Un dispositivo ad accoppiamento di carica (CCD) consente il trasporto di segnali analogici caricati elettricamente attraverso diversi condensatori disposti in serie. Questo dispositivo è controllato da un segnale di clock che oscilla tra gli stati alto e basso. L’intero sistema agisce come un registro a scorrimento che ha i suoi ingressi e le sue uscite collegati in serie, il che consente di utilizzare un dispositivo accoppiato carico come mezzo per ritardare i segnali analogici. L’uso più comune di questi dispositivi è per sensori di luce fotoelettrici collegati a segnali analogici paralleli. Questa tecnologia è alla base del funzionamento di fotocamere digitali, videoregistratori e telefoni con immagini.
Nel 1961, Eugene F. Lally, ricercatore presso il Jet Propulsion Laboratory di Pasadena, in California, scrisse un documento intitolato Mosaic Guidance for Interplanetary Travel. Ha esplorato l’idea di utilizzare una serie di rilevatori ottici che implementassero l’elaborazione digitale per creare una fotografia. Nel 1969, gli scienziati Willard Boyle e George E. Smith, lavorando presso AT&T Bell Labs a Murray Hill, nel New Jersey, svilupparono un dispositivo ad accoppiamento di carica da utilizzare come tecnologia di memoria. Usando questa tecnologia, altre aziende hanno presto sviluppato modi per catturare l’effetto fotoelettrico e creare immagini elettroniche.
Il modo in cui un dispositivo ad accoppiamento caricato funziona nell’acquisizione di immagini consiste nel mettere a fuoco un’immagine proiettata da un obiettivo su un array di condensatori fotoattivi. Ciò si traduce in ogni condensatore che accumula una carica elettrica proporzionale all’intensità della luce dell’immagine. Questo cattura un’immagine bidimensionale che viene trasferita a un amplificatore di carica, che a sua volta la converte in tensione. Questa immagine viene quindi archiviata digitalmente in un modulo di memoria ed è possibile accedervi in seguito.
Un semplice dispositivo ad accoppiamento di carica è efficiente 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 verdi, perché l’occhio umano può identificare il verde più facilmente di altri colori.
Un’altra tecnologia sviluppata all’inizio del 21° secolo prevede chip di dispositivi accoppiati ad alta risoluzione che possono utilizzare più colore della luminanza a diverse dimensioni di apertura. Lo fa 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.