Sprecher:
Markus Bausewein Andreas Miesauer Intro/Outro: Inka
Inhalt der Folge:
CCD (Charge Coupled Device)
Wie entstand der erste CCD-Chip, und was ist die Grundlage des CCDs?
Der CCD-Chip war eigentlich ein Abfallprodukt beim Versuch einen Speicherchip zu entwickeln. Willard Boyle und George Smith diskutierten im Herbst 1969, ob man mit dem fotoelektrischen Effekt von Silizium einen Speicherchip bauen kann. Sie setzten im Prinzip mehrere Fotozellen aus Silizium matrixförmig zusammen und entwickelten ebenfalls eine Methode diese Zelle für Zelle und Zeile für Zeile auszulesen. Diesen Chip nannten sie dann buried channel charged coupled device – CCD, meldeten diese zum Patent an und bauten in kürzester Zeit (wenige Tage) ein Funktionsmuster (18. Oktober 1969). Die Erfindung eignete sich aber weniger zum geplanten Daten speichern als viel mehr zum Bilder aufnehmen. So entstand aus ihrer Hand bereits im Jahr 1970 die erste Videokamera mit einem Ihrer CCD-Chips als Bildsensor. Im Jahre 2009 bekamen die beiden einen halben Nobelpreis der Physik für die Erfindung des CCD, den sie sich mit Charles Kao für die Erfolge der Datenübertragung mittels Fiberoptik teilen mussten. Doch wie fing eigentlich alles an?
Aller Anfang liegt bei Onkel Albert. Der hat im Jahr 1905 den fotoelektrischen Effekt entdeckt und beschrieben. Trifft Licht auf eine metallische Oberfläche, kann dieses unter bestimmten Voraussetzungen Elektronen aus dem Metall lösen (herausschlagen). Das ist die Erfindung für die er im Jahre 1921 den Nobelpreis für Physik erhielt. Klingt plausibel, ist aber nicht der Anfang. Schaut man genauer hin, liegt der Ursprung dazu aber noch ein paar Jahre früher. Im Jahre 1899 forschte Philipp Lenard am fotoelektrischen Effekt und konnte die im Hochvakuum Magnetfeld die spezifische Ladung der durch UV-Licht abgelenkten Ladungsträger bestimmen, welche durch die Bestrahlungsstärke beeinflusst werden konnte. Aber auch das ist noch nicht der Anfang. Schon 1886 präsentierte Heinrich Herz den Einfluss von UV-Licht auf eine Metalloberfläche über eine Funkenstrecke, deren Länge sich durch die UV-Strahlung beeinflussen ließ. Zoomt man nun aber noch weiter in die Geschichte, findet man den Ursprung noch einige Jahre früher im Jahre 1839, in dem Edmund Becquerel den von ihm benannten Becquerel-Effekt entdeckte: Hier setzt eine blanke Metallfläche in einer Elektrolytlösung Ladungsträger frei, wenn sie mit Licht bestrahlt wird.
Der erste CCD-Chip in einer Fernsehkamera fand sich 1975. Diese kleinformatigen CCD-Chips wurden seit 1974 von der Firma Fairchild hergestellt. Diese Chips hatten eine Auflösung von 496×475 Bildpunkten.
Funktionsprinzip von CCDs
Der CCD-Chip besteht aus Photodioden, die in einer Matrix angeordnet sind. Je größer so ein einzelner Pixel ist, desto lichtempfindlicher ist auch der Sensor, da ja die Fläche größer wird die das einfallende Licht auffängt. Im Gegenzug wird aber die Auflösung geringer bei gleichbleibender Sensorgröße.
Ganz einfach ausgedrückt wird durch den inneren photoelektrischen Effekt das einfallende Licht in Energie umgewandelt.
Mittels der Ladungsverschiebung wird durch den gesamten Sensor in vielen kleinen Schritten die Ladung mit der Helligkeitsinformation bis zu einem zentralen AD-Wandler hindurch getaktet und anschließend ausgewertet.
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Die Intro- und Outromusik wurde mit Groovepad erstellt. Link
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