angle of incidence, degrees 그림 8. 유리의반사율을수직입사각에대한카메라시야각의함수로서표시한것 투과대역의이용 많은경우에사용자는카메라와대상물체사이에있는매체가측정결과에미치는영향이최소한이되는스펙트럼대역을알고자할것입니다. 이런경우에측정하고자하는대상물체는측정경로상에서매체의반대편에있습니다. 대부분의경우매체는일반공기이지만연소가스나화염과같은기체또는기체의혼합물, 전파창 (window) 또는투명한고체물질일수도있습니다. 흡수대역의사용예와마찬가지로, 실체매체의스펙트럼투과율측정부터시작하는것이가장이상적일것입니다. 이러한측정의목적은그매체가대상물체와적외선카메라사이의적외선투과에가장작게영향을미치는대역내에있는카메라의응답곡선을찾는것입니다. 그러나특히고온의유리와같이이와같은측정이비실질적인경우가많습니다. 이러한경우에는적외선관련기술자료에서기체의구성성분 ( 또는다른매체 ) 의스펙트럼특성을찾아서측정에적합한스펙트럼을결정할수도있을것입니다. 대부분의경우, 적외선카메라제작사에서는대기에의한감쇠문제를고려하고있습니다. 보통적외선카메라제작사에서는대기의성분과수증기의흡수대역을피하도록함으로써부정확하거나변화하는대기파라미터에의한측정오차를감소시킬수있도록해주는필터를추가하고있습니다. 특히이러한필터는먼거리에서단파장을이용하여측정할때필요합니다. MW 카메라에서는 3 μm 파장부근에있는 H₂O+CO₂ 의흡수대역또는 4.2 μm 파장부근에있는 CO₂ 의흡수대역사이에있는대기의전파창을적절하게이용하는필터를사용하고있습니다. 대기는 8 ~ 12 μm 파장대역에서우수한전파창을제공하므로 LW 카메라에서는대기의영향이훨씬더작습니다. 그러나 MW 파장대역에이르는넓은응답곡선을가지는카메라에는 LP 필터가필요할수도있습니다. 이것은특히복사가단파장대에가까워지고대기의영향이커지는고온측정시에적용되는것입니다. 7.4 μm 대역에서 Cut-on 파장대를가지는 LP 필터는카메라의응답곡선에서이보다더낮은부분을차단합니다. 투과대역의흥미로운사용예는가스연소로나오븐또는화염의뒤에있는내부구성품의측정입니다. 이러한측정의목적은화염의온도특정또는화염을통한내부구성품의측정입니다. 화염뒤편에있는구성품의온도를측정하는것이목적일경우, 필터를사용하지않으면화염의강한복사에너지에압도되어내부구성품에서방사되는미약한복사는측정할수없게됩니다. 그반대로화염보다온도가낮은내부물체에서방사되어화염을투과하는복사에너지에의하여화염의온도측정에오차가커지게됩니다. 필터를선택할때에는투과율이제로로낮아지는지점가까운위치에 cut-on 파장을가지는 LP 형을선택하려는유혹을받기쉽습니다. 그러나다른인자도고려할필요가있습니다. 예를들어, LP 필터의특성은 MW 및 LW 카메라에사용되는열전냉각식 HgCdTe(MCT) 디텍터의스펙트럼응답곡선의하향기울기부분과간섭할염려가있습니다. 이경우 NBP 필터가보다나은선택이됩니다. pg 20 pg 21

Chapter 4 Chapter 5 초고속열화상 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Relative Intensity 3.9µm flame filter Wavelength λ [µm] 4.3µm CO 2 filter 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 그림 9 에있는화염의흡수스펙트럼은이두종류의측정을할수있는스펙트럼영역을보여줍니다. 파장 3.9 μm 영역에는화염이복사에너지가매우작은반면, 4.2 ~ 4.4 μm 영역에는매우큽니다. 여기서기본착상은목적하는측정을위하여이스펙트럼의창영역들을이용할수있는필터를사용하는것입니다. 연소로내부구성품의온도를측정하기위해서는강한흡수대역을피해야합니다. 이영역은대상물체의복사를감쇠시키고높은연소가스가강력한복사열을방출하여카메라가기능을발휘하지못하게하기때문입니다. 가스연소로내부의연소가스는조성의대부분이 CO₂와수증기이지만가스의농도와온도가대기보다훨씬더높으므로대기용필터는적합하지않습니다. 이에의하여흡수대역은훨씬더깊어지고또한넓어집니다. 이런용도에는화염용필터가필요합니다. 그림 9는 3.75 ~ 4.02 μm 파장대역을통과시키는 BP 필터입니다. 이필터를사용하면카메라의이미지에는화염은거의보이지않으며노내부의구성품들이선명하게보이게됩니다 ( 그림 10). CO₂ 필터를사용하여화염의온도를측정하면최고 1,400 C 에이른다는것을알수있습니다. 이에비하여화염필터를사용하여측정한노내부구성품의온도는더낮은 700 C 정도입니다. 결론 필터를사용하면적외선카메라의사용가능한범위를대폭확장할수있습니다. 그러나적외선관련기술자료에서대상물체와매체의스펙트럼데이터를얻을수없는경우일차적으로분광광도계의측정값이필요할수도있습니다. 필터를선택한후에는그카메라제작사에의하여카메라와필터의조합을교정할필요가있습니다. 