1、畢 業 論 文學生姓名學生姓名學院學院 專專 業業光信息科學與技術題題 目目CCD 與 CMOS 圖像傳感器的比較指導教師指導教師2013年5月 1摘摘 要要： CCD 和 CMOS 圖像傳感器技術日趨成熟，目前已經廣泛應用于數碼照相機、攝像機，機器人視覺系統等成像裝置上。本文分別對兩類圖像傳感器 CCD 和 CMOS 進行了系統的分析和研究。由于 CCD 與 CMOS 圖像傳感器結構、性能和制造工藝不同，它們擁有各自的優點和缺陷，文章通過對 CMOS 與 CCD 的結構特點，包括靈敏度和分辨率等性能參數進行比較找出兩者的異同,介紹了兩者在各個領域的實際應用情況，并對 CCD 和 CMOS發展

2、趨勢和應用前景做出了展望。關關鍵鍵詞詞：CCD， CMOS，圖像傳感器，靈敏度，分辨率2Abstract：The technology of CCD and CMOS image sensor is becoming more and more mature. It has been widely used in digital cameras, the vision system device of imaging robot and so on. Two kinds of image sensor CCD and CMOS are analyzed and studied systemat

3、ically in this paper. Because of the differences in structure, the properties and the manufacturing process, CCD and CMOS image sensor have their own advantages and disadvantages. The structure feature and other performance parameters including sensitivity and resolving capability are compared to fi

4、nd out the similarities and differences between CMOS and CCD. Futher more, the practical application of CCD and CMOS in various fields, the trend of their development and the prospect of their application are also introduced in this paper.Keywords: CCD, CMOS, image sensor, sensitivity, resolving cap

5、ability3目目 錄錄1 引言 .42 CCD 和 CMOS 圖像傳感器的基本原理.42.1 CCD 圖像傳感器的工作原理.42.2 CCD 圖像傳感器的類型.62.3 CMOS 圖像傳感器的工作原理.72.4 本章小結 .83 CCD 和 CMOS 圖像傳感器的比較.83.1 CCD 和 CMOS 圖像傳感器的結構比較.83.2 CCD 和 CMOS 圖像傳感器的性能比較.93.3 本章小結 .114 CCD 和 CMOS 圖像傳感器的應用及發展趨勢.114.1 CCD 圖像傳感器的應用.114.1.1 圖像掃描 .124.1.2 三維測量 .124.2 CMOS 圖像傳感器的應用.12

6、4.2.1 數碼相機 .124.2.1 遙感成像 .134.3 CCD 和 CMOS 圖像傳感器的市場消費趨勢.134.4 本章小結 .14結論 .15參考文獻 .16致 謝 .1741 1 引言引言在現代社會中，我們每個人每天都在接收著大量的信息，有分析顯示，這些信息當中 80%都是通過人眼接收的。近年來，半導體技術快速發展，并且被用來制作圖像傳感器。圖形傳感器是照相機的“視網膜” ，他可以獲取信息并且完成信息的轉化存儲，因此得到了廣泛應用。圖像傳感器有兩類，分別是電荷耦合器件和互補金屬氧化物場效應管，即CCD(Charge-Coupled Device)和 CMOS(Complementa

7、ry Metal Oxide Semiconductor)圖像傳感器。20 世紀 60 年代，固態成像器件概念首先由美國貝爾實驗室提出。此后，圖像傳感器技術迅速發展，被廣泛應用于個人計算機以及監控設備之中。由于圖像傳感器可以把光信號轉化為電信號，所以原來用于傳統照相機的澳化銀膠片逐漸被取代。CCD 和 CMOS 圖像傳感器的工作原理在本質上其實是一樣的，光線首先通過鏡頭聚焦投射在圖像傳感器表面，再通過 MOS 電容器或光電二極管進行光電轉化。這些光影明暗強度不同，入射光的強度與 MOS 電容器和光電二極管產生的電荷成正比，因此可以形成“電荷圖像” ， “電荷圖像”又經過數模轉化等其他處理之后形

