적외선카메라 반응속도 기존보다 3배 빨라진다

▲ 메타표면 흡수체가 적용된 적외선센서 픽셀 개념도

기계연, 적외선 이미지센서에 메타표면 흡수구조 적용

한국기계연구원은 비냉각 적외선 카메라 이미지센서에 메타표면 흡수체를 적용해 센서의 반응 속도를 3배 이상 높이는 데 성공했다고 28일 밝혔다.

최근 시각화 기술이 발전하면서 눈에 보이는 가시광선뿐 아니라 눈에 보이지 않는 적외선 영역을 가시화할 수 있는 기술도 발전하고 있다.

적외선센서는 대상의 온도를 감지하는 기술로, 드론이나 자동차 등 이동체의 영상을 잔상 없이 포착하는 데 필요하다.

크게 군사용으로 사용되는 냉각형과 일반 센서에 사용되는 비냉각형으로 나뉜다.

기계연 나노공정연구실 정주연 박사 연구팀은 비냉각 적외선 이미지센서의 반응속도를 높이고자 흡수체의 열 질량(thermal mass)을 획기적으로 줄였다.

흡수체는 적외선 에너지를 받아 이미지센서에 전달하는 역할을 하는데 이때 흡수체가 열을 받아들이는 정도를 열 질량이라고 한다.

열 질량을 줄이고자 흡수체를 얇게 만들면 흡수체 기능을 제대로 하지 못한다는 단점이 있다.

연구팀은 흡수체 표면에 적외선센서가 주로 흡수하는 적외선의 파장 대역 인 7㎛(마이크로미터) 이하의 작은 반복적인 구멍으로 메타표면을 만들었다.

메타표면은 전자기파 파장보다 작은 반복적인 패턴으로 구성된 박막으로 표면이 전자기파보다 작을 때 나타나는 특별한 성질을 이용할 수 있다.

이번 연구에서는 적외선 파장대역 보다 작은 패턴으로 표면을 만들어 기존의 적외선 흡수율은 잃지 않고 열 질량은 줄이는 데 성공했다.

연구팀은 비냉각형 적외선 이미지센서를 더 정확하게 하고자 흡수체에 식탁처럼 다리 구조를 붙여 기판에서 뜨도록 설계했다.

박천홍 기계연 원장은 “센서 기술은 제4차 산업혁명 시대의 키워드로 꼽히는 IoT(사물인터넷) 기술 발전의 핵심 요소”라며 “현재 기초연구 수준에 머물러 있는 메타물질 연구를 국민 생활에 밀접한 기술로 발전시켜 실용화에 기여했다는 점 의미가 있다”고 말했다. 최소망 기자somangchoi@

▲ 메타표면 흡수체가 적용된 적외선센서 픽셀 개념도