잘교정이된시스템에서도카메라 / 필터시스템의응답스펙트럼에대하여불확실하거나변화하는응답성을가지는파장대역을사용하지않도록하여오차를방지하는것이좋습니다. 그림 10. FLIR ThermaCAM R 카메라에화염필터를사용하여노내의수관온도를정확하게측정할수있습니다. 초고속열화상 열화상기술의최근발전동향 비행하는미사일이나벌새의날개짓등고속측정된영상은흔히볼수있는것입니다. 고속측정은고속의실화상카메라에짧은노출시간, 이미지의번짐을방지하기위한고속스트로브조명, 그리고대개측정한동영상을부드럽게디스플레이할수있도록높은프레임속도 (frame rate) 등을통하여구현되는것입니다. 최근까지기존의상업용적외선카메라로는고속으로움직이는동영상을측정할수없었습니다. 그러나최근에는고속디텍터판독기술및고성능전자회로등의발전에의하여적외선카메라로도고속이미지캡처가가능하게되었습니다. 고속적외선카메라동영상측정에장애가되는문제는판독전자장치설계의어려움, 카메라픽셀클록속도고속화문제, 그리고백엔드데이터획득시스템의느린속도등이었습니다. 종전의판독장치설계는 10 μs 이상의최소노출시간만구현할수있었으며이속도에서는고속동작하는물체의이미지가흐려지게되는것입니다. 이와비슷하게온도가빠른속도로변화하는물체는그측정에요구되는높은프레임속도로샘플링하기가어려운것입니다. 고속적외선카메라가개발된후에도데이터수집장치의성능범위이내에서데이터프레임을상실하지않고고분해능, 고속의데이터를획득하는데는여전히어려움이남아있습니다. 고속적외선카메라의문제점은기술적인어려움에만그원인이있는것이아니다. 어려움중일부는허용되는최고프레임속도를제한시키는추가적인요구조건때문입니다. 예를들어, 아날로그출력을필요로하던카메라는각각 30 Hz 또는 25 Hz 를사용하는 NTSC 및 PAL 포맷에의하여최고프레임속도가제한되었습니다. 비디오모니터의픽셀레이트는 NTSC 또는 PAL 타이밍파라미터 ( 수직및수평블랭킹주기 ) 에의하여결정되므로이러한문제는디텍터 FPA 의픽셀레이트성능에관계없이해당되는것입니다. 그러나최근고급상용 R&D 카메라기술이발달함에따라이러한문제는모두해결되었으며이제고속적외선카메라기술의이점을최대한활용할수있게되었습니다. 가장큰이점은고속으로움직이는물체를영상의퍼짐현상없이측정할수있게되었으며, 대상물체가가진에너지의동적인특성을파악하는데필요한충분한데이터를수집할수있게되었고, 초당프레임속도를저하시키지않고서측정가능한동적영역을넓힐수있게된것입니다. 노출시간단축으로이미지의번짐현상감소 첨단 FPA Readout Integrated Circuits(ROIC, 판독집적회로 ) 의발달에힘입어적외선카메라는그노출시간을 500 ns 까지단축시킬수있게되었습니다. 뿐만아니라새로운 ROIC 설계에의하여노출시간한계의최저수준까지선형을유지할수있게되었으며, 이것은불과몇해전에개발되었던 ROIC 에서도불가능하였던특성입니다. 또다른이점은대상물체가카메라의시야각내에서이동하거나진동할때에도이미지가번지지않는다는점입니다. 백만분의 1 초이하의노출시간을가지는신형적외선카메라는미사일또는아래에서소개하는사례의총알등고속이동물체를충분히측정할수있습니다. 총알보다빠른속도 아래의응용사례에서는고속적외선카메라를사용하여구경 0.30 캘리버소총총탄의비행중온도를측정하였습니다. 측정시점에서총탄은초음속 ( 초당 800 ~ 900m) 의속도로비행하고있었으며소총의총강내의마찰, 추진장약, 그리고총탄에주어지는공기역학적힘에의하여가열된상태였습니다. 이와같은가열부하에의하여 1 μs 이하의매우짧은노출시간에도적외선카메라는쉽게총탄을식별할수있었으며실화상카메라와달리스트로브조명이필요하지않았습니다. 트리거장치로카메라의노출시간을제어하여프레임을캡처하는순간에총알이카메라의시야각범위내에있도록하였습니다. 이트리거장치는소총의발포음에의하여작동되며총알을발사축을따라서수 cm 이내에서식별할수있는것이었습니다. 그림 1a는 840m/s의속도로비행하는총알의적외선열화상을확대한것입니다. 1 μs의짧은노출시간으로이미지의번짐을약 5 픽셀수준으로감소시킬수있었습니다. 그림 1b는동일한구경의총알을실화상카메라를사용하여노출시간 2 μs 로측정한것입니다. 이두이미지에서총알의진행방향은동일하게좌측에서우측입니다. 이미지에서밝게빛나는허리부분은노출시간동안총알에충분한조명을주기위하여설치한조명이반사된것입니다. 열화상이미지와달리실화상이미지에서는총알이가시광선을방사할수있을만큼고온으로가열되지못하였으므로조명이필요하였습니다. 그림 1a. 구경 0.30 소총탄의비행중겉보기온도를보여주는적외선열화상 pg 22 pg 23

