有關(guān)CCD與CMOS的應(yīng)用爭論是80年代CMOS取像組件問世后正式展開，90年代CCD成為數(shù)字相機與數(shù)字攝影機的取像組件主流，尤其是在數(shù)字相機領(lǐng)域，CCD更具有壓倒性的占有率。CMOS取像組件為了避免與CCD正面決戰(zhàn)，因此在行動電話等領(lǐng)域另辟戰(zhàn)場并獲得大勝，不過卻也招致CCD的覬覦，并且迅速與CMOS形成競爭局面，2003年開始取像組件的像素數(shù)從30萬一口氣提高4倍，甚至超過130萬像素以上，使得CCD取像組件更因它的影像品質(zhì)優(yōu)勢蠶食CMOS既有的生存空間 (圖1)。

 相關(guān)業(yè)者普遍認為內(nèi)附取像鏡頭的行動電話(以下簡稱為照相手機)的像素數(shù)量短期內(nèi)不易再向上攀升，假設(shè)像素數(shù)不再增加，而且2004年~2005年CMOS取像組件也跨越100~130萬像素技術(shù)門檻，如此一來CMOS就可充分發(fā)揮小型低耗電量等優(yōu)勢，進而再度奪回在照相手機的占有率。

應(yīng)用趨勢

 最近幾年相關(guān)業(yè)者對CCD與CMOS取像組件的認知發(fā)生重大改變，具體內(nèi)容分別如下:

圖2是以往與最近對CCD與CMOS兩取像組件的認知比較。

蕕撓跋歟??伊計仿嗜雜寫©克服。此外加大擴散層改變基本結(jié)構(gòu)，更造成無法與周邊高性能化數(shù)字電路整合，達成所謂的兩全其美目標，事實上這意味CMOS已經(jīng)喪失單芯片的優(yōu)勢。

由于CMOS與CCD兩者的優(yōu)缺點隨著技術(shù)的進化，以往所謂的“要求高畫質(zhì)的高階產(chǎn)品使用CCD，低耗量電低價為訴求時使用CMOS”壁壘分明的格局，正受到行動電話的發(fā)展快速瓦解，形成二分天下相互競爭的局面，該趨勢可見圖3，2002年內(nèi)建取像鏡頭的行動電話已經(jīng)成為市場主流的統(tǒng)計結(jié)果獲得證實，一般認為2005年全球照相手機的比率可達20%，屆時市場規(guī)模將超過1億臺(圖4)。

早期的照相手機基于價格與耗電量優(yōu)先等考量，因此取像鏡頭大多使用CMOS傳感器，隨后市場才出現(xiàn)高畫質(zhì)要求，三洋電機隨即在2001年2月推出內(nèi)建1/7英寸~11萬像素CCD取像模塊的照相手機，2002年5月SHARP則推出內(nèi)建1/5英寸~31萬像素CCD取像模塊的照相手機，由于兩種截然不同的取像相繼被應(yīng)用在照相手機，使得CMOS與CCD正式展開競爭局面，在此同時CMOS為了要與CCD一爭高低，試圖藉由高畫質(zhì)化的改善阻擋CCD的攻勢，結(jié)果造成互不相讓的局面。

如圖5所示可知綜觀2000年~2003年照相手機的發(fā)展動向，由于取像模塊由31萬像素提高至百萬像素已經(jīng)成為業(yè)界普遍的共識，因此CMOS與CCD究竟何者會勝出，事實上取決于何者可達成100~130萬像素的目標，而能否達成100~130萬像素目標，則取決于何者可將像素尺寸微縮成3mm大小(圖6)，尤其是照相手機用取像模塊對取像組件的高度有嚴格限制，由于光學上的限制因此取像組件外形尺寸不可超過1/4英寸，依此換算100~130萬像素取像組件的像素尺寸大約是3mm大小，為達成上述目標并非單純采用更微細工藝即可，因為像素尺寸越小受光量相對減少，為了維持影像品質(zhì)必需提高單位面積的感度，亦即像素尺寸微細化技巧成為各廠商的技術(shù)指針，一般認為100~130萬像素取像組件在2003年仍然是CCD占優(yōu)勢。

