Im Vergleich: CCD Sensor und CMOS Sensor

Welche Sensorbauart für den jeweiligen Anwendungsbereich am vorteilhaftesten ist, wird oft sehr kontroversiell und emotional diskutiert.

Bild: CMOS Sensor mit Bayerfilter

CCD Sensor:

Die CCD (charge-coupled device) Technik wurden bereits Ende der 60er Jahre entwickelt zur reinen Datenspeicherung. Da die Sensoren sehr lichtempfindlich sind, wurden sie sehr bald schon in Kameras eingesetzt. CCD Sensoren bestehen aus einer Matrix lichtempfindlicher Fotodioden. Vereinfacht dargestellt, wandeln CCD Sensoren Licht in elektrische Signale um. Wenn Licht auf die Fotozelle fällt, so wird eine Elektronenladung erzeugt, die linear mit der Lichtmenge (Intensität und Dauer) zusammenhängt. Die so entstandenen Ladungen werden in der Speicherzelle gesammelt, die Ladungsmenge ist proportional zur eingestrahlten Lichtmenge. Nach der Belichtung werden die Ladungen schrittweise von Zelle zu Zelle verschoben (ausgelesen), bis sie den Ausleseverstärker erreichen. Dieser gibt dann eine elektrische Spannung aus, abhängig von der Lichtmenge.

CMOS Sensor:

Ein CMOS Sensor (complementary metal oxide semiconductor) wandelt wie ein CCD Sensor Licht in elektrische Ladungen um. Die beiden Systeme unterscheiden sich aber in der Art der Weiterleitung der der Informationen. Das Auslesen erfolgt nicht zeilenweisem wie beim CCD Sensor, sondern jeder einzelne Bildpunkt und seine Helligkeit kann abgerufen werden. Auf diese Art erfolgt die Weiterverarbeitung der Bilder sehr viel schneller als bei CCD Sensoren.

Vor etlichen Jahren noch waren CCD Sensoren viel hochwertiger als CMOS Sensoren, sie lieferten eine deutlich bessere Bildqualität (Lichtsensibilität und Dynamik). Aus diesem Grund wurden CCD Sensoren früher auch hauptsächlich im hochwertigen Kamerasegment eingesetzt. Die Nachteile waren, dass sie viel teurer in der Herstellung waren und mehr Strom verbrauchten und insgesamt langsamer waren als CMOS Sensoren.

In den letzten 10 Jahren hat die CMOS Technik stark aufgeholt. Da die Nachfrage am Kameramarkt deutlich gestiegen ist, wurde hier sehr viel Geld in die Weiterentwicklung der CMOS Sensor investiert. Die früheren Nachteile im Vergleich zu den CCD Sensoren wurden nach und nach aufgehoben. Die Vorteile von CMOS Sensoren sind nun nicht mehr von der Hand zu weisen:

Hohe Bildfolge: schnelle Serienbilder bei hoher Auflösung, Videos in HD oder sogar 4k Qualität
sehr kurze Belichtungszeiten (1/8000) auch in der Serienfunktion
Kleine Bauform
Stromsparender Betrieb
Erzeugen weniger Wärme
Attraktive Preise

Als Folge des Siegeszug von CMOS Sensoren, wurde die CCD Technologie in Randbereiche der Fotografie gedrängt. Vorteile bringen CCD Sensoren in Spezialanwendung, wie bei Schwarz-Weiß-Systemen, schlechten Lichtverhältnissen, Dokumentieren von langsamen Vorgängen und unbewegten Objekten.

17.02.2015