Industrial SWIR (infraroșu cu unde scurte) Iluminare LED operează în 1000-1950 nm bandă, dincolo de limita detectorului de siliciu la aproximativ 1100 nm. LED-urile SWIR permit imaginea, simțind, şi viziunea artificială aplicații pe care camerele și fotodetectoarele pe bază de siliciu nu le pot vedea: imagistica prin ceață și prin napolitane de siliciu la 1050-1200 nm (inclusiv inspecția plachetelor de siliciu), detectarea umidității la 1450 nm, sigur pentru ochi detecție industrială la 1550 nm, și sortarea uleiului și a plasticului la 1650 nm. LED-urile SWIR sunt construite pe material semiconductor InGaAs (față de InGaN pentru LED-urile UV-vizibile și GaAs pentru NIR), care limitează lungimile de undă disponibile, scade eficiența prizei de perete, și crește costul pe miliwatt cu aproximativ 10-100x față de LED-urile vizibile. Sisteme LED multispectrale combinați mai multe lungimi de undă SWIR, și adesea vizibile / lungimi de undă NIR, în rețele pentru a captura semnături spectrale sursele cu o singură lungime de undă nu pot, folosit in inspecția alimentelor, suplimente imagistice hiperspectrale, NDT, iluminare cu vedere artificială, şi biomedicale aplicatii. Acest ghid acoperă selectarea lungimii de undă, ambalaj, Design la nivel de sistem de iluminare SWIR, și industria lui Yingfeng LED SWIR portofoliu pentru integrarea OEM.

Opțiuni de unghi de vizualizare: 20°/ 30°/45°/60°/120°

Pachet cu un singur cip:Dimensiuni: 3535/3838

Pachet cu patru cipuri:Dimensiuni: 5050/5252

Spectrul SWIR dintr-o privire

Ce face SWIR diferit de LED-urile vizibile și NIR

Trei diferențe fundamentale conduc procesul de selecție a componentelor LED SWIR:

1. InGaAs vs. detectarea siliciului. Senzori CMOS și CCD din siliciu (și fotodiode de siliciu / fotodetectoare) au curbe de eficiență cuantică care scad brusc peste 950-1000 nm și sunt efectiv orbi peste ~1100 nm. Se folosesc camere SWIR și fotodetectoare SWIR arseniura de indiu galiu (InGaAs) senzori, care sunt sensibile peste tot 900-1700 nm (InGaAs standard) sau până la 2600 nm cu InGaAs extins. Această schimbare a senzorului este cel mai mare factor de cost al oricărui sistem SWIR, Camerele InGaAs costă de obicei de 10-50 de ori mai mult decât camerele echivalente din silicon. Selectarea LED-ului SWIR trebuie să se potrivească cu curba de răspuns spectral a camerei SWIR. Rețineți că SWIR este diferit de imagistica termică (RAPID / LWIR, 3-14 μm), SWIR folosește iluminarea reflectată de la surse LED active, în timp ce imagistica termică detectează căldura emisă de obiectele în sine.

2. Cost pe miliwatt de ieșire optică. LED-urile SWIR folosesc material semiconductor InGaAs (față de InGaN pentru UV/vizibil și GaAs/AlGaAs pentru NIR). Compoziţia standard Ga₀.₄₇In₀.₅₃As, zăbrele potrivite cu substraturi cu fosfură de indiu, are o limită de absorbție optică la ~1,68 μm, cu InGaAs extins ajungând dincolo 2.5 μm. Materialul este mai greu de fabricat, are randamente mai mici, și eficiență mai mică a prizei de perete decât materialele LED albastre/verzi/roșii. LED-urile SWIR industriale costă de obicei de 10-100 de ori mai mult pe miliwatt de ieșire optică decât LED-urile vizibile de dimensiune similară a pachetului. Acest lucru modelează designul sistemului: Iluminarea SWIR are un buget de putere și este condusă de impulsuri pentru eficiență.

