De beeldchip in de gloednieuwe Leica M is een Belgisch ontwerp. Guy Meynants van Cmosis vertelt hoe Leica zijn sensor in Antwerpen vond.

De beeldchip in de gloednieuwe Leica M is een Belgisch ontwerp. Guy Meynants van fabrikant Cmosis vertelt hoe Leica zijn sensor in Antwerpen vond.

Het gebouw in Antwerpen waar Cmosis gehuisvest is, verraadt niet dat hier aan hightech gedaan wordt. Op het gelijkvloers is een supermarkt, op de eerste verdieping een fitnesscentrum.

Maar toen Leica een sensor voor de nieuwe M zocht, kwam het toch terecht op de tweede verdieping van dit gebouw, bij Cmosis. Guy Meynants, medeoprichter en chief technology officer, vertelt ons hoe dat ging.

Shoot: Voor het grote publiek is Cmosis een onbekende naam. Wie zijn jullie?
Guy Meynants: "Cmosis ontwerpt en produceert 'beeldopnemers', zeg maar de chip in een camera die het licht omzet in een beeld. Onze sensoren worden vooral gebruikt voor industriële toepassingen zoals hogesnelheidscamera's en machinecamera's die gebruikt worden in fabriekslijnen.

"Wij maken alleen de beeldchip, niet de hele camera. We werken daarvoor samen met grote Japanse en Duitse bedrijven die industriële camera's bouwen. In die wereld van 'machinevisie' zijn we vrij bekend, maar dat zijn natuurlijk nichetoepassingen.

"Daarnaast zijn we actief in de ruimtevaart. Het Europese ruimtevaartagentschap ESA bijvoorbeeld gebruikt onze sensoren voor navigatietoepassingen en voor aardobservatie."

Hoe is jullie sensor in de Leica M beland?
"Ongeveer tweeënhalf jaar geleden vroeg Leica ons of we een sensor konden ontwerpen voor de nieuwe M. Leica had zelf al besloten om een CMOS-sensor te gaan gebruiken, in plaats van een CCD zoals in de vorige M's.

"De gewenste resolutie lag ook al vast. Bovendien moest de sensor werken met een breed gamma aan optieken: je moet alle bestaande M-lenzen kunnen gebruiken, ook exemplaren uit de jaren vijftig.

"En de sensor moest klaar zijn voor Photokina 2012 (lacht). Hoe we dat deden, interesseerde hen eigenlijk niet, als we maar op tijd konden leveren wat zij vroegen. Leica heeft verschillende leveranciers opgezocht, maar heeft uiteindelijk voor ons gekozen."


Microlenzen bundelen het licht zodat het recht op een pixel valt. Maar bij te schuine invalshoeken bereikt het licht de pixel niet. Bij de sensor die Cmosis voor Leica ontwierp (beneden) is de afstand tussen de microlens en de pixel kleiner.

Wat waren de speciale vereisten voor het werken met M-lenzen?
"Sommige M-lenzen hebben heel brede invalshoeken. Een Leica Noctilux F/0.95 bijvoorbeeld vangt licht in een heel brede hoek. Daardoor valt het licht niet loodrecht op de sensor, maar meer als een kegel.

"Bij film is dat geen probleem, maar bij een beeldsensor is het belangrijk dat het licht zo loodrecht mogelijk op de pixel belandt. Daarom zit er boven elke pixel een 'microlensje' dat het invallende licht bundelt.

"Uniek aan ons ontwerp was dat de afstand tussen die microlens en de eigenlijke fotodiodes van de sensor erg klein is. Dat laat veel een veel breder bereik aan invalshoeken toe.

"We hebben ons gebaseerd op een proces dat ontwikkeld was voor gsm-camera's, die zo compact mogelijk moeten zijn. We hebben dat proces geschaald naar een fullframesensor. De oppervlakte van elke pixel werd veel groter, maar we hebben de hoogte behouden. Daarmee hebben we het verschil kunnen maken."

