Multiple exposure of a moving object charge transfer object

1 CCD-Zeilenkamera

S K4 0 9 6 C TD montiert mit:

4 0

2

3

F A 2 6 S 45

Zwischenring ZR-L...

4 Objektiv-Adapter M39-45

5 Objektiv APO-Rodagon D1x

-Zeilenkamera

SK4096CTDI-40XL

4096 x 96 Pixel, 13x13µm, 40 MHz Pixelfrequenz,

Interface:

CameraLink

Interface

LVDS

Order Code

SK4096GTDI-XL

SK4096CTDI-40XL max. Pixel frequency

60 MHz

40 MHz max. line frequency

14.00 kHz

9.46 kHz

SK4096ZTDI-XL 60 MHz 14.00 kHz

Kamera Serie CTDI

1024 x 96

2048 x 96

4096 x 96

1

2

3

4

Charakteristik:

• Video 8/12 Bit (Single Tap)

• Zeilenfrequenz bis 9,46 kHz

• Anti-Blooming

• TDI Sensor, 96 Sufen

• sehr hohe Lichtemfindlichkeit

• 100% optischer Füllfaktor

• CameraLink-Schnittstelle (Base)

5

Inhalt: Seite

Technische Daten Sk4096CTDI-40XL, Zubehör ......2

Technische Daten CTDI-Serie, Hinweise .................3

Anschluß, Steuersignale...........................................4

CameraLink-Interface...............................................5

Timing-Diagramm.....................................................6

Konfigurationsprogramm, Kamerabefehle ...............7

Belichtung, Bildgenerierung, TDI-Prinzip...................8

Blooming....................................................................9

Maßzeichnung ..........................................................10

Sensordaten .............................................................11

Hinweise, Garantie, EU-Konformitätserklärung .......12

Kieler Str. 212, D-22525 Hamburg - Phone: +49 40 853 997 0 - Fax: +49 40 853 997 79 - eMail: [email protected] - Web: http://www.SuKHamburg.de

Zubehör (optional) Technische Daten

2

Kabelsatz für Zeilenkameras mit

CameraLink-Schnittstelle der Serien CTO, CSD,

CTDI, CPT, CJR, CJRC bestehend aus

Steuerkabel und Stromversorgungskabel.

u e k a b ellll: 26-polig, geschirmt, beidseitig mit

Mini D Ribbon-Steckverbinder (male, 26-polig).

SK9018.5 MM Bestell-Code

MM= Stecker beidseitig (male)

3 = 3 m Kabellänge

5 = 5 m (Standardkabellänge) x = kundenspezifisch o m v e s orrrrg u n g s k b ellll: 6-polig geschirmt, mit

Steckverbinder Lumberg SV60 (6-polig, male) und

Steckverbinder Hirose HR10A (6-polig, female).

SK9015.5 MF Bestell-Code

MF= Stecker male / female

3 = 3 m Kabellänge

5 = 5 m (Standardkabellänge) x = kundenspezifisch

Stromversorgung

Software

Objektive, Adapter

PS 051515

Input:

Bestell-Code

100-240 VAC, 0,8A, 50/60Hz, Eingangsbuchse nach IEC 320 (3-polig).

Output: 5VDC/2,5A, 15VDC/0,5A, -15VDC/0,3A,

Ausgangsbuchse Lumberg KV60

(6-polig, female)

SK91CL-WIN Bestell-Code

SkLinScan®: Betriebsprogramm mit oszilloskopischer

Signaldarstellung und 2D-Scan, Werkzeug für Systemjustage (Grabber bei Bestellung angeben).

SKCLConfig: Konfigurationsprogramm für CCD-Zeilenkameras mit CameraLink-Schnittstelle (gehört zum

Lieferumfang der Kamera, unterstützt alle Grabber)

Fokus-Adapter

FA26-S45 Bestell-Code

Kameratyp

Bestell-Code

Sensor:

Typ:

Pixelanzahl:

Pixelgröße:

Pixelabstand:

Zeilenbreite:

Aktive Länge:

SK4096CTDI-40XL

CCD linear

CCD 5045

4096 x 96

13x13µm

13µm

13µm

53,20 mm

Pixelfrequenz:

Zeilenfrequ. max:

Zeilenfrequ. min:

Integrationszeit min:

40 MHz

9,46 kHz

1,00 kHz

0,130 ms

Integrationszeit max: 1,0 ms

Dynamikbereich:

Spektralbereich:

1:4000

400-1000 nm

Spektrale Empfindlichkeit

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

400 500 600 700 800

Wavelength (nm)

Ta= 25°C

900 1000

Steuereingänge:

Ausgangssignal:

Video Signal:

MasterCock

(optional)

StartOfScan

LVAL

8/12 Bit digital,

Single Tap

Präzisionsadapter mit LInearführung und Gewindetrieb für die präziese Einstellung und dauerhafter Fixierung der Fokuslage.

