فیلتر مادون قرمز یک جزء نوری است که برای فیلتر کردن و انتقال انتخابی طول موج های مادون قرمز استفاده می شود. عملکرد اصلی آن این است که اجازه می دهد محدوده طول موج خاصی از نور مادون قرمز عبور کند در حالی که طول موج های دیگر مانند نور مرئی و نور فرابنفش را مسدود می کند. نور مادون قرمز به طور کلی به امواج الکترومغناطیسی با طول موج های 0.75 میکرومتر (μm) تا 1 میلی متر (mm) اشاره دارد.
با توجه به ویژگی های عملکردی، فیلترهای مادون قرمز را می توان به طور عمده تقسیم کرد:
- فیلترهای برش مادون قرمز (IR-CUT)
- فیلترهای انتقال مادون قرمز (مانند فیلترهای باند مادون قرمز و فیلترهای عبور طولانی-)
-
کاربرد فیلترهای مادون قرمز
فیلترهای برش مادون قرمز به طور گسترده در دستگاه های تصویربرداری مانند دوربین های دیجیتال، گوشی های هوشمند و دوربین های نظارتی استفاده می شود. عملکرد اصلی آنها حذف تداخل نور مادون قرمز در سنسورهای تصویر CCD یا CMOS است. این به حل مشکلات انحراف رنگ ناشی از نور مادون قرمز در تصویربرداری کمک می کند و در نتیجه بازتولید رنگ، وضوح و وضوح کلی تصویر را بهبود می بخشد.
در مقابل، برای دستگاه هایی مانند آنالایزرهای گاز مادون قرمز، محصولات دید در شب و آشکارسازهای مادون قرمز، فیلترهای مادون قرمز برای انتخاب دقیق و انتقال باندهای طول موج مادون قرمز خاص برای کاربردهایی از جمله تشخیص گاز، تصویربرداری حرارتی و دریافت سیگنال استفاده می شود.
اصل کار
اصل کار فیلترهای مادون قرمز عمدتاً مبتنی بر تداخل نوری و جذب یا بازتاب انتخابی طول موج های خاص توسط مواد است. فیلترهای برش مادون قرمز معمولاً از ساختارهای لایه نازک- چند لایه استفاده می کنند. با کنترل دقیق ضخامت و ضریب شکست هر لایه، از اثرات تداخلی برای انعکاس یا جذب نور مادون قرمز در حالی که اجازه عبور نور مرئی را می دهد، استفاده می شود.
هنگامی که نور به فیلتر برخورد می کند:
- طول موج های مختلف باعث ایجاد تداخل در فیلم های چند لایه می شود
- نور مادون قرمز تفاوت مسیر نوری بزرگتری را تجربه می کند و منعکس یا جذب می شود
- نور مرئی به دلیل تطابق بهتر ضریب شکست، با کمترین تداخل عبور می کند
علاوه بر این، مواد خاصی می توانند نور مادون قرمز را جذب کرده و آن را به انرژی حرارتی تبدیل کنند و اثر مسدود کننده را بیشتر افزایش دهند.
برای فیلترهای مادون قرمز بدون برش-(مانند فیلترهای باند و طولانی-)، آنها به عنوان "انتخابگرهای طیفی" در سیستم های سنجش هوشمند عمل می کنند. عملکرد اصلی آنها انتقال موثر باندهای طول موج مادون قرمز خاص است در حالی که به شدت نور سرگردان، به ویژه نور مرئی و نور ماوراء بنفش را مسدود می کند.
