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Nutzen von "Gapless"-Sensoren-Layout

mittelhessen

Themenersteller
Nach der Veröffentlichung der Canon 550D, las ich zum ersten Mal was von Sensoren deren Microlinsen gapless (also Lückenlos) vor den Lichtdioden angebracht sind. Schematisch gesehen, sieht das Ganze dann so aus.

Prinzipiell ging man ja immer davon aus, dass eine höhere Pixeldichte auch zu einem verstärkten Rauschen führt, was man insbesondere bei höheren Empfindlichkeiten merkt. Dass das in der Praxis aber nicht immer so ist, bzw. neuere Kameragenerationen mit höherer Pixeldichte nicht unbedingt mehr Rauschen, als ihre Vorgänger sieht man ja in zahlreichen Tests und Vergleichen. Meiner Meinung nach muss man aber unterscheiden, ob man das Rauschen RAW oder als JPG vergleicht. Bei JPG ist es ja kein Problem das Rauschen effektiv zu unterdrücken (im schlimmsten Fall mit starker Glättung und erheblichem Texturverlust). Man sollte sich hinsichtlich des Rauschens bestimmter Sensoren erstmal auf RAW beschränken, da das Ergebnis als JPG erheblich anders aussehen kann.

Der Canon 550D schenkt man nun einen Sensor im gapless-Design und bewirbt das mit einer erhöhten Effektivität jedes einzelnen Pixels (also weniger Rauschen). Das Kuriose ist allerdings, dass man die Pixeldichte erhöht. Die Lücken zwischen den Microlinsen werden dadurch zwar geschlossen, aber die Microlinsen nicht größer. Aus meiner Sicht kann man sagen, dass Canon dort nicht die Effektivität der einzelnen Pixel erhöht, sondern die gewonnene, effektive Fläche der Microlinsen (durch Schließen der Lücken) dazu nutzt eine höhere Pixeldichte zu erreichen.

Mache ich da einen Denkfehler?!

Welche anderen Bodys (auch von anderen Herstellern) setzen ebenfalls auf das gapless-Design und mit welchem Erfolg?
 
AW: Nutzen von gapless Sensoren-Layout

Also erstmal sind die Microlinsen nicht vor den Leuchtdioden, sondern von den Photodioden - die senden kein Licht, sonderm empfangen es. Anyway...

Es ist richtig, dass die Effektivität der Pixel dadurch erhöht wird. Würde man über den 15MP-Sensor der 500D solche Microlinsen legen, würde der wohl mehr Licht sammeln, also empfindlicher werden und bei gleicher Empfindlichkeit weniger rauschen, weil eine geringere Verstärkung des Signals nötig ist.

Wenn Canon die Pixeldichte um 9,5% erhöht (15MP -> 18MP), müssten die Microlinsen mindestens ca diese 10% mehr Licht bringen. Was sie mehr bringen, kann für einen bessere Rauschfreiheit bei gleicher Empfindlichkeit genutzt werden.

Was jetzt in der kleinen Rechnung noch nicht enthalten ist, sind andere Verstärkerschaltungen, evtl andere Filter und so weiter.
 
AW: Nutzen von gapless Sensoren-Layout

Also erstmal sind die Microlinsen nicht vor den Leuchtdioden, sondern von den Photodioden - die senden kein Licht, sonderm empfangen es. Anyway...

Das ist klar... Wo hab ich denn was von Leuchtdioden geschrieben?! :-D

Was jetzt in der kleinen Rechnung noch nicht enthalten ist, sind andere Verstärkerschaltungen, evtl andere Filter und so weiter.

Was bei der 550D spannend bleibt, ist die Auslegung des AA-Filters. Aber das ist wieder ein anderes Thema und gehört nicht wirklich hier her.

Ist es denn richtig, dass die 50D ebenfalls mit diesen Microlinsen arbeitet? Der englischen Beschreibung auf dpreview.com müsste das zutreffen. Andererseits wird oft behauptet, dass die 500D den besseren Sensor gegenüber der 50D habe. Nominell haben beide zwar die gleichen Daten, aber evtl. liegen andere Filter drüber. Aber setzt man den Fall, dass die 50D bereits diese Microlinsen hat, müsste sie dann in der Bildqualität (was die Effektivität bei wenig Licht betrifft, sprich: Rauschverhalten) besser sein als die 500D?
 
AW: Nutzen von gapless Sensoren-Layout

Ist es denn richtig, dass die 50D ebenfalls mit diesen Microlinsen arbeitet?

Microlinsen in Consumer-DSLRs sind seit 10 Jahren Standard.

