小众的SWIR市场，需要颠覆者

到2022年，短波红外 (SWIR：Short Wave Infra Red) 成像仍然是一个小众行业，全球销量为 11,740 台。

从技术上看，短波红外 (SWIR) 是指 1 µm 和 3 µm 之间的电磁波谱部分。如今，日常生活中使用的大多数成像仪都在可见光和近红外范围（0.4 µm 至 1 µm）内工作，并且基于硅技术。感测 SWIR 辐射需要基于其他材料的成像器，这使得它们比基于硅的成像器贵几个数量级。因此，今天 SWIR 的使用仅限于国防、工业或研究中的特定应用。

具体到实际应用中，在国防领域，SWIR 可用于在烟雾、恶劣天气和夜间长距离等恶劣条件下进行目标指定、测距或获取图像。在工业中，它用于半导体制造以检查金属触点或检测太阳能电池中的裂缝。SWIR 还可以通过一些在可见光谱中不透明但在 SWIR 中透明的塑料容器来监测液体或粉末的水平。这些波长对于分类应用也很有趣，因为废物、塑料、纺织品甚至食物中的材料在该波段具有可识别的光谱特征。

受乌克兰战争等地缘政治紧张局势影响，以及越来越多的国家对 SWIR 技术感兴趣的推动，国防领域的增长将高于预期，从 2022 年的 2.28 亿美元增长到 2028 年的 4.05 亿美元。来到工业领域，在稳定的需求和降价的推动下，工业领域预计从 2022 年到 2028 年 (CAGR22-28) 的复合年增长率为 28%，从 2022 年的 8900 万美元增加到 2028 年的 3.95 亿美元。

然而，SWIR 的物理特性对消费市场极具吸引力，以至于这种主要面向国防的技术正在敲响智能手机行业的大门。

从 2026 年开始，SWIR 可以开始取代旗舰智能手机中的近红外 (NIR) 成像器，用于面部识别模块的显示屏下集成。考虑到完整的 3D 传感模块，这将在 2028 年之前推动 20.74 亿美元的市场。2028 年以后，SWIR 可以集成到低端智能手机和增强/虚拟现实 (AR/VR) 耳机中，以在室外条件下实现良好的跟踪、3D 传感甚至多光谱成像性能。

在消费类 3D 传感模块中，SWIR 波长将比近红外 (NIR) 波长具有显著优势。智能手机制造商努力提高屏幕与机身的比例并将传感器隐藏在屏幕下方。SWIR 在 3D 传感中的主要动机是在 OLED 显示器后面集成面部识别模块，因为这些材料在 SWIR 波段中更透明。

汽车中的 SWIR 将由高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 驱动，其中 SWIR 提供弱光和恶劣条件下的视觉能力以及 3D 传感能力。到 2028 年，该市场可能达到 1900 万美元。眼睛安全法规还授权使用更强大的 SWIR 照明源，这有助于提高增强现实应用中的可靠性和检测范围。在汽车领域，SWIR 对高级驾驶辅助系统 (ADAS) 很有吸引力，它可以在恶劣条件下实现更稳定的图像采集，并能够在一个系统中结合 2D 和 3D 成像。

当前集成到相机中的大多数 SWIR 成像器都依赖于砷化铟镓材料。InGaAs 技术最初是为国防市场开发的，后来扩展到工业成像领域。InGaAs 目前在性能和可靠性方面是最好的技术，但要扩大制造工艺并充分降低成本以解决其他领域的问题将具有挑战性。

一种基于量子点 (QD) 的新技术正在成为 InGaAs 的低成本替代品。QD 是封装在聚合物层中的纳米粒子，然后吸收 SWIR 辐射。与 InGaAs 相比，QD 技术是一种可扩展的技术，其制造工艺与 CMOS 兼容，可将成本降低几个数量级。因此，它是目前解决对性能要求不高的消费者应用程序的最佳选择。

