CCD(Charge Coupled Device)和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)感測器都是在數位影像應用中普遍使用的元件,目前CCD影像感測器可提供最佳的畫質,同時可達到最高1020萬畫素(3872×2592),甚至更高的解析度,因此使得它成為數位相機與攝影機等應用中較為常見的選擇,但相較於CMOS影像感測器,它卻有耗用功率較高、發散熱能較多以及尺寸較大的缺點,同時在許多情況下,還需要額外支援晶片搭配才能進行運作。
相對地,CMOS影像感測器在尺寸上小了許多,同時耗電也更低,畫質上也對CCD的畫質做反擊,提供由CIF(352×288)到接近500萬畫素(2592×1944)的解析度,由於CMOS感測器採用CMOS製程技術生產,因此價格上要比CCD影像感測器來的更低。
全球應用現況
2005年,全球的照相手機從VGA(640×480畫素)到130萬畫素,其中超過95%的相機採用CMOS影像感測器,這個龐大的行動電話市場已讓感測器製造商能否持續開發價格更低、但效能更高的CMOS感測器帶來極大的壓力。在2003年成本約為5美元的VGA級感測器,目前價格已跌至2美元以下,但它們的影像畫質以及低照度效能上還是與3年前一樣,甚至更佳。
車用市場新興應用
在車用電子市場上,研究分析預測CMOS感測器將持續成長。在2005年時,汽車在CMOS感測器的使用量約1200萬顆,預估到2008年這個數字會突破到4000萬顆。屆時車用電子市場將會佔整體9億6500萬顆的CMOS感測器市場的8~9%;當然這個數字包括了預估將在2008年銷售出的6億隻照相手機。
車用電子產業為影像感測器應用,帶來了多樣化的需求,其中包括:
- 汽車後方盲點的影像顯示;
- 控制安全氣囊使用的內部乘客分類系統;
- 偵測駕駛人精神狀況;
- 自動化巡航控制系統;
- 車道追蹤;
- 高亮度燈光調整;
- 其他頭燈控制等。
這使得設計人員可合理地推算出,在一輛汽車中可能用到的20個影像感測器,其中包含:
- 6個智慧型安全氣囊;
- 2~4個前方與後方監測;
- 2~4個側方監測;
- 車道追蹤;
- 自動巡航控制系統;
- 駕駛人身分驗證等多個感測器。
這些車用感測器系統大多數只需最大每秒30個畫面的VGA解析度,而這可透過CMOS技術來達成。不過必須承認的是,車用電子市場也帶來了有趣的挑戰,例如,一些較嚴苛的應力、震動、移動、天候、照明與溫度(由-40℃到+105℃)等狀況。幸運地,CMOS製程都能符合並滿足這些挑戰的要求。雖然低照度在過去一直是CMOS影像感測器的一個重要問題,但技術的創新,例如強化效能的畫素架構、影像處理以及自動化色調對應等功能,都能夠解決這些問題,且符合各種照明情況下更清晰、色彩更銳利的影像輸出。
結論
這些優勢,會對未來5年的新車應用產生什麼影響呢?CMOS影像感測器快速下滑的成本以及日益提升的效能,將促使全新車用電子主流市場開始起飛。本文所指的主流車種是售價2萬至3萬5000美元的中階價位汽車市場,而這也代表了超過50%的汽車銷售量。以每個CMOS鏡頭15美元來計算,每輛車的成本大約在300美元,與每個同等級CCD鏡頭預估20美元的成本比較,每輛車得付出400美元的成本,這個數字遠比CMOS要貴上33%,而這也正是CMOS影像感測器未來在車用市場的一大優勢。
(作者為Avago Technologies影像解決方案事業群全球行銷總監)