KR102253239B1 - 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우 및 이를 포함하는 원적외선 열화상 센서 어셈블리 - Google Patents

원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우 및 이를 포함하는 원적외선 열화상 센서 어셈블리 Download PDF

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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • G02B13/146—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation with corrections for use in multiple wavelength bands, such as infrared and visible light, e.g. FLIR systems

Abstract

본 발명에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우는, 원적외선이 입사되는 입사면 및 상기 열화상 센서 방향으로 대향되는 대향면을 포함하고, 원적외선 열화상 센서의 상부에 접합되어 원적외선을 상기 원적외선 열화상 센서 측으로 투과시키도록 형성되며, 상기 입사면은, 동일 재질 물질의 평탄면에서 발생하는 굴절에 대비하여, 입사되는 원적외선의 굴절을 감소시킬 수 있도록 굴절저감처리가 이루어진다.
또한 본 발명의 다른 형태에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우는, 원적외선이 입사되는 입사면 및 상기 열화상 센서 방향으로 대향되는 대향면을 포함하고, 원적외선 열화상 센서의 상부에 접합되어 원적외선을 상기 원적외선 열화상 센서 측으로 투과시키도록 형성되며, 상기 대향면과 상기 열화상 센서와의 거리는 레일리 레인지(Rayleigh range) × 2 이하로 형성된다.

Description

원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우 및 이를 포함하는 원적외선 열화상 센서 어셈블리{Window for Far Infrared Ray Thermogram Sensor Aseembly and Far Infrared Ray Thermogram Sensor Aseembly Having the Same}
본 발명은 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우 및 이를 포함하는 원적외선 열화상 센서 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단일 원적외선 감지소자의 면적을 최소화할 수 있도록 고안된 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우 및 이를 포함하는 원적외선 열화상 센서 어셈블리에 관한 것이다.
원적외선 열화상 센서는 대상체에서 자체 방출되는 8~12um, 혹은 7~14um 파장의 원적외선을 감지하여, 별도의 광원이 없이도 대상체의 온도와 형태를 영상의 형태로 제공해 준다.
이를 위해서 상기 원적외선 열화상 센서는 원적외선 감지소자를 초점면에 2차원으로 배열(FPA: Focal Plane Array)하게 되며, 각 원적외선 감지소자에서 감지되는 원적외선 에너지를 산출하고 이를 2차원으로 표시하여 열화상을 얻게 된다.
도 1은 종래 원적외선 열화상 센서 구조체의 모습을 나타낸 도면이며, 도 2는 원적외선 열화상 센서 구조체에 초점이 맺히는 과정을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 원적외선 열화상 센서 구조체는 기판(20) 상에 복수의 원적외선 감지소자(22)가 2차원으로 배열되며, 상기 기판(20)의 상부에는 윈도우(30)가 구비된다.
이때 상기 기판(20) 및 상기 윈도우(30)의 둘레에는 접합용 메탈패드(34)가 구비되어, 솔더(40)에 의해 접합된 형태를 가지며, 상기 윈도우(30)에 의해 상기 원적외선 감지소자(22)가 위치된 공간은 진공 상태로 유지될 수 있다.
여기서 단일 원적외선 감지소자(22)의 크기를 줄이기 위해서는 원적외선 감지소자(22)의 설계 및 공정 기술이 개선되어야 하지만, 이와 무관하게 최소 크기는 상기 원적외선 감지소자(22)가 감지하는 원적외선의 파장과 렌즈에 의하여 제한된다.
이는 회절한계(Diffraction Limit)에 의한 것으로, 렌즈(10)에 의하여 원적외선 감지소자(22)에 초점을 맺히도록 할 때, 원적외선의 파장과 렌즈의 F수(이하 F#)에 의하여 초점의 크기가 특정 크기보다는 작아질 수 없게 된다. 그리고 이 크기는 다음의 수식으로 결정된다.
Figure 112019105291507-pat00001
(λ: 파장 길이, f: 렌즈 초점거리, D: 렌즈직경, n: 초점에서의 매질 굴절률)
그러므로 단일 원적외선 감지소자(22)의 크기는, 일반적으로 사용되는 F#=1인 렌즈를 사용하면 파장 대역의 중심에 해당하는 10um의 원적외선에 대해서 가로 세로 12.7um 보다 더 작게 하더라도 실제 초점의 크기가 더 커지게 되어 형태의 구분이 불가능하므로, 단일 원적외선 감지소자(22)의 크기는 가로 세로 12.7um 로 제한될 수밖에 없다.
