部份分析觀察家指出：2010年時，筆記型電腦的總產值將超越桌上型電腦、2011年32位元微控製器的總產值將超越8位元微控製器。類似的，自從90年代末CMOS圖像傳感器即開始在一些應用上逐步取代CCD（Charge-Coupled Devices）圖像傳感器，而這樣的取代效應仍持續醞釀發酵，再加上多項新影像感測應用的出現
，如拍照手機
、指紋辨識、網際視訊等，使CMOS圖像傳感器的用量進一步的擴增，加上品質技術的強化改進，因此人們預估約在今年
、明年
，CMOS圖像傳感器的總產值就會超越CCD圖像傳感器。

雖然CMOS圖像傳感器超越CCD圖像傳感器已成時間問題，但即便總產值超越CCD也不代表CMOS影像感測器的一切表現都將超越CCD圖像傳感器，雖然CMOS圖像傳感器在多項表現上優於CCD影像感測器
，但仍有許多方麵不如CCD圖像傳感器

，如果CMOS圖像傳感器不能在這些落後項目上力求改進，那麼CCD圖像傳感器將持續在某些應用領域中佔有市場，且不一定拘限於利基市場
，如此將有可能影響到CMOS圖像傳感器在應用範疇上的持續推進。

因此
，本文以下將針對現有CMOS圖像傳感器的發展、技術等進行更多探討
，同時也再次審視、比較CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器的優劣性
，做為日後各項應用設計時的評估參考。

CMOS感測品質大躍進：主動式像素技術

首先我們必須從過往的技術歷程來瞭解CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器，老實說CCD圖像傳感器的運用歷史遠比CMOS悠久，CCD圖像傳感器的應用至今已超過30年的歷史
，相對的CMOS圖像傳感器的應用約在1990年中期才展露。

在1990年中期以前，CMOS圖像傳感器並沒有受到重視，原因在於感測影像品質的低落，然1990年中期對CMOS圖像傳感器而言實是一個技術發展演進的轉捩點
，此時美國國家航空暨太空總署（National Aeronautics and Space Administration；NASA）的噴射推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory）發明了主動式像素（Active Pixel）的CMOS圖像傳感器架構，此架構提出後大幅改善CMOS圖像傳感器的影像感測品質，自此以後CMOS圖像傳感器的應用才逐漸開展。也因為主動式像素架構的提出，為了與過往的架構有所區別，因此將過去的傳統架構稱為被動式像素（Passive Pixel）架構。
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為何主動式像素感測器架構能大幅改善CMOS圖像傳感器的影像感測品質呢
？這必須從架構設計上來說明，傳統被動式像素是將每個獨立電晶體（並搭配電容器）做為每個影像感測像素的開關（Switch），jiangganceqiganyingdaoguangyuan，bingjiangguangzhuanhuanchengdianzihou，jiangzhexieshuchudedianzichucundaodianrongqinei
，zhihouzaiduquxingliejiaohuichudedianrongqi，bingjiangdianrongqineidedianzixunhaotouguoxunhaofangdaqijiayifangda。

相xiang對dui的de，主zhu動dong式shi像xiang素su架jia構gou的de作zuo法fa是shi在zai每mei個ge影ying像xiang感gan測ce像xiang素su上shang都dou設she置zhi訊xun號hao放fang大da器qi與yu雜za訊xun控kong製zhi元yuan件jian，這zhe樣yang就jiu可ke以yi避bi免mian被bei動dong式shi像xiang素su架jia構gou的de一yi些xie缺que陷xian
，被bei動dong式shi像xiang素su架jia構gou的de主zhu要yao弱ruo處chu就jiu在zai於yu訊xun號hao運yun送song過guo程cheng中zhong遭zao受shou到dao雜za訊xun幹gan擾rao，而er主zhu動dong式shi像xiang素su感gan測ce因yin為wei就jiu近jin在zai為wei每mei個ge像xiang素su設she置zhi專zhuan屬shu的de訊xun號hao放fang大da器qi、雜訊控製等設計，使雜訊的影響大幅降低，進而提升了影像感測品質。


圖說：韓國MagnaChip公司的CMOS圖像傳感器之攝影機模組：HV7171SP（210萬像素），該模組為固定對焦型，圖中為模組與一般迴紋針的尺寸比較。

CMOS與CCD之比較

在感測品質大幅改善後
，CMOS圖像傳感器在諸多的本質特性上反而優於CCD圖像傳感器，這也使得愈來愈多的應用設計者願意用CMOS圖像傳感器來取代CCD圖像傳感器
，到底有哪些本質特性是CMOS優於CCD
，以下將逐一說明。

◆低成本性、高整合性

CCD圖像傳感器使用特有的成形結構
，需要獨有、專屬的製造、製程技術來實現

，因此製造成本較高。相對的
，CMOS圖像傳感器能夠用標準的製造設備來產製
，現今所有的半導體晶片有90%都是透過這些標準化設備
、設施所產出，包括CPU、RAM

、ROM等晶片都是，標準化的結果可以讓CMOS圖像傳感器的成本降低。

也因為使用標準的半導體製程，所以CMOS圖像傳感器不僅可以使用較先進的縮密製程，也才能方便整合訊號放大器
、雜訊控製等電路，來實現主動式像素的感測器架構
，同時標準製程也讓CMOStuxiangchuanganqinengfangbianzhengheyingxiangchulifangmiandedianlu，gaozhenghedubujinyeyouzhuyujiangdizhizaochengben，tongshiyegengshiheyixieyiqingbianweizhuyaosuqiudeyingyongzhong，ruzhaoxiangshoujijishiyili。

