基于SLIM理論的CCD技術發展探究

田星宇+辛向陽

文章編號：2095-6835（2017）10-0074-03

摘 要：目的是分析CCD（電荷耦合元件）的技術發展歷程。方法是，以經濟學中的SLIM模型為理論基礎，通過其對技術變革與生產力增長的研究和闡述，結合CCD從發現到應用的歷史過程進行研究。結果是，得出CCD從基礎科學到實驗發現、發明創造、創業行為、規模效仿至最后市場普及與擴張的歷史變遷過程。結論是，基于SLIM模型，通過對CCD技術發展歷程的研究，可以得出CCD技術發展轉化與相關產品的突破創新對市場和企業的影響，同時，佐證了SLIM模型所描述的技術發展與轉化對企業諸多戰略設計和規劃有重要的理論意義。

關鍵詞：SLIM理論；CCD技術；技術轉化；產品突破

中圖分類號：T-19 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.10.074

2009年的諾貝爾物理學獎頒發給了發明CCD（電荷耦合元件）的W.S.Boyle和G.E.Smith，以表彰他們在圖像傳感技術領域所作的貢獻。追溯CCD技術，最早起源于愛因斯坦的光電效應理論，時至今日，從理論發現到市場應用，CCD已被廣泛應用于多個領域。本文將對CCD的技術發展與突破的歷程進行研究，以經濟學家Paul A.David所提出的SLIM線性模型為理論基礎，旨在通過經濟學模型來分析CCD的發展歷程，并闡述技術轉化和產品突破對企業戰略設計與規劃的重要意義。

1 SLIM理論模型

新增長主義理論是經濟學的一個重要分支，其在20世紀80年代中期興起，將經濟增長的源泉完全內生化。這闡明了一個問題，即增長的根本原因是什么。在新增長主義眾多的子理論中，經濟學家Paul A.David所闡述的SLIM模型描述了技術的變革和生產力的增長是一個線性發展模式，其可以解釋為：基礎科學領域的發現導致了應用科學的實驗發現，繼而出現了創造性行為的發生，同時，這些創造性行為刺激、并為隨后的新興商業產品及其生產方法的引進提供了基礎，接下來便刺激出現了規模性的仿效，從而帶來了新技術的普及和擴張。SLIM理論線性模型如圖1所示。

2 CCD技術發展脈絡

2.1 從基礎科學至實驗發現

物理學家愛因斯坦（Albert Einstein）的光電效應理論表明，感光物質被光照射時，它的電性質會發生改變。愛因斯坦的這一理論便是CCD的一個重要理論基礎，最初的CCD與愛因斯坦的理論一致，指的是具有電荷轉移功能的器件。隨著基礎科學的發展，應用性科學隨之發展，CCD逐漸走向了圖像傳感器應用范疇。這時，成像技術便發展起來。成像技術從1826年第一張真正意義上的照片問世以來，其經歷了日光硬化法、攝像乳膠記錄、光電式圖像傳感器等技術發展。1969年，貝爾實驗室的W.S.Boyle和G.E.Smith嘗試將圖像電話和半導體氣泡式存儲器2種新技術結合起來，從而得到了新的設備電荷氣泡組件（Charge Bubble Devices）。此時，CCD技術已初見原形。1969年，W.S.Boyle和G.E.Smith在電荷氣泡組件的基礎上，設想該組件可以作為一個移動寄存器或圖像傳感器。經過大量的實驗研究，2人次年在電荷氣泡組件的基礎上發明了電荷耦合元件（CCD-Charge Coupled Device），這便是CCD的第一次發布。同年，2人驗證了其自身的光電成像功能，并憑借此獲得了2009年諾貝爾物理學獎。

從愛因斯坦的基礎科學理論到相應應用科學實驗的發現，再到發明創造出CCD，其間經歷了多種成像技術的催化，無數種實驗的成果促進了CCD成果的最初發明，這便是SLIM模型的第一至第二步，可謂跨越了CCD技術發展的一大步。

