원적외선카메라의 기술개요와어플리케이션 Vision Sensing Co,.Ltd Fumihiro Ogawa
Agenda 1 2 3 4 적외선의기술개요셔터레스카메라의개요원적외선카메라의어플리케이션회사개요 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 1
1.1 적외선이란 적외선이란, 780nm 100μm 의가시빛보다파장이긴대역의전자파를말합니다. 그중에서파장이 8μm 이상을원적외선이라고부릅니다. 당사의원적외선카메라는, 이원적외선의 8 14μm ( 최대로 20μm ) 에감도파장대역을가지고있습니다. 380nm 780nm 2.5um 8.0um 100um NIR MWIR LWIR γ 線 10pm X 線 10nm UV 380nm 780nm IR 0.1mm Terahertz 1mm 2011/6/28 Vision Sensing Co,Ltd 2
1.2 각파장영역의물리적특징. NIR WAVE LENGTH:780~2.5μm: 분자진동에너지영역리모콘, 근거리암시카메라, 약품성분분석 Si 흡수파장 :1.06μm 태양전지 EL 검사 에너지이동와파장의관계 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 3
1.2 각파장영역의물리적특징. MWIR WAVE LENGTH:2.5~8μm: 분자진동 회전에너지영역가스분석검지센서 고온데모그라피 대기의창문과흡수스펙트럼 (spectrum) 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 4
1.2 각파장영역의물리적특징. 원적외 파장 :8100μm: 저온의흑체방사영역 분자회전진동영역데모그라피, 체온계, remote sensing( 원격탐사 ) 가열 온열기구 랜드새트 (Landsat) 이미지. ( 왼쪽에서가시전 근적외 원적외 ) 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 5
1.3 물체의온도와방사전자파스펙트럼 온도를가진모든물체는, 표면에서전자파를방사하고있습니다. 표면의방사율이 100% 의물체를완전흑체라하며, 이완전흑체가방사하는전자파의스펙트럼 (spectrum) 과표면온도의사이에는, 플랑크의방사칙 ( 則 ) 이라불리는관계가있습니다. 그래프와같이, 물체의온도가높으면스펙트럼 (spectrum) 의피크는단파장으로이동하고, 낮으면장파장에이동합니다. 또, 온도 T(K) 의완전흑체가방사하는, 복사 P(W/cm2) 는다음식으로나타냅니다. P=5.68 10-12 T 4 Stefan-Boltzmann law 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 6
1.4 물체표면의방사율과반사율 bright hot 일반적으로전자파가물체에입사하면, 표면에서반사되는성분과, 뒷면에투과하는성분및물체내부에흡수되는성분 3 개로나뉩니다. 반사율 α, 투과율 β, 흡수율 γ 로표시하면, 다음관계가성립합니다. α+β+γ=1 물체가충분히크게투과성분이제로에인데흡수된성분이모두방사된다고가정하면, 방사율 η 과반사율 α 에는다음관계가성립됩니다. α+η=1 incident reflection emission absroption Increase temp transmission 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 7
1.5 Micro-Bolometer 빛받는면에 Amorpous-Silicon 사용. Micro-bolometer structure 적외흡수 온도상승 저항치감소 전류증가 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 8
1.6 Bolometer 감도결정요인 Sensitivity of uncooled micro bolometer:rv R V α G V B α: 저항온도계수 (%/K) 受光面재료에기인 η: 적외선흡수율 MEMS 구조에기인 V B : 바이어스전압 (V) 제어가능 (GFID voltage) G: 열컨덕턴스 (conductance)( 受光面과근본재료의열절연성 ) MEMS 구조에기인 이것들의파라미터를최적화해서 detector 를설계 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 9
1.7 Bolometer 감도결정요인 Cavity width and IR absorption efficiency 1.9μm 으로흡수율이최대 =NETD 도개선된다 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 10
1.8 detector 의제어파라미터 감도를제어하는파라미터 GFID voltage GAIN VSK voltage OFFSET TINT Exposure time C capacity CTIA amp gain [CTIA:Capacitance trans-impedance amplifier] 이것들을외부에서제어하고, 최적인이미지를출력한다 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 11