3. Avantaj pentru siguranța ochilor de mai sus 1400 nm. Lumină la lungimi de undă peste aproximativ 1400 nm este puternic absorbit de apa din cornee și umoarea apoasă a ochiului înainte de a ajunge la retină, oferind o marjă inerentă de siguranță a ochilor care nu este disponibilă la lungimi de undă mai scurte. Acest lucru se reflectă în IEC 60825-1 cadru de clasificare a siguranței laser/LED, care atribuie limite mai permisive de emisie accesibilă lungimilor de undă din această bandă. Proprietatea de siguranță a ochilor face 1550 nm deosebit de atractiv pentru detectarea industrială, LiDAR auto, și supraveghere în aer liber unde expunerea nu poate fi controlată. Vezi 1550articol cluster nm pentru detalii de clasificare a siguranței specifice aplicației.

Selectarea unui LED SWIR în funcție de aplicație

Lista de verificare a selecției componentelor LED SWIR

Lungimea de undă este prima decizie (tabelul spectrului de mai sus), dar o specificație completă SWIR LED pentru 1050 la 1750 nm mai are șase dimensiuni. Lucrați prin ele pentru a transforma o aplicație într-o specificație de componentă care poate fi construită:

1. Lungimea de undă centrală și bin. Potriviți lungimea de undă centrală cu caracteristica de absorbție pe care o imagineați (1450 nm pentru apă, 1650 nm pentru hidrocarburi, și așa mai departe). Emițătorii SWIR au o toleranță de lungime de undă centrală, deci specificați coșul acceptabil. Pubele mai strânse înseamnă piese sortate la costuri mai mari.
2. Lățimea de bandă spectrală (FWHM). Confirmați că lățimea de bandă a emițătorului nu se scurge într-o bandă de absorbție vecină pe care clasificarea dvs. trebuie să o separe. Unde două benzi stau aproape una de cealaltă, adăugați un filtru trece-bandă la detector, în loc să vă bazați doar pe LED (consultați nota de suprapunere spectrală sub Rețele LED multispectrale).
3. Putere radiantă și iradiere la țintă. Specificați după mărime radiometrică, nu “luminozitatea.” Flux radiant (mW) este puterea totală emisă, intensitate radiantă (mW/sr) guvernează un fascicul îngust, și iradierea în planul de lucru (mW/cm²) este ceea ce conduce de fapt semnalul detectorului. Calculați înapoi iradierea necesară din sensibilitatea camerei InGaAs, timp de expunere, si distanta de lucru, apoi adăugați o marjă pentru pierderi optice și ferestre.
4. Unghiul fasciculului și uniformitatea. Alegeți vizionarea (jumătate de putere) unghi pentru a acoperi câmpul de inspecție la distanța de lucru. Pentru viziunea artificială, buget pentru un difuzor sau conductă de lumină pentru a aplatiza câmpul. Uniformitate, nu intensitatea maximă, stabilește repetabilitatea inspecției.
5. Pachetul și calea termică. Selectați pachetul (Amprente SMD cum ar fi 0603 şi 0805, flip-chip cu profil redus, ceramica de mare putere, sau matrice COB) împotriva zonei de bord, înălţime, și căldura de care aveți nevoie pentru a vă scufunda. Eficiența prizei SWIR este scăzută, astfel încât cea mai mare parte a puterii de antrenare devine căldură la joncțiune. PCB cu miez metalic sau răcirea activă este comună peste aproximativ un watt.
6. Schema de conducere. Decideți continuu versus pulsat. Conducere pulsată la 10 la 50 taxa procentuală crește iradierea de vârf și scade temperatura medie a joncțiunii, dar necesită un driver care poate sursa curentul de vârf și un declanșator sincronizat cu expunerea camerei. Pentru matrice, planificați reglarea curentului pe canal, deoarece tensiunea directă diferă în funcție de lungimile de undă.
7. Detectorul și optica se potrivesc. Verificați că lungimea de undă aleasă se află în interiorul InGaAs (sau extins-InGaAs) fereastra de receptivitate, și confirmați fiecare lentilă, fereastră, iar încapsulantul din cale transmite la acea lungime de undă (cuarţ, safir, sau sticlă clasificată SWIR, nu acrilic sau policarbonat standard).

