Sony hat es mit der 4. Generation der Pregius-S-Reihe geschafft, einen sehr kleinen Sensor zu bauen, der ­dennoch neben hohen Auflösungen viele Zusatzfunktionen beinhaltet. Die Kameraserie eines kanadischen ­Herstellers integriert die Bildsensoren nun und stellt unter anderem eine 24,5-Megapixel-­Kamera vor.

Standard-Kamera-Schnittstellen haben mittlerweile eine Übertragungsbandbreite von bis zu 5 Gigabit/Sekunde. Zusätzlich sind 10 Gigabit Ethernet und auch CoaxPress am Markt vertreten. Weitere Schnittstellen mit höheren Bandbreiten werden folgen. Diese Steigerungen resultieren aus zwei Anforderungen: Neue Sensoren erzeugen durch deutlich verbesserte Auslesetechniken und Sensorkonstruktionen enorme Bildraten in Kombination mit hohen Auflösungen. Zudem steigen die Anforderungen an die Bildqualität. Eine höhere Abbildungsqualität erfordert allerdings auch eine höhere Bittiefe: Was mit 8 Bit vor einem Jahrzehnt noch akzeptabel war, muss heute mit 12 Bit pro Pixel realisiert werden. Auch Farbtreue und ­Linearität sind enorm wichtig geworden. Aber auch höhere Takt­zeiten in Kombination mit genauerer Ortsauflösung verursachen immer mehr Pixel pro Sekunde, die aus der Kamera über den Flaschenhals Schnittstelle bis zum Rechner transportiert werden. Ebenso steigen die Anforderungen an Kabellängen. Multikamera- und 3D-Systeme verstärken den Trend zu mehr Bandbreite.

Global-Shutter-Sensor so empfindlich wie Rolling Shutter

Sony als Marktführer für CMOS-Sensoren hat mit der Pregius-Serie bereits einen Meilenstein in der Geschichte der Pixeltechnologie gesetzt. Die zwei Nachfolgegenerationen des IMX174 bekamen mehr Features, die Pixeltechnologie wurde ständig verbessert.
Auffällig sind die kleiner gewordenen Pixel: Mit 2,74 µm liegt Sony hier an der Spitze und zeigt, das kleine Pixel durchaus eine sehr gute Bildwiedergabe erreichen können.
Je kleiner der Pixel, desto schlechter sind normalerweise seine optischen Eigenschaften. Was hat Sony nun getan, um hier den hohen Level zu halten? Der Global-Shutter-Pixel wurde auf die BSI-Technologie umgestellt. Das ist im Industriebereich noch sehr selten. BSI ermöglicht es, den lichtempfindlichen Teil des Pixels direkt an der Oberfläche zu platzieren, um so mehr Licht einzufangen. Das ergibt eine sehr hohe Dynamik, wie es bisher nur von Rolling-Shutter-Sensoren bekannt ist. Diese weisen aber im industriellen Einsatz viele Nachteile auf.
Außer dem neu konstruierten Pixel schrumpfte auch das Gehäuse des Bild­sensors. Die üblicherweise dem Pixelarray umlaufende Elektronik wurde einfach eine Etage tiefer in einen zweiten Chip gelegt. Das „S“ in Pregius S steht für Stacked, also Stapel­aufbau. Das Resultat ist ein sehr kleiner Sensor: Die Außenabmessungen von 21 x 20 mm sind für diese Auflösungen ein Rekord.

24-Megapixel-Kamera mit TFL-Mount-Objektiv

In Relation zu der geringen Pixelgröße erreicht der Sensor Megapixel-Auflösungen, die es bislang in der Form nicht gab. Die 24 MP Kamera verfügt über ein TFL-Mount Objektiv, kann allerdings mit einem Adapter auf C-Mount umgerüstet werden.
Lucid stellt nun die Atlas-Kamera in der 10-Gigabit-Ethernet-Version vor. Damit erreichen die hochauflösenden und schnellen Sensoren auch höhere Bildraten. Dies ermöglicht kürzere Taktraten für hochauflösende Inspektionsanwendungen.

Drei Sensoren im Vergleich

Der IMX531 ist ein besonders interessanter Sensor für den Inspektionsbereich. Denn dieser Sensor bietet eine quadratische Auflösung und nutzt daher die Pixelfläche optimal aus. Die Inspektion von runden Objekten, zum Beispiel in der Mikroskopie, ist so mit einem guten Preis/Leistungsverhältnis zu realisieren.
Der IMX530 liefert die höchste Auflösung in der neuen Serie von Sony.
Der IMX532 ist durch den Aspect Radio für Widescreen Anwendungen ideal. Also Visualisierung, Broadcast und Inspektion von zum Beispiel längeren Objekten.
Die optischen Diagonalen liegen dabei in dem Bereich, in dem auch eine 1“-C-Mount-Optik genutzt werden kann. Der Vorteil sind hier kostengünstige Gesamtsysteme (Kamera + Optik).

Neue Funktionen der 4. Generation

Mit der 3. Generation hat Sony schon eine Fülle interessanter Features vorgestellt, die in unterschiedlichen Applikationen sehr nützlich sind: Mehrfachbelichtung, Multi ROI oder verschiedene Triggermodi. Diese Funktionen finden sich auch in der neuen 4. Generation wieder.
Hinzugekommen ist ein verbessertes Energiemanagement der Sensorelektronik, um die Wärmeentwicklung weiter zu optimieren. Damit wird die Bildqualität gesteigert. Das ist sehr nützlich bei hohen Bildraten oder auch langen Belichtungszeiten. Lucid wird diese Sensor-Features in die Firmware der Atlas-Kameras implementieren.

Kamerageneration mit 10 GigE

Lucid hat im Jahr 2018 mit der Atlas-Familie eine Kamera-Plattform mit einem schnellen 5-Gigabit-Interface vorgestellt. Heute bietet diese Familie mit acht Sensorauflösungen eine große Vielfalt. Die neuen Sony-Pregius-S-Sensoren finden in Lucids neuer Atlas-Generation mit 10 GigE ihren Einsatz und ergänzen die bisher integrierten Sensoren im oberen Bereich der Auflösung und Auslesegeschwindigkeit.
10 GigE bietet dabei eine doppelte Bandbreite im Vergleich zu 5 GigE und auch USB3.1. Sensorfunktionen implementiert der Hersteller kontinuierlich und stellt diese durch ein simples Update der Kamera-Firmware zur Verfügung. Alle drei Atlas10 Modelle mit den Sony Pregius S IMX530, IMX531 sowie IMX532 Sensoren befinden sich bereits in der Serienproduktion.