- Hub 27 mm, 10 mm Hub pro Umdrehung

- Arretierschrauben für die Fokuslage

- Objektivgewinde M45x0,75,

M39x1/26" über Adapter M39-45

Zwischenringe

ZR-L25

Objektiv-Adapter

M39-45

Bestell-Code

15= Länge 15 mm

25= Länge 24,5 mm

60= Länge 60 mm

87= Länge 87 mm

Bestell-Code

Objektiv: M39 x 1/26"

Kamera: M45 x 0,75

Scan- und Makro-Objektive

M39 x 1/26", z.B.: - APO-Rodagon D1x 4,0/75

- APO-Rodagon D2x 4,5/50

- APO-Rodagon N 4,0/80

Interface:

Spannungen:

CameraLink

+5 V, +15 V

Leistungsaufnahme: 3,8 W

Kamerarückseite

Arbeitstemperatur:

Gehäuse (B x T):

Gewicht:

Objektivanschluß:

Steckverbinder:

Power:

Hirose Serie

HR10A, 6pin-male

Daten:

Mini D Ribbon,

26pin-female

+ 5°C ... + 45 °

84 mm x 43 mm

0,3 kg

M72 x 0,75

CCD-Zeilenkamera SK4096CTDI-40XL - Technisches Handbuch (11/2009)

Kameratyp

Sensor:

Typ:

Pixelanzahl:

Pixelgröße:

Pixelabstand:

Zeilenbreite:

Aktive Länge:

SK1024CTDI

CCD linear

CCD525

1024 x 96

13x13µm

13µm

13µm

13,30 mm

SK2048CTDI

CCD linear

CCD525

2048 x 96

13x13µm

13µm

13µm

26,60 mm

SK4096CTDI-40XL

CCD linear

CCD5045

4096 x 96

13x13µm

13µm

13µm

53,20 mm

Anti-Blooming

Integration Control

CDS 1)

Pixelfrequenz:

Zeilenfrequenz max:

Zeilenfrequenz min:

Integrationszeit min:

Integrationszeit max: 2) ja nein ja

50 MHz

43,40 kHz

1,00 kHz

0,023 ms

1,0 ms

1:2500

400-1000 nm ja nein ja

100 MHz

43,40 kHz

1,00 kHz

0,023 ms

1,0 ms

1:2500

400-1000 nm ja nein ja

40 MHz

9,46 kHz

1,00 kHz

0,130 ms

1,0 ms

Dynamikbereich:

Spektralbereich:

Videosignal:

Schnittstelle:

Spannungsversorgung:

8/12 Bit

Camera Link

+5V, +15V

2*8 Bit

Camera Link

+5V, +15V

1:4000

400-1000 nm

8/12 Bit

Camera Link

+5V, +15V

Stromaufnahme

Objektivanschluss:

Gehäuse ( Ø x T):

Gewicht:

2,4 W

M40x0.75

Ø65mm x 54 mm

0,2 kg

2,6 W

M40x0.75

Ø65mm x 54 mm

0,2 kg

3,8 W

M72x0.75

□ 84 mm x 43 mm

0,3 kg

Arbeitstemperatur: + 5°C ... + 45 ° + 5°C ... + 45 ° + 5°C ... + 45 °

1) CDS = Correlated Double Sampling. Technologie zur Rauschminderung bzw. Erhöhung der Lichtempfindlichkeit.

2) Längere Integrationszeiten sind technisch möglich, verschlechtern aber das Signal-Rauschverhältnis.

Weitere technische Details zum Sensor enthalten die Daten des Sensorherstellers (siehe Seiten 11, 12).

