索尼與富士CCD技術(shù)發(fā)展歷程

一、索尼CCD技術(shù)發(fā)展歷程

由于CCD的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，因此至今為止，世界上只有索尼、富士、柯達、菲利蒲、松下和夏普６家廠商可以批量生產(chǎn)，而其中最主要的供商是索尼。索尼是一間最早從事CCD制造的廠商，從70年代就開始研發(fā)CCD了，它從開始生產(chǎn)CCD至今累積計算，生產(chǎn)量已超越了1億片以上，以50％的市場占有率成為CCD 市場領(lǐng)導(dǎo)廠商。下面是索尼CCD技術(shù)發(fā)展簡史。

1969年，美國的貝爾電話研究所發(fā)明了CCD。它是一個將“光”的信息轉(zhuǎn)換成“電”的信息的魔術(shù)師。當(dāng)時的索尼公司開發(fā)團隊中，有一個叫越智成之的年輕人對CCD非常感興趣，開始了對CCD的研究。但是由于這項研究距離商品化還遙遙無期，所以越智成之只能默默地獨自進行研究。1973年，一個獨具慧眼的經(jīng)營者——時任索尼公司副社長的巖間發(fā)現(xiàn)了越智的研究，非常興奮地說道：“這才應(yīng)該是由索尼半導(dǎo)體部門完成的課題！好，我們就培育這棵苗！”當(dāng)時的越智僅僅實現(xiàn)了用64像素畫了一個粗糙的“S”。然而，巖間撂了一句讓越智大惑不解的話：“用CCD造攝像機。我們的對手不是電器廠商，而是膠片廠商伊斯特曼·柯達！”當(dāng)時的索尼和柯達可以說是風(fēng)馬牛不相及，為什么對手會是柯達？時間過去了近40年后的今天，當(dāng)索尼推出使用800萬像素的F828數(shù)碼相機步入市場的時候，謎底終于揭穿了，巖間說的是“要以超過柯達的膠卷照片的圖像質(zhì)量為目標(biāo)搞CCD開發(fā)！”

巖間是那種有遠見的經(jīng)營者，索尼開始引進晶體管時，站在第一線指揮的就是巖間，他親自到美國考察，從美國不斷地發(fā)回技術(shù)報告，靠著這些報告，索尼前身的東京通信工業(yè)生產(chǎn)出了晶體管，成長為世界一流的半導(dǎo)體廠家。當(dāng)時，CCD只是實驗室里的東西，誰也沒有想到它能成為商品。因為按照當(dāng)時的技術(shù)水平，人們普遍認(rèn)為：運用大規(guī)模的集成電路技術(shù)、完美無缺地生產(chǎn)在一個集成塊上具有10萬元件以上的CCD，幾乎是不可能的。一般的企業(yè)在搞清這個情況以后就從研究中撤了下來。但巖間卻不這么認(rèn)為，他的結(jié)論是：“正因為機會誰都沒有動手搞，我們才要搞！”

這在當(dāng)時是一種邊沿的研究，溫吞水的努力是難以奏效的。而且，這還是一項很費錢的研究，據(jù)說從開發(fā)階段直到實現(xiàn)商品化，索尼花在CCD上的錢高達200億日元。項目研究雖然只花了30億日元，但因為CCD的加工制造需要大量專有技術(shù)，實現(xiàn)大量生產(chǎn)時的技術(shù)積累過程難度最大，所以這方面投下了170億日元。因此，這個項目如果沒有優(yōu)秀的經(jīng)營者的支持根本辦不到。巖間曾任索尼的美國分社長，回到日本索尼以后擔(dān)任副社長兼索尼中央研究所的所長。據(jù)索尼開發(fā)團隊帶頭人木原的回憶：“回國最初，巖間視察了中央研究所的全體，隨著時間的過去，他的關(guān)心逐漸移到了CCD開發(fā)方面。大家注意到他一天之中有一半是在從事CCD研究的越智成之身旁度過的。到了1973年11月，CCD終于立了項，成立了以越智為中心的開發(fā)團隊?！?BR>
在全公司的支援下，開發(fā)團隊克服重重困難，終于在1978年3月制造出了被人認(rèn)為“不可能的”、在一片電路板上裝有11萬個元件的集成塊。以后，又花了2年的歲月去提高圖像質(zhì)量，終于造出了世界上第一個CCD彩色攝像機。在這個基礎(chǔ)上再改進，首次實現(xiàn)了CCD攝像機的商品化。當(dāng)時，CCD的成品率非常低，每100個里面才有一個合格的，生產(chǎn)線全開工運轉(zhuǎn)一周也只能生產(chǎn)一塊。有人開玩笑說：這哪里是合格率，這簡直就是發(fā)生率！索尼接到全日空13臺CCD攝像機的訂單，其中用的CCD集成塊的生產(chǎn)足足花了一年。

