{Foto-Kurs} #2 – Die digitale Kamera

Hallo ihr Lieben,

heute geht es schon direkt ans Eingemachte bei meinem Foto-Kurs, denn im zweiten Kapitel geht es um den Aufbau und die grundlegende Technik einer digitalen Kamera.
Wie ist so eine Kamera aufgebaut, was ist ein Sucher und wie funktioniert überhaupt ein Bildsensor? Diese Fragen möchte ich euch heute beantworten :)

Viel Spaß beim Lesen,



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Inhalt Kapitel 2

2. ............ Die digitale Kamera
     2.1 ...... DSLR - Beschriftung von Body & Display
     2.2 ...... DSLR - Funktionsweise
     2.3 ...... Spiegellose Kameras - Funktionsweise
     2.4 ...... Optische und elektronische Sucher
     2.5 ...... Funktionsweise eines Bild-Sensors
     2.6 ...... Sensortypen und -größen

2. Die digitale Kamera

2.1 DSLR - Beschriftung von Body & Display

Hier seht ihr den Body einer Canon EOS 550D (eine ➝ Spiegelreflexkamera für Anfänger, die übrigens schon gar nicht mehr hergestellt wird :D) mit den Bezeichnungen der einzelnen Teile und Tasten. Natürlich haben unterschiedliche DSLR auch unterschiedliche Tasten; aber so seht ihr grob, welche Tasten es u.a. alles geben könnte ;) Teilweise sind sie nur an einer anderen Stelle, oder es gibt noch zusätzliche Tasten oder es fehlen welche. Die genauen Bezeichnungen bei eurer Kamera schaut ihr euch am besten im Handbuch an. Ich werde die Tasten hier auch nicht weiter erläutern; einige Verwendungen und Erklärungen werden aber im Laufe des Kurses noch auftauchen, und dann könnt ihr hier auf die Bilder zurückgreifen.

  
Canon EOS 550D - Body-Beschriftung *klick*
Wichtig ist auch, was ihr auf dem Display seht. Dabei geht es vor allem darum, dass ihr wisst was die verschiedenen Symbole und Zahlen bedeuten und nicht, wo genau sie stehen, denn das ist wieder von Kamera zu Kamera unterschiedlich. (Ich habe mich übrigens damals auch für Canon entschieden, weil ich da das Menü einfach schöner fand haha ;)¹. Ich habe hier die wichtigsten Informationen eingezeichnet, die im Laufe des Kurses noch näher erläutert werden.

  
Canon / Nikon – Display-Beschriftung

2.2 DSLR – Funktionsweise

Die Physiker unter euch werden jetzt wahrscheinlich die Hände über dem Kopf zusammenschlagen :D Aber in dieser schematischen Darstellung der Kamera geht es allein ums Prinzip, nicht um eine maßstabsgetreue Wiedergabe ;)


*klick*
Ihr seht hier eine beschriftete SLR im Querschnitt. Der Klappspiegel in der Mitte gibt der Kamera ihren Namen. Er leitet das Licht, das durch das Objektiv fällt, nach oben und durch eine Mattscheibe und ein Pentaprisma zum Sucher (das Ding, wo man durchguckt; pinke Strahlen). Beim Auslösen wird der Spiegel hochgeklappt, der Verschluss öffnet sich, und das Licht fällt auf den Sensor und erzeugt das Bild (orange Strahlen). Außerdem wird bei herunter geklapptem Spiegel das Licht über einen Hilfsspiegel zu einem Sensor gelenkt (grüner Strahl), der den Autofokus einstellt.
So viel erstmal zur schnellen und groben Erklärung, wie eine Spiegelreflexkamera funktioniert ;) Themen wie Brennweite, Blende und Fokus werden in den nächsten Kapiteln näher erläutert.

2.3 Spiegellose Kameras – Funktionsweise

Bei den spiegellosen Digitalkameras ist es eigentlich ganz einfach; das Licht fällt durch das Objektiv und trifft nach dem Verschluss auf den Sensor. Die Signale des Sensors werden dann elektronisch auf das Display bzw. den Sucher-Monitor übertragen.
Nicht so gut zu erkennen auf dem Bild oben ist, dass bei den Kompaktkameras aufgrund ihrer geringen Größer auch der ➝ Sensor sehr viel kleiner ist. Mehr dazu weiter unten.
Die weitere Technik wie der Fokus wird ebenfalls in einem späteren Kapitel erklärt.

