CMOS | Kamera und Sensor Technologie
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Industriekameras mit CMOS Sensor erfüllen Dank hoher Bildqualität und schneller Datenverarbeitung die hohen Anforderungen in den Automatisierungsprozessen und Qualitätskontrollen der Industrie 4.0 Anlage. Die CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) Technologie ist zudem weit verbreitet in Konsumerkameras und Smartphones. Sie ist energieeffizient, schnell und kostengünstig. Dieser Artikel zeigt, wie neue Technologien vielseitig in modernen Fertigungsprozessen eingesetzt werden können.
Inhalt
- CMOS Technologie 2024 – Das Wichtigste in Kürze
- CMOS Neuheiten und Innovationen
- Archiv CMOS Technologie
- Häufig gestellte Fragen
CMOS Technologie 2024 – Das Wichtigste in Kürze
CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) ist eine Schlüsseltechnologie in der Elektronik, die aufgrund ihrer Energieeffizienz und hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit weit verbreitet ist. CMOS findet Anwendung in digitalen Schaltungen, Bildsensoren und Mikroprozessoren. Neueste Entwicklungen zielen darauf ab, die Leistungsdichte weiter zu erhöhen und den Stromverbrauch noch stärker zu reduzieren, insbesondere im Hinblick auf mobile Geräte und Wearables. Zudem wird an verbesserten CMOS-Bildsensoren gearbeitet, die durch höhere Auflösungen und Lichtempfindlichkeit neue Maßstäbe in der Fotografie und Medizintechnik setzen.
Ein wachsender Trend ist die Integration von KI-Chips in CMOS-Technologie, um neuronale Netze und maschinelles Lernen direkt auf Hardwareebene zu ermöglichen. Diese Entwicklung könnte eine Revolution in der Echtzeit-Datenverarbeitung einleiten und CMOS in einem breiteren Spektrum intelligenter Systeme etablieren. Bahnbrechende Innovationen wie 3D-CMOS-Schaltungen und CMOS für Quantencomputer versprechen, die Technologie auf ein völlig neues Niveau zu heben.
CMOS Neuheiten und Innovationen
Double-Shutter-sCMOS-Kameras mit aktiver Kühlung
17.10.2024 | Excelitas Technologies erweitert sein Portfolio an PCO-sCMOS-Kameras (Bild oben) und stellt neue Modelle mit Double-Shutter-Funktion vor. Diese wurden speziell für anspruchsvolle Anwendungen wie Strömungsmessungen im Bereich der Particle Image Velocimetry (PIV) konzipiert. Die neuen Kameras, pco.edge 5.5 DS CLHS und pco.edge 26 DS CLHS, zeichnen sich durch präzise zeitliche Erfassung und hohe Auflösungen aus.
Mit extrem kurzen Interframing-Zeiten von 100 ns und 350 ns im Double-Shutter-Modus sind sie ideal für die Erfassung schneller Strömungsprozesse geeignet. Die pco.edge 5.5 DS CLHS bietet eine Auflösung von 2560 x 2160 Pixeln (5,5 MP) und ist sowohl mit Farb- als auch mit monochromem Sensor verfügbar. Die pco.edge 26 DS CLHS hat eine Auflösung von 5120 x 5120 Pixeln (26 MP).
Schnellste 3D Stereokamera und Bildverarbeitung in einem Gerät
Ein besonderes Feature der Kameras ist die faseroptische CLHS-FOL-Schnittstelle, die eine verlustfreie Datenübertragung gewährleistet. Beide Modelle sind wahlweise mit Luft- oder Wasserkühlung erhältlich, um den unterschiedlichen Einsatzbedingungen gerecht zu werden. Für die pco.edge 26 DS CLHS gibt es zusätzlich einen Scheimpflug-Adapter als Zubehör, der die Flexibilität in der Anwendung weiter erhöht.
