Bilddetektoren

Bilddetektoren sind Geräte, die Licht in elektrische Signale umwandeln, um daraus digitale Bilder zu erzeugen. Sie finden Anwendung in Digitalkameras, Scannern, Teleskopen, medizinischer Bildgebung sowie in industriellen Prüf- und Qualitätskontrollsystemen. Die gängigsten Bilddetektoren sind Halbleiter-Sensoren, insbesondere CCD- und CMOS-Sensoren. Neben ihnen kommen Fotomultiplier, Photodioden-Arrays und spezialisierte Infrarotsensoren zum Einsatz.

Funktionsprinzip: Photonen erzeugen Elektronen; bei CCDs wird Ladung zeilenweise zum Ausleseregister transferiert, bei CMOS-Sensoren besitzen Pixel eigenständige Verstärker. CCDs liefern oft geringeres Rauschverhalten, während CMOS-Sensoren integrierte Verarbeitung, höhere Bildraten und niedrigeren Stromverbrauch ermöglichen. Zudem gibt es bei CMOS-Sensoren globale Auslesung im Gegensatz zu Rolling-Shutter bei vielen Modellen.

Wichtige Leistungsmerkmale umfassen Quanten-Effizienz (QE), spektrale Empfindlichkeit, Dynamikbereich, Linearität und Rauschquellen wie Dunkelstrom, Readout-Rauschen und thermische Störungen. Wichtige Größen sind Pixelgröße, Vollspeicher (Full-Well Capacity) und Signal-Rausch-Verhältnis. Kühlung reduziert Dunkelstrom, insbesondere bei Langzeitbelichtungen oder speziellen Anwendungen. Bei Infrarot-Sensoren kommen oft Materialien wie InSb oder HgCdTe zum Einsatz.

Anwendungen und Trends: In der Konsumenten-Fotografie dominieren CMOS-Sensoren; in Forschung, Astronomie, Mikroskopie und medizinischer Radiographie werden oft spezialisierte Detektoren mit hoher Empfindlichkeit oder erweiterten Dynamikbereich eingesetzt. Neue Entwicklungen umfassen back-illuminated CMOS, gestapelte Sensoren, verbesserte HDR-Verarbeitung und integrierte On-Chip-Analytik.