Neuer hochempfindlicher Bildsensor von Panasonic

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Neuer hochempfindlicher Bildsensor von Panasonic

 

Panasonic hat eine Technologie entwickelt, die u.a. die Lichtempfindlichkeit von Sensoren stark erhöht, indem die Farbfilter vor den Sensoren durch Micro-Farbteiler ersetzt werden.

 

Der Artikel Neuer hochempfindlicher Bildsensor von Panasonic erschien zuerst im Systemkamera Blog.

 

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[Mattes]

Wundere mich, warum hier niemand reagiert!

 

Die Nachricht ist zumindest eine kleine Sensation.

 

Die Bayer-Matrix ist längst überholt, konnte aber bisher nicht überzeugend ersetzt werden. Wenn es tatsächlich Panasonic gelungen ist, einen produktions-reifen Ersatz zu entwickeln, dann ergibt sich für mich folgende Überlegung:

 

Bei heutigem Stand, GH3, liegt der Unterschied zum Vollformat, nach meinen Recherchen, "nur noch" bei ca. 2,5 Blenden. Mit dem neuen Micro Color Splitter verringert sich der Vorsprung auf nur noch ca. 1 Blende.

 

Wenn man nun die bisherigen Bemühungen um das mFT-Format berücksichtigt, dürfte dieser Vorsprung bei der nächsten GH5 aufgeholt sein.

 

Dann wird bald mit "Spatzen" (mFT) auf Canonen (FF) geschossen!!!

 

Was sagen wohl die Naturschützer dazu ?

 

Die Entwicklung dürfte auch dem Foveon-Sensor gefährlich werden.

 

Ist doch zumindest eine Überlegung wert, oder? - Für einen Aprilscherz wäre es nun wirklich zu früh.

 

Mattes

[Kleinkram]

Ich vermute, es gibt noch keine produktionsreife Lösung. Die nächsten Lumix-Generationen werden wohl noch an Beyer erinnern.

[Mattes]

Hallo,

 

bin mit solchen Nachrichten ja auch vorsichtig.

Habe deshalb über

 

Micro Color Splitter

 

im Internet gesucht und war erstaunt. Scheint doch schon serienreif zu sein.

 

Nur, wann Panasonic mit der Nutzung beginnt, steht tatsächlich nicht in den Nachrichten vom 8. und vom 9.2.13

 

Mal sehen. Habe schon mal eine virtuelle Spardose aufgestellt!, für die nächste GH..., falls die tatsächlich bis ISO 25600 verwertbare Bilder liefert.

 

Derzeit bin ich mit der GH3 schon hoch-zufrieden.

 

Mattes

bearbeitet 17. Februar 2013 von Mattes

[kavenzmann]

Die Bayer Matrix ist nicht " längst überholt" sondern hat, wie alle anderen Sensortechnologien auch, spezifische Vor- wie Nachteile.

 

Man sollte bei der Prismentechnik weniger von einer Revolution, als von einer guten Alternative zum Bayer Sensor reden. Ich finde das hochspannend, frage nich aber, wie die Prismentechnologie mit dem extrem niedrigen Auflagemaß unserer Kameras harmoniert. Insgesamt klingt diese Technologie langfristig schlüssiger als z.B. Fujis X-Trans Technologie, die letztlich "nur" eine Variante des Bayer Musters ist.

 

Bis zur Auslieferung einer Kamera mit dieser Technologie dürfte allerdings noch viel Wasser den Rhein runterfließen...

[flyingrooster]

Warum sollte diese Prismentechnik dem Foveon gefährlich werden?

Hier werden ja erst wieder Farbinformationen auf mehrere Pixel verteilt anstatt auf einen begrenzt zu bleiben. Das klingt mir eher nach einem Anti-Foveon - max. Lichtausbeute vs max. Farbauflösung.

 

Aufgrund der höheren Effektivität könnte dies Folgen für die Verwendung bisheriger Farbfilter nach sich ziehen, das mag sein.

 

Aber erst muss überhaupt mal irgendwas auf dem Markt kommen, bevor sich dessen Ergebnisse beurteilen lassen. Im Portfolio des Herstellers ist grundsätzlich mal alles fantastisch und wunderbar.

[Mattes]

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Hallo,

 

bis eine neue Technik in die Produktion umgesetzt wird vergehen wohl einige Monate, das ist klar.

