Was ist eine SWIR Kamera?

Wenn Sie in optischen Laboren, der industriellen Inspektion oder der Umweltüberwachung arbeiten, sind Sie wahrscheinlich schon häufig auf den Begriff SWIR-Kamera gestoßen. Herkömmliche sichtbare Kameras können unter Nebel, Rauch oder bestimmten undurchsichtigen Materialien keine klaren Ziele erfassen. Mittelwellen- und langwellige Wärmebildkameras konzentrieren sich nur auf Wärmesignale und bieten keine detaillierten Oberflächeninformationen. Die kurzwellige Infrarotbildgebung schließt diese Lücke perfekt und ist zu einem Standard-Optikgerät in vielen Branchen geworden.

Dieser Leitfaden behandelt grundlegende Kenntnisse der SWIR-Bildgebung. Wir werden seine spektralen Merkmale, die interne Funktionsweise, zwei gängige Gerätetypen und weit verbreitete Anwendungsszenarien erläutern. Sie können ein grundlegendes Verständnis erlangen, ohne einen komplexen technischen Hintergrund zu benötigen.

Spektralbereich von NIR, SWIR, MWIR und LWIR

SWIR steht für Short Wave Infrared (Kurzwellen-Infrarot). Sein Standard-Arbeitswellenlängenbereich liegt zwischen 900 nm und 1700 nm, was zwischen dem nahen Infrarot und dem mittelwelligen, langwelligen thermischen Infrarot liegt.

Sichtbares Licht deckt 400–700 nm ab, und winzige Partikel streuen Lichtwellen in diesem Bereich stark. Sobald die Luft mit Dunst oder Rauch gefüllt ist, wird das sichtbare Bild verschwommen und verliert gültige Zieldetails. Mittelwellen- und langwellige Infrarotdetektion erfasst Wärmestrahlung über 3 µm, die nur Temperaturunterschiede und nicht die Materialtextur widerspiegelt.

Das 900–1700-nm-Band von SWIR weist beim Durchgang durch Nebel und dünnen Rauch eine geringe Streuung auf, wodurch es diese Bedingungen effektiver als sichtbares Licht durchdringen kann, während es gleichzeitig die detaillierten Bildgebungsfähigkeiten bietet, die mittel- und langwelligen Infrarot-Detektionssystemen fehlen. Verschiedene Substanzen zeigen in diesem Spektrum unterschiedliche Reflexionswerte. Dieses Kernmerkmal hebt SWIR-Kameras von anderen Infrarot-Bildgebungsgeräten ab.

Die meisten industriellen SWIR-Kameras verwenden InGaAs-Bildsensoren als Kernkomponente zur Lichterfassung. InGaAs-Materialien können kurzwellige Infrarotstrahlung, die für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist, effektiv absorbieren.

Der Arbeitsablauf einer SWIR-Kamera folgt einer einfachen Logik. Vom Ziel reflektiertes Infrarotlicht durchläuft die optische Linse und trifft auf den InGaAs-Sensor. Der Sensor wandelt optische Signale in elektrische Signale um. Nach interner Signalverarbeitung gibt das System sichtbare digitale Bilder zur Beobachtung und Analyse aus.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Industriekameras sind SWIR-Geräte in vielen natürlichen Umgebungen, wie z. B. Sonnenlicht während des Tages oder atmosphärisches Leuchten in der Nacht, nicht auf zusätzliche starke Beleuchtung angewiesen. Sie können passive Reflexionssignale von Objekten bei natürlichen Lichtverhältnissen erfassen. In vollständig dunklen Umgebungen ist jedoch eine zusätzliche Beleuchtung erforderlich.

Links ist die ungekühlte SWIR-Kamera – GS-SW171550-UC-G, rechts ist die gekühlte SWIR-Kamera – GS-SW171550-C2a-G. Das Gehäuse der gekühlten Kamera hat Lüftungsschlitze.

Der größte Klassifizierungsstandard für SWIR-Kameras ist das interne Kühldesign, das in ungekühlte und gekühlte Modelle unterteilt ist.

