WO2020171411A1 - 캘리브레이션 정확성 향상을 위한 멀티 윈도우가 구비된 적외선 열화상 이미지 센서 교정 장치 - Google Patents

캘리브레이션 정확성 향상을 위한 멀티 윈도우가 구비된 적외선 열화상 이미지 센서 교정 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2020171411A1
WO2020171411A1 PCT/KR2020/001391 KR2020001391W WO2020171411A1 WO 2020171411 A1 WO2020171411 A1 WO 2020171411A1 KR 2020001391 W KR2020001391 W KR 2020001391W WO 2020171411 A1 WO2020171411 A1 WO 2020171411A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thermal image
image sensor
black body
temperature
window
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/001391
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
강현오
김명원
이성현
김보영
최혜선
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Publication of WO2020171411A1 publication Critical patent/WO2020171411A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67155—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations
    • H01L21/67207—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations comprising a chamber adapted to a particular process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for calibrating an uncooled infrared thermal image sensor, and can be applied to a technical field of securing temperature accuracy by preventing heat exchange between a black body installed in the calibration apparatus and a temperature inside a chamber.
  • the infrared image sensor converts infrared radiation of an object to be measured into temperature data and provides it to the user, and in recent years, it is used in many fields such as security/self-driving cars/smart factories.
  • various infrared sensors and measurement methods have been developed.
  • the cooling method is a high-cost structure because cooling equipment must be added to the outside of the detector.
  • the non-cooling method does not require a high-cost structural cooling device, and has the advantages of a small system volume, low power consumption, and low price, and thus sensors suitable for various purposes have been developed for general industrial and commercial purposes.
  • research is being conducted focusing on having a high sensitivity comparable to that of the cooling method even in the uncooled method.
  • the uncooled infrared image sensor it is most important to compensate for the external temperature under the environment to be used. This becomes an absolute standard for accurately measuring the temperature of an object to be detected. In order to accurately correct the external temperature, it is necessary to remove the disturbance caused by the external temperature of the temperature to be measured.
  • An object of the present invention is to provide a calibration system based on an accurate temperature by preventing a black body in a chamber from being disturbed by a temperature inside the chamber.
  • a first temperature controller for controlling a temperature of a black body, an infrared sensor unit for sensing the temperature of the black body, a chamber in which the black body and the infrared sensor unit are accommodated, and the black body are provided. It is maintained in an airtight state, and provides a thermal image sensor calibration apparatus, characterized in that it comprises a cover portion including a window through which infrared rays emitted from the black body pass.
  • the cover part includes a plurality of the windows on the one surface
  • the thermal image sensor calibration apparatus includes a plurality of the infrared sensor parts corresponding to the plurality of windows. Provides a thermal image sensor calibration device.
  • the present invention provides an apparatus for calibrating a thermal image sensor, wherein the plurality of windows are provided on one surface of the cover surface in a grid structure.
  • the present invention provides an apparatus for calibrating a thermal image sensor, wherein the window includes a plurality of window layers.
  • the present invention provides an apparatus for calibrating a thermal image sensor, wherein the plurality of window layers include an interlayer vacuum unit.
  • the present invention provides an apparatus for calibrating a thermal image sensor, wherein the window transmits a wavelength band of 8 to 14 ⁇ m.
  • the window includes magnesium fluoride, calcium fluoride, barium fluoride, zinc selenide, and zinc sulfide.
  • sulfide sulfide
  • arsenic tri-sulfide Arsenic tri-sulfide
  • silicon Sicon
  • germanium Germanium
  • the thermal image calibration apparatus includes a second temperature control device that adjusts the temperature inside the chamber, and corrects the temperature of the black body in response to the temperature inside the chamber. It provides a thermal image sensor calibration apparatus, characterized in that.
  • the present invention provides an apparatus for calibrating a thermal image sensor, characterized in that the cover is made of an insulating material.
  • the black body provided in the chamber is thermally blocked from the inside of the chamber, so that temperature disturbance due to the temperature inside the chamber can be prevented.
  • the present invention can shorten the time required for calibration by acquiring a plurality of data through a single measurement through a plurality of image sensors.
  • 1 is a schematic diagram of an uncooled infrared thermal image correction system.
  • FIG. 2 is a perspective view of a conventional uncooled infrared thermal image correction system.
  • FIG. 3 is a perspective view of an uncooled infrared thermal image correction system according to the present invention.
