Schichtarbeit
Foveon stellt revolutionäre X3-Bildwandler-Technologie vor
2002-02-12 Farbfilter-Mosaik ade: Mit dem X3-Konzept stellt die amerikanische Firma Foveon gleichzeitig eine revolutionäre Sensor-Technologie und darauf aufbauende, bereits marktreife Bildwandler vor. Das Einzigartige an der neuen Technologie sind die in drei Schichten eingelagerten Fotodioden, so dass – im Gegensatz zu herkömmlichen Bildwandlern – jedem einzelnen Bildpunkt die vollen Farbinformationen zur Verfügung stehen. (Yvan Boeres)
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Bisher war es so, dass jedes Pixel nur eine Farbe "sehen" konnte.
Dies beruht auf der Tatsache, dass die einzelnen Fotodioden bzw. Pixelelemente
eigentlich "farbenblind" sind und erst durch einen "Trick"
Farbbilder erzeugen können. So ist bei der konventionellen CCD-/CMOS-Technik
jedem einzelnen Pixel ein Farbfilter – in je einer der drei Grundfarben (Rot,
Grün, Blau) – vorgesetzt. Erst durch Interpolation mit den Nachbarpixeln
werden die gesammelten Farbinformationen zu einem vollfarbigen Bild
zusammengesetzt bzw. zusammengerechnet. Mehr dazu in unserem Hintergrund-Artikel
"Pixel-Zaubereien" (siehe unterstehender Link).
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Im Grunde ist also bei herkömmlichen Bildwandlern ein Pixel in der Lage,
jeweils nur eine Grundfarbe aufzunehmen. Wäre da nicht die ungleiche Verteilung
an Farbfiltern (50 % Grün, 25 % Blau, 25 % Rot) und die daraus
folgende Interpolation, könnte man also behaupten, dass die eigentliche
Auflösung nur ein Drittel der tatsächlich auf dem CCD oder CMOS vorhandenen
Pixel beträgt. Und hier findet die eigentliche Revolution mit den Foveon
X3-Bildwandlern statt. Bei den X3-Bildwandlern (die übrigens auf
CMOS-Architektur aufbauen) steht jedem einzelnen Bildpunkt die volle
Farbinformation zur Verfügung. Wenn also der Bildwandler wie beim F7-Sensor von
Foveon aus 2.268 x 1.512 effektiven Pixeln zusammengesetzt ist, dann
kann auch jedes Einzelne der rund 3,4 Millionen Pixel tatsächlich sowohl Rot,
Grün und Blau "sehen". Dabei ist jedes Pixel in drei überlagerten
Schichten aufgebaut. Eine Schicht für Blau, eine für Rot und eine für Grün.
Und in jeder Schicht ist eine Fotodiode eingebettet, die die Farbinformation
für die jeweilige Farbe aufnimmt. Dabei wurde die Tatsache zunutze gemacht,
dass die Lichtwellen je nach Wellenlänge (die ja für die Farbe zuständig ist)
unterschiedlich tief in das Silicium eindringen. Auf demselben Prinzip beruhen
schon seit längerer Zeit Farbfilme, bei denen die Emulsionen auch in drei
Schichten aufgebaut sind. Warum bisher noch kein anderer Halbleiter-Hersteller
auf diese Idee gekommen ist, bleibt ein Geheimnis ebenso wie die Frage, wie die
Fotodioden in dem Foveon X3-Bildwandlern gebaut sind, damit sie das Licht von
Schicht zu Schicht durchlassen.
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Die Vorteile dieser neuen Technologie liegt aber auf der Hand:
Farbinformationen müssen nicht mehr "zwischengerechnet" werden; das
Resultat sind schärfere bzw. besser durchzeichnete Bilder und weniger
Farbartefakte bzw. naturgetreuere Farben. Sprich: Eine bessere Bildqualität. Da
die Interpolation außerdem einiges an Rechenkraft von der Kamera bzw. ihrer
Mikroprozessoren abverlangt, kann diese Rechenkraft nun für andere Zwecke
benutzt werden bzw. zugunsten des Energieverbrauchs und der Herstellungskosten
eingespart werden. Dazu kommen noch die CMOS-typischen Eigenschaften wie der
geringe Stromverbrauch, das hochintegrierte Design, die Schnelligkeit, der
geringe Signalverlust und die geringen Herstellungskosten. Analog zur erst
kürzlich vorgestellten SuperCCD-Technik der dritten Generation von Fujifilm
können bei den Foveon X3-Bildwandlern ebenfalls einzelne Pixel zu einer Gruppe
zusammengefasst werden, um die Lichtempfindlichkeit zu erhöhen (bei Foveon
"Variable Pixel Size" kurz VPS genannt). Dabei sind die X3-Bildwandler
im "Normalzustand" bereits sehr lichtempfindlich, da die Pixelgröße
mit rund 9 µ fast dreimal so groß ist wie bei gegenwärtig in
Consumer-Digitalkameras verbauten CCD-Bildwandlern. Die VPS-Technologie kann
sich auch zunutze gemacht werden, um Videosequenzen in hoher Qualität
aufzunehmen oder die Rolle eines schnellen Autofokus-Sensors zu übernehmen. Wie
man sieht, erscheint die X3-Technologie von Foveon sehr vielversprechend. Und
erste Digitalkameras mit X3-Sensor sind bereits angekündigt. Einer Meldung
unseres englischen Kollegen Phil Askey von dpreview.com zufolge soll die
demnächst auf der PMA (24. bis 27. Februar) vorgestellte SLR-Digitalkamera
Sigma DS-9 bereits mit einem X3-Sensor ausgestattet sein. Sollte die
Bildqualität halten, was die X3-Technologie verspricht, hätte man es
tatsächlich mit einer kleinen Revolution im Bereich der Digitalfotografie zu
tun und es wäre anzunehmen, dass sehr bald weitere Hersteller in ihren
zukünftigen Digitalkameras die Foveon X3-Bildwandler einsetzen. Die Zukunft
wird auf jeden Fall sehr spannend.