Научно-производственная компания
RUEN
+7 (812) 740-71-28
Продукты
  • Оптика
    Оптика
    • Видимого и УФ диапазонов
    • Ближнего, среднего и дальнего ИК-диапазонов
    • Оптические окна и фильтры
    • Подсветка УФ, ИК и видимого диапазона
  • Сенсоры
    Сенсоры
    • Видимого и УФ диапазонов
    • Ближний ИК (0.9 — 1.7 мкм)
    • Средний ИК (3 — 5 мкм)
    • Дальний ИК (8 — 14 мкм)
  • Камеры и модули рентгеновского и ультрафиолетового диапазонов
    Камеры и модули рентгеновского и ультрафиолетового диапазонов
    • X-RAY (0,005 — 100 нм)
    • УФ диапазон (100 — 400 нм)
  • Камеры и модули видимого диапазона
    Камеры и модули видимого диапазона
    • Астрономические камеры
    • 3D-модули
    • Камеры машинного зрения
    • Модули
  • Камеры и модули инфракрасного диапазона
    Камеры и модули инфракрасного диапазона
    • Ближний ИК (0.9 — 1.7 мкм)
    • Средний ИК (3 — 5 мкм)
    • Дальний ИК (8 — 14 мкм)
  • Аэрофотосъемочное оборудование
    Аэрофотосъемочное оборудование
    • Камеры для аэрофотосъемки
    • Аэрофотосъемочные комплексы
  • Аксессуары и прочее
    Аксессуары и прочее
    • Микродисплеи
    • Интерфейсные платы
Решения
  • Медицина
    • Тепловизионный комплекс измерения температуры тела Dahua Technology
    • Бесконтактный термометрический сканер TS-WOE1 Thermal Scanner
    • Портативная тепловизионная камера Guide T120H
  • Нефтегазовая отрасль
    • Визуализация утечек Метана (OGI)
  • Горная промышленность
    • Системы улучшения видимости при эксплуатации спецтехники
Проекты
  • Охрана и безопасность
  • Аэрофотосъемка
  • СВЧ
Услуги
  • Производство на заказ
    • Изготовление оптических компонентов
  • Программное обеспечение
    • GeoCloud
Новости
Библиотека
Мероприятия
О компании
  • Контакты
  • Производители и партнеры
  • Вакансии
  • Сертификаты
  • Специальная оценка условий труда
    НПК Фотоника
    Продукты
    • Оптика
      Оптика
      • Видимого и УФ диапазонов
      • Ближнего, среднего и дальнего ИК-диапазонов
      • Оптические окна и фильтры
      • Подсветка УФ, ИК и видимого диапазона
    • Сенсоры
      Сенсоры
      • Видимого и УФ диапазонов
      • Ближний ИК (0.9 — 1.7 мкм)
      • Средний ИК (3 — 5 мкм)
      • Дальний ИК (8 — 14 мкм)
    • Камеры и модули рентгеновского и ультрафиолетового диапазонов
      Камеры и модули рентгеновского и ультрафиолетового диапазонов
      • X-RAY (0,005 — 100 нм)
      • УФ диапазон (100 — 400 нм)
    • Камеры и модули видимого диапазона
      Камеры и модули видимого диапазона
      • Астрономические камеры
      • 3D-модули
      • Камеры машинного зрения
      • Модули
    • Камеры и модули инфракрасного диапазона
      Камеры и модули инфракрасного диапазона
      • Ближний ИК (0.9 — 1.7 мкм)
      • Средний ИК (3 — 5 мкм)
      • Дальний ИК (8 — 14 мкм)
    • Аэрофотосъемочное оборудование
      Аэрофотосъемочное оборудование
      • Камеры для аэрофотосъемки
      • Аэрофотосъемочные комплексы
    • Аксессуары и прочее
      Аксессуары и прочее
      • Микродисплеи
      • Интерфейсные платы
    Решения
    • Медицина
      • Тепловизионный комплекс измерения температуры тела Dahua Technology
      • Бесконтактный термометрический сканер TS-WOE1 Thermal Scanner
      • Портативная тепловизионная камера Guide T120H
    • Нефтегазовая отрасль
      • Визуализация утечек Метана (OGI)
    • Горная промышленность
      • Системы улучшения видимости при эксплуатации спецтехники
