Celé to začalo roku 1969 v Bellových laboratořích. Myšlenka zakládala na praktické implementaci fotoefektu (ten vysvětlil Einstein o 64 let dříve, respektive rozšířil předchozí názory o kvantový výklad a nakonec si za to roku 1921 odnesl Nobelovu cenu, neboť čistě za čerstvou teorii relativity se mu ji výbor ještě bál udělit), tedy na jevu, kdy světlo (fotony) může po dopadu na vhodný materiál převést elektron(y) do excitovaného stavu. Se vzniklým nábojem už lze poměrně snadno pracovat a podle napětí získat údaj, který odpovídá množství zachyceného světla.

Roku 1970 měli již pánové v Bellových laboratořích hotový prototyp první kamery postavené na CCD snímači. O pět let poději vyrobili první kameru, jejíž výstupy kvalitativně dostačovaly požadavkům televizního vysílání. Krátce nato přišel Bryce Bayer s nápadem překrýt jednotlivé buňky rastrem barevných filtrů, který by (v kombinaci s dalším zpracováním) umožnil snímat i barvu. Bayerův filtr byl patentovaný roku 1976 a prakticky beze změny se používá dodnes.

Willard Boyle a George Smith experimentují s prototypem vlastní CCD kamery (1970)

Pak už to šlo rychle. Z významných inovací můžeme jmenovat například mikročočky („microlenses“), které soustředí světlo z okolní plochy do fotosenzitivní oblasti, což vede ke snížení šumu a redukci aliasingu na úrovni pixelu.

bez použití mikročoček zůstane část světla (a tím i obrazové informace) nezachycena

mikročočky sbírají více dopadajícího světla a soustředí ho na příslušnou fotodiodu

Spíše evolučním krokem byly „gap-less microlenses“, tedy mikročočky, které sbírají světlo z celé plochy příslušící dané fotodiodě. Ačkoli implementace mikročoček výrazně snížila šum, něco snímačům i vzala. Čočky totiž pro správnou funkci vyžadují (téměř) kolmo dopadající paprsky, a to není samozřejmost. Z mnoha typů objektivů (a zvlášť širokoúhlých) vycházejí paprsky rozbíhavě, takže na střed senzoru sice dopadají pod pravým úhlem, na okraje ne. Mikročočky na kraji pak paprsky vychylují chybně a část světla se ztratí, nebo dopadne na jiný pixel, než kterému patří. To působí vinětaci (rohy obrazu tmavší než střed) nebo obraz, který je mimo střed neostrý. Tento problém se týká nejvíce širokoúhlých objektivů klasické (neretrofokální) konstrukce, které jsou malé, lehké a opticky velmi kvalitní. Jako první řešení se v kombinaci s digitálními snímači začaly používat retrofokální telecentricky korigované objektivy, které produkují rovnoběžnější paprsky (bohužel na úkor rozměrů, hmotnosti a často i nižší optické kvality). Velký kus práce na odstranění těchto komplikací odvedly společnosti Leica a Kodak. Podařilo se jim totiž přizpůsobit rozložení mikročoček tak, aby byly tolerantnější k úhlům dopadajících paprsků.

Poslední vrstva, kterou byste na dnešních CCD našli, řeší problémy bayerovy masky značně kontroverzní cestou. Jde o tzv. low-pass filtr (zkratkou LPOF, marketingově zvaný jako anti-aliasing filtr). LPOF opticky rozostřuje obraz těsně před dopadem na senzor, aby eliminoval detaily na úrovni pixelu, které po průchodu bayerovou maskou způsobují vznik barevných artefaktů.

vlevo: pixel snímače, vedle něj promítnutý bod
vpravo: pixel snímače, vedle něj „flek“, který z bodu vznikl po průchodu low-pass filtrem

S artefakty ale nenávratně mizí i nejmenší detaily a ostrost. Existuje ovšem slušná naděje, že se „prznících“ low-pass filtrů výhledově zbavíme. Cesty jsou tři - první spočívá ve zvyšování rozlišení snímače s bayerovou maskou. Zanedlouho bychom se měli dostat na úroveň, kdy bude rozteč pixelů menší než průměr difrakčního disku, který funkci low-pass filtru nahradí. Druhou cestou je náhrada softwarová, kdy uživatel může kontrolovat, zda jsou skutečně artefakty přítomné a zda by redukce jen bezdůvodně nedegradovala ostrost. Tento postup vcelku úspěšně využívá například Leica (a to jak na full-frame modelu M9, tak na „polostředoformátu“ S2 (u plnohodnotných středoformátových přístrojů, jakým je například 645D od Pentaxu, obvykle low-pass filtr také chybí). Třetí alternativa by byly plnobarevné senzory (Foveon X3, v budoucnu snad i alternativy od Fuji a od Sony), které bayerovu masku nevyužívají a tudíž ani není třeba řešit její slabiny - LPOF není třeba.