近代科技
課程內容：
- 燈泡 燈泡燈絲。 如何使鎢具有延展性。 現在，我們大多數人相信，托馬斯·愛迪生（如果你是英國人，則為約瑟夫·斯旺）在 1870 年代發明了燈泡後，它就成為一種有用的日常用品，並徹底改變了現代照明。 然而，愛迪生的原始模型使用的是碳化竹絲：它很脆弱，而且燃燒得不那麼明亮。 這就是我們所知道的白熾燈泡的真正組成部分。 我們今天在燈泡中看到的鎢絲正是採用了令人驚嘆的工程技術來製造的。 鎢是完美的，因為它的高熔點使其可以在高溫下運作。 溫度越高，發出的可見光越多。 燈絲看起來很簡單，但讓我告訴你它有多神奇。 如果我們放大一點，你可以看到它是一個線圈，而不僅僅是一根直線，但如果我們看得更近的話。 我們可以看到它是一個線圈中的線圈。 燈絲最初是一根 20 英吋長、直徑約千分之二英吋的金屬絲。 然後將燈絲纏繞成 1130 匝的線圈，直到長度略多於三英寸，然後再次盤繞至您在燈泡中看到的四分之三英寸。 這就是我向您展示的螺旋線圈。 顯然，線圈可以使更多的電線發光，但線圈內的內部反射可以使發出的光強度加倍。 身為工程師，令我驚訝的是製造這些線圈所需的延展性。 讓我向您展示延展性的含義：一塊銅具有很高的延展性：您可以彎曲然後將其恢復到原來的形狀。 天然鎢無法做到這一點：它只會折斷。 為了使鎢具有延展性，通用電氣的一位工程師進行了優雅、有創意和細心的工作。 威廉·柯立芝開發了一種將鎢粉製成金屬絲的工藝。 為了讓您了解其中的困難，這裡有一個簡短的步驟清單。 一、施加巨大壓力，將鎢粉變成易碎的棒材。 二、加熱至1300攝氏度，然後用水冷卻。 三、通電流將鎢加熱至3200攝氏度，然後再次冷卻。 第四，再次加熱至攝氏 1500 度，但這次是在氫氣流過的情況下。 五、將其通過一系列模具進行冷加工，然後進行錘擊。 然後是第六步，也是最後一步：將其加熱，然後逐漸降低溫度，同時將其拉成直徑為 1 毫米的金屬絲。 我知道需要考慮的內容很多，但請注意，柯立芝使用的是經驗觀察、直覺和過去的知識，而不是關於鎢本身的純粹科學知識。 最後一件事。 為了使燈絲能夠在高溫下持續工作，氧氣不能與其接觸。 看看如果我在沒有玻璃外殼的情況下打開燈絲會發生什麼。 我喜歡那個。 如果你仔細觀察，你會發現鎢現在變成了黑色。 那就是氧化鎢。 為了使氧氣遠離燈絲，最早的燈泡只是保持真空，今天我們用氬氣填充它們。 它使燈絲絕緣並防止其蒸發，從而允許更高的溫度。 儘管白熾燈泡的日子已經屈指可數，但隨著市場上更新、更有效率的緊湊型螢光燈和 LED 的出現，我發現這些舊燈泡與許多舊技術一樣，展現了出色的創造性工程和問題解決能力。 我是比爾·哈馬克，工程師。
- 雷射
- 光纖
- 微波爐
- CCD數位相機(Charge-coupled Device，縮寫：CCD，感光耦合元件) CCD數位相機的心臟——電荷耦合器件是如何工作的。
- 在一個用於感光的CCD中，有一個光敏區域（矽的外延層），和一個由移位暫存器製成的傳感區域（狹義上的CCD）。圖像通過透鏡投影在一列電容上（光敏區域），導致每一個電容都積纍一定的電荷，而電荷的數量則正比於該處的入射光強。用於線掃瞄相機的一維電容陣列，每次可以掃瞄一單層的電容；而用於攝像機和一般相機的二維電容陣列，則可以掃瞄投射在焦平面上的圖像。
- 一旦電容陣列曝光，一個控制迴路將會使每個電容把自己的電荷傳給相鄰的下一個電容（傳感區域）。而陣列中最後一個電容裡的電荷，則將傳給一個電荷放大器，並被轉化為電壓訊號。通過重複這個過程，控制迴路可以把整個陣列中的電荷轉化為一系列的電壓訊號儲存，而儲存的影像可以傳送到印表機或顯示器。這些儲存的資訊又可以再用人工智慧或者影像分析軟體加以分析，抽取有用的資訊。
- 彩色數位相機的原理：
一般的彩色數位相機是將拜爾濾鏡加裝在CCD上。每四個像素形成一個單元，一個負責過濾紅色、一個過濾藍色，兩個過濾綠色（因為人眼對綠色比較敏感）。結果每個像素都接收到感光訊號，但色彩解析度不如感光解析度。截至2005年，超高解析度的CCD晶片仍相當昂貴，配備3CCD的高解析靜態照相機，其價位往往超出許多專業攝影者的預算。因此有些高檔相機使用旋轉式色彩濾鏡，兼顧高解析度與忠實的色彩呈現。這類多次成像的照像機只能用於拍攝靜態物品。
