Digitalkamera-Sensoren von CCD bis CMOS
Netzwelt-Wissen: Bildsensoren
Der Bildsensor ist das Herzstück jeder Digitalkamera. Die Hersteller verbauen fast ausschließlich zwei Arten von Sensoren: An der inzwischen mit einem Nobelpreis gewürdigten CCD-Technologie führte lange Zeit kein Weg vorbei. Doch auch die als Billigvariante gestartete CMOS-Technik haben Forscher und Ingenieure weiter entwickelt, sodass sie bei hochwertigen Spiegelreflexkameras heute Standard ist.
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Rückansicht des in seiner Halterung steckenden CCD-Sensors der Pentax K100D. (Quelle: Pentax)
Sony hat verkündet einen neuartigen CMOS-Bildsensor entwickelt zu haben. Bei dem neuen Sensor sind im Vergleich zu den bisherigen Modellen die Elemente im Inneren umgedreht. Dadurch nimmt er mehr Licht auf und soll dabei weniger Anfällig für Bildrauschen sein.
Das Nonplusultra für Fotografen: Eine Kamera mit 50-Megapixel-Sensor hat Hasselblad angekündigt. Der Sensor des neuen Mittelformat-Kamerasystems H3DII-50 ist 36 x 48 Millimeter groß und damit doppelt so groß wie die Vollformatsensoren digitaler Spiegelreflexkameras. Laut Hersteller ist er der größte kommerziell erhältliche Bildsensor.
Mit der DP1s stellt Sigma eine hochwertige Kompaktkamera für ambitionierte Puristen vor. Das Herzstück des neuen Modells stellt ein 14-Megapixel-Sensor dar, der auch in den Spiegelreflexkameras des Herstellers zum Einsatz kommt. Im Gegensatz zu den meisten anderen Kompaktmodellen arbeitet die DP1s mit einer Weitwinkel-Festbrennweite.
Der amerikanische Konzern Omnivision hat einen neuen CMOS-Sensor mit dem Namen "OV5647" vorgestellt. Neben der Möglichkeit Videos in 1080p-Qualität mit 30 Bildern pro Sekunde aufnehmen zu können, kann er auch Bilder mit einer Auflösung von fünf Megapixeln machen.
Der japanische Konzern Sony stellt einen neuen Digitalkamera-Sensor mit einer Auflösung von 16,41 Megapixeln vor. Der Chip soll vor allem in Smartphones zum Einsatz kommen und ist ab Januar 2011 erhältlich. 
Dank preisgünstiger Einsteigermodelle, die sich durch eine gute Bildqualität auszeichnen, sind Spiegelreflexkameras schon länger nicht mehr nur etwas für Profis. Kleiner als DSLR-Modelle, aber mit ähnlichen großen Bildsensoren und Wechselobjektiven, bieten sich die Systemkameras als Alternative an.Inhaltsverzeichnis
- 1CCD-Sensor: Wegbereiter für das Digitalbild
- 2CMOS-Sensor: Vom Billigsensor zur Spitzentechnik
- 3Live-MOS-Sensor: Das Beste aus zwei Welten
- 4Sensorformat: Fläche wichtiger als Pixel
CCD-Sensor: Wegbereiter für das Digitalbild
Den Grundstein für die CCD-Bildsensoren legten Williard Boyle und George E. Smith bereits im Jahr 1969. Hierfür zeichnete das Nobelpreiskomitee sie im Oktober 2009 mit dem Nobelpreis für Physik aus. Die von ihnen entwickelte Technik der "Charge-coupled Device" (CCD) wollten sie eigentlich zur Datenspeicherung nutzen. Schnell bemerkten sie aber, dass die ladungsgekoppelten Bauteile lichtempfindlich sind und ein Signal proportional zur eingestrahlten Lichtmenge ausgeben. Diese Signale verarbeiten Bildprozessoren weiter und speichern sie zum Beispiel als Bilddatei ab.
Bereits 1975 wurden die ersten CCD-Sensoren in Serie hergestellt. Für die digitale Fotografie müssen die CCD-Sensoren mit Farbfiltern versehen werden, da sie ansonsten nur Grauwerte aufnehmen. In den meisten Digitalkameras kommt der so genannte "Bayer-Sensor" zum Einsatz, bei dem zwei von vier Pixel mit einem Grünfilter und die anderen beiden Bildpunkte mit je einem roten oder blauen Filter versehen werden.
Fujifilm baut in einige seiner Digitalkameras so genannte "Super-CCD"-Sensoren ein. Dabei handelt es sich um eine CCD-Weiterentwicklung des japanischen Unternehmens, bei dem die Pixel achteckig und nicht rund sind. Dadurch passen mehr Pixel auf die gleiche Sensorfläche, wodurch die Farben der Bilder intensiver wirken.
CMOS-Sensor: Vom Billigsensor zur Spitzentechnik
Die Abkürzung CMOS steht für "Complementary Metal Oxide Semiconductor" und bezeichnet ins Deutsche übersetzt einen komplementären Metall-Oxid-Halbleiter. Bildsensoren, die auf dieser Technik basieren, unterscheiden sich von CCD-Sensoren vor allem dadurch, dass jeder Pixel einzeln und dadurch schneller ausgelesen wird. Hierdurch erreichen CMOS-Sensoren eine höhere Bildrate, die unter anderem eine schnellere Vorschau-Funktion zu Folge hat.
In den 1970er und 1980er Jahren waren CMOS-Sensoren trotz einiger Vorteile nicht mit CCD-Sensoren konkurrenzfähig, da sie Anfangs bei gleicher Sensorfläche weniger lichtempfindlich waren. Aus diesem Grund fanden CMOS-Sensoren lange Zeit nur in günstigen Geräten Verwendung. Durch die Weiterentwicklung der CMOS-Technik sind die genannten Nachteile gegenüber CCD-Sensoren inzwischen unerheblich gering. CMOS-Bildsensoren kommen derzeit vor allem in digitalen Spiegelreflexkameras zum Einsatz.
CMOS-Sensoren sind günstiger herzustellen als ihre CCD-Pendants. Zudem verbrauchen CMOS-Sensoren deutlich weniger Strom, was bei mobilen Geräten wie Digitalkameras von Vorteil ist. Einige Modelle sollen nur zehn Prozent der Energie eines CCD-Sensors benötigen. Zudem tritt bei CMOS-Sensoren nur ein sehr begrenzter Blooming-Effekt auf. Das bedeutet, dass überbelichtete Bildstellen umliegende Bereiche weit weniger überdecken, da nicht wie bei einem CCD-Sensor überschüssiges Licht an den Nachbarpixel weiter gegeben wird.
Je nach Betrachtungsweise zählt es zu den Vor- oder Nachteilen der CMOS-Sensoren, dass sich die Bauteile für Belichtungskontrolle, Kontrastkorrektur oder Analog-Digital-Wandlung auf einem Chip befinden. Das eigentliche Sensor-Bauteil ist dadurch größer als ein vergleichbarer CCD-Sensor, Letzterer benötigt aber durch die externen Elemente letztendlich mehr Platz.
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insgesamt 1 BeitragTja, der Artikel ist Anfang Okt 2009 verfasst. Da gab es überaus zahlreich bereits in Bridge- und Kompakt-Cams den Sensor mit der aktuellen Größenbezeichnung 1/2,3" oder 1/2,33" (z.B. Panasonic FZ38) - was wohl...