Matrices CCD
Les capteurs CCD (Charge Coupled Device : systèmes à transfert de charges) font référence à une architecture semiconductrice dans laquelle la charge est transférée via une aire de stockage. La plupart des détecteurs opérant dans la région du visible utilise une architecture CCD pour déplacer le paquet de charge, ils sont communément appelés matrices CCD. Leur architecture a trois fonctions de base, outre la création de la charge:
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collection de la charge,
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transfert de la charge,
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conversion de la charge en une tension mesurable.
Comme les matrices opérant dans le visible sont des systèmes monolithiques, la génération de la charge est souvent considérée comme la fonction initiale du CCD. La charge est créée en un pixel (pixel est la contraction de « picture element » : le plus petit morceau d'image) proportionnellement au niveau de lumière incidente en ce site.
L'effet d'agrégation de tous les pixels produit une représentation échantillonnée de la scène continue.
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La technologie de base sur laquelle repose le CCD est la capacité MOS (Metal Oxyde Semiconductor).
La capacité est appelée une porte ("gate").
Les paquets de charge sont transférés séquentiellement de capacité à capacité jusqu'à ce qu'ils soient mesurés au nœud de détection. La génération des charges dans la plupart des systèmes se produit par effet photoélectrique (Fig.2) au niveau d'une capacité MOS (encore appelée porte lumineuse "photogate"). Pour certains systèmes, et notamment les systèmes à transfert interligne, des photodiodes créent la charge. Après la génération de la charge, le transfert vers le nœud de conversion (de la charge en tension) se produit dans des capacités MOS pour tous les systèmes.
Bien que les matrices CCD soient du domaine public, leur fabrication reste complexe. Le nombre d'étapes nécessaire à leur réalisation peut varier entre une dizaine et une centaine suivant le degré de complexité de leur architecture.
Les systèmes peuvent être décrits fonctionnellement d'après leur architecture (transfert de bloc (« frame »), transfert interligne, ...) ou d'après leur application. Pour minimiser les coûts, la complexité de la matrice, et le traitement électronique, l'architecture est typiquement choisie pour une application spécifique ( « ASIC : Application Specific Integrated Circuit » ).
Les caméras astronomiques utilisent classiquement des matrices à bloc complet ("full frame"), tandis que les systèmes vidéo utilisent généralement le transfert interligne. Enfin, la séparation entre la télévision professionnelle, les utilisateurs de caméscopes, la vision artificielle, et les applications scientifiques ou militaires devient de plus en plus ténue avec les progrès de la technologie.