1. Co to jest optyka podczerwieni?

Widma optyki podczerwieni

Optyka podczerwieni służy do zbierania, ogniskowania lub kolimacji światła w widmach bliskiej podczerwieni (NIR), podczerwieni krótkofalowej (SWIR), podczerwieni średniej fali (MWIR) lub podczerwieni długofalowej (LWIR). Widmo podczerwieni mieści się w zakresie fal o długości 700 – 16000 nm, a każde z odpowiednich widm ma następujące zakresy:

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

2. Podczerwień krótkofalowa (SWIR)

Obiektyw SWIR Optyka na podczerwień Obiektyw na podczerwień Optyka na podczerwień Obiektyw IR
Obiektyw SWIR

System SWIR obejmuje zakres widma od 0.9 μm do 3 μm. Materiał optyczny musi przepuszczać światło widzialne i podczerwone i potrzebuje źródła światła, takiego jak słońce, księżyc, gwiazdy itp.

Jest wykorzystywany w wielu zastosowaniach, takich jak spektroskopia do sortowania, wykrywanie wilgoci, obrazowanie termiczne (wykorzystywane do obiektów szklanych i plastikowych) oraz obrazowanie – noktowizor i lasery obrazujące.

3. Podczerwień średniofalowa (MWIR)

Obiektyw MWIR Optyka na podczerwień Obiektyw na podczerwień Optyka na podczerwień Obiektyw IR
Obiektyw MWIR

System MWIR obejmuje zakres widma 3-5μm i zwykle jest chłodzony system. W związku z tym jest mniej wrażliwy na wilgotność w porównaniu do System LWIR dla większości zakresów docelowych, który jest odpowiedni dla Zastosowania takie jak nadzór przybrzeżny, ruch statków nadzór lub ochrona portów.

Ponieważ główny cel jest uzyskanie wysokiej jakości obrazów, a nie skupianie się na pomiary temperatury i ruchliwość.

Poniższe obrazy wskazują, że obraz MWIR jest ostrzejszy i ma wysoki kontrast termiczny w porównaniu do obrazu LWIR.

Co to jest optyka podczerwieni Schemat MWIR
Obraz MWIR
Co to jest optyka podczerwieni Schemat LWIR
Obraz LWIR

4. Podczerwień długofalowa (LWIR)

Obiektyw LWIR Optyka na podczerwień Obiektyw na podczerwień Optyka na podczerwień Obiektyw IR
Obiektyw LWIR
Schemat COVID-19
Obrazowanie termiczne COVID-19

System LWIR działa od 7-14μm zakres widma. Jednak większość kamer LWIR skutecznie pokrywa od 8-12 μm.

System LWIR jest powszechnie znany jako „obrazowanie termiczne”, ponieważ wykrywa sygnatury cieplne emitowane z obiektu i nie wymaga oświetlenia w celu utworzenia obrazu.

Nasza oferta soczewek LWIR odgrywa również ważną rolę podczas pandemii COVID-19, dowiedz się więcej tutaj.

Możliwości termowizyjne systemu LWIR uczyniły go atrakcyjnym kluczowym komponentem dla rosnącej liczby zastosowań wojskowych, bezpieczeństwa, nadzoru, nauki i przemysłu.

Co to jest optyka na podczerwień? Obrazowanie termiczne
Obrazowanie termiczne 1
Co to jest optyka na podczerwień? Obrazowanie termiczne 2
Obrazowanie termiczne 2
Co to jest optyka na podczerwień? Obrazowanie termiczne 3
Obrazowanie termiczne 3

5. Kategoryzacja funkcjonalności

Ogólnie optyka podczerwieni jest podzielona na SWIR, MWIR i LWIR pod względem widma długości fali. Jednak jest on również podzielony na podkategorie według sposobu jego projektowania zgodnie z jego funkcjonalnością, takich jak:

  • Soczewka atermiczna
    Układ optyczny jest atermizowany, jeśli jego krytyczne parametry działania, takie jak funkcja przenoszenia modulacji, ogniskowa tylna i efektywna ogniskowa itp., nie zmieniają się znacząco w zakresie temperatury roboczej.
  • Szkła powiększające
    System optyczny, który obejmuje w sposób ciągły od wąskiego i szerokiego pola widzenia.
  • Obiektyw z podwójnym polem widzenia
    Układ optyczny, który daje możliwość wyraźnej zmiany pola widzenia z szerokiego na wąski.
  • Obiektyw dwuzakresowy
    System optyczny obejmujący zarówno zakres widma MWIR, jak i LWIR.

6. Specyfikacje optyki na podczerwień

Part NumberDługość fali (µm)Ogniskowa (mm)Typ ostrościF#BWD (mm)wierzchowiecDetektor
Infra-SW122.5-151.5 - 5.012Instrukcja obsługi2.533.1Bagnet640 x 512, 15 µm
Infra-SW252.5-151.5 - 5.025Instrukcja obsługi2.533.1Bagnet640 x 512, 15 µm
Infra-SW253.0-171.5 - 5.025Instrukcja obsługi3.033.1Bagnet1024 x 768, 17 µm
Infra-SW502.5-151.5 - 5.050Instrukcja obsługi2.533.1Bagnet640 x 512, 15 µm
Infra-SW502.3-171.5 - 5.050Instrukcja obsługi2.339.4Bagnet1024 x 768, 17 µm
Infra-SW1002.3-171.5 - 5.0100Instrukcja obsługi2.333.1Bagnet1024 x 768, 17 µm
Infra-SW1002.5-151.5 - 5.0100Instrukcja obsługi2.533.1Bagnet640 x 512, 15 µm
Infra-SW2002.5-151.5 - 5.0200Instrukcja obsługi2.533.1Bagnet640 x 512, 15 µm
Infra-SW252.5-300.9 - 2.525Instrukcja obsługi2.513.5Montaż typu C.320 x 256, 30 µm
Infra-SW352.0-300.9 - 2.535Instrukcja obsługi2.013.4Montaż typu C.320 x 256, 30 µm
Infra-SW502.0-300.9 - 2.550Instrukcja obsługi2.013.5Montaż typu C.320 x 256, 30 µm
Infra-SW752.0-300.9 - 2.575Instrukcja obsługi2.013.5Montaż typu C.320 x 256, 30 µm
Infra-SW1002.0-300.9 - 2.5100Instrukcja obsługi2.013.5Montaż typu C.320 x 256, 30 µm
Infra-SW2002.0-300.9 - 2.5200Instrukcja obsługi2.013.5Montaż typu C.320 x 256, 30 µm