- a. 一般的彩色數位相機是將拜爾濾鏡加裝在CCD上。每四個像素形成一個單元，一個負責過濾紅色、一個過濾藍色，兩個過濾綠色（因為人眼對綠色比較敏感）。結果每個像素都接收到感光訊號，但色彩解析度不如感光解析度。結果每個像素都接收到感光訊號，利用濾鏡所接收到的訊號可以重組恢復入射光的色彩原貌。
- b. 用三片CCD和分光稜鏡組成的3CCD系統能將顏色分得更好，分光稜鏡能把入射光分析成紅、藍、綠三種色光，由三片CCD各自負責其中一種色光的呈像。所有的專業級數位攝影機，都採用3CCD技術。
- 含格狀排列像素的CCD應用於數位相機、光學掃瞄器與攝影機的感光元件。其光效率可達70%（能捕捉到70%的入射光），優於傳統軟片的2%，因此CCD迅速獲得天文學家的大量採用。
- 一般的CCD大多能感應紅外線，所以衍生出紅外線影像、夜視裝置、零照度（或趨近零照度）攝影機／照相機等。
light bulb filament
Light bulb filament. How to make tungsten ductile. Series 3 engineerguy videos. Supported in part by the Camile & Henry Dreyfus Foundation Special Grant Program in the Chemical Sciences. Now, most of us believe that after Thomas Edison - or Joseph Swan if you're British - invented the light bulb in the 1870s it took off as a useful everyday object, and revolutionized modern lighting. However, Edison's original model used a carbonized bamboo filament: Which was fragile and also didn't burn that brightly. Here's what really made the incandescent light bulb as we know it . It's the fabulous engineering that went into creating the tungsten filaments we see in today's bulbs. Tungsten's perfect because its high melting point allows it to be run at high temperatures. The higher the temperature, the more visible light emitted. The filament seems a simple thing, but let me show you how amazing it is. If we zoom in a bit you can see it's a coil, not just a straight wire, but if we look even closer. We can see it's a coil within a coil. The filament starts as a wire 20 inches long and about two-thousandth of an inch in diameter. The filament's then wound into a coil with 1130 turns until it's a bit over three inches long, and then coiled again to the three-quarters of an inch that you see in the bulb. That's the coiled coil I showed you. Obviously the coils enable more wire to glow, but also internal reflections within the coil can double the intensity