Was bringt BSI wirklich?

[Yogilein]

Hallo zusammen,

falls es dazu bereits einen Thread gibt, gebt mir bitte den Link. Die Suche hat mir dazu nichts ausgespuckt.

Immer mehr neue Kameras haben einen BSI-Sensor. Schaue ich mir die Erläuterungen dazu an, kommen mir einige Zweifel.

Erklärt wird, dass jetzt das ganze Licht eingefangen wird, da keine Leiterbahnen mehr dazwischen liegen. In irgend einer Erklärung wurde von bis zu 40 % mehr Licht ausgegangen, im Vergleich zu einem konventionellen Sensor.

Und jetzt kommt der Moment, bei dem ich aussteige, denn gezeigt wurde in dem Beispiel ein Sensor ohne Mikrolinsenstruktur. Und wenn ich an meine mittlerweile 8 Jahre alte Kamera denke, habe ich die selben Bilder im Kopf, aber damals wurde nicht BSI beworben, sondern die unterbrechungsfreie (gapless) Mikrolinsenstruktur mit ungefähr dem gleichen Ergebnis. War vielleicht diese Werbeaussage zu hoch gegriffen?

Was also bringt BSI? Falls damit die Mikrolinsen wegfallen mag das gut sein, da jedes optische Element eine (kleine) Fehlerquelle ist. Ich könnte mir vorstellen, dass durch die fehlende Beugung dann weniger Farbfehler entstehen. Aber wird mit der BSI-Technik tatsächlich mehr Licht eingefangen?

PS: Ich habe gerade ein Beispiel mit Mikrolinsen entdeckt und da werden die Mikrolinsen so dargestellt, dass sie zwar alles einfangen, aber trotzdem nicht alles zwischen die Leiterbahnen weiterleiten. Was stimmt den nun?

 

[beiti]

Es ist wohl so, dass man mit Microlinsen doch noch nicht 100 % der Oberfläche nutzen kann - und insofern ist der BSI-Sensor dann schon vorteilhaft. Der Wegfall (oder zumindest die weniger heftige Auslegung) der Microlinsen mag auch Vorteile haben - besonders für Wechselobjektiv-Kameras. Wunder darf man allerdings keine erwarten.

Als Sony bei seinen 1"-Kameras von herkömmlichen Sensoren auf BSI umgestiegen ist, sprachen die Tester von einem messbaren Rausch-Vorteil in der Größenordnung zwischen 1/3 und 1/2 Blendenstufe. Das deckt sich durchaus mit der 40-%-Angabe, denn 41 % mehr Licht wäre 1/2 Blendenstufe.

Jetzt kann man streiten, ob das viel oder wenig ist. Wenn ich sage "40 % mehr Licht" klingt das zumindest für den Laien nach sehr viel, während "knapp 1/2 Blendenstufe mehr Licht" trotz gleicher Bedeutung viel weniger spektakulär klingt.

Wenn man hart an der Grenze arbeitet, ist man für jede halbe Blende dankbar. Aber ein vorzeitiger Umstieg auf ein neueres Kameramodell lohnt sich allein wegen BSI eher nicht.

 

[Mi67]

Erklärt wird, dass jetzt das ganze Licht eingefangen wird, da keine Leiterbahnen mehr dazwischen liegen. In irgend einer Erklärung wurde von bis zu 40 % mehr Licht ausgegangen, im Vergleich zu einem konventionellen Sensor.
...

Es kommt immer darauf an, wo man liest.

1. Quanteneffizienz:
Wenn Du Erklärungen für back-illuminated aus dem wissenschaftlichen Kamerabereich liest, dann wird oft die höhere Quanteneffizienz (bis über 90%) genannt. Front-illuminated-Sensoren liegen in der Regel bei max 50-60%. Beide Angaben sind für Sensoren ohne RGB-Farbmaske und im empfindlichsten Spektralbereich der Sensoren gültig. Allerdings ist der back-illuminated-Sensor der wiss. Kameras nicht nur back-illuminated, sondern auch back-thinned. Das muss bei Consumer-Kameras nicht unbedingt so sein, so dass die Unterschiede der Quanteneffizienzen auch deutlich geringer ausfallen können.

2. Mikrolinsen - gapless:
Was das Verständnisproblem mit den Mikrolinsen angeht, hast Du nur teilweise recht. Recht hast Du darin, dass bei "gapless microlens design" die active site der Pixel, also der neben den Leiterbahnen nutzbare Teil der Pixelfläche, optimiert genutzt wird. Es gelingt jedoch auch dann nicht, alles Licht in geeigneten Winkeln in die active site zu leiten. Dies ist einer der Gründe für die begrenzte Quanteneffizienz bei front-illuminated-Sensoren.

3. Leiterbahnen:
Die durch Leiterbahnen verringerte aktive Fläche steht nicht mehr als Pixelkapazität zur Verfügung. Das Resultat großer Mikrolinsen und kleiner aktiver Flächen ist ein hoher basis-ISO mit nicht perfekter Dynamikbreite. Paradebeispiel hierfür sind die interline-CCD-Sensoren wie z.B. in der alten Nikon D40, deren tiefster ISO bei 200 lag/liegt. Ist einmal (so wie bei Nikon bzw. den von Nikon verwendeten Sensoren) die Ausleseelektronik so weit optimiert, dass man auch bei ISO-100 oder gar ISO-64 ein enorm geringes Ausleserauschen hat, dann kann man mit einem BSI mit dessen größerer active site solche geringen basis-ISO-Werte nutzbringend realisieren. HInzu kommt, dass gerade die BSI-Architektur komplexere on-chip-Schaltungen ermöglicht, die für genau diese optimierte Auslesecharakteristik sorgen können. Bei der D850 legt man auf moderate Steigerung er Auslesegeschwindigkeit bei erhalten oder optimiert gestalteter Dynamik das Hauptaugenmerk, während bei der Sony a9 die Auslesegeschwindigkeit das führende Entwicklungsziel war, welches ebenfalls per BSI-Strategie und stacked sensor-Design auch bei den neueren Kompaktkameras zum einsatz kommt.


Es ist also nicht immer ein einziges und immer gleiches Ziel, welches man mit BSI-Architekturen anstrebt.