Technische Optik in der Praxis

Abb. 7.27. Spektrale Empfindlichkeit von Si-CCDs
7.4 CCD-Sensoren 205
Jedes CCD-Pixel (Bildpunkt) kann nur eine begrenzte Ladungsmenge
speichern (Sättigungswert). Die Potentialtopfgröße und damit der Sättigungswert
hängt direkt von der Pixelfläche ab (ca. 10 4 Elektronen/µm 2 ).
Da sich das Rauschen des fotoempfindlichen Elements nur mit der Quadratwurzel
der Pixelladung vergrößert, kann das erreichbare Signal/Rauschverhältnis
durch Flächenvergrößerung verbessert werden (ebenso mit der
Quadratwurzel der Fläche). Für einen hohen Dynamikbereich ist gleichfalls
eine große Pixelfläche erforderlich, wobei aber die geometrische Bildauflösung
sinkt.
Bei zu hoher Bestrahlung bzw. zu geringem Dynamikbereich fließen die
Ladungen zu benachbarten Bildpunkten (blooming) und führenzuFehlern.
Antiblooming-Gates, die streifenweise neben jedem Pixel angeordnet werden,
verhindern diesen Effekt, in dem sie die überschüssige Ladung absaugen. Sehr
effektives vertikales Antiblooming findet bei Interline-Transfer-CCDs Anwendung,
wenn Empfindlichkeitsverluste im langwelligen Bereich vertretbar sind.
Auch ohne Bestrahlung sammeln sich temperaturabhängig Ladungen in
den Potentialtöpfen. Dieser ,,Schwarzpegel“ wird durch einige abgedeckte
CCD-Zellen erfaßt und später zur elektronischen Kompensation benutzt.
Typische Parameter von CCDs sind [20] (vgl. [21] CMOS-APS, -activ
pixel image sensors):
Pixelfläche 50 . . . 200 µm 2 ,
mittlere Pixelladung 10 4 Elektronen,
Rauschäquivalent 1:1000.
CCDs besitzen sehr unterschiedliche Pixelanzahlen (z. B. von Dalsa Inc.):
CCD-Zeile 256, 1024, 2048, 4096 (. . . 6000),
CCD-Matrix 256 2 , 512 2 , 1024 2 , 2048 2 (. . . 5000 2 )