KR102203219B1 - 적외선 촬영 장치 및 촬영 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적외선 촬영 장치 및 촬영 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표적으로부터 방출되는 적외선을 입력받아 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치 및 촬영 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 표적으로부터 방출되는 적외선을 입력받아 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치로서, 적외선과 상이한 파장 대역을 가지며, 적외선에 따라 광량이 변화하는 측정광을 검출하여 영상으로 출력한다.

Description

적외선 촬영 장치 및 촬영 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INFRARED IMAGING}

본 발명은 적외선 촬영 장치 및 촬영 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표적으로부터 방출되는 적외선을 입력받아 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치 및 촬영 방법에 관한 것이다.

빛이 없는 야간에 표적이 방출하는 고유한 복사 에너지의 차이를 감지하는 열 영상 장비의 핵심 부품은 적외선 카메라와 같은 적외선 촬영 장치이다.

종래의 적외선 카메라는 주로 화합물 반도체인 인듐갈륨아세나이드(InGaAs)를 기반으로 하는 양자 우물형 적외선 검출기(QWIP; Quantum Well Infrared Photodetector)를 기반으로 제작되고 있었다. 이와 같은 양자 우물형 적외선 검출기는 인듐갈륨아세나이드가 근적외선 대역의 양자를 흡수하여 전자를 고에너지 준위로 여기시킴으로써 얻어지는 전기적 신호를 감지한다.

그러나, 양자 우물형 적외선 검출기는 고가의 장비와 복잡한 공정을 통하여 제조되어, 낮은 생산량 및 높은 가격으로 인하여 관련 산업의 발전에 장애 요소가 되고 있다. 또한, 인듐갈륨아세나이드는 국제 무기 거래 규정(ITAR; International Traffic in Arms Regulations)에 의하여 그 거래가 제한되고 있어, 이와 같은 양자 우물형 적외선 검출기를 대체할 수 있는 적외선 검출기에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.

KR 10-2010-0106082 A

본 발명은 표적으로부터 방출되는 적외선을 측정광을 이용하여 영상으로 출력할 수 있는 적외선 촬영 장치 및 촬영 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는, 표적으로부터 방출되는 적외선을 입력받아 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치로서, 적외선과 상이한 파장 대역을 가지며, 적외선에 따라 광량이 변화하는 측정광을 검출하여 영상으로 출력한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는, 입력받은 적외선에 반응하여 물성이 변화하는 반응층을 포함하는 반응부; 상기 반응부로 측정광을 조사하도록 배치되는 광원부; 및 상기 반응부를 투과한 측정광을 검출하도록 배치되는 촬영부;를 포함할 수 있다.

측정광은 가시광을 포함하고, 상기 촬영부는 가시광을 전하로 변환시켜 영상으로 출력하는 이미지 센서를 포함할 수 있다.

상기 광원부는 광원으로부터 출력되는 측정광을 편광시키기 위한 제1 편광판을 포함하고, 상기 촬영부는 상기 반응부를 투과한 측정광을 편광시키기 위한 제2 편광판을 포함할 수 있다.

상기 제1 편광판 및 제2 편광판은 서로 동일한 방향 또는 서로 직교하는 방향의 광축을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는, 표적으로부터 방출되는 적외선을 입력받아 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치로서, 입력받은 적외선에 반응하여 물성이 변화하는 반응층을 포함하는 반응부; 적외선의 입력 방향과 교차하는 방향으로 측정광을 조사하도록 배치되는 광원부; 적외선의 입력 방향과 측정광의 조사 방향이 교차하는 위치에 배치되어, 상기 반응부에 적외선과 측정광을 동일한 방향으로 입력시키기 위한 경로 조절부; 및 상기 반응부를 투과한 측정광을 검출하도록 배치되는 촬영부;를 포함할 수 있다.

상기 경로 조절부는 적외선은 투과시키고, 측정광은 반사시키는 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 포함할 수 있다.

상기 반응층은, 그래핀 나노 입자 또는 환원된 산화 그래핀 나노 입자가 액정에 분산되어 형성되는 형성되는 액정층;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 방법은, 표적으로부터 방출되는 적외선을 반응부에 입력하는 과정; 상기 반응부로 측정광을 조사하는 과정; 적외선에 의한 상기 반응부의 적어도 일부의 물성 변화에 따라 광량이 변화하는 측정광을 검출하는 과정; 및 검출된 측정광의 광량 분포를 영상으로 출력하는 과정;을 포함하고, 상기 측정광을 검출하는 과정은, 상기 반응부의 적어도 일부의 물성 변화에 따라 측정광의 투과율을 변화시키는 과정; 및 투과율이 변화된 측정광을 검출하는 과정;을 포함한다.

상기 측정광을 조사하는 과정은, 적외선이 입력되는 영역이 전부 중첩되는 영역으로 측정광을 조사할 수 있다.

상기 측정광의 투과율을 변화시키는 과정은, 측정광이 조사되는 영역의 온도를 변화시키는 과정;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치 및 촬영 방법에 의하면, 적외선에 따른 반응부의 물성 변화를 광학적 방법으로 검출하여 영상으로 출력함으로써, 인듐갈륨아세나이드(InGaAs)를 기반으로 하는 화합물 반도체를 사용하지 않는 적외선 촬영 장치 및 촬영 방법을 구현할 수 있다.

또한, 반응부의 물성 변화가 수 나노미터(nm)의 입경을 가지는 나노 입자에 의하여 이루어져 고해상도의 영상을 출력할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에서 측정광의 입사각에 따른 금속층의 반사율을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반응층의 일 구조를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반응층의 다른 구조를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반응층의 또 다른 구조를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반응층의 구조를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 방법을 개략적으로 나타내는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

명세서 전체에 걸쳐서 막, 영역, 또는 기판 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다.

또한, "상부" 또는 "하부"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도시되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 상대적인 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 여기서, 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치(1)는 표적(T)으로부터 방출되는 적외선(I)을 입력받아 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치(1)로서, 적외선(I)과 상이한 파장 대역을 가지며, 적외선(I)에 따라 광량이 변화하는 측정광(V)을 검출하여 영상으로 출력한다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 적외선(I)을 직접 검출하여 영상으로 출력하는 것이 아니라, 적외선(I)과 상이한 파장 대역을 가지는 측정광(V)이 적외선(I)에 따라 광량이 변화하는 것을 검출하고, 검출된 측정광(V)의 광량 분포를 영상으로 출력한다.

