Co je to infračervená optika? Úvod do infračervené optiky
Autor: Yana Abiso – produktový inženýr
Redaktor: Bryan Ng – marketingový manažer
Editor: Preethi – technik technické podpory
Střih: Ng Ci Xuan – R&D Intern
Vydáno dne:
Naposledy upraveno:
1. Co je to infračervená optika?
Infračervená optika se používá ke shromažďování, zaostřování nebo kolimaci světla v blízkém infračerveném (NIR), krátkovlnném infračerveném (SWIR), středovlnném infračerveném (MWIR) nebo dlouhovlnném infračerveném (LWIR) spektru. Infračervené spektrum spadá do vlnových délek 700 – 16000 XNUMX nm a každé příslušné spektrum je v rozmezí:
- NIR 700 – 900 nm
- SWIR 900 – 2300nm
- MWIR 3000 – 5000 nm
- LWIR 8000 – 14000nm
2. Krátkovlnné infračervené (SWIR)
Systém SWIR pokrývá rozsah spektra 0.9μm-3μm. Optický materiál potřebuje přenášet viditelné a infračervené světlo a potřebuje zdroj světla, jako je slunce, měsíc, hvězdy atd.
Využívá se v mnoha aplikacích, jako je spektroskopie pro třídění, detekci vlhkosti, termovize (používá se pro skleněné a plastové předměty) a zobrazování – noční vidění a zobrazovací lasery.
3. Mid-Wave Infrared (MWIR)
Systém MWIR pokrývá rozsah spektra 3-5μm a je typicky chlazeným systémem. Je tedy méně ovlivněn vlhkostí ve srovnání se systémem LWIR pro většinu cílových vzdáleností, který je vhodný pro aplikace, jako je pobřežní sledování, sledování provozu plavidel nebo ochrana přístavů.
Protože primárním cílem je získat vysoce kvalitní snímky spíše než se zaměřovat na měření teploty a mobilitu.
Obrázky níže ukazují, že obraz MWIR je ostřejší a má vysoký tepelný kontrast ve srovnání s obrazem LWIR.
4. Long-Wave Infrared (LWIR)
Systém LWIR pracuje v rozsahu spektra 7-14μm. Většina LWIR kamer však efektivně pokrývá 8-12μm.
Systém LWIR je běžně známý jako „ termovize “, protože detekuje tepelné stopy vyzařované z objektu a k vytvoření obrazu nevyžaduje osvětlení.
Ano, naše řada čoček LWIR také hraje důležitou roli během pandemie COVID-19.
Schopnosti tepelného zobrazování systému LWIR z něj učinily atraktivní klíčovou komponentu pro rostoucí počet bezpečnostních, sledovacích, vědeckých a průmyslových aplikací.
5. Kategorizace funkčnosti
Obecně se infračervená optika z hlediska spektra vlnových délek dělí na SWIR, MWIR a LWIR. Je však také rozdělen do podkategorií podle toho, jak je navržen v souladu s jeho funkčností, jako jsou:
- Atermální čočka
Optický systém je atermalizován, pokud se jeho kritické výkonnostní parametry, jako je modulační přenosová funkce, zadní ohnisková vzdálenost a efektivní ohnisková vzdálenost, atd. znatelně nemění v rozsahu provozních teplot. - Přibližovací skla
Optický systém, který nepřetržitě pokrývá úzké a široké FOV. - Objektiv Dual FOV
Optický systém, který poskytuje možnost výrazně přepínat ze širokého na úzké FOV. - Dvoupásmový objektiv
Optický systém, který pokrývá rozsah spektra MWIR i LWIR.
6. Specifikace infračervené optiky
| Číslo | Vlnová délka (µm) | Ohnisková vzdálenost (mm) | Typ ostření | F# | BWD (mm) | Namontujte | Detektor |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LSW02514640 *NOVÝ* | 0.9 - 1.7 | 25 | Manuál | 1.4 | 4.3 | 25.4-32TPI | 640 x 480, 25 um |
| LSW02520640 *NOVÝ* | 0.9 - 1.7 | 25 | Manuál | 2.0 | 9.9 | C-Mount | 640 x 480, 25 um |
| Infra-SW141.1-15 *NOVÝ* | 0.9 - 1.7 | 14 | Manuál | 1.1 | 9.4 | C-Mount | 640 x 512, 15 um |
| LSW20024640V2 | 0.9 - 1.7 | 200 | Manuál | 2.4 | 13.5 | C-Mount | 640 x 512, 15 um |
| LSW07515640 | 0.9 - 1.7 | 75 | Manuál | 1.5 | 12.5 | C-Mount | 640 x 480, 25 um |
| LSW05014640 | 0.9 - 1.7 | 50 | Manuál | 1.4 | 6.7 | M37x0.5 | 640 x 480, 25 um |
| Infra-SW2003.0-21 | 0.9 - 1.7 | 200 | Manuál | 3.0 | 12.5 | C-Mount | 1280 x 1024, 10 um |
| Infra-SW122.5-15 | 1.5 - 5.0 | 12 | Manuál | 2.5 | 33.1 | Bajonet | 640 x 512, 15 um |
| Infra-SW252.5-15 | 1.5 - 5.0 | 25 | Manuál | 2.5 | 33.1 | Bajonet | 640 x 512, 15 um |
| Infra-SW253.0-17 | 1.5 - 5.0 | 25 | Manuál | 3.0 | 33.1 | Bajonet | 1024 x 768, 17 um |
| Infra-SW502.5-15 | 1.5 - 5.0 | 50 | Manuál | 2.5 | 33.1 | Bajonet | 640 x 512, 15 um |
