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Die Geschichte der Phasendetektionspixel


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Wenn mal jemand aus dem Fuji-Hauptquartier nach Deutschland kommt, erfährt man natürlich ein bisschen mehr, als man aus den technischen Daten herauslesen konnte. Manches fällt vielleicht in die Kategorie „Nutzloses Wissen“, aber ich finde so etwas trotzdem interessant. Beispielsweise die Geschichte, wie Fuji überhaupt dazu kam, Phasendetektionspixel in den Sensor zu integrieren.

 

Diese Entwicklung geht auf (ungefähr) das Jahr 2003 zurück, als Fuji mit der Kompaktkamera F700 das SuperCCD SR einführte, mit dem später auch die S20 Pro von 2004 ausgestattet wurde. Mit dem SuperCCD SR hatte Fuji erstmals versucht, mit einer Belichtung zwei unterschiedlich belichtete Bilder aufzunehmen, die man zu einem Bild mit vergrößertem Dynamikumfang verrechnen konnte. Das SuperCCD SR hatte gut 6 Millionen Pixel, von denen die Hälfte weniger (vermutlich um 2 EV) empfindlich als die andere war. Je ein empfindliches S- und ein weniger empfindliches R-Pixel lagen nebeneinander und teilten sich eine Mikrolinse. Wenn nun zwei Sensorpixel nebeneinander unter derselben Mikrolinse liegen, empfangen sie nur dann Licht von derselben Stelle des Motivs, wenn dieses in der Schärfenzone liegt; bei Motiven vor oder hinter der fokussierten Distanz schauen die beiden Pixel dagegen in leicht unterschiedliche Richtungen, was unter seltenen ungünstigen Bedingungen zu Artefakten führen konnte, wenn die Kamera die Signale beider Pixel miteinander verrechnete.

 

Dieser Effekt brachte Fujis Entwickler auf die Idee, einmal auszuprobieren, ob sich die S- und R-Pixel für eine Phasendetektion nutzen ließen. Auch ein Phasedetektions-AF-Sensor besteht ja aus zwei Teilen, die jeweils durch unterschiedliche Hälften des Objektivs schauen, sodass die Bilder nur in der Schärfenebene zur Deckung kommen und andernfalls um eine Phasendifferenz verschoben sind, an der man Ausmaß und Richtung der Fehlfokussierung ablesen kann. Die Entwickler werteten also die Sensorpixel in diesem Sinne aus und stellten fest, dass damit tatsächlich eine Phasendetektion möglich war. Auf der anderen Seite war das SuperCCD SR dafür nicht ideal geeignet, denn die S- und R-Pixel waren ja unterschiedlich empfindlich; für eine Phasendetektion würde man sich dagegen Pixel gleicher Empfindlichkeit wünschen. Außerdem nahm die Sensorentwicklung erst einmal eine andere Richtung. Beim SuperCCD SR II, das nur im APS-C-Formfaktor produziert wurde, bekam jedes Sensorpixel seine eigene Mikrolinse, sodass keine Artefakte im Unschärfebereich entstehen konnten, aber auch die Option einer Phasendetektion fiel damit weg. Da dieser Sensor in DSLRs mit dedizierten Phasendetektions-Sensor eingebaut wurden, spielte das auch keine Rolle.

 

Die Grundidee der Phasendetektion mit dem Bildwandler behielt man gleichwohl im Hinterkopf, und sieben Jahre später bekam sie eine erste Chance, nachdem Fuji das SuperCCD EXR entwickelt hatte. Auch das SuperCCD EXR unterschied wie das SuperCCD SR jeweils Paare von Pixeln, aber deren Empfindlichkeit ließ sich nun durch unterschiedliche Belichtungszeiten flexibel steuern. Die beiden Pixel konnten also auch gleich empfindlich sein, was für eine Phasendetektion ideal war. Da jedes Pixel seine eigene Mikrolinse hatte, musste die Strahlenteilung auf andere Weise verwirklicht werden, nämlich durch eine Maskierung jeweils einer Hälfte jedes Phasendetektionspixels. 2010 kamen die F300EXR und Z800EXR mit einem SuperCCD EXR mit Phasendetektionspixeln auf den Markt, aber ein halbes Jahr später stellte Fuji seine Sensoren auf die CMOS-Technologie um, und die ersten EXR-CMOS-Sensoren mussten wieder ohne Phasendetektionspixel auskommen. Nun aber hat Fuji dieses Prinzip zum zweiten Mal aufgegriffen und stattet seine X-Trans-Sensoren mit Phasendetektionspixeln aus. Aber auch der EXR CMOS II in der HS50EXR hat Phasendetektionspixel, was dafür spricht, dass Fuji diese Technologie künftig durch die Bank in allen Kameras ab einer bestimmten Klasse einsetzen wird.

bearbeitet von mjh
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