Industriel SWIR (infrarouge à ondes courtes) Éclairage LED opère dans le 1000-1950 nm groupe, au-delà de la coupure du détecteur de silicium à environ 1100 nm. Les LED SWIR permettent l'imagerie, détecter, et vision industrielle applications que les caméras et photodétecteurs à base de silicium ne peuvent pas voir: imagerie à travers le brouillard et à travers les tranches de silicium à 1050-1200 nm (y compris l'inspection des plaquettes de silicium), détection d'humidité à 1450 nm, sans danger pour les yeux détection industrielle à 1550 nm, et le tri des huiles et des plastiques 1650 nm. Les LED SWIR sont construites sur un matériau semi-conducteur InGaAs (par rapport à InGaN pour les LED UV-visibles et GaAs pour NIR), ce qui limite les longueurs d'onde disponibles, réduit l'efficacité de la prise murale, et augmente le coût par milliwatt d'environ 10 à 100 fois par rapport aux LED visibles. Systèmes LED multispectraux combiner plusieurs longueurs d'onde SWIR, et souvent visible / Longueurs d'onde NIR, dans des réseaux pour capturer les signatures spectrales que les sources à longueur d'onde unique ne peuvent pas, utilisé dans inspection des aliments, suppléments d'imagerie hyperspectrale, CND, éclairage de vision industrielle, et biomédical candidatures. Ce guide couvre sélection de longueur d'onde, conditionnement, Conception au niveau du système d’éclairage SWIR, et l'industriel de Yingfeng LED SWIR portefeuille pour l'intégration OEM.

Options d'angle de vision: 20°/ 30°/45°/60°/120°

Package monopuce:Dimensions: 3535/3838

Paquet de quatre puces:Dimensions: 5050/5252

Le spectre SWIR en un coup d'oeil

Ce qui différencie SWIR des LED visibles et NIR

Trois différences fondamentales déterminent le processus de sélection des composants LED SWIR:

1. InGaAs et. détection du silicium. Capteurs silicium CMOS et CCD (et photodiodes au silicium / photodétecteurs) ont des courbes d'efficacité quantique qui chutent fortement au-delà 950-1000 nm et sont effectivement aveugles au-delà de ~ 1 100 nm. Les caméras SWIR et les photodétecteurs SWIR utilisent arséniure d'indium et de gallium (InGaAs) capteurs, qui sont sensibles à travers 900-1700 nm (InGaAs standard) ou jusqu'à 2600 nm avec InGaAs étendu. Ce changement de capteur est le facteur de coût le plus important de tout système SWIR., Les caméras InGaAs coûtent généralement 10 à 50 fois plus cher que les caméras au silicium équivalentes. La sélection de la LED SWIR doit correspondre à la courbe de réponse spectrale de la caméra SWIR. Notez que SWIR est distinct de l'imagerie thermique (RAPIDE / LWIR, 3-14 µm), SWIR utilise l'éclairage réfléchi par des sources LED actives, tandis que l'imagerie thermique détecte la chaleur émise par les objets eux-mêmes.

2. Coût par milliwatt de sortie optique. Les LED SWIR utilisent un matériau semi-conducteur InGaAs (versus InGaN pour UV/visible et GaAs/AlGaAs pour NIR). La composition standard Ga₀.₄₇In₀.₅₃As, réseau adapté aux substrats de phosphure d'indium, a un seuil d'absorption optique à ~ 1,68 μm, avec des InGaA étendus allant au-delà 2.5 µm. Le matériau est plus difficile à fabriquer, a des rendements inférieurs, et une efficacité de prise murale inférieure à celle des matériaux LED bleu/vert/rouge. Les LED SWIR industrielles coûtent généralement 10 à 100 fois plus cher par milliwatt de puissance optique que les LED visibles de taille de boîtier similaire.. Cela façonne la conception du système: L'éclairage SWIR est budgétisé en énergie et piloté par impulsions pour plus d'efficacité.

