Optische Sensorik Image-Sensoren nach dem Vorbild der Natur

Redakteur: Gerd Kucera

Gekrümmte CMOS-Image-Sensoren seien ein Paradigmenwechsel für die Bildverarbeitung, konstatiert das französische Deep-Tech-Startup SILINA und formt Bildsensor-Elemente jetzt im Industriemaßstab.

Nach dem Vorbild unserer Netzhaut: gekrümmte Bildsensoren. SILINA entwirft und fertigt keine eigenen Sensorelemente, übernimmt aber die Krümmung vorhandener Flächensensoren.
Nach dem Vorbild unserer Netzhaut: gekrümmte Bildsensoren. SILINA entwirft und fertigt keine eigenen Sensorelemente, übernimmt aber die Krümmung vorhandener Flächensensoren.
(Bild: SILINA)

Unsere Netzhaut, die Retina, ist eine lichtempfindliche Gewebeschicht (Nervengewebe) auf der Innenseite der Augenwand und setzt Lichtimpulse in Nervenimpulse um. Die gekrümmte Retina ermöglicht ein weites Sichtfeld mit herausragender Bildqualität und macht das Auge sehr kompakt.

In der Digitalfotografie und industriellen Bildverarbeitung entwickelt man seit Jahren an gekrümmten Image-Sensoren. Die waren bisher auf die Einzel-Chip-Fertigung beschränkt. SILINA habe nun ein Verfahren entwickelt, mit dem in der Produktion Hunderte von Bildsensoren gleichzeitig gekrümmt werden können. Dies biete eine völlig neue Perspektive für das moderne Kamera-Design, von der Massenproduktion bis hin zu Nischenmärkten.

Die erst in diesem Jahr in Paris gegründete SILINA bezeichnet sich als Deep-Tech-Startup, das sich von einem typischen Startup-Unternehmen in seiner Zielsetzung unterscheidet, nämlich technologische Lösungen für wissenschaftliche oder technische Aufgaben zu bieten. Es geht um Herausforderungen, die vor einer erfolgreichen Vermarktung langwierige Forschungs- und Entwicklungsarbeit und große Kapitalinvestitionen erfordern. Erklärtes Hauptrisiko eines Deep-Tech-Unternehmens ist damit das technische Risiko.

Ein optimierter Prozess erlaubt die Skalierung

Bisher nutzen elektronische Bildsysteme plane Sensorelemente, für deren Linse ein komplexes Fertigungsverfahren mit zahlreichen kostenaufwändigen optischen Elementen erforderlich ist. Diese mindern optische Leistung und die Fähigkeiten des Kamerasystems bei zugleich hohen Kosten in der Massenproduktion. Die Technologie für gekrümmte Sensoren überwinde Hardware-Grenzen, für die es keine Software-Lösung gibt, mit dem Ergebnis erheblicher Verbesserungen etwa bei der Bildqualität und dem Detektionsvermögen sowie hinsichtlich Kosten.

Wilfried Jahn, CTO und Mitbegründer von SILINA, hat ein Krümmungsverfahren entwickelt und optimiert, das die Skalierung ermöglicht und volumenstarke Märkte erreichen soll. Jahn erläutert: „Unsere Innovation soll die technologischen Grenzen der Skalierbarkeit überwinden. Früher war diese Technologie auf Nischenmärkte begrenzt, da die verschiedenen Lösungen nur manuelle Einzel-Chip-Fertigungsprozesse erlaubten. Daher war in den vergangenen 20 Jahren nur eine Fertigungsmenge von einigen Dutzend Einheiten möglich. Wir haben unsere Erfahrung aus unterschiedlichen Bereichen zusammengetragen und konnten so ein Verfahren für die gleichzeitige Krümmung von mehreren Hundert Chips entwickeln. Die Tatsache, dass sämtliche Parameter steuerbar sind, macht das Verfahren zuverlässig und wiederholbar. All das senkt die Produktionskosten erheblich. Einen Monat nach der Gründung von SILINA haben wir bereits 275 Einheiten von 1-Zoll-CMOS-Bildsensoren gleichzeitig gekrümmt.

Das Krümmungsverfahren von SILINA ist laut Jahn stets dasselbe, unabhängig von Format und Technologie, insbesondere für CMOS und CCD. Es kann auf vorderseitig beleuchtete (FSI, Front-Side Illuminated) und rückseitig beleuchtete (BSI, Back-Side Illuminated) Sensoren angewandt werden sowie auf verschiedene spektrale Bandbreiten (von ultravioletter über sichtbare bis hin zu Infrarot-Strahlung).

Auch kundenangepasste Formen sind möglich

Jahn: „Dieser Vorgang ermöglicht sowohl eine kleinvolumige Fertigung mit der Krümmung eines einzelnen oder weniger Elemente als auch die Massenproduktion. Zudem sind verschiedene Designs möglich: kugelförmig, asphärisch, Freiformen oder auf Anfrage kundenangepasste Formen. Der Fertigungsprozess wurde auch dafür entwickelt, dasselbe ursprüngliche Packaging für klassische Flachsensoren beizubehalten, d.h. die mechanische Architektur und die elektronische Platine bleiben unverändert. Das erleichtert die Integration dieser Technologie in vorhandene Produktionslinien.“

Zwei Verbesserungsansätze für Imaging-Systeme

Michael Bailly, CEO und Mitbegründer von SILINA, erläutert das Angebot des Startup-Unternehmens im Detail: „Wir bieten unsere Services den Designern und Herstellern von optischen Systemen sowie Kameraintegratoren und Sensorherstellern an, um sie bei der Verbesserung der Leistung ihres Imaging-Systems zu unterstützen und gleichzeitig ihre Produktionskosten zu senken. Unser Angebot umfasst zwei Lösungsvorschläge: Die Unterstützung beim optischen Systementwurf für das Integrieren der Technologie für gekrümmte Sensoren in die spezifischen Kundenanwendungen sowie einen On-demand-Service für die Krümmung von Bildsensoren.“

SILINA entwerfe und fertige zwar nicht seine eigenen Sensoren, übernimmt jedoch die Krümmung vorhandener Flächensensoren. Schließlich plane man auch noch, volumenstarke Märkte über die IP-Lizensierung anzusprechen.

Michael Bailly weiter: „Die Branchen-Bedürfnisse treiben unsere technologischen Entwicklungen in verschiedenen komplementären Aspekten voran, wie Produktionsertrag, Formgenauigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Umgebungsbedingungen. Am Ende stellt jede technologische Entwicklung für eine bestimmte Anwendung auch einen Vorteil für die anderen Anwendungsbereiche dar. Die Europäische Kommission hat Mikroelektronik- und Photonikprojekte als wichtige Vorhaben von gemeinsamem europäischem Interesse definiert. Die Technologie für gekrümmte Bildsensoren gehört ebenfalls dazu.“

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