1.9 ULIS 사 detector road map 화소 pitch 의소형화와고화소화 고감도화에이동 1024 x 768 25 µm family UL 05 25 1 640 x 480 High performances 384 x 288 320 x 240 35 µm family UL 04 17 1 UL 04 27 2 UL 03 04 1 UL 03 19 1 UL 03 16 2 UL 03 26 2 160 x 120 UL 02 05 1 High volume UL 02 15 2 35 µm 25 µm 17 µm Pixel pitch decrease 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 12
1.10 Overview of ULIS CEA / LETI ( 프랑스원자력청 / 전자 정보기술연구소 ) SOFRADIR Cooled infrared detector production 1600 p 10 000 m² Clean Room ULIS Uncooled infrared detector production 360 p / 8500 m² (1500 m²clean Room) > 120 p / 4500 m² (500 m²clean Room) 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 13
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2.1 원적외선카메라에서의보정 detector 로부터의출력에포함되는노이즈요인 周囲温度 :TR レンズ温度 :TL センサ温度 :Ts 입력이미지 원적외선카메라 detector 출력이미지 1 화소마다의감도편차 ( 차이 ) 구조요인 (MEMS) 에의해 2 주위온도변화의영향 렌즈온도 센서온도의변화 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 15
2.1 원적외선카메라에있어서의보정 detector 의화소마다의감도격차보정 detector 로부터의화면 화소격차보정후이미지 균일한온도면 ( 셔터 ) 을보여서화소격차보정테이블을작성 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 16
2.1 원적외선카메라에서의보정 주위온도변화의보정 셧터 보정후의이미지환경온도변화후 ( 상승 ) 주위온도변화에의해, 이전의보정테이블은사용할수없게된다. 변화후의주위온도아래에서, 다시 셔터 에의해보정테이블을작성 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 17
2.1 원적외선카메라에서의보정 카메라에필요한기능 1. 화소마다의감도편차 ( 차이 ) 의보정 화소보정테이블이필요 2. 주변온도변화보정 주위온도변화의보정 카메라냉각기능 (TEC) 이필요 (TEC=Thermo Electric Cooler) TEC-Less-Shutter-Less 환경온도나소자 ( 素子 ) 의온도에맞추어, 보정테이블을차례대로자동으로갱신한다 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 18
휘도편차를작게 2.1 원적외선카메라에서의보정 2point Correction( 주위온도는일정 ) B D A C E 휘도B C E A D Measure pixel 20 30 Target temp(tt) 20 30 Target temp(tt) Step1: 저온과고온의균일열원을카메라로촬영해이미지를취득한다 카메라균일열원항온조 (( 내부온도 : 일정 ) Calibration Environment Step2: 이미지취득시에보정테이블에서각화소를보정해출력한다 Step3: 이미지취득시에보정테이블에서각화소를보정해출력한다 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 19
0 2.1 원적외선카메라에있어서의보정 Shutter-Less Correction ( 주위온도는변화 ) 카메라 균일열원 항온조 ( 내부온도 : 변화 ) 温度 ( ) 55.00 45.00 35.00 25.00 勾配試験結果 (0.5 / 分 ) 環境温度 FPA 温度 カメラ温度 Step1: 어떤환경온도로균일열원온도를바꾸면서이미지를취득한다. Step2: Step1 의작업을, 주변온도를바꾸면서실시. 15.00 5.00-5.00 600 1200 1800 2400 3000 3600 4200 4800 5400 6000 6600 7200 7800 8400 9000 9600 10200 10800 11400 12000 12600 13200 13800 14400 15000 15600 16200 16800 17400 18000 18600 Step3: 취득한이미지로부터, 셔터레스 보정테이블을작성하고, 카메라에기입한다. 時間 ( 秒 ) 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 20
2.2 성능 특성 (TEC-Less Shutter-Less Camera) ØRoom Temp:-10~+50 Ø 절대온도정밀도 ( 휘도값재현성 ):±5 ØNETD:150mK(Using JANOS TYTO 25mm LENS) Ø 용도 : 보안 감시, 군사용도 차량용이미지 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 21