8、成圖像文件。但是，CCD 和 CMOS 的制作工藝和結構以及工作原理都是不同的，性能參數也有較大區別。CCD 和 CMOS 圖像傳感器的研究基本上是在同一時期起步的，但 CMOS 在噪聲和靈敏度方面存在短板因此一直滯后于CCD 的發展。直到最近十幾年，CMOS 技術取得很多突破，它本身體積小，集成度高等優點更能適應當今電子設備小型化，低成本化的需求，因此重新得到重視，其市場份額也逐步增加。本文將對 CMOS 與 CCD 圖像傳感器進行分析研究，重點研究兩者的異同，并展望其發展趨勢。本文的主要內容安排如下：第二章將分別介紹 CCD 和 CMOS 的基本原理，第三章將重點介紹 CCD 和 CMOS

9、 的結構和性能比較，第四章將介紹 CCD 和 CMOS 的應用情況，及其未來發展趨勢。2 2 CCDCCD 和和 CMOSCMOS 圖像傳感器的基本原理圖像傳感器的基本原理CCD 和 CMOS 圖像傳感器都運用了半導體技術，本章將簡要介紹兩者的基本原理。2.12.1 CCDCCD 圖像傳感器的工作原理圖像傳感器的工作原理圖 2.1 所示為 CCD 圖像傳感器工作原理框圖1。MOS(金屬-氧化物-半導體)電容器是構成 CCD 的基本單元，其基本構成如圖 2.2 所示。CCD 圖像傳感器感光單元由排列起來的MOS 電容器陣列組成，CCD 圖像傳感器可以看成是源級和漏極之間存在多個柵極，擁有一條很長

10、的導電溝道的“多柵 MOS 晶體管” 。5CCD 圖像傳感器的作用是完成光電轉換，以及電子存儲和耦合。根據 MOS 管的工作原理，要使 CCD 工作，首先需要在 MOS 管上加上大于開啟電壓的正柵源電壓，此時柵極和P 型硅片相當于以二氧化硅為介質的平板電容器，介質中產生垂直于半導體表面的由柵極指向 P 型襯底的電場，這個電場透過 SiO2絕緣層排斥空穴，在柵極附近形成耗盡層，耗盡層附近的電勢很低，構成存儲電子的勢阱。同時 P 型底層中的電子被吸引到柵極下的襯底表面形成 N 型薄膜，即反型層，成為溝通輸入端和輸出端的 N 型導電溝道。當光線照射到半導體器件表面的時候，半導體吸收光子的能量，產生電

11、子-空穴，其中的電子會被吸引存貯在勢阱中，光照越強，勢阱中收集的電子越多，光照越弱則相反，這樣電荷生成的數量就反映了光照的強度，實現了光和電的轉換。勢阱的深度是和柵極上的正向偏壓成正比的，而當柵極上的電壓一定時，電子就會逐步存貯在勢阱中，勢阱深度將越來越淺。根據上述性質，只需調節不同柵極上電壓的大小就可以控制勢阱深度的變化。當 MOS 電容緊密排列，相鄰的 MOS 電容勢阱會相互溝通，當柵極之間的距離足夠小時，在信號電荷自感生電場的庫倫力作用下，勢阱里的電子就可以從淺處流向深處，完成電荷包的耦合。為了使電荷包按照確定的路徑轉移，在 MOS 電容各個柵極上所加的電壓脈沖是時鐘脈沖，根據其相位關系

12、分為二相、三相或四相幾種結構。電荷包在時鐘脈沖下順序轉移，經過電荷-電壓變換,從 CCD 中以模擬信號的方式輸出。電荷輸出有浮置擴散輸出、浮置柵輸出和電流輸出等結構。輸出信號在片外電路板中進行放大和數模轉化，最終實現把最初的電荷包轉換為數字信號，并形成圖像文件。圖 2.1 CCD 圖像傳感器工作原理框圖6 圖 2.2 MOS 電容器的基本結構2.22.2 CCDCCD 圖像傳感器的類型圖像傳感器的類型 CCD 圖像傳感器分為線型和面型兩大類。線型 CCD 是由移位寄存器、 MOS 光敏單元并行組成，移位寄存器與光敏元之間還有一個轉移控制柵，有雙溝道和單溝道傳輸等結構，如圖 2.3 所示。線型的

