• Schalter wissen.de
  • Schalter wissenschaft
  • Schalter scinexx
  • Schalter scienceblogs
  • Schalter damals
  • Schalter natur
Scinexx-Logo
Logo Fachmedien und Mittelstand
Scinexx-Claim
Facebook-Claim
Google+ Logo
Twitter-Logo
YouTube-Logo
Feedburner Logo
Samstag, 23.09.2017
Hintergrund Farbverlauf Facebook-Leiste Facebook-Leiste Facebook-Leiste
Scinexx-Logo Facebook-Leiste

Forscher machen CMOS-Bildsensoren schneller

Neues Bauteil ermöglicht schnelleres Auslesen der Bildinformationen

Herkömmliche CMOS-Bildsensoren sind für lichtschwache Anwendungen wie astronomische Beobachtungen oder Fluoreszenzmessungen kaum brauchbar. Denn große, in einer Matrix angeordnete Pixel erlauben keine raschen Auslesegeschwindigkeiten. Jetzt haben Forscher ein neues optoelektronisches Bauteil entwickelt, dass diesen Prozess beschleunigt. Es ist bereits zum Patent angemeldet und könnte bald auf den Markt kommen.
High-Speed-CMOS-Sensoren kommen bereits beim Steuern von Produktionsmaschinen zum Einsatz

High-Speed-CMOS-Sensoren kommen bereits beim Steuern von Produktionsmaschinen zum Einsatz

Längst haben CMOS-Bildsensoren in der Digitalfotografie den Markt erobert. In der Herstellung sind sie wesentlich günstiger als herkömmliche CCD- Sensoren. Auch in Sachen Stromverbrauch und Handhabung sind sie überlegen. Deshalb verbauen die großen Hersteller von Handy- und Digitalkameras heute fast ausschließlich CMOS-Chips in ihre Produkte. Das schont den Akku – und die Kameras werden immer kleiner.

Zu langsam für lichtschwache Anwendungen


Doch die optischen Halbleiterchips stoßen mitunter an ihre Grenzen: Besonders in Bereichen, in denen nur wenig Licht zur Verfügung steht, wie in der Röntgenfotografie oder in der Astronomie, müssen größere Pixelflächen den Lichtmangel ausgleichen. "Doch wenn die Pixel eine bestimmte Größe überschreiten, haben die Pinned-Photodioden (PPD) der CMNOS-Sensoren ein Geschwindigkeitsproblem", erklärt Werner Brockherde, Abteilungsleiter am Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS. Diese optoelektrischen Bauelemente sorten für die Umwandlung der Lichtsignale in elektrische Impulse und sind daher für die Bildverarbeitung wesentlich. Aber für lichtschwache Anwendungen mit großen Pixeln ist ihre Auslesegeschwindigkeit zu gering.

Für dieses Problem haben die Fraunhofer-Forscher jetzt eine Lösung gefunden – sie ist bisher einzigartig und bereits patentiert: Die Wissenschaftler haben ein neues optoelektronisches Bauelement entwickelt, den sogenannten Lateral drift field Photodetector (LDPD). "Darin wandern die durch das einfallende Licht erzeugten Ladungsträger mit High-Speed zum Ausgang", erklärt der Forscher. Dadurch habe sich das Auslesen bis zum hundertfachen beschleunigen lassen.


Um das neue Bauelement realisieren zu können, erweiterten die Fraunhofer-Forscher den derzeit verfügbaren 0,35 µm-Standard-CMOS-Prozess zur Herstellung der Chips: "Das zusätzliche LDPD-Bauelement darf die Eigenschaften der restlichen Bauteile nicht beeinträchtigen", sagt Brockherde. Mithilfe von Simulationsberechnungen gelang es den Experten, diesen Anforderungen zu genügen – ein Prototyp der neuen High-Speed-CMOS-Bildsensoren ist bereits verfügbar. "Die Freigabe für die Serienfertigung erwarten wir für nächstes Jahr", so Brockherde.

Auch für 3D-Sensoren geeignet


Die High-Speed-CMOS-Sensoren sind ideale Kandidaten für Anwendungen, in denen großflächige Pixel und eine hohe Auslesegeschwindigkeit erforderlich sind: Nicht nur in der Astronomie, bei der Spektroskopie oder in der modernen Röntgenfotografie könnten sie zum Einsatz kommen. Sie eignen sich auch hervorragend als 3D-Sensoren, die nach dem Time-of-Flight-Verfahren arbeiten. Dabei senden Lichtquellen kurze Impulse aus, die von den Objekten reflektiert werden. Die Laufzeit des reflektierten Lichts wird dann von einem Sensor erfasst und ergibt ein ganzheitliches 3D-Bild.

Diese Technologie ist etwa beim Thema Aufprallschutz von Interesse. Denn die Sensoren können das Umfeld dreidimensional exakt erfassen. Einen solchen Flächensensor mit der einzigartigen Pixelanordnung haben die Fraunhofer-Forscher bereits entwickelt.
(Fraunhofer-Gesellschaft, 03.01.2012 - NPO)
 
Printer IconShare Icon