Sony 第4世代 Pregius S：イメージセンサーの次なる進化か？

ソニーは、微小画素と裏面照射型技術の組み合わせにより、画質を損なうことなくコンパクトなセンサーサイズで高解像度化を実現した第4世代 Pregius センサーを Pregius S として展開しています。とはいえ、最新世代だからといって従来世代を選択肢から外すべきとは限りません。本稿では、各世代の強みを掘り下げて解説します。

Sony 第4世代「Pregius S」：イメージセンサーの次なる進化か？

小型ピクセルと裏面照射（BSI）技術の採用により、Sonyは第4世代Pregius「Pregius S」で、画質を維持したままコンパクトなセンサーサイズで高解像度化を実現しました。では最新世代があれば従来世代は不要なのでしょうか。各世代の強みを掘り下げてご紹介します。

はじまり

2013年、Sonyは初代Pregius^™ CMOSセンサー「2.3MP IMX174」を発表しました。登場以前は、CCDが高解像度と高画質、グローバルシャッターで市場をリードしていました。CMOSは価格とフレームレートに優れる一方、画質が劣りローリングシャッターのみでした。IMX174の登場が状況を一変させます。IMX174は量子効率の向上、広いダイナミックレンジ、低い読み出しノイズにより画質を高め、さらにグローバルシャッターと当時の同等CCDを上回る高フレームレートを実現しました。以降、グローバルシャッターPregiusは4世代へ拡大し、用途に応じた幅広い選択肢が揃っています。

はじまり
Sony 第4世代Pregius S：裏面照射（BSI）
解像度：High Speed と Standard Speed
最適化の要点：ピクセルサイズと画質
センサーサイズとアスペクト比
センサーフィーチャー：進化し続ける機能
Pregius性能を最大化するために
用途別に選べるラインアップ

Sony Pregius CMOSは現在4世代まで展開され、第4世代は「Pregius S」としてブランド化されています。各世代は前世代から改良を重ねていますが、用途によっては旧世代の特長が有利に働く場合もあります。必要とする解像度、フレームレート、画質特性、センサーフィーチャーに応じて、最適な世代は変わります。

第4世代 Pregius S センサー搭載 Triton モデル：

Models	MP	Resolution	Fake FPS	FPS	Sensor	Format	Pixel Size	Shutter	Lens Mount	Chroma	Interface
TRI245S	24.5 MP	5320 x 4600 px	1	4.9 fps	Sony IMX540 CMOS	4/3"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	M12 GigE Vision
TRI204S	20.4 MP	4510 x 4510 px	2	6 fps	Sony IMX541 CMOS	1.1"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	M12 GigE Vision
TRI162S	16.2 MP	5320 x 3040 px	4	7.5 fps	Sony IMX542 CMOS	1.1"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	M12 GigE Vision
TRI124S	12.3MP	4096 x 3000 px	5	9.5 fps	Sony IMX545 CMOS	1/1.1"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	M12 GigE Vision
TRI081S	8.1 MP	2840 x 2840 px	6	14.8 fps	Sony IMX546 CMOS	2/3″	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	M12 GigE Vision
TRI051S	5.0 MP	2448 x 2048 px	7	24 fps	Sony IMX547 CMOS	1/1.8″	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	M12 GigE Vision

第4世代 Pregius S センサー搭載 Triton2 2.5GigE モデル：

Model	MP	Resolution	FPS	Sensor	Format	Pixel Size	Shutter	Lens Mount	Chroma	Interface
TRT245S	24.5 MP	5320 x 4600 px	11.3 fps	Sony IMX540 CMOS	1.2"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	2.5GigE M12
TRT204S	20.4 MP	4504 x 4504 px	13.5 fps	Sony IMX541 CMOS	1.1"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	2.5GigE M12
TRT162S	16.2 MP	5320 x 3040 px	17.5 fps	Sony IMX542 CMOS	1.1"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	2.5GigE M12
TRT124S	12.3 MP	4096 x 3000 px	21.7 fps	Sony IMX545 CMOS	1/1.1"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	2.5GigE M12
TRT081S	8.1 MP	2840 x 2840 px	31.8 fps	Sony IMX546 CMOS	2/3″	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	2.5GigE M12
TRT051S	5.0 MP	2448 x 2048 px	49.2 fps	Sony IMX547 CMOS	1/1.8″	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	2.5GigE M12

