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Sensor solution on a single chip: ams OSRAM provides high-resolution images for medical and security Computed Tomography

10/27/2021 | 04:18am EST

2021/10/27

With its on-chip photodiodes, ams OSRAM's AS5951 offers a cost-effective solution for 32-slice detectors of Computed Tomography scanners in the price-sensitive market segment

Der AS5951 von ams OSRAM bietet mit seinen On-Chip-Photodioden eine kostenoptimierte Lösung für 32-Slice-Detektoren von Computertomographen im preissensitiven Marktsegment

German version

News Facts:

  • With its on-chip photodiodes, ams OSRAM's AS5951 offers a cost-effective solution for 32-slice detectors of Computed Tomography scanners in the price-sensitive market segment
  • Thanks to the monolithic integration of the A/D converter, the photodiode array and the voltage reference into one single component, the AS5951 facilitates system development and reduces the cost of materials
  • Low noise performance and low photodiode leakage current ensure high image quality and low dose performance

Premstaetten, Austria (27 October 2021) -- ams OSRAM (SIX: AMS), a global leader in optical solutions, expands its sensor chip portfolio with a 32-slice solution for Computed Tomography (CT) scanners. CT devices are used in a wide variety of fields such as medical, industry or security. Across all applications, the decisive factor for developing a cost- efficient CT scanner is the detector. "The AS5951 sensor chip from ams OSRAM simplifies the detector assembly. It combines highly-sensitive photodiode arrays and readout circuitry in a single CMOS chip. Compared to its predecessor, the AS5951 delivers improved image resolution for the same sensor area," says Jose Vinau, head of the Medical and CMOS segment at ams OSRAM.

Next generation sensor chip

The main improvement over the previous AS5950 is the increased spatial resolution for the same detector coverage area. The sub-millimeter isotropic pixel pitch allows improved image resolution. The photodiode array of the AS5951 consists of 16 x 8 pixels with a pitch of 0.98 x 0.98 mm², thereby improving the original 0.98 x 1.96 mm² pitch of its predecessor. This allows twice the spatial resolution for a total sensor dimension of 31.23 mm using two AS5951s to implement a 32-slice detector. To accommodate the higher pixel density, the number of channels of the A/D converter (ADC) is increased from 64 to 128. The pixel dimensions can be customized within short development cycles to meet customer requirements.

Another influence on image performance is the low dark current of maximum 1 pA, which is achieved by an automatically calibrated near zero-offset voltage at the photodiode. This is 90 percent lower than in the AS5950 device and allows for better low dose performance. The input related noise performance is a crucial aspect for image quality. Noise performance is extremely low in the AS5951 due to the short connection of photodiode and ADC channel and allows improved low dose performance.

The AS5951 has two modes of operation: high-resolution mode and low dose mode. In the high-resolution mode, a maximum noise of 0.30 fC is achieved for an input current range of 200 nA. In low dose mode, two pixels are binned to a larger pixel at a noise level of 0.43 fC, which improves signal-to-noise performance and allows a dose level reduction. The high linearity of ±600 ppm, including photodiode, also ensures artefact-free images.The minimum integration time of 200 µs allows fast CT detector rotations. The digital data readout can be accessed via the SPI interface.


The AS5951 as a cost-optimized solution for 32-slice CT detectors

The patented product design of ams OSRAM allows the 128-channel ADC to be monolithically integrated into one single device and not placed as a discrete component next to the array of photodiodes. This reduces complexity and manufacturing costs for CT detector vendors. To assemble the large pixel array of the CT detector, the AS5951 is mounted on its three adjacent edges. Two AS5951 ICs can be placed in the Z-direction (axial), enabling the development of 32-slice detectors for price-sensitive CT detectors. The internal reference voltage reduces material costs by eliminating the need for an additional external component. An integrated temperature sensor monitors the temperature at the chip. With the AS5951, customers receive a ready-to-use sensor chip solution that simplifies system integration with the detector.

