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Forum>Fotografie>Warum Digitalkameras einen mechanischen Verschluss haben.

Warum Digitalkameras einen mechanischen Verschluss haben.

sonorman
sonorman26.09.0718:26
Eine Frage, die ich mir auch schon ein paar mal gestellt habe:

Warum haben Digitalkameras, speziell die höherwertigen und insbesondere SLRs eigentlich noch einen mechanischen Verschluss, wenn man doch einfach den Sensor "An- und Abschalten" könnte? Die Antwort darauf war mir bislang nicht klar, und ich wusste auch nicht, dass ausgerechnet der mechanische Verschluss indirekt dafür sorgt, dass Sensoren weniger rauschen!

Die Antwort auf diese Frage kann man hier nachlesen. @@
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Kommentare

ts-e
ts-e26.09.0719:04
Schön. Danke. Ich habe sehr viel neues erfahren!!!:-y:-y

Mensch ich kann nicht so gut englisch.:-D
„Wenn deine Bilder nicht gut genug sind, warst du nicht nah genug dran. Robert Capa“
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MFG26.09.0719:08
Danke für den Link, sonorman, man lernt doch wirklich nie aus!
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sonorman
sonorman26.09.0719:18
ts-e

Ach so, sorry. Ich hätte erwähnen sollen, dass der Text in englisch ist.

Also verkürzt ausgedrückt läuft es auf folgendes hinaus: Um auf den mechanischen Verschluss verzichten zu können, braucht jeder Pixel eine zusätzliche Zelle, welche die Lichtladung zwischenspeichert und weitergibt. Das bedeutet zusätzlichen Platzbedarf, was wiederum die lichtempfindliche Fläche verringert.

Verwendet man einen mechanischen Verschluss, kann man auf diese Zwischenspeicherzellen verzichten.

Nachdem ich nun weiß, wonach man bei dem Thema suchen muss, habe ich auch diesen ausführliche Wiki-Artikel gefunden. @@
Da stehen auch noch weitere Infos.
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ts-e
ts-e26.09.0719:27
Vielen Dank sonorman.
„Wenn deine Bilder nicht gut genug sind, warst du nicht nah genug dran. Robert Capa“
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Tip
Tip26.09.0720:13
Stimmt, das ist interessant. Vor allem, weil das zentrale Argument überholt ist.
Ich meinte den Platzverbrauch durch zusätzliche Transistoren pro Pixel.
Das mag sehr viel früher ein Argument gewesen sein, als bei der technologischen Grenze von 1 µm Strukturbreite die paar nötigen Transistor glatt einen zweistelligen Prozentsatz der Chipfläche benötigt hätten. Aber heute?
Computerchips werden aktuell in 65 nm gefertigt. Selbst wenn bei der Sensorfertigung konservative 100 nm genommen würden, so würde auch bei 10 extra Transitoren pro Pixel nicht mal 1stellige Prozentwerte der Fläche verbraten.
Rechnung: 1 Pixel eines 10 Mpixel-Sensors in APS-C hat ca. 6 µm Kantenlänge = 36 * 10^-12 m^2 Fläche so Pi mal Daumen. 10 Transistoren in 100 nm haben bestenfalls 0,2 * 10^12 m^2 Platzbedarf.
Maw: Die Sensorhersteller drücken sich vor der komplexeren Technik, die viele Vorteile böte. Vermutlich "weil es auch so geht".
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svarta
svarta26.09.0720:23
Ich bin überzeugt das der Spiegel irgendwann nicht mehr gebraucht wird (- das Display sollte einfach sehr Hell sein damit man immer alles sieht...)
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sonorman
sonorman26.09.0720:53
Tip
Ich bin nicht sicher, ob ich Deinen Kommentar richtig verstanden habe, aber es ist eben so, dass die Pixel nicht viel kleiner als etwa 6 µm werden dürfen, da sie sonst nicht genügend Licht (Photonen) einfangen können, um ein ausreichend starkes (Rauschfreies) Signal generieren zu können.

Klar geht es kleiner. Bei manchen Kompaktknipsen liegt die Pixelgröße ja schon bei 1-2 µm. Aber die Rauschen eben auch wie Sau.

svarta
Was hat denn die Displayhelligkeit mit einem guten Sucherbild zu tun?
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Tip
Tip26.09.0722:53
Was ich platt sagen wollte, sonorman, das ist:
Mit heutiger Silizium-Technik lassen sich 10m Transistoren pro Pixel so konstruieren, dass der Gesamtflächenbedarf für diese 10 unter 1% der Pixelfläche bleibt, also zu vernachlässigen ist.
Rechnung:
100-nm-Technik: 1 Transistor 100 nm breit und 200 nm breit. Fläche gleich 0,02 * 10^-12 m^2.
1 Pixel = 36 * 10^-12 m^2
10 Transistoren = 0,2 * 10^-12
Nun noch 50% Zugabe für die Transistoren für Verdrahtung
und trotzdem ist man bei < 1%.