3. Avantage de sécurité oculaire ci-dessus 1400 nm. Lumière à des longueurs d'onde supérieures à environ 1400 nm est fortement absorbé par l'eau de la cornée et l'humeur aqueuse de l'œil avant d'atteindre la rétine, offrant une marge de sécurité oculaire inhérente non disponible aux longueurs d'onde plus courtes. Cela se reflète dans CEI 60825-1 cadre de classification de sécurité laser/LED, qui attribue des limites d'émission accessibles plus permissives aux longueurs d'onde dans cette bande. La propriété de sécurité oculaire fait 1550 nm particulièrement attractif pour la détection industrielle, LiDAR automobile, et surveillance extérieure où l'exposition ne peut pas être contrôlée. Voir le 1550article sur le cluster nm pour plus de détails sur la classification de sécurité spécifique à l'application.

Sélection d'une LED SWIR par application

Liste de contrôle de sélection des composants LED SWIR

La longueur d'onde est la première décision (le tableau du spectre ci-dessus), mais une spécification SWIR LED complète pour 1050 à 1750 nm a six dimensions supplémentaires. Parcourez-les afin de transformer une application en une spécification de composant constructible:

1. Longueur d'onde centrale et bac. Faites correspondre la longueur d'onde centrale à la caractéristique d'absorption que vous imaginez (1450 nm pour l'eau, 1650 nm pour les hydrocarbures, et ainsi de suite). Les émetteurs SWIR ont une tolérance de longueur d'onde centrale, donc précisez le bac acceptable. Des bacs plus étroits signifient des pièces triées à un coût plus élevé.
2. Bande passante spectrale (FWHM). Confirmez que la bande passante de l'émetteur ne se répand pas dans une bande d'absorption voisine que votre classification doit séparer.. Où deux groupes sont rapprochés, ajoutez un filtre passe-bande au détecteur plutôt que de compter uniquement sur la LED (voir la note de chevauchement spectral sous Matrices de LED multispectrales).
3. Puissance radiante et irradiance sur la cible. Préciser par grandeur radiométrique, pas “luminosité.” Flux radiant (mW) est la puissance totale émise, intensité rayonnante (mW/sr) régit un faisceau étroit, et irradiance au plan de travail (mW/cm²) est ce qui pilote réellement le signal du détecteur. Rétro-calculer l'irradiance requise à partir de la sensibilité de la caméra InGaAs, délai d'exposition, et distance de travail, puis ajoutez une marge pour les pertes optiques et de fenêtre.
4. Angle et uniformité du faisceau. Choisissez la visualisation (demi-puissance) angle pour couvrir le champ d'inspection à la distance de travail. Pour la vision industrielle, budget pour un diffuseur ou un conduit de lumière pour aplatir le champ. Uniformité, pas d'intensité maximale, définit la répétabilité de l'inspection.
5. Forfait et parcours thermal. Sélectionnez le forfait (Empreintes CMS telles que 0603 et 0805, puce à bascule discrète, céramique haute puissance, ou tableau COB) contre la zone du tableau, hauteur, et la chaleur dont tu as besoin pour couler. L'efficacité de la prise murale SWIR est faible, donc la majeure partie de la puissance d'entraînement devient de la chaleur à la jonction. Les PCB à noyau métallique ou le refroidissement actif sont courants au-dessus d'environ un watt.
6. Schéma de conduite. Choisissez le continu ou le pulsé. Entraînement pulsé à 10 à 50 Le pourcentage de service augmente l'irradiation maximale et abaisse la température moyenne de jonction, mais cela nécessite un pilote capable de générer le courant de crête et un déclencheur synchronisé avec l'exposition de la caméra.. Pour les tableaux, planifier la régulation du courant par canal, car la tension directe diffère selon les longueurs d'onde.
7. Correspondance entre le détecteur et l'optique. Vérifiez que la longueur d'onde choisie se trouve à l'intérieur de l'InGaAs (ou InGaAs étendu) fenêtre de réactivité, et confirmez chaque objectif, fenêtre, et l'encapsulant sur le chemin transmet à cette longueur d'onde (quartz, saphir, ou verre classé SWIR, pas d'acrylique ou de polycarbonate standard).

