来自行业的见解

红外成像:需求和挑战

见解 来自行业杰森·帕里德瓦尔产品组经理虹膜 Spectral Technologies

In this interview, AZoOptics talks to 杰森·帕里德瓦尔, 产品组经理 at 虹膜 Spectral Technologies, about infrared imaging and the optical filters 虹膜 can provide.

Could you provide an overview of 虹膜 Spectral Technologies and the work you do in the optics field?

过滤器如何缩短MWIR设备的上市时间

自从1998年电信热潮开始以来,虹膜光谱技术就一直活跃。该公司是根据加拿大国家研究委员会研究光学薄膜的研究人员的工作发展而来的。 虹膜最初在光纤电信应用中使用光学滤波器,后来在继续制造电信滤波器的同时进行了多元化发展。这些过滤器目前约占公司的一半’s sales in Asia.

电信泡沫破灭后,该公司希望将其功能多样化并扩展到其他市场领域。它通过将相同的涂层技术和高能磁控溅射技术应用于包括拉曼光谱和荧光显微镜在内的新应用来实现这一目标。后来Iridian大量涉足3D电影院,开发和制造了数百万副波长选择3D眼镜,目前这些眼镜在全球的电影院和主题公园中使用。

最近的发展和新的市场领域包括遥感,激光雷达和基于空间的应用,例如卫星通信技术。相同的光学镀膜技术适用于所有这些不同的应用空间。

Historically, IR detectors were mostly utilized in the military and defense industry; however, this is changing. What are the current and emerging markets for IR imaging and how is 虹膜 involved in these?

红外传感器和成像的主要市场最初是军事和国防。这是因为有应用程序。例如,以不可见的方式远程跟踪人和物体。这也是因为实现这一目标的技术是新的且昂贵的,因此,只有像美国军方这样的组织能够获得所需资金,这种技术才可行。

随着技术的发展,这些技术变得更便宜,更高效且更易于商业化,特别是因为该技术不再出售给一个大型军事或国防客户。特别是,探测器的价格暴跌,使商业应用开始具有商业意义。诸如工业过程控制之类的应用正变得越来越普遍,通常涉及组件的工业构造,它使用近红外技术来研究可见光谱以外的样品,以查看特定的特征和特征。

一些组织正在1550纳米的电信领域开展工作,为眼睛安全的遥感应用开发技术。气体检测以及其他化学和分子分析(如乳制品中的蛋白质,脂肪,脂质)在中波和长波红外区域进行分析,通常在3-5微米处,其中8-10微米用于观察特定的分子成分。环境监控,热成像和安全通信可以利用从近波长到长波红外波长的任何位置。

由于降低了成本并能够批量生产这些系统所需的组件,因此所有这些领域的技术都得到了发展。 

How does 虹膜 help to conduct multispectral imaging?

NIR成像,IR感应和检测通常需要使用单通道检测。例如,像非分散红外检测系统之类的应用程序可用于监视单个气体管线,以便检测光何时达到一定水平,从而指示气体的存在。使用光声光谱法检查单个分子元素时,将应用类似的原理。

某些应用程序(例如地球观测)受益于能够同时查看多个不同的光谱线。在这些情况下,用户不会寻找单个 兴趣线。相反,他们需要查看背景光谱并确定哪些分子 存在。有多种方法可以实现此目的,包括使用滤光轮或旋转的单个组件以方便查看 波长层出不穷。但是,这些方法不能在特定时间一次提供所有内容的特定快照。

相反,多光谱成像采用多光谱感应单探测器,并在其前面放置一个波长选择元件,该元件装有不同的空间变化光谱带。图像上的不同像素和不同检测器将在它们前面具有波长选择光学滤光片,这意味着这些像素会看到某种光谱现象,而其他像素会看到其他光谱现象。

虹膜'我们的作用是提供波长选择光学滤光片,并且这些滤光片可用于从可见场到近红外甚至从短波到长波红外的多光谱阵列的各种波长范围。

我们使用两种不同的方法来创建这些多光谱阵列或空间变化的光谱阵列。我们可能会使用屠夫块方法,该方法包括获取单个的单个和过滤器元素,将它们切成条,然后将它们粘合在一起成为屠夫块(如数组)。然后将该块放在检测器的前面。或者,我们可以使用一种图案化的方法,在该方法中,用光刻技术掩盖单块玻璃的区域,并在该区域中的玻璃上涂覆一层涂层,然后再暴露另一部分基板,并用另一层涂层对其进行涂覆。这种方法使我们可以在一块玻璃上对不同光谱区域进行图案化和涂层处理。

就可采用的滤波器的复杂性,成本和共面性而言,每种方法各有利弊。一种并不比另一种更好,并且我们会根据客户的特定功能需求采用这两种方法's applications.

关于红外成像,需要解决的主要需求是什么?要克服的挑战是什么?

红外成像与波长无关–我们几乎所有客户的情况都一样'的应用程序。子午线之一’s core goals is ‘信号更多,背景更少。’信噪比是每种应用的关键考虑因素。通过在用户想要看到的频段内实现高传输,并在用户不希望看到的频段内实现较深和较宽的阻塞,实现更好的信噪比完全与提供波长选择性有关'不想看。该原理同样适用于可见,近红外和长波红外区域,每个区域需要不同的规格。

这个问题在长波地区同样重要,尽管在 信号的来源和  噪声。可见光和近红外应用通常将使用照明源,该照明源会反射或发出不同现象的光反射,以及该外部照明源的镜面反射率。在长波红外区域(例如,使用热成像),用户看不到物体反射或吸收外部光源。相反,他们看到物体本身的黑体辐射。

在这些情况下,重要的是使用狭窄的选择性波长区域,以便仅查看感兴趣的特定现象。 IR涵盖了从700纳米到15微米的宽范围波长,因此,在检测器和滤光器方面,从标准材料开始将发生转变。就爱里迪安使用的滤光材料而言,这些材料的透明度和吸收率在此宽光谱范围内变化。

需要使用不同的材料组来满足不同领域的功能需求,因此必须制造不同的光学组件。这可能会带来挑战,但是在使用范围广泛的应用中,有可能在同一配置中使用不同材料的组合。可能要求组件在一系列潜在的极端环境中运行。它们必须足够坚固且可靠,才能在现实世界中生存,并且可能需要进行制造以专门承受特定的环境条件。

对IR成像滤镜的要求会根据所使用的是近红外,中波长红外还是长波红外而变化?