Der Flächenverbrauch durch zusätzliche Elektronik auf dem CCD- oder CMOS-Chip ist also vernachlässigbar.
=>Die Hersteller scheuen die Komplexität.
Schließlich machen sie es auch bei Kompaktknipsen, wo die zusätzliche Elektronik tatsächlich Fläche im Bereich von 20-30% einnehmen könnte.

Von daher bezweifle ich die Argumentation des Artikels als eben nicht stichhaltig, obwohl gut erklärt.
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sonorman
sonorman26.09.0723:03
Tip

Ich verstehe schon wieder nicht, was Du meinst. Was heißt "10m Transistoren pro Pixel"? Und was soll das bringen, wenn die Eigenschaften des Lichts einfach keine kleineren Photozellen zulassen?

Du vernachlässigst auch andere Faktoren. Zum Beispiel, dass Mikrolinsen vor jedem Pixel positioniert sind. Kann man die auch derart verkleinern?
Außerdem, wenn ich nicht irre, sind das keine Transistoren auf den Chips, sondern Dioden. Oder?

Auch andere optische Gründe spielen sicher eine Rolle.

Aber ich bin mir ziemlich sicher, dass die Hersteller keine "Verweigerungshaltung" an den Tag legen sondern dass tatsächlich handfeste Gründe dafür existieren, warum die Bildsensoren heute so sind, wie sie sind. Welchen Sinn sollte es denn ergeben, was Du da unterstellst?
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Ovi
Ovi26.09.0723:28
Tip

"100-nm-Technik: 1 Transistor 100 nm breit"
Ja, klar....



Nebenbei nicht vergessen: Dat Ding is kein Cumputer, dat is Analoge Rattentechnik.

Hier - so ab dem 3. Absatz - ein paar relativ einfach verständliche Grundlagen wie's geht:


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Tip
Tip27.09.0701:43
sonorman
Sorry, ein Typo: das m ist zuviel. Es sollte ganz ordinär heißen:
10 Transistoren pro Pixel

Denn mehr zusätzlich zu denen, die eh schon da sind, braucht man nie und nimmer.
Mit anderen Worten: Ich habe die Fläche kalkuliert, die 10 Transistoren bräuchten. Und dabei war ich recht großzügig. Es sind wirklich Transistoren, die man braucht zum Zwischenspeichern von Ladung aus dem eigentlichen fotoempfindlichen Element (was technisch eine Diode ist, aber das tut nichts zur Sache) und zum Transport/Weiterleitung.
Das obige war lediglich lautes Überschlagsrechnen um zu sehen, ob das sein kann, dass die zusätzliche Elektronik weniger als 1% der Pixelfläche benötigt.
Und es ist wohl so.

Es ist ja so, dass ein CMOS-Sensor schon eh etliche Transistoren für Ladungssammlung und Auslesung etc. besitzt. Das bisschen mehr an Zusatz, um die Ladungssammlung elektronisch zu starten und zu beenden, das fällt nicht wirklich ins Gewicht.
Siehe:
Linsen und so und der andere Kram ist ja sowieso drauf. Da ändert sich eigentlich nichts.

Von daher stimmt die Argumentation des Artikels schlicht nicht. Der Autor liegt falsch.
Was der wirkliche Grund für den mechanischen Shutter ist, das weiß ich auch nicht, da ich kein Spezialist für solche Sensoren bin. Ich vermute, es ist die erhöhte Komplexität und daraus folgend eine niedrigere Ausbeute etc. pp.

Aber Du hast doch gute Kontakte. Frag doch mal, ob Du mit einem Techniker von Canon reden kannst. Mich würde das nämlich auch sehr interessieren.

Ovi
Da täuschst Du Dich aber sehr. Solche Sensoren werden nahezu gleich wie ordinäre Computerchips hergestellt. Es gibt schon Unterschiede in der Vor- und Nachbehandlung etc. pp. Aber so kleine Strukturen sind heute kein wirkliches Problem (und ich wette fast, dass solche kleinen Strukturen in den modernsten Sensor-fertigungen eingesetzt werden). Dein Link hat mit allem zu tun, aber eben nichts mit der diskutierten Frage. Das ist wir die grundlegende Funktionsweise eines Automotors in einer Diskussion über Einspritztechniken.
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sonorman
sonorman27.09.0711:40
Tip

Ach so, ich glaube, jetzt schnall' ich's langsam.
Du sagst also, technisch müsste es locker möglich sein, die zusätzlich erforderlichen Zwischenspeicherzellen so unterzubringen, dass sie weniger als 1% von der lichtsammelnden Fläche rauben würden, richtig?

