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CMOS – die variable und schnelle Sensortechnik

Bei CMOS-Sensoren hat jedes Pixel seinen eigenen Verstärker und A/D-Wandler. Jeder Bildpunkt kann in der Theorie einzeln angesprochen werden. Daher werden diese Sensoren auch als ‚Active Pixel' Sensoren bezeichnet.

Die komplexe Technik sorgt für einfache Handhabung

Das parallele Auslesen der Pixel ermöglicht eine freie Selektion. So bieten CMOS-Sensoren die Möglichkeit, gleich mehrere ‚Areas of Interrest‘ (AOI/ROI "region of interest") zu wählen. Dies und der geringe Stromverbrauch von CMOS-Sensoren wurde anfängliche durch Schwächen im Rauschverhalten erkauft; sind heute aber weitestgehend behoben.

Alle bei SVS-VISTEK verwendeten Sensoren mit CMOS-Technik sind ihren CCD-Vettern ebenbürtig. Stellen Sie sie auf die Probe.

Die SVCam Serien von SVS-VISTEK mit CMOS-Technik

SVS-VISTEK bietet ein ausgewogenes Spektrum an Kameras mit CMOS-Technik – von 1 bis 25  Megapixel. Wählen Sie das für Ihren Bedarf passende Modell oder teilen Sie uns Ihre Wünsche mit.

SVCam Serien mit CMOS-Sensoren (96)

Wissenswertes zur CMOS-Technik

Historie der CMOS-Technik

Mitte der 90er Jahre gelang es Eric Fossum vom Jet Propulsion Laboratory einen Active Pixel Sensor herzustellen. Zum Auslesen der Photodiode verwendete er CMOS-Technik. Diese war schon seit den 60ern bekannt. Unter CMOS (Komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) verstand man bis dahin den Prozess zusammenwirkender Halbleiter. Aus ihm entwickelte sich eine digitale Logikfamilie. Sie wird noch heute in gängigen ICs verwendet.

Die Technik dahinter

Die Sperrschicht einer in Sperrrichtung verbauten Diode wird durch einfallendes Licht entladen. Nach der Belichtungszeit wird die verbliebene Spannung über die Diode ausgelesen.

CMOS beschreibt lediglich die Bauart des Auslesemechanismus. CMOS verwendet für das Auslesen p- und n- Kanal-gesteuerte MOSFET-Transistoren. Der Vorteil dieser Technik liegt in ihrem geringen Stromverbrauch. Denn Widerstände werden bei CMOS-Technik nicht benötigt. Strom fließt lediglich in den kurzen Momenten des Auslesens der Diode.

Lesen Sie in unseren News über die Besonderheiten von Sony's Exmor Pregius-Technik und deren Pendants bei anderen Herstellern von CMOS-Sensoren.

Grafik der "one chanal CMOS" Sensoren.

Schwächen der CMOS-Technik

CMOS-Sensoren wird ein schlechter Signal-Rausch-Abstand nachgesagt. Dies beruht zum einen auf der hohen Zahl individueller Transistoren und A/D-Wandler. Zum anderen auf einem geringen Fillfaktor (Das Verhältnis zwischen lichtempfindlicher zu nicht lichtempfindlicher Fläche). Der vergleichsweise geringe Fillfaktor bei vielen CMOS-Sensoren lässt sich ebenfalls auf die hohe Integrationsdichte auf dem Chip zurückführen. Diese Nachteile sind heutzutage weitgehend behoben, viele CMOS Sensoren bieten überlegene Noise und Dynamic Eigenschaften.

Kompensation dieser Schwächen

Parallel zur Entwicklung der gesamten Halbleiterindustrie hat sich auch die Fertigung von CMOS-Sensoren weiterentwickelt. Verbaute Transistoren werden kleiner, leistungsfähiger und besser. Dem geringen Fillfaktor kann mit Mikrolinsen entgegengewirkt werden. Diese finden auch bei CCD-Chips ihren Einsatz.

Es ist Herstellungsbedingt

Die eingeschränkte Lichtausbeute ergibt sich aus dem Aufbau des Chips. Die Leiterbahnen werden über dem lichtempfindlichen Halbleiter-Wafer aufgetragen. Die einfache Idee das Licht nun von der Unterseite des entstandenen Chips einfallen zu lassen, war für die Entwickler lange eine große Herausforderung. Die Durchdringung des Lichts in den sensitiven Halbleiter ist nur 5 bis 10 Mikrometer dick. In der Herstellung bedeutet dies, dass ein Großteil des Silizium-Materials von der Unterseite gleichmäßig abgetragen werden muss. Die resultierende Oberfläche muss nicht nur sehr dünn sein, sondern auch über die Maßen plan.

Herkömmlicher Front beleuchteter CMOS Sensor.

Stärken der CMOS-Technik

Die Herstellung von CMOS-Chips ist preiswerter. Auch können CMOS-Sensoren kompakter gebaut werden. Beides bedingt durch die Verwendung der zumeist gleichen Maschinen zur Herstellung von CMOS-Sensoren wie auch anderer Halbleiter-Produkte.

Smear und Blooming sind mit CMOS-Technik kein Thema.

Teilbilder, Area of Interrest können 'parallel' ausgelesen werden.

Der geringe Stromverbrauch hilft Abwärme zu reduzieren. So können evtl. Performance-Verluste durch Überhitzung vermieden werden. Auch sind kleinere Bauformen möglich.

Vier Kanal Auslesung eines CMOS.