Multi-Line CMOS-Technologie - konstruktion.de

Multi-Line
CMOS-Technologie
e2v ELiiXA+
CMOS-Zeilenkamera
■ 16.384 Pixel/Zeile
■ 100.000 Zeilen/s
■ Camera Link
CoaXPress
RAUSCHER

Wie in allen Branchen üblich, nimmt auch in der Kameratechnik für die industrielle
Bildverarbeitung die Jagd nach immer höheren Auflösungen und Geschwindigkeiten kein
Ende. Der Grund hierfür liegt in den immer kleineren Strukturgrößen. Feinste Details müssen
bei gleichzeitig steigenden Taktzahlen kontrolliert werden – und Zeilenkameras müssen hier
Schritt halten können.
Die Abbildungsverhältnisse in Zeilenkamera-Applikationen werden meist so gewählt, dass
die Pixelauflösung sowohl entlang der Zeile als auch in Transportrichtung gleich ist. Erhöht
man die horizontale Auflösung, muss auch die Auflösung in Transportrichtung, also die
Zeilenrate, erhöht werden. Dieser Zusammenhang verhindert in einigen Anwendungen den
Einsatz höchstauflösender Zeilenkameras. So werden in manchen schnellen Applikationen
z.B. drei 4k-Zeilenkameras mit bis zu 72 kHz verbaut, da eine 12k-Zeilenkamera nur mit
maximal 25 kHz läuft – die Multi-Kamera-Lösung ist also um rund Faktor 3 schneller als die
Lösung mit nur einer Zeilenkamera. Für hohe Auflösungen von 8k, 12k und mehr Pixel/Zeile
ist also eine deutliche Steigerung der Zeilenrate erforderlich, um derartige Anwendungen mit
nur einer Zeilenkamera umzusetzen.
Mit den steigenden Geschwindigkeiten steht zwangsläufig immer weniger Zeit für die
Belichtung zur Verfügung. Das heißt die Lichtempfindlichkeit des Sensors muss ebenfalls
gesteigert werden.
Eine Lösung für die beschriebene Problematik
stellt die neue ELiiXA+ Zeilenkamera von e2v
mit Multi-Line-CMOS-Architektur dar.

Zeilenpaar A
Zeilenpaar B
A1
A2
B1
B2
A1
A2
B1
B2
A1
A2
B1
B2
A1
A2
B1
B2
1 2 3 ... 16.384 Pixel
A1+A2
B1+B2
A1+A2
+
B1+B2
A1+A2
+
B1+B2
A1+A2
+
B1+B2
A1+A2
+
B1+B2
Der neue CMOS-Sensor verfügt über 16.384 Pixel, die mit einer maximalen Zeilenrate von
bis zu 100 kHz ausgelesen werden. Mit 5 mm Pixelgröße ist der Sensor auch hinsichtlich
Optik gut handhabbar. Die MTF (Modulationsübertragungsfunktion) ist mit heute existierenden
Optiken hoch und wird nicht durch eine zu kleine Pixelgröße eingeschränkt. e2v erreicht
im eigenen Produktionsprozess eine gute Planarität des Sensors, sodass eine scharfe
Abbildung über die gesamte Sensorlänge von 82 mm sichergestellt ist.
Der Aufbau des Multi-Line CMOS-Sensors gewährleistet einen großen Dynamikumfang von
bis zu 73 dB.: vor der Analog-Digital-Wandlung wird durch das Design der Photodiode ein
hoher Charge-Conversion-Faktor erreicht. Die Verstärker sind direkt neben den aktiven
Pixeln angeordnet, was zu einer hohen Quanteneffizenz (QE) von bis zu 72% bei 550 nm
führt. Das Correlated Double Sampling (CDS) sorgt für homogene, rauscharme Bilder.
