Die Kamera in deiner Tasche stammt aus dem All. Die unbekannten Ursprünge des CMOS-Sensors | Knowledge #446

Wenn du einen Sonnenuntergang oder einen Moment aus dem Alltag fotografierst, hältst du Technologie in der Hand, die ursprünglich für die Weltraumforschung entwickelt wurde. Heute werden jährlich rund 7 Milliarden „CMOS Active Pixel Sensoren (APS)“ als Herzstück von Smartphones und spiegellosen Kameras produziert. Diese als „Camera-on-a-Chip“ bekannte Technologie wurde Anfang der 1990er Jahre am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der geboren.

1992 erhielt Dr. Eric Fossum von der die Aufgabe, Kameras für interplanetare Raumfahrt zu miniaturisieren. Damals dominierten „CCD-Sensoren“ die digitale Fotografie, doch diese waren energieintensiv und sperrig – ein großes Problem für die ressourcenbegrenzte Umgebung des Weltraums.

Dr. Fossums Innovation bestand darin, die in CCDs verwendete „korrelierte Doppelsampling-Technik mit pixelinterner Ladungsübertragung“ auf die CMOS-Technologie zu übertragen. Damalige CMOS-Sensoren galten als besonders rauschanfällig, doch durch die doppelte Messung des Lichts und die Subtraktion der Differenz konnte dieses Manko drastisch reduziert werden.

Der so entstandene Active Pixel Sensor brachte der NASA drei entscheidende Vorteile:

• Energieeffizienz: Funktioniert mit deutlich weniger Strom als ein CCD.
• Strahlenresistenz: Konstruiert, um der starken Strahlung im Weltraum standzuhalten.
• Miniaturisierung: Das gesamte System wird auf einem einzigen Chip integriert – schnell und kompakt.

Anfangs war die bei der Einführung dieser Technologie zurückhaltend, doch Dr. Fossum war überzeugt: „Das ist nicht nur für den Weltraum, sondern auch auf der Erde nützlich.“ Über medizinische „Kapselendoskope“ und Fahrzeugsensoren fand die Technologie schließlich ihre Killeranwendung im Mobiltelefon.

Im Jahr 2026 hat sich diese von der entwickelte Technologie weiterentwickelt. Ein Forschungsteam des Rochester Institute of Technology (RIT) arbeitet an der Entwicklung des „Single Photon Sensor CMOS (SPSCMOS)“. Dieser Sensor ist so empfindlich, dass er einzelne Photonen detektieren und unterscheiden kann – eine Schlüsseltechnologie für zukünftige Missionen wie das .

Durch das Herunterkühlen des Sensors auf 250 K kann der sogenannte „Dunkelstrom“ auf das absolute Minimum von einem Elektron in 30 Minuten reduziert werden. Erst mit dieser Präzision ist es möglich, sogenannte „Biosignaturen“ – Hinweise auf Leben wie Sauerstoff oder Methan in der Atmosphäre entfernter Exoplaneten – nachzuweisen.

In Anerkennung der enormen globalen Auswirkungen dieser Erfindung wurde Dr. Eric Fossum 2026 mit dem Charles Stark Draper Prize ausgezeichnet. Die Herausforderung, die einst begann, um die Grenzen des Universums abzubilden, ist heute zu einem alltäglichen Werkzeug geworden, das unser Leben verbindet – und bringt uns der Antwort auf die Menschheitsfrage „Sind wir allein im Universum?“ jeden Tag ein Stück näher.