In addition, self-heating is reduced with a maximum power dissipation of 67.2 mW per sensor in low dose mode, which decreases cooling costs. To produce a CT module, the AS5951 can be mounted directly on a substrate using a wire bonding process. In combination with low cost substrate materials, the AS5951 provides a cost effective module solution for CT detectors. This is key to increasing access to diagnostic CT imaging around the globe.

Detailed technical information can be found at https://ams.com/as5951.


Press contact:
Kathrin Kienle
Press Officer Automotive & Mobility, Industry
Tel. +49 89 / 6213 - 2754
Kathrin.Kienle@ams-osram.com


Thanks to the monolithic integration of ADC and photodiode array in one component, the sensor chip offers an easily integrated system solution.
Picture: ams OSRAM


ams OSRAM's AS5951 provides high-resolution images for medical and security Computed Tomography.
Picture: ams OSRAM

About ams OSRAM

The ams OSRAM Group, with its parent company ams AG (SIX: AMS), is a global leader in optical solutions. By adding intelligence to light and passion to innovation, we enrich people's lives. This is what we mean by Sensing is Life.

With over 110 years of combined history, our core is defined by imagination, deep engineering expertise and the ability to provide global industrial capacity in sensor and light technologies. We create exciting innovations that enable our customers in the consumer, automotive, healthcare and industrial sectors maintain their competitive edge and drive innovation that meaningfully improves the quality of life in terms of health, safety and convenience, while reducing impact on the environment.

Our around 27,000 employees worldwide focus on innovation across sensing, illumination and visualization to make journeys safer, medical diagnosis more accurate and daily moments in communication a richer experience. Our work creates technology for breakthrough applications, which is reflected in over 15,000 patents granted and applied. Headquartered in Premstaetten/Graz (Austria) with a co-headquarters in Munich (Germany), the group achieved well over USD 5 billion combined revenues in 2020 (pro-forma) and is listed as ams AG on the SIX Swiss Exchange (ISIN: AT0000A18XM4).

Find out more about us on https://ams-osram.com

ams is a registered trademark of ams AG. In addition many of our products and services are registered or filed trademarks of ams Group. All other company or product names mentioned herein may be trademarks or registered trademarks of their respective owners. Information provided in this press release is accurate at time of publication and is subject to change without advance notice.

Join ams OSRAM social media channels:>Twitter>LinkedIn>Facebook>YouTube

Eckdaten:

  • Der AS5951 von ams OSRAM bietet mit seinen On-Chip-Photodioden eine kostenoptimierte Lösung für 32-Slice-Detektoren von Computertomographen im preissensitiven Marktsegment
  • Dank der monolithischen Integration des A/D-Wandlers, des Photodioden-Arrays und der Spannungsreferenz in einem einzigen Bauteil, erleichtert der AS5951 die Systementwicklung und reduziert die Materialkosten
  • Wenig Rauschen und geringer Leckstrom der Photodiode gewährleisten eine hohe Bildqualität und starke Leistung bei niedriger Dosis

Premstätten, Österreich (27. Oktober 2021) -- ams OSRAM (SIX: AMS), ein weltweit führender Anbieter von optischen Lösungen, erweitert sein Sensorchip-Portfolio um eine 32-Slice-Lösung für Computertomographen (CT-Scanner). CT-Geräte werden in einer Vielzahl von Bereichen wie der Medizin, Industrie oder Sicherheit eingesetzt. Über alle Anwendungen hinweg ist der Detektor der entscheidende Faktor für die Entwicklung eines kosteneffizienten CT-Scanners. "Der AS5951 Sensorchip von ams OSRAM vereinfacht den Aufbau des Detektors. Er vereint hochempfindliche Photodiodenarrays und die Ausleseschaltung auf einem einzigen CMOS-Chip. Im Vergleich zu seinem Vorgänger liefert der AS5951 eine verbesserte Bildauflösung bei gleicher Sensorfläche", sagt Jose Vinau, Leiter des Segments Medical und CMOS bei ams OSRAM.