1980年1月，升任社長的巖間又給了開發(fā)團隊新的目標(biāo)：“開發(fā)使用CCD技術(shù)的錄像錄音一體化的攝像機”。又是苦斗，經(jīng)過了公布樣品、統(tǒng)一規(guī)格、CCD攝像機開發(fā)團隊和普通攝像機開發(fā)團隊的攜手大奮戰(zhàn)，1985年終于誕生了第一部8毫米攝像機“CCD-V8”。從開始著手CCD的研究，直到生產(chǎn)出第一臺8毫米CCD攝像機，已經(jīng)經(jīng)歷了15年的歲月了。

從CCD開發(fā)到數(shù)碼攝像機的商品化，僅僅是一個開端。真正實現(xiàn)與光學(xué)相機相匹敵的圖像質(zhì)量，還有很長的路要走。數(shù)碼相機上最初使用的CCD雖然是將錄像機專用品轉(zhuǎn)用的，但是很快在數(shù)碼相機專用CCD方面出現(xiàn)了“像素競爭”，靜止畫面用CCD質(zhì)量迅速地提高了。

以下是索尼公司進入80年代后，以年代為順序，在CCD傳感器技術(shù)方面的發(fā)展簡介：

1、HAD感測器（80年代初期）

HAD （HOLE-ACCUMULATIONDIODE）傳感器是在N型基板，P型，N2極體的表面上，加上正孔蓄積層，這是SONY獨特的構(gòu)造。由于設(shè)計了這層正孔蓄積層，可以使感測器表面常有的暗電流問題獲得解決。另外，在N型基板上設(shè)計電子可通過的垂直型隧道，使得開口率提高，換句換說，也提高了感度。在80年代初期，索尼將其領(lǐng)先使用在INTERLINE方式的可變速電子快門產(chǎn)品中，即使在拍攝移動快速的物體也可獲得清晰的圖像。

2、ON-CHIP MICRO LENS（80年代后期）

80年代后期，因為CCD中每一像素的縮小，將使得受光面積減少，感度也將變低。為改善這個問題，索尼在每一感光二極管前裝上經(jīng)特別制造的微小鏡片，這種鏡片可增大CCD的感光面積，因此，使用該微小鏡片后，感光面積不再因為感測器的開口面積而決定，而是以該微小鏡片的表面積來決定。所以在規(guī)格上提高了開口率，也使感亮度因此大幅提升。

3、SUPER HAD CCD（90年代中期）

進入90年代中期后，CCD技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，同時，CCD的單位面積也越來越小，受CCD面積限制，索尼1989年開發(fā)的微小鏡片技術(shù)已經(jīng)無法再提升CCD的感亮度了，而如果將CCD組件內(nèi)部放大器的放大倍率提升，將會使雜訊同時提高，成像質(zhì)量就會受到較大的影響。為了解決這一問題，索尼將以前在CCD上使用的微小鏡片的技術(shù)進行了改良，提升光利用率，開發(fā)將鏡片的形狀最優(yōu)化技術(shù)，即索尼 SUPER HADCCD技術(shù)。這一技術(shù)的改進使索尼CCD在感覺性能方面得到了進一步的提升。

