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Bild: Diephosi, iStock
Bildsensoren

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Zeit für eine Umstellung

Text: Simone Käfer, A&D
Im Februar gab Sony bekannt, dass sie die Produktion ihrer CCD-Sensoren einstellen werden. Das verursachte den ein oder anderen Aufschrei. Denn das Gros der industriellen Kameras arbeitet mit diesen Sensoren. Die Alternative heißt CMOS. Doch sind diese Bildsensoren ein akzeptabler Ersatz?

Ob CMOS-Sensoren ein passender Ersatz sind, ist eigentlich keine Frage mehr: Ihre Bildqualität übertrifft inzwischen die der CCDs, besonders wenn es um das Rauschen und die Dynamik geht. Zudem sind sie schneller, verbrauchen weniger Energie, ihr elektronisches Design ist einfacher und zum besseren Auslesen vermeiden sie Tap Balancing. „Mit diesen Eigenschaften sind CMOS-Sensoren die natürliche technische Weiterentwicklung“, sagt Mark Williamson, Director Corporate Market Development bei Stemmer Imaging. Er findet noch mehr Vorteile bei den CMOS‘: „Sie können auf herkömmlichen Standard-Wafer-Linien produziert werden. Und sie lassen sich mit anderen Bauelementen auf einer Plattform mischen.“ Das vereinfacht das Kamera-Design und erlaubt eine Integration zusätzlicher Merkmale. Mehrere Regions of Interest sowie ein lineares Einstellen der Bildrate, indem man den Bildausschnitt anpasst, erhöhen die Flexibilität jeder Anwendung. „Durch ihren hohen Dynamikbereich und die verbesserte Ladungsabführung bei Übersättigung, also das Anti-Blooming, sind die Kameras auch toleranter gegenüber wechselnder Beleuchtung“, weiß Williamson.

Die Verkaufszahlen des Techniklieferanten der Bildverarbeitung sprechen auch deutliche Worte, in welche Richtung sich die Technik im Industriesektor hin entwickeln wird. „Im Jahr 2010 basierten 22 Prozent aller Kameras, die wir verkauft haben, auf CMOS-Sensoren. Diese Zahl ist 2014 auf 58 Prozent gestiegen“, so Williamson. 32 Prozent der von Stemmer Imaging verkauften Kameras verwendeten CCD-Sensoren von Sony, und der verbleibende Rest andere High-End-CCDs. Die Zahlen sehen anders aus, wenn man sich die Kameras ansieht, die zurzeit in industriellen Anwendungen eingesetzt werden. Hier liegt der Anteil von CCD-Sensoren bei 70 Prozent. Nachdem aber nahezu alle neuen Kamera-Designs auf CMOS-Technik setzen, prognostiziert Williams, dass „der Marktanteil von CMOS in vier Jahren bei rund 80 Prozent liegen wird.“ Laut einer Marktstudie des Mitbewerbers Framos würde das bereits für das kommende Jahr zutreffen. Somit gibt Sony lediglich den Trend vor.

CCDs rentieren sich nicht mehr

In den vergangenen Jahren wurden in Consumer-Kameras, Mobiltelefonen, Überwachungskameras sowie im Security-Bereich und der Filmindustrie zunehmend CMOS-Sensoren eingesetzt. Für Bildsensoren-Hersteller sind diese Märkte ausschlaggebend, da sie größer sind. So kam es, dass die Produktionslinien für CCD-Wafer trotz der vermeintlich hohen Stückzahlen für Bildverarbeitungssensoren deutlich unterhalb ihrer möglichen Auslastung liefen. „Die Herstellung von CCDs ist aufgrund dieser Entwicklung nicht mehr rentabel“, weiß Williamson. Doch die Befürchtungen und Unsicherheit von Seiten der Händler, Kamerahersteller und Anwender ließ den Marktführer aus Japan zurück rudern. Zwar werden sämtliche CCD-Linien bei Sony geschlossen, doch läuft die Produktion mindestens noch bis 2017; das ein oder andere Modell soll sogar noch nach 2020 lieferbar sein. Stark gefragte Sensoren werden bis 2026 weitergeführt. Es bleibt also genug Zeit, um sich auf CMOS-Sensoren einzustellen. Zudem versprechen die knapp eine Milliarde Euro, die Sony in die Entwicklung und Produktion ihrer CMOS gesteckt haben soll, einige technische Verbesserungen. Ausschlaggebend für diese Investition mag auch sein, dass Sony im Bereich der CMOS-Sensoren nicht die gleiche Führungsposition einnimmt wie mit seinen CCDs. An Mitbewerbern stellen sie sich unter anderem ON Semiconductor, CMOSIS, e2v und Teledyne Dalsa.

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