Schwarzes Silizium macht CMOS-Bildwandler ultra-sensibel von rudi - 6 Feb 2009 10:27:00
Wie heise (und deti in unserem Forum) berichtet, hat die amerikanische Firma SiOnyx ein Material entdeckt, das signifikant lichtempfindlicher ist, als herkömmliches Silizium aus der aktuellen CCD und CMOS-Fertigung. Dieses neue Material soll gut hundert mal sensibler sein und eine große spektrale Bandbreite abdecken, die von Infrarot bis Ultraviolett reicht. Das "Schwarze Silizium" soll zudem im normalen CMOS-Herstellungsprozess einsetzbar sein, wovon sich das Unternehmen eine schnelle Marktadaption erhofft. Nachdem wir ja schon gespannt auf Sonys neue Low-Light Technologie der HDR-XR500-Serie warten, könnte dies einen weiteren Meilenstein in der Schwachlicht-Videographie bedeuten: Licht setzt man dann nur noch zum akzentuieren mit schwachen Lämpchen. Und draußen braucht man zentimeter dicke ND-Filter ;)
So neu ist das gar nicht .... denn seit es 1997 in Harvard entdeckt und 1999 veröffentlicht wurde, hat sich, bis auf ein Versuchschip, das Fuji in einem Gemisch mit "normalem" Silizium in eine Fotokamera eingebaut hat, nichts weiter getan.
Aber erfreulich, dass auch die Deutsche Presse nach 10 Jahren davon Kenntnis nimmt. http://www.hno.harvard.edu/gazette/1999 ... licon.html
Hier noch ein paar Zusatzinfos von der TU-Ilmenau: http://www.tu-ilmenau.de/fakmb/index.php?id=3719#10364
Ob das Relavants für den Sensorenmarkt haben wird ist eher fraglich.
Zwar verringert sich das rauschen bei der Sensorauslesung, das spielt aber gegenüber dem Photonenrauschen ohnehin bei Low-Light nur eine untergeordnete Rolle. Am Dynamik Umfang des Sensors würde sich überhaupt nichts ändern und das weitere Spektrum im UV/IR Bereich ist eher schädlich für die Fotografie, versucht man doch mit Filtern, diese Bereiche möglichst weg zu bekommen.
Ausserdem hat ein üblicher Sensor heute eine Effizienz von rd. 90-95 %.
Wo liegt da also der Fortschritt ?
Das dürfte ein Thema für die Stromgewinnung oder für Nachtsichtgeräte sei, aber weniger für Video.
Ich fände das ziemlich genial wenn das kommen würde. Das könnte auch die Digitalfotografie im Low-Light Bereich revolutionieren. Und damit man trotzdem bei hellem Tageslicht Filmen/Fotografieren kann könnte man ja ein elektrochromatisch abdunkelndes Glas vor den Sensor setzen so wie bei automatisch abblendenden Spiegeln im Auto (nur Wirkungsvoller).
..weil du das Photonenrauschen auch nicht weg bekommst.
Der Dynamikumfang steht immer ein Verhältnis zum Störabstand.
Theoretisch hat ja jeder Sensor einen beliebigen Dynamikumfang, würde man das Rauschen nicht sehen.
Und daran ändert sich leider nichts, denn das Photonenrauschen ist das eigentliche Problem... und das steht immer im Verhältnis zur verarbeiteten Lichtmenge ... und die bleibt zur "Bildausleuchtung" immer gleich und wird im vorliegenden Chipdesign durch die verstärkung der Photonen (Spieglung) erzeugt, ähnlich wie in L3CCDs oder in EMCCDs.
Entsprechende Erfahrungen mit solchen Bausteinen sind also nicht neu.
Eine Lösung würde darin bestehen, das Rauschen (wie beim Film) wieder zu "kultivieren". Komischerweise findet jeder beim Film das "Grain" gut, bei Video rümpft jeder die Nase ....
Aber das sind auch nicht wirklich die ganzen Probleme dieses Sensors ... schau Dir nur mal die unsägliche Empfindlichkeit bei IR und UV an. Bei ND Einsatz ist das ja schon bei herkömmlichen Sensoren ein Problem ... hier vermutlich nicht einmal wirklich zu beherrschen.
