イメージ センサー技術の最近の進歩は、スマート監視、スマート交通監視、農業用ロボット、医療およびライフ サイエンス デバイスなどの幅広いアプリケーションの台頭という明確な傾向を示しています。各アプリケーションには、高フレーム レート、高ダイナミック レンジ、高 SNR、グローバル シャッターなどの独自の要件があります。
ご存知のように、Sony STARVISおよびSony Pregiusセンサーはあらゆる点で古い CCD センサーよりも優れており、より費用対効果の高いオプションです。しかし、これら 2 つの一般的なセンサーの類似点と相違点は何でしょうか?どこで使われているのでしょうか？また、e-con システムには、今日の市場で最高のカメラ センサーをベースにしたカメラ ソリューションを提供しているのでしょうか？
すべての答えは最新のブログでご覧ください。
Sony STARVIS、Sony Pregius とは?
Sony STARVISには、監視カメラ アプリケーションの CMOS イメージ センサーで使用される裏面照射型 (BSI) テクノロジーが搭載されています。感度は2000mV（カラー製品、706cd/m2の光源で撮影した場合、1秒蓄積換算でF5.6）です。可視光および近赤外 (NIR) 光領域で高品質の画像を生成するのに役立ちます。さらに、Sony STARVIS はモノクロ バージョンと RGB バージョンの両方で利用できます。
一方、Sony Pregiusも最先端の CMOS イメージセンサーを搭載したシリーズです。Sonyの低ノイズ CCD 構造に基づいたグローバル シャッター 画素テクノロジーを備えています。
Sony STARVIS および Pregius センサーの構造とアーキテクチャ
前述したように、Sony STARVISは超高感度を可能にする裏面照射型構造を採用しています。この構造により、フォトダイオードの深さが増し、フォトダイオード間の壁の構造と材料が変更されます。その結果、感度やHDRなどの機能を提供しながら、取り込める光の量が増加します。
上記の機能強化に加え、オンチップレンズの集光性と透過率の向上、カラーフィルターの透過率の向上、光電変換効率の向上を実現しました。
Sony STARVISとSTARVIS 2の進化の違いを理解するには、下の画像をご覧ください。
図1：Sony STARVIS と STARVIS 2 の構造 (情報ソース：Sony）
Sony STARVISおよびSTARVIS 2センサーの主な仕様を以下の表に示します。
| 機能 | STARVIS | STARVIS 2 | |
| IMX290 | IMX327 | IMX585 | |
| サイズ(インチ) | 1/2.8 | 1/2.8 | 1/1.2 |
| 画素サイズ | 2.9µm | 2.9µm | 2.9µm |
| 解像度 | 2.13M | 2.1MP | 8.3 MP |
| フレームレート (fps) | 120 | 60 at 12ビット | 90 at 10ビット |
| G 感度（桁数） | 5486 | 10741 | 5970 |
| 読み取りノイズ | 0.7e | low | 0.8e |
| ダイナミックレンジ | < 75db | < 72 dB | 88 dB |
| 量子効率 | 77% | >75% | 91% |
表1：Sony STARVIS の主な仕様
Pregiusはその名の通り、CCDの低ノイズ性能とグローバルシャッター（GS）の高速・高精度性能の融合（Precision GS）を表しています。Sonyは、2013 年に最初の Pregius CMOS センサー、2.3 MP (1936 x 1216) IMX174 をリリースしました。現在、4世代のSony PregiusCMOS センサーがあります。 Sony Pregius S は、このセンサー シリーズの第 4 世代に与えられた名前です。その設計はBSIとスタック構造を組み合わせたものです。入射角が広くなり、高感度化に貢献します。メタル配線領域や信号処理回路のサイズが大きくなり、高速化、高性能化が図られています。
Sony Pregius Sの構造を理解するには、下の画像をご覧ください。
図2:Sony Pregius S の構造 (情報ソース：Sony）