다만, 콘트라스트(Contrast) 등의 특성에 따라 좀 더 작은 크기의 초점이 반영될 수 있으며, 이는 아래 식에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112019105291507-pat00002
(/mm: mm당 초점 수, λ: μ 단위의 파장 길이)
결과적으로는 이 역시 가로 세로 10um 의 크기 제약을 보인다.
이상과 같이 초점 크기의 제약은 고해상도 원적외선 열화상 센서를 구현하는 과정에서는 센서의 최소 크기를 제약하는 조건이 된다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
한국등록특허 제10-1274610호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 원적외선 열화상 센서 어셈블리에 구비되는 단일 원적외선 감지소자의 면적을 최소화하여 영상의 해상도를 높일 수 있도록 하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
입사면은, 동일 재질 물질의 평탄면에서 발생하는 굴절에 대비하여, 입사되는 원적외선의 굴절을 감소시킬 수 있도록 굴절저감처리가 이루어진다.
상기 입사면은 열화상의 생성을 목적으로 사용될 수도 있으나, 본 발명의 효과를 달성하기 위해서는 굴절저감처리가 이루어져야 한다.
그리고 상기 입사면은 기 설정된 곡률을 가지도록 볼록하게 형성될 수 있다.
또한 상기 대향면은 편평하게 형성될 수 있다.
그리고 상기 대향면에는 광 추출 향상부가 형성될 수 있다.
또한 상기 광 추출 향상부는 상기 대향면 표면 전체에 형성된 복수의 요철을 포함할 수 있다.
그리고 상기 광 추출 향상부는 상기 대향면에 돌출 형성된 광 추출돌기를 포함할 수 있다.
또한 상기 광 추출돌기의 표면은 기 설정된 곡률을 가지도록 곡면 형태로 형성될 수 있다.
그리고 상기 광 추출돌기는 상기 대향면으로부터 멀어질수록 면적이 점차 감소하도록 형성되어, 끝단에서 꼭지점을 형성할 수 있다.
또한 상기 광 추출돌기 표면의 적어도 일부에는 금속 박막이 형성될 수 있다.
또한 상기 광 추출 향상부는 상기 대향면에 함몰 형성된 광 추출홈을 포함할 수 있다.
그리고 상기 대향면과 상기 열화상 센서와의 거리는 레일리 레인지(Rayleigh range) × 2 이하로 형성될 수 있다.
또한 상기 대향면과 상기 열화상 센서와의 거리는
Figure 112019105291507-pat00003
(ZR: 레일리 레인지, λ: 파장의 길이, F#: 윈도우 내부에서의 F수, n: 초점에서의 매질 굴절률) 이하로 형성될 수 있다.
그리고 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 형태에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우는, 원적외선이 입사되는 입사면 및 상기 열화상 센서 방향으로 대향되는 대향면을 포함하고, 원적외선 열화상 센서의 상부에 접합되어 원적외선을 상기 원적외선 열화상 센서 측으로 투과시키도록 형성되며, 상기 대향면과 상기 열화상 센서와의 거리는 레일리 레인지(Rayleigh range) × 2 이하로 형성될 수 있다.
또한 이와 같은 본 발명의 또 다른 형태에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우에는 전술한 일 형태에 따른 적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우의 특징들이 동일하게 적용될 수 있다.
그리고 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리는, 원적외선 감지소자를 포함하는 원적외선 열화상 센서 및 원적외선이 입사되는 입사면 및 상기 열화상 센서 방향으로 대향되는 대향면을 포함하고, 상기 원적외선 열화상 센서의 상부에 접합되어 원적외선을 상기 원적외선 열화상 센서 측으로 투과시키는 윈도우를 포함하며, 상기 윈도우의 상기 입사면은, 동일 재질 물질의 평탄면에서 발생하는 굴절에 대비하여, 입사되는 원적외선의 굴절을 감소시킬 수 있도록 굴절저감처리가 이루어진다.
또한 이와 같은 본 발명의 일 형태에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리의 구성요소인 윈도우에는 전술한 적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우의 특징들이 동일하게 적용될 수 있다.