4、NEW STRUCTURE CCD（1998年）

在攝影機光學(xué)鏡頭的光圈F值不斷的提升下，進入到攝影機內(nèi)的斜光就越來越多，但更多的鈄光并不能百分百地入射到CCD傳感器上，從而使CCD的感光度受到限制。在1998年時，索尼公司就注意到這一問題對成像質(zhì)量所帶來的負面效果，并進行了技術(shù)公關(guān)。為改善這個問題，他們將彩色濾光片和遮光膜之間再加上一層內(nèi)部的鏡片。加上這層鏡片后可以改善內(nèi)部的光路，使斜光也可以完全地被聚焦到CCD感光器上，而且同時將硅基板和電極間的絕緣層薄膜化，讓會造成垂直CCD畫面雜訊的訊號不會進入，使SMEAR 特性改善。[!--empirenews.page--]

5、EXVIEW HAD CCD（1999年）

比可視光波長更長的紅外線光，會在半導(dǎo)體硅芯片內(nèi)做光電變換?？墒侵廉?dāng)前為止，CCD無法將這些光電變換后的電荷，以有效的方法收集到感測器內(nèi)。為此，索尼在1999年新開發(fā)的“EXVIEW HADCCD”技術(shù)就可以將以前未能有效利用的近紅外線光，有效轉(zhuǎn)換成為映像資料而用。使得可視光范圍擴充到紅外線，讓感亮度能大幅提高。利用“EXVIEWHADCCD”組件時，在黑暗的環(huán)境下也可得到高亮度的照片。而且之前在硅晶板深層中做的光電變換時，會漏出到垂直CCD部分的SMEAR成分，也可被收集到傳感器內(nèi)，所以影響畫質(zhì)的雜訊也會大幅降低。

從開始生產(chǎn)CCD累積計算，索尼的生產(chǎn)量已超越了1億個以上。未來索尼公司將積極降低產(chǎn)品消耗電力，減少驅(qū)動電路復(fù)雜度，減少ICPIN腳數(shù)以及減輕電子產(chǎn)品對地球生態(tài)環(huán)境負擔(dān)為目標(biāo)，研發(fā)設(shè)計新型的CCD組件。在CCD的應(yīng)用越來越多樣化的趨勢下，加強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價值的產(chǎn)品來滿足用戶的要求。

6、四色濾光技術(shù)（2003年7月）

2003年7月16日，Sony公司正式宣布將會在自己全新的消費級CCD產(chǎn)品上采用全新的四色濾光技術(shù)，現(xiàn)在，Sony高達800萬像素的F828數(shù)碼相機產(chǎn)品就是采用了此類全新CCD設(shè)計生產(chǎn)的。

我們知道，傳統(tǒng)的感光無非紅綠藍RGB三色，數(shù)碼相機所應(yīng)用的CCD/CMOS感光單元是采用彩色濾光片原理，每個像素各感應(yīng)不同的顏色，然后再將這些顏色重新組合成一個有效像素。而全新的四色濾光標(biāo)準(zhǔn)則被稱為RGBE，相對RGB而言，全新的E被Sony認(rèn)為是一種亮藍色標(biāo)準(zhǔn)，這里的E就是英文祖母綠單詞Emerald的縮寫（看上去應(yīng)該算是青綠色）。

Sony認(rèn)為全新的四色濾光技術(shù)將會更加接近于人眼自然色彩識別標(biāo)準(zhǔn)，從而能夠達到更為真實的色彩還原標(biāo)準(zhǔn)，在RGBE技術(shù)發(fā)布的同時，Sony也同期公布了一種全新的圖像處理模塊以配合全新的四色濾光CCD模塊。配合全新的RGBE技術(shù)和全新的圖像處理模塊，新一代的RGBECCD模塊可以將數(shù)碼相機在色彩還原上的錯誤降低至少一半，而數(shù)碼相機在藍綠、紅色方面的還原生成效果也將同時得到加強。另外，全新的圖像處理單元也會在能耗方面作相應(yīng)的優(yōu)化，相對從前配合RGB技術(shù)所采用的圖像處理模塊可以節(jié)省至少30%的能耗，當(dāng)然全新的圖像處理單元更會有效提升數(shù)碼相機的拍攝速度和回放速度，Sony認(rèn)為整個全新的RGBE模塊設(shè)計將整體提升現(xiàn)有數(shù)碼相機產(chǎn)品的性能表現(xiàn)。
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