Der CMOS-Sensor dagegen ist ein Massenprodukt, der in "normalen Fabrikhallen" gefertigt werden kann. Jede einzelne Fotodiode besitzt hier ihren eigenen Analog/Digital-Wandler, was die Signalverarbeitung zwar beschleunigt, jedoch auch zu einem erhöhten Bildrauschen führen kann. Der CMOS-Sensor war lange Zeit den Videokameras vorbehalten und galt als ungeeignet für qualitativ hochwertige Fotokameras. Die Firma Canon hatte erstmals mit der Spiegelreflexkamera EOS D30 (nicht zu verwechseln mit der neueren EOS 30D) diese Probleme in Griff bekommen und den CMOS-Sensor hoffähig gemacht. Daß diese Bildsensoren nicht die schlechteste Wahl sind, beweist die immer sehr gute Platzierung der Canon-Kameras in den diversen Testberichten der führenden Fotozeitschriften.
Super-CCD-Sensor
Die Anordnung der herkömmlichen CCD/CMOS-Sensoren auf den Wavern hat bei exakt geraden Linien eines Motivs ihren klaren Vorteil. Bei schrägen Linien hingegen kann es jedoch zu einer treppenförmigen Abstufung der Linien führen.
Diese Tatsache stand im Hintergrund der Überlegung bei den Technikern der Firma Fuji. Da in der Natur exakt gerade Linien eher die Ausnahme sind wählten sie eine andere Anordnung und Form der Pixelelemente.
Die Sensoren sind nunmehr um 45 ° gedreht und Wabenförmig angeordnet. Überlagert sind auch diese Fotoelemente mit einem Bayer-Pattern-Mosaik um Farbe ins Spiel zu bringen.
Diese Anordnung bringt den Vorteil, dass Treppenstufen bei schrägen Motivlinien über mehrer Pixelzeilen/spalten vermieden werden, der Schärfeeindruck sich erhöht und eine höhere Auflösung (ca. + 40%) erreicht wird.
Da sowohl Dateiformate als auch Monitore gerade Pixelspalten und -linien voraussetzen, muss die Kameralogik diese Geraden berechnen. Dies führt zu einer weiteren Interpolation von Bilddaten. Zusätzlich zu den Interpolationen, die durch das Bayer-Pattern-Mosaik notwendig sind, ergibt sich eine extrem hohe Interpolationsrate, die zu einer Verdoppelung der Dateigröße gegenüber den herkömmlichen Bildsensordaten führt. Die Firma Fuji führt denn auch diese verdoppelte Dateigröße mit einer etwa verdoppelten Pixelanzahl der Kamera an, was sich werbetechnisch sehr gut ausmacht. Da jedoch jede Interpolation eine Berechnung von (tatsächlich nicht vorhandenen) Pixeln ist, mag sich jeder selbst ein Bild davon machen, was er von solchen werbewirksamen Aussagen halten soll. Es sei jedoch nicht unerwähnt, daß die Fuji-Kameras sicherlich zu den besten am Markt gehören.
Durch die Wabenförmige Anordnung der Bildsensoren, können auch die Bilddaten nicht auf dem schnellsten, nämlich direkten Weg an den Signalprozessor weitergeleitet werden. Beim herkömmlichen CCD-Chip werden die Daten auf einem vertikalen Schieberegister nach unten hin zum horizontalen Schieberegister transportiert und von dort zum Signalprozessor weitergeleitet. Beim SuperCCD dagegen muss jede Leitung einen Umweg um die darunter liegenden verschachtelten Sensoren nehmen. Der Datentransportweg wird dadurch länger. Die Verwinkelungen in der Datenleitung sind natürlich auch etwas störanfälliger (man denke nur an einen Bachlauf mit vielen engen Windungen).
Foveon Chip - X3
Einen gänzlichen anderen Ansatz verfolgt die Firma Foveon beim Aufbau ihres X3-Chips.
Ähnlich einem analogen Film werden teildurchlässige Farbschichten auf den Sensor aufgetragen. Entsprechend der Wellenlänge des Lichts, dringt dieses unterschiedlich tief in die Siliziumschicht des Sensors ein.