Die Neuheit des Sensors liegt aber in seiner speziellen Multi-Line-Architektur. Er besteht aus
vier aktiven Zeilen mit je 16k Pixel, die ohne Abstand nebeneinander liegen. Jeweils zwei
nebeneinanderliegende Zeilen bilden ein Zeilenpaar, das rauschfrei die analogen
Spannungen addiert. Die beiden Intensitätswerte, die nach der A-D-Wandlung jedes
Zeilenpaares vorliegen, werden dann digital im FPGA summiert. Dieses kombinierte
Verfahren der Addition von analogen Spannungs- und digitalen Helligkeitswerten erhöht die
Empfindlichkeit des Sensors um Faktor 4. Dieser Sensor ist mit seinen 450 LSB/(nJ/cm 2 )
empfindlich genug, auch im Praxiseinsatz ohne kostenintensive Spezialbeleuchtung die
höchste Geschwindigkeit zu fahren.
A1
A2
B1
B2
Auslesemechanismus
jedes einzelnen Pixels
1 2 3 ... 16.384 Pixel

Da die vier Sensorzeilen direkt nebeneinander liegen, bleibt die Bildschärfe – im Gegensatz
zu Zeilenkameras mit mehr Zeilen oder mit Abständen zwischen den Zeilen – auch beim
schrägen Blick von bis zu 45° auf das Objekt voll erhalten.
e2v unterstützt das innovative Sensordesign der ELiiXA+ Zeilenkamera durch zahlreiche
Kamerafeatures wie manuelles und automatisches Tap-Balancing, Flat-Field-Correction,
Kontrastspreizung, analoges und digitales Binning, LUTs.
Das kompakte und schmale Gehäuse
mit einer Breite von 100 mm
bei einer Zeilenlänge von 82 mm
verfügt zudem über einen USB-Port
für Firmware-Updates im Feld.
Die Leistungs-aufnahme liegt bei nur 16 W.
Zudem kann die Zeilenkamera in einem
Temperaturbereich von 0 bis 55°C
eingesetzt werden.
CoaXPress und Camera Link
Aufgrund der hohen Verbreitung von Camera Link gibt es die Zeilenkamera mit Camera Link
Full Interface. Dieses erlaubt im 10 Tap Mode eine maximale Übertragungsrate von 850
MB/s, sodass die Kamera in dieser Version auf eine Maximalgeschwindigkeit von 50 kHz
gedrosselt wird, was für viele Anwendungen ausreichend ist.
Die volle Geschwindigkeit wird mit CoaXPress, vier Links in der CXP-6-Konfiguration,
erreicht: 16k-Auflösung, 100 kHz Zeilenrate und 16.4 Gbps Datenrate.
RAUSCHER
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e2v
Zeilenkameras
Monochrom — Farbe
■ Auflösungen 512 bis 16.384 Pixel/Zeile
■ Zeilenfrequenzen bis zu 210 kHz
■ CCD- und CMOS-Sensoren
■ Single- und Multi-Line
■ Camera Link, GigE Vision, CoaXPress
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e2v
WELTNEUHEIT
ELiiXA+
Multi-Line CMOS
■ Auflösung 16.384 Pixel/Zeile
■ 5 µm Pixelgröße
■ Zeilenfrequenz bis 100.000 Zeilen/s
■ Multiline CMOS Architektur mit 4 aktiven Zeilen
■ Steigerung der Empfindlichkeit um Faktor 4
■ Camera Link und CoaXPress
Der neue CMOS-Sensor in den ELiiXA+ Kameras verfügt
über 16.384 Pixel, die mit einer maximalen Zeilenrate von
bis zu 100 kHz ausgelesen werden.
Der innovative Sensor besteht aus vier aktiven Zeilen mit
je 16k Pixel, die ohne Abstand nebeneinander liegen.
