Für Kameras: Sony stapelt Farb- und Tiefensensor - endlich keine Verzerrungen mehr
Sony hat auf der IEDM 2024 einen kombinierten Kamera- und ToF-Sensor gezeigt, der die Probleme bisheriger Lösungen beheben soll. Konkret ermöglicht der neue Aufbau angeblich verzerrungsfreie Bilder mit hoher Auflösung.
Tiefensensoren, die ein Bild mit räumlichen Informationen liefern, fanden in den letzten Jahren zunehmend Verbreitung. Sie können beispielsweise zur Erstellung von 3D-Scans oder für gezielte, nachträgliche Unschärfe-Effekte - etwa in Smartphone-Kameras - genutzt werden. Meist kommen dabei sogenannte ToF-Sensoren (Time of Flight) zum Einsatz, bei denen mit jedem Pixel gemessen wird, wann zuvor abgestrahltes Infrarotlicht zurück reflektiert wird.
Nicht neben-, sondern übereinander
Bislang gibt es bei der Umsetzung im Zusammenspiel mit normalen Kamerasensoren aber ein Problem. Entweder der ToF-Sensor sitzt neben dem Kamerasensor. Dann gibt es durch die unterschiedlichen Blickwinkel aber vor allem an Kanten verdeckte Bereiche und nicht jedem Farbwert kann ein Tiefenwert zugewiesen werden. Oder ToF- und Farbpixel sitzen auf demselben Sensor und nehmen sich damit gegenseitig den Platz weg. Sprich: Die Auflösung wird reduziert.
Die Kamerasparte von Sony will hier nun aber einen Ausweg gefunden haben. Auf der Halbleiter-Fachmesse IEDM 2024 wurde ein Kombi-Sensor vorgestellt, bei dem der Kamerasensor direkt über dem Tiefensensor liegt. Möglich wird das durch den Einsatz eines neuen Materials: Normalerweise würden sich die Farbpixel auf Silizium befinden, das aber breitbandig Licht absorbiert und damit die Tiefenpixel verdeckt. Durch einen neuen Aufbau auf einem breitbandig durchsichtigen, organischen Photoleitfilm hat Sony dieses Problem aber offenbar gelöst. Sichtbare Wellenlänge treffen auf die Farbsensoren, während Infrarotlicht weiter nach unten auf die IR-Pixel des ToF-Sensors fällt.
Quelle: Sony
Spektralverläufe der einzelnen Pixel. Die Tiefen- und die Farbmessung überschneiden sich kaum. Dadurch gibt es nahezu keine gegenseitige Beeinflussung.
Über jedem ToF-Pixel, der je 4 µm belegt, befinden sich dabei vier RGB-Pixel mit je 1 µm. Insgesamt ist die Rede von einer Auflösung von 1004 x 756 Pixel für die Tiefenkarte und 4016 x 3024 Pixel für das Farbbild. Zumindest in dieser Hinsicht ist der Prototyp damit offenbar schon in einem nutzbaren Bereich angelangt.
Quelle: Sony
Detaillierter Aufbau des gestapelten Sensors. Das sichtbare Licht wird von den RGB-Pixeln aufgenommen. Den darunterliegenden Farbfilter passieren nur IR-Wellenlängen, die von den TOF-Pixeln registriert werden.
Quelle: Sony
Bilder der Tiefenkamera: Farbbild, Tiefenkarte und beides zusammen.
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Ob und wann entsprechende Sensoren in die Massenproduktion gehen sollen, ist derzeit allerdings noch unklar. Falls Sony potenziell noch vorhandene Probleme ausräumen kann, würde eine breite Verfügbarkeit eines solchen Sensors aber zahlreiche Möglichkeiten bieten. Beispielsweise könnten Sie das Erstellen hochauflösender 3D-Scans für Spiele und Filme vereinfachen und auch die Datenerfassung von Roboter deutlich zuverlässiger machen.
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Quelle: Sony (IEDM 2024)
