Mengapa begitu mahal untuk menghasilkan kamera untuk cahaya yang tidak terlihat?

13

Kamera konsumen umum dapat menangkap panjang gelombang ~~390-700 nm~~ 400-1050nm . Tetapi mengapa begitu sulit dan mahal untuk menghasilkan kamera untuk inframerah, ultraviolet, x-ray keras, dll? Satu-satunya hal yang membedakan mereka adalah panjang gelombang dan energi eV.

camera image-sensor electromagnetic

— nFu9DT
sumber

Mereka kehilangan terlalu banyak dari mereka dalam kegelapan. (Sebenarnya, optik adalah salah satu alasannya. Kaca atau plastik bening membuat lensa yang baik dalam spektrum yang terlihat, tetapi, misalnya, kaca & plastc biasa buram untuk IR, dan di wilayah jauh IR bahan optik terbaik adalah kristal NaCl, tetapi NaCl memiliki kebiasaan malang untuk larut di udara lembab.)

— Hot Licks

2

BTW, kamera digital biasa sedikit sensitif terhadap inframerah. Coba arahkan kamera ponsel Anda ke ujung pemancar remote TV, dan Anda akan melihat warna pink atau ungu yang khas. Terkadang kamera akan melihat warna yang sama di bawah sinar matahari yang dipantulkan dari permukaan yang mengkilap, tetapi mata manusia tidak melihatnya.

— Jeanne Pindar

Sepertinya ada beberapa kamera yang dikonversi dijual sebagai kamera 'pemburu hantu' di kisaran $ 300- $ 400. Ketika Anda mempertimbangkan semuanya, mereka sebenarnya tampak masuk akal. Mengingat kamera harus menjadi jenis yang memungkinkan untuk mod dilakukan di tempat pertama (~ $ 200). Itu masih jauh di bawah biaya kamera 'profesional' (> $ 1000 untuk tubuh saja).

— krowe

Lihat halaman NASA untuk Swift 's Burst Alert Telescope (BAT) dan lihat bagaimana desain teleskop aneh dapatkan ketika Anda ingin mendeteksi foton energi yang sangat tinggi (15-150 keV, sinar X atau gamma keras tergantung pada siapa yang Anda tanyakan).

— Nick T

@HotLicks Salah. Hingga 2007 Kodak membuat dan menjual infra-red (HIR) berkecepatan tinggi untuk 35mm yang dapat digunakan menggunakan lensa dan filter standar (kaca atau plastik), sensitif dari kurang dari 700nm ke 900nm. Ilford, Efke, Rollei juga membuat / membuat film IR untuk penggunaan fotografi dalam kamera film biasa.

— mctylr

16

Turun ke ukuran pasar. Di mana permintaan untuk kamera semacam itu dan apakah jumlah penjualan membenarkan biaya pengaturan produksi? Anda dapat memperoleh konversi infra merah ke kamera DSLR tipe standar (mis. Do It Yourself Tutorial Modifikasi Kamera Inframerah Digital ) dan Anda dapat mengonversi kamera ke tipe 'spektrum penuh' yang menggunakan ultra violet. (lihat Fotografi spektrum penuh ). Untuk panjang gelombang yang lebih kecil Anda akan membutuhkan sensor yang berbeda. Ini, berdasarkan sifat spesialis mereka dan produksi volume rendah, cenderung sangat mahal.

— JIm Dearden
sumber

2

Untuk menambah ini, pertimbangkan harga sensor serupa dengan dan tanpa filter Bayer. Sensor tanpa filter Bayer jauh lebih mahal, meskipun menambahkan filter Bayer merupakan langkah manufaktur tambahan. Demikian juga, lensa kamera tanpa pelapis standar yang menghalangi UV jauh lebih mahal. Ini semua tentang ukuran pasar.

— Kevin Krumwiede

8

Pertama-tama: sensor CCD standar yang sensitif terhadap panjang gelombang jauh melampaui 700nm. Sejauh yang saya tahu, Si-sensor bahkan lebih sensitif untuk cahaya dekat-IR daripada cahaya tampak.

Tentu saja ia berubah untuk panjang gelombang yang jauh lebih besar: Satu syarat agar cahaya dapat dideteksi adalah bahwa foton memiliki energi yang cukup untuk membuat pasangan lubang-elektron. Ambang batas energi ini adalah celah-pita dari bahan semikonduktor tertentu (misalnya untuk Si: ~ 1.1 eV). Karena energi foton berbanding terbalik dengan panjang gelombang (E = h * c / lambda) ada panjang gelombang maksimum yang dapat dideteksi dengan bahan semikonduktor yang diberikan (misalnya untuk Si: ~ 1100 nm).

Untuk kamera, lensa ini juga relevan: Sebagian besar jenis kaca kurang transparan terhadap cahaya UV. Lensa yang dioptimalkan untuk transparansi UV sangat mahal (walaupun alternatif yang murah bisa berupa lensa plastik).

