常见问题

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CCD摄像机发展史
时间: 2019-11-06 10:49 浏览次数:
在全球光电产业中,数码相机和照相手机产品 正成为又一热门产品,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
        在全球光电产业中,数码相机和照相手机产品 正成为又一热门产品,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本厂商手中。CCD 产品问世已有40多年,从当时的20万像素发展到目前的1000万以上像素, 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,在消费领域中的应用发展速度更快。据统计,在CCD 应用产品中,以数码相机所占比重最高,占45%,摄像机占43%,闭路监视 摄影机等其他产品占13%。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6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,在各厂商市场占有率方面,索尼以50%的市场占有率成为市场领导厂商。
       目前的CCD组件,每一个像素的面积和开发初期比较起来,已缩小到 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 会更加缩小。索尼则在努力研发小型化的同时,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。
       1) 索尼公司按年代划分而发展的CCD传感器简介。
       • 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,而是肢片厂商伊斯特曼•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“要以超过柯达的肢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10万个元件以上的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,温呑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200亿曰元。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1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1丨万个元件的集成块”。 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。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!索尼接到全曰空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8mm摄像机“CCD-V8”。从开始着手CCD的研究,直到 生产出第一台8mm CCD摄像机,足足经历了15年的岁月。
       •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。
       2) 索尼公司进人20世纪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 (20世纪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。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, 换句话说,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 (2〇世纪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 (20世纪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,将会使噪声同时提高,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,但更多的斜光并不能百分百地人射到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,并进行了技术攻关。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 信的信号不会进入,使SMEAR特性改善。
        EX VIEW MAD CCD
       (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“EXVIEWHADCCD”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,所以影响画质的噪声也会大幅降低。
        目前应用最广泛的是 Super HAD CCD 和 EXVIEW HAD CCD,Super HAD CCD用于普通摄像机,EXVIEW HAD CCD用于低照度摄像机、日夜转换摄像机和红外摄像机。

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