Jeweils zwei nebeneinanderliegende Zeilen bilden ein
Zeilenpaar, das rauschfrei die analogen Spannungen
addiert. Die beiden Intensitätswerte, die nach der A/D-
Wandlung jedes Zeilenpaares vorliegen, werden dann
digital summiert. Dieses kombinierte Verfahren der Addition
analoger Spannungs- und digitaler Helligkeitswerte erhöht
die Empfindlichkeit um Faktor 4.
e2v bietet in der ELiiXA+ Zeilenkamera zahlreiche weitere
Kamerafeatures wie manuelles und automatisches Tap-
Balancing, Flat-Field-Correction, Kontrastspreizung,
analoges und digitales Binning, LUTs.
Das kompakte und schmale Gehäuse mit einer Breite von
100 mm verfügt zudem über einen USB-Port für Firmware-
Updates im Feld.
Sensor Characteristics
Resolution 4 x 16.384 Pixels
Pixel Size (square) 5 µm
Max Line Rate
100 kHz CXP 4x Links (8 or 10 bits)
40 kHz CXP 4x Links (12 bits)
50 kHz CL 10xTaps Full (8 bits)
40 kHz CL 8xTaps Full (8 bits)
20 kHz CL 4xTaps Medium (8 or 12 bits)
Radiometric Performances
Bit Depth 8, 10, 12 Bit
Responsivity (12 Bit) 450 LSB/(nJ/cm 2 )
Response non linearity

e2v
e2v EM Serie
■ neu entwickelte CCD-Sensoren
■ doppelte Empfindlichkeit
■ rauscharme Auslese-Elektronik
■ bis 68 dB Dynamik
■ Camera Link und GigE Vision
AViiVA-II EM Serie
neuer Sensor - doppelte Empfindlichkeit
Die neu entwickelten CCD Sensoren bieten eine
herausragende Empfindlichkeit, die man bisher
nur von Multi-Line Kameras kennt.
Die Lichtempfindlichkeit ist verdoppelt im Vergleich zu
herkömmlichen Zeilenkameras mit gleicher Pixelgröße.
erhöhte
Sensitivität
Neu entwickelt ist auch die rauscharme Ausleseelektronik,
die höchste Bildqualität, 12 Bit Datentiefe und
68 dB Dynamikumfang garantiert.
Die neuen EM Kameras sind erste Wahl für Anwendungen,
die hohe Datenraten und optimale Bildqualität erfordern.
Auflösung Pixelgröße Zeilenrate Datenrate Interface
AVIIVA-II EM1 — GigE Vision
AVIIVA II EM1 GE 514 512 14 µm 175 kHz 120 MHz GigE Vision
AVIIVA II EM1 GE 1014 1024 14 µm 102 kHz 120 MHz GigE Vision
AVIIVA II EM1 GE 2014 2048 14 µm 55 kHz 120 MHz GigE Vision
AVIIVA II EM1 GE 4010 4096 10 µm 28 kHz 120 MHz GigE Vision
AVIIVA-II EM2 — Camera Link Base
AVIIVA II EM2 CL 514 512 14 µm 126 kHz 80 MHz Camera Link
AVIIVA II EM2 CL 1014 1024 14 µm 70 kHz 80 MHz Camera Link
AVIIVA II EM2 CL 2014 2048 14 µm 37 kHz 80 MHz Camera Link
AVIIVA II EM2 CL 4010 4096 10 µm 19 kHz 80 MHz Camera Link
AVIIVA-II EM4 — Camera Link Medium
AVIIVA II EM4 CL 514 512 14 µm 210 kHz 160 MHz Camera Link
AVIIVA II EM4 CL 1014 1024 14 µm 126 kHz 160 MHz Camera Link
AVIIVA II EM4 CL 2014 2048 14 µm 70 kHz 160 MHz Camera Link
AVIIVA II EM4 CL 4010 4096 10 µm 37 kHz 160 MHz Camera Link
■ Spezialversionen mit rechteckigen Pixeln
10x20 µm bzw. 14x28 µm
— speziell für Spektroskopie und OCT
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■ Auflösung 1024 bis 4096 Pixel/Zeile
■ 10 µm und 14 µm Pixelgröße
■ Zeilenfrequenz bis zu 36 kHz
■ Camera Link, GigE Vision
AViiVA SM2 / UM2
Zeilenkamera — monochrom
➤ Low Cost
➤ Kompakt
Die Zeilenkameras der SM2- und UM2-Serien bestechen
durch optimale, rauscharme Bildwiedergabe, ein hohes Maß
an Flexibilität und einfache Integration.