Met een naam als Cmosis ligt het wellicht voor de hand, maar waarom koos Leica voor een CMOS-sensor?
"Een CMOS-sensor heeft drie belangrijke voordelen. Je kunt hogere opnamesnelheden halen, omdat de sensor veel efficiënter uitgelezen wordt dan een CCD-sensor.

"Wij hebben ervaring met hoge opnamesnelheden voor industriële toepassingen, maar die worden ook voor gewone camera's steeds belangrijker. Als je gaat filmen in full HD met 30 of 60 beelden per seconde, moet de sensor heel snel uitgelezen worden.

"Bovendien verbruikt een CCD-sensor ook meer stroom, waardoor hij sneller warm wordt. En dat gaat dan weer ten koste van de beeldkwaliteit: je krijgt meer ruis. Hoe groter de beeldsensor, hoe groter het voordeel voor CMOS hier is. Bij een fullframesensor is het verschil in stroomverbruik aanzienlijk.

"Een derde voordeel is dat je bij een CMOS-sensor meer kan integreren op de chip zelf. De A/D-convertor die het analoge signaal omzet naar een digitaal beeld zit bijvoorbeeld mee op de CMOS-sensor. Dat zorgt opnieuw voor een lager verbruik, een lagere ruis, en maakt de camera minder complex."

Zijn de dagen van CCD-sensoren dan geteld?
"Astronomen zullen nog heel lang CCD-sensoren blijven gebruiken. Bij lage beeldfrequenties kan je met CCD een uitstekende kwaliteit halen. Maar de meeste vooruitgang wordt geboekt bij CMOS. De ontwikkeling van CMOS-technologie wordt eigenlijk gedreven door gsm-camera's. Daarvan worden er elk jaar honderden miljoenen gebouwd, veel meer dan alle andere cameratypes samen."

 

Beeldsensoren worden gemaakt op ronde 'wafers' met een diameter van 300 mm.

Op Photokina zagen we ook 'betaalbare' fullframecamera's. Verwacht u dat de prijzen daarvan nog verder zullen dalen?
"Als ik de Nikon D600 bekijk, vind ik die prijs al behoorlijk scherp. Een fullframesensor zal altijd duurder blijven. Sensoren worden, net als microprocessoren en geheugenchips, gemaakt op wafers. Dat zijn ronde plakken silicium.

"Wij gebruiken wafers met een diameter van 300 millimeter, en daar passen 48 fullframechips op. Een MicroFourThirds-sensor is maar een kwart zo groot, maar er gaan er naar verhouding meer op een wafer, omdat je de randen efficiënter kan benutten.

"Maar je zit ook met 'uitval' doordat er tijdens de productie iets misgaat, zodat een bepaalde plek op de wafer niet bruikbaar is. De exacte cijfers daarover zijn vertrouwelijk, maar stel dat er op één wafer sowieso vijf fouten zitten. Als je uit die wafer normaal 100 sensors zou halen, dan heb je een uitval van 5 op 100 en kan je 95 chips gebruiken.

"Maar als er slechts 50 sensors op die wafer passen, moet je er 5 van de 50 weggooien, en worden de overblijvende 45 in verhouding veel duurder. Hoe kleiner de sensor, hoe minder relevant de uitval wordt: als er 500 sensors uit een wafer komen, hou je er nog 495 goede over. Hoe groter de sensor, hoe zwaarder de uitval dus doorweegt in de kostprijs.

"Wat je ook kan doen om kosten te drukken, is oudere procestechnologie gebruiken. De evolutie in de productieprocessen van die wafers wordt gedreven door makers van microprocessoren en computergeheugen.

"Al sinds de jaren zeventig lukt het hen om zowat om de achttien maanden de transistoren de helft kleiner te maken, en dan kunnen ze naar een efficiënter productieproces overschakelen. De 'oude' machines worden dan ingezet voor andere toepassingen, zoals het maken van beeldsensoren.

