Sony Semiconductor Solutions a annoncé le lancement prochain de l’IMX711, un capteur d’image CMOS à rayons X à conversion directe et intégration de charge, conçu pour l’instrumentation d’inspection et de mesure. La société le présente comme le capteur de sa catégorie avec la plus haute vitesse d’image et le plus faible bruit de l’industrie, avec un débit maximal de 26 100 images par seconde et la capacité de mesurer avec précision l’énergie des rayons X sur une large plage dynamique.

Cette innovation ne cible pas le marché photographique traditionnel, mais plutôt des secteurs où l’image par rayons X est utilisée pour percevoir ce que l’œil ne peut pas voir : inspection de semi-conducteurs, batteries, matériaux, structures cristallines, composants industriels et mesures scientifiques. À une époque où la fabrication avancée doit identifier des défauts de plus en plus petits et analyser les matériaux en détail, Sony souhaite concentrer plusieurs tâches en une seule puce, évitant ainsi des mesures ou configurations plus complexes.

Un capteur à conversion directe pour la mesure de l’énergie, pas seulement pour l’image

L’IMX711 détecte directement les rayons X et émet des signaux proportionnels à leur énergie. Cette différence technique est importante car elle permet de dépasser la simple image basée sur le contraste. Le capteur peut collecter des informations énergétiques au niveau du photon et les combiner avec des données spatiales, offrant ainsi la possibilité d’identifier des différences entre matériaux, d’analyser leurs composants, et de visualiser des distributions bidimensionnelles associées à différents niveaux d’énergie.

Sony explique que le capteur utilise une méthode d’intégration de charge permettant d’acquérir des informations sur l’énergie des photons sans définir au préalable un seuil. Contrairement aux technologies plus conventionnelles, où certains analyses nécessitent plusieurs captures ou une configuration rigide préalable, ici l’objectif est d’obtenir des données énergétiques plus complètes pour traitement ultérieur selon diverses conditions.

Les applications envisagées concernent l’inspection à grande vitesse d’objets en mouvement, notamment dans les batteries et les semi-conducteurs ; la cartographie élémentaire pour distinguer des photons de différents niveaux énergétiques ; et les mesures simultanées de structures cristallines combinées à l’analyse d’éléments via la information énergétique et spatiale des photons.

Plus de vitesse et moins de bruit pour détecter des signaux faibles

La vitesse constitue l’un des principaux arguments de l’IMX711. Sony affirme qu’il atteint 26 100 fps grâce à une technologie de circuit propriétaire capable de supprimer la saturation de charge. En réduisant la quantité de charge accumulée par image, le capteur améliore son comportement face à la saturation par rapport aux capteurs conventionnels.

Ce point est essentiel pour l’inspection industrielle, où les scènes ne présentent pas toujours une luminosité homogène. Certaines zones peuvent avoir un signal fort tandis que d’autres affichent des signaux faibles dans la même mesure. Un capteur avec une plage dynamique accrue et un bruit réduit peut détecter des détails autrement masqués ou perdus lors de la correction d’exposition pour les zones plus lumineuses.

Sony indique que le bruit aléatoire, un défi technique pour les capteurs à intégration de charge, a été réduit à 34 e-rms en conditions d’évaluation. Cela permettrait de détecter plus fiablement les signaux faibles des rayons X et d’améliorer la précision dans des scénarios à faible flux. La valeur de référence du bruit garanti est de 60 e-rms, mesurée dans un environnement où la température interne du capteur est inférieure ou égale à 20 ºC.

La synergie entre haute vitesse et faible bruit peut être particulièrement utile dans les chaînes de production où une simple image de haute qualité ne suffit pas. Par exemple, dans les batteries, l’inspection peut nécessiter d’observer couches, soudures ou structures internes sans arrêter la machine. Dans le cas des semi-conducteurs, le défi réside dans la détection de défauts de plus en plus petits et dans des composants aux géométries complexes à haute valeur unitaire.

RIKEN et Sony adaptent une structure de pixel au secteur industriel

Le IMX711 a été développé grâce à une collaboration entre Sony Semiconductor Solutions et le centre de recherche RIKEN, l’un des plus importants au Japon. Selon Sony, le capteur repose sur une structure de pixel inventée par le Dr Takaki Hatsui de RIKEN. Sur cette base, les deux organisations ont travaillé pour transformer cette idée en un capteur à rayons X pratique et fiable.

Le projet comprenait des améliorations en sensibilité, résistance à l’irradiation par rayons X et tolérance à de hautes tensions. Sony a apporté son expertise en circuits, procédés de fabrication et technologie d’emballage pour rendre la conception prête à la production en série.