    Проекты
    • Охрана и безопасность
    • Аэрофотосъемка
    • СВЧ
    Услуги
    • Производство на заказ
      • Изготовление оптических компонентов
    • Программное обеспечение
      • GeoCloud
    Новости
    Библиотека
    Мероприятия
    О компании
    • Контакты
    • Производители и партнеры
    • Вакансии
    • Сертификаты
    • Специальная оценка условий труда
      НПК Фотоника
      • Продукты
        • Назад
        • Продукты
        • Оптика
          • Назад
          • Оптика
          • Видимого и УФ диапазонов
          • Ближнего, среднего и дальнего ИК-диапазонов
          • Оптические окна и фильтры
          • Подсветка УФ, ИК и видимого диапазона
        • Сенсоры
          • Назад
          • Сенсоры
          • Видимого и УФ диапазонов
          • Ближний ИК (0.9 — 1.7 мкм)
          • Средний ИК (3 — 5 мкм)
          • Дальний ИК (8 — 14 мкм)
        • Камеры и модули рентгеновского и ультрафиолетового диапазонов
          • Назад
          • Камеры и модули рентгеновского и ультрафиолетового диапазонов
          • X-RAY (0,005 — 100 нм)
          • УФ диапазон (100 — 400 нм)
        • Камеры и модули видимого диапазона
          • Назад
          • Камеры и модули видимого диапазона
          • Астрономические камеры
          • 3D-модули
          • Камеры машинного зрения
          • Модули
        • Камеры и модули инфракрасного диапазона
          • Назад
          • Камеры и модули инфракрасного диапазона
          • Ближний ИК (0.9 — 1.7 мкм)
          • Средний ИК (3 — 5 мкм)
          • Дальний ИК (8 — 14 мкм)
        • Аэрофотосъемочное оборудование
          • Назад
          • Аэрофотосъемочное оборудование
          • Камеры для аэрофотосъемки
          • Аэрофотосъемочные комплексы
        • Аксессуары и прочее
          • Назад
          • Аксессуары и прочее
          • Микродисплеи
          • Интерфейсные платы
      • Решения
        • Назад
        • Решения
        • Медицина
          • Назад
          • Медицина
          • Тепловизионный комплекс измерения температуры тела Dahua Technology
          • Бесконтактный термометрический сканер TS-WOE1 Thermal Scanner
          • Портативная тепловизионная камера Guide T120H
        • Нефтегазовая отрасль
          • Назад
          • Нефтегазовая отрасль
          • Визуализация утечек Метана (OGI)
        • Горная промышленность
          • Назад
          • Горная промышленность
          • Системы улучшения видимости при эксплуатации спецтехники
      • Проекты
        • Назад
        • Проекты
        • Охрана и безопасность
        • Аэрофотосъемка
        • СВЧ
      • Услуги
        • Назад
        • Услуги
        • Производство на заказ
          • Назад
          • Производство на заказ
          • Изготовление оптических компонентов
        • Программное обеспечение
          • Назад
          • Программное обеспечение
          • GeoCloud
      • Новости
      • Библиотека
      • Мероприятия
      • О компании
        • Назад
        • О компании
        • Контакты
        • Производители и партнеры
        • Вакансии
        • Сертификаты
        • Специальная оценка условий труда
      • +7 (812) 740-71-28
      196105 Россия, Санкт-Петербург, пр. Юрия Гагарина, д. 2
      info@npk-photonica.ru
      • YouTube
      • Главная
      • Информация
      • Новости
      • Вычисления времени пролета «на кристалле» при использовании стандартной КМОП-технологии

