CMOS與CCD影像感測器之 百萬大作戰即將引爆 轉貼於 http://www.mem.com.tw/serial/2002-8-197/m19725.html 陳燕儀 打開電子郵件，又收到數位相機的特賣訊息，令人訝異的是，過去動輒上萬元的兩百萬畫素數位相機，現在竟然能用不到4000元的價格買到。仔細研究其產品規格，發現它採用了CMOS sensor作為感光元件，並且具有動態攝影、同步錄音等各種附加功能。原來，隨著全球各大CMOS影像感測器供應商相繼推出百萬以上畫素CMOS產品後，CMOS與CCD影像感測器已正式引爆百萬畫素大作戰。CMOS與CCD優劣比一比 CMOS Sensor發明得比CCD早，但近十年才應用在低階的消費性產品，具有低耗電量的特性，可採用標準半導體製程大量生產而降低成本，同時與周邊晶片組整合性高可發展成SoC、縮小面積等優點，近來廣泛應用在中低階的PC camera、數位相機、保全監視器與玩具等應用，未來更在手機、PDA甚至生物感測、汽車後視鏡、醫學儀器方面擁有龐大的成長空間，唯獨其靈敏度與動態範圍較差，低照度下易產生雜訊。 CCD Sensor發展迄今將近30年，因此技術十分成熟，影像品質良好，主要應用在高階市場。CCD可分為面型CCD和線型CCD兩類，面型CCD建立二維的影像，主要應用在高階數位相機、保全監視器和攝錄影機，而線型CCD主要應用在傳真機、掃描器與數位影印機。此外，其應用領域尚擴及太空及軍事攝影等。然而由於CCD Sensor需要多電壓使其耗電量高，且其特殊製程與設備讓成本高居不下，縮小面積困難度也高，近來在低畫素應用方面逐漸為CMOS Sensor所取代。 CMOS攻成掠地 CCD力保江山 根據In-Stat預估，由於市場競爭劇烈，CMOS sensor的價格將從1999年10美元，下跌至2004年的5美元以下，由於價格下跌之快，2001年35萬像素的CMOS Sensor幾乎已大幅取代CCD Sensor，並將技術提升至百萬像素。隨著技術進步、價格下跌及應用領域擴展，預估2003年CMOS Sensor出貨量將可超越CCD Sensor，2004年出貨量將達1.47億顆，年複合成長率達87.7%，金額則可超過18億美元。 安捷倫半導體產品事業群大中華地區台灣區副總經理游本慶(圖1)表示，2000年底起CMOS Sensor市場的變化頗大，PC Camera最適合採用CMOS sensor為感光元件，可惜在去年未如預期般有爆炸性的成長，主因是缺少殺手級的應用，加上頻寬的不足，無法達到預期表現。至於數位相機方面，市場的趨勢是往高解析度發展，CCD Sensor由於是很成熟的產品，在高解析度的應用上較CMOS Sensor更為適合。 振遠科技副理陳孟宏(圖2)則認為，CCD sensor先發展出高畫素後繼而又往下延展，而較晚成熟的CMOS sensor則由低畫素向上發展，兩者的交會點在130萬畫素，將是最大衝突點。以消費型130萬畫素數位相機的市場量來看，由於CMOS擴展很快，CCD不得不退守200萬畫素以上的市場，而CMOS也持續進攻200萬畫素。陳孟宏指出，訴求輕巧、簡單的1.3M數位相機會選擇CMOS Sensor，而機型大、功能多、影像品質較好的則選用CCD Sensor，視消費者需求而異。目前CMOS與CCD在1.3M數位相機的市佔率幾乎平分秋色，未來瓶頸將發生在1.3M到2M間。因為CMOS在低畫素市場拓展十分迅速的主因是價格便宜，一旦CMOS Sensor愈往高畫素發展，其成本必定會相對上升。而2M CMOS Sensor在低照度的拍攝場景下品質較差，需要後段的DSP做更多影像處理，整個系統的成本將因而提高，CMOS Sensor在價格上也就不再具有絕對優勢。由此看來，從1.3M到2M數位相機市場將是CCD與CMOS最激烈的一塊戰場。 面對CMOS的步步進逼，CCD廠商為了鞏固地位也紛紛以降價、縮小體積來因應，掌握CCD關鍵技術的日商更率先推出結合數位相機的手機，試圖以CCD Sensor對光線靈敏度高、低雜訊、高動態範圍等優點再次攻佔手機市場。原相科技總經理黃森煌則認為，在CCM(Compact Camera Module)的趨勢下，影像品質的要求日益嚴苛，且手機也必須適用於惡劣的使用環境，因此CCD Sensor的確掌握一部份優勢，但CMOS Sensor除了具備省電、小體積等不易取代的特性外，近來在降低雜訊、提高動態範圍與靈敏度等方面亦有明顯的進步，未來也將在手機市場上與CCD Sensor一較長短。 