Progettazione e personalizzazione ottica IR

Le lenti ottiche funzionano con onde luminose entro un certo intervallo di lunghezze d'onda. Le onde luminose emesse da un oggetto possono formare un'immagine nitida su un piano focale entro questo intervallo di lunghezze d'onda con un'attenuazione energetica minima. Tuttavia, le onde luminose al di fuori di questo intervallo sono difficili da correggere per le aberrazioni, con conseguente scarsa qualità dell'immagine, bassa risoluzione e significativa attenuazione energetica, o persino il blocco completo da parte del materiale ottico, rendendo impossibile il passaggio attraverso la lente. Le lenti a infrarossi sono state ottimizzate per fornire la migliore risposta a diversi intervalli di lunghezze d'onda a infrarossi e bloccare le lunghezze d'onda indesiderate.

Durante la propagazione della luce, le lunghezze d'onda più corte come la luce naturale possono essere ostruite da nebbia, acqua piovana, polvere, ecc. e non possono passare, mentre le lunghezze d'onda più lunghe come la luce infrarossa possono passare facilmente. Dopo aver attraversato gli ostacoli, la luce infrarossa può formare un'immagine nitida sulla lente grazie alla correzione infrarossa del vetro ED e alla trasparenza infrarossa del rivestimento IR. Con una lente corretta all'infrarosso che utilizza il vetro ED, è possibile garantire la messa a fuoco nel vicino infrarosso, ottenendo immagini ad alta definizione per 24 ore al giorno, sia di giorno che di notte.

Rispetto alla luce visibile e ad altre bande di radiazione termica, la banda della lente SWIR ha vantaggi comuni di imaging. È utilizzata principalmente nell'ispezione di schede elettroniche, nella selezione di materiali/cibo, nell'ispezione di celle solari, nell'ispezione di qualità, nelle applicazioni militari e nelle categorie di visione artificiale industriale. Le lenti SWIR sono utilizzate anche in situazioni in cui altri rilevatori o telecamere non sono sufficientemente flessibili da interrompere il riconoscimento di dettagli limitati.

La lente a infrarossi a onde medie è solitamente utilizzata insieme al rilevatore di refrigerante a onde medie e l'apertura è posizionata davanti alla lente, quindi la lente è relativamente grande e si dovrebbe anche considerare il cosiddetto effetto luce fredda (ghosting, riflessione). Sebbene il volume delle lenti e dei rilevatori refrigerati sia grande, la distanza di rilevamento può raggiungere distanze molto lunghe, come una lunghezza focale di 150 mm e 300 mm, che può vedere distanze da 10 km a 30 km.

Il design delle lenti LWIR è commercialmente dominante, ovvero devono essere economiche ed efficaci. Pertanto, l'uso asferico è piuttosto comune. Inoltre, con il miglioramento delle applicazioni commerciali, come la visione notturna dei veicoli, il puntamento delle armi, i telefoni cellulari, ecc., il vetro solfuro è diventato il preferito di tali applicazioni. Grazie al suo stampaggio a bassa temperatura, se il numero di lenti in vetro solfuro è elevato, il prezzo può essere molto basso.

1. Valutazione dei bisogni e ricerca preliminare
- Definire l'applicazione: chiarire lo scopo e i parametri prestazionali desiderati del sistema IR (ad esempio, termografia, visione notturna o misurazione scientifica).
- Ricerca di mercato: esaminare le soluzioni esistenti per comprendere capacità e limiti attuali.
- Valutazione della tecnologia: valutare le tecnologie disponibili per rilevatori, lenti e materiali adatti alla gamma di lunghezze d'onda desiderata.

2. Progettazione concettuale
- Seleziona rilevatore: scegli una tecnologia di rilevatore IR adatta ai requisiti di prestazioni e alla sensibilità della lunghezza d'onda.
- Configurazione ottica: decidere il tipo di sistema ottico (rifrangente, riflettente o catadiottrico) in base alle esigenze dell'applicazione.
- Layout ottico iniziale: abbozzare un percorso ottico preliminare, inclusi gli elementi delle lenti, i filtri e i diaframmi.

3. Progettazione e ottimizzazione ottica
- Modellazione: utilizzare un software di progettazione ottica per creare un modello dettagliato del sistema.
- Correzione delle aberrazioni: ottimizza il design delle lenti per ridurre al minimo le aberrazioni ottiche e massimizzare la risoluzione e la qualità dell'immagine.
- Tolleranze: stabilire le tolleranze di fabbricazione per garantire che il progetto sia robusto e realizzabile.

4. Progettazione meccanica e strutturale
- Integrazione meccanica: progettare la struttura meccanica per supportare e proteggere i componenti ottici mantenendone l'allineamento.
- Analisi termica: assicurarsi che il progetto possa resistere all'ambiente termico e ridurre al minimo la deriva termica.
- Considerazioni ambientali: progettazione tenendo conto dell'impermeabilizzazione, della polvere e di qualsiasi altro fattore ambientale.

5. Sviluppo del prototipo
- Produzione di componenti: fabbricazione di lenti, filtri e parti meccaniche secondo le tolleranze specificate.
- Assemblaggio e allineamento: assemblare il prototipo e allineare i componenti ottici.
- Soluzioni di raffreddamento: se necessario, integrare sistemi di raffreddamento per mantenere le prestazioni del rilevatore.

6. Test e convalida
- Test funzionali: valutare le prestazioni del prototipo in condizioni di laboratorio.
- Test di stress ambientale: testare il sistema in condizioni estreme di temperature, umidità e altre condizioni ambientali.
- Test sul campo: testare il sistema in scenari reali per garantire che soddisfi i requisiti prestazionali.

7. Personalizzazione e iterazione
- Incorporazione del feedback: incorporare il feedback degli utenti e i risultati dei test per perfezionare la progettazione.
- Modifiche alla progettazione: apportare tutte le modifiche necessarie alla progettazione ottica, meccanica ed elettronica.
- Nuovo test: ripetere il test del sistema per verificare che le modifiche non abbiano influito negativamente sulle prestazioni.

8. Produzione e controllo qualità
- Produzione su larga scala: prepararsi alla produzione di massa, assicurandosi che siano in atto misure di controllo della qualità.
- Ispezione finale: effettuare un'ispezione finale per garantire che tutte le unità siano conformi alle specifiche.

9. Distribuzione e supporto
- Installazione: installare i sistemi nei luoghi previsti.
- Formazione degli utenti: formare gli utenti sul funzionamento e la manutenzione del sistema.
- Piano di manutenzione: sviluppare un piano per il supporto e la manutenzione continui.

10. Valutazione post-distribuzione
- Monitoraggio delle prestazioni: monitora le prestazioni del sistema nel tempo.
- Raccolta di feedback: raccogli il feedback degli utenti per ispirare i progetti futuri.