一直以来，人们总是在评论CMOS和CCD两种成像器之间的比较优势。尽管关于哪个更胜一筹的争辩纷纭已久，但从头到尾却没有任何定论浮出水面。由于人们重视的主题总在不断改动，因而，关于问题的答案也是不确定的。科技在前进，商场也一日千里，影响产品竞争力的要素不再仅仅技能，还包含商业利益。成像器的使用规划也发生了改动，需求满意更多不同的需求。有一些使用是CMOS成像器的强项，另一些则是CCD的优势。在本文中，咱们将深入探讨两种成像器在不同范畴的优下风，并向咱们介绍一些不为人知的技能和本钱要素。
导言…
CCD (电荷耦合器件)和CMOS(互补性氧化金属半导体)图画传感器是两种不同的数字印象捕捉技能。在不同的使用中，二者的优势和下风也不同。
CCD和CMOS成像器都是使用光电效应经过光发生电子信号也就是说，成像器将光先转化为电荷，然后进一步处理成为电子信号。在CCD传感器中，每一个像素捕获的电荷经过有限数量的输出节点(一般只要一个)搬运，转化成电压信号后保存到缓冲区，再从芯片作为模仿信号传输出去。一切的像素都可以用于光子捕获，输出信号的均匀性适当高，而信号的均匀性是决议图画质量的要害要素。对CMOS传感器而言，每一个像素都有自己的电荷到电压转化机制，传感器一般也包含放大器、噪声校对和数字化处理电路，因而CMOS芯片输出的是数字“位”。这些功用添加了 CMOS 传感器规划的杂乱性，也减少了捕获光子的有用面积。考虑到 CMOS 传感器的每一个像素都承当本身的转化使命，因而输出信号的均匀性较低。可是有赖于大规划并行处理架构，CMOS传感器的总带宽较高，速度也更快。
CCD和CMOS成像器均诞生于20世纪60时代末和70时代，DALSA创始人Savvas Chamberlain博士正是研制这两项技能的先驱者。CCD在其时成为主导产品，最首要的原因在其时有限的制作工艺下，CCD可以呈现质量极高的印象。CMOS图画传感器要求要求更高的传输均匀性，以及更小的特征，其时的硅片加工技能并不能满意。一直到 20 世纪 90 时代，平版刻法技能发展到必定程度，规划者才有才能开端规划具有实际意义的 CMOS 成像设备。人们对CMOS 传感器成像设备从头发生了爱好，首要原因在于：由于从头选用了干流逻辑思维和存储设备的制作工艺，CMOS传感器有望下降功率耗费、完成照相机与芯片集成并下降制作本钱。要在实践中完成CMOS的这些优点，一起还要保证高质量的印象，这就需求花费更多的时刻、金钱，并添加工艺投入。不过，可喜的是，此刻，CMOS成像器总算可以和CDD相同，成为一种老练的干流技能。
满意客户使用需求的大规划成像器
手机对进步CMOS成像器的规划起了推进效果为了完成低能耗和小型组件的高度集成，CMOS规划师开端重视开发手机成像器——国际上规划最大的成像器使用。许多资金投入到开发和微调CMOS成像器及其出产工艺方面。正由于此，CMOS成像器的图画质量即便在像素尺度缩短的状况下依然大为改进。因而，在大批量消费类面阵和线阵传感器上，无论是哪一个功能参数，CMOS传感器都胜过CCD。
机器视觉成像器
就机器视觉而言，遭到许多手机成像器出资的推进，CMOS面阵和线阵成像器开端逾越了CDD成像器。关于大大都的机器视觉面阵和线阵成像器而言，CCD已不再具有技能优势。
现在咱们将扼要描绘CMOS成像器在机器视觉上优于 CCD的原因。机器视觉的要害参数是速度和噪声。CMOS和CCD成像器首要不同是信号从信号电荷转化至模仿信号并终究转化至数字信号的不同方法。在CMOS面阵和线阵成像器中，数据通路的前端是大规划并行的。这样，每个放大器都具有低带宽。当信号抵达数据通路瓶颈，一般是成像器和芯片外电路体系之间的接口时，CMOS数据现已是数字的。比较之下，高速CCD尽管也有许多并行高速输出通道，但数量规划却不及高速 CMOS成像器。因而，CCD放大器的带宽更高，噪声也更大。也就是说，高速CMOS成像器的规划噪声可低于高速CCD。