(Auf die verschiedenen Verschlussarten bei Digitalkameras gehe ich hier übrigens nicht weiter ein. Wer Interesse hat, kann sich z.B. den Artikel Verschluss-Sache auf prophoto-online.de anschauen.)

2.4 Optische und elektronische Sucher

Sucher von DSLR gehören zu den optischen Suchern und sind genauer gesagt TTL-Sucher. Man sieht das Bild "Trough The Lens", also über den Spiegel direkt durch das Objektiv (pinke Strahlen). Das hat den großen Vorteil, dass man genau das Bild sieht, das später auch auf dem Sensor landet. Teilweise ist das Bild/Sichtfeld im Sucher allerdings ein Stückchen kleiner als das echte Bild hinterher. Der Nachteil dieser Sucher ist außerdem, dass der Spiegel beim Auslösen ja hochklappen muss, damit das Licht zum Sensor gelangen kann (orange Strahlen). In diesem Moment ist das Sucherbild komplett schwarz und das Schwingen des Spiegels nicht zu überhören. Dazu kommt, dass die Bewegung des Spiegels auch das Bild verwackeln kann, besonders bei langen Belichtungszeiten oder Freihand-Fotos. Abhilfe kann hier die Spiegelvorauslösung bringen, bei der der Spiegel hochgeklappt wird, und sich erst dann der Verschluss öffnet.

Es gibt noch eine andere Art von optischen Suchern, bei denen der Sucher quasi ein "Loch" mit einer Linse im Kameragehäuse ist. Man schaut also am Objektiv vorbei auf das Motiv, was vor allem bei Makroaufnahmen das Problem der Parallaxenverschiebung mit sich bringt (da man neben dem Objektiv vorbeischaut, verschiebt sich der Bildausschnitt und Sucher- und Sensorbild stimmen nicht überein). Auch lässt sich die Schärfe nicht durch den Sucher bestimmten. Diese Sucher sind allerdings sehr viel einfacher, günstiger und leichter, da das komplette Spiegelsystem weg fällt.


Dann gibt es noch elektronische Sucher bei ➝ Digitalkameras ohne Spiegel, entweder in Form des großen Displays auf der Rückseite der Kamera oder eines kleinen Monitors innerhalb des Suchers. In beiden Fällen wird das Signal des Sensors genutzt, um noch vor der Auslösung eine Vorschau zu erzeugen. Man sieht also ein Abbild des Sensors.
Die Live View-Funktion bei DSLR ist auch eine Art elektronischer Sucher. Hierfür muss der Spiegel (geräuschvoll) hochgeklappt werden, damit das Licht auf den Sensor fallen kann um die Vorschau zu erzeugen. Deshalb ist im Live View auch das Sucherbild schwarz und kann nicht parallel genutzt werden.

2.5 Funktionsweise eines Bild-Sensors

Der wohl wichtigste Bestandteil einer Kamera ist der Sensor, denn der wandelt das einfallende Licht so um, dass man es speichern kann. Die Sensoren der Digitalkameras ersetzen dabei quasi den Film der analogen Kameras.

Hier mein Versuch, kurz und knapp einen Sensor zu erklären :D
Der Sensor besteht aus lichtempfindlichen Zellen/Pixeln. Wenn das Licht auf diese Zellen trifft, entsteht eine elektrische Spannung (viel Licht gleich viel Spannung, bei wenig Licht entsprechend weniger). Diese elektrischen Signale werden in Helligkeitswerte umgerechnet und digitalisiert.


Damit dieses s/w-Bild (weil bisher nur Helligkeits-Werte) farbig wird, befindet sich vor den Zellen ein Farbfilter. Jeder Pixel kann entweder nur Rot, Grün oder Blau erkennen (System des Bayer-Sensors).