Chapter 5 초고속열화상 IC 를 1,000Hz 의프레임속도에서샘플링하는경우측정된최고온도는 95 C 였습니다. 그러나, 500Hz 속도로샘플링된경우최고온도를제대로측정하지못하여 80 C 라는결과가나왔습니다 ( 그림 3). 1 0 0 8 0 Integrated Circuit Example 그림 5는슈퍼프레이밍기법으로측정한비치크래프트킹에어항공기의이미지로서, 각각다른 2개의노출시간으로캡처한것입니다. 아래그림 ( 프리셋 0 = 2ms 노출시간 ) 에서는이항공기를뚜렷하게보이지만엔진부분이과다노출된것을볼수있습니다. 그반면, 그림 5의오른쪽이미지는 ( 프리셋 1 = 30 μs 노출시간 ) 엔진흡기구와배기부만자세하고보여주지만항공기의다른부분은노출이부족합니다. 그림 5의두이미지를 ABATER 소프트웨어로처리하면최고의해상도를가진픽셀이선택되어과다또는과소노출이없는하나의결과이미지, 즉슈퍼프레임처리된이미지를생성하게됩니다.( 그림 6) 이러한데이터수집및분석방법의단점은프리셋사이클숫자에의하여프레임속도가감소된다는점입니다. 단순화하여계산해보면두개의프리셋을가지는 100 Hz 카메라의경우전체프레임속도가 50 Hz로감소하여고속적외선카메라의범위를벗어나게됩니다. 따라서고속카메라가필요한것입니다. 만일 305 Hz의카메라를위와같은방법으로슈퍼프레임처리하면프리셋당 150 Hz 이상의프레임속도를얻을수있는것입니다. 이속도는고속적외선카메라의범위를충분히만족시킵니다 그림 1b. 같은구경 0.30 총알의비행중실화상 고속현상의이미지캡처 적외선카메라에는짧은노출시간과고속의프레임속도가반드시함께구현되는것은아닙니다. 속도는빠르지만노출시간은짧지않거나또는그반대인경우도많이있습니다. 그렇지만빠른프레임속도는온도가급변하는대상물체의특성을조사하는데필수적입니다. 짧은노출시간과빠른프레임속도가함께필요한대표적인용도는집적회로 (IC)37의과부하시험입니다. 그림 2 에도시되어있는이시험의목적은설계한계를넘어선전류를인가하여바이어스및역바이어스상태로하였을때 IC 에가해지는최대열적부하를관찰하는것입니다. 고속적외선이미징기술이없으면 IC의열적과도현상의특성을정확하게조사하는데필요한충분한데이터를수집할수없습니다. 그런경우분석에필요한최소의데이터만제공할수있으며또한실제최고온도값을부정확하게제공하게됩니다. 6 0 4 0 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 Actual Data Time (ms) Under Sampled Data 그림 3. 최고 IC 온도데이터 - 실제온도대낮은샘플링레이트에서측정된온도의비교 이것은고속이필요해보이지않은단순한용도에서도고속의적외선카메라를사용하는것이중요하다는것을보여주는좋은사례라할수있습니다. 픽셀클록대아날로그 - 디지털탭 고속적외선카메라는기본적으로고속의픽셀클록과흔히채널또는탭이라부르는아날로그-디지털 (A/D) 컨버터를더많이필요로합니다. 대략적으로대부분의저성능카메라는두개의채널또는 A/D 컨버터를가지고있으며픽셀의클록속도는초당 40 메가픽셀이하입니다. 이사양은상당히고속인것처럼보이지만대부분의경우 60Hz 정도의속도로변환되는데이터의양을생각하면빠른것이아닙니다. 그반면고속적외선카메라는보통 4개이상의채널과초당 50 메가픽셀이상의클록속도를가지고있습니다. 또한고속적외선카메라는 640 512 윈도우사이즈로 120Hz 이상의프레임속도에서 14-bit 디지털데이터를제공할수있습니다. 적외선카메라는프레임속도를더높이기위하여보통사용자가윈도우사이즈또는 FPA에서읽는픽셀의숫자를감소시킬수있도록하고있습니다. 이렇게하면디지털화해서전송해야하는프레임당의데이터양이감소되므로전체적인프레임속도는증가하게됩니다. 그림 4는사용자가정의해주는윈도우사이즈에따른프레임속도의증가를보여줍니다최신의카메라는 16 채널과초당 205 메가픽셀이상의픽셀클록속도로설계됩니다. 이런카메라는윈도우사이즈를축소하거나및전체적인분해능을저하시키지않고서빠른프레임속도를낼수있습니다. 그림 4. 프레임속도에대한 FPA 윈도우사이즈의예 슈퍼프레이밍은적외선카메라를 4개까지의다중노출시간 ( 프리셋 ) 을통하여순환시키면서각프리셋당하나의프레임을캡처하도록하는것이라할수있습니다. 이렇게하면각각한프리셋에해당하는자수의고유한데이터동영상파일을얻게됩니다. 이데이터를다시상용 ABATER 소프트웨어를사용하여결합시켜줍니다. 이소프트웨어는각고유한프레임에서최고의해상도를가진픽셀을선택하여다중노출시간을통하여수집된데이터동영상에서선택추출한데이터로구성되는결과프레임을생성합니다. 이방법은한시야각내에고온과저온의물체가함께있는장면의이미지를측정할때특히유용한것입니다. 일반적으로 14-bit 카메라는한번의노출시간내에고온물체와저온물체의이미지를동시에만들수없습니다. 일반카메라에서는고온물체가과다노출되거나저온물체가과소노출되는결과가됩니다. 동적범위를증가시키는사전설정시퀀싱 고속적외선카메라는고속의대상물체와관련된것이외에카메라의동적범위를증가시키는추가이점을제공합니다. 고속적외선카메라에슈퍼프레이밍 (superframing) 으로알려져있는데이터캡처방법을적용하여카메라의동적범위를프레임당 14-bit 에서 18 ~ 22- bit 로증가시킬수있습니다. 