Canon präsentiert 120 MPixel-CMOS-Sensor

WissenschaftCanon präsentierte am 24. August den bisher am dichtesten gepackten Foto-Sensor auf APS-Basis in CMOS-Bauart mit 13.280 x 9.184 Pixeln Auflösung (122 MPixel) auf einer Fläche von lediglich 29,2 x 20,2 mm (590 mm²). Dies entspricht einer durchschnittlichen Subpixel-Fläche von 4,836 µm². Im Vergleich zu heutzutage in der DSLR-Fotografie üblichen Subpixel-Flächen von etwas über 30 µm² (Canon EOS 1000D) bis knapp über 17 µm² (EOS 7D, 60D und 550D) wirkt dies gerade zu winzig.
Zieht man zum Vergleich hingegen die Pixeldichte aktueller CCD-Sensoren heran, welche vorwiegend in Kompakt- und Bridge-Kameras eingesetzt werden und Subpixel-Flächen von 2,3 µm² und weniger erreichen (12,1 MPixel für 1/2,3“-Type-CCD), wirken die Werte eher weniger spektakulär.

Canon 120 MP CMOS-Sensor (Quelle: Canon.com)

Allerdings muss die CMOS-, genauer gesagt APS-Bauweise (Active Pixel Sensor), des Sensors berücksichtigt werden. CCD-Sensoren (Charge-coupled Device) werden reihenweise ausgelesen und die resultierenden Signale dementsprechend seriell einem A/D-Wandler mit Verstärker zugeführt. APS-Sensoren in CMOS-Bauweise hingegen besitzen je Pixel einen eigenen Verstärker und werden parallel ausgelesen. Dies führt auf der einen Seite zu einer schnelleren Verarbeitung der Bildsignale und weniger Blooming/Smear-Effekten (ausblühen), allerdings wird je Pixel auch mehr Platz benötigt, um die entsprechenden Kondensatoren und Verstärker unterzubringen. Sprich, der Anteil tatsächlicher lichtempfindlicher Oberflächen je Sensoroberfläche ist geringer.

Genauere technische Details verrät Canon nicht, allerdings ist davon auszugehen, dass neben den bereits seit vielen Jahren benutzen Mikrolinsen über jedem Sub-Pixel auch eine Technik namens Back Side Illumination (BSI) zum Einsatz kommt. Dabei „wandern“ die lichtempfindlichen Fotodioden auf die Rückseite des APS-Sensors, wodurch eintreffendes Licht nicht mehr durch vorhandene Verdrahtungen blockiert wird und somit die Lichtempfindlichkeit je Fläche stark ansteigt. BSI ist als Technologie bereits länger bekannt, wird aufgrund der sehr komplexen Herstellung bisher allerdings kaum verwendet. Erst seit etwa zwei Jahren sind große Fortschritte der Hersteller zu beobachten, BSI auch für den Massenmarkt tauglich zu machen.

Back Side Illumination (Quelle: Sony)

Durch weitere Verbesserungen bei der Signalverarbeitung soll es bereits möglich sein, bis zu 9,5 Bilder je Sekunde in voller Auflösung auszulesen und zu verarbeiten. Auch andere Zahlen können sich sehen lassen. So böte der Chip ausreichend Platz für circa 60 FullHD-Filme oder würde bei den erwähnten 9,5 Bildern je Sekunde 1,15 GPixel/Sekunde erzeugen.

In absehbarer Zeit ist allerdings kaum mit einem solchen Sensor im Massenmarkt zu rechnen. Zum einen bestehen aktuell noch Probleme, die anfallenden Bilddaten (etwa 1,4 GB/s bei 9,5 FPS als 14 Bit RAW-Datei) schnell genug zu speichern, bei der anschließenden Bildbearbeitung sowie auf Seiten der Optik. Letztere muss von sehr hoher Güte sein, um entsprechende Auflösungen überhaupt zu ermöglichen.
Zum einen geht es hier um hochpräzise geschliffene Linsen, zum Anderen um so genannte Beugungsscheibchen. Diese entstehen bei der Durchquerung und Beugung eines Lichtstrahls durch die Blende des Foto-Objektivs. So darf die Blendenzahl selbst unter idealen Bedingungen maximal f/2,8 betragen, um sich nicht negativ auf die Auflösung auszuwirken. Entsprechend lichtstarke Objektive sind aktuell sehr teuer und erreichen in nur sehr seltenen Fällen ihre maximales Auflösevermögen bereits bei f/2,8.


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