Hintergrundbericht "Sensor Roadmaps"

Der Sony Super HAD CCD Sensor ist nur 1/2.5“ groß und damit derzeit der kleinste 7- Megapixel-Sensor auf dem Markt. Das Datenblatt des Sensors liegt nicht vor, aber aus den Eckdaten lässt sich eine Pixelgröße von 1,875 µm Seitenlänge errechnen. Das ist ein neuer Rekord der Miniaturisierung. Zur besseren Veranschaulichung: Was im Bild 1 wie eine mittelalterliche Kanonenkugel und ein Stück Würfelzucker aussieht, das ist ein Größenvergleich zwischen einem mikroskopisch kleinen Feinstaubpartikel (10 µm Durchmesser) und einer vereinfachten Darstellung eines Pixels mit eben dieser Seitenlänge von 1,875 µm. Und wenn man dann auch noch bedenkt, wie so ein Pixel aufgebaut ist, dann kann man nur noch bewundernd den Kopf schütteln. Damit wird auch klar, warum Digitalkameras im Reinraum montiert werden müssen. Feinstaub, normaler Staub oder gar ein Haar auf dem Sensor wären eine kleine Katastrophe.

Apropos Haar: Wenn man ein typisches Kopfhaar abschneidet, dann haben auf seiner Querschnittsfläche etliche dieser Pixel Platz. Wie viele – 50? 100? Falsch: 2200 Pixel kämen darauf unter! So verloren sieht z.B. eine Gruppe von 100 Pixeln auf einem winzigen Stück Kopfhaar aus. Nachdem wir also ein bisschen ein Gefühl für die winzigen Dimension haben, wollen wir doch einmal den Pixeln unter die "Motorhaube" schauen.

Die folgenden Grafik zeigt einen Block von 16 Pixeln, aufgeschnitten. Um das einfallende Licht so gut wie möglich auszunutzen, verwenden manche Sensoren (wie z. B. der Super HAD CCD Sensor von Sony) einen Doppelkondensor. Neben der üblichen Mikrolinse kommt hier noch eine zusätzliche innere Mikrolinse zum Einsatz.

Das Problem bei den Mikrolinsen sind dunkle Bildecken bei Weitwinkelobjektiven. Wenn die Strahlenbündel senkrecht einfallen, dann ist alles in Ordnung. Fallen aber die Strahlenbündel etwas schräg ein, dann verfehlt ein Teil des Lichts die Photodiode. Darum müssen digitale Objektive so weit wie möglich telezentrisch gerechnet werden.

Es sind im Wesentlichen drei Firmen, die CCD-Sensoren herstellen: Panasonic, Sharp und Sony. Für CMOS-Sensoren gibt es weit mehr Hersteller, da keine so spezialisierten Prozesse notwendig sind. Es herrscht ein ständiger Wettlauf um die meisten Megapixel auf der kleinsten Fläche, und das nach Möglichkeit auch noch mit dem geringsten Bildrauschen. Die folgende Grafik zeigt den fundamentalen Zusammenhang zwischen Sensorgröße, Pixelgröße und Anzahl von Megapixeln.