CMOS sensor供應商紛紛推出百萬以上畫素產品 安捷倫看好CMOS在行動裝置上的潛力 根據調查顯示，預計2006年行動通訊市場將會有50%的手機擁有數位影像裝置，在手機應用上，2005年將會有35%的non-voice市場，其中MMS佔大部分，屆時對CMOS感測器應用而言，將會是一很可觀的量。安捷倫總經理游本慶認為，在手持裝置的應用上，CMOS Sensor高階化要考慮其商品化的價值，技術目前雖已做得到，但商品化才是客戶的價值。游本慶也指出，CMOS的高整合度、低耗電、小體積等特性，較CCD更適合用在手持裝置，而CIF(10萬畫素)及VGA(30萬畫素)已能滿足手機應用上的需求。因應對行動裝置市場的預期，安捷倫將把重心放在Camera Module上，今年已推出Camera Module，應用在PDA、視訊電話、行動電話、筆記型電腦等，該模組的整合度高，明年將有應用的產品上市。游本慶強調，Camera Module就等於一台小型相機，整合了CMOS sensor、光學、處理器、機構等技術，這將是市場的趨勢，不僅能縮短客戶Design In的時間，也加速產品上市時程，提供整體的解決方案。 CMOS影像感測器市佔率自1999年的51%、2000年的50%到2001年40%，加上安捷倫光學滑鼠市佔率高達95%的表現，安捷倫始終保持在CMOS sensor市場的領導優勢，游本慶強調，在CMOS感測器這個領域，安捷倫擁有多項的競爭優勢，加上晶圓廠可準確掌控製程，相信可提供給客戶更高效能高品質的產品與服務。 TOSHIBA從CCD轉戰高品質CMOS 過去在CCD亦佔有一席之地的Toshiba，除了保留線型CCD的生產線外，已在兩年前將面型CCD全面轉為CMOS sensor生產線。代理TOSHIBA產品多年的振遠科技副理陳孟宏表示，TOSHIBA原本即具有很高的CCD技術，轉戰CMOS市場後，產品的影像品質仍然維持很高，目前已是NOKIA手機最大的CMOS Sensor供應者，今年的產能幾乎全滿。 陳孟宏表示，TOSHIBA的產品特色在於耗電量極低、影像品質接近CCD、封裝的精密度高，一般CMOS Sensor耗電量約為3.3V，TOSHIBA的產品耗電量則為2.8V。明年計劃從0.25微米邁入0.18微米製程，屆時耗電量將再降低到1.8~2V。TOSHIBA產品的唯一缺點是價格較高，與台商的CIF級CMOS約2.5~3美元相比，TOSHIBA CIF級CMOS sensor的8美元已接近CCD Sensor的價格。在上述的特點下，TOSHIBA的CMOS產品定位於手機、PDA等高單價商品的應用市場。 TOSHIBA日前發表了4款CMOS Sensor，主攻手機、PDA等個人化攜式設備的數位影像應用市場。4款新的感測器在畫素及色彩表現能力上，都已經CCD Sensor達到相同的水準。 新的4款元件中，彩色的TCM5063T和單色的TCM5060T均為33萬畫素，解析度為VGA；另外兩款為11萬畫素的TCM5073T和TCM5070T，解析度均為CIF。這4款產品最大讀取速度為每秒30個畫框。 TOSHIBA的新感測器內建了一個光電二極體，並藉由減少光電二極體所產生的暗電流，支援在較暗燈光下的正常攝影功能；在加入這個光電二極體後，新的CMOS Sensor體積仍與現有產品相同，並沒有增加。另外，新元件的雜訊輸出電壓也較現有的CMOS Sensor減少了三分之一。 ST致力SoC技術 提供完整解決方案 ST亞太區影像產品事業部資深工程師梁志宏指出，雖然全球CMOS Sensor在去年的價格競爭下降讓利潤減少，但整體銷售量但仍持續成長，從2001年到2002年成長率將近1倍。成長的主因有二，一是過去VGA與CIF等級CMOS，主要應用於較低階的PC camera、Toy cam等市場，而現在CMOS Sensor已邁入百萬畫素的主流數位相機市場，其次是行動通訊市場的應用備受看好，預計2003下半年將有顯著成長。 梁志宏表示，ST CMOS Sensor主要的目標市場就是數位相機、PC camera與Dual mode camera。