Die erfolgreiche Arbeit mit der Zeilenkamera setzt eine gewissenhafte Justage des gesamten optischen Systems voraus.

Zu beachten sind dabei die Ausrichtung der Beleuchtung, die

Fokuslage des Objektivs, die Blendeneinstellung und sowie die senkrechte Anordnung der Sensorachse zur Meßobjektachse bzw. zur Bewegungsrichtung des zu scannenden Objekts.

Für den Betrieb der Kamera ist ein Grabber erforderlich, der den CameraLink Base-Konfiguration erfüllt. Der Grabber liefert die StartOfScan(SOS)-Signale und steuert damit die Belichtungszeit und die Zeilenfrequenz der Kamera.

Mit dem Konfigurationsprogramm SkCLConfig lassen sich weitere Kameraparameter wie Gain, Offset und Pixelfrequenz

über die serielle Schnittstelle des CameraLink-Interfaces einstellen. Das Programm benutzt dafür die clser***.dll, die allen

CameraLink-Grabbern beiliegt. Für die Entwicklung von Applikationssoftware ist das SDK des Grabberherstellers zu nutzen.

Für ausgewählte Grabber

1

bietet Schäfter+Kirchhoff das Betriebsprogramm SkLineScan® an. Die oszilloskopische Darstellung des Zeilenkamerasignals mit Zoom-Funktion und Online-Parametrierung der Kamera ist ein wichtiges Werkzeug für die Einrichtung des optischen Systems. Auf Kundenwunsch wird das SkLineScan-Programm auch für andere CameraLink-

Grabber angepaßt.

Die Kamera wird werkseitig abgeglichen und mit Standardeinstellungen für Gain und Offset ausgeliefert. Die Gain- und Offset-Werte sind über die Software veränderbar. Dabei ist zu beachten, daß zu starke Änderungen von Gain und Offset die

Signalqualität beeinträchtigen können. Die zuletzt eingestellten

Gain/Offset-Werte werden in der Kamera gespeichert und sind beim nächsten Anschluß der Kamera wieder aktiv.

1

Matrox Serie, CORECO, NI-PCI 1428, microEnable III

CCD-Zeilenkamera SK4096CTDI-40XL - Technisches Handbuch (11/2009) 3

Spannungsversorgung

± 5% + 5 V

+15 V ± 5%

Steckverbinder:

Power:

Hirose Serie HR10A,

6pin-male

Daten:

Mini D Ribbon,

26pin-female ca. 300 mA ( 20 MHz Clock) ca. 320 mA ( 40 MHz Clock) ca. 105 mA ( 20 MHz Clock) ca. 245 mA ( 40 MHz Clock)

Signal

+ 15 V

+ 15 V

+ 5 V

Pin

1

2

3

Signal

+ 5 V

GND

GND

Pin

4

5

6

Steckerbelegung

Signal

Mini D Ribbon 26 pin female

Pin Pin Signal

10

11

8

9

12

13

6

7

4

5

1

2

3

GND

X0-

X1-

X2-

Xclk-

X3-

SerTC+

SerTFG-

CC1-

CC2+

CC3-

CC4+

GND o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o

GND

X0+

X1+

X2+

Xclk+

X3+

SerTC-

SerTFG+

CC1+

CC2-

CC3+

CC4-

GND

21

22

23

24

25

26

17

18

19

20

14

15

16

Steuersignale

Input Control Signale:

Die CCD-Zeilenkamera benötigt zum Betrieb die Steuersignale

"Clock" (MCLK) und "Start Of Scan" (SOS). Das Clock-Signal wird intern durch einen 40-MHz-Oszillator erzeugt. Alternativ kann dieser durch einen Frequenzteiler auf 20 MHz eingestellt werden. Das Clock-Signal kann optional auch extern eingespeist werden.

Die Kameraelektronik reagiert auf die Flanken dieser Signale, die dementsprechend "sauber" sein sollten.

Die Frequenz des "Start of Scan" Signals bestimmt die Anzahl der Zeilen pro Sekunde. Bei der positiven Flanke dieses Signals gelangen die angesammelten Ladungsträger aller Pixel in das analoge Schieberegister des Zeilensensors und werden im

Takt des Clocksignals ausgelesen.

