Mik azok az infravörös optikák? Bevezetés az infravörös optikába
Szerző: Yana Abiso – termékmérnök
Vágó: Bryan Ng – marketing menedzser
Szerkesztő: Preethi – műszaki támogatási mérnök
Vágó: Ng Ci Xuan – K+F gyakornok
Kiadja:
Utoljára szerkesztve:
1. Mi az infravörös optika?
Az infravörös optikát a közeli infravörös (NIR), rövidhullámú infravörös (SWIR), középhullámú infravörös (MWIR) vagy hosszúhullámú infravörös (LWIR) spektrumokban történő fény összegyűjtésére, fókuszálására vagy kollimálására használják. Az infravörös spektrum 700-16000 nm hullámhosszra esik, és az egyes spektrumok a következőképpen oszlanak meg:
- NIR 700-900nm
- SWIR 900 – 2300nm
- MWIR 3000-5000nm
- LWIR 8000 – 14000nm
2. Rövidhullámú infravörös (SWIR)
A SWIR rendszer 0.9μm-3μm spektrumtartományt fed le. Az optikai anyagnak látható és infravörös fényt kell továbbítania, és fényforrásra van szüksége, mint például a nap, a hold, a csillagok stb.
Számos alkalmazásban használják, például spektroszkópiában válogatásra, nedvességérzékelésre, hőképalkotásra (üveg- és műanyag tárgyakhoz használják), valamint képalkotásban – éjjellátó és képalkotó lézerek.
3. Középhullámú infravörös (MWIR)
Az MWIR rendszer 3-5 μm spektrumtartományt fed le, és jellemzően hűtött rendszer. Így a páratartalom kevésbé befolyásolja, mint a legtöbb céltartomány LWIR rendszere, amely alkalmas olyan alkalmazásokra, mint a part menti megfigyelés, a hajóforgalom megfigyelése vagy a kikötővédelem.
Mivel az elsődleges cél a jó minőségű képek készítése, nem pedig a hőmérsékletmérés és a mobilitás.
Az alábbi képek azt mutatják, hogy az MWIR kép élesebb és nagy termikus kontraszttal rendelkezik az LWIR képhez képest.
4. Hosszúhullámú infravörös (LWIR)
Az LWIR rendszer 7-14μm spektrumtartományban működik. A legtöbb LWIR kamera azonban hatékonyan lefedi a 8-12 μm-t.
Az LWIR rendszert közismert nevén „ hőkamerás képalkotásnak ” nevezik, mivel érzékeli a tárgy által kibocsátott hőjeleket, és a képalkotáshoz nincs szükség megvilágításra.
Igen, LWIR lencséink szintén fontos szerepet játszanak a COVID-19 világjárvány idején.
Az LWIR rendszer hőképalkotási képességei vonzó kulcselemmé tették egyre több biztonsági, felügyeleti, tudományos és ipari alkalmazásban.
5. Funkcionalitás kategorizálása
Általában az infravörös optikát SWIR, MWIR és LWIR kategóriába sorolják a hullámhossz-spektrum szempontjából. Mindazonáltal a funkcióinak megfelelően a tervezési módja szerint is alkategóriákba sorolható, például:
- Atermikus lencse
Az optikai rendszer atermalizálódik, ha kritikus teljesítményparaméterei, mint például a modulációs átviteli funkció, a hátsó gyújtótávolság és az effektív gyújtótávolság stb. nem változnak érzékelhetően az üzemi hőmérséklet-tartományban. - Zoom lencse
Egy optikai rendszer, amely folyamatosan fedi keskeny és széles FOV-ot. - Kettős FOV objektív
Optikai rendszer, amely lehetőséget biztosít a széles FOV-ról a keskeny FOV-ra jellegzetesen váltani. - Kétsávos objektív
Egy optikai rendszer, amely mind az MWIR, mind az LWIR spektrumtartományt lefedi.
