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ST640-50 科研型短波红外面阵相机
04 成像相机 · 短波红外

ST640-80 制冷型短波红外相机

640 × 512 / 15 µm · 0.95–1.65 µm · 100 fps · 四级 TEC 水冷 −80 ℃ · 16 bit

640 × 512100 fps−80 ℃ 水冷16 bit68 dB

产品简介

ST640-80 把同一片 640 × 512 / 15 µm 的 InGaAs 焦平面推到深低温:四级 TEC 配合 20 ℃ 水冷,焦平面稳定在 −80 ℃,暗电流 ≤650 e⁻/s/pix。读出链换成 16 bit、三档转换增益(36.7 / 1.47 / 0.3 e⁻/count),最大信噪比 68 dB,全幅 100 fps。适合需要长时间累积的极弱光场景:EMMI 发光点、电池 EL、深空天体与活体荧光长时程。

原文出处:参数引自产品规格书;应用场景按行业通用配置整理。

核心特点

1

−80 ℃ 深低温,长累积不糊

四级 TEC + 水冷把焦平面压到 −80 ℃,暗电流 ≤650 e⁻/s/pix;分钟级累积时热噪声不再主导,弱发光点不会被暗电流淹没。

2

16 bit / 68 dB 动态范围

三档转换增益从 36.7 到 0.3 e⁻/count:LG 档满阱 2.1 Me⁻ 接高亮透射,HG 档读噪 29 e⁻ 接弱发光,一次装样不必换机。

3

100 fps 全幅 + 全局快门

640 × 512 全幅 100 fps,16 µs 起曝光;电池片过片、晶圆扫描不产生拖影,也支持 ROI 再提速。

4

UDP 输出,组网方便

Mono 16 over UDP,长距离传输不需要中继;多台相机可挂在同一交换机上,适合产线多工位与远程台站。

5

C-mount + 小型化

110 × 110 × 105 mm、C-mount,可直接接红外显微物镜、工业镜头或望远镜后端。

原文出处:以下四条对应规格书的核心指标。

主要技术参数

指标名称参数值
产品型号ST640-80
传感器类型InGaAs
光谱响应范围0.95 ± 0.05 – 1.65 ± 0.05 µm @RT
分辨率 / 帧率640 × 512 @ 100 fps
像元尺寸15 × 15 µm
靶面尺寸3/4"
ADC16 bit
数据格式Mono 16
曝光时间范围16 µs 起
快门模式全局快门
数据接口UDP
转换增益(LG/MG/HG)36.7 / 1.47 / 0.3 e⁻/count
读出噪声(LG/MG/HG)807 / 47 / 29 e⁻
满阱电荷(LG/MG/HG)2.1 Me⁻ / 73.7 ke⁻ / 13.9 ke⁻
数字动态范围(LG/MG/HG)68 / 64 / 53.6 dB
最大信噪比(LG/MG/HG)68 / 64 / 53.6 dB
暗电流≤ 650 e⁻/s/pix @ −80 ℃(水冷)
制冷温度−80 ℃ @ 水冷 20 ℃
供电方式DC 12 V
功耗< 80 W(TEC ON)
工作温度0 ℃ – +30 ℃
尺寸110 × 110 × 105 mm
镜头接口C-mount

数据出处:以下参数引自 ST640-80 产品规格书;增益相关指标在 CDS 条件下测得。

选型要点

1什么时候必须上 80 型?

两种情况:① 单帧曝光超过 5 s 的弱光——EMMI、深空、活体长时程,暗电流随曝光线性累积,−50 ℃ 与 −80 ℃ 的差距会直接体现在信噪比上;② 需要 16 bit 保留暗端梯度,例如 EL 图里同时有发光强的栅线与几乎不发光的三线区。

怎么选长曝光 / 高动态 → ST640-80

2水冷条件麻烦吗?

需要 20 ℃ 循环水,小型冷水机即可,功耗 <80 W(TEC ON)。若现场不能接水路,选 50 型风冷方案更省事,代价是暗电流高约 8%。

怎么选不能接水路 → ST640-50

3100 fps 对我有用吗?