그림 6. Preset 0 및 Preset 1 데이터를 ABATER 소프트웨어로처리하여생성한슈퍼프레임이미지 결론 현재발전된판독전자장치와고속픽셀클록을구현한고도로정교한적외선카메라가개발되어고속적외선열화상을얻을수있게되었습니다. 따라서적외선카메라솔루션의응용범위가대폭적으로확장되고있습니다. 뿐만아니라고속이동물체, 급속한온도변화, 그리고넓은동적범위의장면등고도의기술이요구되는용도에서도더정확하고더많은양의데이터를수집할수있게되었습니다. 상용적외선카메라에이와같은최첨단기술이적용됨에따라그동안실화상비디오카메라에서만가능했던고속데이터캡처가가능하게되었습니다. 그림 2. 800 ms 의과전류펄스가있는집적회로 그림 5. 가동중인항공기의엔진을각각 2 ms( 왼쪽 ) 과 30 μs( 오른쪽 ) 의노출시간으로측정한이미지 pg 24 pg 25

Cameras R&D 및학술연구용입문자용열화상카메라 Cameras R&D 및학술연구용고성능열화상카메라 카메라설명 : 입문자용 A325sc T400 Series A655sc A325sc 적외선열화상카메라는다양한광학장치, 데이터기록및분석소프트웨어, 간편한 GB 이더넷연결로연구실험실부터생산현장까지널리사용할수있습니다. 회전식열화상카메라와터치스크린을포함한인체공학적설계의 T400 시리즈카메라는실험실의실험장치또는실외의동적테스트에이상적인장비입니다. A655sc 시리즈적외선열화상카메라는 640 x 480 화소의초고분해능열화상, 고속서브윈도우잉, Gbit 이더넷및 USB 연결, 필터링을제공합니다. 파장대역 LWIR LWIR LWIR 센서종류마이크로볼로미터마이크로볼로미터마이크로볼로미터 픽셀분해능 320 240 320 240 640 480 픽셀피치 25 μm 25 μm 17 μm Spectral Ranges 7.5 μm 13.0 μm 7.5 μm 13.0 μm 7.5 μm 14.0 μm NETD <50 mk <45 mk <50 mk NEI (Low Gain, High Gain) 동적범위 (Dynamic Range) 14-bit 14-bit 14-bit 카메라온도교정 X X X 표준카메라교정범위 -20 C ~ 350 C -20 C ~ 650 C -40 C ~ 650 C 옵션카메라교정범위 최고 2,000 C 최고 1,200 C 최고 2,000 C 주위온도변화보상 X X X Hypercal / CNUC 기능디지털풀프레임레이트 60 Hz 60 Hz 50 Hz 디지털데이터스트리밍 Gigabit Ethernet USB USB, Gigabit Ethernet 아날로그비디오 NTSC 카메라제어 Gigabit Ethernet USB USB, Gigabit Ethernet FPA 윈도우잉 Fixed Size and Location 수동촉감초점 X Motorized Focus X X X 자동초점 X X X 내장 IRIG-B 타이밍트리거링옵션 X X X 내장가시광선카메라 3.1 Mega Pixel GPS 탑재카메라내이미지저장 스냅샷및동영상 SDK 지원 X X X f/# f/1.3 f/1.3 f/1.0 필터옵션 렌즈뒤필터하나 카메라설명 : 고성능 T600 Series A2600sc SC7000 Series GF335 MWIR T600 시리즈적외선열화상카메라는높은열화상및실화상분해능, 스팟분해능, 정확한온도측정등의성능을부담없는경제적인가격대로제공합니다. A2600sc 는분광학, 천문학, 물 / 얼음탐지, 레이저프로파일링, 의료시험, 태양전지검사, 실리콘웨이퍼가공등에사용되는열화상카메라입니다. FLIR SC7000 시리즈는온도정확도와감도를유지하면서고화질의열화상을고속으로캡처할수있습니다. 현장에서착탈할수있는전동필터휠및다양한렌즈옵션을제공합니다. 미세한열신호를감지할수있는 FLIR GF335 휴대형열화상카메라는고감도, 저잡음, 냉각식열화상카메라로서숨겨져있는각종장치탐지, 비파괴검사, 연구, 과학용등에널리사용되고있습니다. 파장대역 LWIR SWIR MWIR, LWIR MWIR 센서종류 마이크로볼로미터 InGaAs InSb, MCT InSb 픽셀분해능 640 480 640 512 320 256, 640 512 320 240 픽셀피치 17 μm 25 μm, 15 μm 15 μm, 16 μm, 30 μm 30 μm 파장대역 7.5 μm 14 μm 0.9 µm 1.7 µm 0.5 μm 1.9 μm 3.0 5.0 µm or 1.5 5.1 µm (InSb) 7.7 9.3 μm (MCT) 7.7 11.5 μm (MCT) 3.0 μm 5.0 μm NETD <35 mk <25 mk (InSb), <20 mk (MCT) <25 mk NEI (Low Gain, High Gain) 동적범위 (Dynamic