標籤:感光元件CMOSExmor R CMOS

感光元件是數碼相機的核心,也是最關鍵的技術。數碼相機的發展道路,可以說就是感光元件的發展道路。數碼相機的核心成像部件有兩種:一種是廣泛使用的CCD(電荷藕合)元件;另一種是CMOS(互補金屬氧化物導體)器件。與傳統相機相比,傳統相機使用「膠捲」作為其記錄信息的載體,而數碼相機的「膠捲」就是其成像感光元件,感光元件就是數碼相機的不用更換的「膠捲」而且是與相機一體,所以稱為是數碼相機的心臟很確切。

1分類概述

CCD
Charge Coupled Device,它使用一種高感光度的半導體材料製成,由許多感光單位組成,通常以百萬像素為單位。當CCD表面受到光線照射時,每個感光單位會將電荷反映在組件上,
感光元件移動式光學防抖(CCD防抖)

  感光元件移動式光學防抖(CCD防抖)

即把光線轉變成電荷;所有的感光單位所產生的信號加在一起,就構成了一幅完整的畫面。而後轉換成數字信號,經過壓縮后保存在相機內部的閃速存儲器或內置硬碟卡中。有能力生產CCD 的公司分別為:索尼、飛利普、柯達、松下、富士、夏普,大半是日本廠商。
光學格式
光學格式一般用感光元件的對角線長度比例來表示,即OF=對角線長度/1英寸=對角線長度/16mm。需要注意的是,這裡的1英寸並不等於通常的25.4mm,而是16mm,即感光元件為12.8mm×9.6mm時,它是1英寸感光元件。這種標示方法多用於長寬比為4∶3的袖珍數碼相機和消費級數碼相機上,感光元件尺寸從1/5英寸到2/3英寸不等。
綜述
影響感光元件的因素
對於數碼相機來說,影像感光元件成像的因素主要有兩個方面:一是感光元件的面積;二是感光元件的色彩深度。
色彩深度
除了面積之外,感光元件還有一個重要指標,就是色彩深度,也就是色彩位,就是用多少位的二進位數字來記錄三種原色。非專業型數碼相機的感光元件一般是24位的,高檔點的採樣時是30位,而記錄時仍然是24位,專業型數碼相機的成像器件至少是36位的,據說已經有了48位的C
感光元件除塵

  感光元件除塵

CD。對於24位的器件而言,感光單元能記錄的光亮度值最多有2^8=256級,每一種原色用一個8位的二進位數字來表示,最多能記錄的色彩是256x256x256約16,77萬種。對於36位的器件而言,感光單元能記錄的光亮度值最多有2^12=4096級,每一種原色用一個12位的二進位數字來表示,最多能記錄的色彩是4096x4096x4096約68.7億種。舉例來說,如果某一被攝體,最亮部位的亮度是最暗部位亮度的400倍,用使用24位感光元件的數碼相機來拍攝的話,如果按低光部位曝光,則凡是亮度高於256倍的部位,均曝光過度,層次損失,形成亮斑,如果按高光部位來曝光,則某一亮度以下的部位全部曝光不足,如果用使用了36位感光元件的專業數碼相機,就不會有這樣的問題。

2發展歷史

感光元件的發展(CCD、CMOS、Exmor R CMOS)
CCD是1969年由美國的貝爾研究室所鮑爾和史密斯開發出來的。進入80年代,CCD影像感測器雖然有缺陷,由於不斷的研究終於克服了困難,而於80年代後半期製造出高解析度且高品質的CCD。到了90年代製造出百萬像素之高解析度CCD,此時CCD的發展更是突飛猛進,算一算CCD 發展至今也有二十多個年頭了。進入90年代中期后,CCD技術得到了迅猛發展,同時,CCD的單位面積也越來越小。但為了在CCD面積減小的同時提高圖像的成像質量,SONY於1989年開發出了SUPER HAD CCD,這種新的感光元件是在CCD面積減小的情況下,依靠CCD組件內部放大器的放大倍率提升成像質量。以後相繼出現了NEW STRUCTURE CCD、EXVIEW HAD CCD、四色濾光技術(專為SONY F828所應用)。而富士數碼相機則採用了超級CCD(Super CCD)、Super CCD SR。
對於CMOS來說,具有便於大規模生產,且速度快、成本較低,將是數字相機關鍵器件的發展方向。在CANON等公司的不斷努力下,新的CMOS器件不斷推陳出新,高動態範圍CMOS器件已經出現,這一技術消除了對快門、光圈、自動增益控制及伽瑪校正的需要,使之接近了CCD的成像質量。另外由於CMOS先天的可塑性,可以做出高像素的大型CMOS感光器而成本卻不上升多少。相對於CCD的停滯不前相比,CMOS作為新生事物而展示出了蓬勃的活力。作為數碼相機的核心部件,C
感光元件

  感光元件

MOS感光器以已經有逐漸取代CCD感光器的趨勢,並有希望在不久的將來成為主流的感光器。
Exmor R CMOS背面照明技術感光元件,改善了傳統CMOS感光元件的感光度。Exmor R CMOS採用了和普通方法相反、向沒有布線層的一面照射光線的背面照射技術,由於不受金屬線路和晶體管的阻礙,開口率(光電轉換部分在一個像素中所佔的面積比例)可提高至近100%。與其以往1.75μm間隔的表面照射產品相比,背面照射產品在靈敏度(S/N)上具有很大優勢。索尼Cyber-shot新品——WX1和TX1,首次在數碼相機領域採用了一種全新的Exmor R CMOS感測器。這種Exmor RCMOS感測器的感光能力是過去同尺寸感測器的兩倍,因此在光線不足的環境下拍攝,能夠大幅降低噪點,獲得更清晰的圖像。而在此後的實際測試中也表明,這兩款Cyber-shot數碼相機不僅提供了最高ISO 3200的高感光度,並且噪點抑制能力相當優秀。同時,這兩款數碼相機還提供了手持夜景拍攝、全景掃描等一系列先進功能也是對新一代影像感測器的技術延伸。傳統的CMOS感測器每個像素點都要搭配一個對應的A/D轉換器以及對應的放大電路,因此,這部分電路會佔用更多的像素麵積,直接導致光電二極體實際感光的面積變小,感光能力變弱。CCD的單個像素點不需要A/D轉換器和放大電路,光電二極體能獲得更大的實際感光面積,開口率更大,因此在小尺寸影像感測器領域,CCD仍佔據一定優勢,而在大尺寸影像感測器領域,由於單個像素點的面積大,A/D轉換器和放大電路佔用的面積只是整個像素的很小一部分,影響不大,因此CMOS感測器也得到了廣泛的應用。
而Exmor R CMOS將光電二極體「放置」在了影像感測器晶元的最上層,把A/D轉換器及放大電路挪到了影像感測器晶元的「背面」,而不是像傳統CMOS感測器一樣,A/D轉換器和放大電路位於光電二極體的上層,「擋住了」一部分光線。這樣一來,通過微透鏡和色彩濾鏡進來的光線就可以最大限度地被光電二極體利用,開口率得以大幅度提高,即便是小尺寸的影像感測器,也能獲得優良的高感光度能力。
相比較之下,傳統的表面照射型CMOS感測器的光電二極體位於整個晶元的最下層,而A/D轉換器和放大電路位於光電二極體上層,因此光電二極體離透鏡的距離更遠,光線更容易損失。同時,這些線路連接層還會阻塞從色彩濾鏡到達光電二極體的光路,因此直接導致實際能夠感光更少。而Exmor R背照式CMOS感測器解決了這樣的問題。
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