Einführung
Außerhalb des typischen sichtbaren Lichtspektrums liegt ein Bereich mit größeren Wellenlängen, der Infrarotbereich. Dieser Bereich wird in der Regel in vier Segmente unterteilt: langwelliges Infrarot (LWIR) 8-12 µm, mittelwelliges (MWIR) 3-5 µm, kurzwelliges (SWIR) 1,0-2,5 µm und nahes Infrarot (NIR) 0,7-1,0 µm. Die beiden letzten Wellenlängenbereiche sind in der Regel den sichtbaren Wellenlängen mit einer Lichtquelle und einem Ziel am ähnlichsten. Die längeren Wellenlängenbereiche werden von Objekten aufgrund ihrer Temperatur emittiert.
Obwohl sich NIR und SWIR ungefähr wie sichtbares Licht verhalten, sind sie für das menschliche Auge nicht sichtbar. Deshalb liefern diese Spektren wichtige Informationen, die Artefakte oder Schäden aufzeigen können, die sonst nicht sichtbar wären. Hier zeigen wir Ihnen einige Beispiele, wie SWIR heute bereits in bestehenden Anwendungen eingesetzt wird.
Pixel-Architektur
Viele CMOS-Sensoren können aufgrund ihrer Standard-Architektur zwar Licht im NIR-Bereich erkennen, aber nicht in den SWIR-Bereich. Diese Siliziumsensoren haben hinsichtlich ihres Spektralbereichs eine obere Grenze von etwa 1,0 µm. Um tiefer in den SWIR-Bereich blicken zu können, wird InGaAs als Sensormaterial verwendet. Dabei handelt es sich um einen Halbleiter, dessen Kristall in einem bestimmten Verhältnis von (Indium, Gallium und Arsen) hergestellt wird, um eine spektrale Empfindlichkeit von 1,1 µm bis 1,7 µm zu ermöglichen. Nachteilig bei diesen Sensoren ist, dass sie aufgrund des Herstellungsprozesses die kürzeren, sichtbaren Farbwellenlängen nicht erkennen können.
Bei Anwendungen, wo sowohl der sichtbare als auch der SWIR-Bereich erfasst werden soll, werden zwei Sensoren benötigt, die diese Bereiche unabhängig voneinander abdecken und deren Bilder dann zu einem Bild zusammengeführt werden. Diese Methode kann zu einer echten Herausforderung werden, da die Kameras und die erfassten Bilder ähnliche Sichtfelder (FOV) haben müssen und die Optiken sehr nahe beieinander liegen, um die Abweichungen zu verringern. Oft kommt es bei diesem Verfahren zu Problemen bei der Ausrichtung der finalen Bilder, wodurch es schwierig wird, bei bestimmten Anwendungen immer die besten Ergebnisse zu erzielen. Deshalb werden neue Technologien und Substrate für Sensoren entwickelt, die diese Herausforderungen mit nur wenigen Nachteilen bzw. Abstrichen bewältigen können.
Die SenSWIR-Technologie von Sony
Der Wunsch nach höherer Produktivität führt zu einem zunehmenden Interesse an der Bilderfassung sowohl im sichtbaren als auch im SWIR-Wellenlängenbereich. Mit der SenSWIR-Technologie von Sony können Wellenlängen von 0,4 µm bis 1,7 µm erfasst. werden. Somit ist ein einziger Bildsensor in der Lage, sowohl das sichtbare als auch das SWIR-Lichtspektrum gleichzeitig abzudecken. Aus diesem Grund sind die Marktaussichten für SWIR-Sensoren vielversprechend und technische Entwicklungen gehen zügig voran. Kennen Sie die SenSWIR-Technologie schon?
Sony´s SenSWIR-Technologie resultiert aus der Sony Halbleiterherstellung und den entsprechenden Kupfer-zu-Kupfer-Verbindungen, woraus sich kleinere Pixel als bei den InGaAs-Sensoren ergeben. Dadurch können kleinere hochauflösende Kameras entwickelt werden, die bei Inspektionsaufgaben eine höhere Genauigkeit bieten.
