ジョージ・E・スミス（アメリカの応用物理学者、CCD共同発明者）

発明と開発

1960年代後半にベル研究所で勤務していたスミスは、同僚のウィラード・S・ボイルとともに、半導体内で電荷を蓄積・転送する方法としてCCDを開発した。この着想は、光を高感度かつ低雑音で電気信号へ変換する実用的な手法を生み出した。CCDは半導体物理学と集積回路技術に関する研究から生まれ、当初の研究室という文脈をはるかに超えて、急速に応用されるようになった。

CCDの仕組み

基本的にCCDは、光に感応するコンデンサの配列である。半導体に光子が当たると電子・正孔対が生成され、その結果生じる電荷はコンデンサ内に保持される。その後、電極に加える電圧を変化させることで、電荷は配列上を順次移動する。この制御された電荷転送により、画像に対応する蓄積電荷のパターンを順番に読み出し、処理または保存のためのデジタル信号へ変換できる。

用途と重要性

CCDは現代のデジタル撮像の基盤となった。高い量子効率と均一な応答特性を備えるため、高い性能が求められる用途で優先的に用いられるセンサーとなった。代表的な用途には、以下がある。

• 天体撮像および宇宙望遠鏡
• 一般向け・業務用デジタルカメラ、特に初期の設計
• 医用画像および科学顕微鏡
• 工業検査およびマシンビジョン

CMOSイメージセンサーなどの他のセンサー技術が市場シェアを伸ばした現在でも、低雑音と優れた画質が必要とされる分野ではCCDが重要であり続けている。

評価と遺産

2009年、ジョージ・E・スミスはCCDの発明により、ウィラード・S・ボイルとともにノーベル物理学賞の4分の1を受賞した。ノーベル委員会はCCDを、写真と科学の広範な領域で使われる「電子の目」と表現した。スミスの業績は、固体物理学と工学の進歩が、観測と計測のまったく新しい分野を可能にする、広く普及した技術を生み出しうることを示している。大規模な産業研究所での彼の経歴は、基礎研究と世界中で使われる実用的な装置との橋渡しに貢献した。