Описание общей терминологии, которая используется в электрооптической технологии

Термины, используемые в электрооптической технологии

Несмотря на относительно длительное существование электрооптической технологии, в мире до сих пор не приняты общие стандарты в используемой терминологии. Сейчас терминология стандартизирована только в области оптического излучения и детекторов этого излучения. Описание используемой терминологии приведено в Международном словаре посвященном освещению и опубликованного Международной комиссией по освещению (CIE) в 1987 году.

Международной электротехнической комиссии МЭБ в 1987 году. Однако в области электрооптической технологии подобная терминология не стандартизирована. В результате этого разные авторы используют свою собственную терминологию, используемую при описании бесконтактных пирометров в научных статьях, руководствах, каталогах и приводящих к затруднению их понимания рядовому пользователю. Имеется множество терминов, которые не определены точно или которые являются синонимами одной и той же системы. Особенно трудно разобраться в этой терминологии новичкам. Далее мы представим несколько примеров такой путаницы при описании электрооптической технологии.

Во-первых: в табл.1 показаны два разных определения термина «электрооптическая технология». Пожалуйста обратите внимание, что в этой статье мы используем первое определение и предполагаем, что «система электрооптической визуализации» означает как систему визуализации в видимом диапазоне, так и системы визуализации в инфракрасном диапазоне, в отличие от некоторых источников литературы, которые исключают инфракрасные системы визуализации из электрооптической технологии. Например: в популярной книге "Инфракрасные и электрооптические системы" SPIE 1993.

Таблица №1. Различия в определении термина «электрооптическая технология».

1

Технология, использующая преобразование оптического излучения в электрический сигнал (в более широкой интерпретации). Эквивалентные термины: фотоника (популярный в США), оптоэлектроника (популярный в Европе), оптоника (популярный во Франции, Бельгии и Нидерландах).

2

Технология, использующая преобразование видимого излучения в электрический сигнал (термин в более узкой интерпретации, имеющий исторические причины, поскольку первые электрооптические системы были системами со спектральной полосой, расположенной в видимом диапазоне).

Эквивалентные термины: электрооптическая технология.

 

Во-вторых: тепловизорные системы являются одной из наиболее важных частей электрооптической технологии. Тепловизорные системы визуализации могут генерировать изображения объектов используя тепловое излучение исходящее от этих объектов. Поскольку обычно объекты в основном излучают в спектральном диапазоне 3мкм - 15 мкм, то тепловизорные системы можно также называть системами инфракрасного видения. Однако в литературе можно найти большое количество разных, эквивалентных по значению, названий ранее описанных тепловизорных систем. Иногда существуют небольшие различия в смысле терминов, представленных в таблице №2, но в основном эти термины обозначают одно и то же оборудование.

Таблица №2. Синонимы в названии тепловизорных систем.

1

Тепловизоные системы

7

Тепловизор

2

Системы инфракрасного видения

8

Тепловизорная камера

3

Камера теплового видения

9

Тепловизоный фотоаппарат

4

FLIR (инверсная инфракрасная камера)

10

Инфракрасный фотоаппарат

5

Радиометрическая инфракрасная камера

11

Фотосистема теплового видения

6

Термограф

12

Видеосистема теплового видения

 

В-третьих, часто в литературе встречаются различные определения инфракрасного диапазона, видимого диапазона или различное деление инфракрасного диапазона. Важно помнить, что в соответствии с Международной терминологией "освещения", опубликованной Международной комиссией по освещению (CIE), а также Международной электротехнической комиссии, которые в свою очередь, основываются на терминологии международных первичных авторов в области радиометрии, электромагнитного излучения между радиоизлучением и радиацией называемой также оптическим излучением. Таким образом, оптическое излучение определяется как излучение с длиной волны выше чем 1 нм и ниже примерно 1 мм.

Диапазон оптического излучения разделен на 3 поддиапазона: инфракрасное излучение, видимое излучение и излучение в ультрафиолетовом диапазоне. Тепловое излучение может излучаться во всех трех поддиапазонах оптического излучения. Фактически оно также испускается и может быть обнаружено в одном из поддиапазонов излучения: микроволнового излучения. Однако для обычных температур, встречающихся на Земле, почти все тепловое излучение испускается в инфракрасном диапазоне. Поэтому, тепловое излучение часто называют также инфракрасным излучением, а инфракрасное излучение чато называют тепловым излучением. Эта ситуация довольно часто встречается в литературе и обычно вводит в заблуждение конечного пользователя.

В международных стандартах до сих пор не представлены точные пределы оптического излучения или пределы его поддиапазонов. В соответствии с Международной терминологией "освещения", CIEбыл составлен словарь, в котором было предложено разделение оптического излучения в качестве рекомендованного см. табл.№3. Кроме того, в случае видимого излучения, из-за субъективных факторов человеческого восприятия, этот диапазон является только приблизительным и имеет ряд ограничений. Следует учитывать, что рекомендации CIE не везде принимаются и не имеют "веса" во многих сообществах, работающих в областях оптического излучения часто из-за исторических причин.

Таблица №3. Поддиапазоны оптического излучения, рекомендованные CIE

Обозначение

Длина волны

UV-C

(ультрафиолетовый, С диапазона)

от 0,1 мкм до 0,28 мкм

UV-B

(ультрафиолетовый, В диапазона)

от 0,28 мкм до 0,315 мкм

UV-A

(ультрафиолетовый, А диапазона)

от 0,315 мкм до 0,4 мкм

VIS

(видимый)

от приблизительно 0,36...0,4 мкм до приблизительно 0,76...0,8 мкм

IR-A

(инфракрасный, А диапазона)

от 0,78 мкм до 1,4 мкм

IR-B

(инфракрасный, В диапазона)

от 1,4 мкм до 3 мкм

IR-C

(инфракрасный, С диапазона)

от 3 мкм до 1000 мкм

 

Перекрещение пограничных диапазонов, а особенно в видимом диапазоне с соседними диапазонами не позволят точно разграничить эти области. Поэтому существует несколько предложений о разделении инфракрасного диапазона, разделение и источник представлены в табл.№4.

Таблица №4. Различные разделения инфракрасного диапазона, представленные в литературе

Источник

Деление диапазонов

1

Справочник Международной терминологии "освещения"

IR-A: от 0,78 мкм до 1,4 мкм;

IR-B: от 1,4 мкм до 3 мкм;

IR-C: от 3 мкм до 1000 мкм

2

Руководство по спектроскопии - каталог, Жобен Ивон, 1993

NearIR(ближняя инфракрасная): от 0,65 мкм до 1,5 мкм;

MiddleIR(средняя инфракрасная): от 1,5 мкм до 5 мкм;

FarIR(дальняя инфракрасная): более 5 мкм

3

Справочный настенный график спектра фотоники, Спектр фотоники, 1995

NearIR: от 0,68 мкм до 3 мкм;

MiddleIR: от 3 мкм до 30 мкм;

FarIR: от 30 мкм до 1000 мкм.

4

Разработка инфракрасных систем, Худсон Р.Д., Джон Вилей и сыновья, 1969

NearIR: от 0,76 мкм до 3 мкм;

MiddleIR: от 3 мкм до 6 мкм;

FarIR: от 6 мкм до 15 мкм;

Extremely Far IR (сверх дальний): более 15 мкм.

5

Энциклопедия физики Мак-Гроу-Хилла, изд. Сибил П. Паркер, 1993, стр. 570

IRradiation (инфракрасное излучение): от 1 мкм до 1000 мкм

6

Энциклопедия физики,

под ред. Роберт М. Безансон, изд. Компания Ван

Ностранд Рейнхольд, 1974

IRradiation: от 0,7 мкм до 1000 мкм;

NearIR: от 0,7 мкм до 1,5 мкм;

IntermediateIR (средний): от 1,5 мкм до 20 мкм;

FarIR: от 20 мкм до 1000 мкм.