Range) <2.5 109 ph/s/cm2, <0.75 1010 ph/s/cm2 14-bit 14-bit 14-bit 14-bit 카메라온도교정 X X X 표준카메라교정범위옵션카메라교정범위 -40 C ~ 650 C 최고 2,000 C 5 C ~ 300 C (InSb) 5 C ~ 150 C (MCT) 최저 -80 C 최고 3,000 C -40 C ~ 300 C 주위온도변화보상 X X X Hypercal / CNUC 기능 X 30 Hz 디지털풀프레임레이트 30 Hz 30 Hz 100, 115, 235 Hz 디지털데이터스트리밍 USB Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet, Camera Link USB 아날로그비디오 NTSC, DVI NTSC, PAL, Composite Composite or S-Video HDMI 카메라제어 USB Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet, Camera Link USB FPA 윈도우잉 사용자정의 사용자정의 수동촉감초점 X X X X 전동초점 X X 자동초점 X X 내장 IRIG-B 타이밍 옵션 트리거링옵션 X X X 내장가시광선카메라 5.0 Mega Pixel 3.2 Mega Pixel GPS 탑재 X X 카메라내이미지저장 스냅샷및동영상 스냅샷및동영상 SDK 지원 X X X f/# f/1.0 렌즈에따름 f/2.5, f/3.0 f/1.5 필터옵션 렌즈뒤필터하나 4- 위치전동식필터휠. 옵션 8- 위치고속필터휠 (Orion Module) pg 26 pg 27

Cameras R&D 및학술연구용첨단열화상카메라 Lenses 카메라렌즈규격 카메라설명 : 첨단제품 SC6000 Series SC8000 Series RS6700 Series SC6000 열화상카메라의특징은고속, 고분해능및높은유연성, 사용자구성가능한 4- 위치필터휠내장, 복수렌즈구성등입니다. 고감도냉각식 InSb 디텍터를사용하여고분해능 MWIR( 중적외선 ) 열화상을제공하는 SC8000 시리즈는초고해상도, 초고속프레임레이트및데이터레이트로최고수준의이미징및데이터수집성능을자랑합니다. 필요한모든기능을구비하고있는고성능 RS6700 은견고하며, 추적및목표물의시그니처탐지용으로특별설계된모델로서, 열악한환경에안심하고사용할수있습니다. 파장대역 MWIR MWIR MWIR 센서종류 InSb InSb InSb 픽셀분해능 640 512 1024 1024, 1344 784 640 512 픽셀피치 25 μm, 15 µm 18 μm, 14 µm 15 μm 파장대역 1.0 μm 5.0 μm 1.5 μm 5.0 μm 3.0 μm 5.0 μm 1.0 μm 5.0 μm 3.0 μm 5.0 μm 3.0 μm 5.0 μm NETD <20 mk (InSb) <20 mk <20 mk NEI (Low Gain, High Gain) 동적범위 (Dynamic Range) 14-bit 14-bit 14-bit 카메라온도교정 X X 표준카메라교정범위옵션카메라교정범위 -10 C ~ 350 C (f/2.5) -10 C ~ 500 C (f/4.1) -10 C ~ 500 C 최고 2,000 C 최고 2,000 C -10 C ~ 350 C 주위온도변화보상 X X Hypercal / CNUC 기능디지털풀프레임레이트 125 Hz 47, 132 Hz 126 Hz 디지털데이터스트리밍 동시 Gigabit Ethernet 및 Camera Link 동시 Gigabit Ethernet 및 Camera Link 동시 Gigabit Ethernet 및 Camera Link 아날로그비디오 NTSC, PAL, S-Video, SVGA NTSC, PAL, S-Video, SVGA NTSC, SVGA 카메라제어 USB, Gigabit Ethernet, RS-232, Camera Link USB, Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet, RS-232, Camera Link FPA 윈도우잉 사용자정의 사용자정의 사용자정의 수동촉감초점 X X 전동초점 X 자동초점 X Built-in IRIG-B Timing X X X 트리거링옵션 X X X 내장가시광선카메라 GPS 탑재카메라내이미지저장 SDK 지원 X X X f/# f/2.5, f/4.0, f/4.1 f/4.0 f/4.0 필터옵션 렌즈뒤단일및전동 4-위치필터휠 렌즈뒤필터하나 입문자용렌즈규격 카메라 렌즈 초점거리 시야각 IFOV f 수 최소사용거리 파장대역 A325sc, T400 Series T197411 4.0 mm 90 73 