Der CCD-Chip

Laakmann Technik 27. April 2007

Das CCD-Prinzip:

Funktionsschema einer Kameraoptik mit Abbildung auf Sensor

Das CCD-Prinzip

Im Gegensatz zur analogen Fotografie, wo das Licht auf dem Filmmaterial chemische Prozesse in Gang setzt, kommt bei der Digitalfotografie der elektrische Sensor ins Spiel. Aus Lichtintensitäten entstehen elektrische Impulse, die anschließend durch einen Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) in den binären Code umgewandelt werden.

ONE-SHOT-Technology:

THREE-SHOT-Technology:

Die CCD-Funktion:

Der lichtsensible Teil, hier der CCD-Chip mit Silizium-Zellen, regiert auf die Energie des einfallenden Lichtes. Jeder einzelne Pixel des CCD-Sensors produziert, abhängig von der aufgenommenen Helligkeitsintensität, einen elektrischen Impuls. Durch den A/D-Wandler wir dieser codiert ausgegeben. Zu dem jetzigen Zeitpunkt kann der CCD-Chip nur zwischen den helleren und dunkleren Lichtwerten unterscheiden; er sieht noch nicht in Farbe.

Die Farbentstehung:

Bei digitalen Kameras wird das Prinzip der additiven Farbmischung, die Farbmischung der drei Grundfarben Rot, Blau und Grün, angewandt. Mittels eines simplen Tricks lernen hier die Zelle farbiges sehen. Dieser Trick wird auch als "Filterlösung" bezeichnet. Mittels spezieller RGB-Farbfilter wird das sichtbare Licht in seine Bestandteile aufgeteilt und getrennt ausgewertet. Interne Software der Kamera berechnet dann die einzelnen Informationen und fügt diese schließlich zu einem kompletten farbigen Bild zusammen.

Die Technologievefahren:

Es gibt derzeit drei verschiedene Techniken, wie aus analogen Daten digitale entstehen. Dabei findet das "One-Shot-Verfahren" seine Anwendung hauptsächlich in der digitalen Fotografie. Zeitgleich, nur mit einem anderen Geräteeinsatz, wird das "One-Shot, Three-Chip-Verfahren" eingesetzt. Seit Februar 2002 wurde ein weiteres Verfahren vorgestellt, das unter dem Namen "Foveon - X3 Technology" seinen Einsatz findet. Dieser Chip ist derzeit für den Einsatz in digitalen SLR's geplant und wird auch bereits eingesetzt. Folgende Verfahren werden folgend noch einmal beschrieben.

ONE-SHOT-Technology:

THREE-SHOT-Technology:

Foveon - X3 Technology:

Die One-Shot-Technologie ist ein Verfahren, das für bewegte Motive bestens geeignet ist. Gleichzeitig ist es das derzeit genutzte Verfahren in den Digitalkameras der Snapshotklasse. Bei diesem Verfahren sind die Pixel auf dem Chip mit den RGB-Filtern bedampft. Damit erfolgt die Trennung der Grundfarben unmittelbar auf dem Chip selbst, s.a. obere Grafik. Nachteil dieses Verfahren sind Einbußen in der Farbtreue und Detailzeichnung, da bei diesem Verfahren immer 3 oder 4 Pixel das Ausgangsmaterial für einen einzigen Bildpunkt liefern.

Farbfehlinformationen des One-Shot-Verfahrens können durch das Three-Shot-Verfahren nahezu umgangen werden. Bei diesem Verfahren spaltet ein komplexes Prismensystem das einfallende Licht spektral auf und lenkt es auf drei separate Flächensensoren. Diese wiederum bürgen für genauere Ergebnisse und höhere Farbtreue. Nachteil diese Verfahren ist die Komplexität der gesamten Mechanik, die sehr aufwendig und dadurch auch mitunter störungsanfälliger sein kann als das One-Shot-Verfahren.

Zusammengefasst besteht die Eigenschaft des X3-Bildwandlers darin, dass durch einen schichtförmigen Aufbau jeder einzelne Pixel die volle RGB-Farbinformation besitzt, während bei herkömmlichen Bildwandlern mit Farbfilter-Mosaik jedes Pixel nur eine Grundfarbe "sieht". Die Funktionsweise des X3-Sensors lässt sich prinzipiell mit der des Farbfilmes vergleichen, bei dem die RGB-Farben ebenfalls von speziellen Schichten aufgezeichnet werden.

Weiter Informationen zur CCD-Technologie:

Farbsensibilisierung

Farbtiefe

Interpolation