從CCD到CMOS 單反感光元件技術(shù)的前行

　　在相機(jī)從膠片時代過渡到數(shù)碼時代的初期，CCD(電荷耦合)是感光元件的主流技術(shù)。說起CCD，甚至要追溯到20世紀(jì)初期偉大的物理學(xué)家愛因斯坦，他的光量子假說為CCD的誕生提供了理論支持。1969年，兩位科學(xué)家在貝爾實驗室發(fā)明了CCD，人們也很快認(rèn)識到了CCD在電子影像領(lǐng)域的價值所在。1973年，第一枚商用CCD面世，1975年可達(dá)發(fā)布了第一臺完成的CCD相機(jī)，分辨率100*100。

　　必須要提到的是，在20世紀(jì)七十年代，半導(dǎo)體領(lǐng)域的強(qiáng)者索尼積極的投入了CCD的商用化研發(fā)。終于在1978年，索尼制造出了12萬像素的CCD。1981年8月索尼發(fā)布了成熟的原型數(shù)碼相機(jī)MAVICA，正式這款采用了10*12mmCCD的相機(jī)標(biāo)志著相機(jī)開始進(jìn)入數(shù)碼時代。

　　1990年，第一臺數(shù)碼單反柯達(dá)DCS-100問世，這是采用類似數(shù)碼后背的改造方式，在傳統(tǒng)的膠片單反相機(jī)基礎(chǔ)上得到的。90年代初期，大量的30-40萬像素CCD被生產(chǎn)并應(yīng)用到數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)等影像產(chǎn)品上。1998年佳能也和柯達(dá)合作推出了D2000和D6000，采用了APS-C畫幅的CCD。

　　進(jìn)入了21世紀(jì)，CCD的價格逐步降低，進(jìn)入大眾消費(fèi)領(lǐng)域，經(jīng)歷了輝煌期。2011年第一臺全畫幅CCD的數(shù)碼單反相機(jī)Contax N DIGITAL面世。

　　但從2000年開始，CMOS開始向舞臺中央邁進(jìn)。CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物導(dǎo)體)很早之前就開始使用在計算機(jī)領(lǐng)域，CPU和內(nèi)存就是由CMOS組成的，1998年開始CMOS才開始使用在圖像傳感器領(lǐng)域。CMOS感光元件結(jié)構(gòu)簡單、耗電量低、成本低廉，但其在剛面世的時候，畫質(zhì)低噪點高，僅有極少數(shù)的廠商積極的嘗試。而佳能正是成功利用了這一機(jī)會，把握了領(lǐng)先優(yōu)勢，締造了今日的成功。目前大眾消費(fèi)單反數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)完全是CMOS的天下。

　　佳能的選擇和CMOS的全面進(jìn)攻

　　2000年，佳能發(fā)布了EOS D30，這款使用了325萬像素CMOS的單反數(shù)碼相機(jī)改變了大家印象中CMOS不堪一用的印象，此后佳能只發(fā)布采用自家CMOS傳感器的單反數(shù)碼相機(jī)產(chǎn)品。由于CCD的成本和技術(shù)門檻居高不下，CMOS在技術(shù)越來越成熟的同時也在成本方面征服了更多廠商和用戶。

　　尤其在大尺寸感光元件領(lǐng)域，CMOS直接幫助單反數(shù)碼相機(jī)展開了平民化的進(jìn)程。應(yīng)該說CCD從單反數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域的退敗，并不是因為其存在技術(shù)劣勢，而是由于不能滿足于成本和盈利的平衡。目前如徠卡全畫幅旁軸數(shù)碼相機(jī)M9也還在使用柯達(dá)公司出品的CCD，哈蘇的中畫幅單反也多使用CCD，但其售價就不是一般大眾消費(fèi)者能夠承受的了。

　　佳能的CMOS在發(fā)展初期也曾出現(xiàn)過噪點較多被人聲討的情況，其不顧C(jī)CD主流技術(shù)堅持投入巨資發(fā)展自己的CMOS技術(shù)也曾令人質(zhì)疑。但目前佳能的CMOS制造加上其在降噪等領(lǐng)域的獨特核心技術(shù)，其CMOS與CCD的畫質(zhì)差別已經(jīng)不再令用戶不滿。而且憑借CMOS的低成本佳能推出了EOS 300D等一系列平民化的廉價單反，大幅推進(jìn)了單反數(shù)碼相機(jī)的普及，佳能也由此獲得了高額的利潤。應(yīng)該說，佳能是CMOS時代的大贏家。

　　尼康的選擇

　　作為膠片時代的王者，尼康對于佳能在數(shù)碼時代的稱王恐怕是始料未及確又無可奈何的。首先來看尼康和佳能的業(yè)務(wù)構(gòu)成區(qū)別。根據(jù)09年的財報數(shù)字，在佳能的業(yè)務(wù)構(gòu)成中，50%為辦公設(shè)備，數(shù)碼相機(jī)和掃描儀占39%、醫(yī)療設(shè)備及其他占到11%，佳能的業(yè)務(wù)全部集中在電子影像領(lǐng)域。而尼康則顯得更為專注，尼康的業(yè)務(wù)中數(shù)碼相機(jī)的份額達(dá)到了68%，25%來自于大型精密掃描設(shè)備，7%來自精密儀器，尼康始終是一個光學(xué)企業(yè)，在電子影像方面的技術(shù)和專利儲備確實遜于佳能。

