ทำไมการผลิตกล้องสำหรับแสงที่ไม่สามารถมองเห็นได้มีราคาแพงมาก?

13

กล้องผู้บริโภคทั่วไปสามารถจับความยาวคลื่นของ ~~390-700 นาโนเมตร~~ 400-1050nm แต่ทำไมการผลิตกล้องสำหรับอินฟราเรดอุลตร้าไวโอเลตรังสีเอกซ์เป็นต้น สิ่งเดียวที่แตกต่างคือความยาวคลื่นและพลังงาน eV

camera image-sensor electromagnetic

— nFu9DT
แหล่งที่มา

พวกเขาสูญเสียพวกเขามากเกินไปในความมืด (อันที่จริงแล้วเลนส์เป็นเหตุผลหนึ่งแก้วหรือพลาสติกใสทำให้เลนส์ที่ดีในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ แต่เช่นแก้วธรรมดา & พลาสติกเป็นทึบแสงเพื่อ IR และในภูมิภาค IR ไกลวัสดุออปติกที่ดีที่สุดคือผลึก NaCl แต่ NaCl มีนิสัยที่โชคร้ายของการละลายในอากาศชื้น.)

— เลียร้อน

2

BTW, กล้องดิจิตอลธรรมดามีความไวเล็กน้อยในอินฟราเรด ลองเล็งกล้องโทรศัพท์ของคุณที่ปลายเครื่องส่งสัญญาณของรีโมททีวีแล้วคุณจะเห็นสีชมพูหรือสีม่วงที่โดดเด่น บางครั้งกล้องจะเห็นสีเดียวกันนี้ในแสงแดดสะท้อนออกมาจากพื้นผิวมันวาว แต่ดวงตามนุษย์มองไม่เห็น

— Jeanne Pindar

ดูเหมือนว่ามีกล้องแปลงหลายตัวที่ขายเป็นกล้อง 'นักล่าผี' ในช่วง $ 300- $ 400 เมื่อคุณคำนึงถึงสิ่งเหล่านี้จริง ๆ แล้วพวกเขาดูสมเหตุสมผล การพิจารณากล้องจะต้องเป็นประเภทที่อนุญาตให้ทำการดัดแปลงได้ตั้งแต่แรก (~ $ 200) นั่นยังต่ำกว่าค่าใช้จ่ายของกล้อง 'มืออาชีพ' (> $ 1,000 สำหรับตัวกล้องเท่านั้น)

— krowe

ดูหน้ากล้องโทรทรรศน์นาสท์สวิฟท์ (BAT) ของสวิฟต์และตรวจดูว่ากล้องโทรทรรศน์มีการออกแบบที่แปลกประหลาดอย่างไรเมื่อคุณต้องการตรวจจับโฟตอนพลังงานสูงมาก (15-150 keV, รังสีเอกซ์หรือรังสีแกมม่ายากขึ้นอยู่กับว่าคุณถาม)

— Nick T

@HotLicks ไม่ถูกต้อง จนถึงปี 2550 Kodak ผลิตและจำหน่ายInfra-Red (HIR) ความเร็วสูง 35 มม. ซึ่งใช้งานได้โดยใช้เลนส์และฟิลเตอร์มาตรฐาน (แก้วหรือพลาสติก) มันมีความไวตั้งแต่น้อยกว่า 700nm ถึง 900nm Ilford, Efke, Rollei ยังทำ / สร้างฟิล์ม IR สำหรับถ่ายภาพในกล้องฟิล์มทั่วไป

— mctylr

16

ขนาดของตลาดลดลง ความต้องการกล้องประเภทนี้อยู่ที่ไหนและจำนวนยอดขายที่เหมาะสมสำหรับการตั้งค่าการผลิต? คุณสามารถแปลงอินฟาเรดเป็นกล้อง DSLR แบบมาตรฐาน (เช่นสอนตัวดัดแปลงกล้องอินฟาเรดด้วยกล้องดิจิตอล ) และคุณสามารถแปลงกล้องเป็นประเภท 'เต็มสเปกตรัม' ซึ่งใช้สีม่วงพิเศษ (ดูการถ่ายภาพเต็มสเปกตรัม ) สำหรับความยาวคลื่นที่น้อยกว่าคุณจะต้องใช้เซ็นเซอร์ที่แตกต่างกัน โดยผู้เชี่ยวชาญของพวกเขาและการผลิตในปริมาณน้อยมักจะมีราคาแพงมาก