第4世代 Pregius S センサー搭載 Triton10 10GigE モデル：

Model	MP	Resolution	FPS	Sensor	Format	Pixel Size	Shutter	Lens Mount	Chroma	Interface
TRX470S	47.0 MP	8232 x 5588 px	15 fps	Sony IMX492 CMOS	1.4-Type	2.315 µm	Rolling	TFL (M35 x 0.75)	Mono / Color	10GigE, M12
TRX245S	24.5 MP	5320 x 4600 px	35.5 fps	Sony IMX530 CMOS	1.2"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	10GigE M12
TRX246S	24.5 MP	5320 x 4600 px	28.6 fps	Sony IMX540 CMOS	1.2"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	10GigE M12
TRX204S	20.4 MP	4504 x 4504 px	42.8 fps	Sony IMX531 CMOS	1.1"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	10GigE M12
TRX205S	20.4 MP	4504 x 4504 px	34.1 fps	Sony IMX541 CMOS	1.1"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	10GigE M12
TRX162S	16.2 MP	5320 x 3040 px	53.0 fps	Sony IMX532 CMOS	1.1"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	10GigE M12
TRX163S	16.2 MP	5320 x 3040 px	42.8 fps	Sony IMX542 CMOS	1.1"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	10GigE M12
TRX124S	12.3 MP	4096 x 3000 px	89.7 fps	Sony IMX535 CMOS	1/1.1"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	10GigE M12
TRX125S	12.3 MP	4096 x 3000 px	54.9 fps	Sony IMX545 CMOS	1/1.1"	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	10GigE M12
TRX081S	8.1 MP	2840 x 2840 px	129.8 fps	Sony IMX536 CMOS	2/3″	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	10GigE M12
TRX071S	7.1 MP	3208 x 2200 px	91.1 fps	Sony IMX420 CMOS	1.1″	4.5 µm	Global	C	Mono / Color	10GigE M12
TRX051S	5.0 MP	2448 x 2048 px	201.3 fps	Sony IMX537 CMOS	1/1.8″	2.74 µm	Global	C	Mono / Color	10GigE M12
TRX028S	2.8 MP	1936 x 1464 px	216.0 fps	Sony IMX421 CMOS	2/3"	4.5 µm	Global	C	Mono / Color	10GigE M12

第4世代 Pregius S センサー搭載 Atlas IP67 5GigE モデル：

Models	MP	Resolution	Fake FPS	FPS	Sensor	Format	Pixel Size	Shutter	Lens Mount	Chroma	GigE Vision Interface
ATP245S	24.5 MP	5320 x 4600 px	1	22.7 fps	Sony IMX540 CMOS	4/3"	2.74 µm	Global	C-mount	Mono / Color	5GBASE-T, M12
ATP204S	20.4 MP	4504 x 4504 px	2	27.3 fps	Sony IMX541 CMOS	1.1"	2.74 µm	Global	C-mount	Mono / Color	5GBASE-T, M12
ATP162S	16.2 MP	5320 x 3032 px	4	34.4 fps	Sony IMX542 CMOS	1.1"	2.74 µm	Global	C-mount	Mono / Color	5GBASE-T, M12
ATP124S	12.3 MP	4096 x 3000 px	5	42.5 fps	Sony IMX545 CMOS	1/1.1"	2.74 µm	Global	C-mount	Mono / Color	5GBASE-T, M12
ATP081S	8.1 MP	2840 x 2840 px	8	68.8 fps	Sony IMX546 CMOS	2/3″	2.74 µm	Global	C-mount	Mono / Color	5GBASE-T, M12
ATP051S	5.0 MP	2448 x 2048 px	10	110 fps	Sony IMX547 CMOS	1/1.8″	2.74 µm	Global	C-mount	Mono / Color	5GBASE-T, M12

