Kas yra infraraudonųjų spindulių optika? Įvadas į infraraudonųjų spindulių optiką
Autorius: Yana Abiso – gaminių inžinierius
Redaktorius: Bryanas Ng – rinkodaros vadovas
Redaktorius: Preethi – techninės pagalbos inžinierius
Redaktorius: Ng Ci Xuan – R&D intern
Paskelbta:
Paskutinį kartą redaguota:
1. Kas yra infraraudonųjų spindulių optika?
Infraraudonųjų spindulių optika naudojama šviesai rinkti, fokusuoti arba kolimatuoti artimojo infraraudonųjų (NIR), trumpųjų bangų infraraudonųjų (SWIR), vidutinių bangų infraraudonųjų (MWIR) arba ilgųjų bangų infraraudonųjų (LWIR) spektruose. Infraraudonųjų spindulių spektras patenka į 700–16000 XNUMX nm bangų ilgius, o kiekvienas atitinkamas spektras yra toks:
- NIR 700–900 nm
- SWIR 900 – 2300 nm
- MWIR 3000 – 5000nm
- LWIR 8000 – 14000nm
2. Trumpųjų bangų infraraudonieji spinduliai (SWIR)
SWIR sistema apima nuo 0.9 μm iki 3 μm spektro diapazoną. Optinė medžiaga turi perduoti matomą ir infraraudonąją šviesą, taip pat reikia šviesos šaltinio, pavyzdžiui, saulės, mėnulio, žvaigždžių ir kt.
Jis naudojamas daugelyje programų, tokių kaip spektroskopija rūšiavimui, drėgmės aptikimas, terminis vaizdas (naudojamas stiklo ir plastiko objektams) ir vaizdavimas - naktinis matymas ir vaizdo lazeriai.
3. Vidutinės bangos infraraudonieji spinduliai (MWIR)
MWIR sistema apima 3–5 μm spektro diapazoną ir paprastai yra aušinama sistema. Taigi, ją mažiau veikia drėgmė, palyginti su LWIR sistema daugeliui tikslinių diapazonų, kuri tinka pakrantės stebėjimui, laivų eismo stebėjimui ar uosto apsaugai.
Kadangi pagrindinis tikslas yra gauti aukštos kokybės vaizdus, o ne sutelkti dėmesį į temperatūros matavimus ir mobilumą.
Toliau pateikti vaizdai rodo, kad MWIR vaizdas yra ryškesnis ir turi didelį terminį kontrastą, palyginti su LWIR vaizdu.
4. Ilgųjų bangų infraraudonieji spinduliai (LWIR)
LWIR sistema veikia 7-14 μm spektro diapazone. Tačiau dauguma LWIR kamerų efektyviai dengia 8–12 μm.
LWIR sistema paprastai vadinama „ terminiu vaizdavimu “, nes ji aptinka iš objekto skleidžiamus šilumos signalus ir vaizdui suformuoti nereikia apšvietimo.
Taip, mūsų LWIR lęšių asortimentas taip pat vaidina svarbų vaidmenį COVID-19 pandemijos metu.
Dėl LWIR sistemos šiluminio vaizdo gavimo galimybių ji tapo patraukliu pagrindiniu komponentu vis daugiau saugumo, stebėjimo, mokslo ir pramonės programų.
5. Funkcionalumo skirstymas į kategorijas
Paprastai infraraudonųjų spindulių optika pagal bangos ilgio spektrą skirstoma į SWIR, MWIR ir LWIR. Tačiau jis taip pat suskirstytas į subkategorijas, kaip jis suprojektuotas, atsižvelgiant į jo funkcijas, pavyzdžiui:
- Aterminis objektyvas
Optinė sistema yra atermalizuota, jei jos kritiniai veikimo parametrai, tokie kaip moduliacijos perdavimo funkcija, galinis židinio nuotolis ir efektyvusis židinio nuotolis ir tt darbinės temperatūros diapazone pastebimai nepasikeičia. - Priartinimo objektyvas
Optinė sistema, kuri nuolat apima siaurą ir platų FOV. - Dvigubas FOV objektyvas
Optinė sistema, suteikianti galimybę išskirtinai perjungti iš plataus į siaurą FOV. - Dviejų juostų objektyvas
Optinė sistema, apimanti ir MWIR, ir LWIR spektro diapazoną.