Image Source: https://www.sony-semicon.co.jp/e/products/IS/industry/technology/swir.html
Entdecken Sie, wie Sie von den erstklassigen SWIR-Lösungen von Sony profitieren können
Die Marktaussichten für SWIR-Sensoren sind vielversprechend und technische Entwicklungen gehen zügig voran.
- Clevere Lösung: Eine breitbandige und hochempfindliche SWIR-Bildsensortechnologie, die durch die Kombination von InGaAs-Photodioden und Si-Ausleseschaltungen durch Kupfer-Kupfer-Bonden realisiert wird.
- Feiner Pixelabstand: Die SWIR-Sensoren von Sony haben die branchenweit kleinsten Pixel (Stand: Mai 2020).
- Vielfältige Bildverarbeitung: Die Sensoren IMX990 und IMX991 decken SWIR-Wellenlängen von 0,4μm bis zu 1,7 μm ab.
- Empfindlichkeit für sichtbares und SWIR-Licht ab jetzt in einem einzigen Sensor.
Aufnahme bei sichtbarem Licht
Aufnahme unter SWIR-Lichtbedingungen
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Entdecken Sie die Vorteile in einer Vielzahl von Anwendungen
Sortierung von Produkten
Perfekt geeignet für Anwendungen wie die Sortierung von Obst und Gemüse, da das Licht im SWIR-Wellenlängenbereich die Erkennung des Feuchtigkeitsgehalts ermöglicht, der mit sichtbarem Licht nur schwer zu bestimmen ist.
Inspektion von Fremdkörpern
In der SWIR-Bildverarbeitung werden spezifische Eigenschaften der Lichtabsorption und -reflexion genutzt, um verschiedene Substanzen zu unterscheiden, die unter sichtbarem Licht allein schwer zu unterscheiden wären.
Inspektion von Halbleitern
Das Licht des SWIR-Spektralbereichs durchdringt Material aus Silizium – eine Eigenschaft, die in der Halbleiterproduktion und -prüfung Anwendung findet.
Abschätzung der Temperatur
Bei heißen Objekten leuchtet das Licht des SWIR-Spektralbereichs ziemlich hell. Die Temperatur kann anhand der Helligkeitsunterschiede zwischen verschiedenen Wellenlängen geschätzt werden. Diese Eigenschaft wird genutzt, um die Temperatur von Schweißnähten oder anderen heißen Bereichen abzuschätzen.
Fernbeobachtung
Licht im SWIR-Spektralbereich hat längere Wellenlängen als das sichtbare Licht. Dies macht das SWIR-Licht weniger anfällig für Streuung. Aus diesem Grund kann die SWIR-Bildverarbeitung sehr gut bei der Fernbeobachtung eingesetzt werden.
Erfahren Sie weitere Einzelheiten über die Möglichkeiten der SWIR-Technologie von Sony
Mit der Technologie des IMX990 und des IMX991 ist es Sony gelungen, die Probleme bei der Pixelminiaturisierung zu lösen und kompakte, hochauflösende Sensoren zu entwickeln, die Bilder im sichtbaren und im SWIR-Spektralbereich aufnehmen können.
Dank der Fortschritte, die mit dem IMX990 und dem IMX991 in Bezug auf Leistung und Funktionalität erzielt werden, können nun SWIR-Kameras für die Industrie und Geräte für viele Anwendungen zur Inspektion, Identifizierung und Messung entwickelt werden.
Sensoren
Sony IMX991-AABJ-C
Sony IMX991-AABA-C
Sony IMX990-AABJ ES
Sony IMX990-AABA-C
Evaluation Kits
Sony IMX991-AABJ EVB-Kit
Sony IMX991-AABA EVB-Kit
Sony IMX990-AABJ EVB-Kit