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CCD和CMOS图像传感器

发布日期: 2014-05-12  所属分类: 光学基础   浏览:938 views

60年代早已问世的影像传感器芯片,在系统中的作用,正如同人的眼睛,在影像撷取功能上占十分重要地位。目前具备此功能的 组件主要为CCD(电荷耦合器)传感器与CMOS(互补式金属氧化物半导体)传感器两种。CCD与CMOS两种组件分别早在1969年与1967年就已问世,虽然两者的功能相同,其信号传递方式却是大异其趣。

CCD影像传感器

因应不同的产品应用需求,CCD传感器可分为线型与面型两种。其中线型CCD传感器常见于数字复印机、扫瞄器与传真机,面型CCD传感器则主要应用在数字相机 与摄录像机等产品中。

CCD,CMOS传感器

当感测到外界传送来的信号时,CCD传感器会先把这些信号转换成电荷,透过系统施加电流脉冲后再以一个图素接一个图素的方式传递电荷,最后汇集于输出放大器并一一被转换成电 压讯号。经由其它系统芯片读取这些电压讯号并最后转换成可储存或显示之影像。电压高低对应着影像亮度强弱,虽然速度较慢,但具有较高的外界噪声干扰抵抗能力及较佳的动态影 像功能,因此影像的品质较佳。另外CCD传感器由MOS(金属氧化物半导体)设计法则制成,而绝大多数之系统支持芯片为CMOS设计法则制成,因兼容问题无法整合成单一芯片。

CMOS影像传感器

CMOS传感器虽然比CCD传感器较早问世,但因量产技术的开发脚步较慢,因此未能掌握先发者的优势。CMOS传感器可分为被动式与主动式两种,早期的 产品多属被动式产品,但由于所获得的影像品质不佳,因此有了主动式CMOS传感器的产生,并使得CMOS传感器的应用可以不再局限于中、低阶像素产品,可向上延伸至原本由CCD传 感器主导的高阶产品。

由于利用半导体CMOS制程,且七成以上与传统半导体产品诸如微处理器,微控制器及记忆芯片的制程逻辑相似,因此CMOS影像传感器的制造厂商,不必 再另外购买昂贵的半导体设备,即可利用既有设备从事生产。此外,CMOS传感器尚具有低耗电量的特性。由于CMOS影像传感器中的每一个图素都内建有晶体管,虽然这样的设计限制 了图素在晶圆上的数目,使其画素值通常不及CCD传感器,但这种方式让驱动信号的电压降低许多,进而协助产品免去对额外电压支持的需求。

虽然CMOS影像传感器具备成本效益的优势,但基于原有设计上之限制,在某些效能表现上,CMOS并没有办法达到像CCD传感器一样的品质,当它遭遇外界干扰时,即无法对影像做非 常细致化的处理,尤其在面对一些动态影像时,更是如此。

影像传感器芯片的应用趋势

CCD与CMOS影像传感器因为各有不同优势,也造就了它们在不同应用领域之发展。CCD传感器的影像品质较佳,因此在某些对影像产品要求较严格的高阶应用领域, 保有十分坚固的地位。
而CMOS影像传感器则因为其设计方式及采用半导体制程,具备了省电与整合的优势,再加上制程技术成熟,所以价格比较低,并且被广泛地应用在各种对价格敏感的信息及消费性电 子产品中。尤其重要的是,这些特性也正符合目前市场上许多数字产品所强调的轻薄短小设计概念,因此其发展亦不容小觑之。

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