Bildsensor

Als Bildsensor bezeichnet man die Vorrichtung zur Aufnahme zweidimensionaler Abbilder aus Licht. Dies kann auf elektrischem oder mechanischem Weg erfolgen. Um ein Bild im sichtbaren Bereich aufnehmen zu können, werden häufig zweidimensionale Anordnungen von Strahlungssensoren eingesetzt. Die Signale werden elektronisch ausgelesen. In der Regel werden Halbleiterdetektoren für diesen Zweck verwendet, wie beispielsweise CCD- und CMOS-Sensoren.

Bei diesen Sensoren handelt es sich um Silizium-Sensoren mit relativ geringem Bildrauschen. CCD-Sensoren gibt es mit Filterrad oder farbsensitiven Sensoren auch für Farbbilder. CMOS-Sensoren beruhen auf der CMOS-Technologie, hierbei handelt es sich um Halbleiterbauelemente, bei denen sowohl p-Kanal als auch n-Kanal Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (sog. MOSFETs) auf einem gemeinsamen Substrat verwendet werden. Hier liegen die farbsensitiven Sensoren entweder neben – oder übereinander. Beide Systeme nutzen den inneren fotoelektrischen Effekt, sie arbeiten im Prinzip wie eine Anordnung von Solarzellen – mehr Licht bedeutet hier mehr Ladung bzw. mehr Strom. Es ist auch möglich, spezielle Sensoren für mittleres und fernes Infrarot, wie beispielsweise in Wärmebildkameras, zu konstruieren.

Bildsensor: Wichtig ist die Auflösung

Meist werden Restlichtverstärker nicht als Bildsensoren bezeichnet, obwohl sie der Definition genügen und die entsprechenden Merkmale aufweisen. Generell werden in der Digitalphotographie unterschiedliche Sensorgrößen verwendet. Wichtig sind hierbei die erreichte Auflösung, die i. d. R. in sog. „Megapixeln“ angegeben wird, und das Seitenverhältnis des Bildes, gängige Seitenverhältnisse sind 4:3 und 3:2 (3:2 entspricht dem Kleinbildfilm-Format). Beide Größen beeinflussen die Bildqualität erheblich und stellen wichtige Qualitätsmerkmale für Digitalkameras dar. Allgemein sind CMOS-Sensoren weniger lichtempfindlich als CCD-Sensoren und rauschen stärker.

Allerdings haben sie eine deutlich geringere Leistungsaufnahme, da sie im Gegensatz zu den CCD-Sensoren oft nur eine Versorgungsspannung benötigen und nicht mehrere. Erschwerend kommt hinzu, dass CCD-Technologie nur von sehr spezialisierten Halbleiterherstellern beherrscht wird, Prinzip-bedingt sinkt die Ausbeute mit steigender Pixelzahl dramatisch. CMOS-Sensoren basieren hingegen auf einer wesentlich gängigeren Technologie, daher sind sie leichter und mit geringerer Fehlerquote herstellbar und natürlich auch preiswerter. Darüber hinaus lassen sich hier weitere Schaltungen auf demselben Chip integrieren, so dass die Kamera kleiner und flexibler wird.

So schafft es beispielsweise die Pentax Optio a40 das lästige Bildrauschen auf geringem Niveau zu halten.

Auslöseverzögerung

Die Auslöseverzögerung ist ein Qualitätsmerkmal moderner Digitalkameras. Sie bezeichnet in der Fotografie die Zeitspanne zwischen dem Betätigen des Kameraauslösers und der Bildaufzeichnung und ist abhängig von der in der jeweiligen Kamera verwendeten Technik und somit ein konstruktionsbedingtes Merkmal. Beispielsweise muss bei Spiegelreflexkameras vor der Bildaufzeichnung der Schwingspiegel betätigt werden, einige Spiegelreflexkameras, müssen die eigentlich fast verzögerungsfreie Belichtungsmessung unmittelbar nach dem Schließen der Objektivblende nachjustieren. Anschließend wird der Verschluss geöffnet und die Belichtung beginnt.

Zusätzlich zu diesen mechanischen Abläufen muss bei Digitalkameras mit Autofokus ein Motor die ermittelte Entfernungseinstellung realisieren, die Fokussier-Geschwindigkeit ist ein entscheidender Zeitfaktor. Er kann ggf. durch das Abschalten von Kamerafunktionen wie Weißabgleich oder Display verringert werden, weil hierdurch der Prozessor der Digitalkamera entlastet wird. Alternativ gibt es auch Kameras, die über einen gesonderten Autofokus-Sensor verfügen, wodurch eine beachtliche Zeitersparnis beim Auslösevorgang erreicht werden kann. Diese Technologie wird auch als „Hybrid-Fokus“ bezeichnet. Der zusätzliche AF-Sensor ist unabhängig vom Aufnahme-CCD-Sensor, so dass Verzögerungen von weniger als 0,1 Sekunden erreichbar sind. Problematisch ist dieses System allerdings im Nahbereich oder bei Makroaufnahmen, denn konstruktionsbedingt funktioniert dieses Verfahren hier nicht und die Kamera muss auf die relativ langsame CCD-Auswertung zurückgreifen. Einige Hersteller höherwertiger Kameras lösen das Problem durch den Einbau leistungsfähiger Prozessoren, allerdings ist das natürlich ein erheblicher Kostenfaktor.

Auslöseverzögerung: Spontane Fotos schwierig

Mittlerweile wird bei den technischen Daten einer Kamera auch die Auslöseverzögerung angegeben, um Kameras qualitativ vergleichbar zu machen. Allerdings wird hiermit meist die Zeitspanne nach der Fokussierung bezeichnet. Grundsätzlich beeinflusst die Auslöseverzögerung die spontane Fotografie ganz erheblich, mit vielen Kameras sind Schnappschüsse fast unmöglich. Hier kann u. a. durch Serienaufnahmen Abhilfe geschaffen werden, wobei jedoch die Bildfolgezeit und der Pufferspeicher der Kamera beachtet werden muss. Bei den meisten Kameras wird ein zweistufig arbeitender Auslöser verwendet, der in der ersten Stufe Fokus und Belichtung speichert und erst in der zweiten Stufe die Aufnahme auslöst. Hierbei ist die Verzögerung recht gering.

Verschiedene Tests haben ergeben, dass zum Beispiel Sony Spiegelreflexkameras in der Praxis eine gute Auslöseverzögerung haben.