Tại sao nó quá đắt để sản xuất máy ảnh cho ánh sáng không nhìn thấy?

Máy ảnh tiêu dùng thông thường có thể chụp bước sóng của 390-700nm 400-1050nm . Nhưng tại sao việc sản xuất máy ảnh cho tia hồng ngoại, tia cực tím, tia X cứng, v.v ... lại khó khăn và tốn kém đến vậy? Điều duy nhất khác họ là bước sóng và năng lượng eV.

Nó đi xuống kích thước thị trường. Đâu là nhu cầu về những chiếc máy ảnh như vậy và số lượng bán có thể biện minh cho chi phí sản xuất? Bạn có thể nhận được chuyển đổi hồng ngoại sang máy ảnh DSLR loại tiêu chuẩn (ví dụ: Hướng dẫn sửa đổi máy ảnh hồng ngoại kỹ thuật số Do It Yourself ) và bạn có thể chuyển đổi máy ảnh thành loại 'toàn phổ', có một số cực tím. (xem Chụp ảnh toàn phổ ). Đối với các bước sóng nhỏ hơn, bạn sẽ cần các cảm biến khác nhau. Chúng, do bản chất chuyên môn và sản xuất khối lượng thấp, có xu hướng rất đắt tiền.

Trước hết: cảm biến CCD tiêu chuẩn rất nhạy với bước sóng vượt xa 700nm. Theo như tôi biết, các cảm biến Si thậm chí còn nhạy hơn đối với ánh sáng gần IR so với ánh sáng khả kiến.

Tất nhiên nó thay đổi cho các bước sóng lớn hơn nhiều: Một điều kiện để ánh sáng có thể phát hiện được là các photon có đủ năng lượng để tạo ra cặp electron-lỗ trống. Ngưỡng năng lượng này là khoảng cách dải của vật liệu bán dẫn cụ thể (ví dụ: đối với Si: ~ 1.1 eV). Vì năng lượng photon tỷ lệ nghịch với bước sóng (E = h * c / lambda), nên có một bước sóng cực đại có thể được phát hiện với một vật liệu bán dẫn nhất định (ví dụ: Si: ~ 1100nm).

Đối với máy ảnh, ống kính cũng có liên quan: Hầu hết các loại kính ít trong suốt hơn với tia UV. Các ống kính được tối ưu hóa cho độ trong suốt của UV rất đắt tiền (mặc dù một lựa chọn rẻ tiền có thể là ống kính nhựa).

Cả hai câu trả lời hiện tại của bạn đều hợp lệ, nhưng có thể được kết hợp: Cảm biến Si đơn giản tốt cho hiển thị và NIR và phổ biến và do đó rẻ. Sửa đổi hệ thống hình ảnh được yêu cầu trong nhiều trường hợp vì IR thường bị chặn vì điều đó là không mong muốn. Xem ví dụ EOS 20Da của Canon .

Các cảm biến silicon khá dễ dàng thích ứng với việc sử dụng tia cực tím bằng phương pháp phủ phốt pho (Tôi muốn thử phiên bản homebrew này trên webcam Tôi đã điều chỉnh bằng B + W CCD nhưng không bao giờ có cơ hội). Ngay cả việc sử dụng tia X cũng có thể sử dụng với máy tán xạ (thường được ghép nối bằng sợi quang).

Để đi xa hơn ~ 1 Lời nói sâu hơn vào IR cần có các chất bán dẫn khác - rất tốn kém. InGaAs là một lựa chọn phổ biến, nhưng đắt đỏ một cách lố bịch như bạn nói - nhưng điều đó không đáng ngạc nhiên khi bạn cần các cơ sở sản xuất chuyên dụng. InGaAs và các máy ảnh NIR khác cũng được coi là công nghệ quân sự cho mục đích xuất khẩu của Hoa Kỳ (cũng được áp dụng đối với nhiều quốc gia NATO có hiệu lực); điều này làm tăng thêm chi phí cho nhà sản xuất máy ảnh về mặt tuân thủ.

Máy ảnh có bất kỳ độ nhạy nào với bức xạ nhiệt hoặc được chế tạo từ chất bán dẫn băng hẹp, sẽ cần làm mát đáng kể để loại bỏ nhiễu nhiệt có thể lớn hơn hình ảnh bạn đang cố đo. Điều đó thường có nghĩa là một Dewar của nitơ lỏng (chi phí vật liệu + chi phí vận hành). Có những công nghệ mới hơn (thậm chí không được điều khiển) xuất hiện trên thị trường - đặc biệt là cho hình ảnh nhiệt, nhưng độ phân giải ít hơn nhiều so với cảm biến Si CCD hoặc CMOS.

Đối với cả loại có thể nhìn thấy và bolometer, lý do chúng rẻ là vì chúng có thể thúc đẩy tính kinh tế của quy mô trong kinh doanh silicon.

Ngay khi bạn bước ra các bước sóng (tức là năng lượng) cần các công nghệ khác (InGaAs như đã đề cập, InSb), bạn đang nói về các tấm wafer 2 "và 3" tốt nhất, không giống như các tấm silicon có kích thước pizza được sử dụng để sản xuất chip ngày nay. Ngoài ra, các bóng bán dẫn vẫn phải được làm bằng silicon, vì vậy bạn cần kết nối từ mỗi bộ tách sóng quang trên chip nhạy cảm với mỗi mạch phát hiện cho pixel đó trên chip silicon. Nếu bạn có một mảng hình ảnh megapixel, bạn có một triệu kết nối để thực hiện.

Nhưng đợi đã, nó đang trở nên tồi tệ hơn. Nếu bạn phụ thuộc vào hiệu ứng quang điện, giả sử IR ở giữa sóng ở 3-5 Pha, bạn phải làm mát máy ảnh để bạn nhìn thấy thứ gì đó nhiều hơn nhiệt do chính máy ảnh tạo ra! Hãy tưởng tượng một máy ảnh có thể nhìn thấy với ống kính và vỏ phát sáng rực rỡ - đó là thế giới mà một máy ảnh nhiệt sống. Làm mát làm tăng thêm rất nhiều chi phí và thường là tiếng ồn, vì các máy làm mát hiệu quả nhất là loại tủ lạnh. Peltiers không thể đưa bạn xuống nitơ lỏng.

Ồ, và BTW, thủy tinh không trong suốt với các bước sóng trong khoảng 2 pha, vì vậy bạn cần một vật liệu thấu kính khác với những gì trong 5 thế kỷ quang học đã làm việc.

Ở đầu kia của quang phổ, tia X là một nỗi đau vì khó làm chệch hướng tia X. Họ thích đi xuyên qua. Các mảng hình ảnh lớn cho tia X y tế hoạt động vì không có ống kính, nhưng hãy nhìn vào gương trên một cái gì đó giống như kính viễn vọng không gian Chandra - "ống kính" là một loạt các gương góc lồi được sắp xếp theo hình nón.