Apakah Optik Inframerah? Pengenalan kepada Optik Inframerah

Pengarang: Yana Abiso – Jurutera Produk

Editor: Bryan Ng – Pengurus Pemasaran

Editor: Preethi – Jurutera Sokongan Teknikal

Editor: Ng Ci Xuan – R&D Intern

1. Apakah itu Optik Inframerah?

Optik inframerah digunakan untuk mengumpul, memfokus atau mengkolimat cahaya dalam spektrum inframerah-dekat (NIR), inframerah gelombang pendek (SWIR), inframerah gelombang pertengahan (MWIR) atau inframerah gelombang panjang (LWIR). Spektrum inframerah jatuh dalam 700 – 16000nm panjang gelombang dan setiap spektrum masing-masing adalah berjulat sebagai:

• NIR 700 – 900nm
• SWIR 900 – 2300nm
• MWIR 3000 – 5000nm
• LWIR 8000 – 14000nm

2. Inframerah Gelombang Pendek (SWIR)

Sistem SWIR meliputi dari julat spektrum 0.9μm-3μm. Bahan optik perlu menghantar cahaya yang boleh dilihat dan inframerah dan memerlukan sumber cahaya seperti matahari, bulan, bintang, dll.

Ia digunakan dalam pelbagai aplikasi seperti spektroskopi untuk pengisihan, pengesanan kelembapan, pengimejan terma (digunakan untuk objek kaca dan plastik), dan pengimejan - penglihatan malam dan laser pengimejan.

3. Inframerah Gelombang Pertengahan (MWIR)

Sistem MWIR meliputi julat spektrum 3-5μm dan biasanya merupakan sistem yang disejukkan. Oleh itu, ia kurang terjejas oleh kelembapan berbanding sistem LWIR untuk kebanyakan julat sasaran, yang sesuai untuk aplikasi seperti pengawasan pantai, pengawasan trafik kapal atau perlindungan pelabuhan.

Oleh kerana matlamat utama adalah untuk mendapatkan imej berkualiti tinggi dan bukannya memfokuskan pada pengukuran suhu dan mobiliti.

Imej di bawah menunjukkan imej MWIR lebih tajam dan mempunyai kontras haba yang tinggi berbanding imej LWIR.

4. Inframerah Gelombang Panjang (LWIR)

Sistem LWIR beroperasi dari julat spektrum 7-14μm. Walau bagaimanapun, kebanyakan kamera LWIR berkesan meliputi dari 8-12μm.

Sistem LWIR biasanya dikenali sebagai " pengimejan terma " kerana ia mengesan tanda haba yang dipancarkan daripada objek dan tidak memerlukan pencahayaan untuk membentuk imej.

Ya, rangkaian lensa LWIR kami juga memainkan peranan penting semasa pandemik COVID-19.

Keupayaan pengimejan terma sistem LWIR telah menjadikannya komponen utama yang menarik untuk peningkatan bilangan aplikasi keselamatan, pengawasan, saintifik dan perindustrian.

5. Pengkategorian Kefungsian

Secara amnya, optik inframerah dikategorikan kepada SWIR, MWIR, dan LWIR dari segi spektrum panjang gelombang. Walau bagaimanapun, ia juga dikategorikan ke dalam cara ia direka sesuai dengan fungsinya seperti:

• Kanta Athermal
  Sistem optik dipanaskan jika parameter prestasi kritikalnya seperti fungsi pemindahan modulasi, panjang fokus belakang dan panjang fokus berkesan, dsb. tidak berubah dengan ketara sepanjang julat suhu operasi.
• Lensa Zum
  Sistem optik yang meliputi FOV sempit dan lebar secara berterusan.
• Kanta FOV Dwi
  Sistem optik yang menyediakan pilihan untuk beralih daripada FOV lebar kepada sempit secara tersendiri.
• Kanta Dwi-Jalur
  Sistem optik yang meliputi kedua-dua julat spektrum MWIR dan LWIR.