2.2 從實驗發現到發明創造

自20世紀60年代末期，CCD這一新概念被公布以來，從其原理特性和最初應用領域出發，人們就對CCD在圖像、信息處理、儲存和傳輸的應用上產生了極大的興趣。同時，在Willard S. Boyle和 George E. Smith所發表的論文中，提到了CCD可以用作圖像傳感器。由于貝爾實驗室是CCD的發源地，所以，其在CCD諸多領域的研究上一直保持領先。同樣，美國是最早開展CCD研究的國家，也是對此投入首屈一指的國家，有政府和官方部門的支持，美國對于CCD最初的應用起源于科技、國防、軍事、航天航空等領域。從1969年CCD被提出到1974年，5年的時間內，CCD的核心技術穩步發展，提高了CCD的檢測、采樣等多種技術效率。

由此可見，20世紀70年代初，CCD還處于研制開發階段，獨美國在此領域一枝獨秀。此時，CCD已經從實驗室的最初發現開始逐步發展，雖然開發的成品也主要應用于軍事、空間探測等領域，但發展初見端倪且勢頭迅猛。這種對CCD的技術推動也直接刺激了接下來從軍用向民用的多家公司、不同行業的創新創業行為。

2.3 從發明創造到創新創業行為

新的技術趨勢勢必帶來了新的產品機會。CCD技術也是如此，由于CCD發明之初便用于圖像傳感領域，順理成章，它為數碼攝像帶來了行業的第一桶金。值得一提的是，日本SONY公司在CCD發布的1年后便關注到了這項技術，但其正式開始對CCD的研究卻在1973年，SNOY從技術發現到正式進行產品探索滯后了3年。1974年，美國RCA公司搶占了先機，研制出了512×320象元面陣CCD攝象機。這標志著CCD產業的蓬勃興起。1975年，柯達更是率先引領市場，采用仙童半導體公司的CCD芯片研制了第一個數碼照相機。4年后，SONY公司也開始了市場的瓜分，其首先實現了R、G、B分路彩色攝像機。之后，日立公司首先推出單片彩色CCD攝像機。

1981-08，索尼采用570×490像素、約28萬像素、2/3英寸的CCD代替膠卷，發布了MAVICA。它外形已經接近普通照相機，拍攝內容不僅可以通過視頻印相機印出，還能在電視屏幕上顯示出來。由此，數碼照相機拉開了誕生的序幕。至此，CCD的應用使數碼照相行業正式走向發展階段。

隨后幾年，松下、富士、尼康、佳能等公司都推出了自己基于CCD的產品，可謂百花齊放。由此可見，20世紀80年代初開始，日本已經開始讓CCD商業化，進入批量生產階段。雖然日本對于CCD的研發比美國稍晚，但它們的產品已經進入商用和民用領域。

第一桶金的效應已經逐步體現，即已經開始實現技術的日常商業化。從發明創造到創新創業，讓技術進入市場，在順應技術趨勢的同時，同樣符合社會的發展趨勢，同時，與用戶的需求匹配，前沿技術的突破，此時已經開始呈現。

2.4 從創新創業行為到規模性仿效

CCD以圖像傳感起始，經過數碼成像催化，以數碼照相行業切入走向市場，開始了創業時代。與此同時，CCD也開始從技術探索走向精益求精。

20世紀末，CCD產品開始向更小的像素尺寸發展。1995年，CCD數字照相機的出現，開始了延續至今的分辨率競爭。而日本對CCD的運用依舊領先于數碼照相領域，更高像素的CCD芯片逐漸被發明，并實現了完全實用化。富士公司通過對人類視覺的全面研究，提出了super CCD；美國Foveon公司提出了多層感色CCD；SONY在CCD產品上采用全新的四色濾光技術，這些無不將CCD的成像技術推至另一個新的高度。隨后，越來越多的國家與公司開始發展和研究CCD。

技術的一次次優化迭代促使了需求的增加和細化。鑒于市場對CCD攝像機用量的急速增加，世界上多個國家就數碼相機行業已經形成了較大型的產業結構。此時，規模性的效仿模式已經形成，市場已經開始瓜分CCD這塊大的蛋糕，從一家獨大的CCD技術發展到大規模效仿而進行的市場瓜分。CCD的發展進一步佐證了SLIM理論模型。

