Basierend auf dieser Technologie können nun hochauflösende SWIR-Kameras (derzeit bis 1.3MP) für Anwendungsbereiche mit hohen Anforderungen an Bildqualität und Präzision entwickelt werden. Allied Vision ist einer der ersten Hersteller, der die neuen InGaAs-Sensoren IMX990 und IMX991 von Sony in seiner Goldeye SWIR-Kameraserie anbietet. Ein wesentlicher Unterschied zwischen SenSWIR- und herkömmlichen Standard-InGaAs-Sensoren liegt in deren Aufbau. Dabei gibt es vier technische Unterschiede, die entsprechende Vorteile bieten:
Hybridisierungsverfahren
Die Verbindung des photosensitven InGaAs-Layers, der herstellungsbedingt auf der Ober- und Unterseite von einer Indium-Phosphid-Schicht (InP-Schicht) eingeschlossen ist, mit dem Silizium-basierten Auslese-IC erfolgt bei den SenSWIR-Sensoren nicht per Flip-Chip-Hybridisierungsverfahren, sondern über Kupfer-zu-Kupfer Verbindungen. Hierzu muss man wissen, dass beim Flip-Chip-Hybridisierungsverfahren auf InGaAs- und Silizium-Layer leitfähige Indium-Perlen (sogenannte Indium-Bumps) aufgetragen und diese nach möglichst genauer Ausrichtung mittels Druckes und Wärmezufuhr miteinander verbunden werden (Bild 2, oben). Die dabei entstehende Verbindung ist nicht für jeden Pixel von gleicher Qualität, was später im Sensorbild als Inhomogenität und Defektpixel (teilweise auch als größere Clusterdefekte) sichtbar wird. Dies ist bei dem von Sony angewandten Verfahren mittels Kupfer-zu-Kupfer Verbindungen nicht der Fall (Bild 2, unten).
Kleine Pixelgröße: Derzeit sind mittels Flip-Chip-Hybridisierungsverfahren Pixelgrößen von typischer Weise 15µm (VGA Sensorik) bis runter zu 10µm (SXGA Sensorik) möglich. Wohingegen bei SenSWIR-Sensoren durch die Verwendung von Kupfer-zu-Kupferverbindungen Pixelgrößen von nur 5µm erreicht werden. Somit können durch die SenSWIR-Technologie höhere Auflösungen bei gleichzeitig kompakterer Sensor- und damit auch Kamera-Bauform erreicht werden. Die kleine Pixelgröße ist vor allem für SWIR-Anwendungen mit hohen Anforderungen an Auflösung und Präzision wichtig, wie beispielsweise bei der Qualitätsprüfung von Optiken für Laser-basierte Vermessungssysteme zur Beurteilung des Auflösungsvermögens und der Ermittlung der Modulationstransferfunktion. Kleine Pixel sind jedoch nicht immer von Vorteil. Hier ist zu bedenken, dass kleinere Pixel auch eine entsprechend geringere Sättigungskapazität haben und somit weniger lang bei gleicher Beleuchtung belichtet werden können. Die Sättigungskapazität des Sensors hat auch einen Einfluss auf den Dynamikbereich der Kamera, der stark vom Ausleserauschen abhängt. Letzteres ist bei den SenSWIR-Sensoren vergleichsweise hoch, so dass der Dynamikbereich bei nur etwa 60dB liegt gegenüber ca.70-75dB für Kameras mit anderer InGaAs-Sensorik. Dies erschwert insbesondere den Einsatz von SenSWIR-Sensoren in Anwendungen mit wenig Licht.
Auslese-ICs
Der Auslese-IC der SenSWIR-Sensorik ähnelt stark anderer hochwertiger industrieller Global-Shutter-CMOS-Sensoren von Sony. Er gibt die Bilddaten bereits in digitaler Form aus, wohingegen die meisten Standard-InGaAs-Sensoren diese über mehrere analoge Kanäle ausgeben, die dann noch zusätzlich über externe Analog Digital Converter (ADCs) digitalisiert und abgestimmt werden müssen.
Hohe Bildhomogenität: Durch die schwer abgleichbaren externen ADCs zeigen analoge InGaAs-Sensoren die für sie charakteristischen vertikalen Streifen im Roh-Bild (RAW Format), die im Allgemeinen durch 2-Punkt-Korrektur im Kamera-FPGA ausgeglichen werden. Diese 2-Punkt-Korrektur korrigiert dabei auch die durch das Flip-Chip Hybridisierungsverfahren verursachte Pixel-Inhomogenitäten.
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.