CCD – Verlässlichkeit für beste Qualität

Sensoren mit CCD-Technik waren die Vorreiter bei der Entwicklung digitaler Bildverarbeitung. Lichtempfindliche Sektoren auf dem CCD-Chip wandeln einfallende Photonen in Ladung. Im Vergleich zur CMOS-Technik sind bei CCD-Sensoren die Anteile lichtempfindlicher Sektoren in der Regel größer. Das senkt die Anforderungen an die Lichtverhältnisse Ihrer Applikation.

Die Einfachheit der Technik ist die Stärke des CCD

Die erzeugte Ladung wird im Eimerketten-Prinzip an den A/D Wandler transportiert. Da nur wenige Wandler in einem CCD-Sensor verwendet werden, ist deren Einfluss auf die Signal-to-Nois-Ratio gering. CCD-Technik ist weiterhin erste Wahl für hochwertige Bilder.

Die SVCam’s von SVS-VISTEK mit CCD-Technik

SVS-VISTEK bietet ein breites Spektrum an CCD Kameras – von VGA bis hin zu einer Auflösung von 47 Mega Pixel. Wählen Sie das für Ihren Bedarf passende Modell oder teilen Sie uns Ihre Wünsche mit.

 

Kameras von SVS-VISTEK mit CCD-Sensoren (171)

Wissenswertes zur CCD-Technik

Historie der CCD-Technik

Ursprünglich wurden CCDs (Charged Cupled Dievices) allein zur Übertragung/Transport von Ladungen entwickelt. Schon 1970 machte man sich die photoelektronischen Eigenschaften der Halbleitermaterialien zunutze. Nun konnten auf den CCDs Ladungen transportiert werden die zuvor von Licht generiert wurden.

Der CCD war einen Nobelpreis wert

2009 erhielten die geistigen Väter der CCD-Technik den Nobelpreis für Physik. Es waren George Smith und Willard Boyle, die 1965 an den Bell Laboratories arbeiteten. Sie meldeten ein Patent auf den Chip an.

Gebaut haben ihn dann die Japaner bei Sony

Da sich die Fertigung eines CCD-Chips als sehr schwierig erwies, gab man in den USA das Vorhaben bald auf. Kazuo Iwama, Entwickler bei Sony blieb hartnäckiger. Ihm gelang es erstmals einen CCD industriell herzustellen. Damit sicherte er Sony die Zukunft. Noch heute schmückt ein CCD-Sensor sein Grab.

Die Technik dahinter

Das Eimerketten-Prinzip

Zur Erklärung der CCD-Technik werden gern Eimer herangezogen. Wie in Eimern werden Elektronen gesammelt. Diese wurden zuvor von Photonen aus dem Halbleiter Material ausgelöst und bilden nun eine negative Ladung innerhalb des ‚Eimers‘. Gehalten wird die Ladung Physikalisch durch eine positive Spannung ‚im Eimer‘ und negative Spannungen an den ‚Rändern des Eimers‘. Durch Verschieben oder Umschalten der Spannungen, schüttet ein Eimer seine Ladung in den nächsten.

Das Auslesen des CCD-Sensors

Nach dem Zeitraum der Belichtung werden die Ladungen im Eimerketten-Prinzip aus den lichtempfindlichen Sektoren heraustransportiert. Sie landen in den ‚vertikalen‘ Schieberegistern. Die Spalten können nach unten transportiert werden. Die Ladungen fallen nun in das schneller laufende ‚horizontale‘ Register des CCD-Sensors. Zeile für Zeile werden sie zur Seite abtransportiert. Am Ende gelangen sie an einen Verstärker und an den A/D Wandler.

Das beschriebene Verfahren nennt sich „Interline-Frame-Transfer“.

Eimerkettenprinzip

Die Datenraten

In ihrem Ausleseverhalten sind Sensoren mit CCD-Technik im Vergleich zum CMOS-Sensor strukturbedingt langsamer. Durch die Verwendung mehrerer Bereiche (Taps) kann die Datenrate von CCD-Sensoren verdoppelt (zwei Tap Sensor), vervierfacht (4 Tap Sensor) oder entsprechend weiter vergrößert werden. (Unter PIV-Mode finden Sie noch eine weitere Möglichkeit mehr Geschwindigkeit aus dem Chip zu holen.) Sprechen Sie uns an wie CCD-Technik zeitlich komplexe Abläufe mit höchsten Ansprüchen in Ihrer Applikation beliefern kann.

Eimerkettenprinzip bei Mehr-Tap-Sensoren

Störende Einflüsse

Störende Einflüsse sind meist auf Verstärker und Analog/Digital-Wandler zurückzuführen. Diese haben nie ein rein lineares Verhalten. Da CCD-Sensoren schon mit jeweils einem dieser Elemente auskommen, beschränkt sich deren Einfluss auf das Bild auf ein Minimum. Auf Sensoren mit mehreren Bereichen (Taps) sind auch entsprechend mehr Verstärker und A/D-Wandler verbaut. Daher kann eine nachträgliche Angleichung der Ausgangswerte nötig werden (Tap Balancing).

Blooming

Als Blooming wird ein Effekt bezeichnet, der dem Überlaufen eines Eimers entspricht. Bei Überbelichtung einer photosensitiven Fläche kommt es zum Übersprechen auf benachbarte Flächen. Auf dem Bild hat dieser Effekt oft das Erscheinen einer Blüte rund um den hellen, überbelichteten Punkt. Abhilfe verschafft hier ein Blooming Gate. Es begrenzt die maximale Ladung eines Pixels. Es ist mit einem Überlauf am Eimer zu vergleichen.

Smear

Als Smear (Schliere) wird bei Bildern ein Streifen bezeichnet der senkrecht zu hellen Bereichen im Bild auftreten kann. Smear einsteht auf den vertikalen Schieberegistern. Nach dem Auslesen der lichtempfindlichen Bereiche des Chips, sind auch die Vertikalen Schieberegister zu einem geringen  Teil lichtempfindlich. Herkömmliche Kameras umgehen diesen Effekt durch Verwendung mechanischer Shutter. (Sie verdunkeln den Chip für die Periode des Auslesens.)

Fragen Sie uns nach weiteren Möglichkeiten, störende Effekte auf ihren Aufnahmen zu minimieren.