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Sensoren

Sensorgrößen

Die Größe eines Sensors ist das Ergebnis seiner Auflösung und Pixel-Größe: Eine hohe Auflösung benötigt mehr Pixel, diese belegen eine größere Sensorfläche. Sind die Pixel kleiner, hat die gleiche Sensorfläche eine höhere Auflösung: Es passen mehr Pixel darauf.

Bildwinkel

Die Sensorgröße bestimmt den Bildwinkel einer Brennweite. Die gleiche Brennweite kann bei einem kleinen Sensor ein Teleobjektiv sein, bei einem mittelgroßen ein Normalobjektiv und bei einem großen ein Weitwinkelobjektiv.

In der Tabelle unten stehen die diagonalen Bildwinkel verschiedener Sensoren bei 50 mm Brennweite, die Abbildung darunter veranschaulicht sie.

Tabelle: Verschiedene Sensorgrößen (Auswahl)
Sensorfläche Diagonale Bildwinkel diagonal bei 50 mm Cropfaktor
∼ Kleinbild
Kamerabeispiel
4,5 × 3,4 mm (1/3,2") 5,6 mm 6,46° 7,67
∼ 384 mm
diverse Kompaktkameras
7,2 × 5,3 mm (1/1,8") 8,9 mm 10,22° 4,84
∼ 242 mm
diverse Kompaktkameras
17,3 × 13,0 mm (Micro Four Thirds) 21,64 mm 24,42° 2
∼ 100 mm
Olympus OM-D E-M5
23,7 × 15,6 mm (APS-C) 28,4 mm 31,68° 1,52
∼ 76 mm
Nikon D70
36 × 24 mm 43 mm 46,79° 1 = 50 mm Canon EOS-1Ds Mark II
49,1 × 36,8 mm 61 mm 63,07° 0,71
∼ 35 mm
PHASE ONE Digitalrückteil P 45 für Mittelformatgehäuse
8,4 × 10 cm 131 mm 105,12° 0,33
∼ 17 mm
PHASE ONE Digitalrückteil PowerPhase FX+ für Großformatkameras

Abbildung: Bildwinkel verschiedener Sensoren.

Kleine Sensoren verkleinern den Bildwinkel

Kleine Sensoren liefern den gleichen Bildwinkel bei kürzeren Brennweiten und führen zu einem kleineren Bildwinkel bei der gleichen Brennweite. Sie schneiden (crop → Cropfaktor) aus dem gleich großen Bild einen kleineren Ausschnitt heraus als größere Sensoren und wirken so ähnlich wie ein Telekonverter.

Bei kleinen Sensoren darf der Bildkreis kleiner sein

Die Objektive dürfen einen kleineren Bildkreis haben und können preiswerter hergestellt werden, passen aber nicht zu Kameras, die einen größeren Sensor haben: Dort werden die Bildränder abgedunkelt (Vignettierung). Manche Vollformatkameras erkennen automatisch APS-C-Objektive und beschneiden das Bild zum APS-C-Format.

Höhere Anforderungen an die Objektive bei kleinen Sensoren

Bei kleinen Sensoren müssen die Objektive höher auflösen für die gleiche Bildschärfe. Werden zwei Striche von zwei Sensoren so abgebildet, dass sie in beiden Fällen 1/10 der Sensorlänge auseinander stehen, erscheinen sie gleich groß auf Bildern, die auf die gleichen Abmessungen vergrößert wurden. Ist ein Sensor halb so lang, sind die Striche auf dem Sensor halb so weit entfernt. Das heißt, das Objektiv muss doppelt so gut auflösen, damit es kleinste Motiv-Details genauso scharf wiedergeben kann. Das lässt sich auch so erklären: Hat der kleinere Sensor den Cropfaktor 2, erzielt die halbe Brennweite bei gleicher Entfernung den gleichen Bildwinkel (Bildausschnitt). Die halbe Brennweite bildet alles halb so groß ab. Anschließend muss dieses Bild doppelt so stark vergrößert werden und trotzdem die gleiche Schärfe aufweisen.