6. Az infravörös optika specifikációi
| Gyári szám | Hullámhossz (µm) | Gyújtótávolság (mm) | Fókusz típusa | F# | BWD (mm) | Szerelje | Detektor |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LSW02514640 *ÚJ* | 0.9 - 1.7 | 25 | Kézikönyv | 1.4 | 4.3 | 25.4-32 TPI | 640 x 480, 25 µm |
| LSW02520640 *ÚJ* | 0.9 - 1.7 | 25 | Kézikönyv | 2.0 | 9.9 | C-tartó | 640 x 480, 25 µm |
| Infra-SW141.1-15 *ÚJ* | 0.9 - 1.7 | 14 | Kézikönyv | 1.1 | 9.4 | C-tartó | 640 x 512, 15 µm |
| LSW20024640V2 | 0.9 - 1.7 | 200 | Kézikönyv | 2.4 | 13.5 | C-tartó | 640 x 512, 15 µm |
| LSW07515640 | 0.9 - 1.7 | 75 | Kézikönyv | 1.5 | 12.5 | C-tartó | 640 x 480, 25 µm |
| LSW05014640 | 0.9 - 1.7 | 50 | Kézikönyv | 1.4 | 6.7 | M37x0.5 | 640 x 480, 25 µm |
| Infra-SW2003.0-21 | 0.9 - 1.7 | 200 | Kézikönyv | 3.0 | 12.5 | C-tartó | 1280 x 1024, 10 µm |
| Infra-SW122.5-15 | 1.5 - 5.0 | 12 | Kézikönyv | 2.5 | 33.1 | Bajonett | 640 x 512, 15 µm |
| Infra-SW252.5-15 | 1.5 - 5.0 | 25 | Kézikönyv | 2.5 | 33.1 | Bajonett | 640 x 512, 15 µm |
| Infra-SW253.0-17 | 1.5 - 5.0 | 25 | Kézikönyv | 3.0 | 33.1 | Bajonett | 1024 x 768, 17 µm |
| Infra-SW502.5-15 | 1.5 - 5.0 | 50 | Kézikönyv | 2.5 | 33.1 | Bajonett | 640 x 512, 15 µm |
| Infra-SW502.3-17 | 1.5 - 5.0 | 50 | Kézikönyv | 2.3 | 39.4 | Bajonett | 1024 x 768, 17 µm |
| Infra-SW1002.3-17 | 1.5 - 5.0 | 100 | Kézikönyv | 2.3 | 33.1 | Bajonett | 1024 x 768, 17 µm |
| Infra-SW1002.5-15 | 1.5 - 5.0 | 100 | Kézikönyv | 2.5 | 33.1 | Bajonett | 640 x 512, 15 µm |
| Infra-SW2002.5-15 | 1.5 - 5.0 | 200 | Kézikönyv | 2.5 | 33.1 | Bajonett | 640 x 512, 15 µm |
| Infra-SW252.5-30 | 0.9 - 2.5 | 25 | Kézikönyv | 2.5 | 13.5 | C-tartó | 320 x 256, 30 µm |
| Infra-SW352.0-30 | 0.9 - 2.5 | 35 | Kézikönyv | 2.0 | 13.4 | C-tartó | 320 x 256, 30 µm |
| Infra-SW502.0-30 | 0.9 - 2.5 | 50 | Kézikönyv | 2.0 | 13.5 | C-tartó | 320 x 256, 30 µm |
| Infra-SW752.0-30 | 0.9 - 2.5 | 75 | Kézikönyv | 2.0 | 13.5 | C-tartó | 320 x 256, 30 µm |
| Infra-SW1002.0-30 | 0.9 - 2.5 | 100 | Kézikönyv | 2.0 | 13.5 | C-tartó | 320 x 256, 30 µm |
| Infra-SW2002.0-30 | 0.9 - 2.5 | 200 | Kézikönyv | 2.0 | 13.5 | C-tartó | 320 x 256, 30 µm |
A jobb megjelenítés érdekében a fentiek szerint mellékeltük a SWIR lencsetáblázatunkat és annak specifikációit. Íme néhány, az iparban általánosan használt infravörös optikai specifikáció:
- Gyújtótávolság
- F#
- Spektrum tartomány
- FOV (HFOV / VFOV)
- BWD
- Érzékelő mérete – Lásd a felbontást
- Atermikus (üzemi hőmérséklet)
- Hűtve vagy nem hűtve, ha kihűlt, akkor kérje
- Hidegpajzs pozíció
- Hidegpajzs magassága
- Objektív teljesítményjelző
- MTF
- Elferdítés
- Relatív megvilágítás
- Fókusz típusa
- Szerelje
- Tömítése
Ne feledje, hogy meg kell értenie az infravörös érzékelő vagy érzékelő specifikációit, mielőtt kiválasztja a párosítandó objektívet.