— JIm Dearden
แหล่งที่มา

2

หากต้องการเพิ่มสิ่งนี้ให้พิจารณาราคาของเซ็นเซอร์ที่คล้ายกันซึ่งมีและไม่มีตัวกรองไบเออร์ เซ็นเซอร์ที่ไม่มีตัวกรองไบเออร์มีราคาแพงกว่ามากแม้ว่าการเพิ่มตัวกรองไบเออร์เป็นขั้นตอนการผลิตพิเศษ ในทำนองเดียวกันเลนส์กล้องที่ไม่มีการเคลือบมาตรฐานที่ป้องกันรังสียูวีนั้นมีราคาแพงกว่ามาก มันเกี่ยวกับขนาดของตลาด

— Kevin Krumwiede

8

ประการแรก: เซ็นเซอร์ CCD มาตรฐานมีความไวต่อความยาวคลื่นสูงกว่า 700nm เท่าที่ฉันรู้เซ็นเซอร์ Si มีความไวมากขึ้นสำหรับแสงใกล้ -IR กว่าสำหรับแสงที่มองเห็น

แน่นอนว่ามันเปลี่ยนไปสำหรับความยาวคลื่นที่มากขึ้น: เงื่อนไขหนึ่งสำหรับแสงที่ตรวจจับได้คือโฟตอนมีพลังงานเพียงพอที่จะสร้างคู่อิเล็กตรอนแบบรู เกณฑ์พลังงานนี้เป็นช่องว่างของแบนด์วิดธ์ของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์โดยเฉพาะ (เช่นสำหรับ Si: ~ 1.1 eV) เนื่องจากพลังงานโฟตอนเป็นสัดส่วนผกผันกับความยาวคลื่น (E = h * c / แลมบ์ดา) มีความยาวคลื่นสูงสุดที่สามารถตรวจจับได้ด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่กำหนด (เช่นสำหรับ Si: ~ 1100 nm)

สำหรับกล้องเลนส์ยังมีความเกี่ยวข้อง: แก้วส่วนใหญ่มีความโปร่งใสน้อยกว่าแสง UV เลนส์ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมกับความโปร่งใสของรังสียูวีนั้นมีราคาแพงมาก (แม้ว่าทางเลือกราคาถูกอาจเป็นเลนส์พลาสติก)

— นมเปรี้ยว
แหล่งที่มา

6

ทั้งคำตอบที่คุณมีอยู่นั้นถูกต้อง แต่อาจนำมารวมกัน: เซ็นเซอร์ Si แบบง่ายเหมาะสำหรับการมองเห็นและ NIR และเป็นเรื่องธรรมดาและราคาถูก จำเป็นต้องมีการดัดแปลงระบบภาพในหลาย ๆ กรณีเนื่องจากปกติ IR จะถูกบล็อกเนื่องจากไม่พึงประสงค์ ดูตัวอย่างของ Canon EOS 20Da

เซ็นเซอร์ซิลิคอนนั้นสามารถปรับให้เข้ากับการใช้ UV ได้อย่างง่ายดายผ่านการเคลือบฟอสเฟอร์ (ฉันต้องการลองใช้รุ่น homebrew ของเว็บแคมที่ฉันได้ดัดแปลงด้วย CCD B + W แต่ไม่เคยมีโอกาส) แม้แต่การใช้รังสีเอกซ์ก็สามารถทำได้ด้วย scintillator (ซึ่งโดยปกติจะเป็นไฟเบอร์ออปติกคู่)

หากต้องการไปให้ไกลเกิน ~ 1µm เพิ่มเติมใน IR ต้องใช้เซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ - ซึ่งมีราคาแพง InGaAsเป็นตัวเลือกยอดนิยม แต่มีราคาแพงอย่างที่คุณพูด - แต่ก็ไม่น่าแปลกใจเพราะคุณต้องการโรงงานผลิตเฉพาะ InGaAs และกล้อง NIR อื่น ๆ ยังได้รับการยกย่องว่าเป็นเทคโนโลยีทางทหารเพื่อจุดประสงค์ในการส่งออกของสหรัฐ (ซึ่งมีผลบังคับใช้กับประเทศนาโตหลายประเทศ นี่เป็นการเพิ่มต้นทุนให้กับผู้ผลิตกล้องในแง่ของความสอดคล้อง

