Kameras in Smartphones

Kamera im Samsung Galaxy Note 4, darunter LED-Blitz und Pulsmesser
Kamera eines Klapphandys von 2006 (Benq Siemens EF82 Prototyp)

Noch nie waren digitale Kameras so weit verbreitet wie heute. Kaum ein Ereignis auf der Welt, das nicht von irgendwem per Bild oder Video festgehalten wird. Die Hersteller dieser massenhaft verbreiteten Kameras heißen Partron, Sunny Optical, Lite-On oder LG Innotek. Nie gehört? Kein Wunder, denn deren Kameras gibt es nicht einzeln zu kaufen, sondern nur als Bestandteil von Smartphones oder Tablets.

Im Jahr 2016 wurden weltweit noch ca. 25 Millionen Digitalkameras verkauft. Im gleichen Jahr gingen sage und schreibe 1,5 Milliarden Smartphones über den Ladentisch. Selbst wenn nicht alle eine Kamera eingebaut hatten, so doch der allergrößte Teil. In den meisten stecken sogar gleich zwei Kameramodule – eins vorn und eines auf der Rückseite. Dazu kommen noch Kameramodule in Tablets und an Stellen, wo man im ersten Moment nicht damit rechnet, z.B. als Rückfahrkamera im Auto. Schätzungsweise wurden so im Jahr 2016 weit über 2 Milliarden Kameramodule hergestellt. Selbst wenn man nur die Smartphones zählt, wurden mehr als 50 mal so viele Smartphonekameras wie richtige Digitalkameras hergestellt.

Kameramodul in einem 7"-Tablet (Asus MemoPad HD)

Die Smartphone-Hersteller räumen den Kameras nur einen sehr begrenzten Platz ein. Ein typisches Kameramodul darf gerade einmal ca. 10 mm x 10 mm Fläche haben und je nach Modell 5 – 7 mm dick sein. Darin stecken nicht nur der Sensor, sondern das gesamte Objektiv einschließlich Autofokus-Einstellung und bei neueren Modellen sogar einem optischen Bildstabilisator. All dies bei immer höheren Auflösungen und besserer Bildqualität unterzubringen, erfordert große Investitionen der Hersteller.

Wer produziert all diese Kameras?

Eine besondere Stellung unter diesen nimmt Samsung ein. In den letzten Jahren wurde hier nicht nur eine Sensorfertigung aufgebaut, sondern auch in die Entwicklung eigener Kameramodule investiert. Diese kommen inzwischen nicht nur in den eigenen Smartphones zum Einsatz, sondern werden auch an andere Smartphone-Hersteller verkauft.

Die übrigen Hersteller konzentrieren sich auf einzelne Komponenten. Der weltgrößte Hersteller von Kamerasensoren ist auch hier marktführend: Sony stellt ein rundes Drittel der Smartphone-Sensoren her. Andere Hersteller sind Omnivision, Toshiba (von denen der 41 MP-Sensor stammte, der vor einigen Jahren in einem Nokia-Smartphone Furore machte), SK Hynix und Aptina. Sony kann hier seinen guten Ruf in bare Münze umwandeln: Ein Sony-Sensor ist nicht unter 7 $ zu haben, während die übrigen Anbieter im Schnitt rund 2 $ für Ihre Produkte verlangen können. Die Sensoren in Smartphones sind in den letzten Jahren übrigens gewachsen. Waren sie bei Kameras mit 5 MP meist noch 1/4" oder maximal 1/3“ groß, haben sie inzwischen 1/2,3“ erreicht und sind damit etwa gleich groß wie die Sensoren in aktuellen Kompaktkameras.

Unter den Herstellern der kompletten Kameramodule sind neben Samsung und den eingangs erwähnten Partron, Sunny Optical und Lite-On auch weitere Smartphone-Hersteller oder Tochterfirmen davon aktiv: LG Innotek liefert nicht nur Module für LG-Smartphones, sondern auch für andere Hersteller. Ähnlich macht es HTC. Dabei werden nicht alle übrigen Komponenten selbst hergestellt, sondern von spezialisierten Anbietern zugekauft, beispielsweise die Autofokus- und Bildstabilisator-Aktuatoren von Hysonic oder Mitsumi.

