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Mit dem kontinuierlichen Vordringen der Infrarottechnologie in die Bereiche Sicherheit, Medizin, Industrie, autonomes Fahren und andere Bereiche werden Multiband-Sensorsysteme (wie SWIR + MWIR, 850nm + 1550nm und andere Kombinationen) zum Kerntrend der neuen Generation von Sensormodulen. Im tatsächlichen Landeprozess wird das optische Subsystem jedoch oft zu einem der "Engpässe" für die Leistung der gesamten Maschine, insbesondere der natürliche Konflikt zwischen der spektralen Reaktion des Linsenmaterials, dem Oberflächendesign und dem Beschichtungsprozess.

Aus technischer Sicht werden in diesem Papier drei zentrale technische Herausforderungen rund um das aktuelle Mainstream-Polymer-Infrarotlinsensystem analysiert.

Erstens, die Durchlässigkeit von Polymermaterialien im Infrarot-Multiband Bei der Entwicklung eines Multiband-Infrarotsystems geht es in erster Linie nicht um die Struktur, sondern um das Material.

Verschiedene Kunststoffmaterialien haben große Unterschiede in der Transmission, dem Brechungsindex und der Absorptionspeakposition im Nahinfrarot- bis Mittelinfrarotbereich (700 nm ~ 14 μm). Zum Beispiel:

Material Transmissionsbandbereich 940nm Transmissionsgrad 1550nm Transmissionsbrechungsindex (940nm) Absorptionsspitze HDPE2 ~ 12μm1400nmZeonex E48R400 ~ 1550nm> 90%> 85% ~ 1,53 Stabile COP / COC Modifizierte Materialien 400 ~ 1650nm85 ~ 95% Einstellbare mittlere Absorptionsspitze

Zusammenfassung:

Gemeinsame PMMA- und HDPE-Materialien auf dem Markt, obwohl die Verarbeitung stabil ist, ist die Hochbanddurchlässigkeit schlecht, was den Einsatz in Bildgebungs- / Entfernungssystemen über 1550nm erschwert.

Zeonex, Cyclo Olefin Copolymer (COC) Materialien werden empfohlen, die eine bessere Übertragungsleistung im NIR / SWIR-Segment haben und eine hohe Refr

unterstützen In tatsächlichen Projekten müssen wir in der Regel "Materialvorprüfung + tatsächliche Spektraltests" basierend auf den Anforderungen des Kundenbandes durchführen, um die Effizienz des Linsensystems zu gewährleisten.

2. Geometrische Einschränkungen von nicht kugelförmigen / Freiformflächen in großen FOV-Infrarotsystemen Infrarotsensormodule entwickeln sich allmählich von der Erkennung kleiner Winkelzentren zu "voller Sichtfeldabdeckung + Kantenkompensation", was höhere Anforderungen an die Linsenstruktur stellt. Aubor fasst die folgenden Trends durch die gemeinsame Simulation von Zemax und CodeV zusammen:

Traditionelle sphärische Fresnel-Struktur: leicht zu spritzen, starke Verzerrung von Randlichtpunkten und gravierend ungleichmäßige Energieverteilung nach FOV> 90.

Asphärisches Design: unterstützt eine gleichmäßigere Ausleuchtung und geringere MTF-Verluste, geeignet für 65 ~ 100 Anwendungsszenarien; aber die Anforderungen an die Fertigungstoleranz sind verbessert, und die Form muss die Genauigkeit im Submikronbereich unterstützen.

Freiformoptik: Die Sichtfeldverteilung kann entsprechend dem Layout des Area-Array-Detektors angepasst werden, aber die Schwierigkeit liegt in:

Das Entwerfen einer asymmetrischen Oberfläche erfordert mehrachsiges CNC- oder Diamantdrehen;

Oberflächenformerkennung kann sich nur auf Interferometer + Oberflächenprofiler-Verbundanalyse verlassen;

Die Schwierigkeit der Verzugskontrolle wird beim Multi-Cavity-Molding erheblich verbessert.

Beispiel:
In einem ToF + PIR-Dual-Mode-Detektionssystem haben wir ein 135-Weitwinkel-Freiformobjektiv für einen Kunden entworfen. Die FWHM-Abweichung betrug 23% bei Verwendung von Standard-PMMA. Nach dem Austausch durch COC-Material wurde die thermische Stabilität des Systems um 47% verbessert und die MTF-Gleichmäßigkeit um 18,6% erhöht.

3. Kompatibilitätsbeschränkungen des Beschichtungsprozesses in einem Breitbandsystem Infrarotlinsen müssen zwei Bänder gleichzeitig unterstützen (z. B. 940 nm + 155 nm) und müssen einen Kompromiss bei der Kontrolle der Spektralreflexion eingehen:

Einschichtige AR: Niedrige Kosten, aber nur ein Hauptband kann optimiert werden, z. B. die zentrale Lambda = 940 nm.

Mehrschichtige AR-Breitbandtechnik: Die Breite des Bandes kann erweitert werden, aber die Anzahl der Schichten (> 6 Schichten) ist anfällig für Spannungsspaltungen, insbesondere auf hochtemperaturgegossenen Substraten.

Nanostruktur-Antireflexion (Mottenauge): Ideale Lösung, stellt aber extrem hohe Anforderungen an die Spritzgussgenauigkeit und den Nachbehandlungsfilmschutz und ist bei Großlinsen noch nicht verbreitet.

Aubor Bewältigungsstrategie:

Passen Sie die Beschichtungskurve entsprechend der Bandpriorität des Kunden an, indem Sie die Methode "Dualband-Kompatibilität + Gewichtsabstimmung" anwenden.

Im ToF-Projekt wird die 940nm-Hauptband-AR-Beschichtung mit einer Bandpassfilterunterstützung überlagert; im Projekt Laserkommunikation (1550nm) wird die Einfügedämpfung bevorzugt gesteuert <0,5dB.

Alle Infrarot-Beschichtungsprozesse werden vom automatischen AOI-Erkennungssystem für Filmdickenabweichungen <5% erkannt.

Zusammenfassung und Beratung Ingenieuren und Produktentwicklern empfehlen wir, beim Start eines Mittel- bis Ferninfrarotprojekts aus den folgenden drei Frontperspektiven zu arbeiten:

Material zuerst: Testen Sie die tatsächliche spektrale Reaktion des Materials im Zielband, um zu vermeiden, dass "vernünftiges Design, aber Materialabsorption" zu Leistungseinbußen führt.

Synergie bei der Oberflächensegmentierung: Insbesondere bei Ultraweitwinkel- und Multifokalsystemen sollte der Modellierung nicht-sphärischer oder Freiform-Oberflächenstrukturen Vorrang eingeräumt und ihre Abhängigkeit von Toleranzen abgeschätzt werden.

Integration der spektralen Beschichtungsstrategie: Einbeziehung des Beschichtungsdesigns in die frühzeitige Planung von Strukturen und Systemen, um Kosten- und Terminrisiken durch spätere Anpassungen zu vermeiden.

Aubor hat sich zum Ziel gesetzt, ein Mitentwickler von polymeren Infrarotlinsen und mikrooptischen Systemen zu sein. Wir stellen nicht nur Linsen her, sondern beteiligen uns auch stärker an den "frühen optischen Entscheidungen" der Kundensysteme.

Wenn Sie Bedarf an der Entwicklung von Infrarotsystemen mit Bändern wie 850nm / 940nm / 1550nm / 1650nm haben, begrüßen wir einen ausführlichen technischen Dialog zwischen Ingenieuren.