13、 CCD 圖像傳感器只能直接處理一維光信息，而二維光信息是不能直接被轉變成圖像信號輸出的，它只有 X 方向，沒有 Y 方向，想要獲取二維的圖像信號就必須采用掃描的方法。線型 CCD 圖像傳感器的主要用途是傳真以及尺寸測量和文字識別等方面，比如掃描儀就使用線型CCD。面型 CCD 把一維的移位寄存器和線型光敏單元排列成矩形二維陣列，由感光區、信號存儲區、輸出轉移電路組成，具有 X，Y 兩個方向，有行間轉移、幀轉移、線轉移等結構。如圖 2.4 所示。面型 CCD 圖像傳感器主要作用是充當攝像機，數碼相機內部的感光器件。此外，按采光方式分類，CCD 又有前照式和背照式等。圖 2.3 線型 CCD 圖

14、像傳感器的結構7圖 2.4 面型 CCD 圖像傳感器的結構2.32.3 CMOSCMOS 圖像傳感器的工作原理圖像傳感器的工作原理CMOS 圖像傳感器的總體結構如圖 2.5 所示。芯片的內部集成度很高，感光單元陣列、時序產生電路、模擬信號處理器、驅動電路、行列尋址、數模轉化電路和很多控制寄存器等都集成在片內。通過對 I2C 總線編程還可以控制自動曝光、自動增益、白平衡等。 圖 2.5 CMOS 圖像傳感器工作原理框圖CMOS 圖像傳感器擁有二維像素陣列，每個像素上都配有一個光電二極管。不同像素結構的 CMOS 對信號的處理方式略有差別。一般情況，當光線投射到 CMOS 二維陣列表面時，光電二級

15、管發生光電效應，首先將接收到的光強轉換為電信號。通過芯片上的行選擇電路和列選擇電路我們可以任意選取希望操作的像素單元，并讀出像素單元的電信號。8將選取到的信號放大并轉化為電壓信號以后，再送到片上模擬信號處理電路中做相關雙采樣處理。也即由圖像傳感器引出實時信號、參考信號兩路輸出進行差分對比，去掉相同或相關的干擾信號。這種方法可以減少噪聲，提高了信噪比，還可以完成其它信號處理功能。經過降噪后的信號再由 A/D 轉換器轉變為數字信號輸出。CMOS 圖像傳感器有三種像素結構，即無源、有源、數字像素結構。僅由一個 MOS 開關管和一個反偏光電二極管組成的是無源像素結構(PPS)。它的特點是結構簡單，具有

16、較高的像素填充率，量子效率好，但由于傳輸線電容較大，噪聲很高。在像元中引入有源放大器的結構是有源像素結構(APS)，按光生電荷產生方式又包括光柵型、光敏二極管型和對數響應型。它的特點是功耗小，但填充系數低。數字像素結構(DPS)包含獨立的模數轉換器(ADC)，讀出數字信號，速度快，噪聲低，但像素單元面積大，設計難度大。一般CMOS 中整個感光陣列共用一個或幾個 ADC，或一列擁有一個 ADC。目前 CMOS 圖像傳感器廣泛采用的是有源像素結構。CMOS 圖像傳感器圖像有多種信號讀出方法。有逐行讀出模式，窗口讀出模式，跳躍讀出模式。對二維陣列進行逐行掃描是最基本的讀出方法。窗口讀出模式是僅讀出特

17、定的像素單元的圖像信息。跳躍讀出模式是間隔一個或多個像元讀出。綜合利用讀出模式可完成更復雜的功能，如變焦攝像、全景攝像等功能使用了跳躍讀出跟窗口讀出兩種模式。2.42.4 本章小結本章小結通過對 CCD 和 CMOS 結構和工作原理的分析可知，CCD 圖像傳感器利用 MOS 結構存儲和傳遞電荷，再統一把電荷包轉化為電壓，輸出的是模擬信號。CCD 有線型和面型兩類結構。CMOS 圖像傳感器可以任意讀取像素單元，輸出數字信號。傳統 CCD 和 CMOS 感光元件本身都只能感知光強而無法識別光波長。照相機要想獲取彩色圖片，采用的方法通常是在 CCD 或 CMOS 圖像傳感器每個單元內四個像素上分別加

