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看透DV的心!高端CMOS,你凭什么与CCD同行

  任何的电子产品,都有自己的核心元件,这个核心部分就是指可以影响其性能好坏的因素,也就是相当于人的心脏。数码摄像机是属于影像类的电子产品,它的核心部分和数码相机是一样,在于图像传感器,它是数码摄像机的心脏,也是最关键的技术。数码摄像机的发展道路,可以说就是感光器的发展道路。
  
  目前数码摄像机的核心成像部件有两种:一种是广泛使用的CCD元件;另一种是CMOS器件。CCD相信大家都不会陌生了,CCD芯片的用途有很多,其中最主要的是用在高象素的数码照相机和摄像机中。

  

  最近,市场的聚光灯由CCD转投到了CMOS芯片上。CMOS的中文名称是“互补性氧化金属半导体”。主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带-电)和P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。同样,CMOS的尺寸大小影响感光性能的效果,面积越大感光性能越好。CMOS的缺点就是太容易出现杂点,这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时,由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象,不过现在量产的高档CMOS已经基本消除了此类问题。

  CMOS具有明显的简单和低成本的特点,所以最近日趋成熟的CMOS产品开始侵蚀CCD产品的市场。不可否认的是,CCD芯片在500万象素以上的数码相机产品中,能够达到CMOS无法比拟的视觉效果。但是,CMOS的强项在于动态视频以及其节能性。

  人们印象中的CMOS

  说起CMOS,大家肯定不会陌生,以往,CMOS往往应用在低像素的产品中,从最初以商务为主的传真机、复印机、扫描仪,到今日娱乐为主的摄像头、手机拍摄组件甚至闭路电视的摄像头、汽车倒车用的影像辅助系统等。就DV产品来说,大红大紫的“网X拍”和现在市场上的摄像头就是采用CMOS感光元件。也正是因为大家知道上述的这些低档次的产品也用CMOS,所以普通消费者会对CMOS产生成象不佳的印象。实际上,“网X拍”等产品采用的是比较廉价的CMOS解决方案而已,随着技术和制造工艺的发展,CMOS传感器得各项指标已经有了长足进步,赶上甚至于在某些方面已经超过CCD,以至于越来越多的数码产品开始使用CMOS作为传感器。从数码技术的发展角度来说,这也是大势所趋。

  

  CCD与CMOS

  CMOS图像传感器的芯片功能比CCD强大许多。除了将光子转变为电子和传送电子之外,CMOS还能实现图像处理、边缘检测、降低噪声、模数转换等功能。另外,图像传感器和数码摄像机的设计者可以对CMOS的功能编程,让它变成一种更加灵活的器件。

  将众多的功能集成在芯片上是CMOS胜过CCD的地方。另外,它还精减了外围元器件的数量。采用集成CMOS传感器技术的数码摄像机,其机身将会比使用其它芯片(比如说数字信号处理器DSP和ADC)小一些。另外,因为CMOS的功耗比CCD小,产生的热量也相应小一些,因此,也相应减少了热噪声。
  

  重点逐渐被转移CMOS进驻高端行业趋势

  SONY日前宣布将投入CMOS影像感应器产品市场,虽在目前它的CCD影像感应器全球市场占有六成以上占有率,但鉴于未来CMOS影像感应器需求将逐渐扩大,该公司乃决定投入潜力可期的CMOS影像感应器市场。也将斥资500亿日元建立一个新的CMOS生产基地,这个新工厂将于2006年春季正式开始生产运作。由于目前索尼已经是CCD的领导厂商,CMOS工厂投产后,索尼将在感光器材独霸一方,并且索尼方面也认为CMOS感应器市场未来仍会集中由少数厂商所垄断。

  

  在数码影像应用上,佳能、索尼加强了CMOS在高端影像产品领域的应用研发,三星也发布了最新针对拍照手机市场的500万像素CMOS。随着索尼三星等厂商掌握了高像素CMOS的生产技术,未来将会有更多厂商采用CMOS作为数码影像产品的感光元件,CMOS“狂热”将燃烧到消费级家用产品中。
  

  势在必行CMOS的优势促使它加快发展
  

  CCD每提升100万像素就需要对其生产线进行改造,研发生产的成本比较高。如果CCD尺寸仍然维持在2/3英寸的话,单位电极的间隙就被限制在0.4微米以内,进而导致制造中产生的损品率与生产成本大幅度攀升。

  从手持数码设备的供电设计角度看,CMOS的驱动电压较CCD低,响应速度快,而且更加省电。CCD碍于原理特性,无法与时序电路、控制电路、模拟数字转换等相关芯片电路一同整合封装,而CMOS却可以,因此在功能体积上CMOS能比CCD更小。

  连CCD领域的领先受益者索尼,先拔头筹,今年年初开始,推出的采用新式3CMOS数码摄影机DCR-PC1000E,在最近,采用CMOS技术的HDV高清数码摄像机HC1E也面世了,意味着CMOS在大刀阔斧地开辟影像产业的新天地。

  

  全球首款3CMOS的数码摄像机—PC1000E

  

  索尼的CMOS HDV—HC1E

  下面也来说说索尼研发的CMOS有什么独特之处:
  
  索尼结合自己在CCD领域里面多年的专业技术研究经验,研发了全新CMOS影像感应器技术,适用于产生高清晰影像。单一像素精细处理、更少的噪音均衡控制等技术,使得CMOS影像感应器能够达到形成高质量影像。
  
  索尼CMOS影像感应器使用独创精细处理技术,最大程度地减少了晶体管的尺寸和像素中的线圈,以此扩大CMOS中每个电荷的感光区域。相比普通CMOS,单个电荷感光区域得到了提升,灵敏度得到了提高。索尼CMOS能够汇聚更多光线,并减少噪点,增强信号,能获得更高的影像质量。
  

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