of the light emitted. As an engineer what amazes me is the ductility needed to make these coils. Let me show you what I mean by ductile: A piece of copper has high ductility: You can bend and then return it to its original shape. No way to do that with natural tungsten: It just snaps. To make tungsten ductile it took elegant, creative and careful work by an engineer at General Electric. William Coolidge developed a process for taking tungsten powder and making it into a wire. Just to give you an idea of the difficulty here's an abbreviated list of the steps. One, apply great pressure to turn tungsten powder into a fragile bar. Two, heat it to 1300 degrees Celsius and then cool with water. Three, pass a current through the tungsten while heating it to 3200 degree Celsius, & then cool again. Four, heat yet again to 1500 degree Celsius, but this time while flowing hydrogen over it. Five, pass it through a series of dies to cold work it and then hammer it. And then the sixth and final step: heat it and then reduce the temperature gradually while drawing it into a 1 mm diameter wire. I know that's a lot to take in, but take note that Coolidge used empirical observations, intuitions and past knowledge - not purely scientific knowledge of tungsten itself. One last thing. For the filament to last at high temperatures, no oxygen must contact it. Look what happens if I turn on the filament without the glass envelope. I love that. If you take a close look you see the tungsten's now black. That's tungsten oxide. To keep oxygen away from the filament the earliest bulb simply held a vacuum, today we fill them with argon gas. It insulates the filament and keeps it from evaporating thus allowing for even higher temperatures. Although the days of the incandescent light bulb are numbered, with newer and more efficient compact fluorescents and LEDs on the market, I find that these old light bulbs, like many old technologies, illustrate wonderfully creative engineering and problem solving. I'm Bill Hammack, the engineer guy.
