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CCD是电荷耦合器件(charge-coupled device), 它使用一种高感光度的半导体材料(p-Si)制成,能把光转变成电荷。在一个用于感光的CCD中,有一个光敏区域(硅的外延层),和一个由移位寄存器制成的传感区域。图像通过透镜投影在一列电容上(光敏区域),导致每一个电容都积累一定的电荷,而电荷的数量则正比于该处的入射光强。在栅电极(G)中,施加正电压会产生势阱(黄),并把电荷包(电子,蓝)收集于其中。
CMOS传感器的图像采集方式为主动式,感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出,但CCD传感器为被动式采集,需外加电压让每个象素中的电荷移动,而此外加电压通常需要达到12~18V;因此,CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外(需外加 power IC),高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平。举例来说,OmniVision推出的OV7640(1/4英寸、VGA),在 30 fps的速度下运行,功耗仅为40mW;而致力于低功耗CCD传感器的Sanyo公司推出的1/7英寸、CIF等级的产品,其功耗却仍保持在90mW 以上。因此CCD发热量比CMOS大,不能长时间在阳光下工作。
CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器,而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。不过,随着CCD与CMOS传感器技术的进步,两者的差异有逐渐缩小的态势,例如,CCD传感器一直在功耗上作改进,以应用于移动通信市场(这方面的代表业者为Sanyo);CMOS传感器则在改善分辨率与灵敏度方面的不足,以应用于更的图像产品。
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