Neuer Kamerasensor funktioniert wie das menschliche Auge

Städte mit bombastischen Wolkenkratzern wie Schanghai oder New York erfordern den Einsatz von Weitwinkelobjektiven. Doch das Bild des Gebäudes sieht damit meist anders aus als beim Betrachten mit den eigenen Augen: Die geraden Mauern des Gebäudes erscheinen auf dem Bild verzerrt, Türme stürzen in Richtung Bildmitte. Ein neuer Sensor für Digitalkameras soll solche Verzerrungen schon während der Aufnahme ausgleichen. Entwickelt wurde er von den Wissenschaftlern Yonggang Huang von der Northwestern University in Evanston im US-Bundesstaat Illinois und John Rogers von der Universität von Illinois in Urbana-Champaign.

Der neue Kamerasensor Der Unterschied zu den herkömmlichen Kamerasensoren ist die Form: Der von Huang und Rogers entwickelte Sensor ist nicht flach, sondern wie wie Netzhaut im Auge gekrümmt. Optiker und Biologen hätten schon vor langer Zeit die Vorteile von gekrümmten Oberflächen von Bildempfängern erkannt, sagt Huang. "So arbeitet das menschliche Auge: Es fängt ein Bild auf der gekrümmten Fläche auf der Rückseite ein." Der Vorteil ist, dass wir trotz des vergleichsweise einfachen Aufbaus unseres Auges alle Objekte in unserem recht großen Gesichtsfeld unverzerrt sehen. Ein Kameraobjektiv hingegen braucht ein komplexes System von Linsen, die Verzerrungen auf dem flachen Sensor verhindern sollen.

Einen dem Auge nachempfundenen Chip zu bauen scheiterte jedoch bisher an den technischen Möglichkeiten. Das Problem ist, dass das Silizium, aus dem die Sensoren bestehen, nicht flexibel ist. Biegt man einen Siliziumwafer nur ein wenig, bricht er. An Bemühungen mangelt es nicht: Seit gut 20 Jahren tüfteln Wissenschaftler an einer Lösung. Diese haben Huang und Rogers nun gefunden.

Als Trägerelement dient eine von Rogers entwickelte Kunststoffmembran in der Form einer Halbkugel. Damit hatten die Wissenschaftler die gewünschte gekrümmte Form. Um die elektronischen Elemente aufsetzen zu können, wird die Membran glatt gezogen wie ein Trommelfell. Die Größe der Bauteile haben die Wissenschaftler so verringert, dass sie nicht durch die Krümmung beschädigt werden. Sie vergleichen sie mit Gebäuden: Das seien zwar flache Gebilde auf einer gekrümmten Oberfläche. Verglichen mit der Erdoberfläche sei die Grundfläche eines Gebäudes jedoch so klein, dass die Erdkrümmung nicht auffalle.

Die winzig kleinen Bauteile - ihre Grundfläche beträgt 100 Quadratmikrometer oder ein Zehntel Quadratmillimeter - werden zusätzlich durch kleine Metalldrähte, die die Wissenschaftler Pop-up-Brücken nennen, stabilisiert. Diese Brücken sollen die Belastung verringern, die auftritt, wenn die Membran entspannt wird. Mit Erfolg: Mehr als 99 Prozent der Bauteile überstanden die Rückkehr der Membran in ihre ursprüngliche Form. Das Silizium wurde dabei, so fanden die Wissenschaftler heraus, nur einer Verformung von 0,002 Prozent ausgesetzt. Das ist weit weniger als der kritische Wert von 1 Prozent, bei dem das Silizium bricht.

Erste Aufnahmen mit dem neuen Sensor seien vielversprechend, sagen die Wissenschaftler. Die Bilder seien viel klarer als solche, die sie mit vergleichbaren Kameras mit einem ebenen Sensor und einem einfachen Objektiv aufgenommen haben. In einer solchen herkömmlichen Kamera seien die Bildränder typischerweise etwas unscharf, erklärt Huang. "Die halbkugelförmige Anordnung des elektronische Auges hingegen behebt diese und andere Einschränkungen und liefert bessere Bilder."

Die Technik müsse noch verbessert werden, schränkt Huang allerdings ein. Er und Rogers glauben jedoch, dass sie skalierbar sei und zu besseren optoelektronischen Geräten beitragen könne. Dazu zählt Rogers nicht nur Kameras, sondern auch eine künstliche Netzhaut, die in ein Auge implantiert werden kann.