可是，有时也会呈现例外状况。
近红外成像器
太阳能电池的硅片裂纹将会非常明晰地显现在近红外光谱成像上成像器有必要具有较厚的光子吸收区域，才能在近红外(700至1000nm)光谱上成像。这是由于与可见光子比较，红外光子的吸收深度更深。
大都CMOS成像器的制作工艺是针对可见光印象的大规划使用规划的。这些成像器对近红外(NIR)并不非常灵敏。事实上，成像器制作工艺尽或许下降对NIR的灵敏程度。假如在具有较厚外延层的条件下，CMOS成像器无法完成较高的像素偏压或较低的外延掺杂度，那么经过添加基片厚度，更精确地说，是外延或外延层的厚度，改进红外灵敏度将会下降成像器的空间特征分辩才能。改动电压或外延掺杂度将会影响CMOS模仿和数字电路的运作。
相反，CCD在具有较厚的外延层的一起，可以很好地坚持精细空间特征分辩才能。某些近红外CCD的外延厚度可达100微米，而CMOS成像器的外延厚度仅为 5至10 微米。CCD的像素偏置和外延浓度也有必要作出调整，构成更厚的外延，可是与CMOS比较，这种调整关于CCD电路的影响更易操控。
专门针对近红外规划的高灵敏度CCD成像器比CMOS成像器的敏高度要高得多。
紫外成像器
现在，深亚微米光刻技能选用远紫外线进行质量检测由于紫外光子在非常接近硅外表时被吸收，因而紫外成像器不能选用或许阻止紫外光子吸收的多晶硅层、氮化物层或厚氧化层。现代紫外成像器的反面都经过了减薄处理，大都只会在硅成像外表的上方加上一层薄薄的抗反射膜。
尽管反面减薄技能在移动成像器上已层出不穷，可是在紫外成像上却并非如此。无论是CMOS或是CCD，成像器外表有必要经过特别的外表处理，才可以取得安稳的紫外呼应。某些针对可见光成像规划的反面减薄成像器都贴有一层较厚的氧化膜，可在紫外成像时改动或吸收紫外光。某些反面减薄成像器的成像外表则经过高硼掺杂膜的钝化处理，可延展硅外延的深度，然后导致许多紫外光生光子在复合进程丢掉。
紫外呼应和反面减薄技能可使用在一切线阵成像器上，但不能使用在一切面阵成像器上。一切大局快门面阵CCD成像器均不可选用反面减薄。在这点上，尽管有些价值，可是CMOS面阵成像器的状况较好。卷帘快门面阵CMOS成像器可反面减薄。假如紫外灵敏成像器也需求在可见光中成像，传统CMOS大局快门面阵成像器的每个像素的存储节点经过反面减薄处理后需求被遮挡。反面减薄成像器无法有用地屏蔽部分像素的入射光，除非大大下降成像器的填充系数(光灵敏面积与总像素面积的比率)。有些类型的CMOS大局快门面阵成像器尽管没有光灵敏存储节点，可是具有以下悉数或部分特性：高噪声、低阱容或卷帘快门。
时刻延迟积分成像器
除了面阵和线阵成像器外，时刻延迟积分成像器也是一种重要的成像器类型。时刻延迟积分 (TDI) 成像器一般用于机器视觉和遥感操作。它的操作与线阵成像器相似，不同之处在于时刻延迟积分成像器具有上百条线阵。当物体印象移动经过每条线时，每条线都会捕捉到物体的快照。由于在时刻延迟积分成像器中，物体的多重快照可以相加在一起，然后发生激烈的信号，因而刻刻延迟积分成像器特别合适信号很弱的状况。
时刻延迟积分成像器可将多重曝光与物体移动同步起来现在，CCD和CMOS 时刻延迟积分成像器相加多重快照的方法有所不同。CCD将信号电荷相加在一起，而CMOS则将电压信号相加在一起。CCD可完成无噪声相加，但CMOS不能。当CMOS时刻延迟积分成像器的行数较多时，相加的噪声极高。即便是最先进的CMOS 时刻延迟积分成像器，它的噪声也不或许比CCD时刻延迟积分成像器低。
