Evaluation of the potential of high index Chalcogenide lenses for automotive application
Évaluation du potentiel des lentilles en chalcogénure à haut indice de réfraction pour l'application automobile
Résumé
Infrared cameras could serve automotive applications by delivering breakthrough perception systems for both in-cabin passengers monitoring and car surrounding. However, low-cost and high-throughput manufacturing methods are essential to sustain the growth in thermal imaging markets for automotive applications, and for other close-to-consumer applications, which have a fast growth potential. With the reduction of the pixel pitch of microbolometer detectors, their cost has decreased considerably and now the optical part represents a significant part of the system cost. Fast low cost infrared lenses suitable for microbolometers are already sold by companies like Umicore, Lightpath, FLIR… Chalcogenide glasses are widely used as materials for optics because they have many cost advantages, especially due to the possibility of mass molding the optics. However, with the reduction of the pixel pitch, it is more and more difficult to design high performance lenses with a limited number of optics. The possibility of molding the optics allows us to use many highly aspherical surfaces at affordable costs. However, Chalcogenide glasses have usually a lower refractive index than other more expensive infrared materials such as Germanium. Indeed, high refractive index materials are known to be effective in attenuating the amplitude of many geometric aberrations. In this presentation, we evaluate the interest of high index Chalcogenide lenses, especially TGG and TGS, to design optical systems meeting the needs of the automobile with a limited number of optics. TGG glass has an index of refraction of 3.396 at a wavelength of 10µm, i.e. its index of refraction is close to the Silicon one and was initially studied for space applications. TGS has a lower index of refraction (3.12@10µm) but can be used in a cost effective manufacturing process by using flash spark plasma sintering (SPS) on raw powder. Demonstrators with TGG glass have been made and their performance evaluated.
Les caméras infrarouges pourraient servir les applications automobiles en fournissant des systèmes de perception révolutionnaires, tant pour la surveillance des passagers à l'intérieur de la cabine que pour l'entourage de la voiture. Cependant, des méthodes de fabrication à faible coût et à haut rendement sont essentielles pour soutenir la croissance des marchés de l'imagerie thermique pour les applications automobiles, et pour d'autres applications proches du consommateur, qui ont un potentiel de croissance rapide. Avec la réduction du pas des pixels des détecteurs microbolométres, leur coût a considérablement diminué et la partie optique représente désormais une part importante du coût du système. Des lentilles infrarouges très ouvertes et peu coûteuses adaptées aux microbolomètres sont déjà vendues par des sociétés comme Umicore, Lightpath, FLIR... Les verres de chalcogénure sont largement utilisés comme matériaux pour les optiques car ils présentent de nombreux avantages en termes de coût, notamment en raison de la possibilité de mouler les optiques en grande quantité. Cependant, avec la réduction du pas des pixels, il est de plus en plus difficile de concevoir des lentilles de haute performance avec un nombre limité d'optiques. La possibilité de mouler les optiques nous permet d'utiliser de nombreuses surfaces hautement asphériques à des coûts abordables. Cependant, les verres en Chalcogénure ont généralement un indice de réfraction plus faible que d'autres matériaux infrarouges plus coûteux comme le Germanium. En effet, les matériaux à haut indice de réfraction sont connus pour leur efficacité à atténuer l'amplitude de nombreuses aberrations géométriques. Dans cette présentation, nous évaluons l'intérêt des verres en Chalcogénure à haut indice, notamment TGG et TGS, pour concevoir des systèmes optiques répondant aux besoins de l'automobile avec un nombre limité d'optiques. Le verre TGG a un indice de réfraction de 3,396 à une longueur d'onde de 10µm, c'est-à-dire que son indice de réfraction est proche de celui du Silicium et a été initialement étudié pour des applications spatiales. Le TGS a un indice de réfraction plus faible (3,12@10µm) mais peut être utilisé dans un processus de fabrication rentable en utilisant le frittage par plasma à étincelles (SPS) sur la poudre brute. Des démonstrateurs avec du verre TGG ont été fabriqués et leurs performances évaluées.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)