Sony Pregiusの各世代には、独自のダイナミック レンジ飽和容量、時間読み取りノイズ、および量子効率があります。画素サイズも世代によって異なり、初代は5.86m、第2世代では3.45m、第3世代は4.5m、第4世代は2.74mです。Sony Pregius Sセンサーでは、画素サイズを2.74μmと小さくすることで、より小さな画素サイズに高解像度を実現しています。一般に、画素サイズによって、特定のセンサー サイズに適合できる画素数と画質のパフォーマンス特性が決まります。画素サイズが大きくなると、飽和容量と一時的なダーク ノイズが発生します。このセンサーは、世代を問わず最大 70 db の最小ダイナミック レンジを保証します。
Sony Pregiusセンサーの主な仕様を以下の表に示します。
| Pregius 世代 画素サイズ |
平均 サチュレーション 容量 |
サチュレーション 容量 (e-/μm^2) |
平均 読み取りノイズ |
平均 動的 範囲 |
| 第1世代：5.86µm | 33000 e- | 961 | 7 e- | 70 dB |
| 第2世代：3.45µm | 10500 e- | 882 | 2.3 e- | 71 dB |
| 第3世代：4.5µm | 25000 e- | 1235 | 5.5 e- | 72 dB |
| 第4世代：2.74µm | 9500 e- | 1265 | 2.1 e- | 71 dB |
表 2:Pregius の世代比較 (情報ソース： thinklucid)
Sony STARVIS および Sony Pregius センサー:詳細な比較
以下のパラメータに沿って、Sony STARVISセンサーとSony Pregiusセンサーの類似点と相違点をご紹介します。
- グローバルシャッター
- 近赤外線性能
- ダイナミックレンジ
- 量子効率
- トリガー速度
グローバルシャッター
以前の CMOS センサーは、画素データの読み出しにローリング シャッター技術を使用していました。このテクノロジーは、非常に高いフレーム レートで低コスト、高品質のイメージングを提供します。しかし、ターゲットやカメラが動くと、撮影した画像に歪みが生じます。この歪みはローリング シャッター アーティファクトと呼ばれ、ローリング シャッター センサーが一度に 1 行ずつ画素を露光して読み出す結果として発生します。
また、以下をお読みください: ローリングシャッター vs.グローバルシャッター
Sony Pregiusの場合、仕上がりの画像に歪みがありません。これがどうなるか見てみましょう。
Sony PregiusCMOS グローバル シャッター 画素パイプラインは、フォトダイオードとフローティング ディフュージョン ノードの間にアナログ メモリ ノードを採用しています。そのため、各フォトダイオードは同時に光を感知します。フォトダイオードの露光が終了すると電子がアナログ メモリーに流れ込み、次の露光に備えて解放されます。このプロセスにより、CMOS グローバル シャッターの機能が可能になります。カメラのこのグローバル シャッター機能は、次のアプリケーションには必須の機能です。
- デジタル顕微鏡
- 蛍光イメージング
- 生細胞イメージング
- 農業用ロボット
- 自動農機具
近赤外線性能
カメラの NIR イメージング性能は、近赤外領域で高品質な画像を撮影する能力として定義されます。Sony STARVISカメラ センサーは、優れた NIR 感度でよく知られており、一般的に以下のような用途でメーカーに好まれています。
Sony Pregius は、NIR 波長でも優れた画像性能を実現します。
極度の低照度条件 (0 ルクス) でも画像を撮影できる e-con Systems のカメラをご覧ください。
ダイナミックレンジ
ダイナミック レンジとは、測定可能な光強度の最大値と最小値 (それぞれ白と黒) の比のことです。Sony STARVIS 2は、同サイズのSTARVIS画素よりも、1回の露出で8 dB以上のダイナミックレンジ (AD 12ビット) を備えています。一方、Sony Pregius センサーの第 3 世代は、デュアル ADC と呼ばれる新機能と組み合わせた大容量ピクセル設計を利用して、最大 76 dB のダイナミック レンジを提供します。このデュアル ADC は、同じフレーム上で高ゲイン画像と低ゲイン画像を取り込みます。
出力は、好みの産業用カメラのISP で組み合わせることができます。ロボット工学、高度運転支援、ドローン、医療診断、エンターテイメント、セキュリティ、工場オートメーションなどの組み込みビジョン アプリケーションでは、通常、より大きなダイナミック レンジが必要です。
量子効率
量子効率 (QE) とは、光子を電子に変換するセンサーの能力です。一般に、センサーの QE は、感光部分が増えるにつれて増加します。ただし、Sony Pregius センサーの世代間の QE を比較すると、第 3 世代は第 1 世代の結果に近いピーク QE を提供し、範囲全体で効率が大幅に向上しています。