  • FIG 4 is an enlarged view of a cover part included in the uncooled infrared thermal image calibration system according to the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view in the direction A-A' of FIG. 4(b).
  • Figure 6 is a graph for explaining the characteristics of the material constituting the window included in the cover of the present invention.
  • 1 is a schematic diagram of an uncooled infrared thermal image correction system.
  • the uncooled infrared thermal image calibration system measures the infrared radiation emitted from the black body 20 at a specific temperature through the infrared sensor 10, and measures the relationship between the radiation amount of infrared rays and the specific temperature, so that the specific temperature and the infrared radiation amount Correct your relationship with.
  • the temperature control unit adjusts the temperature of the black body 20, and infrared radiation from the black body 20 is reflected by reflective means such as a scanning mirror or directly input to the infrared sensor 10.
  • the infrared radiation detection value is input to the temperature correction unit, and the temperature correction unit corrects the relationship between the infrared radiation amount emitted from the black body 20 heated in the reference temperature range and the infrared radiation amount actually detected by the temperature.
  • the relationship between the amount of infrared radiation emitted from the black body 20 heated in the reference temperature range and the amount of infrared radiation actually detected by the temperature is largely affected by the external temperature of the black body 20.
  • the black body 20 and the image sensor 10 are the chamber 30 in which the temperature can be consistently controlled by the temperature control device. It may be provided inside.
  • the temperature signal signal value of the object to be measured varies depending on the temperature of the measurement environment.
  • the uncooled thermal image sensor system represented by a bolometer locates the black body 20 and the image sensor 10 represented by the object to be measured in the chamber 30 capable of controlling the temperature of the measurement environment.
  • FIG. 2 is a perspective view of a conventional uncooled infrared thermal image correction system.
  • the uncooled infrared thermal image correction system may include a chamber 211 inside the housing 210 forming an external shape, and may include a black body 220 and an infrared image sensor (not shown) inside the chamber 211.
  • the chamber 211 is preferably disconnected from the outside so that the temperature can be consistently controlled by the temperature control device, and the housing 210 further includes a door 212 that can selectively open and close the chamber 211. I can.
  • the black body 220 is exposed to the chamber 211, and thus the temperature of the black body 220 may be affected according to a temperature change in the chamber 211.
  • the temperature inside the chamber 211 is not consistently controlled by the temperature of the black body 220.
  • the black body accommodating part 211 has an open state toward the image sensor, and the black body 220 has a structure that affects the interior of the chamber 211 and mutual temperature.
  • FIG. 3 is a perspective view of an uncooled infrared thermal image correction system according to the present invention.
  • the present invention proposes a structure in which the black body 220 (see FIG. 2) provided in the black body receiving part 221 maintains an airtight state with the cover part 230 so as not to mutually affect the temperature inside the chamber 211 .
  • the present invention relates to a first temperature controller for controlling the temperature of the black body 220, an infrared sensor unit for sensing the temperature of the black body 220, and a chamber 211 accommodating the black body 220 and the infrared sensor unit.
  • the black body 220 in an airtight state, and may include a cover 230 including a window through which infrared rays emitted from the black body 220 pass.
  • the black body 220 is accommodated in the black body accommodating portion 221 provided on one side of the chamber 211, the black body accommodating portion 221 has an opening open toward the image sensor, the opening The black body 220 may be kept in an airtight state by being covered with the cover part 230.
  • cover part 230 and the black body accommodating part 221 may be integrally formed.
  • the cover 230 may be made of an insulating material to prevent mutual influence between the black body 220 and the internal temperature of the chamber 221.
  • the black body accommodating portion 221 may also be provided with an insulating material.
  • the cover part 230 is provided between the black body 220 and the image sensor, and may include a window through which infrared rays emitted from the black body 220 pass.
  • FIG 4 is an enlarged view of a cover part included in the uncooled infrared thermal image calibration system according to the present invention.
  • the algorithm for systemizing the relationship between the amount of infrared radiation emitted from the black body 220 (refer to FIG. 2) and the amount of infrared radiation actually detected by the temperature of the black body 220 using a calibration system is faster and faster when a plurality of image sensors are used. It can be extracted accurately.
  • the uncooled infrared thermal image calibration apparatus may include a plurality of infrared sensor units.
  • the cover unit 230 may include a plurality of windows 232 corresponding to the plurality of infrared sensor units. Each of the plurality of infrared sensor units may measure an amount of infrared radiation emitted through the window 232.