2.2 성능 특성 (TEC-Less Shutter-Less Camera) 직선성시험결과 ( 실온을파라미터로했을때 SiTF=20 二次二次補正輝度直線性 2500 2400 輝度平均値 (DL) 2300 2200 2100 2000 1900 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1800 1700 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ターゲット温度 ( ) 실온변동시의휘도변동범위최대 : 약 100DL=5 도 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 22
2.2 성능 특성 (TEC-Less Shutter-Less Camera) Night Park 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 23
2.2 성능 특성 (TEC Shutter-Less Camera) ØRoom Temp:-10~+50 Ø 절대온도정밀도 ( 휘도값재현성 ):±2 ØNETD:150mK(Using JANOS TYTO 25mm LENS) Ø 용도 : 데모그라피 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 24
2.2 성능 특성 (TEC Shutter-Less Camera) 직선성시험결과 ( 실온을파라미터로했을때 SiTF=20) 2400 2 次補間シャッターレス輝度直線性 2300 輝度平均値 (DL) 2200 2100 2000 1900 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1800 1700 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ターゲット温度 ( ) 실온변동시의휘도변동범위최대 : 약 40DL=2 도 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 25
2.2 성능 특성 (TEC Shutter-Less Camera) 흑체화로계측결과 (Target temp:300~400 ) 450 カメラ計測温度 Ct( ) 400 350 300 250 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 ターゲット温度 Tt( ) 절대온도측정정밀도 :±3 도 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 26
2.3 카메라라인업 카메라라인업 원적외선카메라의엔트리모델 ULVIPS-02152S 화소수 :160 120 pixel 소자감도 :3mV/K 소자 NETD:<120mK AD 분해능 :12bit 소자피치 :25μm 감시로부터검사까지폭넓은용도에적용가능 ULVIPS-03162S 화소수 :384 288 pixel 소자감도 :4 mv/k 소자 NETD:<120mK AD 분해능 :12bit 소자피치 :25μm 고감도동시에고분해능에서미소온도차이검출에위력 ULVIPS-04171S 화소수 :640 480 pixel 소자감도 : 5 mv/k 소자 NETD:<120mK AD 분해능 :1 4 bit 소자피치 :25μm 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 27
2.3 카메라라인업 소자피치를작게하면서고감도를실현한최신모델 ULVIPS-04272S 화소수 :640 480 pixel 소자감도 :6 mv/k 소자 NETD:< 6 5 mk AD 분해능 :14 bit 소자피치 :1 7 μm QVGA 사이즈의초고감도모델 ULVIPS-03262S 화소수 :384 288 pixel 소자감도 :10 mv/k 소자 NETD:< 6 5 mk AD 분해능 :12bit 소자피치 :25μm New! 감시용도에최적인 XGA 사이즈의초고화소모델 ULVIPS-05251S 화소수 :1024 768 pixel 소자감도 :9 mv/k 소자 NETD:< 6 5 m K AD 분해능 :1 6 bit 소자피치 :1 7 μm 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 28
2.4 ULVIPS 시리즈의특징 카메라사양 ØOutput:USB/CameraLink/NTSC Ø온도보정방식 1Shutter-Less Correction 22 point Correction Ø이미지보정처리 : 결함화소보정 /Auto Offset Adjust Digital Zoom ØExternal Trigger ØPartial Scan (High Frame Rate) 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 29
2.5 카메라평가킷 카메라 + 렌즈 + 소프트웨어를세트로한 entry kit < 주된기능 > 온도보정테이블작성 Dynamics Range 조정 detector 파라미터설정 FPA/ 내부온도표시 이미지보존 (BMP/RAW/CSV) 히스토그램표시 임의좌표휘도표시 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 30
