La tecnologia a infrarossi si sta facendo strada in una gamma sempre più ampia di applicazioni innovative per i consumatori. La tecnologia è stata scoperta per la prima volta all’inizio del XIX secolo. Tuttavia, c’è voluto un bel po’ di tempo per essere in grado di usarla effettivamente e integrarla in prodotti commerciabili. Oggi la potente tecnologia a infrarossi viene utilizzata in una varietà di modi nuovi, aggiungendo valore a sistemi avanzati per veicoli autonomi e edifici intelligenti, per esempio.

L’infrarosso può essere integrato nei sistemi esistenti per aggiungere nuove capacità tecniche. E, con l’aumento dei volumi di produzione, i costi continueranno a scendere, rendendo la tecnologia ancora più accessibile per una gamma ancora più ampia di usi.

Ecco cinque cose da sapere sulla tecnologia a infrarossi. Continua a leggere per imparare come questa tecnologia avanzata sta portando valore aggiunto a una serie di industrie.

1. Lo spettro elettromagnetico e le diverse lunghezze d’onda

Come funziona lo spettro elettromagnetico?

La radiazione è caratterizzata dalla sua frequenza e lunghezza d’onda. E non tutte le radiazioni sono visibili all’occhio umano. La radiazione infrarossa ha lunghezze d’onda più lunghe della radiazione nello spettro visibile e lunghezze d’onda più corte della radiazione a microonde o terahertz.

Ci sono diverse lunghezze d’onda nello spettro elettromagnetico, e ognuna ha caratteristiche uniche.

NIR (vicino infrarosso): sono le lunghezze d’onda più corte nello spettro infrarosso, e le più vicine allo spettro visibile tra 0,78 µm e 2,5 µm. Il principio alla base della spettroscopia NIR, per esempio, è la vibrazione molecolare causata dall’eccitazione delle molecole da parte della sorgente infrarossa. Le molecole assorbono le onde infrarosse, cambiando il grado di vibrazione degli elettroni. Questo crea un segnale misurabile.

SWIR (infrarosso ad onde corte): Lo spettro da 1 µm a 2,7 µm. I rivelatori basati sul silicio sono limitati a circa 1,0 µm. Per questo motivo, l’imaging SWIR richiede componenti ottici ed elettronici in grado di operare nell’intervallo da 0,9 µm a 1,7 µm, cosa che non è il caso dei rivelatori InGaAs non raffreddati.

MWIR (infrarosso a onde medie): Lo spettro da 3 µm a 5 µm. L’imaging termico inizia in questa parte dello spettro, dove iniziano a formarsi i gradienti di temperatura presenti nella scena da osservare. Il rilevamento MWIR richiede tecnologie raffreddate criogenicamente come HgCdTe (MCT, o MerCad), un materiale semiconduttore II-VI.

LWIR (infrarosso a onde lunghe): Lo spettro da 7 µm a 14 µm. Un rivelatore cattura il calore emesso dagli oggetti nella scena che si osserva. A differenza dei rilevatori di luce visibile, che rilevano la luce riflessa dagli oggetti, i rilevatori LWIR non hanno bisogno di una fonte di luce. Questi rilevatori possono generare immagini identiche sia di giorno che di notte. L’immagine sarà la stessa indipendentemente dalla luce ambientale.

1. Le due tecnologie principali

Esistono attualmente due tipi principali di rivelatori:

– Raffreddati: Questi rivelatori sono tenuti ad una temperatura estremamente bassa utilizzando un sistema di raffreddamento criogenico. Questo sistema abbassa la temperatura del sensore a temperature criogeniche e riduce il rumore indotto dal calore a un livello inferiore a quello del segnale emesso dalla scena.

I vantaggi principali di questo tipo di rilevatore sono la risoluzione e la sensibilità incredibilmente elevate e l’alta qualità dell’immagine che ne risulta. Tuttavia, i rivelatori raffreddati sono più ingombranti e più costosi di quelli non raffreddati. Questo li rende meno adatti a certe applicazioni dove il fattore di forma è più importante della qualità dell’immagine.

– Rivelatori non raffreddati o microbolometri: Questi rivelatori non richiedono un sistema di raffreddamento. Con la tecnologia microbolometrica, le differenze di temperatura in una scena innescano cambiamenti nella temperatura del microbolometro. Questi cambiamenti sono poi convertiti in segnali elettrici e quindi in immagini.I sistemi dotati di rivelatori non raffreddati sono più convenienti e richiedono meno manutenzione dei sistemi con rivelatori raffreddati.

1. NETD, l’indicatore chiave della sensibilità del rivelatore

NETD (differenza di temperatura equivalente al rumore) misura la sensibilità termica di una telecamera. È la più piccola differenza di temperatura che una telecamera può rilevare. È indicata in milliKelvin (mK) o in gradi Celsius (° C). Più basso è il NETD, migliore sarà la telecamera nel rilevare il contrasto termico. Pertanto, NETD può essere considerato analogo al contrasto nei rivelatori di luce visibile.

Nei rivelatori a infrarossi, NETD può variare tra 25 mK e 100 mK per i microbolometri non raffreddati. Per i rivelatori raffreddati è di circa 10 mK.

NETD è particolarmente importante per le scene a basso contrasto termico (scene in cui tutti gli oggetti sono praticamente alla stessa temperatura, come i paesaggi, per esempio).

1. Risoluzione e campo visivo (FOV)

Il campo visivo (FOV) è quanto ampio è l’angolo che una telecamera può catturare. Il FOV deve essere considerato insieme alla risoluzione dell’immagine (il numero di pixel).

La risoluzione indicherà quanto è nitida l’immagine, mentre il FOV mostrerà quanto è ampia. Più alta è la risoluzione (in altre parole, più pixel avete), più nitida è l’immagine. Tuttavia, per aumentare il numero di pixel, è necessario ridurre il FOV.

1. Analogico o digitale

Come suggerisce il nome, un convertitore analogico-digitale (ADC) è un sistema che converte un segnale analogico in un segnale digitale (binario). Un convertitore digitale-analogico (DAC) converte un segnale digitale in un segnale analogico. Nei modelli interamente digitali, l’ADC è integrato nel sensore. Converte il segnale video analogico in un segnale digitale che può essere elaborato dal software per estrarre le informazioni desiderate dalla scena. I modelli interamente digitali possono anche includere un DAC a commutazione di polarizzazione per l’elemento di rilevamento. Qui, gli integratori di rivelatori non hanno più bisogno di sviluppare componenti di potenza per i rivelatori, il che li rende molto più facili da implementare.