6. Infraraudonųjų spindulių optikos specifikacijos
| Dalies numeris | Bangos ilgis (µm) | Židinio nuotolis (mm) | Židinio tipas | F# | BWD (mm) | Kalnas | Detektorius |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LSW02514640 * NAUJAS * | 0.9 - 1.7 | 25 | Mechaninė | 1.4 | 4.3 | 25.4–32 TPI | 640 x 480, 25 µm |
| LSW02520640 * NAUJAS * | 0.9 - 1.7 | 25 | Mechaninė | 2.0 | 9.9 | C-kalnas | 640 x 480, 25 µm |
| Infra-SW141.1-15 * NAUJAS * | 0.9 - 1.7 | 14 | Mechaninė | 1.1 | 9.4 | C-kalnas | 640 x 512, 15 µm |
| LSW20024640V2 | 0.9 - 1.7 | 200 | Mechaninė | 2.4 | 13.5 | C-kalnas | 640 x 512, 15 µm |
| LSW07515640 | 0.9 - 1.7 | 75 | Mechaninė | 1.5 | 12.5 | C-kalnas | 640 x 480, 25 µm |
| LSW05014640 | 0.9 - 1.7 | 50 | Mechaninė | 1.4 | 6.7 | M37x0.5 | 640 x 480, 25 µm |
| Infra-SW2003.0-21 | 0.9 - 1.7 | 200 | Mechaninė | 3.0 | 12.5 | C-kalnas | 1280 x 1024, 10 µm |
| Infra-SW122.5-15 | 1.5 - 5.0 | 12 | Mechaninė | 2.5 | 33.1 | Bajonetas | 640 x 512, 15 µm |
| Infra-SW252.5-15 | 1.5 - 5.0 | 25 | Mechaninė | 2.5 | 33.1 | Bajonetas | 640 x 512, 15 µm |
| Infra-SW253.0-17 | 1.5 - 5.0 | 25 | Mechaninė | 3.0 | 33.1 | Bajonetas | 1024 x 768, 17 µm |
| Infra-SW502.5-15 | 1.5 - 5.0 | 50 | Mechaninė | 2.5 | 33.1 | Bajonetas | 640 x 512, 15 µm |
| Infra-SW502.3-17 | 1.5 - 5.0 | 50 | Mechaninė | 2.3 | 39.4 | Bajonetas | 1024 x 768, 17 µm |
| Infra-SW1002.3-17 | 1.5 - 5.0 | 100 | Mechaninė | 2.3 | 33.1 | Bajonetas | 1024 x 768, 17 µm |
| Infra-SW1002.5-15 | 1.5 - 5.0 | 100 | Mechaninė | 2.5 | 33.1 | Bajonetas | 640 x 512, 15 µm |
| Infra-SW2002.5-15 | 1.5 - 5.0 | 200 | Mechaninė | 2.5 | 33.1 | Bajonetas | 640 x 512, 15 µm |
| Infra-SW252.5-30 | 0.9 - 2.5 | 25 | Mechaninė | 2.5 | 13.5 | C tvirtinimas | 320 x 256, 30 µm |
| Infra-SW352.0-30 | 0.9 - 2.5 | 35 | Mechaninė | 2.0 | 13.4 | C tvirtinimas | 320 x 256, 30 µm |
| Infra-SW502.0-30 | 0.9 - 2.5 | 50 | Mechaninė | 2.0 | 13.5 | C tvirtinimas | 320 x 256, 30 µm |
| Infra-SW752.0-30 | 0.9 - 2.5 | 75 | Mechaninė | 2.0 | 13.5 | C tvirtinimas | 320 x 256, 30 µm |
| Infra-SW1002.0-30 | 0.9 - 2.5 | 100 | Mechaninė | 2.0 | 13.5 | C tvirtinimas | 320 x 256, 30 µm |
| Infra-SW2002.0-30 | 0.9 - 2.5 | 200 | Mechaninė | 2.0 | 13.5 | C tvirtinimas | 320 x 256, 30 µm |
Siekdami suteikti jums geresnę vizualizaciją, įtraukėme SWIR objektyvų lentelę ir jos specifikacijas, kaip nurodyta aukščiau. Štai keletas infraraudonųjų spindulių optikos specifikacijų, dažniausiai naudojamų pramonėje:
- Židinio nuotolis
- F#
- Spektro diapazonas
- FOV (HFOV / VFOV)
- Bwd
- Detektoriaus dydis – žr. skiriamąją gebą
- Aterminė (darbinė temperatūra)
- Atvėsintas arba neatvėsintas, jei atvėsęs, paprašykite
- Šaltojo skydo padėtis
- Šaltojo skydo aukštis
- Objektyvo veikimo indikatorius
- DPS
- Iškraipymas
- Santykinis apšvietimas
- Židinio tipas
- Kalnas
- Sandarinimo
Turėkite omenyje, kad prieš pasirinkdami, kurį objektyvą susieti, turite suprasti infraraudonųjų spindulių detektoriaus arba jutiklio specifikacijas.
