Trendy: CMOS-Sensortechnologie ist die zukünftige Technologie für Industriekameras

Auf dem Markt gibt es zwei Arten von Bildsensoren für Industriekameras, CCD- und CMOS-Sensoren. Über die richtige Sensorart muss, abhängig von der Anwendung, von Fall zu Fall neu entschieden werden. Der Trend hat schon lange darauf hingedeutet, dass die CMOS-Sensortechnologie in Zukunft die Nase vorn haben wird, denn besonders bei zwei wichtigen Eigenschaften von Flächen- und Zeilenkameras, der Geschwindigkeit und den Rauscheigenschaften, haben sich CMOS-Sensoren in den letzten Jahren entscheidend verbessert. Seit Anfang 2015 ist es offiziell, dass CMOS die zukünftige Sensor-Technologie sein wird, denn der bisher weltgrößte Hersteller von CCD-Sensoren, Sony, wird seine CCD-Sensorreihe 2025 auslaufen lassen und sich ganz auf CMOS-Sensoren konzentrieren.

Was tut ein Sensor?

Sowohl CCD- (charge coupled device) als auch CMOS- (complementary metal oxide semiconductor) Sensoren wandeln Licht (Photonen) in elektrische Signale (Elektronen) um. Der Hauptunterschied zwischen den zwei Sensortypen liegt in ihrem technischen Aufbau. Ausgehend von der Zielanwendung der Kamera wählen Baslers Entwickler die Sensortechnologie aus, die am besten zur Aufgabenstellung passt.

Heutige CMOS-Sensoren sind CCD-Sensoren häufig überlegen

CMOS-Sensoren haben in den letzten Jahren im Vergleich zu CCD-Sensoren aufgeholt und eine grundlegende Weiterentwicklung erfahren. Inzwischen haben sie dank ihrer hohen Geschwindigkeit (Bildrate) und Auflösung (Anzahl der Pixel), ihrer geringen Leistungsaufnahme und wegen der inzwischen verbesserten Rauscheigenschaften, Quanteneffizienz und Farbkonzepte ihren Weg in Bereiche gefunden, die vorher CCD-Sensoren vorbehalten waren.

Die Verbesserungen in der CMOS-Technologie und das gute Preis-Leistungs-Verhältnis dieser Sensoren machen CMOS- Sensoren immer attraktiver für Anwendungen der industriellen Bildverarbeitung. Insbesondere die erreichbaren sehr hohen Bildraten bei nahezu gleichbleibender Bildqualität sind ein großer Vorteil der aktuellen CMOS-Generation.

Angesichts der Entwicklungen der letzten Jahre sind auch für die Zukunft interessante Entwicklungen zu erwarten.

Hohe Geschwindigkeiten (Bildraten)
Hohe Auflösung (Anzahl der Pixel)
Hohe Dynamik
Geringe Leistungsaufnahme
Verbesserte Rauscheigenschaften
Verbesserte Quanteneffizienz
Verbesserte Farbkonzepte
Gutes Preis-Leistungs-Verhältnis

Dank dieser wichtigen Eigenschaften heutiger CMOS-Technologie wird sich diese Technologie zukünftig durchsetzen.

Blick in die Zukunft zum Thema CCD und CMOS-Sensortechnologie mit Henning Tiarks, Director of Marketing bei Basler

Die USB 3.0-Schnittstelle wird mit der neuen CMOS-Technologie kombiniert. Bedeutet dies, dass die CCD-Technologie nicht mehr eingesetzt wird?

Nein. Insbesondere, wenn nur auf eine neue Schnittstellentechnologie gewechselt wird, ist es häufig vorteilhaft, den Sensor beizubehalten, um einen geringen Wechselaufwand zu haben. Typischerweise spart man allein durch den Interface-Wechsel signifikant Kosten ein. Den CCD-Sensor beizubehalten, ermöglicht es, den Wechsel schnell und sicher vorzunehmen.

Welche Herausforderungen entstehen durch den Trend in Richtung CMOS-Technologie?

Die neuen Sensoren müssen in den Standard-Footprint von 29 mm x 29 mm integriert werden. Zudem erfordern diese Sensoren möglicherweise zusätzliche Elektronik und andere Hardware, die ebenfalls ins Gehäuse eingepasst werden müssen. Sobald dies erreicht ist, können die Kunden von den neuen Sensoren profitieren, die in vielen Fällen bestehende Kameras der gleichen Größe ersetzen werden. Die zweite Hürde ist rein leistungsbezogen. Wenn Sie diese Sensoren in einen kleinen Formfaktor unterbracht haben, dann wollen Sie auch deren Leistung nutzen. Dies bedeutet, jenseits Gigabit Ethernet ist USB 3.0 ein Must-have. Die Kombination beider Schnittstellen in einer kleinen Kameragröße ist eine kniffelige Aufgabe!

Was wird die Zukunft hinsichtlich moderner Kameras bringen?

Die Zukunft für moderne Kameras und Kamera-Technologien sieht sehr vielversprechend aus. Besonders beachtlich ist die zunehmende Anzahl neuer CMOS-Sensoren auf dem Kameramarkt. Diese Sensoren bieten beeindruckende Spezifikationen hinsichtlich Bildqualität und Bildrate und definieren ein neues Preis-Leistungs-Verhältnis. Sony, bisher der weltgrößte Hersteller von CCD-Sensoren, wird diese Sensoren 2025 auslaufen lassen. Bei der Entwicklung neuer Sensoren konzentriert sich Sony komplett auf die CMOS-Technologie.

Sprechen wir über die Kameraauflösung. Werden hier bedeutende Durchbrüche zu verzeichnen sein?

Zunächst einmal erwarten wir, dass die verschiedenen De-facto-Standard-Auflösungen, von VGA bis 5 Megapixel und mehr, durch die CMOS-Technologie abgedeckt werden. Diese Technologie wird bei allen bestehenden und neuen Anwendungen in der Bildverarbeitung sowie bei Anwendungen jenseits der Fabrikanlagen von Bedeutung sein. Ich denke da z. B. an medizinische Systeme und intelligente Verkehrssysteme. Darüber hinaus wird auch deutlich, dass die USB 3.0 Schnittstelle in Verbindung mit der neuen CMOS-Sensortechnologie Wachstumstreiber für USB 3.0 sein wird, da beide diese sich in Bezug auf Leistung optimal ergänzen.

Das hört sich sehr vielversprechend an. Wie sieht es mit der Bildqualität aus?

Qualität ist natürlich immer wichtig. Es wird eine Herausforderung sein, die Bildqualität der neuen CMOS-Sensoren entsprechend der Markterwartung zu optimieren. Dies erfordert fundierte Kenntnisse in der CMOS-Sensortechnologie. Wenn Sie darüber verfügen, werden das Ergebnis kleine, schnelle Kameras mit perfekter Bildqualität sein, zu einem besseren Preis-Leistungs-Verhältnis als je zuvor – und daran arbeiten wir bei Basler schließlich immer.

Der Basler Kamera-Selektor

Der Basler Kamera-Selektor bietet Ihnen eine Übersicht aller Basler Flächenkameras und Zeilenkameras. Über das Tool können Sie die Sensortechnologie sowie weitere Kriterien, wie Auflösung oder optische Abmessungen auswählen, um die für Sie passenden Kameras zu finden.

Hier geht es zu den Kamera-Selektoren.

Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie in unserem White Paper „CMOS und CCD – Der kleine Unterschied auf dem Weg vom Licht zum Signal“