CES 2005: CMOS vs. CCD snímače - změny na obzoru - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

CCD DF

CCD DF

14. ledna 2005, 00.00 | Technologie CMOS a CCD vedle sebe existují již desítky let a neustále spolu spoupeří o místo na slunci. Jak se zdá, skóre tohoto nekončícího souboje se začíná pomalu převažovat. Kde můžeme hledat příčiny?

Přestože čím dál tím více uživatelů digitálních fotoaparátů se přestává zajímat o fungování jejich miláčků a o to, jakým typem snímače jsou vybaveny, z pohledu fotografického průmyslu nás možná v nejbližších dvou až třech letech čeká velmi zásadní změna. Zatím co ještě před dvěma lety nikdo příliš nepochyboval o převaze CCD snímačů, které se montovaly do až 90% zařízení vybavených snímačem, dnes je pozice CCD výrazně nejistější. Ne, že by šlo o technologii v útlumu, se kterou se v blízké době rozloučíme, ale CMOS nemilosrdně ukrajuje z tržního podílu procento za procentem.

Proč CMOS nahrazuje CCD?
Paradoxně CMOS snímače nezaznamenaly žádnou radikální technologickou obměnu, která by je posunula do popředí. Pouze si výrobci začali více cenit jejich dlouho známých výhod a lépe si dnes dokáží poradit s jejich nevýhodami. Proto také CCD zatím příliš neztrácí ve své tradičně nejsilnější oblasti amatérských digitálních fotoaparátech, ale CMOS začíná kralovat v nových oblastech jako jsou mobilní telefony či DSLR.

Jednou ze základních výhod CMOS snímačů je nižší spotřeba energie, za kterou jednak stojí odlišná konstrukce a jednak schopnost pracovat s pouze jednou napěťovou úrovní, zatím co CCD snímače potřebují pro čtení (posun) získaného náboje napěťové úrovně dvě. Nižší spotřeba energie je výhodou ve všech typech zařízení, ale zejména v mobilních telefonech, bojujících o každičký miliampér, hraje dramatickou roli.

S nižší spotřebou energie souvisí i nižší produkce zbytkového tepla, která se stala klíčovým problémem velkých CCD snímačů. U obou technologií platí, že čím více se snímač zahřeje, tím více pak produkuje šumu, který snižuje kvalitu výsledného záznamu.

Navíc výrobně jednodušší CMOS snímače se jednodušeji vyrábějí jak ve větších rozměrech (blízkých kinofilmu), tak i naopak extrémně malých. Při jejich produkci jsou menší problémy s chybovostí a spotřebou drahého křemíku. Proto se CMOS snímače stávají i ekonomicky atraktivními, přestože jsou nutné obrovské investice do výrobních zařízení jejichž kapacita je zatím zcela nedostačující.

Poslední výhodou CMOS snímačů, která až v poslední době začíná hrát svou roli, je rychlost s jakou se dá přenést zaznamenaný náboj ze snímače na A/D převodník a připravit snímač na další expozici. Dokud byly fotoaparáty pomalé a rozlišení snímačů malé, nehrál tento faktor prakticky žádnou roli, ale dnes se bavíme o přenosu až desítek miliónů hodnot přes jedinou sériovou výstupní bránu a přitom požadujeme obnovení připravenosti snímače v řádu desetin sekund. Zde CMOS těží ze své schopnosti okamžitě a prakticky současně odvést zaznamenaný náboj ze všech buněk najednou a nezdržovat se posunem náboje a jeho postupným odčítáním.

CMOS pravděpodobně ovládne DSLR trh velmi brzy
Většina výrobců digitálních zrcadlovek (DSLR) buď již zcela přešla na CMOS snímače v této kategroii nebo s nimi minimálně experimentuje. Jejich hlavními výhodami je rychlost, nízká spotřeba energie, nízké zahřívání a snazší výroba. Nevýhody v podobě potřeby eliminovat vyšší hladinu šumu či vyrovnávat se s relativně malou efektivní plochou buněk nejsou v této kategorii problémem. Proto se dá předpokládat, že zde CMOS CCD snímače buď zcela vytlačí během 2-3 let nebo minimálně získá dominantní postavení v tomto segmentu.

Mobilní telefony mění trh se snímači
Zatím co před dvěma lety byly nasazení snímačů v digitálních fotoaparátech, videokamerách a v průmyslovém prostředí hlavními odbytišti snímačů obrazu, dnes je vše jinak. Produkce mobilních telefonů neustále zcela neuvěřitelně roste a podle analytiků během dvou let bude fotografování zcela standardní funkcí všech mobilních telefonů. Bavíme se o tak významném trhu, že dokázal donutit Sony, nejvýznamnějšího výrobce CCD snímačů, investovat stovky miliónů dolarů do zcela nové výrobní jednotky určené právě pro produkci CMOS snímačů pro mobilní telefony.

A proč je CMOS tak zajímavý pro trh mobilních telefonů? CMOS se dobře miniaturizuje a snadno vyrábí v obrovských sériích. U mobilního telefonu nikdo neočekává špičkovou kvalitu záznamu stejnou jakou mají digitální fotoaparáty, takže nevýhody CMOSů zde prakticky nehrají roli. A zejména je zde nízká spotřeba energie, která je pro použití v mobilních telefonech klíčová.

Závěr
Rozhodně netvrdíme, že by CCD snímačům zvonil umíráček. Podle odhadů IDC dále poroste jejich rozlišení, bude se vylepšovat vnitřní architektura a v nejbližších minimálně dvou letech je jejich pozice na trhu digitálních fotoaparátů (kompaktních a EVF) prakticky neotřesitelná. Na druhou stranu jsou zde nové trhy, které přivedou nové investice do CMOS technologie a její budoucnost je tak mnohem atraktivnější, než se zdála před dvěma lety.