重视画质!揭开了500像素的时代
2000年11月索尼成功开发出了当前世界民用像素最高的507万彩色CCD。2001年3月可以用在数码相机上进行量产,预计在2001年春可搭载在新制品上。此CCD的制品名称有ICX282AK/AKF/AQ/AQF共4种。封装的形式为DIP和SOP(F)两种,分别为补色和原色CCD(下图为新发表的507万像素CCD―ICX282)。
1998年末的200万像素CCD(ICX224系列),1999年末的300万像素CCD(ICX252系列),以及这次发表的500万像素CCD(ICX282系列),作为占有相当大市场的索尼作为时代的先驱,比其他的公司更早向市场推出新产品。现在的形势是2000年春富士相机独立开发出了最大记录像素为432万的CCD(蜂巢式排列的240万superCCD),搭载在富士FinePix4700Z上。此外,佳能在三菱电机的帮助下,2000年10月独立开发出了325万像素的CMOS摄像素子,搭载在EOS D30之上。其他的也有像搭载松下电子工业,夏普和柯达生产的CCD的机种。其余大都采用索尼的CCD。
为了获得有明显差异的解像力,在像素上1.5-1.6倍的差是必要的,索尼的开发阵营是这样认为的。回过头来看看,131万像素*1.6=210万像素,210万像素*1.6=336万像素,其实制品群是大致相同的。由此,现在的334万像素的CCD之后是500万像素级的CCD也是当然的。另一个理由是在重视画质的市场下,开发更大的CCD也是应该的。
为了追求高画质,采用2/3型CCD
这次索尼开发的500万像素的CCD的画像尺寸为2/3型(对角长11mm),相对于200万和300万像素的1/1.8型CCD(对角长9mm)而言,大了很多。虽然只是大了2mm,CCD的价格一般是硅片和完成品的个数相对应,面积增大的结果是价格的上升。因此,CCD越小,越容易开发出便宜的数码相机。若反过来从半导体来看,为了保证完成品的个数,生产品质管理的难度也增大,例如,搭载23.7mm*15.6mm巨大CCD的尼康D1要65万日圆,而搭载22.7mm*15.1mmCCD的佳能EOS D30只要35万8000日圆就能买到,确实让人大吃一惊。像这样的CCD降价与数码相机市场价格有紧密的关系,索尼也在其200万和300万像素的CCD在可能的范围中降低价格。然而,500万像素的CCD由于采用的2/3型的CCD,可以看出与成本相比更重视性能。由于很小的像素尺寸引起的杂质noise的增加以及防止感度的低下,在重视高画质的前提下只有这样做(上图右:以前334万像素2/3型CCD,左:这次507万像素2/3型CCD)。
小型化的2/3型CCD
在CCD的内部,并列着很多称为photoDiode的微小的受光素子。例如,CCD的尺寸不变,单纯的增加总像素,为了获得高精细的画像,受光素子就必须小型化,由此带来的是每一个像素的可能受光量的减少,从而造成画质的低下。因此,生产厂商通过在每个photoDiode的外侧覆盖一个半球状的微型镜片,来使光量不被浪费。索尼的507万像素CCD的每个像素的尺寸,与以前的334万像素ICX252的3.45微米相比ICX282的3.4微米几乎大小没有什么变化,通过摄像素子全体尺寸的大型化而实现507万的有效像素。此外,比较素子的数目也能得出类似的结论,在不有损现有的334万像素(ICX252)采用的是小面积的1/1.8型CCD的基础上,像素的数目被扩大了1.6倍。对于生产厂商而言400万像素上是一个分歧点,有这样的看法,无论是将2/3型扩大成500万像素的做法,或是将受光素子从3.9微米做的更小,都会使杂质noise增加。这次的ICX282在确保基本性能的前提下,打破了这个论点。
将摄像素子尺寸从1/1.8型到2/3型的扩大,制品全体的封装尺寸成功地比现有的ICX252小了一圈,与以前的2/3型封装尺寸相比,实现了体积比的1/3。由于封装的尺寸的减小,使得今后的数码相机可以做得更小。注意到封装的类型DIP和SOP型。DIP是Dual Inline Package的缩写,即便是IC的封装也是传统的做法。长方型封装的长边上配置着一列列的引脚,特征是费用便宜。SOP是Small Outline Package的缩写,是具有超薄外型可进行面实装的类型,能够搭载在小型的相机机身上。
不仅仅高像素,更是高性能和多机能
决定摄像素子性能的不光是像素的数目,能够获得怎样程度的美丽画质,多彩的技能能够怎样程度被发挥出来等等也是重要的。即使从总体上来看ICX282也是相当优秀的摄像素子。ICX282不仅仅是高像素,也对应于很多的读出方式,例如,更据液晶取景器的动作确认和AF(Auto Focus),AE(Auto Exposure)的控制之类,注意到具有30帧/秒读输出的8倍模式,此外,在使用电子变焦时,画像的中央扩大和对应于被称为2倍及4倍变焦的操作,以及可以缩短帧率的中央走查线方式4钟。更有在125万像素时能获得2倍帧率的2倍速方式,高速快门的全像素的连拍,高感度/动态范围的2种方式。采用了如此多彩的模式,能够对应于各种被拍摄物体的条件。特别是高感度/动态范围的2倍速模式,在输出相当于125万像素的同时,能实现比目前更高的画质。