6. Spesifikasi Optik Inframerah

Untuk memberi anda visualisasi yang lebih baik, kami telah menyertakan jadual kanta SWIR kami dan spesifikasinya seperti di atas. Berikut ialah beberapa spesifikasi optik inframerah yang biasanya digunakan dalam industri:

• Panjang fokus
• F#
• Julat Spektrum
• FOV (HFOV / VFOV)
• Bwd
• Saiz Pengesan – Rujuk kepada resolusi
• Atermal (suhu kerja)
• Disejukkan atau Tidak Disejukkan, jika disejukkan kemudian minta
  • Kedudukan perisai sejuk
  • Ketinggian perisai sejuk
• Penunjuk Prestasi Lensa
  • MTF
  • Penyelewengan
  • Pencahayaan Relatif
• Jenis Fokus
• Gunung
• Pengedap

Perlu diingat bahawa anda perlu memahami spesifikasi pengesan inframerah atau penderia sebelum anda memilih lensa yang hendak dipasangkan.

7. Apakah Pengesan atau Penderia Inframerah?

Pengesan/sensor inframerah ialah transduser tenaga pancaran, menukar tenaga pancaran dalam jalur inframerah kepada bentuk yang boleh diukur.

Terdapat banyak bahan pengesan dengan lengkung tindak balas yang sesuai dalam spektrum inframerah yang disebutkan.

Mari lihat pada resolusi dan saiz piksel yang mungkin anda kenali:

•     VGA (Array Grafik Video) – 640 x 480
•     QVGA (Susun Suku Video Grafik) – 320 x 240
•     XGA (Susun Grafik Lanjutan) – 1024 x 768
•     HD (Definisi Tinggi) – 1280 x 1024
•     Arah aliran semakin kecil daripada 30um ke saiz piksel 12um

Pengesan inframerah dikelaskan kepada jenis terma, yang tidak mempunyai pergantungan panjang gelombang, dan jenis kuantum yang bergantung pada panjang gelombang.

7.1 Jenis Terma/Bukan Kuantum

Jenis terma/bukan kuantum ialah pengesan/sensor yang mengubah suhu bergantung pada sinaran yang memberi kesan.

Perubahan suhu mewujudkan perubahan voltan dalam termopile dan perubahan rintangan dalam bolometer, yang kemudiannya boleh diukur dan dikaitkan dengan jumlah sinaran kejadian.

Ini termasuk termokopel, termopile, bolometer dan pengesan piroelektrik. Salah satu ciri pengesan haba yang paling menarik ialah tindak balas yang sama kepada semua panjang gelombang.

Ini menyumbang kepada kestabilan sistem yang mesti beroperasi pada julat suhu yang luas. Satu lagi faktor penting ialah pengesan haba tidak memerlukan penyejukan. 

Pengesan jenis terma/bukan kuantum yang paling biasa ialah mikrobolometer VOX.

7.2 Jenis Kuantum

Jenis kuantum ialah pengesan/sensor yang beroperasi berdasarkan kesan fotoelektrik intrinsik dan berinteraksi secara langsung dengan foton yang memberi kesan.

Bahan ini bertindak balas kepada sinaran inframerah dengan menyerap foton yang menaikkan elektron bahan kepada keadaan tenaga yang lebih tinggi, menyebabkan perubahan dalam kekonduksian, voltan atau arus.

Terdapat keperluan untuk menyejukkan kepada suhu kriogenik untuk meningkatkan kecekapan/sensitiviti pengesanan inframerah. Kaedah penyejukan termasuk enjin kitaran Stirling, nitrogen cecair, dan penyejukan termoelektrik.

Kamera pengimejan terma yang disejukkan adalah yang paling sensitif terhadap perbezaan kecil dalam suhu pemandangan. 

Bahan pengesan kuantum termasuk – InSb, InGaAs, PbS, PbSe, HgCdTe (MCT)

8. kesimpulan

Secara ringkasnya, aplikasi optik inframerah digunakan dalam spektrum NIR hingga LWIR dari panjang gelombang 700 – 16000nm. Ia juga dikategorikan kepada fungsinya seperti kanta aterma, kanta zum, kanta dwi FOV atau kanta dwi-jalur. Sekarang anda tahu asas optik inframerah dan jenis pengesannya, mengapa tidak melihat rangkaian penuh kanta inframerah kami?