ソニー α7RII、RX100IV、RX10IIのセンサー技術【再改訂】

Sonyの新機種のカメラが発表されてから、ほぼ1ヶ月経過しました。これまでに、公式情報や、Sony関係者のインタビューなど、重要な情報が提供されています。

インタビューの一つについては、先に1つまとめてあります。

ソニー　α7RII、RX100IV、RX10IIに関する興味深いインタビュー記事

http://amadeo-sebastian.blogspot.jp/2015/06/7riirx100ivrx10ii.html

ここでは、確実な情報（Sonyのカタログなどの公式情報の記載事項）を拠り所として、APS-Cセンサーの将来展望とフルフレームセンサーの8K対応について考えてみたいと思います。

なお、これは、全くの個人的な想像であり、公式情報やインタビュー記事をもとにしたものです。妄想とおもっていただくのがよろしいかと思います。

【エビデンス】

4200万画素フルフレームセンサーについて（α7RII）

                Super 35 mmのクロッピング領域（5163×2912画素）を4K（正確にはQFHD） 30pで全画素サンプリングできる（1.8倍オーバーサンプリング）

                このセンサーは裏面照射で銅配線を用いている（速度向上の1つの要素）

                しかし、積層型ではない。

1インチ2000万画素センサーについて（RX100IV、RX10II）

                Super 35 mmのクロッピング領域（5472×3080）を4K（正確にはQFHD） 30pで全画素サンプリングできる（2.0倍オーバーサンプリング）
【再訂正】30pもありました。従って、訂正前に戻します。ちなみに、HD 120pモードも、処理速度の点では同じです。（画素数が1/4で、フレームレートが4倍だから、処理量としては同じ） 。

3:2イメージとHD、Super35（16：9画素）クロッピングの関係

【仮定】

全画素読み取り可能な範囲から求められる転送速度が、そのセンサーの最大転送速度にほぼ等しい。（実際にはマージンがいくらかあるはず）

【推論】

A.   4Kで全画素読み取り可能なAPS-Cセンサーはどのようなものになるか？

新しいセンサーが、4200万画素フルフレームセンサーのAPS-C部分を切り抜いたものになると仮定しますと（裏面照射センサー、銅配線）、APS-Cセンサーの画素は5163×3448、つまり1780万画素となります。

このセンサーなら、4Kの1.8倍オーバーサンプリングの全画素読み出しが可能になります。

しかし、このセンサーでは、現在のα6000などが2400万画素ですので、製品としてのアピールに欠けると判断するかも知れません。

そこで、現在の2400万画素で、かつSuper 35 mmクロッピング領域を30pで全画素読み込むと、どうなるかと考えると、2.4倍オーバーサンプリングになります。仮に、現在の1.8倍オーバーサンプリングが速度の限界だとすると、それよりもさらに1.3倍速度を上げるテクノロジーを導入しなければならないことになります。

それは無理なことなのでしょうか？

そのようなことはありません。実際にすでに実用化されています。それが積層型センサーです。

B.   APS-Cセンサーを積層型センサーにすると、どの程度の読み取り速度の増大になるのか？

RX100IVの公式情報によると、裏面照射型であったが積層型ではなかったRX100IIIと比較して、約5倍の転送速度になったとのことです。

ここで裏面照射積層型センサーの速度が速くなる要因は

1.    アルミニウム配線を銅配線に変えたこと

2.    A/Dコンバータの数が圧倒的に増えたこと（一次元配置から二次元配置）

3.    バッファーメモリーを設けたこと

の3点です。RX100IIIですでに銅配線にしていたのかどうかが不明ですので、

「約5倍の転送速度」というのが1,2,3全ての要因を含むものなのか、それとも2,3だけなのかが不明なのですが、さきほどの1.3倍の増加は余裕で達成できそうです。

したがって、新しいAPS-Cセンサーが裏面照射積層型センサーを採用すれば、「現行の2400万画素でも2.4倍オーバーサンプリングの全画素読み取り4K 30pビデオが実現できる」ことになります。

私の予想（妄想）としては、次のAPS-Cハイエンド機は、裏面照射積層型（メモリー付き）の2400万画素、動画時Super 35 mm全画素読み出しになるのではないかと思います。

根拠1：技術的にほぼ確実に実現可能と推定されること。

根拠2：(F)Eマウントレンズにビデオ撮影を意図した配慮がなされているものが多くなってきていること。（28-135mm　F4ズームはどこから見ても明らかですが、80-200　F4から絞りにビデオ時のモードが組み込まれていること、35 mm　F1.4で絞りリングを復活させ、加えて、絞りのクリックを選択できるようにしたこと。90 mm F2.8 Macroのビデオ時の動作の静かさやフォーカスの動きなどにビデオ撮影を考慮したものが感じられること）

根拠3：α7RIIでのSuper35 mm（全画素読み出し、オーバーサンプリング）とフルフレーム（何らかの間引きがある）の画質に明らかな違いがある（YouTubeに公開された公式デモビデオの印象）ため、全画素読み出し、オーバーサンプリングの有利な点が認識されたように思われること。

根拠4：Super35 mmで優れたアドバンテージを持つAPS-C機種があれば、α7RIIのサブカメラとして、α7RIIでは使いにくい状況、例えば商業映画撮影時にドローンに搭載するなどの応用が考えられる。

C.   4200万画素フルフレームセンサーを積層型にすれば、8K収録できるのか？

8K規格の画素数は7680×4320です。これは、4200万画素フルフレームセンサーに十分収まっています。7680×4320はQFHD（3840×2160）の画素数比でちょうど4倍ですので、積層型にすれば、4倍の処理は余裕でできそうです。

しかし、8Kの放送規格は7680×4320の120pです。つまり、時間軸方向にも4倍多くサンプリングしなければなりませんので、

（画素数比）×（フレームレート比）＝4×4＝16倍

つまり、16倍でなければなりません。

この規格を完全に満たすようにするには、積層型をさらに改良しなければならないでしょう。ここでの推論に実際にはかなりのマージンがあると思われることを考えれば、あと少しで実現可能なのかも知れません。
あるいは民生用では、30pの映像をもとに120pを作るという方法が妥当なのかも知れません。

4200万画素フルフレームセンサーはひょっとしたら、将来の8Kイメージセンサーまで展望した画素数なのかも知れません。少なくとも裏面照射フォトダイオードの感度特性やノイズ特性は、8Kイメージセンサーの性能を予測する上でとても参考になるように思います。