Ungekühlte SWIR-Kameras verfügen über kein integriertes Kühlmodul. Sie zeichnen sich durch ein kompaktes Design, geringen Stromverbrauch aus und können über längere Zeiträume kontinuierlich betrieben werden, wobei sie in Umgebungen mit konstanter Temperatur eine ausgezeichnete Stabilität aufweisen. Diese Kameras eignen sich für die meisten allgemeinen industriellen Inspektions- und Outdoor-Überwachungsumgebungen, in denen keine hohe Präzision erforderlich ist.

Gekühlte SWIR-Kameras integrieren eine thermoelektrische Halbleiterkühltechnologie (TEC), um die Innentemperatur des Sensors zu senken. Niedrigere Temperaturen reduzieren das Dunkelstromrauschen im Sensor erheblich, was zu klareren und empfindlicheren Bildergebnissen führt. Diese Geräte eignen sich besser für hochpräzise Labortests und optische Messaufgaben mit langer Belichtungszeit.

Unabhängig vom Typ entwickeln die Hersteller passende Gehäuse und Schnittstellen, um sie an unterschiedliche Installationsumgebungen anzupassen.

SWIR-Kameras sind flexibel einsetzbar und können in Dutzenden von industriellen und Forschungsbereichen eingesetzt werden.

Erstens ist die industrielle maschinelle Sichtprüfung die ausgereifteste Anwendungsrichtung. SWIR kann dünne Kunststoff-, Silizium- und organische Verpackungsmaterialien durchdringen, um interne Risse, Blasen und ungleichmäßige Texturen zu finden, die für sichtbares Licht unsichtbar sind. Die Materialsortierung an Produktionslinien beruht ebenfalls auf der einzigartigen spektralen Identifikationsfähigkeit von SWIR.

Die SWIR-Kamera kann zur Inspektion von Wafer-Bonding verwendet werden. Die schwarze, undurchsichtige Substanz ist eine Luftblase oder Verunreinigung.

Zweitens wird die Halbleiterfertigung häufig mit SWIR-Bildgebung eingesetzt. Siliziumwafer sind im kurzwelligen Infrarotbereich transparent. Bediener können winzige Oberflächenfehler und interne Schäden von Wafern direkt mit SWIR-Geräten überprüfen.

Drittens ist die optische Laserprüfung ein weiteres wichtiges Szenario. SWIR-Sensoren können unsichtbare Laserflecken erfassen und unterstützen die Laserjustage, die Beobachtung des Strahlprofils und die Stabilitätsprüfung.

Viertens nutzt die wetterunabhängige Outdoor-Überwachung die Rauchdurchdringungsfunktion von SWIR voll aus. Bei der Überwachung von Waldbränden können SWIR-Geräte versteckte schwelende Hotspots lokalisieren, die von dichtem Rauch bedeckt sind. Sie funktioniert auch für die tägliche Überwachung von nebligen Tälern.

Neben den oben genannten Bereichen setzen viele universitäre optische Labore SWIR-Kameras für die Spektralanalyse und die Erforschung von Materialeigenschaften ein.

Als professioneller Hersteller, der sich auf Infrarot- und Laser-Optoelektronikprodukte konzentriert, entwickelt Gatherstar eine komplette Serie von SWIR-Bildgebungsgeräten, die den oben genannten Anwendungsanforderungen entsprechen.

Gatherstar bietet sowohl ungekühlte als auch gekühlte SWIR-Kameras für unterschiedliche Präzisionsanforderungen. Eine vollständige Palette von unterstützenden optoelektronischen Prüfinstrumenten ist ebenfalls erhältlich, um mit SWIR-Kameras für optische Kalibrierungs- und Felderkennungsarbeiten zusammenzuarbeiten.

Alle Produkte folgen stabilen industriellen Designstandards und können an komplexe Arbeitsbedingungen angepasst werden, einschließlich hoher Luftfeuchtigkeit, Temperaturschwankungen und langer kontinuierlicher Betriebsdauer. Sie können die gesamte Produktpalette auf der offiziellen Website durchsuchen, um weitere grundlegende Informationen über optoelektronische Geräte zu erhalten.

Wenn Sie in der optischen Forschung, industriellen Inspektion, Halbleiterfertigung oder Umweltüberwachung tätig sind und grundlegende Informationen über SWIR-Bildgebungsgeräte benötigen, können Sie sich für Anfragen an unser Team wenden.

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