CMOS傳感器拍照手機市場獨領風騷

     盡管可拍照手機2002年才進入市場，但它卻迅速成為消費電子市場的又一“殺手級”應用。市場研究公司Visiongain發布的報告表明，去年第1季度，全球可拍照手機的銷量已經超過數碼相機和PDA，真正成為低端數碼相機的“殺手”。成像技術作為可拍照手機最重要的技術之一，引起各大廠商的密切關注。CMOS傳感器和CCD傳感器是當前用于可拍照手機的兩種主流影像傳感器，經過激烈競爭，CMOS傳感器已經逐漸在可拍照手機市場占據優勢，并有可能獨領風騷。 
       2004年，可拍照手機超越DVD成為歷史上發展最為迅速的消費品，單在該年便售出超過2億部。根據行業預測，2005年全球可拍照手機市場規模將增至3.15億部，到2008年更將激增至6.3億部（參見下表“可拍照手機全球市場規模”）

。目前市場上出售的可拍照手機已經采用成熟的、高質量的130萬象素圖像處理器，有些先進型號更采用第一代200萬象素圖像處理器。根據市場研究公司NTT DoCoMo去年9月發布的報告，百萬象素拍照功能已經成為全球消費者最渴求的手機功能。 
       作為全球最大的手機市場，2003年中國手機用戶數量就已經超過固定電話用戶數量，預計到2005年底，中國手機用戶將達到3.86億戶，遠遠超過美國的人口數量，2010年底，這一數字更是有望達到6億。而在可拍照手機市場，中國同樣發展迅速。2005年上半年，中國市場共售出1,639萬部可拍照手機，預計全年有望售出共計6,000萬部。從2005年1季度起，百萬象素已經成為中國可拍照手機市場的主流標準，僅僅在6月份一個月，百萬象素可拍照手機在中國市場的銷量就達到40萬部。 

       面對如此巨大的全球和中國可拍照手機市場，各大成像技術廠商不可能無動于衷。CMOS傳感器和CCD傳感器是當前用于可拍照手機的兩種主流影像傳感器，其各自的支持者紛紛拿出看家本領以期占有更多的市場份額，經過激烈廝殺，CMOS傳感器逐漸成為可拍照手機市場的新寵。有預測稱，CMOS傳感器甚至可能最終獨占可拍照手機市場。作為可拍照手機市場原來的霸主，CCD傳感器不得不走下神壇，原因何在？ 

       與CCD技術相比，CMOS技術是后起之秀。隨著數碼攝像機、數碼相機及可拍照手機等高、中、低端影像產品種類的不斷豐富，一度由CCD獨霸相機傳感器市場的局面發生了改變。隨著可拍照手機市場越來越成為眾人掘金的對象，CMOS傳感器和CCD傳感器在可拍照手機市場上的爭奪也逐漸變得白熱化。對大多數可拍照手機設計來說，成像傳感器部分的具體要求包括：首選體積非常小的器件，需要非常低的功耗以延長電池工作時間，大批量、可靠、優質制造以保證在購買旺季時向消費者不間斷提供產品，縮減成本使手機價格保持在消費者可以接受的水平和異常強健 (必須通過破壞數字靜止攝像機的下落測試)。 

       CCD技術是在20世紀70年代和80年代開發的，經過大約30年的生產和制造工藝改進，CCD傳感器已經高度優化，可以產生最優秀的數字圖像質量，如今已經成為數字靜止攝像機和便攜式攝像機的流行技術。與CMOS技術不同，CCD技術采用專用成像特定工藝制造，裝配和維護成本較高，只能在數量有限的傳感器發貨量中分攤成本，其發貨量一年只有幾百萬顆，相比之下，CMOS傳感器的發貨量可以達到幾千萬或幾億顆。 

       CMOS圖像傳感器要小得多，其功耗要低于CCD傳感器，但目前提供的圖像質量較差。CMOS傳感器已經成為手機、視頻會議使用的PC攝像機、掃描儀、條形碼閱讀機和安全攝像機的支柱產品。CMOS傳感器采用大批量鑄造廠的標準CMOS硅工藝，因此CMOS傳感器也實現了主流CMOS半導體行業中的工藝改進或材料改良。對于CMOS傳感器，可以在同一個制造工藝中簡便地集成時鐘驅動器、模數轉換器(ADC)或數字邏輯電路，甚至可以在同一塊芯片上制造這些電路。 

