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1、为什么摄像机要选用 Sony CCD：索尼公司 CCD 技术发展史(2008-9-19 23:02)在全球光电产业中，数码相机产品正成为继光纤通讯、平面显示器等之后的又一热门产品，其产业规模持续高速增长，取代传统相机的速度不断加快，成为各大公司重点投资、扩产的产品，其核心部件，CCD 图像传感器更是成为业界关注的焦点，因为至今其技术仍然掌握在少数日商手中。CCD 产品问世已有 30 多年，从当时的 20 万像素发展到目前的 500600 万像素，无论其市场规模还是其应用面，都得到了巨大的发展，可以说是在平稳中逐步提高，特别是近几年年来，在消费领域中的应用发展速度更快。据统计，2001 年全球图
2、像传感器市场规模为 1,011.98 亿日圆，其中，CCD 为 818.57 亿日圆；在 CCD 应用产品中，以数码相机所占比重最高，占 44.6，摄录像机占 42.5，FA 产品、监视摄影机等其他产品占 12.9%。由于 CCD 的技术生产工艺复杂，目前业界只有索尼、飞利浦、柯达、松下、富士和夏普家厂商可以批量生产，而其中最主要的供商应是索尼，飞利浦和柯达，其中，在各厂商市占率方面，索尼以 50的市占率，成为市场领导厂商。索尼从 70 年代研发 CCD 以来，即将其广泛运用在摄录放影机及广播电视等专业用摄影机等器材上，目前索尼的研发仍在向更高画质的目标前进，并将尽力应用 CCD 于各类产品上
3、。 目前的 CCD 组件，每一个像素的面积和开发初期比较起来，己缩小到 1/10 英寸以下。今后在应用产品趋向小型化，高像素的要求下，单位面积将会更加的缩小。索尼则在努力研发在小型化的同时，利用各种新开发的技术，使其感光度不会因为单位面积缩小而受到影响，也同时要求其性能维持或向上提升。以下是索尼公司按年代划分而发展的 CCD 传感器简介：由于 CCD 的生产工艺复杂，因此至今为止，世界上只有索尼、富士、柯达、菲利蒲、松下和夏普家厂商可以批量生产，而其中最主要的供商是索尼。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 了，它从开始生产 CCD 至今累积计算，生产量已超
4、越了亿片以上，以 50的市场占有率成为 CCD 市场领导厂商。下面是索尼 CCD 技术发展简史。1969 年，美国的贝尔电话研究所发明了 CCD。它是一个将“光”的信息转换成“电”的信息的魔术师。当时的索尼公司开发团队中，有一个叫越智成之的年轻人对 CCD 非常感兴趣，开始了对 CCD 的研究。但是由于这项研究距离商品化还遥遥无期，所以越智成之只能默默地独自进行研究。1973 年，一个独具慧眼的经营者时任索尼公司副社长的岩间发现了越智的研究，非常兴奋地说道：“这才应该是由索尼半导体部门完成的课题！好，我们就培育这棵苗！”当时的越智仅仅实现了用 64 像素画了一个粗糙的“S”。然而，岩间撂了一句
5、让越智大惑不解的话：“用 CCD 造摄像机。我们的对手不是电器厂商，而是胶片厂商伊斯特曼柯达！”当时的索尼和柯达可以说是风马牛不相及，为什么对手会是柯达？时间过去了近 40 年后的今天，当索尼推出使用 800 万像素的 F828 数码相机步入市场的时候，谜底终于揭穿了，岩间说的是“要以超过柯达的胶卷照片的图像质量为目标搞 CCD 开发！”岩间是那种有远见的经营者，索尼开始引进晶体管时，站在第一线指挥的就是岩间，他亲自到美国考察，从美国不断地发回技术报告，靠着这些报告，索尼前身的东京通信工业生产出了晶体管，成长为世界一流的半导体厂家。当时，CCD 只是实验室里的东西，谁也没有想到它能成为商品。因
