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旋律輕輕唱
2014/12/03
5:15
貝爾是電話的發明人,因此貝爾實驗室的老本行,就是研製電話交換機和電纜等設備。為什麼他們要開發能夠感光的元件呢?其實也跟電話有關,因為他們想做出能傳送影像的電話。 要傳送影像,當然必須先把影像拍下來,所以貝爾實驗室的這項工作,等於是做出一台數位攝影機,然後把數位化的影像訊號,透過電話纜線傳送出去。
貝爾實驗室做出來的發明,叫做感光耦合元件,簡稱CCD。它是一種積體電路,上面有許多排列整齊的電容器,能夠感應光線。這些電容器,就像我們常常聽到數位相機有幾百萬,甚至一兩千萬的「畫素」,每個電容器就是一個「畫素」;當這個畫素接受光線照射時,就會產生電荷,而電荷的數量就跟光照的強度成正比。接下來,只要記錄每個畫素的電荷有多少,電荷多的表示其光照強,會比較亮,電荷少的表示光照弱,則會比較暗;有了這些明暗的訊息,我們就能夠重新組成影像。 打個比方來說,一間學校有500個小朋友去裝水,手裡都有附上刻度的水桶,水桶裡的水量,就像是電容器接受光照後累積的電荷數量。怎樣用最快的速度把水量記錄下來呢?若是由老師逐一登記的話,顯然太慢了。最好是由每一排的排頭自己來統計,其中一個方法,就是叫每一排的排頭,先記錄自己桶中的水量以後,把水倒掉;接下來,第二列的小朋友把自己桶子裡的水倒給排頭,讓他記錄;隨後,第三列的小朋友再把水倒給第二列……依此類推。這樣一來,排頭記錄的第二個數據,就是第二列桶中的水量。第三個數據,就是第三列的水量。過程中不用傳遞水桶,也不會把訊息弄混,而且記錄的速度相當快。 這就類似於感光耦合元件採用的方法,經由外部電路的控制,在感光之後,每個小小的電容器,能把它所帶的電荷轉給它隔壁的電容器。這樣一個傳一個,就能夠精確地記錄電荷的數量;也就是每一個「畫素」的明暗程度,而且速度非常快。最後,就能把影像轉變成數位訊號,並傳送出去。 其實早在1964年,貝爾實驗室就展示了早期的影像電話,只是效果不好。直到1969年,實驗室的科學家博伊爾和史密思,發明了感光耦合元件CCD,才獲得突破。但因為美國政府擔心市場被壟斷,不准AT&T公司販售跟影像電話配套的中繼器,因此,這組影像電話終究沒有問世。
CCD發明出來以後,經過各大廠商二十多年鍥而不捨的研發,才運用這套技術,把數位相機推向市面,掀起了照相技術的大革命。後來,雖然有新的技術取代了CCD成為主流,但最重要的基礎,都是當初開發CCD數位相機所奠定的。博伊爾和史密思也因此獲得了2009年的諾貝爾獎。