표준 가시광선 렌즈는 단파장 적외선 이미징에 자동으로 적합하지 않습니다. 작동 파장이 가시 범위 이상으로 이동함에 따라 광학 전송, 분산, 색 초점 이동, 수차 보정, 코팅 성능 및 검출기 일치가 모두 설계 고려 사항이 됩니다. 가시광선 파장에 최적화된 렌즈는 목표 SWIR 대역에서 투과율이 낮거나 초점 위치가 다르고 이미지 품질이 저하될 수 있습니다.

따라서 산업 검사, 과학 이미징 및 보안 모니터링을 위해 SWIR 렌즈는 초점 거리만으로 선택하기보다는 필요한 스펙트럼 범위와 검출기를 중심으로 설계되어야 합니다. SWIR 렌즈 재료, 광학 구성, AR 코팅 및 기계적 인터페이스 의 선택은 이미지 대비, 해상도, 시스템 크기 및 비용에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 요인은 SWIR 렌즈 가격이 유사해 보이는 제품 간에 상당히 달라질 수 있는 이유도 설명합니다.

SWIR 렌즈 재료는 어떻게 선택해야 합니까?

SWIR 렌즈 소재는 실제 작동 대역, 광학 처방, 환경 조건 및 제조 요구 사항에 따라 선택해야 합니다. 모든 SWIR 시스템에 최적인 단일 재료는 없습니다.

약 900~1700nm의 기존 InGaAs 감지기를 사용하는 카메라의 경우 설계에 따라 용융 실리카, 사파이어, 선택된 광학 유리 및 기타 근적외선 호환 재료를 고려할 수 있습니다. 용융 실리카는 낮은 열 팽창과 넓은 투과율이 중요한 경우에 매력적입니다. 상대적으로 낮은 열팽창 계수는 온도 변화가 문제가 될 때 광학적 안정성을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.

사파이어는 높은 경도와 기계적 내구성을 제공하므로 보호 광학 요소가 까다로운 환경을 견뎌야 하는 경우 유용합니다. 그러나 사파이어는 복굴절성이 있으므로 시스템 설계 시 사파이어의 광학적 거동과 결정 방향을 고려해야 합니다.

CaF2는 필요한 스펙트럼 범위가 적외선까지 확장될 때 특히 유용합니다. 넓은 투과율과 낮은 굴절률을 제공하지만 표면이 상대적으로 부드럽고 열충격에 민감하므로 기계적 취급, 코팅 및 환경 보호에 주의가 필요합니다.

2.5μm에 달하는 더 긴 SWIR 범위의 경우 ZnSe, ZnS, 실리콘 및 특수 IR 재료와 같은 재료가 설계 논의에 포함될 수 있습니다. 굴절률이 높으면 컴팩트한 디자인에서 강력한 광학 성능을 제공할 수 있지만 이로 인해 표면 반사, 수차 보정, 코팅 요구 사항 및 기계적 고려 사항도 변경됩니다.

따라서 재료 선택은 파장 요구 사항부터 시작해야 합니다. 900~1700nm 렌즈와 1000~2500nm 렌즈는 단순히 코팅이 다른 동일한 재료 세트를 사용해서는 안 됩니다. 스펙트럼 범위를 확장하면 전송 요구 사항, 분산 균형, 코팅 디자인, 검출기 호환성 및 필요한 광학 요소의 수와 유형이 변경되는 경우가 많습니다.

광학 설계는 SWIR 감지기와 일치해야 합니다.

재료 선택은 SWIR 렌즈 설계의 한 부분일 뿐입니다. 광학 처방은 검출기 및 이미징 구조와 일치해야 합니다.

초점 거리는 시야각과 작동 거리 사이의 관계를 결정합니다. 초점 거리가 길수록 시야는 더 좁아지고 각도 배율은 더 커질 수 있으며, 더 넓은 장면을 처리해야 할 때는 일반적으로 초점 거리가 짧을수록 더 적합합니다.

F/#는 집광, 피사계 심도, 회절 및 시스템 크기에 영향을 미칩니다. F/#가 낮을수록 더 많은 광학 처리량을 제공할 수 있으며 이는 SWIR 조명이 제한될 때 유용할 수 있습니다. 그러나 빠른 렌즈를 설계하면 수차를 제어하고 필드 전체에서 이미지 품질을 유지하는 것이 어려워집니다.

