เลนส์อินฟราเรดคืออะไร?

1) รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเลนส์อินฟราเรด

กล้องอินฟราเรดใช้ในการรวบรวม โฟกัส หรือปรับแสงในช่วงความยาวคลื่นระหว่าง 760 ถึง 14,000 นาโนเมตร การแผ่รังสีอินฟราเรดในส่วนนี้แบ่งเพิ่มเติมออกเป็นช่วงสเปกตรัมที่แตกต่างกันสี่ช่วง:

ช่วงอินฟราเรดใกล้ (NIR)	700 – 900 นาโนเมตร
ช่วงอินฟราเรดคลื่นสั้น (SWIR)	900 – 2300 นาโนเมตร
ช่วงอินฟราเรดคลื่นกลาง (MWIR)	3000 – 5,000 นาโนเมตร
ช่วงอินฟราเรดคลื่นยาว (LWIR)	8000 – 14000 นาโนเมตร

2) อินฟราเรดคลื่นสั้น (SWIR)

การใช้งาน SWIR ครอบคลุมช่วงตั้งแต่ 900 ถึง 2300 นาโนเมตร ต่างจากแสง MWIR และ LWIR ที่ปล่อยออกมาจากตัววัตถุเอง SWIR มีลักษณะคล้ายกับแสงที่ตามองเห็นในแง่ที่ว่าโฟตอนถูกสะท้อนหรือดูดกลืนโดยวัตถุ ดังนั้นจึงให้ความเปรียบต่างที่จำเป็นสำหรับการถ่ายภาพที่มีความละเอียดสูง แหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติ เช่น แสงเริ่มต้นโดยรอบและความสว่างของพื้นหลัง (หรือที่เรียกว่าแสงกลางคืน) เป็นตัวปล่อย SWIR และให้แสงสว่างที่ยอดเยี่ยมสำหรับการถ่ายภาพกลางแจ้งในเวลากลางคืน

แอปพลิเคชันจำนวนหนึ่งที่มีปัญหาหรือไม่สามารถทำได้โดยใช้แสงที่มองเห็นได้สามารถทำได้โดยใช้ SWIR เมื่อถ่ายภาพด้วย SWIR ไอน้ำ ควันไฟ หมอก และวัสดุบางชนิด เช่น ซิลิคอน จะมีความโปร่งใส นอกจากนี้ สีที่ปรากฏเกือบจะเหมือนกันในสิ่งที่มองเห็นอาจสร้างความแตกต่างได้ง่ายโดยใช้ SWIR

การถ่ายภาพ SWIR ใช้เพื่อวัตถุประสงค์หลายประการ เช่น การตรวจสอบแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์และเซลล์แสงอาทิตย์ การตรวจสอบการผลิต การระบุและการคัดแยก การเฝ้าระวัง การต่อต้านการปลอมแปลง การควบคุมคุณภาพกระบวนการ และอื่นๆ

3) อินฟราเรดคลื่นกลาง (MWIR)

ระบบ MWIR ทำงานในช่วง 3 ถึง 5 ไมครอน เมื่อตัดสินใจเลือกระหว่างระบบ MWIR และ LWIR จะต้องคำนึงถึงปัจจัยหลายประการด้วย ประการแรก ต้องพิจารณาองค์ประกอบของบรรยากาศในท้องถิ่น เช่น ความชื้นและหมอก ระบบ MWIR ได้รับผลกระทบจากความชื้นน้อยกว่าระบบ LWIR ดังนั้นจึงเหนือกว่าสำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น การเฝ้าระวังชายฝั่ง การเฝ้าระวังการจราจรบนเรือ หรือการป้องกันท่าเรือ

MWIR มีการถ่ายทอดบรรยากาศมากกว่า LWIR ในสภาพอากาศส่วนใหญ่ ดังนั้น โดยทั่วไปแล้ว MWIR จึงเหมาะกว่าสำหรับการใช้งานการตรวจตราระยะไกลมากซึ่งอยู่ห่างจากวัตถุเกิน 10 กม.

นอกจากนี้ MWIR ยังเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าหากคุณต้องการตรวจจับวัตถุที่มีอุณหภูมิสูง เช่น ยานพาหนะ เครื่องบิน หรือขีปนาวุธ ในภาพด้านล่าง เราจะเห็นว่ากลุ่มไอเสียร้อนมองเห็นได้ใน MWIR มากกว่าใน LWIR อย่างมีนัยสำคัญ

4) อินฟราเรดคลื่นยาว (LWIR)

