국가안보작전 조용한 감시자 ‘IR 이미징’ 기술

韓, 보안 등 첨단기술 수요↑,적외선 열화상 캠 시장 확대

세계 8,450백만달러 규모, 국방·차·우주항공·산업·의료·소방 등 큰 성장세

■산업 및 시장 국내동향

1) 시장규모 및 전망

한국의 IR 이미징 시장의 시장 규모는 2013년에 291백만 달러로 평가되었으며, 2020년까지 470백만 달러로 연평균 6.94%의 성장이 예상된다. 한국에서 가전제품(Consumer Electronics) 응용 분야 시장은 2013년에 110백만 달러로 평가되어 가장 큰 시장을 차지하고 있으며, 2014년에서 2020년 사이에 연평균 11.04%로 성장할 것으로 예상된다.

감시(Surveillance) 응용 분야는 2013년 601백만 달러로 평가되었으며, 2014년에서 2020년 사이에 연평균 7.13%의 성장이 예상된다. 한국도 보안 문제가 심각하게 증가하고 있으며, 이는 적외선 열화상 카메라가 보안 목적으로 사용될 필요성을 나타낸다. 한국에서는 첨단 카메라 기술에 대한 필요성이 커지면서 적외선 열화상 카메라 제조업체 및 유통 업체에 기회가 창출되고 있다.

2) 기업 현황

소모E&T社는 국내 최초로 성형 방식의 적외선 렌즈 양산을 통해 적외선 카메라 모듈 및 시스템을 개발 중이다. 2017년 핵심 방산소재 기술개발 사업을 통해 한국광기술원으로부터 칼코지나이드 소재 합성 기술을 이전받아 자체 제작된 소재를 기반으로 80×80급 및 640×480급 적외선 카메라 모듈 시스템을 제작 판매하고 있다.

Cox社는 2010년에 설립된 열화상 카메라 제작 전문 회사로서 칼코지나이드 성형 렌즈를 이용한 384×288급 자동차용 나이트비전용 카메라를 포함한 다양한 제품군을 확장하여 시판하고 있다.

㈜카바스社는 모바일 기기용 가시광 렌즈 모듈 제작 전문 회사로서 적외선 영역으로 사업영역을 확장하여 2017년에는 한국광기술원과 산화물 기반 중적외선용 광학유리 소재 개발 연구를 진행하고 있으며, 가시광 및 적외선 영역이 동시에 가능한 퓨전 카메라를 개발하여 해외 수출을 준비 중이다.

그린광학은 핵심 방산기술 개발 사업을 통해 CVD-ZnS를 자체 개발하여 적외선 영역 대에 활용 가능한 광학 부품을 개발 판매하고 있다.

현대모비스는 최근 운전자 안전을 위해 Autoliv社의 자동차 후방 장착용 나이트비전을 검토하였으며, 소모E&T社 등을 포함한 여러 나이트비전 제작회사와 기술 검토 중이다.

또한, 에이지 광학, 옵트론텍社, 엠피닉스社 등 유리 렌즈 성형 전문 기업들의 경우 적외선 광학 모듈 제조를 통하여 새로운 적외선 광학 시스템 시장에 진출을 준비하고 있다.

■해외동향

1) 시장규모 및 전망

파장에 따른 IR 이미징 시장은 SWIR, MWIR 및 LWIR로 세분화된다. LWIR은 2013년 2,242백만 달러의 주요 시장으로 평가되었으며, 2020년까지 3,702 백만 달러에 달할 것으로 예상된다.

2014년에서 2020년 사이에 연평균 7.24%의 높은 성장률을 보일 것으로 예상되며, LWIR 파장의 적용 범위는 보안, 자동차, 항공 우주 및 방위와 같은 분야에 적용될 수 있기 때문에 더 넓은 범위에서 확대되고 있다. 2014년에서 2020년 사이에 MWIR 시장은 6.53%의 연평균 성장할 것으로 예상되며, SWIR 시장은 적용 범위가 제한되어 있어 연평균 4.75%의 성장률을 보일 것으로 예상된다.