Cantitățile radiometrice de păstrat pe o fișă de date sau o cerere de ofertă:

Pentru compromisurile specifice lungimii de undă din spatele pasului 1, vezi articolele de grup legate în tabelul cu spectru. Pentru pachetele și fișele de date disponibile, vezi Categoria de produse SWIR LED.

Rețele LED multispectrale

O matrice de LED-uri multispectrale combină două sau mai multe lungimi de undă discrete într-un singur ansamblu optic pentru a capta informații spectrale mai bogate decât o poate furniza o sursă cu o singură lungime de undă. Pentru integrarea OEM, tablourile multispectrale rezolvă o clasă de probleme pe care iluminarea monocromatică nu le poate: materiale distinctive cu aspect vizibil similar, dar semnături diferite de absorbție SWIR, caracterizarea acoperirilor de suprafata, și completarea sistemelor de imagistică hiperspectrală.

Opțiuni de arhitectură matrice

• Matrice intercalată, mai multe LED-uri moare pe același substrat sau PCB, fiecare emitând o lungime de undă diferită. Ieșirea optică este amestecată spațial pe planul de iluminare. Potrivit pentru aplicațiile în care ținta este în mișcare (transportor de alimente, linie de fabricație) iar eșantionarea multiplexată în timp este acceptabilă.
• Secvenţial / unitate multiplexată, o singură cale optică cu mai multe pachete LED, condus în succesiune temporală. Camera captează un cadru pe lungime de undă. Separare spectrală mai curată, rata de cadre mai mică, necesită un sistem electronic de antrenare sincronizat.
• Module personalizate, asamblat de furnizorul de componente conform specificațiilor OEM. Combină setul optim de lungimi de undă, electronica de conducere, și ambalaje optice pentru o aplicație specifică de imagistică.

Considerații de proiectare a sistemului multispectral

• Potrivirea curentului pe lungimi de undă: diferite lungimi de undă SWIR LED au diferite caracteristici de tensiune directă și eficiență; ieșirea optică uniformă pe lungime de undă necesită o reglare a curentului pe canal, nu o singură sursă de curent constant pentru întreaga matrice
• Suprapunere spectrală, lungimi de undă SWIR adiacente (de ex., 1450 nm și 1550 nm) au ~30-40 nm FWHM și se pot suprapune; algoritmii de clasificare spectrală trebuie să țină seama de acest lucru
• Uniformitate optică, difuzoare, conducte de lumină, sau sferele de integrare sunt utilizate în mod obișnuit pentru a omogeniza spațial ieșirea multispectrală înainte de a ajunge la țintă
• Management termic, căldura generată de multiple LED-uri de mare putere aflate în imediata apropiere necesită o proiectare atentă a PCB-ului; substraturile cu miez metalic și răcirea activă sunt tipice
• Sincronizare cu camera, sistemele multispectrale necesită sincronizare precisă între impulsurile de transmisie LED și expunerea camerei; semnalele de declanșare sunt de obicei furnizate de la un controler central

Design la nivel de sistem pentru iluminarea SWIR și iluminarea cu viziune artificială

Un sistem complet de iluminare cu imagini SWIR sau cu viziune artificială are patru componente interdependente. Sursa de lumină LED SWIR este una dintre ele:

1. Iluminare LED SWIR, selectate după lungimea de undă, putere optică, unghiul fasciculului, uniformitatea luminii, și caracteristicile de conducere
2. Camere SWIR (Senzor InGaAs) sau fotodiodă/fotodetector InGaAs, selectate prin răspuns spectral, rezoluția pixelilor, sensibilitate, interval dinamic
3. Optica, lentilele din silicon și din sticlă de coroană nu transmit peste ~1100 nm; Optica SWIR folosește cuarț, safir, fluorură de magneziu, sau ochelari specializați acoperiți cu SWIR
4. Electronica de conducere + sincronizare, acţionare pulsată (ciclu de lucru tipic 10-50%) maximizează puterea optică de vârf gestionând în același timp sarcina termică; sincronizarea precisă a pulsului sincronizează iluminarea LED SWIR cu expunerea camerei

