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„Die Leute sagten mir: ‚Du bist ein Idiot, weil du daran arbeitest‘“, erinnert sich Eric Fossum an seine frühen Experimente mit einer damals als alternativ geltenden Form eines digitalen Bildsensors am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA. Seine Entwicklung des CMOS-Bildsensors (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) sollte sich später als die erfolgreichste Spin-off-Technologie des JPL erweisen. Sie revolutionierte die digitale Bildverarbeitung und ermöglichte unter anderem die Entwicklung von Smartphone-Kameras, hochauflösenden Videoaufnahmen und letztlich auch der sozialen Medien, wie wir sie heute kennen.
Bildgebungssysteme auf Basis von Metalloxid-Halbleitern wurden bereits seit den 1960er-Jahren erforscht. Über lange Zeit hinweg gelang es jedoch nicht, diese Technologie kommerziell nutzbar zu machen. Stattdessen setzte sich Ende der 1980er-Jahre eine alternative Sensortechnologie durch: CCD-Sensoren (Charge-Coupled Devices), die eine digitale Fotografie in hoher Qualität ermöglichten. Diese Sensoren bestehen aus einer Anordnung lichtempfindlicher Pixel, die elektrische Ladungen sammeln und diese sequenziell zu einem Verstärker transportieren, wo sie ausgelesen werden.
Obwohl CCD-Sensoren Bilder in wissenschaftlicher Qualität liefern können, sind sie mit einem hohen Energieverbrauch verbunden und erfordern eine äußerst effiziente Ladungsübertragung. Diese Nachteile werden insbesondere bei steigender Auflösung oder höheren Bildraten bei Videoaufnahmen deutlich.
Fossum, ein anerkannter Experte auf dem Gebiet der CCD-Technologie – weshalb er 1990 vom JPL eingestellt wurde –, war dennoch überzeugt, dass sich mit CMOS-Technologie kleinere, leichtere und energieeffizientere Bildsensoren realisieren ließen. Er entwickelte sogenannte aktive Pixelsensoren (Active Pixel Sensors, APS) und profitierte dabei von den rasanten Fortschritten der CMOS-Technologie. Durch den Einsatz des Intra-Pixel-Charge-Transfers in Kombination mit korrelierter Doppelabtastung konnte das Bildrauschen erheblich reduziert werden. Dabei wird die Spannung eines Pixels sowohl vor als auch nach der Belichtung gemessen, sodass Störeinflüsse wie thermisches Rauschen herausgerechnet werden können. Das Ergebnis sind deutlich klarere Bilder.
Da CMOS-Pixel jeweils über eigene Signalverstärker verfügen, lassen sie sich unabhängig voneinander auslesen. Zudem konnte ein Großteil der restlichen Kameraelektronik direkt in denselben Chip integriert werden. Dies machte CMOS-APS-Sensoren kleiner, zuverlässiger und kostengünstiger. Sowohl die Idee der digitalen Fotografie als auch das Konzept einer „Kamera auf einem Chip“ haben ihren Ursprung am JPL.
Trotz anfänglicher Skepsis gegenüber dem Potenzial der CMOS-Technologie schlossen mehrere Unternehmen Kooperationsverträge mit dem JPL und arbeiteten gemeinsam mit Fossum an deren Weiterentwicklung. Im Jahr 1995 lizenzierte Fossum als erster Wissenschaftler des JPL seine eigene Erfindung vom California Institute of Technology (Caltech), dem Betreiber des Labors. Gemeinsam mit seiner damaligen Frau und Kollegin Sabrina Kemeny sowie zwei weiteren JPL-Mitarbeitern gründete er das Unternehmen Photobit. Im selben Jahr erteilte das neu gegründete Office of Technology Transfer von Caltech Photobit eine exklusive Lizenz.
Ein Jahr später verließ Fossum das JPL, um sich vollständig seiner Tätigkeit als technischer Leiter von Photobit zu widmen. Das Unternehmen lizenzierte seine Technologie unter anderem an Kodak und Intel. Zwar führten viele dieser frühen Lizenzierungen nicht unmittelbar zu marktreifen Produkten, doch ab 1997 gewann die CMOS-Technologie zunehmend an Bedeutung, und mehrere Investoren beteiligten sich an Photobit.
Angesichts wachsender Konkurrenz wurde Photobit im Jahr 2001 von Micron Technology übernommen, um Zugang zu größeren Ressourcen und Produktionskapazitäten zu erhalten. Zu diesem Zeitpunkt hatte die CMOS-Technologie bereits begonnen, die Bildverarbeitungsbranche nachhaltig zu verändern.
Bereits vor der Übernahme kamen CMOS-Sensoren in Webcams von Logitech und Intel sowie in schluckbaren „Pillenkameras“ für die medizinische Diagnostik zum Einsatz. „Ich bin sehr zufrieden damit“, sagt Fossum. „Sie werden weiterhin verwendet. Es ist eine riesige Branche geworden.“
Auch digitale Spiegelreflexkameras (DSLRs) gehörten zu den ersten Geräten, die von der hohen Geschwindigkeit und Auflösung der CMOS-Technologie profitierten.
Die mit Abstand wichtigste Anwendung dieser kleinen und energieeffizienten Kameras findet sich jedoch in Mobiltelefonen. „Handys sind zur Killerapplikation geworden“, erklärt Fossum. „Akkulaufzeit und Kameragröße sind hier entscheidend.“
Laut Farina machen die finanziellen Erträge aus der Lizenzierung für Caltech nur einen Teil des Erfolgs aus. Ebenso bedeutend sei die Vorbildwirkung für andere Forschende am Caltech und am JPL: „Gute Erfolgsgeschichten sind entscheidend für eine lebendige Innovationskultur.“
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Tolle Wissenschaft 
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