Dispositivo de acoplamiento de carga (CCD)

    Un dispositivo de acoplamiento de carga es un sensor incluido en un circuito integrado sobre una oblea de silicio que conforma elementos sensibles a la luz, denominados píxeles. Se conoce también por las iniciales CCD, siglas del inglés charge-coupled device. Su invención se debe al canadiense Willard Boyle y al estadounidense George E. Smith, galardonados en 2009 con el Premio Nobel de Física por su trabajo.

    Los dispositivos CCD basan su funcionamiento en el fenómeno de la fotosensibilidad. Cuando sobre su superficie inciden los fotones, partículas integrantes de la luz, se genera una señal eléctrica susceptible de ser leída e interpretada por los componentes electrónicos asociados. Tal fenómeno se justifica en términos físicos por el llamado efecto fotoeléctrico, que también se utiliza en las células fotovoltaicas de los paneles solares. Este efecto fue descrito por Albert Einstein en una investigación teórica que le valió la concesión del Premio Nobel de 1921.

    Los CCD contienen una distribución de píxeles individuales, a modo de células fotoeléctricas, organizados de manera que la incidencia de luz en cada uno de estos píxeles desencadena una respuesta coordinada y medible dentro del conjunto. En esencia, los circuitos basados en los sensores CCD están formados por una serie de condensadores que pueden transferir su carga eléctrica a los condensadores adyacentes dentro del circuito impreso del que forman parte. La resolución global del circuito aumenta con el número de píxeles o células elementales del CCD.

    Por otra parte, los píxeles de estos sensores registran la información óptica recibida de las tres frecuencias básicas que componen el modelo de colores de tipo aditivo: rojo, verde y azul. La intensidad recibida en cada uno de estos rangos de frecuencia por los distintos píxeles permite componer una imagen global representativa del original a través de un tratamiento computarizado con alto grado de calidad.

    Frente a otras tecnologías microelectrónicas, los dispositivos de acoplamiento de carga ofrecen, en general, mayor sensibilidad en las aplicaciones que contemplan la medición de estímulos luminosos. No obstante, según la finalidad concreta del diseño de los circuitos, en ocasiones pueden ser más recomendables tecnologías alternativas, como los diodos semiconductores CMOS (de las siglas en inglés de “semiconductor de óxido metálico complementario”) o incluso las películas fotosensibles clásicas.

    Los dispositivos CCD tienen su aplicación más reconocida en el ámbito de las cámaras digitales. La posibilidad de captar la luz en la fotografía y las imágenes de video por medios electrónicos en lugar de películas revolucionó la tecnología del sector. El formato digital de la grabación de la imagen en estas cámaras facilita enormemente su procesamiento, retoque y distribución en los equipos informáticos y en los dispositivos móviles.

    Los CCD se utilizan también en numerosas aplicaciones médicas, con fines de diagnóstico y en microcirugía. Los dispositivos miniaturizados provistos de estos sensores pueden introducirse con relativa facilidad en el interior del cuerpo humano, mediante sondas rígidas o flexibles, para facilitar al médico o al cirujano la visión de una imagen directa, en movimiento y en tiempo real de la zona anatómica en la que se realiza la prueba o intervención.