Also, ich weiss nicht, wo die Euphorie in Bezug auf den Einsatz für Video herkommt. ... Und die Industrie offenbar auch nicht, sonst gäbe es schon solche Sensoren in den Kameras.
Anmerkung: Komischerweise steht in dem Artikel auch nichts von Störabständen ....
@jarod84
Ich fände das ziemlich genial wenn das kommen würde. Das könnte auch die Digitalfotografie im Low-Light Bereich revolutionieren.
Nicht wirklich, denn die oben beschriebenen Probleme hat man heute schon bei DSLRs ab 6400 ASA.
ich habe mich nun mal mit dem Begriff Photonenrauschen beschäftigt und würde mit meinem Laienwissen schlussfolgern, dass dieses Rauchen unmittelbar mit der Empfindlichkeit des Sensors verknüpft ist. Also je empfindlicher der Sensor, desto geringer ist das Rauschen bei gleichbleibenden Lichtverhältnissen im Vergleich zu »herkömmlichen« Sensoren.
Ich denke deshalb schon, dass es eine erhebliche Verbesserung darstellen kann, wenn dieses Material für Bildsensoren verwendet wird. Wenigstens aber dürfte es wesentlich höhere Bildwiederholraten bei gleichem Rauschen ermöglichen.
Hallo Lars.
Es fallen ja nicht mehr Photonen auf den Sensor, als bei einem anderen Sensor auch. Die erhöhte Empfindlichkeit wird lediglich nicht durch eine elektrische Verstärkung erzeugt, wie bei "normalen sensoren" sondern durch eine quasi durch Spieglung erzeugte Photonenvervielfachung. Daher steigt auch das Rauschen gleichermassen mit. Ich habe bei einer hohen Lichtausbeute also denselben Effekt als würde ich eine längere Zeit Photonen anreichern. Anstatt der andern 7 Rauschen (hier mal als Ausleserauschen zusammengefasst) Photonenrauschen als dominanten Faktor.
Wie gesagt, die Versuche mit EMCCDs oder L3CCDs habe ja auch keine verwertbaren Ergebnisse gebracht. Was das schnellere Auslesen betrifft, so steht man an ähnlichen problemen wie zuvor. Höhere Taktraten führen zu höheren Temperaturen und mit je 7° verdoppelt sich das Rauschen.
Bei den EMCCDs, bei denen die Elektronen auf dem weg zum Ausgang vervielfacht werden, hat man versucht, mit hohen Taktraten zu operieren und kann damit das Ausleserauschen verringern, nicht aber das Photonenrauschen.
Aber ich möchte nochmals auf die Werte oberhalb von 700nm hinweisen ... Das wird mit den Filterverfahren, die derzeit zur Verfügung stehen, zu einem massiven Problem.
Es gäbe da noch diverse Punkte, die auch nicht unbedingt für einen Einsatz sprechen.
Ich denke wirklich, das eine Anwendung für Spezialzwecke (Astronomie; denn wenn die statt einem Tag nur noch wenige Minuten belichten müssen, trägt das erheblich zur Bildschärfe bei) gegeben ist, aber das man in der (hoch qualitativen) Videotechnik nicht damit glücklich wird, haben bereits die letzten 10 Jahre gezeigt, in denen die Technik bekannt, aber (bis auf den Fuji-Test) ungenutzt geblieben ist.
WoWu hat geschrieben:
Eine Lösung würde darin bestehen, das Rauschen (wie beim Film) wieder zu "kultivieren". Komischerweise findet jeder beim Film das "Grain" gut, bei Video rümpft jeder die Nase ....
Das ist eine interessante Feststellung auf dem Gebiet der Sehgewohnheiten und vollkommen richtig beobachtet. Früher war es speziell bei hochempfindlichen SW-Filmen in Verbindung mit sehr kontrastreich (aber letzlich relativ detailarm) zeichnenden Hochleistungsobjektiven im Bereich von 1:1,(x) geradezu ein Qualitätsmerkmal ersten Ranges ein schönes Grain zu zeigen und das galt etwas abgemildert auch in der Farbfotografie.
