Konzeptidee für Spiegelreflexkameras in der Zukunft

[Fausto]

Hallo zusammen,

ich habe mich als technisch interessierter Laie über die letzten Monate in die Funktionsweise unterschiedlicher Kamerakonzepte (Kompakt, Spiegellos, Spiegelreflex, SLT) eingelesen. Besonders interessiert mich der Zusammenhang von Sucher, Autofokus und Bildsensor. Beim Nachdenken, welche Vor- und Nachteile die einzelnen Konzepte so haben, hatte ich eine Idee, wie man möglichst viele der Vorteile miteinander zu einem funktionalen und flexiblen Konzept verbinden könnte. Diese Idee würde ich gerne mit euch diskutieren (machbar?, sinnvoll?, schon dagewesen?).

Vorab eine kurze Überlegung zu den o.g. Konzepten mit den für meine Idee relevanten Vor- und Nachteilen:

Kompaktkameras und Spiegellose:
# Fokussierung und Belichtungsmessung erfolgt über den Bildsensor
+ Kein Front-/Backfokus durch AF-Sensor-Justage
+ Belichtungsmessung über Bildsensor
+ EVF möglich
+ Autofokus und Belichtungsmessung im LV vergleichsweise gut
+ Autofokuspunkt im ganzen Bildbereich frei positionierbar
+ Angezeigter und tatsächlicher Autofokusmessbereich sind identisch
+ Bei der Aufnahme keine zusätzlichen optischen Elemente zwischen Objektiv und Bildsensor
- Kein TTL-OVF möglich
- Autofokus-Geschwindigkeit vergleichsweise langsam
- Kein ordentliches Autofokus-Tracking

# Bei Integration von Phasen-Autofokus-Sensorelementen auf dem Bildsensor
+ Autofokusgeschwindigkeit und Tracking
- Autofokussensoren auf Bildsensor verdrängen einzelne Pixelsensoren

Spiegelreflex:
# Fokus über Autofokussensoren im Gehäuseboden (Licht fällt durch teildurchlässigen, beweglichen Hauptspiegel und wird über Hilfsspiegel zum AF-Sensor geleitet); Belichtungsmessung über Belichtungssensor im Suchergehäuse; Optischer Sucher TTL über Hauptspiegel und Pentaspiegel/-prisma im Suchergehäuse
+ Schneller Autofokus mit sehr gutem Tracking
+ TTL-OVF
+ Bei der Aufnahme keine zusätzlichen optischen Elemente zwischen Objektiv und Bildsensor
+ LV mit Autofokus/Belichtungsmessung analog Kompaktkamera möglich
- Spiegelgehäuse erfordert Platz und komplexe Präzisionsmechanik
- Spiegelmechanik erzeugt Erschütterungen
- Front-/Backfokus möglich
- Erfordert separate AF- und Belichtungssensoren
- Autofokus im LV eher langsam und ohne Tracking

SLT:
# Teildurchlässiger, feststehender Spiegel, der Licht zu Autofokussensoren im Gehäuse leitet; Belichtungsmessung über Bildsensor
+ Immer "LV"
+ Schneller Autofokus mit sehr gutem Tracking (auch bei LV & Video)
+ EVF möglich
- Kein TTL-OVF möglich
- Spiegelgehäuse erfordert Platz
- Front-/Backfokus möglich, falls keine Korrektur über Bildsensor (langsam?) erfolgt
- feststehender Spiegel leitet auch bei Aufnahme Licht vom Bildsensor weg

Nun die Idee:
Man ergänzt eine digitale Spiegelreflexkamera um Phasen-AF-Sensoren in den Bildsensor integriert (sowas gibt es bei Nikon 1, Canon 650D/EOS-M, Sony A99, Fuji X100s). Dadurch kann der separate AF-Sensor sammt Sekundärspiegel entfallen. Der Hauptspiegel lässt dann etwas Licht für den AF gerade auf den Sensor durch und leitet den Rest ins Suchergehäuse. Die Belichtungsmessung kann über den Bildsensor erfolgen, so dass ein separater Belichtungssensor im Suchergehäuse nicht mehr benötigt wird. Der Hauptspiegel bleibt weiterhin klappbar, so dass er bei der Aufnahme nicht im optischen Pfad stört.