7. Mi az infravörös érzékelő vagy érzékelő?
Az infravörös detektor/érzékelő a sugárzási energia átalakítója, amely az infravörös sávban lévő sugárzási energiát mérhető formává alakítja.
Számos olyan detektoranyag létezik, amelyek válaszgörbéje beleillik az említett infravörös spektrumon belülre.
Nézzük meg a felbontását és a pixelméretét, ami talán ismerős:
- VGA (Video Graphics Array) – 640 x 480
- QVGA (Quarter Video Graphics Array) – 320 x 240
- XGA (Extended Graphics Array) – 1024 x 768
- HD (nagy felbontású) – 1280 x 1024
- A trend 30 um-ról 12 um pixelméretre csökken
Az infravörös detektorokat termikus típusokra osztják, amelyeknek nincs hullámhossz-függősége, és kvantum típusokra, amelyek hullámhosszfüggőek.
7.1 Termikus/nem-kvantum típus
A termikus/nem kvantum típusú detektor/érzékelő, amely a becsapódó sugárzástól függően változtatja a hőmérsékletet.
A hőmérsékletváltozás feszültségváltozást hoz létre a hőcsőben és ellenállásváltozást a bolométerben, ami azután mérhető és a beeső sugárzás mennyiségével összefüggésbe hozható.
Ide tartoznak a hőelemek, hőelemek, bolométerek és piroelektromos detektorok. A hőérzékelők egyik legvonzóbb tulajdonsága az, hogy minden hullámhosszra azonos választ adnak.
Ez hozzájárul a rendszer stabilitásához, amelynek széles hőmérsékleti tartományban kell működnie. Egy másik jelentős tényező, hogy a hőérzékelők nem igényelnek hűtést.
A legelterjedtebb termikus/nem kvantum típusú detektor a VOX mikrobolométer.
7.2 Kvantumtípus
A kvantumtípus egy detektor/érzékelő, amely belső fotoelektromos effektuson alapul, és közvetlenül kölcsönhatásba lép a becsapódó fotonokkal.
Ezek az anyagok az infravörös sugárzásra fotonok elnyelésével reagálnak, amelyek az anyag elektronjait magasabb energiaállapotba emelik, ami változást okoz a vezetőképességben, a feszültségben vagy az áramerősségben.
Az infravörös érzékelés hatékonyságának/érzékenységének növelése érdekében le kell hűteni a kriogén hőmérsékletre. A hűtési módszerek közé tartoznak a Stirling-ciklusú motorok, a folyékony nitrogén és a termoelektromos hűtés.
A hűtött hőkamerák a legérzékenyebbek a jelenet hőmérsékletének kis különbségeire.
A kvantumdetektor anyagok közé tartozik – InSb, InGaAs, PbS, PbSe, HgCdTe (MCT)
8. Következtetés
Összefoglalva, az infravörös optikai alkalmazásokat a NIR-től az LWIR-ig terjedő spektrumokban használják 700–16000 nm hullámhosszon. Funkcionalitásuk szerint is kategorizálhatók, például atermikus lencsék, zoom lencsék, kettős látómezős lencsék vagy kétsávos lencsék. Most, hogy ismeri az infravörös optika alapjait és detektortípusait, miért ne tekintené meg infravörös lencséink teljes kínálatát?