Die Frequenz des Clock-Signals bestimmt die Geschwindigkeit, mit der die Ladungsträger der einzelnen Pixel eines Zeilensensors am Videoausgang der Kamera erscheinen. Bei jeder positiven Flanke gelangen die Ladungsträger der nächsten beiden Pixel zum Video-Ausgang.

Die Clock und "Start of Scan" Signale brauchen nicht synchronisiert zu werden. Die Clockfrequenz sollte so gewählt werden, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden "Start of Scan" Signalen genügend Clockpulse anliegen, um die Zeilenkamera auszulesen. Die Kamera SK4096CTDI-40XL benötigt für das vollständige Auslesen eines Zeilenscans 4096+130 Clockpulse. Der Single-Tap-Sensor der SK4096CTDI-40XL hat damit 4226 Takte für die Übertragung von 4096 Pixeln zur

Verfügung. Die Pixelrate entspricht der internen Clockfrequenz der Kamera.

MCLK:

SOS:

Master-Clock in: bestimmt die Frequenz des

Pixeltransportes 40 MHz max.

Start of Scan: 30 ns minimale Pulslänge.

Mit der Frequenz des SOS Signals wird die

Zeilenfrequenz der Kamera bestimmt.

Die ansteigende Flanke des SOS Signals startet den Auslesevorgang. Die Ladungsträger innerhalb des Sensors werden in die Analog-

Transportregister parallel zur Sensorzeile überführt.

4 CCD-Zeilenkamera SK4096CTDI-40XL - Technisches Handbuch (11/2009)

Camera Control

Video Data

Bit-Zuweisungen

16-Bit-Daten (F16)

Serielle Kommunikation

Signal Name

TRIG1

TRIG2

I/O

I

I

Typ Beschreibung

RS644

RS644

CC1 - Synchronisationseingang (SOS)

CC2 - Start Integrationsperiode im dual synchro mode

(nur Kameras mit Integration Control)

RS644 CC3 - Externer Pixeltakt (optional) CLK_IN I

I= Input, O= Output, IO= Bi-Direktional, P= Power/Ground, NC= nicht verbunden,

Hinweis: CC4 wird nicht verwendet

Für die Übertragung der High-Speed-Videodaten von der Kamera zum Frame Grabber sind die differentiellen LVDS-Signale X0-X3 und XCLK reserviert. Die Videodaten werden zwischen

Kamera und Grabber in mehreren seriellen Kanälen übertragen. Die Grundlage des seriellen

Protokolls bildet der Channel Link-Chipsatz von National Semiconductor. Der CameraLink-

Standard definiert die Pixel-Signalnamen, die Beschreibung des Signalpegels sowie die

Steckerbelegung und die Pinbelegung des Chips.

Signal Name I/O

D[0-15] O

STROBE

LVAL

O

O

Typ Beschreibung

RS644

RS644

Pixel Data

Output Data Clock,

Daten sind bei steigender Flanke gültig

RS644 Line Valid, aktiv High Signal

I= Input, O= Output, IO= Bi-Direktional, P= Power/Ground, NC= nicht verbunden,

Hinweis: FVAL, wie im CameraLink-Standard definiert, wird hier nicht verwendet. FVAL ist ständig auf 0(Low)-Pegel gesetzt. DVAL wird nicht verwendet. DVAL ist ständig auf 1(High)-

Pegel gesetzt. Bei Single-Output werden die Daten auf ODD ausgegeben (multiplex).

Bit

D 0

D 1

D 2

D 3

D 4

D 5

D 6

DS90CR285

Pin Name

Tx0

Tx1

Tx2

Tx3

Tx4

Tx6

Tx27

Bit

D 7

D 8

D 9

D10

D11

D12

D13

DS90CR285

Pin Name

Tx5

Tx7

Tx8

Tx9

Tx12

Tx15

Tx18

Bit

D14

D15

NC

NC

NC

NC

NC

DS90CR285

Pin Name

Tx19

Tx20

Tx21

Tx22

Tx16

Tx17

Tx13

Bit

NC

NC

NC

STROBE

LVAL

DS90CR285

Pin Name

Tx14

Tx10

Tx11

TxCLK

Tx24

Die Bit-Zuweisungen sind konform mit der CameraLink-Spezifikation in der Basis-Konfiguration.

