KR100881713B1 - 진공 흑체 소스 패키지 - Google Patents

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Abstract

진공용기; 진공용기 내에 설치된 흑체 소스; 흑체 소스에 결합된 상태로 진공용기의 내측면에 설치되어 있으며, 흑체 소스를 냉각 또는 가열하는 냉각·가열기; 및 흑체 소스에 부착되어 있으며, 흑체 소스의 온도를 감지하는 온도센서;를 포함하고, 흑체 소스로부터 방사되는 적외선이 진공용기 외부로 나갈 수 있도록 진공용기에는 적외선 투과 재질의 윈도우가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 흑체 소스 패키지가 개시된다.
진공, 냉각·가열기, 흑체

Description

진공 흑체 소스 패키지{VACUUM-PACKED BLACK BODY SOURCE PACKAGE}
본 발명은 진공 흑체 소스 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 흑체 소스를 외부에 노출시키지 않고 진공용기 내에 설치함으로써, 주변 공기의 열 대류 현상에 의한 흑체 소스의 온도 변화를 차단하여 흑체 소스의 온도 안정화 시간을 줄이고 흑체 소스의 미세한 온도 조정을 가능하게 하는 진공 흑체 소스 패키지에 관한 것이다.
종래에는 열상 카메라를 테스트하고 온도 보정을 행하기 위해 도 1에 도시된 것과 같은 흑체 소스(10)를 사용하여 왔다. 흑체 소스는 방사율(emissivity)이 대략 1이어서, 자신이 가진 에너지를 거의 100% 방출하는 물체이다. 열상 카메라(20) 내에는 흑체 소스(10)를 감지하는 검출기(detector)(30)가 있다. 검출기(30)는 수많은 검출센서로 이루어진 센서 어레이로 되어 있는데, 일 예로서 하나의 검출기는 가로 320개×세로 240개, 즉 76,800개의 센서가 모여있는 센서 어레이로 되어 있으며, 이러한 어레이를 통상 FPA(Focal Plane Array)라고 부른다.
그런데, 센서 어레이를 구성하는 각각의 센서는 제조과정 등에서의 오차로 인해 각 센서마다 그 성능에 조금씩 편차를 보인다. 특히, 열상의 검출기는 이러 한 현상(성능의 비 균일)이 매우 커 실제 전자회로를 구성하여 영상 구현 시 영상을 거의 알아보지 못할 정도로 각 센서의 성능의 차이가 매우 크다. 이러한 특성을 사전에 보상과 보정이란 과정을 통해 거의 일정한 성능을 나타낼 수 있도록 주변 온도와 흑체 소스의 온도를 이용하여 열상 카메라에서 각 센서의 상이한 성능을 보상하게 하는 장비가 필요하게 된다. 도 2는 온도 상승에 따른, 센서 어레이의 각 센서가 나타내는 성능특성에 대한 일 예를 개략적으로 도시한 것이다. 도 2의 그래프에서 좌표의 세로축은 게인, 가로축은 시간을 나타내고, 일 예로서 3개의 센서에 대한 게인 그래프를 표시하였다. 시간이 지나면서 온도가 상승함에 따라 센서의 게인이 증가하는데, 온도 증가에 대한 반응이 모든 센서에 걸쳐 일정하지 않고 도시된 것처럼 센서마다 조금씩 다르게 반응한다. 따라서, 센서 어레이를 구성하는 모든 센서에 대해 특정 온도에서 전체 센서가 일관된 값을 가지도록 보정을 해야 할 필요성이 생기고, 이를 위해, 예컨대 t1 시점에서(즉, t1 시점에 대응하는 특정 온도에서) 모든 센서가 특정값(P)를 갖도록 각 센서를 온도보정 해야 한다.
그런데, 이러한 온도보정은 한번에 끝나면 좋겠지만 현실은 그렇지 못한데, 그 이유로는 센서의 성능 편차가 흑체 소스 온도에 따라서도 다를 뿐 아니라 주변온도에 따라서도 모두 다르게 나타나기 때문이다. 즉, 열상 카메라의 주변 온도와 흑체 소스의 온도에 따라 센서마다 각기 다른 비 선형성을 갖는다. 따라서, 실제로 열상 카메라를 테스트하기 위해서는 흑체 소스 온도와 주변 온도를 계속 변화시키면서 카메라를 테스트해야 한다. 예컨대, 주변 온도를 10도로 맞추어 놓고 흑체 소스 온도를 0도, 10도, 20도, 30도, 40도... 등으로 계속 증가시키면서 각 온도에 서의 흑체 소스의 열상 이미지를 열상 카메라로 촬영하고, 그 다음 주변온도를 20도로 올린 뒤 흑체 소스 온도를 다시 0도, 10도, 20도, 30도, 40도... 등으로 계속 증가시키면서 열상 카메라를 테스트하고, 그 다음 주변온도를 30도로 올린 뒤 흑체 소스 온도를 다시 0도부터 계속 증가시키면서 열상 카메라를 테스트하며, 이러한 작업을 주변온도가 40도, 50도 등이 될 때마다 반복하며 수행해야 한다.
