Inhalt
Vorwort
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
| 1 | Einleitung | 1 |
| 1.1 | Motivation und wissenschaftliche Zielsetzung | 1 |
| 1.2 | Gliederung der Arbeit | 3 |
| 2 | Klassische Kamerasysteme für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen | 5 |
| 2.1 | Opto-Mechanische Systeme | 5 |
| 2.2 | Elektro-Optische Systeme | 8 |
| 2.3 | Systeme mit kurzer Szenenausleuchtung | 11 |
| 2.4 | Zusammenfassung | 12 |
| 3 | Hochgeschwindigkeitskamerasysteme mit Halbleiter-Bildsensoren auf CCD-Basis | 13 |
| 3.1 | Das Prinzip der CCD-Bildsensoren | 14 |
| 3.2 | Die CCD-Bildsensoren für hohe Bildraten | 19 |
| 3.2.1 | Frame-Transfer CCD-Sensoren | 19 |
| 3.2.2 | Interline-Transfer CCD-Sensoren | 24 |
| 3.2.3 | Frame-Interline-Transfer CCD-Sensoren | 27 |
| 3.2.4 | Burst-Modus-CCD-Sensoren | 28 |
| 3.3 | Zusammenfassung | 29 |
| 4 | Grundlagen der schnellen CMOS 2D-Bildsensorik | 31 |
| 4.1 | Funktionalität und charakteristische Größen von CMOS-Bildsensoren | 32 |
| 4.1.1 | Übertragungscharakteristik | 33 |
| 4.1.2 | Empfindlichkeit und Responsivität | 34 |
| 4.1.3 | Rauschen | 34 |
| 4.1.4 | Signal-Rausch-Verhältnis und Dynamikbereich | 38 |
| 4.1.5 | Auflösung und Modulationsübertragungsfunktion MTF | 39 |
| 4.1.6 | Blooming und Smearing | 40 |
| 4.2 | Lichtempfindliche Bauelemente im CMOS-Prozeß | 40 |
| 4.2.1 | Photodiode | 41 |
| 4.2.2 | Photogate | 44 |
| 4.2.3 | Vergleich Photodiode vs. Photogate | 45 |
| 4.3 | CMOS-Bildelemente für kurze Belichtungszeiten | 47 |
| 4.3.1 | Pixel mit elektronischem Shutter | 48 |
| 4.3.2 | Pixel für synchrone Integration und Auslese | 54 |
| 4.4 | Grundsätze der rauscharmen CMOS-Schaltungstechnik für 2D-Bildsensorik | 60 |
| 4.4.1 | Rauschmodell für MOS-Transistor | 60 |
| 4.4.2 | Rauschmodell für den Operationsverstärker | 62 |
| 4.4.3 | Korrelierte Doppelabtastung | 63 |
| 4.5 | Zusammenfassung | 68 |
| 5 | CMOS-Bildsensorlösungen für Hochgeschwindigkeitsbildaufnahmen | 70 |
| 5.1 | Das schnelle CMOS-Sensorsystem mit externer Bildverbesserung | 71 |
| 5.1.1 | Motivation | 71 |
| 5.1.2 | Schaltungstechnische Realisierung | 72 |
| 5.1.3 | Statische Übertragungsfunktion und "Matching"-Verhalten | 73 |
| 5.1.4 | Rauschverhalten | 76 |
| 5.1.5 | Sensorarchitektur | 83 |
| 5.1.6 | Meßergebnisse und Chipdaten des 128 x 128 Bildsensors | 84 |
| 5.1.7 | Systemkonzept für die Kamera mit reduzierter Auflösung | 87 |
| 5.2. | Das schnelle CMOS-Sensorsystem mit On-Chip Bildverbesserung | 89 |
| 5.2.1 | Motivation | 90 |
| 5.2.2 | Schaltungstechnische Realisierung | 91 |
| 5.2.3 | Statische Übertragungsfunktion und "Matching"-Verhalten | 95 |
| 5.2.4 | Rauschverhalten | 99 |
| 5.2.5 | Sensorarchitektur | 106 |
| 5.2.6 | Meßergebnisse und Chipdaten des 256 x 256 Bildsensors | 108 |
| 5.2.7 | Systemkonzept für die Kamera mit sehr hohen Datenmengen | 112 |
| 5.3 | Zusammenfassung | 112 |
| 6 | Anwendungsmöglichkeiten von Hochgeschwindigkeits-CMOS-Bildsensoren | 115 |
| 6.1 | Aufzeichnung von schnell ablaufenden Ereignissen | 115 |
| 6.2 | Maschinelles Sehen | 119 |
| 6.3 | 1D- und 2D-Abstandsmeßtechnik | 121 |
| 6.3.1 | Aktive Triangulation | 122 |
| 6.3.2 | Laufzeitbasierte Abstandmessung | 125 |
| 6.4 | Überwachung mit schnellen Kurzzeitbelichtungssensoren | 136 |
| 6.5 | Zusammenfassung | 138 |
| 7 | Zusammenfassung und Ausblick | 141 |
| A | MOS-Feldeffekt-Transistor | 145 |
| B | Abkürzungen und Formelzeichen | 149 |
| Literaturverzeichnis | 153 |