传感器尺寸
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2023年3月18日发(作者：杨家楼中学)图像传感器Sensor尺⼨表达及其与镜头LENS关系
CCD和CMOS的制造过程和电⼦半导体技术息息相关，不同于传统底⽚采⽤化学制程，CCD感光原件是在晶圆上藉由加⼯技术蚀刻出
来。
由于90年代初期CCD规格较为混乱，特别是各发展⼚商希冀以不同的⽣产技术和切割⽅式，创造最佳利润，以致于部分规格在没有规
范的情况下出现许多例外的发展。现今有能⼒量产CCD的公司只剩下：SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji、SANYO和Sharp，相
关技术和规格⼏乎已由⽇本⼚商统⼀制订。
最让⼀般读者困惑的应该是CCDSize尺⼨的判读。⼀般观念认为CCD尺⼨越⼤，所能容纳的像素应该越多；然⽽对照⽬前的⽣产技
术，这个观念是『对』也是『不对』。事实上，像素开⼝⾯积⼤⼩与线路布局精细度也是影响CCD尺⼨的关键因素之⼀，也就是说，当制
程技术越精密，线路所需占得的空间就越⼩，相对像素开⼝⾯积固定下，可以靠得更紧密，也就可以达到进⼀步缩⼩⾯积的⽬的（参考下
图：线路密度（间隙）0.9µm与0.4µm的差异）。
此⼀要素称为FillFactor（光填充率）。在应⽤上不断的进步下，⼤尺⼨⾼像素的CMOS已经可达到量产规模。CCDSize影响成本与
设计越来越多的LCD宽屏幕为了满⾜⼈类视觉⽐例，跳脱传统4：3的规格⾛向16：9/16：10更宽⼴的界线。然⽽，CCD的长宽⽐却依
然沿袭1950年代电视规格标准刚制订时4：3的标准（少有3：2或中⽚幅、专业数字机背才享有特殊规格⽐的感光原件）。主要是这⽅⾯
设计变更不仅会影响成本，也会牵动⾄后续相机与镜头的设计。
对照上图中，我们可以明显的发现，CCD像素开⼝的⼤⼩对于⽣产成本和感光度之影响。左⽅的晶圆规格为2Megapixel,13mm
pixel,ISO200-1600Imager(31per6inchwafer)/右⽅的规格则是CCDSize：1/2英吋Format,2Megapixel,4.5mmpixel,ISO50-100
Imager(300per6inchwafer)。⼀来⼀往之间差距⾼达269块CCD，⽽ISO感光能⼒的差距也扩⼤⾄16倍（同为两百万像素，单位像素开
⼝⼤⼩不同）。由此可看出在同样6吋晶圆之制程之中，不同设计所能节省下的成本和增加的产能。不过，这些CCDSize数据和说明多半
都不会列在数码相机的规格表之中，因为这牵涉到更深⼀层的相机成本制订和性能表现（单CCD的基本规格并不⼀定能决定后续制作出数
码相机的表现，还必须视数码相机内部的韧体设计与计算回路⽽定）。所能提供给消费者的仅有基本像素（总像素）和尺⼨⼤⼩的缩称。然
⽽，聪明的学⼦们还是有可能透过公式直接演算回原始数据，但⼤多数的⼈就不⼀定会有此闲情逸致去深究这样的讯息。
简单的说『CCDSize』并不是什么新名词，其使⽤的单位与⽤来解释你家中14、30吋电视屏幕⼤⼩之⾯积⽐例道理是完全⼀致。基本
上，常⽤的CCD尺⼨并不是『单位』⽽是『⽐例』。要了解CCDSize，⾸先必须先认识在⼯程师眼中『1英吋』的定义是什么？业界通
⽤的规范就是1英吋CCDSize=长12.8mmX宽9.6mm=对⾓线为16mm之对应⾯积。透过国中数学中的『勾股定理』，可得出该三⾓之
三边⽐例为4：3：5；换句话说，我⽆须给你完整的⾯积参数，只要给你该三⾓形最长⼀边长度，你就可以透过简单的定理换算回来。
有了固定单位的CCD尺⼨就不难了解余下CCDSize⽐例定义了，例如:1/2"CCDSize的对⾓线就是1"的⼀半为8mm，⾯积约为
1/4，1/4"就是1"的1/4，对⾓线长度即为4mm。
⽬前市⾯上消费型数码相机的数量⼏乎占掉了总产量的7成，这⼀类型的特⾊多是轻薄短⼩，使⽤AspectRatio长宽⽐皆为4：3，清⼀
⾊都是1"以下的设计；⽐较常见的有：1/3.2"、1/3"、1/2.7"、1/2"、1/1.8"、2/3"等。⾄于，等同传统底⽚⾯积的CCD或CMOS因为所使
⽤的长宽⽐由4：3放成3：2，就不以『英吋』作为表达⽅式，⽽改为FullFrame或35mmFilmSize（⾯积：36×24mm）直接称呼，⽐这
⼩⼀号的或称为APS（25.1×16.7mm）/APS-Csize（23.7×15.6mm）也是同样的道理。近来，为了补⾜APS-C以下的CCD尺⼨空间，
由⽇本Olympus主导的4/3系统（⽐⼀般消费型数码相机的1吋型CCD再⼤上1/3（22.5÷16mm）），但⽐例不是3：2⽽是4：3，是
故沿⽤『英吋』的称法，命名为4/3或是1⼜1/3系统（见下图⽐例说明）。
在相机模组中，往往还有⼀个与之⾼度配合的器件——镜头Lens，
镜头中ImageCircle指的是：像圈
像圈（imagecircle）是指⼊射光线通过镜头后，在焦平⾯上呈现出的圆形的明亮清晰的影像幅⾯，也称像⾯⼤⼩。镜头像圈由镜头光
学结构决定，⼀旦设计完成，其对应的像圈就确定了。
在机器视觉中，由于感光器件为相机芯⽚，芯⽚尺⼨即为成像靶⾯⼤⼩。由于镜头像圈为圆形，相机靶⾯为长⽅形，因此镜头与相机搭
配时，必须使镜头的像圈直径≥相机靶⾯的对⾓线长度（如右图所⽰）。否则，相机靶⾯的四⾓会形成暗区（如左图所⽰）从⽽影响成像质
量，这种现象称为渐晕。
如CMOSISCMV2000芯⽚，对⾓线长度为12.8mm.若镜头的像圈为Ф11mm(⼚家或表述为：镜头最⼤兼容芯⽚尺⼨为2/3'),那此款镜头
搭配使⽤该芯⽚的相机时，就会出现渐晕。