All die Schönheit liegt aber nur im Auge des Betrachters und ist total gewöhnungs- und modeabhängig, genauso wie das wunderschöne 24p-Ruckeln im Kinofilm.
Ästhetisches Empfinden ist teiweise Erziehungssache. Bei einem südamerikanischen Indianerstamm waren Mädchen mit Turmschädeln und stark schielenden Augen besonders begehrt.
... bei den meisten Mitteleuropäern heute noch .... :-))
Sie geben es nur selten zu.
Ohne Spass, es ist wirklich so, wie Du sagst. ich weiss noch, wie wir zu frühen Jugend-Fotozeiten mit dem Illford AGP Papier in der Dunkelkammer versucht haben, gerade mit dem Korn zu arbeiten.
Und ich halte Korn ja nach wie vor für ein gutes Stilmittel.
Wusstest Du, dass AVC ein Grain-Modeling beinhaltet, das Grain im Ursprungsmaterial analysiert, das Grain bei der Übertragung beseitigt, um datenrate zu sparen und das Modell parallel an die STB überträgt, in der es dem Bild wieder zugeführt wird.?
Dabei kann man auf das Modell bei der Aufbereitung Einfluss nehmen. Es wird also zukünftig wieder zum Stilmittel werden und wenn ich bestehendes Grain dann in der Anmutung positiv verändern kann, soll es mich auch im Bild nicht mehr stören.
Versuche damit stehen bei uns oben auf der Wunschliste.
Ist es nicht so, dass Grain beim Video verpoent ist, weil es eine einfache rechteckige, immer gleichgrosse und so mit langweile Form ist, waerend es beim Film unregelmaessige Formen hat und somit eher ein auszugleichendes Muster ist? Ist halt einfach eine Frage, wie das Gehirn mit dem umgeht und gerade regelmaessige Muster koennen vom Gehirn her manchmal nicht so verarbeitet werden, wie zufaellige und unregelmaessige Muster.
Vielleicht muss man die CCDs einfach nicht mehr mit rechteckigen Pixeln fertigen, sondern eher unregelmaessige Formen auf bringen. Wird nur schwer in der Fab, dass den Leuten beizubringen....
Nee, die rauschenden Körnchen liegen auch bei elektronischen Sensoren immer wieder an anderen Stellen. Das sieht man aber erst bei Einzelbildbetrachtung so richtig.
Ein wunderschönes Korn hat übrigens die FX1 bei Gain. Selten ein so schönes Korn im Videobereich gesehen, ist noch original und durch kein Rauschfilter bei der Codierung beeinträchtigt :-)
domain hat geschrieben:
Ein wunderschönes Korn hat übrigens die FX1 bei Gain. Selten ein so schönes Korn im Videobereich gesehen, ist noch original und durch kein Rauschfilter bei der Codierung beeinträchtigt :-)
Ist nicht dein Ernst? Es ist das bunteste und hässlichste G(r)ain was ich je gesehen habe, ehrlich jetzt, finde es ganz furchtbar. Ist so ein typisches CMOS Rauschen ... I mogs nit.
MB
Ich will lieber mit Weisen irren, als mit Unwissenden recht zu behalten. (Cicero)
MarcBallhaus hat geschrieben:
Ist nicht dein Ernst? Es ist das bunteste und hässlichste G(r)ain was ich je gesehen habe, ehrlich jetzt, finde es ganz furchtbar.
Du hast vollkommen recht und es war mein Ernst. Super-Rauschen in allen CCD-Farben. Und wenn man erst bedenkt, dass dieser Kamera zu Beginn in div. Tests fast völlige Rauschfreiheit zugebilligt wurde. Schlimmer war eigentlich nur die HC1.
Ich kenne aber Personen, die diese Eigenschaft wirklich schätzen, das ist kein Witz.
Schon bei der A7sII habe ich für mich persönlich entschieden, daß die ISO nach oben hin eindeutig ihre Grenzen hat. Bei verschiedenen Testaufnahmen waren Lichtquellen auf hässlichste Weise ausgebrannt, eine Lösung wäre da wohl ein noch höherer Belichtungsumfang, was dann aber schon idiotisch ist, weil man nur für die Lichter gigantische Mengen an Daten aufzeichnen müsste
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