Les grandeurs radiométriques à conserver sur une fiche technique ou une demande de devis:

Pour les compromis spécifiques à la longueur d'onde derrière l'étape 1, voir les articles du cluster liés dans le tableau du spectre. Pour les packages et fiches techniques disponibles, voir le Catégorie de produits SWIR LED.

Réseaux de LED multispectrales

UN réseau de LED multispectrales combine deux longueurs d'onde discrètes ou plus dans un seul ensemble optique pour capturer des informations spectrales plus riches qu'une source à longueur d'onde unique ne peut fournir. Pour l'intégration OEM, les réseaux multispectraux résolvent une classe de problèmes que l'éclairage monochromatique ne peut pas résoudre: distinguer les matériaux ayant un aspect visible similaire mais des signatures d'absorption SWIR différentes, caractérisation des revêtements de surface, et compléter les systèmes d'imagerie hyperspectrale.

Options d'architecture de baie

• Tableaux entrelacés, plusieurs puces LED sur le même substrat ou PCB, chacun émettant une longueur d'onde différente. La sortie optique est mélangée spatialement sur le plan d'éclairage. Adapté aux applications où la cible est en mouvement (convoyeur alimentaire, ligne de fabrication) et l'échantillonnage multiplexé dans le temps est acceptable.
• Séquentiel / lecteur multiplexé, chemin optique unique avec plusieurs boîtiers LED, piloté en séquence temporelle. La caméra capture une image par longueur d'onde. Séparation spectrale plus propre, fréquence d'images plus lente, nécessite une électronique d'entraînement synchronisée.
• Modules personnalisés, assemblé par le fournisseur de composants selon les spécifications OEM. Combine l'ensemble de longueurs d'onde optimal, électronique de commande, et packaging optique pour une application d’imagerie spécifique.

Considérations sur la conception du système multispectral

• Adaptation actuelle sur toutes les longueurs d'onde: différentes longueurs d'onde de LED SWIR ont des caractéristiques de tension directe et d'efficacité différentes; une sortie optique uniforme par longueur d'onde nécessite une régulation de courant par canal, pas une seule source de courant constant pour l'ensemble du réseau
• Chevauchement spectral, longueurs d'onde SWIR adjacentes (par ex., 1450 nm et 1550 nm) ont environ 30 à 40 nm de FWHM et peuvent se chevaucher; les algorithmes de classification spectrale doivent en tenir compte
• Uniformité optique, diffuseurs, conduits de lumière, ou des sphères d'intégration sont couramment utilisées pour homogénéiser spatialement la sortie multispectrale avant qu'elle n'atteigne la cible
• Gestion thermique, la chaleur générée par plusieurs LED haute puissance situées à proximité nécessite une conception minutieuse du PCB; les substrats à noyau métallique et le refroidissement actif sont typiques
• Synchronisation avec la caméra, les systèmes multispectraux nécessitent un timing précis entre les impulsions de commande des LED et l'exposition de la caméra; les signaux de déclenchement sont généralement délivrés par un contrôleur central

Conception au niveau du système pour l’éclairage SWIR et l’éclairage de vision industrielle

Un système complet d’éclairage d’imagerie ou de vision industrielle SWIR comprend quatre composants interdépendants. La source lumineuse LED SWIR en fait partie:

1. Éclairage LED SWIR, sélectionné par longueur d'onde, puissance optique, angle du faisceau, uniformité de l'éclairage, et caractéristiques de conduite
2. Caméras SWIR (Capteur InGaAs) ou photodiode/photodétecteur InGaAs, sélectionné par réponse spectrale, résolution en pixels, sensibilité, plage dynamique
3. Optique, Les lentilles en silicium et en verre couronne ne transmettent pas au-delà de ~ 1 100 nm; Les optiques SWIR utilisent du quartz, saphir, fluorure de magnésium, ou verres spécialisés à revêtement SWIR
4. Electronique de commande + timing, entraînement pulsé (cycle de service typique 10-50%) maximise la sortie optique maximale tout en gérant la charge thermique; une synchronisation précise des impulsions synchronise l'éclairage LED SWIR avec l'exposition de la caméra