이를 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치(1)는 입력받은 적외선(I)에 반응하여 물성이 변화하는 반응층(도 2의 110a, 도 7의 110b)을 포함하는 반응부(100), 상기 반응부(100)로 측정광(V)을 조사하도록 배치되는 광원부(200) 및 상기 반응부(100)를 경유한 측정광(V)을 검출하도록 배치되는 촬영부(300)를 포함할 수 있다.

표적(T)은 적외선(I)을 방출하는 다양한 물체 또는 환경을 포함할 수 있다. 이와 같이, 표적(T)으로부터 방출되는 적외선(I)은 반응부(100)에 입력되며, 반응부(100)의 적어도 일부, 예를 들어 반응층은 입력되는 적외선(I)에 반응하여 물성이 변화한다. 여기서, 반응층의 물성은 반응층의 전기적 특성, 열적 특성, 화학적 특성, 기계적 특성 등을 포함할 수 있으며, 반응층은 적외선(I)이 입력되는 영역 내에서 입력되는 적외선(I)의 광량 분포에 따라 그 전기적 특성, 열적 특성, 화학적 특성, 기계적 특성 등이 다양하게 변화할 수 있다.

광원부(200)는 반응부(100)로 측정광(V)을 조사하도록 배치된다. 이와 같은, 광원부(200)는 측정광(V)을 생성하기 위한 광원(도 2의 210a, 도 7의 210b)을 포함할 수 있다. 여기서, 측정광(V)은 상기 반응부(100)에 입력되는 적외선(I)과 상이한 파장 대역을 가지는 광일 수 있다. 예를 들어, 측정광(V)은 가시광을 포함할 수 있으며, 특정 파장을 가지는 레이저를 사용할 수도 있음은 물론이다. 광원으로부터 생성되어 출력되는 측정광(V)은 반응부(100)를 향하여 조사되며, 측정광(V)은 후술하는 바와 같이 일면에 반응층(110a)이 배치되는 금속층에 조사되어 반응부(100)를 경유하거나(도 2 참조), 반응층에 직접 조사되어 반응부(100)를 경유할 수도 있다(도 7 참조).

촬영부(300)는 반응부(100)를 경유한 측정광(V)을 검출하도록 배치된다. 즉, 촬영부(300)는 반응층의 물성 변화에 따라 광량이 변화하는 측정광(V)을 검출하고, 이를 영상으로 출력한다. 여기서, 촬영부(300)에 입력되는 측정광(V)은 후술하는 바와 같이 일면에 반응층이 배치되는 금속층으로부터 반사된 측정광(V)이거나(도 2 참조), 반응층을 투과한 측정광(V)일 수도 있다(도 7 참조). 여기서, 촬영부(300)는 광원부(100)로부터 조사되어 반응층의 물성 변화에 따라 그 광량이 변화하는 측정광(V)의 광량 분포를 검출하여 영상을 생성한다. 전술한 바와 같이 측정광(V)으로 가시광을 사용하는 경우, 촬영부(300)는 가시광을 전하로 변환시켜 영상으로 출력하는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라 등의 이미지 센서(도 2의 310a, 도 7의 310b)를 포함할 수 있다.

이하에서는, 이와 같은 적외선 촬영 장치를 본 발명의 각 실시 예에 따라 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 전술한 바와 같이, 입력받은 적외선(I)에 반응하여 물성이 변화하는 반응층(110a)을 포함하는 반응부(100a), 상기 반응부(100a)로 측정광(V)을 조사하도록 배치되는 광원부(200a) 및 상기 반응부(100a)를 경유한 측정광(V)을 검출하도록 배치되는 촬영부(300a)를 그대로 포함하여, 입력되는 적외선(I)에 따른 반응층(110a)의 물성 변화를 광학적 방법으로 검출하여 영상으로 출력한다. 이에, 도 1과 관련하여 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있으므로 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

여기서, 입력되는 적외선(I)에 따른 반응층(110a)의 물성 변화를 광학적 방법으로 검출하기 위하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 표면 플라즈몬 공명(SPR; Surface Plasmon Resonance) 현상을 이용할 수 있다.

즉, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 전술한 반응부(100a), 광원부(200a) 및 촬영부(300a) 외에, 유전체(120a) 및 상기 유전체(120a) 상에 마련되는 금속층(130a)을 더 포함할 수 있다. 이때, 반응층(110a)는 금속층(130a) 상에 마련될 수 있으며, 이에 의하여 금속층(130a)의 일면에는 반응층(110a)이 배치되며, 일면과 반대측인 금속층(130a)의 타면에는 유전체(120a)가 배치된다. 따라서, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 유전체(120a), 상기 유전체(120a) 상에 마련되는 금속층(130a), 상기 금속층(130a) 상에 마련되어, 입력받은 적외선(I)에 반응하여 물성이 변화하는 반응층(110a)을 포함하는 반응부(100a), 상기 반응부(100a)로 측정광(V)을 조사하도록 배치되는 광원부(200a) 및 상기 반응부(100a)를 경유한 측정광(V)을 검출하도록 배치되는 촬영부(300a)를 포함할 수 있다.

유전체(120a)는 다양한 유전 물질로 이루어질 수 있으며, 유리 등을 절단하여 형성되는 프리즘(prism)을 포함할 수 있다. 여기서, 프리즘은 삼각형 또는 반원형의 단면을 가지는 기둥의 형상으로 형성될 수 있으며, 프리즘의 일 평면 상에는 금속층(130a)이 마련된다.

금속층(130a)은 유전체(120a) 상에 마련된다. 금속층(130a)은 금(Au), 은(Ag) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있으며, 유전체(120a) 상에 50nm 이하의 두께로 형성될 수 있다. 여기서, 광원부(100a)는 측정광(V)이 유전체(120a)를 경유하여 금속층(130a)의 타면에 설정된 입사각으로 조사되도록 배치될 수 있다. 또한, 촬영부(300a)는 금속층(130a)의 타면으로부터 반사되어 유전체(120a)를 경유한 측정광(V)이 입력되도록 배치될 수 있다.