Aby zapewnić lepszą wizualizację, dołączyliśmy tabelę soczewek SWIR i jej specyfikacje jak powyżej. Oto kilka specyfikacji optyki na podczerwień powszechnie stosowanych w branży:

  • Długość ogniskowa
  • F#
  • Zakres widma
  • FOV (HFOV / VFOV)
  • Bwd
  • Rozmiar detektora – patrz rozdzielczość
  • Atermiczna (temperatura pracy)
  • Schłodzony lub Nieschłodzony, jeśli jest schłodzony, poproś o 
    • Pozycja zimnej tarczy
    • Wysokość zimnej tarczy
  • Wskaźnik wydajności obiektywu
    • MTF
    • Zniekształcenie
    • Względne oświetlenie
  • Typ ostrości
  • wierzchowiec
  • Uszczelnienie

Pamiętaj, że zanim wybierzesz obiektyw do sparowania, musisz zapoznać się ze specyfikacją detektora podczerwieni lub czujnika.

7. Co to jest detektor lub czujnik podczerwieni?

Detektor/czujnik podczerwieni to przetwornik energii promieniowania, przekształcający energię promieniowania w paśmie podczerwieni na mierzalną formę.

Istnieje wiele materiałów na detektory z krzywymi odpowiedzi, które mieszczą się we wspomnianym widmie podczerwieni.

Spójrzmy na jego rozdzielczość i rozmiar w pikselach, które możesz znać:

  •     VGA (macierz grafiki wideo) — 640 x 480
  •     QVGA (czwarta macierz grafiki wideo) — 320 x 240
  •     XGA (rozszerzona macierz grafiki) — 1024 x 768
  •     HD (wysoka rozdzielczość) – 1280 x 1024
  •     Trend zmniejsza się od 30um do 12um w pikselach

Detektory podczerwieni są podzielone na typy termiczne, które nie są zależne od długości fali, oraz typy kwantowe, które są zależne od długości fali.

7.1 Typ termiczny / niekwantowy

Typ termiczny/niekwantowy to detektor/czujnik, który zmienia temperaturę w zależności od padającego promieniowania.

Zmiana temperatury powoduje zmianę napięcia w termostosu i zmianę rezystancji w bolometrze, które można następnie zmierzyć i powiązać z ilością padającego promieniowania.

Obejmuje to detektory termopary, stosu termoelektrycznego, bolometru i piroelektrycznego. Jedną z najbardziej atrakcyjnych cech detektorów termicznych jest równa odpowiedź na wszystkie długości fal.

Przyczynia się to do stabilności systemu, który musi działać w szerokim zakresie temperatur. Innym istotnym czynnikiem jest to, że detektory termiczne nie wymagają chłodzenia. 

Najpopularniejszym detektorem termicznym/niekwantowym jest Mikrobolometr VOX.

7.2 Typ kwantowy

Typ kwantowy to detektor/czujnik, który działa w oparciu o samoistny efekt fotoelektryczny i oddziałuje bezpośrednio z wpadającymi fotonami.

Materiały te reagują na promieniowanie podczerwone, absorbując fotony, które podnoszą elektrony materiału do wyższego stanu energetycznego, powodując zmianę przewodności, napięcia lub prądu.

Istnieje potrzeba schłodzenia do temperatur kriogenicznych, aby zwiększyć skuteczność/czułość wykrywania w podczerwieni. Metody chłodzenia obejmują silniki z cyklem Stirlinga, ciekły azot i chłodzenie termoelektryczne.

Kamery termowizyjne z chłodzeniem są najbardziej czułe na niewielkie różnice w temperaturze otoczenia. 

Materiały detektorów kwantowych obejmują – InSb, InGaAs, PbS, PbSe, HgCdTe (MCT)

8. Wniosek

Podsumowując, zastosowania optyki w podczerwieni są wykorzystywane w widmach NIR do LWIR o długości fali 700 – 16000 nm. Optyka na podczerwień jest również podzielona na kategorie według jej funkcjonalności, takie jak soczewka atermiczna, soczewka zmiennoogniskowa, soczewka z podwójnym polem widzenia lub soczewka dwupasmowa. 

Skoro znasz już podstawy optyki na podczerwień i jej typy detektorów, dlaczego nie sprawdzić naszej pełnej oferty optyki na podczerwień?

Tę stronę najlepiej oglądać w przeglądarce Chrome/Firefox/Safari.
Szczęśliwego chińskiego nowego roku!
Wychodzimy od 29 stycznia do 6 lutego, ale nasza strona internetowa działa 24/7.
Napisz do nas zapytanie, a po powrocie odpowiemy 😎.