Od 25 lat, do podstawowych elementów technologii motoryzacyjnych należą kamery termowizyjne. Są one powszechnie stosowane, np. w czujnikach ADS. Podobnie jak wszystkie elementy wyposażenia samochodów, podlegają ciągłemu rozwojowi, czego oczywiście oczekują użytkownicy.

Szacuje się, że kamery LWIR (Long Wavelength Infrared) zostały zainstalowane w ponad 1,2 mln samochodów, ale jest to zaledwie 0,08% łącznej liczby 1,5 mld  pojazdów poruszających się po drogach na całym świecie. Zwiększenie tego parametru wymaga dalszych prac nad udoskonalaniem kamer i zmniejszaniem kosztów ich produkcji.

Źródło: freepik

Jednym z najistotniejszych zagadnień są testy AEB (Autonomous Emergency Braking) i testy w ciemności. Prace rozwojowe powinny więc koncentrować się nad poprawą efektywności AEB w nocy. Należy również pamiętać, że urządzenia muszą spełniać zarówno europejski, jak i amerykańskie przepisy NHTSA dotyczące przejścia bardziej rygorystycznych testów AEB. W tych testach uwzględniane są m.in. poziomy oświetlenia poniżej 0,2 luksa.

Warto przypomnieć, że pierwsze kamery LWIR były instalowane w samochodzie Cadillac DeVille w 2000 roku. Obecne mamy już czwartą ich generację, a piąta jest spodziewana w roku 2025.

Od 2000 r. odległości  między pikselami zmniejszyły się z 37 µm do 12 µm. Pozwoliło to na zmniejszenie kamery i zminiaturyzowanie całego urządzenia.

Kamery LWIR wymagają przezroczystych soczewek i optyki LWIR. Zazwyczaj jest to german, który od września 2024 r. kosztuje prawie 3900 USD za kg. Jego ceny podlegają również silnym wahaniom. Obecne koszty są o 37% wyższe niż 9 miesięcy temu. Jednak ze względu na długość fali promieniowania LWIR, zbliżamy się do dolnej fizycznej granicy odstępu między pikselami. Dalsze zmniejszenie rozstawu pikseli poniżej 10 µm stanie się bardzo trudne.

Przezroczyste szyby przednie LWIR

Wszystkie technologie kamer LWIR są obecnie instalowane w przedniej osłonie chłodnicy pojazdu. W przeciwieństwie do kamer światła widzialnego, światło LWIR nie przechodzi przez szkło, zatem nie może być instalowane wewnątrz pojazdu. Zwiększa to złożoność konstrukcji kamer LWIR. Wymagany jest m.in. element grzejny do roztapiania szronu. Konieczne są także spryskiwacz, gdy temperatura spada poniżej 0^oC. Delikatna budowa obiektywu kamery wymaga ponadto ochrony w postaci wymiennej przezroczystej szyby, która zabezpieczała kamerę przed żwirem i kamieniami wyrzucanymi podczas jazdy.

Problem szyb przepuszczających podczerwień jest na tyle istotny, że trwają intensywne prace nad ich opracowaniem. Można spodziewać się, że produkty te wejdą na rynek w 2027 roku. Gdy to się stanie, samochodowe kamery LWIR będą montowane w kabinie, w wyżej umieszczonym punkcie obserwacyjnym. Łatwiej też będzie taką kamerę zintegrować z innymi systemami samochodu i z klasycznymi kamerami. Obrazy z umieszczonych obok siebie obu kamer, będą nakładały się na siebie bez błędu paralaksy.

Szkła chalkogenidowe

Spośród potencjalnych materiałów używanych do wytwarzania szyb LWIR jest szkło chalkogenidowe. Mogą być silnym konkurentem dla germanu. Powstają z pierwiastków, takich jak siarka i tellur. Własności optyczne takiego szkła można względnie łatwo kształtować dobierając parametry procesu technologicznego, wpływając np. na współczynnik załamania światła. Co więcej, chalkogenidy przepuszczają szerszy zakres podczerwieni i mają lepszy współczynnik termooptyczny niż german.

Co najważniejsze, w przeciwieństwie do germanu i innych materiałów krystalicznych, szkła chalkogenidowe mogą być formowane po podgrzaniu do wysokich temperatur (tzw. formowanie na gorąco). Proces taki umożliwia uzyskiwanie wyrobów o odpowiednich kształtach geometrycznych. Nie jest to możliwe w przypadku kosztownego i czasochłonnego jednopunktowego toczenia diamentowego dla germanu.

Korzystając z analizy obecnego rozwoju produktów IDTechEx prognozuje, że rynek kamer LWIR wzrośnie ponad dziesięciokrotnie i w latach 2025-2035 osiągnie wartość około 500 mln USD.

Źródło: IdTechEx