Panasonic разработал технологию массового производства асферических линз для дальнего инфракрасного диапазона

Panasonic разработал технологию массового производства недорогих асферических линз для дальнего инфракрасного диапазона, позволяющих повысить производительность камер и сенсоров. Линзы изготовлены из халькогенидного стекла, обладающего отличными характеристиками пропускания в дальнем инфракрасном диапазоне, а стоимость их производства вдвое ниже традиционных методов.

Новый метод формования стекла и технологии обработки также позволят Panasonic предлагать и другие типы линз, например, дифракционные линзы - первые в мире* высокогерметичные линзы, встроенные в оправу без использования клея (точность обнаружения утечек менее 1x10^-9 Па･м³/сек при проверке на герметичность гелием).

Сейчас компания принимает заказы на прототипы. Массовое производство недорогих и высококачественных асферических линз для дальнего инфракрасного диапазона будет способствовать распространению и повышению производительности сенсорных модулей для дальнего инфракрасного диапазона.

Встроенная в оправу линза (φ30 мм)

Предыстория вопроса

В последнее время датчики дальнего инфракрасного диапазона играют важную роль в системах управления энергопотреблением, обеспечивая детекцию и мониторинг тепла. В автомобильной промышленности растущий спрос на технологии автономного вождения привел к распространению таких датчиков из-за их способности обнаруживать людей и животных ночью на расстоянии, чего не могут делать обычные камеры видимого света. В этих условиях использование датчиков дальнего инфракрасного диапазона эффективнее и дешевле, а линзы, используемые для этих датчиков, также должны иметь более высокую добавленную стоимость.

В то же время, недорогой кремний, который обычно использовался для производства линз для датчиков дальнего инфракрасного диапазона, не подходит из-за его низкого коэффициента пропускания, поэтому при необходимости увеличения количества пикселей использовались германиевые сферические линзы с высоким коэффициентом пропускания. Однако по мере дальнейшего роста числа пикселей эффект аберрации, вызванный сферическими линзами, становится все более выраженным. Для его уменьшения потребуется комбинация нескольких сферических линз и асферической линзы, что приведет к увеличению стоимости и размера.

Чтобы решить эту проблему, инженеры Panasonic разработали новую технологию недорогого производства высокопроизводительных асферических линз, подходящих для оптических систем дальнего инфракрасного диапазона, основанную на технологии формования стекла, которую компания усовершенствовала при производстве асферических линз видимого света для камер.

Используя эту технологию, Panasonic способствует повышению производительности модулей дальнего инфракрасного диапазона путем создания прототипов и массового производства линз, отвечающих требованиям клиентов, производящих и продающих различные датчики и камеры дальнего инфракрасного диапазона.

Основные возможности

1. Доступны халькогенидные линзы различных размеров от φ3 мм до φ40 мм по низкой цене (асферические линзы, дифракционные линзы).

2. Изготовление обрамленных в оправу линз без риска загрязнения газами за счет отсутствия клея позволяет защитить край линзы и повысить точность при установке в оправу.

3. Изготовление высокогерметичных бочкообразных линз, встроенных в оправу и обеспечивающих высокую герметичность внутри корпуса, необходимую для повышения работоспособности датчиков.

Подробнее о технологиях

Разработка реализуется благодаря следующим технологиям.

(1) Технология предварительной обработки для формования стекла без шлифовки и полировки для снижения стоимости.

Обычное формование стекла требует шлифовки и полировки материала на этапе предварительной обработки перед формованием. Как правило, стеклянные материалы вырезаются из стеклянных слитков до заданного размера, а затем шлифуются до приблизительной формы линзы. Этот процесс очень ресурсоемок и затратен по времени на обработку, что приводит к высокой стоимости. Кроме того, поскольку халькогенидное стекло более дорогое, чем обычное стекло видимого светаи оно очень легко трескается и царапается, коэффициент утилизации и выхода в этих процессах влияет на стоимость.

Чтобы решить эту проблему, Panasonic разработал новую технологию предварительной обработки без шлифовки и полировки, что значительно сокращает время и стоимость обычной предварительной обработки. В результате цена линз снижается примерно вдвое по сравнению с линзами, изготовленными обычным способом.

(2) Форма для исключительного использования халькогенидного стекла.

Халькогенидное стекло трудно стабильно формовать из-за высокого изменения вязкости, вызванного изменением температуры во время формования. Для решения этой проблемы была разработана индивидуальная форма из нового материала, смягчающего температурные колебания. Поскольку эта технология формования позволила использовать обычное формовочное оборудование для стекла видимого света и при этом дала возможность достичь высокого коэффициента выхода, Panasonic может предложить высококачественные и при этом недорогие халькогенидные линзы.

(3) Технология формования для интегрированных в оправу линз

Халькогенидное стекло легко трескается, поэтому край линзы часто откалывается при сборке в оправу. Чтобы решить эту проблему, Panasonic с помощью уникального производственного метода впервые в мире осуществил производство интегрированной в оправу линзы, чтобы предотвратить сколы на краю линзы, соприкасающихся с оправой. Новая технология не требует клея и потому освобождает от побочных эффектов, вызванных ненужной дегазацией. Форма может соответствовать множеству требований, от формы оправы до простой бочкообразной формы.

Кроме того, область контакта между линзой и оправой может стать высокогерметичной (точность обнаружения утечки менее 1x10-9 Па·м3/сек при испытании на герметичность гелием). Это обеспечивает газонепроницаемость вместе с размещенным внутри датчиком дальнего инфракрасного излучения. Таким образом снижение теплового воздействия и улучшение коэффициента пропускания реализуются за счет внутренней изоляции и отсутствия покрытия датчика. В результате можно способствовать более высокой производительности датчика.

Высокогерметичные интегрированные в корпус линзы

Перспективы развития

Предполагается, что производство асферических линз дальнего инфракрасного диапазона с использованием этой технологии будет осуществляться на заводе Yamagata Factory бизнес-подразделения Optical Device, подразделения Lifestyle Updates корпорации Panasonic и Panasonic Industrial Devices Nitto Co.

Panasonic расширит продажи этих высокопроизводительных и недорогих асферических линз для дальнего инфракрасного диапазона в будущем, способствуя защите окружающей среды.

* По данным Panasonic на 27 января 2022 г. высокогерметичное формование без использования клея используется только для стекла дальнего инфракрасного диапазона.

Технические термины.

[1] Датчик дальнего инфракрасного диапазона
Датчик дальнего инфракрасного диапазона — это устройство, которое улавливает дальние инфракрасные лучи. Дальние инфракрасные лучи не видны человеческому глазу, но они излучаются всеми объектами, имеющими тепло. В отличие от датчиков видимого света, датчики дальнего инфракрасного диапазона не нуждаются в освещении и могут распознавать окружающую среду даже в темноте, например ночью. .

[2] Халькогенидное стекло
Халькогенидное стекло – это стекло, содержащее один или несколько халькогенов (селен, серу, теллур и др.). Обладая превосходной передачей дальнего инфракрасного диапазона, оно оптимально подходит в качестве материала для линз для датчиков дальнего инфракрасного диапазона, которые будут все более востребованы для ночного видения и в датчиках движения. .

[3] Метод формования стекла
Метод точного переноса формы на стекло путем размягчения стекла при высокой температуре и прессования под высоким давлением. .

[4] Формование вставкой
Метод формования, при котором компонент и разнородные материалы вставляются в форму для изготовления цельного изделия.