感光元件

图像传感器，是一种将光学影像转换成电子信号的设备，广泛应用在数码相机和其他电子光学设备中。早期的图像传感器采用模拟信号，如摄像管（video camera tube）。如今，图像传感器主要分为感光耦合元件（charge-coupled device, CCD）和互补式金属氧化物半导体有源像素传感器（CMOS Active pixel sensor）两种。如今，大多数数码相机采用了CCD或CMOS图像传感器。这两种类型的图像传感器都能够完成选取影像、转换电子信号的任务。CCD图像传感器是一个基于模拟信号的设备。当光投射到其表面时，将有信号电荷产生。电荷信号可以转换成电压，并按指定的时序将图像信息输出。数码相机主板上的其他电路将把这信号转换成数字信号，以便微处理器进行处理。而CMOS图像传感器是一类利用CMOS半导体的有源像素传感器。每个光电传感器附近都有相应的电路直接将光能量转换成电压信号。与CCD不同的是，它并不涉及信号电荷。在主板上可能也需要模拟数字转换器将它的输出信号转换成数字信号。上述两种影像传感技术，在影像品质上并没有太大的优劣之分。CCD传感器在接收强光照射时，对于“纵向涂片”（vertical smear）效应过于敏感，导致信号过载；高端的CCD则通过技术手段缓解了这一问题。不过，CMOS传感器则会因为果冻效应（rolling shutter）产生一些不必要的效应。同等条件下，CMOS图像传感器所用的元件数相对更少，从而功耗较低，数据吞吐速度也比CCD更高。由于数码相机CMOS图像传感器可以直接制作在主板电路上，因此它的信号传输距离较CCD短，电容、电感和寄生延迟降低。另外，资料输出采用X-Y寻址方式，速度更快。CCD的数据输出速率一般不超过每秒70百万像素，而CMOS则可以达到每秒100百万像素。然而，CCD图像传感器在工艺、制造方面更加成熟，因此在市场上与CMOS图像传感器并驾齐驱。此外，CMOS的制造成本比CCD传感器低。有一种混合CCD/CMOS架构，由CMOS资料输出集成数字电路与一片CCD图像传感衬底接合在一起。这项技术是为红外线观察而发展，现在转而用于基于硅的探测器技术。另外一个途径是采用非常精细的CMOS技术来实现将CCD以CMOS的结构安装。通过在单独的多晶硅（poly-silicon）栅极之间安置非常小的间隙，这项技术有望实现。上述的混合传感器尚处于研究阶段，可以推动CCD和CMOS两种不同技术的共同发展。但是由于CMOS成像技术不断提升，消费型数字相机以及数字中片幅产品都广泛采用CMOS，使CCD在市场的占有率于2010年代起不断下降，稳执CCD牛耳的索尼更宣布于2017年停产CCD。有许多参数被用来评价图像传感器的性能，包括动态范围、信噪比以及低光照灵敏度等。对于同等级别的传感器，当其尺寸提高后，信噪比和动态范围一般都会得到提升。彩色图像传感器，按其对色彩的分辨方式可分成以下几大类：在热成像仪、多光谱图像（multispectral image）、喉镜（laryngoscopy）、伽马相机（gamma camera）、X射线传感器以及一些天文学的研究应用领域，还采用了专用的图像传感器。