       總體來說，CCD技術的最大優點在于能夠提供更加自然的色彩，大大改善了低亮度時的性能，提高了清晰度。另外，CCD傳感器的質量一致性更高，同一部件之間的變化非常小。然而，CCD技術也有致命的弱點，就是成本高。另外，CCD傳感器的設計也更加復雜，它不是單芯片器件，因此在手機設計中實現的成本要更高。CCD傳感器通常需要更多的支持芯片，這些芯片要占用額外的空間，要耗用功率，散發更多的熱量。雖然在成像質量和支持的最高分辨率方面有所欠缺，但是CMOS技術還是具有以下優點： 

       功耗低：CMOS傳感器在操作時可能只消耗30～60mW的功率。在備用模式下，許多手機制造商首選無源功耗不超過100μA。 

       體積小，實現功能集成：由于手機內外空間非常匱乏，基于CMOS的攝像機是自然之選。CMOS傳感器可以簡便地把圖像捕獲和后期處理功能融合到一個芯片系統上。減少芯片數量意味著降低封裝復雜度，提高大批量制造的可靠性。它還有助于產品的微型化，縮減整體成本。 

       迅速設計，縮短產品開發周期：CMOS圖像傳感器更加簡單，因此應用設計更加簡便、也更迅速。它們可以加快產品開發周期，特別是更新換代很快的消費類產品，如手機或DSC。 

       價格低：CMOS傳感器采用CMOS標準制造工藝，價格要低得多。 

       由此可見，CMOS傳感器具有的低成本、低功耗和高集成度優勢契合了可拍照手機設計的大多數要求。雖然CCD傳感器在圖像質量方面具有明顯優勢，但是適合才是最重要的，目前可拍照手機市場對成本的要求遠遠高于對成像質量的要求，因此，CCD傳感器雖然是陽春白雪，但是由于不適應現階段可拍照手機市場的總體需求而失寵也就不足為奇了；CMOS傳感器雖然給人下里巴人的感覺，但是由于很好地滿足了可拍照手機市場的需求，大紅大紫也就自然而然了。 
在目前的可拍照手機市場，CMOS傳感器的市場占有率顯然已經較CCD傳感器占據上風，市場數據和預測都充分說明了這一點。手機大廠如諾基亞、摩托羅拉、索尼愛立信等已紛紛推出內置或外接CMOS傳感器的手機。據預測，從2006年起，CMOS傳感器在可拍照手機市場的市場份額將達到80%。 

       CMOS傳感器一直以來為人詬病的圖像質量問題有望得到改善。三星電子計劃于近期開始生產一款500萬象素QSXGA分辨率的CMOS圖像傳感器樣品。此外， 三星電子還完成了一款320萬象素CMOS傳感器的開發，專門用于可拍照手機，并計劃明年年初實現該款產品的量產。三星電子表示，500萬象素CMOS傳感器的性能與相應的CCD傳感器相同，但功耗較低，而且價格更有競爭力。 

       然而，許多可拍照手機圖像處理器模塊廠商的業務重點是尋求改進圖像質量的方案，而不是追求更高的解像度，其中最重要的改進是把自動對焦鏡頭集成到圖像處理器設計中。可拍照手機CMOS圖像處理器解決方案供應商TransChip的自動對焦解決方案基于行業領先的傳感器。自動對焦控制功能嵌入傳感器中，可靈活地為靜態景物提供對焦鎖定功能并為攝像提供動態變焦和定點對焦控制功能。 

       TransChip的CoderCam TC7730是面向可拍照手機市場的首款全面可編程、含集成動態JPEG壓縮功能的200萬象素解決方案。CoderCam TC7730具備所有必需的硬件、軟件及開發工具，使得手機廠商可以在數天內把這一解決方案集成至手機產品內，而不需數周、數月甚至更長的時間。這進一步加大了CMOS傳感器在成本和集成度方面的優勢。 

       CMOS傳感器在繼續增加低成本、低功耗和高集成度優勢的同時，圖像質量也得到了很大程度改善。因此可以預計，CMOS傳感器將獨領可拍照手機市場風騷。