互補金屬氧化物半導體(CMOS)是制造奔騰處理器的通用技術。作為CCD芯片的一種替代品,CMOS攝像器件使攝像機有較低的功耗、較高的信噪比和較小的總設計。CMOS成像感應頭還更抗宇宙輻射,而且用它可以制造多格式攝像機。由于CMOS制造比CCD制造普遍得多,而且制造CMOS攝像器件所需工藝與用于計算機上的微處理器差別不是很大,因此,其成本有望很快低于CCD。
JVC(美國)的Walton說:“我們不得不從數量非常有限的CCD廠商那兒購買CCD,因為生產CCD的公司太少了。”他認為CMOS攝像器件是CCD的一種可行的替代品。為此,JVC和池上在NAB2003推出了三芯片CMOS高清攝像機。兩種機型都是箱型,利用了CMOS攝像器件節(jié)約空間的特性。
Rockwell公司為JVC和池上的攝像機提供了ProCamHD成像感應頭。Rockwell CMOS成像感應頭設計經理Loose這樣描述CMOS和CCD成像感應頭之間的區(qū)別:“在CMOS芯片上你能做的東西比在CCD芯片上要多得多,在CMOS上你可以有A/D轉換器、控制邏輯電路。事實上可以這樣說,基于CMOS芯片的攝像機是一種單片攝像機。”業(yè)務發(fā)展總監(jiān)Howe補充說,CCD需要2或3個附加的外部芯片才能完成全部的處理。而用CMOS攝像器件,許多這樣的處理可以直接在該模子上完成。“因此節(jié)省了很多空間,降低了功耗,機身也可以較小。”
CMOS攝像器件及其CCD處理器的另一區(qū)別是所用的放大器數量。CCD逐像素傳遞從感應光接收的電荷,并且最終通過一個放大器。CMOS成像感應頭每個像素有一個獨立放大器。每個像素對應一個放大器使CMOS成像感應頭避免CCD在像素數量(相應地分辨率)增加的情況下所具有的一個問題。Loose說:“假如你必須輸送一個CCD的全部像素通過一個放大器,此放大器必須在全像素速率下運行,這使之成為一個非常嘈雜的放大器。在CMOS中,每個像素都有其自己的放大器,所有放大器并行工作,而且它們可以慢得多的速度運行。因此其噪聲將非常小,這在進入高頻時非常重要。”
CMOS成像感應技術具備這么多優(yōu)點,為何姍姍來遲?Loose指出,其實長期以來人們一直都在考慮CMOS成像感應頭,但不得不等到制造工藝能夠在硅芯片上生產更多的微元件時它才大派用場。他說:“5年前,人們以0.8微米和0.2微米在生產,而且可能更小的尺寸。這些工藝不允許建立非常小的像素和小的總設計。如果許多晶體管很大,你不可能建立小像素。隨著工藝縮小至0.25微米、0.18微米等,建立小像素,把你需要的全部功能集成起來以實現與CCD相當的好性能的可行性馬上就具備了。”
Rockwell在CMOS設計和針對科學應用的高性能大陣列生產方面有10多年的豐富經驗,該公司已能夠吸收為這些專門應用開發(fā)的CMOS技術,并將之與CMOS的生產進展結合起來,向HD視頻市場進軍。Howe稱:“我們的戰(zhàn)略是進入高端和演播室市場,接著我們會向中級市場應用進軍,此市場產量要高些,有助于進一步降低成本。”
為使其CMOS攝像器件產品趕在NAB登臺亮相,池上在原有的一臺產品(HDL-40)內換下了高清CCD。HDL-40很小,約3.5×4×7英寸,重4磅。工程高級副總裁Keil稱它尚未充分利用CMOS減少尺寸的能力。他說:“在NAB上,我們把CMOS成像感應頭裝進HDL-40內,這很方便,又趕上了時間。但最終產品將進一步減少體積,功耗也將顯著降低。”
至少還有一家攝像機制造商正在采用CMOS攝像器件。湯姆遜廣播和媒體解決方案公司采集和制作業(yè)務部經理Eveleens稱:“我們正在實驗室生產CMOS攝像機樣機。目前技術水平的成像感應頭和技術尚有很多問題,這阻礙在高端、高質量廣播攝像機內的應用。這些問題在今后幾年內會得到解決,CMOS成像感應頭最終將有可能用于廣播攝像機內。”
現在就斷言CCD將壽終正寢言之尚早,但CMOS低功耗、較低的生產成本和高性能的優(yōu)點顯而易見,無疑將在攝像機工業(yè)上打上自己的烙印。Walton說:“根據我們在NAB上得到的一些反應,我們正在尋求其它一些功能,包括CMOS用于其它一些類型的攝像機上。”