第4世代 Pregius S センサー搭載 Atlas10 10GigE モデル：

Model	MP	Resolution	FPS	Sensor	Format	Pixel Size	Shutter	Lens Mount	Chroma	Interface
ATX245S	24.5 MP	5320 x 4600 px	45.4 fps	Sony IMX530 CMOS	1.2"	2.74 µm	Global	TFL / C-Mount	Mono / Color	10GBASE-T, M12
ATX204S	20.4 MP	4504 x 4504 px	54.1 fps	Sony IMX531 CMOS	1.1"	2.74 µm	Global	C-Mount	Mono / Color	10GBASE-T, M12
ATX162S	16.2 MP	5320 x 3032 px	76.1 fps	Sony IMX532 CMOS	1.1"	2.74 µm	Global	C-Mount	Mono / Color	10GBASE-T, M12
ATX124S	12.3 MP	4096 x 3000 px	89.7 fps	Sony IMX535 CMOS	1/1.1″	2.74 µm	Global	C-Mount	Mono / Color	10GBASE-T, M12
ATX081S	8.1 MP	2840 x 2840 px	136.7 fps	Sony IMX536 CMOS	2/3″	2.74 µm	Global	C-Mount	Mono / Color	10GBASE-T, M12
ATX051S	5.0 MP	2448 x 2048 px	205 fps	Sony IMX537 CMOS	1/1.8	2.74 µm	Global	C-Mount	Mono / Color	10GBASE-T, M12

LUCIDカメラで第4世代Pregiusの機能へアクセスする手順をお探しですか？サポートサイトのKB記事 New 4th Gen Pregius Features を参照し、LUCIDのArenaViewでの操作方法をご確認ください。

Sony 第4世代Pregius S：裏面照射（BSI）

フォトダイオードをマイクロレンズに近づけることで入射角が広がり、光の集光効率が向上します。

2.74µmの小型画素により、より小さなセンサーサイズで高解像度を実現します。

配線や回路層をフォトダイオードの下に配置することで障害を減らし、光の取り込みを改善します。

Sony BSI ピクセル構造

従来のピクセル構造

入射角の許容拡大＝感度の向上

ピクセルが小さくても、第4世代Pregius Sは入射角特性の改善により同等の感度を維持します。例えば±20°では、第2世代は到来光の10%しか受光しませんが、第4世代は40%を受光します。これは第4世代でマイクロレンズとフォトダイオード表面の距離が大幅に短縮されたためです。

2^nd Gen Pregius (3.45µm)

4^th Gen Pregius S (2.74µm)

解像度：High Speed と Standard Speed

初代は1種類の解像度（1936 × 1216、2.3MP）のみで、High SpeedとStandard Speedの2バリエーションがありました。High SpeedのIMX174は最大166 FPS、Standard SpeedのIMX249は41 FPSです。Standardは価格を抑える代わりに最大フレームレートやADC、ビニング、ROIが制限されますが、画質はHighと同等です。この方針は以降の世代・機種でも継続されています。

以下の一覧とプロットは、各世代の有効画素数と最大フレームレートの関係を俯瞰したものです。同一解像度・速度帯で世代間の重なりが見られる場合もありますが、ピクセル技術の違いを理解することで選定理由が明確になります。

第1世代

High Speed	Standard Speed
IMX174 (2.3MP @ 166 FPS)	IMX249 (2.3MP @ 41 FPS)

* 注：本チャートの最大フレームレートはSonyのセンサー仕様に基づきます。多くのHigh Speedは8ビット時の最大値、Standardは10/12ビット時の最大値です。実際の値はビット深度、カメラメーカー、インターフェース帯域、接続台数により変動します。

第2世代

High Speed	Standard Speed
IMX342 (31.4MP @ 35 FPS)
IMX367 (19.6MP @ 43 FPS)
IMX387 (16.9MP @ 61 FPS)
IMX253 (12.3MP @ 68 FPS)	IMX304 (12.3MP @ 23 FPS)
IMX255 (8.9MP @ 94 FPS)	IMX267 (8.9MP @ 32 FPS)
IMX250 (5.0MP @ 163 FPS)	IMX264 (5.0MP @ 36 FPS)
IMX252 (3.2MP @ 216 FPS)	IMX265 (3.2MP @ 56 FPS)
IMX392 (2.3MP @ 200 FPS)
IMX273 (1.6MP @ 276 FPS)	IMX296 (1.6MP @ 60 FPS)
IMX287 (0.4MP @ 523 FPS)	IMX297 (0.4MP @ 121 FPS)

