Farb CIS Sensoren für die Bildverarbeitung 07./ Dr. Nikolaus Tichawa. Managing Director Tichawa Vision GmbH

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1 Farb CIS Sensoren für die Bildverarbeitung 07./ Dr. Nikolaus Tichawa Managing Director Tichawa Vision GmbH

2 Wir über uns Gegründet Mitarbeiter Zertifiziert nach DIN ISO Jährliches Wachstum ca. 30% Entwicklung und Herstellung von Optoelektronischen Sensoren Reduction Type Line Scan Sensoren Contact Image Line Scan Sensoren Spezial Sensoren z.b. für Densitometrie

3 Traditionelle CIS Sensoren Technologie für Faxgeräte - S/W, 200 dpi, einige 100 Zeilen/sec Weiterentwicklung für Scanner - Farbe, 1200 dpi, etwa 1000 Zeilen/sec Einschränkungen - Bürogeräte - Arbeitsabstand 0 - keine industrietaugliche Schnittstelle - keine langfristig verfügbaren Produkte

4 Merkmal CIS traditionell Zeilenkamera Matrixkamera Modularer CIS Raumbedarf Niedrig Hoch Hoch Niedrig Justage Einfach Komplex Komplex Einfach Vibration Gering Hoch Hoch Gering Verzeichnung Nein Ja Ja Nein Lesebreite Typ 216 mm ~ Bautiefe ~ Bautiefe > 4 m Auflösung Pixel/Zeile Zeilenrate < 10 khz < 100 khz < 100 khz < 100 khz Ausleuchtung und Randabfall Nein Bis 50 % Bis 50 % Nein Randunschärfe Nein Ja Ja Nein Sichtwinkel Konstant Variabel Variabel Konstant Farbdeckung Gut Mittel Schlecht Gut Farbmodell Spektrales Loch Überlappend Überlappend Überlappend Engineering beim Anwender Hoch Hoch Hoch Niedrig Tradeoff Auflösung vs. Zeilenrate Ja Ja Ja Nein Arbeitsabstand und DOF 0/0,15 mm 2 50 mm 2 50 mm 0,5 20 mm Produktion China EU, USA, Japan EU, USA, Japan EU Signalverarbeitung Randpixel Fehlt Vorhanden Vorhanden Vorhanden Interne Intelligenz Nein Möglich Möglich Nein Support Nein Ja Ja Ja Integration mit Grabber und Software Nein Ja Ja Über Partner Stemmer Imaging

5 Funktionsprinzip CIS Sensoren Verzicht auf das verkleinernde Objektiv Des Reduction Type Sensors Stattdessen Verwendung eines GRIN Linsen Arrays mit Abbildungsmaßstab 1:1 Sensor ist jetzt so groß wie die Vorlage, Bis zu maximal 4 Meter lang Das kleine Sichtfeld der Einzellinse (ca. 1 mm) hält auch die Abbildungsfehler sehr Klein: Abbildungsfehler nur wenige Mm

6 Abbildende Optik eines CIS Sensors Abbildende Optik eines CIS Sensors Graded Index Lichtleiter haben eine vom Lokalen Radius abhängige Brechzahl Ein zylindrischer Abschnitt des Lichtleiters kann optisch abbilden Bei Abbildungsmaßstab +1 können die GRIN Linsen zu einem Array mit Durchgehendem Bildbereich verbunden Werden, weil sich die Teilbilder der Einzelnen Linsen konstruktiv überlagern

7 Die GRIN (GRaded INdex) Linse C IS Sensoren verzichten im Gegensatz zum Reduction Type Sensor auf verkleinerndes Objektiv. Stattdessen kommt typisch ein GR IN Linse Array m Abbildungsmaßstab 1:1 zum Einsatz, der Sensor ist so groß wie das Objekt

8 Die GRIN (GRaded INdex) Linse GRIN Linsen - GRaded INdex Linsen sind kurze Abschnitte von graded index Lichtleitern, bei denen der Brechungsindex abhängig vom Radius variiert. Die abbildende Wirkung entsteht durch das Brechungsprofil eines zylindrischen Glasstabs

9 Die GRIN (GRaded INdex) Linse Da jede Linse nur ein sehr kleines Sichtfeld hat, sind auch die Verzerrungen entsprechend klein. Wir haben in Kundenapplikationen Systemgenauigkeiten von besser als 3 µm in einem Sichtfeld von 260 mm nachgewiesen.

10 MAXICIS

11 Aufbau eines CIS Sensors

12 Aufbau eines CIS Sensors Elemente - LED Lichtquelle diffus, 2seitig, mit Zylinderlinse - LED Lichtquelle axial, 2 seitig, mit Zylinderlinse und Umlenkspiegel - Sensorfenster und Leselinie - SELFOC Linsenarray als abbildendes Element - Sensorzeile

13 Betrieb der Lichtquelle gepulst/cw In der Regel betreiben wir unsere Lichtquellen gepulst, um auch bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten konstante Bildhelligkeit zu erzielen Ähnlich wie bei Verwendung eines CCD Shutters ist damit die Subpixelinterpolation stark eingeschränkt. Für Subpixelanwendungen bieten wir daher geschwindigkeitsproportionale Gleichlicht- Beleuchtungen an

14 Betrieb der Lichtquelle RGB Wir realisieren Farbsensoren in der Regel mit gepulsten Lichtquellen. Der resultierende Pixelversatz von 0.3 Pixeln in Transportrichtung und 0 quer zur Transportrichtung ist deutlich geringer als z. B. bei einem Bayer Pattern. Aus Kompatibilitätsgründen wird die Farbverwaltung komplett intern abgewickelt. Der Anwender erhält pro Triggerimpuls eine RGB Zeile.

15 Betrieb der Lichtquelle Farbe Wir können unterschiedliche Farbkombinationen realisieren - 2 Farben, z. B. IR + Blau (Bankomaten) - 3 Farben, RGB - 4 Farben, RGB + IR - 6 Farben, z. B. Zigaretten RGB (Druckkontrolle) IR Durchlicht (Füllkontrolle) Streiflicht (Tabakstämme) UV Licht (fluoreszierende Verunreinigungen)

16 Betrieb der Lichtquelle: Pseudofarbe Wir können unterschiedliche Lichtgeometrien auf Pseudofarben abbilden und so eine vorhandene RGB Schnittstelle nutzen Beispiel Flieseninspektion - Diffuses Licht für Fleckenerkennung, dem ROT Kanal zugewiesen - reflektiertes Licht zur Kratzer- Erkennung, dem GRÜN Kanal zugewiesen - Backlight für die Konturerkennung, dem BLAU Kanal zugewiesen

17 Betrieb der Lichtquelle Geometrie Für die Lichtquelle(n) sind zahlreiche unterschiedliche Geometrien möglich - diffus einseitig - diffus zweiseitig - diffus zweiseitig getrennt steuerbar - koaxial - in Objekt eingekoppelt - streifend - Backlight

18 Weitere Optionen - Kombination aus CIS und Densitometer CIS - Vakuumtauglicher CIS im Druckgehäuse - RohrCIS zum Abwickeln innerer Oberflächen, auch in Farbe