技術(shù)動向

 為了要與CCD取像組件競爭，CMOS廠商正努力改善組件特性，具體內(nèi)容大多與畫質(zhì)有關(guān)，分別是:

寥〉繆狗淺５停??醞耆?誶妒焦獾綞™極管聚集方式始終不易達成，有鑒于此，該公司針對晶體管與CMOS的結(jié)構(gòu)進行改善，因此CMOS讀取電壓即使只有2.8V亦可工作，而且暗電流降至對策前的1/10以下(圖8)。

 相較于CMOS的急起直追，CCD廠商也加快步伐進行新技術(shù)開發(fā)，其中又以三洋電機最積極。如圖9所示該公司自從2001年2月首度推出照相手機用11萬像素CCD取像組件之后，便不斷進行耗電量的改善，由圖可知2001年1/7英寸11萬像素CCD取像組件的耗電量是90mW，2003年2月問世的1/9英寸11萬像素CCD取像組件的耗電量只有35mW，單就耗電量而言，該CCD不比CMOS的40~80mW遜色。有關(guān)低耗電量的改善，三洋電機堅持采取其它廠商非常忌諱的Frame Transfer方式(以下簡稱為FT)，由于光電二極管與電荷轉(zhuǎn)送部分可作成一體化，因此FT可比其它方式更易獲得低電壓化效應(yīng)，例如垂直CCD的工作電壓其它公司是12~15V，三洋電機的CCD則只有一半大約是7~8V左右，此外只需中耐壓工藝即可，因此更容易與其它數(shù)字電路整合，以耗電量為35mW的CCD為例，該CCD就是將周邊的驅(qū)動電路、電源電路、模擬前端處理電路與DSP整合成單芯片。值得一提的是FT方式的縱向光紋，極易沿著轉(zhuǎn)送路徑滲入造成smear噪聲，三洋電機根據(jù)各列計算35mW的CCD的smear噪聲，藉由消除smear噪聲的影像演算處理進行補正。

 圖10是利用CMOS制程制作與CCD像素相同結(jié)構(gòu)，試圖藉此獲得低噪聲化效果的VMIS(Threshold Voltage Modulation Image Sensor)新技術(shù)的概念圖，VMIS是擁有CMOS 生產(chǎn)線的LSI廠商ENO-TECH Co開發(fā)的技術(shù)，該公司除了授權(quán)給EPSON之外，今后會再提供相關(guān)技術(shù)給日本兩家公司。

表2與表3是日本各取像組件(光電傳感器)廠商針對照相手機開發(fā)的產(chǎn)品發(fā)展動向統(tǒng)計表，由表可知三洋電機目前是以耗電量11萬像素CCD取像組件為主要訴求。有關(guān)100~130萬像素取像組件的規(guī)格與研發(fā)日程仍在研擬階段；同時擁有CCD與CMOS兩種技術(shù)的SHARP也是抱持與三洋電機相同的策略，亦即目前是以11萬像素CMOS為主，未來100~130萬像素取像組件則傾向采用CCD方式；2002年第三季加入照相手機用CMOS取像組件行列的SONY，則在2003年推出100~130萬像素CMOS取像組件，該公司預(yù)測2004~2005年CMOS取像組件的畫質(zhì)若能達到CCD的水準，具備小型低耗電優(yōu)點的CMOS將成為市場主流；同樣擁有CCD與CMOS兩種技術(shù)的松下電器雖然尚未公布量產(chǎn)日程，不過該公司在2003年已建立1/4英寸100~130萬像素取像組件的制作技術(shù)；三菱與松下電器一樣已建立百萬像素取像組件的制作技術(shù)，不過量產(chǎn)日程則尚未確定。

結(jié)語

由于數(shù)字相機與高頻通信技術(shù)的進步，行動電話可輕易沿用數(shù)字相機的取像組件技術(shù)，建構(gòu)具備攝影功能又可作實時影像傳輸?shù)恼障嗍謾C。在CMOS與CCD兩取像組件僵持不下的同時，夢幻般的可變倍焦(zoom lens)鏡頭即將登場，這意味著未來數(shù)字相機與照相手機，將出現(xiàn)嚴重的市場重疊現(xiàn)象，何者可勝出則取決于取像組件的性能。