18、一個具有單一色彩的濾色片，通過一定算法生成 RGB 圖片。隨著 3CCD 和 Foveon X3 等技術的出現，可以實現通過分光棱鏡使三層 CCD 或 CMOS 分別完成紅，綠，藍三基色的感知，從而得到彩色圖片。3 3 CCDCCD 和和 CMOSCMOS 圖像傳感器的比較圖像傳感器的比較從上一章 CCD 和 CMOS 圖像傳感器的原理分析中可以看出 CCD 和 CMOS 工作方式、結構和制造工藝是不同的。他們的各項性能也因此有所差別。本章分別從結構和性能兩方面對比這兩種圖像傳感器。93.13.1 CCDCCD 和和 CMOSCMOS 圖像傳感器的結構比較圖像傳感器的結構比較CCD 圖像傳感器

19、將光信號轉化為電信號之后，物體的實際圖像就變成了由勢阱存儲的“電荷圖像” 。和 CCD 圖像傳感器相同的是，CMOS 圖像傳感器也是首先把光信號轉化為電信號，但是兩者實現光電轉換的基本單元不同。CMOS 的光電轉換是由光電二極管完成的，而不是 CCD 使用的 MOS 結構。除此之外，在兩種圖像傳感器中，電信號處理的方式也有所區別。CCD 器件中產生的電荷包是順序輸出，經電子-電壓轉換后在片外統一進行信號的放大以及模數轉換處理。而 CMOS 器件可以通過行列尋址任意選取希望讀取的像素單元，每個像素單元都能獨立完成電子-電壓轉化。有源像素結構的 CMOS 由于每個像素單元都配備有源放大器，可直接完

20、成電信號的放大。數字像素結構的 CMOS 由于每個像素單元都有 ADC，因此可以直接讀出數字信號。綜上所述，CCD 圖像傳感器最終輸出的是模擬信號，模擬信號再通過片外的A/D 芯片完成數字化處理。而 CMOS 圖像傳感器最終輸出數字信號，方便信號進一步處理。從結構上來看，CMOS 器件在生產上會具有更高的成品率。因為 CCD 器件中的電荷包輸出采用順序轉移、移位寄存的方式，所以一旦某一個像素或寄存單元出現故障，整排電荷的傳輸都無法進行，而 CMOS 器件則不存在這樣的問題。此外 CMOS 器件簡化了系統硬件設計。由于集成度高，采用 CMOS 的成像系統就不再需要配置更多電路，而采用 CCD的系

21、統會更加復雜。3.23.2 CCDCCD 和和 CMOSCMOS 圖像傳感器的性能比較圖像傳感器的性能比較CCD 和 CMOS 圖像傳感器在結構和生產工藝上是不同的，這同時也決定了兩者的各項性能參數會有所區別。CCD 和 CMOS 圖像傳感器在性能上的差別主要體現在響應度與量子效率、暗電流噪聲、電子-電壓轉換率、響應不均勻性、動態范圍、圖像采集處理速度、抗輻射性、功耗等方面。如表 3.1 所示。表 3.1 CCD 和 CMOS 部分性能比較性能CCDCMOS響應度與量子效率高中暗電流噪聲低高電子-電壓轉換率中高響應不均勻性低中上動態范圍大中10(1)響應度與量子效率：響應度是在一定光譜范圍內，

22、像元單位輻射功率或曝光量所產生的輸出信號電壓。曝光量是光強與曝光時間的乘積。量子效率是響應度的微觀描述。用表示輸出信號電sV壓，表示單位輻射功率，電壓響應度可以表示為：sP (3.1)ssPVR 當光線照射到半導體器件時，低摻雜、頂層結構更簡單的 CCD 透過率高于 CMOS。其次，CCD 采用深外延技術，驅動電壓大，耗盡層深度達 1020m。而 CMOS 外延層薄，驅動電壓小，耗盡層深度僅 35m。再者，CMOS 像素中晶體管占用空間，實際感光面積比像素面積小很多。因此，CCD 圖像傳感器的量子效率更好，響應度更優。(2)暗電流噪聲：處于無光電注入狀態時，圖像傳感器熱激發產生的輸出信號就是暗

