Főoldal arrow Cikkek arrow Egyéb cikkek arrow Nobel-díj a CCD megalkotásáért
Nobel-díj a CCD megalkotásáért
Írta: Nagy Sándor (nasa@http.hu)   
2009. október 19.

Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/File:CCD.jpg
Ultraibolya fényre érzékeny CCD

 

A 2009. évi fizikai Nobel-díjat három fizikus kapta, megosztva. Közülük ketten, Willard  Boyle és George E. Smith,  a CCD megalkotásáért. Ez a kiemelkedő szakmai elismerés alakalmat ad arra, hogy felidézzük a digitális fényképezőgépek nélkülözhetetlen alapeleme, az elektronikus képérzékelő első (és a mai napig széleskörű használatban levő) típusa, és a digitális fényképezőgépek kialakulásának korai történetét.

 

 

A digitális fényképezőgépek meghatározó alapeleme az elektronikus képérzékelő, tehát ennek megalkotása volt

Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/File:CCD_charge_transfer_animation.gif
Töltésléptetés a CCD-ben (animáció)
a digitális fényképezés kialakulásának előfeltétele. Több fajtája van, a legkorábban kialakult, ma is talán legelterjedtebb a CCD (Charge-Coupled Device, töltéscsatolt eszköz) – bár a CMOS használata egyre szélesebb körben terjed. Maga a név egy sokkal általánosabb elektronikus alkatrészt jelöl, mint a képérzékelő: olyan analóg shift regisztert, amely órajel vezérléssel az analóg jelet (töltést) egymást követő kondenzátorokon tolja el. (A képen G kapu-elektródok által keltett potenciálgödörben láthatók a kék színű elektronok. A G elektródok potenciálját a megfelelő sorrendben változtatva elérhető a töltés-csomagok továbbítása - ezt szemlélteti az animáció.) A képérzékelő esetében annak működése egyik fázisára utal a név: az egymás melletti fotoelektromos fényérzékelőkből (fotodiódákból) álló rendszer párhuzamos analóg jeleinek sorossá alakítására szolgáló megoldás. Tulajdonképpen hibás szóhasználat a képérzékelő megnevezéseként használni (pláne bármilyen elven működő képérzékelőre).

A képérzékelő megalkotása több mint egy évtizedig tartó folyamat volt, vezető elektronikai világcégek kutatói alapvető eredményekkel járultak hozzá. De az első ötlet, az első lépés megtétele vitathatatlanul Willard Sterling Boyle és George Elwood Smith érdeme. 1969-ben, az AT& Bell Laboratórium kutatóiként, összekapcsolták a videotelefonakkal és félvezető buborék memóriákkal kapcsolatos fejlesztéseket, létrehozták a félvezető felülete mentén töltés továbbítására képes eszközt (Charge „Bubble” Device). Ez csak memória volt, a fényt nem érzékelte, a töltést más úton kellet bejuttatni. 1970-ben már fotoeffektus elvén működő, egydimenziós, vonalszerű képérzékelőt készítettek.

A hírre több félvezető technikával foglalkozó világcég (Fairchild, RCA, Texas Instruments) bekapcsolódott a CCD fejlesztésbe. Az ötlet megszületésétől számítva mindössze öt év kellett ahhoz, hogy a Fairchild cég 1974-ben kereskedelmi forgalomba hozza, az első (500 elemű lineáris és 100x100pixeles kétdimenziós) CCD-ket.

A CCD-t felhasználó, képrögzítő eszközöket gyártó iparág részéről a tekercsfilm bevezetője, a fényképezésnek tömegek által, egyszerűen használhatóvá tételében is úttörő szerepet játszó Eastman Kodak cég tette meg az első lépést. an1975-ben, megbízta Steven J. Sassont (25 éves, kezdő villamosmérnök) annak vizsgálatával, lehetséges-e fényképezőgépet készíteni elektronikus alkatrészekkel, CCD képérzékelővel gyűjtött optikai információ felhasználásával? Sasson 3,6 kg-os prototípust rakott össze 1975 decemberre Kodak filmfelvevő objektívből, Fairchild CCD-ből, Motorola ADC-ből (analóg-digitális átalakító). A 100x100 pixeles fekete-fehér kép készítése 23 másodpercig tartott, ugyanennyi ideig a kép kiolvasása és megjelenítése TV-n. Sasson és főnöke, Gareth. A Lloyd 1978-ban kapott szabadalmat digigépükre (US Patent 4,131,919). Sasson (és a világ) első digitális fényképezőgépének képe megtekinthető itt.

Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Bayer_pattern_on_sensor.svg
A képérzékelő pixelei előtti Bayer szűrő sematikus ábrázolása
A következő jelentős fejlesztés szintén a Kodak cég érdeme: A cég kutatója, Bryce Bayer 1976-ban  alkalmassá tette a színekre érzéketlen CCD-t színes felvételek készítésére. Ehhez az egyes pixelek elé helyezett színes szűrőket (color filter array – CFA) alkalmazott, feltalálta a Bayer maszkot (vagy Bayer elrendezést – Bayer Pattern).

A másik cég, amelyik idejekorán felismerte a CCD-ben rejlő lehetőségeket, az elektronikai óriás, a Sony: nagyszabású fejlesztési programot indított, Kazuo Iwama vezetésével. Halála (1982) után kezdte el a cég CCD érzékelővel  működő, nagy sorozatban gyártott kamkorderek forgalmazását (Iwama sírkövére CCD chipet helyeztek). Álló képeket készítő fényképezőgépbe építésével is próbálkoztak: 1981-ben megjelent Sony Mavica prototípusa. Ez nem digitális gép, hanem egy 10x12 mm-es CCD érzékelőből kiolvasott, analóg TV-n megjeleníthető képet floppylemezen rögzítő SLR (később ugyanezen a néven, ugyancsak floppys digitális fényképezőgépeket is forgalmaztak).

1986-ban a Kodak kutatói elkészítik az első, 1,4 MP felbontású érzékelőt, amely már levelezőlap méretű nyomatok készítésére alkalmas kép digitális rögzítésére alkalmas.

1988-ban megszületett a JPEG szabvány digitális képek tömörített tárolására (ez is nélkülözhetetlen volt az elfogadható árú digitális fényképezőgépek konstruálásához, hiszen akkoriban a képeket eltároló memória még meglehetősen drága volt).

Kereskedelmi forgalomba 1991-ben került az első digitális fényképezőgép, USA-Japán kooperáció eredményeként: Kodak Digital Camera System DCS-100 néven, Nikon F3 SLR vázba épített 1,3 MP (1280x1024) felbontású CCD-vel. A manuális módban használható Nikkor objektívek látószöge az érzékelő mérete miatt kisebb, effektív fókusztávolsága 2x nagyobb, mint a kisfilmes géppel használva (a később megszületett FourThird, és az újabb Mikro NégyHarmad szabvánnyal megegyező érzékelő-méret). Ára 20-30.000 USD. A képeket kábelen, külső tárolóra kellett menteni. Újabb változata, a Kodak DSC-200 már beépített memóriát tartalmazott.

Egy másik, gyümölcsöző együttműködés kezdete:1995-ben a  Nikon és a Fuji Foto Film Co. LTD bejelentette közös fejlesztése eredményét, az E2/E2S digitális fényképezőgépet. Az eredményes együttműködés a mai napig tart, a FinePix Sx Pro dSLR család ennek eredménye, első képviselője 2000. januárban került forgalomba (Nikon váz, Nikon F objektív foglalat, Fuji SuperCCD érzékelő).

A mai digitális fényképezőgépek két másik karakterisztikus elemének megjelenése:1995-ben Casio WQV-10, az első, hátoldalán folyadékkristály monitorral rendelkező kompakt gép és 1996-ban Kodak DC-25, az első (Compact Flash) memória-kártyával működő kompakt gép.

Végezetül még egy mérföldkő, a felső kategória, a cserélhető objektíves dSLR-ek terén: 1999-ben jelent meg a  Nikon D1, az első, teljesen egy jelentős cég tervezésében megvalósult (és már szélesebb körben elfogadhatónak mondott, 5000 dollár árú) dSLR, 2,7 Mpixeles érzékelővel.

Visszakanyarodva a friss Nobel-díjas kutatókhoz: Boyle és Smith 2006-ban az amerikai Nemzeti Mérnöki Akadémia Charles Stark Draper díját kapta CCD-vel kapcsolatos fejlesztési munkásságukért.

Hozzászólások
HozzáadásKeresés
Hozzászólást csupán a bejegyzett felhasználó tehet hozzá!
 
Következő >
Advertisement
Advertisement
Advertisement