当处理如此广泛的范围时,一般的要求可能不会改变,因为所有应用都需要更多的信号和更少的背景,并且大多数应用需要波长选择性。但是,我们使用的材料确实会发生变化,并且这些要求使用不同的材料处理方法和不同的处理。

例如,在长波红外中,我们仅采用高能磁控溅射来沉积滤光片。大多数制造商都停止在中短波红外区域进行溅射,但是我们已经扩展了该技术的功能,使其能够在大约10微米的范围内工作。但是,由于在长波区域和位于光谱另一端的紫外线中的溅射材料中的吸收过多,因此溅射很难在这一点上进行。

为了解决这个问题,我们增加了一种蒸发镀膜技术,使我们能够使用需要蒸发的不同材料组,从而使我们的光学滤光片可以解决的波长限制超过10微米,最高可达15微米。这有助于我们访问利用10-15微米区域的热成像和其他超长波红外光谱应用中的应用空间。

我们已经在家里使用了这种特殊设备将近一年,但是我们的R仍在对其进行测试。&D队。我们设想到2021年初,我们’将能够推出并开始解决扩展区域中的那些特定需求。

How does 虹膜 address these needs and challenges with their IR imaging filters?

自从1998年开始运营以来,与诸如电信等众多客户群打交道,使Iridian在应对这些挑战方面积累了丰富的经验。例如,尽管某些电信组件可能位于易于访问的机架中,但其他应用程序可能会看到该电信组件在海底电缆敷设过程中沉入海底。

在这种情况下,客户将来不需要去拉起并更换此过滤器,因此可靠性是关键。虹膜’为电信和光谱学等应用生产高质量,高可靠性,高波长选择滤光片的历史使我们能够应对这些挑战。该公司已将这种专业知识和经验扩展到更广泛的IR应用程序中,并将相同的技术,理念和质量方法带入了这些新领域。

电信一直是Iridian的重要组成部分,我们的光学滤光片通常被运送到中国或泰国等国家,再制造成其他组件。这些类型的组件有很大的成本驱动因素,因此我们在处理和处理中集成了大量自动化功能,以帮助降低成本。我们已将相同的方法和自动化应用于我们的红外产品。

益瑞电非常适合应对这些挑战,因为我们产品的应用范围非常广泛。尽管我们在电信,光谱学或太空应用领域有特定的竞争对手,但在所有这些领域中,我们的竞争对手(如果有的话)很少。

我们广泛的应用程序意味着我们可以从一个领域中学习或进步,并将其应用于另一领域,并且随着应用程序的发展和变化,我们拥有处理所有这些不同应用程序空间和处理要求的知识和专业知识。我们没有单一的方法-我们可以根据需要采用许多方法来满足特定的客户要求。

在涂覆基材时,我们会监控各层,并确保沉积达到所需的最终结果。我们不'只需设计一个过滤器并放下设计-当我们放下各层时,我们使用内部软件对其进行测量,反射控制沉积设备,并对后续各层进行必要的更改,以将性能恢复到所需的规格。这是制造高性能波长选择滤光片的核心要素,这种方法可实现严格控制,精确的滤光片以及可重复性的制造。

您认为红外成像的未来在哪里?

这很难说。一旦技术可用,此时应用程序便会发展以利用这些技术。也就是说,成像,感知和检测不可见物体的能力无疑将非常有价值。无论是在热剖面,气体还是环境监测方面,中波和长波红外都有很大的潜力。

物联网是我们希望看到增长的另一个关键领域。物联网可以看到我们周围几乎所有使用传感器和检测器的事物。例如,冰箱可以使用气体检测仪来检测食物腐烂所释放的气体。同时,美国的FLIR公司提供了用于热成像的电话附件,可以将其附加到常规的手机摄像头上。

在农业中有许多现实世界的应用,其中红外成像具有潜力。我们知道可以在某些波长区域看到昆虫,因此我们可以使用UV或红外线查看花朵上的授粉路径,确定果实的成熟程度,或者可以使用遥感技术评估害虫对作物的处理效果。

通过扩展我们可以看到的波长区域,可以促进所有这些应用。那里’这是一个常见的短语,‘你无法管理你不测量的东西,’测量范围更广的光谱的能力使我们能够看到更多的事物,管理更多的事物,更好地控制以及与我们的环境进行更有意义的交互。

关于Jason Palidwar

Jason于2006年加入Iridian,拥有20多年从事薄膜光学滤镜工作的经验。 他与Iridian一起制定了过滤器规格’的客户针对电信,拉曼光谱,荧光显微镜,3D娱乐和红外遥感等应用中的广泛技术和商业需求优化解决方案。 最近,作为航空航天和特种光学产品组经理,他的重点一直放在用于卫星通信的光学滤波器(光学卫星间链路滤波器和日射排斥窗口)以及包括多光谱滤波器阵列在内的对地观测。 Jason拥有麦克马斯特大学的物理学硕士学位。

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    虹膜 Spectral Technologies. 2021. 红外成像:需求和挑战. AZoOptics, viewed 05 January 2021, //www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=1882.

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