CCD

I disegni illustrano in modo molto semplificato il principio di funzionamento del CCD (il termine Charge Coupled Device : dispositivo ad accoppiamento di carica, si riferisce al modo in cui le cariche elettriche vengono spostate al suo interno) di una videocamera.

Qui a destra è rappresentata una piccola porzione ( 10 x 12 pixel ) sulla quale l'obiettivo proietta l'immagine di una A bianca su sfondo grigio . (Nella realtà una lettera di queste dimensioni risulterebbe a malapena visibile, dato che la sua altezza sarebbe meno di 1/50 di quella dello schermo )

Si riconosce uno strato anteriore fotoconduttivo e uno posteriore, il CCD propriamente detto, entrambi divisi in cellette ( il disegno è solo una rappresentazione concettuale, in realtà ogni celletta, o per meglio dire ogni "pacchetto di cariche" è delimitato, come vedremo più avanti, dai campi elettrici generati da elettrodi posti sulla superficie del dispositivo )

Il processo di produzione dell'immagine inizia quando i fotoni, colpendo gli atomi sulla superficie dello strato semiconduttivo, eccitano degli elettroni che vengono momentaneamente allontanati dai rispettivi nuclei.

In condizioni normali gli elettroni ritornerebbero al loro posto dopo una piccolissima frazione di secondo, ma, dato che tra la faccia anteriore e quella posteriore del dispositivo viene mantenuta una certa differenza di potenziale, le cariche elettriche si accumulano in una determinata zona di ogni pixel.

Maggiore è la quantità di luce che arriva su un certo pixel, maggiore è il numero di cariche elettriche che vengono accumulate nella rispettiva "celletta": in tal modo l'immagine luminosa viene trasformata in una "immagine elettronica".

Mentre nelle fotocamere, soprattutto in quelle per uso astronomico, i tempi di esposizione possono essere anche di ore, nelle videocamere le cariche elettriche vengono accumulate per un tempo massimo di 1/60 di secondo, o per un tempo minore ( fino a 1/2000 di secondo ) se è attivata la funzione di "otturatore elettronico" . In ogni caso, ogni 1/50 di secondo, gli elettroni vengono fatti passare dallo strato semiconduttivo al dispositivo di lettura.

Nella figura è rappresentato il momento nel quale gli elettroni (raffigurati dai pallini rossi) sono appena passati dallo strato semiconduttivo al dispositivo di lettura.

Nel disegno accanto è rappresentato il modo in cui le cariche elettriche generate in corrispondenza di ogni pixel vengono fatte uscire in maniera ordinata dal CCD in modo da generare il segnale televisivo.

Facendo riferimento al disegno ( che rappresenta l'"immagine elettronica" di una lettera "L" rovesciata di colore grigio chiaro su fondo grigio scuro ) vediamo che ogni 64 milionesimi di secondo le cariche di tutte le colonne vengono fatte scorrere contemporaneamente di una riga verso il basso.

Le cariche che di volta in volta vengono a trovarsi nella riga in basso ( registro orizzontale) vengono fatte scorrere verso l'amplificatore che manda in uscita un segnale video.

Il grafico sottostante mostra il segnale video in uscita dall'amplificatore: la tensione rimane bassa per 0,4 milionesimi di secondo in corrispondenza dei pixel grigi, poi si alza per poco meno di 0.2 µsec. in corrispondenza della gambetta della "L" e si abbassa nuovamente al livello del grigio.