그런데, 이러한 테스트에서의 문제점은 흑체 소스의 안정화 시간이 상당히 많이 소요된다는 것이다. 흑체 소스의 목적은 열상 카메라의 기준값을 얻기 위한 것인데 만약 흑체 소스의 온도 정확도가 떨어지게 되면 열상 카메라의 정확도 역시 떨어지게 된다. 따라서, 흑체 소스의 정확도를 바람직하게는 10mK 이내, 더 바람직하게는 1mK 이내, 보다 더 바람직하게는 0.1mK 이내가 되도록 한다. 물론, 카메라의 검출기의 기본 성능 즉 온도 분해능 보다 약 10배 정도의 정확도를 가진 상태에서의 흑체 소스의 온도 안정도를 요구하게 되는데, 예를 들면, 검출기(30)의 온도 분해능이 예컨대 100mK인 경우에는 흑체 소스의 정확도가 10mK인 범위내에서 흑체 소스의 온도를 안정화시키면 되지만, 검출기(30)의 온도 분해능이 예컨대 10mK인 경우라면 흑체 소스를 더 높은 정확도, 즉 1mK의 정확도를 가지고 흑체 소스의 온도를 안정화시켜야 한다.
그런데, 열상 카메라의 테스트를 위해 흑체 소스 온도를 10도에서 20도로 증가시킬 경우, 예컨대 10mK의 정확도로 측정해야 할 경우라면 온도를 올리는데 통상 2~3분 정도 소요되지만 1mK의 정확도로 측정하기 위해서는 흑체 온도를 올려서 정확히 20도로 안정화시키기 위해서는 20~30분 가량이 소요된다. 따라서, 주변온도 를 10도로 설정하고 흑체 소스를 0도, 10도, 20도, 30도... 등의 각 온도에서 안정화시킨 뒤 흑체 소스를 촬영하고, 주변온도를 20도로 올린 뒤 흑체 소스를 다시 0도, 10도, 20도, 30도...의 각 온도에서 안정화시킨 뒤 흑체 소스를 촬영해야 하는 온도보정 작업에서는, 전체 온도보정 작업에 소요되는 시간이 엄청나게 길어지게 되고 결국 열상 카메라 제조 후 상기 설명한 온도보정 작업 등의 각종 테스트를 거쳐 포장하기까지는 수일 내지 길게는 보름까지도 걸리는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 도 3과 같은 시스템을 사용하였다.
도 3은 종래 기술에 따른 열상 카메라 온도보정 시스템의 다른 예를 개략적으로 도시한 것으로, 도 3을 참조하면, 실험실과 같은 일정 공간 내에 복수의 흑체 소스(10-1,10-2,10-3,...,10-n)를 일렬로 배열하고 그 앞에 레일(40)을 설치한다. 레일(40) 위에는 테스트해야 할 열상 카메라(20)를 올려놓는다. 이러한 시스템을 이용하여 테스트를 할 때에, 흑체 소스(10-1,10-2,10-3,...,10-n)의 각각을 서로 상이한 특정 온도로 미리 설정해 둔다. 예를 들어, 일 실시예에서 흑체 소스(10-1)는 온도(T1)(예컨대 10도)로 설정하고 흑체 소스(10-2)는 온도(T2)(20도)로 설정하고 흑체 소스(10-3)는 온도(T3)(30도)으로 미리 설정해 놓는다. 이 상태에서 열상 카메라(20)로 흑체 소스(10-1)의 열상 이미지를 촬영하고, 그 후 레일(40) 위의 열상 카메라(20)를 흑체 소스(10-2) 쪽으로 이동시켜 흑체 소스(10-2)를 촬영하고 그 후 다시 열상 카메라(20)를 흑체 소스(10-3) 쪽으로 이동시켜 흑체 소스(10-3)를 촬영하고, 이러한 작업을 모든 흑체 소스(10-1 내지 10-n)에 대해 반복한다. 즉, 열상 카메라(20)를 조금씩 움직여 흑체 소스(10-1 내지 10-n)를 하나씩 차례로 촬영하는 것이다.
이와 같은 방법을 사용하게 되면 흑체 소스(10-1 내지 10-n)를 각기 다른 온도로 미리 설정해 놓은 상태에서 열상 카메라를 테스트할 수 있기 때문에 흑체 소스가 특정 온도로 안정화하는데 소요되었던 시간이 필요없게 되므로 종래 방식에 비해 단 시간내에 테스트를 행할 수 있는 이점이 있었다.