표면 플라즈몬은 금속층(130a)으로 조사되는 측정광(V)에 의하여 유전체(120a)와 금속층(130a)의 경계면을 따라 진행하는 전자기파의 일종이다. 여기서, 표면 플라즈몬 공명 현상은 유전체(120a)와 금속층(130a)의 경계면에 전반사를 발생시키는 각도 이상의 값을 가지는 특정 각도, 즉 공명 각도로 측정광(V)을 입사시키는 경우, 유전체(120a)와 금속층(130a)의 경계면에서 광원부(200a)로부터 조사되는 측정광(V)이 거의 전부 흡수되는 현상을 의미한다.

도 3은 측정광의 입사각에 따른 금속층의 반사율을 나타내는 도면이다.

도 3에서 실선으로 도시된 바와 같이, 측정광(V)이 전반사를 발생시키는 각도 이상의 값을 가지는 입사각으로 조사되는 경우 측정광(V)은 금속층(130a)의 타면으로부터 반사된다. 이때, 적외선(I)이 입력되지 않은 상태에서는 측정광(V)이 금속층(130a)의 타면에 θ(°)의 입사각으로 입사되는 경우, 표면 플라즈몬 공명 현상에 의하여 측정광(V)은 유전체(120a)와 금속층(130a)의 경계면에서 대부분 흡수됨을 알 수 있다. 여기서, 측정광(V)이 유전체(120a)와 금속층(130a)의 경계면에서 대부분 흡수되는 입사각을 공명각으로 정의한다.

이 경우, 반응층(110a)에 적외선(I)이 입력되어 반응층(110a)의 물성이 변화하게 되면, 도 2에서 점선으로 도시된 바와 같이 공명각이 θ(°)에서 θ'(°)로 변경된다. 이와 같은 공명각의 변경은 금속층(130a)의 반사율을 도 3에서 화살표로 도시한 바와 같이 변화시키게 된다. 따라서, 반응층(110a)의 물성 변화에 따라 금속층(130a)의 타면으로부터 반사되는 측정광(V)의 광량은 변화하게 되고, 촬영부(300a)는 이와 같이 광량이 변화하는 측정광(V)을 검출하여 영상으로 출력할 수 있게 된다.

이때, 광원부(200a)는 반응부(100a), 예를 들어 반응층(110a)에 적외선(I)이 입력되지 않는 상태에서 측정광(V)이 상기 금속층(130a)의 표면 플라즈몬과 공명하는 입사각으로 조사되도록 배치될 수 있다. 즉, 광원부(200a)는 반응부(100a)에 적외선(I)이 입력되지 않는 상태에서 측정광(V)이 공명각으로 상기 금속층(130a)의 타면에 조사되도록 배치될 수 있다. 이 경우, 반응부(100a)에 촬영의 대상이 되는 표적(T)이 존재하지 않는 등의 이유로 적외선(I)이 입력되지 않는 경우, 촬영부(300a)에 입력되는 측정광(V)의 광량을 최소화하여 원하지 않는 영상의 출력을 방지할 수 있다.

이때, 반응부(100a)는 반응층(110a)을 수용하기 위하여 금속층(130a) 상에 이격 배치되는 제1 기판(140a) 및 상기 금속층(130a)과 제1 기판(140a) 사이에서 반응층(110a)을 수용하기 위한 내부 공간을 형성하는 스페이서(150a)를 더 포함할 수 있다.

제1 기판(140a)은 적외선(I)이 투과되도록 투명 재질로 이루어질 수 있다. 제1 기판(140a)은 금속층(130a) 상에 이격 배치되며, 금속층(130a)과 제1 기판(140a) 사이에는 반응층(110a)이 배치된다. 이는, 반응층(110a)의 적어도 일부가 후술하는 바와 같이 액체 상태를 가질 수 있기 때문이다. 금속층(130a)과 제1 기판(140a) 사이에는 반응층(110a)을 수용하기 위한 내부 공간을 형성하는 스페이서(150a)가, 예를 들어 금속층(130a) 또는 제1 기판(140a)의 가장자리를 따라 배치되고, 이에 의하여 형성되는 내부 공간에는 적어도 일부가 액체 상태를 가지는 반응층(110a)이 수용된다.

또한, 반응부(100a)는 유전체(120a)의 일 평면의 가장자리 또는 금속층(130a)의 가장자리로부터 적외선(I)의 입력 경로를 따라 연장되는 하우징부(160a)를 더 포함할 수 있으며, 유전체(120a) 또는 금속층(130a)에 접촉되는 일단의 반대측인 하우징부(160a)의 타단은 근적외선 투과 필터(170a)에 의하여 차폐될 수 있다. 여기서, 근적외선 투과 필터(170a)는 특정 파장 대역, 예를 들어 0.9㎛ 이상, 1.7㎛ 이하의 파장 대역을 가지는 적외선(I)을 선별하여 투과시킬 수 있다.

한편, 반응부(100a)는 적외선(I)이 입력되는 경로 상에 배치되어, 적외선(I)을 집광하여 반응층(110a)으로 입력시키기 위한 제1 광학부(180a)를 더 포함할 수 있다. 제1 광학부(180a)는 집광된 적외선(I)이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위하여 하우징부(160a)의 내부에 배치될 수 있으며, 적외선(I)을 굴절 또는 회절시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 제1 광학부(180a)는 적외선(I)의 광량을 전체적으로 조절하기 위한 조리개 및 적외선(I)의 초점 거리를 조절하기 위한 초점 조절 수단을 더 포함할 수도 있음은 물론이다.

한편, 광원부(200a)는 측정광(V)을 생성하여 출력하기 위한 광원(210a) 및 상기 광원(210a)으로부터 생성되는 측정광(V)의 출력 경로 상에 배치되어, 측정광(V)을 집광하여 반응부(100a)로 조사하기 위한 제2 광학부(220a)를 포함할 수 있다.

