Digitalkameras: Der Sensortyp - CCD vs. CMOS

Sony Alpha 57: Blick auf den Sensor Sony Alpha 57: Blick auf den Sensor

Die CMOS-Sensoren galten lange Zeit im Vergleich zu CCD-Sensoren als qualitativ minderwertiger. Doch das hat sich mit der technologischen Entwicklung geändert. Wurden CMOS-Sensoren früher nur in Low-End-Kameras verbaut, sind sie heute in jeder Spiegelreflexkamera zu finden. Das liegt vor allem daran, dass sie einige ihrer konstruktionsbedingten Nachteile abgelegt haben und gegenüber den CCD-Sensoren Vorteile aufweisen können.

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor; dt.: Komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter)

Im CMOS-Sensor läuft in den einzelnen Pixeln selbst die Wandlung von Elektronen in Spannung ab. Daher ist die Lichtempfindlichkeit der Pixel höher als bei CCD-Sensoren. Am Beginn der Entwicklung war das noch umgekehrt. Die Transistoren, die für die Wandlung verantwortlich sind, benötigen weniger Strom, was der Akkulaufzeit zugute kommt. Doch hat das auch einen Nachteil. Fertigungsbedingt bestehen zwischen den Pixeln Unterschiede bei der Verstärkung des Lichtsignals. So liefert nicht jeder Pixel bei gleicher Beleuchtung das gleiche Signal, was sich als Bildrauschen oder Störung bemerkbar machen kann. Ein CMOS-Sensor liefert eine schnellere Signalverarbeitung und somit schnellere Bildraten. Außerdem kann durch das Auslesen der einzelnen Pixel die Vorschau von Bildern (Preview) beschleunigt werden und die hohen Raten verbessern die Qualität von Videoaufzeichnungen. Mehrfaches Auslesen des Sensors ist unproblematisch und mit dem sogenannten Binning (Zusammenfassen mehrerer Pixel zu Blöcken) erhöht sich die Lichtempfindlichkeit. Ein Unterschied zu CCD-Sensoren besteht darin, dass CMOS-Sensoren unempfindlich gegenüber UV- und IR-Strahlung sind. Für den ''normalen'' Fotografen, der auf diese Strahlung verzichten kann, bedeutet das eine geringere Anfälligkeit des Sensors für Bildstörungen.

CCD (Charge-Coupled Device; dt.: Ladungsgekoppelte Schaltung)

Im Gegensatz zu einem CMOS-Sensor werden im CCD-Sensor nicht die einzelnen Pixel ausgelesen, sondern diese sind in Reihe geschaltet. Jedes Pixel gibt seine elektronische Ladung an das nächste Pixel weiter, bis die Ladung am Rand des Sensors abfließt und in Transistoren verstärkt und konvertiert wird. Dies hatte auf einem früheren Entwicklungsstand den Vorteil, dass die gesamte Sensorfläche mit lichtempfindlichen Pixeln bedeckt war (hoher Füllfaktor), wo beim CMOS-Sensor die Fläche auch für Transistoren genutzt werden musste. Daher waren CCD-Sensoren lichtempfindlicher als CMOS-Sensoren. Diesen Vorteil hat CCD durch die Weiterentwicklung von CMOS allerdings längst eingebüßt. Die in Reihe geschalteten Pixel weisen Nachteile auf. So kann ein defekter Pixel zum Totalausfall einer ganzen Pixelreihe führen, womit die Auflösung der Fotos abnimmt. Außerdem kann die Ladung eines Pixels bei viel Licht ''überlaufen''. Das heißt, dass ein überstrahltes Pixel weiß angezeigt wird und ebenso die benachbarten Pixel zu viel Spannung erhalten und als weiße Bildpunkte erscheinen. Diesen Effekt kann man bemerken, wenn man ein Spitzlicht fotografiert: Ein Sonnenstrahl sieht dann unter Umständen im Foto wie ein weißer Strich aus (''Smear''). Außerdem kann es zu weiteren Abbildungsfehlern (Artefakte) kommen, wie dem Blooming. Auch hier erscheinen helle Bildbereiche komplett weiß – oder ''ausgefressen'', wie Fotografen sagen. Es entsteht nicht nur ein weißer Streifen, sondern eine weiße Fläche.

Autor: Marie M.