产线在线全检、电池片过片、运动目标跟踪需要高帧率;离线抽检与研发用 50 Hz 已够。80 型的 100 fps 是全幅,开 ROI 还能更快。

怎么选在线全检 → ST640-80

常见问题

ST640-80 的 −80 ℃ 需要什么条件?
水冷机温度 20 ℃、CDS 开启条件下焦平面可达 −80 ℃;暗电流 ≤650 e⁻/s/pix。
三档增益怎么用?
LG(36.7 e⁻/count,满阱 2.1 Me⁻)用于高亮透射与 EL 全片;MG 为默认折中;HG(0.3 e⁻/count,读噪 29 e⁻)用于弱发光点定位。
UDP 输出稳定吗?
Mono 16 over UDP,适合长距离与多机联网;丢包敏感场景建议直连或专用交换,配合 SDK 做帧校验。
能不能替代制冷型科学 CCD 做 SWIR?
波段不同。硅 CCD 在 1100 nm 以上没有响应,SWIR 检测必须用 InGaAs;需要 1.7 µm 以上则要 MCT,制冷与成本另算。
和 50 型共用什么附件?
同为 C-mount、同为 640 × 512 / 15 µm,镜头、显微物镜、滤光片架可互换。

典型应用与配置要求

01 半导体失效分析与光子发射定位

集成电路缺陷的光子发射(EMMI)显微定位

应用原理集成电路中的缺陷点(栅氧漏电、结漏电、ESD 损伤)在加偏压时发生载流子复合,辐射出的光子能量低于硅带隙,波长落在 1100–1600 nm,可见光相机完全看不到。硅在 1100 nm 以上开始透明,因此从减薄后的背面成像,可以直接看到金属层下方的发光点,把失效定位到单个器件。

对设备的要求① 响应覆盖 0.9–1.7 μm,1100 nm 以上量子效率要够;② 暗电流足够低,因为发光极弱、常需 10 s 以上累积;③ 14 bit 以上量化与多档增益,兼顾弱发光与亮场对位;④ 全局快门,避免累积期间漂移拖影;⑤ C-mount 直接接探针台或红外显微镜。

本型号如何满足ST640-50:0.95–1.65 μm、640×512、15 μm 像元、14 bit、3 档增益、曝光 15 μs–60 s、三级 TEC 至 −50℃、暗电流 ≤700 e⁻/s/pix、读出噪声 ≤15 e⁻(HG)、C-mount。ST640-80:同为 640×512、15 μm,四级 TEC 水冷至 −80℃、暗电流 ≤650 e⁻/s/pix、16 bit、68 dB 动态范围。

相对优势长曝光场景选 80 型,深制冷把暗电流压到 650 e⁻/s/pix,10 s 累积也不会被热噪声填满;要与探针台联动就选 50 型,网口与 CameraLink 双接口、配套 SDK 可直接嵌进原有测试流程。

适用型号:ST640 系列(ST640-50 / ST640-80)

方法出处Lim 等,《Failure Analysis of Sub-Micron Semiconductor Integrated Circuit Using Backside Photon Emission Microscopy》· International Symposium for Testing and Failure Analysis (ISTFA) · 1999 · DOI 10.31399/asm.cp.istfa1999p0109

02 硅片与晶锭内部缺陷检测

硅锭、硅片内部气泡、夹杂与隐裂的透射成像

应用原理硅对波长大于约 1100 nm 的光子几乎不吸收,短波红外可以像 X 光一样穿过硅体。透射成像时,内部气泡、夹杂物、微裂纹会改变光路或被吸收,在均匀背景上形成暗斑;可见光只能看表面形貌,对埋在内部几十微米的缺陷无能为力。

对设备的要求① 0.9–1.7 μm 响应;② 高动态范围,薄处透亮、厚处偏暗要同时落在有效码值内;③ 平场与坏点校正,否则照明不均会被误判成缺陷;④ 全局快门,适合晶片平移扫描。

本型号如何满足ST640-50 板载非均匀性校正、坏点校正与滤波,14 bit、3 档增益可按样品厚度切换;ST640-80 为 16 bit、68 dB 动态范围,厚晶锭一次采全。两者均为 640×512、15 μm、全局快门。

