TY  - THES
AB  - Diese Dissertation beschreibt die Entwicklung des hochdynamischen und hochauflösenden TFA-(Thin Film on ASIC) Bildsensors ISAAC (Image Sensor Array with Adjustable Characteristic) und leitet seine Eigenschaften mit numerischen Simulationen und analytischen Modellen her.
Die Auflösung ist ein Hauptkriterium bei der Beurteilung von elektronischen Bildern. Vor allem angesichts der fortschreitenden Verkleinerung von Technologien und Pixeln ist die gemeinhin angegebene Pixeldichte ein unzureichendes Maß. Diese Dissertation ergänzt vorangegangene Arbeiten über die Modulationstransferfunktion (MTF) als Auflösungsgrenze unter Einbeziehung des Objektivs einer Kamera. Der Dynamikbereich stellt eine weitere entscheidende Größe dar.
So ist es nicht möglich, Szenen mit natürlicher Beleuchtung linear in einen Spannungsbereich von typischerweise 60 dB abzubilden. Im ISAAC wird das Bildsignal durch ein steuerbares Überlaufventil in jedem Pixel komprimiert und somit ein größerer Dynamikbereich erzielt. Die Kompression kann logarithmisch sein und ermöglicht es, bei einem Spannungshub von 2 V einen Photostrombereich von 100 dB abzudecken. So erreicht der ISAAC eine bessere Empfindlichkeit und ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis als ein nichtintegrierender logarithmischer Sensor, wobei seine Komplexität und Datenrate geringer als bei hochdynamischen Konzepten mit Integrationsregelung oder Mehrfachauslese ist.
Der Prototyp ISAAC II ist für einen 0,35-µm-CMOS-Prozeß mit drei Metallisierungen und zwei Poly-Ebenen entworfen. In TFA-Technologie dient eine Schichtenfolge aus amorphem Silizium auf dem kristallinen Chip als optischer Detektor, wodurch der Füllfaktor 100% bei gleichzeitig hohem Quantenwirkungsgrad und niedrigem Dunkelstrom beträgt. Jedes Pixel mißt (7,7µm)2 und beinhaltet drei oder vier Transistoren. Der Sensor besteht aus insgesamt 256 x 256 Pixeln, Zeilenauswahl- und Spaltenauslese-Schaltungen. Er wird im Schlitzverschluß-Modus betrieben.
Zur Berechnung der Kennlinie wird ein detailliertes Modell des Pixels des ISAAC II entwickelt, wobei der Einfluß des als Überlaufventil dienenden Transistors im Subthreshold-Bereich sowie verschiedenene parasitäre Effekte berücksichtigt werden. Rauschen und Fixed Pattern Noise erfahren besondere Aufmerksamkeit, indem ihre Übertragungsfunktionen für die verschiedenen Stufen des Auslesens hergeleitet werden. Hard-to-Soft Reset, der Betrieb des Resettransistors in
schwacher Inversion nach einer kurzen Phase im Triodenbereich, dient dazu, sowohl das im Pixel entstehende Fixed Pattern Noise als auch das Resetrauschen zu reduzieren. Offsets von Pixel zu Pixel können mit korrelierter Doppelabtastung in jeder Spalte weitgehend beseitigt werden, während Abweichungen von Spalte zu Spalte mit einer zusätzlichen Doppelabtastung unterdrückt werden. Beide Schaltungen sind in der Lage, über einen weiten Signalbereich eine räumliche Standardabweichung auf weniger als 8% ihres Ursprungswerts zu reduzieren. Der Prototyp ISAAC II kann gefertigt werden, sobald genügende Kapazitäten zur Verfügung stehen.
AU  - Schneider, Bernd
DA  - 2002
KW  - Bildsensor
KW  - Auflösungsvermögen
KW  - Rauschen
LA  - ger
PY  - 2002
TI  - Ein hochauflösender und hochdynamischer Bildsensor in TFA-Technologie
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-189
Y2  - 2024-11-22T03:10:13
ER  -