Ich denke im Fotobereich in Zweijahres-Zeiträumen.

 

Schon oft zweifelte ich, ob sich das bisher erreichte im mFT-Format noch weiter verbessern lässt. Und es ging, bis heute, wie die GH3 zeigt, erstaunlich gut und besser als erwartet.

 

Mit der GH3 in der Hand dachte ich auch, dass sich die weiteren Fortschritte nun verlangsamen würden. Doch das ist nun wieder offen. Die technischen Reserven, auch im kleineren Format, sind größer als erwartet und offenbar noch nicht erschöpft.

 

Und -darum gehts- alles andere wäre ohnehin Spekulation.

 

Erinnere mich an den Foveon-Sensor. Anfangs große Hoffnung, trotzdem hat er sich bisher nicht durchgesetzt.

 

Die Beschreibung der Prismen-Matrix hört sich jedoch anders an. Sie lässt sich vor allem in die bestehenden Prozesse integrieren. Das ist ein untrügliches Zeichen einer zukunfts-trächtigen Technologie. Denn wenn der Innovations-Sprung zu groß ist, wird eine Technik nur schwer oder garnicht angenommen (Beispiel Transrapid).

 

Trotzdem, ob und wann... ist natürlich offen - Wichtig ist, es bleibt im mFT-Format spannend.

 

PS: Der Begriff Anti-Foveon kann mißverstanden werden. Ob der Micro Color Splitter den Foveon letztlich ersetzt oder ergänzt, wird ohnehin die Zukunft zeigen. Das ist für das mFT-Format zumindest derzeit auch nicht bedeutend. War nur eine Überlegung am Rande.

 

Und noch zur Verwendung im kurzen Auflagemaß:

Ich habe die Beschreibungen so verstanden, dass keine aufwendige Prismen-Glas-Technik verwendet wird, sondern eine auf mathematischen Berechnungen basierte Methode, die aber nicht beschrieben wird. Auf jeden Fall keine Glas-Prismen und somit ist die Höhe der Matrix kein Thema.

Und was mich auch erstaunte, die beiden Muster-Fotos, es ist keine Theorie mehr.

Allerdings müsste man wissen, mit welcher Kameratechnik sie aufgenommen wurden.

 

Mattes

bearbeitet 18. Februar 2013 von Mattes

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[kavenzmann]

Ich hab mir das Patent nochmal genauer angeschaut und wie schon damals beim X-Trans folgende Problematik gefunden:

 

Das Demosaicing wird deutlich aufwendiger und eigentlich noch stärker interpoliert (=geschätzt durch mathematische Mittelung). In der Grafik sehe ich die Aufteilung der Strahlen durch das Prisma bzw. den "Deflector" in W+R und W-R. Dabei steht vermutlich W für Weiss (also volles Spektrum) und R für Rot (also ein Spektralauszug). Es fehlen im Grunde die Spektralanteile G (grün) und B (blau). Werden diese ähnlich aufgespalten gäbe es also insgesamt 6 verschiedene Spektralempfindlichkeiten, mit teilweise Lichtanteilen aus mehreren Deflektoren (i.d. Grafik resultieren die Strahlen des W+R Pixels aus insgesamt 3 Deflektoren, also der 3-fachen Fläche!).

Um jetzt daraus zu berechnen welche Farbe und Helligkeit eigentlich diese Stelle des Motivs wirklich hat, ist eine ziemlich aufwendige Rechenoperation notwendig. Meiner Meinung nach geht dies nicht ohne weitreichende Interpolation aus den Lichtanteilen von mind. 5 (!!) anderen Pixeln. Daraus wiederum resultiert eine ziemlich hohe Farbungenauigkeit bzw. niedrige reele Farb- und Helligkeitsauflösung.

 

Jedenfalls deute ich die Grafik in Zusammenhang mit der Behauptung von 100% Transmission genau so. Evtl. bin ich da etwas voreilig und meine Mathekenntnisse reichen einfach nicht aus. Bei simpler Betrachtung kann aber die Interpolation der Chrominnz- und Luminanzinformationen nur aus allen 3 Spektralanteilen erfolgen. Dabei hängt die Genauigkeit natürlich auch von der Anordnung der Pixel ab. Ich dachte aber eigentlich, dass die Microprism Technologie ohne Matrix auskommt. So sieht es mir aber nach einer weitaus komplexeren Matrix aus. Einziger Vorteil bleibt die Verwertung von 100% der Lichtintensität. Das gibt es ja bereits bei der Leica Monochrom, die aber gar keine Farbinformationen registriert.