23、電流噪聲。器件工作時，長時間的曝光使電荷逐漸積累，造成器件溫度升高，暗電流受溫度影響會更加明顯。一般情況，采取良好工藝的 CMOS 器件暗電流密度可以降到 100pA/cm2 量級，而CCD 器件暗電流密度在 210pA/cm22 量級。CCD 圖像傳感器的暗電流噪聲遠低于 CMOS 圖像傳感器。(3)電子-電壓轉換率：電子-電壓轉換率表征圖像傳感器將收集的電荷轉換為電壓信號的能力。由于 CMOS器件采用的互補放大器具有增益高、功耗小的特點，它的電子-電壓轉換率比 CCD 更高。CCD 圖像傳感器如果想要達到相同水平的電子-電壓轉換率就要會付出更高的功耗3。(4)響應不均勻性：響應不均勻度定義

24、為圖像傳感器有效像元在曝光狀態下，各自輸出電壓均方根偏差與平均輸出電壓的比值，即 (3.2)%100)(1112MiooioVVMVPRNU (3.3)MioioVMV11式中表示第 i 個像元輸出電壓，表示平均輸出電壓，表示像元數目。CMOSoiVoVM圖像采集處理速度中上很高抗輻射性差好功耗高低11圖像傳感器有源像素結構中每個像元中都包含獨立的有源放大器，放大器工藝的微小變化都會引起像元性能的差異。因此 CMOS 圖像傳感器的響應均勻性比 CCD 遜色。(5)動態范圍：動態范圍即圖像傳感器的工作范圍，在這個范圍內最暗和最亮的圖像信號都清晰呈現。它是輸出信號的峰值電壓與均方根噪聲電壓的之比，

25、即 (3.4)dttVTVDRTnTs)(1lim 0 2(max)式中表示輸出信號峰值電壓，表示曝光時間，表示噪聲電壓。從公式可看(max)sVTnV出，噪聲對動態范圍影響很大。CCD 圖像傳感器由于噪聲比 CMOS 小，動態范圍更大。一般 CCD 器件的動態范圍比 CMOS 器件高 2 倍左右4。(6)圖像采集處理速度： CMOS 圖像傳感器在同一塊芯片上集成了大部分信號處理電路，信號傳輸距離短，速度快。另外 CCD 圖像傳感器采用的是串行尋址方式，電信號只能每次一行或一列地讀出。而 CMOS 圖像傳感器則采用 X-Y 尋址方式，可以對感興趣的單位隨機讀取，速度更快。因此 CMOS 整體速

26、度優于 CCD。(7)抗輻射性：CCD 圖像傳感器的基本構成單元是 MOS 電容器，而 MOS 電容器容易受輻射影響。而CMOS 圖像傳感器的像元單位由光電二極管和晶體管組成，受輻射線干擾不大。CMOS 圖像傳感器的抗輻射能力是 CCD 器件的十幾倍，因此在軍事環境，高輻射醫療環境下更有優勢5 。(8)功耗：CMOS 圖像傳感器由光電二極管產生電荷并直接放大輸出，需要的電壓較低。而 CCD需要 1218V 的電壓支持電荷包從移位寄存器里輸出7，其輸出放大器偏壓也很高。另外 CMOS 器件耗電量也相當于 CCD 的 1/81/10。因此，CCD 器件的功耗遠超 CMOS 。3.33.3 本章小結

27、本章小結CCD 和 CMOS 圖像傳感器的在結構上是有所不同的，而結構的不同也決定了兩者性能上的差異。CCD 和 CMOS 圖像傳感器各有所長，形成互補。4 4 CCDCCD 和和 CMOSCMOS 圖像傳感器的應用及發展趨勢圖像傳感器的應用及發展趨勢過去幾十年，CCD 圖像傳感器因為具有噪聲低，分辨率高、響應度好和動態范圍寬12等優點，長期主導著市場。近年來，由于集成電路工藝水平和 CMOS 技術的突破，CMOS圖像傳感器突飛猛進，應用范圍明顯擴展。并正從低端領域向國防、航天等高端領域進發。本章將介紹 CCD 和 CMOS 的典型應用，并分析 CCD 和 CMOS 圖像傳感器的發展趨勢。4.