Vorteile:
+ Schneller Autofokus mit sehr gutem Tracking (auch bei Video)
+ LV oder EVF mit voller Autofokusleistung möglich
+ TTL-OVF
+ Weniger Sensoren (AF, Belichtung) und Mechanik (Sekundärspiegel)
+ Kein Front-/Backfokus

Nachteile:
- Hauptspiegel braucht weiterhin Platz und Mechanik
- Spiegelmechanik kann Erschütterungen erzeugen
- Autofokussensoren auf Bildsensor verdrängen einzelne Pixelsensoren

Das Konzept krankt - soweit ich das beurteilen kann - derzeit nur daran, dass die bisher existierenden Kameras mit Phasen-AF-Sensoren auf dem Bildsensor noch nicht an die Fokus-/Trackingleistung von DSLRs mit dedizierten AF-Sensoren heranreichen. Ich vermute aber, dies ist eine "Kinderkrankheit" oder gibt es prinzipielle Gründe die dagegen sprechen, dass hier diesselbe AF-Leistung erreicht werden kann?

Ich könnte mir gut vorstellen, dass zukünftige DSLRs so aufgebaut sein könnten. Die dafür notwendigen Techniken gibt es alle bereits - nur halt nicht in einer Kamera als Gesamtkonzept. Was haltet ihr davon?

Gruß
Fabian

 

[Nightshot]

Ich vermute aber, dies ist eine "Kinderkrankheit" oder gibt es prinzipielle Gründe die dagegen sprechen, dass hier diesselbe AF-Leistung erreicht werden kann?

Der Phasen AF auf dem Bildsensor kann dir nur sagen in welche Richtung der Objektivmotor zu fahren hat, kann aber nicht sagen wie weit er zu fahren hat, dafür fehlt die Genauigkeit. Mir fällt auch nicht ein, wie man das ohne eine Voroptik lösen könnte.

Zudem sind die Pixel auf dem Bildsensor die für den AF verwendet werden um mindestens den Faktor 10 kleiner als die Pixel die typischer weise im AF Modul arbeiten. Das geht also nur bei richtig viel Licht.

 

[pan-optikum]

Deshalb hat die EOS-M so einen "wahnsinnig" schnellen Autofokus.


Siehe: http://www.youtube.com/watch?v=LO7rxitFLZg

 

[Berlin]

Nun die Idee:

Was macht denn der Spiegel in dieser Idee?

 

[pan-optikum]

Bei spiegellosen Systemen wird sich früher oder später nur der reine Kontrast-Autofokus durchsetzen. Es ist nur eine Frage der Rechenleistung und der Ausleserate des Sensors, um entsprechende Geschwindigkeiten beim Tracking zu erreichen.

 

[mrHiggins]

Meine Idee - SLT 2.0:

Bajonett, (AF Modul, Spiegel - falls vorhanden), Sensor
befindet sich in einer runden Einheit und lässt sich in der Kamera drehen.
Das heißt man hält Griff, Bedieneinheiten, Display, Sucher(digital) etc. normal, kann aber Sensor, Bajonett udn Objektiv in 90° Stellung bringen.


Der digitale Sucher der SOny bietet sich auch dafür an drehbar angebracht zu werden über ein Gelenk. Nach oben wie ein Schachtsucher oder zur Seite.

 

[Fausto]

Was macht denn der Spiegel in dieser Idee?

Für den optischen Sucher: Der Spiegel ist wie bei aktuellen DSLRs teildurchlässig, so dass ein Teil des Lichts durch Mattscheibe und Sucher ins Auge des Fotographen fällt und der Rest auf den Bildsensor, der anhand dessen Fokus und Belichtung messen kann.