Für eine bestimmte Auflösung kann ein Objektiv gut genug sein, ist der Sensor groß, aber nicht mehr, ist er klein.

Viele Pixel auf kleiner Fläche erfordern gute Objektive, sonst nützt die hohe Auflösung nichts.

Das gilt auch für das gleiche Format bei höheren Auflösungen. Ein Vollformat-Objektiv kann ausreichend gut sein für 20-Megapixel-Vollformatsensoren, jedoch nicht mehr für 40-Megapixel-Vollformatsensoren.

Kleine Sensoren haben ein stärkeres Bildrauschen

Hat ein kleiner Sensor die gleiche Auflösung wie ein großer, sind seine Pixel kleiner. Sie fangen weniger Photonen ein vom Licht. Bei wenig Licht wird die Bildinformation elektrisch verstärkt und das Bild rauscht mehr.

Wo ein Vollformatsensor bei ISO 1.600 – die technische Entwicklung bestimmt die maximale ISO-Zahl mit guter Qualität – noch verhältnismäßig rauscharme Bilder liefert, ist bei kleineren Sensoren schon eine deutliche Verschlechterung zu sehen, bei Smartphones durch Software-Entrauschen möglicherweise nur noch "Matsch".

Bei gleichem Bildwinkel haben kleinere Sensoren eine größere Schärfentiefe

Aufgrund der kürzeren Brennweite erzielen kleinere Sensoren bei gleichem Bildwinkel eine größere Schärfentiefe als größere Sensoren. Faustregel: Bei gleichem Bildwinkel ist die Schärfentiefe vergleichbar mit jener des größeren Sensors, wenn dort die benutzte Blendenzahl mit dem Cropfaktor multipliziert wird. Umgekehrt erziele ich mit der halben Blendenzahl am kleineren Sensor die gleiche Schärfentiefe. Beispiel: Der Cropfaktor sei 2, wie das beispielsweise der Fall ist bei Micro Four Thirds verglichen mit Vollformat (Kleinbild). Ein 25 mm-Objektiv erzielt bei Micro Four Thirds den gleichen diagonalen Bildwinkel wie 50 mm beim Vollformat. Ist an Micro Four Thirds Blende 4 eingestellt, ist die Schärfentiefe vergleichbar mit jener bei Blende 8 am Vollformat.

Für viele Zwecke ist das vorteilhaft, da zum Erzielen der gleichen Schärfentiefe mit größeren Blenden fotografiert werden kann bei kürzerer Verschlusszeit oder geringerer ISO-Zahl. Jedoch lässt sich der Hintergrund nicht ohne Weiteres so unscharf abbilden wie bei Vollformat (weiches Bokeh). Dazu ist die halbe Blendenzahl erforderlich. Das ist noch möglich bei Blende 2,8 am Vollformat – hierzu ist Blende 1,4 (2,8:2) für Micro Four Thirds erforderlich und es gibt einige Micro Four Thirds-Objektive mit ungefähr dieser Lichtstärke. Schon bei Blende 2 am Vollformat wird es schwierig, passende Objektive mit Lichtstärke 1 für Micro Four Thirds zu finden. Ist der Sensor noch kleiner, wird das zunehmend problematischer. Bei Smartphones kann weiches Bokeh alleine durch Software erzeugt werden.

Bei kleineren Sensoren tritt Beugung bei größeren Blenden auf

Die Beugung verringert die Schärfe im gesamten Bild. Je größer der Sensor ist, desto kleiner darf die Blende sein, ohne dass Beugung die Bildschärfe sichtbar verschlechtert. Nach meinen Erfahrungen tritt die Beugung bei Vollformat (Kleinbild) ab Blende 11 ungünstig in Erscheinung. Je kleiner die Blende ist, desto negativer wirkt sich die Beugung aus. Das heißt, bei Blende 22 ist das Bild unschärfer als bei Blende 11. Bei Micro Four Thirds ist die Beugung schon ab Blende 8 zu erkennen. Bei meiner 1/1,7"-Kompaktkamera verschlechtern kleinere Blenden als 4 die Bildqualität. In Smartphones ergeben kleinere Blenden als die größte eher keinen Sinn – meines hat keine verstellbare Blende.