Die Werbung mit Gapless Micro Lenses wiederholt sich in jeder Kamerageneration. Auf einmal hatte die alte Generation riesige Lücken, die bei der neuen auf einmal weg sind.
 
AW: Nutzen von gapless Sensoren-Layout

Microlinsen in Consumer-DSLRs sind seit 10 Jahren Standard.

Microlinsen sehr wohl, aber es geht hier im Speziellen ja um die gapless-Variante.

Die Werbung mit Gapless Micro Lenses wiederholt sich in jeder Kamerageneration. Auf einmal hatte die alte Generation riesige Lücken, die bei der neuen auf einmal weg sind.

Das habe ich bisher so im Consumerbereich noch nicht wahrgenommen. Wenn es sich ständig wiederholt, bedeudet dies ja, dass die Lücken nur minimiert wurden und immer noch vorhanden sind. Der wörtlichen Übersetzung nach, dürften aber bei der gapless-Variante keine Lücke mehr vorhanden sein, also auch keine weitere Verbesserung (aus dieser Sicht) in Zukunft möglich sein.

Jetzt wird erstmal richtig klar, dass der in vielen Zeitschriften und Tests genannte Pixelpitch (Abstand von Pixelmitte zu Pixelmitte) nur eine sehr untergeordnete Relevanz hat, da er nichts über die reale Größe eines einzelnen Pixels (besser gesagt einer Microlinse) aussagt.
 
AW: Nutzen von gapless Sensoren-Layout

Microlinsen sehr wohl, aber es geht hier im Speziellen ja um die gapless-Variante.

Es gibt kein Gapless. Das ist Marketing-Gesch***l.

Das beworbene Gapless-Design wurde z.B. beim Wechsel von der 40D zur 50D beworben.

Siehe http://www.dpreview.com/reviews/CanonEOS50D/page3.asp

Auf der anderen Seite hat sich von der 40D zur 50D im Grün- und Blaukanal nichts getan.
Der Rotkanal ist etwas empfindlicher geworden, allerdings mit noch mehr Crosstalk vom Grünkanal
(der so schon kritisch ist und im verhältnis zu Nikon sehr sehr hoch ist).

Messungen auf der französischen Astrosurf-Seite:
http://www.astrosurf.com/~buil/50d/canon_40d_50d.png

Weiterhin wird Gapless bei der 50D beworben, bei der 500D nicht.
Messungen auf DXOmark deuten auf eine bessere Quantenausbeute
bei der 500D als bei der 50D hin (wenn auch nur marginal).

http://dxomark.com/index.php/eng/Image-Quality-Database/Canon/EOS-50D
http://dxomark.com/index.php/eng/Image-Quality-Database/Canon/EOS-500D

Daher halte ich das für hochreines Marketing.

Wo sich allerdings wirklich was getan hat, ist bei der Weiterentwicklung der 5D Mark II.
Dort spricht Canon aber nur von "Reduced micro lens gap", was wesentlich nachvollziehbarer ist.
 
Zuletzt bearbeitet von einem Moderator:
AW: Nutzen von gapless Sensoren-Layout

Wo sich allerdings wirklich was getan hat, ist bei der Weiterentwicklung der 5D Mark II.
Dort spricht Canon aber nur von "Reduced micro lens gap", was wesentlich nachvollziehbarer ist.

Wo genau besteht da der Unterschied zum normalem lens gap? :confused:
 
AW: Nutzen von gapless Sensoren-Layout

Es gibt kein Gapless. Das ist Marketing-Gesch***l.

Volle Zustimmung.

Das ganze ist eher in der Welt des Aberglaubens anzusiedeln.
Wenn eine Eigenschaft sich weder nachweisen lässt noch es zu einem Vorteil für das Ergebnis (das Foto) ist, ist es zumindest irrelevant und damit nicht erwähnneswert.
 
Eine Steigerung von gapless kann es meiner Meinung nach nicht geben. Da wo keine Lücke vorhanden ist, kann eine Lücke auch nicht mehr verkleinert werden. Die Sensoren der 50D und der 7D mögen gapless sein, aber nirgends wird ja gesagt, dass der Sensor der 550D in irgendeiner Form eine "gesteigerte" gapless-Variante ist. So wie es seitens Canon zu lesen ist, hat die 550D einen weiterentwickelten Sensor (gegenüber welchem? dem der 7D?). Das muss sich ja nicht zwangsläufig nur auf das gapless-Layout beziehen. Hinsichtlich des Sensors gibt es sehr wahrscheinlich ja auch noch andere Weiterentwicklungsmöglichkeiten.