至於行動通訊方面，手機市場是目前公認最大的市場，因為數位相機的功能納入手機中將十分方便，而手機用sensor比其他應用更強調耗電小、尺寸小，此外通訊的頻寬要夠寬，資料傳輸才能順利傳送。目前ST已著手與歐洲手機廠商合作。 ST1999年併購VVL，VVL是第一個把CMOS Sensor量產化的公司，由於經驗豐富，其品質控制備受肯定。梁志宏表示，與其他純生產CMOS Sensor的設計公司不同，ST提供的是整體解決方案，客戶不必自行外加後段的控制器IC，也可以節省為前、後段介面微調的時間。ST為因應SoC之趨勢，儘量把周邊的元件整合於同一晶片中，目前整合的部份主要在後段的元件，包括影像處理IP、類比/數位轉換器、前置放大器等。 ST的CMOS Sensor產品包括CIF、VGA及剛發表樣品的1.3M，在Co-processor方面有WebCam、Dual-mode camera，到目前的Multi-mode camera，Multi-mode具備攝影及影音同步的功能，未來將走向MPEG 4，做到真正的數位攝影。在手機與PDA方面，ST為了讓客戶有選擇的彈性，將原本整合了Sensor、Lens及Co-processor的Matisse轉為只包含Sensor與Lens的SmOp系列，讓客戶可以根據不同應用來選擇Co-processor，無需更換整個模組。 在激烈的競爭下，梁志宏表示，國際大廠雖然投入的成本較高，無法完全以降價來競爭，但因在製程與技術方面的領先，ST提供Total Turnkey Solution，並從Co-processor進行差異化。例如CMOS Sensor在暗處易有雜訊，ST就在Co-processor裡加入可消除雜訊的IP。 摩托羅拉適時推出1.3M 攻下80%市佔率 因應市場對畫素的需求，Motorola從1999年推出VGA CMOS Sensor到2000年推出130萬畫素產品，前者已十分成熟，主要應用於低階數位相機及手機、Smart Phone、PDA等市場，後者在2001年下半年開始量產，目前受限於頻寬而主攻數位相機市場。 摩托羅拉半導體事業部資深產品應用工程師江梓宏(圖3)指出，CMOS Sensor與傳統CCD sensor的最大差異在於CMOS具備低耗電、低成本、高整合度三大特點，例如摩托羅拉第二代CMOS即整合了Sensor、Mix-signal及DSP，不但縮小面積、降低成本，更能協助系統廠縮短設計時程。然而，由於CMOS靈敏度較差，且其動態範圍也不大，在畫質呈現仍不及CCD。為此，Motorola採用Pinned Photodiode、Pixel Design、Global Shutter三項技術以解決CMOS先天的缺點。 Motorola為解決CMOS感光效率問題，採用Pinned Photodiode架構，以有效地擷取藍光，讓感光效率及色彩更佳；而Pixel Design可整合類比影像程序，可減少因溫度變化而產生的電流；此外，用全景快門(Global Shutter)的軟體程式來替代傳統機械快門，不但能節省成本，更能縮小體積。 江梓宏表示，Motorola的CMOS產品將持續往更高畫素發展，從現在的130萬往200萬、300萬畫素邁進。雖然數位相機市場長期為CCD的天下，但在歐美及台灣眾多廠商投入CMOS Sensor市場後，目前市面上35萬畫素的數位相機已幾乎由CMOS所取代，而摩托羅拉在剛推出130萬畫素CMOS時亦曾遭遇瓶頸，但最後CMOS仍然成功地打下市場，因此江梓宏認為CMOS Sensor在數位相機市場仍大有可為，今年以130萬畫素為主流，明、後年200萬畫素量產後，將再度成為CCD Sensor的一大威脅。 由於Motorola具備整合技術的優勢，同時適時推出新產品讓其CMOS Sensor在市場上佔有一席之地，目前Motorola已佔全球1.3M CMOS Sensor市場80%，未來除了數位相機之外，摩托羅拉未來積極往行動裝置應用，如手機、PDA等需求功耗小的應用。 NS推出彩色的130萬畫素 提供多種參考設計 NS亞太地區產品行銷經理陳永信(圖4)表示，NS去年正式進入CMOS市場之初，選擇與特定數位相機、手機大廠合作的行銷策略，而今年在推出新產品後開始向外拓展市場，以完整的參考設計，讓客戶以整體導入的方式直接量產，大幅縮短Design In時間。