La correspondance des composants est importante. UN 1550 LED nm associée à une caméra SWIR standard (Capteur InGaAs) est la combinaison signal/bruit la plus forte car cette longueur d'onde est proche du pic de sensibilité InGaAs. La même caméra associée à un 1750 La LED nm voit un signal considérablement réduit car la réactivité du capteur diminue près du bord de sa plage de sensibilité. La sélection d’une caméra InGaAs étendue résout le problème 1750 problème de sensibilité nm à un coût accru.

Pour les applications d'éclairage de vision industrielle, l'uniformité du faisceau sur tout le champ d'inspection est essentielle: un éclairage SWIR non uniforme produit un contraste incohérent qui complique l'analyse d'image en aval. Diffuseurs, conduits de lumière, ou des réseaux multi-émetteurs homogénéisent la sortie de la source lumineuse SWIR avant qu'elle n'atteigne la cible d'inspection.

Pour l'optique, le polycarbonate et l'acrylique sont transparents dans le visible mais absorbent fortement dans SWIR. Utilisez du verre classé SWIR, quartz, ou saphir pour toutes les fenêtres, lentilles, ou optique de mise en forme du faisceau dans le chemin LED. Les encapsulants LED en silicone standard sont transparents SWIR jusqu'à environ 1700 nm et sont généralement acceptables à l’intérieur du boîtier LED.

Hyperspectral vs. imagerie multispectrale, clarifier les termes

Les deux termes sont souvent utilisés de manière interchangeable mais décrivent des approches d'imagerie différentes.. Selon la distinction standard, utilisations de l'imagerie hyperspectrale continu et contigu gammes de longueurs d'onde (par ex., 400-1100 nm dans 1 nm étapes), tandis que l'imagerie multispectrale utilise un sous-ensemble de longueurs d'onde ciblées à des emplacements choisis (par ex., 400-1100 nm dans 20 nm étapes):

Les LED SWIR sont généralement déployées dans des systèmes multispectraux, pas hyperspectral. Les systèmes hyperspectraux nécessitent généralement une couverture en bande contiguë que les réseaux de LED discrets ne peuvent pas fournir.; ils utilisent des sources à large bande (halogène, lasers supercontinuum) plus spectromètres à prisme ou à réseau. Cela dit, LED SWIR supplément systèmes hyperspectraux dans certaines configurations, fournissant un éclairage haute puissance aux pics d'absorption clés tandis que le spectromètre capture le spectre complet.

Considérations relatives à l'emballage des LED SWIR

Les LED SWIR sont disponibles dans des boîtiers compacts à montage en surface pour une intégration au niveau de la carte, ainsi que des packages COB plus grands et des baies personnalisées pour les systèmes haute puissance:

• Paquets CMS, empreintes de pas standard pour montage en surface (0603, 0805, paquets de céramique plus grands) adapté à l'intégration de PCB. Yingfeng ultra-compact 0603 LED SWIR est conçu pour les applications OEM portables et miniaturisées dans des espaces limités.
• Boîtiers flip-chip discrets, minimiser la hauteur du boîtier pour des facteurs de forme minces. Utile dans les systèmes optiques où plusieurs émetteurs nécessitent un empilage vertical serré.
• Forfaits haute puissance, plusieurs puces SWIR sur un substrat en céramique avec des dissipateurs de chaleur en cuivre. Utilisé pour les applications de détection à longue portée et à haute irradiance.
• ÉPI (puce à bord), de nombreuses puces SWIR montées directement sur un substrat pour un rendement optique élevé et un éclairage uniforme de la zone. Utilisé dans les éclairages d'inspection industrielle et les réseaux multispectraux.