Technik von Smartphone-Kameras

Der Aufwand, der derzeit in die Weiterentwicklung von Smartphone-Kameras gesteckt wird, macht sich in der Geschwindigkeit bemerkbar, in der die Qualität der Kameras immer besser wird. Die Objektive in den winzigen Modulen bestehen inzwischen aus bis zu fünf Linsen, sind also ähnlich komplex aufgebaut wie das Objektiv einer ausgewachsenen Kamera. Genau wie bei den jüngst auf den Markt gekommenen Systemkameras z.B. von Fujitsu sind auch moderne Smartphone-Sensoren so ausgelegt, dass sie einen Phasen-Autofokus unterstützen, was für eine blitzschnelle Scharfstellung sorgt. Der neueste Trend besteht darin, gleich zwei Kameramodule einzubauen. Die beiden Kameras haben dann entweder verschiedene Sensoren (einer farbig, einer schwarzweiß) oder verschiedene Optiken (unterschiedliche Brennweiten). Beides dient der Bildoptimierung, letzteres kann auch für die Simulation eines optischen Zooms genutzt werden.

Wobei wir beim größten Manko aktueller Smartphone-Kameras wären: Derzeit ist es noch nicht möglich, Smartphone-Kameras mit einem optischen Zoom zu bauen. Wenn man betrachtet, wie vollgestopft die heute gebräuchlichen Module bereits sind, ist es auch kaum vorstellbar, hier noch ein Zoom zu integrieren. Denkbar wäre ein Objektiv, das bei Aktivierung der Kamera ausgefahren wird. Solche Konstruktionen gab es bereits, aber das Resultat waren dickliche Geräte, die vom Erscheinungsbild näher bei einer Kamera als bei einem Smartphone waren. Alternativ könnte man eine Periskopoptik mit komplett innenliegendem Objektiv bauen, wie es in Minoltas X-Serie zum Einsatz kam. Das wird trotz aller Miniaturisierung etwas mehr Platz erfordern als heutige Kameramodule, aber es ist ziemlich sicher, dass das der nächste große Entwicklungsschritt sein wird.

Historisches...

Siemens IQP 530, Ansteckkamera für verschiedene Handy-Modelle (C60, C62, S55, M55 und weitere)

Das erste Handy mit eingebauter Kamera gab es 1999 nur in Japan. Der Rest der Welt wurde mit dieser Idee erstmals 2002 überrascht: Das Nokia 7650 gilt als erstes weltweit verkauftes Handy mit eingebauter Kamera. Andere Hersteller boten stattdessen Aufsteckkameras für ihre kameralosen Modelle an. Die Voraussetzungen waren damals aber noch denkbar schlecht: Während die typische Digitalkamera damals 3 - 4 Megapixel hatte, hatten Handykameras bestenfalls VGA-Auflösung (0,3 MP). Das reichte auch dicke aus, weil man die Bilder auf dem Handydisplay anschauen musste, das meist bescheidene ca. 100 x 80 Pixel (0,008 MP) auflöste.

Mehr als Schemen waren meist nicht zu erkennen. Kein Wunder, dass die Kamerahersteller diese Handykameras nicht im entferntesten als Bedrohung wahrnahmen. Hinzu kam, dass die damaligen Handys eher schwerfällig zu bedienen waren. Touchscreens waren die Ausnahme, meist war nur eine Tastenbedienung möglich. Später wurden solche Modelle dann als "Feature Phones" bezeichnet. Der große Boom kam ab 2007 mit der Einführung des Apple iPhone und 2008 mit den ersten Android-Modellen. Diese Geräte waren für eine permanente Internet-Verbindung optimiert und ebneten den Weg, Aufnahmen schnell mit Freunden zu teilen. Der Aufstieg von Social-Media-Plattformen und Chat-Apps trug das ihre dazu bei, dass heute mehr als eine Milliarde digitale Fotos gemacht und geteilt werden - pro Tag wohlgemerkt!