그러나, 상기 방식은 복수의 흑체 소스를 사용해야 하므로 고가의 장비 구입에 따른 비용증가의 문제가 있었고, 더욱이 주변온도를 변경할 수 없다는 문제점이 있었다. 즉, 복수의 흑체 소스(10-1 내지 10-n)를 일렬로 배치하고 그 앞으로 레일(40)이 설치된 오픈 공간에서 테스트를 해야 하므로 주변온도를 높은 정확도를 가지고 특정 온도로 단계적으로 변화시키면서 주변 온도 변화에 따른 테스트를 할 수 없다는 문제가 있었다.
이에 따라, 이러한 문제를 해결하기 위해 도 4에서와 같은 시스템이 종래에 사용되기도 하였다. 도 4를 참조하면, 열상 카메라의 주변온도가 제어될 수 있는 챔버(50)를 실험실 내에 설치하고, 이 챔버(50) 내에 흑체 소스(10) 및 테스트해야 할 열상 카메라(20)를 위치시킨다. 흑체 소스(10)의 온도를 제어하기 위한 제어장치(60)가 흑체 소스(10) 및 열상 카메라(20)와 연결된다. 이러한 시스템에서, 챔버온도 제어 장치(미도시)에 의해 챔버(50) 내부의 온도를 특정 온도로 설정하고, 챔버(50) 내의 온도가 안정화된 후 제어장치(60)에 의해 흑체 소스(10)의 온도를 상승 또는 하강시키면서 열상 카메라(20)를 테스트한다.
그러나, 상기 시스템은 챔버(50) 내부의 온도를 여러가지 온도로 설정함으로 써 열상 카메라(20)의 주변 온도를 변경할 수 있다는 장점이 있지만, 챔버(50) 내부의 온도 안정화를 위한 쿨링 작업으로 인해 흑체 소스(10)의 온도 안정화가 방해되어 흑체 소스(10)의 온도 안정화에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다. 또한, 흑체 소스(10)의 온도를 매우 높은 정확도, 예를 들면, 0.001K의 정확도를 가지고 안정화시켜야 하는 경우, 챔버 내 공기의 열 대류 현상에 의해 흑체 소스(10)의 온도 손실 등 온도 변화가 발생되어 흑체 소스(10)의 온도 안정화 시간이 길어지고, 미세한 온도 조정이 어려운 문제점이 있었다. 또한, 흑체 소스(10)의 온도가 챔버(50) 내부의 온도보다 낮은 온도로 설정될 때는 결로현상이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 높은 정확도를 가지고 흑체 소스의 온도를 조정하면서도 흑체 소스의 온도 안정화 시간을 줄일 수 있는 진공 흑체 소스 패키지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지는, 진공용기; 진공용기 내에 설치된 흑체 소스; 흑체 소스에 결합된 상태로 진공용기의 내측면에 설치되어 있으며, 흑체 소스를 냉각 또는 가열하는 냉각·가열기; 및 상기 흑체 소스에 부착되어 있으며, 흑체 소스의 온도를 감지하는 온도센서;를 포함하고, 상기 흑체 소스로부터 방사되는 적외선이 상기 진공용기 외부로 나갈 수 있도록 상기 진공용기에는 적외선 투과 재질의 윈도우가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지는 흑체 소스가 진공용기 내에 설치되어 있기 때문에 주변 공기의 온도 변화에 영향받지 않아, 즉, 주변 공기의 열 대류 현상에 영향받지 않아, 높은 정확도를 가지고 흑체 소스의 온도를 조정할 수 있을 뿐만 아니라 흑체 소스의 온도 안정화에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
상기 윈도우의 재질은 게르마늄, 실리콘, 사파이어 및 칼코게나이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나이고, 상기 윈도우는 무반사 코팅처리되어 있다.
상기 진공 흑체 소스 패키지는, 상기 냉각·가열기가 설치된 상기 진공용기 의 측면으로 상기 진공용기의 외측면에 설치된 방열기를 더욱 포함하는 것이 바람직하다. 방열기의 기능은 진공용기 내부에 있는 냉각·가열기, 구체적으로는 열전냉각기의 동작을 보면 이해될 수 있다. 열전냉각기의 특성은 한 면이 가열 상태 일때 다른 한 면은 냉각 상태로 된다. 만약, 방열기가 없다면 열전냉각기의 양면의 온도 차이가 시간에 따라 점점 없어지게 된다. 따라서, 방열기를 이용하여 열전냉각기의 최소한 한 면을 주변 온도로 냉각시킴으로써 열전냉각기의 양면의 온도차를 크게 할 수 있다. 예를 들어 열전냉각기는 양면의 온도 차이가 최대 90도까지 차이 날 수 있는데, 이때 방열기가 없다면 열전냉각기의 양면의 온도차이가 줄어들 뿐만아니라 양면의 온도가 같이 동반 상승하게 되어 최종적으로 온도의 안정이 아닌 온도의 이탈 현상이 나타내게 된다. 이러한 이유로 열전냉각기의 한 면에 연결된 방열기는 지속적으로 열전냉각기의 한 면의 온도를 고정하는 역할을 담당하게 되고 이러한 방열기의 기능으로 인해 열전냉각기의 한 면의 온도제어가 가능해진다. 일반적으로 방열기는 열전냉각기의 최대 열용량을 충분히 싱크(Sink) 시킬 정도의 표면적을 갖으며 더욱 원활한 방열을 위해 강제 송풍 방식을 채택한다. 가장 이상적인 것은 방열기의 무한한 크기 및 방열기의 완벽한 열전도도와 더불어 주변온도의 절대적 안정이라고 할 수 있겠다. 그러나, 이러한 이상적인 방열 구조를 확보할 수 없으므로 2중 구조의 열전냉각기를 사용하기도 한다.
