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），將jiang感gan測ce器qi感gan應ying到dao光guang源yuan，並bing將jiang光guang轉zhuan換huan成cheng電dian子zi後hou
，將jiang這zhe些xie輸shu出chu的de電dian子zi儲chu存cun到dao電dian容rong器qi內nei，之zhi後hou再zai讀du取qu行xing列lie交jiao會hui處chu的de電dian容rong器qi，並bing將jiang電dian容rong器qi內nei的de電dian子zi訊xun號hao透tou過guo訊xun號hao放fang大da器qi加jia以yi放fang大da。

xiangduide，zhudongshixiangsujiagoudezuofashizaimeigeyingxianggancexiangsushangdoushezhixunhaofangdaqiyuzaxunkongzhiyuanjian
，zheyangjiukeyibimianbeidongshixiangsujiagoudeyixiequexian，beidongshixiangsujiagoudezhuyaoruochujiuzaiyuxunhaoyunsongguochengzhongzaoshoudaozaxunganrao

，erzhudongshixiangsuganceyinweijiujinzaiweimeigexiangsushezhizhuanshudexunhaofangdaqi、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CMOS圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)能(neng)方(fang)便(bian)整(zheng)合(he)影(ying)像(xiang)處(chu)理(li)方(fang)麵(mian)的(de)電(dian)路(lu)，高(gao)整(zheng)合(he)度(du)不(bu)僅(jin)也(ye)有(you)助(zhu)於(yu)降(jiang)低(di)製(zhi)造(zao)成(cheng)本(ben)
，同(tong)時(shi)也(ye)更(geng)適(shi)合(he)一(yi)些(xie)以(yi)輕(qing)便(bian)為(wei)主(zhu)要(yao)訴(su)求(qiu)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)，如(ru)照(zhao)相(xiang)手(shou)機(ji)即(ji)是(shi)一(yi)例(li)。

◆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CCD影(ying)像(xiang)感(gan)測(ce)器(qi)卻(que)沒(mei)有(you)這(zhe)樣(yang)的(de)問(wen)題(ti)。為(wei)了(le)改(gai)善(shan)此(ci)一(yi)問(wen)題(ti)，目(mu)前(qian)業(ye)界(jie)已(yi)經(jing)提(ti)出(chu)一(yi)些(xie)改(gai)善(shan)嚐(chang)試(shi)，包(bao)括(kuo)如(ru)何(he)讓(rang)更(geng)多(duo)的(de)光(guang)引(yin)入(ru)感(gan)測(ce)器(qi)內(nei)，以(yi)及(ji)降(jiang)低(di)影(ying)像(xiang)感(gan)測(ce)器(qi)的(de)雜(za)訊(xun)問(wen)題(ti)。

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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