InGaAs나 HgCdTe 센서와 같이 IR wavelength를 감지하기 위한 전용 센서들은 가격이 비싸고 그 제조 공정이 복잡하여 실제로 군사, 감시, 또는 특정 검사 영역에서만 한정적으로 사용되고 있습니다. 또한 일부 국가에서는 정부에서 IR카메라의 수출을 제한하고 있어 전용 IR 카메라의 사용이 더욱 힘듭니다. 하지만 이러한 상황에도 불구하고 지난 몇 년간 Machine Vision에 IR 카메라를 사용하려는 시도는 계속 진행되어 왔고, 그 수요도 점차 증가하고 있습니다.

그러므로 필요한 application에 맞는 IR 카메라의 선택은 성공적으로 IR 카메라를 사용하기 위해 매우 중요합니다. 이번 VisionWith 에서는 IR을 감지하기 위해 센서들이 있고 또한 고려할 사항은 무엇인지 간단히 알아보도록 하겠습니다.

Machine Vision application에서 가시 광선 근처에 있는 NIR(Near InfraRed)와 SWIR(Short Wavelenght InfraRed) 영역은 그 활용도가 매우 높은 편입니다. 특히 이 영역의 IR은 실리콘을 투과하는 특징을 가지고 있어 반도체나 PV의 원료가 되는 Wafer검사에 많이 활용되고 있습니다.

또한 그 특성이 가시광선과 비슷하여 기존의 장비들을 그대로 활용할 수 있다는 장점도 있습니다. 1100nm 근처의 NIR은 Si-CCD 센서로도 감지가 가능하여 낮은 가격으로 활용이 가능합니다. 대표적인 센서로는 InGaAs 센서와 Si-CCD 센서가 있습니다. 각각의 센서는 아래의 표와 같은 장점을 가지고 있습니다.

NIR과 SWIR 영역은 이미 언급하였듯이 가시광선과 그 성질이 비슷하여 일반적인 Lens를 사용하여도 문제가 되지 않습니다. 그러나 일반 Lens의 경우 가시광선 이외의 영역에서 투과율이 높지 않기 때문에 IR 전용코팅을 한 렌즈를 사용하여 투과율을 높여줍니다.

특수한 경우에는 SWIR보다 더 긴 파장을 필요로 할 경우가 있습니다. 이럴 경우에는 위에서 언급한 센서들을 사용할 수 없고 더 긴 파장을 감지할 수 있는 다른 종류의 센서들을 고려해야 합니다. 일반적으로 Indium antinomide(InSb)는 MWIR(3~5μm)에서 HgCdTe센서는 MWIR과 LWIR(8~12μm)에서 사용이 가능합니다. 이러한 센서를 사용하는 카메라는 CCD 카메라의 S/N값과 비슷한 의미를 지니고 있는 NETD(Noise Equivalent Temperature Difference)값을 이용해 감도를 파악합니다.

단위는 mK이며 값이 낮을수록 더 감도가 좋은 센서입니다. 이 값은 여러가지 요인에 의해 영향을 받는데 대표적으로 detector noise, system noise, 또는 사용하는 렌즈의 aperture size에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 그러므로 이러한 application에서 적당한 IR 렌즈를 고려하는 것도 매우 중요합니다.

대부분의 InSb카메라는 약 3~5μm의 파장을 감지하며 이때 카메라에 열이 들어오는 것을 방지하기 위해 cold stop을 설치해줍니다. 이러한 카메라에 사용되는 렌즈 또한 이러한 사항을 고려해줘야 하고 일반적으로 렌즈 내부의 조리개가 이러한 cold stop의 역할을 하게 됩니다.

하지만 cooled camera의 경우 이러한 stop이 렌즈 뒤쪽에 위치하기 때무넹 규격에 맞지 않는 렌즈를 사용할 경우 원치 않는 noise로 인해 카메라의 dynamic range에 나쁜 영향을 끼칠 수 있습니다.

반면에 LWIR 영역에서는 대부분의 물질이 이 영역의 IR을 흡수하기 때문에 LWIR의 투과율이 매우 중요한 요소가 됩니다. 이러한 투과율은 transmisstion number 또는 t-number라는 수치로 표현되며 이 값이 높을수록 투과율이 좋습니다. 일반적으로 약 80%~92%의 투과율을 지닌 렌즈들이 사용되고 있습니다.

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