| Infra-SW502.3-17 | 1.5 - 5.0 | 50 | Manuál | 2.3 | 39.4 | Bajonet | 1024 x 768, 17 um |
| Infra-SW1002.3-17 | 1.5 - 5.0 | 100 | Manuál | 2.3 | 33.1 | Bajonet | 1024 x 768, 17 um |
| Infra-SW1002.5-15 | 1.5 - 5.0 | 100 | Manuál | 2.5 | 33.1 | Bajonet | 640 x 512, 15 um |
| Infra-SW2002.5-15 | 1.5 - 5.0 | 200 | Manuál | 2.5 | 33.1 | Bajonet | 640 x 512, 15 um |
| Infra-SW252.5-30 | 0.9 - 2.5 | 25 | Manuál | 2.5 | 13.5 | C-mount | 320 x 256, 30 um |
| Infra-SW352.0-30 | 0.9 - 2.5 | 35 | Manuál | 2.0 | 13.4 | C-mount | 320 x 256, 30 um |
| Infra-SW502.0-30 | 0.9 - 2.5 | 50 | Manuál | 2.0 | 13.5 | C-mount | 320 x 256, 30 um |
| Infra-SW752.0-30 | 0.9 - 2.5 | 75 | Manuál | 2.0 | 13.5 | C-mount | 320 x 256, 30 um |
| Infra-SW1002.0-30 | 0.9 - 2.5 | 100 | Manuál | 2.0 | 13.5 | C-mount | 320 x 256, 30 um |
| Infra-SW2002.0-30 | 0.9 - 2.5 | 200 | Manuál | 2.0 | 13.5 | C-mount | 320 x 256, 30 um |
Abychom vám poskytli lepší vizualizaci, zahrnuli jsme naši tabulku objektivů SWIR a její specifikace, jak je uvedeno výše. Zde jsou některé specifikace infračervené optiky obecně používané v průmyslu:
- Ohnisková vzdálenost
- F#
- Rozsah spektra
- FOV (HFOV / VFOV)
- BWD
- Velikost detektoru – viz rozlišení
- Atermální (pracovní teplota)
- Chlazené nebo nechlazené, pokud je chlazené, požádejte o to
- Poloha studeného štítu
- Výška studeného štítu
- Indikátor výkonu objektivu
- MTF
- Zkreslení
- Relativní osvětlení
- Typ ostření
- Namontujte
- Těsnění
Mějte na paměti, že před výběrem, který objektiv spárovat, musíte porozumět specifikacím infračerveného detektoru nebo senzoru.
7. Co je to infračervený detektor nebo senzor?
Infračervený detektor/senzor je převodník zářivé energie, přeměňující zářivou energii v infračerveném pásmu do měřitelné podoby.
Existuje mnoho materiálů detektorů s křivkami odezvy, které zapadají do uvedeného infračerveného spektra.
Podívejme se na jeho rozlišení a velikost pixelů, které možná znáte:
- VGA (Video Graphics Array) – 640 x 480
- QVGA (Quarter Video Graphics Array) – 320 x 240
- XGA (Extended Graphics Array) – 1024 x 768
- HD (vysoké rozlišení) – 1280 x 1024
- Trend se zmenšuje z 30um na 12um pixelů
Infračervené detektory se dělí na tepelné typy, které nemají závislost na vlnové délce, a kvantové typy, které jsou závislé na vlnové délce.
7.1 Tepelný/nekvantový typ
Tepelný/nekvantový typ je detektor/senzor, který mění teplotu v závislosti na dopadajícím záření.
Změna teploty vytváří změnu napětí v termočlánku a změnu odporu v bolometru, které lze následně změřit a vztáhnout k množství dopadajícího záření.
To zahrnuje termočlánky, termočlánky, bolometry a pyroelektrické detektory. Jednou z nejatraktivnějších charakteristik tepelných detektorů je stejná odezva na všechny vlnové délky.
To přispívá ke stabilitě systému, který musí pracovat v širokém teplotním rozsahu. Dalším významným faktorem je, že tepelné detektory nevyžadují chlazení.
Nejběžnějším tepelným/nekvantovým detektorem je mikrobolometr VOX.
7.2 Kvantový typ
Kvantový typ je detektor/senzor, který funguje na základě vnitřního fotoelektrického jevu a přímo interaguje s dopadajícími fotony.
Tyto materiály reagují na infračervené záření pohlcováním fotonů, které zvedají elektrony materiálu do vyššího energetického stavu, což způsobuje změnu vodivosti, napětí nebo proudu.
Je potřeba ochladit na kryogenní teploty, aby se zvýšila účinnost/citlivost infračervené detekce. Mezi způsoby chlazení patří motory se Stirlingovým cyklem, kapalný dusík a termoelektrické chlazení.
Chlazené termovizní kamery jsou nejcitlivější na malé rozdíly v teplotě scény.
Materiály kvantových detektorů zahrnují – InSb, InGaAs, PbS, PbSe, HgCdTe (MCT)
8. závěr
Stručně řečeno, aplikace infračervené optiky se používají v oblasti NIR až LWIR spektr od vlnových délek 700 do 16 000 nm. Jsou také rozděleny do kategorií podle jejich funkce, jako například atermální čočky, zoom čočky, čočky s dvojitým zorným polem (FOV) nebo dvoupásmové čočky. Nyní, když znáte základy infračervené optiky a typy jejích detektorů, proč se nepodívat na naši kompletní řadu infračervených čoček?
