Sperrfilter von Digitalkameras

Der Filter vor dem Sensor von digitalen Kameras ist komplizierter aufgebaut als man es auf den ersten Blick vermuten würde. Er besteht aus mehreren Schichten, die miteinander verklebt sind und jede Schicht hat ihre eigene Aufgabe zu erfüllen. Hier einige Beispiele für diese Sensorfilter:

Canon 30D, 350D

Der Filter hat eine Gesamtdicke von 2,45mm:

Position 1 ist ein Hot Mirror. Er hat die Aufgabe Infrarotstrahlung zu reflektieren und das sichtbare Licht durch zu lassen. Da er nur eine Beschichtung ist, fällt seine Dicke von geschätzten 2 µm nicht weiter auf.

Nummer 2 ist ein doppelt brechender Kristall (wahrscheinlich Litiumniobat) und stellt die horizontale Komponente vom Tiefpassfilter dar. Er zeichnet das Bild in horizontaler Richtung weich, um Aliasingartefakte zu unterdrücken. Die Dicke vom Kristall bestimmt den Grad der Weichzeichnung. Hier ist er 0,825mm dick.

Schicht 3 mit 0,425mm ist ein λ/4 Plättchen, welches das aus dem ersten Tiefpassfilter stammende linear polarisierte Licht in zirkular polarisiertes Licht umwandelt. Das ist notwendig, da für eine volle Funktion der zweite Tiefpassfilter nicht mit linear polarisiertem Licht bestrahlt werden darf.

Schicht 4 ist ein Cyan gefärbter Infrarotabsorptionsfilter. Da die Filterwirkung vom Hot Mirror winkelabhängig ist, reicht er allein noch nicht aus, um das infrarote Licht vollständig zu entfernen. Das restliche IR Licht wird hier winkelunabhängig absorbiert. Die Cyanfärbung sorgt für eine natürliche Wiedergabe der Rottöne. Der Filter ist 0,375mm dick.

Nummer 5 ist die vertikale Komponente vom Tiefpassfilter und ebenfalls wie Schichtnummer 2 etwa 0,825mm dick.

Nummer 6 ist eine normale Vergütung, um Reflexionen zu unterdrücken.

Canon 5D

Der Filter einer Canon 5D ist sehr ähnlich aufgebaut, aber es zeigen sich auch deutliche Unterschiede. Dieser Filter ist nur 1,45mm dick.

1) Hotmirror (reflektiert IR Strahlung)
2) horizontaler Tiefpassfilter [1,0mm]
3) IR Absorptionsfilter [0,2mm]
4) λ/4 Plättchen [0,25mm]
5) normale Vergütungsschicht

Nicht zu sehen ist der vertikale Teil vom Tiefpassfilter. Dieser auch wieder 1,0mm dicke Filter ist direkt mit der Keramik vom Sensor verklebt und hat die zusätzliche Funktion als Schutzglas für den Sensor.

Canon 10D, 20D, 300D

Die Filter der Canon 10D, 20D und 300D sind mit 2,7mm etwas dicker

1) Hotmirror (reflektiert IR Strahlung)
2) horizontaler Tiefpassfilter [0,825mm]
3) λ/4 Plättchen [0,425mm]
4) IR Absorptionsfilter [0,625mm]
5) vertikaler Tiefpassfilter [0,825mm]
6) normale Vergütungsschicht

Canon D60

Die schon etwas angegraute und ältere Canon D60 hat einen ausgesprochenen dünnen Sperrfilter (1,35mm). Ob hier andere Materialen verwendet wurden oder eine geringere Filterwirkung erwünscht war ist noch nicht geklärt.

1) Hotmirror (reflektiert IR Strahlung)
2) IR Absorptionsfilter [0,425mm]
2) horizontaler Tiefpassfilter [0,2mm]
3) λ/4 Plättchen [0,425mm]
5) vertikaler Tiefpassfilter [0,2mm]
6) normale Vergütungsschicht

Canon 1D(s)mkII

Auch Canons 1er Profiserie schmückt sich mit einem verhältnismäßig dünnem Filter (0,93mm).

1) Hotmirror (reflektiert IR Strahlung)
2) IR Absorptionsfilter [0,275mm]
2) horizontaler Tiefpassfilter [0,2mm]
3) λ/4 Plättchen [0,25mm]
5) vertikaler Tiefpassfilter [0,2mm]
6) normale Vergütungsschicht

Canon 40D

Durch den Staubrüttler ist bei der Canon 40D der Filter mehrmals unterteilt. Der erste Teil vom Filter kann mit einem Piezo in Schwingungen versetzt werden, der zweite Teil vom Tiefpassfilter ist wie bei der 5D direkt mit dem Sensor als Schutzglas verbunden.

1) Hotmirror (reflektiert IR Strahlung)
2) horizontaler Tiefpassfilter [0,725mm]
3+4) normale Vergütungsschichten mit Luftspalt dazwischen
5) IR Absorptionsfilter [0,25mm]
6) λ/4 Plättchen [0,25mm]
7) normale Vergütungsschicht

Canon PowerShot Pro1

Nicht nur bei Spiegelreflexkameras werden Tiefpassfilter verbaut, man findet sie auch in Kompaktkameras.

1) Hotmirror (reflektiert IR Strahlung)
2) horizontaler Tiefpassfilter [0,325mm]
3) λ/4 Plättchen [0,425mm]
4) IR Absorptionsfilter [0,5mm]
5) vertikaler Tiefpassfilter [0,325mm]
6) normale Vergütungsschicht

Canon PowerShot G9

Durch die Pixelflut und immer kleiner werdenen Pixel scheint der Tiefpassfilter nicht mehr notwendig zu sein. Die Canon PowerShot G9 ist ein Beispiel davon. Sie besitzt nur noch ein Glas zur spektralen Filterung.

1) Hotmirror (reflektiert IR Strahlung)
2) IR Absorptionsfilter [0,325mm]
3) normale Vergütungsschicht

Fujifilm FinePix S5 Pro

Auch nicht Canon Kameras sind vor mir sicher. Hier hat eine Fujifilm FinePix S5 Pro ihr Innerstes offenbart.

1) Hotmirror (reflektiert IR Strahlung)
2) horizontaler Tiefpassfilter [1,05mm]
3) IR Absorptionsfilter [0,375mm]
4) λ/4 Plättchen [0,4mm]
5) vertikaler Tiefpassfilter [1,05]
6) normale Vergütungsschicht

Zum Abschluss sollen auch noch die Tiefpassfilter direkt miteinander verglichen werden. Es zeigt sich, dass die Filter sehr gut auf den Pixelabstand angepasst sind und es nur geringe Abweichungen gibt. Jeder Lichtstrahl, der zentral auf ein Pixel fällt wird damit auch von seinen 4 umliegenden Pixeln noch zu 50% gesehen.