Hoe Nikon sensoren voor zijn camera’s ontwerpt

Sony handhaaft al verscheidene jaren zijn status als een van de belangrijkste fabrikanten van beeldsensoren, die het niet alleen voor zichzelf maakt, maar zelfs voor reuzen als Nikon. En als laatste

Demontage van de D850

toont dit duidelijk aan. Maar ook al worden sommige sensoren van Nikon in de fabrieken van Sony geproduceerd, Nikon besteedt aanzienlijke middelen aan de ontwikkeling en het ontwerp ervan.

Dave Etchells van Imaging Resource had onlangs de zeldzame gelegenheid om de ontwikkelingsafdeling van Nikon te bezoeken. Hij schreef een groot rapport over het werk van de afdeling en hoe het sensorontwerp proces werkt.

“Ik weet al lang dat Nikon zijn eigen sensoren ontwikkelt en daarbij veel aandacht besteedt aan elk detail. “Ik geloof dat hierover weinig bekend is in de fotografiegemeenschap; de meeste mensen geloven gewoon dat ‘engineering’ in het geval van Nikon neerkomt op het kiezen van de beste configuratie uit specificaties van derden, waarbij sommige functies worden gekozen uit kolom ‘A’ en andere uit kolom ‘B’, zoals een Chinees restaurantmenu,” schrijft Atchells. “In feite hebben ze een hele staf van ingenieurs die state-of-the-art sensoren zoals die in de D5 en D850 ontwikkelen, circuits bouwen die optimaal werken met NIKKOR-objectieven en de EXPEED-beeldprocessor.”.

In zijn verslag wijst Etchells erop dat het ontwerp van een sensorcircuit begint met de vraag voor welke cameraklasse het wordt ontworpen en waar de camera zelf zal worden verkocht – en met de afweging tussen prijs en kwaliteit. Nikon-ingenieurs proberen de beste lay-out van elementen in een CMOS-sensor uit te werken om de optimale combinatie van lichtverzamelingsefficiëntie, ruisniveau, uitleessnelheid, stroomverbruik, enz. te bereiken.d.

Alle ingenieurs worden verdeeld in teams, die elk een sensor ontwerpen voor een specifieke camera. Eenmaal per week komt elk team bijeen in een algemene vergadering om de huidige vooruitgang te bespreken en doelen voor de volgende week te stellen. De ontwikkeling van een sensor is een lang proces en kan voor zeer geavanceerde camera’s zoals de D850 meerdere jaren in beslag nemen.

Het rapport vertelt ook dat alle sensoren grondig zijn getest, wat een belangrijk onderdeel van de ontwikkeling is. Bijzondere aandacht wordt besteed aan hoe de sensor zal werken met de camera en de lens. Alle tests worden uitgevoerd met verschillende opstellingen of apparaten waarmee bepaalde parameters kunnen worden geëvalueerd. Er wordt een groot aantal van dergelijke tests uitgevoerd, maar Etchells toonde er slechts enkele, omdat de rest te geheim is, en het bedrijf weigerde ze te tonen, zelfs onder een geheimhoudingsovereenkomst.

Hieronder staat het deel van de tests dat met toestemming voor publicatie is getoond:

Dit is de opstelling die Nikon gebruikt om interne reflecties en optische overspraak te beoordelen, die kunnen leiden tot flitsen of “ghosting” beelden in aanwezigheid van extreem felle lichtbronnen. De test probeert alle mogelijke hoeken en posities van de lichtbron ten opzichte van de camera vast te leggen, zodat voor elke test vele opnamen nodig zijn.

Deze opstelling evalueert hoe de combinatie van het laagdoorlaat-/infraroodfilter van de camera en de microlenzen van de sensor reageert op licht uit verschillende hoeken. Lichtbron met hoge intensiteit en klein diafragma creëren een puntlichtbron voor de camera. De computer draait dan de camera, simuleert alle mogelijke hoeken en verzamelt tegelijkertijd de gegevens.

Dit apparaat wordt gebruikt om de respons van de RGB-sensor te testen. Dankzij smalband-LED-lichtbronnen achter de dikke diffusor kan de operator de hoeveelheid licht die door elke kleur wordt uitgestraald nauwkeurig instellen, de efficiëntie van de filters in de kleurensensor-array beoordelen en de respons voor combinaties van sensor/microlens/kleurenfilter/laagdoorlaat- en infraroodfilter in verschillende lichtomstandigheden beoordelen.

De vorige drie tests hadden hoofdzakelijk betrekking op de optische eigenschappen van de sensor, maar de sensor wordt ook onderworpen aan tests van alle elektronische componenten. Er worden speciale “testborden” gebruikt om de signaalgeleiding te beoordelen.

Het Etchells-rapport sluit eindelijk het eindeloze debat over Nikon-camerasensoren af door aan te tonen dat elke sensor zorgvuldig is ontworpen en grondig in eigen huis is getest. En zelfs als Sony deze sensoren produceert, doet het dat volgens de strenge specificaties van Nikon…

Lees het volledige verslag van Dave Etchells voor meer informatie over Nikon’s afdeling sensorontwikkeling