28、14.1 CCDCCD 圖像傳感器的應用圖像傳感器的應用 CCD 圖像傳感器應用十分廣泛，例如可用于圖像掃描和三維測量等方面。4.1.14.1.1 圖像掃描圖像掃描與相機當中采用的面型 CCD 不同，圖像掃描儀當中的 CCD 器件是線型的。當 CCD 掃描儀要對一個圖像進行掃描的時候，首先將較強光源照射到待測圖像上。沒有被圖像吸收的光波反射到 CCD 器件上，CCD 器件表面每隔 10m 就有一個感光單元，經過光電轉換，CCD 器件就將強弱不同的光線轉化為了大小不同的電信號。經過 A/D 轉換，輸出數字圖像數據，這樣就實現了圖像的掃描和還原。商場收銀柜臺使用的條形碼掃描儀以及復印機里的稿件掃描

29、都使用了線型 CCD 圖像傳感器。4.1.24.1.2 三維測量三維測量CCD 在非接觸測量領域也有其獨到之處。CCD 三維測量裝置主要由 CCD 圖像傳感器、光學成像系統以及數據采集處理系統等組成,具有較高的測量精度和較快的速度，方便易用，比機械式或光學式的測量儀器更具優勢。圖 4.1 示意了相位測量輪廓術（PMP）的投影光路。利用相位測量輪廓術進行三維測量時,照明系統把正弦光柵圖形投射在待測物體的表面。只要保證一定的角度，成像系統就可以獲取待測物體表面調制的變形光柵像并投射在 CCD 器件上。CCD 輸出的信號經過適當處理,就可以計算出被測物體外表的尺寸。圖 4.1 PMP 三維測量方法投

30、影光路4.24.2 CMOSCMOS 圖像傳感器的應用圖像傳感器的應用CMOS 圖像傳感器同樣具有廣泛的應用，近幾年它已經逐漸成為數碼相機圖像傳感器13的主流，另外，它在航天領域越來越受到青睞。4.2.14.2.1 數碼相機數碼相機上世紀 80 年代，圖像傳感器的出現造就了第一臺不用膠卷的數碼相機。目前，大眾消費水平的單反數碼相機陣地儼然已經被 CMOS 占領。佳能首先打開自己的生產線，推出EOS 300D 等一系列廉價 CMOS 單反相機備受歡迎。如今順應器件小型化的潮流，無反光鏡的單電相機蓬勃發展，尺寸適中的高性能圖像傳感器備受矚目。尼康圖像傳感器供應商Aptina 在 2013 年 4

31、月推出的 AR1411HS 圖像傳感器使用 Aptina DR-Pix 技術，尺寸 1 英寸，有效像素 1400 萬，超采樣等先進技術的使用使它能在幽暗環境獲得清晰畫質。其在14MP 全分辨率下讀取速度達 80fps，連拍速度達 60fps。視頻拍攝在 4K 分辨率(40962160)下速度達 60fps，在 19201080 分辨率下達 120fps，能給 Quad HD(38402160)或 4K 格式的顯示屏提供超清視頻。這款傳感器比上一代產品快 40%，說明 CMOS 圖像傳感器技術更新十分迅速。如今各大廠商新開發的 CMOS 性能指標足以媲美CCD，并且其出色的連拍速度更令 CCD

32、望塵莫及。4.2.14.2.1 遙感成像遙感成像CMOS 圖像傳感器適用于空間遙感成像7。目前觀察衛星的主要遙感成像技術當中，雷達系統移動性差，設計復雜,對功率、數據傳輸速率和存儲能力要求太高。紅外遙感技術設備既結構復雜又價格高昂。微波輻射計不適用于小范圍、高分辨率地獲取圖像。如今空間飛行器的尺寸越來越小，對于質量小于 10kg 的納型衛星來說，可見光波段的光成像技術將成為主要的觀察手段。CMOS 圖像傳感器在體積、重量、成本、功耗，抗輻射性能等方面表現突出，而 CCD 器件又難以滿足小型化的要求，CMOS 在納型衛星上更加實用。我國“嫦娥二號” 探月衛星首次攜帶搭載 CMOS 圖像傳感器的相

