Imagerie à 900–1700 nm pour le silicium, les plastiques sombres et la discrimination de l’humidité
- Longueurs d’onde LED SWIR discrètes à 1050, 1200, 1300, 1450 et 1550 nm, correspondant à des bandes d’absorption spécifiques des matériaux.
- La transparence du silicium au-dessus de 1100 nm permet l’inspection interne des plaquettes et des semi-conducteurs encapsulés.
- L’absorption de l’eau à 1450 nm permet la mesure de l’humidité dans les produits alimentaires, pharmaceutiques et agricoles.
- La transmission à travers les plastiques sombres et les emballages opaques révèle des défauts cachés, invisibles en lumière visible ou en NIR.
- Capteurs InGaAs indispensables : généralement un ordre de grandeur plus coûteux que les capteurs silicium.
- Objectifs corrigés SWIR (900–1700 nm) indispensables pour une imagerie haute performance ; le verre standard présente une aberration chromatique.
L’éclairage infrarouge à ondes courtes (SWIR) étend la vision industrielle à la plage spectrale comprise approximativement entre 900 nm et 1700 nm, ouvrant des possibilités d’inspection impossibles aux longueurs d’onde du visible et du proche infrarouge. Le rayonnement SWIR traverse le silicium, les plastiques sombres et certains matériaux d’emballage, permettant l’inspection de caractéristiques internes qui nécessiteraient autrement des essais destructifs ou une imagerie par rayons X. La combinaison de l’éclairage SWIR et des capteurs InGaAs a transformé le contrôle qualité dans la fabrication de semi-conducteurs, l’assemblage électronique, l’agriculture, le tri alimentaire et l’inspection pharmaceutique.
Principe de fonctionnement de l’éclairage SWIR
L’éclairage SWIR est produit par des LED spécialisées ou par des lampes halogènes à filtrage sélectif. Les sources SWIR à LED sont disponibles à des longueurs d’onde discrètes dans les bandes 1050, 1200, 1300, 1450 et 1550 nm, chacune choisie pour des interactions spécifiques avec les matériaux. L’éclairage SWIR halogène fournit une émission à large bande sur toute la plage SWIR, mais il est moins efficace et moins adapté au fonctionnement pulsé.
La caractéristique principale de l’éclairage SWIR est sa capacité à se transmettre à travers des matériaux opaques aux longueurs d’onde du visible et du proche infrarouge. Le silicium, par exemple, devient transparent au-delà de son seuil d’absorption de bande interdite, vers 1100 nm, ce qui permet l’inspection SWIR des caractéristiques internes des plaquettes de silicium et des composants semi-conducteurs encapsulés. De nombreux plastiques sombres qui absorbent fortement la lumière visible transmettent une fraction importante de l’éclairage SWIR, permettant l’inspection de composants cachés et la vérification de l’intégrité d’assemblage à travers des boîtiers noirs.
Interactions avec les matériaux dans la plage SWIR
L’eau absorbe fortement à 1450 nm, ce qui rend cette longueur d’onde utile pour la mesure de la teneur en humidité des produits alimentaires, pharmaceutiques et agricoles. De nombreux hydrocarbures absorbent entre 1200 et 1300 nm, ce qui procure un contraste sélectif sur les plastiques, les huiles et les contaminants organiques. Les matériaux inorganiques tels que le verre et la céramique sont généralement transparents sur toute la plage SWIR, tandis que les métaux réfléchissent avec une grande efficacité, de manière analogue à leur comportement dans le visible.