— Dadih
sumber

6

Kedua jawaban Anda yang ada berlaku, tetapi dapat diambil dalam kombinasi: Sensor Si sederhana baik untuk terlihat dan NIR dan umum dan karenanya murah. Modifikasi pada sistem pencitraan diperlukan dalam banyak kasus karena IR biasanya diblokir karena tidak diinginkan. Lihat misalnya Canon EOS 20Da .

Sensor silikon cukup mudah diadaptasi untuk penggunaan UV dengan menggunakan lapisan fosfor (saya ingin mencoba versi homebrew ini pada webcam saya modded dengan B + W CCD tetapi tidak pernah mendapat kesempatan). Bahkan penggunaan sinar-X dimungkinkan dengan scintillator (yang biasanya berserat optik).

Untuk melampaui ~ 1μm lebih jauh ke IR memerlukan semikonduktor lain - yang mahal. InGaAs adalah pilihan populer, tetapi sangat mahal seperti yang Anda katakan - tetapi itu tidak mengejutkan karena Anda memerlukan fasilitas produksi khusus. InGaAs dan kamera NIR lainnya juga dianggap sebagai teknologi militer untuk keperluan reg ekspor AS (yang juga diberlakukan pada banyak negara NATO yang berlaku); ini menambah biaya bagi produsen kamera dalam hal kepatuhan.

Kamera yang memiliki sensitivitas sama sekali terhadap radiasi termal, atau yang terbuat dari semikonduktor celah pita sempit, akan membutuhkan pendinginan yang signifikan untuk menghilangkan noise termal yang bisa lebih besar dari gambar yang Anda coba ukur. Itu sering berarti Dewar nitrogen cair (biaya bahan + biaya operasi). Ada teknologi yang lebih baru (bahkan tidak didinginkan) yang beredar di pasaran - khususnya untuk pencitraan termal, tetapi resolusinya jauh lebih kecil daripada untuk sensor Si CCD atau CMOS.

— Chris H.
sumber

1

Informasi Anda sedikit ketinggalan jaman. Pencitra termal tipe-bolometer dengan resolusi VGA (640x480 dan lebih tinggi) menjadi semakin tersedia, dan harganya pun turun. Mereka dapat didinginkan atau tidak didinginkan, dengan pendingin menjadi perangkat Peltier atau kulkas kecil yang digerakkan motor.

— Dave Tweed

@DaveTweed diperbarui, terima kasih. Saya belum melihat lebih dari 160x120; karena pengalaman saya di sini sebagian besar adalah Si dan InGaAs, tidak mengherankan saya sedikit ketinggalan zaman.

— Chris H

5

Untuk tipe yang terlihat dan bolometer, alasan harganya murah adalah karena mereka dapat meningkatkan skala ekonomi dalam bisnis silikon.

Begitu Anda keluar ke panjang gelombang (yaitu energi) yang membutuhkan teknologi lain (InGaAs seperti yang disebutkan, InSb) Anda berbicara wafer 2 "dan 3" yang terbaik, tidak seperti wafer silikon berukuran pizza yang digunakan untuk membuat chip hari ini. Selain itu, transistor masih harus terbuat dari silikon, jadi Anda memerlukan koneksi dari setiap photodetector pada chip yang sensitif terhadap foto ke setiap rangkaian deteksi untuk pixel pada chip silikon. Jika Anda memiliki array pencitraan megapiksel, Anda memiliki sejuta koneksi untuk dibuat.

Tapi tunggu, ini semakin buruk. Jika Anda bergantung pada efek fotolistrik, katakan untuk IR gelombang tengah pada 3-5 μm, Anda harus mendinginkan kamera sehingga Anda melihat sesuatu yang lebih daripada panas yang dihasilkan oleh kamera itu sendiri! Bayangkan kamera yang terlihat dengan lensa dan perumahan bercahaya terang - itulah dunia yang ditinggali oleh kamera termal. Pendinginan menambah banyak biaya, dan biasanya berisik, karena pendingin yang paling hemat daya adalah jenis lemari es. Peltiers tidak dapat membawa Anda ke nitrogen cair.

Oh, dan BTW, kaca tidak transparan hingga panjang gelombang sekitar 2 μm, jadi Anda memerlukan bahan lensa yang berbeda dari apa yang telah dikerjakan optik lima abad terakhir.

Di ujung lain dari spektrum, sinar-X adalah rasa sakit karena sulit untuk menangkis sinar-X. Mereka suka melewati. Array pencitraan besar untuk sinar-X medis bekerja karena tidak ada lensa, tetapi lihatlah cermin pada sesuatu seperti teleskop ruang angkasa Chandra - "lensa" adalah serangkaian cermin sudut pandang yang diatur dalam kerucut.

— ConorR
sumber