보고서 정보
주관연구기관 |
소모에너지엔테크놀러지 |
연구책임자 |
이선용
|
참여연구자 |
최주현
,
최용규
,
박봉제
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2018-10 |
과제시작연도 |
2017 |
주관부처 |
산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
과제관리전문기관 |
한국산업기술평가관리원 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology |
등록번호 |
TRKO202200007044 |
과제고유번호 |
1415153244 |
사업명 |
소재부품기술개발 |
DB 구축일자 |
2022-09-03
|
키워드 |
칼코지나이드 유리.적외선광학소재.고온압축성형.야간투시카메라.적외선 성형렌즈.
|
초록
▼
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 야간투시카메라에 사용되는 적외선(3~5um, 8~12um) 투과특성을 갖 는 적외선광학렌즈용 칼코지나이드유리 소재 개발 및 개발된 소재를 활용한 몰드성형 적외선광학 렌즈 개발
□ 개발내용 및 결과
1) 저분산 Ge-Sb-Se계 칼코지나이드유리 소재 개발
○ 개발내용
- 분산 : 100 이상, 굴절률 : 2.5 이상
- 투과율 : 50% 이상, 열팽창계수 : 30 이하
- 렌즈성형성 : 형상정도, 표면조도, 전사성, 이형성 확인
○ 결과
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 야간투시카메라에 사용되는 적외선(3~5um, 8~12um) 투과특성을 갖 는 적외선광학렌즈용 칼코지나이드유리 소재 개발 및 개발된 소재를 활용한 몰드성형 적외선광학 렌즈 개발
□ 개발내용 및 결과
1) 저분산 Ge-Sb-Se계 칼코지나이드유리 소재 개발
○ 개발내용
- 분산 : 100 이상, 굴절률 : 2.5 이상
- 투과율 : 50% 이상, 열팽창계수 : 30 이하
- 렌즈성형성 : 형상정도, 표면조도, 전사성, 이형성 확인
○ 결과
- 분산 : 102, 굴절률 : 2.6108
- 투과율 : 54%, 열팽창계수 : 18.13
- 저분산 개발소재 적용 광학계(렌즈 + 기구) 설계 완료하여, 성형하기 위한 프리폼(Ball 포함) 연마진행 완료, 몰드금형제작을 통한 성형렌즈 제작 완료하였고, 적외선 광학 모듈을 제작하여 렌즈형상정도 0.37um이하, 렌즈 표면조도 13nm 이하, 해상도(MTF) 48%로 목표값을 만족하였음
2) 고분산 Ge-Sb-Se계 칼코지나이드유리 소재 개발
○ 개발내용
- 분산 : 40 이하, 굴절률 : 2.5 이상
- 투과율 : 55% 이상, 열팽창계수 : 20 이하
- 렌즈성형성 : 형상정도 0.34um이하, 표면조도 12nm이하, 해상도 30%이상
○ 결과
- 분산 : 34.34, 굴절률 : 2.58
- 투과율 : 58%, 열팽창계수 : 15.09
- 고분산 개발소재 적용 광학계(렌즈 + 기구) 설계 완료하여, 성형하기 위한 프리폼(ball 포함) 연마진행 완료, 몰드금형제작을 통한 성형렌즈 제작 완료하였고, 적외선 광학 모듈을 제작하여 렌즈형상정도 0.24um이하, 렌즈 표면조도 4nm 이하, 해상도(MTF) 66%로 목표값을 만족하였음
3) 저분산(Ge27.5Sb12.5Se60)/고분산(Ge5Sb30S60Ga5) Pilot공정 개발
○ 개발내용
- 저분산/고분산 최적 개발조성 유리합성 Pilot공정 개발
- 프리폼 양산공정 기술개발
- 몰드성형렌즈 적용 양산공정 개발 및 평가
○ 결과
- 저분산/고분산 최적 개발조성 및 합성공정을 통해 직경 10~60mm까지 한번에 여러개 잉곳 양산 가능한 공정조건 확립완료
- 각각 개발소재에 맞는 광학설계를 진행 프리폼(Ball 포함) 연마기술을 통해 국외 제품과 동등이상의 기술수준 확보완료
- 제작된 몰드금형을 통해 성형렌즈를 제작 완료하였고, 형상정도 및 표면조도도 세계수준까지 도달하였음
4) 개발소재 적용 적외선광학 렌즈, 모듈, 카메라 시스템, 성능평가 개발
○ 개발내용
- 개발소재 적용 상용제품 광학계 설계
- 개발소재 적용 몰드성형렌즈 및 Ass’y 시세품 개발
- 80*80 저화소급 및 640*480 고화소급 카메라 시스템 적용 검토
○ 결과
- 상용제품 적용 테스트를 위해 80*80(렌즈 1매), 640*480(렌즈2매) 화소급 광학설계 완료
- 비교 검토를 위한 수입소재 적용 각각 광학설계 완료
- 설계 완료된 80*80급 및 640*480급 각각 몰드성형용 금형/성형렌즈 제작완료, 광학 Ass’y 시제품 제작완료
- 80*80급 및 640*480급 각각 카메라 시스템에 적용, 수입소재 대비 광학모듈 해상도(MTF) 측정값 오차범위 내에서 동등 이상값 보유 및 카메라 시스템 적용 화면 평가에도 수입소재와 동등 수준 확인 완료
