Sensor Kompaktkamera

Wi-Fi Apps sind in der Regel extrem unangenehm, mit der neuen Fuji Camera hätte eine bequeme Verständigung zwischen Handy und Fotoapparat gelingen können: Eine ferngesteuerte App stellt die automatisierte Anbindung von Handy und Fotoapparat über Bluetooths zur Verfügung, die Kontrolle und der Zugriff auf die Bilder ist möglich. Anschließend sendet die Digitalkamera die Bilder über WLAN. Charakteristisch für solche Kameras: Der kleinste Fokusabstand von 10 cm ist verhältnismäßig groß und es gibt keine Bildstabilisierung.

Sie ist mit einem Gesamtgewicht von 279 g inklusive Akku vergleichsweise leicht und mit den Abmessungen 11,2 x 6,4 x 4,1 (B/H/T) recht klein. Sie ist in zwei Farben erhältlich.

Kamera-Sensoren

Wenn die Linse die Abbildungsqualität des auf den Sensor einfallenden Bildes ermittelt, bestimmen die Sensorkennwerte dessen Umwandlung in elektr. Damit ist der Sensor der zweite gütebestimmende Faktor auf dem Weg zum Digitalbild. Die besonderen Merkmale wie Art und Form oder Grösse, Ausrichtung und Zahl der lichtsensitiven Pixel sind wichtige Hinweise für die zu erzielende Bildaufnahme.

Bei der Digitalfotografie haben sich CCD (Charge Coupled Device) und CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Sensorik und deren Abzweigungen etabliert. Die beiden Halbleiterbauelemente detektieren über ihre Bildpunkte (Bildelemente) die Stärke des einfallenden Lichtes und setzen es in ein elektrisches Signal um. Aber nicht alle Unternehmen, die Sensorik selbst herstellen oder selbst entwickelte Sensorik in eigenen Kamera-Modellen einsetzen.

Sogar Lieferanten großer Kamera-Marken haben in ihren Einstiegsmodellen kostengünstige Sensorik aus der Massenproduktion installiert. Egal ob CCD oder CMOS - das andere Erscheinungsbild einzelner Sensorbauteile sowie die Gestaltung und Ausrichtung von Bildpunkten und Spuren führen zu erheblichen Unterschieden in Leistung und Ergebnis. Zu den Qualitätsmerkmalen der Sensorik gehören neben der Genauigkeit, d.h. die Möglichkeit, auch die kleinsten Pixel separat zu detektieren, auch die Empfindlichkeit, der Dynamikbereich oder das Signal-Rausch-Verhältnis: Je größer der Dynamikbereich, d.h. der Bereich, in dem der Sensor gute Resultate erzielt, desto besser kann er die Helligkeitsdifferenzen innerhalb eines Objekts abbilden.

Die Grösse, Gestalt und Ausrichtung der Bildpunkte und Spuren bestimmt, wie viel - oder besser noch wie wenig - ein Sensor braucht, um ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu haben. Mit den Einzelpixeln wird die Grundlage für die Qualität des Sensors geschaffen. Diese fangen die durch Lichteinfall entstehende Aufladung ( "Photonen") auf und legen den Beginn und das Ende des Detektionsprozesses fest.

Sie selektieren und leiten die Funksignale weiter. Jedes Bildpunkt erfordert eine Photodiode, um das Bild einzufangen, eine vorgelagerte Linse, um so viel wie möglich zu fangen, und einen Farbfilter, um die Farben der einzelnen Punkte zu bestimmen. Zum Verstärken der aufgenommenen Daten wird ein weiterer Transceivergeschaltet. Mit zunehmender Dunkelheit des Motivs sinkt das Helligkeitsniveau auf das Bildpunkt, so dass eine höhere Signalverstärkung für die Dunkelheit notwendig ist.

