基于SLIM理論的CCD技術發(fā)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(fā)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)、發(fā)明創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)行為、規(guī)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(fā)展歷程的研究，可以得出CCD技術發(fā)展轉化與相關產品的突破創(chuàng)新對市場和企業(yè)的影響，同時，佐證了SLIM模型所描述的技術發(fā)展與轉化對企業(yè)諸多戰(zhàn)略設計和規(guī)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(fā)給了發(fā)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(fā)現(xiàn)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(fā)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(fā)展歷程，并闡述技術轉化和產品突破對企業(yè)戰(zhàn)略設計與規(guī)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(fā)展模式，其可以解釋為：基礎科學領域的發(fā)現(xiàn)導致了應用科學的實驗發(fā)現(xiàn)，繼而出現(xiàn)了創(chuàng)造性行為的發(fā)生，同時，這些創(chuàng)造性行為刺激、并為隨后的新興商業(yè)產品及其生產方法的引進提供了基礎，接下來便刺激出現(xiàn)了規(guī)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(fā)展脈絡

2.1 從基礎科學至實驗發(fā)現(xiàn)

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(fā)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(fā)展，應用性科學隨之發(fā)展，CCD逐漸走向了圖像傳感器應用范疇。這時，成像技術便發(fā)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(fā)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(fā)明了電荷耦合元件（CCD-Charge Coupled Device），這便是CCD的第一次發(fā)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(fā)現(xiàn)，再到發(fā)明創(chuàng)造出CCD，其間經歷了多種成像技術的催化，無數(shù)種實驗的成果促進了CCD成果的最初發(fā)明，這便是SLIM模型的第一至第二步，可謂跨越了CCD技術發(fā)展的一大步。

2.2 從實驗發(fā)現(xiàn)到發(fā)明創(chuàng)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(fā)，人們就對CCD在圖像、信息處理、儲存和傳輸?shù)膽蒙袭a生了極大的興趣。同時，在Willard S. Boyle和 George E. Smith所發(fā)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(fā)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(wěn)步發(fā)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(fā)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(fā)現(xiàn)開始逐步發(fā)展，雖然開發(fā)的成品也主要應用于軍事、空間探測等領域，但發(fā)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(yè)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)行為。

2.3 從發(fā)明創(chuàng)造到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)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(fā)明之初便用于圖像傳感領域，順理成章，它為數(shù)碼攝像帶來了行業(yè)的第一桶金。值得一提的是，日本SONY公司在CCD發(fā)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(fā)現(xiàn)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(yè)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(shù)碼照相機。4年后，SONY公司也開始了市場的瓜分，其首先實現(xiàn)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(fā)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(shù)碼照相機拉開了誕生的序幕。至此，CCD的應用使數(shù)碼照相行業(yè)正式走向發(fā)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(yè)化，進入批量生產階段。雖然日本對于CCD的研發(fā)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(xiàn)，即已經開始實現(xiàn)技術的日常商業(yè)化。從發(fā)明創(chuàng)造到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，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(fā)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(xiàn)。

2.4 從創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)行為到規(guī)模性仿效

CCD以圖像傳感起始，經過數(shù)碼成像催化，以數(shù)碼照相行業(yè)切入走向市場，開始了創(chuàng)業(yè)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(fā)展。1995年，CCD數(shù)字照相機的出現(xiàn)，開始了延續(xù)至今的分辨率競爭。而日本對CCD的運用依舊領先于數(shù)碼照相領域，更高像素的CCD芯片逐漸被發(fā)明，并實現(xiàn)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(fā)展和研究CCD。

技術的一次次優(yōu)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(shù)碼相機行業(yè)已經形成了較大型的產業(yè)結構。此時，規(guī)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(fā)展到大規(guī)模效仿而進行的市場瓜分。CCD的發(fā)展進一步佐證了SLIM理論模型。

CCD的技術發(fā)展歷程自然而然地順應了社會的發(fā)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(fā)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(guī)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(shù)碼照相。CCD的發(fā)展也印證了這一事實。對多元化的探索實現(xiàn)了技術到用戶的多方位覆蓋，從而衍生出不同企業(yè)和行業(yè)的顛覆式創(chuàng)新。

進入21世紀，CCD 技術發(fā)展的步伐并沒有減慢，而是走向了與新技術、新方向的融合?，F(xiàn)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(shù)字監(jiān)控、醫(yī)療健康、工業(yè)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(fā)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(fā)展

根據(jù)文中所述內容總結出CCD技術基于SLIM理論模型的發(fā)展情況，如圖2所示。從愛因斯坦發(fā)現(xiàn)光電效應理論至點和氣泡組件實驗的發(fā)現(xiàn)，經過成像技術的發(fā)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(wěn)步前進，而隨著日常商業(yè)化需求的出現(xiàn)，雖然日本的研究略有滯后，但在攝像行業(yè)進行技術引導，引領了CCD向民用、商用的發(fā)展。隨后，CCD真正進入了商業(yè)化和大規(guī)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(chuàng)者的美國與第一個成功進入數(shù)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(yè)。日本CCD的研發(fā)和生產起步晚于美國，卻在家用CCD領域（特別是數(shù)碼相機產品）稱霸于世界，不得不承認企業(yè)對于自身戰(zhàn)略的設計起到了舉足輕重的作用。以SONY為首的日本企業(yè)對市場需求的精準把握使之率先掌握了規(guī)?；a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(shù)碼相機領域舉足輕重的地位，形成了強有力的產業(yè)鏈結構，憑借其自身在數(shù)碼相機領域的成功，把握住了產業(yè)的上中下游；再加上CCD對于數(shù)碼相機產品的重要性，日本在產業(yè)鏈的把控上又更勝一籌。

4 結論

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

由CCD的發(fā)展可見，其在每段時期的技術轉化、產品突破創(chuàng)新都對市場與企業(yè)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(fā)展與轉化的研究，為企業(yè)的技術、產品、設計、市場等諸多戰(zhàn)略設計與規(guī)劃提供了一個新的方向，即企業(yè)對于科技進步節(jié)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(zhàn)略性優(yōu)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(huán)境下以更廣闊的市場擴張形成自身的競爭優(yōu)勢。

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〔編輯：白潔〕