"Er bestaat een interessante studie van Chipworks die de productieprocessen voor fullframesensoren van Canon, Nikon en Sony vergelijkt, en daaruit blijkt dat Canon echt wel met een oud proces werkt. Dat drukt zeker de prijs."

Bij reflexcamera's zien we steeds hogere resoluties, en in de videowereld staat 4K (met vier keer zoveel pixels als full HD) voor de deur. Kan de sensortechnologie die evolutie naar meer pixels volgen?
"4K is een uitdaging, maar we kunnen die aan. Cmosis maakt nu al een sensor met 4.000 bij 3.000 pixels, wat volstaat voor 4K. Daarmee kunnen we filmen met 300 frames per seconde. Vandaag is ultraslowmotion in 4K dus al haalbaar.

"Natuurlijk is een camera meer dan de sensor: de beeldprocessor en de geheugenkaart moeten ook kunnen volgen. Maar dat is een kwestie van tijd: het zijn chips, en die worden zoals gezegd elke achttien maanden dubbel zo efficiënt."


"Of de resoluties nog veel hoger kunnen is een andere vraag. De bottleneck is niet de sensor maar de optiek – die wordt helaas niet elke achttien maanden dubbel zo efficiënt.

"Met de Nikon D800 zit je nu aan 36 megapixels op fullframeformaat. Als je nog hoger gaat, wordt diffractie een groot probleem. De individuele pixels worden dan zo klein dat je bij heel kleine diafragma's geen scherp beeld meer krijgt.

"Ik denk dat fotografen voor macro en landschap toch graag met f/11 of f/16 willen werken, en dat zou wegens de diffractie niet meer kunnen. Bij middenformaatcamera's zijn de pixels groter, dus daar kan de resolutie nog wel hoger."

Willen jullie ook werken voor andere cameramerken dan Leica?
"De sensor in de M hebben we exclusief voor Leica ontwikkeld, en die mogen we niet aan anderen verkopen. Maar de technologie en de patenten erin zijn van ons, en we kunnen ook voor andere merken beeldchips maken.

"In de industriële markt hebben we nu een aandeel van 10 procent. Dat kan klimmen tot 20, misschien 30 procent, maar dan houdt het wel op. Dus als Cmosis wil blijven groeien, is de cameramarkt voor ons heel belangrijk."

[extern_gallery urls=”http://cdn.minoc.com/zd_images/2013/06/128343_webleicamsilverkopie.jpg||http://cdn.minoc.com/zd_images/2013/06/128343_webangularresponse.jpg||http://cdn.minoc.com/zd_images/2013/06/128343_webx1000-wafer-flat-bee-small.jpg||http://cdn.minoc.com/zd_images/2013/06/128343_webleicamax1.jpg||http://cdn.minoc.com/zd_images/2013/06/128343_webleicamax3.jpg” caption=”||Microlenzen bundelen het licht zodat het recht op een pixel valt. Maar bij te schuine invalshoeken bereikt het licht de pixel niet. Bij de sensor die Cmosis voor Leica ontwierp is de afstand tussen de microlens en de pixel kleiner.||Beeldsensoren worden gemaakt op ronde ‘wafers’ met een diameter van 300 mm.||De fullframe-beeldsensor die Cmosis voor Leica ontwikkelde.||De sensor wordt in Frankrijk gefabriceerd, in Antwerpen gecontroleerd en in Duitsland klaargemaakt om in de Leica M ingebouwd te worden.”]Website CMOSISRapport Chipworks

Advertentie



Wil je beter leren fotograferen?

Neem dan een abonnement op Shoot Magazine (8x per jaar).

Shoot is hét fotografiemagazine voor en door enthousiaste fotografen. In Shoot vind je de beste tips en trucs, workshops en cursussen voor geslaagde foto’s, de knapste fotoplekjes in België, de helderste uitleg over fotografietechnieken, tests van nieuwe camera’s, lenzen en meer, plus foto’s van de beste Belgische fotografen.