NIR bandpass filter

 안녕하세요. 새해 들어 (마음만) 바쁘다 보니 새 글을 올리지 못했습니다.

 어제 고객사 문의가 있어서 정리하다가 오늘은 지난 해 개발한 NIR band pass filter에 대해 소개하는 것도 좋겠다는 생각을 했습니다.

 차량용 라이다(lidar)에 사용하는 laser diode의 파장은 여러가지가 있지만, 905nm가 가장 많이 사용되는 것으로 파악하고 있습니다. 특히 오스람에서 제공하는 3층으로 되고  active area가 대략 200umX10um인 laser diode가 광출력과 각도 해상도등 광학 사양을 고려하면 거의 표준 제품이지 않을까 싶습니다.

 이 파장의 빛이 물체에서 반사, 산란되어 센서로 들어 오는 수광광학계에는 다른 파장을 걸러주는 bandpass filter가 사용됩니다. 이 filter가 갖추어야 하는 덕목은 투과파장대역이 좁으면서 투과율이 높고, 투과파장영역 이외의 투과율은 최대한 억제하여 투과하지 않도록 하는 것과 입사각에 따른 투과파장대역의 이동이 적어야 한다는 2가지를 들 수가 있습니다. 이러한 특성을 갖는 bandpass filter를 발빠르게 개발해 놓은 업체가 있는데, VIAVI(<-JDSU<-OCLI)입니다. 이 회사에서는 low-angle-shift filter(www.viavisolutions.com/en-us/osp/technology/custom-optical-coatings)라는 이름을 붙였습니다. 통상 입사각이 커지면 투과파장대역이 단파장쪽으로 이동하게 됩니다. 따라서 수광광학계의 입사각이 큰 경우는 이렇게 이동되었을 때도 사용하는 파장을 투과시켜야 하므로 그 만큼 투과파장대역을 넓게 설정해야 하고 이는 사용하지 않는 파장대역이 투과되어 신호잡음이 됩니다. VIAVI의 특허(www.freepatentsonline.com/20140014838.pdf)는 코팅 재질중에 고굴절 실리콘(Si)재질을 사용해서 이를 구현한 것이라고 하고 저희 협력업체에 문의해 보니 특허 회피하는 것도 문제지만 이 재질을 이용한 코팅은 일반적인 코팅기에서는 적용이 어렵다고 합니다. 저희도 이 제품을 개발해 보고자 했으나 접어야 했지요~~

 몇 년전 광학회에서 옵토론텍(www.optrontec.net)이 이러한 종류의 코팅을 개발했다고 들었습니다. 당시에 특허는 어떻게 피했을까 궁금했었는데, 특허관련 분쟁이 있었네요.  "옵트론텍 소송 리스크 덜었다 비아비와 합의 www.youtube.com/watch?v=Uk9LVcN8q-k"

  아래 그림은 이런 종류의 코팅을 실측해 본 투과율 그래프입니다. 입사각 30도에서도 이동량이 적어서 905nm에서 높은 투과율을 유지합니다.

Low angle shift filter

 저희는 통상의 코팅기에서 만들 수 있는 제품을 제작하기로 했습니다. 성능이 조금 떨어지긴 하지만 입사각이 작은 활용에서는 투과파장대역의 이동도 작은 편이니까 가격 경쟁력이 있다고 보았습니다. 아래 그림은 설계치입니다. 입사각이 30도 정도 되면 거의 투과파장대역이 30~40nm이동하게 됩니다. 따라서, 본 제품은 입사각이 작은 영역에서 사용해야합니다. 라이다에 배치하면 센서 바로 앞보다는 렌즈 앞에 위치하는 편이 좋겠죠.

 

 

 하지만, 만드는 것은 역시 쉽지 않았는데, 코팅 층수만 110층이 넘고 하나의 코팅기 안에서도 코팅위치마다 편차가 상당했습니다. 부득이 투과파장대역의 폭을 대폭 키울 수 밖에 없었습니다. 아래 그림 처럼요. 대신에 20도 이내의 입사각에서는 사용할 만 합니다.

APD array처럼 넓은 수광소자와 카메라 센서렌즈로 구성된 광학계가 아니라 range finder처럼 구동부가 있어서 FOV가 작은 제품에서는 훌륭하게 사용할 수 있습니다. 

 

이거 좀 팔려야 하는데...