Das Meme von Foveon und SIGMA

Taufe „Farbe und Licht“

Die Erfindung des Foveon X3 Direct Image Sensors ist das Ergebnis der Forschungsarbeit von Carver Mead, Professor am California Institute of Technology (Caltech). Als Autorität in den Bereichen Physik und Informationstechnologie, der sich intensiv mit Grundlagenforschung in diesen Bereichen befasst hat, widmete er sich der Erforschung der Modellierung verschiedener menschlicher Fähigkeiten mithilfe von Halbleitern. Bald darauf entwickelte er ein neuronales Netzwerk zur Simulation der Gedanken und Sinnesmuster von Menschen, wobei ein Teil dieser Forschung den Ausgangspunkt für seine Forschung im Bereich Bildsensoren bildete. Als eines der Gründungsmitglieder von Foveon blickt Rudy Guttosh auf die gesamte Entwicklungsgeschichte zurück und erklärt, was diesen Sensor so besonders macht.

„Meads Forschung war ein Projekt, das im August 1997 mit Support von Synaptic und National Semiconductor, zwei führenden Unternehmen aus dem Silicon Valley in den USA, ins Leben gerufen wurde. Foveon, Inc. wurde nach dem anatomischen Begriff für den zentralen Bereich der menschlichen Netzhaut benannt, in dem das Sehvermögen und die Farbwahrnehmung am stärksten sind: „Foveon Centralis”. Von Anfang an war klar, dass es sich um ein Team mit einem ausgeprägten Bewusstsein für fortschrittliche visuelle Funktionen handelte, das die Entwicklung eines innovativen, leistungsstarken Sensors anstrebte.

Ein passender Sensor für Fotografen

Von Beginn an versammelte Foveon erfahrene und hervorragende Ingenieure aus dem Bereich der Bildgebung, die sich zufällig auch für Fotografie begeisterten.

„Zu dieser Zeit gab es bereits den CCD-Sensor. Es handelte sich um einen technisch ausgereiften Sensor mit geringem Rauschen und einem weiten Dynamikbereich, der nach einer langen Entwicklungsphase auf den Markt gekommen war. Allerdings gab es einige Ingenieure, die Probleme mit den Bildern des herkömmlichen Systems feststellten, beispielsweise dass der Tiefpassfilter die Farbfilteranordnung reduzierte, die Farbinformationen ausliest, und dass falsche Farben auf dem Motiv erschienen. Für das bei Foveon zusammengestellte Ingenieurteam war es ein wichtiges Ziel, einen einzigartigen CMOS-Sensor zu entwickeln, der das gute Licht und die Farben im Hintergrund lesen und in hochwertige digitale Bilder umwandeln konnte.

„Der erste Prototyp entstand, glaube ich, anderthalb Jahre, nachdem wir dieses Projekt mit einem sogenannten „3-Schicht-Prismenkamerasystem” begonnen hatten. Wir platzierten drei unserer grossen CMOS-Monochromsensoren in einer Kamera, in der ein Lichtstrahl durch ein Prisma fiel und das Licht durch drei Farbfilter für Rot (R), Grün (G) und Blau (B) gestreut wurde, um ein Bild auf einem Sensor zu erzeugen. Die Herstellung einer 3-lagigen Prismen-Kamera war jedoch kostspielig, da drei Bildsensoren, ein teures Prisma zur Farbtrennung und die fortschrittliche Technologie zu ihrer Verbindung erforderlich waren. Damit Foveon einen Sensor realisieren konnte, der die gewünschte echte Bildqualität erfüllt, musste eine völlig neue Technologie entwickelt werden.“

3 Grundfarben in 1 Pixel.

„Als wir jedoch diese Entwicklungsstufe erreicht hatten, war uns sofort klar, dass wir mit dieser einzigartigen Technologie Designs für den professionellen Ausrüstungsmarkt hatten, die den Anforderungen von Fotografen gerecht werden würden.“ Nachdem die dreischichtige Prismenkamera aus praktischen Gründen aufgegeben worden war, war das Vorrecht in der frühen Entwicklungsphase für Dick Merrill^*1, dem Leiter des Projekts, darauf, ein Gerät zu patentieren, das alle RGB-Farben in einem Pixel erfasst.“

Nach seinem Universitätsabschluss beschäftigte er sich mit Spitzenforschung im Halbleiterbereich in der Forschungseinrichtung von Thomas J. Watson bei IBM und bei National Semiconductor. Er war ein Ingenieur mit reichlich Erfahrung. Gleichzeitig war er ein begabter Künstler und leidenschaftlicher Fotograf, der nach seinem Eintritt bei Foveon seine ganze Leidenschaft in die Entwicklung eines Bildsensors steckte, um eine für den künstlerischen Ausdruck geeignete Leistung zu erzielen, und häufig im Westen der USA unterwegs war, um Feldtests durchzuführen.