Die genaue Farbe eines Pixels setzt sich dann aus den Informationen der benachbarten Pixel zusammen. Es gibt übrigens doppelt so viele grüne wie rote oder blaue Pixel, da das menschliche Auge besonders grün-empfindlich ist.
(Eigentlich werden die Informationen der 8 angrenzenden Pixel mit einberechnet; im Bild unten habe ich der Einfachheit halber nur drei genommen.)


Zusammengefasst kann man sagen, dass der Sensor durch elektrische und digitale Signale Informationen über das Licht einfängt, auswertet und an das Speichermedium weitergibt.

Wer noch weiter in die Materie einsteigen will, dem empfehle ich folgende Artikel und Videos:
Wie funktioniert der Sensor? // How a Pixel get its Color (Video) // Alles über Kamera-Sensoren

2.6 Sensor-Typen und -größen

Nun gibt es aber auch erhebliche Unterschiede bei Bildsensoren, und das ist letztendlich auch wichtiger zu wissen, als die genaue Funktionsweise ;)

Heutzutage werden vor allem zwei Bauarten von Sensoren verwendet, sogenannte CCD- und CMOS-Sensoren. Ganz vereinfacht kann man sagen, dass beim "Charge-coupled Device"-Sensor die durch das auftreffende Licht erzeugten Ladungen (wir erinnern uns), nach dem "Eimerketten-Prinzip" verschoben werden, bis sie an einer zentralen Stelle nacheinander ausgelesen werden. Bei den "Complementary Metal Oxide Semiconductor"-Sensoren (nein, diese Worte kannte ich vorher auch noch nicht :D merkt euch einfach die Abkürzung CMOS [sprich: ce-moss]) werden die Ladungen dagegen direkt parallel an der Fotozelle ausgewertet.
CMOS-Sensoren sind günstiger zu produzieren als CCD-Sensoren, verbrauchen weniger Strom und sind vor allem in DSLR zu finden; sie sind allerdings weniger lichtempfindlich und anfälliger für Bildrauschen.

Dann gibt es noch Unterschiede bei der Sensorgröße. Noch heute orientiert man sich hier an der Größe eines analogen 35mm-Kleinbild-Films. Das digitale Vollformat mit 36 x 24 mm entspricht genau dieser Größe, und ist nur in den sehr teuren "Profi-Kameras" verbaut. Fast alle anderen DSLR besitzen einen sogenannten APS-C-Sensor mit ca. 22,2 x 14,8 mm (unterscheidet sich je nach Hersteller um wenige mm). Kompakt- und Bridgekameras haben deutlich kleinere Sensoren, die teilweise bis zu einer Größe von 4,9 x 3,6 mm schrumpfen. Außerdem gibt es noch das Format Four Thirds (17,3 x 13 mm), was vor allem bei den DSLM zum Einsatz kommt. (Und es gibt noch eine Menge anderer Formate, aber das hier sind so die wichtigsten).


Außerdem ist es ein großer Unterschied, wie viele Pixel letztendlich auf diese Flächen gepackt werden, aber dazu komme ich am Freitag beim Thema Bildauflösung und Qualität.

Vorschau Kapitel 3

Morgen geht es um das digitale Foto und u.a. um die Themen Seitenverhältnis, Bildauflösung und verschiedene Dateiformate.


Quellen und weiterführende Links:
canon-europe.com: Handbuch Canon EOS 550D (PDF)
nikonsupport.eu: Handbuch Nikon D5100 (PDF)
nikon-fotografie.de: Spiegelreflexkameratechnik
puchner.org: Kameratypen
scandig.info: Suchertechnologien
elmar-baumann.de: Wie funktioniert der Sensor?
pcwelt.de: Bildsensoren in Digitalkameras
onzesi.de: Sensorgrößen


¹Zum Thema Kameraauswahl: Es ist eigentlich immer am besten, wenn ihr die Kamera einfach mal selbst in die Hand nehmt und schaut, ob ihr damit zurecht kommt, ob euch das Menü etc. sympathisch ist und ob ihr euch einfach wohl fühlt mit der Kamera. Ich fand z.B. wie gesagt das Canon-Menü angenehmer und habe mich dann u.a. deshalb für Canon entschieden.

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