La imagen ultravioleta (UV) es una técnica fotográfica y sensorial especializada que se utiliza para captar imágenes en el espectro ultravioleta, que abarca longitudes de onda de aproximadamente 10 nm a 400 nm. Puesto que el ojo humano no es sensible a la luz UV, esta tecnología utiliza sensores ópticos, lentes y filtros especializados para detectar los fotones UV y convertirlos en datos visibles que puedan analizarse.
La obtención de imágenes UV se utiliza ampliamente en diversos campos científicos, industriales y forenses para revelar características, defectos y fenómenos que no son visibles con iluminación óptica convencional.
Principios de funcionamiento
Los sensores de imagen y las lentes ópticas convencionales suelen ser muy ineficientes o completamente opacos en el espectro UV. El vidrio convencional absorbe la luz UV, especialmente a longitudes de onda inferiores a 350 nm. Por lo tanto, un sistema de obtención de imágenes UV requiere modificaciones específicas tanto en la óptica como en la arquitectura del sensor.
Componentes ópticos
Para permitir que la luz UV llegue al sensor, los objetivos deben fabricarse con materiales especializados de alta transmisión en lugar de vidrio óptico convencional. Entre los materiales habituales se encuentran el cuarzo, el fluoruro de calcio y la sílice fundida. Además, se suelen utilizar filtros ópticos de paso de banda para aislar longitudes de onda UV específicas, como UVA, UVB o UVC, mientras bloquean estrictamente la luz visible e infrarroja. De este modo, la imagen resultante representa únicamente la reflectancia o la emisión UV del objeto.
Sensores
La mayoría de las cámaras digitales comerciales utilizan sensores equipados con un filtro Bayer y microlentes que absorben la radiación UV.() La obtención de imágenes UV reales suele emplear sensores monocromos de dispositivo de carga acoplada (CCD) o de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS) que han sido modificados específicamente. Las técnicas habituales incluyen:
- Adelgazamiento posterior (iluminación posterior): Eliminación de la capa de sustrato del sensor para exponer directamente el silicio fotosensible a los fotones UV incidentes y evitar que los circuitos los absorban.
- Recubrimientos de fósforo: Se aplica al sensor un recubrimiento luminiscente (como Lumogen) que absorbe la luz UV y la reemite rápidamente a una longitud de onda visible que el sensor de silicio estándar puede detectar con facilidad.
- Materiales semiconductores especializados: Se utilizan materiales de banda prohibida ancha, como el nitruro de galio (GaN) o el carburo de silicio (SiC), que son sensibles por naturaleza a la luz UV y «ciegos» a la luz visible.
Modalidades de imagen UV
Imágenes UV por reflexión
En esta modalidad, el objeto se ilumina con una fuente de luz UV específica (o con luz solar), y la cámara, equipada con un filtro de paso UV y bloqueo de luz visible, capta la luz UV reflejada por el objeto. Esta técnica es muy eficaz para observar texturas superficiales poco profundas, arañazos microscópicos y las características específicas de absorción UV de distintos materiales.
Imagen de fluorescencia UV
Aunque técnicamente es una técnica de espectro mixto, la fluorescencia UV está estrechamente relacionada con la obtención de imágenes UV. Consiste en iluminar una muestra con luz UV para excitar los electrones del material. Cuando los electrones regresan a su estado fundamental, emiten luz a una longitud de onda visible más larga. En esta configuración, la cámara suele incorporar un filtro de bloqueo UV para captar únicamente la fluorescencia visible emitida e ignorar la luz de excitación.
Aplicaciones
La obtención de imágenes UV desempeña un papel fundamental en numerosos ámbitos donde las imágenes con luz visible son insuficientes.
Inspección industrial y eléctrica
Uno de los usos más destacados de la obtención de imágenes UV es la detección de descargas de corona en equipos eléctricos de alta tensión. Las descargas de corona emiten luz principalmente en la banda UVC. Mediante cámaras UV especializadas con «ceguera solar», que bloquean toda la luz por encima de 280 nm, los inspectores pueden detectar aisladores defectuosos, arcos eléctricos y fugas eléctricas a plena luz del día sin interferencias de la radiación de fondo del sol.
Ciencias forenses y fuerzas del orden
Los investigadores forenses utilizan imágenes UV para descubrir indicios en escenas del crimen. Las imágenes UV por reflexión pueden revelar marcas de mordeduras, hematomas y huellas dactilares latentes en superficies no porosas difíciles. La fluorescencia UV se utiliza habitualmente para detectar fluidos biológicos, residuos de disparos y documentos falsificados o alterados químicamente.
Fabricación de semiconductores
A medida que los nodos tecnológicos de los semiconductores se reducen progresivamente, las longitudes de onda de la luz utilizada para inspeccionarlos también deben disminuir para mantener una resolución suficiente. La formación de imágenes en ultravioleta profundo (DUV) se utiliza ampliamente en sistemas de inspección óptica automatizada (AOI) para detectar defectos submicrométricos, partículas e irregularidades en obleas de silicio durante el proceso de fotolitografía.