成像半导体电路CCD的发明与发展
10月6日,因在1969年发明了成像半导体电路——电荷藕合器件图像传感器CCD的科学家维拉·博伊尔(Willard S. Boyle)以及乔治·史密斯(George E. Smith)荣获2009年诺贝尔物理学奖。此前的2006年,波义耳和史密斯还获颁电机电子工程师学会(IEEE)颁发的Charles Stark Draper奖章,以表彰他们对CCD发展的贡献。
伴随着数码相机、带有摄像头的手机等电子设备风靡全球,人类已经进入了全民数码影像的时代,每一个人都可以随时、随地、随意地用影像记录每一瞬间。带领我们进入如此五彩斑斓世界的,就是美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯发明的CCD(电荷耦合器件)图像传感器。
百多年来,伴随着暗箱、镜头和感光材料制作不断取得突破,以及精密机械、化学技术的发展,照相机的功能越来越强大,使用越来越方便。
“CCD是数码相机的电子眼,它革新了摄影术,现在光可以被电子化地记录下来,取代了胶片。这一数字形式极大地方便了对图像的处理和发送,”诺贝尔奖评选委员会称赞说,“无论是我们大海中深邃之地,还是宇宙中的遥远之处,它都能给我们带来水晶般清晰的影像。”作为CCD数码相机的核心零件,了解CCD技术的发展历史有助于我们加深对数码相机的认识,对于提高我们的拍摄技术和选购到一款性价比高的数码相机有着重要的意义。由于索尼及富士的CCD技术起步较早,且较为出色,今天,我们就这里对它们的CCD技术发展历程以及各方面的优劣作一下介绍。
一、索尼CCD技术发展历程
索尼是一间最早从事CCD制造的厂商,从70年代就开始研发CCD,在2003年索尼推出了拥有800万像素的F828数码相机并首次采用全新的四色滤光技术(RGBE),我们知道,传统的感光无非红绿蓝RGB三色,每个像素各感应不同的颜色,然后再将这些颜色重新组合成一个有效像素。而全新的四色滤光标准则被称为RGBE,相比索尼公司传统的三原色滤光CCD色彩还原准确度提升一倍,并实现了在不同拍摄条件下对影像的表现更接近人类视觉对色彩的感知。
3色滤光镜
4色滤光镜
同年索尼还推出了一款采用500万像素Super HAD CCD的卡片机T1,也就是如今无人不知的T系列鼻祖,它采用2.5英寸超大LCD,机身最薄处17.3mm,这也是Super HAD CCD首次在如此超薄的卡片机中使用,为以后的发展奠定基础。而在当时,无论是IXUS系列、柯美的X系列、松下的FX系列、卡西欧EX-Z系列,都无法与之竞争。
二、富士超级CCD的发展历程
富士虽然没有索尼那么雄厚的CCD研发实力,其CCD的研发历程也没索尼长,但它的超级CCD却有着非常独特之处。
从2000年第一代SuperCCD开始,富士就一直孜孜不倦的开发自有的感光元件,而且始终是在感光元件的最底层结构上动脑筋。从最初的把马赛克式排列改成蜂巢式排列,到推出一大一小两个感光点的SR,再到如今的F200EXR、F75EXR、S205EXR(两个同色感光点排列在一起的SuperCCD EXR),富士已经开发了整整九代SuperCCD。而事实也证明富士的努力取得了很大的成功,EXR不管是在画质还是降噪方面都要比前作来的强大。
关于CCD:
CCD是一种半导体器件,能够把光学影像转化为数字信号。 CCD上植入的微小光敏物质称作像素(Pixel)。一块CCD上包含的像素数越多,其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样,但它是把图像像素转换成数字信号。CCD上有许多排列整齐的电容,能感应光线,并将影像转变成数字信号。经由外部电路的控制,每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。CCD广泛应用在数位摄影、天文学,尤其是光学遥测技术、光学与频谱望远镜,和高速摄影技术如Lucky imaging。CCD在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛,只不过摄像机中使用的是点阵CCD,即包括x、y两个方向用于摄取平面图像,而扫描仪中使用的是线性CCD,它只有x一个方向,y方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。
CCD的加工工艺有两种,一种是TTL工艺,一种是CMOS工艺,现在市场上所说的CCD和CMOS其实都是CCD,只不过是加工工艺不同,前者是毫安级的耗电量,二后者是微安级的耗电量。TTL工艺下的CCD成像质量要优于CMOS工艺下的CCD。CCD广泛用于工业,民用产品。
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