Mit Vollformat kann ich demnach bis etwa Blende 11 gehen und nur in Fällen, wo ich die Schärfentiefe benötige und Focus Stacking keine Option ist, kleinere Blenden einstellen. Bei Micro Four Thirds ist Blende 8 die kritische Grenze, bei meiner Kompaktkamera Blende 4. Das kann bei hellem Sonnenschein zu Problemen führen, wenn ISO-Zahl und Verschlusszeit nicht entsprechend niedrig eingestellt werden können (Überbelichtung).

Eine quantitative Betrachtung finden Sie im Artikel "Ab welcher Blende wird das Bild unschärfer wegen der Beugung?".

Fazit

Je kleiner der Sensor, desto schwieriger ist eine gute Bildqualität zu erzielen, wobei nach meinen Erfahrungen Bilder (guter) Smartphones bei geringer ISO-Zahl auch auf DIN–A3 in akzeptabler Qualität vergrößert werden können. Die größten Probleme kleiner Sensoren sind größeres Bildrauschen, was besonders bei hohen ISO-Zahlen auffällt, und eine zunehmende Schärfentiefe, wobei ein nahes Hauptmotiv schwierig vom Hintergrund freigestellt werden kann, indem dieser "watteweich" verschwimmt. Das ist nur aufwändiger nachträglich durch Software zu simulieren.

Der Vorteil kleiner Sensoren ist, dass Kameras und Objektive deutlich weniger Geld kosten können, dass diese weniger Platz einnehmen, weniger wiegen und so leichter zu transportieren sind. Eine Fotoausrüstung, die ich zu Hause lasse, weil sie mir zu sperrig und schwer ist, hilft mir nicht weiter.

Ein Profi oder ambitionierter Hobbyfotograf (mit ausreichend finanziellen Mitteln), der unterschiedliche Motivarten fotografiert, kann deswegen mehrere Systeme benutzen: Für Sportaufnahmen Vollformat, für das Studio Mittelformat und für Reportagen APS-C oder Micro Four Thirds.

Größenunterschiede veranschaulicht

Die Größenunterschiede der Sensoren aus der Tabelle oben verdeutlicht folgende Abbildung.

Abbildung: Flächenvergleich verschiedener Sensoren.

Empfehlungen

Bei einer gegebenen Auflösung ist ein großer Sensor gleicher Technik vorzuziehen: Er rauscht weniger und die Objektive gelangen nicht so schnell an ihre Grenzen.

Auch bei Filmen war das nicht anders: Großformat- und Mittelformatfilme waren kleineren überlegen.

Wie dort, entscheiden das Budget und die Motive, welche Größe sinnvoll ist: Mit einer Großformatkamera wird kein Tierfotograf Raubtiere in der Wildnis fotografieren und ein Architekturprofi keine Gebäude mit Kleinbildkameras.

Für viele Amateure dürfte das Kleinbildformat 24 × 36 mm auch bei Sensoren ein guter Kompromiss sein; das APS-C-Format oder Micro Four Thirds wird den meisten ausreichen — Tier- und Sportfotografen profitieren von den kleineren Bildwinkeln. Letztlich halte ich es für wichtiger, dass ich mich mit der Kamera "wohl fühle", da ich sie gut in der Hand halten kann und sie für meine Erfordernisse leicht zu bedienen ist, als dass ich das System mit dem nächst größeren Sensor benutze, nur weil dieser eine bessere Qualität liefern kann. Ein Berufsfotograf hat vielleicht nicht diese Wahl, beispielsweise weil er eine bestimmte Auflösung liefern muss.

Elmar Baumann, 01.08.2006

Letzte Bearbeitung: 26.03.2019.