글로벌 IR 이미징 전체 시장은 2013년 5,369백만 달러의 시장 규모로 평가되었으며, 2014년과 2020년 사이에 연평균 6.50%로 성장하여 2020년까지 8,450백만 달러에 달할 것으로 예상된다. IR 이미징 응용시장은 가전제품, 감시(군사, 국토 안보 및 산업), 자동차, 국방 및 우주 항공, 산업, 의료 및 소방 등과 같은 주요 산업을 포함하고 있으며 큰 성장세를 나타내고 있다.

감시(Surveillance) 응용 분야는 IR 이미징 시장에서 가장 큰 시장으로, 최근 급상승하는 적외선 감시 보안 카메라는 장거리 열 감시가 가능하므로 다양한 구성으로 이용할 수 있다.

적외선 감시 카메라는 전투 지역, 국경 순찰 임무 또는 국토 안보 작전에서 안전한 거리로 최고의 감시 기능을 제공하는 무선 모델을 포함하여 여러 가지 구성으로 제공되고 있다.

감시 응용 분야 시장은 2013년에 1,649백만 달러로 평가되었으며 2014년에서 2020년 사이에 연평균 6.88%의 성장이 예상된다.

가전제품 응용 분야는 2014년에서 2020년 사이에 9.57%로 가장 높은 성장률을 보일 것으로 예상된다. 새로운 Micro Thermal Camera(MTC)는 크기, 무게, 전력 및 비용 감소를 보이는 기술 혁명에서의 최신 경향을 나타내고 있다.

휴대전화 또는 태블릿에서 사용하면 가정의 단열재 및 창문에서 열 누출을 확인하고 비효율적인 에너지 기기를 추적하고 차가운 공기를 찾아낼 수 있다. 상기 응용 분야는 2014년에 872백만 달러의 시장 규모로 평가되었으며 2020년까지 1,510백만 달러에 이를 것으로 예상된다.

항공 우주 및 방위 분야와 산업분야는 2013년에 각각 1,181백만 달러와 753백만 달러의 시장 규모로 평가되었다. 의료분야는 2013년 202백만 달러에서 2020년 262백만 달러에 이를 것으로 예상되며 2014년에서 2020년 사이에 연평균 3.57%의 성장이 예상된다.

마지막으로 자동차 및 소방 응용 분야의 IR 이미징 시장은 예측 기간 동안 각각 4.49% 및 4.47%의 연평균 성장률로 증가할 것으로 예상된다.

2) 기업 현황

주요 LWIR 카메라 제조업체로는 FLIR 시스템(미국), Axis Communications AB(스웨덴), PELCO(미국), 삼성테크윈(한국), Fluke Corporation(미국) 및 L3 Communications(미국)이 있다.

Edmund Optics, Inc.(미국)와 같은 회사는 싱글 렌즈, 무색 렌즈 및 비구면 렌즈와 같은 다양한 종류의 적외선 렌즈를 제공하며, THK Photo Products, Inc.(미국)는 주야간 또는 고감도 HAD 카메라용 적외선 보정 렌즈를 제공하고 있다.

Umicore(벨기에)는 12, 17, 25μm의 비냉각 검출기에 적합한 적외선 렌즈 시스템도 제조하고 있다.

■국내외 선도기업

광학소재, 모듈 및 광학시스템 기술 관련 국내외 선도 기업은 다음의 <표5>와 같다.

■미래의 연구방향

1) 광학소재 및 광학렌즈

적외선 광학계는 군수 분야에 처음 채용되면서 결정질 소재들이 주로 활용되었으며, 군수 분야의 특성상 대구경 렌즈에 대한 요구에 따라 대부분 직가공 방식으로 제작되었다.

최근에 이르러 적외선 광학계가 CCTV, 열화상 카메라, 질병 조기 진단 등의 민간 수요의 증가에 따라 저가 소구경 적외선 렌즈에 대한 요구가 폭발적으로 늘어났다.

저가의 적외선 렌즈를 제작하기 위해 광학소재 측면에서는 결정질 소재에서 산화물 또는 칼코겐 기반 소재로 변화하고 있으며, 광학렌즈 제작 측면에서는 기존의 직가공 방식에서 몰드 성형 방식으로 변경하여 저가화를 목표로 하고 있다.