6、为按照当时的技术水平，人们普遍认为：运用大规模的集成电路技术、完美无缺地生产在一个集成块上具有 10 万元件以上的 CCD，几乎是不可能的。一般的企业在搞清这个情况以后就从研究中撤了下来。但岩间却不这么认为，他的结论是：“正因为机会谁都没有动手搞，我们才要搞！”这在当时是一种边沿的研究，温吞水的努力是难以奏效的。而且，这还是一项很费钱的研究，据说从开发阶段直到实现商品化，索尼花在 CCD 上的钱高达 200 亿日元。项目研究虽然只花了 30 亿日元，但因为 CCD 的加工制造需要大量专有技术，实现大量生产时的技术积累过程难度最大，所以这方面投下了 170 亿日元。因此，这个项目如果没有优秀的经
7、营者的支持根本办不到。岩间曾任索尼的美国分社长，回到日本索尼以后担任副社长兼索尼中央研究所的所长。据索尼开发团队带头人木原的回忆：“回国最初，岩间视察了中央研究所的全体，随着时间的过去，他的关心逐渐移到了 CCD 开发方面。大家注意到他一天之中有一半是在从事 CCD研究的越智成之身旁度过的。到了 1973 年 11 月，CCD 终于立了项，成立了以越智为中心的开发团队。”在全公司的支援下，开发团队克服重重困难，终于在 1978 年 3 月制造出了被人认为“不可能的”、在一片电路板上装有 11 万个元件的集成块。以后，又花了 2 年的岁月去提高图像质量，终于造出了世界上第一个 CCD 彩色摄像机
8、。在这个基础上再改进，首次实现了 CCD 摄像机的商品化。当时，CCD 的成品率非常低，每 100 个里面才有一个合格的，生产线全开工运转一周也只能生产一块。有人开玩笑说：这哪里是合格率，这简直就是发生率！索尼接到全日空 13 台 CCD 摄像机的订单，其中用的 CCD 集成块的生产足足花了一年。1980 年 1 月，升任社长的岩间又给了开发团队新的目标：“开发使用 CCD 技术的录像录音一体化的摄像机”。又是苦斗，经过了公布样品、统一规格、CCD 摄像机开发团队和普通摄像机开发团队的携手大奋战，1985 年终于诞生了第一部 8 毫米摄像机“CCD-V8”。从开始着手 CCD 的研究，直到生产
9、出第一台 8 毫米 CCD 摄像机，已经经历了 15 年的岁月了。从 CCD 开发到数码摄像机的商品化，仅仅是一个开端。真正实现与光学相机相匹敌的图像质量，还有很长的路要走。数码相机上最初使用的 CCD 虽然是将录像机专用品转用的，但是很快在数码相机专用 CCD 方面出现了“像素竞争”，静止画面用 CCD 质量迅速地提高了。以下是索尼公司进入 80 年代后，以年代为顺序，在 CCD 传感器技术方面的发展简介：HAD 感测器（80 年代初期）HAD （HOLE-ACCUMULATION DIODE）传感器是在 N 型基板，P 型，N+2 极体的表面上，加上正孔蓄积层，这是 SONY 独特的构造。
10、由于设计了这层正孔蓄积层，可以使感测器表面常有的暗电流问题获得解决。另外，在 N 型基板上设计电子可通过的垂直型隧道，使得开口率提高，换句换说，也提高了感度。在 80 年代初期，索尼将其领先使用在 INTERLINE 方式的可变速电子快门产品中，即使在拍摄移动快速的物体也可获得清晰的图像。ON-CHIP MICRO LENS（80 年代后期）80 年代后期，因为 CCD 中每一像素的缩小，将使得受光面积减少，感度也将变低。为改善这个问题，索尼在每一感光二极管前装上经特别制造的微小镜片，这种镜片可增大 CCD 的感光面积，因此，使用该微小镜片后，感光面积不再因为感测器的开口面积而决定，而是以该微