■ Auflösungen 512 bis 4096 Pixel/Zeile
■ 14 µm Pixelgröße (512, 1k, 2k)
10 µm Pixelgröße (1k, 2k, 4k) und
■ Zeilenfrequenz bis zu 98 kHz
■ Camera Link, GigE Vision
➤ High Resolution
■ Auflösungen 8192 und 12.288 Pixel/Zeile
■ 7 µm Pixelgröße (8k) und 5 µm Pixelgröße (12k)
■ Zeilenfrequenz bis 25 kHz
■ Camera Link
AViiVA II EM1 / EM2 / EM4
Zeilenkamera — monochrom
➤ High End
Die AViiVA-II Zeilenkameras verfügen über CCD-Sensoren
der neuesten Generation mit doppelter Empfindlichkeit.
Ebenfalls vollständig neu entwickelt ist die rauscharme
Ausleseelektronik, die zusammen mit dem Sensor höchste
Bildqualität, 12 Bit Datentiefe und 68 dB Dynamik garantiert.
■ CCD-Sensoren der neuesten Generation
■ Auflösungen 512 bis 4096 Pixel/Zeile
■ 14 µm Pixelgröße (512, 1k, 2k)
10 µm Pixelgröße (4k)
■ Zeilenfrequenz bis zu 210 kHz
■ Camera Link, GigE Vision
DiViiNA LM1 / LM2
Zeilenkamera — monochrom
Die DiViiNA Serie beschränkt sich auf die wichtigsten
Kamerafeatures und ist äußerst preisgünstig. Sie ist speziell
konzipiert für kostengünstige Bildverarbeitungssysteme.
DiViiNA basiert auf den Sensoren der AViiVA SM2 Kameras
und bietet die gleiche hohe Bildqualität.
AViiVA SC2 / UC2
Farbzeilenkamera — RGB
Mit nur einer Sensorzeile und RGB-Farbfilter
sind die SC2 / UC2 Kameras eine äußerst
kostengünstige Lösung für Farbe.
■ Auflösung 1365 RGB Pixel/Zeile
■ 10 µm Pixelgröße
■ Zeilenfrequenz bis zu 15 kHz
■ Camera Link, GigE Vision
e2v single +
AViiVA UM4 / UM8
High-Resolution Zeilenkamera bis 12k — monochrom
In einem kompakten Gehäuse sind Zeilensensoren mit
bis zu 12.288 Pixel/Zeile und 25 kHz Zeilenfrequenz integriert.
Mit den großen Auflösungen und dem großen Dynamikumfang
von 62 dB sind die UM Kameras bestens geeignet für alle
Anwendungen mit hohen Anforderungen an Bildqualität und
Detailtreue.

multi-line Zeilenkameras
➤ Multi-Line CCD — 4k
ELiiXA
CCD-Zeilenkameras — Monochrom und Farbe
Der von e2v entwickelte Multi-Line CCD Sensor verfügt
über drei bzw. vier aktive Zeilen mit je 4096 Pixel/Zeile.
Der Abstand zwischen den Sensorzeilen beträgt nur 10 µm.
Die Farbversionen der ELiiXA garantieren hervorragende
RGB Farbwiedergabe, unübertroffene Empfindlichkeit des
Blau-Kanals dank backside-illumination und bieten optional
einen zusätzlichen Monchrom- oder NIR-Kanal.
Die rein monochrome EliiXA 3V erreicht dank eines patentierten
Ausleseverfahrens Zeilenraten von bis zu 54 kHz bei
4k Auflösung.
