Äntligen BSI-sensor med global slutare från Sony
Global slutare i sensorn kommer att underlätta fotografering i framtiden. Sony har presenterat en banbrytande sensor med global slutare och extremt hög uläsningshastighet. Men Sony är inte ensamma om att utveckla globala slutare.
En sensor med global slutare ger flera praktiska fördelar. De kan exempelvis ge blixtsynkronisering med korta slutartider med alla blixtar utan effektförlust. Det behövs alltså inte länge effekslukande tekniker som high speed sync eller hyper sync för att fotografera action med blixt.
En annan fördel är att du slipper krokiga propellrar eller synbarligen böjda golfklubbor. Dagens sensorer har rad- eller kolumnvis utläsning och även om man kommit ganska nära global slutare (som i Sony A9) så har de fortfarande inte varit riktigt globala, utan de har så kallade rullande slutare.
Ytterligare en fördel är helt enkelt att den inte längre behövs någon mekanisk slutare. Kameran blir helt ljudlös utan att det medför några nackdelar för bildkvaliteten.
Nu är det här bara en 1,46-megapixels sensor som Sony presenterat, så knappast något vi snart ser i en kameramodell. Den nuvarande designen är troligen mest intressant för industriella ändamål där till exempel robotar kan ha stor nytta av en mer omedelbar bild av sina omgivningar.
Men det är bara en tidsfråga innan liknande teknik skalas upp till upplösningar som är mer intressanta för oss foto- och videomänniskor. Bland teknikspecarna hittar vi godis som en strömsnål 14-bitars A/D-omvandlare per pixel, kopparbaserad elektronik och supersnabb (660 bilder/sekund) samtidig utläsning från alla eller ett urval av pixlarna. Det här med en A/D-omvandlare per pixel innebär ungefär 1000 gånger fler A/D-omvandlare än i dagens sensorer.
En av de spännande sakerna med stackad sensordesign är att man kan ha en logikdel, alltså en del där beräkningar och annat kan ske, direkt kopplad till varje pixel. Något som i det här fallet bland annat används för att ha en A/D-ovnadlare i varje pixel.
Här ser du till vänster mer i detalj hur den kopparbaserade kretstekniken ser ut i genomskärmning, och till höger ser du en beskrivning av de två lagren i sensorn som helhet.
Det är värt att påpeka att det här definitivt inte är den första sensorn med global slutare. Både Sony och Canon använder sådana i videokameror sedan flera år tillbaka. Canon visade upp en ny 5 megapixels sensor med global slutare på CES nu i januari. Men de har också globala slutare i kameror som Eos C700 GS PL, och Sony har sedan flera år videokameror med global slutare som deras F55. Och faktum är att många gamla CCD-sensorer ofta hade globala slutare.
Problemet med de nuvarande sensorer med globala slutare är att de ofta fått offra andra bildmässiga egenskaper för att uppnå global slutare. Gamla CCD-sensorer kunde ge ganska förfärliga högdagrar när du använde elektronisk slutare (fråga till exempel ägare till Nikons D70 och D70s). De nuvarande CMOS-sensorerna med global slutare uppnår oftast det med vad som i praktiken är en död lagringspixel bredvid varje aktiv bildpixel, vilket försämrar prestanda.
Den stora nyheten här är att detta är den första CMOS BSI-sensorn med global slutare och som inte verkar ge några nämnvärda bildmässiga nackdelar jämfört med andra CMOS BSI-sensorer. Och sådana fungerar ju uppenbarligen ganska bra. Vill man vara mer tekniskt specifik är en mycket stor nyhet att Sony lyckats bygga in en A/D-omvandlare i varje pixel, vilket ingen annan lyckats mer tidigare.
Dessutom öppnar den här designen och dess extrema prestanda upp för mycket intressanta möjligheter inför framtiden. Men man kan till exempel tänka sig en design där det finns en möjlighet att lagra laddning i varje pixel. Då skulle man kunna skapa pixlar med enormt hög FWC (Full Well Capacity), vilket i sin tur skulle ge enormt högt dynamiskt omfång. Inga mer klippta högdagrar helt enkelt.
En annan bonus är ju den enormt höga utläsningshastigheten på 660 utläsningar per sekund. Det borde till exempel kunna ge förbättrade autofokusprestanda och bättre sökarupplevelse. Ett annat sätt att utnyttja den snabba utläsningen skulle vara att göra flera utläsningar under en exponering på till exempel 1/125 sekund. Det skulle i praktiken kunna ge HDR under en enda exponering. Sedan kan du potentiellt lägga samman ännu fler utläsningar under längre exponeringar och då uppnå en mycket effektiv stabilisering. Som ett inbyggt stativ.
Även andra jobbar med global slutare
Det här är ju inte de enda tekniknyheterna på sensorfronten. Panasonic har, till slut, verkar ha komma en bit på väg med sin ambitiösa satsning på organiska sensorer. De utlovar också global slutare, men det är en i grunden helt annan teknik än Sony-sensorn.
En uppenbar skillnad är att den tekniken än så länge verkar ha ett max på 60 utläsningar per sekund, medan den nya Sony-designen klarar mer än tio gånger så många. Plus att Panasonic-designen paradoxalt nog inte lämpar sig så bra för små tätpackade sensorer (som i mobiltelefoner) vilket i nuläget troligen gör den mycket mindre ekonomiskt intressant.