Eine Interpolation wie beim Bayer-Pattern-Mosaik kann unterbleiben, da jede einzelne Fotodiode eine der drei Grundfarben liefern kann. Zur Zeit wird ein 3 Megapixel-Chip in der aktuellen Kamera Sigma SD10 eingebaut. Aufgrund der fehlenden Interpolation spricht Sigma hier von einem 10 Millionen Farbenchip (3 Farben pro Pixel). Durch diese Konstruktion können die einzelnen Fotodioden größer und damit von ihrer Grundempfindlichkeit lichtempfindlicher hergestellt werden.
(Noch) nicht in Griff bekommen haben die Entwickler die bei diesem Chip vorkommende höhere Rauschempfindlichkeit
Zur Zeit gibt es drei verschiedene Sensor-Arten, die in Digitalkameras verbaut werden. Der am häufigsten eingesetzte Chip ist der CCD-Sensor (mit seinem Ableger Super-CCD). Daneben baut die Firma Canon mit einigem Erfolg CMOS-Sensoren in ihre Kamera ein. Mit der Kamera Sigma SD9 hat erstmals auch ein X3-Chip der Firma Foveon Einzug in den Digitalbereich gehalten.
Aufbau CCD / CMOS-Sensor
Die schematische Darstellung zeigt einen Ausschnitt aus einem Chip mit einer Matrix von 20 x 20 Pixel (Fotozellen). Grundsätzlich ist solch ein Chip nur für Helligkeitsunterschiede empfänglich. Durch die Überlagerung der Fotozellen mit Farbfolien wird so jede Fotozelle für eine bestimmte Farbe sensibilisiert. In den meisten Kameras liegen diese Farbfilter in den RGB-Farben vor (Rot, Grün und Blau), es gibt jedoch auch einige wenige Sensoren, die mit den Farben des sekundären Farbraumes bestückt sind. Bei diesen Kameras müssen dann die Bilddaten in der Kamera noch in den RGB-Farbraum umgerechnet werden.
Diese mosaikförmige Anordnung der farbigen Elemente wird als Bayer-Pattern-Mosaik bezeichnet und hat einen gravierenden Nachteil. Wird dieses Mosaik mit einem weiteren Mosaik aus kleinen Strukturen (z.B. mit der Ablichtung eines kleinkarrierten Hemdes) bei der Aufnahme überlagert, kann dies zur berüchtigten Moire-Bildung führen, gegen das fast kein Kraut gewachsen ist. Aus diesem Grund dürfen z.B. Fernsehmoderatoren nur einfarbige Kleidung tragen.
Um Farben darstellen zu können werden jeweils 4 Pixel zu einer Farbinformation zusammengefasst. Da das menschliche Auge für Helligkeitsinformationen empfänglicher ist, als für Farben, werden doppelt so viele Grüne Farbpunkte (50 %) als Rot (25 %) oder Blau (25%) zu einer Farbinformation zusammengefasst. Mit der Markteinführung der DSC-F828 hat Sony im Frühjahr 2004 ein neues Bayer-Pattern-Mosaik mit 4 Farben (Rot, Grün, Blau und "Emerald" = Türkis/Smaragd) eingeführt, das zu einer Verbesserung der Farbwiedergabe vor allem im blaugrünen Bereich sorgen sollte. Zwischenzeitlich hört man von diesem Chip nichts mehr. Er wurde wohl Sang und Klanglos wieder eingestampft.
Durch die Zusammenfassung von 4 Pixeln in eine Farbinformation, geht die nominelle Pixelanzahl verloren. Rein rechnerisch wird damit aus einer 4 Megapixel-Kamera eine 1 Megapixel-Kamera. Dieser, auch für die Verkaufsstrategen ungünstiger Umstand, wird durch eine kamerainterne Interpolation wieder ausgeglichen.
Unterschiede CCD / CMOS
Die Unterschiede zwischen den oberflächlich so baugleichen Sensoren liegt in der Art der Signalaufbereitung und des Signaltransports.
Beim CCD-Sensor werden die Signale einer kompletten Bildzeile gesammelt an den Analog/Digital-Wandler gesandt. Der Signalübertragungsweg ist länger als bei CMOS-Sensoren und kann so bei extrem schnellen Motiven zu einem Zeilenversatz führen.
Die Produktion dieser Chips muss in staubfreien Reinräumen mit speziellen Maschinen erfolgen. Dieser hohe technische Aufwand hat natürlich seinen entsprechend hohen Preis.