Die EliiXA 4S belichtet das Objekt mit den 4 monochromen
Zeilen gleich mehrfach: dadurch wird die Empfindlichkeit
um den Faktor 4 gesteigert – ideal für Anwendungen mit
wenig Licht und NIR!
➤ Multi-Line CMOS — 16k /100 kHz
ELiiXA+
CMOS Zeilenkamera
Mit dem neuen Multi-Line CMOS Sensor erreicht die
ELiiXA+ Kamera eine Zeilenrate von 100 kHz bei voller
Auflösung von 16.384 Pixel/Zeile.
Die 4 aktiven Sensorzeilen liegen ohne jeden Abstand
nebeneinander und steigern durch die Mehrfachbelichtung
des Objektes die Lichtempfindlichkeit um Faktor 4.
Die volle Geschwindigkeit von 100 kHz wird über das
moderne CoaXPress Interface ausgegeben.
Um auch in bestehenden Systemen von diesem High-End
Sensor zu profitieren, gibt es die ELiiXA+ auch in einer
Version mit 50 kHz Zeilenrate und Camera Link Interface.
■ Auflösung 16.384 Pixel/Zeile, 5 µm Pixelgröße
■ Zeilenfrequenz bis 100 kHz
■ Multiline CMOS Architektur mit 4 aktiven Zeilen
■ Steigerung der Empfindlichkeit um Faktor 4
■ Camera Link und CoaXPress
ELiiXA Color
■ Auflösung 4096 Pixel/Zeile, 10 µm Pixelgröße
■ trilinear für hervorragende Farbwiedergabe
■ quadlinear für RGB-Farbe + Monochrom oder
RGB + NIR bis 1100 nm
■ Zeilenfrequenz bis zu 18 kHz
■ Camera Link
ELiiXA 3V — High Speed — Monochrom
■ 3 Sensorzeilen für höchste Geschwindigkeit
■ Auflösung 4096 Pixel/Zeile, 10 µm Pixelgröße
■ Zeilenfrequenz 54 kHz
■ Datenrate 320 MHz
■ Camera Link
ELiiXA 4S — High Sensitivity — Monochrom
■ 4 Sensorzeilen für 4fache Empfindlichkeit
■ Auflösung 4096 Pixel/Zeile, 10 µm Pixelgröße
■ Zeilenfrequenz 18 kHz
■ Datenrate 80 MHz
■ Camera Link
RAUSCHER

NEU
e2v Zeilenkameras — Monochrom
Auflösung Pixelgröße Zeilenrate Datenrate Interface
DiViiNA LM1 / LM2
DiViiNA LM1 / LM2 1010 1024 10 µm 36 kHz 40 MHz GigE / Camera Link
DiViiNA LM1 / LM2 1014 1024 14 µm 36 kHz 40 MHz GigE / Camera Link
DiViiNA LM1 / LM2 2010 2048 10 µm 18 kHz 40 MHz GigE / Camera Link
DiViiNA LM1 / LM2 2014 2048 14 µm 18 kHz 40 MHz GigE / Camera Link
DiViiNA LM1 / LM2 4010 4096 10 µm 10 kHz 40 MHz GigE / Camera Link
AVIIVA SM2
AVIIVA SM2 CL 0514 512 14 µm 98 kHz 20 – 60 MHz Camera Link
AVIIVA SM2 CL 1010 1024 10 µm 53 kHz 20 – 60 MHz Camera Link
AVIIVA SM2 CL 1014 1024 14 µm 53 kHz 20 – 60 MHz Camera Link
AVIIVA SM2 CL 2010 2048 10 µm 28 kHz 20 – 60 MHz Camera Link
AVIIVA SM2 CL 2014 2048 14 µm 28 kHz 20 – 60 MHz Camera Link