多年來雷射一直是，科幻小說的重要題材，在現實生活中，有許多技術也取決於雷射，例如測距設備，光通信，當然，還有條碼掃描器。雷射獨特的性質使得，所有這些事情成為可能。我們可以藉由眼科醫生，重建視網膜的手術，來了解雷射最重要的幾種應用。眼部損傷會導致視網膜剝離，原本支承它的組織，如果沒有快速治療，整個視網膜剝落會導致失明 。外科醫生使用幾乎，單一波長的綠色雷射光，因為這種顏色的雷射，穿過水晶體和玻璃體液時，不會被強烈地吸收因而不造成損傷，雷射接著打入視網膜，使組織強烈吸收雷射光。使用高強度的光進行焊接，將脫離的視網膜接回原位，光束的狹窄使雷射只影響視網膜區域，需要被修復的區域小至30微米。
雷射如何產生具有這三個特點的光線那是工程中的傑作，讓我告訴你。任何在黑暗發光的玩具，可以說明建立雷射的基本原則。發光是因為其內部的鋅-銅複合塗層，可以從光源吸收能量然後再輻射出光。光提供能量給電子，使電子擁有較高的能量。一旦光源熄滅，這些電子會慢慢失去，所增加的能量，由激發態回到能量較低的基態，損失的能量以光的形式放出。與此密切相關的現象，就是雷射主要的原理。讓我來告訴你此工程的原理。用第一個以紅寶石，為基礎的雷射光作為例子，在這裡，我有一小塊紅寶石和一些紅色的玻璃珠，對玻璃珠照藍光沒發生什麼事。但對紅寶石照藍光它會發出紅光，不同於在黑暗中發光的球,光會立即出現，並在當我關掉藍燈時消失。
在1960年Maiman示範了第一個雷射，他將長柱形的紅寶石外圍繞著航空攝影常用的氙弧閃光燈，燈管中強烈的光啟動雷射。要了解它的原理，讓我們先使用一個較弱的燈。閃光燈會促進一些電子，從基態到激發態，他們會失去一點能量，下降到一個較低的能量狀態 ，但不會發光。然後再從那裡下降到基態，並瞬間放出光，所產生的光是非相干光。光譜的的顏色和強度，正如我的小雷射使紅寶石球發光。要創建一個雷射，需要一個非常強大的燈，在紅寶石雷射稱為pumping的重複閃爍，導致驚人的事情發生。他們提供的能量非常大，造成粒子數反轉的發生。在這情況下，位於高階的電子數比基態電子數多。電子從一個粒子數反轉的情況，返回到基態，會發出被稱為"受激輻射"的光。一個電子衰變且放出光子的過程，會引起其他激發的電子同時衰變，並釋放幾乎相同的光子，這會造成相干光。也就是每一個光波的波峰和波谷，可以重疊(同相位)。現在我們有了相干光特性，但尚未有雷射的另外兩個屬性。
為了得到一個窄光束，與近單一波長的平行光線，需要對紅寶石棒再加工。梅曼將兩端鍍銀使其能反射長柱紅寶石的光。使桿的兩端彼此平行，從頂部到底部，這兩個反射鏡之間的距離不超過200 nm。在這個諧振腔(桿子)內，兩件事會發生。首先，任何不與軸線平行的光，會從長柱的任何一端離去，而平行於軸線的光會變得強烈，且光束變窄。鏡像的兩端造成駐波，這意味著，只有特定波長的光可以在腔內存在。透過選擇正確長度的桿，我們可以，得到幾乎單一波長的雷射光特性。在其中一個部分鍍銀的，鏡子上開一個小孔，可以使光線射出，創造出我們熟悉的雷射光束。在創建第一個紅寶石雷射之後，生產雷射已經變得容易和便宜。例如，這枝雷射筆使用半導體二極管產生光。然自1960年以來陸續發生許多創新和改進，但基本雷射原理是相同的。
光纖電纜如何使用它們來發送信號。它是一種用於音響的光纖纜線，如果我用這個雷射指示器照亮這條電纜，這個電纜將會引導雷射光到另一端。這些電纜被用於連接我們的現今的世界，並且具有將信息跨越，國家和海洋的傳送能力。但首先讓我告訴你它是如何運作的。這是一個被我修改過的水桶，它的正面有一個透明窗口，而在另一邊 我把一個塞子放在這個洞。加入一瓶有一點點奶精的丙二醇，(丙二醇常被用作食品添加物)。
還有一個鐵架。當然還有一個雷射指示器。當我關上了燈時注意這個栓子，光線會沿著液體的流動到地上的桶子。太神奇了，光會因為全反射而發生這樣的現象。當光進入液體流時，它會在擊中空氣和液體，之間的界面的瞬間反射，你可以在這裡看到第一個反射，然後是第二個,第三個。