광원(210a)은 점 광원 또는 면 광원을 포함할 수 있다. 광원(210a)이 점 광원을 포함하는 경우, 제2 광학부(220a)는 점 광원으로부터 출력되는 측정광(V)을 발산시키기 위한 공간 필터(spacial filter)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 광학부(220a)는 측정광(V)을 굴절 또는 회절시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 여기서, 공간 필터는 핀-홀(pin-hole)을 구비하며, 공간 필터에 의하여 발산된 측정광(V)은 측정광(V)을 굴절 또는 회절시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 경유하여 조사 방향에 평행하게 시준(collimate)될 수 있다. 또한, 제2 광학부(220a)는 측정광(V)을 편광시키기 위한 제1 편광판(222a)을 더 포함할 수 있으며, 광원(210a)으로부터 출력된 측정광(V)은 제1 편광판(222a)에 의하여 일 방향으로 편광될 수 있다. 이외에도, 광원(201a)은 측정광(V)의 광량을 전체적으로 조절하기 위한 조리개 및 측정광(V)의 초점 거리를 조절하기 위한 초점 조절 수단을 더 포함할 수도 있다. 또한, 측정광(V)으로 백색광을 사용하는 경우 필요에 따라 특정 파장 대역의 측정광(V)만을 투과시키기 위한 단파장 필터를 사용할 수도 있으며, 레이저와 같이 이미 편광된 측정광(V)의 경우 원하는 편광 방향을 얻기 위하여 광원부(200a)와 제1 편광판(222a) 사이에 반파장판을 배치시킬 수도 있다.

촬영부(300a)는 측정광(V)을 검출하여 영상으로 출력하는 이미지 센서(310a) 및 상기 이미지 센서(310a)로 입력되는 측정광(V)의 전달 경로 상에 배치되어, 측정광(V)을 집광하여 이미지 센서(310a)로 입력시키기 위한 제3 광학부(320a)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 제3 광학부(320a)는 측정광(V)을 굴절 또는 회절시키기 위한 하나 이상의 렌즈 및 이미지 센서(310a)로 입력되는 측정광(V)의 광량을 조절하기 위한 조리개를 포함할 수 있으며, 이외에 이미지 센서(310a)로 입력되는 측정광(V)의 초점 거리를 조절하기 위한 초점 조절 수단을 더 포함할 수도 있다.

이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여, 입력되는 적외선(I)에 따라 물성이 변화하는 반응층(110a)의 구조를 보다 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반응층의 일 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반응층의 다른 구조를 나타내는 도면이다. 또한, 도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반응층의 또 다른 구조를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반응층(110a)은 양자점을 포함하는 나노 입자로 형성되어, 금속층(130a) 상에 마련되는 흡수층(114a) 및 액체 상태를 가지며, 상기 흡수층(114a) 상에 마련되는 전하 공급층(116)을 포함할 수 있다.

양자점(quantum dot)은 수 나노미터(nm)의 입경을 가지는 크기가 매우 작은 반도체 결정을 의미한다. 여기서, 양자점으로는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, CdHgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb; SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe, SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe, SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe; Si, Ge, SiC 및 SiGe 등 다양한 반도체 결정을 사용할 수 있으나, 적외선 영역의 빛을 흡수하는 특성이 우수한 PbS 및 PbSe 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

양자점은 표면에 제1 리간드가 결합되어 기능화 처리될 수 있다. 제1 리간드는 양자점의 크기를 결정하고, 분산 안정성을 향상시키기 위하여 양자점에 결합될 수 있다. 이와 같은 제1 리간드로는 유기물을 사용할 수 있다. 양자점에 결합되는 제1 리간드로는 올레산(oleic acid)을 사용할 수 있으나, 올레산은 유기 용매 내에서의 분산 안정성이 매우 뛰어난 반면, 수용액 내에서는 녹지 않는 특성을 가진다. 따라서, 제1 리간드는 시스테아민(cysteamin) 등의 티올(thiol)계 리간드를 사용할 수 있다. 티올계 리간드는 알케인(alkane)에 -SH 작용기가 결합되는 화합물을 의미하며, 이와 같은 티올계 리간드는 물에서 잘 녹을 수 있어 수용액 내에서의 분산 안정성을 향상시킬 수 있으며, 금속층(130a)에의 부착을 용이하게 한다. 흡수층(114a)은 양자점 및 제1 리간드를 포함하는 콜로이드를 금속층(130a) 상에 도포하고, 이를 건조하여 고체 상태로 형성될 수 있다.

전하 공급층(116a)은 흡수층(114a)이 적외선을 흡수하여 가전자대(valence band)의 전자가 전도대(conduction band)로 여기되면, 흡수층(114a)에 전하, 즉 전자를 공급하는 기능을 수행한다. 이와 같은 전자 공급층(116a)으로는 TEA-HCl(triethanolamine-hydrochloride)을 사용할 수 있다. TEA-HCl는 흡수층(114a) 상에서 액체 상태로 존재하며, 흡수층(114a)으로부터 전자가 방출되는 경우 흡수층(114a)에 충분한 양의 전자를 제공한다.

이와 같이, 반응층(110a)이 흡수층(114a) 및 전하 공급층(116a)을 포함하는 경우, 제1 광학부(180a)를 통과하여 입력되는 적외선(I)은 제1 기판(140a)을 투과하여 흡수층(114a)에 입력된다. 이때, 흡수층(114a)에 포함되는 양자점은 적외선(I)을 흡수하게 되고, 흡수한 적외선(I)에 의하여 가전자대로부터 전도대로 여기된 전자는 측정광(V)과 금속층(130a)의 표면 플라즈몬이 공명하는 각도를 변경시킨다. 결국, 공명 각도가 변경됨에 따라 금속층(130a)의 타면으로부터 반사되어 촬영부(300a)로 입력되는 측정광(V)의 광량은 증가하게 되고, 촬영부(300a)는 이와 같이 광량이 증가한 측정광(V)을 입력받아 영상으로 출력할 수 있게 된다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반응층(110a)의 다른 구조는 금속 나노 입자로 형성되어, 금속층(130a)과 흡수층(114a) 사이에 마련되는 전하 축적층(112a)을 더 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반응부(110a)의 다른 구조는 도 4와 관련하여 전술한 흡수층(114a)과 전하 공급층(116a)을 동일하게 포함하되, 금속층(130a)과 흡수층(114a) 사이에 전하 축적층(112a)이 추가로 마련되는 구조를 가진다.

전하 축적층(112a)은 흡수층(114a)으로부터 여기된 전도대의 전자가 전달되어 대전되며, 수 나노미터(nm)의 입경을 가지는 금속 입자로 형성될 수 있다. 여기서, 금속 입자는 금(Au), 은(Ag) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.

