Infrapunasuodatin on optinen komponentti, jota käytetään suodattamaan ja selektiivisesti lähettämään infrapuna-aallonpituuksia. Sen ydintoiminto on päästää infrapunavalon tietyt aallonpituusalueet läpi ja samalla estää muut aallonpituudet, kuten näkyvän valon ja ultraviolettivalon. Infrapunavalolla tarkoitetaan yleensä sähkömagneettisia aaltoja, joiden aallonpituudet vaihtelevat 0,75 mikrometristä (μm) 1 millimetriin (mm).
Toiminnallisten ominaisuuksien mukaan infrapunasuodattimet voidaan jakaa pääasiassa:
- Infrapunaleikkaussuodattimet (IR-CUT)
- Infrapunalähetyssuodattimet (kuten infrapunakaistanpäästösuodattimet ja pitkä{0}}päästösuodattimet)
-
Infrapunasuodattimien sovellukset
Infrapunaleikkaussuodattimia käytetään laajalti kuvantamislaitteissa, kuten digitaalikameroissa, älypuhelimissa ja valvontakameroissa. Niiden ydintehtävä on poistaa infrapunavalon häiriöt CCD- tai CMOS-kuvakennoilta. Tämä auttaa ratkaisemaan kuvantamiseen osallistuvan infrapunavalon aiheuttamia väripoikkeamia, mikä parantaa värien toistoa, resoluutiota ja yleistä kuvan selkeyttä.
Sitä vastoin laitteissa, kuten infrapunakaasuanalysaattoreissa, yönäkötuotteissa ja infrapunailmaisimissa, infrapunasuodattimia käytetään valitsemaan ja lähettämään tarkasti tiettyjä infrapuna-aallonpituuskaistoja sovelluksissa, kuten kaasun havaitsemisessa, lämpökuvauksessa ja signaalin vastaanotossa.
Toimintaperiaate
Infrapunasuodattimien toimintaperiaate perustuu pääasiassa optisiin häiriöihin ja materiaalien tiettyjen aallonpituuksien selektiiviseen absorptioon tai heijastukseen. Infrapunaleikatut suodattimet käyttävät yleensä monikerroksisia ohutkalvorakenteita. Kunkin kerroksen paksuutta ja taitekerrointa säätelemällä tarkasti, interferenssiefektejä käytetään heijastamaan tai absorboimaan infrapunavaloa samalla kun näkyvä valo pääsee kulkemaan läpi.
Kun valo osuu suodattimeen:
- Eri aallonpituudet aiheuttavat häiriöitä monikerroksisissa kalvoissa
- Infrapunavalo kokee suurempia optisia polkueroja ja heijastuu tai absorboituu
- Paremman taitekertoimen sovituksen ansiosta näkyvä valo kulkee läpi minimaalisella häiriöllä
Lisäksi tietyt materiaalit voivat absorboida infrapunavaloa ja muuntaa sen lämpöenergiaksi, mikä lisää entisestään estovaikutusta.
Leikkaamattomien infrapunasuodattimien (kuten kaistanpäästö- ja{1}}pitkäpäästösuodattimien tapauksessa ne toimivat "spektrivalitsimina" älykkäissä tunnistusjärjestelmissä. Niiden ydintehtävä on lähettää tehokkaasti tiettyjä infrapuna-aallonpituuskaistoja samalla kun se estää tiukasti hajavaloa, erityisesti näkyvää valoa ja ultraviolettivaloa.
Infrapunasuodattimien luokitus
1. Luokittelu funktion mukaan
- Infrapunaleikkaussuodattimet (IR-CUT)
- Infrapuna-lähetyssuodattimet
2. Luokittelu optisen substraatin mukaan
- Valkoinen lasi IRCF
- Sininen lasi IRCF
- Hartsi IRCF
3. Luokittelu optisten ominaisuuksien mukaan
- Infrapuna-{0}}pitkäpäästösuodattimet (IR-pitkäpäästösuodatin)
- Infrapunakaistanpäästösuodattimet (IR Bandpass Filter)
4. Luokittelu materiaalin mukaan
Infrapunasuodattimet voidaan valmistaa päällystetystä optisesta lasista, värillisestä lasista tai muovimateriaaleista. Tässä keskustelussa keskitytään pääasiassa lähi-infrapunasuodattimiin. Keski- ja kauko-infrapunasovelluksissa käytetään materiaaleja, kuten piitä (Si), sinkkiselenidia (ZnSe), safiiria, kalsiumfluoridia (CaF₂) ja kvartsilasia.
5. Luokittelu aallonpituusalueen mukaan
- Lähi-infrapuna (IR-A): 780–1500 nm
- Keski-infrapuna (IR-B): 1500–6000 nm
- Kaukoinfrapuna (IR-C): 6000–14000 nm
Pitkä{0}}läpäisyinfrapunasuodattimet
(1) Värillinen lasityyppi
Nämä suodattimet on tyypillisesti valmistettu värillisestä lasista ja ne ovat yleensä mustia (esim. IPG-800). Ne imevät näkyvää valoa ja päästävät infrapunavalon läpi. Kun aurinkoa tarkastellaan tällaisen suodattimen läpi, se näkyy punaisena aurinkona, joten ne sopivat infrapunakuvaussovelluksiin.
(2) Pinnoitettu optinen lasi (kylmäpeilityyppi)
Nämä suodattimet valmistetaan tyhjiöpinnoituksella optiselle valkoiselle lasille (esim. IPGC-720). Ne tunnetaan myös optisina kylmäpeileinä. Ne heijastavat näkyvää valoa ja päästävät infrapunavalon läpi. Niiden ulkonäkö on hopeaa ja peilimäistä{8}}. Keski-- ja kauko-infrapunasuodattimissa pinnoitteet levitetään alustoille, kuten pii-, safiiri- tai kvartsilasi.
(3) Muoviset infrapunasuodattimet
Nämä suodattimet on valmistettu erikoismuovista, kuten PC:stä tai PMMA:sta. Ne näyttävät mustilta ja mahdollistavat infrapunalähetyksen samalla kun ne estävät näkyvän valon. Kun katsot aurinkoa tällaisten suodattimien läpi, aurinko näyttää punaiselta.
Kaistanpäästö-infrapunasuodattimet
Kaistanpäästösuodattimet valmistetaan tyypillisesti tyhjiöpinnoitustekniikalla. Lähi-infrapunakaistanpäästösuodattimissa pinnoitteet levitetään yleensä valkoisille lasisubstraateille. Keski-- ja kauko-infrapunasuodattimissa pinnoitteet levitetään tyypillisesti safiirialustoille.
Yleisiä lähi{0}}infrapuna-aallonpituuksia ovat:
- 808 nm
- 850 nm
- 905 nm
- 940 nm
- 1064 nm
- 780 nm (vähemmän yleinen)
Tyypillisiä malleja ovat:BPF-850, NBF-808, BPF-940
Kaistanleveyden mukaan kaistanpäästösuodattimet voidaan jakaa:
- Kapeakaistaiset suodattimet
- Laajakaistasuodattimet
Kaistanpäästö-infrapunasuodattimien sovellukset
- Turva- ja valvontajärjestelmät
- Älykkäät anturijärjestelmät
- Biometrinen tunnistus
- Kaasuanalyysi (keski/kaukoinfrapuna)
- Liekin tunnistus
