Warum hat eine Digitalkamera einen mechanischen Verschluss

[Norbert6D]

Die Frage mag für einige vielleicht komisch klingen.
Ein mechanischer Verschluss war früher nötig um die Belichtungszeit auf dem Film zu regeln, das ist logisch.
Heutzutage habe ich aber keinen Film mehr sondern einen elektronischen Sensor.
Somit stellt sich mir die Frage warum man die Belichtungszeit nicht über die Elektronik regeln kann, also einfach den Sensor nur die berechnete Zeit zur Belichtunsaufnahme scharf schalten und fertig.
Warum wird so ein mechanisch anfälliges Teil wie der Shutter benutzt ??
Geht das technisch nicht, habe ich einen Denkfehler, oder ist das einfach der alten Fotografietechnik geschuldet ??
Ebenso könnte man doch auch die Blende elektronisch simulieren oder nicht ?


Haben nur die DSLR einen Shutter oder auch die sog. Point&Shot Kameras ?
Wenn ich zum Beispiel an meiner alten Canon SX260HS den Serienbildmodus nutze dann klackt es auch die ganze Zeit beim auslösen.
Wie sieht es bei Handycams aus, die haben sicherlich keinen Shutter und machen trotzdem Bilder, also warum geht das bei DSLR Kameras nicht ??

Wieso, weshalb, warum .... wer nicht fragt bleibt dumm

 

[NikonDxx]

Gab es alles schon, D70 oder so....aber es gab auch Probleme. Frag mal Tante Google.

 

[wumi]

Das geht bei CMOS-Sensoren aktuell technologisch noch nicht (Stichwort "global shutter") - zumindest nicht für "normale" Kamera-Anwendungen wie in DSLRs. Man kann wohl den Start der Belichtung nachbilden (electronic first curtain), aber nicht die komplette Belichtungssteuerung.

Ebenso könnte man doch auch die Blende elektronisch simulieren oder nicht ?

Das geht im Gegensatz zum Verschluss rein physikalisch nicht. Die Blende, genauer Aperturblende, bestimmt die effektive Größe der Eintrittspupille - und das kann nicht direkt auf der Bildebene funktionieren, wo der Sensor sitzt.

 

[whr_]

Haben nur die DSLR einen Shutter oder auch die sog. Point&Shot Kameras ?
Wenn ich zum Beispiel an meiner alten Canon SX260HS den Serienbildmodus nutze dann klackt es auch die ganze Zeit beim auslösen.
Wie sieht es bei Handycams aus, die haben sicherlich keinen Shutter und machen trotzdem Bilder, also warum geht das bei DSLR Kameras nicht ??

Die meisten Kameras, einschließlich derer einiger in Smartphones und Tablets, haben einen mechanischen Verschluß, bei letzteren als Zentralverschluß ins Objektiv integriert. Nur bei niedriger Auflösung und begrenzten Erwartungen an die Qualität geht es ohne.

Die Lichtempfindlichkeit eines Pixel kannst Du genausowenig abschalten wie die des Films. Alle Pixel zum gleichen Zeitpunkt auslesen geht auch nicht, das geschieht bestenfalls spaltenweise und dauert dann bei großer Pixelzahl für hochwertige Photographie zu lange (rolling shutter, lange Blitzsynchronzeit). Es gibt auch bei CMOS Lösungen für einen global shutter mit analoger Zwischenspeicherung der vom Pixel aufgenommenen Ladung (wie bei CCD), aber mit allerlei Nachteilen.

Und so ist der elektronische Verschluß ein Exot oder allenfalls Alternativlösung mit Nachteilen.

 

[burkhard2]

Das eigentliche Problem ist, dass man die Photodioden im Sensor nicht "blind" schalten kann – solange Licht darauf fällt, werden Photonen in elektrische Ladungen umgewandelt.

Zweitens braucht die Analog-Digital-Wandlung Zeit. Man kann also nicht alle Pixel sehr schnell digital auslesen. (Alle Pixel gleichzeitig löschen geht aber.)

