Invece di esporre una sostanza chimica fotosensibile nota come pellicola su una scena per creare un’immagine stampata, la maggior parte delle fotocamere digitali utilizza un dispositivo ad accoppiamento di carica (CCD), uno strumento elettronico che crea una mappa di pixel basata sulla carica elettrica generata quando i fotoni colpiscono un materiale sensibile. Questo fenomeno è chiamato effetto fotoelettrico ed è stato chiarito da Albert Einstein in un famoso articolo del 1905. Meno frequentemente usato di un CCD è un semiconduttore di ossido di metallo complementare (CMOS).
Il termine fotocamera basata su CCD è talvolta usato in modo intercambiabile con fotocamera digitale, perché per sua stessa natura la fotocamera basata su CCD scatta immagini, foto con una determinata risoluzione pixel per pixel che possono essere codificate digitalmente. Questi file possono essere facilmente trasferiti da una fotocamera a molti dispositivi, inclusi computer, schermi, telefoni e stampanti.
Un dispositivo ad accoppiamento di carica è un circuito integrato, il che significa che utilizza più elementi semiconduttori su una piattaforma unificata per raggiungere i suoi obiettivi. I componenti attivi di una telecamera basata su CCD sono i condensatori. Questi sono collegati in un circuito, motivo per cui sono chiamati ad accoppiamento di carica. Un condensatore è un dispositivo elettronico di base che memorizza una differenza di potenziale, o tensione, nella varianza tra due piastre con cariche elettriche uguali ma opposte.
Una lente proietta l’immagine sui CCD e ciascun condensatore acquisisce una carica proporzionale alla luminosità della luce in ingresso. I CCD non sono intrinsecamente sensibili al colore e, per scattare foto a colori, è necessario utilizzare una maschera Bayer per filtrare selettivamente la luce in pixel designati in base al colore. Dopo aver acquisito la carica, i condensatori iniziano a trasferire la loro carica ai condensatori adiacenti in modo accoppiato alla carica ea margherita. Un registro alla fine dell’array effettua le misurazioni appropriate e viene creata una mappa di pixel 2D.
Poiché la loro sensibilità alla luce è circa 35 volte quella di una fotocamera convenzionale, avvicinandosi al limite quantistico, le fotocamere digitali sono spesso preferite dai fotografi di eventi e dagli astrofotografi. A causa della mancanza di componenti chimici attivi, le immagini non devono essere “sviluppate” e vengono memorizzate direttamente nella fotocamera poco dopo l’esposizione.