AVIIVA SM2 CL 4010 4096 10 µm 14 kHz 20 – 60 MHz Camera Link
AVIIVA UM2
AVIIVA UM2 GE 0514 512 14 µm 98 kHz 62 MHz GigE Vision
AVIIVA UM2 GE 1010 1024 10 µm 53 kHz 62 MHz GigE Vision
AVIIVA UM2 GE 1014 1024 14 µm 53 kHz 62 MHz GigE Vision
AVIIVA UM2 GE 2010 2048 10 µm 28 kHz 62 MHz GigE Vision
AVIIVA UM2 GE 2014 2048 14 µm 28 kHz 62 MHz GigE Vision
AVIIVA UM2 GE 4010 4096 10 µm 14 kHz 62 MHz GigE Vision
AVIIVA-II EM1
AVIIVA II EM1 GE 514 512 14 µm 175 kHz 120 MHz GigE Vision
AVIIVA II EM1 GE 1014 1024 14 µm 102 kHz 120 MHz GigE Vision
AVIIVA II EM1 GE 2014 2048 14 µm 55 kHz 120 MHz GigE Vision
AVIIVA II EM1 GE 4010 4096 10 µm 28 kHz 120 MHz GigE Vision
AVIIVA-II EM2
AVIIVA II EM2 CL 514 512 14 µm 126 kHz 80 MHz Camera Link
AVIIVA II EM2 CL 1014 1024 14 µm 70 kHz 80 MHz Camera Link
AVIIVA II EM2 CL 2014 2048 14 µm 37 kHz 80 MHz Camera Link
AVIIVA II EM2 CL 4010 4096 10 µm 19 kHz 80 MHz Camera Link
AVIIVA-II EM4
AVIIVA II EM4 CL 514 512 14 µm 210 kHz 160 MHz Camera Link
AVIIVA II EM4 CL 1014 1024 14 µm 126 kHz 160 MHz Camera Link
AVIIVA II EM4 CL 2014 2048 14 µm 70 kHz 160 MHz Camera Link
AVIIVA II EM4 CL 4010 4096 10 µm 37 kHz 160 MHz Camera Link
AVIIVA UM4 / UM8
AVIIVA UM4 CL 8007 8192 7 µm 19 kHz 160 MHz Camera Link
AVIIVA UM8 CL 1205 12288 5 µm 25 kHz 320 MHz Camera Link
ELiiXA UM3V High-Speed — UM4S High Sensitivity
ELiiXA UM3V CL 4010 4096 10 µm 54 kHz 320 MHz Camera Link
ELiiXA UM4S CL 4010 4096 10 µm 18 kHz 80 MHz Camera Link
ELiiXA+ — Multi-Line — 16k/100 kHz
ELiiXA+ C4M CL 1605 4x16.384 5 µm 50 kHz 850 MHz Camera Link
ELiiXA+ C4M CP 1605 4x16.384 5 µm 100 kHz 16,4 Gbps CoaXPress
e2v Zeilenkameras — Farbe
Auflösung Pixelgröße Zeilenrate Datenrate Interface
AVIIVA SC2 / UC2 — single-line RGB
AVIIVA SC2 GE 4010 3x 1365 10 µm 14 kHz 20 – 60 MHz Camera Link
AVIIVA UC2 GE 4010 3x 1365 10 µm 15 kHz 62 MHz GigE Vision
ELiiXA RGB trilinear — RGB+Monochrom — RGB+NIR
UC4 CL 4010 RGB 3x 4096 10 µm 13 kHz 240 MHz Camera Link
UC8 CL 4010 RGB 3x 4096 10 µm 18 kHz 320 MHz Camera Link
UC4 CL 4010 RGB+Mono 4x 4096 10 µm 13 kHz 240 MHz Camera Link
UC8 CL 4010 RGB+Mono 4x 4096 10 µm 18 kHz 320 MHz Camera Link
UC4 CL 4010 RGB+NIR 4x 4096 10 µm 13 kHz 240 MHz Camera Link
UC8 CL 4010 RGB+NIR 4x 4096 10 µm 18 kHz 320 MHz Camera Link
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Johann-G.-Gutenberg-Str. 20 · D-82140 Olching
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