      Вычисления времени пролета «на кристалле» при использовании стандартной КМОП-технологии

      16 Февраля 2015 10:11
      // НПК Фотоника
      Вычисления времени пролета «на кристалле» при использовании стандартной КМОП-технологии

      Ion Vornicu, Ricardo Carmona-Galán, Á Rodríguez-Vázquez

      Институт микроэлектроники г. Севильи

      Испанское научно-исследовательское объединение

      Севильский университет

      Севилья, Испания

      Однофотонные лавинные диоды интегрируются с высокоскоростными времяпролетными преобразователями в инновационных бюджетных фоточувствительных сенсорах.

      За последнее десятилетие фоточувствительные КМОП сенсоры (КС) достигли существенного уровня зрелости, а их параметры теперь сравнимы с ПЗС-сенсорами в части качества получаемого изображения. КМОП сенсоры уже полностью заменили собой ПЗС-сенсоры в фотоаппаратуре и мобильных телефонах. Возможность интеграции дополнительных схем на уровне сенсора является основным преимуществом КМОП технологии. Возможно, в будущем КС будут развиваться в направлении захвата изображения в формате 3D, что, в свою очередь, потребует наличия решений активной подсветки.

      Самым распространенным подходом для этого является импульсная подсветка с пикосекундным разбросом, когда правильная синхронизация затворов переноса коррелируется с импульсами подсветки для  вычисления времени пролета, и, следовательно, объемной структуры. Необходимо, чтобы перенос был четко выверен, что способствует получению практического пространственного разрешения, но, как правило, стандартные КМОП технологии не могут обеспечить этого на хорошем уровне. В качестве альтернативы можно прибегнуть к однофотонным лавинным диодам (SPAD), но их использование требует низкой плотности дефектов, что редко достигается при стандартной КМОП технологии. Однако можно применить некоторые решения «на кристалле» для снижения влияния негативных эффектов.

      Разработанный в Институте микроэлектроники г. Севильи (Испания) подход основан на использовании SPAD с временным стробированием. Он позволяет определять прямое время пролета даже с высокой скоростью темнового счета (DCR) и низкой чувствительностью обнаружения фотонов (PDE). Была создана такая архитектура, которая может производить расчеты времени пролета при использовании стандартной КМОП технологии. Самая новейшая модель фотоприемного устройства на основе такой архитектуры, таким образом, раздвигает технологические возможности. В Институте изготовлен чип по технологии 0.18μm-1P6M-1.8V (т.е. с одним поликремниевым и шестью металлическими слоями) с архитектурой на основе внутрипиксельного время-цифрового преобразователя (TDC). Эксперимент показал, что полученный прибор работает устойчиво, и никакой пиксельной калибровки он не требует.

      В разработке Института использован собственный импульсный генератор с пикосекундным инкрементальным разрешением на ПЛИС для снятия показаний с чипа. Центральная часть чипа (Рисунок 1) представляет собой матрицу с 64х64 пикселов с ячейками SPAD, являющуюся собственно фотодиодом, с активным контуром гашения и зарядки, с управляющей ИС, с время-цифровым конвертором, блоком памяти и выводными буферами.  На Рисунке 2 показана установка, при помощи которой фиксировались показатели работы 3D фотоприемника. Характеристики отдельных SPAD датчиков, равно как и гомогенность матрицы имеют большое значение для проведения замеров. Пучок света равномерно рассеивается по поверхности фотоприемника, и каждый световой импульс управляется синхронизирующим сигналом. Внутрипиксельный время-цифровой конвертер включается сразу при обнаружении фотона лавинным диодом. И соответственно, он выключается синхронизирующим импульсом. Действительное время пролета вычисляется вычитанием замеренного интервала из временного периода лазера.

                                                                                          16_1-png113018.png                                                                                  

      Рисунок 1. Микрофотография 3Dфотоприемника 64х64 пикселов. PLL: Контур фазовой синхронизации. I/O: ввод/вывод16_2-png113101.png 

      Рисунок2. Экспериментальная установка для замеров времени пролета. T: Время. λ: Длина волны. FWHM: Полная ширина на полувысоте. Freq: частота. FPGA: ПЛИС.