6.25 mrad f/1.3 20 mm 7.5 13 μm 1196960 9.7 mm 45 33.8 2.58 mrad f/1.3 0.2 m 7.5 13 μm Built-in 18.0 mm 25 18.8 1.39 mrad f/1.3 0.4 m 7.5 13 μm 1196961 30.4 mm 15 11.25 0.82 mrad f/1.3 1.2 m 7.5 13 μm T197407 76.0 mm 6 4.5 0.33 mrad f/1.3 4.0 m 7.5 13 μm T197215 Close-up 100 μm 32 24 mm 100 µm f/1.3 79 mm 7.5 13 μm T197214 Close-up 50 μm 16 12 mm 50 µm f/1.3 33 mm 7.5 13 μm T197415 Close-up 25 μm 8 6 mm 25 µm f/1.3 20 mm 7.5 13 μm SC600, T600 Series T198065 6.5 mm 80 64.4 2.62 mrad f/1.3 65 mm 7.5 14 μm T197915 13.1 mm 45 33.7 1.23 mrad f/1.3 150 mm 7.5 14 μm T197922 24.6 mm 25 19 0.68 mrad f/1.0 250 mm 7.5 14 μm T197914 41.3 mm 15 11.3 0.41 mrad f/1.0 문의요망 7.5 14 μm T198165 88.9 mm 7 5.3 0.19 mrad f/1.3 2.0 m 7.5 14 μm T198060 Close-up 100 μm 64 48 mm 100 μm f/1.0 172 mm 7.5 14 μm T198059 Close-up 50 μm 32 24 mm 50 μm f/1.0 84 mm 7.5 14 μm 고성능렌즈규걱 카메라 렌즈 초점거리 시야각 IFOV f 수 최소사용거리 파장대역 A2600sc 4122782 25 mm 35.5 28.7 1.0 mrad na na Visible NIR 4122784 50 mm 18.2 14.6 0.5 mrad na na Visible NIR SC7650 L0315 12 mm 44 36 0.56 mrad f/2.0 0.1 m 3.5 5.0 μm L0116 25 mm 22 17 0.60 mrad f/2.0 0.5 m 3.7 5.15 μm L0106 50 mm 11 8.8 0.30 mrad f/2.0 1.5 m 3.7 5.15 μm L0118 100 mm 5.5 4.4 0.15 mrad f/2.0 2.0 m 3.7 5.15 μm L0804 200 mm 2.75 2.2 0.075 mrad f/2.0 5.0 m 3.5 5.0 μm L0120 Close-up 15 µm 9.6 7.7 mm 15 µm f/2.0 45 mm 3.5 5.0 μm L0120E Close-up 5 µm 3.2 2.6 mm 5 µm f/2.0 39 mm 3.5 5.0 μm L0905 Close-up 15 µm 9.6 7.7 mm 15 µm f/3.0 300 mm 3.7 5.15 μm L0709T 27 mm 20 16 0.56 mrad f/3.0 0.5 m 1.75 4.9 μm L0608T 50 mm 11 8 0.30 mrad f/3.0 1.0 m 1.75 4.9 μm L0604T 100 mm 5.5 4.4 0.15 mrad f/3.0 5.0 m 1.75 4.9 μm L0701 200 mm 2.75 2.2 0.075 mrad f/3.0 10.0 m 1.75 4.9 μm SC7300L / L0306 12 mm 44 36 2.5 mrad f/ 2.0 0.05 m 7.5 11.75 μm SC7900VL L0324 25 mm 22 17 1.2 mrad f/2.0 0.5 m 7.5 11.75 μm L0302 50 mm 11 8.8 0.6 mrad f/2.0 1.0 m 7.5 11.75 μm L0201 100 mm 5.5 4.4 0.3 mrad f/2.0 2.8 m 7.5 11.75 µm L0113T 200 mm 2.75 2.2 0.15 mrad f/2.0 10.0 m 7.5 11.75 μm L0215 Close-up 30 µm 9.6 7.7 mm 30 µm f/2.0 45.0 mm 7.5 10.0 μm L0115E Close-up 10 µm 3.2 2.6 mm 10 µm f/2.0 38.8 mm 7.5 10.0 μm SC7750L L0306 12 mm 46.2 37.7 1.25 mrad f/ 2.0.05 m 7.5 11.75 μm L0324 25 mm 23.2 18.6 0.6 mrad f/2.0 0.5 m 7.5 11.75 μm L0302 50 mm 