Applications industrielles typiques
L’éclairage SWIR est indispensable pour l’inspection des plaquettes de silicium, des cellules photovoltaïques et des composants semi-conducteurs, où les défauts internes, les contaminations et les anomalies structurelles doivent être détectés à travers le substrat de silicium ; pour le contrôle qualité des produits en plastique noir ou sombre, où l’imagerie dans le visible est impossible ; pour la mesure de la teneur en humidité des produits alimentaires, pharmaceutiques et agricoles ; pour le tri des plastiques recyclés par type de polymère ; pour l’inspection des produits conditionnés à travers des emballages opaques ; pour le contrôle qualité des assemblages multicouches dont les couches internes doivent être vérifiées sans démontage ; et pour toute application exigeant une transparence à travers des matériaux opaques dans le visible. Les géométries spécifiques au SWIR sont conçues au sein de la gamme d’éclairages LED sur mesure.
Critères de sélection et considérations de conception
Le choix de la longueur d’onde dépend du matériau à inspecter. La transmission à travers le silicium exige des longueurs d’onde supérieures à 1100 nm, 1300 nm étant le choix standard pour une bonne transmission et une sensibilité adéquate du capteur. La mesure de l’humidité exige la bande d’absorption de l’eau à 1450 nm. La discrimination des plastiques utilise plusieurs longueurs d’onde dans la plage de 1200 à 1700 nm. La caractérisation spectrophotométrique du matériau à inspecter est indispensable avant de sélectionner la longueur d’onde d’inspection.
Le capteur doit être adapté à l’éclairage SWIR. Les capteurs silicium standard perdent toute sensibilité au-delà de 1100 nm. L’imagerie SWIR exige des capteurs InGaAs, sensibles d’environ 900 à 1700 nm mais dont le coût est supérieur d’un ordre de grandeur à celui des capteurs silicium équivalents. Le coût du capteur constitue souvent la composante dominante d’un système d’inspection SWIR et doit être pris en compte dès la phase de planification du projet.
Composants optiques pour le SWIR
Les objectifs en verre standard absorbent de manière significative au-delà d’environ 1700 nm et peuvent présenter une aberration chromatique dans la plage SWIR. Une imagerie haute performance exige des objectifs corrigés SWIR, conçus pour la bande 900-1700 nm. Les séparateurs de faisceau, polariseurs, filtres et autres composants optiques doivent également être spécifiés comme compatibles SWIR afin d’éviter toute absorption ou aberration imprévue.
Intégration et limites
Les systèmes d’inspection SWIR sont plus coûteux et plus complexes que les systèmes dans le visible ou le NIR, principalement en raison du coût des capteurs InGaAs et des optiques spécifiques au SWIR. Le choix du SWIR n’est justifié que lorsque la tâche d’inspection exige la pénétration à travers des matériaux opaques dans le visible, une sensibilité à l’absorption de l’eau ou une discrimination physico-chimique impossible à réaliser à des longueurs d’onde plus courtes.
L’autre limite est la résolution réduite des capteurs InGaAs courants par rapport aux capteurs silicium de coût équivalent. Les caméras SWIR sont disponibles en résolutions VGA et SXGA, suffisantes pour de nombreuses applications industrielles mais parfois insuffisantes pour de très petits détails ou de grands champs de vision. Pour les applications où la pénétration SWIR est recherchée mais où une très haute résolution est également requise, les systèmes hybrides combinant l’imagerie SWIR et l’imagerie haute résolution dans le visible offrent un compromis pratique.
Éclairages LED SWIR RODER Vision
RODER Vision conçoit des éclairages LED SWIR spécifiques à l’application dans la plage 900–1700 nm, pour l’inspection industrielle par vision exigeant la transmission à travers le silicium, les plastiques sombres et les emballages opaques, ou la discrimination sélective des matériaux fondée sur l’absorption.
- Configurations SWIR linéaires pour l’inspection en ligne de bandes et de plaquettes — Éclairages LED à barre
- Longueurs d’onde, géométries et ensembles SWIR spécifiques à l’application — Éclairages LED sur mesure
Pour un fonctionnement SWIR pulsé à haute puissance synchronisé avec le déclenchement de la caméra InGaAs, le catalogue RODER comprend des drivers LED et contrôleurs électroniques dédiés, compatibles avec les contrôleurs de vision industrielle et les automates programmables.