또한, 상기 진공 흑체 소스 패키지는, 상기 방열기에 장착되어 있으며, 상기 방열기에 냉각 공기를 제공하는 냉각팬을 더욱 포함하는 것이 바람직하다.
상기 냉각·가열기는 열전냉각기(thermoelectric cooler, TEC)인 것을 특징 으로 한다. 이 외에도, 냉각·가열기로써 별개의 외부 냉각 펌프에 의한 냉각기와 히터가 사용될 수 있다.
상기 진공 흑체 소스 패키지는, 상기 진공용기에 연결되어 있으며, 상기 진공용기의 진공 수치가 설정치를 초과하면 상기 진공 수치를 설정치 이하로 낮추는 진공펌프;를 더욱 포함하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지는 흑체 소스가 진공용기 내에 설치되어 있기 때문에 주변 공기의 온도 변화에 영향받지 않아, 즉, 주변 공기의 열 대류에 영향받지 않아 높은 정확도를 가지고 흑체 소스 온도를 조정할 수 있으면서도 흑체 소스의 온도 안정화에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
또한, 흑체 소스의 온도가 챔버 내부의 온도보다 낮은 온도로 설정될 때 발생하는 결로 현상을 방지하는 효과를 도모할 수 있다. 결로 현상이 발생하면 수분에 의한 흑체 소스의 온도와 방사율이 변화하게 되므로 흑체 소스로서의 본질적인 역할을 할 수 없게 된다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 진공 흑체 소스 패키지(1000)는, 진공용기(110), 흑체 소 스(100), 냉각·가열기(120), 및 온도센서(130)를 포함하고 있다. 상기 흑체 소스(100)는 진공용기(110) 내에 위치되어 있다. 흑체 소스(100)는 열을 방사하는 역할을 하는데, 방사율이 거의 1에 가까운 기존의 공지된 흑체 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 진공용기(110) 내의 진공은 적어도 10-3 토르(torr) 이하로 유지되는 것이 바람직하다. 상기 흑체 소스(100)를 냉각 또는 가열하여 온도를 조정하는 냉각·가열기인 열전냉각기(thermoelectric cooler, TEC, 120)는 상기 흑체 소스(100)에 결합되어 있다. 상기 열전 냉각기(120)는 좀더 원활한 온도 안정을 위해 이중 구조로 된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 열전냉각기(120)는 진공용기(110)의 내측으로 일측면에 설치되어 있다. 본 실시예에서는 냉각·가열기로써 열전냉각기(120)가 사용되었으나, 대안의 다른 실시예에서는 별개의 외부 냉각 펌프에 의한 냉각기와 히터가 사용될 수 있다.
상기 흑체 소스(100)에는 흑체 소스(100)의 온도를 감지하여 제1 컨트롤러(미도시)에 흑체소소(100)의 온도 데이터를 제공하는 온도센서(130)가 부착되어 있다. 도 5에서는 상기 온도센서(130)가 흑체 소스(100)의 상부에 부착되어 있으나, 부착 위치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 흑체 소스(100)의 하부 내지는 전방부 등에 부착될 수 있다.
상기 진공용기(110)에는 상기 흑체 소스(100)로부터 방사되는 적외선이 상기 진공용기(110) 외부로 나갈 수 있도록 적외선 투과 재질의 윈도우(140)가 설치되어 있다. 구체적으로, 윈도우(140)는 열전냉각기(120)와 결합되어 있는 흑체 소 스(100)의 면의 반대편 면이 바라보고 있는 진공용기(110) 측면에 설치되어 있다. 상기 윈도우(140)의 재질은 적외선이 투과되는 재질이면 되는데, 바람직하게는, 게르마늄, 실리콘, 사파이어 및 칼코게나이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나이다. 본 실시예에서는 게르마늄 재질의 윈도우가 사용되었다. 게르마늄 재질의 윈도우는 파장이 1 마이크로메타 내지 20마이크로메타의 적외선을 투과시킬 수 있도록 제작되었다. 또한, 상기 윈도우(140)는 흑체 소스(100)로부터 방사되는 적외선이 반사되지 않도록 무반사 코팅처리 되어 있다.
