電子發(fā)燒友網(wǎng)報道(文/周凱揚)在追求高精度自動視覺檢測的圖像傳感器中,我們常常提到紅外這一波段。要想進一步細分的話,往往750nm到1000nm的波段范圍稱為近紅外(NIR),而1000nm到1600nm之間的波段稱為短波紅外(SWIR)。
在短波紅外的波段下,這類傳感器得以看到不少與傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器不同的畫面,其成像或?qū)Ρ冉Y果可以直接用于自動視覺檢測中,且無需較高的像素,比如晶圓制造中的薄膜工藝,或是智能穿戴設備的溫度監(jiān)測。
而最近不少廠商都在進一步推動SWIR傳感器往低成本的方向走,從而盡快集成到更多消費和工業(yè)應用中去。除了基于鍺基的SWIR傳感器以外,也有選擇銦鎵砷材料的,不過后者在成本要更高一些,也成了阻礙其大規(guī)模普及的痛點之一。
短波紅外波段下的超高量子效率
SWIR圖像傳感器的一大特色就是,在短波紅外波段去追求最大的量子效率。索尼在2020年發(fā)布了兩款廣譜銦鎵砷圖像傳感器,IMX990和IMX991,分別是一款1/2英寸134萬有限像素和1/4英寸34萬有效像素的SWIR圖像傳感器。
索尼的這兩款傳感器,就能在1200nm下做到大于75%的量子效率,即便是在可見光波段下,其相對量子效率也不會低于0.7。此外,索尼的SWIR圖像傳感器與其他產(chǎn)品一樣,已經(jīng)集成了片上ADC等功能,所以可以直接實現(xiàn)數(shù)字輸出,加速相關相機產(chǎn)品的開發(fā)。
至于上面提到的銦鎵砷成本問題,索尼似乎選擇了D2W的混合封裝方案,利用混合鍵合技術,將銦鎵砷探測器轉(zhuǎn)移到硅探測器讀出芯片上。這一設計方案不僅顯著降低了制造成本,也同樣縮小了像素尺寸,做到了5微米,得以輸出更高的解像度。
自動駕駛的傳感器融合中也有SWIR一席之地?
在自動駕駛的傳感器融合策略中,現(xiàn)有的VIS攝像頭往往用于檢測路面標識、交通標志、車輛和行人等,毫米波等雷達傳感器則用于測量物體的距離和速度,激光雷達則是用于實現(xiàn)更高分辨率的測量。
但無論是VIS攝像頭還是激光雷達,都存在一定的痛點,比如VIS攝像頭在夜晚與濃霧風沙天氣喜愛的局限性,或是激光雷達高昂的成本、更大的體積等等??扇绻覀兛紤]將SWIR作為視覺補充的話,這些痛點就一并解決了。
SWIR圖像傳感器不必去負責VIS攝像頭傳感器的工作,它只需要解決眩光、惡劣天氣和夜間這類場景下的感知問題就好。而且SWIR圖像傳感器還有勝過VIS與激光雷達的一點,那就是它是可以置于車內(nèi)的,諸如反射之類的顏色干擾根本不會對其造成影響,因為它可以通過頻譜響應直接對材料進行判斷,所以也無需像激光雷達和傳統(tǒng)ADAS攝像頭那樣,為了最大化成像清晰度和分辨率必須置于車外。
Trieye的Raven就是這樣一款面向汽車/ADAS應用的鍺基SWIR圖像傳感器,像素量達到120萬,同時覆蓋了400nm到1600nm的可見光+SWIR波段,最大輸出規(guī)格可達1284x960分辨率和120FPS。
小結
SWIR圖像傳感器無疑在工業(yè)與自動駕駛領域有著相當大的潛力,即便是索尼這樣的巨頭也都開始布局。更重要的是,SWIR圖像傳感器以目前的參數(shù)水平來說,還有很大的提升空間。索尼SWIR的官方開發(fā)人員也提到,如果加入AI技術,可以進一步提高傳感器的精度,這也是當下所有圖像傳感器未來的開發(fā)方向。