這種現象會發生是因為光導向介質，也就是丙二醇的折射率和外部空氣的折射率的差異造成。回想一下光照射一個表面時，可以被介質吸收，被介質反射，或進入並通過介質。進入介質我們稱為折射。從頂視圖看更可以瞭解，反射和折射可以在同一時間發生。但是如果光線以大於臨界角的角度擊中表面時，它會被完全反射而不發生折射。就這個丙二醇-空氣系統而言，只要光線的入射角大於44.35度，光線就會藉由全反射在液體流裡面傳播。
為了製造同樣的效果，光纖工程師會製造，通常是由純二氧化矽組成的玻璃核心，和叫作“包層”的一層外層。外層通常也是由二氧化矽製作，只是外層有添加硼或鍺降低其折射率，百分之一的折射率差異，就足以讓一個光纖的運作。要做出這樣長而薄的玻璃工程師，會先加熱一塊很大的玻璃預製棒，預製棒的中心是純芯玻璃，外層就是包。
然後他們以拉扯纏繞，在車輪的方式來拉纖，速度可以高達每分鐘1600米，通常這些拉扯塔高達數層樓，高度使光纖在被纏繞前可以冷卻。其中一個應用光纖電纜的偉大工程成就是第一個跨海洋光纜，這個光纜叫做TAT-8，它從 Tuckerton, New Jersey，沿著大西洋海底經過3500英里分支到，英國的Widermouth和法國的Penmarch。工程師小心的設計電纜，才能讓電纜安全放置在海底。 核心位於電纜的中心，這個直徑小於1/10吋的核心，包含了6根光纖，這些些光纖纏繞著一中央鋼絲，光纖被嵌入在彈性體作為襯墊，用鋼絞線圍繞核心後，把它用銅圓柱體保護，最終的電纜直徑小於一英寸，但它卻可以處理大約40,000個同時通話。
如何透過光纜傳送信息的本質是很簡單的，我可以預先安排一種密碼，並且讓一人在另一端接收，也許我們會使用摩斯密碼，當我擋住激光這樣在另一端的人，可以看到閃爍的光來傳遞訊息。利用電纜來傳輸像是語音通話的模擬信號，工程師需要使用脈衝編碼調變。我們將一個模擬信號切成片段，然後盡可能地近似波的響度或振幅。我們希望使之成為一個數字信號，也就意味著需要離散(discretize)響度。例如，我假如使用4個位，就代表我有16種可能的響度數值，所以前4段的信號可以被近似為，10，12，14和15。然後我們把每一段的振幅，轉換成一系列的0和1，所以第一段的10將變為1-0-1-0。我們可以為曲線的每一段，做這種數位化。綠色的波形信號或是藍色條紋信號都可以按照時間，安排成一系列的，1和0的信號。而這個序列就可以利用光纖傳送，閃光就代表1沒有閃光就代表0。在接收端解碼的確切方法是已知的，所以解開訊息是一件小事。
你可能會想知道一個雷射脈衝，是如何行走將近4000英里跨過海洋，雷射脈衝沒有一定的幫助是不可能，跨過海洋的因為光線會從光纖的兩側逃離。回頭看看我們的丙二醇流，可以看到光在行進時如何衰減，你可以在這裡看到一個在桶中的，窄光束進入丙烯流後拓寬一些，然後光束第一次反彈後更加比它反彈前更寬。這是因為與空氣的界面不平整，而構成光束的光線會在不同的角度反射到界面，當那光束進行二次反射後個別光線將發散更多。直到第三次反彈時許多光線，已經小於臨界角，並從丙二醇流的側邊流出。在這裡它發散的現象在幾英寸就發生了，但在像TAT-8的電纜中，信號可以傳50公里才需要被放大，
這個微波爐是一個真正了不起的工程壯舉，快速加熱的特點使微波爐很受歡迎。從這個真空管可以提供電源，如果你想像一個真空管的存在，他可能位於這樣的收音機裡。不可避免的是微小的晶體管和芯片，將會取代笨重的真空管，但還不到將他們貶謫到博物館的時候。微芯片能夠很簡單的取代，生產動力的管子。例如，在加熱食物，一台微波爐包含三個主要組件。一個稱為磁控管的真空管，產生加熱食物的能量。隱藏在牆內的波導管，可將能量轉移到食物。還有一個能裝食物，以及安全充滿微波的腔室。在原則上微波爐的加熱方法，不同於任何其他類型的熱傳遞。在分子角度而言，熱是一種能量的轉移，會導致物質內的分子的增加運動。既然我們不是量子尺寸，我們便藉由溫度上升來觀察這種運動的增加。在傳統的烤箱或爐子，我們透過將鍋子放在火爐上，或把食物放於會自爐壁輻射熱的烤箱，來加熱食物外部。熱從食材的表面傳遞到其內部，就能將食物內部煮熟。相反地，來自磁控管的能量，可以直接穿透到食品內部，這意味著該食品的，所有部分可以同時煮熟。它是如何做到這一點?
