Schichtarbeit

Foveon stellt revolutionäre X3-Bildwandler-Technologie vor

2002-02-12 Farbfilter-Mosaik ade: Mit dem X3-Konzept stellt die amerikanische Firma Foveon gleichzeitig eine revolutionäre Sensor-Technologie und darauf aufbauende, bereits marktreife Bildwandler vor. Das Einzigartige an der neuen Technologie sind die in drei Schichten eingelagerten Fotodioden, so dass – im Gegensatz zu herkömmlichen Bildwandlern – jedem einzelnen Bildpunkt die vollen Farbinformationen zur Verfügung stehen.  (Yvan Boeres)

   Foveon CMOS [Foto: Foveon]
 
Bisher war es so, dass jedes Pixel nur eine Farbe "sehen" konnte. Dies beruht auf der Tatsache, dass die einzelnen Fotodioden bzw. Pixelelemente eigentlich "farbenblind" sind und erst durch einen "Trick" Farbbilder erzeugen können. So ist bei der konventionellen CCD-/CMOS-Technik jedem einzelnen Pixel ein Farbfilter – in je einer der drei Grundfarben (Rot, Grün, Blau) – vorgesetzt. Erst durch Interpolation mit den Nachbarpixeln werden die gesammelten Farbinformationen zu einem vollfarbigen Bild zusammengesetzt bzw. zusammengerechnet. Mehr dazu in unserem Hintergrund-Artikel "Pixel-Zaubereien" (siehe unterstehender Link).

Aufbau Foveon X3 [Grafik: Foveon]
  
  
Im Grunde ist also bei herkömmlichen Bildwandlern ein Pixel in der Lage, jeweils nur eine Grundfarbe aufzunehmen. Wäre da nicht die ungleiche Verteilung an Farbfiltern (50 % Grün, 25 % Blau, 25 % Rot) und die daraus folgende Interpolation, könnte man also behaupten, dass die eigentliche Auflösung nur ein Drittel der tatsächlich auf dem CCD oder CMOS vorhandenen Pixel beträgt. Und hier findet die eigentliche Revolution mit den Foveon X3-Bildwandlern statt. Bei den X3-Bildwandlern (die übrigens auf CMOS-Architektur aufbauen) steht jedem einzelnen Bildpunkt die volle Farbinformation zur Verfügung. Wenn also der Bildwandler wie beim F7-Sensor von Foveon aus 2.268 x 1.512 effektiven Pixeln zusammengesetzt ist, dann kann auch jedes Einzelne der rund 3,4 Millionen Pixel tatsächlich sowohl Rot, Grün und Blau "sehen". Dabei ist jedes Pixel in drei überlagerten Schichten aufgebaut. Eine Schicht für Blau, eine für Rot und eine für Grün. Und in jeder Schicht ist eine Fotodiode eingebettet, die die Farbinformation für die jeweilige Farbe aufnimmt. Dabei wurde die Tatsache zunutze gemacht, dass die Lichtwellen je nach Wellenlänge (die ja für die Farbe zuständig ist) unterschiedlich tief in das Silicium eindringen. Auf demselben Prinzip beruhen schon seit längerer Zeit Farbfilme, bei denen die Emulsionen auch in drei Schichten aufgebaut sind. Warum bisher noch kein anderer Halbleiter-Hersteller auf diese Idee gekommen ist, bleibt ein Geheimnis ebenso wie die Frage, wie die Fotodioden in dem Foveon X3-Bildwandlern gebaut sind, damit sie das Licht von Schicht zu Schicht durchlassen.

Vergleich Aufbau Foveon X3-Bildwandler und Color-Negativfilm  [Grafik: Foveon]
  
  
Die Vorteile dieser neuen Technologie liegt aber auf der Hand: Farbinformationen müssen nicht mehr "zwischengerechnet" werden; das Resultat sind schärfere bzw. besser durchzeichnete Bilder und weniger Farbartefakte bzw. naturgetreuere Farben. Sprich: Eine bessere Bildqualität. Da die Interpolation außerdem einiges an Rechenkraft von der Kamera bzw. ihrer Mikroprozessoren abverlangt, kann diese Rechenkraft nun für andere Zwecke benutzt werden bzw. zugunsten des Energieverbrauchs und der Herstellungskosten eingespart werden. Dazu kommen noch die CMOS-typischen Eigenschaften wie der geringe Stromverbrauch, das hochintegrierte Design, die Schnelligkeit, der geringe Signalverlust und die geringen Herstellungskosten. Analog zur erst kürzlich vorgestellten SuperCCD-Technik der dritten Generation von Fujifilm können bei den Foveon X3-Bildwandlern ebenfalls einzelne Pixel zu einer Gruppe zusammengefasst werden, um die Lichtempfindlichkeit zu erhöhen (bei Foveon "Variable Pixel Size" kurz VPS genannt). Dabei sind die X3-Bildwandler im "Normalzustand" bereits sehr lichtempfindlich, da die Pixelgröße mit rund 9 µ fast dreimal so groß ist wie bei gegenwärtig in Consumer-Digitalkameras verbauten CCD-Bildwandlern. Die VPS-Technologie kann sich auch zunutze gemacht werden, um Videosequenzen in hoher Qualität aufzunehmen oder die Rolle eines schnellen Autofokus-Sensors zu übernehmen. Wie man sieht, erscheint die X3-Technologie von Foveon sehr vielversprechend. Und erste Digitalkameras mit X3-Sensor sind bereits angekündigt. Einer Meldung unseres englischen Kollegen Phil Askey von dpreview.com zufolge soll die demnächst auf der PMA (24. bis 27. Februar) vorgestellte SLR-Digitalkamera Sigma DS-9 bereits mit einem X3-Sensor ausgestattet sein. Sollte die Bildqualität halten, was die X3-Technologie verspricht, hätte man es tatsächlich mit einer kleinen Revolution im Bereich der Digitalfotografie zu tun und es wäre anzunehmen, dass sehr bald weitere Hersteller in ihren zukünftigen Digitalkameras die Foveon X3-Bildwandler einsetzen. Die Zukunft wird auf jeden Fall sehr spannend.

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