Signal Name

SerTFG

SerTC

I/O

O

O

Typ

RS644

RS644

Beschreibung

Differential-Paar für serielle Kommunikation zum Frame

Grabber

Differential-Paar für serielle Kommunikation vom Frame

Grabber

Die CameraLink-Schnittstelle unterstützt zwei LVDS-Signalpaare für die Kommunikation zwischen Kamera und Frame Grabber. Diese asynchrone serielle Kommunikation basiert auf dem

RS232-Protokoll.

Die Konfiguration der seriellen Leitung ist:

- Voll Duplex / ohne Handshake

- 9600 Bauds, 8-Bit-Daten, kein Paritäts-Bit, 1 Stop-Bit

CCD-Zeilenkamera SK4096CTDI-40XL - Technisches Handbuch (11/2009) 5

Input

MCLK

CC3

SOS

CC1

40ns 126 Clock Cycles 4096 Clock Cycles 8 Clock Cycles min

Output

CCLK

LVAL

D[0-15]

15 ns

Sensor

Video 1

Video 2

Video 3

Video 4

Die Schwarzwertpixel befinden sich 7 bis 20 Pixel vor Pixel Nr. 1. i = Isolation Pixels, o = Overclocking

6

Beispiel Signalgenerierung SK4096CTDI

PUCHAR int int pSegment[4]; pOffset= 1024; i, s, p, line;

PUCHAR

PUCHAR pSource; // Zeiger Kameradaten pDestination; // Zeiger auf Zeilensignal

.....

if (pDestination==NULL) pDestination= pSource;

}

{ for (i= 0; i< 4; i++) pSegment[i]= new UCHAR[1024];

{ for ( line= 0; line< MAXLINES; line++)

PUCHAR pScan= (PUCHAR)pSource+line*pixelPerLine;

{ for (p= 0; p< pOffset; p++) for ( s= 0; s< 4; s++)

*(pSegment[s]+p)= *pScan++;

} pScan= (PUCHAR)pDestination+line*pixelPerLine; for (s= 0; s< 4; s++) memcpy(pScan+s*pOffset, pSegment[s], pOffset);

} for (i= 0; i< 4; i++) delete [] pSegment[i];

CCD-Zeilenkamera SK4096CTDI-40XL - Technisches Handbuch (11/2009)

SK4096CTDI

2. Verstärkung:

Den Sensor leicht überbelichten. Mit den Gain-Reglern den

Begrenzungspunkt des Videosignals auf etwa '255' (8 Bit-Daten) oder höher einstellen.

Befehl

Gxxxx<CR>

Bxxxx<CR>

Hxxxx<CR>

Jxxxx<CR>

SK4096CTDI

Das Konfigurationsprogramm SKCLConfig ist ein Tool zur

Programmierung der CameraLink-Kamera und deren Statusabfrage. Es kommuniziert mit der Kamera über die serielle

Schnittstelle des CameraLink-Interfaces. Das Programm nutzt dafür die clser***.dll, welche bei der Grabber-Installation in das

Systemverzeichnis eingetragen wird. Der DLL-Name beginnt mit dem Standard 'clser' (Matrox mtxclser..) und enthält spezifische Zeichen des Grabberherstellers (***). Da die Befehle in der DLL standardisiert sind, arbeitet das Programm mit jedem

Grabber, der den CameraLink-Standard erfüllt. Sind mehrere clser***.dll's auf dem Rechner installiert, benutzt das Programm die erste gefundene DLL. Der DLL-Name wird angezeigt.

Nach dem Start werden Informationen über Typ, Revision und

Seriennummer der Kamera abgefragt. Im Feld "Type" muß der

Kameraname erscheinen.

Nach dem Start des SKCLConfig-Programms werden die

Schieber für Gain und Offset entsprechend den in der Kamera gespeicherten Werten positioniert. Die Gain- und Offset-Werte der Kamera können mit den Schiebern verändert werden. Die maximal mögliche Verstärkung des Kamerasignals beträgt

24dB (Gain=1023). Bei Veränderungen von Gain und Offset sollte das Zeilensignal der Kamera beobachtet werden (z.B.

mit dem SkLineScan-Programm). Mit zunehmender Verstärkung des Signals erhöht sich auch das Rauschen - das Signal/

Rausch-Verhältnis wird schlechter.

