數碼相機圖像傳感器知識

一、圖像傳感器的歷史

    與傳統相機不同，數碼相機并不是使用膠片來感光，而是使用圖像傳感器來捕捉圖像。圖像傳感器的歷史可以說非常的悠久：早在1873年，當時科學家約瑟?美(Joseph May)及偉洛比?史密夫(Willoughbysmit)就發現了硒元素結晶體感光后能產生電流，這是電子影像發展的開始。以后陸續有組織和學者研究電子影像，發明了幾種不同類型的圖像傳感器。其中重要的發明有20世紀50年代誕生的光學倍增管(Photo Multiplier Tube，簡稱PMT)和70年代出現的電荷耦合裝置(Charge Coupled Device，簡稱CCD)。

    20世紀末，又有三種新型的圖像傳感器問世了，它們分別是互補氧化金屬半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，簡稱CMOS)、接觸式圖像傳感器(Contact lmage Sensor，簡稱CIS)和LBCAST傳感器系統(Lateral Buried Charge Accumulator, Sensing Transistor Array)。

二、PMT

    PMT是最早出現的圖像傳感器，從五十年代發展到現在，技術已經非常成熟，是目前性能最好的傳感器。它就像一個圓柱體小燈泡，直徑約一寸，長度約二寸；內置多個電極，將進入的光信號轉化為電信號，即使很微弱的光線也可準確補捉。其最高動態范圍可達4.2，相對于其它類型只能達到3.2-3.6的傳感器，PMT要勝出不少；而且它非常耐用，可以運作十萬小時以上。但是由于其造價相當高，只能應用于專業的印刷、出版業掃描儀及工程分析儀等。

    類似小燈泡的傳感器“PMT”

三、CCD

    CCD是美國貝爾實驗室于1969年發明的，與電腦晶片CMOS技術相似，也可作電腦記憶體及邏輯運作晶片。CCD是一種特殊的半導體材料，由大量獨立的感光二極管組成，一般這些感光二極管按照矩陣形式排列(富士公司的Super CCD除外)。CCD的感光能力比PMT低，但近年來CCD技術有了長足的進步，又由于CCD的體積小、造價低，所以廣泛應用于掃描儀、數碼相機及數碼攝像機中。目前大多數數碼相機采用的圖像傳感器都是CCD。

四、CMOS

    CMOS技術已發展了數十年，CPU和內存便是由CMOS組成。但直到1998年它才被用于制作圖像傳感器。CMOS的優點是結構比CCD簡單，耗電量只有普通CCD的1/3左右，而且制造成本比CCD要低。自從佳能公司在專業數碼單反相機EOS D30中采用了CMOS以來，已經有越來越多的數碼單反相機使用它，目前數碼單反相機中幾乎有一半采用CMOS作為圖像傳感器。

    佳能數碼單反相機EOS D30采用的CMOS傳感器：

    佳能的大部分數碼單反相機都是采用了CMOS傳感器，適馬的SD10也是采用了Foveon X3技術的CMOS，尼康也在今年聯合索尼開發出了千萬像素級別的CMOS芯片，用在了他們的頂級數碼單反相機D2X上。幾年前人們還稱CMOS是“未來的傳感器”，如今CMOS已改變了這種身份，甚至可以和CCD分庭抗禮，我們只能感嘆科學技術的日新月異。

五、CIS

    CIS是一種基于CMOS技術的傳感器，由于結構關系，CIS技術通常只用于掃描儀。CIS掃描儀將光源、聚焦鏡片及感應器一同固定于一個外罩內，不須調節、預熱，所以比CCD掃描儀起動快。CIS掃描儀體積比CCD掃描儀更小，而制造成本也更少。但CIS技術還不成熟，容易產生較大的噪點，所以應用不太廣泛。

六、LBCAST

    LBCAST也是一種基于CMOS技術的傳感器，這是尼康從1993年開始研發的一種新型傳感器。它是被用來作為取代CCD的攝影元件，著眼于CMOS的未來發展，進行了自主改進。和COMS一樣，LBCAST也使用了X-Y圖像尋址放大方式來讀取信號，這使其色彩的動態范圍和色域相對于CCD而言更大，而由于使用了便電壓和小的JFET集成電路結構來進行光電信號的傳輸，則使信噪比相比COMS有了很大的提高，并因此有效控制了圖像噪點，而在傳輸速度上也由于使用了獨立的管線流水線而更為迅速。

    目前，因為LBCAST、CMOS每個像素使用的元件較多，體積尚未縮小到能夠用于袖珍相機的地步，所以尚未用于鏡頭一體型的數碼相機。