相对优势板载校正把平场处理放进相机,产线上不必再加一套图像预处理;C-mount 直接配工业镜头或显微物镜,改造成本低。

适用型号:ST640 系列(ST640-50 / ST640-80)

方法出处Werner 等,《Identification of Microdefects in Multicrystalline Silicon》· MRS Proceedings · 1997 · DOI 10.1557/proc-469-89

03 光伏电池电致发光与光致发光成像

晶硅电池的 EL / PL 缺陷成像

应用原理电池加正向偏压后,电子与空穴辐射复合发光,晶硅的发光峰约在 1150 nm;有隐裂、断栅、黑片、杂质污染的区域发光明显变弱,缺陷带还会在 1300–1600 nm 出现亚带隙发光。用短波红外相机拍下这张发光图,一次就能看出整片缺陷分布,比逐点 IV 测试快得多。

对设备的要求① 对 1150 nm 与 1300–1600 nm 都要有响应;② 帧率匹配产线节拍;③ 全局快门,避免电池片移动时拖影;④ 支持外触发与 SDK 集成,和上料、通电时序对齐。

本型号如何满足ST640-50 覆盖 0.95–1.65 μm、50 Hz 全幅;ST640-80 同分辨率下 100 fps、16 bit。两者均为全局快门、Snapshot 积分,SDK 可做时序同步与二次开发。

相对优势在线全检选 80 型,100 fps 全幅不必开 ROI;离线抽检与研发选 50 型,风冷即可工作,不需要水冷配套。

适用型号:ST640 系列(ST640-50 / ST640-80)

方法出处《Progress in module level quantitative electroluminescence imaging of crystalline silicon PV module: A review》· Solar Energy · 2023 · DOI 10.1016/j.solener.2023.111994

04 活体荧光成像(第二近红外窗口)

1000–1700 nm 窗口的小动物活体荧光成像

应用原理生物组织在 1000–1700 nm 的散射与自荧光都显著低于可见和 700–900 nm 的第一近红外窗口,光能穿得更深、背景更干净。用发射落在这个窗口的探针(稀土纳米颗粒、量子点、碳纳米管),可以在完整皮肤外看到深层血管、淋巴结与肿瘤富集。

对设备的要求① 探测器在 1000–1700 nm 高量子效率;② 极低暗电流与读出噪声,因为探针亮度低、曝光常在秒级;③ 制冷稳定,长时间成像不漂;④ 16 bit 保留弱信号层次。

本型号如何满足ST640-50:读出噪声 ≤15 e⁻(HG)、暗电流 ≤700 e⁻/s/pix@−50℃、14 bit;ST640-80:水冷 −80℃、暗电流 ≤650 e⁻/s/pix、16 bit、最大信噪比 68 dB。

相对优势长时程活体序列选 80 型,深制冷换来几十分钟内基线不爬;短时成像选 50 型,风冷、≤36 W,动物房环境即可部署。

适用型号:ST640 系列(ST640-50 / ST640-80)

方法出处Wang 等,《Recent Progress in Second Near-Infrared (NIR-II) Fluorescence Imaging in Cancer》· Biomolecules · 2022 · DOI 10.3390/biom12081044

05 天文深空弱光成像

红移星系与星云的短波红外成像

应用原理高红移天体的特征谱线被推到近红外,地面观测的 J、H 波段正落在 1.0–1.7 μm;这一波段还有大气 OH 辉光背景,要求探测器本身噪声极低,才能在不做长时间堆叠的情况下分出暗弱结构。

对设备的要求① 0.9–1.7 μm 高量子效率;② 暗电流尽可能低,单帧曝光可达数十秒;③ 16 bit 以上,保留暗端梯度;④ 全局快门,避免读出期间星像拖尾;⑤ 无需液氮,台站可无人值守。

本型号如何满足ST640-80:四级 TEC 水冷至 −80℃、暗电流 ≤650 e⁻/s/pix、16 bit、68 dB、100 fps、全局快门;ST640-50 为 −50℃、14 bit,适合短曝光导星与准直。

相对优势热电制冷替代液氮,远程台站不必维护制冷剂;UDP 输出便于长距离组网传输。

适用型号:ST640 系列(ST640-50 / ST640-80)

方法出处Bershady 等,《Deep near-infrared imaging with the Keck Telescope》· Lecture Notes in Physics · DOI 10.1007/bfb0102369

