Matryca CCD (ang. Charge Coupled Device) – układ wielu elementów światłoczułych, z których każdy rejestruje, a następnie pozwala odczytać sygnał elektryczny proporcjonalny do ilości padającego na niego światła. W cyfrowych aparatach fotograficznych najczęściej stosowane są filtry barwne, dające możliwość rejestracji natężenia określonej szerokości spektrum światła w danym punkcie matrycy.
Konstrukcja matrycy została przeprowadzona głównie na użytek naukowy, zaś jej pierwsze zastosowania obejmowały astronomię, gdzie do dziś pozostaje podstawowym narzędziem badawczym, wypierając w zasadzie klisze fotograficzne. Obecnie masowo wykorzystuje się matryce CCD o coraz wyższej rozdzielczości w aparatach cyfrowych, gdzie otrzymane dane po przetworzeniu przez jednostkę centralną aparatu mogą zostać zapisane w postaci plików graficznych. Obecnie stosowane są powszechnie w aparatach fotograficznych matryce o rozdzielczościach rzędu od kilku do kilkunastu megapikseli. Największe matryce stosowane w obserwatoriach astronomicznych mają od 65 do ponad 100 megapikseli.
Spis treści |
Pierwszy egzemplarz CCD został zbudowany w 1969 roku przez dwóch naukowców, laureatów Nagrody Nobla: Willarda S. Boyle'a i George E. Smitha z Bell Telephone Laboratories. Szukali oni nowego sposobu rejestracji obrazu, który miał znaleźć zastosowanie w projektowanym wideotelefonie. Urządzenie miało być tanie, a jego technologia oparta na krzemie. Pierwsza kamera złożona była z ośmiu pikseli ułożonych w jeden rząd. Większy model o rozmiarach 100x100 pikseli powstał dopiero w 1973 roku. Początkowo technologia była rozwijana w celach obserwacji kosmosu.
Kiedy foton uderzy w atom, może spowodować przeskoczenie elektronu na wyższą powłokę, a w niektórych przypadkach uwolnienie nośnika ładunku (dziur lub elektronów, w zależności od użytego materiału półprzewodnikowego) – jest to tzw. efekt fotoelektryczny wewnętrzny. Kiedy powierzchnia matrycy CCD jest oświetlona, uwolnione zostają nośniki, które gromadzą się w kondensatorach. Nośniki te zostają przesunięte w miarowych impulsach elektrycznych oraz zostają "przeliczone" przez obwód, który wyłapuje nośniki z każdego elementu światłoczułego, przekazuje je do kondensatorów, mierzy, wzmacnia napięcie i ponownie opróżnia kondensatory. Ilość nośników zebranych w ten sposób w pewnym przedziale czasu zależy od natężenia światła. W efekcie otrzymujemy dla każdego elementu światłoczułego informację o wartości natężenia padającego na nie światła, czyli w praktyce informację o jasności obserwowanej w danym punkcie barwy.
Zazwyczaj poszczególne elementy matrycy mierzą ilość światła dla jednej ze składowych RGB, dlatego też na każdy piksel wynikowego obrazu w postaci bitmapy przypada pomiar z kompletu elementów światłoczułych. W 2002 roku firma Foveon opracowała matrycę X3, która potrafi zarejestrować każdą z trzech składowych koloru w każdym punkcie. Obecnie nie jest jednak ona szeroko wykorzystywana.
| Typ | Proporcje | Długość (mm) | Szerokość (mm) | Przekątna (mm) | Powierzchnia (mm²) | Powierzchnia względna |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1/6" | 4:3 | 2,30 | 1,73 | 2,88 | 3,98 | 1,00 |
| 1/4" | 4:3 | 3,20 | 2,40 | 4,00 | 7,68 | 1,93 |
| 1/3.6" | 4:3 | 4,00 | 3,00 | 5,00 | 12,0 | 3,02 |
| 1/3.2" | 4:3 | 4,54 | 3,42 | 5,68 | 15,5 | 3,89 |
| 1/3" | 4:3 | 4,80 | 3,60 | 6,00 | 17,3 | 4,34 |
| 1/2.7" | 4:3 | 5,27 | 3,96 | 6,59 | 20,9 | 5,24 |
| 1/2" | 4:3 | 6,40 | 4,80 | 8,00 | 30,7 | 7,72 |
| 1/1.8" | 4:3 | 7,18 | 5,32 | 8,93 | 38,2 | 9,59 |
| 2/3" | 4:3 | 8,80 | 6,60 | 11,0 | 58,1 | 14,6 |
| 1" | 4:3 | 12,8 | 9,60 | 16,0 | 123 | 30,9 |
| 4/3" | 4:3 | 22,5 | 18,0 | 28,8 | 405 | 102 |
| APS-C | 3:2 | 25,1 | 16,7 | 30,1 | 419 | 105 |
| 35MM | 3:2 | 36,0 | 24,0 | 43,3 | 864 | 217 |
| 645 | 4:3 | 56,0 | 41,5 | 69,7 | 2324 | 584 |
Kolumna "Typ" zawiera oznaczenia wywodzące się od stosowanych dawniej lamp analizujących. Liczby te określały średnicę zewnętrzną lampy. Pole obrazowe lampy o średnicy 1 cala miało przekątną 16 mm, co stanowi podstawę do dalszych obliczeń[1].