Die Kamera SK4096CTDI-40XL hat jeweils 4 Bereiche für Gain und Offset. Die Signalintensitäten in den einzelnen Regelbereichen sind bestmöglich anzugleichen.

Oxxx<CR>

Pxxx<CR>

Qxxx<CR>

Uxxx<CR>

F8<CR>

F10<CR>

F12<CR>

C20<CR>

C40<CR>

T0<CR>

M1<CR>

M2<CR>

Abfragen:

K<CR>

R<CR>

S<CR>

Die Kamera wird mit optimaler Gain/Offset-Einstellung ausgeliefert (Grundeinstellung). Nach Veränderungen von Gain und

Offset kann eine neuer Abgleich erforderlich sein. Dabei ist wie folgt vorzugehen:

I<CR>

I1<CR>

I2<CR>

I3<CR>

I4<CR>

I5<CR>

I6<CR>

I7<CR>

I8<CR>

I9<CR>

I10<CR>

I11<CR>

I12<CR>

I13<CR>

1. Offset:

Das Videosignal bei abgedunkeltem Sensor mit den Offset-

Reglern auf nahe 0 einstellen. Das Zeilensignal sollte noch sichtbar sein.

Rückmeldung

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

0=ok, 1= not ok

SK4096CTDI<CR>

Rev1.20<CR>

SNr00140<CR>

SK4096CTDI<CR>

VCC:00501<CR>

VDD:01523<CR> moo:00003

CLo:00020<CR>

CHi:00040<CR>

Ga1:00043<CR>

Ga2:00044<CR>

Of1:00011<CR>

Of2:00009<CR>

Ga3:00043<CR>

Ga4:00044<CR>

Of3:00011<CR>

Of4:00009<CR>

Beschreibung

Gain1 settting 0 - 24 dB

(xxxx= 0-1023)

Gain2 setting 0 - 24 dB

(xxxx= 0-1023)

Gain3 setting 0 - 24 dB

(xxxx= 0-1023)

Gain4 setting 0 - 24 dB

(xxxx= 0-1023)

Offset1 setting (xxx= 0-255)

Offset2 setting (xxx= 0-255)

Offset3 setting (xxx= 0-255)

Offset4 setting (xxx= 0-255)

Output format: 8 Bit data

Output format: 10 Bit data

Output format: 12 Bit data

Camera clock: 20 MHz

Camera clock: 40 MHz test pattern off

Extern trigger CC1 input

Free run with max line rate

SK type number

Revision number

Serial number

Camera identification

Operation voltage VCC

Operation voltage VDD

Operation mode

Camera clock low frequency

Camera clock high frequency

Gain1

Gain2

Offset1

Offset2

Gain3

Gain4

Offset3

Offset4

Ctrl. Register CLink3 EPLD EN7 EN6 EN5 EN4 EN3 EN2 EN1 EN0

8 Bit 0 0

10 Bit

12 Bit

0

1

1

0

Low Clock

High Clock

Clock CC3

0

0

1

0

1

0

Mode 1 extern Trigger 0 0

Mode 2 free run, max line rate 0 1

CCD-Zeilenkamera SK4096CTDI-40XL - Technisches Handbuch (11/2009) 7

Die Kamera SK4096CTDI-40XL hat eine maximale Zeilenfrequenz von 9,46 kHz. Der programmierbare Bereich für die Belichtungsperiode beträgt 0,106 ms bis 1,0 ms.

Für die Programmierung der Belichtungsperiode muß das Zeitintervall zwischen zwei SOS-Signalen mindestens N= 4096

Pixeltakte zuzüglich sensorabhängiger passiver Pixeltakte N

P lang sein. Bei der SK4096CTDI-40XL - Kamera sind dies 134.

Der Sensor benötigt also 4096+134 = 4230 Takte für das vollständige Auslesen einer belichteten Zeile.

Die Auslesegeschwindigkeit wird durch die Pixelfrequenz

(MCLK) bestimmt.

Die kürzeste Belichtungsperiode T

E

der Kamera berechnet sich mit:

Technische Details zur Belichtung:

Die lichtempfindlichen Elemente des Sensors speichern

Ladungsträger, die in einem bestimmten Zeitintervall durch einfallendes Licht erzeugt werden. Die akkumulierten Ladungen werden in Spannungen umgewandelt. Die Spannungswerte sind das Maß für die eingefallende Lichtintensität in den einzelnen Pixeln.

