Un sensore d’immagine a elevatissima sensibilità ottica

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email

AnaFocus è una società spagnola nata nel 2004 per sviluppare e produrre sensori d’immagine e sensori di visione in tecnologia CMOS a elevate prestazioni. Il suo quartier generale si trova nello Scientific and Technological Park Cartuja dell’isola di Cartuja che si trova nel centro di Siviglia circondata dal fiume Guadalquivir ed è famosa per aver ospitato il 1992 Sevilla World Expo, dopo il quale è stata trasformata in un parco scientifico e tecnologico che comprende alcuni istituti universitari e centri ricerche di eccellenza.

L’isola di Cartuja che si trova circondata dal fiume Guadalquivir nel centro della città di Siviglia fu teatro del 1992 Sevilla World Expo e ora è un parco scientifico e tecnologico di eccellenza

La sede di AnaFocus si trova al 5° piano dell’ex Pabellón de Italia dove occupa circa 1000 mq e ospita oltre cinquanta ingegneri e tecnici, un quarto dei quali dedicato esclusivamente alla gestione del laboratorio per i test ottici e dei laboratori per i test sui chip dei sensori che si trovano all’interno della camera bianca.

In questo prestigioso sito i ricercatori AnaFocus hanno sviluppato una tecnologia per l’acquisizione immagini caratterizzata dal rumore particolarmente basso dei fotodiodi che consente di ottenere elevati valori di sensibilità e risoluzione e, inoltre, da un innovativo disegno del circuito a segnali misti per la lettura e l’elaborazione dei valori dei pixel che può essere configurato con un’agevole programmazione. Questi pregi hanno attirato l’attenzione dei clienti giapponesi e indotto AnaFocus ad aprire una succursale con funzioni sia di supporto tecnico sia commerciali a Tokyo nel 2006.

È proprio durante la stesura del presente articolo che appare l’annuncio ufficiale riguardante la procedura di acquisizione di AnaFocus avviata dagli inglesi di e2v Technologies che vogliono così arricchire la propria offerta di dispositivi d’immagine ad alte prestazioni che si affianca ai loro due core business già consolidati riguardanti i dispositivi a radiofrequenza e i semiconduttori a elevata affidabilità per applicazioni critiche nel militare e nel medicale.

Nei laboratori siti nell’ex “Pabellón de Italia” Anafocus ha sviluppato i suoi sensori d’immagine basati su fotodiodi a rumore ultra-basso e caratterizzati da un’elevata sensibilità ottica

L’annuncio è del 4 agosto e notifica un offerta di 34,2 milioni di Euro finalizzata a incorporare AnaFocus come parte della divisione High Performance Imaging di e2v, ma l’intera fase di acquisizione dovrebbe essere completata nel mese di settembre. Entrambe le società sono attualmente in buona salute con AnaFocus che ha una stima di vendite per il 31 dicembre 2014 di circa 11 milioni di Euro e il core Machine Vision Business e2v che registra quest’anno una crescita di fatturato del 26% rispetto all’anno precedente e perciò l’operazione consentirà di far nascere un protagonista capace di giocare un ruolo chiave nel mercato dei dispositivi di visione che gli analisti e2v stimano in crescita almeno fino al 2018 con CAGR del 10%.

Immagini perfette

La tecnologia AnaFocus è caratterizzata dall’uso dei fotodiodi “pinned” che hanno una capacità parassita interna quasi totalmente azzerata che non genera rumore al contrario degli altri tipi di fotodiodi dove, invece, ne è una causa predominante. Grazie a ciò i pixel si possono definire a rumore ultra-basso, o ultra-low noise pixel, e di conseguenza hanno un’elevatissima sensibilità di acquisizione del segnale ottico. AnaFocus produce sensori ottici di questo tipo con risoluzione dalla VGA fino a 25 milioni di pixel e con area da 3×3 µm a 45×45 µm.

I Lince5M Area-Scan Image Sensor di Anafocus hanno 5,2 milioni di pixel capaci di acquisire 250 fps con una risposta dinamica standard di 60 dB ed estesa di 100 dB

Per la lettura ad alta velocità dei valori dei pixel è stato messo a punto un sofisticato circuito analogico che preserva il bassissimo rumore e cioè la qualità delle immagini e può leggere fino a 10 Giga pixel al secondo con risoluzione impostabile da 10 fino a 16 bit, il che significa che si può scegliere l’accuratezza di lettura in funzione delle prestazioni dell’ambiente applicativo. Questo front-end analogico si accompagna a un sofisticato controllo digitale in tempo reale sulla qualità delle immagini rilevate che può essere programmato in tutte le sue funzionalità.