Man kan säga att det Panasonic gjort är att de byggt in ett supersnabbt gråfilter direkt i sensorn. Så snabbt att det kan fungera som slutare. Själva utläsningen sker sedan rad- eller kolumnvis precis som vanligt. Det är en skillnad mot Sonys design där själva utläsningen är global.
Ytterligare en spelare när det gäller globala slutare är Samsung som redan 2015 presenterade teknik för global slutare med BSI-teknik, men de har ännu inte skapat en färdig sensor utifrån de patenten. Nu siktar de numera antagligen mer på mobilkameror eller industrisensorer, men det intressanta är att alla som arbetar med sensorer verkar sikta på det här med globala slutare.
Läs mer om hur sensorer fungerar i vår fotokola.
12 Kommentarer
Logga in för att kommentera
Om det sedan är exakt med den här tekniken återstår att se, men den är väl i alla fall en kandidat.
När jag började intressera mig för digitala kameror för 20 år sen så tyckte jag att det var konstigt att man fortfarande använde mekaniska slutare.
Sen lärde jag mig mer om hur sensorer fungerar. :-)
Jag lämnade den diskussionen när den verkade fastna i den svårartade utvecklingsångest både ni och Canon och Nikon länge haft som gjort att de klamrat sig fast vid sin urgamla teknik. Jag tänker på små barn och om de skulle ha samma utvecklingsångest så skulle det inte vara många som överhuvudtaget lärde sig gå. Att förstelnade åldringar är rädda för att ändra på något i slutet av livet vet vi då de är rädda för att ramla och bryta sig men där i livet är väl inte ni?
Det är ju Sony som gör de flesta sensorerna och definierar till stor del hur framtiden kommer te sig för både Sonys egen kameradivision men även de som är helt beroende av Sony för sina sensorer.
De vet att ska man kunna mäta kontinuerligt och kunna hålla jämna steg med de nya snabba sensorerna så behöver man mycket snabbare slutare än det mekaniska rassel som finns i DSLR:erna som väl fixar typ 14 fps idag som max (Canon). Nikon är inte ens där. Dessutom behöver man fritt lopp hela vägen till sensorn utan en massa mekaniska störningskällor i vägen. Det är ju därför de mäter nerbländat om det behövs med bländaren fast inställd till vald bländare. Då kan man klara att köra så fort övriga systemet tillåter. Med mekaniskt rassel som speglar och bländare så kommer mekaniken alltid att bli en flaskhals och dessutom kommer man ha svårt att nå samma precision med mekaniken som med det rent digitala.
"Var det inte du och Ola som kämpade hårt för att övertyga mig om att det var en bra ide att "dumma ner" en Sony A9 till en korkad DSLR-inspirerad lösning exv. med en flexande bländare"
Nej, vi ville "smarta upp" en Sony A-kamera till att mäta fokus vid öppen bländare. Vid bildfrekvenser där bländarmekanismen inte hänger med längre, vilket jag gissar är någonstans över 20 bilder per sekund, så får man dock acceptera att mäta fokus vid arbetsbländare.
Resten av ditt inlägg tycker jag inte passar i en seriös diskussion om kamerateknik (och det har dessutom ingenting med globala slutare att göra), så det lämnar jag utan ytterligare kommentar.
Man pratar om detta här nedan om de kreativa möjligheterna "shutter angle" kan ge för videofotograferna ungefär som bländarval och exponeringstider för stillbild, men jag tycker faktiskt mig sällan ha läst något motsvarande kring video när det gäller våra stillbildskamerors videofunktioner. Kolla gärna animeringen i den sista länken också.
"Shutter angle" verkar även vara en nyckelparameter att skruva på om man exv. vill plocka stillbilder ur en videoström. Den påverkar dramatiskt möjligheterna att få skarpa stillbilder ur en video. (Kom ihåg vem som tipsade er om detta "först" :-) )
Se långt ner i länken för animering kring de olika typerna av global shutter.
http://www.red.com/learn/red-101/cinema-temporal-aliasing
http://www.red.com/learn/red-101/global-rolling-shutter
Berepp som "shutter angle" verkar ju även det påverka starkt hur bildkvaliteten upplevs.
http://www.red.com/learn/red-101/shutter-angle-tutorial
Med den digitala hanteringen verkar det ju öppnas en massa möjligheter med exv. "shutter angle" som ju verkar kunna göra en massa för rörlig bild beroende på hur den hanteras.
"CONCEPT
The “shutter angle” is a useful way of describing the shutter speed relative to the frame rate. The term is a conceptual relic of rotary shutters, where a disc with an angled opening would spin and let in light once per revolution to expose each frame. The larger the angle, the slower the shutter speed—all the way up to the limit of 360 degrees, where the shutter speed could become as slow as the frame rate. At the other extreme, the shutter speed can be made arbitrarily fast by decreasing the angle."
DISCUSSION
Although many film cameras were capable of only certain shutter angle ranges, digital is providing many exciting new possibilities. Just as focal length and aperture have been used as creative tools for controlling sense of scale and depth of field, shutter angle has the potential to do the same for motion.
The optimum setting will ultimately depend on other factors, such as the speed of subject movement within the frame, or the creative intent of the cinematographer. For example, one might wish to use a larger shutter angle to increase the exposure time and reduce image noise in low-light, or to give the impression of softer and more fluid motion. Alternatively, with fast action one might place more importance on depicting crisp details in each frame by using a smaller shutter angle.
Another consideration might be the film era one desires to emulate. Shutter angles much less than 180° more closely mimic the style of old 1950’s news reels, for example, and a shutter angle of 180° will typically give footage a standard cinematic style.