Die beiden Kameras sind nicht nur für PIV-Anwendungen prädestiniert, sondern auch für Particle Tracking Velocimetry (PTV) und die Erfassung von Fluoreszenz-Abklingkurven. Damit decken sie eine breite Palette wissenschaftlicher und technischer Messungen ab.
Coaxpress Boost Kamera mit hochauflösender Bildqualität
01.02.2021 | Vor gut einem Jahr hat Basler (Vertrieb Rauscher) mit der Boost Serie sein Portfolio um Kameras mit Coaxpress 2.0 Interface erweitert. Diese sind mit modernen CMOS Sensoren ausgestattet. Jetzt wurde die Baureihe um sechs neue Boost Kameras mit 20, 32 und 45 Megapixel Auflösung erweitert. Die ausgezeichnete Bildqualität verdanken die Industriekameras den Sensoren der XGS Reihe von ON Semiconductor.
Die neuen Coaxpress Boost Kameras 20, 32 und 45 Megapixel ergänzen die Boost Serie mit den bewährten Sony Pregius Sensoren IMX255 mit 9 MP Auflösung und 93 fps Bildrate sowie IMX253 mit 12 MP und 68 fps. Die hochauflösenden neuen Modelle enthalten leistungsstarke CMOS Sensoren mit modernster Global Shutter Technologie und liefern Bildraten von bis zu 45 fps. Die XGS Sensoren ersetzen ältere CCD Sensoren perfekt mit einer hervorragenden Bildqualität bei gleichzeitig höherer Bildrate und geringeren Kosten.
Die Basler Boost Camera eignet sich dank ihrer Coaxpress 2.0 Schnittstelle für Anwendungen mit bis zu 40 m Distanzen zur Bildübertragung, bei denen hohe Auflösungen und Datenraten gefordert sind. Die kommen zum Beispiel vor in Branchen wie der Halbleiterindustrie, Photovoltaik, Display Inspektion, Drucktechnik und Verpackungsindustrie sowie Medizintechnik.
Boost Bundle aus Kamera und Interface
Kamera und Interface aus einer Hand bietet das Boost Bundle. Zur Boost Coaxpress Camera und der passenden CXP 12 Interface Card kommt noch ein CXP 12 Zubehör Starter Kit für die zeit- und kostensparende Evaluierungsphase. Bei kompakten Abmessungen von 80 x 80 x 45 mm enthält die Kamera einen digitalen Input sowie 2 Gpio Ports bei einer max. Kabel Länge von 40 m.
Das Coaxpress 12 Evaluation Kit wurde zusammengestellt für die zeit- und kostensparende, optimale Evaluierungsphase eines Bildverarbeitungssystems. Die darin enthaltene CXP 12 Interface Card wurde speziell für die Kombination mit der Boost Kamera entwickelt. Die Karte verbindet die Coaxpress Kamera über einen CXP 12 Kanal für reibungslosen Bilddatentransfer. Beide Komponenten sind über die Pylon Camera Software Suite steuerbar. Sie bilden eine optimale Einheit zur effizienten Evaluierung und Integration in die Anwendung.
Das CXP 12 Starter Kit enthält ein CXP Daten Kabel, zwei Kühlkörper für ein optimales Wärmemanagement der Coaxpress Kamera außerhalb des Bildverarbeitungssystems, einen C-Mount Objektivadapter und ein I/O Kabel zum externen Triggern der Kamera.
Typisches System Setup mit Coaxpress 2.0 Kamera
Thies Möller erläutert im nachfolgenden Video ein typisches System Setup mit dem Coaxpress 2.0 Standard und zeigt die Vorteile auf.
Kameras mit CMOS-Sensor für Medizintechnik und Life Science
21.11.2019 | Rauscher präsentiert 18 neue Basler „MED ace“ USB 3.0-Kameras mit 9 und 12 Megapixel Auflösung und der besten CMOS-Sensortechnologie, die am Markt verfügbar ist. Sie bieten Bildraten bis zu 42 Bilder/s und werden nach ISO 13485:2016 produziert, vertrieben und über ihren gesamten Produktlebenszyklus betreut. Zudem sind sie mit den MED Feature Sets speziell für Anwendungen im Bereich Medical und Life Sciences ausgestattet.
