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为什么SWIR成像好用却不常见?现有SWIR实现技术有哪些?

2021-10-08 阅读:
IDTechEx 分析的短波长红外传感技术

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机器视觉的广泛采用使得 能够探测可见光谱外光的图像传感器变得越来越有用,因为其目的是增强人类的视力,而不是复制它。例如,对短波红外光谱区域(从 1000 到 2000 nm)进行成像,可提供多种优势,可以补充传统相机。F1Lednc

为什么要用SWIR成像?F1Lednc
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可以说,SWIR区域最引人注目的成像特性是光波波长较长的光散射减少,这种现象使日落变红,因为潮湿的雾气在光线穿过大气层的时会散射蓝光。减少散射意味着车辆和无人机上的 SWIR 摄像机能够透视雾和尘云,从而大大提高了能见度,从而提高了安全性。F1Lednc
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SWIR 成像的另一个好处是区分视觉上相似的材料,这些材料在可见区域可能具有类似的吸收(因此具有反射)光谱,但在 SWIR 区域中具有显著差异。这种能力对于工业过程中的质量控制等应用非常有价值,例如,它使不需要的物品(如岩石和金属)能够在食品生产中被发现,以及分类回收利用。F1Lednc
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其他好处包括对温度在 200°C 到 500°C之间的物品进行热成像,以及能透视哪些对可见光不透明、但对 SWIR 透明的材料。硅是一个很好的例子,能借助SWIR成像来检查晶圆附件的质量。F1Lednc
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为什么SWIR不常见?怪IngaAsF1Lednc
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如果 SWIR 成像提供了所有概述的优势,为什么它不更常见?答案是,目前短波红外线(SWIR,1000-2000 nm)成像主要是昂贵的 InGaAs (砷化铟镓) 传感器,可以吸收高达 1800 nm 左右的光。由于通过蒸汽沉积、低制造良率和有限的像素密度来生产 InGaAs 层的费用,这些成本可能超过 10,000 美元,相比已有的标准硅光电探测器方案增加了材料消耗。F1Lednc
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新兴的 SWIR 图像传感器技术F1Lednc
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商业上理想的属性和昂贵的现有技术相结合,为颠覆性的低成本替代方案创造了一个明显的机会。因此,业界正在开发用于 SWIR 成像的多种竞争方法。F1Lednc
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一种方法是通过增加硅光子的厚度和结构,将硅光子的灵敏度扩展到通常的 1000 nm 之外。由于这种"扩展硅"方法可以利用现有的 CMOS 制造技术,因此它可能是一种耐用且成本相对较低的替代方案,非常适用于自动驾驶车辆和 ADAS 系统。然而,由于该技术基于硅,因此最适合检测 SWIR 光谱区域下端的光线。F1Lednc
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另一种方法,可能比"扩展硅"生产成本更高,但能够在更长的波长下成像,是使用混合结构,包括安装在CMOS读出集成电路(ROIC)上的量子点。量子点具有高度可调谐的吸收光谱,可以通过改变直径来控制,并可以吸收高达 2000 nm 的光。这使得它们在工业成像应用和潜在的高光谱成像方面尤其有前途。F1Lednc

下图比较了竞争的 SWIR 成像技术的技术和商业实现水平。 F1Lednc

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新兴 SWIR 成像技术的技术和商业准备。资料来源:IDTechEx - "新兴图像传感器技术2021-2031:应用与市场"概述IDTechEx 的报告"2021-2031 年新兴图像传感器技术:应用和市场"详细分析了上述新的 SWIR 成像技术的前景。报告还涵盖了许多其他新兴图像传感器技术,包括 CMOS 上的 OPD、薄膜光子、基于事件的视觉、高光谱成像、灵活的 X 射线传感器和波前成像。F1Lednc

还包括按收入和数量(按技术和应用划分)的非常精细的 10 年市场预测,以及多个应用案例研究和技术/商业实现评估。该报告还包括许多基于对早期和成熟公司的采访的公司简介,提供了竞争格局的清晰视图。更多详情及可下载样本页可在 www.IDTechEx.com/imagesensor找到。 F1Lednc

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责编:胡安F1Lednc

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