Der zu Ende des Jahres 2013 von Sony vorgestellte Sensor IMX174 ist heute in aller Munde und kaum ein Kamerahersteller hat es sich nehmen lassen, ihn zu implementieren. Auch SVS-VISTEK integrierte ihn in seine neue EXO-Serie (EXO174).

Jedoch nicht als Selbstzweck. Im Schatten von Sony’s Trademarks, Exmor und Pregius, finden sich ein Anzahl anderer CMOS-Sensoren die ebenfalls mit exzellenten Bildern glänzen können. So ist ON Semi mit der Python-Serie, eine Weiterentwicklung der Vita-Reihe, ein großer Sprung gelungen.

Und auch die Ingenieure und Marketingstrategen von CMOSIS waren nicht untätig.

Doch was ist
Exmor & Pregius?

Exmor ist ein eingetragener Markenname von Sony. Hinter diesem Namen verbirgt sich eine Weiterentwicklung der CMOS-Architektur, die weitestgehend mit der Umstellung von Aluminium zu Kupferleitungen innerhalb des Chips zu beschreiben ist. In den Illustrationen des Querschnitts durch einen Sensor zeigen sich die Unterschiede zu ‚konventionellen‘ Aufbauten. So erklärt Sony die gesteigerte Quanteneffektivität ihres Sensors.

Pregius, die ebenfalls von Sony eingetragene Marke, die im Englischen schnell nach schwanger (pregnent) klingt, soll auf eine neuentwickelte Technik des Auslesens hindeuten.

Die langen Wege von den pixelinternen Analogverstärkern hin zu den AD-Wandlern seien primär verantwortlich für Rauschen auf CMOS-Sensoren. Um Wege und Zeiten abzukürzen habe man nicht wie üblich einen einzigen Wandler installiert sondern jeder Reihe einen eigenen Wandler implementiert. (1920 x 1080 = 1920 AD-Wandler)

Wie in Erklärungen weiter zu lesen ist, habe man in Anlehnung an eine CCD-Architektur dem CMOS-Sensor einen analogen Ladungsspeicher spendiert. Mit diesem sei es möglich, von äußeren Einflüssen weitestgehend unabhängig, jedes Pixel zwei Mal auszulesen. Werden unterschiedliche Werte gemessen, liegt die Wahrheit in der Mitte.

Das Verfahren nennt sich Correlated Double Sampling (CDS) und wird mittlerweile von allen CMOS-Herstellern angewendet. Die Unterschiede liegen in den Details.

CMOSIS CDS

Der Belgische Chiphersteller kontert mit „real Double Sampling“. Der ebenfalls in der EXO eindesignete CMV4000 fragt die Werte jedes Pixels direkt und ohne Umwege doppelt ab.

ON Semi

Bei Sensoren der Python-Reihe wird mit einem „in-pixel correlated double sampling“ (ipCDS) gekontert. Was in der Praxis darauf hindeuten mag, dass ein CDS bereits vor dem pixelinternen Verstärker stattfindet. Er korreliert zwei Ladungsmesswerte, bevor er sie zu einer Spannung übersetzt, die an den AD-Wandler geleitet wird.

Warum das alles?

Die Verbesserung des Rauschverhaltens war sicher eine treibende Kraft. Daneben verlangt die Bildverarbeitung jedoch auch nach einer weiteren, wichtigen Eigenschaft; dem Global Shutter. Er bringt eine Unstetigkeit im Ausleseverhalten des Sensors mit sich, die der CMOS-Architektur von Hause aus nicht entgegenkommt. Ein Rolling Shutter befeuert den AD-Wandler permanent mit Werten. Global Shutter lässt ihn sequentiell warten, was wiederum Ladungen und Spannungen einer längeren Periode unter Einfluss von Rauschen aussetzt.

Darin ist auch der Grund zu sehen, warum Rolling Shutter Sensoren, kleiner schneller und mit unter auch empfindlicher sein können.

Fazit

Alle Chiphersteller haben es in den vergangenen Jahren geschafft, ihren Global Shutter CMOS-Sensoren das Rauschen weitestgehend auszutreiben. Jeder Hersteller auf seine Weise. Sony ist mit dem IMX174 ein großer Wurf gelungen, hinter dem sich CMOSIS und vor allem ON Semi nicht verstecken müssen.

Mit der EXO-Serie haben wir uns daher entschlossen, unser herausragendes Feature-Paket nicht nur um diesen einen Sensor zu schnüren. Wir integrierten eine Vielzahl von Sensoren mit unterschiedlichsten Auflösungen und Techniken (CMOS und CCD 0,3 bis 12 MP).

Damit bieten wir Ihnen maximale Qualität made in Germany skalierbar auf ihre Applikation.