חיישני אינגס (InGaAs) לענייננו, הם חיישנים המסוגלים לקלוט אורכי גל גבוהים יותר מהגלים שבשימוש היום בחיישנים רגילים, ובכך להקנות לרכבים אוטונומים ומערכות העזר לנהג, שימוש באנרגיה גבוהה יותר ויעילות גבוהה יותר בהצגת ובגילוי פרטים.
בכדי להסביר זאת בבהירות, נחזור קצת אחורה ונזכר באיך חיישנים עובדים ובאילו טווחים על הספקטרוים האלקטרו מגנטי אנחנו מדברים.
הספקטרום האינפרה אדום וחיישנים
ככלל, חיישני תמונה מסוגים שונים כמו CCD ו – CMOS שנמצאים בשימוש נפוץ במצלמות, מסוגלים לראות קצת מעבר לטווחים שאנו רואים בעיניים, ומכסים גם חלק מטווח האינפרא אדום (IR). קחו למשל שלט טלויזיה ולחצו עליו מתחת למצלמה, ותוכלו לראות את האור שחיישן השלט מסוג IR פולט. ולמה אני מספר את זה? כדי שנבין שיש עוד טווחים נוספים שהעין שלנו ו/או המצלמה שלנו, לא יכולה לראות אלא אם כן תותאם לכך.
בגדול טווח האינפרא אדום "נמרח" על סקאלה, ומאופיין, לפחות בסטנדרטים המקובלים היום ע"י יצרני החיישנים, ב – 5 קטגוריות, המקוטלגות ע"פ אורך הגל.
- אינפרה-אדום קרוב (NEAR INFRARED – NIR) – גלים באורך 0.75 מיקרון עד 1.4 מיקרון.
- אינפרה-אדום קצר (SHORT-WAVE INFRARED – SWIR) – גלים באורך 1.4-3 מיקרון.
- אינפרה-אדום בינוני (MID-WAVE INFRARED – MWIR) – גלים באורך 3-5 מיקרון.
- אינפרה-אדום ארוך (LONG WAVE INFRARED – LWIR) – גלים באורך 8-14 מיקרון.
- אינפרה-אדום ארוך מאוד (ULTRALONG WAVE INFRARED – ULWIR) – גלים באורך 14-30 מיקרון.
חיישני מצלמת ה- CMOS הם מסיליקון ונקודת השיא שלהם בפליטת האור היא באיזור ה – 1.15 מיקרון, אל תשכחו שאנחנו רואים עד איזור ה – 0.78 מיקרון… אז פלא שהשימוש ב – SWIR מגיע גם לתחום הרכב האוטונומי ומערכות הבטיחות?
אז איפה ה - InGaAs נכנס בתוך החגיגה
חיישנים במצלמות SWIR בעצם הופכים כמו בכל מצלמת CMOS, את הפוטונים לאלקטרונים. אך כדי לראות בצורה משמעותית מעבר לאור הנראה, מוכנסת למשווה שכבה הרגישה לפוטונים עם יכולות משופרות, השכבה יכולה להיות עשויה מחומרים שונים, והנפוץ ביניהם הוא ה –InGaAs, שהינו סגסוגת של שלוש מתכות (ternary alloy). המתכות לידיעה הן indiumu arsenide, GaInAs. בעזרת שילוב זה, החיישני עם שכבת ה- InGaAs ,שיכללו גם את המערך של ה- CMOS, יכולים לראות הרבה יותר לעומק הספקטרום האינפרה-אדום.
אסכם ואוסיף מעט. חיישני ה – CMOS מסוג InGaAs מסוגלים לראות מעבר לאורכי גל של 1.1 מיקרון. באורכי גל אלה, חיישני CMOS רגילים אינם מסוגלים לראות, מהסיבה הפשוטה שאינם מכילים שכבה שיכולה לקלוט קרני אינפרה-אדום באורכי גל גבוהים יותר. היעילות הגבוהה ביותר של חיישני InGaAs הם באורכי הגל 1260nm ועד 1620nm אך ניתן אף להאריך זאת בדרכים שונים. בנוסף, עובי השיכבה והיחס בין ה – indium ל – gallium יקבע בסופו של דבר לאיזה אורך גל יהיה רגיש הסנסור של המצלמה.
השוואה בין חיישן InGaAs-SWIR לחיישן CMOS רגיל
הקשר בין חיישני InGaAs לעולם הרכב
אז כצפוי החיישנים הללו הגיעו וצפויים להמשיך להגיע ולשפר את עולם הרכב האוטונומי ועולם מערכות העזרת המתקדמות לנהג. בחלק זה, אעדכן וארשום אילו חברות משתמשות בטכנולוגיה זאת:
- Luminar Technologies – חברת הייטק שפיתחה בשנים האחרונות LIDAR עם קולטן מסוג InGaAs. לדברי החברה הקולטן יכול לקלוט עד לאורך גל של 1550 ננומטר (1.55 מיקרון) ובעצם מאפשר להשתמש בלייזר החזק בפי 40 מזה המבוסס על סיליקון בלבד שמאפשר שימוש באורכי גל של עד 905 ננומטר בלבד. כל זאת עדיין בטווח הבטוח לעין אנושית.
לדברי מנכ"ל החברה, ג'ייסון אייכנהולץ, בשוק יש צורך בגלאי LIDAR שיאפשרו גילוי של עצמים עם פחות מ – 10% החזר אור. כיום זה מתאפשר, אך רק עד לטווח של כ- 40 מטר. טווח לא יעיל לנסיעות במהירות גבוהה בין השאר. החיישנים שלהם, לדבריו, יאפשרו לראות עד מרחק 200 מטר באותו החזר אור נמוך. החיישנים מיועדים לשימוש ברכבים אוטונומים בשלב 4 ו – 5.