  • the present invention acquires a plurality of data at a time through a plurality of infrared sensor units under the same conditions (a specific temperature condition of the black body 220 and a specific temperature condition of the chamber 211 (see FIG. 3))
  • the relationship between the amount of radiation and the amount of infrared radiation actually detected can be obtained more accurately and quickly.
  • the plurality of windows 232 may be provided on the cover frame 231 in a grid shape. Since the cover unit 230 includes a plurality of windows 232 that are divided than a single glass glass as shown in FIG. 4A, a mutual influence between the black body 220 and the internal temperature of the chamber 211 may be reduced. This is because the cover frame 231 may be made of a heat insulating material superior in thermal insulation properties than the window 232.
  • the window 232 may be formed of a plurality of window layers as shown in FIG. 4B.
  • cover unit 230 including a plurality of window layers will be described in detail.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view in the direction A-A' of FIG. 4(b).
  • the window 232 may be fixed to the cover frame 231 and consist of at least two window layers.
  • the window layer may be maintained in a compressed state or may include an interlayer vacuum unit 233.
  • the window 232 is provided with a plurality of window layers to prevent heat exchange through the window 232, and a vacuum part 233 between the window layers is provided to prevent lead exchange even if the window 232 is not composed of an insulating material. I can.
  • Figure 6 is a graph for explaining the characteristics of the material constituting the window included in the cover of the present invention.
  • the present invention compares the amount of infrared radiation emitted from the black body 220 (refer to FIG. 2) and the measured amount, and the window included in the cover part 230 (see FIG. 3) is the infrared ray emitted from the black body 220. It must be able to pass through wavelengths.
  • the infrared rays emitted from the black body 220 are in the far-infrared band of 8-14 ⁇ m, and the window included in the cover 230 is preferably made of a material that transmits the wavelength band of 8-14 ⁇ m.
  • magnesium fluoride, calcium fluoride, barium fluoride, zinc selenide, zinc sulfide, Arsenic tri-sulfide (Arsenic tri-sulfide), silicon (Silicon) and germanium (Germanium) is preferably composed of at least one.
  • FIG. 7(a) is a graph of the error range of the calibration algorithm obtained by using the conventional uncooled infrared thermal image calibration system according to FIG. 2
  • FIG. 7(b) is a ratio of the present invention according to FIG. This is a graph of the error range of the calibration algorithm obtained using the cooled infrared thermal image calibration system.
  • the error of the acquired calibration algorithm ranged from a maximum of 0.7 to a minimum of -1.7.
  • the uncooled infrared calibration system of the present invention confirms that the error of the obtained calibration algorithm decreases from a maximum of 0.6 to a minimum of -1.1. I can.
  • the temperature of the black body 220 and the temperature of the chamber 211 are varied, and the accuracy of the calibration algorithm obtained in the same manner through the obtained data can be expected to increase.
  • An object of the present invention is to obtain more accurate data, and modeling for obtaining a calibration algorithm through the obtained data can be applied in the same manner, and various methods can be applied for the modeling.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

본 발명은 블랙바디와 외부환경간 온도 외란을 방지하기 위해, 블랙바디의 온도를 조절하는 제1 온도 조절 장치, 상기 블랙바디의 온도를 센싱하는 적외선 센서부, 상기 블랙바디와 상기 적외선 센서부가 수용되는 챔버, 상기 블랙바디를 기밀상태로 유지하며, 일면에 상기 블랙바디에서 발산하는 적외선이 통과하는 윈도우를 포함하는 덮개부를 포함하는 열화상 이미지 센서 교정 장치를 제시한다.

Description

캘리브레이션 정확성 향상을 위한 멀티 윈도우가 구비된 적외선 열화상 이미지 센서 교정 장치
본 발명은 비냉각 적외선 열화상 이미지 센서 교정 장치에 관한 것이며, 교정 장치에 설비된 블랙 바디와 챔버 내부 온도 간 열교환을 방지하여 온도 정확성을 확보하는 기술 분야에 적용이 가능하다.
최근에 눈에 보이지 않는 적외선 영역을 관측할 수 있는 이미지 센서에 대한 요구가 지속적으로 커지고 있다. 적외선 이미지 센서는 측정 하고자 하는 대상물의 적외선 방사를 온도의 데이터로 변환하여 사용자에게 제공하여 근래에 들어 보안/자율 주행 자동차/스마트 팩토리 등 많은 분야에서 사용되고 있다. 구체적으로, 최근에는 여러 가지 대상물에 대한 온도 측정을 통해 침입 감지, 보행자 인식, 공장 설비 유지 보수/예지 보전 등 여러 가지 환경 영향을 파악하여 안전한 환경을 유지하고 있는 요구가 많아 왔고, 이러한 요구를 해소하고자 다양한 적외선 센서와 측정 방식이 개발되어 왔다.
