Neuer Sensor verspricht bessere Bildqualität dank optimierter Lichtausbeute

Seit einiger Zeit schon arbeitet der japanische Elektronikhersteller Sony an einem neuartigen Kamerasensor mit gekrümmter Oberfläche, nun veröffentlicht Nikkei.com das erste angeblich mit einem solchen Sensor aufgenommene Foto. Doch was bringt diese Technologie wirklich, und ist sie mehr als nur Zukunftsmusik?

Herkömmliche Kamerasensoren, wie sie sich in Geräten von Smartphones über Kompaktkameras bis hin zu DSLRs finden, weisen eine ebene Oberfläche auf. Dies haben sie mit fotografischem Film gemeinsam, der in analogen Kameras mittels einer Andruckplatte auf einer möglichst gleichmäßigen Fläche in Position gebracht wird. Damit sind jedoch vor allem in der Digitalfotografie einige Probleme verbunden.

Fällt Licht durch das Objektiv einer Kamera, so wird es von diesem gebündelt. Der Punkt, an dem Lichtstrahlen, die aus verschiedenen Richtungen auf das Objektiv einfallen, zusammentreffen, ist der sogenannte Brennpunkt oder Fokalpunkt. Befindet sich dieser auf einer Ebene mit dem Aufnahmemedium – sei dies ein chemischer Film oder ein digitaler Sensor –, so wird das Objekt, von welchem die Lichtstrahlen ausgehen, scharf abgebildet.

Nun sind herkömmliche optische Konstruktionen nicht in der Lage, Licht aus allen Richtungen gleichermaßen auf der selben Ebene – der Brennebene oder Fokalebene – zu bündeln. Vielmehr ist es so, dass häufig nur Objekte, die sich in der Mitte des Bildes befinden, scharf dargestellt werden. Solche, die sich am Rand befinden, werden hingegen oft unscharf abgebildet, da das von ihnen ausgehende Licht seinen Fokalpunkt leicht vor oder hinter der Aufnahmeebene bildet. Man spricht bei diesem Effekt von der sogenannten Bildfeldwölbung.

Genau diese Bildfeldwölbung ist es nun, die Objektivhersteller in den Griff zu bekommen versuchen, indem sie exotische Glassorten und sogenannte asphärische Linsen – also Linsen, deren Oberfläche nicht die Form eines Kreissegments haben – in ihren optischen Konstruktionen verbauen. Hochwertige Objektive werden dadurch nicht nur groß und schwer, sondern teilweise auch extrem teuer.

An dieser Stelle setzt Sonys neuer Sensor mit gekrümmter Oberfläche an. Da sich seine Form der Bildfeldwölbung, wie sie von einfachen Objektivkonstruktionen erzeugt wird, anpasst, kann er sämtliche innerhalb der Fokalebene liegende Objekte scharf abbilden. In dieser Hinsicht ähnelt der Sensor in seiner Konstruktion dem menschlichen Auge, das über eine einzelne Linse sowie eine gekrümmte „Aufnahmeebene“, die Netzhaut, verfügt.

Neben einer besseren Schärfe in den Bildecken bietet Sonys neuer Sensor noch zusätzliche Vorteile. Ein weiteres Problem bei digitalen Bildsensoren ist, dass Licht, welches in einem schrägen Winkel auf deren Ecken eintrifft, oftmals nicht zur Gänze bis zu den einzelnen lichtempfindlichen Zellen, den Pixeln, vordringt. Dies führt zu einer sichtbaren Abdunklung der Bildecken, der sogenannten Vignettierung. Gegen diese soll Sonys gekrümmter Sensor "immun" sein, da er auch in den Ecken einfallendes Licht optimal aufnehmen kann. Zudem sorgt die gekrümmte Form laut Nikkei.com für ein geringeres Grundrauschen im Bildsignal, wodurch auch bei höheren Empfindlichkeiten rauschärmere Fotos möglich sein sollen.

Durch die gekrümmte Oberfläche des Sensors ist es also nicht nur möglich, eine höhere Lichtausbeute zu erzielen und schärfere Fotos aufzunehmen, der Sensor erzielt zudem bereits mit einfachen Objektivkonstruktionen qualitativ hochwertige Ergebnisse. Dadurch ist es möglich, kleinere und leichtere Objektive zu verbauen und so insgesamt kompaktere und günstigere Kameras herzustellen, die jedoch in Sachen Bildqualität ihren größeren und teureren Rivalen mit einem herkömmlichen flachen Sensor in nichts nachstehen – soweit zumindest die Theorie.

Ob sich diese theoretischen Vorteile eines gekrümmten Sensors jedoch auch in der Praxis bewahrheiten, lässt sich bislang noch nicht feststellen. Zwar hat Nikkei.com ein erstes, angeblich mit dem neuen Sony-Sensor aufgenommenes Foto veröffentlicht, doch reicht dessen geringe Auflösung zu einer Beurteilung der Bildqualität kaum aus. Immerhin ist auf dem Bild keinerlei Abdunklung in den Ecken zu erkennen, was darauf schließen lässt, dass die Vignettierung bei Sensoren mit gekrümmter Oberfläche tatsächlich der Vergangenheit angehören könnte.

Laut Nikkei.com arbeitet Sony derzeit an zwei verschiedenen Versionen des Sensors: einer kleineren für Kameramodule die sich z.B. in Smartphones und Tablets finden könnten, und einer größeren im 35mm-Vollformat. In welchem Kameratyp sich ein solcher Sensor zukünftig finden könnte, ist daher noch unklar. Wahrscheinlich wird es sich jedoch um ein Gerät mit fest verbautem Objektiv handeln, da sich optimale Ergebnisse nur mit einer Kombination aus aufeinander abgestimmtem Sensor und Objektiv erzielen lassen. So räumt Sony selbst ein, dass es derzeit noch schwierig sei, den Sensor mit einem Zoom-Objektiv zu kombinieren.

Wann Sonys neue Sensortechnologie die Marktreife erreichen wird, ist derzeit noch nicht abzusehen. Immerhin macht das erste mit einem gekrümmten Sensor aufgenommene Foto Hoffnung, dass die Technologie in absehbarer Zeit in erste Geräte Einzug finden wird. Dann wird sich zeigen, ob dem Sensor mit gekrümmter Oberfläche die Zukunft gehört.