Gruß
Fabian

 

[Fausto]

Bei spiegellosen Systemen wird sich früher oder später nur der reine Kontrast-Autofokus durchsetzen. Es ist nur eine Frage der Rechenleistung und der Ausleserate des Sensors, um entsprechende Geschwindigkeiten beim Tracking zu erreichen.

Das Problem beim Kontrastautofokus ist halt, dass der zunächst nicht weiß, in welche Richtung er starten muss. Außerdem kann er sich von lokalen Kontrastmaxima leichter aus dem Tritt bringen lassen als Phasen-AF und die für prädiktives Tracking notwendige Information über die Geschwindigkeit des zu trackenden Motivs kann er auch nur indirekt gewinnen. Dazu kommt die Trägheit der Objektive, die von einem Phasen-AF, der sofort weiß, wie weit er ungefähr fahren muss, anders angesteuert werden können.

Ich bezweifele nicht, das Kontrast-AF richtig gut und für die meisten Anwendungen schnell genug werden wird, aber gerade in Sachen Tracking sehe ich prinzipbedingte Probleme. Vielleicht sind unterstützende Phasen-Pixel auf dem Bildsensor ja eine Möglichkeit das besser hinzukriegen.

Gruß
Fabian

 

[whr_]

Das Konzept krankt - soweit ich das beurteilen kann - derzeit nur daran, dass die bisher existierenden Kameras mit Phasen-AF-Sensoren auf dem Bildsensor noch nicht an die Fokus-/Trackingleistung von DSLRs mit dedizierten AF-Sensoren heranreichen. Ich vermute aber, dies ist eine "Kinderkrankheit" oder gibt es prinzipielle Gründe die dagegen sprechen, dass hier diesselbe AF-Leistung erreicht werden kann?

Es gibt dafür massive Gründe. Vor allem zu wenig Licht, weil die Pixel notgedrungen sehr viel kleiner sind als die richtiger Phasen-AF-Sensoren. Deshalb funktionieren sie nur mit genügend Licht.

Und wenn die Sensoren dann auch noch nur einen kleinen Teil des Lichts durch den Hauptspiegel hindurch bekommen, wird das noch schlechter.

Bei spiegellosen Systemen wird sich früher oder später nur der reine Kontrast-Autofokus durchsetzen. Es ist nur eine Frage der Rechenleistung und der Ausleserate des Sensors, um entsprechende Geschwindigkeiten beim Tracking zu erreichen.

Toll, daß die Geschwindigkeit der Objektivmechanik keine Rolle spielt.

Kontrast-AF ist trial and error - das Ausprobieren geht umso schneller je kleiner die Linsen sind. Die Linsen sind umso kleiner, je kleiner der Sensor ist. Deshalb gibt es bei mFT schon recht schnellen Kontrast-AF und bei Kleinbild nichts brauchbares.

 

[talpi]

Außerdem kann er sich von lokalen Kontrastmaxima leichter aus dem Tritt bringen lassen als Phasen-AF und [..]

Wie kann es denn da zu lokalen Maxima kommen? Ich würde hier eine streng(?) monotone Ergebnisfunktion erwarten. Wie soll denn bei abnehmender Schärfe durch Fehlfokussierung der lokale Kontrast steigen? (Natürlich unter der Voraussetzung, das es nur eine Schärfeebene im relevanten Bildteil gibt. Wenn es Mehrere gibt, wäre ein lokales Maximum aber trotzdem ein gültiges Ziel, da dann ja ein Objekt im "AF-Sensor" scharf gestellt wurde.)


Beim Rest bin ich Deiner Meinung. Ich glaube auch das der Phasen-AF aufgrund dem Mehr an Information (Richtung und Abstand zur Schärfeebene) eine Lebensberechtigung behalten wird, aber zuhnehmend in Nischenprodukten.
In welcher Form wird sich zeigen.

 

[Frank Klemm]

Das Problem beim Kontrastautofokus ist halt, dass der zunächst nicht weiß, in welche Richtung er starten muss.

Warum?
Du läßt den Sensor mit z.B. 60 Hz in z-Richtung schwingen und bestimmst den Korrelationskoeffizient mit dieser Schwingung.