11.7 9.4 0.3 mrad f/2.0 1.0 m 7.5 11.75 μm L0201 100 mm 5.9 4.7 0.15 mrad f/2.0 2.8 m 7.5 11.75 μm L0113T 200 mm 2.93 2.35 0.075 mrad f/2.0 10 m 7.5 11.75 μm L0215 Close-up 15 µm 9.6 7.7 mm 15 µm f/2.0 45 mm 7.5 10.0 μm L0115E Close-up 5 µm 3.2 x 2.6 mm 5 µm f/2.0 38.8 mm 7.5 10.0 μm GF335 T197387 23 mm 24 18 1.30 mrad f/1.5 0.3 m 3.0 5.0 μm T197385 38 mm 14.5 10.8 0.79 mrad f/1.5 0.5 m 3.0 5.0 μm T197388 92 mm 6.0 4.5 0.33 mrad f/1.5 2.0 m 3.0 5.0 μm pg 28 pg 29

고급용렌즈규격 카메라렌즈초점거리시야각 IFOV f 수최소사용거리파장대역 SC6000 322-0005-01 13 mm 63.2 52.4 1.9 mrad f/2.3 50 mm 3.0 5.0 µm 322-0005-02 25 mm 35.5 28.7 1.0 mrad f/2.4 200 mm 3.0 5.0 µm 4113445 50 mm 18.1 14.6 0.5 mrad f/2.3 500 mm 3.0 5.0 µm 4113446 100 mm 9.1 7.3 0.25 mrad f/2.3 1.75 m 3.0 5.0 µm 23517-000 100 mm 9.1 7.3 0.25 mrad f/4.1 3.0 m 3.0 5.0 µm 4110813 200 mm 4.6 3.7 0.13 mrad f/4.1 7.0 m 3.0 5.0 µm 26921-000 350 mm 2.6 2.1 0.07 mrad f/4.1 10.0 m 3.0 5.0 µm 26959-201 500 mm 1.8 1.5 0.05 mrad f/2.3 문의요망 3.0 5.0 µm 25333-201 1 meter 0.9 0.7 0.025 mrad f/4.0 100 m 3.0 5.0 µm 322-0005-06 50/250 mm 26509-201 50/250/500 mm 26509-204 50/500 mm Continuous 18.1 14.6 3.7 2.9 18.1 14.6 3.7 2.9 1.8 1.5 18.1 14.6 1.8 1.5 0.5 mrad 0.1 mrad 0.5 mrad 0.1 mrad 0.05 mrad 0.5 mrad 0.05 mrad f/2.3 문의요망 3.0 5.0 µm f/4.0 문의요망 3.0 5.0 µm f/4.0 문의요망 3.0 5.0 µm 222-0009-05 Close-up 25 µm 16 12.8 mm 25 µm f/2.3 60.3 mm 3.0 5.0 µm 222-0009-06 Close-up 10 µm 6.4 5.12 mm 10 µm f/2.3 25.4 mm 3.0 5.0 µm 222-0009-07 Close-up 6.25 µm 4.0 3.2 mm 6.25 µm f/2.3 12.7 mm 3.0 5.0 µm 4110439 Close-up 5 µm 3.2 2.56 mm 5 µm f/4.1 11.75 mm 3.0 5.0 µm 322-0005-11 25 mm 35.5 28.7 1.0 mrad f/2.3 200 mm 1.5 5.0 µm 322-0005-08 50 mm 18.1 14.6 0.5 mrad f/2.3 500 mm 1.5 5.0 µm 322-0005-07 100 mm 9.1 7.3 0.25 mrad f/2.3 2.5 m 1.5 5.0 µm 26981-200 250 mm 3.7 2.9 0.1 mrad f/2.3 문의요망 1.5 5.0 µm SC6700 26498-000 25 mm 21.7 17.5 0.6 mrad f/2.3 125 mm 3.0 5.0 µm 4107599-000 50 mm 10.9 8.8 0.3 mrad f/2.3 500 mm 3.0 5.0 µm 4107601-000 100 mm 5.5 4.4 0.15 mrad f/2.3 1.5 m 3.0 5.0 µm 26509-202 50/250/500 mm 26509-205 50/500 mm Continuous 21.7 17.5 2.2 1.8 1.1 0.9 21.7 17.5 1.1 0.9 0.6 mrad 0.06 mrad 0.03 mrad 0.6 mrad 0.03 mrad f/4.0 문의요망 3.0 5.0 µm f/4.0 문의요망 3.0 5.0 µm 26959-202 500 mm 1.1 0.9 0.03 mrad