적외선 이미지 센서의 경우 크게 냉각 방식과 비냉각 방식으로 구별 된다. 냉각방식은 검출기 외부에 냉각 장비를 부가 하여야 하므로 고비용 구조이나, 극한에 정밀도를 보장할 수 있으므로 방위 산업이나 우주항공 분야에서 사용된다. 비냉각 방식은 고비용 구조 냉각 장치가 필요 없는 방식으로, 시스템의 부피가 작으며 낮은 파워 소모, 저렴한 가격의 장점을 가지고 있어, 일반 산업용, 커머셜 용으로 다양한 목적에 합당한 센서들이 개발되어 왔다. 그러나 최근에는 비냉각 방식에서도 냉각방식에 버금가는 높은 감지도를 가지는데 초점을 맞추어 연구가 진행되고 있다.
비냉각 방식의 적외선 이미지 센서는 사용하고자 하는 환경하에서 외부 온도에 대한 보정이 무엇보다 중요하다. 이는 검출하고자 하는 대상물의 온도를 정확히 측정하는 절대적인 기준이 된다. 외부 온도에 대한 보정을 정확히 하기 위해서는 측정 대상 온도가 외부 온도에 의한 외란을 제거할 필요가 있다.
본 발명은 챔버 내부에 있는 블랙바디가 챔버 내부 온도에 의한 온도 외란을 방지하여 정확한 온도에 기초한 교정 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 일 실시예에 따라, 블랙바디의 온도를 조절하는 제1 온도 조절 장치, 상기 블랙바디의 온도를 센싱하는 적외선 센서부, 상기 블랙바디와 상기 적외선 센서부가 수용되는 챔버 및 상기 블랙바디를 기밀 상태로 유지하며, 일면에 상기 블랙바디에서 발산하는 적외선이 통과하는 윈도우를 포함하는 덮개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치를 제공 한다.
또한, 본 발명은 다른 실시예에 따라, 상기 덮개부는 상기 일면에 상기 윈도우를 복수 개 포함하고, 상기 열화상 이미지 센서 교정 장치는 상기 복수 개의 윈도우에 대응하여 복수 개의 상기 적외선 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치를 제공 한다.
또한, 본 발명은 다른 실시예에 따라, 상기 복수개의 윈도우는 격자 구조로 상기 덮개면의 일면에 구비되는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 다른 실시예에 따라, 상기 윈도우는 복수의 윈도우 층을 포함하는 것을 특징을 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 다른 실시예에 따라, 상기 복수의 윈도우 층은 층간 진공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 다른 실시예에 따라, 상기 윈도우는 8 내지 14um의 파장대역을 투과하는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 다른 실시예에 따라, 상기 윈도우는 마그네슘 플로라이드(Magnesium fluoride), 칼슘 플로라이드 (Calcium fluoride), 바륨 플로라이드(Barium fluoride), 셀렌화 아연(Zinc selenide), 황화아연(Zinc sulfide), 3황화비소(Arsenic tri-sulfide), 규소(Silicon) 및 저마늄(Germanium) 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 다른 실시예에 따라, 상기 열화상 이미지 교정 장치는 상기 챔버 내부의 온도를 조절하는 제2 온도 조절 장치를 포함하고, 상기 챔버 내부의 온도에 대응하여 상기 블랙 바디의 온도를 교정하는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 다른 실시예에 따라, 상기 덮개부는 단열 소재로 구비되는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치를 제공한다.
본 발명은 챔버에 구비되는 블랙 바디가 챔버 내부와 열적으로 차단되어 챔버 내부 온도에 의한 온도 외란을 방지할 수 있다.
본 발명은 복수 개의 이미지 센서를 통해 일회 측정으로 복수의 데이터를 획득하여 교정에 필요한 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 비냉각 적외선 열화상 이미지 교정 시스템의 개략도이다.
도 2는 기존의 비냉각 적외선 열화상 이미지 교정 시스템의 사시도 이다.
도 3 는 본 발명에 따른 비냉각 적외선 열화상 이미지 교정 시스템의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 비냉각 적외선 열화상 이미지 교정 시스템에 포함된 덮개부의 확대도이다.