Sensorchip der neuen Generation

Die wichtigste Verbesserung gegenüber dem Vorgängermodell AS5950 ist die höhere räumliche Auflösung bei gleicher Detektorfläche. Ein isotroper Pixelabstand im Submillimeterbereich erreicht eine verbesserte Bildauflösung. Das Photodioden-Array des AS5951 besteht aus 16 x 8 Pixeln mit einem Pitch von 0,98 x 0,98 mm² und verbessert damit den ursprünglichen Pitch von 0,98 x 1,96 mm² des Vorgängers. Dies ermöglicht eine doppelt so hohe räumliche Auflösung bei einer Gesamtabmessung des Sensors von 31,23 mm. Dabei werden zwei AS5951 verwendet, um einen 32-Slice-Detektor realisieren zu können. Um der höheren Pixeldichte Rechnung zu tragen, wurde die Anzahl der Kanäle des A/D-Wandlers (ADC) von 64 auf 128 erhöht. Die Pixelabmessungen können innerhalb kurzer Zeit an Kundenanforderungen angepasst werden.

Einen weiteren Einfluss auf die Bildqualität hat der niedrige Dunkelstrom von maximal 1 pA, der aufgrund der automatisch kalibrierten Zero-Offsetspannung an der Photodiode erreicht wird. Dies ist 90 Prozent niedriger als beim AS5950 und ermöglicht eine bessere Leistung bei niedriger Dosis. Das eingangsbezogene Rauschverhalten ist ein entscheidender Aspekt für die Bildqualität. Dieses ist beim AS5951, aufgrund der kurzen Verbindung von Photodiode und ADC-Kanal, extrem niedrig und macht so eine verbesserte Leistung bei niedriger Dosis möglich.

Der AS5951 hat zwei Betriebsmodi: Hochauflösender und Niedrigdosis-Modus. Im hochauflösenden Modus wird ein maximales Rauschen von 0,30 fC bei einem Eingangsstrombereich von 200 nA erreicht. Im Niedrigdosis-Modus werden zwei Pixel zu einem größeren Pixel verbunden. Bei einem Rauschpegel von 0,43 fC ermöglicht dies ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis, wodurch die Dosis reduziert werden kann. Die hohe Linearität von ±600 ppm, einschließlich der Photodiode, gewährleistet außerdem artefaktfreie Bilder.

Die minimale Integrationszeit von 200 µs ermöglicht schnelle CT-Detektor Rotationen. Auf die digitale Datenauslesung kann über die SPI-Schnittstelle zugegriffen werden.

Der AS5951 als kostenoptimierte Lösung für 32-Slice-CT-Detektoren

Das patentierte Produktdesign von ams OSRAM macht es möglich, den 128-Kanal-ADC nicht als diskretes Bauteil neben dem Photodioden-Array zu platzieren, sondern monolithisch in ein einziges Bauteil zu integrieren. Dies reduziert die Komplexität und damit die Herstellungskosten für die Produzenten von CT-Detektoren. Um das große Pixel-Array des CT-Detektors zusammenzusetzen, wird der AS5951 an seinen drei benachbarten Kanten montiert. Zwei AS5951-ICs können in Z-Richtung (axial) platziert werden, was die Entwicklung von 32-Slice-Detektoren für kostenoptimierte CT-Detektoren ermöglicht. Die interne Referenzspannung reduziert die Materialkosten, da kein zusätzliches externes Bauteil erforderlich ist. Ein integrierter Temperatursensor erlaubt die Überwachung der Temperatur am Chip. Mit dem AS5951 erhalten die Kunden eine einsatzbereite Sensorchiplösung, die die Systemintegration in den Detektor vereinfacht.

