短波长红外图像传感器技术 SenSWIR™

概述

SenSWIR是一项短波红外线（SWIR）图像传感器技术，它基于化合物半导体材料铟镓砷（InGaAs）合成光电二极管，并通过铜-铜连接至硅材质的读取电路，可以高灵敏度的捕获从可见光到短波红外线的各种光谱信息。

SWIR光（短波红外线）在穿透物质或被吸收时，具有与可见光不同的性质，因此可将这一特点有效应用于多种场景。

SenSWIR

*) SenSWIR和徽标是索尼集团(株)的商标。

技术说明

实现高像素和小型化

将具备感光功能的光电二极管的InGaAs（铟镓砷）层与具备读出电路的Si（硅）层接合时，传统的图像传感器为了确保连接中的凸起间距，与现行的产业用CMOS图像传感器相比，像素尺寸较大，难以实现像素微细化。本技术利用Cu-Cu连接^*1方式，缩小像素间距，实现了像素尺寸的微细化。这样，不仅有望在维持高分辨率的同时，缩小相机尺寸，还有助于提升检测精度。

*1) 将像素芯片（上方）与逻辑芯片（下方）堆栈在一起时，通过连接两个Cu（铜）片导通电流的技术。Cu-Cu技术与TSV技术（通过像素区外的周边区域放置过孔来导通上下芯片电路的连接技术）相比，可提高设计自由度和生产效率，有望实现小型化、高性能化。

包含可见光的广域波段成像

运用SWIR图像传感器技术，将吸收可见光的InP（铟磷）层^*2薄膜化，让透过的光直达下方的InGaAs（铟镓砷）层，在可见光波段也具备了较高的量子效率。由此，实现了从0.4μm到1.7μm的广域波段成像。

过去可见光用途和SWIR用途的应用需要使用不同相机才能实现，现在1台相机也能满足要求。这项技术有助于削减系统成本，通过减轻图像处理负荷提升处理速度，大幅度扩展检测对象的领域和范围。

*2) 以InGaAs层为基础的基板。

什么是SWIR

一般来说，波长为400～780nm的光称为可见光，波长为780nm～10⁶nm的光称为红外线。SWIR的波段为900nm～2500nm，是红外线中最接近于可见光的波段。搭载SenSWIR技术的图像传感器，不仅适用于SWIR光，还适用于可见光，可以在400nm～1700nm的波段范围内进行拍摄。

果蔬拣选

由于水具有吸收波长约1450nm的光线的性质，因此，利用这一波段，使用SWIR图像传感器进行拍摄，含水的部分就会呈现黑色。这样，就能够检测出物质中含有的水分，可有效用于果蔬拣选等用途。

检测出瘪痕和损伤、对果蔬进行拣选的示例

在SWIR环境下进行拍摄时，可以检测到苹果瘪痕中的水分。

相关领域

农林水产业・畜牧业

填充检查

在食品制造工程中，如果食品的包装不透明，会使得最终的填充检查变得很困难。另外，在包装封口时，可能有包装内容物被咬入封口部分的情况，这种情况的辨别也有难度。

对于一些在可见光范围内看起来不透明的包装，在SWIR波长环境下则可以穿透包装，观测到内容物。利用这一特性，可以在不破坏包装的前提下对内部物质进行确认，检测是否存在咬入现象。

穿透树脂容器对填充状况进行检查的示例

在SWIR环境下进行拍摄时，可以对不透明容器的内容物进行确认。

相关领域

食品・医药品・化妆品制造

异物检查

在食品制造过程中，异物混入的检查是非常重要的。但是，当混入的异物颜色相近时，仅凭借可见光拍摄有时将难以分辨。

而利用SWIR波段的光的吸收特性、反射特性，则可以捕捉到可见光下难以捕捉的物质差异。利用这一性质，SWIR图像传感器被广泛应用于异物检查等用途。

区分食品异物的示例

在SWIR环境下进行拍摄时，很容易分辨出食品（黑豆）与黑色的异物。

区分核桃壳的示例（在多个SWIR波长下拍摄并进行图像处理）

利用SWIR拍摄时，可以轻松区分肉眼难以分辨的核桃壳与核桃仁。
右图是在3个SWIR波长下拍摄并制作的伪彩色图像。这样的图像处理可以更容易地区分核桃壳与核桃仁。

相关领域
食品・医药品・化妆品制造

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使用多波段滤光片的普及型分光相机的提案

材料拣选

塑料的种类五花八门，在回收再利用时需要根据种类进行区分，因此在回收现场，首先必须要对塑料进行分类。

在可见光环境下，塑料呈透明状态，无法捕捉到各种原材料的特性，而在SWIR波长（特别是多个波长）环境下进行观察，则可以找出各自的特性，从而进行拣选。

相关领域

回收再利用

半导体制造时的位置校准

近年来，伴随着半导体设备的小型细微化，即使在硅晶片的键合工艺中，也要求具备非常高的精度。为了提高精度，精确对准晶片的位置校准标记就尤为重要。

SWIR波段的光线具有能够穿透晶片Si层的性质。使用SWIR图像传感器的话，就可以清晰地确认该校准标记。另外，采用索尼的高精细SWIR图像传感器，还有望大幅提高边缘部位的检测精度。

对硅晶片进行穿透摄影的示例

右侧的照片，是在SWIR环境下拍摄的图像，可以看到位于硅晶片下方的分辨率测试卡。这是用IMX990在约134万像素的高分辨率下拍摄的图像，可以看到小尺寸的标记也能被高精度地检测出来。
此外，使用分辨率约为532万像素的IMX992，可以进行更精细的检查和测量。

相关领域

半导体制造

温度监控

图像传感器可以将物质的温度差作为亮度差进行捕捉。其中，由于约250°C以上的物体会发出SWIR波段的光，因此，使用SWIR图像传感器，可以在250°C以上高温的温度监控方面加以有效利用。在钢铁等行业中的应用也备受期待。

对电烙铁前端的温度进行监控的示例

在SWIR环境下进行拍摄时，不仅可以确认电烙铁前端的高温状态，还能够检测到温度的差异。

相关领域

重工业和成套设备制造

消防活动

在消防活动中，烟雾可能会妨碍消防员的视线。SWIR图像传感器不易受到光散射的影响，拍摄时可有效避免烟雾干扰，有望帮助确认火灾现场状况和开展灭火活动。
另外，火会发出强烈的SWIR光，使用SWIR图像传感器能捕捉到清晰的火焰图像，有助于确定森林火灾等的火源位置。

相关内容：SWIR图像传感器在消防活动中的应用

远距离观察

在远距离观察时，由于受到空气中微粒子的影响，位于远处的对象物可能会变得模糊不清，难以用相机进行拍摄。而SWIR波段的光比可见光的波长更长，受空气中微粒子的影响较小，具有能够更容易清晰捕捉远处对象物的特性。因此，SWIR图像传感器可应用于远距离观察。

相关领域

远距离・广域观察

农田观察

目前，在农业耕种现场，通过摄像机从空中对农田进行观察的举措正在日益推进。掌握农作物的生长状况，就可以基于数据进行定量追肥或预测产量。

但是，仅根据颜色信息，很难判断农作物的生长状况。如果使用SWIR图像传感器，就可以对水分的有无情况进行可视化，观察到不同水分量的农作物生长状况和分布情况，提高判断的准确性。

相关领域

农林水产业和畜牧业