Motivation für neue Bildsensortechnologien:
Während herkömmliche CMOS-Detektoren für sichtbares Licht etabliert und – zumindest für Anwendungen mit geringem Wert – weit verbreitet sind, besteht ein erhebliches Potenzial für komplexere Bildsensorhardware, die über die einfache Erfassung von RGB-Intensitätswerten pro Pixel hinausgeht. Dies ist vor allem auf die zunehmende Verbreitung von maschinellem Sehen zurückzuführen, bei dem die Bildanalyse mithilfe von Computer-Algorithmen erfolgt. Maschinelles Lernen benötigt möglichst viele Eingangsdaten, um Korrelationen herzustellen, die die Objekterkennung und -klassifizierung ermöglichen. Daher ist die Erfassung optischer Informationen über verschiedene Wellenlängenbereiche oder mit spektraler Auflösung beispielsweise äußerst vorteilhaft.
Neue Bildsensortechnologien bieten natürlich viele weitere Vorteile. Beispielsweise vergleichbare Leistungsfähigkeit zu geringeren Kosten, größerer Dynamikbereich, verbesserte zeitliche Auflösung, räumlich variable Empfindlichkeit, hochauflösender globaler Shutter, reduzierte unerwünschte Dispersion, Flexibilität/Anpassungsfähigkeit usw.
Der neue IDTechEx-Bericht „Emerging Image Sensor Technologies 2021-2031: Applications and Markets“ behandelt viele neue Technologien, insbesondere
: Hybrid-Bildsensoren mit Quantenpunkten auf Silizium
; Hybrid-Bildsensoren mit organischen Fotodetektoren auf Silizium
; Neue SWIR-Bildsensortechnologien, einschließlich Silizium mit erweitertem Messbereich;
Organische und Perowskit-Fotodioden (OPDs und PPDs)
; Ereignisbasierte Bildverarbeitung
; Hyperspektrale Bildgebung
; Flexible Röntgenbildsensoren
; und Wellenfront-Bildgebung.
Die im Bericht aufgeführten neuen Bildsensortechnologien sind folgende:
Hybride Bildsensoren: Durch das Aufbringen einer zusätzlichen lichtabsorbierenden Schicht auf eine CMOS-Ausleseschaltung wird ein hybrider Ansatz verfolgt, der organische Halbleiter oder Quantenpunkte nutzt, um die spektrale Empfindlichkeit im SWIR-Bereich zu erhöhen. Diese neue Technologie, die derzeit von teuren InGaAs-Sensoren dominiert wird, verspricht eine deutliche Preissenkung und damit die Einführung der SWIR-Bildgebung für neue Anwendungen wie autonome Fahrzeuge.
Silizium mit erweitertem Spektralbereich: Angesichts des hohen Preises von InGaAs-Sensoren besteht ein erheblicher Anreiz, deutlich kostengünstigere Alternativen zu entwickeln, die Licht im unteren Bereich des SWIR-Spektralbereichs erfassen können. Diese SWIR-Sensoren könnten in Fahrzeugen eingesetzt werden, um die Sicht bei Nebel und Staub durch Reduzierung der Streuung zu verbessern.
Dünnschicht-Photodetektoren: Die Erfassung von Licht über eine große Fläche anstatt mit einem einzelnen kleinen Detektor ist für die biometrische Datenerfassung und, bei flexiblen Materialien, für die Bildgebung durch die Haut von großem Vorteil. Neue Ansätze mit lösungsmittelbasierten Halbleitern bieten eine vielversprechende Möglichkeit zur Herstellung großflächiger, anpassungsfähiger Photodetektoren für Anwendungen wie die Fingerabdruckerkennung unter Displays.
Ereignisbasierte Bildverarbeitung – Autonome Fahrzeuge, Drohnen und industrielle Hochgeschwindigkeitsanwendungen erfordern Bilderkennung mit hoher zeitlicher Auflösung. Bei herkömmlicher framebasierter Bildgebung entstehen jedoch große Datenmengen, deren Verarbeitung rechenintensiv ist. Ereignisbasierte Bildverarbeitung ist ein neuer Ansatz zur Erfassung optischer Informationen, der eine höhere zeitliche Auflösung schnell wechselnder Bildbereiche mit deutlich reduziertem Datentransfer und Nachbearbeitungsaufwand kombiniert.
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die zunehmende Verbreitung von maschinellem Sehen eine große Chance für neue Bildsensortechnologien bietet, die über die Möglichkeiten herkömmlicher CMOS-Sensoren hinausgehen.