Die lichtempfindlichen Bereiche der Bildpunkte sind so groß, dass sie mehr Helligkeit erkennen können und das Bild weniger stark vergrößert werden muss. Wenn die gesamte Sensorfläche grösser ist, kann sie auch mehr und grössere Bildpunkte unterbringen. Zugleich haben auch grössere Sensorik einen Einfluß auf den Abbildungsmassstab und damit - je nach Blendenöffnung - auch auf die Bautiefe.

Grössere Bildskalen reduzieren die Schärfeexpansion, so dass die gezielte Auswahl der Brennebene als Gestaltungselement genutzt werden kann, um z.B. das Hauptobjekt vom Bildhintergrund zu separieren. Die Vergrösserung der Sensorfläche bzw. des Sensorformates erhöht nicht nur die Herstellungskosten für den Sensor, sondern erfordert auch andere Objektivdesigns, weshalb die Branche mit anderen Mitteln die Pixelgrössen und Sensitivitäten zu verbessern sucht.

Dies erfolgt z.B. durch näher aneinander liegende Wabenpixel oder durch die Platzierung der Leiterspuren, die in der Regel entweder in der Lage über oder neben der Photodiode angeordnet sind, um die lichtempfindlichen Bereiche der Photodiode unter Beibehaltung der gleichen Fühlerfläche zu vergrössern. In der Astronomie wurden bisher nur für besonders lichtsensitive Fotoapparate hinterleuchtete Sensorik eingesetzt.

Auch die ersten Geräte dieser Bauform werden voraussichtlich im Frühling 2011 für Fotohandys mit 16,4 Megapixel verfügbar sein. Bereits heute nutzen eine Vielzahl von digitalen Kameras so genannte rückseitig beleuchtete Sensorik (BSI) aus der Sony-Schmiede. Die MOS-Sensorik wird nun auch in digitalen Kompaktkameras verwendet. Die Optimierung des Halbleiterherstellungsprozesses und der Bildparameter des MOS-Sensors soll zu einem signifikant besseren Geräuschverhalten bei schlechten Lichtverhältnissen beizutragen.

Es wurden Wabenpixel mit grösseren, lichtsensitiven Flächen eingesetzt, die enger beieinanderliegen. Zugleich wurde der Platz für die Gleise verkleinert. Das haben die Forscher dann noch weiter verbessert, indem sie verschiedene Bildpunkte kombiniert haben, um helle und dunkle Motivbereiche zu erfassen. Größere Bildauflösung, größere Lichtempfindlichkeit und ein größerer Dynamikbereich.

Herkömmliche CMOS-Sensoren müssen zunächst eine Leiterbahnschicht durchdringen, bevor sie auf die Photodioden treffen. Hierdurch wird der vom Sensor erfasste Lichtanteil verringert. Mit BSI-Sensoren wurde die Verkabelung hinter den Photodioden platziert, so dass die Empfindlichkeit des Messkopfes ohne Rauschverstärkung zunimmt. BSI CMOS-Sensoren erlauben bei entsprechender Prozessorleistung auch ein schnelles Lesen der Daten, was zu schnellen Bildsequenzen und hochauflösenden Videoaufzeichnungen führt.

Die von Foveon entwickelte Sensorik nimmt eine besondere Stellung ein. Solche Aufnehmer werden daher vor allem in Sigma-Kameras verwendet. Das bedeutet, dass mehr oder grössere Bildpunkte im gleichen Platz aufgenommen werden können. Obgleich digitale Kameras bisher nur auf CCD-, CMOS- oder Foveon-Technologie basieren, sind die Qualitätsunterschiede erstaunlich hoch.

Neben der Sensorgrösse sind die oben beschriebene Anzahl der Pixel, Pixelgrösse, -form und -anordnung wichtige Merkmale für die zu erzielende Bildaufnahme. Darüber hinaus bietet ein großer Sensor zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten. Wie gut die vom Sensor gelieferten Daten auch sein mögen, das Resultat ist letztendlich davon abhängig, wie gut das durch das Glas geschossene Abbild ist und wie gut und rasch der nachgelagerte Rechner die Daten auswertet.