7. Kas yra infraraudonųjų spindulių detektorius arba jutiklis?
Infraraudonųjų spindulių detektorius / jutiklis yra spinduliavimo energijos keitiklis, paverčiantis spinduliavimo energiją infraraudonųjų spindulių juostoje į išmatuojamą formą.
Yra daug detektorių medžiagų su atsako kreivėmis, kurios patenka į minėtą infraraudonųjų spindulių spektrą.
Pažvelkime į jo skiriamąją gebą ir pikselių dydį, su kuriais galbūt žinote:
- VGA (Video Graphics Array) – 640 x 480
- QVGA (Quarter Video Graphics Array) – 320 x 240
- XGA (Extended Graphics Array) – 1024 x 768
- HD (didelė raiška) – 1280 x 1024
- Tendencija mažėja nuo 30 um iki 12 um pikselių dydžio
Infraraudonųjų spindulių detektoriai skirstomi į terminius tipus, kurie nepriklauso nuo bangos ilgio, ir kvantinius tipus, kurie priklauso nuo bangos ilgio.
7.1 Šiluminis / nekvantinis tipas
Šiluminis / nekvantinis tipas yra detektorius / jutiklis, kuris keičia temperatūrą priklausomai nuo smūgiuojančios spinduliuotės.
Temperatūros pokytis sukuria įtampos pokytį termopile ir pasipriešinimo pokytį bolometre, kurį vėliau galima išmatuoti ir susieti su krentančios spinduliuotės kiekiu.
Tai apima termoporas, termopolius, bolometrus ir piroelektrinius detektorius. Viena patraukliausių šiluminių detektorių savybių yra vienodas atsakas į visus bangos ilgius.
Tai prisideda prie sistemos, kuri turi veikti plačiame temperatūrų diapazone, stabilumo. Kitas svarbus veiksnys yra tai, kad šiluminiams detektoriams nereikia aušinimo.
Labiausiai paplitęs terminis / nekvantinis detektorius yra VOX mikrobolometras.
7.2 Kvantinis tipas
Kvantinis tipas yra detektorius / jutiklis, kuris veikia remdamasis vidiniu fotoelektriniu efektu ir tiesiogiai sąveikauja su smūgiuojančiais fotonais.
Šios medžiagos reaguoja į infraraudonąją spinduliuotę sugerdamos fotonus, kurie medžiagos elektronus pakelia į aukštesnę energijos būseną, sukeldami laidumo, įtampos ar srovės pokyčius.
Norint padidinti infraraudonųjų spindulių aptikimo efektyvumą / jautrumą, reikia atvėsti iki kriogeninės temperatūros. Aušinimo metodai apima Stirlingo ciklo variklius, skystą azotą ir termoelektrinį aušinimą.
Aušinami terminio vaizdo kameros yra jautriausios nedideliems scenos temperatūros skirtumams.
Kvantinių detektorių medžiagos apima - InSb, InGaAs, PbS, PbSe, HgCdTe (MCT)
8. Išvada
Apibendrinant, infraraudonųjų spindulių optika naudojama NIR ir LWIR spektruose nuo 700 iki 16000 nm bangos ilgių. Ji taip pat skirstoma pagal savo funkcionalumą, pavyzdžiui, su aterminiais lęšiais, priartinimo lęšiais, dvigubais FOV lęšiais arba dviejų juostų lęšiais. Dabar, kai žinote infraraudonųjų spindulių optikos pagrindus ir jos detektorių tipus, kodėl gi neperžiūrėjus viso mūsų infraraudonųjų spindulių lęšių asortimento?