กล้องที่มีความไวใด ๆ ต่อการแผ่รังสีความร้อนหรือที่ทำจากเซมิคอนดักเตอร์ bandgap แคบจะต้องมีการระบายความร้อนอย่างมีนัยสำคัญในการลบเสียงรบกวนความร้อนที่อาจจะมากกว่าภาพที่คุณพยายามวัด ซึ่งมักหมายถึง Dewar ของไนโตรเจนเหลว (ค่าวัสดุ + ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน) มีเทคโนโลยีที่ใหม่กว่า (แม้กระทั่งที่ไม่ได้ถูกระบายความร้อน) ออกสู่ตลาด - โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการถ่ายภาพความร้อน แต่ความละเอียดนั้นน้อยกว่าเซ็นเซอร์ศรี CCD หรือ CMOS มาก

— Chris H
แหล่งที่มา

1

ข้อมูลของคุณเก่าไปนิด ตัวสร้างภาพความร้อนชนิด Bolometer ที่มีความละเอียด VGA (640x480 ขึ้นไป) มีให้ใช้มากขึ้นเรื่อย ๆ และราคาก็ลดลง พวกเขาสามารถระบายความร้อนหรือไม่ระบายความร้อนด้วยคูลเลอร์เป็นทั้งอุปกรณ์ Peltier หรือตู้เย็นขับเคลื่อนมอเตอร์ขนาดเล็ก

— Dave Tweed

@DaveTweed อัปเดตขอบคุณ ฉันไม่เห็นอะไรเลยประมาณ 160x120; เนื่องจากประสบการณ์ของฉันที่นี่ส่วนใหญ่เป็นศรีและ InGaAs จึงไม่น่าแปลกใจเลยที่ฉันมีเวลาน้อย

— Chris H

5

สำหรับทั้งประเภทที่มองเห็นและวัดค่าโบลมิเตอร์สาเหตุที่ราคาถูกนั้นเป็นเพราะพวกเขาสามารถใช้ประโยชน์จากการประหยัดจากขนาดในธุรกิจซิลิกอน

ทันทีที่คุณได้รับความยาวคลื่น (เช่นพลังงาน) ที่ต้องการเทคโนโลยีอื่น ๆ (InGaAs ดังกล่าว InSb) คุณกำลังพูดถึงเวเฟอร์ 2 "และ 3" ที่ดีที่สุดไม่มีอะไรเหมือนเวเฟอร์ซิลิคอนขนาดพิซซ่าที่ใช้ทำชิปในปัจจุบัน นอกจากนี้ทรานซิสเตอร์ยังต้องทำจากซิลิคอนดังนั้นคุณจึงต้องเชื่อมต่อจากตัวตรวจจับแสงแต่ละตัวบนชิปที่ไวต่อภาพถ่ายไปยังแต่ละวงจรการตรวจจับสำหรับพิกเซลนั้นบนชิปซิลิคอน หากคุณมีอาร์เรย์ภาพล้านพิกเซลคุณมีการเชื่อมต่อเป็นล้านรายการ

แต่เดี๋ยวก่อนมันแย่กว่าเดิม ถ้าคุณขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ของโฟโตอิเล็กตริกบอกว่าสำหรับคลื่นกลางที่ 3-5 µm คุณต้องทำให้กล้องเย็นลงเพื่อที่คุณจะได้เห็นอะไรที่มากกว่าความร้อนที่เกิดจากตัวกล้องเอง! ลองนึกภาพกล้องที่มองเห็นได้ด้วยเลนส์เรืองแสงและตัวเรือนที่สว่างไสว - นั่นคือโลกที่กล้องความร้อนอาศัยอยู่การทำความเย็นเพิ่มค่าใช้จ่ายจำนวนมากและมักจะมีเสียงดังเนื่องจากเครื่องทำความเย็นที่ประหยัดพลังงานมากที่สุดคือประเภทตู้เย็น Peltiers ไม่สามารถพาคุณไปที่ไนโตรเจนเหลวได้

โอ้และ BTW แก้วไม่โปร่งใสกับความยาวคลื่นที่ผ่านมาประมาณ 2 µm ดังนั้นคุณต้องใช้วัสดุเลนส์ที่แตกต่างจากสิ่งที่เลนส์ห้าศตวรรษที่ผ่านมาทำงาน

ที่ปลายอีกด้านของสเปกตรัม X-ray เป็นความเจ็บปวดเพราะมันยากที่จะเบี่ยงเบนรังสีเอกซ์ พวกเขาชอบที่จะผ่าน อาร์เรย์ถ่ายภาพขนาดใหญ่สำหรับรังสีเอกซ์ทางการแพทย์ทำงานได้เนื่องจากไม่มีเลนส์ แต่ลองดูกระจกในบางอย่างเช่นกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา - "เลนส์" คือชุดของกระจกส่องมุมที่มีการจัดเรียงเป็นรูปกรวย

— ConorR
แหล่งที่มา