Infračervená technologie se dostává do stále širšího spektra inovativních spotřebitelských aplikací. Tato technologie byla poprvé objevena na počátku 19. století. Trvalo však poměrně dlouho, než se ji podařilo skutečně využít a integrovat do prodejných výrobků. Dnes se výkonná infračervená technologie využívá různými neotřelými způsoby a přidává hodnotu například pokročilým systémům pro autonomní vozidla a inteligentní budovy.
Infračervenou technologii lze integrovat do stávajících systémů a přidat tak nové technické možnosti. A s rostoucím objemem výroby budou náklady dále klesat, takže tato technologie bude ještě dostupnější pro ještě širší spektrum použití.
Tady je pět věcí, které byste měli vědět o infračervené technologii. Přečtěte si, jak tato pokročilá technologie přináší přidanou hodnotu do řady průmyslových odvětví.
- Elektromagnetické spektrum a různé vlnové délky
Jak funguje elektromagnetické spektrum?
Záření je charakterizováno svou frekvencí a vlnovou délkou. A ne všechno záření je viditelné lidským okem. Infračervené záření má delší vlnové délky než záření ve viditelném spektru a kratší vlnové délky než mikrovlnné nebo terahertzové záření.
V elektromagnetickém spektru existuje několik vlnových délek a každá z nich má jedinečné vlastnosti.
NIR (blízké infračervené záření): jedná se o kratší vlnové délky v infračerveném spektru, které jsou nejblíže viditelnému spektru a pohybují se mezi 0,78 µm a 2,5 µm. Základním principem NIR spektroskopie jsou například molekulární vibrace způsobené excitací molekul infračerveným zdrojem. Molekuly absorbují infračervené vlny, čímž se mění stupeň vibrace elektronů. Tím vzniká měřitelný signál.
SWIR (krátkovlnné infračervené záření): Spektrum od 1 µm do 2,7 µm. Detektory na bázi křemíku jsou omezeny na oblast kolem 1,0 µm. Z tohoto důvodu vyžaduje zobrazování SWIR optické a elektronické komponenty schopné pracovat v rozsahu 0,9 µm až 1,7 µm, což není případ nechlazených detektorů InGaAs.
MWIR (infračervené spektrum středních vln): Spektrum od 3 µm do 5 µm. Termální zobrazování začíná v této části spektra, kde se začínají tvořit teplotní gradienty přítomné ve sledované scéně. Detekce MWIR vyžaduje kryogenně chlazené technologie, jako je HgCdTe (MCT nebo MerCad), polovodičový materiál II-VI.
LWIR (dlouhovlnné infračervené záření): Detektor zachycuje teplo vyzařované objekty ve sledované scéně. Na rozdíl od detektorů viditelného světla, které detekují světlo odražené od objektů, detektory LWIR nepotřebují zdroj světla. Tyto detektory mohou vytvářet identické snímky ve dne i v noci. Obraz bude stejný bez ohledu na okolní světlo.
- Dvě hlavní technologie
V současné době existují dva hlavní typy detektorů:
– Chlazené: Tyto detektory jsou udržovány při extrémně nízké teplotě pomocí kryogenního chladicího systému. Tento systém snižuje teplotu snímače na kryogenní teplotu a snižuje šum způsobený teplem na úroveň nižší, než je úroveň signálu vyzařovaného scénou.
Hlavní výhodou tohoto typu detektoru je neuvěřitelně vysoké rozlišení a citlivost a z toho vyplývající vysoká kvalita obrazu. Chlazené detektory jsou však objemnější a dražší než nechlazené detektory. Proto jsou méně vhodné pro některé aplikace, kde je důležitější tvar než kvalita obrazu.
– Nechlazené detektory nebo mikrobolometry: Tyto detektory nevyžadují chladicí systém. U mikrobolometrické technologie vyvolávají teplotní rozdíly ve scéně změny teploty mikrobolometru. Tyto změny jsou pak převedeny na elektrické signály a následně na obraz.
- NETD, klíčový ukazatel citlivosti detektoru
NETD (noise-equivalent temperature difference) měří tepelnou citlivost kamery. Jedná se o nejmenší teplotní rozdíl, který je kamera schopna detekovat. Udává se v milikelvinech (mK) nebo ve stupních Celsia (°C). Čím nižší je hodnota NETD, tím lépe fotoaparát detekuje tepelný kontrast. Proto lze NETD považovat za obdobu kontrastu u detektorů viditelného světla.
U infračervených detektorů se NETD může pohybovat mezi 25 mK a 100 mK u nechlazených mikrobolometrů. U chlazených detektorů se pohybuje kolem 10 mK.
NETD je zvláště důležitá pro scény s nízkým tepelným kontrastem (scény, kde mají všechny objekty téměř stejnou teplotu, jako je například krajina).
- Rozlišení a zorné pole (FOV)
Zorné pole (FOV) udává, jak široký úhel záběru může kamera zachytit. FOV je třeba brát v úvahu spolu s rozlišením obrazu (počtem pixelů).
Rozlišení udává, jak je obraz ostrý, zatímco FOV ukazuje, jak je široký. Čím vyšší je rozlišení (jinými slovy, čím více pixelů), tím je obraz ostřejší. Chcete-li však zvýšit počet pixelů, musíte snížit FOV.
- Analogový nebo digitální
Jak název napovídá, analogově-digitální převodník (ADC) je systém, který převádí analogový signál na digitální (binární) signál. Digitálně-analogový převodník (DAC) převádí digitální signál na analogový. U plně digitálních modelů je ADC integrován do snímače. Převádí analogový videosignál na digitální signál, který lze softwarově zpracovat a získat z něj požadované informace o scéně. Plně digitální modely mohou také obsahovat D/A převodník pro přepínání polarizace snímacího prvku. Zde již integrátoři detektorů nemusí vyvíjet napájecí komponenty pro detektory, což výrazně usnadňuje jejich implementaci.