도 6은 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 진공 흑체 소스 패키지(1000)는, 진공용기(110), 흑체 소스(100), 냉각·가열기(120), 온도센서(130) 및 방열기(150)를 포함하고 있다. 흑체 소스(100)는 진공용기(110) 내에 위치되어 있다. 흑체 소스(100)는 열을 방사하는 역할을 하는데, 방사율이 거의 1에 가까운 기존의 공지된 흑체 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 흑체 소스(100)를 냉각 또는 가열하여 온도를 조정하는 냉각·가열기인 열전냉각기(120)는 상기 흑체 소스(100)에 결합되어 있다. 상기 열전냉각기(120)는 진공용기(110)의 내측으로 일측면에 설치되어 있다. 본 실시예에서는 냉각·가열기로써 열전냉각기(120)가 사용되었으나, 대안의 다른 실시예에서는 별개의 외부 냉각 펌프에 의한 냉각기와 히터가 사용될 수 있다.
냉각·가열기인 열전냉각기(120)가 설치된 진공용기(110)의 측면으로 진공용기(110)의 외측면에는 방열기(150)가 설치되어 있다.
상기 흑체 소스(100)에는 흑체 소스(100)의 온도를 감지하여 제1 컨트롤러(미도시)에 흑체소소(100)의 온도 데이터를 제공하는 온도센서(130)가 부착되어 있다. 도 6에서는 상기 온도센서(130)가 흑체 소스(100)의 상부에 부착되어 있으나, 부착 위치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 흑체 소스(100)의 하부 내지는 전방부 등에 부착될 수 있다.
상기 진공용기(110)에는 상기 흑체 소스(100)로부터 방사되는 적외선이 상기 진공용기(110) 외부로 나갈 수 있도록 적외선 투과 재질의 윈도우(140)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 열전냉각기(120)와 결합되어 있는 흑체 소스(100)의 면의 반대편 면이 바라보고 있는 진공용기(110) 측면에 설치되어 있다. 상기 윈도우(140)의 재질은 적외선이 투과되는 재질이면 되는데, 바람직하게는, 게르마늄, 실리콘, 사파이어 및 칼코게나이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나이다. 본 실시예에서는 실리콘 재질의 윈도우가 사용되었다. 실리콘 재질의 윈도우는 파장이 1 마이크로메타 내지 20마이크로메타의 적외선을 투과시킬 수 있도록 제작되었다. 또한, 상기 윈도우(140)는 흑체 소스(100)로부터 방사되는 적외선이 반사되지 않도록 무반사 코팅처리 되어 있다.
도 7은 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 진공 흑체 소스 패키지(1000)는, 진공용기(110), 흑체 소스(100), 냉각·가열기(120), 온도센서(130), 방열기(150), 및 냉각팬(160)을 포함하고 있다. 상기 흑체 소스(100)는 진공용기(110) 내에 위치되어 있다. 흑체 소 스(100)는 열을 방사하는 역할을 하는데, 방사율이 거의 1에 가까운 기존의 공지된 흑체 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 흑체 소스(100)를 냉각 또는 가열하여 온도를 조정하는 냉각·가열기인 열전냉각기(120)는 상기 흑체 소스(100)에 결합되어 있다. 상기 열전냉각기(120)는 진공용기(110)의 내측으로 일측면에 설치되어 있다. 본 실시예에서는 냉각·가열기로써 열전냉각기(120)가 사용되었으나, 대안의 다른 실시예에서는 별개의 외부 냉각 펌프에 의한 냉각기와 히터가 사용될 수 있다.
냉각·가열기인 열전냉각기(120)가 설치된 진공용기(110)의 측면으로 진공용기(110)의 외측면에는 방열기(150)가 설치되어 있다. 또한, 방열기(150)에는 팬의 회전을 통해 냉각 공기를 제공하는 냉각팬(160)이 장착되어 있다. 냉각팬(160)에 의해 방열기를 냉각시킴으로써, 흑체 소스의 정확한 온도제어를 가능해진다.
상기 흑체 소스(100)에는 흑체 소스(100)의 온도를 감지하여 제1 컨트롤러(미도시)에 흑체소소(100)의 온도 데이터를 제공하는 온도센서(130)가 부착되어 있다. 도 7에서는 상기 온도센서(130)가 흑체 소스(100)의 상부에 부착되어 있으나, 부착 위치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 흑체 소스(100)의 하부 내지는 전방부 등에 부착될 수 있다.