我們的食品充滿水，這代表一端帶正電一端帶負電的水分子，為了讓這些分子有更多的能量，我們將其暴露在從管發出的電磁波。根據定義電磁波有電場和磁場，可以快速改變分子的方向。對於這個微波爐電場與磁場的方向改變約為每秒24.5億次。水分子會盡量配合輻射的電場，不斷變化的電場使水分子轉動迅速，所造成的分子摩擦產生熱量，使鄰近水分子之間的氫鍵被破壞。現在你可以利用加熱乾酪，來了解磁控管發射電磁波的波長。你可以看到此區域的奶酪完全融化，而此區域的奶酪未被加熱。箱內的金屬牆壁只反射適合箱體長度的波長。這駐波造成箱內的熱點和冷點，波的三維圖案是難以描繪的，但其原理可以藉由，一維度下觀察波來了解。在波的波峰和波谷代表波的能量最大，而節點對應到冷點。如果我測量融化奶酪斑點之間的距離，我將得到2.5 inch(=6.3cm)，這將是半個波長節點之間的距離，非常接近實際微波的波長。藉由此波長我可以估計微波的頻率，藉由光波長與頻率的關係進行計算。我得到的答案只有4~5%的誤差，對於這種初略粗的測試，算是蠻不錯的答案。
微波爐的實際工程在於製造能夠產生高能無線電波的磁控管，這是個奇妙與革命性的設備。真空管在這裡面，這些是散熱片，也就是能夠散熱的薄金屬片。關鍵部位是這兩個磁鐵和真空管，我有另一個，這樣你就可以看到裡面，你施加電壓於兩個內絲和外部的圓銅，此電壓使電子偏離中心燈絲，而朝圓銅部分移動。燈絲由鎢和釷製成，因為鎢它可以承受高溫，而釷是良好的電子源。磁鐵使這些電子路線彎曲，使它們回到中間絲。我們調整磁場強度以使軌道電子，刷過這些空腔的開口，像吹過一個半滿汽水瓶使其成為哨子。這將創建一個振盪波即加熱的微波輻射，令人驚訝的是這些腔具有精度高，成本低以及高可靠性。
摘錄自youtube: engineerguy: No.4
CCD相機(youtube)在YouTube上engineerguy提供了一個非常好的CCD工作原理的解說影片，我們將這個影片中重要的資訊編輯其內容如下。
在20世紀，攝影技術有了突飛猛進的發展，CCD的發明使得數位攝影技術變得方便廉價。CCD就是相機裡的電荷耦合器件。以前我們會在鏡頭後面放上一卷膠片，但現在所有的工作都由完全電子化的成像設備完成。在所有數位相機中重要的工作都是在右圖的晶片中進行的，下面我們來說明這個工作原理。
CCD晶片的工作原理
整體而言CCD要完成的工作如下：CCD器件捕獲圖像，然後將信號傳輸到相機的存儲系統，以電子資料的形式記錄下來。當CCD晶片接觸到光線後，CCD的不同區域將按照光線強度產生電荷，電荷的數量與光的強度成正比，基本上這就是光電效應。可以通過測量電荷的多少，來獲取該區域圖像的精確亮度資訊。在電腦上放大圖片，你就會很容易地發現被稱為像素(pixel)的微小圖像元素。每個像素點對應CCD上單個感光區域。這就是數位相機的本質：幾百萬個這樣的光敏(photoactive)矽材料感光區域排列成網格，捕獲圖像。現在，理解數位攝影的關鍵即是CCD如何將圖像傳輸到相機存儲系統的獨特而巧妙的方法。最簡單和直觀的方法是將每個像素以二維網格的形式用電路連接，但這種方法有個問題。在像素網格曝光後，我們可以使用電路依次讀取每個圖元點上的資訊，測量網格上每個區域中的電荷大小。基本上這是行得通的，但所有的像素和它們的電子元件都會洩漏少量的電荷，這將導致每個像素點上輸出的電荷失真，使圖像產生條紋和花紋。這種被稱作電容耦合的失真，隨著像素的增加失真會更加惡劣。
