Sprecher:

Markus BauseweinAndreas MiesauerIntro/Outro: Inka

Inhalt der Folge:

Auslesen von CCDs (Charge Coupled Device) 

Funktionsprinzip von CCDs 

Typen von CCDs 

Allgemein werden einige typische CCD-Sensor-Bauarten unterschieden: 

* Interline Transfer CCD 

dieser kann sehr schnelle Bildraten mit Hilfe einer „elektronischen Shutterfunktion“ aufnehmen. 

Beim Interline Transfer ist jede zweite Pixelzeile auf dem CCD-Sensor maskiert und steht nicht für Belichtungen zur Verfügung. In sie können die Ladungen aus der daneben liegenden Zeile ausgelesen werden. Beim Auslesen werden die Ladungen der belichteten Pixelzeilen in die Zwischenzeile transferiert und dann zeilenweise zum Ausleseverstärker geschoben. Das Verfahren ermöglicht sehr kurze Belichtungszeiten. Dieser Sensortyp wird in der Regel mit Mikrolinsen vor jedem Pixel betrieben um den lichtempfindlichen Bereich des Sensors auszuweiten. Der Füllfaktor steigt damit auf ein Maximum an, da die Linsen das Licht auf den jeweils dahinter liegenden Pixel fokussieren.  

* Full Frame Transfer CCD 

Beim Full Frame Transfer Sensor ist die komplette Sensorfläche lichtaktiv, daher ist dieser Sensortyp ideal für eine maximale Helligkeitsempfindlichkeit. Daher wird dieser Typ gerne bei wissenschaftlichen und astronomischen Anwendungen eingesetzt, um kleinste Lichtmengen über eine lange Zeit (minutenlang, stark gekühlt) zu detektieren. 

 Dieser Sonsoraufbau hat keine vertikalen Schieberegister, so dass die Ladungen der Pixel durch die benachbarten Pixelstrukturen in ein horizontales Schieberegister verschoben werden müssen. 

* Frame Transfer CCD 

Nach erfolgter Bildaufnahme im Hellbereich des Sensors wird sehr rasch das Bild in den Dunkelbereich des Sensors verschoben. Dabei handelt es sich physikalisch um die selben Strukturen wie bei den lichtaktiven Pixeln. Diese sind allerdings mechanisch abgedeckt, um Lichteinfall zu vermeiden. Anschließend kann Zeile für Zeile über das horizontale Schieberegister ausgelesen, verstärkt und digitalisiert werden. 

Dieser Sensortyp braucht allerdings die doppelte Fläche an Silizium und macht damit den Sensor teuer. Wenn das Bild in den Dunkelbereich geschoben wurde, kann bereits ein neues Bild aufgenommen werden. Für kurze Belichtungszeiten eignet sich dieser Sensortyp weniger, da während des Verschiebens vom Hell- in den Dunkelbereich sonst ein starker Smear-Effekt auftreten kann. Eine Lösung für dieses Problem können nur ein mechanischer Shutter oder eine geblitzte Aufnahme (Stroboskop) herbeiführen.   

Die zwei letztgenannten CCDs kommen heute vor allem noch bei wissenschaftlichen Anwendungen mit geringen Bildwiederholraten vor, bei denen eine hohe Lichtempfindlichkeit gefordert wird. 

Eine weitere Variante ist der: 

* Frame Interline Transfer CCD 

Die Ladungen der Pixel werden nach der Bildaufnahme wie bei den Interline Transfer CCDs in eine daneben liegende Pixelreihe (x-Richtung) verschoben, und von dieser weiter in einen wiederum danebenliegenden Bereich (y-Richtung) des CCDs, von dem aus er dann ausgelesen wird. Der Vorteil hier ist, dass sehr kurze Belichtungszeiten realisiert werden können un...