전하 축적층(112a)에 포함되는 금속 나노 입자는 표면에 제2 리간드가 결합되어 기능화 처리될 수 있다. 제2 리간드는 전하 축적층(112a)과 흡수층(114a)의 결합력을 향상시키기 위하여 금속 나노 입자에 결합될 수 있으며, 이와 같은 제2 리간드로는 티오프로닌(tiopronin)을 사용할 수 있다. 티오프로닌은 흡수층(114a)의 시스테아민과 결합하여 전하 축적층(112a)과 흡수층(114a) 사이의 결합력을 향상시킨다. 이와 같은 전자 축적층(112a) 또한 금속 나노 입자 및 제2 리간드를 포함하는 콜로이드를 금속층(130a) 상에 도포하고, 건조하여 형성될 수 있다.

여기서, 반응층(110a)을 향하는 금속층(130a)의 일면은 시스타민(cystamine)으로 기능화 처리될 수 있다. 즉, 반응층(110a)을 향하는 금속층(130a)의 일면에는 금속층(510)과 결합되는 시스타민이 도포될 수 있다. 시스테아민과 시스타인은 모두 반응기로 질소 원자 하나와 수소 원자 두 개를 포함하고 있다. 시스테아민과 시스타민은 수용액 상태에서 수소 원자가 하나씩 이온화되고, 수소 원자가 하나씩 이온화된 시스테아민과 시스타인은 서로 반응하여 수소 원자끼리 공유 결합을 이루어 화학적으로 안정한 상태로 결합될 수 있게 된다. 이에 따라, 금속층(130a)과 전하 축적층(112a)의 결합력은 향상될 수 있다.

이와 같이, 금속층(130a)과 흡수층(114a) 사이에 전하 축적층(112a)이 배치되는 경우, 흡수한 적외선(I)에 의하여 가전자대로부터 전도대로 여기된 전자는 전하 축적층(112a)에 전달된다. 이때, 전자 축적층(112a)에 전달된 전자는 금속 나노 입자의 전하량을 증가시키게 되고, 이와 같은 금속 나노 입자의 전기적인 특성 변화는 측정광(V)과 금속층(130a)의 표면 플라즈몬이 공명하는 각도를 변경시킨다. 결국, 공명 각도가 변경됨에 따라 금속층(130a)의 타면으로부터 반사되어 촬영부(300a)로 입력되는 측정광(V)의 광량은 증가하게 되고, 촬영부(300a)는 이와 같이 광량이 증가한 측정광(V)을 입력받아 영상으로 출력할 수 있게 된다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 반응층(110a)의 또 다른 구조는 그래핀 나노 입자 또는 환원된 산화 그래핀 나노 입자가 액정에 분산되어 형성되는 액정층(118a)을 포함할 수 있다. 여기서, 액정층(118a)은 수 나노미터(nm)의 입경을 가지는 그래핀 나노 입자 또는 환원된 산화 그래핀 나노 입자가 액정에 분산되어 형성될 수 있다. 또한, 그래핀 나노 입자 또는 환원된 산화 그래핀 나노 입자가 분산되는 액정은 5CB, 8CB, E7 등 다양한 액정 및 이들의 조합을 사용할 수도 있음은 물론이다.

이와 같은 액정층(118a)은 전술한 바와 같이 금속층(130a), 제1 기판(140a) 및 스페이서(150a)에 의하여 형성되는 내부 공간 내에 위치된다. 이때, 도시되지는 않았으나 액정층(118a)이 수용되는 내부 공간을 향하는 제1 기판(140a의 일 표면 및 액정층(118a)이 수용되는 내부 공간을 향하는 금속층(130a)의 일 표면 중 적어도 일부에는 배향막이 형성될 수 있다.

배향막은 액정층(118a)에 포함되는 액정을 균일한 방향으로 배향하기 위하여 내부 공간을 향하는 금속층(130a) 및 제1 기판(140a)의 표면 중 적어도 일부에 형성된다. 이와 같은 배향막은 자기 조립 단분자막(SAMs; Self-Assembled Monolayers)을 포함할 수 있으며, 자기 조립 단분자막으로는 16-mercaptohexadecanoic을 사용할 수 있다. 또한, 배향막은 자기 조립 단분자막 이외에도 폴리비닐알콜(PVA) 또는 폴리이미드(PI) 등이 사용될 수 있으며, 이 경우 배향막의 러빙(rubbing) 방향에 의하여 액정의 배열 방향이 결정될 수 있게 된다.

이와 같이, 반응층(110a)이 액정층(118a)을 포함하는 경우, 제1 광학부(180a)를 통과하여 입력되는 적외선(V)은 제1 기판(140a)을 투과하여 액정층(118a)에 입력된다. 이때, 액정에 분산되어 있는 그래핀 나노 입자는 광자 에너지를 흡수하게 되고, 흡수한 광자 에너지를 열로 변화시켜 국부적으로 액정의 온도를 상승시키게 된다. 이와 같이 상승된 액정의 온도는 액정의 광축을 변화시켜 굴절률을 변화시키게 되고, 이와 같은 굴절률의 변화는 측정광(V)이 금속층(510)의 표면 플라즈몬과 공명하는 각도를 변경시키게 된다. 결국, 공명 각도가 변경됨에 따라 금속층(130a)의 타면으로부터 반사되어 촬영부(300a)로 입력되는 측정광(V)의 광량은 증가하게 되고, 촬영부(300a)는 이와 같이 광량이 증가한 측정광(V)을 입력받아 영상으로 출력할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치 또한 전술한 바와 같이, 입력받은 적외선(I)에 반응하여 물성이 변화하는 반응층(110b)을 포함하는 반응부(100b), 상기 반응부(100b)로 측정광(V)을 조사하도록 배치되는 광원부(200b) 및 상기 반응부(100b)를 경유한 측정광(V)을 검출하도록 배치되는 촬영부(300b)를 그대로 포함하여, 입력되는 적외선(I)에 따른 반응층(110b)의 물성 변화를 광학적 방법으로 검출하여 영상으로 출력한다. 이에, 도 1과 관련하여 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있으므로 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

여기서, 입력되는 적외선(I)에 따른 반응층(110b)의 물성 변화를 광학적 방법으로 검출하기 위하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 측정광(V)의 투과율 변화를 이용한다.

즉, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치는 전술한 반응부(100b), 광원부(200b) 및 촬영부(300b)를 그대로 포함하되, 촬영부(300b)는 반응부(100b)를 투과한 측정광(V)을 검출하여 영상으로 출력한다.