Durch die Zertifizierung nach ISO 13485:2016 bietet Basler zusätzliche und höhere Qualitätsstandards für Produktion, Vertrieb und Service. Hersteller von Medizin- oder In-Vitro-Diagnostik Produkten (IVD) profitieren so von einem wirksamen Qualitätsmanagementsystem mit eindeutig definierten Standards.
Umfassende Dokumentation, zuverlässige Produktqualität dank validierter und überwachter Produktion, Rückverfolgbarkeit sowie ein umfangreiches Änderungsmanagement unterstützen die Konformität mit internationalen Standards und reduzieren den für Qualitätsmanagement-Audits und Produktdokumentation erforderlichen Aufwand auf Kundenseite.
Das eindeutig geregelte Änderungsmanagement spielt für die Anwender eine besonders große Rolle. Darunter fällt das sogenannte design freeze, sprich die Fixierung von Hardware und Firmware. So garantiert Basler die Produktkontinuität der Basler MED ace über einen langen Zeitraum.
Zu den Feature Sets zählen: Easy Compliance, Brilliant Image, Perfect Color, Low Light Imaging, High Speed und Industrial Excellence. Die speziell von Basler für die anspruchsvollen Anforderungen im Bereich Medical und Life Sciences ausgelegten Funktionen kombinieren Hardware-, Firmware- und Softwarefunktionen. Ihr großer Vorteil ist, dass sie dem Kunden dabei helfen, seinen Entwicklungsaufwand zu reduzieren. Sie ermöglichen Bilder höchster Qualität in kürzester Zeit, bieten aber gleichzeitg volle Flexibilität für individuelle Anforderungen.
Mako-Kameras mit PTP-Funktionalität
17.06.2019 | Allied Vision erweitert den Funktionsumfang der ultrakompakten Mako-Kameras, die mit Sony Exmor Pregius CMOS-Sensoren ausgestattet sind, um zwei attraktive Eigenschaften. Diese Modelle der Einstiegsserie unterstützen ab sofort Precicion Time Protocol (PTP), das die präzise Synchronisation von Mehrkamerasystemen ermöglicht, sowie Trigger over Ethernet (ToE).
Die neue Firmware mit PTP und ToE wird für fünf GigE-Vision-Modelle der Mako-G-Reihe sowie für die neue Polarisationskamera Mako G-508B POL bereitgestellt. Die Kameras verfügen über leistungsstarke Sony Exmor Pregius CMOS-Sensoren mit einer Auflösung von 0,4 bis 5,1 Megapixel und sind in robusten Gehäusen untergebracht. Die Sensoren liefern eine hervorragende Bildqualität mit einer höheren Quanteneffizienz und weniger Dunkelrauschen als vergleichbare CCDs. Zudem bieten sie höhere Bildraten für schnellere Inline-Qualitätsprüfungen.
3D Kamera | Industrielle Bildverarbeitung
PTP (IEEE 1588) ist ein Standard-Netzwerkprotokoll, das die Uhren mehrerer Geräte in einem Netzwerk mit einem Mastergerät synchronisiert. Mit PTP können Mako-Kameras auf wenige Mikrosekunden genau miteinander und mit anderen Kameras oder Geräten, die diesen Standard unterstützen, synchronisiert werden. Dies ermöglicht eine äußerst präzise Inspektion mit Mehrkamerasystemen.
Die Trigger-over-Ethernet-Funktion ermöglicht die präzise Ansteuerung der Kameras über das Gigabit-Ethernet-Schnittstellenkabel. In Kombination mit der Power-over-Ethernet-Funktion der Mako-Kameras genügt ein einziges Kabel für Stromversorgung, Triggern, Kamerasteuerung und Übertragung von Bilddaten.
Was versteht man unter CMOS?
CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) ist eine Halbleitertechnologie, die für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen verwendet wird. Die CMOS Schaltung zeichnet sich durch ihre geringe Leistungsaufnahme und hohe Energieeffizienz aus, weshalb sie häufig in elektronischen Geräten wie Digitalkameras, Mikroprozessoren und Sensoren eingesetzt wird. In der Bildsensorik hat die CMOS Technik eine Schlüsselrolle, da sie die gleichzeitige Erfassung von Licht und die Verarbeitung von Bilddaten in einem Chip ermöglicht.
Welche Aufgabe hat das CMOS?
Das CMOS (zu Deutsch: Komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter) übernimmt in vielen elektronischen Geräten die Aufgabe, wichtige Systeminformationen zu speichern. In Computern sichert es grundlegende Daten wie Datum, Uhrzeit und Hardwareeinstellungen, selbst wenn das Gerät ausgeschaltet ist. Darüber hinaus wird CMOS als Bildsensor in Kameras genutzt, wo es Licht in elektrische Signale umwandelt und die Bildverarbeitung ermöglicht.
Was ist CMOS bei Kameras?
CMOS bei Kameras bezeichnet eine Technologie, die in Bildsensoren verwendet wird. Die Sensoren wandeln Licht in elektrische Signale um, die dann zu einem Bild verarbeitet werden. CMOS-Sensoren ermöglichen die gleichzeitige Erfassung und Verarbeitung von Bilddaten direkt auf dem Sensor, was kompakte und leistungsstarke Kamerasysteme ermöglicht.
Was ist der Unterschied zwischen CMOS und Mosfet?
Der Hauptunterschied zwischen CMOS und Mosfet (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) liegt in ihrer Funktion:
- CMOS ist eine Technologie, die aus einer Kombination von n-Kanal und p-Kanal Mosfets besteht. Sie wird verwendet, um integrierte Schaltungen wie Mikroprozessoren und Bildsensoren zu realisieren. CMOS-Technologie zeichnet sich durch geringen Energieverbrauch und hohe Effizienz aus.
- Mosfet ist ein einzelner Transistor, der als Schalter oder Verstärker in elektronischen Schaltungen fungiert. CMOS Transistoren werden in Schaltungen verwendet, aber auch in vielen anderen Anwendungen, wie etwa in Leistungssteuerungen oder Verstärkern.
CMOS ist eine Technologie, die Mosfets verwendet, während Mosfet ein Bauteil ist, das als Grundbaustein in verschiedenen Schaltungen, einschließlich CMOS, dient.
Wie funktionieren CMOS-Gatter und welche Rolle spielen MOS-Schaltungen und CMOS-Inverter dabei?
CMOS-Gatter bestehen aus einer Kombination von n-Kanal und p-Kanal Mosfets. Diese Schaltungen ermöglichen den Aufbau digitaler Logikgatter wie AND, OR und NOT, die in Prozessoren und Speicherchips verwendet werden.
MOS-Schaltungen verwenden diese Mosfets, um Signale zu verstärken oder als Schalter zu fungieren. In CMOS-Schaltungen arbeiten n-Kanal und p-Kanal Mosfets komplementär, sodass in den Zuständen "an" oder "aus" kaum Strom verbraucht wird, was CMOS-Schaltungen extrem energieeffizient macht.
Ein CMOS-Inverter ist das grundlegendste CMOS-Gatter und besteht aus einem p-Kanal Mosfet und einem n-Kanal Mosfet. Wenn das Eingangssignal "hoch" ist, leitet der n-Kanal Mosfet, während der p-Kanal Mosfet blockiert. Dadurch ist der Ausgang "niedrig". Umgekehrt führt ein "niedriges" Eingangssignal zu einem "hohen" Ausgang. Der CMOS-Inverter bildet die Basis für viele komplexere digitale Logikschaltungen.
Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen: Allied Vision, Basler, Excelitas, Rauscher.
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Angela Struck ist Chefredakteurin des developmentscouts und freie Journalistin sowie Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.