CCD (Charge Coupled Device): dispositivo elettronico inventato nel 1969 da Boyle e Smith nei laboratori Bell negli USA, mirato inizialmente allo storage dei dati.
Importanza storica: nel 1975 fu utilizzato per la prima videocamera digitale con qualità sufficiente per la televisione.
Riconoscimento: Premio Nobel per la Fisica nel 2009 a Boyle e Smith.
Applicazioni del CCD
Utilizzato in astrofisica, fisica, e in tutti i campi dove si richiede cattura di immagini digitali.
Utilizzato in strumenti di ricerca costosi per la sua complessità costruttiva.
Caratteristiche del CCD
Maggiore sensibilità: risponde a un basso numero di fotoni.
Linearità della risposta: risposta proporzionale tra intensità luminosa e tempo di posa.
Immagini digitali: vantaggio nella conservazione e nello stoccaggio.
Confronto con l'Occhio Umano e la Pellicola Fotografica
Sensibilità spettrale: occhio umano sensibile in uno stretto intervallo di lunghezze d'onda; i CCD coprono un range più ampio.
Tempo di esposizione: a differenza dell'occhio, il CCD può accumulare fotoni per lunghi periodi, utile in ambienti scarsamente illuminati.
Limiti del CCD
Saturazione: troppi fotoni possono saturare il sensore, come accade con le "bruciature" nelle foto.
Struttura dei Pixel
Pixel: elementi sensibili alla luce che costituiscono il CCD, organizzati in una griglia.
Risoluzione: determinata dal numero di pixel e dalle caratteristiche ottiche dello strumento.
Effetto Fotoelettrico
Principio base: emissione di elettroni da un metallo colpito dalla luce.
Scoperta: dettagliata da Einstein nel 1905 utilizzando il concetto di quantizzazione dell'energia.
Funzionamento del CCD
Struttura: chip di silicio con superficie di pixel sensibili alla luce.
Processo fotoattivo: i fotoni eccitano gli elettroni che vengono raccolti nel substrato di silicio.
Processi di Lettura ed Elaborazione
Lettura: i pixel agiscono come "secchi" che raccolgono elettroni.
Registro seriale: trasferisce elettroni all'amplificatore.
Corrente di buio: elettroni generati non per effetto fotoelettrico, influenzano l'immagine.
Differenze tra CCD e CMOS
CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor): più economico, meno performante, utilizzato in dispositivi comuni come smartphone.
Processo di lettura: nei CMOS, il segnale diventa digitale nel singolo pixel, rendendolo meno efficiente rispetto ai CCD per alcuni utilizzi.
Conclusioni
I CCD rimangono superiori in termini di qualità e prestazioni, ma il costo e il consumo energetico li rendono meno utilizzabili in applicazioni commerciali rispetto ai CMOS.