여기서, 광원부(200b)는 반응부(100b)를 향하여 측정광(V)을 조사하기 위한 다양한 위치에 배치될 수 있으나, 입력되는 적외선(I)에 간섭을 주는 것을 최소화하기 위하여 적외선(I)이 입력되는 방향과 다른 방향, 예를 들어 적외선(I)이 입력되는 방향과 교차하는 방향으로 측정광(V)을 조사하도록 배치될 수 있다. 이때, 적외선(I) 및 측정광(V)을 동일한 방향으로 반응부(100a)에 입력시키기 위하여, 반응부(100b)는 경로 조절부(120b)를 더 포함할 수 있다.

경로 조절부(120b)는 적외선(I) 및 상기 적외선(I)이 입력되는 방향과 다른 방향으로 출력되는 측정광(V)을 모두 반응부(120)에 동일한 방향으로 입력시키기 위하여, 적외선(I)은 투과시키고, 측정광(V)은 반사시키는 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 포함할 수 있다. 적외선(I)의 입력 방향과 측정광(V)의 출력 방향이 90°의 각도를 이루는 경우, 다이크로익 미러는 적외선(I)의 입력 방향 및 측정광(V)의 출력 방향에 대하여 각각 45°의 각도를 이루도록 배치되어 반응층(110b)에 적외선(I) 및 측정광(V)을 동일한 방향으로 입력시킬 수 있게 된다.

또한, 반응부(100b)는 반응층(110b)을 수용하기 위하여 제1 기판(140b), 상기 제1 기판(140b)으로부터 이격 배치되는 제2 기판(130b) 및 상기 제1 기판(140b)과 제2 기판(130b) 사이에서 반응층(110b)을 수용하기 위한 내부 공간을 형성하는 스페이서(150b)를 더 포함할 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 제2 기판(130b) 상에 반응층(110b)이 마련되고, 반응층(110b) 상에는 제1 기판(140b)이 마련되며, 스페이서(150b)는 제1 기판(140b) 및 제2 기판(130b)의 가장자리를 따라 배치될 수 있다. 이때, 제1 기판(140b) 및 제2 기판(130b)는 적외선(I) 및 측정광(V)이 투과되도록 투명 재질로 이루어질 수 있음은 물론이다.

한편, 반응부(100b)는 적외선(I)이 입력되는 경로 상에 배치되어, 적외선(I)을 집광하여 반응층(110b)으로 입력시키기 위한 제1 광학부(180b)를 더 포함할 수 있다. 또한, 광원부(200b)는 측정광(V)을 생성하여 출력하기 위한 광원(210b) 및 상기 광원(210b)으로부터 생성되는 측정광(V)의 출력 경로 상에 배치되어, 측정광(V)을 집광하여 반응부(100b)로 조사하기 위한 제2 광학부(220b)를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 촬영부(300b)는 측정광(V)을 검출하여 영상으로 출력하는 이미지 센서(310b) 및 상기 이미지 센서(310b)로 입력되는 측정광(V)의 전달 경로 상에 배치되어, 측정광(V)을 집광하여 이미지 센서(310b)로 입력시키기 위한 제3 광학부(320b)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 광학부(180b) 및 제2 광학부(220b)와 관련하여는 본 발명의 제1 실시 예와 관련하여 전술한 내용이 그대로 적용될 수 있다. 또한, 제3 광학부(320b)와 제3 광학부(320b)가 제2 편광판(322b)을 추가로 포함하는 점을 제외하고는 본 발명의 제1 실시 예와 관련하여 전술한 내용이 그대로 적용될 수 있으므로 이에 대한 중복적인 설명은 생략하기로 한다. 제2 편광판(322b)과 관련하여는 도 8에서 후술하기로 한다.

도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반응층의 구조를 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반응층(110b)은 액정에 분산된 그래핀 나노 입자로 형성되는 액정층(118b)를 포함할 수 있다. 여기서, 액정층(118b)은 제2 기판(130b) 상에 마련되는 점에서만 차이가 있을 뿐, 본 발명의 제1 실시 예와 관련하여 전술한 내용이 그대로 적용될 수 있다. 즉, 액정층(118b)은 수 나노미터(nm)의 입경을 가지는 그래핀 나노 입자가 액정에 분산되어 형성될 수 있으며, 여기서 그래핀 나노 입자는 환원된 그래핀 산화물 나노 입자를 포함할 수 있다. 또한, 그래핀 나노 입자가 분산되는 액정은 5CB, 8CB, E7 등 다양한 액정 및 이들의 조합을 사용할 수도 있다.

또한, 액정층(118b)이 수용되는 내부 공간을 향하는 제1 기판(140b)의 일 표면 및 액정층(118b)이 수용되는 내부 공간을 향하는 제2 기판(130b)의 일 표면 중 적어도 일부에는 배향막이 형성될 수 있으며, 배향막에 의하여 액정층(118b)에 포함되는 액정은 균일한 방향으로 배향될 수 있다. 이와 같은 배향막은 자기 조립 단분자막(SAMs; Self-Assembled Monolayers)을 포함할 수 있으며, 자기 조립 단분자막으로는 16-mercaptohexadecanoic을 사용할 수 있다. 또한, 배향막은 자기 조립 단분자막 이외에도 폴리비닐알콜(PVA) 또는 폴리이미드(PI) 등이 사용될 수 있으며, 이 경우 배향막의 러빙(rubbing) 방향에 의하여 액정의 배열 방향이 결정될 수 있게 됨은 전술한 바와 같다.

이와 같이, 반응층(110b)가 액정층(118b)을 포함하는 경우, 경로 조절부(120b)를 통과하여 입력되는 적외선(V)은 제1 기판(140b)을 투과하여 액정층(118b)에 입력된다. 이때, 액정에 분산되어 있는 그래핀 나노 입자는 광자 에너지를 흡수하게 되고, 흡수한 광자 에너지를 열로 변화시켜 국부적으로 액정의 온도를 상승시키게 된다. 이와 같이 상승된 액정의 온도는 액정의 광축을 변화시켜 굴절률을 변화시키게 되고, 이와 같은 굴절률의 변화는 측정광(V)의 이상 광선(extraordinary ray)과 정상 광선(ordinary ray)의 위상차를 변화시켜 측정광(V)의 투과율을 변화시키게 된다.

