Limitações de materiais e desafios de projeto estrutural em sistemas ópticos infravermelhos multibanda
Relógio Tecnologia Aubor |

Com a penetração contínua da tecnologia infravermelha em segurança, medicina, industrial, direção autônoma e outros campos, os sistemas de detecção de múltiplas bandas (como SWIR + MWIR, 850nm + 1550nm e outras combinações) estão se tornando a tendência central da nova geração de módulos de sensor. No entanto, no processo de pouso real, o subsistema óptico muitas vezes se torna um dos "gargalos" do desempenho de toda a máquina, especialmente o conflito natural entre a resposta espectral do material da lente, o design da superfície e o processo de revestimento.
Do ponto de vista da engenharia, este artigo analisa três desafios técnicos principais em torno do atual sistema de lentes infravermelhas de polímero convencional.
Primeiro, o desempenho de transmitância de materiais polímeros na multi-banda infravermelha Ao projetar um sistema infravermelho multi-banda, a primeira consideração não é a estrutura, mas o material.
Diferentes materiais plásticos têm grandes diferenças na transmitância, índice de refração e posição do pico de absorção na banda do infravermelho próximo ao infravermelho médio (700nm ~ 14µm). Por exemplo:
Faixa de banda de transmissão de material 940nm Transmitância 1550nm Índice de refração de transmissão (940nm) Pico de absorção HDPE2 ~ 12μm1400nmZeonex E48R400 ~ 1550nm> 90%> 85% ~ 1,53 Materiais modificados COP / COC estáveis 400 ~ 1650nm85 ~ 95% Pico de absorção de meio ajustável
Resumo:
Materiais PMMA e HDPE comuns no mercado, embora o processamento seja estável, a transmitância de banda alta é pobre, dificultando o uso em sistemas de imagem / alcance acima de 1550nm.
Zeonex, materiais de copolímero de ociclo ociclo (COC) são recomendados, que têm melhor desempenho de transmissão no segmento NIR / SWIR e suportam alta refr
Em projetos reais, geralmente precisamos fazer "pré-triagem de material + teste espectral real" com base nos requisitos da banda do cliente para garantir a eficiência do sistema de lentes.
2. Limitações geométricas de superfícies não esféricas / de forma livre em grandes sistemas infravermelhos FOV Módulos de sensores infravermelhos evoluem gradualmente de detecção de centro de pequeno ângulo para "cobertura total de campo de visão + compensação de borda", o que apresenta requisitos mais elevados para a estrutura da lente. Aubor resume as seguintes tendências por meio da simulação conjunta Zemax e CodeV:
Estrutura esférica tradicional de Fresnel: fácil moldagem por injeção, distorção grave de pontos de luz de borda e distribuição de energia irregular após FOV> 90.
Design asférico: suporta iluminação mais uniforme e menor perda de MTF, adequado para 65 ~ 100 cenários de aplicação; mas os requisitos de tolerância de fabricação são aprimorados e o molde precisa suportar a precisão sub-mícron.
Óptica de forma livre: A distribuição do campo de visão pode ser personalizada de acordo com o layout do detector de matriz de área, mas a dificuldade está em:
Projetar superfície assimétrica requer CNC multieixo ou torneamento de diamante;
A detecção da forma da superfície só pode contar com interferômetro + análise composta do perfilador de superfície;
A dificuldade de controle de página de guerra é significativamente melhorada durante a moldagem de várias cavidades.
Exemplo:
Em um sistema de detecção de modo duplo ToF + PIR, projetamos uma lente de estrutura de forma livre de 135 ângulos para um cliente. O desvio de FWHM foi de 23% ao usar o PMMA padrão. Após a substituição por material COC, a estabilidade térmica do sistema foi melhorada em 47% e a uniformidade do MTF foi melhorada em 18,6%.
3. Limitações de compatibilidade do processo de revestimento em um sistema de banda larga As lentes infravermelhas precisam suportar duas bandas ao mesmo tempo (como 940nm + 1550nm) e precisam fazer uma troca no controle de reflexão espectral:
AR de camada única: baixo custo, mas apenas uma banda principal pode ser otimizada, como o lambda central = 940nm.
AR de banda larga multicamadas: A largura da banda pode ser expandida, mas o número de camadas (> 6 camadas) é propenso a fissão de tensão, especialmente em substratos moldados por injeção de alta temperatura.
Nanoestrutura anti-reflexo (Moth-eye): Solução ideal, mas tem requisitos extremamente altos para precisão de moldagem por injeção e proteção de filme pós-tratamento, e ainda não foi popularizado em lentes de grande escala.
Aubor Estratégia de enfrentamento:
Personalize a curva de revestimento de acordo com a prioridade da banda do cliente, usando o método "compatibilidade de banda dupla + ajuste de peso."
No projeto ToF, o revestimento AR de banda principal de 940nm é sobreposto ao suporte do filtro passa-banda; no projeto de comunicação a laser (1550nm), a perda de inserção é preferencialmente controlada <0,5dB.
Todos os processos de revestimento infravermelho são detectados pelo sistema de detecção automática AOI para desvio de espessura do filme <5%.
Resumo e conselhos Para engenheiros e desenvolvedores de produtos, recomendamos que, ao iniciar qualquer projeto de infravermelho médio a distante, trabalhe a partir das seguintes três perspectivas:
Material primeiro: Teste a resposta espectral real do material na banda alvo para evitar "design razoável, mas absorção de material" resultando em desempenho desperdiçado.
Sinergia de segmentação de superfície: Especialmente para sistemas ultra-grande angular e multifocais, a modelagem da estrutura de superfície não esférica ou de forma livre deve ser priorizada e sua dependência de tolerâncias deve ser estimada.
Integração da estratégia de revestimento espectral: Incorpore o design do revestimento no planejamento inicial de estruturas e sistemas para evitar custos e riscos de cronograma causados por ajustes posteriores.
Aubor está comprometida em ser um co-desenvolvedor de lentes infravermelhas de polímero e sistemas micro ópticos. Nós não apenas fabricamos lentes, mas também participamos mais profundamente das "primeiras decisões ópticas" dos sistemas do cliente.
Se você tem necessidades de desenvolvimento de sistema infravermelho envolvendo bandas como 850nm / 940nm / 1550nm / 1650nm, agradecemos o diálogo técnico aprofundado entre engenheiros.