상기 진공용기(110)에는 상기 흑체 소스(100)로부터 방사되는 적외선이 상기 진공용기(110) 외부로 나갈 수 있도록 적외선 투과 재질의 윈도우(140)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 열전냉각기(120)와 결합되어 있는 흑체 소스(100)의 면의 반대편 면이 바라보고 있는 진공용기(110) 측면에 설치되어 있다. 상기 윈도우(140) 의 재질은 적외선이 투과되는 재질이면 되는데, 바람직하게는, 게르마늄, 실리콘, 사파이어 및 칼코게나이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나이다. 본 실시예에서는 게르마늄 재질의 윈도우가 사용되었다. 게르마늄 재질의 윈도우는 파장이 1 마이크로메타 내지 20마이크로메타의 적외선을 투과시킬 수 있도록 제작되었다. 또한, 상기 윈도우(140)는 흑체 소스(100)로부터 방사되는 적외선이 반사되지 않도록 무반사 코팅처리 되어 있다.
도 8은 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 진공 흑체 소스 패키지(1000)는, 진공용기(110), 흑체 소스(100), 냉각·가열기(120), 온도센서(130) 및 진공펌프(170)를 포함하고 있다. 흑체 소스(100)는 진공용기(110) 내에 위치되어 있다. 흑체 소스(100)는 열을 방사하는 역할을 하는데, 방사율이 거의 1에 가까운 기존의 공지된 흑체 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 흑체 소스(100)를 냉각 또는 가열하여 온도를 조정하는 냉각·가열기인 열전냉각기(120)는 상기 흑체 소스(100)에 결합되어 있다. 상기 열전냉각기(120)는 진공용기(110)의 내측으로 일측면에 설치되어 있다. 본 실시예에서는 냉각·가열기로써 열전냉각기(120)가 사용되었으나, 대안의 다른 실시예에서는 별개의 외부 냉각 펌프에 의한 냉각기와 히터가 사용될 수 있다.
상기 흑체 소스(100)에는 흑체 소스(100)의 온도를 감지하여 제1 컨트롤러(미도시)에 흑체소소(100)의 온도 데이터를 제공하는 온도센서(130)가 부착되어 있다. 도 8에서는 상기 온도센서(130)가 흑체 소스(100)의 상부에 부착되어 있으나, 부착 위치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 흑체 소스(100)의 하부 내지는 전방부 등에 부착될 수 있다.
상기 진공용기(110)에는 상기 흑체 소스(100)로부터 방사되는 적외선이 상기 진공용기(110) 외부로 나갈 수 있도록 적외선 투과 재질의 윈도우(140)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 열전냉각기(120)와 결합되어 있는 흑체 소스(100)의 면의 반대편 면이 바라보고 있는 진공용기(110) 측면에 설치되어 있다. 상기 윈도우(140)의 재질은 적외선이 투과되는 재질이면 되는데, 바람직하게는, 게르마늄, 실리콘, 사파이어 및 칼코게나이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나이다. 본 실시예에서는 사파이어 재질의 윈도우가 사용되었다. 사파이어 재질의 윈도우는 파장이 1 마이크로메타 내지 20마이크로메타의 적외선을 투과시킬 수 있도록 제작되었다. 또한, 상기 윈도우(140)는 흑체 소스(100)로부터 방사되는 적외선이 반사되지 않도록 무반사 코팅처리 되어 있다.
한편, 진공용기(110)에는 파이프(175)를 통해 진공 펌프(170)가 연결되어 있다. 장기간 사용으로 인해 진공용기(110)의 진공 수치가 설정치, 예를 들면 10-3 토르를 초과하게 되면 상기 진공펌프(170)를 이용하여 상기 진공 수치를 설정치 이하로 낮출 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 진공 흑체 소스 패키지(1000)는, 진공용기(110), 흑체 소 스(100), 냉각·가열기(120), 온도센서(130), 방열기(150), 냉각팬(160) 및 진공펌프(170)를 포함하고 있다. 흑체 소스(100)는 진공용기(110) 내에 위치되어 있다. 흑체 소스(100)는 열을 방사하는 역할을 하는데, 방사율이 거의 1에 가까운 기존의 공지된 흑체 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 흑체 소스(100)를 냉각 또는 가열하여 온도를 조정하는 냉각·가열기인 열전냉각기(120)는 상기 흑체 소스(100)에 결합되어 있다. 상기 열전냉각기(120)는 진공용기(110)의 내측으로 일측면에 설치되어 있다. 본 실시예에서는 냉각·가열기로써 열전냉각기(120)가 사용되었으나, 대안의 다른 실시예에서는 별개의 외부 냉각 펌프에 의한 냉각기와 히터가 사용될 수 있다.
냉각·가열기인 열전냉각기(120)가 설치된 진공용기(110)의 측면으로 진공용기(110)의 외측면에는 방열기(150)가 설치되어 있다. 또한, 방열기(150)에는 팬의 회전을 통해 냉각 공기를 제공하는 냉각팬(160)이 장착되어 있다. 냉각팬(160)에 의해 방열기를 냉각시킴으로써, 흑체 소스의 정확한 온도제어를 가능해진다.