第3世代

High Speed	Standard Speed
IMX420 (7.1MP @ 207 FPS)	IMX428 (7.1MP @ 35 FPS)
IMX421 (2.8MP @ 409 FPS)	IMX429 (2.8MP @ 43 FPS)
IMX422 (2.0MP @ 477 FPS)	IMX430 (2.0MP @ 132 FPS)
IMX425 (1.7MP @ 662 FPS)	IMX432 (1.7MP @ 98 FPS)

第4世代

High Speed	Standard Speed
IMX530 (24.5MP @ 106 FPS)	IMX540 (24.5MP @ 35 FPS)
IMX531 (20.4MP @ 109 FPS)	IMX541 (20.4MP @ 42 FPS)
IMX532 (16.2MP @ 159 FPS)	IMX542 (16.2MP @ 52 FPS)
IMX535 (12.4MP @ 184 FPS)	IMX545 (12.4MP @ 68 FPS)
IMX536 (8.1MP @ 194 FPS)	IMX546 (8.1MP @ 91 FPS)
IMX537 (5.1MP @ 259 FPS)	IMX547 (5.1MP @ 122 FPS)

Sony Pregius 各世代：メガピクセル vs 最大フレームレートプロット
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最適化の要点：ピクセルサイズと画質

世代差の多くはピクセルサイズとピクセル技術に起因します。各世代のピクセルピッチは、1世代目5.86µm、2世代目3.45µm、3世代目4.5µm、4世代目2.74µmです。ピクセルピッチは同サイズのセンサーに収まる画素数を左右し、同時に画質特性も変化します。各世代はフルウェル容量、読み出しノイズ、ダイナミックレンジ、量子効率（QE）のプロファイルが異なります。一般にピクセルが大きいほどフルウェル容量は増え、ダークノイズも増えます。例として、1世代目は平均フルウェル容量33000e−と最も大きい一方、平均ダークノイズは7e−で最大です。最小ピクセルの4世代目は平均フルウェル容量9500e−、平均ダークノイズ2.1e−です。フルウェルとノイズの比例関係により、ピクセルサイズが異なっても各世代のダイナミックレンジは概ね70 dBを維持します。

Average EMVA1288 results between Pregius Generations

EMVA1288平均値とピクセルサイズの比較
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Pregius 世代ピクセルサイズ	平均フルウェル容量	フルウェル容量 (e-/µm^2)	平均読み出しノイズ	平均ダイナミックレンジ
1^st Gen: 5.86µm	33000 e-	961	7 e-	70 dB
2^nd Gen: 3.45µm	10500 e-	882	2.3 e-	71 dB
3^rd Gen: 4.5µm	25000 e-	1235	5.5 e-	72 dB
4^th Gen: 2.74µm	9500 e-	1265	2.1 e-	71 dB

4世代のQE（量子効率）平均を比較すると顕著な差が見られます。1世代目は480〜540nmで高いピークQEを示します。2世代目はピークが低下する一方、600nm以降の効率が改善。3世代目は全域で効率が向上し、近赤外（700〜900nm）で最良の特性を示します。4世代目はピークQEが1世代目に近く、その他の波長域では1世代目と3世代目の中間的な性能です。QEグラフから、世代が新しいほど必ずしも一律に性能が向上するわけではないことが分かります。

各世代の平均量子効率（QE）
詳細表示や曲線のオン／オフは凡例で切替

注：QE比較グラフの結果は、カバーガラス付き産業用カメラを対象としたEMVA 1288試験に基づきます。

センサーサイズとアスペクト比

小型ピクセルの利点は、同一センサーサイズでより多くの画素を提供できる点です。これによりカメラはコンパクトなまま、CマウントやNF、Sマウントなど小型光学系を活用できます。例えばType 1.1″における最大画素数は、ピクセルが小さくなるほど増加します。3世代目（4.5µm）は7.1MP、2世代目（3.45µm）は12.3MP、4世代目（2.74µm）は20MPです。用途によっては同じセンサーサイズ内で高解像度機に置き換えても、光学系を流用できる場合があります。別サイズへ変更する場合は、光学ハードウェアの再設計が必要になることがあります。