센서 크기와 픽셀 피치도 똑같이 중요합니다. 소형 InGaAs 센서를 위한 광학 설계를 이미지 서클, 필드 곡률, 왜곡 및 해상도를 확인하지 않고 단순히 더 큰 검출기로 전송해서는 안 됩니다. 렌즈가 감지기를 제대로 덮지 않으면 시스템이 유용한 이미지 영역을 잃거나 가장자리로 갈수록 성능이 저하될 수 있습니다.

작동 거리는 또 다른 실질적인 제약 사항입니다. 산업용 머신 비전에서 렌즈는 조명, 컨베이어, 로봇 공학 또는 기타 장비를 위한 충분한 공간을 확보하면서 정의된 시야를 유지해야 할 수 있습니다. 대신 과학 장비는 스펙트럼 범위와 해상도를 우선시하는 반면, 보안 시스템은 더 긴 작동 거리와 더 좁은 시야를 요구할 수 있습니다.

광대역 SWIR 시스템에서는 색수차도 주의를 기울여야 합니다. 렌즈가 상대적으로 넓은 파장 범위를 포괄하는 경우 서로 다른 파장이 서로 다른 위치에 초점을 맞출 수 있습니다. 따라서 광학 설계자는 색 초점 이동을 제어하기 위해 재료 분산과 렌즈 형상의 균형을 맞춰야 합니다.

AR 코팅은 나중에 고려한 것이 아니라 광학 설계의 일부입니다. 모든 공기-유리 인터페이스에는 반사 손실이 발생할 수 있습니다. 900~1700nm용으로 설계된 코팅이 확장된 1000~2500nm 범위에서 동일한 성능을 제공한다고 자동으로 가정해서는 안 됩니다. 코팅 사양은 렌즈의 실제 작동 대역, 입사각, 기판 재료 및 성능 요구 사항을 따라야 합니다.

산업 검사, 연구 및 보안에는 다양한 SWIR 설계가 필요합니다.

산업 검사에서 SWIR 이미징은 가시광선 파장에서는 구별하기 어려운 재료 또는 표면 상태의 차이를 드러낼 수 있습니다. 응용 분야에는 분류, 반도체 검사, 태양 전지 분석, 수분 관련 검사 및 공정 모니터링이 포함될 수 있습니다. 이러한 시스템에는 신중하게 제어된 작동 거리, 정의된 시야, 낮은 왜곡 및 전체 감지기 영역에 걸친 충분한 해상도가 필요한 경우가 많습니다.

과학적 이미징에서는 스펙트럼 대역폭, 광학 처리량, 초점 안정성 및 특수 장비와의 호환성에 더 중점을 둘 수 있습니다. 분광학이나 연구용 이미징에 렌즈를 사용하는 경우 전체 대상 파장 범위에 걸쳐 물질을 투과시키는 것이 단순히 가시광선 해상도를 최대화하는 것보다 더 중요할 수 있습니다.

보안 모니터링에는 또 다른 요구 사항이 도입됩니다. 긴 작동 거리, 컴팩트한 광학 구조, 환경 안정성, 검출기 작동 대역에서의 충분한 투과 등이 주요 선택 기준이 될 수 있습니다. 이 응용 분야에 사용되는 렌즈는 F/#, 초점 거리, 스펙트럼 범위, 기계적 보호 및 비용 간의 균형이 실험실 이미징 렌즈와 다를 수 있습니다.

견적문의시 "SWIR렌즈"만을 명시하는 것은 부족한 이유입니다. 제조업체는 일반적으로 적절한 광학 구성을 결정하기 전에 검출기 형식, 픽셀 크기, 대상 파장 범위, 초점 거리 또는 필요한 시야, 작동 거리, F/#, 기계적 인터페이스, 환경 조건 및 이미지 품질 요구 사항을 필요로 합니다.

SWIR 렌즈 가격은 어떻게 결정되나요?

SWIR 렌즈 가격은 렌즈 직경보다는 광학 사양에 의해 크게 영향을 받습니다.

작동 파장 범위는 첫 번째 요소 중 하나입니다. 상대적으로 좁은 900~1700 nm 대역을 커버하는 렌즈는 2500 nm까지 확장되는 광대역 설계와는 재질 및 코팅 요구 사항이 다를 수 있습니다.