Was sich mir jedoch nicht erschließt, ist die Tatsache, dass die 500D bekanntermaßen neuer ist als die 50D. Die 50D soll dagegen einen gapless-Sensor haben (was natürlich möglich ist), aber schneidet in vielen Beurteilungen und Tests (nur bezüglich der Bildqualität) nicht besser oder teilweise gar schlechter ab, als die 500D?!
 
Eine Steigerung von gapless kann es meiner Meinung nach nicht geben.

Es gibt nicht mal ein Gapless.

Weil der Begriff schon bei Monochromsensoren bei frontalem Strahleinfall nicht eindeutig definierbar ist.

In der Praxis kommt jetzt das Bayer-CFA-Problem und das Problem von nicht achsenparallelen Strahlen hinzu.

Zum Monochrom-Fall von achsenparallelen Strahlen:
Jedes Pixel hat eine Empfindlichkeit Q_ij(x,y).
Wenn wir diese über alle Pixel integrieren, erhalten wir eine globale Funktion Q_total(x,y).
Diese Funktion ist nie ganz eben. Sie hat einen Durchschnittswert und an den Pixelkanten mehr oder weniger leichte Einbrüche.
Was bezeichnen wir jetzt mit Gapless?
Außerdem interessiert die Rauhigkeit dieser Funktion nicht so sehr, wichtiger ist eine gute Quanteneffizienz.
Diese kann aber auch bei einer vergleichsweise glatten Funktion Q_total(x,y) miserabel sein.

Daher interessieren mich mehr die effektiven Quanteneffizienzen.
http://www.astrosurf.com/~buil/50d/test.htm
 
Es gibt nicht mal ein Gapless.

Weil der Begriff schon bei Monochromsensoren bei frontalem Strahleinfall nicht eindeutig definierbar ist.

In der Praxis kommt jetzt das Bayer-CFA-Problem und das Problem von nicht achsenparallelen Strahlen hinzu. ...
... und da Mikrolinsen ja nicht perfekt mit extremen Aperturen und wenig retrofokal / telezentrischen mittleren bis kurzen Brennweiten harmonieren, ist irgendwann einmal der Punkt gekommen, an dem eine sagenhaft konzentrierende Mikrolinse schlechter ist, als eine größere "photoactive site" des Pixels, die von der Mikrolinse weniger Konzentration des einfallenden Lichtes erfordert.

-> all dies wird natürlich dann wieder in der Quanteneffizienz als summarisches Testverfahren sichtbar. Bei den Canon-DSLRs scheinen mittlerweile schon >> 50 % des Potentials von front-illuminated Bayer-Sensoren gehoben zu sein. Schliesst man back-illuminated & back-thinned-Architekturen mit ein, dann könnte noch eine Blendenstufe am ISO nach oben gehen, wobei dann allerdings eine gleich bleibende full well capacity die Konsequenz ergäbe, dass der "basis-ISO" auch entsprechend nach oben geht.

Zu den Effekten von Mikrolinsen, Bayer-Filter & Schutzglas auf die QE sowie als Anhaltspunkt für Winkeleinfall und Effekte eines microlens-shift sind Seite 17 und 18 des Datenblattes zum KAF-8300 ganz interessant (m.W. war dieser Sensor auch mal in einer OLY FT verbaut).

Andere Frage aber in gleichem Zusammenhang:
Was begrenzt denn die full-well capacity letzten Endes? Durch welche Maßnahmen (größere Sites durch schmalere Leiterbahnen, nicht-photosensitive Halbleiterelemente an der Sensorvorderseite; andere Dotierung; mehr Volumen in der Tiefe; ...) zu steigern? Falls ja, wo lägen hierbei die Grenzen und warum sind diese dann kaum mehr überwindbar? Läge die active-zone eines Pixels bei 100%, wären dann Mikrolinsen nicht entbehrlich? Wie kritisch wird bei Vergrößerung der active site die Exaktheit eines Bayer-Filters?
 
Sorry, dass ich euch fachlich nicht mehr vollständig sondern nur noch ansatzweise folgen kann, aber ihr dürft natürlich gerne weiter diskutieren. ;-)
 
Was hier unterschieden werden muss, ist der Unterschied zwischen den Mikrolinsen, die ja ein gutes Stück vor der lichtempfindlichen Fotodiode sitzen und dem Abstand der Fotodioden selbst.
Ein gapeless design der Mikrolinsen ist durchaus möglich, hilft aber natürlich nur bedingt, da sie natürlich das Licht wie oben beschrieben nur geringfügig besser auf die Fotodioden umlenken. Eine 100% Ausbeute des einfallenden Lichtes findet dadurch natürlich noch nicht statt.