Potrivirea componentelor contează. O 1550 LED nm asociat cu o cameră SWIR standard (Senzor InGaAs) este cea mai puternică combinație semnal-zgomot, deoarece lungimea de undă este aproape de vârful de sensibilitate InGaAs. Aceeași cameră asociată cu un 1750 LED-ul nm vede un semnal semnificativ redus, deoarece sensibilitatea senzorului scade aproape de marginea intervalului sensibil. Selectarea unei camere InGaAs extinse rezolvă problema 1750 Problemă de sensibilitate nm la costuri crescute.

Pentru aplicații de iluminat cu viziune artificială, uniformitatea fasciculului în câmpul de inspecție este critică: Iluminarea SWIR neuniformă produce un contrast inconsecvent care complică analiza imaginii în aval. Difuzoare, conducte de lumină, sau rețelele cu mai mulți emițători omogenizează ieșirea sursei de lumină SWIR înainte ca aceasta să atingă ținta de inspecție.

Pentru optică, policarbonatul și acrilul sunt transparente în vizibil, dar absorb puternic în SWIR. Utilizați sticlă clasificată SWIR, cuarţ, sau safir pentru orice ferestre, lentilele, sau optica de modelare a fasciculului în calea LED-ului. Încapsulantele LED standard din silicon sunt transparente SWIR până la aproximativ 1700 nm și sunt în general acceptabile în interiorul pachetului LED.

Hiperspectral vs. imagistica multispectrala, clarificarea termenilor

Cei doi termeni sunt adesea folosiți în mod interschimbabil, dar descriu abordări imagistice diferite. Conform distincției standard, utilizări imagistice hiperspectrale continuu si contigu intervale de lungimi de undă (de ex., 400-1100 nm in 1 nm pași), în timp ce imagistica multispectrală utilizează a subset de lungimi de undă vizate în locațiile alese (de ex., 400-1100 nm in 20 nm pași):

LED-urile SWIR sunt de obicei instalate în sisteme multispectrale, nu hiperspectral. Sistemele hiperspectrale au nevoie de obicei de o acoperire în bandă contigue pe care nu o pot oferi matricele de LED-uri discrete; folosesc surse de bandă largă (halogen, lasere cu supercontinuu) plus spectrometre cu prismă sau rețele. Acestea fiind spuse, LED-uri SWIR supliment sisteme hiperspectrale în unele configurații, oferind iluminare de mare putere la vârfurile cheie de absorbție, în timp ce spectrometrul captează întregul spectru.

Considerații de ambalare pentru LED-urile SWIR

LED-urile SWIR vin în pachete compacte de montare pe suprafață pentru integrarea la nivel de placă, plus pachete COB mai mari și matrice personalizate pentru sisteme de mare putere:

• Pachete SMD, amprente standard de suprafață (0603, 0805, pachete ceramice mai mari) potrivit pentru integrarea PCB. a lui Yingfeng ultra-compact 0603 LED SWIR este proiectat pentru aplicații OEM miniaturizate și portabile cu spațiu limitat.
• Pachete flip-chip cu profil redus, minimizați înălțimea pachetului pentru factorii de formă subțiri. Util în sisteme optice în care emițători multipli au nevoie de stivuire verticală strânsă.
• Pachete de mare putere, mai multe cipuri SWIR pe un substrat ceramic cu distribuitoare de căldură din cupru. Folosit pentru aplicații de detecție pe distanță lungă și cu radiație ridicată.
• ŞTIULETE (chip-on-board), multe cipuri SWIR montate direct pe un substrat pentru o putere optică mare și iluminare uniformă a zonei. Folosit în iluminatoare industriale de inspecție și matrice multispectrale.

