Limitations to miniaturization in CCD-technology

Grenzen der CCD-MiniaturisierungIn der heutigen Fotographie ist der CCD-Sensor die dominanteTechnologie für die Bildaufzeichnung. Die großen Fortschritteder Miniaturisierung in der Vergangenheit führten zu diesemErfolg. Bei den Kompaktkameras, welche mit über 120 Millionenverkauften Einheiten 2007 das größte Marktsegmentbilden, zeigt sich jedoch ein technisches Dile mma. Einerseitshat die Bildqualität der aktuellen Kameras bereits ein so hohesNiveau erreicht, dass weitere Fortschritte für die Kundenpraktisch keinen Vorteil mehr bringen. Andererseits zeigt dieErfahrung, dass die Pixelgröße der Kameras nicht unter 3 µmfallen sollte, da sonst Nebeneffekte der Miniaturisierung dieBildqualität stören. Die durchschnittliche Größe der Pixel fi eljedoch bereits 2003 unter diese Grenze, was dazu führte, dasseinige neue Modelle eine schlechtere Bildqualität aufweisen,als ihre Vorgänger.Die Probleme der Abbildungsqualität haben zwei Hauptursachen:Die einzelnen Pixel auf den CCDs sind mittlerweilederart klein, dass zu wenig Licht auf ein einzelnes Pixelelementfällt. Die einzelnen Pixel beginnen ein digitales Verhaltenzu zeigen. Entweder registrieren diese ein einfallendesPhoton oder nicht, Farbnuancen werden wenig differenzierterfasst. Zusätzlich verhindern Beugungseffekte weitere Verbesserungender Abbildungsqualität. Das durch das Objektiveintretende Licht wird abgelenkt, anstelle eines Punktes erzeugtjeder Lichtstrahl eine Scheibe, die Airy-Disk. Je größerdie verwendete Blende bei der Bildaufnahme, umso größerwird diese Airy-Disk. Die eintretenden Bildinformationenenthalten so oft bereits weniger Bilddetails, als dies die CCDsaufzeichnen könnten. Bei aktuellen Spiegelrefl exkameras trittdieser Effekt ab Blende 9 und bei Kompaktkameras bereitsab Blende 3 auf. Die CCD-Sensoren stoßen an physikalischeGrenzen. Linsen mit größeren Durchmessern würden diesesProblem verbessern, jedoch lassen sich diese oft nicht in diekleinen Geräte integrieren. Diese Phänomene sind bereits seiteiniger Zeit bekannt, jedoch zeigt eine Analyse der technischenMerkmale von über 1000 Digitalkameras seit 1996, dasses sich hierbei um ein industrieweites Problem handelt. ImGegensatz zu den Kompaktkameras sind die Spiegelrefl exkamerasnoch weniger von diesen Effekten betroffen. Einerseits,weil qualitativ hochwertigere Objektive verwendet werdenund andererseits, weil die Miniaturisierung weniger weit fortgeschritten ist.