Die Integrationszeit ist das Zeitintervall, in dem die Ladungsträger akkumuliert werden.

Die Belichtungsperiode T

E ist die Zeit, in der die Ladungsträger vollständig in das Schieberegister des Zeilensensors ausgelesen werden. Die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden positiven Flanken des SOS-Signals bestimmt die Belichtungsperiode.

Die maximale Zeilenfrequenz ergibt sich aus f

L max

= 1/T

E

.

T

E

=

( N + N

P

) fp

Die maximale Zeilenfrequenz ergibt sich aus:

f

L

= 1 / T

E

Beispiel: SK4096CTDI-40XL

40 MHz Pixelfrequenz

T

E

= (4096+134) / 40 MHz t

E

= 0,106 ms f

L

= 40 MHz / (4096 +134) f

L

= 9,46 kHz

Das TDI-Prinzip basiert auf der zeitverzögerten Mehrfachbelichtung eines bewegten Objektes. Der Sensor besteht aus 96 nebeneinander liegenden Sensorzeilen.

Am Ende jeder Belichtungsperiode werden die bislang erzeugten Ladungen zeilenweise in die jeweils nächsthöhere Zeile verschoben (vgl. Abb.

“charge transfer”). Während der folgenden Belichtungsperioden kommen weitere Ladungen hinzu, die aufsummiert, Zeile für Zeile weitertransportiert und schließlich nach 96 Belichtungen als Videosignal ausgegeben werden.

Durch eine zum zeilenweisen Ladungstransfer synchrone

(und parallele) Objektbewegung wird im Effekt eine 96fache Mehrfachbelichtung erreicht. Hierbei ist das Objekt nach einer Belichtungsperiode soweit verschoben, dass es durch das Objektiv auf die jeweils nächste Sensorzeile abgebildet wird - dahin, wo auch die Ladungen aus der vergangenen Periode transportiert wurden.

Ein zweidimensionales Bild entsteht durch Bewegung des Objekts oder der Kamera. Die Transportrichtung verläuft dabei senkrecht zur Sensorachse der CCD-Zeilenkamera.

Die scharfe und proportional richtige Abbildung der gescannten Oberfläche erfordern bei TDI-Kameras die exakte Synchronisation der Transportgeschwindigkeit, in Abhängigkeit von der Belichtungszeit und des Abbildungsmaßstabs.

CCD-Zeile

Pixel 1

Zusätzlich ist bei der Bewegung ist Vorzugsrichtung der Kamera zu beachten.

W

P

•

β

V

O

= t

E [1]

V

O

= Objektgeschwindigkeit

W

P

= Pixelbreite

β

= Abbildungsmaßstab t

E

= Belichtungszeit

Objekt

Pixel No. 1

Multiple exposure of a moving object

Zeilenkameras mit Time Delayed

Integration (TDI)-Technologie haben eine 96-fach höhere Lichtempfindlichkeit als vergleichbare herkömmliche Zeilenkameras.

Insbesondere bei Messungen an lichtschwachen Objekten (z.B.

Waferinspektion mit Dunkelfeldbeleuchtung) sind mit einer TDI-

Kamera deutlich höhere Messund Scan-Geschwindigkeiten erreichbar. Voraussetzung für den

Einsatz von TDI-Kameras ist die

Bewegung des Objektes in einer

Vorzugsrichtung mit einer definierten Geschwindigkeit.

charge transfer object

8 CCD-Zeilenkamera SK4096CTDI-40XL - Technisches Handbuch (11/2009)

Blooming

Wenn Pixel aufgrund starker Belichtung keine Ladung mehr aufnehmen können, also gesättigt sind, geben sie bei weiterer Belichtung ihre überschüssige Ladung an nachfolgende Pixel ab. Dieser Effekt wird Blooming genannt. Das

Blooming führt zu einer Verfälschung der geometrischen

Zuordnung von Bild und Objekt im Zeilensignal.

CCD-Zeilenkameras mit Anti-Blooming-Sensor leiten bei

Überbelichtung den Ladungsüberschuß über ein "Drain

Gate" ab. Nachfolgende weniger belichtete Pixel werden nicht mehr aufgefüllt. Die Signalstrukturen bleiben auch bei

Überbelichtung positionsgenau erhalten.

