Pana­so­nic gibt die Ent­wick­lung eines Bild­sen­sors bekannt, der mit einer „Global Shutter“-Funktion aus­ge­stat­tet ist. Dadurch werden Film­auf­nah­men von sich schnell bewe­gen­den Objek­ten mög­lich, ohne dass diese ver­zerrt dar­ge­stellt werden. Aber auch Foto­ka­me­ras könn­ten von der Ent­wick­lung pro­fi­tie­ren.

Video­fil­mer schla­gen sich seit Jahr­zehn­ten mit einem Pro­blem herum: Das ein­zelne Film­bild wird nicht auf einen Schlag belich­tet, son­dern zei­len­weise – ganz gleich ob mit einem rotie­ren­den Ver­schluss auf Film belich­tet wird oder ein CMOS-Sensor auf­nimmt. Bewegt sich nun ein Objekt schnell durchs Bild, wird es ver­zerrt auf­ge­nom­men. Das Pro­blem, der „Rol­ling Shutter“-Effekt, lässt sich zwar mini­mie­ren, etwa durch eine kür­zere Ver­schluss­zeit, aber nicht ganz aus der Welt schaf­fen.

Pana­so­nic hat nun die Ent­wick­lung eines CMOS-Sen­sors bekannt gege­ben, der eine „Global Shutter“-Funktion auf­weist. Das heißt: Alle Sen­sor­zel­len werden gleich­zei­tig an- und aus­ge­schal­tet und sodann aus­ge­le­sen. Dieses Ver­fah­ren zur Ver­mei­dung des „Rol­ling Shutter“-Effekts ist zwar nicht ganz neu, hatte bis­lang jedoch mit ande­ren Pro­ble­men zu kämp­fen – etwa einer ver­rin­ger­ten Farb­sät­ti­gung oder ver­stärk­tem Bild­rau­schen.

BSI- und OPF-Sensor im Vergleich

BSI- und OPF-Sensor im Ver­gleich.
Die bei OPF deut­lich gerin­gere Tiefe der licht­emp­find­li­chen Schicht bringt einige Vor­teile.

 

Kern­stück bei der Ent­wick­lung von Pana­so­nic ist eine trans­pa­rente orga­ni­sche Sub­stanz, die die Funk­tion der her­kömm­li­chen Pho­to­di­oden über­nimmt. Dieser von Fuji­film ent­wi­ckelte „orga­nic pho­to­con­duc­tive film“ (OPF) wird als hauch­dünne Schicht auf der Ver­drah­tung des Sen­sors auf­ge­tra­gen, also ähn­lich wie beim BSI-Design.

Beim OPF ver­rin­gert sich die Ein­dring­tiefe des Lichts auf 0,5 µm gegen­über zwei bis drei µm beim BSI-Design. Das bringt eine Reihe von Vor­tei­len mit sich, nicht nur für Film­auf­nah­men:

  • Die Basis­emp­find­lich­keit des Sen­sors steigt um den Faktor 1,2.
  • Wäh­rend beim BSI-Design das ein­fal­lende Licht höchs­tens um 30° bis 40° von der Senk­rech­ten abwei­chen darf, ver­kraf­tet OPF eine Abwei­chung von bis zu 60°. Das ermög­licht eine höhere Licht­aus­beute und hilft laut Pana­so­nic zudem, Farb­feh­ler zu ver­mei­den.

Der größte Vor­teil ergibt sich aller­dings daraus, dass beim OPF-Sensor die pho­to­elek­tri­sche Schicht und die Schalt­kreise zum Spei­chern der elek­tri­schen Ladung völlig unab­hän­gig von­ein­an­der sind. Das ermög­lich es, jedes Pixel ein­zeln anzu­steu­ern und damit auch ein- und aus­zu­schal­ten. Werden alle Pixel eines Sen­sors gleich­zei­tig akti­viert bezie­hungs­weise deak­ti­vert, ergibt sich der Global Shut­ter.

Aller­dings ermög­licht es die Tech­no­lo­gie auch, die Belich­tungs­zeit für jedes Pixel ein­zeln zu steu­ern. Das wie­derum eröff­net neue Mög­lich­kei­ten für die Foto­gra­fie. So könnte etwa der Effekt von fla­ckern­dem Licht auf die Auf­nahme eli­mi­niert werden. In Ver­bin­dung mit einer Objekter­ken­nung wäre es sogar mög­lich, ein sich schnell bewe­gen­des Objekt inner­halb eines Bildes mit einer kurzen Zeit und ent­spre­chend erhöh­ter Emp­find­lich­keit zu belich­ten, wäh­rend der sta­ti­sche Hin­ter­grund bei nied­ri­ger Emp­find­lich­keit länger belich­tet wird – was wie­derum stö­ren­des Bild­rau­schen auf einen klei­nen Bild­be­reich beschrän­ken würde. Ebenso ließe sich durch ein­zeln ansteu­er­bare Pixel der Dyna­mik­be­reich extrem erhö­hen. Dazu würden sehr helle Bild­par­tien ein­fach kürzer belich­tet als die Schat­ten­par­tien, Belich­tungs­rei­hen für HDR-Bilder wären nicht mehr nötig.

(Redak­tion pho­tos­cala)