11、小镜片的表面积来决定。所以在规格上提高了开口率，也使感亮度因此大幅提升。SUPER HAD CCD（90 年代中期）进入 90 年代中期后，CCD 技术得到了迅猛发展，同时，CCD 的单位面积也越来越小，受 CCD 面积限制，索尼 1989 年开发的微小镜片技术已经无法再提升 CCD 的感亮度了，而如果将 CCD 组件内部放大器的放大倍率提升，将会使杂讯同时提高，成像质量就会受到较大的影响。为了解决这一问题，索尼将以前在 CCD 上使用的微小镜片的技术进行了改良，提升光利用率，开发将镜片的形状最优化技术，即索尼 SUPER HAD CCD 技术。这一技术的改进使索尼 CCD 在感觉性能方面得到
12、了进一步的提升。NEW STRUCTURE CCD（1998 年）在摄影机光学镜头的光圈 F 值不断的提升下，进入到摄影机内的斜光就越来越多，但更多的钭光并不能百分百地入射到 CCD 传感器上，从而使 CCD 的感光度受到限制。在 1998年时，索尼公司就注意到这一问题对成像质量所带来的负面效果，并进行了技术公关。为改善这个问题，他们将彩色滤光片和遮光膜之间再加上一层内部的镜片。加上这层镜片后可以改善内部的光路，使斜光也可以完全地被聚焦到 CCD 感光器上，而且同时将硅基板和电极间的绝缘层薄膜化，让会造成垂直 CCD 画面杂讯的讯号不会进入，使 SMEAR 特性改善。EXVIEW HAD CC
13、D（1999 年）比可视光波长更长的红外线光，会在半导体硅芯片内做光电变换。可是至当前为止，CCD无法将这些光电变换后的电荷，以有效的方法收集到感测器内。为此，索尼在 1999 年新开发的 “EXVIEW HAD CCD”技术就可以将以前未能有效利用的近红外线光，有效转换成为映像资料而用。使得可视光范围扩充到红外线，让感亮度能大幅提高。利用“EXVIEW HAD CCD”组件时，在黑暗的环境下也可得到高亮度的照片。而且之前在硅晶板深层中做的光电变换时，会漏出到垂直 CCD 部分的 SMEAR 成分，也可被收集到传感器内，所以影响画质的杂讯也会大幅降低。从开始生产 CCD 累积计算，索尼的生产量
14、已超越了 1 亿个以上。未来索尼公司将积极降低产品消耗电力，减少驱动电路复杂度，减少 IC PIN 脚数以及减轻电子产品对地球生态环境负担为目标，研发设计新型的 CCD 组件。在 CCD 的应用越来越多样化的趋势下，加强 CCD 的小型化及高像素化的基本特性，以提供更有魅力的高附加价值的产品来满足用户的要求。四色滤光技术（2003 年 7 月）2003 年 7 月 16 日，Sony 公司正式宣布将会在自己全新的消费级 CCD 产品上采用全新的四色滤光技术，现在，Sony 高达 800 万像素的 F828 数码相机产品就是采用了此类全新 CCD 设计生产的。我们知道，传统的感光无非红绿蓝 RG
15、B 三色，数码相机所应用的 CCD/CMOS 感光单元是采用彩色滤光片原理，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，相对 RGB 而言，全新的 E 被 Sony认为是一种亮蓝色标准，这里的 E 就是英文祖母绿单词 Emerald 的缩写（看上去应该算是青绿色）。Sony 认为全新的四色滤光技术将会更加接近于人眼自然色彩识别标准，从而能够达到更为真实的色彩还原标准，在 RGBE 技术发布的同时，Sony 也同期公布了一种全新的图像处理模块以配合全新的四色滤光 CCD 模块。配合全新的 RGBE 技术和全新的图像处理模块，新一代的 RGBE CCD 模块可以将数码相机在色彩还原上的错误降低至少一半，而数码相机在蓝绿、红色方面的还原生成效果也将同时得到加强。另外，全新的图像处理单元也会在能耗方面作相应的优化，相对从前配合 RGB 技术所采用的图像处理模块可以节省至少 30%的能耗，当然全新的图像处理单元更会有效提升数码相机的拍摄速度和回放速度，Sony 认为整个全新的 RGBE 模块设计将整体提升现有数码相机产品的性能表现。
