Vielversprechende Innovationen bei aufstrebenden Bildsensoren, erörtert von IDTechEx

Dr Isabel Al-Dhahir
Vielversprechende Innovationen bei aufstrebenden Bildsensoren, erörtert von IDTechEx
Der neue IDTechEx-Bericht "Neue Bildsensortechnologien 2023-2033: Anwendungen und Märkte" (Anwendungen und Märkte), untersucht ein breites Spektrum an Bildsensortechnologien, die Auflösungen und Wellenlängen weit über das derzeit Erreichbare hinaus ermöglichen. Es wird erwartet, dass viele dieser neuen Technologien in zahlreichen Sektoren wie dem Gesundheitswesen, der Biometrie, dem autonomen Fahren, der Landwirtschaft, der chemischen Sensorik und der Lebensmittelkontrolle Wellen schlagen werden. IDTechEx geht davon aus, dass die wachsende Bedeutung autonomer Technologien den aufstrebenden Bildsensormarkt bis 2033 auf über 500 Millionen US-Dollar ansteigen lassen wird.
 
Technologien, die im IDTechEx-Bericht "Neue Bildsensortechnologien 2023-2033: Anwendungen und Märkte". Quelle: IDTechEx
 
Erweiterung des Spektralbereichs
 
Herkömmliche CMOS-Detektoren für sichtbares Licht sind in der Robotik, der industriellen Bildinspektion und der Unterhaltungselektronik weit verbreitet. Es gibt jedoch zahlreiche Möglichkeiten für komplexere Bildsensoren, die mehr als nur die Erfassung von roten, grünen und blauen (RGB) Intensitätswerten ermöglichen. Derzeit werden umfangreiche Anstrengungen unternommen, um neue Bildsensortechnologien zu entwickeln, die Aspekte des Lichts über den sichtbaren Bereich hinaus bis in den kurzwelligen Infrarotbereich (SWIR, 1000nm - 2000 nm) erfassen können. Die Erweiterung der Wellenlängenerkennung in den SWIR-Bereich bringt viele Vorteile mit sich, da sie die Unterscheidung von Objekten und Materialien ermöglicht, die im sichtbaren Bereich visuell ähnlich oder identisch erscheinen. Dies verbessert die Erkennungsgenauigkeit erheblich und ebnet den Weg für eine bessere und funktionellere Bilderfassung.
Ein besonders wichtiger Trend ist die Entwicklung weitaus preiswerterer Alternativen zu den sehr teuren InGaAs-Sensoren für die Bildgebung im kurzwelligen Infrarot (SWIR, 1000 - 2000 nm), was diese Fähigkeit für eine viel breitere Palette von Anwendungen öffnen wird. Dazu gehören autonome Fahrzeuge, bei denen die SWIR-Bildgebung die Unterscheidung von Objekten und Materialien erleichtert, die im sichtbaren Spektrum ähnlich aussehen, und gleichzeitig die Streuung durch Staub und Nebel reduziert.
 
Es gibt mehrere konkurrenzfähige neue Nicht-InGaAs-SWIR-Technologien. Dazu gehören hybride Bildsensoren, bei denen eine zusätzliche lichtabsorbierende Dünnschicht aus organischen Halbleitern oder Quantenpunkten auf einem CMOS-Ausleseschaltkreis aufgebracht wird, um den Wellenlängen-Erfassungsbereich in den SWIR-Bereich zu erweitern. Eine weitere Technologie ist Silizium mit erweitertem Bereich, bei der die Eigenschaften von Silizium so verändert werden, dass der Absorptionsbereich über die Grenzen seiner Bandlücke hinaus erweitert wird. Diese neuen Ansätze, die derzeit von teuren InGaAs-Sensoren dominiert werden, versprechen eine erhebliche Preissenkung, was die Einführung der SWIR-Bildgebung für neue Anwendungen wie autonome Fahrzeuge fördern dürfte.
 
