Коротковолновая инфракрасная область спектра: преимущества при визуализации

К коротковолновой области инфракрасного излучения относятся длины волн из диапазона 0.9 - 1.7 мкм, но иногда коротковолновая ИК определяется и диапазоном 0.7 - 2.5 мкм. Поскольку керамические фотосенсоры распознают излучение длиной до 0.1 мкм, визуализация коротковолнового ИК спектра требует специальной оптики и электроники.

В основном в качестве фотоприемников при работе с коротковолновым ИК диапазоном пользуются приемниками, оснащенными InGaAs матрицей. Рабочая область таких фотоприемников охватывает практически всю область коротковолнового ИК спектра, от нижней границы (550 нм) до верхней (2.5 мкм). Несмотря на экономическую доступность фотоприемников линейного сканирования, более популярны фотоприемники областного сканирования – их активно применяют даже в военной промышленности благодаря конструктивной жесткости, надежности и устойчивости конфигурации к длительным перевозкам. Следует отметить, что на использование некоторых фотоприемных устройств требуется получение лицензии.

Рисунок 1. Электромагнитный спектр коротковолновой ИК области

Преимущества визуализации в коротковолновом ИК диапазоне

В отличие от средней и длинноволновой области ИК излучения, короткие ИК волны исходят не от самого объекта, а преломляются и поглощаются им, подобно видимому излучению. Таким образом, картина обретает высокий контраст. Благодаря контрасту облегчается решение задачи повышения разрешения. Природные источники коротких ИК волн – звезды и луна, видимые на ночном небе из-за подсвечивания фоновым излучением.

Для получения качественной визуализации требуется также специализированная оптика: линзы, объективы, покрытия которых также должны предназначаться для работы в коротковолновом ИК диапазоне. Использование объективов, не предназначенных для коротковолновой ИК области, спровоцирует снижение разрешения при визуализации, увеличив к тому же оптические аберрации.

Так как излучение этой области проходит через стекла, объективы, фильтры и окна, подобно видимому, принципиальных различий в производстве оптических компонентов для видимой и ИК области нет. Защитные окна и фильтры также можно встраивать в системы напрямую.

Многие задачи, где теоретически рекомендуется применять видимое излучение, на практике решаются с помощью коротких ИК волн: водяной пар, туман и подобные среды не влияют на такое излучение, в то время как источники видимого света чувствительны к условиям внешней среды.

Визуализация в видимом свете и в коротковолновом ИК диапазоне

Визуализация ИК спектров применяется в различных областях, включая проверку электронных плат, проверку солнечных элементов, экспертизу продукции, идентификацию и сортировку, наблюдение, борьбу с контрафакцией, контроль качества производственных процессов и др. Чтобы понять преимущества визуализации этого вида, рассмотрим некоторые наглядные примеры обычных повседневных продуктов, отображаемых с помощью видимого света и с помощью коротких ИК волн.

Рисунок 2. а) Визуализация красного яблока в видимом спектре: яблоко кажется однородным, абсолютно красным, без каких-либо дефектов, б) ИК визуализация того же плода, но теперь отчетливо виден дефект на кожуре, качество продукта под сомнением

Рисунок 3. а) Визуализация матового однотонного флакона с детской присыпкой в видимом спектре, содержимое флакона визуально не прослеживается, б) визуализация матового однотонного флакона с детской присыпкой в коротковолновом ИК спектре: содержимое флакона на этот раз распознается однозначно, можно оценить количество продукта

Рисунок 5. а) Картина «Bountiful Fruit», написанная художницей из Филадельфии Nicole Koenitzer в видимом диапазоне, б) Визуализация картины в ИК спектре: начальный набросок картины содержит изображения бананов на фоне, рамку, которых нет на конечном результате, в нижнем правом углу заметны штрихи, вероятно, художница начинала писать картину с фона и скорее всего, масло было выбрано не сразу

Коротковолновой ИК областью считается вполне определенный диапазон, для работы в котором требуется специализированная оптика с покрытиями, предназначенными для этого диапазона. Остается еще раз подчеркнуть важность тщательного подбора компонентов для визуализации в коротковолновом ИК диапазоне. При соблюдении всех требований и согласованности параметров оборудования можно избежать аберраций и снижения разрешения изображения.

Специально для визуализации ИК спектров компания Edmund Optics разработала фильтрующие и антибликовые покрытия для линз и пропускающих компонентов повышенной эффективности.

© Edmund Optics Inc.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Edmund Optics на территории РФ