ระบบ LWIR ทำงานในช่วง 8 ถึง 14 ไมครอน เป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานกับวัตถุที่มีอุณหภูมิใกล้ห้อง กล้อง LWIR ได้รับผลกระทบจากแสงแดดน้อยกว่า จึงเหมาะกับการใช้งานกลางแจ้งมากกว่า โดยทั่วไปแล้วจะเป็นระบบที่ไม่มีการระบายความร้อนโดยใช้ไมโครโบโลมิเตอร์ Focal Plane Array แม้ว่ากล้อง LWIR ที่มีการระบายความร้อนก็มีอยู่เช่นกัน และใช้เครื่องตรวจจับปรอทแคดเมียมเทลลูเรียม (MCT) ในทางตรงกันข้าม กล้อง MWIR ส่วนใหญ่ต้องการการระบายความร้อน โดยใช้ไนโตรเจนเหลวหรือเครื่องทำความเย็นแบบวงจรสเตอร์ลิง

ระบบ LWIR ค้นหาการใช้งานได้มากมาย เช่น การตรวจสอบอาคารและโครงสร้างพื้นฐาน การตรวจจับข้อบกพร่อง การตรวจจับก๊าซ และอื่นๆ กล้อง LWIR มีบทบาทสำคัญในระหว่างการแพร่ระบาดของโควิด-19 เนื่องจากช่วยให้วัดอุณหภูมิร่างกายได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ

5) คู่มือการเลือกพื้นผิว IR

วัสดุ IR มีคุณสมบัติที่แตกต่างกันซึ่งทำให้สามารถทำงานได้ดีในสเปกตรัมอินฟราเรด IR Fused Silica, เจอร์เมเนียม, ซิลิคอน, แซฟไฟร์ และซิงค์ซัลไฟด์/เซเลไนด์ แต่ละชนิดมีจุดแข็งสำหรับการใช้งานอินฟราเรด

สังกะสี เซเลไนด์ (ZnSe)

ซิงค์เซเลไนด์เป็นสารประกอบแข็งสีเหลืองอ่อนที่ประกอบด้วยสังกะสีและซีลีเนียม สร้างขึ้นโดยการสังเคราะห์ไอสังกะสีและก๊าซ H2 Se กลายเป็นแผ่นบนพื้นผิวกราไฟท์ เป็นที่รู้จักในเรื่องอัตราการดูดซับที่ต่ำ และช่วยให้สามารถใช้งานเลเซอร์ CO2 ได้อย่างดีเยี่ยม

ช่วงการส่งข้อมูลที่เหมาะสมที่สุด	การใช้งานในอุดมคติ
0.6 - 16ไมโครเมตร	เลเซอร์ CO2 และเทอร์โมมิเตอร์และสเปกโทรสโกปี เลนส์ หน้าต่าง และระบบ FLIR

เจอร์เมเนียม (Ge)

เจอร์เมเนียมมีลักษณะเป็นควันสีเทาเข้ม โดยมีดัชนีการหักเหของแสง 4.024 และมีการกระจายแสงต่ำ มีความหนาแน่นมากโดยมีความแข็งแบบ Knoop (กก./มม2): 780.00 ทำให้สามารถทำงานได้ดีกับเลนส์ภาคสนามในสภาพที่สมบุกสมบัน

ช่วงการส่งข้อมูลที่เหมาะสมที่สุด	การใช้งานในอุดมคติ
2 - 16ไมโครเมตร	LWIR - MWIR การถ่ายภาพความร้อน (เมื่อเคลือบ AR) สถานการณ์ทางแสงที่ทนทาน

ซิลิคอน (S)

ซิลิคอนมีลักษณะเป็นสีน้ำเงินเทาและมีความจุความร้อนสูง ทำให้เหมาะสำหรับกระจกเลเซอร์และเวเฟอร์ซิลิคอนสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ มีดัชนีการหักเหของแสง 3.42 ส่วนประกอบของซิลิคอนถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากกระแสไฟฟ้าของมันสามารถผ่านตัวนำซิลิกอนได้เร็วกว่ามากเมื่อเทียบกับตัวนำอื่น ๆ โดยมีความหนาแน่นน้อยกว่า Ge หรือ ZnSe แนะนำให้ใช้การเคลือบ AR สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่

ช่วงการส่งข้อมูลที่เหมาะสมที่สุด	การใช้งานในอุดมคติ
1.2 - 8ไมโครเมตร	MWIR, การสร้างภาพ NIR, สเปกโทรสโกปี IR, ระบบตรวจจับ MWIR

ซิงค์ซัลไฟด์ (ZnS)

ซิงค์ซัลไฟด์เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับเซ็นเซอร์อินฟราเรดที่ส่งผ่านได้ดีใน IR และสเปกตรัมที่มองเห็นได้ โดยทั่วไปแล้วจะเป็นตัวเลือกที่คุ้มค่ากว่าวัสดุ IR อื่นๆ

ช่วงการส่งข้อมูลที่เหมาะสมที่สุด	การใช้งานในอุดมคติ
0.6 - 18μm	LWIR - MWIR เซ็นเซอร์อินฟราเรดแบบมองเห็นและคลื่นกลางหรือคลื่นยาว