Merrill war ein Mann mit einer einzigartigen Geschichte und einer Vielzahl von Talenten. Jeder, der an dieser beispiellosen Entwicklung beteiligt war, bei der führende Spitzentechnologie mit Kunst kombiniert wurde, würde sagen, dass Merrills Ideen und seine Einstellung für die Entwicklung dieser innovativen Vollbildsensortechnologie von entscheidender Bedeutung waren. „Mit einem Minivan voller Testausrüstung fuhr Merrill über die Autobahnen auf der Suche nach dem ‚perfekten Licht‘ der Dämmerung. Er war buchstäblich ein ‚Spezialingenieur‘, an den wir uns bis heute als Verkörperung der ‚Kamera für Künstler‘ erinnern.“

Die Geburt des Foveon X3 Direktbildsensors.

Das von Merrill erfundene „Gerät“ las zwar alle RGB-Werte an einer Pixelposition, aber die technologische Herausforderung, wie aus den Lichtinformationen qualitativ hochwertige Bilder erzeugt werden können, musste noch gelöst werden.

„Die Lösung dafür lieferte unser Entwicklungsleiter bei Foveon, Dick Lyon, auch bekannt als der „andere Dick“ ^*2. Er war nicht nur ein Experte für Signaltechnik, sondern als leidenschaftlicher Fotografie-Fan auch sehr an der Technologie interessiert, an der Merrill gearbeitet hatte. Die physikalischen Eigenschaften von Silizium ermöglichen es, Lichtwellenlängen an der Oberfläche zu absorbieren. Obwohl es unter Halbleiterherstellern bekannt ist, dass mit zunehmender Tiefe immer längere Lichtwellenlängen absorbiert werden, waren zusätzliche technologische Innovationen erforderlich, um die entsprechenden Bildsignale für die Erzeugung von Fotos umzuwandeln.”

Dick Lyon untersuchte die Absorptionsfähigkeit von Silizium und die Eigenschaften der RGB-Wellenlängen im Spektrum und kam schliesslich zu der Theorie, dass durch drei Fotodioden die Farbe innerhalb der jeweiligen Tiefen jedes Pixelstandorts erfasst werden kann. Er war überzeugt, dass die hohen Erwartungen der Fotografen an die Farbwiedergabe erfüllt werden könnten, wenn eine Methode zur vertikalen Farbtrennung gefunden würde. Durch die Nutzung der vertikalen physikalischen Eigenschaften von Silizium und deren Anwendung auf Bildsensoren wurde die dreischichtige RGB-Struktur (2048 x 2048 Pixel x 3 Schichten), die zum „weltweit ersten dreischichtigen CMOS-Bildsensor“ wurde, getestet.“ Ich erinnere mich noch gut an die Nervosität und Anspannung, die in dem Moment herrschte, als das erste Bild aufgenommen wurde.

„Als Lyon die RAW-Bilddaten durch eine Bildverarbeitungs-Pipeline laufen liess, gab es einen Aufschrei der Überraschung von allen Anwesenden im Raum. Als endlich mit einem einzigen, winzigen dreischichtigen Chip die gleiche Farbqualität wie mit der Prismenkamera mit drei Sensoren erzielt werden konnte, war der „Foveon X3 Direktbildsensor“ geboren.

Das Zusammentreffen von Foveon und SIGMA.

„Das Entwicklungsteam hatte bald eine Reihe von Prototypen entwickelt. Merrill liess die Kamera selbst in den Pausen nicht aus den Händen und führte wiederholt Tests an verschiedenen Orten durch. Die Leistung der Testkamera stellte ihn zufrieden und sein Vertrauen in ihre Farbwiedergabefähigkeiten und ihren Dynamikumfang wuchs. Um dies jedoch in die Praxis umzusetzen, war es unerlässlich, einen Partner zu finden, der dieselbe Philosophie und Vision wie wir teilte und in der Lage war, unter Berücksichtigung dieser Prinzipien zu produzieren.“

„Mead hatte schon lange vor der Entwicklung der Sensortechnologie nach einem Unternehmen gesucht, das diese Technologie kaufen würde. Im September 2009 nahmen sie an der alle zwei Jahre stattfindenden „photokina“ in Köln teil, wo sie den „Prototyp“ (Prismakamera) vorstellten. Dort trafen wir den Gründer und damaligen Präsidenten von SIGMA, den verstorbenen Michihiro Yamaki.“

„Obwohl SIGMA zu diesem Zeitpunkt bereits eine Silbersalzfilmkamera hergestellt hatte, wollte Yamaki die in High-End-Digitalkameras verwendete digitale Aufnahmetechnologie aus der Welt des Fotojournalismus auf den allgemeinen Markt bringen. Er war sich sicher, dass es früher oder später zu einer Veränderung in der Verwendung von Filmen kommen würde. Ausserdem hatte sich der Wettlauf um die Entwicklung von Sensoren und die optische Leistung von Objektiven verschärft. Er sagte voraus, dass dies über Erfolg oder Misserfolg der Optikhersteller entscheiden würde, und musste herausfinden, welchen Weg SIGMA von nun an einschlagen würde.“

