2025-07-01
แนวคิดการทำงานของเซ็นเซอร์ภาพ CMOS (ตัวนำกึ่งโลหะออกไซด์เสริม) ถูกคิดค้นในช่วงครึ่งหลังของทศวรรษ 1960 แต่ยังไม่มีการนำอุปกรณ์นี้มาใช้ในเชิงพาณิชย์จนกระทั่งเทคโนโลยีการผลิตขนาดเล็กพัฒนาขึ้นอย่างเพียงพอในช่วงทศวรรษ 1990 เซ็นเซอร์ภาพ CCD (อุปกรณ์เชื่อมประจุ) หรือ CMOS (ตัวนำกึ่งโลหะออกไซด์เสริม) มักถูกใช้ในกล้องดิจิทัลและโทรศัพท์มือถือในปัจจุบัน
CCD และ CMOS เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ทั้งคู่ที่ทำหน้าที่เป็น “ดวงตาอิเล็กทรอนิกส์”
ทั้งคู่ใช้อุปกรณ์โฟโตไดโอด แต่กระบวนการผลิตและวิธีการอ่านสัญญาณแตกต่างกัน แม้ว่าเทคโนโลยี CCD จะได้รับความนิยมในตอนแรกเนื่องจากความไวและคุณภาพของภาพที่สูงกว่า แต่เซ็นเซอร์ CMOS เริ่มมีจำนวนมากกว่าเซ็นเซอร์ CCD ในปริมาณการจัดส่งตั้งแต่ปี 2004
อัตราข้อมูลเร็วกว่า CCD
อาร์เรย์ของตัวเก็บประจุในเซ็นเซอร์ภาพอุปกรณ์เชื่อมประจุ (CCD) จะนำพาประจุไฟฟ้าตามความเข้มของแสงของพิกเซล เนื้อหาของตัวเก็บประจุแต่ละตัวจะถูกถ่ายโอนไปยังเพื่อนบ้านผ่านวงจรควบคุม และตัวเก็บประจุตัวสุดท้ายในอาร์เรย์จะปล่อยประจุลงในเครื่องขยายประจุ เซ็นเซอร์ CCD เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องวิธีการส่งข้อมูลแบบ bucket-brigade
เซ็นเซอร์ภาพตัวนำกึ่งโลหะออกไซด์เสริม (CMOS)
ในทางกลับกัน มีโฟโตไดโอดและสวิตช์ทรานซิสเตอร์ CMOS สำหรับแต่ละพิกเซล ซึ่งช่วยให้สามารถขยายสัญญาณพิกเซลแยกกันได้ สัญญาณพิกเซลอาจถูกเข้าถึงโดยตรงและตามลำดับ ซึ่งเร็วกว่าเซ็นเซอร์ CCD อย่างมาก โดยการจัดการเมทริกซ์ของสวิตช์ ข้อดีอีกประการหนึ่งของการมีเครื่องขยายเสียงสำหรับแต่ละพิกเซลคือช่วยลดสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นขณะอ่านสัญญาณไฟฟ้าที่แปลงจากแสงที่เก็บรวบรวม
เซ็นเซอร์ภาพ CMOS มีราคาถูกกว่าในการผลิตมากกว่าเซ็นเซอร์ภาพ CCD เนื่องจากสามารถนำอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่มีอยู่กลับมาใช้ใหม่ได้สำหรับการผลิตเซ็นเซอร์ CMOS ใช้ชุดวงจรดิจิทัลขนาดเล็กกว่า ซึ่งใช้พลังงานน้อยกว่า และในทางทฤษฎีแล้วไม่มีการป้ายเปื้อน (เส้นสีขาวแนวตั้งในภาพที่มีแสงสว่างจ้า) และการบาน (การบิดเบือนของภาพ เช่น จุดสีขาว) ซึ่งแตกต่างจากเซ็นเซอร์ CCD ที่ใช้วงจรอะนาล็อกแรงดันสูง เนื่องจากวงจรตรรกะสามารถรวมเข้ากับชิประหว่างกระบวนการผลิตได้ เซ็นเซอร์ CMOS ที่มีวงจรประมวลผลภาพบนชิปจึงกำลังได้รับการพัฒนาสำหรับการใช้งาน เช่น การจดจำภาพและวิสัยทัศน์เทียม โดยมีอุปกรณ์บางชนิดใช้งานอยู่ในปัจจุบัน
