CCD (astronomia e cinematografia)

Definizione

sigla dell'inglese Charge Coupled Device (propr. dispositivo a cariche accoppiate).

1) In astronomia, rivelatore di immagini molto deboli "Per approfondire vedi Gedea Astronomia vol. 4 pp 34-37" "Per approfondire vedi Gedea Astronomia vol. 4 pp 34-37" .

2) Nella tecnica fotocinematografica, componente elettronico che, posto sul piano focale dell'obiettivo di una telecamera, trasforma i punti dell'immagine in impulsi elettrici. Ha sostituito i tubi da ripresa (vidicon, Newvicon ecc.) nelle telecamere amatoriali, perché ha una durata molto maggiore; è insensibile alla luce diretta del Sole (e perciò non è soggetto all'“effetto cometa”); è insensibile agli urti, alle variazioni di umidità, temperatura e campo magnetico.

Elettronica

Un dispositivo CCD è composto da milioni di celle costituite da due elettrodi, con interposto uno strato dielettrico, e da un sistema di indirizzamento delle singole celle. A ogni cella, non sempre di forma quadrata (ma anche rettangolare o esagonale), corrisponde un pixel dell'immagine. Se la cella non è quadrata si può avere un CCD da 1024x1024 pixel con formati 4:3 o 16:9 in quanto il rapporto altezza/larghezza dell'immagine catturata non è più desumibile dal numero di pixel per riga e per colonna. Il funzionamento di un CCD è molto diverso da quello di una pellicola o di un altro tipo di sensore ottico, come il tubo vidicon, ed è per questo motivo che tempo di esposizione e sensibilità non sono più in stretta relazione tra loro. Prima di ogni esposizione le celle vengono polarizzate con una piccola quantità di carica elettrica e quando la luce colpisce il sensore, i fotoni raggiungono il primo degli elettrodi e strappano gli elettroni in eccesso trasportandoli verso il secondo elettrodo. In questo modo la quantità di carica della cella si riduce in modo proporzionale al numero dei fotoni ricevuti. Terminata l'esposizione un transistor scarica la cella cortocircuitando gli elettrodi su una resistenza. La lettura della corrente residua di una cella permette di ricavare l'intensità luminosa raccolta in quel punto. Modificando il periodo di tempo che trascorre dal momento della precarica a quella della scarica è possibile variare la sensibilità di un CCD da pochi ASA a qualche centinaio. Per ottenere sensibilità piuttosto elevate non basta aumentare il tempo di esposizione del sensore poiché la scarica della cella avviene anche per cause naturali. Per livelli di luminosità molto bassi il rumore termico (disturbi elettrici provocati dal moto termico degli elettroni) supera il livello del segnale e l'immagine appare sgranata come nei forti ingrandimenti fotografici tradizionali. Per ovviare a questo difetto, nei telescopi astronomici e in tutti quei casi in cui occorrano riprese in condizioni di luce estremamente basse si utilizza un sistema di raffreddamento del CCD ad azoto liquido. La ripresa di un CCD è monocromatica e la sensibilità si estende alle frequenze della luce infrarossa. Per ottenere immagini a colori si utilizzano tre CCD o un filtro a matrice posto a contatto con il sensore. Nelle videocamere si usa anche un filtro che blocchi la componente infrarossa. Le dimensioni dell'area di ripresa di un CCD si misurano in pollici e frazioni di pollice (1/4, 1/3, 1/2 e 2/3 di pollice).