도 5는 도 4(b)의 A-A' 방향 단면도 이다.
도 6는 본 발명의 덮개부에 포함되는 윈도우를 구성하는 물질의 특징을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 하기의 실시예들은 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예들로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석된다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
도 1은 비냉각 적외선 열화상 이미지 교정 시스템의 개략도이다.
비냉각 적외선 열화상 이미지 교정 시스템은 특정 온도의 블랙 바디(20)에서 방사되는 적외선을 적외선 센서(10)를 통해 측정하고, 적외선의 방사량와 상기 특정 온도의 관계를 측정하여, 상기 특정 온도와 적외선 방사량과의 관계를 교정한다.
보다 구체적으로, 온도 제어부는 블랙 바디(20)의 온도를 조절하고, 블랙 바디(20)로부터의 적외선 방사는 주사경 등의 반사 수단에 반사되거나 직접적으로 적외선 센서(10)에 입력된다. 이때, 적외선 방사 검출치는 온도교정부에 입력되고, 온도 교정부는 기준 온도 범위에서 가열되는 블랙 바디(20)로부터 방사되는 적외선 방사량과 그 온도에 의해 실제 검출되는 적외선 방사량의 관계를 교정한다.
기준 온도 범위에서 가열되는 블랙 바디(20)로부터 방사되는 적외선 방사량과 그 온도에 의해 실제 검출되는 적외선 방사량의 관계는 블랙 바디(20)의 외부 온도의 요인이 작용하는 바가 크다.
따라서, 블랙 바디(20)의 외부 온도 요인을 일관적으로 컨트롤 할 수 있도록, 블랙 바디(20)및 이미지 센서(10)는 온도 조절 장치에 의해 온도가 일관적으로 컨트롤 될 수 있는 챔버(30) 내부에 구비될 수 있다.
즉, 이미지 센서(10)는 측정 환경 온도에 의해 측정 대상물에 대한 온도 신호 signal 값이 변화한다. 이러한 이유로 인하여 볼로미터로 대표되는 비냉각 열형 이미지 센서 시스템은 측정 환경 온도를 단속할 수 있는 챔버(30) 내에 측정 대상물로 대표되는 블랙 바디(20)와 이미지 센서(10)를 위치시키고, 교정 시스템을 사용하여 블랙 바디(20)로부터 방사되는 적외선 방사량과 그 온도에 의해 실제 검출되는 적외선 방사량의 관계를 시스템화하는 알고리즘을 추출한다.
도 2는 기존의 비냉각 적외선 열화상 이미지 교정 시스템의 사시도 이다.
비냉각 적외선 열화상 이미지 교정 시스템은 외형을 이루는 하우징(210) 내부에 챔버(211)를 포함하고, 챔버(211) 내부에 블랙 바디(220) 및 적외선 이미지 센서(미도시) 포함할 수 있다.
챔버(211)는 온도 조절 장치에 의해 온도가 일관적으로 컨트롤 될 수 있도록 외부와 단절됨이 바람직하며, 하우징(210)는 챔버(211)를 선택적으로 개폐할 수 있는 도어(212)를 더 포함할 수 있다.
기존에는 블랙 바디(220)아 챔버(211)에서 노출된 상태로 존재하여 챔버(211) 내부 온도 변화에 따라 블랙 바디(220)의 온도가 영향을 받을 수 있었다. 또는 블랙 바디(220)의 온도에 의해 챔버(211) 내부의 온도가 일관되게 컨트롤되지 않는 단점이 있었다.
구체적으로 기존에는 블랙 바디 수용부(211)가 이미지 센서를 향해 오픈된 상태를 가지며, 블랙 바디(220)가 챔버(211) 내부와 상호 온도에 영향을 미치는 구조를 가지고 있었다.
이는 기준이 되는 챔버(211) 내부의 온도가 올바르게 반영되지 않고, 블랙 바디(220)의 온도 역시 올바르게 반영되지 않아 블랙 바디(220)로부터 방사되는 적외선 방사량과 블랙 바디(220)의 온도에 대응하여 실제 검출되는 적외선 방사량의 관계를 교정하는데 정확성이 떨어졌다.
도 3 는 본 발명에 따른 비냉각 적외선 열화상 이미지 교정 시스템의 사시도이다.
본 발명은 블랙 바디 수용부(221)에 구비되는 블랙 바디(220, 도 2 참조)가 덮개부(230)로 기밀 상태를 유지하여 챔버(211) 내 온도와 상호 영향을 미치지 않는 구조를 제시한다.