Aber das schöne am Sensor der 550D ist, dass die Fotodioden im Vergleich zur 500D nicht kleiner geworden sind, sondern nur enger beieinander liegen. Dadurch ist die lichtempfindliche Gesamtfläche auf dem Sensor größer geworden und wir können von einer tatsächlichen erhöhten Lichtausbeute ausgehen. Dies würde das Rauschen auch wirklich senken. Ich hoffe dies ist auch der Grund warum Canon nun ISO 6400 direkt auswählbar macht anstatt in H1 zu verpacken. Allerdings kann dies auch nur an der Verbesserten Softwareentrauschung für jpg liegen.

In der Zukunft werden wir hoffentlich erleben, dass die Fotodioden einen immer größeren Teil der Sensoroberfläche einnehmen und der Abstand dieser sich immer weiter verringert. Dann spielen die Mikrolinsen auch eine immer kleinere Bedeutung.

Der AA-Filter wird dagegen immer benötigt, dies liegt einfach am Bayer-Sensor. Die Hasselblad verzichtet besonders deshalb darauf, weil sie einen extra-Modus anbietet, indem der Sensor mehrfach belichtet und dazwischen immer um genau einen Pixel verschoben wird. So wird jede Fotodiode mit Rot, Grün und Blau direkt belichtet. Bei dieser Belichtungsmethode ist tatsächlich kein AA-Filter mehr nötig, denn Moir-Treppen tauchen nicht mehr auf. Klappt aber auch nur bei Studio-Produkt-Aufnahmen, bei denen sich die Kamera und das Objekt auch nicht nur minimal bewegen können. Bei normaler Verwendung finden sich dort starke Moir-Artefakte.
 
Wenn stimmt, was Sony da über den aktuellen Stand ihrer BSI-Sensoren erzählt (https://submissions.miracd.com/ISSCC2010/WebAP/PDF/AP_Session22.pdf pkt.22.9) dann liegen sie damit bei über 3000e-/µm2.
Vielen Dank, das ist ja mal eine Ansage: die Knippskistensensoren sind also schon jetzt, zumindest aber in bälde dabei, die >10k€ wiss. Kameras zu überholen.

pixel clock 576 MHz
8850 ke- Saturation
1,7 e- Ausleserauschen
10-bit Dynamik
...
und das auf einem 10,3 MP 1/2.3"-Sensor :eek:

Festplatten, haltet euch fest, der Daten-Tsunami rollt an!
 
Äh... Bedeutet dies, dass die Megapixel-Zahlen bei den Kompakten demnächst wieder steigen? :eek:
Es heisst, dass ein Pixel dieses Sensors trotz seiner Fips-Dimension von 1,55 x 1,55 µm² gleich viel Ladung tragen kann, wie ein in der Fläche 9-fach größeres Pixel der EOS 50D (glaubt man dem Abschätzungsversuch in http://www.astrosurf.com/~buil/50d/test.htm).

Was für mich etwas dagegen spricht, wäre die Tatsache, dass dann der "basis-ISO" des Sony-Sensors trotz einer Quanteneffizienz von idealisierten 80-100% immer noch bei ISO-25 zu liegen käme, um überhaupt genügend Photonen auf der Fläche anliefern zu können, die dann den Sensor in die Sättigung treiben.

Und ich dachte, dass in ein paar Jahren der Megapixel-Wahn auch bei den DSLRs so langsam zum Erliegen käme... :(
Bei den Fips-Sensoren kommt er wegen der Beugung der Objektive langsam zum Erliegen. Bei den DSLRs ist er sicherlich noch lange nicht zu Ende.
 
...Äh... Bedeutet dies, dass die Megapixel-Zahlen bei den Kompakten demnächst wieder steigen? ... :(
Mindestens zwei Hersteller bringen heuer neue 14Mpix Kompaktsensoren mit etwa 1,4µm Pixelgröße. Bei Aptina läuft ein BSI-Prototyp mit 1,1µm-Pixeln.
Den Objektiv-Designern steht der Angstschweiß auf der Stirn.

...
Und ich dachte, dass in ein paar Jahren der Megapixel-Wahn auch bei den DSLRs so langsam zum Erliegen käme... :(

Ich würde mir wünschen, daß der Megapixelwahn bei den DSLR's endlich mal beginnen würde...

LG Horstl
 
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