以下のチャートは、各Pregiusモデルのメガピクセルとセンサーサイズの関係を示します。第4世代は多くのサイズで解像度を引き上げています。

Pregius：センサーサイズ vs メガピクセル
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	Gen 1		Gen 2		Gen 3		Gen 4

アスペクト比とセンサーサイズの比較

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4^th Gen Pregius S

1^st Gen Pregius

2^nd Gen Pregius

3^rd Gen Pregius

Pregiusのアスペクト比は世代ごとに大きく異なり、各世代で複数の比率が用意されています。最も一般的なのは4:3で、横幅が常に高さより33%広い標準的なランドスケープです。第4世代は1:1、5:4、4:3、16:9と2番目に多い構成、最も多いのは第2世代で1:1、5:4、4:3、16:10、16:9、17:9を提供します。合計7種類の比率が揃い、スクエアからワイドまで幅広いアプリケーションに対応します。

アスペクト比とメガピクセル一覧

Square 1:1	5:4	4:3	16:11	16:10	16:9	Widescreen 17:9
20.4 MP IMX531	5.0 MP IMX250	31.4 MP IMX342	7.1 MP IMX420	2.3 MP IMX392	16.8 MP IMX387	8.9MP IMX255
20.4 MP IMX541	5.0 MP IMX264	24.5 MP IMX530	7.1 MP IMX428	2.3 MP IMX174	16.2 MP IMX532	8.9MP IMX267
19.6 MP IMX367	5.1 MP IMX537	24.5 MP IMX540	1.7 MP IMX425	2.3 MP IMX249	16.2 MP IMX542
8.1 MP IMX536	5.1 MP IMX547	12.4 MP IMX535	1.7 MP IMX432
8.1 MP IMX546	2.8 MP IMX421	12.4 MP IMX545
	2.8 MP IMX429	12.3 MP IMX253
		12.3 MP IMX304
		3.2 MP IMX252
		3.2 MP IMX265
		2.0 MP IMX422
		2.0 MP IMX430
		1.6 MP IMX273
		0.4 MP IMX287

センサーフィーチャー：進化し続ける機能

初代以降、Sonyは多彩なオンセンサー機能を継続的に拡充してきました。第4世代では、デュアルADCのオンセンサー合成によるHDR、2µsec間隔の連続シャッター、露光時間モニタリングなどが新機能です。新規機能は新しい撮像モードを提供し、既存機能は効率や実用性が強化されています。例えば第3世代のSelf Triggerは、指定したROIの変化検出でカメラをトリガでき、従来は外部デバイスや専用ソフトが必要でした。デュアルADCも第3世代で導入済みでしたが、HDR合成はISPやホストPC側で処理する必要がありました。第4世代では合成をセンサー上で完結させ、リソースを節約しワークフローを簡素化します。

以下の機能はカメラメーカーによる実装任意のため、ユーザーが利用できない場合があります。LUCIDは今後、オンカメラのファームウェア更新により、これら有用な機能のサポートを順次拡大します。

Multi-frame ROI mode Set multiple ROIs within the full resolution

Multi-exposure trigger Set multiple exposure times within one image frame.

Global shutter CMOS Distortion free imaging with high image quality and improved low light performance

Self trigger Set two ROIs - one for image capture which is triggered when the 2^nd ROI detects changes in its region

Short exposure mode Set short exposure times as fast as 2µsec

Dual ADC A low gain and high gain image is taken on the same frame. Output can be combined on camera ISP

On-Sensor Conversion Gain High Gain for maximum sensitivity and minimum read noise (best for low light) and Low Gain for increased saturation capacity and dynamic range (best for bright light)

Dual trigger Set two different levels of exposure and gain. Each can be triggered independently

Dual ADC w/ on-sensor combination A low gain and high gain image is taken (on the same frame) and combined to produce an HDR image

Ultra short shutter interval The time between shutters can be set as fast as 2µsec

Exposure time monitoring Output a signal that mirrors the actual input trigger for an exposure.

Improved On-sensor thermometer A higher accuracy thermometer for better thermal management

Improved features to increase user efficiency and functionality

New and unique imaging modes for users.

4^th Generation

1^st Generation

2^nd Generation

3^rd Generation