原创 CCD与CMOS

取代传统底片的数位感光元件 CCD 
    数位相机的风行，不仅创造出全新的摄影经验和器材使用哲学，同时随着电子元件应用和知识的 进步，直接或间接的必须了解和使用这些新名词。对于常常使用数位相机的人来说，这些名词可能已经耳熟能详了；然而，要将它们完全地认识清楚，甚至于解说明白恐怕也不是那么容易。Mr. OH! 数位讲座成立的目的之一，就是带领同学深入探讨这些数位影像新名词 和科技的来龙去脉，作为大家踏入数位影像的第一步，首先我们就从取代传统相机底片的电子光学元件CCD谈起：  

〈图：NikonD100 CCD 特写〉CCD 英文全名 Charge Coupled Device，感光耦合元件

    CCD（Charge Coupled Device ，感光耦合元件〉为数位相机中可记录光线变化的半导体，通常以百万像素〈megapixel〉 为单位。数位相机规格中的多少百万像素，指的就是CCD的解析度，也 代表着这台数位相机的 CCD 上有多少感光元件。 CCD 主要材质为硅晶半导体，基本原理类似 CASIO 计算机上的太阳能电池，透过光电效应，由感光元件表面感应来源光线，从而转换成储存电荷的能力。简单的说，当 CCD 表面接受到快门开启，镜头进来的光线照射时， 即会将光线的能量转换成电荷，光线越强、电荷也就越多，这些电荷就成为判断光线强弱大小的依据。CCD 元件上安排有通道线路，将这些电荷传输至放大解码原件，就能还原 所有CCD上感光元件产生的讯号，并构成了一幅完整的画面。此一特性，使得 CCD 通用在数位相机〈Digital Camera〉与扫瞄器〈Scanner〉上，作为目前最大宗之感光元件来源。

ＣＭＯＳ 英文全名 Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体

    CMOS和CCD一样同为在数位相机中可记录光线变化的半导体 ，外观上几乎无分轩轾。但，CMOS的制造技术和CCD 不同，反而比较接近一般电脑晶片。CMOS 的材质主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带 ━ 电） 和 P（带 + 电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理晶片纪录和解读成影像。然而，CMOS因为在画素的旁边就放置了讯号放大器，导致其缺点容易出现杂点 ，特别是处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象，更使得杂讯难以抑制。

    CMOS 对抗 CCD的优势在于成本低，耗电需求少, 便于制造, 可以与影像处理电路同处于一个晶片上。但由于上述的缺点，CMOS 只能在经济型的数位相机市场中生存。 不过，新一代 『Fill Factor CMOS』 成为解决这个难题的救星，Fill factor CMOS 属于此型感测器中最先进的制程技术。最大的差别在于提高 Fill Factor（单一画素中可吸收光的面积对整个画素的比例），有效做到提升敏感度、放大CMOS面积（全片幅）和降低杂讯的影响。再将 Fill Factor CMOS 与 CCD 感光器比较发现，CCD 受限于良率和结构制程，面积越小，画素越高，相对成本也就越低；Fill Factor CMOS 刚好相反，由于感光开口加大，FF CMOS 可以挑战更高画素，更大面积（全片幅），甚至就产出比例来说，FF CMOS 单一晶圆的附加价值更大。
   由于 Fill Factor CMOS 技术的特殊性，自身拥有晶圆生产设备的日本 Canon 可以说是最早体悟到 Fill Factor CMOS 的市场潜力。Canon EOS D30 是该公司最早选择以 FF CMOS当感光元件数位 DSLR 产品，低廉的价格颇受消费者支持。虽然，EOS D30的画质表现普通，不过，后续的研究整合了完整的图像处理引擎等，更高速且尖端的影像技术，今日，采用大画素、全片幅之 Fill Factor CMOS 已经成为主流，高阶旗舰级全片幅数位机身包括：Canon 1DsMarkII、Kodak DCS Pro/c 也全面采用 Fill factor CMOS。