Un dispositif à couplage de charge (CCD) permet le transport de signaux analogiques chargés électriquement à travers différents condensateurs montés en série. Ce dispositif est contrôlé par un signal d’horloge qui oscille entre des états haut et bas. L’ensemble du système agit comme un registre à décalage dont les entrées et les sorties sont reliées en série, ce qui permet d’utiliser un dispositif couplé chargé comme moyen de retarder les signaux analogiques. L’utilisation la plus courante de ces dispositifs concerne les capteurs de lumière photoélectriques reliés à des signaux analogiques parallèles. Cette technologie est à la base du fonctionnement des appareils photo numériques, des magnétoscopes et des téléphones photo.
En 1961, Eugene F. Lally, chercheur au Jet Propulsion Laboratory de Pasadena, en Californie, a écrit un article intitulé Mosaic Guidance for Interplanetary Travel. Il a exploré l’idée d’utiliser une série de détecteurs optiques qui implémentaient un traitement numérique pour créer une photographie. En 1969, les scientifiques Willard Boyle et George E. Smith, travaillant chez AT&T Bell Labs à Murray Hill, New Jersey, ont développé un dispositif couplé chargé à utiliser comme technologie de mémoire. En utilisant cette technologie, d’autres sociétés ont rapidement développé des moyens de capturer l’effet photoélectrique et de créer des images électroniques.
La façon dont un dispositif couplé chargé fonctionne pour capturer des images consiste à focaliser une image qui est projetée depuis une lentille sur un réseau de condensateurs photoactifs. Il en résulte que chaque condensateur accumule une charge électrique proportionnelle à l’intensité lumineuse de l’image. Cela capture une image bidimensionnelle qui est transférée à un amplificateur de charge, qui à son tour la convertit en tension. Cette image est ensuite stockée numériquement dans un module mémoire et peut être consultée ultérieurement.
Un dispositif couplé chargé de base est efficace pour capturer la luminance, mais il a des difficultés à rendre les couleurs. Pour résoudre ce problème, les appareils photo numériques modernes utilisent un dispositif appelé masque de Bayer sur le CCD. Il relie quatre pixels en blocs et filtre différents niveaux de luminance en différentes couleurs. Ces pixels sont colorés, l’un étant rouge, l’autre bleu et deux verts, car l’œil humain peut identifier le vert plus facilement que les autres couleurs.
Une autre technologie qui a été développée au début du 21e siècle implique des puces de dispositifs couplés chargés haute résolution qui peuvent utiliser une plus grande partie de la couleur de luminance à différentes tailles d’ouverture. Pour ce faire, il met en œuvre un dispositif appelé prisme dichroïque, qui divise chaque couleur en ses composants natifs. Des prismes dichroïques ont été utilisés dans certains appareils photo numériques et caméras vidéo.