상기 흑체 소스(100)에는 흑체 소스(100)의 온도를 감지하여 제1 컨트롤러(미도시)에 흑체소소(100)의 온도 데이터를 제공하는 온도센서(130)가 부착되어 있다. 도 9에서는 상기 온도센서(130)가 흑체 소스(100)의 상부에 부착되어 있으나, 부착 위치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 흑체 소스(100)의 하부 내지는 전방부 등에 부착될 수 있다.
상기 진공용기(110)에는 상기 흑체 소스(100)로부터 방사되는 적외선이 상기 진공용기(110) 외부로 나갈 수 있도록 적외선 투과 재질의 윈도우(140)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 열전냉각기(120)와 결합되어 있는 흑체 소스(100)의 면의 반대편 면이 바라보고 있는 진공용기(110) 측면에 설치되어 있다. 상기 윈도우(140)의 재질은 적외선이 투과되는 재질이면 되는데, 바람직하게는, 게르마늄, 실리콘, 사파이어 및 칼코게나이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나이다. 본 실시예에서는 칼코게나이드 재질의 윈도우가 사용되었다. 칼코게나이드 재질의 윈도우는 파장이 1 마이크로메타 내지 20마이크로메타의 적외선을 투과시킬 수 있도록 제작되었다. 또한, 상기 윈도우(140)는 흑체 소스(100)로부터 방사되는 적외선이 반사되지 않도록 무반사 코팅처리 되어 있다.
한편, 진공용기(110)에는 상기 진공용기(110)의 진공 수치가 설정치를 초과하면 상기 진공 수치를 설정치 이하로 낮추는 진공펌프(170)가 파이프(175)를 통해 연결되어 있다.
이제, 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지를 이용한 열상 카메라의 온도보정 공정에 대하여 살펴보기로 한다.
도 10은 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지가 사용된 열상 카메라의 온도 보정 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 도 10을 참조하면, 열상 카메라(200)의 주변온도가 제어될 수 있는 챔버(500)를 실험실 내에 설치하고, 이 챔버(500) 내에 도 7에 도시된 것과 같은 진공 흑체 소스 패키지(1000) 및 테스트해야 할 열상 카메라(200)를 위치시킨다. 흑체 소스(100)의 온도를 제어하기 위한 제1 컨트롤러(300)가 진공 흑체 소스 패키지(1000)에, 보다 구체적으로는 흑체 소스(100)에 결합되어 있는 열전냉각기(120)에 연결된다. 또한, 상기 제1 컨트롤 러(300)는 냉각팬(160)에도 연결된다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상기 제1 컨트롤러(300), 제2 컨트롤러(400), 열상 카메라(200) 등을 제어하는 중앙 컴퓨터가 챔버(500) 외부에 존재한다. 중앙 컴퓨터의 역할은 다음과 같다.
흑체 소스(100)의 온도와 열상 카메라(200)의 주변 온도(챔버 내부의 온도)를 모니터링한다. 흑체 소스(100)의 온도 및 챔버 내부의 온도를 제어하는 제어명령을 제1 컨트롤러(300) 및 제2 컨트롤러(400)에 각각 전송한다. 열상 카메라(200)의 온도보정 작업이 수행되면서 열상 카메라(200)로부터 획득되는 온도 데이터를 취합한다. 상기 온도 데이터를 바탕으로 열상 카메라(200)에 입력될 온도 보정값을 계산한다. 열상 카메라(200)의 온도 보정값과 열상 카메라(200)의 주요 관련 데이터를 중앙 컴퓨터의 데이터베이스에 저장한다. 또한, 제1 컨트롤러(300), 제2 컨트롤러(400) 및 열상 카메라(200) 이외에 시스템을 구성하는 모든 장치에 대한 제어를 담당한다. 또한, 냉각팬(160)의 회전을 제어하는 제어명령을 제1 컨트롤러(300)에 전송한다.
이러한 시스템에서, 챔버(500) 내부의 온도를 제어하는 제2 컨트롤러(400)에 의해 챔버(500) 내부의 온도를 특정 온도로 설정하고, 챔버(500) 내부의 온도가 안정화되면, 제1 컨트롤러(300)의 제어명령에 의해 열전냉각기(120)는 흑체 소스(100)의 온도를 상승 또는 하강시켜 특정 온도 예를 들면, 10도로 설정한다. 흑체 소스(100)의 온도가 안정화되면 흑체 소스(100)에 대하여 열상 카메라(200)를 테스트한다. 이후, 흑체 소스(100)의 온도를 20도로 설정하고 이의 온도가 안정화되면, 열상 카메라(200)를 테스트한다. 이러한 작업을 흑체 소스(100)의 온도가 특정 온도로 조정될 때마다 반복하여 수행한다. 이 경우, 흑체 소스(100)는 진공용기(110) 내부에 있기 때문에 챔버(500) 내부의 온도 안정화를 위해 이루어지는 쿨링 작업에 전혀 영향받지 않는다. 또한, 흑체 소스(100)는 진공용기(110) 내부에 있으므로, 챔버(500) 내 공기의 열 대류 현상에 의해 흑체 소스(100)의 온도가 변화되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 진공 흑체소스 패키지를 사용하여 열상 카메라의 온도 보정 작업을 진행하게 되면, 매우 높은 정확도를 가지고 흑체 소스(100)의 온도를 조정할 수 있으면서도 온도 안정화에 소요되는 시간이 줄어드는 효과를 도모할 수 있다. 또한, 흑체 소스(100)의 온도를 챔버(500) 내부의 온도보다 낮은 온도로 설정한 경우에도 결로현상이 발생되지 않는다. 또한, 진공용기(110)에는 적외선 투과 재질인 게르마늄 재질의 윈도우(140)가 설치되어 있기 때문에 흑체 소스(100)로부터 방사되는 적외선은 윈도우(140)를 투과하여 진공용기(110) 외부로 나갈 수 있으므로 열상 카메라(200)는 흑체 소스(100)의 온도를 감지할 수 있다.
