„Wo viel Licht ist, ist starker Schatten.“

Diese Worte stammen von keinem Geringeren als Johann Wolfgang von Goethe. Als er diese Zeile verfasste, ahnte noch niemand etwas von digitalen Kameras. Und der berühmte Dichter meinte das auch sicher in einem ganz anderen Kontext.

Und doch: Der Satz passt so gut zu astronomischen Kamerasensoren, dass wir ihn einfach verwenden mussten.

Aber wie passt das zusammen? Und warum greift das Zitat gleichzeitig nicht mehr bei Kameras mit den neuen Exmor R Sensoren? Darauf kommen wir gleich zurück.

Diese Grafik zeigt einen typischen Sensor. Die farbige Fläche illustriert die Pixel.

100% empfindlichere Kameras von ToupTek

Es ist eine Nachricht, die viele Astrofreunde freuen wird: Die aktuellen Touptek Kameras sind bis zu 100% empfindlicher (Quelle: Sony), als ältere, konventionelle CMOS-Kameras. Denn in der letzten Zeit hat sich in der Sensortechnologie grandioses getan. Um es kurz zu sagen: Dank des neuen Exmor R Sensors ist es nun möglich, in kürzerer Belichtungszeit noch mehr Objektinfos auf den Chip zu bannen.

Die Kameras von ToupTek sind schon mit den brandaktuellen Sensoren ausgestattet: Hier gehts zu den Kameras.

Bis vor einigen Jahren bevorzugte man noch CCD-Sensoren. Denn sie rauschten deutlich weniger, waren empfindlich und man konnte mehr Details erkennen. Doch dann wurden die CMOS-Sensoren weiterentwickelt. Man erreichte einen schnellen Datentransport und eine hyperschnelle Digitalisierung. Das Rauschen wurde deutlich geringer und diese Technik damit interessant für die Astronomie.

Diese CMOS-Sensoren nennt man übrigens auch front-illuminated oder frontseitig belichtete Sensoren. Und hier wird auch Goethes Aussage „Wo viel Licht ist, ist starker Schatten.“ interessant. Denn sie hat etwas mit der Architektur bzw. dem Aufbau des Chips zu tun.

Der Front-Illuminated Sensor: Lichtstrahlen treffen auf den Sensor, werden aber zum Teil abgelenkt.

Die „klassischen“ CMOS-Sensoren

Die front-illuminated Sensoren besitzen eine ganze Menge Elemente, die die Licht-Photonen zuerst passieren müssen, bevor sie an Ziel kommen und in den Pixel fallen.

Zuerst wären da die Mikrolinsen, dann die Farbfilter und schließlich auch noch die Elektronik. Letztere wurde nämlich von oben auf dem Chip aufgebracht. Das heißt: An dieser Stelle finden sich Aluminiumbahnen, Drähte und Transistoren. Auch hier müssen die Photonen durch. Erst danach erreicht das Licht endlich den heiß ersehnten Pixel.

Diese Elektronik ist aber leider so etwas wie ein Schattenwerfer. Etwas ähnliches, wie wir es auch von Teleskopen mit großen Fangspiegeln kennen: Ein gewisser Teil des Lichts wird absorbiert und abgelenkt.

Manche Photonen haben sogar gar keine Chance. Sie werden nicht durchgelassen oder vom Metalldraht einfach wieder reflektiert. Die Konsequenz ist unvermeidlich: Es kommt weniger Licht an.

Nun hat Sony darüber nachgedacht, wie man die aktuellen Chips empfindlicher machen kann. Und sich etwas grandioses einfallen lassen, was jetzt auch in neuen Astrokameras zum Einsatz kommt: Die „back illuminated“ CMOS-Sensoren.

Die neuen „back illuminated“-Sensoren von Sony

Sony hat die Sensoren auseinander genommen und ganz anders aufgebaut. Nun passieren die Photonen die Mikrolinsen und dann die Farbfilter. So weit so klar. Doch im Anschluss kommen sofort die Pixel.

Back-Illuminated: Die Lichtstrahlen treffen ungehindert den Pixel und die Lichtempfindlichkeit erhöht sich.

Die Elektronik, die Drähte und die Transistoren sitzen nun dahinter. Die Photonen gelangen jetzt also ohne Ablenkung in die Photozellen. Das Siliziumsubstrat wird von hinten, anstatt von vorne beleuchtet. Ein weiterer Vorzug ist die STARVIS Technologie, eine Untergruppe der Exmor R Sensoren, die mit einer noch höheren Empfindlichkeit ausgestattet sind. Gerade da, wo es wenig Licht gibt, spielt diese Technik ihren Vorzug hervorragend aus.

Durch zahlreiche Verbesserungen sollen die Exmor R Sensoren extrem schnell sein, noch weniger rauschen, doppelt so empfindlich (Quelle:Sony) sein und auch eine höhere Transmission im nahen Infrarot besitzen.

In der Forschung verwendet man diese Technik übrigens schon länger. Doch bisher lag der Preis für solche Kameras in wahrhaft astronomischer Höhe. Dank extrem gesunkener Preise, sind diese CMOS-Sensoren nun auch für Amateure eine Bereicherung.

Was bedeutet das für Ihre astronomischen Aufnahmen?

• Mehr Licht in kürzerer Zeit
• Kürzere Belichtungszeiten – daher weniger Probleme mit der Nachführung
• Galaxien und Nebel nun auch ohne gekühlte Kameras fotografieren
• Extrem hohe Bildrate – dadurch noch schärfere Planetenbilder
• Höhere Empfindlichkeit im nahen Infrarot – für Marsbilder, Venusbilder
• Hellere Himmelsobjekte oft als Live-Video möglich

Fazit:

Die neuen „Back-Illuminted“ Sensoren von Sony bieten für Astrofotografen neue und spannende Möglichkeiten. Aufgrund geringer Kosten sind die Preise klein. Und der Gewinn sind schöne Astrofotos mit weniger Aufwand. Aber das Beste: Die Kameras von Touptek sind schon mit dieser Technologie ausgestattet. Vielleicht könnte man nun sagen: „Wo viel Licht ist, bleibt viel Licht“. Zumindest was diese neuen Kameras angeht.

P.S.:
Wenn auch Sie die neuen Kameras nutzen wollen dann: einfach hier entlang.