Limitations des matériaux et défis de conception structurelle dans les systèmes optiques infrarouges multibandes
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Avec la pénétration continue de la technologie infrarouge dans les domaines de la sécurité, médical, industriel, de la conduite autonome et autres, les systèmes de détection multibandes (tels que SWIR + MWIR, 850 nm + 150 nm et d'autres combinaisons) deviennent la tendance centrale de la nouvelle génération de modules de capteurs. Cependant, dans le processus d'atterrissage réel, le sous-système optique devient souvent l'un des "goulots d'étranglement" des performances de l'ensemble de la machine, en particulier le conflit naturel entre la réponse spectrale du matériau de la lentille, la conception de la surface et le processus de revêtement.
D'un point de vue technique, cet article analyse trois défis techniques fondamentaux autour du système de lentilles infrarouges polymère courant.
Premièrement, les performances de transmission des matériaux polymères dans la structure infrarouge multibande 217281402 Lors de la conception d'un système infrarouge multibande, le matériau n'est pas la première considération.
Différents matériaux plastiques présentent de grandes différences de transmission, d'indice de réfraction et de position du pic d'absorption dans la bande proche infrarouge à infrarouge moyen (700nm ~ 14μm). Par exemple :
Gamme de bandes de transmission des matériaux 940nm Transmittance 1550nm Indice de réfraction de transmission (940nm) Pic d'absorption HDPE2 ~ 12μm1400nmZeonex E48R400 ~ 1550nm> 90 %> 85 % ~ 1,53 Matériaux modifiés stables COP / COC 400 ~ 1650nm85 ~ 95 % Pic d'absorption du milieu réglable
Résumé :
Matériaux PMMA et PEHD courants sur le marché, bien que le traitement soit stable, il est difficile à utiliser dans les systèmes d'imagerie à une bande de transmission élevée.
Les matériaux Zeonex, Cyclo Olefin Copolymer (COC) sont recommandés, qui ont de meilleures performances de transmission dans le segment NIR / SWIR et prennent en charge une refr élevée
Dans les projets réels, nous devons généralement effectuer un "pré-criblage des matériaux + tests spectraux réels" en fonction des exigences de la bande client pour garantir l'efficacité du système de lentilles.
2. Limitations géométriques des surfaces non sphériques / de forme libre dans les grands systèmes infrarouges FOV Les modules de capteurs infrarouges évoluent progressivement de la détection centrale à petit angle à la "couverture de champ de vision complète + compensation de bord", ce qui met en avant des exigences plus élevées pour la structure de la lentille. Aubor résume les tendances suivantes à travers la simulation conjointe Zemax et CodeV conjointe : 1177990 à distribution d'énergie sérieuse, même sans distorsion sphérique, distribution de lumière légère et légère.
Conception asphérique : prend en charge un éclairage plus uniforme et une perte MTF plus faible, adaptée à 65 ~ 100 scénarios d'application ; mais les exigences de tolérance de fabrication sont améliorées, et le moule doit prendre en charge une précision sub-micronique.
Optique de forme libre : La répartition du champ de vision peut être personnalisée en fonction de la disposition du détecteur de réseau de zones, mais la difficulté réside dans :
La conception d'une surface asymétrique nécessite un tournage CNC ou diamant multi-axes ;
La détection de la forme de surface ne peut reposer que sur une analyse composite interféromètre + profileur de surface ;
La difficulté de contrôle de la distorsion est considérablement améliorée pendant le moulage de lentilles multi-angles.
Exemple : 1172771177120001 Dans une structure client large ToF + PIR-135-forme. L'écart FWHM était de 23 % lors de l'utilisation du PMMA standard. Après le remplacement par un matériau COC, la stabilité thermique du système a été améliorée de 47 % et l'uniformité du MTF a été améliorée de 18,6 %.
3. Limites de compatibilité du processus de revêtement dans un système à large bande Les lentilles infrarouges doivent prendre en charge deux bandes en même temps (telles que 940nm + 1550nm), et doivent faire un compromis dans le contrôle de la réflexion spectrale :
AR monocouche : Faible coût, mais une seule bande principale peut être optimisée, telle que le lambda central = 940nm.
AR à large bande multicouche : La largeur de la bande peut être étendue, mais le nombre de couches (> 6 couches) est sujet à une injection à haute température, en particulier à la fission.
Antireflet de nanostructure (Moth-eye) : Solution idéale, mais elle a des exigences extrêmement élevées en matière de précision du moulage par injection et de protection du film post-traitement, et n'a pas encore été popularisée dans les objectifs à grande échelle.
Stratégie d'adaptation Aubor :
Personnalisez la courbe de revêtement en fonction de la priorité de bande du client, en utilisant la méthode "compatibilité double bande + réglage du poids".
Dans le projet ToF, le revêtement AR en bande principale de 940 nm est superposé à un support de filtre passe-bande ; dans le projet de communication laser (1550 nm), la perte d'insertion est préférentiellement contrôlée <0,5 dB.
Tous les processus de revêtement infrarouge sont détectés par le système de détection automatique AOI pour une déviation d'épaisseur de film <5 %.
Résumé et conseils Pour les ingénieurs et les développeurs de produits, nous recommandons que lors du démarrage de tout projet infrarouge moyen à lointain, travaillez à partir des trois perspectives frontales suivantes :
Matériau d'abord : Testez la réponse spectrale réelle du matériau dans la bande cible pour éviter une "conception raisonnable mais une absorption du matériau" entraînant un gaspillage des performances.
de segmentation de surface et une tolérance de forme ultra-large, la non-sphérique devrait être estimée pour les systèmes de la structure et la non-large, en particulier pour les systèmes de modélisation devraient être sans synergie et la tolérance de surface devraient être sans synergie.
Intégration de la stratégie de revêtement spectral : Intégrez la conception du revêtement dans la planification précoce des structures et des systèmes afin d'éviter les risques de coûts et de calendrier causés par des ajustements ultérieurs.
Aubor s'engage à être co-développeur de lentilles infrarouges polymères et de systèmes micro-optiques. Non seulement nous fabriquons des lentilles, mais nous participons plus profondément aux "premières décisions optiques" des systèmes clients.
Si vous avez des besoins de développement de systèmes infrarouges impliquant des bandes telles que 850nm / 940nm / 1550nm / 1650nm, nous accueillons un dialogue technique approfondi entre ingénieurs.