전술한 바와 같이, 광원부(200b)에 포함되는 제2 광학부(220b)는 제1 편광판(222b)을 포함할 수 있으며, 촬영부(300b)에 포함되는 제3 광학부(320b)는 제2 편광판(322b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 편광판(222b) 및 제2 편광판(322b)은 서로 동일한 방향 또는 서로 직교하는 방향의 광축을 가질 수 있다.

광원(210b)으로부터 출력되어 제1 편광판(222b)으로 입사되는 측정광(V)은 제1 편광판(222b), 반응층(110b) 및 제2 편광판(322b)를 각각 투과하여 이미지 센서(310b)로 입력된다. 이때, 액정의 온도가 상승하여 액정의 광축이 변화하게 되면, 제1 편광판(222b) 또는 제2 편광판(322b)의 광축과 액정의 광축 사이의 각도 변화에 의하여 제1 편광판(222b)으로 입사되는 측정광(V)의 광량에 대한 제2 편광판(322b)를 투과한 측정광(V)의 광량 비율은 변화하게 된다. 이러한 원리에 의하여, 이미지 센서(310b)는 측정광(V)의 투과율 변화를 검출하여 영상으로 출력할 수 있게 된다.

이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 방법에 대하여 설명하기로 한다. 적외선 촬영 방법은 전술한 적외선 촬영 장치를 사용하여 이루어질 수 있으며, 이에 적외선 촬영 장치와 관련하여 전술한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 방법은 표적(T)으로부터 방출되는 적외선(I)을 반응부(100; 100a, 100b)에 입력하는 과정(S100), 상기 반응부(100; 100a, 100b)로 측정광(V)을 조사하는 과정(S200), 적외선(I)에 의한 상기 반응부(100; 100a, 100b)의 적어도 일부의 물성 변화에 따라 광량이 변화하는 측정광(V)을 검출하는 과정(S300) 및 검출된 측정광(V)의 광량 분포를 영상으로 출력하는 과정(S400)을 포함한다.

측정광(V)을 조사하는 과정(S100)은 광원부(200; 200a, 200b)가 반응부(100; 100a, 100b)로 측정광(V)을 조사하여 이루어진다.

이때, 광원부(200; 200a, 200b)로부터 조사되는 측정광(V)은 가시광을 포함할 수 있다. 측정광(V)을 조사하는 과정(S100)에서는 측정광(V)을 반응부(100; 100a, 100b)를 향하여 설정된 입사각으로 조사할 수 있으며, 광원(210a, 220b)과 반응층(110a, 110b) 사이의 측정광(V)이 조사되는 경로 상에는 측정광(V)을 집광하기 위한 제2 광학부(810, 820)가 설치될 수 있음은 전술한 바와 같다.

측정광(V)을 조사하는 과정(S100)은 반응부(100; 100a, 100b)에 적외선이 입력되는 영역이 전부 중첩되도록 측정광(V)을 조사할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 적외선 촬영 방법은 입력되는 적외선(I)에 따른 반응부(100; 100a, 100b)의 적어도 일부의 물성 변화를 측정광(V)을 이용하여 감지한다. 이에, 적외선(I)이 입력되는 반응부(100; 100a, 100b)의 모든 영역에 대하여 측정광(V)을 조사하기 위하여, 측정광(V)을 조사하는 과정(S100)은 반응부(100; 100a, 100b)에 적외선이 입력되는 영역이 전부 중첩되도록 측정광(V)을 조사할 수 있다.

측정광(V)을 검출하는 과정(S300)은 적외선(I)에 의한 반응부(100; 100a, 100b)의 적어도 일부의 물성 변화에 따라 광량이 변화하는 측정광(V)을 검출한다. 여기서, 반응부(100; 100a, 100b)의 적어도 일부는, 예를 들어 반응층(110a, 110b)을 포함할 수 있으며, 반응층(110a, 110b)의 물성은 반응층(110a, 110b)의 전기적 특성, 열적 특성, 화학적 특성, 기계적 특성 등을 포함할 수 있다. 즉, 반응층(110a, 110b)은 입력되는 적외선(I)의 광량 분포에 따라 그 전기적 특성, 열적 특성, 화학적 특성, 기계적 특성 등이 다양하게 변화할 수 있음은 전술한 바와 같다.

측정광(V)을 검출하는 과정(S300)에서는 입력받은 적외선(I)에 따라 광량이 변화하는 측정광(V)을 검출한다. 표적(T)으로부터 방출되는 적외선이 반응부(100; 100a, 100b)에 입력되면 반응부(100; 100a, 100b)의 적어도 일부는 그 물성이 변화하게 된다. 이와 같은 반응부(100; 100a, 100b)의 물성 변화는 측정광(V)의 광량 변화를 야기시키며, 촬영부(300; 300a, 300b)는 이와 같이 광량이 증가하는 측정광(V)을 검출하게 된다.

여기서, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치를 사용하는 경우, 측정광(V)을 검출하는 과정(S300)은 반응층(110a)의 물성 변화에 따라 측정광(V)의 반사율을 변화시키는 과정 및 반사율이 변화된 측정광을 검출하는 과정을 포함할 수 있다.

이때, 반응층(110a)은 양자점을 포함하는 나노 입자로 형성되어, 금속층(130a) 상에 마련되는 흡수층(114a) 및 액체 상태를 가지며, 상기 흡수층(114a) 상에 마련되는 전하 공급층(116a)을 포함할 수 있다. 또한, 반응층(110a)은 금속 나노 입자로 형성되어, 금속층(130a)과 흡수층(114a) 사이에 마련되는 전하 축적층(112a)을 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 측정광(V)의 반사율을 변화시키는 과정에서는 입력받은 적외선(I)에 의하여 반응층(110a) 표면의 전하량을 변화시킬 수 있다.

한편, 반응층(110a)은 액정에 분산된 그래핀 나노 입자로 형성되는 액정층(118a)을 포함할 수도 있다. 이 경우, 측정광(V)의 반사율을 변화시키는 과정에서는 입력받은 적외선(I)에 반응하여, 액정의 온도를 증가시킬 수 있다.

즉, 측정광(V)의 반사율을 변화시키는 과정은 입력받은 적외선(I)에 의하여 측정광이 조사되는 영역의 표면 플라즈몬을 변화시키는 과정을 포함할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 내용은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치와 관련하여 전술한 바와 동일하므로, 중복적인 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치를 사용하는 경우, 측정광(V)을 검출하는 과정(S300)은 반응층(110b)의 물성 변화에 따라 측정광(V)의 x투과율을 변화시키는 과정 및 투과율이 변화된 측정광을 검출하는 과정을 포함할 수 있다.