그리고 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 형태에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리는, 원적외선 감지소자를 포함하는 원적외선 열화상 센서 및 원적외선이 입사되는 입사면 및 상기 열화상 센서 방향으로 대향되는 대향면을 포함하고, 상기 원적외선 열화상 센서의 상부에 접합되어 원적외선을 상기 원적외선 열화상 센서 측으로 투과시키는 윈도우를 포함하며, 상기 대향면과 상기 열화상 센서와의 거리는 레일리 레인지(Rayleigh range) × 2 이하로 형성된다.
또한 이와 같은 본 발명의 또 다른 형태에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리의 구성요소인 윈도우에는 전술한 적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우의 특징들이 동일하게 적용될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우 및 이를 포함하는 원적외선 열화상 센서 어셈블리는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 원적외선 감지소자와 윈도우의 대향면 간의 거리를 근접시키는 방법 및 원적외선의 굴절이 일어나지 않는 윈도우의 입사면 중 적어도 어느 하나를 적용함에 따라 단일 원적외선 감지소자에 맺히는 초점의 크기를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 이에 따라 단일 원적외선 감지소자의 크기 및 이를 포함하는 광학계의 크기를 소형화시킬 수 있는 장점을 가진다.
셋째, 본 발명의 실시예에 따르면, 윈도우의 대향면 측에 다양한 형태의 광 추출 향상부를 형성하여 원적외선의 추출 효율을 높이고, 대향면과 원적외선 감지소자 간의 간격도 좀 더 길어지게 할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 원적외선 열화상 센서 구조체의 모습을 나타낸 도면;
도 2는 원적외선 열화상 센서 구조체에 초점이 맺히는 과정을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리의 모습을 나타낸 도면;
도 4는 가우시안 광학에 의한 레일리 레인지(Rayleigh Range)의 개념을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리의 모습을 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리의 모습을 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리에 있어서, 윈도우의 모습을 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리에 있어서, 윈도우의 모습을 나타낸 도면;
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리에 있어서, 윈도우의 모습을 나타낸 도면;
도 10은 본 발명의 제7실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리에 있어서, 윈도우의 모습을 나타낸 도면; 및
도 11은 본 발명의 제8실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리에 있어서, 윈도우의 모습을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리는 열화상 센서(120)와, 윈도우(130)를 포함한다.
상기 열화상 센서(120)는 기판과, 기판 상에 2차원 배열된 복수의 원적외선 감지소자를 포함할 수 있으며, 본 도면에서는 상기 열화상 센서(120)를 간략화하여 도시하였다.
상기 윈도우(130)는 렌즈(110)를 통과한 원적외선이 입사되는 입사면 및 상기 열화상 센서(120) 방향으로 대향되는 대향면을 포함하고, 상기 원적외선 열화상 센서(120)의 상부에 접합되어 원적외선을 상기 원적외선 열화상 센서(120) 측으로 투과시키는 역할을 수행한다. 이와 같은 윈도우(130)에 의해 상기 원적외선 감지소자(22)가 위치된 공간은 진공 상태로 유지될 수 있다.
그리고 본 실시예에서, 상기 윈도우(130)의 대향면과 상기 열화상 센서(120)의 원적외선 감지소자 간의 거리는 레일리 레인지(Rayleigh range) × 2 이하로 형성될 수 있다.
발명의 배경이 되는 기술 부분에서 설명한 바와 같이, 렌즈(10)를 통해 원적외선 감지소자에 초점을 맺히도록 할 때, 회절한계(Diffraction Limit)에 의해 원적외선의 파장과 렌즈의 F수(이하 F#)에 의하여 초점의 크기가 특정 크기보다는 작아질 수 없게 된다.
따라서 본 실시예의 경우, 상기 윈도우(130)의 대향면과 상기 열화상 센서(120)의 원적외선 감지소자 간의 거리는 레일리 레인지(Rayleigh range) × 2 이하로 형성하여 단일 원적외선 감지소자에 맺히는 초점의 크기를 보다 작게 형성할 수 있도록 하였다.
구체적으로 도 4에 나타난 가우시안 광학에 의한 레일리 레인지(Rayleigh Range)의 개념을 토대로, 다음과 같은 수식들이 만족될 수 있다.
Figure 112019105291507-pat00004
Figure 112019105291507-pat00005
Figure 112019105291507-pat00006
(λ: 파장 길이, n: 초점에서의 매질 굴절률)
또한 도 4에서 θ를 도출하기 위해, 다음과 같은 연산 과정이 수행될 수 있다.
