第四章 影像感测元件.PDF

第 四 章 　 影 像 感 測 元 件 　 4 - 1 第 四 章 　 影 像 感 測 元 件 　　隨著影音多媒體的盛行 ，影像數位化已漸漸成為趨勢 。數位相 機 、數位攝影機及影像掃描器等產品的推出 ，代表著影像數位化時 代的來臨 。上述產品中，其重要的關鍵零組件就是面型影像感測器。 CCD 長期為日商所掌控 ，其特殊製程之關鍵技術為日方之重要資 產 ，亦為日本視訊產業重要基礎之一 。我國廠商無法切入進入障礙 較高的 CCD 產業 ，而選擇日本較少著力的 CMOS 影像感測元件 ， 近年來在國人的努力下 ，我國 CMOS 產業已經逐漸成形 。以下將針 對 CMOS 影像感測元件的現況作一介紹 ，並探討產品發展趨勢。 4 -1 　 技 術 分 析 　　面型影像感測元件是由二維的感測元件陣列構成的 ，依陣列大 小 ，有高 、中 、低解析度三個等級之分。低解析度影像感測元件畫 素數目在 30 萬以下 ，主要的應用為安全監控 、視訊會議 、影像電 話等 ，此類感測器亦包含全畫面傳輸 （full frame transfer ） ，應用 在工業 、科學或低階數位相機上 ；過去此類應用以 CCD 為 主 ， 近 一 、二年來 ，CMOS 感測器在這方面的應用 ，有興起的趨勢。中解 析度感測元件包括 30 萬到三百萬畫素的感測器 ，最主要的應用為 攝錄影機 （camcorder ） ，部份醫療、機器視覺 、視訊廣播 、中高階 數位相機等 。高解析度感測器畫素數目在三百萬以上 ，應用在科學 研究 、軍事 、專業數位相機等用途上 。 　　若以感測元件的類型分 ，面型感測元件有 CCD 、CMOS 、CCD ／ CMOS Hybrid 、CID （Charge Injection Device ）等多種 ，其中以 CCD 的技術最為成熟 、應用最為廣泛。由於CCD 穩定的影像品質 ， 使得 CCD 目前仍是中高階數位相機及數位攝影機的面型影像感測 元件主要選擇 。CMOS 技術用在影像感測元件上是最近一 、二年才 成為可行的事 ，CMOS 感測器因為其低成本 、低耗電及系統整合性 高的優勢 ，近來多被應用在低階數位相機 、電腦相機及行動電話等 產品上 。CCD ／ CMOS Hybrid 是將 CCD 畫素與 CMOS 的控制及讀 取線路整合在同一片晶片上 ，結合了 CCD 及 CMOS 製程的優點 ， PIDA Photonics Industry Technology Development Association 第 四 章 　 影 像 感 測 元 件 　 4 - 2 目前還在發展階段 。CID 的優點為抗幅射線性良好 ，大部份被用在 太空及特殊用途的的影像擷取 。 　　面型影像感測元件從 1985 年 CCD 被大量應用在 CCTV 上開始 ， 演進到現在 ，影像感測器的應用可說是五花八門，已形成足夠的經 濟規模 ，吸引廠商努力提升感測器的性能，或開發新類型的感測器 ， 以滿足新的應用需求 。尤其是在多媒體的應用 ，如數位相機、數位 攝影機等 ，除了性能上要求高解析度 、逼真的色彩外 ，還須要小型 化及低耗電力化 ，以配合機器本體輕、薄、短、小及可攜性的需求 。 未來的影像感測器 ，則將整合影像辨識或處理的功能 ，構成所謂的 智慧型影像感測器 。 　　線型影像感測器一般用來讀取平面的圖片或文件 ，取像時被感 測物或感測器須沿著與陣列垂直的方向掃描 ，才能取得完整的影像 訊號 。依使用的感測元件不同 ，線型影像感測器又可分為線型電荷 耦合器（Charge Coupled Device ，CCD ），及接觸式影像感測器（Contact Image Sensor ，CIS ）兩