Două note de materiale specifice ambalajelor SWIR:

• Alegerea încapsulantei contează. Silicoanele standard de calitate LED transmit destul de bine prin 1700 nm. Pentru 1750 nm și mai departe, siliconii cu conținut scăzut de apă sau cipurile neîncapsulate pe ambalajele ermetice oferă o ieșire spectrală mai curată.
• Materialele ferestrelor trebuie să fie transparente SWIR. Sticla borosilicată standard funcționează la aproximativ 2500 nm. Cuarțul și safirul sunt alegeri curate pentru medii cu temperaturi ridicate sau dure din punct de vedere chimic.

Portofoliul Yingfeng SWIR LED

Yingfeng-led distribuie portofoliul industrial SWIR LED al lui Marubeni pentru integrarea OEM. Acoperă lungimile de undă standard 1050 nm prin 1750 nm în ambalaje de suprafață și de mare putere:

• 1050 nm și 1200 nm Pachete SMD pentru imagini SWIR cu rază scurtă de acțiune, viziunea artificială, și aplicații legate de siliciu
• 1450 nm și 1550 nm SMD și pachete de mare putere pentru detectarea umidității, inspecția alimentelor, și detecție sigură pentru ochi
• 1650 nm și 1750 nm pachete pentru detectarea hidrocarburilor, reciclare, și imagistica SWIR avansată
• Pachete ultracompacte și cu profil redus pentru modele purtabile și cu spațiu limitat (vedea ultra-compact 0603 Eliberare LED SWIR şi eliberare SWIR flip-chip cu profil redus)
• Rețele multispectrale personalizate construit din portofoliul standard de lungimi de undă pentru cerințele aplicațiilor OEM

Pentru specificatii complete, fișe de date, și cereri de mostre, vezi Categoria de produse SWIR LED sau contactați ingineria condusă de tehnologie pentru recomandări de componente specifice OEM.

Întrebări frecvente

Ce este un LED SWIR?

Un LED SWIR este o diodă emițătoare de lumină care emite lumină infraroșie cu unde scurte, de obicei în 1050-1750 interval nm. LED-urile SWIR sunt construite pe arseniura de indiu galiu (InGaAs) material semiconductor și necesită senzori de cameră InGaAs pentru detectare, deoarece emit dincolo de limita detectorului de siliciu la ~1100 nm.

Ce lungime de undă SWIR LED ar trebui să folosesc pentru aplicația mea?

Selecția depinde de profilul de absorbție al țintei. Pentru detectarea umidității: 1450 nm (vârf de absorbție a apei). Pentru detectarea în aer liber în siguranță pentru ochi: 1550 nm (deasupra 1400 nm pragul de absorbtie vitroasa). Pentru sortarea uleiului și a plasticului: 1650 nm (Absorbția legăturii C-H). Pentru viziune artificială prin siliciu sau ceață: 1050-1200 nm. Pentru imagini multispectrale: combina mai multe lungimi de undă într-o matrice.

Care este diferența dintre LED-urile SWIR și LED-urile NIR?

NIR (infraroșu apropiat) LED-urile emit la 750-1000 nm și sunt detectate de camere cu siliciu și fotodiode. SWIR (infraroșu cu unde scurte) LED-urile emit la 1050-1700 nm și necesită senzori InGaAs. LED-urile SWIR dezvăluie informații pe care sistemele pe bază de siliciu nu le pot vedea: compoziţia materialului prin semnături de absorbţie, continutul de apa, prezența hidrocarburilor, și imagini prin ceață.

Sunt LED-urile SWIR sigure pentru ochi?

Lungimi de undă SWIR peste aproximativ 1400 nm (de ex., 1450, 1550, 1650, 1750 nm) sunt puternic absorbite de lichidul vitros din ochi înainte de a ajunge la retină, oferind un avantaj inerent al siguranței ochilor. Acesta este motivul pentru care 1550 nm este standardul pentru detectarea industrială sigură pentru ochi și LiDAR auto. LED-uri SWIR de mai jos 1400 nm (1050, 1200 nm) nu au acest avantaj și necesită IEC 60825-1 Clasificare de siguranță laser/LED pe aplicație.