Obwohl Foveon auf der Photokina in diesem Jahr kein Demonstrationsmodell ausstellte, war Yamaki fest davon überzeugt, dass diese Technologie mit ihrer Originalität und den Möglichkeiten, die sich aus der herausragenden Bildqualität ergaben, einen Neuanfang gegenüber anderen Unternehmen darstellen würde. Kurz darauf besuchte er Foveon und probierte den Prototypen des Foveon X3-Bildsensors aus, indem er selbst einige Bilder aufnahm. Sobald er die Ergebnisse sah, traf er die Entscheidung, Kameras mit Foveon-Technologie zu produzieren.

Die Entscheidung für eine 100-prozentige Foveon-Tochtergesellschaft

Wir schreiben das Jahr 2008. SIGMA hat Foveon Inc. und damit auch den Foveon X3 Direktbildsensor endgültig zu einer Tochtergesellschaft des Unternehmens gemacht. Für SIGMA, einen Hersteller von allgemeinen optischen Geräten, der fast alles im eigenen Haus produziert und entschlossen ist, weiterhin Qualitätsprodukte nach den höchsten Industriestandards zu liefern, war die Entwicklung eines eigenen Sensors innerhalb des Unternehmens ein klares Zeichen seiner unerschütterlichen Entschlossenheit. Angesichts der Herausforderungen, denen sich beide Unternehmen in Bezug auf ihre gemeinsame Philosophie in Bezug auf Fotografie und Geschäftstellung gegenübersahen, kann man sagen, dass sich die Wege von SIGMA und Foveon unweigerlich gekreuzt haben.

Mit einem unbekannten, aber herausragenden Sinn für Auflösung, Gradation und Farbwärme hatte Foveon eine gewisse Substanz und einen soliden „Körper“, der sich in der Bildqualität widerspiegelte. Es ist echte Bildqualität, die aus dem natürlichen Licht über der Erde stammt. Seit der Gründung von Foveon sind 20 Jahre vergangen, seit der Zusammenarbeit mit SIGMA 15 Jahre. Die von Foveon angebotene APS-C-Grösse und Bildqualität der Mittelklasse hat eine starke Impression in den Herzen und Köpfen der Fotografie-Liebhaber hinterlassen.

Das Mem von Foveon und SIGMA

„Es gibt Bilder, die nur Foveon ausdrücken kann. Die Neugier, Foveon selbst auszuprobieren. Erhabene Farbwiedergabe. Überwältigend warme Abstufungen. Die Breite des Dynamikbereichs, der sich aus den Grundlagen des Sensors ergibt. Eine „filmähnliche“ Qualität, die sich an die Bilddaten anlehnt. Es sind diese Eigenschaften, die uns von Kameras unterscheiden, die das Bild genau kopieren. Was man unter Foveon versteht, ist die Geduld, sich immer weiter der Nachbildung der Szene anzunähern, die man sich vorstellt.

„Die Frage, warum Foveon weiterhin so viele ‚Kenner‘ begeistert, die nach Ausdrucksmöglichkeiten suchen, lässt sich nur mit dem Charakter von Foveon beantworten: den reichhaltigen Details, die durch die Auflösung der dreischichtigen vertikalen Struktur erzielt werden, ähnlich der farbsensitiven Schicht eines Films. Wenn man sich die Grafik ansieht, die die spektralen Eigenschaften des Foveon-Sensors erklärt, überlappen sich die roten, blauen und grünen Wellenlängen mit jedem Band, wobei deutlich zu erkennen ist, dass jedes Band genügend Informationen erhält. Die Quelle von Foveon liegt in den Eigenschaften des „Panchromatischen“, das Informationen im mittleren Band lesen kann, die „einfache“ Farben nicht teilen können. Dies verleiht Foveon seine unverwechselbare, herausragende Bildqualität.

Das Symbol von SIGMA, Foveon, wurde in der SD9/SD10 (1. Generation), SD14/SD15 (2. Generation) und schliesslich in der 3. Generation „Merrill“ verbaut, benannt nach Dick Merrill, der Personifizierung innovativer Technologie und leidenschaftlicher Fertigung. Und nun werden mit der radikalen „Quattro“, konzipiert als „Kamera für Künstler“, bis heute Grenzen verschoben.

„Der Quattro-Sensor ist durchdrungen vom Meme von Foveon und SIGMA. Als würde man in ein Bild versetzt, behält er den „Foveon-Look” bei, diesen reichen und hochwertigen „panchromatischen” Charakter, der sich aus den Prinzipien des Sensors ergibt, sowie eine Fülle von Details dank der hohen Auflösung. Selbst bei höherer Auflösung wird der Anstieg der Datenmenge kontrolliert, und mit einer Vielzahl von Verbesserungen für eine bessere Handhabung entwickelt sich der Sensor weiter.“