◆低功耗、易驅動性

主動式像素感測器架構的CMOS影像感測器的用電相當少，與CCD圖像傳感器相比可相差達近100倍
，這對行動應用（如：筆記型電腦）、手持式應用（如：手持式掃描器）等使用電池運作的裝置而言相當重要
，在相同像素下CMOS圖像傳感器約隻要20mW∼50mW的用電，相對的CCD影像感測器卻需要2W∼5W的用電。

此外CMOS圖像傳感器隻要單一固定電壓（5V或者是3.3V）的供電就可驅動運作，但CCD圖像傳感器卻需要擺盪性的電壓（5V∼15V間變化）才能運作，這對應用開發設計者而言，CCD設計反而是較困難與繁瑣。

◆隨機讀取像素區　增加感測應用彈性

由於主動式像素結構的CMOS圖像傳感器，其每個感應像素都具有獨立配屬的光電二極體（Photodiode
，也稱：感光二極體）及讀取感測信號用的放大器（Readout Amplifier）

，如此感應的電荷可以從行列線路上（X-Y Wires）讀取
，相對的CCD影像感測器的每一個電荷區（Charge Domain）是用移位暫存器（Shift Register）來讀取，所以CMOS影像感測器無論從行或列都可以進行定址，如此與一般的RAM記憶體相當類似。

具有此一獨到特性後

，CMOS圖像傳感器可以實現隻讀取整體影像感應中的部分窗區內容
，此稱之為「Windowing」，此可以用來實現晶片內的電子式鏡頭移動、偏向
、縮放等效果。更廣義地說

，Windowing特性對影像感測應用而言能帶來壓縮
、移動性偵測、或目標追蹤等功效，此一特性對保全監視用的攝影係統設計而嚴格外受用。

◆更快速的畫框率

主動式像素在結構上就具有快速感測的天性，因此適合用在一些（移動）動作分析方麵的應用，主動式像素在驅動影像陣列中的欄（Column）匯流排的速度上能夠過去的被動式像素結構快速，同時也比CCD影像感測器快速。另外CMOS圖像傳感器可以內建類比數位轉換器（Analog Digital Converter；ADC），使shi感gan測ce資zi料liao可ke以yi盡jin快kuai輸shu出chu到dao感gan測ce晶jing片pian外wai，內nei建jian類lei比bi數shu位wei轉zhuan換huan器qi的de另ling一yi好hao處chu是shi感gan測ce影ying像xiang直zhi接jie在zai晶jing片pian內nei就jiu轉zhuan換huan成cheng數shu位wei信xin號hao，如ru此ci可ke以yi免mian去qu類lei比bi信xin號hao因yin傳chuan輸shu而er遭zao受shou到dao雜za訊xun幹gan擾rao。
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◆更容易實現智慧型功效

同樣是CMOS製程的天性使然
，CMOS圖像傳感器可以與信號處理整合設計
，如此可讓CMOS影像感測器的功效超越傳統的標準攝影機功效，例如透過信號處理可以實現自動曝光控製（Auto Exposure Control；AGC）
，另外也可以抵抗抖動（Anti Jitter），使影像畫麵更為穩定，此即是一般所言的「防手振」gongneng
，lingwaiyekeyijinxingyingxianghuamiandeyasuo，zaiyingxiangziliaoshangweishuchudaojingpianwaibuqianjiuyijingwanchengyasuochengxu，kejiasuyingxiangziliaodechuanshu，huozheweileshejidanxingyekeyongyuanshengfangshichuanchuyingxiangziliao

，zaiyujingpianwaijinxingyasuochengxu。

不僅如此，其他的信號處理功效還有色彩編碼（Color Encoding）、內建電腦用的資料匯流排介麵電路
、提供多種解析度的成像方式
、畫麵動作追蹤等，甚至可針對某些影像應用而進行信號處理的支援性，例如視訊會議（Video Conferencing）、無線控製等。


圖說：美國美光（Micron）公司的CMOS圖像傳感器：MT9E001
，該圖像傳感器具有800萬像素，解析度為3,264（水平）x2,448（垂直），MT9E001並不是單晶片型態的圖像傳感器，而是單純的圖像傳感器，其他相關影像處理必須將感測資料讀出後才能進行。

CMOS如何改善畫質

CMOS圖像傳感器雖然有諸多特點勝過CCD圖像傳感器，但CMOS圖像傳感器依然有些方麵不如CCD圖像傳感器，例如在亮度不足、偏暗的情況下，其影像感測效果就會大幅轉劣，但CCDyingxiangganceqiquemeiyouzheyangdewenti。weilegaishanciyiwenti，muqianyejieyijingtichuyixiegaishanchangshi，baokuoruheranggengduodeguangyinruganceqinei
，yijijiangdiyingxiangganceqidezaxunwenti。

以加強引光而言
，業者提出微透鏡（Micro Lens）技術
，讓更多的光源能導入到影像感測器的表麵（光電二極體）上
，言下之意是增加感應的亮度，不過微透鏡技術已屬微機電係統（MEMS）的層次
，而非原有的單純半導體電路層次
，所以挑戰難度的增加自是不難想像。

另外一種作法是在原有半導體製程上強化
，業者CMOS電路的矽表麵上摻入雜質
，以此形成1個針紮層（Pinning Layer）
，新增此結構可將光源吸收到矽晶片的內部，進而降低（光電二極體）表麵的雜訊，此種作法也稱為針紮光電二極體（Pinned Photodiode）目前此種作法確實改善了雜訊問題，使感測品質提升，不過現階段此種製程也會增加晶片的製造成本。

不過，上述兩種改善感測畫質的方式
，都尚未真正成熟普及

，其它的嚐試技術也都類似，一旦CMOS影像感測器在感測畫質上能再行提升，那麼取代CCD圖像傳感器的進度也會更為加速。

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