一方、表 1 に示すように、Sony STARVIS 2 テクノロジーを搭載したセンサーも優れた量子効率を実現します。高い量子効率は、蛍光顕微鏡、ディスプレイ、レーザー、太陽電池などの幅広い用途にとって重要です。
詳しく読む： 医療・ライフサイエンス分野での高QEカメラの役割とは？
トリガー速度
画像取り込み/イメージング操作は、カメラのトリガー ピンに電気パルスを供給することによってトリガーされます。高速で移動する物体を捉えるには、トリガーを迅速かつ正確に行う必要があります。この場合、Sony PregiusセンサーはSony STARVISシリーズ センサーよりも優れたパフォーマンスを発揮します。Pregius センサーはトリガーして画像を読み出すのに時間がかかりませんが、STARVIS センサーは時間がかかる場合があります。
この高速かつ正確なタイミングは、非常に高速で移動する物体の検査、スポーツの動作分析、および筋線維の収縮や細胞の動きなどの高速で移動する生物学的プロセスを検査する場合に不可欠です。
e-con Systems の最新 Sony Pregius IMX264 CMOS センサーベースの See3CAM_50CUGM カメラ
See3CAM_50CUGM は、Sony PregiusIMX264 CMOS センサーをベースとした 5MP 高感度固定焦点カメラです。3.45 µm の画素サイズを実現し、グローバル シャッター テクノロジーをサポートします。このカメラは、医療およびライフ サイエンス アプリケーションの多様なニーズを満たすように設計されています。この USB カメラは、モーション ブラーなしで高フレーム レートの画像を撮影することができ、その IR 感度により、近赤外線 (NIR) 領域でも素晴らしい画質を生成できます。Windows および Linux 用のこのプラグ アンド プレイ カメラ (UVC 準拠) には C マウント レンズ ホルダーも付属しているため、お客様はニーズに最適なレンズを選択して使用できます。
e-con SystemsのSony Exmor および STARVIS センサーベースのカメラ
e-con Systemsは、IMX290、IMX298、IMX327、IMX412、IMX415、IMX462、IMX485などのセンサーに基づいた Sony カメラの幅広いポートフォリオを提供します。
e-con Systemsが提供する、Sony Exmor および STARVIS センサーに基づくカメラ モジュールとカメラの完全なリストは次のとおりです。
- e-CAM160A_CUMI298_MOD – 16 MP Sony IMX298 オートフォーカス カメラ モジュール
- e-CAM120_CUMI412C_MOD – 12 MP Sony STARVIS IMX412 低照度カメラ モジュール
- e-CAM84_CUMI485C_MOD – Sony STARVIS IMX485 超低照度カメラ モジュール
- e-CAM83_CUMI415_MOD – Sony STARVIS IMX415 4K 超低照度カメラ モジュール
- e-CAM221_CUMI462_MOD – Sony STARVIS IMX462 超低照度 NIR カメラ モジュール
- e-CAM220_CUMI327_MOD – Sony STARVIS IMX327 カメラ モジュール
- e-CAM21_CUMI290_MOD – Sony STARVIS IMX290 低照度カメラ モジュール
- See3CAM_CU27 – Sony STARVIS IMX462 超低照度 USB 3.1 Gen 1 カメラ
- e-CAM82_USB– SONY STARVIS IMX415 4K Ultra-HD USB Camera
- e-CAM80_CUNX– SONY 4K Camera for NVIDIA Jetson Xavier NX/Nano
- e-CAM80_CUOAGX – NVIDIA Jetson AGX Orin用SONY IMX415 ベースの 4K カメラ
- qSmartAI80_CUQ610– Qualcomm Edge AI Vision Camera
また、カメラセレクターページをチェックして、カメラのポートフォリオ全体を確認することもできます。
カメラ ソリューションをビジョンベースのアプリケーションに統合する際にサポートが必要な場合は、camerasolutions@e-consystems.comにe-メールでお問い合わせください。