CMOS 时刻延迟积分成像器的一个发展方向在于模仿CCD 时刻延迟积分成像器，使其具有相似CCD的像素，然后完成电荷相加。咱们称之为电荷域CMOS时刻延迟积分成像器。电荷域CMOS 时刻延迟积分成像器在技能上是可行的，可是假如需求进一步开发、微谐和完善这一技能需求投入更多的本钱。与CMOS面阵和线阵成像器比较，电荷域CMOS 时刻延迟积分成像器的本钱很高。手机 既不需求时刻延迟积分成像器也不需求相加电荷。因而，CMOS 时刻延迟积分成像器的远景并不太达观。
电子倍增
EMCCD是低信号使用的绝佳挑选，特别是在科学成像使用电子倍增 CCD(EMCCDs)是指带有相乘信号电荷包结构的CCD，一起防止在相乘进程中带来噪声。因而，净信噪比(SNR)添加了。在信号弱小至略高于成像器本底噪声的使用中，EMCCD可以检测到从前难以检测到的信号。
在无需高速成像的使用中， EMCCD的功能优于CMOS。高速操作会添加CCD的读出噪声。因而，关于改进了信噪比的EMCCD，EMCCD和CMOS成像器的不同并不大，特别是专为低读出噪声规划的科学级CMOS成像器。与传统成像器比较，高速EMCCD还可显着下降功率。
低噪声CMOS成像器在信噪比、紫外吸收或时刻延迟积分方面的功能不及CCD。有鉴于此，由于信号或许很弱，即便其他成像器可以到达EMCCD所具有的读出噪声，可是EMCCD解决方案从全体上而言也是最具优势的。
本钱要素
影响本钱的要素包含价格杠杆、规划、产值和每晶圆的设备数量。至此停止，咱们现已评论了CMOS和CCD 成像器在功能上的不同点。假如以为商业决议计划的决议要素只要功能，那这个主意实属单纯。许多商业决议计划者更多重视的是产品的价值，或许说是在相同价格下可以获取的功能有多少。
本钱要素非常杂乱，本文只重视最重要的几点。
首要，价格杠杆是要害。正如前述危险所述，无论是CMOS或是CCD，商场在售的成像器的价格比全定制成像器低得多。假如非要定制，除非改动很小，那么定制CCD成像器的价格一般低于定制CMOS的价格。由于CMOS成像器选用的深亚微米掩膜价格较高，因而CMOS成像器的研制价格也相应地高于CCD成像器。此外，CMOS设备需求规划的电路也更多。因而，即便定制CMOS成像器的使用功能较好，可是考虑到价格要素，客户依然愈加亲睐定制CCD成像器。
第二，规划。尽管研制新款CMOS成像器的价格较高，考虑到CMOS成像器的规划经济，其单位本钱却相对较低。在考虑规划后，与低研制本钱比较，低单位本钱显着更具吸引力。
第三，供给安全性。假如成像器的相关产品断产，也将大大添加本钱。除价格要素外，挑选一个可以继续出产成像器 – CMOS或CCD – 的公司也很重要。
定论
依据特定使用要求挑选一个正确的成像器绝非易事。不同使用有不同的要求。这些要求将对功能和价格发生影响。鉴于上述种种杂乱要素，难以断语CMOS或CCD成像器在一切使用中哪个更胜一筹也就家常便饭了。
在大都可见光成像使用中，CMOS面阵和线阵成像器优于CCD成像器。可是，在高速低照明使用中，CCD时刻延迟积分成像器优于CMOS时刻延迟积分成像器。在近红外成像方面， CCD面阵和线阵成像器是更好的挑选。在紫外成像中，考虑到大局快照要求，能否施行反面减薄外表处理是要害。此外，低噪声要求也是一个要素。在这一方面，由于具有高读出速度，CMOS的优势比CCD更为显着。总而言之，价格和功能之间的权衡都会影响对CCD或是CMOS的鉴定，详细取决于杠杆、规划和供给安全性。
