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Entwickelt wurde ein Pixel, das nicht nur einfallendes Licht misst, sondern dieses auch in einen elektrischen Strom umsetzt. Diese Forschungsarbeit wurde kürzlich während der «International Conference on Computational Photography» an der Rice University in Houston zum ersten Mal vorgestellt. Die Anodenspannung der Fotodiode steigt auf einen Pegel an, der sich proportional zum einfallenden Licht verhält. In diesem Fall zieht die Fotodiode keinen Strom. Ein wichtiger Punkt in diesem Design ist die Tatsache, dass der Emitter von Transistor Q1 zwischen Masse (für den Reset) und einer Stromversorgung (zum Energieernten) umschaltbar ist.
Herzstück jeder Digitalkamera ist ein Bildsensor
Als führender Forscher im Bereich computerisierter Bildtechnik kam Professor Shree K. Nayar vom Computer Vision Laboratory von Columbia Engineering zum Schluss, dass obwohl Digitalkameras und Solarpanel unterschiedliche Aufgaben haben, beide aber letztlich mit den gleichen Komponenten gefertigt werden. Das Herzstück einer jeden Digitalkamera ist ein Bildsensor, ein Chip mit Millionen Pixeln. Der entscheidende Teil in einem Pixel ist die Fotodiode, die bei Lichteinfall einen elektrischen Strom erzeugt. Jedes Pixel kann somit die Lichtintensität messen. Die gleiche Fotodiode setzt in einem Solarpanel einfallendes Licht in eine elektrische Leistung um. Die Fotodiode in einem Kamerapixel wird im fotoleitenden Betriebszustand verwendet, während in Solarzellen das fotovoltaische Modell zum Einsatz kommt.
Nayar und sein Team nahmen für die Herstellung ihres Bildsensors mit 30 × 40 Pixel handelsübliche Komponenten. Da die Fotodioden auf zwei ihrer Seiten Anschlüsse aufweisen, wurde jede Diode in einem Winkel von 45 Grad angeordnet, um einen geringeren Pixelabstand zu erhalten. Auf der Platinenvorderseite kann man die Auslesetransistoren und den Mikrocontroller erkennen (Bild 2).
Sensor lässt sich mit Akku verbinden
Auf der Rückseite der Platine ist eine Anordnung von Gehäusen mit jeweils zwei Schaltern. In jedem Gehäuse befinden sich zwei Transistoren, die mit dem korrespondierenden Pixel verwendet werden. Auf der Rückseite befinden sich die Schalter für das globale Reset und den Erntemodus sowie die Leistungsversorgung mit dem Superkondensator.Der Bildsensor wechselt kontinuierlich zwischen den beschriebenen Betriebszuständen. Macht die Kamera keine Aufnahmen kann sie für das Laden von anderen Geräten, wie einem Handy oder einer Uhr, herangezogen werden. Nayar weist darauf hin, dass man den Bildsensor auch mit einem wiederaufladbaren Akku verbinden kann. Das Forscherteam konnte zeigen, dass der Sensor selbstversorgend ist, und dass nur ein Kondensator die gesammelte Energie speichert.