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)