SWIR-Kameras mit InGaAs-Sensor
Die Kameras von New Imaging Technologies sind für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet, bei denen Informationen über bildgebende Analysen gewonnen werden sollen. Die Kameras basieren auf der SWIR (Kurzwellen-Infrarot) -Technologie, mit einem Wellenlängenbereich von 0,9 bis 1,7 µm und InGaAs-Sensoren. Durch die von New Imaging Technologies patentierte Struktur und Eigenschaften der InGaAs-Sensoren können diese Sensoren auf Submikrometer genau mit dem Auslesekreislauf verbunden werden und es ermöglicht den SWIR-Kameras eine schnelle Pixelreaktionszeit bei selbst geringem Vorstrom und der InGaAs-Photodioden-Array hat einen hohen dynamischen Bereich im optischen Signal.
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Das Besondere an der verwendeten SWIR-Technik ist die Detektion von Reflexionen, d.h. das Licht wird an einem Objekt reflektiert/absorbiert, anders als in der (Nahen oder Mittleren) Infrarot-Technik, bei der das Objekt selbst Wärmestrahlung abgibt. Vor allem sind die einzigen natürlichen Lichtquellen die Sonne am Tag und die Sterne bei Nacht. Störende Lichtquellen sind somit limitiert. Des Weiteren stellen Nebel, Rauch und Ähnliches kaum Störpotential bei der Bildgebung dar.
Die Kameras arbeiten im sogenannten „Retina-sicheren Bereich“, in dem das menschliche Auge das Licht größer 1,55 µm absorbiert, wodurch eine Schädigung der Retina verhindert wird. Infolgedessen können die Kameras nicht nur in Industrie und Forschung, sondern auch für In-Field-Messungen verwendet werden.
SWIR-Kameras im Vergleich
| WiDy SWIR | WiDy SenS | HiPe SenS | SenS | LiSa | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 640 | NaNo | 320 | 640 | 640 | 1280 | 1960 | 2048 | |
| Common features | InGaAs sensor, Wavelength range: 0.9-1.7 µm; Global shutter; C-Mount, monochrome color; compact size (max. 60 x 60 x112 mm3) | |||||||
| Resolution | VGA 640 x 512 | VGA 640 x 512 | QVGA 320 x 256 | VGA 640 x 512 | VGA 640 x 512 | SXGA 1280 x 1024 | FHD 1920 x 1080 | 2048×1 |
| Pixel size | 15 x 15 µm | 15 x 15 µm | 15 x 15 µm | 15 x 15 µm | 15 x 15 µm | 10 x 10 µm | 8 x 8 µm | 7,5 x 7,5 µm |
| Connection | USB3.0 CamLink GigE Analogc | USB3.0 | USB3.0 CamLink | USB3.0 CamLinkbd GigEac Analogac HD-SDIac | USB3.0 CamLink | USB3.0 CamLink CoaX HD-SDI | USB3.0 | CamLink |
| Intelligent1 | No | No | No | Partlyabf | No | Partlya | No | Yes |
| TEC cooling | Partlyc | No | No | Partlycd | Yes & air | Yes | Yes | Yes |
| Mode | Snapshot | Snapshot | IWR/ITR, CDS, ROI | IWR/ITR, CDS, ROI | IWR/ITR, CDS, ROI | ITR, CDS, ROI | ITR, CDS, ROI | ITR, CDS, ROI |
| Response | LOG | LOG | DUAL: LOG or LIN partial reading mode: down to16x16 | DUAL: LOG or LIN partial reading mode: down to 16×16 | LIN: low, medium & high gain resp. DUAL | LIN: low & high gain ROI, selective line scanning | LIN: low & high gain ROI, selective line scanning | LIN: low, medium & high gain |
| Exposure or integration time | 100 µs – 2 ms | 100 µs – 25 ms | 10 µs | 10 µs – 1 s | 10 µs – 112 s | 10 µs – 500 ms | 10 µs – 500 ms | 10 µs – 220 ms |
| Frame rate | 100 fps | 100 fps | 1000 fps | 230 fpse | 230 fps | 60 fps | > 60 fps | 60000 fps |
| Dynamic range | 120 dB | 120 dB | 49/63/120 dB | 63/120 dB | 63 dB | |||
| Quantum yield | 80% | 80% | 70% | 70% | 80% | 85% | ||