Hmmm, ich glaube dennoch nicht, dass es so einfach ist, wie Du es Dir vorstellst, Denn die Bildsensoren bestehen ja nicht nur aus den photoempfindlichen "Zellen", sondern auch aus Farbfiltern, Linsen, A/D-Wandlern, Ausgangsverstärkern etc. Alles auf dem Chip. Dabei dreht sich alles um die Geschwindigkeit der Signalverarbeitung, und ich könnte mir gut vorstellen, dass die Verwendung von Zwischenspeicherzellen dem nicht gerade zuträglich ist.

Ich habe zwar einige Kontakte zu Canon, aber ich glaube nicht, dass einer von denen so tief in der Materie steckt, dass er dafür eine eindeutige Erklärung parat hätte. Da müsste man sich wohl am besten an die Chip-Designer in good old Japan wenden.
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Tip
Tip27.09.0718:11
Schon, sonorman, aber diese Filter, Wandler und son Kram haben die Hersteller voll im Griff. Es wird sicher nicht nur Konservatismus der Grund sein, wie ich polemisch und falsch am Anfang anmerkte. Schließlich wird die erste Firma, die es hinkriegt, elektronisch zu shutten, das als super riesen klasse toll bewerben und hat damit vermutlich sogar recht.
Auf jeden Fall kann der Platzbedarf auf den Sensoren nicht der Grund sein. Elektronisch wären X Millionen stabile Auslösungen gegenüber den mechanischen ein paar 100.000 kein Problem und die kameras wären auch mechanisch stabiler. Aber da ich es mir mangels Durchblick nicht recht erklären kann, werden wir weiter Rätseln.
Vielleicht können aber Deine Kontakte ein Mail nach Japan schicken und dort hat möglicherweise einer Lust, das zu erklaren (war Wunschdenken)O:-)
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sonorman
sonorman27.09.0718:25
Tip

Vielleicht hast Du es in dem anfänglich verlinkten Artikel überlesen, jedenfalls kann ich es aus Deinem Kommentar nicht erkennen, aber es GIBT doch längst Kameras mit "elektronischem" Verschluss, bei dem der Sensor diese Aufgabe übernimmt. Aber bislang eben nur in den einfachsten und kleinsten Knipsen und Handys.

Es ist also nicht das Problem, auf den mechanischen Verschluss zu verzichten, sondern es ist ein Problem, das vom Sensor mit der gleichen Effizienz hinzubekommen, wie mit einem mechanischen Verschluss.
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Ovi
Ovi27.09.0719:15
Tip

Nein, da täusch ich mich nicht.
Evtl. Haste auch was falsch verstanden.

Z.B. steht in jenem Artikel "0,5µm"-"Technik".
(Also 500nm)
Aber das ist noch gar nicht der grundlegende Punkt, denn:

Es sehr viel anders, ob man einen Haufen von Zeug in Si gießt, welches für Compter so doll sein solle (vom 80C32 mit ALU, Registern, und 128 Byte RAM bis zum Core 2 Duo) -- oder Kondensatoren, Widerstände, und sehr linear arbeitende FETs. Alles extrem rauscharm und SEHR linear. (Im Gegensatz zu den schnellen Schaltern in der Digitaltechnik)
Und nein, eine DRAM Zelle ist kein Kondensator, der hier gebraucht würde.

So wiederhole ich kurz: Grundlegend wird hier analoge Elektrotechnik in "Si gegossen"!

Ferne ist zwar die Fertigung von "CMOS" relativ "CPU-gleich", aber die von CCDs eben auch sehr viel weniger gleich.


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Tip
Tip27.09.0719:32
Na also:
1. ist 0,5 µm Technik der 80er Jahre und
2. werden in den besseren Kameras zunehmend CMOS-Sensoren eingesetzt plus
3. haben moderne Sensoren in APS-C-Größe (und um die geht es) ca. 6 µm Kantenlänge.

=>
Selbst mit ausrangierter Technik sind analoge Strukturen in 100 nm heute kein echtes Problem und die Argumentation des Ausgangsartikels dann wenn nicght falsch so doch hoffnungslos veraltet. Hybrid-Designs aus digitalen und voll analogen Komponenten sind schon 10 Jahre Stand der Technik. Die ganzen Tools zur Chip-Erzeugen (Cadence etc.) können das längst. Es gibt Chipmäßig und oberflächlich betrachtet keine technologische Hürde.
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sonorman
sonorman27.09.0719:54
Tip
Es gibt Chipmäßig und oberflächlich betrachtet keine technologische Hürde.

