Was ist ein geladenes gekoppeltes Gerät?
Ein CCD (Charge Coupled Device) ermöglicht den Transport von elektrisch geladenen analogen Signalen durch verschiedene in Reihe geschaltete Kondensatoren. Dieses Gerät wird durch ein Taktsignal gesteuert, das zwischen einem hohen und einem niedrigen Zustand oszilliert. Das gesamte System fungiert als Schieberegister, dessen Ein- und Ausgänge in Reihe geschaltet sind. Auf diese Weise kann ein geladenes gekoppeltes Gerät zum Verzögern von Analogsignalen verwendet werden. Die gebräuchlichste Verwendung dieser Geräte sind photoelektrische Lichtsensoren, die mit parallelen analogen Signalen verbunden sind. Diese Technologie ist die Grundlage für die Funktionsweise von Digitalkameras, Videorecordern und Bildtelefonen.
Im Jahr 1961 schrieb Eugene F. Lally, ein Forscher am Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Kalifornien, eine Arbeit mit dem Titel Mosaic Guidance for Interplanetary Travel . Er erkundete die Idee, eine Reihe von optischen Detektoren zu verwenden, die die digitale Verarbeitung implementierten, um ein Foto zu erstellen. Im Jahr 1969 entwickelten die Wissenschaftler Willard Boyle und George E. Smith, die bei AT & T Bell Labs in Murray Hill, New Jersey, arbeiteten, ein ladungsgekoppeltes Gerät zur Verwendung als Speichertechnologie. Mit dieser Technologie entwickelten andere Unternehmen bald Methoden, um den fotoelektrischen Effekt einzufangen und elektronische Bilder zu erstellen.
Die Art und Weise, wie ein geladen gekoppeltes Gerät beim Erfassen von Bildern funktioniert, besteht darin, ein Bild zu fokussieren, das von einer Linse auf ein photoaktives Kondensatorarray projiziert wird. Dies führt dazu, dass jeder Kondensator eine elektrische Ladung ansammelt, die proportional zur Lichtintensität des Bildes ist. Dadurch wird ein zweidimensionales Bild aufgenommen, das an einen Ladungsverstärker übertragen wird, der es wiederum in Spannung umwandelt. Dieses Bild wird dann digital in einem Speichermodul gespeichert und kann später abgerufen werden.
Grundlegende geladene gekoppelte Geräte erfassen effizient die Leuchtdichte, haben jedoch Schwierigkeiten bei der Farbwiedergabe. Um dieses Problem zu lösen, verwenden moderne Digitalkameras ein Gerät namens Bayer-Maske über dem CCD. Es verknüpft vier Pixel zu Blöcken und filtert verschiedene Luminanzstufen als unterschiedliche Farben. Diese Pixel sind farbig, wobei eines rot, eines blau und zwei grün ist, da das menschliche Auge Grün leichter identifizieren kann als andere Farben.
Eine andere Technologie, die zu Beginn des 21. Jahrhunderts entwickelt wurde, umfasst hochauflösende geladene gekoppelte Bausteinchips, die bei verschiedenen Aperturgrößen mehr von der Luminanzfarbe verwenden können. Dies wird erreicht, indem ein Gerät namens dichroitisches Prisma implementiert wird, das jede Farbe in ihre ursprünglichen Komponenten aufteilt. In einigen Digitalkameras und Videokameras wurden dichroitische Prismen verwendet.