Deux notes matières spécifiques aux emballages SWIR:

• Le choix de l’encapsulant est important. Les silicones standard de qualité LED transmettent raisonnablement bien à travers 1700 nm. Pour 1750 nm et au-delà, les silicones à faible teneur en eau ou les puces non encapsulées sur des emballages hermétiques donnent une sortie spectrale plus propre.
• Les matériaux des fenêtres doivent être transparents SWIR. Le verre borosilicaté standard fonctionne à environ 2500 nm. Le quartz et le saphir sont des choix propres pour les environnements à haute température ou chimiquement difficiles.

Gamme de LED Yingfeng SWIR

Yingfeng-led distribue la gamme industrielle de LED SWIR de Marubeni pour l'intégration OEM. Couverture des longueurs d'onde standard 1050 nm à travers 1750 nm dans un boîtier à montage en surface et haute puissance:

• 1050 nm et 1200 nm Boîtiers CMS pour l'imagerie SWIR à courte portée, vision industrielle, et applications liées au silicium
• 1450 nm et 1550 nm Boîtiers CMS et haute puissance pour la détection de l'humidité, inspection des aliments, et détection sans danger pour les yeux
• 1650 nm et 1750 nm packages pour la détection d'hydrocarbures, recyclage, et imagerie SWIR avancée
• Packages ultra-compacts et discrets pour les conceptions portables et à espace limité (voir ultra-compact 0603 Déclencheur LED SWIR et libération de puce SWIR à profil bas)
• Réseaux multispectraux personnalisés construit à partir de la gamme de longueurs d'onde standard pour les exigences des applications OEM

Pour les spécifications complètes, fiches techniques, et des exemples de demandes, voir le Catégorie de produits SWIR LED ou contacter l'ingénierie dirigée par la technologie pour les recommandations de composants spécifiques aux OEM.

Questions fréquemment posées

Qu'est-ce qu'une LED SWIR?

Une LED SWIR est une diode électroluminescente qui émet une lumière infrarouge à ondes courtes, généralement dans le 1050-1750 plage nm. Les LED SWIR sont construites à base d'arséniure d'indium et de gallium (InGaAs) matériau semi-conducteur et nécessitent des capteurs de caméra InGaAs pour la détection car ils émettent au-delà de la coupure du détecteur de silicium à ~ 1 100 nm.

Quelle longueur d'onde de LED SWIR dois-je utiliser pour mon application?

La sélection dépend du profil d’absorption de la cible. Pour la détection de l'humidité: 1450 nm (pic d'absorption d'eau). Pour une détection extérieure sans danger pour les yeux: 1550 nm (au-dessus du 1400 nm seuil d'absorption vitreuse). Pour le tri des huiles et des plastiques: 1650 nm (Absorption des liaisons CH). Pour la vision industrielle à travers le silicium ou le brouillard: 1050-1200 nm. Pour l'imagerie multispectrale: combiner plusieurs longueurs d'onde dans un tableau.

Quelle est la différence entre les LED SWIR et les LED NIR?

NIR (proche infrarouge) Les LED émettent à 750-1000 nm et sont détectés par des caméras et des photodiodes au silicium. SWIR (infrarouge à ondes courtes) Les LED émettent à 1050-1700 nm et nécessitent des capteurs InGaAs. Les LED SWIR révèlent des informations que les systèmes basés sur silicium ne peuvent pas voir: composition des matériaux grâce aux signatures d'absorption, teneur en eau, présence d'hydrocarbures, et imagerie à travers le brouillard.

Les LED SWIR sont-elles sans danger pour les yeux?

Longueurs d'onde SWIR supérieures à environ 1400 nm (par ex., 1450, 1550, 1650, 1750 nm) sont fortement absorbés par le liquide vitré de l’œil avant d’atteindre la rétine, offrant un avantage inhérent en matière de sécurité oculaire. C'est pourquoi 1550 nm est la norme en matière de détection industrielle sans danger pour les yeux et de LiDAR automobile. LED SWIR ci-dessous 1400 nm (1050, 1200 nm) n'ont pas cet avantage et nécessitent la CEI 60825-1 classification de sécurité laser/LED par application.