在短波紅外的波段下,這類傳感器得以看到不少與傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器不同的畫面,其成像或?qū)Ρ冉Y果可以直接用于自動視覺檢測中,且無需較高的像素,比如晶圓制造中的薄膜工藝,或是智能穿戴設備的溫度監(jiān)測。
而最近不少廠商都在進一步推動SWIR傳感器往低成本的方向走,從而盡快集成到更多消費和工業(yè)應用中去。除了基于鍺基的SWIR傳感器以外,也有選擇銦鎵砷材料的,不過后者在成本要更高一些,也成了阻礙其大規(guī)模普及的痛點之一。
短波紅外波段下的超高量子效率
SWIR圖像傳感器的一大特色就是,在短波紅外波段去追求最大的量子效率。索尼在2020年發(fā)布了兩款廣譜銦鎵砷圖像傳感器,IMX990和IMX991,分別是一款1/2英寸134萬有限像素和1/4英寸34萬有效像素的SWIR圖像傳感器。
索尼的這兩款傳感器,就能在1200nm下做到大于75%的量子效率,即便是在可見光波段下,其相對量子效率也不會低于0.7。此外,索尼的SWIR圖像傳感器與其他產(chǎn)品一樣,已經(jīng)集成了片上ADC等功能,所以可以直接實現(xiàn)數(shù)字輸出,加速相關相機產(chǎn)品的開發(fā)。
至于上面提到的銦鎵砷成本問題,索尼似乎選擇了D2W的混合封裝方案,利用混合鍵合技術,將銦鎵砷探測器轉(zhuǎn)移到硅探測器讀出芯片上。這一設計方案不僅顯著降低了制造成本,也同樣縮小了像素尺寸,做到了5微米,得以輸出更高的解像度。
自動駕駛的傳感器融合中也有SWIR一席之地?
在自動駕駛的傳感器融合策略中,現(xiàn)有的VIS攝像頭往往用于檢測路面標識、交通標志、車輛和行人等,毫米波等雷達傳感器則用于測量物體的距離和速度,激光雷達則是用于實現(xiàn)更高分辨率的測量。
但無論是VIS攝像頭還是激光雷達,都存在一定的痛點,比如VIS攝像頭在夜晚與濃霧風沙天氣喜愛的局限性,或是激光雷達高昂的成本、更大的體積等等??扇绻覀兛紤]將SWIR作為視覺補充的話,這些痛點就一并解決了。
SWIR圖像傳感器不必去負責VIS攝像頭傳感器的工作,它只需要解決眩光、惡劣天氣和夜間這類場景下的感知問題就好。而且SWIR圖像傳感器還有勝過VIS與激光雷達的一點,那就是它是可以置于車內(nèi)的,諸如反射之類的顏色干擾根本不會對其造成影響,因為它可以通過頻譜響應直接對材料進行判斷,所以也無需像激光雷達和傳統(tǒng)ADAS攝像頭那樣,為了最大化成像清晰度和分辨率必須置于車外。
Trieye的Raven就是這樣一款面向汽車/ADAS應用的鍺基SWIR圖像傳感器,像素量達到120萬,同時覆蓋了400nm到1600nm的可見光+SWIR波段,最大輸出規(guī)格可達1284x960分辨率和120FPS。
小結
SWIR圖像傳感器無疑在工業(yè)與自動駕駛領域有著相當大的潛力,即便是索尼這樣的巨頭也都開始布局。更重要的是,SWIR圖像傳感器以目前的參數(shù)水平來說,還有很大的提升空間。索尼SWIR的官方開發(fā)人員也提到,如果加入AI技術,可以進一步提高傳感器的精度,這也是當下所有圖像傳感器未來的開發(fā)方向。
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