當前位置:律師網大全 - 專利申請 - 電荷藕合器件的CCD技術的發展

電荷藕合器件的CCD技術的發展

隨著用戶的要求不斷提高,傳統的CCD技術已經沒有辦法滿足現在使用者對數字影像的需求。為了迎合用戶需求,占領市場,近幾年壹些廠商又推出了幾種新的CCD技術:

(1)與INTERLINE TRANSFER CCD

典型的消費級的數碼相機,用的壹般都是INTERLINE TRANSFER CCD。它的結構如下圖。把壹塊半導體上集成制造出感光器件:光電二極管,和壹些電路。每個單元呈整齊的矩陣式排列,多少行多少列。行數乘以列數就是這個CCD的象素數量。每個象素單元中(左下角的小圖),有大約30%的面積用來制造光電二極管(紅色部分)。在剩余的可用面積中,會放置壹個SHIFT REGISTER(紫色部分,轉移寄存器)。在接受壹個指令後,光電二極管感受到的光強,會被放置在這個SHIFT REGISTER中並保持住。這是壹個模似量。

下壹步,就是把這每壹個象素中的光強值,變成數字量,再由相機中的處理器組合成壹幅數字圖像。首先並行時鐘啟動第壹行;串行時鐘依次啟動第1、2、3……列。這樣第壹行中和每個像素都被按順序送出CCD,進入A/D CONVERTER(模擬/數字轉換器,這種器件專門用來把模擬量轉換成數字量)。然後並行時鐘啟動第二行;串行時鐘依次啟動第1、2、3……列。這樣第壹行中和每個像素都被按順序送出CCD,進入A/D CONVERTER。這樣依次下去,每壹行每壹列的像素都被有序的轉換成數字信號。相機的處理器再把這些數字化的象素組合成壹幅數字圖像。

每壹個像素單元中的SHIFT REGISTER整齊的排成壹列列的,把真正起感光作用的光電二極管夾在中間。所以這種器件被叫作:INTERLINE TRANSFER CCD。由於每個象素單元中,真正用於感光的面積只占30%左右,那麽它的感光效率就比較低。所以在真正的成品中,會在每個象素單元的上面,再造壹個MICROLENSES(微鏡),在圖的左下角就是MICROLENSES的示意圖。光學鏡片在光電二極管的正上方,面積造得比較大,這樣就能把更多的入射光集中到光電二極管上,使等效的感光面積達到象素面積的70%左右。

由於有SHIFT REGISTER的存在,INTERLINE TRANSFER CCD就不需要機械快門。用電信號指示SHIFT REGISTER把光電二極管的輸出信號保持住,就已經完成了采樣過程。這就是電子快門。SHIFT REGISTER的存在,也使INTERLINE TRANSFER CCD可以輸出視頻信號。我們在彩色液晶取景器上能夠看到活動的影像,也是SHIFT REGISTER的功勞。

KODAK專業產品中采用的CCD,是FULL FRAME TRANSFER。在每個像素單元中,有70%的面積用來制造光電二極管。整個像素的框內幾乎全是感光面積。不需要也沒辦法放置更大面積的MICROLENSES來提高它的采光量。它的讀出順序和INTERLINE TRANSFER CCD是壹樣的。這種結構的好處是,可以得到盡量大的光電二極管,達到更好的成像質量。可以說,同樣的CCD面積,FULL FRAME肯定會有更好的性能。缺點:這種CCD不能輸入VIDEO圖像。不能用液晶顯示屏做取景器。必須以機械快門配合工作。並且機械快門限制它的最高快門速度。

NIKON D100采用的是全幀(FULL FRAME TRANSFER)CCD,與中間列傳輸(INTERLINE TRANSFER)CCD相比較,全幀傳輸CCD在感光器件中的每個光電二極管的有效像素的面積更大,從而可以捕捉到更多的影像數據。壹般而言,全幀傳輸CCD能夠捕捉到的有效影像數據大約是中間列傳輸CCD的兩倍,從而具有更大的動態範圍、更低的噪聲和較高的灰級靈敏度等優點,從而改善了暗部和高光部分的細節表現。

(2)SUPER CCD

從上述的文章中我們可以了解,CCD的感光點排列是影響CCD感光範圍和動態能力的關鍵。早期的CCD都是井然有序的“耕田”狀。當CCD技術到了日本富士手中,工程師開始省思CCD壹定要這樣排列嗎?為了兼具INTERLINE TRANSFER CCD的低成本設計,又要能兼顧FULL FRAME CCD的大感光面積,富士提出了壹個跌破專家眼鏡的折衷方案SUPER CCD。SUPER CCD是目前市面上唯壹使用蜂巢式結構的CCD,其藉助八邊形幾何構造和間斷排列,以INTERLINE TRANSFER CCD的方式為基本,爭取最大限度的CCD有效面積利用率。但,早先的技術讓通道過於擁擠,產生了不良的噪聲,時至今日SUPER CCD已經發展進入第三代,幾乎所有不良的缺點都已經改進。

