充電結合デバイスとは何ですか？

電荷結合素子（CCD）を使用すると、一連の異なるコンデンサを介して帯電したアナログ信号を転送できます。 このデバイスは、高状態と低状態の間で振動するクロック信号によって制御されます。 システム全体がシフトレジスタとして機能し、入力と出力が直列にリンクされているため、アナログ信号を遅延させる手段として電荷結合素子を使用できます。 これらのデバイスの最も一般的な用途は、並列アナログ信号にリンクされた光電センサーです。 この技術は、デジタルカメラ、ビデオレコーダー、テレビ電話の動作の基礎となります。

1961年、カリフォルニア州パサデナのジェット推進研究所の研究者であるユージーンFラリーは、 惑星間旅行のためのモザイクガイダンスと呼ばれる論文を書きました。 彼は、デジタル処理を実装して写真を作成する一連の光学検出器を使用するというアイデアを探りました。 1969年、ニュージャージー州マレーヒルのAT＆Tベル研究所で働く科学者ウィラードボイルとジョージE.スミスは、メモリテクノロジーとして使用するための電荷結合デバイスを開発しました。 この技術を使用して、他の企業はすぐに光電効果をキャプチャして電子画像を作成する方法を開発しました。

電荷結合素子が画像をキャプチャする際に機能する方法は、レンズから投影された画像を光活性コンデンサアレイに焦点を合わせることです。 これにより、各コンデンサが画像の光強度に比例した電荷を蓄積します。 これにより、電荷増幅器に転送される2次元画像がキャプチャされ、電荷増幅器はそれを電圧に変換します。 この画像はメモリモジュールにデジタルで保存され、後でアクセスできます。

基本的な電荷結合デバイスは、輝度をキャプチャするのに効率的ですが、色のレンダリングが困難です。 この問題を解決するために、最新のデジタルカメラは、CCD上のベイヤーマスクと呼ばれるデバイスを使用します。 4つのピクセルをブロックにリンクし、異なる輝度レベルを異なる色としてフィルタリングします。 人間の目は他の色よりも緑を簡単に識別できるため、これらのピクセルは赤、青、緑の2色で色分けされています。

21世紀初頭に開発された別の技術には、異なる開口サイズでより多くの輝度色を使用できる高解像度の電荷結合素子チップが含まれます。 これは、各色をネイティブコンポーネントに分割するダイクロイックプリズムと呼ばれるデバイスを実装することでこれを実現します。 ダイクロイックプリズムは、一部のデジタルカメラやビデオカメラで使用されています。