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索尼黑科技图像传感器助力工业生产,采用业界最小像素尺寸

2020-05-15 18:57:16   来源: 天虎科技
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近年来,为了降低人力成本,保证工业设备领域的标准化,行业对于特殊图像传感器的需求与日俱增,希望能够捕获短波红外波段不可见光范围内影像。


然而,传统短波红外图像传感器在进一步缩小像素、增加像素数方面已经遇到瓶颈,且面临在可见光光谱下灵敏度过低、模拟输出导致难以实现多功能性等各种问题,限制了使用常规技术的工业摄像头的普及和应用范围。


为了解决这一行业痛点,5月15日,索尼发布了两款用于工业设备的新型短波红外(SWIR)图像传感器。新款传感器能够在红外短波范围内,捕捉在可见光和不可见光光谱中的影像,并采用业界最小的5微米像素尺寸,整体尺寸紧凑。


MX990 SWIR图像传感器 陶瓷贴装LGA(左)与内置热电装置的陶瓷贴装PGA(右)


融合「黑科技」的传感器芯片


新款传感器采用索尼原发的SenSWIR技术,在铟砷化镓化合物的半导体层上构建光电二极管;二极管之间则通过带有硅涂层的铜-铜连接相连,形成一个读出电路,进而保持了对宽广范围波长的高灵敏度。


并且,在SenSWIR技术的加持下,新型传感器能够在较大的波长范围中捕获影像,包括短波红外波段的可见和不可见光谱。甚至可以感应到人眼无法看见的波长影像,能够支持多功能摄像头和测试设备的开发。


在新款传感器中,索尼将堆叠技术、铜-铜连接技术以及SWIR图像传感器技术相结合,通过像素小型化,实现了高质量成像和更紧凑的传感器尺寸,在覆盖可见和不可见光的广泛波长范围内均可做到高灵敏度成像。新传感器还支持数字输出,并提供与目前工业CMOS图像传感器相同的性能。


新款传感器的三大特征


值得注意的是,本次发布的传感器具有「最小」、「最广」和「增强」三大特征。


首先,新款传感器采用业界最小的5微米像素尺寸,让紧凑、多像素的设计成为可能。采用传统凹凸连接形成受光型光电二极管的InGaAs层和构成读出电路的硅层,必须确保一定的凹凸间距,因此在以往的工业CMOS传感器基础上进一步缩小像素尺寸变得更加困难。而通过索尼铜-铜连接技术,则可以规避这类难题,缩小了像素间距,实现了目前业界最小的5微米像素尺寸。这使得摄像头能够在保持SXGA(IMX990)/VGA(IMX991)分辨率的同时缩减尺寸,帮助提高了测试精度。

凹凸连接(左)与铜-铜连接(右)


其次,新款传感器成像范围较广,可在覆盖可见和不可见光谱的广泛波长范围内成像。本次索尼原发的SWIR图片传感器技术也被用于制造顶部的InP层吸收可见光,由于元器件体积更薄,光能够传输到InGaAs层之下,甚至在可见光范围内也能提供高量子效率。这种设计,使成像能够在0.4 微米至1.7微米的广阔波长上实现,从而可以使用单个摄像头代替传统的多摄像头来捕捉可见光和SWIR。由于降低了图像处理负载,使系统成本降低的同时提升了速度,并极大扩展了测试范围。


产品的波长(横轴)和量子效率(竖轴)


除此之外,新款传感器本次支持数字输出。传统SWIR图像传感器通常具备模拟输出,但索尼的新款传感器支持数字输出,也能够提供与当前工业CMOS图像传感器相同的性能。模拟输出传感器需要工业设备摄像头的数字转换电路或其他功能,而此次发布的新款传感器已经自带了这项功能,减少了摄像头开发的步骤,使得多功能摄像头的研发更加简单。


(左:可见光;右:短波红外线)切换光源以获得苹果的表皮和皮下图像信息


工业应用场景广泛

在工业生产中,红外图像传感器正在成为许多生产流程中的关键部分。


随着红外图像传感器成本的降低以及各类新技术的诞生,采用了新架构和新算法的传感器在工业生产中发挥的作用越来越大,不仅可以帮助生产线实现进一步的自动化,还可以进一步节约成本。


以污染物监测为例,设置红外图像传感器可以帮助产业快速对目标物体进行检测,一方面可以控制工业生产过程中的污染物排放,对生产环境和排放物进行监控,另一方面利用机器可以对生产环境和设备进行实时不间断监测,避免了操作人员暴露的风险。


索尼提到,未来将努力把这些产品结合到广泛的工业应用中,如材料筛选、污染物监测及半导体监测,以提高生产效率。



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