구체적으로, 본 발명은 블랙 바디(220)의 온도를 조절하는 제1 온도 조절 장치, 블랙 바디(220)의 온도를 센싱하는 적외선 센서부, 블랙 바디(220)와 적외선 센서부가 수용되는 챔버(211) 및 블랙 바디(220)를 기밀 상태로 유지하며, 일면에 블랙 바디(220)에서 발산하는 적외선이 통과하는 윈도우를 포함하는 덮개부(230)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 블랙 바디(220)는 챔버(211)의 일면에 구비된 블랙 바디 수용부(221)에 수용되고, 블랙 바디 수용부(221)는 이미지 센서를 향해 오픈된 개구부를 가지고, 상기 개구부는 덮개부(230)로 덮여 블랙 바디(220)를 기밀 상태로 유지할 수 있다.
경우에 따라서는 덮개부(230)와 블랙 바디 수용부(221)는 일체형으로 형성될 수 있다.
덮개부(230)는 단열 소재로 구비되어 블랙 바디(220)와 챔버(221) 내부 온도간 상호 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 경우에 따라서는 블랙 바디 수용부 (221) 역시 단열 소재로 구비될 수 있다.
이때, 덮개부(230)는 블랙 바디(220)와 이미지 센서의 사이에 구비되며, 블랙 바디(220)에서 방사되는 적외선이 통과하는 윈도우를 포함할 수 있다.
이하에서 덮개부(230)에 포함된 윈도우의 실시예를 구체적으로 살펴본다.
도 4는 본 발명에 따른 비냉각 적외선 열화상 이미지 교정 시스템에 포함된 덮개부의 확대도이다.
교정 시스템을 사용하여 블랙 바디(220, 도 2 참조)로부터 방사되는 적외선 방사량과 블랙 바디(220)의 온도에 의해 실제 검출되는 적외선 방사량의 관계를 시스템화하는 알고리즘은 복수의 이미지 센서를 이용하면 보다 빠르고 정확하게 추출할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 비 냉각 적외선 열화상 이미지 교정 장치는 적외선 센서부를 복수 개 포함할 수 있다.
덮개부(230)는 복수 개의 적외선 센서부에 대응하여 복수의 윈도우(232)를 포함할 수 있다. 복수의 적외선 센서부는 각각 윈도우(232)를 통해 방사되는 적외선 방사량을 측정할 수 있다.
즉, 본 발명은 동일 조건 하에서 (블랙 바디(220)의 특정 온도 조건 및 챔버(211, 도 3 참조)의 특정 온도 조건)에서 복수의 적외선 센서부를 통해 한번에 복수의 데이터를 획득하여 실제 방사되는 적외선 방사량과 실제 검출되는 적외선 방사량의 관계를 보다 정확하고 빠르게 획득할 수 있다.
복수의 윈도우(232)는 덮개부 프레임(231)에 격자 형태로 구비될 수 있다. 덮개부(230)가 도 4(a)와 같이 하나의 통유리 보다 분할된 복수의 윈도우(232)를 포함함이 블랙 바디(220)와 챔버(211) 내부 온도간 상호 영향을 줄일 수 있다. 이는 덮개부 프레임(231)이 윈도우(232)보다 단열성이 뛰어난 단열재로 구성될 수 있기 때문이다.
윈도우(232)를 통한 블랙 바디(220)와 챔버(211) 내부 온도간 상호 영향을 줄이기 위해, 도 4(b)와 같이 윈도우(232)는 복수의 윈도우 층으로 구성될 수 있다.
이하에서 복수의 윈도우 층으로 구성된 덮개부(230)의 실시예를 구체적으로 살펴본다.
도 5는 도 4(b)의 A-A' 방향 단면도 이다.
윈도우(232)는 덮개부 프레임(231)에 고정되어 적어도 두 개의 윈도우 층으로 구성될 수 있다. 윈도우 층은 압착상태를 유지하거나, 층간 진공부(233)를 포함할 수 있다.
즉, 윈도우(232)는 복수의 윈도우 층으로 구비되어 윈도우(232)를 통한 열교환을 방지하고, 윈도우 층간 진공부(233)를 두어 윈도우(232)가 단열 소재로 구성되지 않더라도 연교환을 방지할 수 있다.
