数码照相设备中感光元件技术的发展

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1、数码照相设备中感光元件技术的发展摘要：随着市场对于消费级数码照相设备的成像质量的要求越来越高，数码照相设备的技术不停歇地高速发展。感光元件是决定成像质量至关重要的一环，不断地技术革新以满足消费者更高的需求。手机和数码相机作为市场上最常用的数码照相设备，其感官元件一般都是采用CCD或者CMOS。关键词：数码照相设备，感官元件，CCD，CMOSDevelopmentofphotosensitiveelementindigitalphotographicequipmentXueJunAbstract:

2、Withtherequirementsoftheimagequalityimproveshigherandhigherfortheconsumer-leveldigitalphotographyequipment,thetechnologyofthedigitalphotographyequipmentdoesnotstopthehigh-speeddevelopment.Thephotosensitiveelementisthekeyoftheimagequality,itinnovatesw

3、ithoutstoptomeetthehigherdemandforconsumer.Asthemostcommonlyuseddigitalphotographicequipment,theMobilephonesanddigitalcamerastakeCCDorCMOSastheirphotosensitiveelement.Keywords：digitalphotographyequipment,photosensitiveelement,CCD,CMOS1.引言感光元件是数码相机的核心

4、，也是最关键的技术。数码相机的发展道路，可以说就是感光元件的发展道路。感光材料的革新推动着摄影技术和摄影器材的重大变革[1]。数码相机的核心成像部件有两种：一种是广泛使用的CCD(ChargeCoupledDevice)元件；另一种是CMOS(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor)器件。该论文主要介绍这两种感光元件的成像原理和技术发展，并对两种感光元件的特点进行比较，以及介绍了CMOS感光元件的前沿技术。图1感光元件2.CCD和CMOS的成像原理CCD即电荷

5、耦合元件，是一种感光半导体芯片，被集成在半导体单晶材料上，能够将光学影像转化为数字信号。CCD的工作原理如图2所示，CCD完成曝光后光子通过元件转换成电子电荷包，点荷包顺寻转移到共同的输出端，通过输出放大器将大小不同的点荷包(对应不同强弱的光信号)转换成电压信号，缓冲并输出到芯片外的信号处理电路。图2.CCD工作原理图CMOS即互补性金属氧气物半导体芯片，也是一种感光半导体芯片。其每个单元电路中含有两个互补的晶体管：N型金属氧化物半导体（NMOS）和P型金属氧化物半导体（PMOS）。CMOS的工

6、作原理如图3所示。光子转换为电子后直接在每个像元中完成电子电荷-电压的转换。图3.CMOS工作原理图2.感光元件的发展CCD的发展CCD是70年代初发展起来的新型半导体光电成像器件。由美国贝尔实验室的W.S.Boyle和G.E.Smith于1970年提出[2]。由于CCD可以再较大面积上非常有效、均匀地收集和转移所产生的电荷并低噪声地测量，因此，在过去20年CCD技术一直是可见光子探测和图像捕捉的主要技术[3]。20世纪90年代CCD主要是将拜尔滤镜装在CCD上，将红色和蓝色过滤掉，使每个像素都

7、接受到感光信号，成像较为丰满。九十年代末，为了跟随对照相设备越来越轻便的要求，CCD的单位面积也越来越小，1989年开发的微小镜片技术，已经无法再提升感亮度，如果将CCD组件内部放大器的放大倍率提升，将会使杂讯也被提高，画质会受到明显的影响。索尼将以前使用微小镜片的技术改良，提升光利用率，开发将镜片的形状最优化技术，即索尼SUPERHADCCD技术。基本上是以提升光利用效率来提升感亮度的设计，这也为日前的CCD基本技术奠定了基础。同时期3CCD技术开始被使用，其由三片CCD和分光棱镜组成的系统能

8、将颜色分得更好，分光棱镜能把入射光分析成红、蓝、绿三种光色，由三片CCD各自负责其中一种光色的成像，解决了以前颜色不均匀的问题。进入21世纪对于CCD的研究也更加深入，如索尼公司推出了一种四色CCD，在2003首次应用于数码相机中。还有超级CCD的提出，也是CCD研究上的创新。CMOS的发展早期的CMOS是一块单独的芯片，其发展要比CCD来的晚一些。传统的CMOS的在灵敏度、信噪比和成像质量上要弱于CCD，但是其制作工艺简单，功耗低，制作成本低的特点使其在移动手机上得到广泛的应用，但是其在数码照