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Studienarbeit
Videokamera für TFA-Bildsensoren

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer Videokamera für neuartige Spezialsensoren in TFA-Technologie ("thin film on asic"). Das Projekt wurde vom Institut für Halbleiterelektronik der Universität Siegen initiiert und im Jahre 1996 als Studienarbeit realisiert. Im Herbst 1996 lieferte die TFA-Kamera das allererste Bild eines solchen Sensors überhaupt. Auf der Basis dieser Kamera wurde später im Rahmen eines BMFT-Projektes ein überarbeiteter Prototyp entwickelt. Eine ähnliche Kamera mit zusätzlichen Digitalfunktionen entstand als Diplomarbeit

Netzteil für TFA-Kamera Die fertige Videokamera auf einem Stativ mit dem passenden Spezialnetzteil. Sie verfügt über Wechselobjektive, austauschbare Sensorträgerplatinen und eine Sensorchipkühlung auf Peltier-Basis, um sie infrarottauglich zu machen.
TFA Bildsensor - thin film on asic Ein TFA-Sensor im DIL-Gehäuse. TFA-Sensoren verfügen über eine ungewöhnlich hohe Dynamik von z.T. 130dB und besitzen keine nachteiligen smeere und blooming-Effekte.
TFA.Sensor Kamera Die fertige Kamera mit Standard-Adapter, 50mm-Zeissobjektiv, 2 Sensoren und Farbfiltern. Diese können beim Verschrauben zwischen Kamera und Alu-Adapter eingebracht werden.
Videokamera Innenansicht mit Peltierkühlung Der innere Kameraaufbau mit Sensorplatine hinter derm Objektiv mit Kühlkörper und Kühladapter sowie einem 3er-Sandwich aus Synch-, Control- und Timingplatine. Der Kühlkörper führt die Wärme des Peltierelements nach hinten ab. Bei Zimmertemperatur und geschlossenem Gehäuse sind Temperaturen unterhalb 10°C zu erzielen.
Die Synch-Platine, welche die Grundtakte für die Kamera erzeugt.
Leiterbahnlayout der Synchplatine
Sensorcontrol - Platine Die Control-Platine, welche alle spezifischen Takte für die Sensoren erzeugt. Die erste Version arbeitet noch mit konventionellen bedrahteten ICs. Die Folge-Platine mit SMD-ICs.
Die Control-Platine als SW-Plot aus EAGLE heraus.
Timing-Platine für die Feinjustage der Sensortakte. Aus den Signalen HSynch und VSynch werden Horizontal- und Vertikaltakte für die Schieberegister auf dem Sensorchip sowie spezielle Reset-Impulse abgeleitet, die mittels FlipFlops fein verzögert werden.
Modifizierte Timing Platine Alternative Timing-Platine für die Feinjustage der Sensortakte - Prototypenversion mit geänderter Bestückung.
Sensorträgerboard TFA Sensor Trägerplatine für den Sensorchip mit Durchbruch für den Kühladapter, der die Kälte des Peltierelementes auf den Sensorchip überträgt, wodurch sich der Dunkelstrom und das sichtbare Rauschen reduzieren lässt.
Ein Teil der Netzteil-Platinen: Die Leistungsversorgung für das 6A-Peltierelement. Die Glättung ist überdimensioniert, um den Anforderungen des P-Elements gerecht zu werden.
  Die Check-Platine mit allen relevanten Chips zur Ermittlung und Prüfung des genauen Timings. 
Das komplette Netzteil für die Kamera mit einstellbaren Sensor- und Peltier-Spannungen mit gedruckter Frontplatte
Der Thermo-Adapter, welche das 24pin-Dil-Sensorgehäuse mit dem Peltierelement verbindet.
C-Mount Adapter für Kamera Der gedrehte Adapter für die 16mm-Objektive (C-Mount). Damit sind übliche Videokamera-Objektive anschließbar.
RMS-Mikroskop-Objektiv-Adapter für C-Mount C-Mount-Kamera-Objektiv-Adapter mit Zusatzgewindefunktion für Mikroskop-Objektive im RMS-Standard. Hiermit kann die Kamera Macroaufnahmen kleiner Objekte machen.

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Details

Institut für Halbleitelektronik
CAD-Programm
EAGLE von
CADSOFT

Sceenshot der TFA-Video-Kamera

Layout eines TFA-Sensors

(C) Jürgen Schuhmacher 1997