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短波红外(SWIR)传感器的创新与应用

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2024/12/30 18:40:15

介绍一下现在短波红外成像领域的创新和该技术的应用。 

SWIR是指900~2500nm波段的红外光。SWIR波段和可见光的反射/吸收方式不同,SWIR图像传感器运用这个特性,可以捕捉以往人眼无法识别的物体。另外,一部分物质不反射SWIR光,但可以让其透过,因此让SWIR光透过物体就可以对其内部进行辨识。 

SWIR光还有一个特性,就是相比可见光不那么容易散射,因此可以穿透霞、雾,识别它们后面的物体。 

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一、成像原理

光电转换材料

传统图像传感器使用硅作为光电转换的半导体材料,但 SWIR 波段的光可以透过硅材料,无法达到集光的效果。因此,必须使用铟镓砷(InGaAs)代替硅,用作光电二极管的材料,捕捉 SWIR 的光能,转换为电子信号。

特性

SWIR 波段和可见光的反射 / 吸收方式不同,SWIR 图像传感器运用这一特性,可以捕捉以往人眼无法识别的物体。

一部分物质不反射 SWIR 光,但可以让其透过,因此让 SWIR 光透过物体就可以对其内部进行辨识。

SWIR 光相比可见光不容易散射,因此可以穿透霾、雾,识别它们后面的物体。

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二、应用领域

工业检测

例如窄带短波红外就可以用来检测水位。利用不同波长的光在物体表面会有不同的吸收率、折射率和透射率,可以有不同的成像应用。

检测水果的伤痕(伤痕处的水分会高)。

军事应用

夜视是一个重要应用。

安防领域

可以透过烟雾看到火灾的情况。

票据防伪验钞

也是一个应用场景。

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三、市场增长

各细分市场的增长不同

国防领域的增长将高于该公司之前的预期,预计将从 2022 年的 2.28 亿美元增长到 2028 年的 4.05 亿美元,复合年增长率为 10%。

SWIR 在汽车市场规模较小,到 2028 年将达到 1900 万美元,复合年增长率为 41%,主要由 ADAS 推动,SWIR 可在弱光和恶劣条件下提供视觉能力以及 3D 感应能力。

消费电子领域是迄今为止最大的市场,预计到 2028 年将以惊人的 86% 的复合年增长率增长至 20.7 亿美元。Yole 预计 SWIR 可以集成到低端智能手机和 AR/VR 耳机中,以提高跟踪摄像头、3D 感应甚至户外条件下多光谱成像的性能。

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四、技术改进

InGaAs 传感器设计改进

制造 InGaAs 必须有磷化铟层(InP),普通 InP 层会阻挡可见光的透射,所以普通 InGaAs 对可见光不感光。

Sony 改进了这一设计,把 InP 层做薄,这样可见光就可以穿过 InP 层,在 InGaAs 层形成光电转换,这样 InGaAs 感光范围就扩大到从可见光到 SWIR 波段。

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西

西

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