f/2.3 문의요망 3.0 5.0 µm 25333-202 1 meter 0.6 0.4 0.015 mrad f/4.0 문의요망 3.0 5.0 µm 27660-000 25 mm 21.7 17.5 0.6 mrad f/2.3 200 mm 1.0 5.0 µm 27660-001 50 mm 10.9 8.8 0.3 mrad f/2.3 500 mm 1.0 5.0 µm 27660-002 100 mm 5.5 4.4 0.15 mrad f/2.3 1.5 m 1.0 5.0 µm SC8200 4110796 17 mm 56.9 56.9 1.06 mrad f/4.0 문의요망 3.0 5.0 µm 23898-000 25 mm 40.4 40.5 0.72 mrad f/4.0 125 mm 3.0 5.0 µm 23899-000 50 mm 20.9 20.9 0.36 mrad f/4.0 500 mm 3.0 5.0 µm 23900-000 100 mm 10.5 10.5 0.18 mrad f/4.0 1.5 m 3.0 5.0 µm 26959-200 500 mm 2.1 2.1 0.036 mrad f/2.3 문의요망 3.0 5.0 µm 26509-200 50/250/500 mm 26509-203 50/500 mm Continuous 20.9 20.9 4.2 4.2 2.1 2.1 20.9 20.9 2.1 2.1 0.36 mrad 0.072 mrad 0.036 mrad 0.36 mrad 0.036 mrad f/4.0 문의요망 3.0 5.0 µm f/4.0 문의요망 3.0 5.0 µm 25333-200 1 meter 1.1 1.1 0.018 mrad f/4.0 100 m 3.0 5.0 µm 4109666 25 mm 40.4 40.5 0.72 mrad f/4.0 125 mm 1.5 5.0 µm 4109667 50 mm 20.9 20.9 0.36 mrad f/4.0 500 mm 1.5 5.0 µm 4109668 100 mm 10.5 10.5 0.18 mrad f/4.0 1.5 m 1.5 5.0 µm Lenses 카메라렌즈규격 고급용렌즈규격 카메라렌즈초점거리시야각 IFOV f 수최소사용거리파장대역 SC8300 4110796 17 mm 57.9 35.7 0.82 mrad f/4.0 문의요망 3.0 5.0 µm RS6700 23898-000 25 mm 41.2 24.8 0.56 mrad f/4.0 125 mm 3.0 5.0 µm 23899-000 50 mm 21.3 12.5 0.28 mrad f/4.0 500 mm 3.0 5.0 µm 23900-000 100 mm 10.7 6.28 0.14 mrad f/4.0 1.5 m 3.0 5.0 µm 26959-200 500 mm 2.1 1.3 0.028 mrad f/2.3 문의요망 3.0 5.0 µm 26509-200 50/250/500 mm 26509-203 50/500 mm Continuous 21.3 12.5 4.3 2.5 2.1 1.3 21.3 12.5 2.1 1.3 0.28 mrad 0.056 mrad 0.028 mrad 0.28 mrad 0.028 mrad f/4.0 문의요망 3.0 5.0 µm f/4.0 문의요망 3.0 5.0 µm 25333-200 1 meter 1.1 1.1 0.014 mrad f/4.0 100 m 3.0 5.0 µm 4109666 25 mm 40.4 40.5 0.56 mrad f/4.0 125 mm 1.5 5.0 µm 4109667 50 mm 20.9 20.9 0.28 mrad f/4.0 500 mm 1.5 5.0 µm 4109668 100 mm 10.5 10.5 0.14 mrad f/4.0 1.5 m 1.5 5.0 µm 26052-210 50/250 mm 26052-211 100/500 mm 26052-212 150/750 mm 10.9 8.8 2.2 1.76 5.5 4.4 1.1 0.9 3.7 2.9 0.7 0.6 시야각 (FOV) 과거리사이의관계 0.3 mrad 0.06 mrad 0.15 mrad 0.03 mrad 0.1 mrad 0.02 mrad 스팟사이즈는주어진거리에서하나의디텍터픽셀에해당하는면적입니다. IFOV는이미징시스템의한픽셀이차지하는입체각을말합니다. 카메라의 FPA 치수와렌즈의조합에의해결정됩니다. 스팟크기 (Spot size) = IFOV X ( 대상물체의거리 ) f/4.0 1 m/3 m 3.0 5.0 µm f/4.0 5 m/10 m 3.0 5.0 µm f/4.0 20 m/20 m 3.0 5.0 µm pg 30 pg 31

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