Nella dotazione base dei sensori d’immagine AnaFocus ci sono i generatori interni di riferimento di tensione, corrente e clock e, inoltre, un’interfaccia Lvds a 1 GHz, una porta parallela, una SPI, una Uart e una porta speciale che consente la connettività diretta sensor-to-PHY senza bisogno di Fpga verso i bus Camera Link e USB 3.0. A bordo c’è anche un microcontrollore che semplifica la gestione dei registri interni per i valori misurati e consente anche di fare su questi valori delle statistiche in tempo reale.

Inoltre, un processore d’immagine detto Network-of-Image Processor (NoIP) offre alcune sofisticate funzionalità in tempo reale come il bilanciamento del bianco e del nero e la compensazione ottica delle difformità PRNU (Photo Response Non Uniformity) o DSNU (Dark-Signal Non Uniformity) che servono a rendere più chiare e nitide le immagini.

Questi dispositivi sono ideali per l’acquisizione rapida delle immagini con elevata risoluzione anche nelle condizioni di bassa luminosità e possono essere usati nei laser 3D, nelle camere TDI (Time Delay Integration) e anche come sensori Time-of-Flight, o “a tempo di volo” per la misura del tempo che occorre a un impulso luminoso per percorrere il tragitto dalla camera fino a un oggetto e ritorno.

AnaFocus offre i suoi sensori stand-alone oppure integrati in sistemi completi che definisce CMOS Vision Systems on-Chip, o VSoC, perché oltre ad acquisire le immagini provvedono ad elaborarle in tempo reale eseguendo algoritmi fortemente specializzati che consentono di scegliere quali caratteristiche delle immagini evidenziare e quali nascondere in base alle esigenze applicative. Oltre a fornire gli algoritmi per alcune applicazioni tipiche, gli esperti AnaFocus offrono anche il supporto per creare procedure di elaborazione immagini custom di ogni tipo.

Occhio di lince

La nuova famiglia dei Lince5M Area-Scan Image Sensor è caratterizzata da sensori d’immagine a rumore ultra-basso capaci di offrire un’altissima risoluzione insieme a un’eccezionale sensibilità ottica e a un’elevata dinamica di acquisizione (HDR, High Dynamic Range) che possono esprimere anche ad alta velocità. I pixel CMOS sono 2560×2048 ossia oltre 5,2 milioni e possono essere configurati sia per una risposta lineare di 60 dB sia per una risposta dinamica quasi lineare esaltata fino a oltre 100 dB, in entrambi i casi con la correzione del rumore fisso Fixed Pattern Noise, FPN.

Si possono, inoltre, definire delle finestre di pixel su cui eseguire elaborazioni d’immagine particolari e si possono anche implementare subroutine per la correzione dei difetti noti con caratteristiche ben precise oppure per modificare intenzionalmente alcune tonalità di colore. Tutte queste funzionalità sono definibili e modificabili utilizzando il microcontrollore di bordo che consente anche di registrare traccia di tutto ciò che si fa ed eseguire delle statistiche in tempo reale sulle immagini man mano che vengono acquisite.

La dotazione prevede 24 canali d’interfaccia Lvds con velocità di 16,59 Gbit/sec e due Lvds per il clock recovery e per la sincronizzazione delle immagini, ma l’intero sistema gira con un clock impostato esternamente a 9,6 MHz ed è, inoltre, facilmente configurabile per adattarsi a un’ampia gamma di ambienti applicativi.

Nei pixel ci sono fotodiodi pinned con dimensioni di 5×5 µm capaci di acquisire le immagini in formato ottico di 16 mm (o 1” che significa 12,8×9,6 mm con diagonale di 16 mm) alla velocità di 250 fps (frame al secondo) con otturatore elettronico globale (global shutter) che ha il tempo di esposizione programmabile, mentre il rapporto segnale/rumore SNRMAX è contenuto in 42 dB con massimo PRNU di 0,5% e massimo DSNU di 50 e-/sec a 10 DIN12bit/sec.

La risoluzione si può selezionare da 8, 10 o 12 bit e alla lunghezza d’onda di 550 nm la sensibilità ottica è di 6V/(lux-sec) ovvero 13400 DN12bit/(lux-sec) mentre il fattore QE x FF, o Quantum Efficiency x Fill Factor, dei pixel è del 54%. I package si possono scegliere fra il micro-PGA ceramico da 181 pin con uscita Lvds, il CLCC ceramico da 86 pin con uscita Lvds e il Chip Scale Package (CSP) da 90 pin con uscita CMOS, tutti con alimentazione sia a 1,8V sia a 3,3V, tolleranza termica operativa estesa da -40 fino a +125 °C e consumo massimo in piena operatività contenuto entro 2W.

Massimo Fiorini

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email