도 6는 본 발명의 덮개부에 포함되는 윈도우를 구성하는 물질의 특징을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명은 블랙 바디(220, 도 2 참조)에서 발산하는 적외선의 방사량과 실측량을 비교하는 것으로, 덮개부(230, 도 3 참조)에 포함되는 윈도우는 블랙 바디(220)에서 발산하는 적외선의 파장을 통과할 수 있어야 한다.
통상적으로 블랙 바디(220)에서 발산하는 적외선는 8~14um의 원적외선 대역으로 덮개부(230)에 포함된 윈도우는 8~14um의 파장대역을 투과시키는 물질로 구성됨이 바람직하다.
이를 위해, 윈도우는 도 6을 참조하여, 마그네슘 플로라이드(Magnesium fluoride), 칼슘 플로라이드 (Calcium fluoride), 바륨 플로라이드(Barium fluoride), 셀렌화 아연(Zinc selenide), 황화아연(Zinc sulfide), 3황화비소(Arsenic tri-sulfide), 규소(Silicon) 및 저마늄(Germanium) 중 적어도 하나로 구성됨이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
구체적으로, 도 7(a)는 도 2에 따른 기존의 비냉각 적외선 열화상 이미지 교정 시스템을 이용하여 획득한 교정 알고리즘의 오차 범위 그래프이고, 도 7(b)는 도 3에 따른 본 발명의 비냉각 적외선 열화상 이미지 교정 시스템을 이용하여 획득한 교정 알고리즘의 오차 범위 그래프이다.
챔버(211)와 블랙 바디(220)간 상호 온도 교환이 있는 경우인 기존의 비냉각 적외선 교정 시스템은 획득한 교정 알고리즘의 오차가 최대 0.7에서 최소 -1.7에 이르렀다.
다만, 챔버(211)와 블랙 바디(220)간 상호 온도 교환이 없는 경우인 본 발명의 비냉각 적외선 교정 시스템은 획득한 교정 알고리즘의 오차가 최대 0.6 에서 최소 -1.1 범위로 오차 범위가 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명은 블랙 바디(220)의 온도 및 챔버(211)의 온도를 가변하며 획득한 데이터를 통해 동일 방식으로 획득한 교정 알고리즘의 정확도가 높아지는 것을 효과를 기대할 수 있다.
본 발명은 보다 정확한 데이터를 획득하는데 목적이 있으며, 획득한 데이터를 통해 교정 알고리즘을 획득하는 모델링은 동일하게 적용될 수 있으며, 상기 모델링은 다양한 방식이 적용될 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (9)

  1. 블랙바디의 온도를 조절하는 제1 온도 조절 장치;
    상기 블랙바디의 온도를 센싱하는 적외선 센서부;
    상기 블백바디와 상기 적외선 센서부가 수용되는 챔버;
    상기 블랙바디를 기밀상태로 유지하며, 일면에 상기 블랙바디에서 발산하는 적외선이 통과하는 윈도우를 포함하는 덮개부;를 포함하는 열화상 이미지 센서 교정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 덮개부는,
    상기 일면에 상기 위도우를 복수 개 포함하고,
    상기 열화상 이미지 센서 교정 장치는
    상기 복수 개의 윈도우에 대응하여 복수 개의 상기 적외선 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 윈도우는
    격자 구조로 상기 덮개부의 일면에 구비되는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우는
    복수의 윈도우 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 윈도우 층은
    층간 진공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우는
    8 내지 14
    Figure PCTKR2020001391-appb-img-000001
    의 파장대역을 투과하는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위도우는
    마그네슘 플로라이드(Magnesium fluoride), 칼슐 플로라이드(Calcium fluoride), 바륨 플로라이드(Barium fluoride), 셀렌화 아연(Zinc selenide), 황하아연(Zinc sulfide), 3 황화비소(Arsenic tri-sulfide), 규소(Silicon) 및 저마뉼(Germanium) 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열화상 이미지 센서 교정 장치는,
    상기 챔버 내부의 온도를 조절하는 제2 온도 조절 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 덮개부는
    단열 소재로 구비되는 것을 특징으로 하는 열화상 이미지 센서 교정 장치.