然而，QD 技术仍在不断涌现，SWIR Vision Systems 于 2018 年为该行业发布了首批商业产品。它需要进一步开发以提高其在灵敏度和鲁棒性方面的性能。未来几年可能出现的其他技术包括硅锗 (SiGe) 甚至全有机光敏材料。它们可能会继续成熟，在具有显着分辨率的真实成像器问世之前首先用作检测传感器。

以国防为导向的参与者引领 SWIR 成像行业提供高端产品。SCD 是领先者，紧随其后的是 Sensors Unlimited 和 Teledyne FLIR。许多较小的参与者具有巨大的增长潜力，例如索尼或制造基于量子点的相机的公司，例如 SWIR Vision Systems 和 Emberion，它们在高分辨率和扩展光谱范围产品方面具有价格优势。

新来者带来了新的颠覆性技术，例如 STMicroelectronics、TriEye 或 Artilux，以应对消费者或汽车市场。

互补金属氧化物半导体 (CMOS) 图像传感器供应商凭借其大批量生产能力以及独特的设计和集成专业知识，可以成为游戏规则的改变者。然而，其中只有索尼和 STMicroelectronics 已经开发了 SWIR 成像技术。索尼在 2020 年发布了其首款商用 SWIR 成像仪，2021 年，STMicroelectronics 宣布开发基于 QD 的 SWIR 成像仪。

索尼和意法半导体都是消费和汽车硅基成像行业的领先公司。他们处理每年供应数百万个传感器的大型制造能力，并掌握 12 英寸晶圆工艺。他们还拥有重要的设计专业知识，并经常利用它来引入突破性的成像技术。从长远来看，这些参与者的加入可能会变革当前的生态系统。

索尼推出了一种基于铜对铜键合的制造方法，继承了其在硅基成像方面的专业知识，用于制造 InGaAs SWIR 成像器。这一突破至少有两个原因可以降低成像器的成本。首先，该工艺在晶圆级进行，提高了制造吞吐量。然后，新的粘合工艺可以减少像素间距，因此成像器的尺寸更小，材料清单更少。这可能会对工业领域产生强烈影响，因为高昂的价格仍然限制了 SWIR 成像的采用。

2021 年，STMicroelectronics 公布了其基于 QD 技术的 SWIR 成像器的初步结果，其明确目标是面向消费和汽车等大众市场。成像器表现出高灵敏度，优化后约为1.4µm。

解决汽车领域的问题需要在可靠性方面开展重要工作，但现在预计 QD 技术将得到快速改进。

但到目前为止，大多数 SWIR 成像仪都是由具有国防传统的公司制造的，例如 SCD、Sensors Unlimited 和 Teledyne FLIR，以及许多为国防或工业市场销售相机的小公司。除了使用 QD 的 SWIR Vision Systems 和 Emberion 之外，这些公司通常使用芯片级制造工艺小批量生产 InGaAs 成像器。

未来几年可能会看到 SWIR 细分市场在消费和汽车领域的出现。消费影像行业的两家领导者索尼和意法半导体现在涉足 SWIR 技术，并且都有能力填补迄今为止阻碍 SWIR 实现大规模量产的技术差距。

消费类 SWIR 变体最初应具有足够好的性能，而无需与目前用于工业和国防的 SWIR 技术竞争。然而，如果 SWIR 被大量生产，新兴技术可能会迅速成熟并从长远来看打破当前的 SWIR 生态格局。SWIR 生态系统也在等待这些参与者产生更大的兴趣，以加速技术和市场的颠覆。

一些新兴技术竞相满足消费者和汽车市场的成本和性能要求。每个人都有自己的挑战，需要面对这些挑战才能实现颠覆。

量子点似乎是目前最有可能集成到消费设备中的技术。但它们仍然含有铅，并且在稳健性和响应时间方面表现出弱点。有机光电二极管不太成熟，但它们可以解决其中一些量子点问题。

基于锗的技术更适合集成到机器人或汽车中，但仍然存在过多的暗电流和噪声，需要强大的光源来弥补这些问题。

为了征服大众市场，SWIR 生态系统不仅需要开发新的成像技术，还需要兼容的光学器件、软件和光源。例如，元光学和 InP 激光器的最新进展正在取得进展。

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