电子发烧友网报道(文/周凯扬)在追求高精度自动视觉检测的图像传感器中,我们常常提到红外这一波段。要想进一步细分的话,往往750nm到1000nm的波段范围称为近红外(NIR),而1000nm到1600nm之间的波段称为短波红外(SWIR)。
在短波红外的波段下,这类传感器得以看到不少与传统CMOS图像传感器不同的画面,其成像或对比结果可以直接用于自动视觉检测中,且无需较高的像素,比如晶圆制造中的薄膜工艺,或是智能穿戴设备的温度监测。
而最近不少厂商都在进一步推动SWIR传感器往低成本的方向走,从而尽快集成到更多消费和工业应用中去。除了基于锗基的SWIR传感器以外,也有选择铟镓砷材料的,不过后者在成本要更高一些,也成了阻碍其大规模普及的痛点之一。
短波红外波段下的超高量子效率
SWIR图像传感器的一大特色就是,在短波红外波段去追求最大的量子效率。索尼在2020年发布了两款广谱铟镓砷图像传感器,IMX990和IMX991,分别是一款1/2英寸134万有限像素和1/4英寸34万有效像素的SWIR图像传感器。
索尼的这两款传感器,就能在1200nm下做到大于75%的量子效率,即便是在可见光波段下,其相对量子效率也不会低于0.7。此外,索尼的SWIR图像传感器与其他产品一样,已经集成了片上ADC等功能,所以可以直接实现数字输出,加速相关相机产品的开发。
至于上面提到的铟镓砷成本问题,索尼似乎选择了D2W的混合封装方案,利用混合键合技术,将铟镓砷探测器转移到硅探测器读出芯片上。这一设计方案不仅显著降低了制造成本,也同样缩小了像素尺寸,做到了5微米,得以输出更高的解像度。
自动驾驶的传感器融合中也有SWIR一席之地?
在自动驾驶的传感器融合策略中,现有的VIS摄像头往往用于检测路面标识、交通标志、车辆和行人等,毫米波等雷达传感器则用于测量物体的距离和速度,激光雷达则是用于实现更高分辨率的测量。
但无论是VIS摄像头还是激光雷达,都存在一定的痛点,比如VIS摄像头在夜晚与浓雾风沙天气喜爱的局限性,或是激光雷达高昂的成本、更大的体积等等。可如果我们考虑将SWIR作为视觉补充的话,这些痛点就一并解决了。
SWIR图像传感器不必去负责VIS摄像头传感器的工作,它只需要解决眩光、恶劣天气和夜间这类场景下的感知问题就好。而且SWIR图像传感器还有胜过VIS与激光雷达的一点,那就是它是可以置于车内的,诸如反射之类的颜色干扰根本不会对其造成影响,因为它可以通过频谱响应直接对材料进行判断,所以也无需像激光雷达和传统ADAS摄像头那样,为了最大化成像清晰度和分辨率必须置于车外。
Trieye的Raven就是这样一款面向汽车/ADAS应用的锗基SWIR图像传感器,像素量达到120万,同时覆盖了400nm到1600nm的可见光+SWIR波段,最大输出规格可达1284x960分辨率和120FPS。
小结
SWIR图像传感器无疑在工业与自动驾驶领域有着相当大的潜力,即便是索尼这样的巨头也都开始布局。更重要的是,SWIR图像传感器以目前的参数水平来说,还有很大的提升空间。索尼SWIR的官方开发人员也提到,如果加入AI技术,可以进一步提高传感器的精度,这也是当下所有图像传感器未来的开发方向。
在短波红外的波段下,这类传感器得以看到不少与传统CMOS图像传感器不同的画面,其成像或对比结果可以直接用于自动视觉检测中,且无需较高的像素,比如晶圆制造中的薄膜工艺,或是智能穿戴设备的温度监测。
而最近不少厂商都在进一步推动SWIR传感器往低成本的方向走,从而尽快集成到更多消费和工业应用中去。除了基于锗基的SWIR传感器以外,也有选择铟镓砷材料的,不过后者在成本要更高一些,也成了阻碍其大规模普及的痛点之一。
短波红外波段下的超高量子效率
SWIR图像传感器的一大特色就是,在短波红外波段去追求最大的量子效率。索尼在2020年发布了两款广谱铟镓砷图像传感器,IMX990和IMX991,分别是一款1/2英寸134万有限像素和1/4英寸34万有效像素的SWIR图像传感器。
索尼的这两款传感器,就能在1200nm下做到大于75%的量子效率,即便是在可见光波段下,其相对量子效率也不会低于0.7。此外,索尼的SWIR图像传感器与其他产品一样,已经集成了片上ADC等功能,所以可以直接实现数字输出,加速相关相机产品的开发。
至于上面提到的铟镓砷成本问题,索尼似乎选择了D2W的混合封装方案,利用混合键合技术,将铟镓砷探测器转移到硅探测器读出芯片上。这一设计方案不仅显著降低了制造成本,也同样缩小了像素尺寸,做到了5微米,得以输出更高的解像度。
自动驾驶的传感器融合中也有SWIR一席之地?
在自动驾驶的传感器融合策略中,现有的VIS摄像头往往用于检测路面标识、交通标志、车辆和行人等,毫米波等雷达传感器则用于测量物体的距离和速度,激光雷达则是用于实现更高分辨率的测量。
但无论是VIS摄像头还是激光雷达,都存在一定的痛点,比如VIS摄像头在夜晚与浓雾风沙天气喜爱的局限性,或是激光雷达高昂的成本、更大的体积等等。可如果我们考虑将SWIR作为视觉补充的话,这些痛点就一并解决了。
SWIR图像传感器不必去负责VIS摄像头传感器的工作,它只需要解决眩光、恶劣天气和夜间这类场景下的感知问题就好。而且SWIR图像传感器还有胜过VIS与激光雷达的一点,那就是它是可以置于车内的,诸如反射之类的颜色干扰根本不会对其造成影响,因为它可以通过频谱响应直接对材料进行判断,所以也无需像激光雷达和传统ADAS摄像头那样,为了最大化成像清晰度和分辨率必须置于车外。
Trieye的Raven就是这样一款面向汽车/ADAS应用的锗基SWIR图像传感器,像素量达到120万,同时覆盖了400nm到1600nm的可见光+SWIR波段,最大输出规格可达1284x960分辨率和120FPS。
小结
SWIR图像传感器无疑在工业与自动驾驶领域有着相当大的潜力,即便是索尼这样的巨头也都开始布局。更重要的是,SWIR图像传感器以目前的参数水平来说,还有很大的提升空间。索尼SWIR的官方开发人员也提到,如果加入AI技术,可以进一步提高传感器的精度,这也是当下所有图像传感器未来的开发方向。
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