Cette collaboration illustre un schéma typique dans le domaine des semi-conducteurs spécialisés : une idée née en recherche fondamentale nécessite plusieurs années d’ingénierie pour devenir un composant fiable, fabriquable et utile dans des équipements industriels. Dans le cas des capteurs à rayons X, cette transition implique non seulement résolution et vitesse, mais aussi stabilité, robustesse, calibration, bruit, emballage et comportement sous irradiation.

Le IMX711 ouvre la voie à une évolution de l’inspection par rayons X vers des systèmes plus riches en données. L’industrie ne cherche plus uniquement à détecter si une pièce est cassée ou mal assemblée. Elle veut analyser la composition, la structure, les changements d’état, la distribution d’éléments, et repérer des défauts internes plus rapidement et avec moins d’étapes. Un capteur capable d’enregistrer simultanément des données énergétiques et spatiales en une seule puce peut considérablement simplifier ces processus.

Dans le domaine scientifique, la possibilité de combiner des analyses structurales et élémentaires est précieuse pour étudier matériaux, cristaux, processus chimiques ou échantillons où de petites variations comptent. Dans l’industrie, cela peut réduire les temps d’inspection et améliorer la détection d’anomalies dans des produits de haute valeur.

Rayons X pour une industrie qui cherche à mieux mesurer

Le lancement prévu de l’IMX711 intervient dans un contexte où la pression pour la qualité de fabrication est accrue. Les semi-conducteurs avancés, batteries pour véhicules électriques, appareils électroniques sophistiqués et nouveaux matériaux nécessitent des méthodes d’inspection plus rapides, précises et automatisables. L’imagerie par rayons X demeure un outil précieux, mais elle doit évoluer pour traiter des volumes plus importants avec des analyses plus exigeantes.

Sony ne présente pas un capteur destiné à remplacer tous les systèmes de rayons X actuels, mais un composant pour instrumentation avancée. Son succès dépendra de son intégration par les fabricants d’équipements, laboratoires et fournisseurs industriels. La rapidité de 26 100 fps, le faible bruit et la capacité de mesurer l’énergie par photon peuvent devenir des atouts si elles permettent d’obtenir des appareils plus rapides, des mesures plus fiables ou des analyses plus détaillées.

Il faudra également prendre en compte le coût, la disponibilité, et la compatibilité avec les systèmes en place. Dans les secteurs industriel et scientifique, un nouveau capteur ne se adopte pas uniquement pour ses spécifications : il doit s’intégrer dans un écosystème comprenant logiciels, calibration, optique, électronique de lecture, support et validation en conditions réelles.

Ce lancement renforce cependant la position de Sony Semiconductor Solutions dans le domaine des capteurs spécialisés, en dehors du marché grand public. La société est reconnue pour son leadership dans les capteurs d’image pour caméras et mobiles, mais l’IMX711 témoigne d’une ligne différente : des capteurs scientifiques et industriels qui transforment leur expérience CMOS en outils de mesure avancée.

Cette avancée peut particulièrement intéresser des secteurs où chaque défaut caché a un coût élevé. Dans les batteries, une défaillance interne peut compromettre la sécurité et la durée de vie. En semi-conducteurs, une imperfection peut invalider des composants de grande valeur. En recherche, une mesure plus précise peut faire gagner du temps et améliorer l’interprétation des résultats. L’IMX711 vise à répondre à ce besoin en capturant plus d’informations, plus rapidement, avec moins de bruit.

Questions fréquentes

Qu’est-ce que l’IMX711 de Sony ?

Il s’agit d’un capteur d’image CMOS à rayons X à conversion directe et intégration de charge, conçu pour l’instrumentation de mesure et d’inspection avancée.

Quelle vitesse atteint-il ?

Sony annonce une vitesse maximale de 26 100 images par seconde, la plus rapide de l’industrie parmi les capteurs CMOS à rayons X avec intégration de charge.

Pour quelles applications est-il destiné ?

Il vise l’inspection de semi-conducteurs et batteries, la cartographie élémentaire, l’analyse de structures cristallines, la mesure scientifique, et la détection de différences énergétiques au niveau du photon.

Que apporte-t-il par rapport aux capteurs classiques ?

Il permet de mesurer l’énergie des rayons X sur une large plage dynamique et d’acquérir des informations énergétiques au niveau du photon dans un seul capteur, avec un faible bruit et une vitesse d’acquisition élevée.

via : prnewswire