Puis-je utiliser une caméra CMOS ou CCD classique avec des LED SWIR?

Non. Capteurs d'images à base de silicium (CMOS, CCD) devenir insensible au passé environ 1000 nm et sont effectivement aveugles par 1100 nm. Les LED SWIR nécessitent des capteurs InGaAs ou InGaAs étendus pour la détection. Il s'agit du facteur de coût le plus important dans la conception du système SWIR.: Les caméras InGaAs coûtent généralement 10 à 50 fois plus cher que les caméras au silicium équivalentes.

Pourquoi les LED SWIR sont-elles plus chères que les LED NIR?

Les LED SWIR utilisent un matériau semi-conducteur InGaAs, ce qui est plus difficile à fabriquer, a une efficacité de prise murale inférieure, et un volume de production inférieur à celui de l'InGaN (UV/visible) ou GaAs (NIR) matériaux utilisés dans les LED de longueur d'onde plus courte. Les LED SWIR industrielles coûtent généralement 10 à 100 fois plus cher par milliwatt de puissance optique que les LED visibles équivalentes.. Les prix de volume s'améliorent à mesure que la demande commerciale augmente pour les applications d'imagerie SWIR.

Quelle est la durée de vie typique d'une LED SWIR?

LED SWIR industrielles taux L70 (le temps de 70% sortir) à 10,000-30,000 heures en cas de fonctionnement conforme aux spécifications thermiques et électriques. La durée de vie est très sensible à la température de jonction; le déclassement du courant d'entraînement et l'ajout d'un dissipateur thermique peuvent prolonger considérablement la durée de vie opérationnelle. Fonctionnement pulsé (faible cycle de service) prolonge également la durée de vie en réduisant la température moyenne de jonction.

Comment concevoir un système d'imagerie SWIR multispectral?

Quatre composants imbriqués: (1) sélectionner la longueur d’onde définie en fonction des signatures spectrales de la cible; (2) correspondre aux réponses spectrales des LED SWIR et de la caméra InGaAs; (3) utiliser une optique transparente SWIR (quartz, saphir, Lunettes classées SWIR, le silicium et les polymères standards ne fonctionnent pas); (4) piloter les LED avec une régulation de courant par canal et synchroniser les impulsions avec l'exposition de la caméra. Les modules de réseau multispectral personnalisés d'un fournisseur de composants LED SWIR sont souvent plus rentables que la construction à partir d'émetteurs individuels pour les volumes de production..

Qu'est-ce qu'un système LED SWIR multispectral?

Un système LED SWIR multispectral combine deux ou plusieurs longueurs d'onde infrarouges à ondes courtes discrètes entre 1050 et 1750 nm dans un illuminateur, associé à une caméra InGaAs, il peut donc lire plusieurs caractéristiques d'absorption en une seule inspection. Chaque longueur d'onde cible une signature spécifique (Par exemple 1450 nm pour l'eau, 1650 nm pour les hydrocarbures), et les intensités de bande capturées classent les matériaux qui semblent identiques sous la lumière visible. Consultez la section Matrices de LED multispectrales ci-dessus pour connaître les architectures de matrice et les considérations relatives aux lecteurs..

Existe-t-il un guide de sélection des composants pour 1050 à 1750 nm LED SWIR?

Oui. Commencez par la fonction d'absorption cible pour fixer la longueur d'onde centrale (le tableau du spectre ci-dessus), puis suivez la liste de contrôle de sélection des composants en sept étapes: bac de longueur d'onde, bande passante spectrale, puissance radiante et irradiance, angle et uniformité du faisceau, emballage et chemin thermique, schéma de conduite, et le détecteur et l'optique correspondent. Cette séquence transforme une application en une spécification SWIR LED constructible sur l'ensemble de l'application. 1050 à 1750 bande nm.