Figure 112019105291507-pat00007
Figure 112019105291507-pat00008
(f: 렌즈 초점거리, D: 렌즈직경, F#: 렌즈의 F수)
따라서 이들 식을 정리하면,
Figure 112019105291507-pat00009
과 같은 수식이 도출될 수 있다. 즉 상기 윈도우(130)의 대향면과 상기 열화상 센서(120)의 원적외선 감지소자 간의 거리가 레일리 레인지(Rayleigh range)의 2배수(2ZR) 이하로 형성될 경우, 초점의 재발산이 발생하지 않는 범위를 만족하므로 단일 원적외선 감지소자에 맺히는 초점의 크기를 보다 작게 형성할 수 있게 된다.
예컨대, 일반적으로 사용되는 F#=1인 렌즈를 적용하고, 윈도우(130) 매질의 굴절률을 1이라 할 경우, 윈도우(130)의 대향면과 상기 열화상 센서(120)의 원적외선 감지소자 간의 간격이 11.6um 보다 커지면, 윈도우의 매질 내에 형성된 초점이 다시 발산되므로 매질의 굴절률에 의하여 초점이 작아지는 효과를 얻을 수 없다. 따라서 윈도우(130)의 대향면과 상기 열화상 센서(120)의 원적외선 감지소자 간의 거리 11.6um는 초점이 작아지는 효과를 얻기 위한 거리의 경계값이라 할 수 있다.
이 거리는 사용되는 렌즈의 F#에 따라 변할 수 있으며, 윈도우(130)의 매질 굴절률이 커질수록 매질 내에서 형성되는 초점의 일부 원적외선이 내부 전반사에 의하여 윈도우(130) 외부로 나갈 수 없으므로, 윈도우(130)의 입사면과 상기 열화상 센서(120)의 원적외선 감지소자 간의 거리를 10um 보다 매우 작게(d<<λ: 파장 길이) 하여 근접장 광, 혹은 에바네슨트(Evanescent) 광의 형태로 센서로 전달되도록 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리의 모습을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리의 경우, 전술한 제1실시예와 마찬가지로 열화상 센서(120)와, 윈도우(230)를 포함한다. 그리고 이들의 기본적인 역할은 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
다만, 본 실시예의 경우 상기 윈도우(230)의 입사면(234)은, 렌즈(110)를 통과하여 입사되는 원적외선이 동일 재질 물질로 이루어지는 평탄면에서 발생하는 굴절에 대비하여 굴절을 감소시킬 수 있도록 굴절저감처리가 이루어진다는 특징을 가진다.
이와 같이 하는 이유는, 원적외선이 상기 윈도우(230)의 입사면(234)을 통해 입사될 때 보다 저굴절되도록 함으로써 렌즈의 F#가 커지는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
특히 본 실시예에서 상기 윈도우(230)는 상기 입사면(234)은 기 설정된 곡률을 가지도록 볼록하게 형성되며, 반대 측의 대향면(232)은 편평하게 형성되는 특징을 가진다.
즉 이와 같이 함으로써 F#가 커지는 것에 의하여 초점 크기가 커지는 효과를 방지하게 되며, 단일 원적외선 감지소자에 맺히는 초점의 크기를 보다 작게 형성할 수 있게 된다.
이때 상기 입사면(234)의 곡률은, 렌즈의 F수, 윈도우(230)의 매질 굴절률, 파장의 길이 등의 다양한 요소에 따라 다르게 적용될 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리의 모습을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 본 발명의 제3실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리의 경우 역시 전술한 다른 실시예들과 마찬가지로 열화상 센서(120)와, 윈도우(230)를 포함한다.
그리고 본 실시예의 경우, 전술한 제1실시예와 제2실시예의 특징을 동시에 적용하여 단일 원적외선 감지소자에 맺히는 초점의 크기를 더욱 작게 형성할 수 있도록 하였다.
즉 본 실시예는 즉 상기 윈도우(230)의 대향면(232)과 상기 열화상 센서(120)의 원적외선 감지소자 간의 거리가 레일리 레인지(Rayleigh range)의 2배수(2ZR) 이하가 되도록 근접시키는 동시에, 상기 윈도우(230)의 입사면(234)이 기 설정된 곡률을 가지도록 볼록하게 형성함에 따라 렌즈(110)를 통과하여 입사되는 원적외선이 저굴절되도록 하였다.
