القيود المادية وتحديات التصميم الهيكلي في الأنظمة البصرية متعددة النطاق بالأشعة تحت الحمراء
أوبور التكنولوجيا ووتش |

مع الاختراق المستمر لتكنولوجيا الأشعة تحت الحمراء في المجالات الأمنية والطبية والصناعية والقيادة الذاتية وغيرها من المجالات ، أصبحت أنظمة الاستشعار متعددة النطاقات (مثل SWIR + MWIR و 850 نانومتر + 1550 نانومتر والتركيبات الأخرى) الاتجاه الأساسي للجيل الجديد من أجهزة الاستشعار وحدات. ومع ذلك ، في عملية الهبوط الفعلية ، غالبًا ما يصبح النظام الفرعي البصري أحد "الاختناقات" في أداء الجهاز بأكمله ، وخاصة التعارض الطبيعي بين الاستجابة الطيفية لمادة العدسة وتصميم السطح وعملية الطلاء.
من وجهة نظر هندسية ، تحلل هذه الورقة ثلاثة تحديات تقنية أساسية حول نظام عدسة البوليمر بالأشعة تحت الحمراء السائد الحالي.
أولاً ، أداء نفاذية مواد البوليمر في الأشعة تحت الحمراء متعددة النطاقات عند تصميم نظام الأشعة تحت الحمراء متعدد النطاقات ، فإن الاعتبار الأول ليس الهيكل ، ولكن المادة.
المواد البلاستيكية المختلفة لها اختلافات كبيرة في النفاذية ، معامل الانكسار ، وموضع ذروة الامتصاص في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة إلى منتصف الأشعة تحت الحمراء (700nm ~ 14μm). على سبيل المثال:
نطاق نفاذية المواد 940nm النفاذية 1550nm مؤشر الانكسار النفاذية (940nm) ذروة الامتصاص HDPE2 ~ 12μm1400nmZeonex E48R400 ~ 1550nm > 90 ٪ > 85 ٪ ~ 1.53 مستقر COP / COC المواد المعدلة 400 ~ 1650nm85 ~ 95 ٪ ذروة امتصاص متوسطة قابلة للتعديل
ملخص:
مواد PMMA و HDPE الشائعة في السوق ، على الرغم من أن المعالجة مستقرة ، إلا أن نفاذية النطاق العالي ضعيفة ، مما يجعل من الصعب استخدامها في أنظمة التصوير / النطاق فوق 1550 نانومتر.
يوصى باستخدام مواد Zeonex و Cyclo Olefin Copolymer (COC) ، والتي تتمتع بأداء نقل أفضل في قطاع NIR / SWIR وتدعم المرجع العالي
في المشاريع الفعلية ، نحتاج عادةً إلى إجراء "الفحص المسبق للمواد + الاختبار الطيفي الفعلي" استنادًا إلى متطلبات نطاق العميل لضمان كفاءة نظام العدسة.
2. القيود الهندسية للأسطح غير الكروية / ذات الشكل الحر في أنظمة الأشعة تحت الحمراء FOV الكبيرة تتطور وحدات مستشعر الأشعة تحت الحمراء تدريجياً من اكتشاف مركز الزاوية الصغير إلى "تغطية مجال الرؤية الكامل + تعويض الحافة" ، مما يضع متطلبات أعلى لهيكل العدسة. يلخص Aubor الاتجاهات التالية من خلال محاكاة مفصل Zemax و CodeV:
هيكل فرينل كروي تقليدي: سهل القولبة بالحقن ، وتشويه خطير لبقع ضوء الحافة ، وتوزيع غير متساوٍ للطاقة بعد مجال الرؤية > 90.
التصميم غير الكروي: يدعم إضاءة أكثر اتساقًا وفقدان أقل لـ MTF ، ومناسب لسيناريوهات التطبيق 65 ~ 100 ؛ ولكن تم تحسين متطلبات تحمل التصنيع ، ويحتاج القالب إلى دعم دقة الميكرون الفرعي.