Außerdem kann er sich von lokalen Kontrastmaxima leichter aus dem Tritt bringen lassen als Phasen-AF

Es gibt keine lokalen Maxima.
Der Phasenkontrast-AF läßt sich dagegen durch regelmäßige Strukturen außer Tritt bringen.

und die für prädiktives Tracking notwendige Information über die Geschwindigkeit des zu trackenden Motivs kann er auch nur indirekt gewinnen.

Gleiches gilt für Phasenkontrast-AF.

Dazu kommt die Trägheit der Objektive,

Es zwingt Dich keiner, das Objektiv zu bewegen.

die von einem Phasen-AF, der sofort weiß, wie weit er ungefähr fahren muss, anders angesteuert werden können.

Der Phasenkontrast-AF hat größere Vorteile bei starker Defokussierung.
Seine Ausnutzung des vorhandenen Lichts ist dafür unter aller Sau.

Ich bezweifele nicht, das Kontrast-AF richtig gut und für die meisten Anwendungen schnell genug werden wird, aber gerade in Sachen Tracking sehe ich prinzipbedingte Probleme. Vielleicht sind unterstützende Phasen-Pixel auf dem Bildsensor ja eine Möglichkeit das besser hinzukriegen.

Sieht man über Zeitspannen von 10 bis 15 Jahren, dann kann dem heutigen Phasenkontrast-AF das gleiche drohen wie der analogen Fotografie.
Etwas Mechanik am Sensor, umfangreiche Auswertemöglichkeiten direkt auf dem CMOS-Chip und dieser AF ist den heutigen AF-Sensoren einer 1DIV außer für Randfälle weit überlegen.

 

[Frank Klemm]

Es gibt dafür massive Gründe. Vor allem zu wenig Licht, weil die Pixel notgedrungen sehr viel kleiner sind als die richtiger Phasen-AF-Sensoren. Deshalb funktionieren sie nur mit genügend Licht.

Kontrast-AF hat wesentlich bessere Lowlight-Möglichkeiten als
dedizierte AF-Sensoren. Ursache ist die Lichtausnutzung.

Die kleinen Pixel stören nicht, solange das Ausleserauschen vernachlässigbar ist. Dafür hat man wesentlich mehr Pixel (etwa 4! Größenordnungen).

Und wenn die Sensoren dann auch noch nur einen kleinen Teil des Lichts durch den Hauptspiegel hindurch bekommen, wird das noch schlechter.

Das Problem haben aktuelle DSLRs genauso.

Toll, daß die Geschwindigkeit der Objektivmechanik keine Rolle spielt.

Nutze das Objektiv für die Grobeinstellung.

Kontrast-AF ist trial and error - das Ausprobieren geht umso schneller je kleiner die Linsen sind. Die Linsen sind umso kleiner, je kleiner der Sensor ist. Deshalb gibt es bei mFT schon recht schnellen Kontrast-AF und bei Kleinbild nichts brauchbares.

Häng den Sensor auf einen Piezo und nutze etablierte Mathematik statt Probieren.

 

[Frank Klemm]

Bluetooth-Transceiver für alle Kommunikationsaufgaben mit geringer Datenrate
Offenes Betriebssystem zum Installieren eigener Applikation (Belichtungssteuerung, Blitzsteuerung, Anzeigemodi, Weißabgleich, Fokussteuerung)
Entwicklung von Bedienkonzepten, die nicht auf Zwängen des elektromechanischen Zeitalters beruhen.

 

[kiwete]

Offenes Betriebssystem zum Installieren eigener Applikation (Belichtungssteuerung, Blitzsteuerung, Anzeigemodi, Weißabgleich, Fokussteuerung)

Wenn ein Hersteller das macht, dann hat er in mir einen Kunden gewonnen.

