虹科新品 | 迷你锗基短波红外相机——2023年棱镜奖提名

虹科提供的beyonsense锗基短波红外相机入围了SPIE国际光学和光子学协会-2023年棱镜奖-相机/传感技术类提名（1/3），棱镜奖是年度国际竞赛，旨在鼓励市场上最好的新型光学和光子学产品，以及在光学，光子学与成像科学领域中具有创新突破，并通过光学技术解决现存问题，改善现有技术，并提升生活质量的新发明与新产品，素有光学界的“奥斯卡”之称。

因为这款相机创新的传感材料与独有的特殊制造工艺，拥有优秀的红外波段响应效率的同时大幅降低了短波红外相机的成本与使用门槛，体现出强大的潜力，受到了广大国际专家的好评。

什么是短波红外？

在只考虑大气分子吸收时，大气在近红外（780_{1000nm）短波红外（1.0}2.5μm）、中波红外（3~5μm）和长波红外（8～14 μm）有4个大气红外“透射窗口”。

短波红外波段与中波和长波相比，波长较短，细节分辨力更好，有利于生成对比度较强的高分辨率图像，其成像效果更接近于可见光图像。


超过750 nm的波长是人眼看不到的，CCD或CMOS相机只能探测到最高约1050 nm的光。而900nm 至 2500 nm 波长范围的光线构成某些应用独有的光学特征，因此，SWIR相机的应用领域可以有更多拓展：例如激光分析，化学品鉴别、探测植物内部的水积聚情况，半导体行业硅产品内部的缺陷，塑料分拣，需要红外光谱的荧光应用，天文、遥感应用，透过烟雾成像，自动驾驶，国防军事、夜视等等。短波红外探测器与短波红外相机应需而生并经过了长久的发展。

创新的红外探测器

目前用于制造短波红外探测器的材料主要有HgCdTe、InGaAs、PbS、PtSi 等，随着 InGaAs 材料生长和芯片制作工艺的不断成熟，相较于其他材料，采用 InGaAs 材料制备的探测器芯片具有灵敏度高、可室温操作等优点，在短波红外探测器的选择中脱颖而出。百万像素高性能、高密度 InGaAs 大面阵焦平面阵列技术在欧美先进国家以及日本已实现产业化，最小像元中心距达到5 μm；国内目前的 InGaAs 产品规格主要是 15 μm 中心距 640×512，10 μm、15 μm 中心距 1280×1024 正在陆续推出。但InGaAs 短波红外焦平面探测器的发展已进入瓶颈期，采用铟柱互连的技术，短时间内进一步降低成本、提高分辨率存在困难。其成本高昂也导致民用领域应用受限等问题，亟需创新的短波红外探测器工艺将这一应用门槛降下来。随着性能优良的新材料不断涌现，寻找成本更低的替代材料，提升制作工艺，成为 SWIR 探测器发展的关键。

虹科提供的beyonsense相机新品是世界上第一款基于锗（Ge）的可用智能手机无线连接的短波红外相机。基于锗材料传感，区分于市面上绝大部分短波红外产品采用的InGaAs材料，在beyonsense团队不断改进锗的生长工艺后【采用获得专利的选择性外延锗Ge生长技术与成熟的 Si 基 CMOS读出电路技术相结合；同时采用双用双芯片封装 (传感器与 ROIC) 技术，相比于目前成熟的单片集成技术方案具有更强的制造灵活性】，同样的短波红外光谱响应下，可实现探测器成本降低10倍，相机轻巧5倍，功耗降低10倍。

这款相机实现了28mm超薄的小巧尺寸，此外，相机采用现代化的简单方便的无线连接的方式，个人手机、平板、电脑直接WIFI连接即可控制相机拍摄和储存，真正意义上将900nm-1700nm短波红外成像技术送到人们手掌之中。

这将可以把以往少数科研、工业生产实验室、国防等受限应用主体拓展到广大普通群众。人们将享受短波红外技术给生活带来的不一样的体验与便利，由此可开发更多短波红外应用并从中受益。我们使用的锗基短波红外技术最终目标是可以把低成本短波红外传感器件集成到汽车辅助驾驶/自动驾驶系统、甚至手机摄像头里。让普通大众也可享受短波红外技术给生活质量带来的改善。

短波红外的应用

比如雨天雾天驾驶汽车会有较大交通安全隐患，而短波红外可以透过雨雾成像，让人在恶劣天气下驾驶更加安全，同时也可辅助自动驾驶汽车中激光雷达系统、路况成像系统，为自动驾驶技术提供额外的红外视觉。又比如人们到某一旅游地点想拍摄清晰的高楼、远山等景点图片，却遭遇雨雾导致难以拍摄真实面貌，采用短波红外则可轻松穿透云雾拍摄自己想要的照片创作。相信，在通过将短波红外成本门槛降低后，这一技术将更多地走进普罗大众生活中，并推动短波红外视觉产业的发展。
短波红外应用十分广泛：激光分析，化学品鉴别、探测植物内部的水积聚情况，半导体行业硅产品内部的缺陷，塑料分拣，需要红外光谱的荧光应用，天文、遥感应用，透过烟雾成像，自动驾驶，国防军事、夜视等等，想了解更多？欢迎持续关注虹科光电Hophotonix公众号。