بصريات الشكل الحر: يمكن تخصيص توزيع مجال الرؤية وفقًا لتخطيط كاشف صفيف المنطقة ، لكن الصعوبة تكمن في:
تصميم سطح غير متماثل يتطلب CNC متعدد المحاور أو تحول الماس ؛
يمكن أن يعتمد اكتشاف شكل السطح فقط على مقياس التداخل + التحليل المركب لملف تعريف السطح ؛
تم تحسين صعوبة التحكم في Warpage بشكل ملحوظ أثناء القولبة متعددة التجويف.
مثال:
في نظام الكشف ثنائي الوضع ToF + PIR ، قمنا بتصميم 135 عدسة بنية حرة واسعة الزاوية للعميل. كان انحراف FWHM 23 ٪ عند استخدام PMMA القياسي. بعد الاستبدال بمادة COC ، تم تحسين الاستقرار الحراري للنظام بنسبة 47 ٪ وتم تحسين توحيد MTF بنسبة 18.6 ٪.
3. قيود التوافق لعملية الطلاء في نظام النطاق العريض تحتاج عدسات الأشعة تحت الحمراء إلى دعم نطاقين في نفس الوقت (مثل 940 نانومتر + 1550 نانومتر) ، وتحتاج إلى إجراء مقايضة في التحكم في الانعكاس الطيفي:
AR أحادي الطبقة: تكلفة منخفضة ، ولكن يمكن تحسين نطاق رئيسي واحد فقط ، مثل مركز لامدا = 940 نانومتر.
AR واسع النطاق متعدد الطبقات: يمكن توسيع عرض النطاق ، لكن عدد الطبقات (> 6 طبقات) عرضة للانشطار الإجهادي ، خاصة على الركائز المصبوبة بالحقن ذات درجة الحرارة العالية.
مضاد للانعكاس النانوي (Moth-eye): حل مثالي ، لكنه يحتوي على متطلبات عالية للغاية لدقة صب الحقن وحماية الأفلام بعد المعالجة ، ولم يتم تعميمه بعد في العدسات واسعة النطاق.
Aubor Coping Strategy:
قم بتخصيص منحنى الطلاء وفقًا لأولوية نطاق العميل ، باستخدام طريقة "توافق النطاق المزدوج + ضبط الوزن".
في مشروع ToF ، يتم تركيب طلاء AR للنطاق الرئيسي 940 نانومتر مع دعم مرشح ممر النطاق ؛ في مشروع الاتصال بالليزر (1550 نانومتر) ، يتم التحكم في فقد الإدراج بشكل تفضيلي < 0.5 ديسيبل.
يتم الكشف عن جميع عمليات الطلاء بالأشعة تحت الحمراء بواسطة نظام الكشف التلقائي AOI لانحراف سمك الفيلم بنسبة أقل من 5 ٪. ملخص
والمشورة للمهندسين ومطوري المنتجات ، نوصي عند بدء أي مشروع الأشعة تحت الحمراء المتوسطة إلى البعيدة ، بالعمل من وجهات النظر الأمامية الثلاثة التالية:
المادة أولاً: اختبار الاستجابة الطيفية الفعلية للمادة في النطاق المستهدف لتجنب "التصميم المعقول ولكن امتصاص المواد" مما يؤدي إلى إهدار الأداء.
تآزر تجزئة السطح: خاصة بالنسبة للأنظمة فائقة الاتساع ومتعددة البؤر ، يجب إعطاء الأولوية لنمذجة بنية السطح غير الكروية أو الحرة الشكل ، ويجب تقدير اعتمادها على التفاوتات.
تكامل إستراتيجية الطلاء الطيفي: دمج تصميم الطلاء في التخطيط المبكر للهياكل والأنظمة لتجنب مخاطر التكلفة والجدول الزمني الناجمة عن التعديلات اللاحقة. تلتزم
Aubor بكونها مطورًا مشاركًا لعدسات البوليمر التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء والأنظمة الضوئية الدقيقة. نحن لا نصنع العدسات فحسب ، بل نشارك أيضًا بشكل أعمق في "القرارات البصرية المبكرة" لأنظمة العملاء.
إذا كانت لديك احتياجات تطوير نظام الأشعة تحت الحمراء التي تتضمن نطاقات مثل 850 نانومتر / 940 نانومتر / 1550 نانومتر / 1650 نانومتر ، فإننا نرحب بالحوار الفني المتعمق بين المهندسين
.