Farbsensoren für bessere Sicht

  • 01. October 2009

Dank eines neuen Fertigungsprozesses erkennen CMOS-Bildsensoren von Spezialkameras nun Farbe und sind wesentlich lichtempfindlicher.

Die Autos der Zukunft haben eine Menge schlauer Assistenten an Bord – von der Einparkhilfe über die Verkehrsschilderkennung bis hin zum "Totwinkel"-Warner. Für viele Fahrassistenzsysteme sind hochwertige Kameras notwendig, die vielerlei Anforderungen genügen müssen. Sie müssen hohe Umgebungstemperaturen aushalten können sowie besonders klein, leicht und robust zugleich sein. Außerdem darf ihren Augen nichts entgehen, und sie sollten möglichst wenig kosten. Heutzutage verwendet man für die meisten Systeme im Auto CMOS-Sensoren. Das sind Halbleiterchips, die Lichtsignale in elektrische Impulse verwandeln und in den meisten Digitalkameras eingebaut sind. Doch bisher sind die Sensoren für Industrie- und Spezialkameras meist farbenblind.

Fraunhofer IMS

Abb.: Der neuartige CMOS-Bildsensor erkennt Farbe und ist wesentlich lichtempfindlicher als bisherige Sensoren. (Bild: Fraunhofer IMS)

Nun bringen Forscher vom Fraunhofer-Institut für Mikroelektrische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg Farbe ins Spiel: Sie haben einen neuen Fertigungs-Prozess für CMOS-Bildsensoren entwickelt, der den Chips beibringt, Farbe zu sehen. Üblicherweise werden die Bildsensoren auf Silizium-Wafer mit Hilfe eines Halbleiterverfahrens hergestellt, dem CMOS-Prozess. »Wir haben ein Farbfiltersystem in den Prozess integriert«, erklärt Holger Vogt, stellvertretender Institutsleiter am IMS. »So wie das menschliche Auge spezielle Zapfentypen benötigt, muss man Farbfilter vor die Sensoren schalten, damit sie Farben erkennen können.« Diese Aufgabe übernehmen gefärbte Polymere in den Grundfarben Rot, Grün und Blau. Jedes Pixel auf dem Sensor ist mit einer der drei Farben beschichtet. Dazu »schleudert« eine Maschine eine Mikrometer dicke Polymerschicht auf die Sensorscheibe auf. Mit Hilfe von UV-Licht und einer Maske, die nur an den gewünschten Pixeln lichtdurchlässig ist, härtet man die Farbe an den entsprechenden Stellen aus und wäscht den Rest anschließend ab. Darüber hinaus haben die Forscher spezielle Mikrolinsen entwickelt, die dem Sensor helfen, das Licht effizienter einzufangen und zu messen: Mit Hilfe eines durchsichtigen Polyimids verpassen sie jedem einzelnen Pixel seine eigene Linse, die die Lichtempfindlichkeit des Bildsensors auf fast das Doppelte steigert.

Nicht nur verbesserte Fahrerassistenzsysteme lassen sich mit dem optimierten CMOS-Prozess kostengünstig realisieren. Auch die Endoskopie etwa kann von den neuen Eigenschaften der CMOS-Bildsensoren profitieren.

Fraunhofer-Gesellschaft

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KP

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