Las cámaras de consumo típicas pueden capturar una longitud de onda de 390-700 nm 400-1050nm . Pero, ¿por qué es tan difícil y caro producir cámaras para rayos X, rayos ultravioletas, rayos infrarrojos, etc.? Lo único que los diferencia es la longitud de onda y la energía eV.
Se reduce al tamaño del mercado. ¿Dónde está la demanda de tales cámaras y la cantidad de ventas justifica los costos de configuración de la producción? Puede obtener una conversión por infrarrojos a cámaras DSLR de tipo estándar (por ejemplo, Hágalo usted mismo Tutoriales de modificación de cámara infrarroja digital ) y puede convertir la cámara a un tipo de 'espectro completo' que admite algo de ultravioleta. (Consulte fotografía de espectro completo ). Para longitudes de onda más pequeñas necesitarás diferentes sensores. Estos, por su naturaleza especializada y su bajo volumen de producción, tienden a ser muy costosos.
Primero que todo: los sensores CCD estándar son sensibles a la longitud de onda más allá de los 700nm. Por lo que sé, los sensores de Si son aún más sensibles para la luz cercana al IR que para la luz visible.
Por supuesto, cambia para longitudes de onda mucho más grandes: una condición para que la luz sea detectable es que los fotones tienen suficiente energía para crear un par de electrones de agujero. Este umbral de energía es el intervalo de banda del material semiconductor particular (por ejemplo, para Si: ~ 1.1 eV). Dado que la energía del fotón es inversamente proporcional a la longitud de onda (E = h * c / lambda), existe una longitud de onda máxima que puede detectarse con un material semiconductor determinado (por ejemplo, para Si: ~ 1100 nm).
Para las cámaras, la lente también es relevante: la mayoría de los tipos de vidrio son menos transparentes a la luz UV. Las lentes optimizadas para la transparencia UV son muy caras (aunque una alternativa barata podrían ser las lentes de plástico).
Sus dos respuestas actuales son válidas, pero pueden tomarse en combinación: los sensores de Si simple son buenos para NIR y visibles, y son comunes y, por lo tanto, económicos. En muchos casos, se requieren modificaciones al sistema de imágenes, ya que el IR normalmente está bloqueado porque no es deseable. Consulte, por ejemplo, EOS 20Da de Canon .
Los sensores de silicona se adaptan bastante fácilmente al uso de rayos UV por medio de de un revestimiento de fósforo (Quería probar una versión casera de esto en una cámara web que había modificado con un C + B CCD pero nunca tuve la oportunidad). Incluso el uso de rayos X es posible con un centelleador (que normalmente está acoplado a fibra óptica).
Para ir más allá de ~ 1µm más allá del IR se requieren otros semiconductores, que son caros. InGaAs es una opción popular, pero es ridículamente costosa como dices, pero no es sorprendente ya que necesitas instalaciones de producción dedicadas . Las cámaras InGaA y otras cámaras NIR también se consideran tecnología militar a los efectos de los registros de exportación de los EE. UU. Esto agrega costos al fabricante de la cámara en términos de cumplimiento.
Las cámaras que tienen alguna sensibilidad a la radiación térmica, o que están hechas de semiconductores de banda estrecha, necesitarán un enfriamiento significativo para eliminar el ruido térmico que podría ser mayor que la imagen que está tratando de medir. Eso a menudo significa un Dewar de nitrógeno líquido (costo de material + costo de operación). Existen nuevas tecnologías (incluso sin refrigeración) que vienen al mercado, en particular para imágenes térmicas, pero la resolución es mucho menor que para los sensores CCD o CMOS de Si.
Tanto para el tipo de bolómetro como para el visible, la razón por la que son baratas es porque pueden aprovechar las economías de escala en el negocio del silicio.
En cuanto salgas a las longitudes de onda (es decir, energías) que necesitan otras tecnologías (InGaAs como se mencionó, InSb) estás hablando de obleas de 2 "y 3" en el mejor de los casos, nada como las obleas de silicona del tamaño de una pizza que se usan para hacer chips. hoy. Además, los transistores todavía tienen que estar hechos de silicona, por lo que necesita una conexión de cada fotodetector en el chip fotosensible a cada circuito de detección para ese píxel en un chip de silicona. Si tiene una matriz de imágenes de megapíxeles, tiene que hacer un millón de conexiones.
Pero espera, se pone peor. Si depende del efecto fotoeléctrico, por ejemplo, para IR de onda media a 3-5 µm, debe enfriar la cámara para ver algo más que el calor generado por la propia cámara. Imagine una cámara visible con una lente y una carcasa con un brillo brillante, ese es el mundo en el que vive una cámara térmica. El enfriamiento agrega mucho gasto y, por lo general, también ruido, ya que los refrigeradores con mayor eficiencia energética son del tipo de refrigerador. Peltiers no puede llevarte al nitrógeno líquido.
Ah, y por cierto, el vidrio no es transparente a longitudes de onda que superan los 2 µm, por lo que necesita un material de lente diferente al que han estado trabajando los últimos cinco siglos de óptica.
En el otro extremo del espectro, los rayos X son un dolor porque es difícil desviar los rayos X. Les gusta ir a través de Los arrays de imágenes grandes para radiografías médicas funcionan porque no hay lentes, pero eche un vistazo a los espejos en algo como el telescopio espacial Chandra: el "lente" es una serie de espejos de ángulo de mirada dispuestos en conos.
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