Kompaktkamera mit 1 Zoll Chip

Größere Geber mit grösseren Bildpunkten sind in den meisten Anwendungsfällen die beste Lösung, aber auch immer kostspieliger. Die klassischen industriellen Bildbearbeitungskameras haben je nach eingesetzter Kapazität und Bildauflösung unterschiedliche Sensorgrößen. Die meisten Fotoapparate mit kleinerem Durchmesser werden mit so genannten C-Mount- oder evtl. CS-Mount-Objektiven eingesetzt.

Die C-Mount-Anschlussgewinde haben einen aktuellen Außendurchmesser von 1 Zoll, also 25,4 Millimeter und eine Steigung von 1/32 Zoll. Bei Standardkameras sind die eingesetzten Sensorik wesentlich kleiner und reichen von 4 bis 16 Millimeter Bilddiagonale. Der lichtempfindliche Bereich im Inneren der Tube war natürlich kleiner und machte etwa zwei Dritteln des Durchmessers aus.

Entsprechende CCD-Sensoren, die die Kathodenstrahlröhre ablösen sollten, mussten diesen Bereich ausfüllen. Als 1/2-Zoll-Sensor wurde daher ein CCD mit einer lichtempfindlichen Oberfläche entsprechend einer 1/2-Zoll-Röhre bezeichnen, auch wenn diese nicht der tatsächlichen Größe des CCD-Sensors entsprich. Industriekameras verwenden heute in der Regel 1/3"-Sensoren mit einer Auflösung von 640x480 Pixel, solche mit 1280x1024 Pixel in der Regel 1/2".

Bei der mittlerweile sehr beliebten Kameraauflösung von 1600x1200 Pixeln wird ein etwas größerer 1/1,8" Bildsensor bei gleichbleibender Pixelgrösse eingesetzt. Im Allgemeinen ist der allgemeine Markttrend zu erkennen, dass die Sensorik im Massenkameramarkt immer kleiner wird. Sie ermöglicht es dem Hersteller, eine grössere Zahl von Wafern zu einem niedrigeren Kostenaufwand zu produzieren.

Damit hat ein 1/3 " Fühler nur etwa 40% der Oberfläche eines 1/2 " Fühlers und ist dementsprechend günstiger. Achtung: Wenn Sie bei einem Kamera-Modell die Auswahl zwischen einem großen und einem kleinen Fühler haben, sollten Sie die grössere Version auswählen, wenn Sie z.B. Präzisions-Messungen durchführen oder die feinsten Oberflächeninspektionen durchführen, bei denen ein geringstmögliches Kamerarauschen das Resultat verzerren könnte und licht-kritische, rasche Applikationen mit kurzen Belichtungszeiten einplanen.

Verwenden Sie Farbkameras, die Monochrom-Kameras ablösen können und auch nicht viel Helligkeit erfordern, da sie bis zu 3-4 mal mehr Helligkeit als vergleichbare Monochrom-Sensoren haben. Für hochauflösende Flächen- oder Linienkameras werden auch wesentlich grössere Sensorik mit einer Grösse von mehreren cm eingesetzt. Diese sind in der Regel nicht standardisiert und resultieren aus der Pixelgröße und den Auflösungen.

Ein Zeilenkamerasystem mit 2048 Bildpunkten und 10µm Bildpunktgröße hat eine Zeilenlänge von ca. 20,48mm, bei 14µm Bildpunktgröße ist der Fühler bereits 28,6mm lang. Erst jetzt können hochauflösende Zeilenkameras mit bis zu 12k Pixel oder Flächenkameras mit bis zu 16 Mio. Pixel gebaut werden.

Durch die Verkleinerung der Sensorik werden die Pixelgrössen immer kleiner. Bei Verbraucherkameras (8 bis 12 Mio. Bildpunkte für 200 Euro) beträgt die Pixelgröße heute meist 1,7 µm, so dass die lichtempfindliche Oberfläche pro Bild nur etwa 3µm2 beträgt. Dies ist für die Qualitätssicherung mit der Kamera nicht akzeptabel. Industriekameras (C-Mount) mit VGA bis 2 Mio. Pixeln haben in der Regel 4,6 bis 6,5 µm Bildpunkte mit einer vergleichbaren 10-15fach grösseren lichtempfindlichen Oberfläche und bieten somit deutlich verbesserte Signalergebnisse.

Bei rauscharmen Bildern und präzisen Messergebnissen ist auf größtmögliche Sensorpixel in den einzelnen Geräten zu achten, auch wenn diese aufwendiger sind! Bei Zeilenkameras werden Bildpunkte mit 14 oder 10 Mikrometern Randlänge vorzuziehen sein. Der lichtempfindliche Bereich des Bildpunktes kann in diesem Falle nie groß genug sein. Ein Bildpunkt mit einer Größe von 5,5 Mikrometer kann etwa zwanzigtausend und ein Bildpunkt von 7,4 Mikrometer 40.000 Elektron speichern.

Verbraucherkameras mit einer Pixelgröße von 1,7 µm brauchen nur etwa 1.000 Fotonen für die Sättigung. Nur wenn die Zahl der vom Lichteinfall generierten Teilchen den Betrag des dunklen Rauschens überschreitet, kann der Detektor etwas wahrnehmen. Die Bildpunkte sind umso kleiner, je mehr Helligkeit für eine Bilderfassung vonnöten ist. Dies kann bei kurzer Prüfzeit zu einem Problem werden, so dass das Leuchtmittel nicht ausreichend ist.

Kleinere Bildpunkte erzeugen bei schlechten Lichtverhältnissen viel mehr Rauschen als große Bildpunkte, die Dynamik wird verringert. Leuchten Sie heller oder verwenden Sie LED-Blitzsteuerungen, um mehr Helligkeit zur Hand zu haben! Andernfalls erhalten Sie ausgewaschene Aufnahmen mit vielen Bildpunkten, aber keine wirklichen strukturellen Details. Auch kleine Bildpunkte der Kamera erfordern eine äußerst genaue Positionierung des Messkopfes, da die Tiefenschärfe stark abfällt.

Bei 5µm im Sensorgehäuse darf die Neigung des Messkopfes nur die Hälfte so groß sein (+/1 15 µm bei Apertur=2,8) wie bei Bildpunkten mit einer Strukturgrösse von 10µm. Also achten Sie auf hochwertige Hersteller, sonst hilft Ihnen der optimale Fühler in der Kammer nichts.