(上图:CCD的厚度上进行比较,左侧是新发表的CCD-IXC282)
担心的是采用507万有效像素CCD(ICX282)的数码相机的价格,单纯的计算面积比2/3型比1/1.8型增加了约20%,假设CCD的面积比直接反映了其价格的话,现在市场上8万日圆的产品将卖10万日圆,涨了2万日圆,实际上为了是高性能的CCD充分得到发挥,必须搭载高性能的镜头,此外为了能够支援CCD的更高速处理其周围的部品也必须采用最新的芯片组,因此预测下来,推向市场的价格为15万日圆(约11250人民币),面向重视画质的用户。很快新时代的幕帘将要被拉开,相对应的数码相机不久也将登场。
表1 ICX282和ICX252SQ的素子构造比较表
| 制品 | ICX282AQ | ICX252SQ | RJ21R3BA0PT |
| 图象尺寸(对角线长) | 11mm(2/3型) | 8.933mm(1/1.8) | 8.933mm(1/1.8) |
| 单元尺寸 | 3.4um | 3.45um | 3.1um |
| 总像素数目 | 2,658(H)*1,970(V)约524万像素 | 2,140(H)*1,560(V)约334万像素 | 2,530(H)*1,659(V)约420万像素 |
| 有效像素 | 2,558(H)*1,960(V)约507万像素 | 2,088(H)*1,550(V)约324万像素 | 2,452(H)*1,634(V)约401万像素 |
| 记录像素 | 2,560(H)*1,920(V)约492万像素 | 2,048(H)*1,536(V)约315万像素 | _ |
| 驱动频率 | 22.5Mhz | 18Mhz | _ |
| 帧率 | 3.75frame/s | 4.28frame/s | _ |
| 感度 | 270mV | 270mV | 140mV |
| 信噪比 | -92dB | -89.1dB | -88dB |
| 饱和信号量(Min) | 450mV | 450mV | 450mV |
| VDD | 15V | 15V | _ |
| VΦ振幅 | 7.5V | 7.5V | _ |
| HΦ振幅 | 3.3Vtyp(min:3.0V) | 5Vtyp(min:4.75V) | _ |
| RGΦ振幅 | 3.3V | 3.3V | _ |
表2 索尼数码相机用CCD
| 制品 | 总像素 | 记录总像素 | 对应打印尺寸 |
| ICX084 | 40万像素级 | 640*480(VGA) | 名片 |
| ICX204 | 80万像素级 | 1,024*768(XGA) | 名片 |
| ICX202 | 130万像素级 | 1,280*960(SXGA) | A6 |
| ICX224 | 200万像素级 | 1,600*1,200(UXGA) | A5 |
| ICX252 | 300万像素级 | 2,048*1,536 | A4 |
| ICX282 | 500万像素级 | 2,560*1,920 | A3 |
表3 动作方式
| 动作方式 | 帧率 | 输出线数 | 感度 | 饱和信号量 | 特征和用途 | |
| 帧读出方式 | 3.75frame/s | 1,960 | 270mV | 450mV | 高解像度 | |
| 2倍速方式 | 1 | 7.5frame/s | 980 | 270mV | 450mV | 高速快门,连拍 |
| 2 | 6.7frame/s | 980 | 540mV | 900mV | 高感度,连拍 | |
| 8倍速方式 | 30frame/s | 245 | 540mV | 900mV | 外接监视器 | |
| 中央线走查方式 | 1 | 15frame/s | 484 | 270mV | 450mV | VGA视频 |
| 2 | 26.4frame/s | 246 | 270mV | 450mV | 画像中央扩大表示 | |
| 3 | 7frame/s | 968 | 270mV | 450mV | 2倍电子变焦 | |
| 4 | 12frame/s | 492 | 270mV | 450mV | 4倍电子变焦 | |
| AF方式 | 1 | 60frame/s | 104 | 270mV | 450mV | 高速AF控制 |
| 2 | 120frame/s | 34 | 270mV | 450mV | ||

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