Mit der neuen Sensortechnologie QuantumFilm will InVisage Technologies Inc. die Basis für deutlich bessere Digitalkameras öiefern, als das derzeit mit der etablierten CMOS-Technik möglich ist. Seine Vorteile soll die QuantumFilm-Technik vor allem bei sehr kleinen Bildsensoren, wie sie in Smartphones verwendet werden, ausspielen. Jetzt hat der Hersteller aus Kalifornien mit dem Quantum13 einen ersten Sensor vorgestellt, der auf der neuen Technologie basiert.

Für seinen kürzlich vorgestellten Bildsensor Quantum13 reklamiert InVisage Technologies Inc. eine achtmal stärkere Lichtabsorption, als es mit herkömmlichen CMOS-Sensoren möglich wäre. Entsprechend höher ist die Basisempfindlichkeit des Bildwandlers, genaue Angaben hierzu bleibt der Hersteller indes schuldig. Zudem baut der neuartige Bildwandler besonders flach, er ermöglicht bei einer Fläche von 8,5 x 8,5 mm ein komplettes Kameramodul von lediglich vier Millimetern Dicke. Der Sensor löst mit 13 Megapixel bezogen auf seine winzige Größe sehr hoch auf und ermöglicht Videoaufnahmen bis hin zur 4K-Auflösung. Dank „Global Shutter“ vermeidet er laut Aussage des Herstellers jegliche Rolling-Shutter-Effekte.

QuantumFilm-Sensor

Ein QuantumFilm-Sensor baut deutlich flacher als ein CMOS-Sensor, erzielt eine
deutlich höhere Basisempfindlichkeit und hat eine Reihe weiterer Vorteile. (Quelle: Invisage)
 

Was ist nun aber an der „QuantumFilm“-Technologie so besonders? Zunächst einmal dient – anders als bei einem CMOS-Sensor – nicht das Silizium selber als Photodiode. Vielmehr wird ein spezielles Material, der QuantumFilm, auf den Waver aufgetragen. Über die Zusammensetzung des Materials ist wenig bekannt, nur so viel:  Es besteht aus Quantenpunkten, also besonders kleinen Halbleiterpartikeln (Größenordnung etwa 104 Atome). Bei diesem Nano-Material sind die Ladungsträger derart in ihrer Beweglichkeit eingeschränkt, dass ihre Energie nicht mehr kontinuierliche, sondern nur noch diskrete Werte annehmen kann.

Ein großer Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass 100 Prozent der Fläche eines jeden Bildpunkts Licht absorbiert. Denn anders als bei herkömmlichen CMOS-Sensoren liegt die Verdrahtung hinter der lichtempfindlichen Fläche und nicht davor. Diesen Nachteil räumen zwar „Backside illuminated“ CMOS-Sensoren aus, nicht aber, dass hier das Licht weiterhin eine deutlich höhere Eindringtiefe benötigt als beim QuantumFilm. Durch diese Eigenschaften bekommen QuantumFilm-Sensoren ihre höhere Lichtempfindlichkeit.

QuantumFilm

Das Nano-Material des QuantumFilms ist deutlich lichtempfindlicher als Silizium.
(Quelle: Invisage)
 

Damit nicht genug, hat beim QuantumFilm ein Pixel keine festgeschriebene Größe. Bei dieser Technologie lässt sich die Pixelgröße programmieren und damit auch die Empfindlichkeit beeinflussen. Sie lässt sich zum Beispiel bei schwachem Licht durch größere Pixeldimensionen erhöhen, was dann natürlich zu Lasten der effektiven Auflösung geht.
Im Vergleich zum Silizium der CMOS-Sensoren kann die QuantumFilm-Technologie ein deutlich höheres Ladungsmaximum aufzeichnen. Für den Fotografen und Filmer heißt das, QuantumFilm kann einen deutlich höheren Motivkontrast reproduzieren, der Dynamikumfang steigt.

Und noch einen Pluspunkt kann der QuantumFilm für sich verbuchen: Alle Pixel lassen sich ohne Aufwand gleichzeitig auslesen. Dieser „Global Shutter“ ist besonders für Filmer interessant, weil so anders als beim zeilenweisen Auslesen kein Rolling-Shutter-Effekt auftritt.

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InVisage's QuantumFilm: A breakthrough in camera technology from InVisage Technologies Inc on Vimeo
Alle Vorzüge der QuantumFilm-Technologie stellt der Hersteller in diesem (englischsprachigen) Video vor.
 

Als erstes wird die neue Technologie nun in Bildwandler für Smartphones einziehen. Denn ihre Vorteile sind umso größer, je kleiner ein Sensor ist. Doch nachdem es die einstmals ebenfalls für kleine Sensoren entwickelte BSI-Technologie mittlerweile in einen Kleinbildsensor geschafft hat (bei der Sony Alpha 7R II), könnten in nicht mehr allzu ferner Zukunft vielleicht auch anspruchsvolle Fotografen der spannenden QuantumFilm-Technologie profitieren.

Weiterführende Informationen bei InVisage

(Martin Vieten)