طبقه بندی فیلترهای مادون قرمز
1. طبقه بندی بر اساس تابع
- فیلترهای برش مادون قرمز (IR-CUT)
- فیلترهای انتقال مادون قرمز
2. طبقه بندی بر اساس بستر نوری
- شیشه سفید IRCF
- IRCF شیشه آبی
- رزین IRCF
3. طبقه بندی بر اساس ویژگی های نوری
- فیلترهای عبور طولانی مادون قرمز- (فیلتر عبور طولانی IR)
- فیلترهای باند مادون قرمز (فیلتر گذر باند IR)
4. طبقه بندی بر اساس مواد
فیلترهای مادون قرمز را می توان از شیشه های نوری پوشش داده شده، شیشه های رنگی یا مواد پلاستیکی تهیه کرد. بحث در اینجا عمدتاً روی فیلترهای مادون قرمز نزدیک- متمرکز است. برای کاربردهای مادون قرمز میانه- و دور-، از موادی مانند سیلیکون (Si)، سلنید روی (ZnSe)، یاقوت کبود، فلوراید کلسیم (CaF2) و شیشه کوارتز استفاده می شود.
5. طبقه بندی بر اساس محدوده طول موج
- مادون قرمز نزدیک (IR-A): 780–1500 نانومتر
- مادون قرمز متوسط (IR-B): 1500-6000 نانومتر
- مادون قرمز دور (IR{0}}C): 6000-14000 نانومتر
فیلترهای مادون قرمز طولانی-
(1) نوع شیشه رنگی
این فیلترها معمولاً از شیشه های رنگی ساخته می شوند و معمولاً در ظاهر سیاه هستند (مثلاً IPG-800). آنها نور مرئی را جذب می کنند در حالی که به نور مادون قرمز اجازه عبور می دهند. هنگامی که خورشید را از طریق چنین فیلتری مشاهده می کنید، به عنوان یک خورشید قرمز ظاهر می شود و آنها را برای برنامه های تصویربرداری مادون قرمز مناسب می کند.
(2) شیشه نوری روکش شده (نوع آینه سرد)
این فیلترها با پوشش خلاء روی شیشه سفید نوری (مثلاً IPGC{6}}720) تولید میشوند. آنها همچنین به عنوان آینه های سرد نوری شناخته می شوند. آنها نور مرئی را منعکس می کنند در حالی که به نور مادون قرمز اجازه عبور می دهند. ظاهر آنها نقره ای و آینه ای- است. برای فیلترهای متوسط- و مادون قرمز دور، روکشهایی روی لایههایی مانند سیلیکون، یاقوت کبود یا شیشه کوارتز اعمال میشود.
(3) فیلترهای مادون قرمز پلاستیکی
این فیلترها از پلاستیک های خاصی مانند PC یا PMMA ساخته شده اند. آنها سیاه به نظر می رسند و امکان انتقال مادون قرمز را فراهم می کنند در حالی که نور مرئی را مسدود می کنند. هنگام مشاهده خورشید از طریق چنین فیلترهایی، خورشید قرمز به نظر می رسد.
فیلترهای مادون قرمز Bandpass
فیلترهای باند گذر معمولاً با استفاده از فناوری پوشش خلاء تولید می شوند. برای فیلترهای باند مادون قرمز نزدیک-، پوششها معمولاً روی لایههای شیشه سفید اعمال میشوند. برای فیلترهای مادون قرمز متوسط- و دور-روکشها معمولاً روی بسترهای یاقوت کبود اعمال میشوند.
طول موجهای مادون قرمز نزدیک-متداول عبارتند از:
- 808 نانومتر
- 850 نانومتر
- 905 نانومتر
- 940 نانومتر
- 1064 نانومتر
- 780 نانومتر (کمتر رایج)
مدل های معمولی عبارتند از:BPF-850، NBF-808، BPF-940
با توجه به پهنای باند، فیلترهای باند گذر را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:
- فیلترهای باند باریک
- فیلترهای باند پهن
کاربردهای فیلترهای مادون قرمز Bandpass
- سیستم های امنیتی و نظارتی
- سیستم های سنجش هوشمند
- شناسایی بیومتریک
- تجزیه و تحلیل گاز (مادون قرمز متوسط / دور)
- تشخیص شعله