Neue Fähigkeiten durch aufstrebende Bildsensoren
 
Neben der Bildgebung über einen breiteren Spektralbereich umfassen weitere Innovationen die Bildgebung über einen größeren Bereich, die Erfassung von Spektraldaten an jedem Pixel und die gleichzeitige Erhöhung der zeitlichen Auflösung und des Dynamikbereichs. Eine vielversprechende Technologie in diesem Bereich ist die ereignisbasierte Bildverarbeitung. Bei der herkömmlichen bildbasierten Bildgebung erzeugt eine hohe zeitliche Auflösung große Datenmengen, die eine rechenintensive Verarbeitung erfordern. Die ereignisbasierte Bildverarbeitung löst diese Herausforderung, indem sie eine völlig neue Art der Erfassung optischer Informationen vorstellt, bei der jedes Sensorpixel Zeitstempel meldet, die mit Intensitätsänderungen korrespondieren. So kann die ereignisbasierte Bildverarbeitung eine höhere zeitliche Auflösung von sich schnell verändernden Bildregionen mit einer wesentlich geringeren Datenübertragung und nachfolgenden Verarbeitungsanforderungen kombinieren.
 
Eine weitere vielversprechende Innovation ist die zunehmende Miniaturisierung und Konformität der Sensortechnologie, die es einfacher denn je macht, einen Sensor in einen Roboterarm, eine industrielle Prüfmaschine oder Unterhaltungselektronik zu integrieren. Dies sind Anwendungen, auf die der aufkeimende Markt für miniaturisierte Spektrometer abzielt. Angetrieben durch das Wachstum der intelligenten Elektronik und des Internets der Dinge werden kostengünstige, miniaturisierte Spektrometer in verschiedenen Bereichen immer wichtiger. Die Komplexität und Funktionalisierung von Standardsensoren für sichtbares Licht kann durch die Integration von miniaturisierten Spektrometern, die vom sichtbaren bis zum SWIR-Bereich des Spektrums mit hoher spektraler Auflösung detektieren können, erheblich verbessert werden. Die Zukunft, die sich die Fraunhofer-Forscher vorstellen, ist ein Spektrometer, das nur 1 Gramm wiegt und einen einzigen Dollar kostet. Es wird erwartet, dass miniaturisierte Spektrometer kostengünstige Lösungen zur Verbesserung der autonomen Effizienz durch verbesserte Material-, Objekt- und Farbdifferenzierung bieten werden.
 
Wichtige Fragen, die im IDTechEx-Bericht beantwortet werden "[Neue Bildsensortechnologien 2023-2033: Anwendungen und Märkte]" Einschließlich:
 
  • Wie weit sind diese aufkommenden Bildsensortechnologien technologisch entwickelt?
  • Welche bahnbrechenden Technologien sind am Horizont zu erkennen?
  • Welche Unternehmen erforschen neue Bildsensortechnologien?
  • Welche Anwendungen werden voraussichtlich am meisten davon profitieren?
  • Wie kann die Autonomie durch Bildsensoren verbessert werden?
  • Welche Schwierigkeiten gibt es bei der Kommerzialisierung dieser neuen Technologien?
 
IDTechEx verfügt über 20 Jahre Erfahrung mit neuen Technologien, einschließlich Bildsensoren, Dünnschichtmaterialien und Halbleitern. Unsere Analysten haben die neuesten Entwicklungen auf den relevanten Märkten genau verfolgt, Interviews mit den wichtigsten Akteuren der Branche geführt, an Konferenzen teilgenommen und Beratungsprojekte in diesem Bereich durchgeführt. In diesem Bericht werden der aktuelle Stand und die neuesten Trends in den Bereichen technologische Leistung, Lieferkette, Fertigungs-Know-how und Fortschritte bei der Anwendungsentwicklung untersucht. Außerdem werden die wichtigsten Herausforderungen, der Wettbewerb und die Innovationsmöglichkeiten auf dem Bildsensormarkt aufgezeigt.
 
Um mehr über diesen neuen IDTechEx-Bericht zu erfahren, einschließlich herunterladbarer Beispielseiten, besuchen Sie bittewww.IDTechEx.com/ImageSensors.