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2025-12-26T07:14:47Z

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[[Datei:Ccd-sensor.jpg|mini|[[CCD-Sensor]] auf flexibler [[Leiterplatte]]]]
[[Datei:Image sensor and motherbord nikon coolpix l2.JPG|mini|Bildsensor und [[Hauptplatine]] einer [[Digitalkamera]]]]
[[Datei:Chipincamera.jpg|mini|Schematischer Aufbau in einer [[Fotokamera]]]]

Ein '''Bildsensor''' ist eine Vorrichtung zur Aufnahme von [[zweidimensional]]en [[Abbild]]ern aus [[Licht]] auf [[elektrisch]]em oder [[mechanisch]]em Wege. In den meisten Fällen werden [[halbleiter]]<nowiki/>basierte Bild[[sensor]]en verwendet, die Licht bis ins mittlere [[Infrarot]] aufnehmen können. Es existieren aber auch zweidimensionale [[Halbleiterdetektor]]en für die Aufnahme [[Hochenergetische Röntgenstrahlung|hochenergetischer]] [[Ionisierende Strahlung|ionisierender Strahlungsarten]] wie [[Röntgenstrahlung|Röntgen-]] und [[Gammastrahlung]].

Technische Lösungen zur Aufnahme eines Bildes im [[Sichtbarer Bereich|sichtbaren Bereich]] bis zum [[Infrarotbereich]] beruhen oft auf [[zweidimensional]]en Anordnungen (Arrays), deren [[Signal]]e [[elektronisch]] ausgelesen werden. Insbesondere bei Infrarot bezeichnet man diese auch als {{lang|en|'''Focal Plane Array'''}} (FPA).

== Bauformen ==
Beispiele für Bildsensoren im [[Sichtbarer Bereich|sichtbaren Bereich]] und im nahen [[Infrarotbereich]]:
* Siliziumsensoren weisen relativ geringes [[Bildrauschen]] auf, was möglicherweise durch die Verwendung von [[Schwarzes Silizium|schwarzem Silizium]] weiter reduziert werden könnte.
** [[CCD-Sensor]], mit Filterrad oder [[Farbempfindlichkeit|farbempfindlichen]] Sensoren ([[Interferenzfilter]] pro [[Pixel]], siehe [[Bayer-Sensor]]) auch für Farbbilder
** [[Active Pixel Sensor]] (APS), basierend auf der [[Complementary Metal Oxide Semiconductor|CMOS]]-Technik, mit nebeneinander oder übereinander liegenden [[Farbempfindlichkeit|farbempfindlichen]] Sensoren (siehe [[Foveon X3]]) auch für Farbbilder
* [[Vidicon]]röhre
* [[Ikonoskop]]

Beispiele für Bildsensoren für andere [[Spektralbereich]]e:
* [[Nipkowscheibe]] (historisch für Licht, jedoch auch für andere Strahlungsarten verwendbar)
* [[Mikrobolometerarray]] (mittleres bis fernes Infrarot, in der [[Astronomie]], in [[Wärmebildkamera]]s und [[Zielsuchsystem]]en)
* [[Pyroelektrischer Effekt|Pyroelektrisches Array]] (mittleres bis fernes Infrarot)
* Focal Plane Arrays auf Basis von [[Fotodiode]]n aus [[Quecksilber-Cadmium-Tellurid]], für [[Wärmebildkamera]]s und [[Zielsuchsystem]]e im mittleren Infrarotbereich ([[Wellenlänge]]: 3,5–5 µm)

[[Bildaufnahmeröhre]]n und [[Restlichtverstärker]], auch die [[Mikrokanalplatte]] dienen der Verstärkung eines Bildsignales oder dessen Umwandlung in [[sichtbares Licht]]. Sie werden nicht als ''Bildsensor'' bezeichnet, obwohl sie oft wesentliche Merkmale eines solchen haben.

=== Siliziumsensoren ===

==== CCD-Sensoren ====
[[Datei:Webcam CCD - 640x480px Colour.jpg|mini|CCD-Sensor in einer [[Webcam]]]]
[[CCD-Sensor]]en sind lichtempfindliche [[elektronisch]]e [[Elektrisches Bauelement|Bauelemente]], die auf dem [[Photoelektrischer Effekt#Innerer photoelektrischer Effekt|inneren Photoeffekt]] beruhen.