　　并且兩品牌的規(guī)模差距巨大，2009年佳能公司的收入達(dá)到349億美元，尼康則僅為90億美元。佳能在21世紀(jì)初花費(fèi)巨額資金獲得了屬于自己的CMOS研發(fā)中心和生產(chǎn)線，而對于總資產(chǎn)僅僅是佳能1/5的尼康而言，并沒有那么多的資金進(jìn)行CMOS層面的競逐。

　　當(dāng)然尼康并非全部依靠索尼來提供圖像傳感器，而是參與了當(dāng)中的多個核心部分，如D3等頂級產(chǎn)品的CMOS更是由尼康自己開發(fā)交由索尼生產(chǎn)的。另外，電子處理技術(shù)的發(fā)展使得成像質(zhì)量不僅僅依賴于傳感器，也依賴于處理器等環(huán)節(jié)對信號的處理。因此尼康更加專注的收縮產(chǎn)品線，將全部力量放到更擅長的相機(jī)研發(fā)上，將CMOS生產(chǎn)層面的工作外包。

　　就近兩年的情況來看，尼康盡管發(fā)展的緩慢，但發(fā)展態(tài)勢還是較為良好的。截止2011年3月31日的2010財年中，尼康年度運(yùn)營利潤為6.69億美元，年營收同比增長了13%，凈利潤為3.39億美元，扭轉(zhuǎn)了上一年度的虧損局面。

　　索尼的選擇

　　索尼在感光元件領(lǐng)域擁有悠久的歷史。索尼自20世紀(jì)70年代開始研發(fā)CCD，市場占有率過半，是當(dāng)之無愧的CCD時代霸主。

　　注：紅色箭頭為CCD時代重要里程碑，綠色箭頭為CMOS時代重要里程碑?？牲c擊見大圖。

　　但到了二十一世紀(jì)，佳能在CMOS領(lǐng)域的探索帶動著越來越多的廠商開始研發(fā)CMOS傳感器，索尼也不例外。在2004年末宣布將進(jìn)軍CMOS領(lǐng)域，將計劃投入500億日元建立新的CMOS生產(chǎn)基地。在2007-2009年索尼也投入了600億日元到熊本科技中心，來加強(qiáng)CMOS的生產(chǎn)能力。2010年末，索尼更是斥資近530億日元從東芝手中購回了2008年出售給東芝的長崎半導(dǎo)體制造工廠，目的是利用新設(shè)備增產(chǎn)用于相機(jī)和手機(jī)的CMOS芯片。索尼更計劃到2012年3月將圖像傳感器的產(chǎn)能翻番。

　　從一次又一次的擴(kuò)大產(chǎn)能中我們可以看到索尼在CMOS領(lǐng)域的信心和實力，但是能夠占領(lǐng)CMOS市場的高地不代表能夠在單反數(shù)碼相機(jī)市場大獲全勝。而事實上通過收購美能達(dá)而涉足單反數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域的索尼并沒有收獲如期望的市場份額，但是在傳統(tǒng)單反數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域的失利并不會對消費(fèi)電子航母索尼造成嚴(yán)重的打擊，何況其生產(chǎn)的CMOS還擁有尼康以及其他一大批相機(jī)、手機(jī)廠商客戶。

　　如今在可換鏡頭領(lǐng)域索尼逐步到轉(zhuǎn)型半透明反光鏡單電數(shù)碼相機(jī)和微單相機(jī)，領(lǐng)先的CMOS技術(shù)也是推動力之一?？梢灶A(yù)見到的是索尼仍將繼續(xù)在感光元件的領(lǐng)域不懈努力。

　　賓得的選擇

　　最后我們來看下目前大眾單反數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域四大品牌之一的賓得。賓得的命運(yùn)有些類似于尼康，在膠片時代同樣擁有過輝煌的過往，但到了數(shù)碼時代，賓得的命運(yùn)著實是風(fēng)雨飄搖。數(shù)度易主的經(jīng)歷和更小的整體規(guī)模也注定了賓得沒有自己的感光元件生產(chǎn)線。并且不同于尼康和索尼之間堅固的合作關(guān)系，賓得的CMOS來自于多個廠商。如其中端APS-C畫幅相機(jī)K-7、K20D的CMOS來自三星，高端APS-C機(jī)型K-5和入門級產(chǎn)品K-x和K-r的CMOS都來自索尼，中畫幅機(jī)型使用的則是柯達(dá)的CCD。

　　如果說尼康在感光元件領(lǐng)域還是掌握了一定的核心技術(shù)的話，賓得則顯得更為弱勢一些。作為一個規(guī)模比較小的品牌，賓得在感光元件上的被動已經(jīng)成為了制約其發(fā)展的主要因素之一。2011年7月，換了新東家理光之后賓得迅速的推出了單電數(shù)碼相機(jī)賓得Q，賓得還能在傳統(tǒng)單反數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域走多遠(yuǎn)，現(xiàn)在還是個未知數(shù)。

　　結(jié)語：

　　CMOS被稱為數(shù)碼相機(jī)的視網(wǎng)膜，在單反數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域CMOS的技術(shù)更是在很大程度上決定著產(chǎn)品的優(yōu)劣。不過從目前的CMOS產(chǎn)業(yè)格局來看，并不是擁有了先進(jìn)的CMOS生產(chǎn)技術(shù)就擁有了通往單反數(shù)碼相機(jī)成功之路的鑰匙，還有更多其他的因素一同決定著這一極高專業(yè)門檻市場的競爭。CMOS絕不是影像傳感器的終點，只有能夠走在影像技術(shù)變革前沿，更好的適應(yīng)技術(shù)發(fā)展并推出合適產(chǎn)品的品牌，才能立于不敗之地。