대량생산을 통한 저가 광학소재를 제작하기 위해 최근에 웨이퍼(wafer)형 광학소재 제작 공정이 도입되고 있으며, 적외선 어레이(array) 렌즈 제작도 시도되고 있다. 적외선 영역 시장에서 가장 큰 비율을 차지하고 있는 감시 정찰 분야에서는 무인기, 드론, 로봇 등의 다양한 이동기기가 등장함에 따라 초경량 초소형 광학 모듈의 필요성이 대두되고 있으며 이에 따른 초경량 초소형용 광학소재에 연구가 활발히 진행되고 있다.

또한, 극한 온도 상황에서 투과율이 떨어지지 않는 광학소재, 외부 충격에 대해 저항성이 높은 광학소재, 방사선에 대한 높은 저항성을 갖는 광학소재, 인체에 무해한 친환경 소재 등 적외선 영역에서 사용 가능할 뿐만 아니라 특수 환경 맞춤형 기능성 적외선 광학소재에 대한 연구가 전 세계적으로 이루어지고 있다.

2) 광학시스템

현재 4차 산업혁명의 대두로 인하여 미처 예상하지 못했던 분야에서 융합산업이 파생되고 있으며, 산업 기반 기술인 광학 시스템에도 새로운 시도가 진행되고 있다. 4차 산업혁명의 특징인 초연결을 통해 광대역 파장용 카메라, 인공지능용 데이터 수집 카메라, 위험 감지용 모션 인식 카메라 등이 시스템과 연동하여 그 요구치가 폭발적으로 증가하고 있다.

특히, 자율 주행 허용 가시광-근적외선(SWIR) 퓨전 카메라 시스템, 조기 질병 진단용 근적외선-중적외선 퓨전 카메라 시스템 등은 이미 개발이 진행되고 있다. 기능성 적외선 광학소재 및 광학렌즈와 더불어 광학 시스템에 대한 연구가 앞으로도 활발히 진행될 것으로 예측되며, 기술 확보를 통한 세계시장 선점이 무엇보다도 중요한 시점이다.

■정책제언

1) 정부의 적극적 지원

적외선 광학 시장은 4차 산업혁명의 가속화에 힘입어 새로운 블루오션 시장으로 떠오르고 있다. 특히 광학소재의 경우“소재부품 4차 기본 계획”, “5대 투자 영역 및 25대 전략투자 분야(첨단소재)”, “13대 혁신성장 동력(첨단소재)” 등 정부의 정책적 방향성과 매우 적합하다.

이와 관련하여 국내 광학소재 산업의 현황을 고려할 때 선진국형 고부가가치 적외선 광학 산업은 가시광 광학 산업에 비하여 상대적으로 시장 경쟁력이 낮은 상황이다. 적외선 광학 산업에서는 광학소재, 광학렌즈 및 광학 시스템에 대한 실증이 필수 요소이지만 현재 국내 산업계에서는 정립되어 있지 않은 실정이다.

또한, 적외선 광학소재는 전략물자로 분류되어 있기 때문에 방위산업체 기업들의 국내 적외선 광학계의 내재화에 걸림돌이 되고 있다. 그러므로 감시·정찰 국방 분야에서 적극 활용이 가능한 적외선 광학소재 및 광학렌즈 분야에 대한 정부의 적극적이고 지속적인 지원이 필요하다.

2) 조세 특례

적외선 광학 산업 활성화를 위하여 적외선 광학소재, 광학렌즈 제조기술 투자 시 관련 규제 해제, 조세 특례를 통한 기업 참여 유도가 현실적인 대안이 될 것으로 보인다. 더불어 무엇보다도 적외선 광학소재 및 광학 렌즈에 대한 실증 시스템 및 허브 구축은 적외선 광학 산업 활성화 및 수출 경쟁력 강화 측면에서 필요할 것으로 판단된다.

▲ 한국에서의 응용분야에 따른 적외선 이미징 시장 2013년~2020년 단위 백만달러

▲ 파장에 따른 전 세계 적외선 이미징시장 2013년~2020년, 단위 백만달러

▲ 응용분야에 따른 전세계 적외선 이미징 시장 및 성장률 2013년~2020년 단위 백만달러

▲ 광학소재 모듈 및 광학시스템 기술 국내선도기업

▲ 광학시스템 기술 해외선도기업