Che cos'è un dispositivo accoppiato carico?
Un dispositivo accoppiato carico (CCD) consente il trasporto di segnali analogici caricati elettricamente attraverso diversi condensatori installati in serie. Questo dispositivo è controllato da un segnale di clock che oscilla tra stati alti e bassi. L'intero sistema funge da registro a scorrimento che ha i suoi ingressi e uscite collegati in serie, il che consente di utilizzare un dispositivo accoppiato carico come modo per ritardare i segnali analogici. L'uso più comune di questi dispositivi è per i sensori di luce fotoelettrici collegati a segnali analogici paralleli. Questa tecnologia è la base del funzionamento di fotocamere digitali, videoregistratori e telefoni con foto.
Nel 1961, Eugene F. Lally, ricercatore del Jet Propulsion Laboratory di Pasadena, in California, scrisse un documento chiamato Mosaic Guidance for Interplanetary Travel . Ha esplorato l'idea di utilizzare una serie di rilevatori ottici che implementavano l'elaborazione digitale per creare una fotografia. Nel 1969 gli scienziati Willard Boyle e George E. Smith, che lavoravano presso gli AT&T Bell Labs di Murray Hill, nel New Jersey, svilupparono un dispositivo accoppiato carico da utilizzare come tecnologia di memoria. Usando questa tecnologia, altre aziende presto svilupparono modi per catturare l'effetto fotoelettrico e creare immagini elettroniche.
Il modo in cui un dispositivo accoppiato carico funziona nella cattura di immagini è focalizzando un'immagine proiettata da una lente su un array di condensatori fotoattivi. Ciò comporta che ogni condensatore accumula una carica elettrica proporzionale all'intensità della luce dell'immagine. Questo cattura un'immagine bidimensionale che viene trasferita ad un amplificatore di carica, che a sua volta lo copre in tensione. Questa immagine viene quindi memorizzata digitalmente in un modulo di memoria e è possibile accedervi in un secondo momento.
Un dispositivo accoppiato caricato di base è efficace nel catturare la luminanza, ma ha difficoltà a rendere il colore. Per risolvere questo problema, le moderne fotocamere digitali utilizzano un dispositivo chiamato maschera Bayer sul CCD. Collega quattro pixel in blocchi e filtra diversi livelli di luminanza come colori diversi. Questi pixel sono colorati, uno è rosso, uno blu e due verde, perché l'occhio umano può identificare il verde più facilmente rispetto ad altri colori.
Un'altra tecnologia sviluppata all'inizio del XXI secolo prevede chip di dispositivi accoppiati caricati ad alta risoluzione che possono utilizzare una maggiore quantità di colore della luminanza a diverse dimensioni di apertura. Ciò si ottiene implementando un dispositivo chiamato prisma dicroico, che divide ogni colore nei suoi componenti nativi. Prismi dicroici sono stati utilizzati in alcune fotocamere digitali e videocamere.