SWIR 成像 - 應用和技術
什麼隱藏在表面之下？
SWIR 相機通常配備特殊的 InGaAs 感光元件。利用短波紅外光 (SWIR) 的特性來產生影像。因此 SWIR 成像技術可以在品質保證方面開創全新的作業方式；可以精確區分材料、檢測溫度，或者進行表面下檢查。
最後更新： 2024/12/12
閱讀時間：約 16 分鐘
多光譜與 SWIR 技術
在我們的網路研討會中，我們會回答 SWIR 和多光譜成像最核心的問題：
什麼是多光譜技術？什麼是 SWIR？
有什麼用途？
有哪些常見的 SWIR 視覺系統解決方案，具備哪些優點和缺點？
最佳實務範例
邁向未來的觀點
SWIR 是什麼？
SWIR 代表短波紅外光，是指 900 nm 至 2,500 nm (奈米) 波長範圍內的電磁輻射光譜。而肉眼可以感受約 400 nm 至 800 nm 的光。
SWIR 頻譜下的材料特性
SWIR 光具有與可見光相似的特性：光子與物體相互作用，成像時會創造對比度。每種材料反射、吸收或傳輸光線的方式，因波長而異。
例如，矽能反射可見光範圍內的幾乎所有輻射；對大於 1,100 nm 的波長，會傳輸更多的輻射，因而變得透明。同樣地，有色玻璃、某些塑膠或煙霧看起來是透明的。然而也有相反的效果：一些材料在 SWIR 光譜中吸收更多的輻射。這會導致波長較短者的對比度更高。
這種現象開創了影像處理新的可能性：可以區分鹽、糖、水和異丙醇，甚至是不同類型的塑膠。
1 μm 精密晶圓接合對位與 SWIR 相機
隨著半導體元件的縮小和封裝複雜性日漸提升，在晶圓和晶粒接合中實現次微米等級的對位作業，難度愈來愈高。傳統的光學檢測難以處理隱藏的對位標記和近表面缺陷，進而影響產量和效能。SWIR 成像帶來了一種無損解決方案，可穿透矽和其他材料實現清晰的可視化，並實現精確對位和缺陷檢測。
5.2MP SWIR 相機能以 1μm 的精度，進行精確的晶圓接合和對位檢查；穿透晶圓和晶片，帶來高對比度成像。非常適合聚焦於 TSV、混成黏接和 CoWoS 技術的半導體 OEM 業者。
需要與視覺專家討論專案嗎？SWIR 視覺系統
SWIR 範圍內的影像擷取，需要對應短波紅外光譜的特殊產品。選擇合適的元件，對於 SWIR 成像的品質是很重要的，且需要了解個別應用的具體需求。
visSWIR 相機
SWIR 成像需要特殊的感光元件，因為傳統的矽感光元件的檢測上限約為 1,000 nm。銦鎵砷化物感光元件 (InGaAs) 特別適合這類用途，因其代表典型的 SWIR 光譜。
visSWIR 相機在可見光和 SWIR 範圍內都很靈敏。因此，visSWIR 相機可以同時拍下矽感光元件相機可拍攝的波長 (約 400 - 1,000 nm) 以及 SWIR 光譜的波長。過去的技術只能拍攝其中一種波長範圍，而這些新型感光元件適用於 400 nm 至 1,700 nm 的整個範圍。
SWIR 鏡頭
傳統鏡頭通常針對可見光譜進行最佳化，甚至完全過濾掉紅外線成分。這就是為什麼有特殊的 SWIR 鏡頭排除可見光範圍的原因。為了提供整個頻寬的清晰影像，有特別的visSWIR 相容光學元件。然而因為波長範圍極大，這些鏡頭多半都有所謂的焦點偏移現象。每種波長在鏡頭內的光路折射方向都略有不同，因此聚焦點會依光譜範圍沿著鏡片的光軸移動。為了要讓相機產生清晰的影像，就必須盡可能維持焦點不變。有些特殊鏡頭可以校正對焦偏移，但要是有限度的波長範圍就足敷使用的話，沒有校正過的成本最佳化鏡頭便已夠用。
查看 SWIR 鏡頭型號
SWIR 濾片
濾片在許多應用中發揮決定性的作用，因為濾片可以根據波長範圍來控制光的傳遞。特別是對於visSWIR 相機，阻擋環境光線在某些應用中是非常重要的，可以增加特定波長的對比度，並凸顯個別特徵。
SWIR 光源
室內用的 LED 照明通常不含任何 SWIR 光譜波長，因此額外的 SWIR 光源 是必須的，例如具備寬頻譜範圍的鹵素燈，或是提供特定窄頻的 LED 光源。這類光源就讓感光元件得以感應 1,000 nm 以上的光。
如果要以特定波長進行檢驗，LED 由於具備窄帶光譜，因此可在不額外使用濾片的情況下來進行檢測。在只需檢查數個波長的情況下特別實用，因為可以閃爍不同的 LED 光譜，也無需更換濾鏡用的器械。LED 的成本比鹵素光源高，但更為耐用，因此適合工業使用。總之，光源的使用取決於最適合的應用。
查看 SWIR 光源背後的技術是什麼？
過去，需要兩台相機或兩種感光元件技術，才能同時拍攝可見光和 SWIR 光譜影像。於此同時，所謂的 visSWIR 感光元件已經在市場上站穩腳步。這種感光元件能帶來高解析度的影像，影像品質也十分優良。
Sony 的 SenSWIR 技術
SWIR 相機使用 InGaAs (銦鎵砷) 或 CQD (Colloidal Quantum Dot，膠體量子點) 感光元件，而非 CMOS 感光元件。InGaAs 感光元件過去僅限於相當大的畫素尺寸和 SWIR 範圍。雖然CQD 感光元件的畫素較小，也能在可光見範圍內感光，但在 SWIR 範圍內的量子產量，顯著低於 InGaAs 感光元件。
使用 Sony SenSWIR 感光元件， visSWIR 也可以以 InGaAs 為基礎，在高達 1,700 nm的整個 visSWIR 範圍內具有一致的高量子效率。其特色是畫素較小，因此和傳統 InGaAs 感光元率相比，解析度更高，具有非常好的影像品質；可確保在許多應用中為檢測和品質控制帶來更高的準確性。這要歸功於 Sony 半導體製造廠生產的銅對銅連接；由於與傳統 SWIR 感光元件相比，磷酸銦層 (InP) 的厚度降低，使該感光元件在可見光譜中也很靈敏。
該感光元件系列具備不同大小與解析度：第一代的 IMX990 解析度為 1.3 MP、IMX991 解析度為 VGA，畫素大小為 5 µm。第二代的 IMX992 解析度為 5.3 MP、IMX993 解析度為 3.2 MP，畫素大小為 3.45 µm。都可以在 Basler ace 2 X visSWIR 各機型中找到。