이때, 반응층(110b)은 액정에 분산된 그래핀 나노 입자로 형성되는 액정층(118b)을 포함할 수 있으며, 측정광(V)의 반사율을 변화시키는 과정에서는 입력받은 적외선(I)에 반응하여, 액정의 온도를 증가시킬 수 있다.

즉, 측정광(V)의 투과율을 변화시키는 과정은 입력받은 적외선(I)에 의하여 측정광이 조사되는 영역의 온도를 변화시키는 과정을 포함할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 내용은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 적외선 촬영 장치와 관련하여 전술한 바와 동일하므로, 중복적인 설명은 생략하기로 한다.

측정광(V)의 광량 분포를 영상으로 출력하는 과정(S400)은 검출된 측정광(V)의 광량 분포를 영상으로 출력한다. 즉, 반응부(100; 100a, 100b)에는 표적(T)으로부터 적외선(I)이 입력되고, 입력되는 적외선(I)의 광량 분포에 따라, 반응층(110a, 120b)은 나노 입자 별로 그 물성이 다양하게 변화하게 된다. 이와 같은, 반응층(110a, 120b)의 물성 분포는 측정광(V)의 광량을 변화시켜 다양한 광량 분포를 야기하며, 촬영부(300; 300a, 300b)는 이와 같은 측정광(V)의 광량 분포를 영상으로 출력하게 된다.

여기서, 측정광(V)을 검출하는 과정(S300) 및 측정광(V)의 광량 분포를 영상으로 출력하는 과정(S400)은 모두 촬영부(300; 300a, 300b)에 의하여 이루어질 수 있으며, 촬영부(300; 300a, 300b)는 이와 같이 측정광(V)을 검출하고 영상으로 출력하기 위한 CCD(Charge Coupled Device) 카메라 등의 이미지 센서(310a, 310b)를 포함할 수 있음은 전술한 바와 같다.

상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

100, 100a, 100b: 반응부 110a,110b: 반응층
112a: 전하 축적층 114a: 흡수층
116a: 전하 공급층 118a, 118b: 액정층
120a: 유전체 120b: 경로 조절부
130a: 금속층 130b: 제2 기판
140a, 140b: 제1 기판 150a, 150b: 스페이서
160a: 하우징 170a: 근적외선 투과 필터
180a, 180b: 제1 광학부 200, 200a, 200b: 광원부
210a, 210b: 광원 220a, 220b: 제2 광학부
222a, 222b: 제1 편광판 300, 300a, 300b: 촬영부
310a, 310b: 이미지 센서 320a, 320b: 제3 광학부
322b: 제2 편광판

Claims (11)

1. 표적으로부터 방출되는 적외선을 입력받아 영상으로 출력하기 위한 적외선 촬영 장치로서,
   적외선과 상이한 파장 대역을 가지며, 적외선에 따라 광량이 변화하는 측정광을 검출하여 영상으로 출력하며,
   입력받은 적외선에 반응하여 물성이 변화하는 반응층을 포함하는 반응부;
   적외선의 입력 방향과 교차하는 방향으로 측정광을 조사하도록 배치되는 광원부;
   적외선의 입력 방향과 측정광의 조사 방향이 교차하는 위치에 배치되어, 상기 반응부에 적외선과 측정광을 동일한 방향으로 입력시키기 위한 경로 조절부; 및
   상기 반응부를 투과한 측정광을 검출하도록 배치되는 촬영부;를 포함하고,
   상기 경로 조절부는,
   적외선은 투과시키고, 측정광은 반사시키는 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 포함하며,
   상기 반응층은,
   적외선을 흡수하기 위한 그래핀 나노 입자 또는 환원된 산화 그래핀 나노 입자가, 흡수된 적외선에 의하여 가열되어 투과율이 변화하는 액정에 분산되어 형성되는 액정층;을 포함하는 적외선 촬영 장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   측정광은 가시광을 포함하고,
   상기 촬영부는 가시광을 전하로 변환시켜 영상으로 출력하는 이미지 센서를 포함하는 적외선 촬영 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 광원부는 광원으로부터 출력되는 측정광을 편광시키기 위한 제1 편광판을 포함하고,
   상기 촬영부는 상기 반응부를 투과한 측정광을 편광시키기 위한 제2 편광판을 포함하는 적외선 촬영 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 편광판 및 제2 편광판은 서로 동일한 방향 또는 서로 직교하는 방향의 광축을 가지는 적외선 촬영 장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 표적으로부터 방출되는 적외선을, 그래핀 나노 입자 또는 환원된 산화 그래핀 나노 입자가 액정에 분산되어 형성되는 형성되는 액정층을 포함하는 반응부에 입력하는 과정;
   적외선의 입력 방향과 교차하는 방향으로 측정광을 조사하는 과정;
   적외선의 입력 방향과 측정광의 조사 방향이 교차하는 위치에서 상기 반응부에 적외선과 측정광을 동일한 방향으로 입력시키는 과정;
   적외선에 의한 상기 반응부의 적어도 일부의 물성 변화에 따라 광량이 변화하는 측정광을 검출하는 과정; 및
   검출된 측정광의 광량 분포를 영상으로 출력하는 과정;을 포함하고,
   상기 반응부에 적외선과 측정광을 동일한 방향으로 입력시키는 과정은, 다이크로익 미러(dichroic mirror)로 적외선은 투과시키고, 측정광은 반사시켜 이루어지며,
   상기 측정광을 검출하는 과정은,
   상기 그래핀 나노 입자 또는 환원된 산화 그래핀 나노 입자가 적외선을 흡수하고, 흡수된 적외선에 의하여 액정이 가열되어 측정광의 투과율을 변화시키는 과정; 및
   투과율이 변화된 측정광을 검출하는 과정;을 포함하는 적외선 촬영 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 측정광을 조사하는 과정은,
    적외선이 입력되는 영역이 전부 중첩되는 영역으로 측정광을 조사하는 적외선 촬영 방법.
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 측정광의 투과율을 변화시키는 과정은,
    측정광이 조사되는 영역의 온도를 변화시키는 과정;을 포함하는 적외선 촬영 방법.

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