      Созданный в Институте сенсор отличается возможностью использования временного стробирования  при работе SPAD. Затвор отсекает большие нерегулярные шумы, например: темнового счета и фонового света. Активный контур гашения и зарядки использует два транзистора для обеспечения работы временного стробирования.  Еще одним элементом умного пиксела является время-цифровой конвертер – управляемый контуром фазовой автоподстройки, - который предназначен для установки определенного временного разрешения и полной калибровки фотоприемника в зависимости от варьирования значений давления, плотности и температуры.

      Чувствительность сенсора составила 5% в диапазоне 540 мкм, скорость темнового счета – 42 кГц и полная ширина на полувысоте времяпролетной гистограммы – 212 пикосекунды. Замеры проводились при избыточном напряжении в 1 V в условиях комнатной температуры. Длина волны лазера, используемого для расчетов показателей сенсора, составил 447 мкм при тактовой частоте 2,5МГц. Установленная интенсивность соответствующего облучения составила 10nW/мм2 и соответствовала условиям чувствительности в один фотон.  Параметры эксперимента составили: временное стробирование – 400 нс, время экспозиции – 20 миллисекунд, временное разрешение для одного время-цифрового конвертора – 160 пикосекунд. Максимальная девиация наименьшего значащего бита на матрице была установлена в значении 3,12 в пределах расстояния между сенсором и лазером, что соответствует интервалу временного разрешения в 5,66 наносекунд, и 20% матрицы показали максимальную девиацию наименьшего значащего бита в пределах 0,2 (см. Рисунок 3). Данные результаты были получены без какой-либо калибровки на пиксельном уровне. Также был реконструирован 3D формат области поверхности путем фокусировки лазерного луча на матрицу (см. Рисунок 4).

                                                                                                16_3-png113152.png

      Рисунок 3. Графическое изображение гомогенности матрицы фотоприемника. Максимальная девиация наименьшего значимого бита в 3,12 зафиксирована для расстояния между лазером и сенсором, соответствующему интервалу временного разрешения в 5,66 наносекунды. 

                    16_4-png113233.png 

      Рисунок 3. Графическое изображение гомогенности матрицы фотоприемника. Максимальная девиация наименьшего значимого бита в 3,12 зафиксирована для расстояния между лазером и сенсором, соответствующему интервалу временного разрешения в 5,66 наносекунды. 

       

      Созданный и протестированный инновационный фотоприемник на основе SPAD может быть интегрирован в стандартную КМОП технологию (например: для медицинского оборудования и систем 3D съемки). Эксперименты показали, что возможно получение изображения в формате 3D при точном вычислении времени пролета даже при высоком уровне сторонних шумов благодаря использованию временного стробирования, установленного на фронтальной поверхности сенсора. В настоящее время в Институте ведутся работы по созданию контура для усреднения показателей времени пролета, что может обеспечить лучшую пространственную точность и большую скорость работы даже в условиях сильного фонового излучения. 

       