此外NS也針對特殊應用推出產品，如汽車、電子白板、收銀系統、無線筆、印表機、影印機等。 計畫明年大幅擴張市場的NS雖然發展CMOS sensor較晚，但陳永信指出，由於擁有較高的敏感度及技術整合度，可以確保影像清晰，加上NS擅長於類比技術，在進行系統整合或整體電路設計時可以提供所有周邊元件，而且能夠按照客戶的需要而特別訂製，因此可以滿足不同客戶及新一代應用方案的需要。 在今日的價格競爭下，除了CCD首先會受到排擠，部份CMOS廠商也將被淘汰，因此擁有良好技術層次、供貨能力與資金成本之廠商才能生存。陳永信表示，NS強調合理的價格效能比，在這個起飛的市場中，將以其既有的品質保證與客戶共創雙贏局面。 NS日前推出7款全新的CMOS Sensor，具有多種不同的功能特色，不但功耗低，而且具有最廣闊的動態範圍及最高的光敏感度，其中包括上網設備、入門級數位相機及各種工業用產品如保安系統攝影機等。其中主推的彩色130萬畫素，也發展完整的參考設計，除了一套Dual-mode camera外，還有一套針對年輕族群而設計數位相機模組，具備MP3、錄音機、檔案傳輸等功能。新產品中也針對手機、PDA等行動裝置設計的VGA等級發展一套參考設計，將先與領導廠商合作再進一步擴張市場。此外也有敏感度很高、速度很快的利基型產品，在光線極不均勻的惡劣環境下仍可捕捉並傳送清晰的影像。 台灣業者技術成熟DSP扮演重要角色 雖然全球CMOS Sensor市場主要為Agilent、OmniVision、Photobit(日前為美光半導體併購)及ST、Hynix等國際大廠所主導，目前台灣已有宜霖、泰視、銳相、原相等業者進入量產階段，並相繼推出130萬像素的影像感測器。 原相科技總經理黃森煌表示，原相日前推出型號為PAS005B的130萬畫素單晶片感測器具有高感光度、低雜訊、低耗電等特性，適用於數位相機、電腦相機、監視系統相機等產品。PAS005B是由1280 x 1024畫素所組成的單晶片彩色CMOS Image Sensor，畫素大小僅有5.4μm x 5.4μm，採用1/2 inch光學鏡片系統。此外，PAS005B採用3.3V的操作電壓，輸出格式為10-bit RGB raw data，輸出效能上可達到130萬像素每秒15 frame。該產品已有樣品提供，將於近日內進入量產。 陳孟宏認為，數位相機的發展除了Sensor本身，更重要的是搭配的技術成熟的DSP。近年來由於台灣數位相機市場起飛，數位化影像逐漸成熟，如凌陽、倚強、松翰等公司都已有相當成熟的技術，因此這一兩年台灣表現亮眼。 CMOS sensor產業 2002台灣市佔率將超過3成 由於台灣半導體產業相當成熟，眾多的晶圓代工廠也促進了CMOS Sensor的發展，且CMOS Sensor市場才剛開始，應用範圍又廣，未來市場十分具成長性，反觀CCD Sensor的技術掌握在日商手上，進入困難，且未來將往高階應用發展，市場相對較窄。預計2002年台灣CMOS Sensor市場佔有率將有機會超過3成以上。 不過目前真正能穩定量產的CMOS Sensor為130萬畫素，雖已有廠商開發出200萬畫素以上產品，但多僅止於實驗階段，要量產化仍有許多瓶頸要克服，因此CMOS在百萬畫素以後，將面臨提升畫素的瓶頸。 江梓宏認為，CMOS的低成本與省電上CCD都無法望其項背，且利用其製程優勢擁有良好的整合性讓相機的體小更輕巧，適合以輕巧易攜帶為訴求的消費大眾，未來二、三年內，CCD將慢慢退出中、低階數位相機市場，轉守高階專用數位相機或其他衛星探測器、機械識別系統、航空雷達識別器等工業及航太產應用。 ********************************************************* 哈哈&兵燹 最會的2大絕招 這個不會與那個也不會 哈哈哈 粉好 Delphi K.Top的K.Top分兩個字解釋Top代表尖端的意思,希望本討論區能提供Delphi的尖端新知 K.表Knowlege 知識,就是本站的標語:Open our mind to make knowledge together! 希望能大家敞開心胸,將知識寶庫結合一起

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