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Basisinformationen

Autor: Cornelsen Verlag, 2010    6 Autorenpunkte Fach:

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Basisinformationen 1482936 Aktualitätendienst CCD Sensoren Wie aus Bildern Daten werden Basisinformationen Physik Aufbau eines CCD Sensors In Digital und Videokameras wandeln sie optische Informationen in Datenketten um in Faxgeräten und Scannern tasten sie eine Vorlage ab CCDs charge coupled devices ladungsgekoppelte Bauteile . Ein solcher CCD Sensor besteht beim Faxgerät Scanner oder Barcodeleser aus einer Reihe nebeneinander angeordneter lichtempfindlicher Empfänger die Pixel genannt werden von picture elements oder diese Pixel sind in einer Matrix aus n Zeilen und m Spalten angeordnet wie z.B. bei einer Digital oder Videokamera. Der Physik Nobelpreis 2009 wurde Williard Boyle und George E. Smith für die Erfindung des CCDSensors verliehen. Die Pixel heutiger CCD Sensoren sind in der Regel MOS Dioden. MOS steht für metal oxide semiconductor Auf einem p oder n dotierten Halbleiter erzeugt man eine Oxidschicht die als Isolator wirkt. Darauf wird eine Metallelektrode angebracht. 2010 Cornelsen Verlag Berlin. Alle Rechte vorbehalten. Auch wenn man eine Spannung zwischen Metall und Halbleiter anlegt kann in dieser Anordnung wegen der isolierenden Oxidschicht kein Strom fließen. Die beweglichen Majoritätsträger beim p Silicium also die Löcher werden aber durch das elektrische Feld von der Oxidschicht weggedrängt. Unter dieser Schicht entsteht eine ladungsträgerarme Zone. Die Metallelektrode und die Oxidschicht sind extrem dünn und damit durchsichtig. Fällt von oben Licht ein so gelangt dieses deshalb kaum geschwächt in den Halbleiter und kann dort Elektronen Löcher Paare erzeugen. Die Löcher werden durch die angelegte Spannung verdrängt die Elektronen aber werden zur Metallelektrode hin gezogen. Man kann sagen es entsteht durch die angelegte Spannung für die erzeugten Elektronen ein Potenzialsee . Solange die Spannung zwischen Metall und Halbleiter besteht bleibt dieser See mit Elektronen gefüllt auch wenn kein Licht mehr einfällt. Die Beleuchtungsinformation bleibt also gespeichert. Man ordnet nun viele dieser Pixel in einer Reihe oder in einer Matrix an. Eine einmalige Belichtung erzeugt dann in jedem dieser Pixel eine Anzahl von Elektronen Löcher Paaren die zur eingefallenen Lichtmenge proportional ist. Liegt an jeder dieser MOS Dioden eine Spannung so werden dadurch wie oben beschrieben die Elektronen in dem jeweiligen Pixel gespeichert. Autor Axel Gottberg www.cornelsen.de teachweb Seite 1 von 2 0000000 DEU P 00000.doc Aktualitätendienst CCD Sensoren Wie aus Bildern Daten werden Basisinformationen Physik Auslesen der Information Die in jedem Pixel gespeicherte Ladungsmenge ist also ein Maß für die Lichtmenge die vorher auf dieses Pixel gefallen ist. Die Folie Daten verschieben wie bei einer Eimerkette zeigt wie diese Information seriell also Pixel für Pixel ausgelesen werden kann. Auf der Folie wird dabei angenommen dass nur der erste Pixel belichtet wurde also nur dort Ladungen gespeichert wurden. In einem CCD Sensor wird die Ladung entlang einer Reihe von Dioden verschoben wie ein Eimer in einer Eimerkette. Deshalb wird ein solcher Sensor auch Eimerkettenschaltung genannt. Das Auslesen eines zweidimensionalen CCD Sensors wird auf der Folie Auslesen des Speichers an einer einfachen Matrix von 3x3 Pixeln erklärt. Neben den neun Speicherzellen wird ein Ausleseregister grau benötigt. Dieses Ausleseregister dient als Zwischenspeicher es ist abgedunkelt und daher nicht lichtempfindlich. Manche CCDs arbeiten auch mit einem Ausleseregister das selbst eine Matrix von derselben Größe wie der Sensor ist. Dort wird jede Speicherzelle in je einer zugeordneten Transferzelle zwischengespeichert um anschließend diese Transferzellen nach dem hier skizzierten Verfahren auszulesen. Vorteil Die Speicherzellen können schneller wieder neu belichtet werden. Eine Simulation dieses Auslesens dieser Eimerkette findet man im Internet unter http astro.unl.edu classaction animations telescopes buckets.html 2010 Cornelsen Verlag Berlin. Alle Rechte vorbehalten. Autor Axel Gottberg www.cornelsen.de teachweb Seite 2 von 2 0000000 DEU P 00000.doc Klasse 9 Klasse 10 Klasse 11 Klasse 12 Klasse 13 Physik Sekundarstufe Cornelsen Verlag Physik und Technik Sekundarstufe Klasse 9 Klasse 10 Klasse 11 Klasse 12 Klasse 13 Physik Arbeitsmaterialien

Information zum Unterrichtsmaterial

Nutzung
Statistiken
Fach Physik
Schulform Sekundarstufe
Klassenstufe Klasse 9, Klasse 10, Klasse 11, Klasse 12, Klasse 13
Methodik keiner Methodik zugeordnet
Materialtyp Arbeitsmaterialien
Binnendifferenziert Nein
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Veröffentlicht 14.03.2010
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