□ 기술개발 배경
○ 군수에서는 적외선 광학 유리소재(Ge, ZnS, ZnSe 등)가 다양한 무기체계에 적용되고 있지만, 첨단 개인 휴대 장비 증가로 인한 전투력 저하를 고려 광학장비도 경량화 및 고성능화 요구가 지속적으로 증대되고 있음
○ 특히, 개인 휴대 야간 감시/조준경 장비의 경량화 및 고성능화를 위해서는 적외선 광학계의 경량화는 필수적임
○ 민수에서는 적외선 광학 유리소재가 적용된 장비(시스템)는 매우 고가로 대부분 군수에서 적용된 시스템으로 특수 목적으로 활용되고 있으며, 무인자동차, 무인항공기, 드론 등 다양한 분야의 저변확대 가능한 저가/보급형 제품이 매우 부족한 실정임
○ 이러한 저변확대 가능한 제품 개발에 있어 상당한 비중을 차지하는 적외선 광학계의 저가/보급형이 매우 필수적임
○ 칼코지나이드유리는 일반 실리카계열 광학유리에 비해 질량수가 높은 원소(VI족 S, Se, Te 등)를 포함하므로 12㎛ 이상의 원적외선 영역까지도 우수한 투과도와 낮은 유리전이온도 특성을 지니고 있음
○ 저가보급형 야간투시카메라 제작을 위해서는 적외선광학렌즈용 소재의 요구조건을 충족하는 칼코지나이드유리 소재의 개발과 몰드성형 적용 적외선광학렌즈 개발이 절실히 필요함
○ 기존 적외선광학렌즈는 대부분 고가의 단결정소재를 DTM(Diamond turning machine)가공으로 높은 제조단가 때문에 야간감사카메라의 민수분야 적용에 장애요소가 되고 있음. 최근 적외선광학렌즈의 대량생산이 용이한 몰드성형방법 개발로 저가의 몰드성형용 적외선광학소재가 크게 주목받고 있음
○ 적외선카메라 응용범위는 군수분야에서 민수분야로 확대 추세임
□ 핵심개발 기술의 의의
○ 본 기술개발에 통해 개발된 다양한 직경(최대 Φ60)의 칼코지나이드유리 소재는 국내에서 최초 개발
○ 원재료(Ge, Sb, Se, S 등) 수입을 제외한 칼코지나이드유리 소재 합성 및 공정개발은 100% 국산화 달성
○ 칼코지나이드 유리소재 개발시 관련논문은 참고하였지만, 해외기술 도입은 전무한 상태에서 기술개발 성공
○ 공정 기술 포함 개발제품 역시 기존 해외 제작업체 제품 대비 동등한 수준으로 충분히 수입대체 및 수출 가능성 높음
□ 적용 분야
○ 군사용: FLIR(Forward Looking Infrared), DVE(Driver's Vision Enhancer), TOD, 경계로봇, TWS, UAV
○ 보안용: 시설 및 화재감시, 자동차/열차 야간운행, 선박 야간충돌방지
○ 산업용: 전기전자 제품의 과열, 이상열원 발견, 송/배전선로 상태
○ 예방진단용: 발전소/변전소, 석유화학, 빌딩 등 비파괴 검사, 전기 상태점검
○ 의료용: 유방암, 전립선, 피부질환 진단, 수술결과 확인
○ 연구/개발용: 각종기기 열설계, 각종소재 열현상, 보온/단열해석, 활화산관찰, 지표면 온도분포관찰, 해양동물 생태조사, 동/식물 생태조사 외
(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 최종보고서 초록 ... 3
- 기술개발사업 주요 연구성과 ... 15
- 목차 ... 37
- 제 1 장 서론 ... 38
- 제 1 절 과제의 개요 ... 38
- 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 42
- 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 42
- 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 43
- 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 45
- 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 46
- 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 47
- 제 3 장 결과 ... 48
- 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 48
- 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 135
- 제 3 절 고용 창출 효과 ... 140
- 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 141
- 제 4 장 사업화 계획 ... 142
- 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 142
- 제 2 절 사업화 계획 ... 146
- 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획 ... 148
- 끝페이지 ... 149
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