Bildsensor mit doppelter Empfindlichkeit

Panasonic entwickelt Mikro-Farbteiler für höhere Lichtausbeute

2013-02-09 Mit mikroskopisch kleinen Farbteilern will Panasonic die Lichtempfindlichkeit von Bildsensoren verdoppeln. Bisher schluckt nämlich der Bayer-Farbfilter einen großen Teil des Lichts, bevor es überhaupt zum Bildsensor vordringen kann. Die neuen Farbteiler beugen das Licht nach Wellenlänge und leiten es auf die entsprechenden Pixelelemente weiter, so dass das gesamte einfallende Licht genutzt werden kann.  (Benjamin Kirchheim)

Übliche Bildsensoren, abgesehen vom Foveon (siehe weiterführende Links), sind farbenblind, sie reagieren nur auf Helligkeit. Ein Farbfilter vor den Pixeln lässt nur eine Lichtfarbe (Rot, Grün oder Blau) hindurch. Erst hierdurch gewinnt man die nötigen Farbinformationen, da man weiß, welcher Farbfilter vor welchem Pixel sitzt. Mit Hilfe der benachbarten Pixel lassen sich dann die Farben interpolieren (berechnen). Solche Farbfilter haben jedoch den Nachteil, dass sie etwa die Hälfte des Lichts blockieren, nämlich genau den Teil, der nicht der gewünschten Farbe entspricht. Die neue Technik von Panasonic setzt mikroskopisch kleine Farbteiler ein, die das Licht je nach Wellenlänge mittels Diffraktion unterschiedlich beugen und somit auf bestimmte Pixel lenken. Dadurch geht kein Licht verloren und die Empfindlichkeit des Bildsensors steigt etwa auf das Doppelte.

Funktionsweise des Panasonic Micro Color Splitter [Foto: Panasonic]

Noch ist die neue Technik nicht marktreif, sie lässt sich aber mit üblichen Produktionstechniken realisieren. Sollte die Technologie bei Digitalkamerasensoren zum Einsatz kommen, dann dürfte das die nächste Revolution bei der Empfindlichkeit von Bildsensoren einläuten, was insbesondere Kompaktkameras mit ihren winzig kleinen Pixeln zu Gute kommen dürfte. Die letzte größere Revolution stellte die rückwärtig belichtete Technologie (back side illuminated, kurz BSI, siehe weiterführende Links) dar, die bei CMOS-Sensoren dafür sorgt, dass die Leiterbahnen unter den Pixeln liegen statt wie vorher üblich darüber, was auch ungefähr eine Verdoppelung der Lichtausbeute brachte. Je höher die Pixeldichte, desto größer war dieser Vorteil, weshalb die Technik vor allem bei besonders kleinen Sensoren effektiv ist und bei größeren in Systemkameras nicht, wo die Technik nach wie vor nicht zum Einsatz kommt. Die neue Technik von Panasonic lässt sich sowohl bei CMOS- als auch bei CCD-Sensoren verwenden. 21 Patente hat Panasonic in Japan für die neue Technik angemeldet oder bereits erteilt bekommen, 16 sind es in Übersee.

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Benjamin Kirchheim

Benjamin Kirchheim, 42, schloss 2007 sein Informatikstudium an der Uni Hamburg mit dem Baccalaureus Scientiae ab. Seit 1998 war er journalistisch für verschiedene Atari-Computermagazine tätig und beschäftigt sich seit 2000 mit der Digitalfotografie. Ab 2004 schrieb er zunächst als freier Autor und Tester für digitalkamera.de, bevor er 2007 als fest angestellter Redakteur in die Lübecker Redaktion kam. Seine Schwerpunkte sind die Kameratests, News zu Kameras und Fototipps.