การเลือกพื้นผิวและการเคลือบป้องกันแสงสะท้อนจะขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นที่ต้องการการส่งผ่านแสงเฉพาะในการใช้งานของคุณ ตัวอย่างเช่น หากคุณกำลังส่งสัญญาณแสง IR ในช่วง MWIR เจอร์เมเนียมอาจเป็นทางเลือกที่ดี สำหรับการใช้งาน NIR แซฟไฟร์อาจเหมาะสมที่สุด

ข้อมูลจำเพาะอื่นๆ ที่คุณอาจต้องการพิจารณาในการเลือกออปติกอินฟราเรด ได้แก่ คุณสมบัติทางความร้อนและดัชนีการหักเหของแสง สมบัติทางความร้อนของซับสเตรตจะบอกปริมาณว่าซับสเตรตทำปฏิกิริยากับความร้อนอย่างไร บ่อยครั้งที่องค์ประกอบทางแสงอินฟราเรดจะต้องสัมผัสกับอุณหภูมิที่ต่างกันอย่างมาก การใช้งาน IR บางอย่างยังสร้างความร้อนจำนวนมากอีกด้วย ในการพิจารณาว่าซับสเตรต IR เหมาะสมกับการใช้งานของคุณหรือไม่ คุณจะต้องตรวจสอบดัชนีการไล่ระดับและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อน (CTE) หากวัสดุพิมพ์ที่กำหนดมีการไล่ระดับดัชนีสูง อาจมีประสิทธิภาพด้านการมองเห็นต่ำกว่าปกติเมื่อใช้ในการตั้งค่าที่ระเหยเนื่องจากความร้อน หากมี CTE สูง อาจขยายตัวหรือหดตัวในอัตราที่สูงเนื่องจากอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างมาก วัสดุที่ใช้บ่อยที่สุดในเลนส์อินฟราเรดนั้นมีดัชนีการหักเหของแสงแตกต่างกันอย่างมาก ตัวอย่างเช่น เจอร์เมเนียมมีดัชนีการหักเหของแสงอยู่ที่ 4.0003 เทียบกับ 1.413 สำหรับ MgF ความพร้อมใช้งานของวัสดุพิมพ์ที่มีดัชนีการหักเหของแสงที่หลากหลายนี้ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในการออกแบบระบบ การกระจายตัวของวัสดุ IR จะวัดการเปลี่ยนแปลงในดัชนีความยาวคลื่นที่เกี่ยวข้องกับความยาวคลื่น ตลอดจนความคลาดเคลื่อนของสี หรือการแยกความยาวคลื่น การกระจายตัวจะถูกวัดปริมาณโดยผกผันด้วยเลข Abbe ซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของดัชนีการหักเหของแสงที่ความยาวคลื่น d ลบ 1 เหนือความแตกต่างระหว่างดัชนีการหักเหของแสงที่เส้น f และ c หากวัสดุพิมพ์มีค่า Abbe มากกว่า 55 จะมีการกระจายตัวน้อยกว่า และเราเรียกว่าวัสดุครอบฟัน วัสดุพิมพ์ที่มีการกระจายตัวมากขึ้นโดยมีค่า Abbe ต่ำกว่า 55 เรียกว่าวัสดุหินเหล็กไฟ

การประยุกต์ใช้ออปติกอินฟราเรด

เลนส์อินฟราเรดมีการใช้งานในหลายสาขา ตั้งแต่เลเซอร์ CO2 กำลังสูง ซึ่งทำงานที่ 10.6 μm ไปจนถึงกล้องถ่ายภาพความร้อนตอนกลางคืน (แถบ MWIR และ LWIR) และการสร้างภาพ IR พวกมันยังมีความสำคัญในสเปกโทรสโกปีอีกด้วย เนื่องจากการเปลี่ยนผ่านที่ใช้ในการระบุก๊าซติดตามจำนวนมากอยู่ในย่านอินฟราเรดตอนกลาง เราผลิตเส้นออพติกแบบเลเซอร์และส่วนประกอบอินฟราเรดซึ่งทำงานได้ดีในช่วงความยาวคลื่นที่กว้าง และทีมงานที่มีประสบการณ์ของเราสามารถให้การสนับสนุนและให้คำปรึกษาด้านการออกแบบอย่างเต็มรูปแบบ

Paralight Optics ใช้เทคนิคการประมวลผลขั้นสูงหลายอย่าง เช่น การกลึงด้วยเพชรจุดเดียว และการขัดด้วย CNC เพื่อผลิตเลนส์สายตาที่มีความแม่นยำสูงจากซิลิคอน เจอร์เมเนียม และซิงค์ซัลไฟด์ ซึ่งสามารถนำไปใช้งานในกล้อง MWIR และ LWIR เราสามารถบรรลุความแม่นยำที่น้อยกว่า 0.5 ขอบ PV และความหยาบในช่วงน้อยกว่า 10 นาโนเมตร