신종플루의 전 세계적 유행과 함께 적외선 광학계는 일반인에게 익숙한 기술이 되었다. 스웨덴에서 최초로 개발된 적외선 카메라는 현재 군수용뿐만 아니라 보안, 의료, 차량, 재난구조 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 이런 민간분야 시장 성장에는 핵심부품인 적외선 렌즈와 IR Detecter의 가격 인하가 가장 큰 역할을 하고 있다. 특히 차량용 적외선 카메라의 채용은 관련시장을 폭발적으로 성장시킬 가능성을 인정받고 있으며 이런 흐름은 다시 관련 분야의 가격 인하요인으로 강력히 작용하고 있다. 아래표의 적외선 광학계의 수요 산업군 메가 트렌드(<적외선 수요 산업군> 표)는 자동차, 플랜트, 보안, 소방방재, 방위산업 등 다양한 분야의 적외선 광학관련 수요를 포함하고 있어 향후 주요 산업군으로 부각될 것으로 예상된다. 특히 저가양산이 가능해 다양하게 주목받고 있는 성형방식 적외선 광학렌즈 관련 주요 해외 선진업체의 기술수준은 적외선 원천소재를 제외하고는 국내에도 이미 세계수준의 기술을 보유하고 있으며, IR Detector 관련 기술 역시 냉각식 및 비냉각식 분야에서 세계최고 수준의 원천기술을 보유 중이어서 국내 업체의 양산화 기술이 완성되면 관련 세계 시장 선점이 가능하며 향후 5년이 이를 결정짓는 중요한 시점이 될 것이다.
광응용 분야는 광학, 전기, 전자 기술의 진보에 따라 괄목할만한 발전을 하고 있으며 그 응용폭 또한 넓다고 할 수 있겠다. 적외선 센서의 응용은 산업, 의학, 군사, 가전제품, 통신, 방재 등 다양하며 이 응용 분야 확대에 따라 센서의 고성능화 가격의 저렴화가 요구되므로 각분야에서 이른바 Intelligent화로의 연구가 활발한 실정이며 적외선 센서의 한 종류인 초전형 적외선 센서는 유전체에 조사되는 적외선에 의해 표면 전하가 변화하는 초전효과를 이용한 센서로서 이를 사용한 제품으로는 Human Detecting을 하는 Light control, Home Automation, 도난 경보기가 있으며, 화재 경보기, 가정용 조리기구, 비접촉식 온도계 등에도 사용되고 있다. 본 고에서는 광분야 중에서도 적외선 센서의 종류와 당사에서 개발하여 상품화시킨 초전형 적외선 센서에 대한 기술적인 개요와 응용분야를 기술하고자 한다.
국내에서 개발 중인 장비의 기술 유출 방지와 국내 환경에 맞는 적외선 신호 분석 S/W 개발에 대한 요구가 있어 왔다. 본 논문에서는 적외선 영상을 생성하기 위한 적외선 신호 분석 S/W에 대한 구성과 특정 파장대역의 적외선 영상 생성 방법 및 분석 방법에 대해 나타내었다. 개발된 적외선 신호 분석 S/W는 표면온도 해석 결과와 물체의 자체방사 성분 및 반사성분 그리고 대기경로 복사성분을 통해 적외선 영상을 생성하도록 구성되어 있다. 대부분의 상용 S/W에는 복사 대비값 및 탐지거리 또는 탐지율 분석 기능이 포함되어 있지 않지만 개발된 S/W에는 생성된 적외선 영상을 이용하여 위협도 분석할 수 있는 기술을 포함하고 있다.
현재까지 국내에서는 적외선 관측위성을 보유하고 있지 않으나 해외에서는 다양한 형태의 적외선 관측위성이 개발되어 운용중이다. 본 논문에서는 적외선의 일반적인 특성과 이에 따른 영상활용의 방안을 분석하였다. 아울러 적외선 관측위성의 해외 개발현황을 주요 위성 사례별로 조사하여 소개하였다. 해외의 경우 산불감시, 화산활동 연구, 해수면 온도 측정, 지표면 온도 측정, 기후변화 연구, 환경 감시 등 다양한 분야에서 적외선 영상이 활용되고 있다. 국내도 이러한 추세에 맞게 저궤도 적외선 관측위성의 개발을 추진해야 할 것이다.
