CCDSensoren

CCD-Sensoren (charge-coupled devices) sind lichtempfindliche Halbleitersensoren, die Licht in elektrische Ladungen umwandeln. Auf einem Siliziumchip bilden Photodioden Pixel, in denen Fotonen Ladungen erzeugen. Die gespeicherten Ladungen werden durch Taktsignale in einen Transferpfad verschoben und am Rand des Sensors durch einen Verstärker in ein Spannungssignal umgewandelt. Dadurch entsteht ein Bild, wobei jedes Pixel durch die gespeicherte Ladung repräsentiert wird.

Funktionsweise: Der Sensor enthält eine Matrix aus Pixelsensoren, deren Ladungen durch vertikale und horizontale Clocksignale in eine serielle Auslesestufe verschoben werden. Die Charge-Transfer-Effizienz bestimmt, wie genau die Ladungen rekonstruiert werden. Farbabbildung erfolgt typischerweise über Farbfilterarrays (z. B. Bayer) oder andere Spektralfilter, wobei pro Auslesezyklus eine Ladung aus dem Pixel in das Auslese- bzw. Verstärkungssystem übertragen und dort in eine digitale Zahl umgewandelt wird.

Eigenschaften: CCDs bieten in der Regel geringe Rauschwerte, hohe Bildqualität, ausgezeichnete Linearität und Dynamik. Nachteile sind langsamere Auslesung, höherer Energiebedarf und Anfälligkeit für Blooming sowie mit der Zeit zunehmende Empfindlichkeit gegenüber Strahlung. In professionellen Anwendungen bleibt die Bildqualität oft wichtiger als Geschwindigkeit.

Historische Einordnung und Anwendungen: Der CCD wurde in den späten 1960er-Jahren an Bell Labs entwickelt. Seitdem fanden CCDs breite Anwendung in der Astronomie, der Mikroskopie, wissenschaftlichen Kameras und in spezialisierten Scannern. In vielen Konsumentenprodukten wurden sie durch CMOS-Sensoren ersetzt, bleiben jedoch in Nischenfeldern relevant.