      Назад к списку Следующая новость
      Категории
      • НПК Фотоника105
      • ams Sensors Belgium21
      • Caeleste2
      • Dahua Technology2
      • e2v26
      • GHOPTO4
      • Gpixel42
      • GST0
      • Guide Sensmart1
      • GWIC North GuangWei Technology 1
      • Indigo4
      • Intel5
      • IRnova6
      • Mesa Imaging2
      • OMMIC8
      • ON Semiconductor7
      • Phase One15
      • QHYCCD2
      • Silicon Software, GmbH2
      • Somag1
      • Sony35
      • SVS-Vistek3
      • Swissbit2
      • Toshiba3
      • Tucsen6
      • UWB TECH3
      • Wavelength Tech 1
      • Xenics NV6
      • Ximea3
      • Оптика4
      • СВЧ14
      Это интересно
      • НПК «Фотоника» представляет новую астрономическую камеру НЕВА4040 на базе сенсора Gpixel Gsense4040
        НПК «Фотоника» представляет новую астрономическую камеру НЕВА4040 на базе сенсора Gpixel Gsense4040
        31 Августа 2020
      • Тепловизионный модуль для визуализации утечек метана от НПК «Фотоника»
        Тепловизионный модуль для визуализации утечек метана от НПК «Фотоника»
        31 Июля 2020
      • Роль тепловизоров в борьбе с пандемией COVID-19
        Роль тепловизоров в борьбе с пандемией COVID-19
        20 Апреля 2020
      • НПК «Фотоника» продолжает работу в режиме карантинных ограничений
        НПК «Фотоника» продолжает работу в режиме карантинных ограничений
        6 Апреля 2020
      • Съемка туманности NGC 1499 Калифорния
        Съемка туманности NGC 1499 Калифорния
        15 Января 2020
      • НПК «Фотоника» поздравляет с Новым годом и Рождеством!
        НПК «Фотоника» поздравляет с Новым годом и Рождеством!
        26 Декабря 2019
      • НПК «Фотоника» на семинаре в «АНЦ»
        НПК «Фотоника» на семинаре в «АНЦ»
        19 Декабря 2019
      • Дым тепловизору не помеха
        Дым тепловизору не помеха
        9 Декабря 2019
      • НПК «Фотоника» на AWR Design Forum
        НПК «Фотоника» на AWR Design Forum
        26 Ноября 2019
      • НПК «Фотоника» начала разрабатывать неохлаждаемый модуль MWIR диапазона
        НПК «Фотоника» начала разрабатывать неохлаждаемый модуль MWIR диапазона
        25 Октября 2019
      • НПК «Фотоника» на конференции «Астрометрия вчера, сегодня, завтра»
        НПК «Фотоника» на конференции «Астрометрия вчера, сегодня, завтра»
        21 Октября 2019
      • Презентация камеры VLM640 на JENCOLOR SpectroNet Collaboration Conference 2019
        Презентация камеры VLM640 на JENCOLOR SpectroNet Collaboration Conference 2019
        9 Сентября 2019
      • НПК «Фотоника» на CIOE CHINA
        НПК «Фотоника» на CIOE CHINA
        9 Сентября 2019
      • Гиперспектральный SWIR-сенсор IMEC и камера на его основе
        Гиперспектральный SWIR-сенсор IMEC и камера на его основе
        19 Июля 2019
      • НПК «Фотоника» на выставке «Фотоника. Мир лазеров и оптики – 2019»
        НПК «Фотоника» на выставке «Фотоника. Мир лазеров и оптики – 2019»
        19 Марта 2019
      • Новогоднее поздравление в канун китайского Нового Года от наших добрых партнеров, независимого производителя SWIR-детекторов полного цикла компании GHOPTO!
        Новогоднее поздравление в канун китайского Нового Года от наших добрых партнеров, независимого производителя SWIR-детекторов полного цикла компании GHOPTO!
        1 Февраля 2019
      • Новая камера SONY FCB-ER8530
        Новая камера SONY FCB-ER8530
        31 Января 2019
      • Новый объектив для систем среднего и дальнего ИК-диапазона NA-L-40-0,9-M
        Новый объектив для систем среднего и дальнего ИК-диапазона NA-L-40-0,9-M
        29 Января 2019
      • SWIR для сканирования купюр
        SWIR для сканирования купюр
        30 Ноября 2018
      • НПК «Фотоника» на VISION 2018
        НПК «Фотоника» на VISION 2018
        27 Ноября 2018
      Облако тегов
      Выставка Фотоника
      Подписывайтесь на новости:
      Компания
      Контакты
      Производители и партнеры
      Вакансии
      Сертификаты
      Специальная оценка условий труда
      Каталог
      Оптика
      Сенсоры
      Камеры и модули рентгеновского и ультрафиолетового диапазонов
      Камеры и модули видимого диапазона
      Камеры и модули инфракрасного диапазона
      Аэрофотосъемочное оборудование
      Аксессуары и прочее
      Проекты
      Охрана и безопасность
      Аэрофотосъемка
      СВЧ
      Информация
      Решения
      Новости
      Мероприятия
      Библиотека
      Наши контакты

      +7 (812) 740-71-28
      Пн – Пт с 9:00 до 18:00
      196105 Россия, Санкт-Петербург, пр. Юрия Гагарина, д. 2
      info@npk-photonica.ru
      © 2021 Все права защищены.