이와 같이, 양 특성을 동시에 적용할 경우 초점의 크기를 보다 작게 하여 구조를 보다 소형화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리에 있어서, 윈도우(230)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 본 발명의 제4실시예의 경우, 상기 윈도우(230)는 전술한 제2실시예 및 제3실시예와 같이 입사면(234)이 기 설정된 곡률을 가지도록 볼록하게 형성되며, 반대 측의 대향면(232)은 편평하게 형성된다.
그리고 본 실시예는 이와 더불어, 상기 대향면(232)에 광 추출 향상부가 더 형성된다.
상기 광 추출 향상부는 상기 윈도우(230) 외부로의 광 추출을 향상 시키기 위한 것으로, 이는 반사에 의한 원적외선 전달, 플라즈몬 효과에 의한 광 전달 등의 효과로 열화상 센서에 전달되는 원적외선의 광량을 증가 시키는 효과를 가지게 된다.
특히 본 실시예에서 상기 광 추출 향상부는, 상기 대향면(232) 표면 전체에 형성된 복수의 요철(236)을 포함하는 형태를 가진다. 즉 본 실시예는 대향면(232) 전체에 걸쳐 형성되는 미세 요철(236)에 의해 광 추출도를 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리에 있어서, 윈도우(230)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 본 발명의 제5실시예의 경우, 상기 윈도우(230)는 입사면(234)이 기 설정된 곡률을 가지도록 볼록하게 형성되며, 반대 측의 대향면(232)은 편평하게 형성된다. 그리고 상기 대향면(232)에는 광 추출 향상부가 더 형성된다.
특히 본 실시예에서 상기 광 추출 향상부는, 상기 대향면(232)에 돌출 형성된 광 추출돌기(238a)를 포함한다. 상기 광 추출돌기(238a) 역시 기 윈도우(230) 외부로의 광 추출을 향상 시키기 위한 역할을 수행한다.
그리고 본 실시예의 경우, 상기 광 추출돌기(238a)의 표면은 기 설정된 곡률을 가지도록 곡면 형태로 형성되는 특징을 가진다.
한편 도시되지는 않았으나, 상기 광 추출돌기(238a)는 기판 상에 2차원 배열된 복수의 원적외선 감지소자 각각에 대응되도록 복수 개가 형성될 수 있다. 즉 하나의 광 추출돌기(238a)는 하나의 원적외선 감지소자에 대응되는 위치마다 1:1 배치되어 광 추출 효과를 증대시키게 된다.
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리에 있어서, 윈도우(230)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 본 발명의 제6실시예의 경우, 상기 윈도우(230)는 입사면(234)이 기 설정된 곡률을 가지도록 볼록하게 형성되며, 반대 측의 대향면(232)은 편평하게 형성된다. 또한 상기 대향면(232)에는 광 추출 향상부가 더 형성된다.
그리고 본 실시예에서 상기 광 추출 향상부는, 상기 대향면(232)에 함몰 형성된 광 추출홈(239)을 포함한다. 상기 광 추출홈(239) 역시 기 윈도우(230) 외부로의 광 추출을 향상시키기 위한 역할을 수행하는 것으로, 이와 같이 함몰된 형태의 광 추출 향상부로도 광 추출 효과를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
또한 본 실시예 역시 상기 광 추출홈(239)은 기판 상에 2차원 배열된 복수의 원적외선 감지소자 각각에 대응되도록 복수 개가 형성될 수 있다. 즉 하나의 광 추출홈(239)는 하나의 원적외선 감지소자에 대응되는 위치마다 1:1 배치되어 광 추출 효과를 증대시키게 된다.
도 10은 본 발명의 제7실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리에 있어서, 윈도우(230)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 본 발명의 제7실시예의 경우, 상기 윈도우(230)는 입사면(234)이 기 설정된 곡률을 가지도록 볼록하게 형성되며, 반대 측의 대향면(232)은 편평하게 형성된다. 또한 상기 대향면(232)에는 광 추출 향상부가 더 형성되며, 상기 광 추출 향상부는 전술한 제5실시예와 같이 상기 대향면(232)에 돌출 형성된 광 추출돌기(238b)를 포함한다.
다만, 본 실시예의 광 추출돌기(238b)는 상기 대향면(232)으로부터 멀어질수록 면적이 점차 감소하도록 형성되어, 끝단에서 꼭지점을 형성하는 원뿔 또는 다각뿔 형태를 형성한다는 점이 제5실시예와 다르다.
또한 본 실시예 역시 광 추출돌기(238b)는 복수 개가 구비되며, 하나의 원적외선 감지소자에 대응되는 위치마다 1:1 배치되어 광 추출 효과를 증대시킬 수 있음은 물론이다.