2.5 카메라평가 kit 평가 kit 에서의파라미터최적화루프 파라미터설정 GFID=3.525V VSK=5.335V TINT=360MC FPA=55 Capacity=4pF 보정테이블작성 표준열원으로파라미터를작성 평가 이미지를취득하고, 평가를실시 어플리케이션 (application) 에최적인독자 LWIR 카메라의완성 2010/7/15 Vision Sensing Co,Ltd 31
Contents 1 2 3 4 적외선기술개요셔터레스카메라개요원적외선카메라의어플리케이션회사개요 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 32
3.1 건축물결함검사 벽의누수검사 가시이미지 적외이미지 내부에수분이있기때문에, 태양광에의한온도상승이작다 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 33
3.2 태양전지마이크로크랙 가시에서는보기어려운폭수 μm 의크랙검출 양품 ( 적외선카메라이미지 ) 불량품 ( 적외선카메라이미지 ) 양품 ( 가시카메라이미지 ) 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 34
3.3 적층팁세라믹콘덴서의내부구조 내부전극이보인다 조사중 소체상부에서촬영 소체측면에서촬영 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 35
3.4 구현기판의리드땜납불량 리드들뜸불량 가시이미지 遠빨강외이미지 떠있는리드에는열이전해지지않기때문에, 정상부와비교해서어둡다 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 36
3.5 Capacitor 액체누출검사 가시이미지 적외선이미지 전해액의성분이적외선을흡수해서어둡게보인다 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 37
3.6 찜질제유무검사 (ULVIPS-04171S+f=25mm Lens) 열투과이미지로, 내용물의유무를안다 가시이미지 원적외선이미지 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 38
3.7 수지성형품의온도관리 사출성형직후의온도분포를계측 가시이미지 원적외선이미지 고온체의온도분포를비접촉으로계측 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 39
3.8 silicon wafer crack 열투과이미지로크랙검출 가시이미지 원적외선이미지 크랙면에서투과율이변화되어어둡게보인다 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 40
3.9 횡단보도보행자인식 가시에서는잘보이지않은씬으로사람의존재를확인할수있다 가시이미지 원적외선이미지 라이트의역광이나조명이닿지않는씬으로사람을검출 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 41
Contents 1 2 3 4 적외선기술개요셔터레스카메라개요적외선카메라어플리케이션회사개요 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 42
4.1 회사개요 회사명 : 주식회사비전센싱 설립 :2008 년 12 월 16 일 소재지 : 오사카시 ( 大阪市 ) 기타구 ( 北區 ) 요리키마치 1-5 CEO: 미토 ( 水戶 ) 야스오 ( 康生 ) 자본금 :3, 300 만엔 종업원 :5 명 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 43
4.2 Company Domain 이미지 검사 적외선 을키워드에사업전개 image inspect infrared 이미지이미지를잡는다 Senser 이미지를가공하는하드웨어 Platform 이미지를가공하는방법 Algorithm 검사최선단의센싱기술로얻은이미지를, 고속화상처리하드웨어위로, 독자알고리즘을탑재하고, 검사시스템으로서제공 적외선적외선기술을응용한시스템의개발카메라 광원 화상처리가일체가된시스템을제안 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 44
4.3 사업내용 1) 원적외선카메라사업 1카메라개발 / 설계 / 제조 / 판매 ( 작은수량까지 ) < 광학 기판 FPGA/ 펌웨어 어플리케이션 (application) 개발 > 2 카메라수탁개발 / 설계 / 시험제작 ( 양산지원 ) < 기술지원 / 샷타레스 기술제공 /calibration/ 컨설팅 > 2) 화상처리시스템의개발 1원적외선및가시화상처리시스템개발 < 샘플평가 / 검사시스템제안 / 처리스크립트개발 > 3) 검사 화상처리의컨설팅업무 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 45
END Thank you very much for your attention. 2011/4 Vision Sensing Co,Ltd 46