Quali tipi di visione termica esistono?

Ogni oggetto emette radiazione elettromagnetica. La lunghezza d'onda dipende dalla temperatura. Il sole, a 5.000 Kelvin, emette radiazione con picco a circa 550 nanometri (nm), nel mezzo dello spettro visibile. Oggetti più freddi, come aerei, auto e corpi umani, emettono radiazione a lunghezze d'onda molto maggiori, con picco intorno a 8-9 micrometri (µm). Gli imager termici ci permettono di vedere queste lunghezze d'onda invisibili.

Lo spettro infrarosso

Le onde elettromagnetiche coprono uno spettro energetico dai raggi gamma ad alta energia alle onde radio a bassa energia. L'energia dipende dalla lunghezza d'onda. I raggi gamma hanno lunghezza d'onda di circa un centesimo di nanometro. Le onde radio possono avere lunghezze d'onda di molti metri. Tra questi estremi ci sono il vicino, medio e lontano infrarosso. Il medio e lontano infrarosso coprono lo spettro da circa 2 µm a circa 100 µm.

MCT

Il Mercurio-Cadmio-Tellururo è un semiconduttore sensibile a radiazioni da 5 µm a 12 µm. È il cuore della regione chiamata "infrarosso termico", specificamente perché queste sono le lunghezze d'onda emesse da oggetti come persone, edifici e auto. La maggior parte dei rivelatori MCT deve essere raffreddata a temperature criogeniche, con azoto liquido o refrigeratore meccanico. L'MCT è molto sensibile, ma anche costoso e relativamente breve durata.

InSb

L'Antimoniuro di Indio è un altro semiconduttore sensibile al medio e lontano infrarosso. L'InSb è più comunemente usato nella banda 3-5 µm. In questa banda medio-infrarossa, la differenza tra il segnale da uno scarico d'auto e un corpo umano è abbastanza grande, richiedendo la regolazione della gamma dinamica del rivelatore per il target previsto. Per prestazioni ottimali l'utente deve selezionare tra un guadagno alto per target freddi o un guadagno inferiore dove il segnale da target caldi non sovraccarichi il rivelatore. Ancora, i rivelatori InSb sono spesso usati "non raffreddati", ma non significa che non siano raffreddati affatto — solo che non devono scendere a temperature criogeniche. Questo li rende generalmente più economici e affidabili dell'MCT.

Microbolometri

I microbolometri al silicio sono dispositivi che misurano la variazione di temperatura dovuta alla radiazione assorbita. Un sottile quadrato di silicio è termicamente isolato sospeso su minuscoli pilastri di silicio sopra un microcircuito di lettura. Qualsiasi variazione di temperatura è dovuta alla radiazione che colpisce il quadrato sospeso, non alla conduzione attraverso il chip. Il microbolometro cambia resistenza con la temperatura. Teoricamente sensibili a tutta la radiazione che li colpisce, sono progettati con un meccanismo di filtro per limitare la risposta a una data regione spettrale, ad esempio 7-14 µm. Possono operare non raffreddati come l'InSb, ma anche senza alcun raffreddamento. Questi rivelatori sono meno costosi dei fotodiodi e possono immaginare le stesse scene con sensibilità solo leggermente inferiore.

QWIP

I fotorilevatori a pozzo quantico (Quantum-well infrared photodetectors) sono progettati per avere una finestra di sensibilità energetica molto stretta e specifica. Sono fabbricati da molti strati sottili di materiale semiconduttore, più spesso arseniuro di gallio. La sottigliezza degli strati crea una struttura confinata, un pozzo quantico, che assorbe solo un ristretto intervallo di energia. Sovrapponendo molti strati leggermente diversi, i rivelatori forniscono automaticamente informazioni spettrali dettagliate da ogni pixel. Poiché gli oggetti a una data temperatura hanno un rapporto specifico tra una lunghezza d'onda e un'altra, dai QWIP si ottengono informazioni più dettagliate sulla temperatura della scena rispetto ad altre tecnologie, sebbene a un prezzo più alto. I QWIP sono una tecnologia relativamente nuova e devono operare a temperature criogeniche.