광학 재료도 비용에 영향을 미칩니다. 재료 가용성, 기판 크기, 광학적 균질성, 연마 요구 사항, 경도, 취급 난이도 및 전송 요구 사항 모두 제조 비용에 영향을 미칩니다. 굴절률이나 열적 특성을 고려하여 선택한 재료는 기존 광학 유리보다 더 복잡한 제조 공정이 필요할 수 있습니다.

요소의 수는 또 다른 직접적인 요소입니다. 요소가 많을수록 수차, 왜곡, 색채 효과 및 필드 성능을 제어하기 위한 추가적인 자유도를 제공할 수 있지만, 표면이 추가될 때마다 재료, 연마, 코팅, 정렬 및 검사 요구 사항이 추가됩니다.

안경 처방 자체가 가격에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 빠른 F/# 설계, 큰 조리개, 특이한 초점 거리, 비구면 표면, 엄격한 중심점 허용 오차 및 까다로운 이미지 품질 사양에는 일반적으로 보다 정교한 제작 및 테스트가 필요합니다.

AR 코팅은 표준 부속품으로 취급하기보다는 필요한 스펙트럼 대역에 대해 평가해야 합니다. 광대역 또는 특수 코팅에는 더욱 까다로운 코팅 공정과 성능 검증이 필요할 수 있습니다.

기계적 요구 사항도 중요합니다. 맞춤형 마운트, 감지기 인터페이스, 플랜지 치수, 초점 메커니즘, 환경 밀봉 및 치수 허용 오차는 모두 엔지니어링 및 제조 비용을 추가할 수 있습니다.

마지막으로 맞춤 제작 볼륨이 견적에 영향을 미칩니다. 프로토타입 또는 소량 맞춤형 렌즈는 단위당 상당한 광학 설계, 툴링, 설정 및 테스트 비용을 부담할 수 있습니다. 생산량이 많을수록 이러한 비반복적 엔지니어링 비용을 더 많은 장치에 분배할 수 있습니다.

따라서 조달 팀의 경우 의미 있는 질문은 단순히 하나의 SWIR 렌즈가 다른 렌즈보다 비용이 더 많이 드는지 여부가 아닙니다. 더 나은 접근 방식은 제시된 가격과 함께 파장 범위, 재료 선택, F/#, 검출기 형식, 이미지 품질, 코팅 사양, 기계적 구성, 검사 요구 사항 및 사용자 정의 범위를 비교하는 것입니다.

SWIR 렌즈 제조업체 평가

유능한 SWIR 렌즈 제조업체는 광학 요구 사항부터 검증된 성능까지 전체 체인을 연결할 수 있어야 합니다. 여기에는 파장에 따른 재료 선택, 검출기 주위의 광학 처방 개발, 제작 공차 제어, 적합한 AR 코팅 적용, 정밀 조립 완료, 완성된 렌즈 검증이 포함됩니다.

ECOPTIK은 15년 동안 광학 부품 제조 기술을 연구해 왔으며 맞춤형 광학 부품 및 렌즈 조립 서비스를 제공하고 있습니다. 재료 기능에는 Schott, CDGM 및 Corning의 유리와 함께 Sapphire, CaF2, MgF2, Fused Silica, Si, ZnSe 및 ZnS가 포함됩니다. 이 재료 범위를 통해 광학 설계자는 모든 설계를 동일한 재료 플랫폼에 적용하는 대신 실제 SWIR 파장 및 시스템 요구 사항에 대해 기판 특성을 평가할 수 있습니다.

품질 검증을 위해 ECOPTIK은 테스트 및 제품 보고를 위해 ZYGO 레이저 간섭계, ZEISS CMM Spectrum 및 Agilent Cary 7000 UMS를 사용합니다. 이러한 기능은 맞춤형 광학 제조 과정에서 치수, 광학 및 스펙트럼 검증을 지원합니다.

따라서 SWIR 카메라 제조업체, 머신 비전 회사, 산업 검사 장비 제조업체, 연구 기관 및 적외선 이미징 시스템 통합업체의 경우 가장 유용한 공급업체 논의는 카탈로그 모델보다는 이미징 요구 사항부터 시작해야 합니다. 제조업체는 대상 파장, 검출기, 초점 거리, F/#, 시야, 작동 거리, 환경 조건 및 필요한 이미지 품질을 먼저 정의함으로써 적절한 재료, 광학 구조, 코팅, 제조 공차 및 테스트 요구 사항을 결정할 수 있으며 실제 엔지니어링 범위에 대해 평가할 수 있는 SWIR 렌즈 가격을 제공할 수 있습니다.