(Bild: Allied Vision Technologies GmbH)
Hohe Bildhomogenität
SenSWIR-Sensoren weisen hingegen dank der Kupfer-zu-Kupfer-Verbindung eine wesentlich höhere Pixel-Homogenität auf. Und dadurch, dass die ADCs bereits im Sensor integriert sind, sind auch die vertikalen Streifen nicht sichtbar. Zudem ist auch der Anteil der defekten Pixel niedriger im Vergleich zu anderen Sensoren und es gibt kaum Clusterdefekte. Nur bei genauer Betrachtung sind bei den SenSWIR-Sensoren leichte Inhomogenitäten erkennbar, die jedoch mit sinkenden Sensortemperaturen abnehmen. Eine Sensorkühlung ist daher bei Anwendungen mit hohen Ansprüchen an die Bildhomogenität und reproduzierbare Bildgebungsergebnissen (wie im wissenschaftlichen Bereich) sowie bei Langzeitbelichtungen von Vorteil. Eine kameraseitige Korrektur der Inhomogenitäten (NUC, Non-Uniformity Correction) erlaubt es, eine moderate Sensortemperatur zu wählen, um so den Leistungsverbrauch der Kamera niedriger zu halten, was auch für die Effizienz der Sensorkühlung von Vorteil ist.
SenSWIR-Sensor-Architektur im Vergleich zu herkömmlichen InGaAs-Sensoren. (Bild: Allied Vision Technologies GmbH)
Automatische Dunkelstromkorrektur
Die SenSWIR-Sensoren haben abgeschirmte Pixel, die nicht vom Licht beleuchtet werden. Diese Pixel werden verwendet, um in Echtzeit den durch Dunkelstrom verursachten mittleren Schwarzwert zu bestimmen. Bei entsprechender Aktivierung der automatischen Schwarzwertkorrektur wird der ermittelte Schwarzwert vom Pixelwert eines jeden effektiven Pixels automatisch abgezogen, was einer sensorseitigen Dunkelstrom-Korrektur entspricht, die sonst typischerweise im FPGA der Kamera erfolgt, wie beispielsweise bei einer Background Correction.
Dünne Indium-Phosphid-Schicht
Die für die Herstellung von InGaAs-Sensoren unvermeidbare obere Indium Phosphid Schicht ist durch die verwendeten Herstellungsprozesse wesentlich dünner, so dass auch sichtbares Licht die photosensitive InGaAs-Schicht erreichen kann. Im Gegensatz zu Standard-InGaAs-Sensoren bei denen die obere InP-Schicht oft nachträglich mechanisch abgetragen wird, ist es Sony als erstem Hersteller gelungen, die Quanteneffizienz über den gesamten Spektralbereich auf einem relativ hohen Niveau (>50 %) zu halten. Insbesondere in Multispektralanwendungen können so die Systemkosten gesenkt werden, da nur eine Kamera benötigt wird.
Quanteneffizient von Sony SenSWIR-Sensoren in Abhängigkeit von der Wellenlänge. (Bild: Allied Vision Technologies GmbH)
Fazit
Die digitalen SenSWIR-Sensoren von Sony setzen neue Maßstäbe hinsichtlich Pixelgröße (5µm), Bildhomogenität und spektraler Sensitivität von InGaAs-basierten Sensoren für den SWIR-Bereich. Durch sie werden vor allem Anwendungsbereiche adressiert, die eine große Flexibilität bei der spektralen Analyse und Erkennung von Objekten sowie eine präzise Erkennung von Details erfordern. Dennoch werden die neuen InGaAs-Sensoren von Sony nicht für alle Anwendungsfelder optimal geeignet sein, da sie Einschränkungen hinsichtlich Sensitivität und Dynamik aufweisen. Je nach Anforderungen der Applikation haben Kunden jetzt mit den SenSWIR-Sensoren zusätzliche Optionen einen geeigneten Sensor auszuwählen. Entscheidende Faktoren sind hier Auflösung, Pixelgröße, Spektralbereich, Sensitivität und der Dynamikbereich, der stark von der Sättigungskapazität und dem Ausleserauschen abhängt. Wir dürfen gespannt sein, wie die nächsten Verbesserungsschritte der SenSWIR-Technologie aussehen und wie sich die etablierten InGaAs-Sensorhersteller hier zukünftig aufstellen.