 

Ich erinnere dabei mal an meine Skepsis gegenüber Fuji's wundersamer X-Trans Matrix. Da ich mir trotzdem ein X-E1 geholt habe, kenne ich die Probleme heute ganz gut und behaupte, dass die Farbinterpolation beim Trans-X bis heute nicht auf dem Niveau funktioniert, wie es beworben wird.

[kavenzmann]

Ich habe die Beschreibungen so verstanden, dass keine aufwendige Prismen-Glas-Technik verwendet wird, sondern eine auf mathematischen Berechnungen basierte Methode, die aber nicht beschrieben wird. Auf jeden Fall keine Glas-Prismen und somit ist die Höhe der Matrix kein Thema.

 

Ich habe das anders verstanden.

 

Soweit ich weiss, benötigt man zur Aufspaltung von Spektren ein anderes Medium als Luft, am besten eben Glas (soll ja 100% durchlässig sein). Die im Artikel angesprochenen mathematischen Berechnungen dienen m.M. nach nur der Berechnung der relativ kompliziert geschliffenen Prismen. Wenn diese nicht aus Glas sein sollen, dann eben aus einem durchsichtigen Kunstoff mit glasähnlichen Eigenschaften.

Oder wie soll das Lichtspektrum aufgespalten werden? Nur durch theoretische Mathematik wird das jedenfalls nicht gehen...

[kavenzmann]

... ähem....

 

Jetzt muss ich gleich wieder zurückrudern.

 

Ich habe eine weitere Grafik inkl. der dazugehörigen Matrix gefunden:

 

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Hier kann man ganz gut sehen, dass die Anordnung (Matrix) der Farben ähnlich der Bayer-Matrix ist. Der Unterschied ist lediglich, dass statt 2xGrün, 1xRot und 1xBlau insgesamt vier verschiedene Farben pro 2x2 Matrix vorkommen.

 

Wenn das so stimmt, könnte jede Farbinformation immer aus einem "nur" 2x2 großen Bereich gewonnen werden. Also genau so wie bei einem Bayer-Sensor...

Der Unterschied ist aber, dass die Aufteilung der Farben additiv und subtraktiv Erfolgt und so kein Licht durch Farbfilter verloren geht. Beim Bayer-Verfahren wird die Farbinformation ja nur durch Subtraktion (hier Farbfilter, die nur eine Farbe durchlassen) gewonnen.

 

Trotzdem muss ein Prisma - ein sehr komplexes (und angeblich nicht organisches) Prisma das Licht in die verschiedenen Anteile aufspalten.

 

Letztlich bringt diese "Technlogie" eben den Vorteil der vollen Ausbeute der Lichtintensität bei Beibehaltung alter Bayer-Charakteristika wie ähnlicher Matrix und Farbinterpolation innerhalb eines 2x2 Pixel-Feldes. Also ganz klar keine Foveon-like Technik oder Farbgenauigkeit. Eher eine Methode, die angestammte Matrixtechnologie in der Effektivität zu steigern.

[RMFT]

Bei dem Sensor könnte ich mir vorstellen, dass man die Objektive auch anders bauen kann. Die normalen CMOS benötigen ja sehr gerichtetes Licht und verhalten sich damit ganz anders als der analoge Film. Ein großer Kleinbildfilm konnte auch mit relativ kleinen lichtstarken Objektiven bedient werden.

 

Gibt es eigentlich noch immer keine BSI Sensoren für größere Formate wie m43? Offenbar hört die Technologie im Moment auch bei 1 Zoll auf.

In Kombination von BSI und Prismen müssten sich regelrechte Photonenfallen realisieren lassen.

[kavenzmann]

Bei dem Sensor könnte ich mir vorstellen, dass man die Objektive auch anders bauen kann. Die normalen CMOS benötigen ja sehr gerichtetes Licht und verhalten sich damit ganz anders als der analoge Film.

 

Der "neue" Sensor hat ja immer noch Linsen und nun noch zusätzliche Prismen. Ich denke das hier die Problematik mit dem schräg einfallenden Licht noch deutlich größer wird als bei den herkömmlichen Farbmatrix-Sensoren.

