Technische Optik in der Praxis

7.4 CCD-Sensoren 203
erfolgt die Belichtung der Zellen, dann der Ladungstransport durch die Zellen.
Die Schiebezeit sollte dabei wesentlich kürzer als die Bestrahlungszeit
(gleich Ladezeit) sein, um große Ladungsmengen akkumulieren zu können
und ,,Verschmierungen“ des Ladungsbildes während des Transports in vertretbaren
Grenzen zu halten. Die Trennung von fotoempfindlichen MOS-
Flächen und abgedeckten MOS-Transportzellen löst das Problem.
CCDs stehen als Zeile und Matrix zur Verfügung. Abbildung 7.25 zeigt
den typischen Aufbau eines CCD-Zeilensensors.
Der Ladungstransport erfolgt über zwei CCD-Ketten. Die fotoempfindlichen
Elemente (bei CCD-Zeilen oft auch Fotodioden) sammeln die durch Bestrahlung
generierten Ladungen fast ohne Unterbrechung, da die CCD-Ketten
gleichzeitig die übernommenen Ladungen zur Ausgangselektronik verschieben.
Für die Ladungsübernahme in die CCD-Ketten genügt ein Verschiebetakt.
Abbildung 7.26 veranschaulicht die Frame-Transfer-Struktur und die Interline-Transfer-Struktur
von CCD-Matrixsensoren.
Bei der Frame-Transfer-Struktur sind die Flächen für die Bildwandlermatrix
und die Bildspeichermatrix getrennt. Mit dieser Struktur können
relativ große fotoempfindliche Flächen realisiert werden. Die fotoempfindlichen
CCD-Ketten müssen jedoch auch zum Ladungstransport genutzt werden.
Die Interline-Transfer-Struktur besitzt für die Transferfunktion separate
CCD-Ketten. Die CCD-Matrix mit Interline-Transfer-Struktur setzt sich
im Prinzip aus CCD-Zeilen zusammen. Die Komplexität ist größer und die
fotoempfindlichen Flächen fallen kleiner aus, die aber durch Lens-on-Chip-
Technik effizient nutzbar sind [19]. Für die Ladungsintegration in den MOS-
Kondensatoren steht bei beiden Strukturen fast die gesamte Bildperiode zur
Verfügung. Der Integrationswirkungsgrad erreicht bei der Interline-Transfer-
Struktur nahezu den Wert Eins.
Die Si-MOS-Kondensator-Strukturen sind im gesamten sichtbaren Spektralbereich
fotoempfindlich und damit prinzipiell für den Aufbau von CCD-
Farbsensoren geeignet.
Den typischen spektralen Empfindlichkeitsverlauf von Si-CCDs und die
RGB-Farblage zeigt Abb. 7.27. Die Empfindlichkeit im nahen IR-Bereich
kann durch IR-Sperrfilter gesenkt werden.
Abb. 7.25. CCD-Zeile