Die Frage ist, ob sich das für die alteingesessenen Anbieter lohnt. Immerhin kann man dann nicht mehr eine Kamera für 300€ mehr anbieten, in der per Software ein paar simple Features freigeschalten sind. Dann gäbe es automatische Blendenreihen, Fokusreihen, Belichtungsreihen, frei programmierbare Knöpfe und zwar so wie der Nutzer es haben will, nicht wie der Hersteller ihn lässt.

Bei den Spiegelreflexsystemen glaube ich nicht wirklich dran. Bei Micro Four Thirds wäre der Einstieg in den Kameramarkt für einen Neuling aber machbar, da man nicht gleichzeitg auch noch Objektive anbieten müsste.

 

[whr_]

Es gibt dafür massive Gründe. Vor allem zu wenig Licht, weil die Pixel notgedrungen sehr viel kleiner sind als die richtiger Phasen-AF-Sensoren. Deshalb funktionieren sie nur mit genügend Licht.

Kontrast-AF hat wesentlich bessere Lowlight-Möglichkeiten als dedizierte AF-Sensoren. Ursache ist die Lichtausnutzung.

Wenn Du meinen Beitrag auch gelesen hättest, wüßtest, das es darin gar nicht um Kontrast-AF ging, sondern um Phasen-AF-Pixel auf dem Sensor.

Zitierter Bezug:

Das Konzept krankt - soweit ich das beurteilen kann - derzeit nur daran, dass die bisher existierenden Kameras mit Phasen-AF-Sensoren auf dem Bildsensor noch nicht an die Fokus-/Trackingleistung von DSLRs mit dedizierten AF-Sensoren heranreichen. Ich vermute aber, dies ist eine "Kinderkrankheit" oder gibt es prinzipielle Gründe die dagegen sprechen, dass hier diesselbe AF-Leistung erreicht werden kann?

Den Sensor auf dem Piezo gibt es halt bisher nicht. Wenn schon, eher Voice-Coil als Piezo, sonst reicht der Verstellbereich nicht (oder der Piezostack muß sehr groß werden). Und so ganz leicht ist ein Kleinbildsensor mit Gehäuse, Deckglas und Leiterplatte dann auch nicht mehr.

Ich hatte das übrigens vor 3 1/2 Jahren schon mal vorgeschlagen.
https://www.dslr-forum.de/showpost.php?p=5346246&postcount=18
Immerhin hat Sony die SLT ein Jahr danach genau so (mit Ausnahme des elektronischen Shutter) wie von mir damals beschrieben realisiert. Vielleicht kommt der Rest ja auch noch....

 

[Berlin]

Für den optischen Sucher: Der Spiegel ist wie bei aktuellen DSLRs teildurchlässig, so dass ein Teil des Lichts durch Mattscheibe und Sucher ins Auge des Fotographen fällt und der Rest auf den Bildsensor, der anhand dessen Fokus und Belichtung messen kann.

Gruß
Fabian

Der Spiegel ist doch nur bei der analogen Kamera erforderlich gewesen,
um ein paralaxenfreies Sucherbild zu bekommen.
Die Optiker mussten dafür Handstände bei der Objektiventwicklung machen.
Der Spiegel ist bei einer Digitalkamera genauso nötig, wie die
Deichsel beim Auto, nur solange es Menschen gibt, die an der Pferdekutsche
hängen.
Gruß
Bernhard

 

[talpi]

Der Spiegel ist doch nur bei der analogen Kamera erforderlich gewesen,
um ein paralaxenfreies Sucherbild zu bekommen.
Die Optiker mussten dafür Handstände bei der Objektiventwicklung machen.
Der Spiegel ist bei einer Digitalkamera genauso nötig, wie die
Deichsel beim Auto, nur solange es Menschen gibt, die an der Pferdekutsche
hängen.

Da ham wir Ihn wieder, den guten alten Autovergleich

Der Spiegel ermöglicht einen optischen Sucher und dedizierte Sensoren mit eigener Optik für Phasen-AF, Belichtungsmessung und was weiß ich sonst noch alles.
Man kann sicher darüber streiten*, ob das alles in jedem Anwendungsfeld notwendig ist und ob es mittlerweile Alternativen für das ein oder Andere gibt, aber komplett sinnfrei, wie in Deinem Vergleich angedeutet, ist es sicher nicht.

