Fraunhofer-Institut bringt Farbe ins Spiel

Sahen Bildsensoren von Spezialkameras, wie sie beispielsweise bei Fahrerassistenzsystemen verwendet werden, meist nur schwarzweiß und hatten eine begrenzte Lichtempfindlichkeit, erkennen solche Sensoren nun Farbe und sind wesentlich lichtempfindlicher. Den Forschern vom Fraunhofer-Institut für Mikroelektrische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg ist es nun gelungen, einen Fertigungsprozess für Bildsensoren zu entwickeln, der den Chips beibringt, Farbe zu sehen.

Für elektronische Assistenten in den Autos der Zukunft sind zuverlässige, hochwertige und vor allem kostengünstige Kameras erforderlich. Sie müssen zugleich besonders klein, leicht und robust sein und hohe Umgebungstemperaturen aushalten.

Bildsensoren werden üblicherweise auf Silizium-Wafer mithilfe eines Halbleiterverfahrens hergestellt, dem sogenannten CMOS-Prozess. „Wir haben ein Farbfiltersystem in den Prozess integriert“, erklärt Prof. Dr. Holger Vogt vom 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. UV-Licht und eine an den gewünschten Pixeln lichtdurchlässige Maske tun das Übrige: Die Farbe wird an den entsprechenden Stellen ausgehärtet, der Rest abgewaschen. Darüber hinaus haben die Forscher spezielle Mikrolinsen entwickelt, die dem Sensor helfen, das Licht effizienter einzufangen und zu messen. Jedem einzelnen Pixel „spendierten“ sie eine eigene Linse, sie steigert die Lichtempfindlichkeit des Bildsensors auf fast das Doppelte.

Es lassen sich aber nicht nur verbesserte Fahrerassistenzsysteme mit dem optimierten CMOS-Prozess, der auf der Messe Vision vom 3. bis 5. November 2009 in Stuttgart vorgestellt wird, kostengünstig realisieren. Von den neuen Eigenschaften der Bildsensoren kann u.a. auch die Endoskopie profitieren.