Ursprünglich wurden CCD-Sensoren für die [[Datenspeicher]]ung entwickelt.<ref>{{Literatur |Autor=W. S. Boyle, G. E. Smith |Titel=Charge coupled semiconductor deadapted devices |Sammelwerk=The Bell system technical journal (BSTJ) |Band=Jg. 49 |Datum=1970 |ISSN=0005-8580 |Seiten=587–593 |Online=http://www.garfield.library.upenn.edu/classics1982/A1982NW46000001.pdf |Format=PDF |KBytes=}}</ref> Jedoch wurde schnell bemerkt, dass diese Bauelemente lichtempfindlich sind und es vergleichsweise einfach ist, ein [[zweidimensional]]es Bild zu erfassen. Zweidimensionale CCD-Array-Sensoren werden in [[Videokamera]]s und [[Digitalkamera]]s, als Bildsensoren in der [[Astronomie]] und der Satelliten[[fernerkundung]], in [[Spektrometer]]n und [[Scanner (Datenerfassung)|Scannern]] eingesetzt.

In den Kameras von [[Smartphone]]s und [[Tabletcomputer|Tablets]] findet man hingegen normalerweise [[Active Pixel Sensor]]en.

==== Bayer-Sensor ====
[[Datei:Bayer pattern on sensor.svg|mini|Die [[Farbfilter]] auf dem Farbfilterarray des [[Bayer-Sensor]]s]]
Als [[Bayer-Sensor]] bezeichnet man einen [[Halbleiterdetektor|Fotosensor]], der – ähnlich einem Schachbrett – mit einem [[Farbfilter]] überzogen ist, welcher meist zu 50 % aus Grün und je 25 % aus Rot und Blau besteht. Grün ist in der Flächenzuweisung und somit in der Auflösungsfähigkeit privilegiert, weil der Grün-Anteil in [[Grautöne]]n beim menschlichen Auge den größten Beitrag zur Helligkeitswahrnehmung und somit auch zur [[Kontrast]]-Wahrnehmung und [[Schärfe (Fotografie)|Schärfe]]-Wahrnehmung leistet: 72 % der Helligkeits- und Kontrastwahrnehmung von Grautönen wird durch deren Grünanteil verursacht, dagegen leistet Rot nur 21 % und Blau nur 7 %. Zudem ist Grün, als die mittlere Farbe im [[Farbspektrum]], diejenige, für die [[Objektiv (Optik)|Objektive]] in der Regel die höchste [[Schärfe (Fotografie)|Schärfe]] und [[Auflösung (Fotografie)|Auflösung]] liefern.
Nach diesem Konzept der Bayer-Matrix arbeiten fast alle gebräuchlichen Bildsensoren (z. B. [[CCD-Sensor]]en und [[Active Pixel Sensor]]en) in digitalen [[Fotokamera]]s und [[Filmkamera]]s.

==== Active Pixel Sensor ====
[[Datei:Matrixw.jpg|mini|Ein [[Active Pixel Sensor]]]]
Ein {{lang|en|[[Active Pixel Sensor]]}} (APS) ist ein Halbleiterdetektor zur Lichtmessung, der in [[CMOS]]-Technik gefertigt ist und deshalb oft als CMOS-Sensor bezeichnet wird. Im Gegensatz zum ebenfalls in CMOS-Technik hergestellten {{lang|en|[[Passive Pixel Sensor]]}} (PPS) enthält jedes Bildelement eine Verstärkerschaltung zum Auslesen von [[Signal]]en.
Durch die Verwendung der CMOS-Technik wird es möglich, weitere Funktionen in den Sensorchip zu integrieren, wie beispielsweise die Belichtungskontrolle, die Kontrastkorrektur oder die [[Analog-Digital-Umsetzer]].
Man findet CMOS-Sensoren in [[Smartphone]]s und einigen [[Digitalkamera]]s, während die Konkurrenztechnologie, CCD-Sensoren, in [[Videokamera]]s und anderen Digitalkameras verbaut wird.

