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09.08.2017

Ungekühlter Indiumgalliumarsenid (InGaAs)- Bildsensor von Andanta

Betrieb bei Raumtemperatur

Für Entwickler und Hersteller von Spezialkameras im Bereich Nah-Infrarot bietet ein Unternehmen, dass sich auf optoelektronische Bildsensoren spezialisiert hat, einen ungekühlten Indiumgalliumarsenid (InGaAs)-Bildsensor mit 640 x 512-Auflösung an, der bei Raumtemperatur arbeitet.

Ungekühlter InGaAs-Bildsensor mit reduzierter 15µm Pixelgröße (© Andanta)

Bei Andanta, Olching, ist jetzt der ungekühlter InGaAs-Bildsensor FPA 640x512_P15-C mit 640 x 512-Auflösung erhältlich, der bei Raumtemperatur betrieben werden kann. Dank der Verwendung einer InGaAs-Planartechnologie mit 53% Indium-Gehalt wird laut Hersteller ein Spektralbereich von 0,9 bis 1,7 μm mit einer Quanteneffizienz >70% (oft im Bereich von 80%) erreicht. Die Verwendung von acht Ausgängen mit 18 MHz Pixelrate liefert nach Firmenangaben eine Ausleserate von ≥ 300 Hz im Vollbild und von ≥ 30 kHz im kleinsten Teilbild von 8 x 4 Pixeln.

Der Sensor kommt mit einer reduzierten Pixelgröße von 15 μm (früher 25 μm), welche die gesamte aktive Sensorfläche auf nur 9,6 x 7,68 mm reduziert. Er ist identisch mit dem niedrig aufgelösten, ungekühlten Sensor FPA 320x256-C.

Der neue Sensor verwendet ein einfaches, hermetisches 64 pin Keramik-LCC-Gehäuse mit einer Größe von 18 mm x 18 mm x 2 mm und einem Sensorgewicht von 1,7 g, was ein sehr kompaktes und leichtes Kamera-Design ermöglicht.
Da kein Kühler anzusteuern ist, beträgt die Leistungsaufnahme max. 200 mW.

Temperaturstabilisierung kann nötig sein

Je nach Anwendung kann eine gewisse Temperaturstabilisierung auf Kamera-Niveau empfehlenswert sein, um die Arbeitspunkte des Sensors zu stabilisieren. Dazu verfügt der Sensor über einen integrierten Temperatur-Sensor (ITS).

Von den 64 Anschlüssen des Sensorgehäuses sind 26 Anschlüsse (Ein- und Ausgänge) für einen „normalen“ Betrieb des Sensors nötig. Verschiedene Referenz- und Testanschlüsse dienen dabei der zusätzlichen Einstellung und Überwachung eines optimalen und fehlerfreien Sensorbetriebes.

Der Sensor besteht aus einem InGaAs-Detektorfeld, das mit einem Si-CMOS-Ausleseschaltkreis verbondet ist (Bild 2).

Aufbau eines InGaAs-Sensors in Hybridtechnik aus InGaAs-Fotodiodenfeld und Si-CMOS-Ausleseschaltkreis (© Andanta)

Für einen zuverlässigen Betrieb des Sensors muss diese Verbindung von hoher Qualität und Langzeitstabilität sein.
Die Pixelverfügbarkeit ist im Datenblatt mit ≥ 99.5% angegeben, die meisten Sensoren zeigen nach Firmenangaben noch weniger Fehlerpixel. Die genaue Anzahl der Fehlerpixel wie Dunkelpixel, Hellpixel, nichtlineare Pixel etc. wird während des Warenausgangstestes für jeden einzelnen Sensor ermittelt und die Messergebnisse sind Bestandteil des Testprotokolls, welches zusammen mit dem Sensor ausgeliefert wird.

Nutzerfreundliche Ansteuerung des Sensors

Um den Sensor anzusteuern werden eine Reihe von Gleichspannungen von ca. 3,6 V (vormals 5,0 bis 5,5 V) und 4-Takt-Spannungen, CLK, FSYNC, LSYNC und DATA, benötigt.
CLK ist der Haupttakt. FSYNC steuert Beginn und Ende der Bildauslesung sowie der Integrationszeit und LSYNC kontrolliert die Zeilenauslesung. Mittels des 80-bit-Wortes DATA werden die verschiedenen Funktionen und Einstellungen des Bildsensors gesteuert.

Die Vorspannung an den InGaAs-Fotodioden-Pixeln, VDETCOM, ist auch bei diesem Sensor innerhalb bestimmter Grenzen durch den Anwender einstellbar. Höhere VDETCOM-Spannungen führen zu einem schärferen Bildeindruck zum Preis eines erhöhten Dunkelstroms. Für einen möglichst rauscharmen Betrieb ist eine niedrigere VDETCOM empfehlenswert.

Verschiedene Auslesemodi erlauben eine hohe Flexibilität und Nutzerfreundlichkeit des Sensors. Der Anwender kann zwischen drei verschiedenen Verstärkungseinstellungen (Hoch, Mittel bzw. Niedrig) wählen, die einer Verstärkung von 99,9 µV/e-, 20,0 µV/e- bzw. 1,33 µV/e- entsprechen. Die Anzahl der Ausgänge ist zwischen zwei, vier und acht Ausgängen wählbar. Einstellbar sind auch die Auslesung von fast beliebigen Teilbildern (ROI) und die zeilen- oder spaltenweise Reihenfolge der Pixel-Auslesung (Invert oder Revert).

Der Sensor unterstützt verschiedene Auslesemodi wie Integrate-While-Read (IWR) für schnelle oder Integrate-Then-Read (ITR) für rauscharme Auslesung sowie Integrationsmodi mit Vielfachauslesung.

Verfügbar ist auch eine Anti-blooming Funktion mit einstellbarem Anti-blooming-Niveau. Die Offset-Einstellung Skimming erlaubt die Einstellung der Offset-Signalhöhe und eine Correlated Double Sampling (CDS)-Option führt zu einer Rauschreduzierung am Sensorausgang.

Sensor für mobile Anwendungen

Der kompakte, ungekühlte InGaAs-Sensor mit geringer Leistungsaufnahme ist besonders für mobile Anwendungen, die Bildaufnahme (Vision) und die Spektroskopie im nahen Infrarotbereich von 0,9 bis 1,7 µm geeignet. Einsetzbar ist der Sensor auch überall dort, wo ein geringes Platzangebot vorgegeben ist und wo es nicht vordergründig auf niedrigste Rauschschwellen ankommt.Solche Anforderungen sind oft im maschinellen Sehen, bei der Materialanalyse und -sortierung, bei der Lebensmittelinspektion, der Laserstrahlanalyse oder der Photovoltaik gegeben.

Zielgruppe für den Sensor sind vor allem Spezialkamera-Entwickler/Hersteller im Bereich Nah-Infrarot. Beim Sensor-Design-In leistet der Sensor-Hersteller technische Unterstützung und Beratung auf der Basis der bestehenden Datenblätter, Handbücher und Applikationsschriften. Für die Entwicklung der Kameraelektronik sind Testmuster mit niedriger Güteklasse erhältlich.

Andanta GmbH
www.andanta.de

Unternehmensinformation

ANDANTA GmbH Detektortechnologie

Ilzweg 7+9
DE 82140 Olching
Tel.: 08142 41058-0
Fax: 08142 41058-29

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