Tecnología SenSWIR: mayor cantidad de píxeles en sistemas más compactos

Las nuevas arquitecturas de sensores están generando un interés considerable en el rango espectral SWIR. Los sensores de imagen IMX990 e IMX991 de Sony son los primeros productos que utilizan la nueva tecnología SenSWIR de la compañía, en la que los fotodiodos se forman en una capa semiconductora compuesta de InGaAs conectada a la capa de lectura de silicio (Si) a través de la unión Cu-Cu, un diseño que permite una alta sensibilidad sobre una amplia gama de longitudes de onda. El diseño SenSWIR produce un sensor de imagen SWIR compacto pero capaz de ofrecer una captura de imagen perfecta en longitudes de onda que van desde 0,4 μm a 1,7 μm.

Una diferencia importante entre SenSWIR y los sensores InGaAs estándar convencionales radica en su arquitectura. Existen cuatro características técnicas que ofrecen sus ventajas correspondientes: el tamaño reducido de los píxeles, la alta homogeneidad de la imagen, la corrección automática de corriente de oscuridad (dark current) y la fina capa de fosfuro de indio.

Con los sensores InGaAs convencionales, los tamaños de píxeles suelen estar en el rango de 15 µm para sensores VGA, hasta 10 µm para sensores SXGA. Sin embargo, los sensores SenSWIR logran tamaños de píxeles de solo 5 µm mediante el uso de conexiones de cobre a cobre. El beneficio es la capacidad de proporcionar resoluciones más altas mientras se reduce el tamaño del sensor y, por lo tanto, ofrece un diseño de cámara más compacto.

Arquitectura de los sensores SenSWIR comparada con los sensores InGaAs convencionales. Imagen: Allied Vision Technologies

A diferencia de los sensores estándar de InGaAs, Sony es el primer fabricante en lograr mantener la eficiencia cuántica en un nivel relativamente alto (>50 %) en todo el rango espectral visible e IR de onda corta. Esto permite reducir los costes del sistema, especialmente en aplicaciones multiespectrales, ya que solo se requiere una cámara.

Corrección del nivel de negro

Otra innovación técnica de los sensores SenSWIR son los píxeles protegidos que no están expuestos a la luz, lo que permite ofrecer una corrección automática del nivel de negro.

Cuando el sensor de la cámara está cubierto y no entra luz, aún se pueden ver señales débiles causadas por portadores de carga libres espontáneos, lo que se denomina corriente oscura.

Estos píxeles se utilizan para determinar en tiempo real el nivel de negro promedio causado por la corriente oscura. Cuando se activa la corrección automática del nivel de negro, el nivel de negro medido se resta automáticamente del valor de píxel de cada píxel efectivo directamente en el sensor, no en el FPGA de la cámara como suele ser el caso con los sensores InGaAs estándar. Esto reduce los recursos de hardware necesarios dentro de la cámara y logra tiempos de respuesta significativamente más rápidos.

Homogeneidad de píxeles

Además, los sensores SenSWIR muestran una homogeneidad de píxeles mucho mayor que los sensores InGaAs convencionales. Solo una inspección minuciosa revela ligeras faltas de homogeneidad en los sensores SenSWIR, que aumentan con el aumento de la temperatura del sensor. Por lo tanto, el enfriamiento del sensor sigue siendo beneficioso para reducir tanto la corriente oscura como la falta de homogeneidad de los datos del sensor con exposiciones prolongadas o aplicaciones de temperatura más alta donde la homogeneidad de la imagen y los resultados de imágenes reproducibles son imprescindibles.

La inclusión de una corrección de falta de homogeneidad en el lado de la cámara (NUC, Non-Uniformity Correction) permite seleccionar una temperatura moderada del sensor para mantener bajo el consumo de energía de la cámara, lo que también es útil para la eficiencia del enfriamiento del sensor. Sin embargo, los sensores SenSWIR ofrecen mejores resultados cuando no hay NUC o refrigeración en comparación con los sensores InGaAs.

¿Qué aplicaciones se benefician más de los nuevos sensores SenSWIR?

Los sensores SenSWIR amplían la posible gama de aplicaciones de visión artificial más allá del espectro visible.

Esto es particularmente interesante para áreas de aplicación que requieren una gran flexibilidad en el análisis espectral y detección de objetos, así como una detección precisa de detalles:

• Inspección de calidad de envases de plástico en un entorno de producción para defectos de impresión e irregularidades en envases de yogur, leche y zumo.
• Clasificación de productos alimenticios en función de su contenido de agua y absorción de luz SWIR, como azúcar, sal, semillas, nueces, etc.
• Aplicaciones de clasificación y reciclaje de plásticos
• Selección de materiales de frutas y hortalizas evaluando madurez y frescura antes y después del envasado.

Por ejemplo, la combinación única del diseño de la cámara Alvium suministrada por INFAIMON y las innovaciones del sensor SenSWIR permite muchas nuevas posibilidades de aplicación, como drones en la agricultura.