超級電荷耦合器 (Super CCD)

文：鄺大衡
特別鳴謝：攝影世界

像質素除取決於數碼相機的鏡頭外，其次的便是 CCD 了，CCD可算是數碼相機的靈魂。富士最新推出的數碼相機型號，計有 FinePix F601 、 FinePix S602 和 FinePix S2 Pro等，它們都採用了第三代 Super CCD 。到底新一代 Super CCD 如何提高影像質素呢？細看下文便自有分曉。

據該公司電子影像部要員永島先生稱，今次第三世代的 Super CCD 元件，比起舊有的大幅改良。它不單只是一面 CCD 元件，而且包括了訊號處理器在內，是技術層面上新的里程碑；並稱之為「 Super CCD Honeycomb 」。

第一代的 CCD 元件在基本構造方面打下了基礎，這世代的主要型號有 1/1.7 型配 240 萬像素的 CCD ，用於「 FinePix 4700Z 」；還有面積 23.3x15.6mm 、 340 萬像素的 CCD，用於單鏡機「 FinePix S1 Pro 」。隨之發展出的第二代加入了新的訊號處理器「 LSI 」，用於由有名的「保時捷設計所」設計的「 FinePix 6800Z 」，同是 1/1.7 型的 CCD 但有 330 萬像素，令感光度可大幅調低，訊噪比亦大為提高。這個時期數碼相機可以向 APS 菲林相機般細小的體積邁進。

現在第三代的 CCD 元件，雖然像素與第二代相同，但對訊號處理作出改良並投入了新規格。具體數字可在表1中反映出來。第一代的像素面積是 4.5um ，水平及垂直方向的像 pitch 3.18um；第二代像素面積 3.82um ，水平及垂直方向的像素 pitch 2.7um ，面積縮小了達 70% ！像素粒子的間隔距離由 0.4um 至 0.3um ，這是粒子分隔範圍，再縮小就會將 photo diode 與垂直 CCD 的傳輸線路縮小產生抑制。第三代的基本構造與第二代相同，但感光度大幅改良，原因是將「 CCD 內部的微型鏡片」的特性提高。這樣又將第二代的感光度提高了 20-30% 。

CCD 混合水平及垂直像素
傳統 CCD元件的像素粒子是垂直排列的，而第三代 Super CCD 則是採用 45° 角排列（見下圖），形狀就像蜜蜂巢。由於斜線之間有間隙，為有利於訊號的處理，對這些間隙進行「 Honey comb處理」（補間處理），於是出現了一個反相像素，並與實際的像素組合形成被攝體的影像訊號。具體而言，F601 有效像素 310 萬，實際像素 301.5 萬，但記錄像素經過補間處理後就成為 603 萬 (2,832 x 2,128) ，這就是 CCD 內水平及垂直像素混合技術的成果。由於像素增加亦令電荷加大，電流量亦提昇，CCD 驅動的周波數必然上昇，令硬照和短片的解像度都提升，這就是第三代 Super CCD Honeycomb 的好處。第三代 CCD 還有的好處是增強三色的輸出電荷，例如水平及垂直排列的綠色像素，其左右及上下都是同色的，兩個串連可令訊號增強 2 倍，橫直相加就是四倍，訊噪比就成為 4 比 2 了。

Honeycomb 排列：像素粒子作蜂巢式排列提高訊號電荷輸出量；這就是經過「補間處理」的優點。

有利硬照的像素加算技術
F601 採用了「像素加算訊號處理」的第三代 Super CCD Honeycomb 元件，它的特點是記錄像素達到 2,832 x 2,128 枚。用於拍攝硬照時，採用 4 合 1 的方法，即四枚像素串連集成一個訊號，這個負載了影像訊號的輸出電壓就增強了四倍。經過像素加算訊號處理後，原有 ISO 200° 就提昇為 800° ， 400° 就變成 1600° 了，但由於採用這方法，記錄像素就是1,280 x 960 了。說到配合短片方面的技術， VHS Video 要求是 640x480 像素，有 35 萬像素已經足夠，若將 310 萬像素的訊號全部壓縮，將短片的畫質大幅提高絕無問題。看來富士的第三代 Super CCD Honeycomb 將令數碼相機的畫質大幅提高，並向傳統菲林的畫質水平邁進一大步呢！


	第一代 4.5umCCD	第二代 3.8umCCD	第三代 3.8umCCD
面積	9.45 x 7.80mm
總像素量	2.47M	3.33M	3.33M
有效像素	2.30M	3.04M	3.04M
Honeycomb處理後	4.60M	6.08M	6.08M
Pitch大小	4.52um	3.82um	3.82um
間隙	3.2um	2.7um	2.7um
影像範圍	7.94 (H) x 5.96 (V) mm	7.69 (H) x 6.76 (V) mm	7.69 (H) x 6.76 (V) mm
飽和電壓	700mV	700mV	700mV （推定）
G感度	340mV	306mV	370mV （推定）
訊噪	71dB	70dB	70dB （推定）
驅動周波	16.36MHz	24.54MHz	24.54MHz （推定）