2002年初,富士發布第三代Super CCD。2003年初,富士發布第四代Super CCD。(見下圖)。新壹代的SuperCCD有 Super CCD HR和 SR 兩種規格。Super CCD HR(High Resolution)強調富士專利科技在固定面積大小的CCD 芯片上分辨率再提高。HR 技術能在1/1.7英吋的CCD上制造出663萬畫素的感光元素,搭配新壹代的 HR 感光器的數字相機將可以輸出 1230萬紀錄畫素的照片(如同舊款300萬畫素 SuperCCD可以輸出 600萬畫素的效果壹樣),這款 HR CCD 的輸出效果將可媲美 Fujifilm 現役旗艦級 S2PRO 的畫質效果。

另壹款 Super CCD SR 則是全新CCD結構,如同 HR壹樣,應用了新微細化技術的 CCD SR,可以在1/1.7英吋的CCD上做出 670萬畫素的元素(HR為 663萬)。所不同的是 SR 強調更高的動態範圍( Dynamic Range),號稱可達過去產品的4倍以上。造成這項差異的主要關鍵,在於 CCD SR 采用了有別以往的新型結構:SR整合了負責感光度高的S畫素(見圖:面積較大)以及能對壹般動態範圍以外作用的R畫素(面積較小)。通過對這兩種不同畫素的運算整合,SuperCCD SR 將獲得比以往單壹感光結構之CCD更高的感光度和更寬的動態範圍。 過去,單壹架構的感光原件,對動態範圍以外,也就是高光 亮部分和暗色部分。因為,無法調整靈敏度去適應(必須兼顧中間範圍的顯示品質),忍痛損失這部分的細節。而傳統底片則可以藉由塗布較細的感色感光粒子來克服這樣的困擾,所以當數字影像與傳統影像相比時,動態範圍往往是傳統勝出的關鍵。富士的新技術顯然克服了當原件更密集時所產生的噪聲幹擾,SR 的技術是利用 335萬S畫素和335萬R畫素整合為 670萬的表現,這種分工合作的方式,目前在業界還是首例。

2002年2月,美國Foveon公司發布多層感色CCD技術。在Foveon公司發表X3技術之前,壹般CCD的結構是類似以蜂窩狀的濾色版(見下圖),下面墊上感光器,藉以判定入射的光線是RGB三原色的哪壹種。

然而,蜂窩技術(美國又稱為馬賽克技術)的缺點在於:分辨率無法提高,辯色能力差以及制作成本高昂。也因此,這些年來高階CCD的生產壹直被日本所壟斷。新的X3技術讓電子科技成功的模仿“真實底片”的感色原理(見下圖),依光線的吸收波長逐層感色,對應蜂窩技術壹個像素只能感應壹個顏色的缺點,X3的同樣壹個像素可以感應3種不同的顏色,大大提高了影像的品質與色彩表現。

X3還有壹項特性,那就是支持更強悍的CCD運算技術VPS(Variable Pixel Aize)。透過“群組像素”的搭配(見下圖)。X3可以達到超高ISO值(必須消減分辨率),高速VGA動畫錄像。比Super CCD更強悍的在於X3每壹個像素都可以感應三個色彩值,就理論上來說X3的動畫拍攝在相同速度條件下,可能比SuperCCD III還來得更精致。 這項發明的特點在於傳統的數字照相機主要使用3原色過濾矩陣,對每壹個光點(或稱畫素 PIXEL)產生 3種不同顏色的強度:紅色的(R),綠色(G)和藍(B)顏色數據,再將這些數據與彩色電視或監視器整合發色,形成我們所看到的影像。然而,根據實驗指出人類視覺系統對綠色的敏感度要高於其它紅色和藍色,這也使傳統的CCD矩陣對顏色的配比采取了紅、藍25%,綠色50%的現象。可是對顏色差別仍無法在這樣的配比中得到修正,起因則是人類的視覺比較接近模擬效果,而非切割成數字階層。為了讓風景的顏色更加逼真,SONY 這項技術有效的將深綠、淺綠分別導引取樣!對綠色的忠實再生有莫大的助益。

  • 上一篇:地毯清洗機的清洗方法
  • 下一篇:頂固衣櫃質量好嗎頂固衣櫃和索菲亞衣櫃哪個好
  • copyright 2024律師網大全