Pixelpitch

Mit Pixelpitch (wörtlich "Bildelementabstand" von englisch pixel pitch = "picture element pitch“ wird der Abstand von einem Pixel-Elementen auf einem Sensor zum nächsten definiert. Die Maßangabe bezieht sich grundsätzlich auf den Abstand von Mitte des Pixelelements zur Mitte des nächsten Pixelelements. Je geringer der Abstand eines einzelnen Pixels zu einem anderen, desto höher ist bei gleichbleibender Sensorgröße die Auflösung. Die Größe der lichtempfindlichen Fläche ist je nach Bauart des Sensorelements kleiner als sein pitch.

Siehe auch: => Apertur.
Doch die höhere Auflösung und der geringere Pixelpitch bedingen, dass die auf jedes Pixel auftreffende Lichtmenge geringer wird. Weniger Licht hat jedoch auch Nachteile. Deshalb vertrat man noch um 2006 die Auffassung, dass 8 Megapixel für ein Foto vollkommen ausreichend seien. Dass es anders kam, hängt auch mit dem Kaufanreiz zusammen, das die Kameraindustrie durch höher auflösende Sensoren brauchte. Mehr Megapixel für noch bessere Bilder waren das Versprechen, das auch durch das Wettrennen zwischen Smartphone-Herstellern und der Kameraindustrie befeuert wurde. Während die Smartphones auf winzigen Sensoren höchste Auflösungen unterbringen, versuchte die Kameraindustrie durch die höheren Auflösungen der Kamerasensoren ihren Qualitätsvorsprung für sich zu sichern. So nutzt Apple im iPhone 14 Sensoren mit einem Pixelpitch von1,4 Mikrometer und sorgt durch softwarseitige Datenoptimierung für überzeugende Bilder.

In unseren Kameras verläuft die Reduzierung des Pixelpitch verhaltener, da die Anwender letztlich weniger Softwarekorrekturen wünschen. Stand 2023 werden Sensoren mit den Abmessungen von 24 x 36 Millimeter (entsprechend dem Kleinbildformat) in Kameras verbaut, die im konkreten Fall bei der Leica Q3 mit 60,3 Megapixel Auflösung (9520 x 6336 Pixel) über einem Pixelpitch von 3,7 Mikrometer aufweisen. Da wir das Thema Mikrometer uns kaum vorstellen können in Millimeter: Der Pixelpitch betragt in konkretem Fall 0,0037 mm. Lange Zeit galt im Objektivbau ein Pixelpitch von 5 Mikrometer als physikalische Grenze für die Objektivkonstruktion und die optische Auflösung. Durch Fortschritte bei der Entwicklung der Handysensoren sind speziell in den Jahren 2022 und 2023 auch die Auflösungen für Kamerasensoren durch einen deutlich kleineren Pixelpitch als 5 Mikrometer voran getrieben worden.

So verbaut Fujifilm in der X-H2 und der X-T5 einen APS-C-Sensor mit den Abmessungen von 23,5 mm x 15,6 mm bei einer Auflösung von 7728 x 5152. Daraus errechnet sich ein Pixelpitch von 3,0 Mikrometer oder 0,0030 mm. Aufgrund der im X-System bisher vorherrschenden Auflösungen von 26 MP hat Fujifilm bisher fünf Objektive für die Auflösung von 40 MP am Markt. Letztlich ist die höhere Auflösung auch im Fall Fuji X-System ein Kaufanreiz, in die höhere Auflösung und damit in noch höher auflösende Optiken zu investieren.

Physikalisch ist die Verringerung des Pixelpitch auch ein Problem der Lichtmenge oder Photonen, welche ein einzelnes Pixel einfangen kann. Je kleiner die für eine Belichtung zur Verfügung stehende Fläche, desto länger müsste theoretisch belichtet werden. Dies stößt in der Fotografie jedoch an seine Grenzen, weshalb das Pixelelement aufgrund der geringeren Anzahl von Photonen in der Signalaufbereitung höhere Anforderungen stellt. Hinzu kommt, dass Objektive beim Abblenden aufgrund von Beugungsunschärfe an Auflösung verlieren. In der Praxis bedeutet dies, dass Kameras mit sehr kleinem Pixelpitch auch weniger stark abgeblendet werden können, ohne dass Beugungsunschärfe die hohe Auflösung letztlich wieder minimiert. All diese physikalischen Grenzen werden in der Fotografie kontinuierlich erweitert und wer heute historische, für Analog-Fotografie gerechnete Optiken an seiner hochauflösenden Digitalkamera nutzt, arbeitet mit limitierter Auflösung. Beim Kleinbildfilm waren dies etwa 20 Megapixel. Ein Kleinbildsensor mit 3600 x 5400 Pixel verfügt über die theoretische Auflösung von 19,44 MP. Damit würde sich für einen Sensor diese Auflösung ein Pixelpitch von 6,66 Mikrometer errechnen und exakt für solche Auflösungen wurden Objektive für Analog-Kameras konstruiert.

In der Kameraindustrie waren Panasonic und Olympus Vorreiter bezüglich Reduktion des Pixelpitch. Ihr gemeinsam 2008 erarbeiteter MFT-Standard (Micro Four-Thirds) nutzt Sensoren mit den Abmessungen von 17,3 x 13 mm bei Auflösung von 20 MP (exakt 3888 x 5184 Pixel). Daraus errechnet sich ein Pixelpitch von 3,33 Mikrometer. Telezentrische Optiken, die den Auftreffwinkel der Strahlen auf den Sensor begrenzen, waren bei Schaffung des Standards ein wichtiger Faktor, um diese neue Auflösungsdimension mit dem geradezu winzigen Pixelpitch von 3,33 Mikrometer zu ermöglichen.

Doch es geht noch dichter: So ist in der sehr beliebten RX 100M7 von Sony ein 1-Zoll-Sensor mit den Dimensionen von 13,2 x 8,8 Millimeter und 20 Megapixel Auflösung verbaut, woraus sich ein Pixelpitch von 2,41 Mikrometer errechnen lässt.