CMOS-Bildsensor von ams Hochauflösend und mit Global Shutter

CMV50000-Diagramm

CMOS-Bildsensoren mit Global Shutter sind bei maschineller Bildverarbeitung sehr verbreitet - allerdings kommt es dabei maßgeblich auf die Auflösung an. ams hat nun einen hochauflösenden CMOS-Bildsensor mit Global Shutter entwickelt, der 47,5 MPixel liefert.

Von Pieterjan Daelemans, Senior Staff Validation Engineer für den Bereich Scan Image Sensors bei ams

Der Ersatz von CCD- und Rolling-Shutter-Sensoren durch Global-Shutter-CMOS-Sensoren findet aktuell meist bei niedrigen Auflösungen statt. Bei sehr hohen Auflösungen werden weiterhin hauptsächlich CCD-Sensoren eingesetzt, aber wir sehen, dass sich die Nachfrage auch hier in Richtung CMOS verschiebt. Das führt zu Kameras, die in Entwicklung und Betrieb weniger komplex sind, höhere Bildraten bieten und mit Global Shutter arbeiten.

Die aktuelle CMV-Produktfamilie von ams, die mit dem patentierten 8T-Pixel-Design des Unternehmens und echter korrelierter Doppelabtastung (CDS) sowie einem Global Shutter mit Pipeline arbeitet, ist bereits in einem großen Bereich an Auflösungen von VGA bis 20 MPixel verfügbar.

Nun hat ams zu dieser Familie ein neues Bauteil hinzugefügt – den CMV50000. Der CMV50000 ist ein 47,5-MPixel-Bildsensor, der bei voller Auflösung im optischen 35-mm-Format (36,43 mm × 27,62 mm) bis zu 30 fps erreicht. Der Sensor baut auf der bewährten Technologie früherer CMV-Produkte auf, bietet jedoch mehr Leistung und Funktionalität.

Der CMV50000 hat 7920 × 6004 Pixel aus 4,6 µm großen Pixeln mit Pipelined Global Shutter und echtem CDS. Der Sensor ist so aufgebaut, dass selbst bei der kleineren Pixelgröße eine ähnliche und bessere Leistung erreicht wird. Er hat einen 12-bit-A/D-Wandler, einen sehr niedrigen Rauschpegel (8,8 e), eine hohe lineare Full-Well-Kapazität (14.500 e) und dadurch einen Dynamikbereich von 64 dB. Der Dunkelstrom ist gering (66 e/s bei 60 °C) und erlaubt in Verbindung mit der optischen On-Chip-Schwarzwertkorrektur Belichtungszeiten von mehreren Sekunden, und das sogar ohne Kühlung. Darüber hinaus hat der Sensor eine On-Chip-Zeilenkorrektur, sodass er ein sauberes Bild liefert. Außerdem kann Binning aktiviert werden, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verdoppeln und so mehr Details in hellen Bildern sichtbar zu machen.

Der CMV50000 bietet einen HDR-Modus mit Interleaved Exposure, bis zu 10 definierbare Bereiche (ROI), einen präzisen On-Chip-Temperatursensor, verschiedene Auslösemodi und eine bis zu vierfache analoge Verstärkung, wobei die gesamte Steuerung über einfache SPI-Register erfolgt. All dies mit 30 fps bei voller Auflösung oder schneller bei einem kleineren Ausschnitt. Dank des optischen 35-mm-Formats können Standard-Kameraoptiken verwendet werden, was die Systementwicklung vereinfacht.

Anwendungen

Die hohe Auflösung, Geschwindigkeit und Leistung des CMV50000 machen ihn zum idealen Kandidaten für Anwendungen wie High-End-Lösungen zur maschinellen Bildverarbeitung, die Überprüfung von Flachbildschirmen (FPD), Sicherheit und Luftbildaufnahmen.