FOWINA –用于芯片級集成的精確微型彩色傳感器。圖片來源：弗勞恩霍夫ISC的K. Selsam

在FOWINA項目中，位于埃爾蘭根的弗勞恩霍夫集成電路IIS研究所和位于維爾茨堡的弗勞恩霍夫硅酸鹽研究所ISC開發(fā)了具有特殊微透鏡配置的新型彩色傳感器。傳感器可以直接在芯片上實現(xiàn)，并且可以在最小的空間內結合多種功能。其極其纖薄的設計使這些傳感器適用于廣泛的應用，例如在移動設備或可調節(jié)顏色的LED燈中。

顏色傳感器用于顯示器，LED和其他技術設備中，以產生真實的顏色。它們的制造涉及使用特殊的納米等離子體結構。這些結構過濾入射光，從而允許僅精確限定的區(qū)域的顏色光譜到達檢測器表面�？刂迫肷浣堑哪芰�對彩色濾光片的正確功能至關重要。常規(guī)傳感器包含宏觀元素，以通過以不希望的角度遮擋光來提高濾鏡的精度并避免出現(xiàn)不真實的顏色，但是這些添加的元素會顯著增加組件的結構尺寸。

適用于相機和智能手機的超薄傳感器

為克服此缺點，兩個從事FOWINA項目的Fraunhofer研究所IIS和ISC正在開發(fā)一種一體化的解決方案，該解決方案在最小的空間內結合了多種功能。濾色鏡結構，用于調節(jié)入射光的角度濾鏡，用于信號處理的評估電路以及用于轉換光能的光電二極管轉化為電能都集成在顏色傳感器芯片中。這種極其緊湊的設計使其有可能制造出新穎，超薄的色彩傳感器，以用于相機，智能手機和許多其他產品。FOWINA是一個內部項目，由Fraunhofer資助，是其針對中小企業(yè)的內部研究計劃的一部分。德國首字母縮寫詞代表“使用微光學光束整形元件控制納米結構顏色傳感器的角光譜”。

它們具有很高的集成度，可以將最大的功能封裝在一個小的表面上，而且新穎的傳感器比以前的傳感器更容易制造，因此制造成本更低。Fraunhofer IIS負責開發(fā)包括納米等離子體濾色片的傳感器IC。后者可以與光電二極管和評估電路一起使用同一CMOS工藝（即單一技術）經(jīng)濟高效地制造。

Fraunhofer ISC負責制造微結構陣列，這些陣列用作傳感器中的角度過濾器元件。Fraunhofer ISC的研究科學家S?nkeSteenhusen博士說：“我們使用了先進的雙光子聚合技術，幾乎可以創(chuàng)建任何類型的微結構或結構化表面�！� 為了加快制造過程，F(xiàn)raunhofer ISC采用了納米壓印技術（一種高度精確且經(jīng)過現(xiàn)場驗證的光刻技術）來復制微結構。該方法還允許將不同的結構組合在同一基板上。

限制入射光的角度

在FOWINA項目的過程中，F(xiàn)raunhofer ISC通過使用微光學結構將入射光的角度限制在+/- 10度的公差范圍內，從而實現(xiàn)了最佳的濾色器性能。這樣可以主動調整LED的顏色。另一個優(yōu)點是微透鏡的非常高的表面精度，可以有針對性地將光聚焦在濾色鏡上。Fraunhofer ISC用于制造陣列的材料是一種特殊的無機-有機雜化聚合物，具有高化學，熱和機械穩(wěn)定性，并且可以通過修改其分子結構輕松適應特定應用的需求。

兩家弗勞恩霍夫研究所的合作伙伴目前正在優(yōu)化顏色傳感器的設計和制造流程，以擴大到工業(yè)應用，并在以后大規(guī)模生產傳感器。