06 包装内容物与含水率检测

穿透塑料包装的液位、异物与水分检测

应用原理PE、PP 等常见包装材料在短波红外基本透明,而水在 1450 nm 与 1940 nm 附近有强吸收。用 1450 nm 附近的窄带照明做透射成像,液面、含水区域与干燥区域形成明显对比;瓶内异物、缺件也能直接看到,不必开箱。

对设备的要求① 覆盖 1450 nm;② 动态范围足够,兼顾瓶壁高光与液体暗区;③ 帧率匹配灌装线;④ 体积与功耗适合产线多点部署。

本型号如何满足ST640-50 覆盖至 1.65 μm,含 1450 nm;50 Hz 全幅、14 bit、3 档增益;风冷 −50℃,无需水冷。ST640-80 在同样波段提供 100 fps 与 16 bit。

相对优势产线多点位用 50 型,风冷、≤36 W、≤2 kg,直接装在灌装线支架上;只有高速线才需要上 80 型。

适用型号:ST640 系列(ST640-50 / ST640-80)

方法出处Miyamoto 等,《Non-Destructive Determination of Sugar Content in Satsuma Mandarin Fruit by near Infrared Transmittance Spectroscopy》· Journal of Near Infrared Spectroscopy · 1995 · DOI 10.1255/jnirs.73

07 塑料与矿物材质分选

废旧塑料与矿石的短波红外材质识别

应用原理不同高分子的 C–H 伸缩倍频与组合吸收在 1200–1700 nm 位置不同:PET 在 1660 nm 附近有特征吸收,PE、PP、PS、PVC 各有自己的谱形。用几个窄带滤光片分时成像,比较各波段亮度比,就能在传送带上把不同材质分开,不依赖颜色。

对设备的要求① 1200–1700 nm 响应;② 高帧率,物料在皮带上停留时间短;③ 全局快门,避免运动畸变;④ 支持外触发与多波段同步采集。

本型号如何满足ST640-80:100 fps 全幅、全局快门、16 bit、UDP 输出;ST640-50:50 Hz、14 bit,可开 ROI 进一步提高帧率。

相对优势多波段方案只需在镜头前加滤光轮,相机侧用 SDK 按触发逐波段采集;80 型 100 fps 让四波段分时采集仍能跟上皮带速度。

适用型号:ST640 系列(ST640-50 / ST640-80)

方法出处Karaca 等,《Plastic waste sorting using infrared hyperspectral imaging system》· 21st Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU) · 2013 · DOI 10.1109/SIU.2013.6531170

08 短波红外激光光束诊断

1064 / 1550 nm 激光的光斑形貌与光束质量测量

应用原理1064 nm 与 1550 nm 激光对人眼不可见,用可见光相机加荧光片只能看个大概,还会因荧光非线性失真。短波红外面阵相机可以直接接收激光、经衰减后成像,得到真实的光斑分布、束腰位置与 M² 拟合所需的横模数据。

对设备的要求① 15 μm 级像元,否则小光斑只剩几个像素;② 大动态范围,高斯光束中心与边缘可差三个数量级;③ 全局快门、无 smearing;④ 曝光可短至微秒级,避免饱和。

本型号如何满足ST640 系列为 640×512、15 μm 像元;ST640-50 曝光 15 μs 起、14 bit、暗电流 ≤700 e⁻/s/pix;ST640-80 为 16 bit、68 dB 动态范围、曝光 16 μs 起。

相对优势测高斯光束尾部需要动态范围,80 型 68 dB 一次曝光就能同时记录中心与翼部;只看光斑形貌与准直时用 50 型即可,成本更低。

适用型号:ST640 系列(ST640-50 / ST640-80)

方法出处Zheng 等,《Measurement of beam quality factor (M2) by slit-scanning method》· Optics & Laser Technology · 2001 · DOI 10.1016/S0030-3992(01)00026-3

ST640-80 产品规格书

2 页 · 1.1 MB

  • 产品简介
  • 核心特点(4 项)
  • 应用领域(3 类)
  • 主要技术参数(23 项)

含三档增益下的读噪、满阱、动态范围对照,以及制冷与水冷条件说明。

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