도 11은 본 발명의 제8실시예에 따른 원적외선 열화상 센서 어셈블리에 있어서, 윈도우(230)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 11에 도시된 본 발명의 제8실시예의 경우, 상기 윈도우(230)는 입사면(234)이 기 설정된 곡률을 가지도록 볼록하게 형성되며, 반대 측의 대향면(232)은 편평하게 형성된다. 또한 상기 대향면(232)에는 광 추출 향상부가 더 형성되며, 상기 광 추출 향상부는 제7실시예와 같이 끝단에서 꼭지점을 형성하도록 상기 대향면(232)에 돌출 형성된 광 추출돌기(238b)를 포함한다.
다만, 본 실시예의 경우 상기 광 추출돌기(238b) 표면의 적어도 일부에 금속 박막(237)이 형성된다는 점이 다르다. 상기 금속 박막(237)은 반사에 의한 원적외선 전달, 플라즈몬 효과에 의한 광 전달 등의 효과로 열화상 센서에 전달되는 원적외선의 광량을 보다 증가시키는 효과를 가진다.
이상으로 본 발명의 다양한 실시예에 대해 설명하였으며, 본 발명은 나열된 실시예에 의해 제한되지는 않는다.
예컨대, 상기 윈도우(230)의 입사면(234)은 제2실시예 내지 제8실시예와 달리 곡률을 가지지 않는 평탄면으로 형성될 경우에도, 회절면, 메타면(Meta-Surface) 등의 형태로 형성되어 원적외선의 저굴절 현상을 발생시킬 수 있을 것이다. 이처럼 상기 윈도우(230)의 굴절저감처리는 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.
이상과 같이 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
110: 렌즈
120: 열화상 센서
130, 230: 윈도우
232: 대향면
234: 입사면
236: 요철
237: 금속 박막
238a, 238b: 광 추출돌기
239: 광 추출홈

Claims (14)

  1. 원적외선이 입사되는 입사면 및 열화상 센서 방향으로 대향되는 대향면을 포함하고, 상기 열화상 센서의 상부에 접합되어 상기 원적외선을 상기 열화상 센서 측으로 투과시키도록 형성되며,
    상기 입사면은 동일 재질 물질의 평탄면에서 발생하는 굴절에 대비하여, 입사되는 원적외선의 굴절을 감소시킬 수 있도록 굴절저감처리되고,
    상기 입사면에 입사된 원적외선의 초점은 상기 대향면에 맺히고,
    상기 대향면과 상기 열화상 센서와의 거리는 레일리 레인지(Rayleigh range) × 2 이하로 형성되는 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입사면은 기 설정된 곡률을 가지도록 볼록하게 형성된 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 대향면은 편평하게 형성된 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대향면에는 광 추출 향상부가 형성된 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광 추출 향상부는 상기 대향면 표면 전체에 형성된 복수의 요철을 포함하는 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 광 추출 향상부는 상기 대향면에 돌출 형성된 광 추출돌기를 포함하는 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광 추출돌기의 표면은 기 설정된 곡률을 가지도록 곡면 형태로 형성된 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 광 추출돌기는 상기 대향면으로부터 멀어질수록 면적이 점차 감소하도록 형성되어, 끝단에서 꼭지점을 형성하는 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 광 추출돌기 표면의 적어도 일부에는 금속 박막이 형성된 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 광 추출 향상부는 상기 대향면에 함몰 형성된 광 추출홈을 포함하는 원적외선 열화상 센서 어셈블리용 윈도우.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 원적외선 감지소자를 포함하는 열화상 센서; 및
    원적외선이 입사되는 입사면 및 상기 열화상 센서 방향으로 대향되는 대향면을 포함하고, 상기 열화상 센서의 상부에 접합되어 상기 원적외선을 상기 열화상 센서 측으로 투과시키는 윈도우를 포함하고,
    상기 윈도우의 입사면은 동일 재질 물질의 평탄면에서 발생하는 굴절에 대비하여, 입사되는 원적외선의 굴절을 감소시킬 수 있도록 굴절저감처리되고,
    상기 입사면에 입사된 원적외선의 초점은 상기 대향면에 맺히고,
    상기 대향면과 상기 열화상 센서와의 거리는 레일리 레인지(Rayleigh range) × 2 이하로 형성되는 원적외선 열화상 센서 어셈블리.
  14. 삭제
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