CCD以十分簡單的方式解決了這個問題，沒有電路與像素點相連，CCD由一片矽製成。為了在基片上製作出像素點，工程師們發明了一種被稱作“通道阻隔”的絕緣區域。這些通道阻隔將基片分割成行。基片表面覆蓋有一層很薄的絕緣性二氧化矽與通道阻隔垂直，工程師將很細的金屬帶沉積在上面，通常金屬是鋁。於是每個像素點由通道阻隔和鋁帶劃分開。這樣就形成了像素網格。當光線照到整個陣列上，矽像素點根據照射到自己的光線強度成比例地產生電荷。於是我們獲得了一副像素點內的電荷儲存的圖像。CCD的偉大創新之處在於它無需使用會使圖像失真的外部電路，就能將矽基陣列的信號傳輸到相機的存儲系統。CCD在不需使用外接電路的條件下，依照次序的將電荷移動到臨近的電容上，直到移到邊緣處，讀取寄存器將電荷傳輸到相機儲存系統，而且信號幾乎沒有失真。相機當中的處理器接受到電荷的信號之後，就可以重新建構出光信號所代表的圖片。
最後一個問題：CCD怎樣得到彩色圖片？
CCD只能探測總的光強度， 由此可以產生出黑白圖像，但要得到彩色圖像，我們需要將進入CCD的光線分離成紅、綠、藍三色。最簡單的辦法是用分光鏡將三種顏色r解析出來，並用三片單獨的CCD來捕獲三種顏色，最後在將它們結合成一副完整的圖像。不過，但是這個做法要需要用到額外的3個CCD晶片。工程師發明了一種更廉價的解決辦法，利用一點數學知識，只需要一片而不是三片CCD。在消費者常用的數位相機上，有一枚像素點大小的紅、綠、藍濾鏡覆蓋在CCD表面，這使CCD產生出一副三種顏色的馬賽克圖案。相機使用一種演算法來估計每個圖元點的正確顏色。例如，一個圖元點由綠色濾鏡覆蓋，那麼我們需要估計該圖元點的紅色和藍色成份。為此，要使用相鄰的圖元點來平均該圖元點的彩色亮度。這種方法很有效，因為圖像的細節比單個圖元點大得多。雖然這種方法聽起來有些難以置信，不過你也看到最後得到的圖像符合預期。總而言之CCD相機的誕生是建築在最基本的物理原理，包括光電效應、電容網路和積體電路，它結合了科學的發現和工程技術上的重大發明，在20世紀和21世紀當中，無論在科學和在技術上都造成了非常巨大的影響，也徹底地改變了現代人的生活，你能想像一個沒有數位鏡頭的手機是多麼無聊的事情嗎？
CCD的發明
CCD是於1969年由美國貝爾實驗室的Willard Sterling Boyle和George Elwood Smith所發明的。當時貝爾實驗室正在發展影像電話和半導體磁泡記憶體。將這兩種新技術結起來後，博伊爾和史密斯得出一種裝置，他們命名為「Charge "Bubble" Devices」。這種裝置的特性就是它能沿著一片半導體的表面傳遞電荷，便嘗試用來做為記憶裝置，當時只能從暫存器用「注入」電荷的方式輸入記憶。但隨即發現光電效應能使此種元件表面產生電荷，而組成數位影像。 1971年，貝爾實驗室的研究員已能用簡單的線性裝置捕捉影像，CCD就此誕生。2009年10月兩人榮獲諾貝爾物理獎。CCD數位相機的工作原理如下：
CCD數位相機應用上的優勢如下：
除了銀河系內的恆星之外，我們還可以通過望遠鏡看到天空中許多微弱的雲塊，這些雲塊曾被稱為“星雲”。例如仙女座和獵戶座中的那些“星雲”，實際上可以在晴朗的夜晚用肉眼識別，
距離我們最近的大型銀河系-仙女座星系的距離超過200萬光年，比我們銀河系的直徑大了20倍。這些星雲必定是與我們的星系類似的星系(galaxy)，這應該合乎邏輯。今天，人們認為在可觀察的宇宙中大約有\(10^{11}\)個星系(galaxies) - 也就是說，宇宙中星系的數量與銀河系中的恆星的數量大約是一樣多的，大約是\(10^{11}\)。