Sensoren
CCD (charged coupled device – dt. in etwa „ladungsgekoppeltes Bauteil“)
Aufbau: Auf einem Trägermaterial sind zahlreiche Photodioden aufgebracht. Jeder Diode ist ein Kondensator zugeordnet, dessen Ladung sich während einer Belichtung ändert. Jeder Kondensator stellt ein Picture Element (PIXEL) dar.
Funktion: Bei Betätigung des Auslösers der Kamera werden nun alle Kondensatoren verschieden stark aufgeladen, je nachdem, wie viel Licht auf sie fällt (ein weißer Pixel hat eine andere Kapazität als ein schwarzer Pixel). Während der Verschlußzeit der Kamera werden die Ladungen aller Kondensatoren nacheinander, zeilenweise in einen Zwischenspeicher ausgelesen und es kann erneut belichtet werden.
Probleme: Durch das Zeitraubende auslesen kann es passieren, dass auf einigen Kondensatoren eine Restladung zurückbleibt. Bei der nächsten Auslösung addiert sich diese Ladung zu der „neuen“ Ladung und es entstehen helle Streifen auf dem Bild. Dieser Effekt wird als „smear-Effekt“ bezeichnet.
Bei sehr intensiver Bestrahlung wird die Kapazität einiger Kondensatoren bzw. Pixel überstiegen. Die Folge ist, dass die Ladungen auf benachbarte Pixel überlaufen und diese ihren eigentlichen Wert verlieren. Diesen Effekt bezeichnet man als „blooming Effekt“. Auf dem Foto erscheint dieser Effekt später als eine Überbelichtung an bestimmten Stellen z.B. bei fehlender Struktur einer Wolke. Hier wird dies dann als „Spitzlichter“ bezeichnet.
Lösung: Um den smear-Effekt zu verhindern wird einfach die Zeit bis eine erneute Auslösung möglich ist begrenzt. Deshalb kann auch eine Kamera des einen Herstellers mehr Bilder pro Sekunde machen als die Kamera des Konkurrenten, da dieser einen anderen Sensor verwendet.
Der blooming-Effekt kann mit Hilfe so genannter Anti-Blooming-Gates (ABG) verhindert werden. Physikalisch wird hier zwischen jeden Pixel ein Trenngitter eingebracht, das den Überlauf auf benachbarte Pixel verhindern soll. Ein Nachteil dieser Lösung ist jedoch dass diese Gitter einen entsprechenden Bauraum in Anspruch nehmen und somit weniger Pixel auf der gleichen Baugröße untergebracht werden können was zu einer Abnahme der Lichtempfindlichkeit führt.
Auslesen eines CCD Sensors
CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor (dt. komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter)
Aufbau & Funktion: Der Aufbau und die Funktion sind ähnlich der des CCD Sensors. Es gibt jedoch zwei Unterschiede:
1. Jedem Kondensator (Pixel) ist ein Verstärker zugeordnet
In der Praxis bedeutet dies, dass die Pixel nicht so stark belichtet werden müssen, da sie auf dem Sensor verstärkt werden. Folglich ist auch die Problematik des „blooming Effektes“ gelöst.
2. Alle Pixel können zur gleichen Zeit ausgelesen werden
Da alle Pixel auf einen Schlag ausgelesen werden können, ist der Sensor innerhalb kürzester Zeit wieder einsatzbereit.
Weitere Vorteile:
- Durch die Verwendung von Verstärkern kann auch jeder Pixel einzeln gesteuert werden kann. D.h. es kann z.B. eine Belichtungskontrolle oder eine Kontrastkorrektur während des Belichtens erfolgen. Der CMOS liefert somit detailreichere Bilder im Hellen wie auch im dunkeln.
- Der Energieverbrauch ist geringer im vergleich zum CCD Sensor
- Aufgrund heutiger Produktionsmöglichkeiten ist die Kombination aus verschieden großen Pixels auf einem Sensoren möglich
- Bienenwabenförmige Pixel
Der Nachteil ist, dass sich zwischen den lichtempfindlichen Fotodioden viel Elektronik befindet, was bei gleicher Chipfläche zu einer kleineren Lichtempfindlichkeit führt.