Für das Problem gibt es verschiedene Lösungsmöglichkeiten:

1. mechanischer Verschluss: Pixel löschen, belichten, in Ruhe auslesen. Machen die meisten DSLR.

2. elektron. erster Verschluss: wie 1), nur dass erst der Verschluss aufgeht und dann der Sensor elektronisch gelöscht wird – die Geschwindigkeit muss dabei gleich dem mechan. 2. Verschluss sein.

3. Pixel schnell auslesen und Ergebnis analog zwischenspeichern (D50/D70, geht besser mit CCD-Sensoren). Das Zwischenspeichern benötigt entsprechend Platz auf dem Sensor, die nicht für das Einfangen des Lichts vorhanden sind.

4. Pixel langsam auslesen (entspricht einem sehr langsamen mechan. Verschluss), den 1. Verschluss entsprechend anpassen. Das machen die DSLR bei Video-Aufnahmen (weniger Pixel müssen ausgelesen werden) und LiveView, und natürlich die Kameras ohne mechan. Verschluss. Nachteil: Rolling-Shutter-Effekt bei schnellen Bewegungen.

L.G.

Burkhard.

 

[MJ-Photo]

Also ich würde meinen dass in den Smartphones ein elektronischer Verschluss zum Einsatz kommt.

Findet sich auch nicht wirklich einge gegenteilige Info im Netz.

 

[whr_]

Bei den billigen (aka Apfelfon) wohl nicht mechanisch. Bei anderen schon:
http://pocketnow.com/2013/06/09/nokia-camera-mechanical-shutter

 

[MJ-Photo]

Naja ich seh da eher die Nokias als Randstellung. Würd mal behaupten, die meisten Smartphones (nicht Kameras mit Phonfunktion) Samsung, HTC, ... haben einen elektronischen Verschluss.

 

[Norbert6D]

Das ist ja doch alles viel komplizierter als ich gedacht habe.

Dachte wirklich der Verschluss wäre noch ein ( altbewährtes und funktionierendes ) Relikt aus der Echtfilmzeit.

 

[mrHiggins]

Stell dir vor du hast viele Eimer und es regnet. Du möchtest die Regenverteilung in deinem ort wissen, also stellst du die Eimer nebeneinander auf.

Zu Beginn sind alle Eimer leer und es fängt zu regnen an. nach genau 1 h willst du das Wasser messen. Dummerweise regnet es weiter. Du bist allein und wenn du am 1. anfängst dauert es ewigkeiten bis du beim letzten bist und das Ergebnis passt nicht mehr.
Darum ziehst du ein Tuch drüber um alle gleichzeitig abzudecken. Dann kannst du in Ruhe en Füllstand messen.

Wenn du dann eine neue Messung machen willst müsstest du ohne Tuch jeden Eimer gleichzeitig ausleeren. Das ist auch schwer, darum macht man das auch unter dem Tuch.

Das heißt man macht die Eimer leer, macht das Tuch weg für 1h, macht es wieder drüber und misst.

Genau das macht der Verschluss.

Es gibt heute oft einen elektronischen 1. Verschluss. Das heißt das Ausleeren geht sehr schnell und kann ohne Tuch gemacht werden. Nur das auslesen am Ende muss "unter Verschluss" stattfinden.

 

[Norbert6D]

Anschaulich und für Dummies erklärt

Danke

 

[activelle]

Stell dir vor du hast viele Eimer und es regnet...

+1

 

[Norbert6D]

Ein 20 ME Garten ( Megaeimer )

 

[CamTamer]

Hallo,

speichert der Sensor tatsächlich den vorherigen Lichteinfall nachdem der abgedeckt wurde?

camtamer

 

[wumi]

Ja - einfaches Gedankenxperiment: 30 Sekunden Belichtung, und während der letzten 15s setzt Du den Objektivdeckel auf. Die Belichtung der ersten 15s bleibt auf jeden Fall erhalten.