Vielleicht keine Hürde, die Du kennst, aber es gibt ganz sicher eine.
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Tip
Tip27.09.0720:07
Das es Gründe gibt, es mechanisch zu machen, das bezweifle ich nicht. Es werden auch technische gründe sein, aber keine technologischen eben.

jetzt bin ich immer gespannter, was wohl die Gründe sind:-D
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Ovi
Ovi27.09.0720:18
Es sind technische wie auch -logische Gründe. Da gibt's nix zu spannen - ähh gespannt zu sein.

Wäre das schnelle Ladungenwegschütten-Belichten-Blindmachen irgendwie machbar: Die DSLR ohne Verschluss wäre am Markt.

Die Konkurrenz ist da groß genug.
Die gibt's keine Öl-Lobby und keinen Waschmitteleffekt.
Letzteres zumindest noch nicht
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Tip
Tip27.09.0720:26
Wenn Du mir bitte verraten könntest, welche Gründe es sind, dann wäre es tatsächlich nichts mit gespannt sein. So bleibt es Rhetorik, Ovi.
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Ovi
Ovi27.09.0720:41
Tip

Zwei verschiedene Themen hier:

Bezüglich Füllfaktor sind es die von mir um 17:15 noch mal genannten.
Dabei bleibe ich bis Du so'n Teil selber entwirfst und fertigst (-gen lässt).
Aber bitte mindestens in der heute gewohnten Bildqualität.

Aus zuletzt und nicht rhetorisch genanntem Grund - oder Spass an der Freud - wird auch kein Hersteller Bildsensoren mit Füllfaktoren weit weg von 100% fertigen wenn's anders ginge. Speziell im High End Bereich.

***

Bezüglich der noch nicht möglichen nötigen Geschwindigkeit hatte ich noch gar keine Ausführungen geschrieben. Wird mir hier auch zu lang.
Das Grundproblem, nicht auf den Verschluss verzichten zu können, hat nur damit was zu tun mit sonst nichts. Zumindest nicht direkt. Das ein Verschluss z.B. bei einem FF CCD sehr schön hilft dessen Grundproblem los zu werden ist eher ein zusätzliches Plus.
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Ovi
Ovi27.09.0721:53
Übrigens:

... möchte ich noch darauf hinweisen, dass die von mir verlinkte Seite, entgegen vorhergehender Behauptung, durchaus direkt etwas mit dem Thema hier zu tun hat.

Wenn man dort mal etwas anderes anklickt - klick:



wird klar, dass dort beschriebene Technik aktuell und nicht 20 Jahre alt ist.
Da geht es nämlich um Hochgeschwindigkeitskameras. Auch um elektrische....

Beispiel zum elektronischen Verschluss:

Eine typische, sehr schnelle Videokamera hat - mal angenommen, rechnet sich so schön - rund 400.000 Bildpunkte.
Und macht 1000 Bilder/s
(SW, aber ist ja egal. Könnte man auch einen Bayer Filter davorpappen)

Das sind 32 mal weniger Punkte als z.B. die günstige 5D.
Die 5d kann aber 8 mal "schnellere" Bilder machen.

Also:
Sobald die ganze Bildsensor-elektrisch-Verschließerei rund 256 mal schneller geworden ist, wäre eine 5D ohne Verschluss denkbar.

Nach meiner Einschätzung dauert das noch mehr als ein Jahr.
Oder wie?
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Tip
Tip27.09.0723:02
Un was hat das jetzt wieder mit was zu tun?
Vermutlich bin ich echt zu blöd dazu, aber eine Erklärung oder Argumente habe ich echt nicht finden könne, außer eben noch n Hölzchen und noch n Stöckchen.
Deine Logik erschließt sich mir nicht.
Geb ichs also einfach auf...
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Ovi
Ovi26.09.0719:18
Nuja --

Steht nix Falsches drin.

Die FT- und FIT-CCD Sensoren sowie die Besonderheiten von APS Sensoren
(APS für Active Pixel Sensor, "hier" besser bekannt als "CMOS-Sensor") werden da allerdings noch verschwiegen.

Als Elektriker würde ich viel einfacher so sagen:

Höchste Lichtempfindlichkeit wollen, in praktisch Null-Zeit einen Chip "empfindlich" machen und dann in eben so kurzer Zeit wieder völlig blind: Isnich!

Wir möchten hier schließlich kein kontinuierlich ausgelesenes Video, sondern echte Standbilder mit bis zu 1/8000s Belichtungszeit, wie's heute jede mittel-billige DSLR schafft.
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