Оптика для SWIR визуализации. Преимущества коротковолнового ИК диапазона перед видимым спектром
Что такое SWIR?
Коротковолновый инфракрасный (SWIR) диапазон обычно определяется как свет в диапазоне длин волн 0.9 - 1.7 мкм, но его так же можно отнести к области 0.7–2.5 мкм. Поскольку верхний предел кремниевых датчиков составляет приблизительно 1.0 мкм, для визуализации SWIR требуются уникальные оптические и электронные компоненты, способные работать в определенном диапазоне SWIR. Основными датчиками для получения SWIR изображений являются детектора на основе арсенида индия-галлия (inGaAs). Они покрывают стандартный диапазон SWIR и могут регистрировать длины волн от 550 нм до 2.5 мкм.
Системы на базе inGaAs датчиков с линейным сканированием доступны на рынке, тогда как продажа аналогичных систем детектирования с пространственным сканированием ограничена ITAR (Международные правила торговли оружием). Продукты с подобными ограничениями должны соответствовать строгим правилам экспорта и импорта, чтобы их можно было производить и / или продавать. Тем не менее, SWIR оптика может использоваться для ряда коммерческих приложений при наличии соответствующих лицензий.
Электромагнитный спектр, иллюстрирующий диапазон длин волн SWIR
Преимущества SWIR диапазона спектра
В отличие от средневолнового инфракрасного (MWIR) и длинноволнового инфракрасного (LWIR) света, который излучается самим объектом, свет SWIR диапазона похож на видимый тем, что фотоны отражаются или поглощаются объектом, обеспечивая высокий контраст необходимый для получения изображений с высоким разрешением. Свет звезд и фоновый свет (ночное свечение) являются естественными источниками SWIR и обеспечивают отличную среду для съемки вне помещений в ночное время.
При съемке в SWIR диапазоне очень важно использовать линзы, которые разработаны и оптимизированы для данного диапазона длин волн, то есть имеют специальное покрытие. Использование линзы, предназначенной для видимого спектра, приведет к получению изображения с более низким разрешением и более высокими аберрациями. Поскольку волны коротковолнового ИК диапазона проходят через стекла, линзы и другие оптические компоненты (оптические фильтры, окна и т. д.), оптика для SWIR может быть изготовлена с использованием тех же технологий, что и для видимой области, что снижает производственные затраты и позволяет использовать защитные окна и фильтры внутри системы.
Визуализация в SWIR области спектра позволяет решить множество задач, которые трудно или невозможно выполнить с использованием видимого света. При визуализации в SWIR водяной пар, туман и некоторые другие среды, такие как силикон, являются прозрачными. Кроме того, цвета, которые кажутся почти идентичными в видимом спектре, можно легко различить с помощью SWIR.
Применение SWIR излучения
SWIR визуализация используется в различных приложениях, включая контроль качества электронных плат, фотоэлементов и другой продукции, идентификацию и сортировку, технический надзор, борьбу с подделками и для многих других задач. Чтобы понять преимущества визуализации SWIR, нужно рассмотреть несколько наглядных примеров визуализации обычных предметов в видимом и SWIR диапазоне.
|
Изображение яблока в видимом спектре. Дефекты практически неразличимы. |
SWIR-изображение красного яблока. На яблоке явно видны пятна. Легко осмотреть любые дефекты. |
|
Визуализация бутылочки с детской присыпкой в видимом свете. Порошок внутри совершенно не различим. |
SWIR-изображение бутылочки с детской присыпкой. Бутылка прозрачна для длин волн SWIR. Легко увидеть количество порошка внутри. |
|
"Страшный суд". Картина Яна Провоста. Визуализация в видимом диапазоне. Различим только верхний слой краски. |
В SWIR диапазоне можно получить детальную информацию о первоначальном замысле художника, тщательно исследуя рисунок под пленкой краски. |
|
Картина маслом. Изучая картину в SWIR диапазоне волн, можно проследить за мыслительным процессом художника от первоначального эскиза до готовой работы. |
При съемке в SWIR диапазоне были обнаружены дополнительные детали присутствовавшие на эскизе и отсутствующие на готовой работе: элементы на заднем плане и в правом нижнем углу. |
Визуализация в коротковолновой ИК области спектра (SWIR) предлагает ряд преимуществ по сравнению с визуализацией в видимой области и открывает новые возможности. Чтобы работать в данном диапазоне необходимо выбирать оптические компоненты, разработанные специально для SWIR длин волн. Компания Edmund Optics имеет большой опыт проектирования и производства оптики для SWIR области спектра: оптические системы с линзами для работы в SWIR диапазоне и оптика с покрытием, увеличивающим коэффициент пропускания SWIR длин волн.