Edit: Siehe z.B. http://de.wikipedia.org/wiki/Active_Pixel_Sensor: Die Helligkeitsmessung wird durch Entladen der Sperrschichtkapazität einer Photodiode durchgeführt. Nach dem Initialisieren der Schaltung ist es völlig egal, wann belichtet wird, entscheidend ist nur wie lange (mal abgesehen von akkumuliertem Rauschen, Leckströmen etc.). Deshalb funktionieren ja auch z.B. Mehrfachbelichtungen.

P.S. Ich merke gerade, dass ein CMOS-Sensor eigentlich genau umgekehrt wie das (sehr gute!) Eimer-Beispiel funktioniert: Die Eimer sind nach der Initialisierung alle voll und werden bei der Belichtung langsam entleert ... Edit 2: Wobei das bei Wikipedia eigentlich auch nur als "einfachste Realisierung" beschrieben wird - es wäre also auch denkbar, dass die Photodiode einen separaten Kondensator auflädt statt sich selbst zu entladen.

 

[mrHiggins]

dass der CMOS andersherum funktioniert stimmt natürlich, ändert aber nichts daran.

Halbes Glas voll oder leer macht keinen unterschied


Bedenke: Ein Pixel auf dem Sensor ist ein extrem kleines Ding. Das kann nicht viel...



Dieser Vergleich mit dem Eimer hilft Dinge zu verstehen wie Mehrfachbelichtungen, Blitzen bei langer Belichtungszeit, was an dem mythos Hintergrundlicht dank 2. Blitzvorhang dran ist usw.

 

[kaha300d]

...Dieser Vergleich mit dem Eimer hilft Dinge zu verstehen ...

Auch das Rauschen kann er veranschaulichen. Wenn es nur tröpfelt (wenig Licht), werden in einem Eimer nur 10 Tropfen aufgefangen, in einem anderen 20, in einem dritten nur 5. Dieser Unterschied ist das Rauschen.
Wenn es stark regnet (viel Licht), macht es keinen Unterschied mehr, ob der Eimer 5 Liter plus 10 Tropfen oder 5 Liter plus 5 Tropfen aufgefangen hat.

LG,
Karl-Heinz

 

[CamTamer]

was macht man bei einer Videoaufnahme? dabei würde doch der Sensor auch überbelichten?

camtamer

 

[whr_]

Man kann die Belichtungszeit für jede einzelne Zeile verkürzen, wenn man die Sensoren zeilenweise rücksetzen kann (und das können die moderneren CMOS-Sensoren in der Regel) - das Auslesen einer einzelnen Zeile dauert weniger als 0,1 ms, somit ist 1 ms Belichtungszeit möglich. Aber bis dann alle Zeilen so ausgelesen sind, dauert es wieder lange - das führt zum "rolling shutter" bei Video (und auch Photo).

Bessere Videokameras haben außerdem einschwenkbare ND-Filter, um auch bei hellerem Licht und offener Blende längere Belichtungszeiten halten zu können, was wohl zu einem flüssigeren Bewegungsablauf in der Darstellung führt.

 

[Gast_308519]

Haben nur die DSLR einen Shutter oder auch die sog. Point&Shot Kameras ?

Nach meinem Verständnis ist die prinzipeille technische Lösung trivial und lange umsetzbar, über den schon genannten "global shutter". Damit braucht man tatsächlich keinen mechanischen mehr.

Nur braucht es wohl pro Pixel hierfür ein oder mehrere zusätzliche schaltungselemente, die unweigerlich physischen Platz einnehmen direkt auf dem Sensor. Dieser Platz steht dann nicht mehr für das Einfangen des Lichts zur Verfügung als rauscht es wohl mehr als ansonsten gerade möglich ist und damit Marktstandard, was die Käufer erwarten.

Da niemand eine Kamera mit rein elektronischem Verschluss aber Rauschverhalten wie vor 8 Jahren vermarkten will, geschieht das im DSLR Bereich nicht.
Und zwar bis man eine Lösung für gloabl shutter gefunden hat, welche die o.g. doofen Nebeneffekte nicht mehr hat.

Ich lasse mich aber gerne belehren, wenn Teile davon mittlerweile überholt sind.