一、引言

在科技迅速发展的今天，工业和智能制造领域对光的感知能力正在不断扩展，从可见光到近红外到短波红外。其中，短波红外线（SWIR）成像技术无疑是一个引人瞩目的领域。与可见光相机相比，基于InGaAs半导体的SWIR相机能够捕捉到人眼无法感知的短波红外光谱，为工业检测、半导体制造、遥感成像、光伏检测等诸多领域带来全新的感知能力。

本文将从SWIR成像的基本原理、技术优势，到博视像元SWIR相机的关键进展和典型应用场景，为您全面解读这一独特的工业相机技术，希望借此一窥SWIR相机的“魔力”，感受它为人类社会带来的无限可能。

二、SWIR成像的基本原理

SWIR成像技术的核心在于InGaAs半导体材料。相比硅基传感器，InGaAs对1000纳米到1700纳米的短波红外光子具有出色的光电转换能力。当短波红外光照射到InGaAs器件时，会激发材料内部的电子-空穴对，产生可测量的电信号。与普通CMOS相机不同，基于InGaAs的SWIR相机需要专门的模数转换电路，将这些模拟电信号转换为数字图像信息。

InGaAs半导体的这种光电效应机理，与硅基传感器利用可见光激发电子-空穴对的原理是类似的。不同之处在于，InGaAs的禁带宽度较小，能够响应更长波长的光子。这也就赋予了SWIR相机独特的技术优势。

图1短波红外光谱图和博视像元2K SWIR线阵相机的量子效率图

三、SWIR相机的技术优势

· 高灵敏度：InGaAs传感器的量子效率可达80%以上，远高于硅基传感器的40%-60%。这使得SWIR相机能在弱光条件下获得清晰的图像，为夜视等应用提供了有力支撑。同时，SWIR相机还需要采用低噪声、高增益的前端放大电路，进一步提升信号质量

图2

· 穿透力强：短波红外光具有较强的穿透能力，可以透过大气中的烟尘、雾霾等污染物，乃至某些非金属材料。这使SWIR相机能在恶劣环境下保持良好的成像质量，在工业检测、遥感监测等领域大有用武之地。

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· 光谱分析：除了上述优势，SWIR成像还能够用于材料成分识别、植被和水分监测等诸多领域，为人类社会的各种需求提供创新性的感知手段。

图4

四、博视像元SWIR相机的主要应用场景

表1

五、SWIR相机的技术发展

随着半导体工艺的不断进步，基于InGaAs的SWIR相机正在朝着更高分辨率、更高帧率的方向不断发展。目前，博视像元 采用先进CMOS工艺制造的InGaAs传感器，线阵已经可以实现2048、面阵InGaAs相机达到500万的高分辨率成像。这些技术水平不仅大幅提升了SWIR相机的成像质量，更为其在诸多应用场景中发挥重要作用奠定了基础。

博视像元作为业内领先的工业相机研发和生产的企业，一直致力于推动SWIR成像技术的发展。我们拥有先进的制造工艺和成熟的系统集成技术，能够为客户提供高性能、高可靠性的SWIR相机产品。

图5 博视像元2K SWIR线阵相机

博视像元2K SWIR线阵相机凭借其卓越的成像性能脱颖而出，搭载最新一代铟镓砷（InGaAs）传感器，实现了12.5um像素尺寸与2048像素的超高分辨率，覆盖950nm-1700nm波段，成为市场上首屈一指的2K分辨率短波红外相机，能够精准捕捉亚微米级细节，为纳米级半导体器件及先进材料的非破坏性检测提供了得力助手。该相机在1100nm至1550nm波段间展现出突破性的量子效率，高达80%以上，显著增强了微弱信号探测能力与信噪比，确保低光照条件下仍能获得高对比度、低噪声图像，对半导体晶圆缺陷检测及光伏电池量子效率测量尤为重要。此外，其40kHz的超高行频图像采集速度，能捕捉瞬态现象，为材料科学与热力学研究开辟新视野。相机还采用先进的热管理设计，结合高效热电制冷（TEC）技术与无风扇设计，实现了卓越的暗电流抑制、温度稳定性，确保了在半导体洁净室环境中的适用性，同时减少了机械振动，提升了成像稳定性与精确度。最后，紧凑型的60×60mm光机设计，依托精密光学与先进封装技术，使得这款高性能相机易于集成至现有生产和研究设备中，如晶圆检测系统或材料分析仪器，展现出极高的灵活性与实用性。

SWIR相机作为一种超越可见光的感知利器，在工业检测、半导体制造、遥感成像、光伏检测等领域发挥着越来越重要的作用。随着技术的不断进步，SWIR相机必将在更多领域得到应用，为人类社会带来更多变革性的应用。

（北京博视像元科技有限公司 杨军超）