| Noise | <340 e– | <340 e– | Sensor <40 e–, <1500 e– per pixel at 20°C dark current | Readout noise 30 e– | Readout noise 30 e– | 250e–, 450e–, 4000e– (High, medium, low gain) | ||
| Trigger | IN/OUT | IN/OUT | IN/OUT, adjustable delay | IN/OUT, adjustable delay | IN/OUT, adjustable delay | Software or hardware: 1x Trigger IN/OUTPUT 2x programmable Outputs adjustable delay | IN/OUT, adjustable delay | |
Anwendungsbeispiele für SWIR-Kameras mit InGaAs-Sensor
Halbleiter-Inspektion
In der Halbleiterindustrie können mittels der SWIR Kameras Risse und Defekte auf Wafern oder Solarzellen-Paneelen erkannt werden, sowie integrierte Schaltkreise in Siliziumwafern kontrolliert und überwacht werden, da Silizium inaktiv bei diesen Wellenlängenbereich ist. Die LiSa SWIR, eine Zeilenscan Kamera wurde speziell für die Inspektion von Halbleitern entwickelt, denn diese Kamera liefert auf Grund der kleinen Pixelgröße von 7.5 µm und dem Zeilenscan klare Bilder bei einem hohen Durchsatz. Für hochauflösende Bilder eignet sich die beiden Kameras der SenS Reihe. Kameras der Reihe LiSa SWIR, SenS, HiPe SenS und WiDy SWIR können verwendet werden.
Laser-Anwendung
In der Laseranwendung, wie zum Beispiel bei Laseraufbauten, Laser Kommunikation, Laserstrahlprofile oder LIDAR (Light Detection and Ranging), kann über eine automatische und intelligente Kamera der Laserstrahl überwacht werden. Infolgedessen können Kosten und Aufwand in der Überwachung eingespart werden, sowie eine Übersättigung der Kamera verhindert werden. Kameras der Reihe WiDy SenS und WiDy SWIR sind einsetzbar.
Sicherheit & Überwachung
Die SWIR-Kameras können in einem weiten Bereich in der Umwelt eingesetzt werden, da Nebel/Rauch/Schnee/Ähnliches bei der Bildgebung kaum stören. Die Kameras können von der Überwachung und Detektion von beweglichen Objekten, wie Drohen oder Autos bis hin zur Abschätzung von Entfernungen und Hindernissen bei selbst schlechten Umweltbedingungen verwendet werden. Kameras der Reihe SenS, WiDy SenS und HiPe SenS können verwendet werden.
Schweißen, additive Fertigung und Industrie-Überwachung
Die Überwachung des Schweißprozesses der additiven Fertigung ist sehr anspruchsvoll, da neben dem Auftreten von Rauch und Staub, die Lichtverhältnisse stark und kontrastreich sind. Bei der Überwachung in der Industrie kann die WiDy SenS 320 verwendet werden, da sie eine Hochgeschwindigkeitskamera ist. Wird der reine Schweißvorgang betrachtet, so eignet sich die Magic Camera, welche qualitativ hochwertige Bilder im Schmelzbecken ohne störende Lichtkreise und Sättigung aufnehmen kann oder mit der beim Schweißen gleichzeitig der Schweißbogen und die Schweißfase beobachtet werden kann. Kameras der Reihe WiDy SenS und WiDy SWIR und Magic Cameras sind einsetzbar.
Medizin & Life Science; Forschung & Entwicklung
Die SWIR-Technologie ermöglicht die Tiefenbildgebung von In-Vivo Anwendungen, ohne den Einsatz von Röntgentechnologie. Des Weiteren können von der FDA zugelassene Farbstoffe verwendet werden, welche eine starke Absorption im Bereich von 1300 bis 1400 nm aufweisen. Kameras der Reihe SenS, WiDy SenS und HiPe SenS können verwendet werden.
Prozess-Sortierung; Solarpanel-Überprüfung; Heißglas-Inspektion
Sobald die Überwachung der einzelnen Objekte rasch erfolgen und nur über eine Zeile gescannt werden soll, eignet sich die Line-Scan-Array LiSa, welche neben einer hohen Bildauflösung am besten. Die LiSa SWIR kann bei diesen Anwendungen am besten verwendet werden.