照片不好看，別再怪另一半不會拍！達人教你擁有高畫質清晰美照，多數人都不知道

想要擁有高畫質清晰美照，感光元件是關鍵之一。（示意圖／取自Pixabay）

感光元件是一種可將光轉變成電訊號的半導體，常被當成智慧型手機或數位相機的眼睛。

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感光元件如圖5－23所示，是由微透鏡、濾色鏡、光電二極體構成。入射光經微透鏡聚光後，通過濾色鏡分解成三原色，再透過光電二極體偵測出光線量。

光電二極體可將光轉變成電訊號（電荷），並累積這些電荷。不過光電二極體無法識別顏色，只能識別光線的強度。若要識別出顏色，就必須先透過濾色鏡將其分解成三原色，然後分別偵測三原色的光線量，才能取得顏色資訊。

這裡的光電二極體與太陽能電池類似，都是pn接面半導體。不過，太陽能電池在設計時，會盡可能地讓輸出電流最大化，光電二極體則會設計成盡可能提高光線量轉換成電荷的效率，以獲得最漂亮的圖像。

所謂的感光元件，就是這些名為像素的單元聚積而成的結構。說明相機性能時，常會用到「1000萬像素」之類的用語，指的就是這些單元。基本上，像素數目愈多，愈能得到高精密度的圖像。

感光元件的結構。（圖／台灣東販提供）

CCD感光元件畫質比較好

代表性的感光元件結構有2種。一種是很久以前就實用化的CCD（Charge Coupled Devices：電荷耦合元件）感光元件，另一種則是2000年代才開始實用化的CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor：互補式金氧半導體）感光元件。

CCD與CMOS結構的主要差別在於如何處理光電半導體產生的電荷，也就是電路結構的差異，其他像是微透鏡、濾光鏡、光電二極體等組成要素則是大同小異。

圖5－24說明了CCD結構與CMOS結構的感光元件如何讀取光電二極體儲存的電荷。

CCD中，光電二極體累積的電荷就像傳水桶接力一樣，沿著各個像素傳送，然後經過同一個放大器，轉換成較大的電子訊號。由於傳送電荷時需要高電壓，所以有消耗電力較高，讀取時間較長等缺點。不過，因為所有像素都使用同一個放大器，所以放大時不會產生偏差，畫質一般來說會比較好。

另一方面，CMOS中每個像素都有一個放大器。內部電路由低耗電的CMOS構成，所以耗電量相當低，且電荷可馬上被放大器增幅，所以讀取速度也比較快。不過，因為每個像素都有一個放大器，各個放大器彼此間的差異會使畫質惡化。

CCD結構與CMOS結構的差異。（圖／台灣東販提供）

另外，在傳統CMOS的像素中，光線抵達光電二極體前需穿過電子電路，所以抵達光電二極體的光線較弱，有敏感度較低的問題（圖5－25(a) ）。

不過，2008年時SONY開始量產背面照射型CMOS感光元件「Exmor R」，如圖5－25b所示，光會從晶片背面射入，所以抵達光電二極體的光線量更大。

在這之後，SONY陸續開發了堆疊型CMOS感光元件、35mm全片幅背面照射型CMOS感光元件等等，在這個領域中做出許多創新。

CMOS感光元件的製程與目前的LSI有許多共通部分，與其他數位電路的聚積化相對簡單，容易降低成本，有許多優點。另一方面，CCD感光元件需要許多特殊製程，成本較高。

於是，市面上的感光元件逐漸變成了CMOS，現在的CMOS感光元件已完全成為了主流。

傳統型與背面照射型CMOS感光元件。（圖／台灣東販提供）

作者介紹｜ 井上伸雄

1936年出生於福岡市。1959年畢業於名古屋大學工學部電氣工學科，進入日本電信電話公社（現在的NTT）工作。於該公司的電氣通訊研究所研究開發數位傳輸、數位網路等技術。1989年成為多摩大學的教授，也為該大學的榮譽教授。工學博士。

在電氣通訊研究所工作時，致力於日本數位傳輸的實用化，之後亦參與了高速數位傳輸方式與數位網路的研究開發。從日本開始發展數位通訊產業起，25年來皆致力於數位通訊技術的研究。

1989年離開NTT後，於日經Communication誌（日經BP社）連載網路講座專欄。以此為契機，開始執筆寫書，希望能用簡單易懂的方式說明通訊技術。至今寫過的主要作品包括《情報通信早わかり講座》（共著，日經BP社）、《通信＆ネットワークがわかる事典》、《通信のしくみ》、《通信の最新常識》、《図解 通信技術のすべて》（以上皆為日本實業出版社）、《基礎からの通信ネットワーク》（OPTRONICS社）、《「通信」のキホン》、《「電波」のキホン》、《カラー図解でわかる通信のしくみ》（以上皆為SB Creative）、《図解 スマートフォンのしくみ》（PHP研究所）、《モバイル通信のしくみと技術がわかる本》（animo出版）、《通読できてよくわかる電気のしくみ》、《情報通信技術はどのように発達してきたのか》（以上皆為Beret出版）、《圖解電波與光的基礎和運用》（東販出版）等。

興趣是海外旅行（超過70次，曾到訪40個以上的國家），與觀看東京六大學棒球賽。從昭和20年秋的早慶戰以來，幾乎每季都會到神宮球場觀戰，是個老早稻田迷。

作者介紹｜ 藏本貴文

1978年1月出生於香川縣丸龜市。關西學院大學理學部物理學科畢業後，為了在尖端物理的研究與應用上更進一步，進入半導體大廠工作。目前的專業是以微積分、三角函數、複數為工具，用數學式模擬、說明半導體元件的特性。

除了是現役工程師之外，還有個作家副業。撰寫數本以科學、科技為核心的科普書（自著），也和其他作者合作商管書籍、實用書籍。另外，還參與電子書的編輯、製作。

著作包括《数学大百科事典 仕事で使う公式・定理・ルール127》（翔泳社）、《解析学図鑑：微分・積分から微分方程式・数値解析まで》（Ohm社）、《学校では教えてくれない!これ1冊で高校数学のホントの使い方がわかる本》（秀和System）等。

本文／圖經授權轉載自台灣東販《圖解半導體：從設計、製程、應用一窺產業現況與展望》（原標題：數位相機的眼睛－感光元件：用於製作相機的眼睛）（相關報導：手機記憶體爆滿怎麼辦？相簿清理5大妙招，不怕破萬張照片雜亂找不到｜更多文章）

責任編輯／李艾庭 

原文網址：https://www.storm.mg/lifestyle/4668953?mode=whole