7

http://www.flightsafety.com/meas.html

от 0,7 мкм до 100 мкм

Часота инфракрасного диапазона разделяется на четыре меньших полосы, границы которых выбираются произвольно. Обычно они включают:
«ближний инфракрасный» (от 0,75 мкм до 3 мкм), «средний инфракрасный» (от 3 мкм до 6 мкм),
«дальний инфракрасный» (от 6 мкм до 15 мкм),
«сверх дальний инфракрасный» (от 15 мкм до 100 мкм)

8

http://www.flightsafety.com/glossary.html

SWIR (коротковолновый ИК диапазон) от 0,7 мкм до 1,1 мкм;
MWIR (средневолновый ИК диапазон) от 2,4 мкм до 7,0 мкм;
Near Infrared SWIR - коротковолновый ИК диапазон -
от 0,7 мкм до 1,4 мкм;

Тепловое излучение - электромагнитная энергия с естественной длиной волны от 0,7 мкм до 100 мкм

 

Существующая терминология современных тепловизорных камер увеличивает путаницу в области деления инфракрасного диапазона. В настоящее время все тепловизорные камеры имеют свои спектральные диапазоны, оптимизированные в диапазоне от 3 мкм до 5 мкм или в диапазоне от 8 мкм до 12 мкм. Камеры спектрального диапазона от 8 мкм до 12 мкм обычно называются длинноволновыми инфракрасными камерами. Камеры спектрального диапазона от 3 мкм до 5 мкм правильно должны называться средневолновыми инфракрасными камерами. Однако часто такие камеры называют «коротковолновыми тепловизорными камерами», поскольку настоящие коротковолновые камеры почти не выпускаются и не используются.

Точное разделение диапазона инфракрасного излучения важно для нас при разборе электрооптической технологии, поскольку инфракрасная технология является ядром электрооптической технологии. Именно по этому точное разделение излучения инфракрасного диапазона показано в табл.№5. и будет использоваться нами далее.

Разделение диапазона показано в табл. 5 и основано на границах спектральных полос, широко используемых в инфракрасных детекторах. Длина волны 1 мкм является пределом чувствительности популярных "Si" детекторов. Аналогично, длина волны 3 мкм - это длинноволновый предел чувствительности "PbS" и "InGaAs" детекторов. Длина волны 6 мкм - пограничная чувствительность "InSb", "PbSe", "PtSi" детекторов и детекторов "HgCdTe", оптимизированных для использования в окне прозрачности атмосферы с длиной волны от 3 мкм до 5 мкм. Длина волны 15 мкм является пределом для "HgCdTe" детекторов, оптимизированных для окна прозрачности атмосферы с длиной волны от 8 мкм до 12 мкм.

Таблица №5. Разделение инфракрасного диапазона, используемое нами

Наименование диапазона

Длина волны

ближний инфракрасный NIR

от 0,78 мкм до 1 мкм

коротковолновый инфракрасный SWIR

от 1 мкм до 3 мкм

средневолновый инфракрасный MWIR

от 3 мкм до 6 мкм

длинноволновый инфракрасный LWIR

от 6 мкм до 15 мкм

сверх длинный инфракрасный VLWIR

от 15 мкм до 1000 мкм

 

В-четвертых, если предположить, что инфракрасные системы визуализации представляют собой системы формирования изображений, в спектральной полосе, расположенной по меньшей мере частично в инфракрасном диапазоне, тогда как системы тепловизорного изображения, системы изображений на основе ЭОПов, системы на усиленных ПЗС матрицах, системы монохромных камер на основе ПЗС и КМОП матриц, являющихся инфракрасными системами визуализации.

Однако спектральная полоса ЭОПов, усиленных камеры на основе ПЗС-матриц, систем монохромных камер ПЗС и КМОП матриц только частично расположена в инфракрасном диапазоне, поэтому термин "инфракрасная система визуализации" обычно ограничена системами тепловидения.

 

В-пятых, непонятно, что на самом деле «устройство ночного видения». Системы тепловидения позволяющие осуществлять наблюдение в ночных условиях должны рассматриваться как приборы ночного видения (ПНВ). Однако первые ПНВ конструктивно являлись системами усиления изображения и теперь значение термина «прибор ночного видения» обычно ограничено системой усиления изображения, а иногда и камерой на основе усиленной ПЗС матрицы.