Sådan designer Nikon sensorer til sine kameraer

I årenes løb har Sony fastholdt sin status som en af de førende producenter af billedsensorer og fremstiller dem ikke kun for Sony selv, men også for branchegiganter som Nikon. Og den sidste

D850 kamera afmontering

beviser det visuelt. Men selv om nogle af Nikons sensorer fremstilles på Sonys fabrikker, bruger Nikon betydelige ressourcer på at udvikle og designe dem.

Dave Etchells fra Imaging Resource havde for nylig den sjældne mulighed for at besøge Nikons R&D-afdeling. Han har skrevet en stor rapport, der beskriver afdelingens arbejde og beskriver, hvordan processen for sensordesign fungerer.

“Jeg har længe vidst, at Nikon designer sine egne sensorer og er meget opmærksom på alle detaljer. “Jeg forestiller mig, at der er meget lidt viden om dette i fotografisamfundet; de fleste mennesker antager bare, at ‘engineering’ i Nikons tilfælde er reduceret til at vælge den optimale konfiguration fra tredjeparts specifikationer, hvor nogle funktioner vælges fra kolonne ‘A’ og andre fra kolonne ‘B’ som en kinesisk restaurantmenu,” skriver Atchells. “Faktisk har de en hel stab af ingeniører, der arbejder på avancerede sensorer som dem i D5 og D850, og som udvikler kredsløb, der fungerer optimalt sammen med NIKKOR-objektiver og EXPEED-billedprocessoren.”.

I sin rapport bemærker Etchells, at udformningen af ethvert sensorkredsløb begynder med at afgøre, hvilken kameraklasse det skal designes til, hvor kameraet skal sælges, og hvor kameraet skal sælges, samt hvilke afvejninger der skal foretages mellem pris og kvalitet. Nikons ingeniører stræber efter at finde frem til det bedste layout af elementer i en CMOS-sensor for at opnå den rette kombination af lysindsamlingseffektivitet, støj, udlæsningshastighed, strømforbrug og meget mere.d.

Alle ingeniører er delt op i hold, som hver især designer en sensor til et specifikt kamera. En gang om ugen mødes hvert team til et generelt møde for at drøfte de aktuelle fremskridt og fastsætte mål for den følgende uge. Sensorudvikling er en langvarig proces og kan tage op til flere år for meget avancerede kameraer som D850.

Rapporten fortæller os også, at alle sensorer gennemgår strenge test, hvilket er en vigtig del af udviklingen. Der lægges særlig vægt på, hvordan sensoren vil fungere sammen med kameraet og objektivet. Alle prøver udføres med forskellige opsætninger eller apparater, der gør det muligt at vurdere forskellige parametre. Der findes mange af disse tests, men Etchells har kun vist nogle af dem, fordi resten er for hemmelige, og virksomheden har nægtet at vise dem, selv i henhold til en aftale om hemmeligholdelse af oplysninger.

Nedenfor er den del af testen, der er blevet vist med opløsning til offentliggørelse:

Dette er den opsætning, Nikon bruger til at evaluere interne refleksioner og optisk crosstalk, som kan føre til blink eller “ghosting”-billeder i tilstedeværelse af ekstremt lyse lyskilder. Testen forsøger at indfange alle mulige vinkler og positioner af lyskilden i forhold til kameraet, så der kræves mange optagelser for hver test.

Denne opsætning evaluerer, hvordan kombinationen af kameraets lavpas-/infrarøde filter og sensorens mikrolinser reagerer på lys fra forskellige vinkler. En højintensiv belysningsenhed og en lille blænde skaber en punktformet lyskilde foran kameraet. Computeren roterer derefter kameraet, hvilket simulerer alle mulige vinkler, mens dataene optages.

Denne enhed bruges til at teste sensorens RGB-respons. Smalbånds LED-lyskilder bag en tyk diffuser giver operatøren mulighed for præcist at justere mængden af lys, der udsendes for hver farve, vurdere effektiviteten af filtrene i farvesensorarrayet og evaluere responsen for kombinationer af sensor/mikrolens/farvefilter/lavpasnings- og infrarødt filter under forskellige lysforhold.

De tre foregående test har primært fokuseret på sensorens optiske egenskaber, men ud over det testes sensoren også på alle elektroniske komponenter. Der anvendes særlige “testkort” til dette formål, som gør det muligt at vurdere signalets ledningsevne.

Etchells-rapporten afslutter endelig den endeløse debat om Nikons billedsensorer ved at vise, at hver eneste af dem er omhyggeligt udviklet og grundigt testet internt i virksomheden. Og selv om Sony producerer disse sensorer, fremstiller de dem i nøje overensstemmelse med Nikons specifikationer.

Læs mere om Nikons sensorudviklingsafdeling ved at læse Dave Etchells’ fulde rapport