본 실시예에서는 진공 흑체 소스 패키지가 1개 사용된 경우를 설명하였으나, 대안의 다른 실시예에서는 진공 흑체 소스 패키지가 복수 개 사용될 수 있다. 예를 들면, 복수의 진공 흑체 소스 패키지를 다면체의 각 외측에 부착한 후 각 진공 흑체 소스 패키지의 흑체 소스 온도를 서로 상이한 온도로 설정하여 열상 카메라의 온도 보정을 작업을 진행할 수 있다. 보다 구체적으로는, 제1 진공 흑체 소스 패키지의 흑체 소스의 온도를 10도 설정한 후 먼저 제1 진공 흑체 소스 패키지에 대하여 열상 카메라의 온도보정 작업을 진행한다. 제1 진공 흑체 소스 패키지에 대 한 촬영이 진행되는 동안 20도로 설정된 제2 진공 흑체 소스 패키지의 흑체 소스의 온도를 정확히 안정화시킬 수 있다. 마찬가지로, 제2 진공 흑체 소스 패키지에 대한 촬영이 진행되는 동안 30도로 설정된 제3 진공 흑체 소스 패키지의 흑체 소스의 온도가 정확히 안정화되는 시간을 확보할 있다. 따라서, 보다 신속하게 열상 카메라의 온도 보정 작업이 진행될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 실시예에서는 한 개의 열상 카메라가 사용되었으나, 대안의 다른 실시예에서는 복수 개의 열상 카메라가 사용될 수 있다. 복수의 열상 카메라가 사용됨으로써 여러 개의 열상 카메라에 대한 온도보정 작업을 동시에 진행할 수 있어 신속한 온도 보정 작업이 이루어지는 이점이 있다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 열상 카메라 온도보정 시스템의 일 실시예을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 열상 카메라의 센서 어레이의 각 센서가 온도 상승에 따라 나타내는 성능특성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 종래 기술에 따른 열상 카메라 온도보정 시스템의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 종래 기술에 따른 열상 카메라 온도보정 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 진공 흑체 소스 패키지가 사용된 열상 카메라의 온 도 보정 시스템을 개략적으로 도시한 것이다

Claims (6)

  1. 단면이 사각형상인 진공용기;
    상기 진공용기 내에 설치된 흑체 소스;
    상기 흑체 소스에 결합된 상태로 상기 진공용기의 내측면에 설치되어 있으며, 상기 흑체 소스를 냉각 또는 가열하는 냉각·가열기; 및
    상기 흑체 소스에 부착되어 있으며, 상기 흑체 소스의 온도를 감지하는 온도센서;를 포함하고,
    상기 흑체 소스로부터 방사되는 적외선이 상기 진공용기 외부로 나갈 수 있도록, 상기 흑체 소스의 냉각·가열기와 결합되는 면의 반대편 면이 바라보는 방향으로 상기 진공용기에는 적외선 투과 재질의 윈도우가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 흑체 소스 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 윈도우의 재질은 게르마늄, 실리콘, 사파이어 및 칼코게나이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나이고, 상기 윈도우는 무반사 코팅처리되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 흑체 소스 패키지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진공용기의 외측면에 설치된 방열기;를 더욱 포함하고, 상기 방열기는 상기 냉각·가열기가 위치한 진공용기의 측면에 인접하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 흑체 소스 패키지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 방열기에 장착되어 있으며, 상기 방열기에 냉각 공기를 제공하는 냉각팬;을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 흑체 소스 패키지.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉각·가열기는 열전냉각기인 것을 특징으로 하는 진공 흑체 소스 패키지.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진공용기에 연결되어 있으며, 상기 진공용기의 진공 수치가 설정치를 초과하면 상기 진공 수치를 설정치 이하로 낮추는 진공펌프;를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 흑체 소스 패키지.
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