SK2048CTDI

255

1

213

170

128

85

42

0

0

Signal window: pixel 0 - 2048 Zoom: displayed 2048 from 2048 pixel

SK2048CTDI

2

85

42

0

0

255

213

170

128

Signal window: pixel 0 - 2048 Zoom: displayed 2048 from 2048 pixel

2048

2048

Die CCD-Zeilenkameras der CTDI-Serie haben einen Anti-

Bloooming-Sensor und verfügen somit über einen Überbelichtungsschutz. Das Blooming Drain Gate hat jedoch eine Kapazitätsgrenze. Allgemein gilt:

Je weniger Pixel überbelichtet sind, desto besser ist die Anti-

Blooming-Wirkung des Drain-Gates. Für einzelne Pixel kann ein Ladungsüberschuß bis zum 2000-fachen der Sättigungsladung abgeleitet werden. Mit zunehmender Anzahl überbelichteter Pixel verringert sich der abführbare Ladungsüberschuß.

SK2048CTDI

3

255

213

170

128

85

42

0

0

Signal window: pixel 0 - 2048 Zoom: displayed 2048 from 2048 pixel

2048

Oszilloskopische Signaldarstellungen von CCD-Zeilensignalen (Barcode im Auflicht), SK2048CTDI

1

2

3

CCD-Zeilensignal mit mittenbetonter Ausleuchtung und steilen Signalflanken. Integr.zeit t

A

= 0,158 ms

Überbelichtung durch längere Integrationszeit (t

A

= 0,533 ms). Im Sensor wird der Blooming-Effekt durch Verstellen der Blooming-Control-Spannung provoziert (niedrige

V

A

). Die Signalstrukturen sind verfälscht.

Die Blooming-Control-Spannung begrenzt das Ausgangssignal des Sensors auf ca. 90% der Sättigungsspannung V

SAT

. Die Anti-Blooming-Funktion ist aktiv.

Auch bei noch längerer Integrationszeit (t

A

= 0,806 ms) bleiben die Kantenpositionen aus Bild 1 erhalten.

CCD-Zeilenkamera SK4096CTDI-40XL - Technisches Handbuch (11/2009) 9

1

1 CCD-Zeilenkamera

SK4096CTDI-40XL montiert mit:

2 Fokusadapter FA26-S45

3 Zwischenring ZR-L...

4

Objektivadapter M39-45

5

Makro-Objektiv 1:1, APO-

Rodagon D1x 4.0/75

CameraLink-Kameragehäusetyp CC5

Objektivgewinde M72 x 0.75

□

84

□

75/M4

□

60/Ø6.5

2

3

4

31

2.5

12

8

*

*

Kamera-Auflagemaß

□

84

75/M4

5

10

CCD-Sensor

7

26.8

5

CCD-Zeilenkamera SK4096CTDI-40XL - Technisches Handbuch (11/2009)

Ø 2.7 DB (8x)

/ Ø5x7

12. Sensordaten

Hersteller:

Typ:

Fairchild Imaging®

CCD5045

Datenquelle: Fairchild Imaging® CCD5045 - Data Sheet

CCD-Zeilenkamera SK4096CTDI-40XL - Technisches Handbuch (11/2009) 11

13. Hinweise und Garantie

Dieses Technische Handbuch ist mit größter Sorgfalt erstellt worden. Es wird jedoch keine Gewähr für die Freiheit von

Fehlern und Irrtümern gegeben.

Für die angegebenen Schaltungen, Beschreibungen und Tabellen wird keine Gewähr bezüglich der Freiheit von Rechten

Dritter übernommen.

Mit den Angaben in den technischen Beschreibungen werden Baugruppen spezifiziert, nicht Eigenschaften zugesichert.

Die Garantie für die CCD-Zeilenkamera beträgt 24 Monate.

Die Garantie erlischt bei unsachgemäßen Eingriffen.

14. EU-Konformitätserklärung

Dieses Produkt entspricht den

Schutzanforderungen der EG-

Richtlinie 89/336/EWG. Die Anforderungen der DIN EN 61326 werden erfüllt.

12 CCD-Zeilenkamera SK4096CTDI-40XL - Technisches Handbuch (11/2009)