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感光元件尺寸

发布时间:2012-10-30

感光元件尺寸
        感光元件主要有两种:CCD(电荷耦合)、CMOS(互补金属氧化物导体)。作为手机新型的拍摄功能,内置的数码相机功能与平时所见到的低端的(10万--130万像素)数码相机相同。大多数手机中数码相机的感光元件基本上都是CMOS的。
 
对于相同有效像素的感光元件,一般其尺寸越大,每个像素的单位面积也越大,感光性能就越好,就能记录更多的图像细节。感光元件的尺寸有两种标示方法,即光学格式(OFOptical Format)和尺寸类型。

光学格式
光学格式一般用感光元件的对角线长度比例来表示,即OF=对角线长度/1英寸=对角线长度/16mm。需要注意的是,这里的1英寸并不等于通常的25.4mm,而是16mm,即感光元件为12.8mm×9.6mm时,它是1英寸感光元件。这种标示方法多用于长宽比为43的袖珍数码相机和消费级数码相机上,感光元件尺寸从1/5英寸到2/3英寸不等。
尺寸类型
数码单反相机的感光元件长宽比多为3∶2,其尺寸标示方法有所不同,一般用感光元件尺寸类型标示。主要分为全画幅Full Frame(接近或等于135画幅,如佳能1Ds系列、5D Mark II的36.0mm×24.0mm,尼康D3、D700的36.0mm×23.9mm,尼康D3x、索尼α900的35.9mm×24mm,佳能5D的35.8mm×23.9mm等)、APS-H尺寸(佳能1D 系列的28.1mm×18.7mm,镜头焦距转换系数为1.3)、APS-C尺寸(如23.6mm×15.8mm、22.2mm×14.8mm、20.7mm×13.8mm等,镜头焦距转换系数分别为1.5、1.6和1.7)。奥林巴斯、松下数码单反相机所用的感光元件尺寸为17.3mm×13.0mm,长宽比为4∶3,镜头焦距转换系数为2.0。从相机的结构上分类,有两种系统,分别称为4/3系统和微型4/3系统。  
1996年由尼康、佳能、美能达、富士、柯达五大公司联合开发的APS系统(Advanced Photo System,即先进照片系统)问世。APS系统在原135胶片系统的基础上进行了较大改进,包括相机、感光材料、冲印设备、配套产品等全面创新,大幅度缩小胶片尺寸,使用新的智能暗盒设计,融入数字技术,成为能记录拍摄数据、辅助信息的智能型胶片系统。APS系统是对传统摄影体系的一次重大变革,本应有较好的发展前景。遗憾的是它生不逢时,由于数码相机的问世与迅猛发展,APS系统很快被淘汰。 APS系统共有三种底片画幅可供选择,即:APS-H、APS-C和APS-P。APS-H为30.2mm×16.7mm,是APS胶卷可摄取的最大画幅;APS-C是左右各挡去一部分,为25.5mm×16.7mm,长宽比接近135画幅的3:2;APS-P是上下各挡去一部分,为30.2mm×9.5mm,属于超宽银幕画幅。数码单反相机的感光元件尺寸标示方法借用了APS标准,把感光元件尺寸接近APS-C尺寸的20.7mm×13.8mm(适马用)、22.2mm×14.8mm、22.3mm×14.9mm(上两种尺寸佳能用)、23.0mm×15.5mm(富士用)、23.4mm×15.6mm(宾得K20D)、23.5mm×15.6mm(索尼α700)、23.5mm×15.7mm(索尼α350、宾得K200D、K10D、K-m)、23.6mm×15.8mm(尼康用,称为DX格式,以及索尼α300、α200)等都称为APS-C画幅,而佳能EOS-1D系列所用的28.1mm×18.7mm称为APS-H画幅。

工作原理

电荷藕合器件图像传感器CCDCharge Coupled Device),它使用一种高感光度的半导体材料制成,能把光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存,因而可以轻而易举地把数据传输给计算机,并借助于计算机的处理手段,根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成,通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时,每个感光单位会将电荷反映在组件上,所有的感光单位所产生的信号加在一起,就构成了一幅完整的画面。

CCD和传统底片相比,CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过,人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞,分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展,大致的形状和运作方式都已经定型。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产CCD 的公司分别为:SONYPhilpsKodakMatsushitaFujifilmSharp,大半是日本厂商。

        互补性氧化金属半导体CMOSComplementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带电)和 P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而,CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时,由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。

感光元件是数码相机的核心,也是最关键的技术。数码相机的发展道路,可以说就是感光元件的发展道路。数码相机的核心成像部件有两种:一种是广泛使用的CCD(电荷藕合)元件;另一种是CMOS(互补金属氧化物导体)器件。与传统相机相比,传统相机使用胶卷作为其记录信息的载体,而数码相机的胶卷就是其成像感光元件,感光元件就是数码相机的不用更换的胶卷而且是与相机一体,所以称为是数码相机的心脏很确切。





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