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CCD、CMOS以及成像器的发展前景
2004/12/11 18:59:17
 

  谈起成像器件,CCD这一方目前占有绝对的优势。这一点从众多的主流数码相机生产商都采用CCD作为相机的成像器件就可以得到有力的证明。而在CMOS这一方,由于它具有更低的生产成本、芯片内处理和大量的新的相关成像产品的应用而成为一支不可忽视的劲旅。因此它们之间的竞争也一定会在较长的一段时期内持续下去。

  在所有的传感器制造商中,柯达既可以生产CCD(电荷耦合器件),也可以生产CMOS(互补性金属氧化物半导体)传感器。相比起来每种传感器技术都有它的优点和缺点,因此不管任何消费者在购买数码相机时想要选择是的CMOS还是CCD相机,了解两种技术对于每个成像产品的界内人士都十分重要,因为这两种技术代表了未来成像技术的发展。

制造技术
  虽然CMOS和CCD成像器都是用硅元素加工制造的,它们使用的设备也较为相似,但是不同的制造加工过程和构造使得两种成像器在能力和性能上有着很大的不同。

  随着70年代和80年代成像应用的发展,CCD技术和制造加工在光学特性和成像质量方面得到了最优化的发展。并且CCD技术还在持续的发展和改进,它仍是图象质量为第一需求的首选和主要的市场分额占有者。

  CCD的成像点为X-Y纵横矩阵排列,每个成像点由一个光电二极管和一个邻近电荷存储区轮流组成。CCD上的光电二极管将光线(光量子)转变成电荷(电子),光电二极管收集到的电子总数量与光线强度成比例。整幅图象的光线是同时被收集起来,然后再传输到纵队之内的邻近电荷传递单元。

  接下来即要读出电荷:每排数据移动到各自的水平电荷传递寄存器。每排的电荷信息包连续被读出,通过电荷/电压转化器和放大器感知。这种构造能够产生低噪点、高性能的图象。但是即使是最优化芯片上也集成了其他不太成熟的电子装置。另外,生产CCD需要运用时钟信号、时钟水平和偏压技术,因此使整个体系变得复杂并且也增大了耗电量、体系的总体积和成本。

  而在另一方面,CMOS传感器是在高产量的铸造厂以标准的硅加工制作而成。其周围的电子器件,比如说数字逻辑电路、时钟驱动器或模/数转换器,可以在同一加工过程中很容易的集成到CMOS上。CMOS传感器还可以从主流半导体技术加工和材料的改良中获益,从而提高自身的性能。

  为了获得这一进步,CMOS传感器的构造排列更像是一个存储器或是平面显示器。每个成像点由一个能够将光线转化成电子光电二极管、一个电荷/电压转换区、一个重新设置和选取晶体管,以及放大器组成。覆盖在整块传感器上的金属格子将记时应用和读出信号与纵队排列输出信号相互连接。这种构造通过简单的X-Y寻址技术允许从整个排列、部分甚至单个像素来读出信号,而这一点CCD是不能办到的。

  但是,CMOS行业还只是处于最优化成像技术的早期发展阶段,虽然它已经有了非常大的一些进展,但是它还无法对CCD产生足够大的威胁。那么CMOS传感器需要多久才会取代CCD呢?或许我们应该换一种问法会更切实际一些,CMOS究竟能否取代CCD。

  CMOS传感器在新产品中被采用的最大的优势就是它是唯一适合该范畴产品的器件,它成功的关键在于:
低电源消耗芯片内集成外加电路低体系成本这些特点使CMOS传感器成为移动、多功能产品,比如说柯达的mc3或像PalmPix这样的附加成像装置的理想配件。

  如果CMOS传感器提供了所有以上的优点,那么为什么它还不能完全取代CCD呢?其中有许多原因:一些是和技术或性能有关,而另一些则是关于技术发展的成熟性。CCD进行大规模生产至少也有25年的历史,而CMOS技术才仅仅处于大规模生产阶段的初期。另外提前采用CMOS技术也阻碍了CMOS的发展,因为采用了早期CMOS技术的产品确实让人失望:其性能和产生的图象质量都非常的低下。

  作为CCD成像技术的倡导者,柯达能够在将传感器引入商用产品之前有效的开发它的CMOS成像技术,使它能够产生优质图象。原因非常简单,柯达科学家和工程师在CCD传感器和数码相机开发以及CMOS传感器方面有着超过25年的光学科技应用和成像加工技术经验,并且具有标准的CMOS生产线和设备,能够制造出低噪点高质量的传感器。

  目前传感器市场划分出的两个范围:高性能低产量分支和低成本高产量分支。在高性能分支上,CCD技术的应用将继续占优势,但是CMOS技术也将会达到一定市场占有率,特别是在低成本或轻便型产品中的运用。第二分支中以CMOS居多,在这里,许多原有应用CCD传感器的领域将要被CMOS传感器所取代,其中就包括一些保安应用、生物测定学和大多数消费型数码相机。

  绝大多数的增长将很有可能来自能够使用成像技术的产品,比如说汽车、计算机视频、光学鼠标、成像电话、玩具、条形码阅读器和大量复合型产品。这类产品将会随之带来数百万CMOS传感器的需求。


(DVOL本文转自:中国DV传媒 http://www.dvol.cn)

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 来源:天极网   

 

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