Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Vision 2012: Hochempfindlicher Photonenjäger

31.10.2012
Steht extrem wenig Licht zur Verfügung, kommt es bei der Bildgebung auf jedes einzelne Photon an. Aktuelle Technologien stoßen hier oft an ihre Grenzen. Forscher haben jetzt eine Diode entwickelt, die Photonen schneller als bisher auslesen kann.

Schnelle und hochempfindliche optische Systeme gewinnen zunehmend an Bedeutung und werden für die unterschiedlichsten Anwendungen genutzt: zum Beispiel bei bildgebenden Verfahren in Medizin und Biologie, in der Astronomie oder bei Sicherheitstechnik in der Automobilindustrie.


Die Bearbeitung der digitalen Bildsignale ist bereits direkt auf dem Mikrochip möglich.
© Fraunhofer IMS

Oft besteht die Herausforderung darin, Bilder bei extrem wenig Licht in hoher Qualität aufzunehmen. Moderne Photodetektoren für die Bilderfassung stoßen hier meist an ihre Grenzen. Sie arbeiten häufig mit lichtempfindlichen elektronischen Bauteilen, die auf CMOS- (Complementary Metal Oxide Semiconductor) oder CCD- (Charge-Coupled Device) Bildsensoren basieren.

Das Problem: Weder aktuelle CMOS- noch CCD-Systeme garantieren gleichzeitig eine schnelle und hochempfindliche Bildaufnahme in hoher Qualität, wenn es darum geht, wenige Photonen auszulesen.

Das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg hat nun die CMOS-Technik weiterentwickelt und mit der Technologie, die auf Single-Photon Avalanche Photodioden (SPAD) basiert, einen hochempfindlichen Bildsensor vorgestellt. Dessen Pixelstruktur kann einzelne Photonen innerhalb nur weniger Pikosekunden zählen und ist damit tausend Mal schneller als vergleichbare Modelle. Da jedes einzelne Photon berücksichtigt wird, sind Kameraaufnahmen auch bei extrem schwachen Lichtquellen möglich.

Kamera direkt auf Chip installiert

Um das zu erreichen, nutzt der neue Bildsensor den »internen Lawinendurchbruch-Effekt«, einen photoelektrischen Verstärkereffekt. Die Anzahl der »Durchbrüche« entspricht dabei der Anzahl der Photonen, die das Pixel getroffen haben. Um diese Ereignisse zählen zu können, ist jedes Pixel des Sensors mit sehr genauen digitalen Zählern ausgerüstet. Gleichzeitig haben die Wissenschaftler Mikrolinsen auf jeden Sensorchip aufgebracht, die die Einstrahlung in jedem Pixel auf die photoaktive Fläche fokussieren. Ein weiterer Vorteil: Eine Bearbeitung der digitalen Bildsignale ist bereits direkt auf dem Mikrochip möglich, zusätzliche analoge Signalverarbeitung damit nicht mehr notwendig.

»Der Bildsensor ist ein großer Schritt für die digitale Bildgenerierung und Bildverarbeitung. Sie versetzt uns in die Lage, auch sehr schwache Lichtquellen für Fotoaufnahmen zu nutzen. Die neue Technologie installiert die Kamera direkt auf dem Halbleiter und ist in der Lage, die Informationen des Lichts wesentlich schneller in Bilder umzusetzen«, so Dr. Daniel Durini, Leiter der Gruppe optische Bauelemente am IMS.

Das IMS hat den Sensor im Europäischen Forschungsprojekt MiSPiA (Microelectronic Single-Photon 3D Imaging Arrays for low-light high-speed Safety and Security Applications) entwickelt. Insgesamt sind europaweit sieben Partner aus Forschung und Wirtschaft an dem Projekt beteiligt. Im nächsten Schritt arbeiten die Wissenschaftler aus Duisburg an einem Prozess zur Herstellung von Sensoren, die von der Rückseite beleuchtet werden und dadurch noch leistungsfähiger sind. Gleichzeitig wird die neue Technologie bereits bei Tests im Verkehr eingesetzt. Die chipbasierten Minikameras schützen dabei unter anderem Fahrzeuge, Radfahrer und Fußgänger vor Kollisionen und Unfällen oder helfen bei der zuverlässigen Funktion von Sicherheitsgurten und Airbags.

Das IMS zeigt den neuen Bildsensor am Stand H74 in Halle 1 auf der Vision, der Weltleitmesse der Bildverarbeitung, vom 6. bis 8. November 2012 in Stuttgart.

Dr.-Ing. Daniel Durini | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2012/november/hochempfindlicher-photonenjaeger.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht Starker Auftritt von dormakaba auf der Messe Security Essen 2016
11.10.2016 | Kaba GmbH

nachricht Solarkollektoren aus Ultrahochleistungsbeton verbinden Energieeffizienz und Ästhetik
16.01.2017 | Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau