Mit den ersten sCMOS-Sensoren gelang es Fairchild Imaging und Eureca vor rund drei Jahren, die bisher massgeblichen CCD-Sensoren qualitativ zu übertreffen. Durch die gleichzeitige Digitalisierung tausender Pixel und speziell angepasste Halbleiterstrukturen konnte das Ausleserauschen unter die entsprechenden Werte der damals leistungsfähigsten CCDs reduziert werden.
Seither hat sich diese Bildgebungstechnologie vor allem in wissenschaftlichen Bereich weltweit etabliert. Die 2.0-Modelle gehen nun noch einen Schritt weiter: Der Hawkeye CIS 1910F mit einem aktiven Bildbereich von 1920 × 1080 Pixel bei 6,5 × 6,5 µm Pixelgrösse verbindet eine hohe Quantenausbeute mit einer hohen Empfindlichkeit, einem sehr niedrigen Dunkelstrom sowie einem Ausleserauschen von annähernd einem Elektron (rms). Nach Herstellerangaben übertrifft der Sensor damit die Werte herkömmlicher CCD-Lösungen und liefert sogar bei sehr wenig Licht eine Bildqualität, die sich mit Aufnahmen konventioneller Kameras mit Bildverstärker messen kann.
Differenzierte Bilder dank hohem Dynamikumfang
Die Entwickler erreichen diese Leistung durch den Einsatz von rund 4000 auf dem Chip integrierten Analog-Digital-Wandlern, welche auch bei der hohen Bildrate von 100 fps eine kombinatorische Digitalisierungstiefe von 16 Bit liefern. Unter Berücksichtigung des Ausleserauschens lässt sich damit ein effektiver linearer Dynamikbereich von 88 dBu erzielen. Auf diese Weise werden selbst bei wechselnden Lichtverhältnissen, etwa Scheinwerfern entgegenkommender Fahrzeuge, sowohl Überstrahlungen als auch undifferenzierte, dunkle Zonen vermieden.
Interessante Technologie für verschiedene Märkte
Die Produktfamilie umfasst Sensoren in fünf Ausführungen mit Auflösungen von bis zu 5,5 Megapixel. Sie soll in nächster Zeit noch um weitere Modelle erweitert werden, ausserdem sind Varianten angedacht, beispielsweise mit speziellen Gehäusen oder Sensorversionen sowohl in Monochrom als auch in Farbe.
Durch das niedrige Ausleserauschen sind die Sensoren nicht nur für wissenschaftliche Anwendungen interessant, sondern gewinnen auch immer mehr Bedeutung in den Bereichen der Sicherheitstechnik und Videoproduktion. Daneben macht auch der günstige Herstellungspreis die Sensoren für diese Branchen zu einer Alternative zur CCD-Technik. Ein erster Grosshersteller von Kameras für Überwachungs- und Medienaufnahmen arbeitet bereits an Prototypen mit sCMOS 2.0.
Virtuelle Bilder zum Testen der Sensorqualität
Interessenten können sich auch ohne Prototypenbau, Labormuster oder andere Hardware einen Eindruck von der Bildqualität der Sensoren in einer Kamerakonfiguration ihrer Wahl verschaffen: Möglich macht dies ein vom Messtechnikspezialist Eureca entwickeltes Simulationssystem. Aus den technischen Daten von Bildsensor und Kamera wird mittels physikalischer Gesetzmässigkeiten abgeleitet, wie eine Szene mit diesem Equipment abgebildet würde. Das Programm kann dabei sowohl Stand- als auch Bewegtbilder erzeugen und berücksichtigt alle relevanten Effekte, wie Photonen-, Dunkel- und Ausleserauschen, Dunkelstrom, Fixed-Pattern-Noise (FPN), Modulations- und Kontrasttransferfunktion (MTF/KTF), De-Bayering und Dynamikumfang des Sensors. Verschiedene Projekte haben die präzise Übereinstimmung von Simulation und Realbild bestätigt, so hat sich diese Methode inzwischen unter anderem als Auswahlhilfe bei der Entscheidung zwischen verschiedenen Sensortypen etabliert.
Massgeschneiderte Sensoren senken die Kosten
Darüber hinaus bietet Eureca zusammen mit seinen Partnern Fairchild Imaging und der belgischen Firma Caeleste auch die Option, Sensoren ganz nach dem Anforderungsprofil des Kunden zu entwickeln. Diese massgeschneiderten Lösungen umfassen nur wirklich benötigte Features, was Kosten in der Produktion spart, und lassen sich bei Bedarf gezielt nachbestellen. Zudem vermeidet man so die Probleme, die ansonsten bei der Abkündigung eines Standardsensors auftreten können, wie etwa teure Redesigns oder grosse Lagermengen für die restliche Projektlaufzeit, was gerade im Zeitalter der immer kürzer werdenden Produktzyklen von Bildsensoren wichtig ist.
Infoservice
Eureca Messtechnik GmbH
Eupener Strasse 150, DE-50933 Köln
Tel. 0049 221 952 62 90, Fax 0049 221 952 62 99
info@eureca.de, www.eureca.de