33、機對月球展開探測。CMOS 突破了高速彩圖的靜態壓縮等關鍵技術，記錄了衛星太陽帆板展開，姿態調整，月球地貌等清晰圖像，有里程碑般的意義。4.34.3 CCDCCD 和和 CMOSCMOS 圖像傳感器的市場消費趨勢圖像傳感器的市場消費趨勢幾年來 CCD 和 CMOS 圖像傳感器的消費市場份額出現變化。從近幾年圖像傳感器在全世界的應用情況來看8 ，CMOS 圖像傳感器勢頭正猛。2007 到 2011 年間，CCD 傳感器出貨量從 1.7 億個減少到了 1.4 億個；出貨值從 24.4 億美元下降到 10.9 億美元。CCD 的消費市場快速萎縮，當然，CCD 的成本也在急劇下降，其性價比有了一定的提

34、升。同期CMOS 出貨量則從 9.3 億個上升到 15.7 億個，出貨值從 30.5 億美元上升到 35.8 億美元，年均增長率分別為 14%和 4%，說明 CMOS 價格也在小幅下降。142010 年，CMOS 的市場份額已經達到 90%，CCD 為 10%；2011 年 CMOS 市場份額漲到92%，CCD 繼續縮減到 8%。預計 2015 年，CMOS 出貨量可以突破 36 億個，市場占有率 97%以上；而 CCD 出貨量會跌破一億大關，僅剩不足 3%的份額。CMOS 傳感器的繁榮與智能手機的發展一脈相承。2011 年，CMOS 出貨量的 79% 都是手機貢獻的。我國手機用戶數量快速增長

35、，截止 2013 年 1 月已經達 11.22 億。如今的智能手機照相功能已經開始取代卡片機，這是一塊龐大的市場。與 CCD 器件相比，CMOS 器件體積更小，耗電量只有 CCD 的十分之一，售價卻在 CCD 的 60%左右 。低耗電量的CMOS 更適合待機時長遭遇瓶頸的智能手機，低廉的售價也有利于降低手機的成本。另外，背照式(BSI)CMOS 的出現解決了 CMOS 的噪聲問題，在低光環境下表現良好。蘋果iphone4s 等緊湊型高端手機率先使用背照式 CMOS，市場反應積極。技術上的進步讓 CMOS如虎添翼。可以斷言,CMOS 必將在手機圖像傳感器等大眾消費領域全面淘汰 CCD。可以預見，

36、隨著 CMOS 技術的高速發展，在高端領域，CMOS 也將逐步取代 CCD。但專業級 CCD 在高清領域的地位還是 CMOS 暫時無法撼動的，它的市場份額必然衰減，但短時間還不會消亡。CCD 不斷下降的成本是否能帶來新的起色，其未來發展趨勢還有待觀察。4.44.4 本章小結本章小結過去幾十年，CCD 由于在分辨率、靈敏度、噪聲等性能方面占據優勢，被廣泛應用在光譜儀、微光成像、生物醫學攝影等高端領域。CMOS 主要在玩具市場等低端領域有較高占有率。如今，CMOS 正在往高分辨率，低噪聲，高靈敏度等方向發展，技術瓶頸不斷突破，加上過去用在 CCD 上的技術開始逐步轉移到 CMOS 上，一些高端的 CMOS 器件甚至擁有比 CCD 更好的靈敏度和信噪比，CCD 的優勢正逐步暗淡。在數碼相機應用領域，非專業機型中 CMOS 基本已經取代了 CCD，在專業領域 CMOS 也在迎頭趕上，與 CCD 產生激烈的競爭。而 CCD 技術同樣也在向小型化和低功耗等方向發展，并且價格也在不斷下降，因此也可能迎來轉機。從現在的情況來看，兩者正處在相互補充，相互競爭的局面當中，但 CMOS 已經占領了大眾消費市場，比 CCD