Matryca CCD

Matryca CCD (ang. Charge Coupled Device) jest krzemową płytką posiadającą elementy światłoczułe wyłapujące i rejestrujące światło w postaci fotonów. Matryca pozwala także na odczytanie sygnałów elektrycznych proporcjonalnych do ilości światła, które pada na tę matrycę.

Sama matryca podzielona jest na piksele – niezależne od siebie elementy o rozmiarach od kilku do kilkudziesięciu mikrometrów kwadratowych. Każdy piksel połączony jest z elektrodą. W momencie podłączenia napięcia powstaje studnia potencjału (minimum lokalne energii potencjalnej). Wspomniane wyżej fotony wyłapywane przez elementy światłoczułe wytrącają elektron, dla którego przekazują energię. Następnie wędruje on do dodatnio naładowanej studni potencjału i zostaje w niej uwięziony. Dłuższa ekspozycja oznacza większą ilość zebranych elektronów. Na koniec zebrany sygnał, poprzez pozostałe elektrody na końcu pikseli, wędruje do wyjściowego wzmacniacza i wydostaje się z chipa. Następnie wszystkie elektrony zostają zliczone dając informację, jaka ilość światła została wyłapana przez każdy piksel. W tym momencie przetwornik analogowo-cyfrowy trawi ten sygnał i zmienia go na taki, który będzie mógł być odczytany przez komputer lub inne urządzenie. Sam przepływ elektronów emituje ciepło, a im większa ilość pikseli – tym wyższa wydzielana temperatura. Jest to negatywna właściwość, która powoduje m.in. szumy. Dlatego też w matrycach CCD stosuje się układ chłodzący.

Miarą wydajności matryc CCD jest wydajność kwantowa. Średnia wydajność matryc wynosi obecnie około 70% (70% światła padającego na elementy światłoczułe jest rejestrowana).

Pierwsza matryca CCD powstała w 1969 roku, i została stworzona przez laureatów Nagrody Nobla Willarda S. Boyle’a oraz Georga E. Smitha pracujących dla Bell Telephone Laboratories.

Matryce CCD stosowane są zarówno w cyfrowych aparatach fotograficznych (rozdzielczości od kilku do kilkunastu megapikseli) jak i w obserwatoriach astronomicznych (rozdzielność do ponad 100 megapikseli).