=== Nanosensoren ===
Hierbei handelt es sich um spezielle, sehr kleine Sensoren, um kleine Abbildungen mit hoher [[Auflösung (Fotografie)|Auflösung]] zu [[Scanner (Datenerfassung)|scannen]] (abzutasten), wie bei [[elektronisch]]en [[Lichtmikroskop]]en oder [[Refraktometer|Refraktiometern]] mit folgenden Eigenschaften:
* Sehr geringe Pixelgröße
* Hohe optische Auflösung
* Geringe Empfindlichkeit
* Geringe Dynamik

=== Röntgensensoren ===
Hierbei handelt es sich um mit einer strahlungsempfindlichen Schicht versehene Detektoren für digitales Röntgen ([[TFA-Sensor]]) mit folgenden Eigenschaften:
* Hohe Pixelgröße
* Geringe optische Auflösung
* Hohe Empfindlichkeit
* Mittlere Dynamik

== Digitale Fotografie ==
=== Sensorgrößen und -formate ===
[[Datei:Sensorformate.svg|mini|Vergleich gängiger Sensorformate, Seitenlängen in mm, Fläche in mm²]]
[[Datei:Sensorformate 2015 01 10.svg|mini|Vergleich gängiger Sensorformate]]
In nebenstehender Grafik sind gängige Sensorgrößen dargestellt, die in digitalen [[Videokamera|Video-]] und [[Digitalkamera|Fotokameras]] zum Einsatz kommen. Lässt man die Mittelformatsensoren außer Betracht, ist zwischen dem kleinsten und dem größten Sensor, die in Kompakt- und Spiegelreflexkameras verwendet werden, ein 56-facher Größenunterschied bezogen auf die Sensorfläche erkennbar. Dieser Unterschied ist einer von mehreren Faktoren, welche die Bildqualität und Lichtempfindlichkeit beeinflussen. Der größte im Jahr 2010 gebaute Bildsensor hat eine effektive Größe von 205 mm × 202 mm.<ref>[https://global.canon/en/news/2010/aug31e.html ''Canon succeeds in developing world’s largest CMOS image sensor, with ultra-high sensitivity.''] Abgerufen am 25. Juni 2018</ref> Der Preis für die Sensorchips steigt üblicherweise überproportional zur Sensorfläche.

{| class="wikitable"
|+Auswahl einiger gängiger Formate
|-
! Format || Bilddiagonale
|-
| [[Micro-Four-Thirds-Standard|Micro-Four-Thirds]] und [[Four-Thirds-Standard|Four-Thirds]] || {{0|–}}21,633 mm
|-
| [[APS-C]] und [[DX-Format|DX]] || {{0|,0}}27–28 mm
|-
| [[Vollformatsensor|FX]] (Vollformat) || {{0|–}}43,267 mm
|}

Die Zoll-Bezeichnungen in nebenstehender Grafik haben keinen direkten Bezug zum Zoll-Maß mehr. Die Maßangaben beruhen auf den Eigenschaften der [[Vidicon]]röhre.
{{Siehe auch|Formatfaktor#Gängige Formatfaktoren|titel1=Formatfaktoren gängiger Sensorgrößen}}

=== {{Anker|Bildauflösung und Pixelanordnung}}Bildauflösung ===
In der [[Digitalfotografie]] wird die gerundete Gesamtzahl der Bildpunkte in [[Megapixel]]n als Anhaltspunkt für die theoretisch erreichbare [[Auflösung (Fotografie)|Auflösung]] angegeben. Die ''tatsächliche'' Auflösung hängt aber von vielerlei Faktoren ab – die Pixelanzahl allein lässt keine Qualitätsaussage zu.

=== Pixelanordnung, Seitenverhältnis ===
Gab es anfangs fast nur das [[Seitenverhältnis]] 4:3, gibt es nun zunehmend auch das 3:2-Format des klassischen [[Kleinbild]]s sowie Kameramodelle mit [[16:9|16:9-Format]].
{{Siehe auch|Bildauflösungen in der Digitalfotografie}}

== Siehe auch ==
* [[Überabgetasteter binärer Bildsensor]]

== Weblinks ==
{{Commonscat|Image sensors|Kamerasensoren}}
{{Wikibooks|Digitale bildgebende Verfahren: Lichtwandlung#Bildsensoren|Bildsensoren|suffix=von Markus Bautsch}}
* Walter Preiss: [https://www.walterpreiss.de/d/slomoinf.html ''Sensortechnik''.]
* Henner Helmers: [http://www.henner.info/2mp.htm#4/3-Chip ''Alles über Kamera-Sensoren''.]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Bildsensor| ]]

Bildsensor - Versionsgeschichte

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