CCD-Sensor revolutionierte die Fotografie

6. Oktober 2009, 16:17
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Die Technik von Willard Sterling Boyle und George Elwood Smith war eigentlich als Speichermedium entwickelt worden

Wien - Als "tolle Entscheidung" bezeichnete Halbleiter-Spezialist Erich Gornik, Professor an der Technischen Universität (TU) Wien, die Zuerkennung des Physik-Nobelpreises an die Erfinder der sogenannten CCD-Technik (Charge-Coupled Device). Die von Willard Boyle (85) und George Smith ursprünglich rein für die Datenspeicherung gedachte Technik hat die Digitalisierung der Fotografie eingeläutet. Gesellschaftliche Relevanz ist im Sinne des Vermächtnisses von Preisstifter Alfred Nobel.

Gornik arbeitete von 1975 bis 1978 in den Bell-Laboratories in New Jersey, in denen auch Boyle und Smith ihre Entwicklungen durchführten und kennt die beiden Laureaten. "Aufsehen erregten die beiden mit ihren Arbeiten nicht, zumal bei Bell keine Halbleiter entwickelt wurden", erinnerte sich der Wissenschafter.

"Ein CCD-Chip besteht aus einer lichtempfindlichen Schicht", so Gornik. Trifft Licht auf, kommt es dort zu einer Trennung von elektrischen Ladungen. Dieses Signal wird in darunter befindlichen Kapazitäten, winzigen Kondensatoren, gespeichert. Eine ganz typische Eigenschaft des CCD ist, dass diese Informationen nicht einzeln, sondern zeilenweise ausgelesen werden. Jede Zeile ergibt eine Kette aus Einsen und Nullen, die dann wieder zu einem Bild zusammengefügt werden.

Je mehr Detektoren, also je höher die Pixelzahl, desto besser wird die Auflösung. Farbaufnahmen werden erreicht, indem die einzelnen Pixel mit Farbfiltern versehen werden, in Summe ergibt sich dann das bunte Bild.

Boyle noch ohne Kaffee von Auszeichnung überrascht

Willard Boyle hat die kanadische und die US-Staatsbürgerschaft und lebt heute als Pensionist im kanadischen Halifax. Geboren wurde er 1924 in Amherst (Kanada). Boyle diente im Zweiten Weltkrieg als Pilot, nachdem eine Karriere bei der Marine an seiner Seekrankheit gescheitert war. 1950 promovierte er an der McGill-Universität in Montréal. Drei Jahre später begann der IT- Experte bei den Bell Laboratories in New Jersey.

Zunächst beschäftigte Boyle sich bei Bell intensiv mit Laserstrahlen. Nachdem er sich vorübergehend am Apollo- Raumfahrtprogramm beteiligt hatte, entwickelte er bei Bell bereits 1969 mit George Smith den lichtempfindlichen Halbleiter-Chip (CCD). 1979 ging der vierfache Vater und begeisterte Segler in den Ruhestand.

Im Telefonat mit dem Nobel-Komitee am Dienstag meinte Boyle: "Ich habe bislang noch nicht einmal eine Tasse Kaffee getrunken. Aber langsam beginne ich zu realisieren, dass es wahr ist." "Wir sind diejenigen, die all den Trubel um die Digitalkameras gestartet haben, die nun jeder nutzt. Und wir konnten die ersten Bilder von der Marsoberfläche sehen. Das war sehr aufregend."

Konzept 1969 entworfen

Als Boyle und Smith 1969 das Konzept für die CCD-Technik entwarfen, hatten sie eigentlich mit Fotos nichts am Hut. Sie wollten lediglich eine effiziente Möglichkeit zur Datenspeicherung entwickeln. Schon bald zeigte sich die Lichtempfindlichkeit der Chips und die Wissenschafter begannen damit zu experimentieren. 1970 gab es den ersten Einsatz in einer Videokamera, 1972 bauten die Forscher bereits einen Chip mit 100 x 100 Pixel, 1975 erreichte man die Auflösung eines Fernsehbildes.

1986 gab es bereits Chips mit 1,4 Millionen Pixel und 1995 kam dann die erste volldigitale Fotokamera auf dem Markt. Die CCD-Technik ist nicht die einzige, die in Digitalkameras eingesetzt wird. Etwa in Foto-Handys wird auch die sogenannte CMOS-Technik verwendet. Dabei wird die Information nicht zeilenweise, sondern die Pixel einzeln ausgelesen.

Vielfache Anwendung

CCD-Sensoren sind nicht nur in klassischen Fotoapparaten zu finden. Auch in der Astronomie ist die Technik nicht mehr wegzudenken. Die Möglichkeit, Licht von fernen und fernsten Himmelskörpern durch ein Fernrohr auf einen CCD-Chip zu bannen, hat auch die Himmelskunde revolutioniert.

CCDs können aber auch Blinde wieder sehend machen. So gibt es laut Gornik vielversprechende Versuche, die von den Chips kommenden Informationen direkt in den Sehnerv von blinden Menschen einzuspeisen. (red/APA)

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    Boyle (links) und Smith bei Experimenten in den Alcatel-Lucent/Bell Labs im Jahr 1974. Als die beiden Wissenschafter 1969 das Konzept für die CCD-Technik entwarfen, hatten sie mit Fotos eigentlich nichts am Hut.

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