Und die "Handstände" sind auch nur für Brennweite < Auflagenmaß notwendig.

[Ergänzung]*Eigentlich gibts da nichts zu streiten. Die Marktsituation zeigt, das es (immer noch) praxisrelevante Vorteile für spiegel und spiegellose Systeme gibt.

 

[Fausto]

Wie kann es denn da zu lokalen Maxima kommen? Ich würde hier eine streng(?) monotone Ergebnisfunktion erwarten. Wie soll denn bei abnehmender Schärfe durch Fehlfokussierung der lokale Kontrast steigen? (Natürlich unter der Voraussetzung, das es nur eine Schärfeebene im relevanten Bildteil gibt. Wenn es Mehrere gibt, wäre ein lokales Maximum aber trotzdem ein gültiges Ziel, da dann ja ein Objekt im "AF-Sensor" scharf gestellt wurde.)

Stimmt, lokale Maxima kommen vor, wenn es mehrere Ebenen innerhalb des Fokusmessbereichs gibt, die fokussiert werden können. Theoretisch ist der AF auch fertig, sobald er eine davon sauber getroffen hat - falls es nicht die war, die der Fotograph gerne gehabt hätte, kann der AF erstmal nichts dafür. Der Phasen-AF müsste mehrere Schärfe-Ebenen simultan "sehen" können. Ob das der Kamera dabei hilft, die Wünsche des Menschen dahinter besser zu erraten, ist wohl eher eine Software- und User-Frage. Subjektiv habe ich den Eindruck, dass das Treffen der "richtigen" Schärfeebene bei DSLRs besser funktioniert als bei den Spiegellosen (zumindest den frühen á la GF1).

Gruß
Fabian

 

[Fausto]

Warum?
Du läßt den Sensor mit z.B. 60 Hz in z-Richtung schwingen und bestimmst den Korrelationskoeffizient mit dieser Schwingung.

Ok, die Idee ist interessant. Allerdings bleibt dabei trotzdem die Verzögerung mindestens einer Schwingungsperiode bis der Sensor dieselbe Information gewonnen hat, die der Phasen-AF-Sensor auf den ersten Blick "sieht" - lässt sich aber mit Sicherheit in Bereiche bewegen, die praktisch nicht mehr relevant sind. Wäre cool zu wissen, ob Olympus mit dem viel-achsigen Stabi in der OM-D E-M5 (wie kommt man eigentlich auf so einen bescheuerten Namen für so eine schnuckelige Kamera?) schon könnte oder gar macht.

Gruß
Fabian

 

[Fausto]

Bluetooth-Transceiver für alle Kommunikationsaufgaben mit geringer Datenrate
Offenes Betriebssystem zum Installieren eigener Applikation (Belichtungssteuerung, Blitzsteuerung, Anzeigemodi, Weißabgleich, Fokussteuerung)
Entwicklung von Bedienkonzepten, die nicht auf Zwängen des elektromechanischen Zeitalters beruhen.

Solche Featurewünsche hätte ich durchaus auch (W-LAN tethering und Kamerafernsteuerung á la Camranger aus Lightroom heraus anyone?). Aber darum geht es mir hier erstmal nicht, denn diese Dinge lassen sich in DSLRs, Spiegellosen, SLTs, Kompakten und auch Rangefindern gleichermaßen integrieren.

Neulich habe ich (ich glaube bei Thom Hogan) die Idee aufgeschnappt, die in der Kamera schon vorhandenen Sensoren besser zu nutzen / vernetzen (z.B. Remote-Auslösung durch in die Hände klatschen dank dem für Video ohnehin schon eingebauten Mikrofon). Solche Sachen ließen sich natürlich auf einer offenen Plattform einfach per Software nachrüsten, selbst wenn der ursprüngliche Hersteller gar nicht erst auf die Idee gekommen wäre.

Gruß
Fabian