Panasonic entwickelt APD-CMOS-Bildsensor für scharfe Farbaufnahmen mit Beleuchtungsstärken von weniger als 0,01 Lux

Die Panasonic Corporation hat heute bekannt gegeben, dass das Unternehmen den CMOS-Bildsensor entwickelt hat (APD-CMOS), bei dem für jedes Pixel Avalanche-Photodioden (APDs)^*1 verwendet werden. Dem Unternehmen ist es gelungen, 10.000-fach multiplizierte^*2 elektrische Signale zu gewinnen. Dies war durch die Multiplikation von durch photoelektrische Konversion im Photodetektor generierte Photoelektronen durch das APD möglich. So können Sie sogar bei Sternenlicht (Beleuchtungsstärke von 0,01 Lux) oder an anderen, ähnlich dunklen Orten scharfe Farbfotos aufnehmen.

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*1 Photodioden, die in der Lage sind, bei schwachem Licht große elektrische Signale zu gewinnen (das heißt geringe Anzahl von Photonen). Große Ausgangssignale können durch Multiplikation von Photoelektronen gewonnen werden, die in der Konversionsschicht generiert werden.

*2 Im Vergleich mit Bildsensoren ohne Multiplikationsfunktion (nach unseren eigenen Recherchen mit Stand vom 3. Februar 2016)

Mit dem neuen Bildsensor sind durch die Multiplikation von Photoelektronen hoch sensible Aufnahmen möglich. So können Farben mit starker Abstufung realisiert werden, und selbst an dunklen Orten muss die Belichtungszeit nicht erhöht werden. Außerdem kann die Multiplikation von Photoelektronen sofort kontrolliert werden, indem man die Spannung verändert, die je nach der Beleuchtungsstärke zum Zeitpunkt der Aufnahme an den APDs liegt. So können Sie Fotos bei unterschiedlichen Beleuchtungsstärken aufnehmen – von hellen bis hin zu dunklen Orten. Zu den erwarteten Anwendungen gehören Überwachungskameras, die mit großem Kontrastumfang Farbaufnahmen machen können müssen, und Industriekameras, die ultrasensible Aufnahmen machen können müssen.

Diese Entwicklung bringt folgende Vorteile mit sich:

• Hoch sensible Farbaufnahmen:
  40 Millionen/Lux·Sek·µm² (10.000-mal so sensibel wie konventionelle Geräte)
• Großer Kontrastumfang:
  100 dB (+ 40 dB im Vergleich zu konventionellen CMOS-Bildsensoren)

Diese Entwicklung konnte auf der Grundlage folgender Technologien realisiert werden:

• Technologie für das Konstruktionsdesign von APD-Bildelementen, bei der Avalanche-Photodioden und Ladungsspeicherung in den photoelektrischen Konverter integriert sind, um Photoelektronen mit den generierten Farbinformationen nicht nur zu multiplizieren, sondern auch zu akkumulieren
• Technologie mit variabler Sensibilität, bei der die Multiplikation innerhalb einer Tausendstel-Sekunde gesteuert wird, indem die an den APDs anliegende Spannung kontrolliert wird – so sind 30-fps-Videoaufnahmen möglich, die den Veränderungen der Beleuchtungsstärke folgen können

Bei konventionellen Bildsensoren fallen Photoelektronen, die bei der Aufnahme an einem dunklen Ort photoelektrisch konvertiert werden, eventuell unter den Störpegel, weshalb die Mindestbeleuchtung der Umgebung für die Aufnahme nicht geringer als die bei Mondlicht ungefähr gegebene Beleuchtungsstärke (0,1 Lux) sein sollte. Daher wurde die Aufnahme von Bildern mit Beleuchtung durch eine Infrarotlichtquelle sowie mittels Photo-Multipliern durchgeführt. Nahinfrarot-Lichtquellen haben jedoch den Nachteil, dass Farbbilder nicht möglich sind. Photo-Multiplier wiederum haben den Nachteil, dass die Kameras größer sein müssen, da eine Stromversorgung mit hoher Leistung nötig ist.

Das Ergebnis dieser Entwicklung wurde auf der International Solid-State Circuits Conference 2016 bekannt gegeben, die am 1. Februar 2016 in San Francisco stattfand.

Über Panasonic
Die Panasonic Corporation ist ein weltweit führendes Unternehmen in der Entwicklung verschiedener elektronischer Technologien und Lösungen für Kunden in den Bereichen Unterhaltungselektronik, Immobilien, Automobilindustrie, Unternehmenslösungen und Geräte. Seit seiner Gründung im Jahr 1918 hat das Unternehmen weltweit expandiert und unterhält mittlerweile 468 Niederlassungen und 94 verbundene Unternehmen, die im am 31. März 2015 zu Ende gegangenen Geschäftsjahr einen Nettoumsatz in Höhe von 7,715 Billionen Yen ausweisen konnten. Mit dem Einsatz, durch bereichsübergreifende Innovationen neue Werte zu schaffen, strebt das Unternehmen mit seinen Technologien danach, seinen Kunden bessere Lebensbedingungen und eine bessere Welt zu bieten. Weitere Informationen zu Panasonic finden Sie unter http://www.panasonic.com/global.

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