열 추적 미사일로부터 항공기를 보호하기 위한 적외선(IR: InfraRed) 스텔스 기술은 군용 항공기 개발에 있어 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 항공기에서 발생하는 다양한 적외선 신호 중 엔진 후류에서 발생하는 적외선 신호를 관측하고 이를 측정 각도별로 확인하여 신호 강도를 비교하였다. 실제 항공기에 적용된 제트 엔진을 모사하기 위해 소형 터보젯 엔진을 구성하였으며, 측정 각도에 따른 파장별 적외선 신호 특성을 확인하였고 파장별 신호를 적분하여 측정 범위 내 전체 적외선 radiance를 도출하였다. 본 연구를 통해 항공기 적외선 스텔스 성능 향상을 위한 기초 데이터를 제시하고자 한다.
학대나 폭력을 입증할 수 있는 증거 중 하나인 멍은 크게 외력에 의한 것과 음압에 의한 것으로 나뉜다. 외력에 의해 생성된 멍에 관한 연구는 많지만, 음압에 의해 생성된 멍에 관한 연구는 적다. 적외선 광원으로 멍을 촬영한 선행연구들을 살펴보면 하나의 적외선 광원과 필터만을 사용하여 실험했다는 문제점이 있다. 본 실험의 연구자들은 적외선 광원과 필터의 조합에 따라 멍의 촬영 결과물이 다른 양상을 보일 것으로 생각하였다. 따라서 세 종류의 적외선 광원과 다섯 종류의 적외선 필터를 사용하여 음압에 의해 생성된 멍을 촬영하는데 최적의 조합을 찾고자 하였다. 그 결과 750 nm 영역을 포함하는 텅스텐과 이 영역을 투과시키는 필터인 Kodak Wratten #18A를 사용했을 때 가장 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
Si₃N₄/SiO₂/Si₃N₄ 멤브레인에 의해 실리콘 기판으로부터 열차단된 비냉각 초전형 박막 (Ba,Sr)TiO₃ 적외선 검지기를 제작하고, 적외선 검지기의 특성을 논의하였다. 25℃의 공기중에서 쵸핑주파수가 1 ㎐일 때 적외선 검지기는 약 168.8 V/W의 비교적 높은 전압 감응도를 나타내었으나, 매우 작은 신호대잡음비 때문에 약 2.6×10⁴㎝·㎐/sup 1/2//W의 낮은 비검지도를 나타내었다. 또한 출력파형의 쵸핑주파수 및 온도 의존성에 대한 정성적인 해석으로부터 적외선 검지기의 열잡음전압 및 열시정수가 모두 상당히 크다는 것을 알 수 있었다.
본 논문은 태양복사에너지를 고려한 지상 물체에서 방출되는 적외선 복사휘도를 예측하는 소프트웨어 개발 중 BRDF 데이터를 고려한 적외선 복사휘도를 분석한 내용을 다루었다. 물체 표면에서 방출되는 적외선 복사휘도는 물체의 표면온도 및 광학적 표면 특성을 이용하여 계산할 수 있다. BRDF는 물체 표면에 입사되는 에너지와 반사되는 에너지의 관계로 나타낼 수 있는 백분율로 정의하며 적외선 복사휘도를 분석하는 데 매우 중요한 자료로 사용된다. 본 논문에서는 중적외선 및 원적외선 영역에 대하여 태양이 존재하는 시간동안 다양한 재질의 광학적 표면 특성에 따른 적외선 영상을 생성하여 분석하였다. 연구결과 물체 표면의 복사율 및 BRDF 등은 물체의 적외선 영상에 매우 중요한 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 특히 태양의 영향을 받을 경우 MWIR 영역의 복사휘도는 수치적으로 최대 10배까지 신호량의 차이를 보일 수 있음을 확인하였다.
적외선 유도 무기 체계의 발달로 항공기의 생존성은 지속적으로 위협받고 있으며, 항공기의 생존성을 향상시키기 위한 적외선 스텔스 기술 관련 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 적외선 유도 미사일이 항공기와 배경 간의 대비 신호를 탐지하는 것에 주목하여 비행 조건에 따른 항공기의 최적 적외선 신호를 분석하고자 하였다. 이를 위해 항공기의 비행 조건을 고려하여 유동 해석과 대류, 전도, 복사 3차원 열전달 해석을 수행하였고, 동체 표면 온도를 도출하여 항공기 주변 유동 특성을 기반으로 항공기의 적외선 신호를 분석하였다. 더 나아가, 비행 조건 별로 최적 적외선 신호를 갖기 위한 최적 방사율을 도출하였고, 비행 조건 별로 최적 방사율을 동체 표면에 적용했을 때 적외선 신호 저감 효과를 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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