CCD与CMOS感光元件之优缺点比较.ppt

CCD ( Charge Coupled Device)感光耦合元件 2008/4/3 Charge Coupled Device CCD（Charge Coupled Device，感光耦合元件〉為數位相機中可記錄光線變化的半導體，通常以百萬像素〈megapixel〉為單位。 數位相機規格中的多少百萬像素，指的就是CCD的解析度，也代表著這台數位相機的 CCD 上有多少感光元件。 CCD 主要材質為矽晶半導體，基本原理類似 CASIO 計算機上的太陽能電池，透過光電效應，由感光元件表面感應來源光線，從而轉換成儲存電荷的能力。 當 CCD 表面接受到快門開啟，鏡頭進來的光線照射時，即會將光線的能量轉換成電荷，光線越強、電荷也就越多，這些電荷就成為判斷光線強弱大小的依據。 CCD 元件上安排有通道線路，將這些電荷傳輸至放大解碼原件，就能還原所有CCD上感光元件產生的訊號，並構成了一幅完整的畫面。此一特性，使得 CCD 通用在數位相機〈Digital Camera〉與掃瞄器〈Scanner〉上，作為目前最大宗之感光元件來源。 Complementary Metal-Oxide Semiconductor ＣＭＯＳ 英文全名 Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互補性氧化金屬半導體。 CMOS和CCD一樣同為在數位相機中可記錄光線變化的半導體 ，外觀上幾乎無分軒輊。 CMOS的製造技術和CCD 不同，反而比較接近一般電腦晶片。 CMOS 的材質主要是利用矽和鍺這兩種元素所做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N（帶 – 電） 和 P（帶 + 電）級的半導體，這兩個互補效應所產生的電流即可被處理晶片紀錄和解讀成影像。 CMOS因為在畫素的旁邊就放置了訊號放大器，導致其缺點容易出現雜點 ，特別是處理快速變化的影像時，由於電流變化過於頻繁而會產生過熱的現象，更使得雜訊難以抑制。 CMOS 對抗 CCD的優勢在於成本低，耗電需求少,便於製造,可以與影像處理電路同處於一個晶片上。 由於上述的缺點，CMOS 只能在經濟型的數位相機市場中生存。 新一代 『Fill Factor CMOS』成為解決這個難題的救星，Fill factor CMOS 屬於此型感測器中最先進的製程技術。 最大的差別在於提高 Fill Factor（單一畫素中可吸收光的面積對整個畫素的比例），有效做到提升敏感度、放大CMOS面積（全片幅）和降低雜訊的影響。 再將 Fill Factor CMOS 與 CCD 感光器比較發現，CCD 受限於良率和結構製程，面積越小，畫素越高，相對成本也就越低；Fill Factor CMOS 剛好相反，由於感光開口加大，FF CMOS 可以挑戰更高畫素，更大面積（全片幅），甚至就產出比例來說，FF CMOS 單一晶圓的附加價值更大。 Fill Factor CMOS 技術的特殊性，自身擁有晶圓生產設備的日本 Canon 是最早體悟到 Fill Factor CMOS 的市場潛力。 Canon EOS D30 是該公司最早選擇以 FF CMOS當感光元件數位 DSLR 產品，低廉的價格頗受消費者支持。 EOS D30的畫質表現普通，不過，後續的研究整合了完整的圖像處理引擎等，更高速且尖端的影像技術，今日，採用大畫素、全片幅之 Fill Factor CMOS 已經成為主流，高階旗艦級全片幅數位機身包括：Canon 1DsMarkII、Kodak DCS Pro/c 也全面採用 Fill factor CMOS。 CCD 和 CMOS 感光元件的區別 比較 CCD 和 CMOS 的結構，放大器的位置和數量是最大的不同之處。 CCD 每曝光一次，自快門關閉或是內部時脈自動斷線（電子快門）後，即進行畫素轉移處理，將每一行中每一個畫素（pixel）的電荷信號依序傳入『緩衝器（電荷儲存器）』中，由底端的線路導引輸出至 CCD 旁的放大器進行放大，再串聯 ADC（類比數位資料轉換器）輸出。 CMOS 的設計中每個畫素旁就直接連著『放大器』，光電訊號可直接放大再經由 BUS 通路移動至 ADC 中轉換成數位資料。 CCD 與 CMOS 感光元件之優缺點比較 由於構造上的基本差異，表列出兩者在性能上的表現之不同。 CCD的特色在於充分保持信號在傳輸時不失真（專屬通道設計），透過每一個畫素集合至單一放大器上再做統一處理，可以保持資料的完整性。 CMOS的制程較簡單，沒有專屬通道的設計，因此必須先行放大再整合各個畫素的資料。 差異分析 ISO 感光度差異 由於 CMOS 每個畫素包含了放大器與A/D轉換電路，過多的額外設備壓縮單一畫素的感光區域的表面積，因此在 相同畫素下，同樣大小之感光器尺寸，CMOS的感光度