CCD的技術發展歷程自然而然地順應了社會的發展和市場的趨勢，同時，匹配甚至迎合用戶的需求。就CCD此時的市場探索來看，其所擁有的高技術性、前沿性和時效性正在逐漸被發掘，市場趨勢與用戶需求在某時刻達到峰值，也促成更多的人去追求市場的多元化，一個應用多元化的契機已經到來。

2.5 從規模性仿效到技術的普及和擴張

當技術的差異化趨勢已經不再明顯，那么，相應的技術便開始追求更為廣闊的市場擴張，不再局限于單一的數碼照相。CCD的發展也印證了這一事實。對多元化的探索實現了技術到用戶的多方位覆蓋，從而衍生出不同企業和行業的顛覆式創新。

進入21世紀，CCD 技術發展的步伐并沒有減慢，而是走向了與新技術、新方向的融合。現如今的CCD已經成為了一種基本的圖像獲取方式，其在包括數字監控、醫療健康、工業生產、圖像識別、多媒體、辦公自動化等多個領域得到了廣泛的運用。從軍事、國防領域至最一般的商用和民用，CCD的歷史發展研究充分驗證了SLIM理論模型的線性結構，同樣，SLIM模型對于技術突破市場也有重要的理論價值。

3 基于CLIM理論的CCD發展

根據文中所述內容總結出CCD技術基于SLIM理論模型的發展情況，如圖2所示。從愛因斯坦發現光電效應理論至點和氣泡組件實驗的發現，經過成像技術的發展催化，產生了CCD技術。由美國領先的CCD研究一直為軍事、國防、航空航天領域所服務。20世紀80年代，CCD在美國的軍事、航天領域依舊穩步前進，而隨著日常商業化需求的出現，雖然日本的研究略有滯后，但在攝像行業進行技術引導，引領了CCD向民用、商用的發展。隨后，CCD真正進入了商業化和大規模生產，追求多元化與多因素的介入形成新技術，從而擴張新的市場。

從目前情況看，美國、日本、中國、韓國、俄羅斯和德國等國家均投入了大量資源在CCD攝像機的研制和生產上。但不可否認的是，作為初創者的美國與第一個成功進入數碼相機市場挖到第一桶金的日本依舊遙遙領先。美國依舊在國防、航天用CCD上獨占鰲頭，而日本長期雄踞于商用、民用CCD產業。日本CCD的研發和生產起步晚于美國，卻在家用CCD領域（特別是數碼相機產品）稱霸于世界，不得不承認企業對于自身戰略的設計起到了舉足輕重的作用。以SONY為首的日本企業對市場需求的精準把握使之率先掌握了規模化生產的技術，對CCD生產技術的快速吸收，對市場的精準定位，使日本在CCD領域逐漸占有一席之地，并無國能與之比擬。同時，因為日本在數碼相機領域舉足輕重的地位，形成了強有力的產業鏈結構，憑借其自身在數碼相機領域的成功，把握住了產業的上中下游；再加上CCD對于數碼相機產品的重要性，日本在產業鏈的把控上又更勝一籌。

4 結論

就整個大行業背景來說，由于多領域的交叉，通過技術再創造，CCD與其他諸多領域整合創新；就企業涉及決策抽象層面上來說，在創業行為、規模應用至新技術運用過程中，多種因素共同發生作用，需求多元化致使市場多元化和促進顛覆式創新的發生。

由CCD的發展可見，其在每段時期的技術轉化、產品突破創新都對市場與企業有著重要的影響和意義。同時，這進一步證明了對SLIM線性模型所描述的技術發展與轉化的研究，為企業的技術、產品、設計、市場等諸多戰略設計與規劃提供了一個新的方向，即企業對于科技進步節奏的把控，如何在管理決策過程中使得新技術成果向產品有效過渡，從而找尋合市場需求的契機，以戰略性優勢形成技術到產品的突破，最終形成技術至商品的價值轉化，在新的市場環境下以更廣闊的市場擴張形成自身的競爭優勢。

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〔編輯：白潔〕