PCT/KR2020/001391 2019-02-22 2020-01-30 캘리브레이션 정확성 향상을 위한 멀티 윈도우가 구비된 적외선 열화상 이미지 센서 교정 장치 WO2020171411A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2019-0021072 2019-02-22
KR1020190021072A KR20200102728A (ko) 2019-02-22 2019-02-22 캘리브레이션 정확성 향상을 위한 멀티 윈도우가 구비된 적외선 열화상 이미지 센서 교정 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020171411A1 true WO2020171411A1 (ko) 2020-08-27

Family

ID=72143510

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/001391 WO2020171411A1 (ko) 2019-02-22 2020-01-30 캘리브레이션 정확성 향상을 위한 멀티 윈도우가 구비된 적외선 열화상 이미지 센서 교정 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20200102728A (ko)
WO (1) WO2020171411A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070116703A (ko) * 2006-06-06 2007-12-11 임용근 비냉각형 적외선 센서
KR20080013444A (ko) * 2006-08-09 2008-02-13 주훈 다수의 흑체 소스로 이루어진 흑체 어셈블리 및 이를 이용한 열상 카메라의 온도보정 방법
JP2012191074A (ja) * 2011-03-11 2012-10-04 Toshiba Corp 非冷却赤外線撮像素子及びその製造方法
KR20130038468A (ko) * 2011-10-10 2013-04-18 한국광기술원 윈도우 일체형 비냉각형 적외선 검출기 및 그 제조방법
JP2014134402A (ja) * 2013-01-08 2014-07-24 Fujitsu Ltd 赤外線センサ及び温度補償方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070116703A (ko) * 2006-06-06 2007-12-11 임용근 비냉각형 적외선 센서
KR20080013444A (ko) * 2006-08-09 2008-02-13 주훈 다수의 흑체 소스로 이루어진 흑체 어셈블리 및 이를 이용한 열상 카메라의 온도보정 방법
JP2012191074A (ja) * 2011-03-11 2012-10-04 Toshiba Corp 非冷却赤外線撮像素子及びその製造方法
KR20130038468A (ko) * 2011-10-10 2013-04-18 한국광기술원 윈도우 일체형 비냉각형 적외선 검출기 및 그 제조방법
JP2014134402A (ja) * 2013-01-08 2014-07-24 Fujitsu Ltd 赤外線センサ及び温度補償方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200102728A (ko) 2020-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7422365B2 (en) Thermal imaging system and method
US4435093A (en) Pyrometer with sighting window cleanliness monitor
KR20060064615A (ko) 비냉각식 마이크로볼로미터 검출기를 이용한 복사 분석
WO2012067423A2 (ko) 적외선 어레이 센서를 이용한 휴대용 온도측정장치
US9255846B1 (en) Digital temperature determination using a radiometrically calibrated and a non-calibrated digital thermal imager
US20220201177A1 (en) Infrared imaging unit, imaging device, and unmanned aerial vehicle
WO2019182355A1 (ko) 열화상센서를 갖는 스마트폰, 차량, 카메라 및 이를 이용한 디스플레이 및 감지 방법
US20120212621A1 (en) Back Focus Adjusting System for Infrared Camera and Back Focus Adjusting Method for Infrared Camera
CN111579081B (zh) 一种红外测温方法、装置及设备
WO2021251563A1 (ko) 열화상 카메라의 온도정확도 향상을 위한 외부 장착형 온도교정장치 및 이를 이용한 온도 측정 시스템
US6552345B2 (en) Thermopile far infrared radiation detection apparatus for crime prevention
TW201928319A (zh) 溫度量測校正方法、電子系統及校正迴歸係數表的產生方法
WO2020171411A1 (ko) 캘리브레이션 정확성 향상을 위한 멀티 윈도우가 구비된 적외선 열화상 이미지 센서 교정 장치
CN111307294A (zh) 一种体温测量装置
WO2020246745A1 (ko) 플라즈마 oes 진단 윈도우 시스템, 플라즈마 oes 값의 보정 방법 및 플라즈마 oes 진단용 윈도우
CN107543613B (zh) 一种井下红外测温精度影响因素测试装置及测试方法
CN112504463A (zh) 一种测温系统及其测温方法
CN112595420A (zh) 一种红外体温筛选仪及校正方法
CN109540297A (zh) 基于fpa温度的红外热像仪标定方法
WO2017023151A1 (ko) 이미지 처리 장치
WO2021261642A1 (ko) 측정온도 보정시스템
CN114623938A (zh) 用于热相机的增强辐射度测量校准的模块设计
GB2597924A (en) A thermal imaging system and method
KR102277509B1 (ko) 열화상 장치
US11706380B2 (en) Radiometric camera with black body elements for screening infectious disease carriers and method for calibrating a thermal camera having internal black body elements

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20758952

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20758952

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1