Zusätzlich spart eine verringerte Selbsterwärmung, bei einer maximalen Verlustleistung von 67,2 mW pro Sensor im Niedrigdosis-Modus, Kühlkosten. Um ein CT-Modul herzustellen, kann der AS5951 mit Hilfe eines Drahtbondverfahrens direkt auf ein Substrat montiert werden. In Kombination mit kostengünstigen Substratmaterialien bietet der AS5951 eine kosteneffiziente Modullösung für CT-Detektoren. Dies ist der Schlüssel, um den Zugang zur diagnostischen CT-Bildgebung auf der ganzen Welt zu verbessern.

Detailliertere technische Informationen finden Sie unter https://ams-osram.com/as5951.

Pressekontakt:
Kathrin Kienle
Pressesprecherin Automotive & Mobilität, Industrie
Tel. +49 89 / 6213 - 2754
Kathrin.Kienle@ams-osram.com


Dank der monolithischen Integration von ADC und Photodiodenarray in einem Bauteil bietet der Sensorchip eine einfach zu integrierende Systemlösung.
Bild: ams OSRAM

Der AS5951 von ams OSRAM sorgt für hochauflösende Bilder in der medizinischen Computertomographie und bei Röntgenprüfsystemen.
Bild: ams OSRAM

Über ams OSRAM

Die ams OSRAM Gruppe, mit der Muttergesellschaft ams AG (SIX: AMS), ist ein weltweit führender Anbieter von optischen Lösungen. Wir verbinden Licht mit Intelligenz und Innovation mit Leidenschaft und bereichern so das Leben der Menschen. Das bedeutet für uns Sensing is Life.

Mit einer gemeinsam mehr als 110 Jahren zurückreichenden Geschichte, definiert sich unser Unternehmen im Kern durch Vorstellungskraft, tiefes technisches Know-how sowie die Fähigkeit, Sensor- und Lichttechnologien im globalen industriellen Maßstab zu fertigen. Wir entwickeln begeisternde Innovationen, die es unseren Kunden in den Märkten Consumer, Automobil, Gesundheit und Industrie ermöglichen, dem Wettbewerb einen Schritt voraus zu sein. Zugleich treiben wir damit Innovationen voran, die unsere Lebensqualität hinsichtlich Gesundheit, Sicherheit und Komfort nachhaltig erhöhen und dabei die Auswirkungen auf die Umwelt reduzieren.

Unsere rund 27.000 Mitarbeiter weltweit sorgen mit Innovationen in den Bereichen Sensorik, Beleuchtung und Visualisierung für sichereres Reisen, effektivere medizinische Diagnosen und mehr Komfort im Kommunikationsalltag. Unsere Arbeit lässt Technologien für bahnbrechende Anwendungen Wirklichkeit werden, was sich in über 15.000 erteilten und angemeldeten Patenten widerspiegelt. Mit Hauptsitz in Premstätten/Graz (Österreich) und einem Co-Hauptsitz in München (Deutschland) erzielte die ams OSRAM Gruppe im Jahr 2020 einen kombinierten Umsatz von weit über USD 5 Mrd. (pro-forma) und ist als ams AG ist an der SIX Swiss Exchange notiert (ISIN: AT0000A18XM4).

Mehr über uns erfahren Sie auf https://ams-osram.com

ams ist eine eingetragene Handelsmarke der ams AG. Zusätzlich sind viele unserer Produkte und Dienstleistungen angemeldete oder eingetragene Handelsmarken der ams OSRAM Gruppe. Alle übrigen hier genannten Namen von Unternehmen oder Produkten können Handelsmarken oder eingetragene Handelsmarken ihrer jeweiligen Inhaber sein. Die in dieser Pressemitteilung enthaltenen Informationen sind zum Zeitpunkt der Veröffentlichung korrekt und können ohne vorherige Ankündigung geändert werden.

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Disclaimer

ams AG published this content on 27 October 2021 and is solely responsible for the information contained therein. Distributed by Public, unedited and unaltered, on 27 October 2021 08:17:00 UTC.


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