Die lichtempfindliche Fläche bleibt ja unberührt davon, d.h. egal ob CCD oder CMOS, da "Problem" sind die Linsen und zusätzlich noch die Prismen!

 

An der Objektivbauweise wird sich also nichts ändern, jedenfalls wird es nicht einfacher werden, gute Objektive für diesen Sensortypen zu bauen.

 

Letztlich wird sich dadurch wenig ändern, außer dass man evtl. 1/2-1 Blende mehr lichtempfindlich ist, als vorher.

[Specializer]

Der "neue" Sensor hat ja immer noch Linsen und nun noch zusätzliche Prismen.

 

Da sind keine Prismen drin, das Prinzip beruht auf Beugung/Diffraktion:

 

Beugung (Physik)

 

Hier wird auch ein Bild gezeigt (die farbigen Kreise), dass unterschiedliche Wellenlängen unterschiedlich gebeugt werden und an anderen stellen zum Liegen kommen:

 

File:Fraunhofer.Ringe.RGB.png - Wikimedia Commons

 

Die Kunst dürfte eben sein, die Micro-Splitter so berechnen, das eben z.B. abgespaltenes Rot genau auf dem Nachbarpixel zum Liegen kommt.

Interessanterweise lassen sich diese Micro-Splitter mit bestehenden Mitteln zur Herstellung von Chips erzeugen. Was nahelegt, das man wirklich nicht weit von einem praktischen Einsatz entfernt ist.

 

Allerdings habe ich auch irgendwo ein Gerücht gelesen, das Panasonic wohl vor hat seine Sensor-Sparte abzugeben. Die Pressemitteilung könnte also auch für Investoren gedacht sein, um den Wert der Sensor-Sparte zu steigern.

 

 

Was mich an der Technik irritiert ist folgendes, 3 nebeneinander liegende Detektoren bekommen folgendes Licht:

 

W-R | W+R | W-R

 

Während dem W-R praktisch Licht abgezogen wird, wird dieses dem W+R von 2 Nachbarn hinzugefügt. Nehmen wir einfach mal an die Lichtmenge von W beträgt 100% wovon durch den Micro-Splitter 33% Rot abgespalten wird. Dann bekommt doch ein W-R Detektor nur 66% Intensität während W+R 133% bekommt. Man hätten es also mit unterschiedlicher Sättigung zu tun. Wie man damit umgeht sehe ich in dem Artikel nicht.

 

Wenn ich den folgenden Artikel richtig gelesen habe, dann hat der Sensor eine Pixelgröße von 1.43um:

 

Image Sensors World: Panasonic Color Splitter Array Paper

 

Aktuelle 16MPix mFT Sensoren haben eine Pixelgröße von 3.74um, bei 1.43um hätten wir dann 110MPix für mFT. Die 1.43um liegen eher im Bereich einer Kompaktkamera wie die XZ1/XZ2 oder LX5/LX7.

 

 

Gibt es eigentlich noch immer keine BSI Sensoren für größere Formate wie m43?

 

Das hat auch gute Gründe. Einerseits ist die Herstellung recht aufwendig, sodass sich das eher bei großen Stückzahlen und somit kleinen Sensoren lohnt. Zum Anderen ist der zu gewinnende Flächenvorteil prozentual gesehen bei kleineren Pixeln (und damit kleineren Sensoren) deutlich größer, als bei großen Sensoren mit großen Pixeln.

Nach den oben beschriebenen Werten hätte bei einer Kompaktkamera ein Pixel eine Fläche von 2um² und bei mFT 14um². Würde man nun durch BSI z.B. 0.5um² pro Pixel gewinnen, dann sind das bei der Kompaktkamera 25% und bei mFT aber nur etwa 3.5%. Wie viel Fläche man durch BSI genau gewinnt weiss ich jetzt aber nicht, die 0.5um² sind nur eine Annahme, um das Problem zu verdeutlichen.

 

BSI ist aber interessant wenn es darum geht einen Global-Shutter ohne Nachteile zu implementieren. Und wenn ich mich nicht irre hatte Panasonic da wohl schon ein Patent drauf. Es könnte also durchaus sein, das wir demnächst mFT Kameras mit BSI bekommen.

[panoptikum]

Ich frage mich, warum es wieder sehr still um "schwarzes Silizium" geworden ist. Da gab's doch mal einen euphorischen Aufschrei.

 

Anscheinend wird es aktuell nur bei Solarzellen verwendet.