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CCD-Sensor

 
     
  , Charge Coupled Device, Festkörper-Bildsensor, der aus Zeilen oder Matrizen geometrisch genau positionierter MOS (Metal Oxid Silicium)-Kondensatoren als Sensorelementen (SEM) besteht, die lokalisiert bei Lichteinwirkung Ladungsträger an der Halbleiterschicht sammeln. Damit wird die Beleuchtungsstärkeverteilung E in der Bildebene einer Kamera nach dem inneren photoelektrischen Effekt in einer Ladungsverteilung gewandelt und über die Zeit der Einwirkung (Integrationszeit) in den einzelnen SEM summiert. Dem seriellen Auslesen der Ladungen in einer vorgegebenen Taktfrequenz folgt durch Quantisierung eine Analog-Digital-Wandlung der elektrischen Signale in ein digitales Bild. Je nach der Verarbeitungsbreite n (in bit) des Rechners für die Analog-Digital-Wandlung erfolgt eine Quantisierung in zwei diskrete Werte der optischen Dichte. Üblich sind Quantisierungen mit 6 < n < 8 bit, d.h. es entstehen digitale Bilder mit einer radiometrischen Auflösung von 64 bis 256 diskreten Werten für die optische Dichte jedes Bildelements (Pixel). Für die Farbaufnahme sind Filter vor jedem einzelnen SEM des Sensors erforderlich. Verwendet werden z.B. Cyan- (Grün/Blau), Gelb- (Grün/Rot) und Grünfilter, die periodisch spaltenweise in einem CCD-Frame-Transfer-Sensor (FTS) angeordnet werden. Bei einem FTS werden die Ladungen aus dem lichtempfindlichen Bildbereich vor dem Auslesen in einem gegen Lichteinwirkung geschützten Speicherbereich übertragen. CCD-Zeilen sind jeweils mit nur einem Filter ausgerüstet. Die grössten in Kameras eingebauten CCD-Arrays enthalten gegenwärtig etwa 4000x×4000 SEM, CCD-Zeilen maximal 12.000 SEM. Die untere Grenze der Grösse der meist quadratischen SEM eines CCD-Sensors liegt bei einer Seitenlänge von etwa 7 μm (Abb.).

CCD-SensorCCD-Sensor: Frame-Transfer-Sensor; a) Grundaufbau, b) Anordnung der Farbfilter.
 
 

 

 

 
 
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