Pot folosi o cameră CMOS sau CCD obișnuită cu LED-uri SWIR?

Nu. Senzori de imagine pe bază de siliciu (CMOS, CCD) devin insensibil trecut aproximativ 1000 nm și sunt efectiv orbi de 1100 nm. LED-urile SWIR necesită senzori InGaAs sau InGaAs extins pentru detectare. Acesta este cel mai mare factor de cost în proiectarea sistemului SWIR: Camerele InGaAs costă de obicei de 10-50 de ori mai mult decât camerele echivalente din silicon.

De ce sunt LED-urile SWIR mai scumpe decât LED-urile NIR?

LED-urile SWIR folosesc material semiconductor InGaAs, care este mai greu de fabricat, are o eficiență mai mică a prizei de perete, și volum de producție mai mic decât InGaN (UV/vizibil) sau GaAs (NIR) materialele utilizate în LED-urile cu lungime de undă mai mică. LED-urile SWIR industriale costă de obicei de 10-100 de ori mai mult per miliwatt de ieșire optică decât LED-urile vizibile echivalente. Prețurile de volum se îmbunătățesc pe măsură ce cererea comercială crește pentru aplicațiile de imagistică SWIR.

Care este durata de viață tipică a unui LED SWIR?

LED-uri SWIR industriale cota L70 (timpul să 70% ieșire) la 10,000-30,000 ore atunci când funcţionează conform specificaţiilor termice şi electrice. Durata de viață este foarte sensibilă la temperatura joncțiunii; reducerea curentului de antrenare și adăugarea de radiații pot prelungi substanțial durata de viață. Funcționare în impulsuri (ciclu de lucru scăzut) de asemenea, prelungește durata de viață prin reducerea temperaturii medii a joncțiunii.

Cum proiectez un sistem de imagini SWIR multispectral?

Patru componente interblocate: (1) selectați setul de lungime de undă pe baza semnăturilor spectrale ale țintei; (2) potriviți cu LED-urile SWIR și răspunsurile spectrale ale camerei InGaAs; (3) utilizați optică transparentă SWIR (cuarţ, safir, Ochelari clasificați SWIR, siliciul și polimerii standard nu funcționează); (4) conduceți LED-urile cu reglarea curentului pe canal și sincronizați impulsurile cu expunerea camerei. Modulele de matrice multispectrale personalizate de la un furnizor de componente SWIR LED sunt adesea mai rentabile decât construirea din emițători individuali pentru volume de producție.

Ce este un sistem LED SWIR multispectral?

Un sistem LED SWIR multispectral combină două sau mai multe lungimi de undă discrete în infraroșu de undă scurtă între 1050 şi 1750 nm într-un iluminator, asociat cu o cameră InGaAs, astfel încât poate citi mai multe caracteristici de absorbție într-o singură inspecție. Fiecare lungime de undă vizează o semnătură specifică (de exemplu 1450 nm pentru apă, 1650 nm pentru hidrocarburi), iar intensitățile benzilor capturate clasifică materialul care arată identic în lumina vizibilă. Consultați secțiunea Multispectrale LED-uri de mai sus pentru arhitecturi de matrice și considerații ale unităților.

Există un ghid de selecție a componentelor pentru 1050 la 1750 nm LED-uri SWIR?

Da. Începeți de la caracteristica de absorbție a țintei pentru a fixa lungimea de undă centrală (tabelul spectrului de mai sus), apoi lucrați lista de verificare a selecției componentelor în șapte pași: bin de lungime de undă, lățimea de bandă spectrală, putere radiantă și iradiere, unghiul fasciculului și uniformitatea, pachet și cale termică, schema de conducere, iar detectorul și optica se potrivesc. Această secvență transformă o aplicație într-o specificație SWIR LED construibilă în întregime 1050 la 1750 banda nm.