这是我以前为了平息我管理的摄影网站中，为了CCD和CMOS哪个更有优势无谓争吵，而翻译的二篇科技类短文。当时为了说服力，采用的日汉对照形式，因为翻译也是我的垂直领域，发在头条应该不违规？

CCD与CMOS的结构比较

CCDセンサーと比較したCMOSセンサーの利点

CMOSセンサーの性能はすでにCCDセンサーに追い付いており、CMOSセンサーに特有の強みを発揮しています。今日のCMOSセンサーは、並外れたフレームレートの高さ、優れた画質、感度の高さを実現できるようになっているのです。

CMOS传感器的性能已经赶上CCD感光器件，并且发挥出CMOS 传感器特有优势。因为今天的CMOS 传感器，实现了极高水准的架构、卓越的画质、高感光度。

CMOS技術はCCD技術に比べて、さまざまな照度でのパフォーマンス、消費電力、スピード、価格の面においても突出しています。たとえば部品検査のスループットの大幅な向上や、カメラおよびシステムコストの大幅な抑制などを、画質を犠牲にすることなくすべて実現できます。

CMOS技术与CCD技术相比较之下，在各种感光上的性价比、电力消耗、反应速度、价格等层面都有突出的优越性。例如使得元件的成品合格率大幅提高、就可极大降低照相机以及系统的成本等等，从而达到不以牺牲画质为代价的妥协生产。

CMOSとCCDの比較――技術的詳細の精査

CMOS与CCD的比较----技术层面的详细探索

· CMOSセンサーは以前、変換効率が大きく劣ることで知られていましたが、今日ではすでに解消されています。オンボードマイクロレンズアレイを搭載するなどの改良により、今日のCMOSセンサーではCCDセンサーと同等以上の感度が実現されています。

· 众所周知，以前CMOS传感器的转换效率极为不良，但时至今日这个问题已经彻底解决了。由于内置微距镜头阵列等的改善，今天的CMOS传感器和CCD传感器具有了相同水平的感光度。

· 構造上、CMOSセンサーでは非常に高いフレームレートを実現できます。感度の向上と、最新のグローバルシャッター技術を組み合わせることにより、非常に高速な撮影が可能になりました。この結果、1秒あたりの部品検査数の増加や明瞭な交通違反画像の撮影など、各用途におけるパフォーマンスが向上しています。また、CMOSセンサーは多くの場合フルウェルキャパシティー（飽和容量）が優れています。フルウェルキャパシティーは1画素あたりに収容できる最大電子数であり、フルウェルキャパシティーと感度の比によって、センサーが処理できるダイナミックレンジが決まります。つまり、CCDセンサーの優位性である高感度に対し、CMOSセンサーではフルウェルキャパシティーの高さがその差をカバーし、CCDセンサー以上のダイナミックレンジを実現します。Sony社製 IMX174センサーは、CCDセンサーを上回るダイナミックレンジを実現しているCMOSセンサーの好例です。

· 在构造上，CMOS传感器实现了非常高水平的架构排列。由于感光度提高，和最新的球状快门相结合，把极高速摄影变为可能。由此看到的成果是，生产线上每秒元件检查数量的增加、高清晰违反交通的抓拍等图像设备生产，性价比都得到了长足的进步。还有，由于CMOS在很多情形下饱和容量出众。饱和容量是指一个像素可收容的最大电子数，因为饱和容量和感光度之比，决定着动态范围。实际上，CCD传感器的优势在于高感上，不过随着CMOS传感器饱和容量的提高，已经弥补了和CCD的差距，实现了比CCD传感器更高的动态范围。SONY公司制造的IMX174传感器，就是动态范围远超CCD传感器的很好例证。

· 数年前までは、照度が低い環境ではCCDセンサーが適切な選択肢であり、照度が十分な環境ではCMOSセンサーに優位性があるとされていました。しかし最近のCMOSセンサーの画質は大きく向上しており、CMOSセンサーは照度が低い条件にも適するようになっています。

· 多年以前，在光照度很差的环境中，选用CCD传感器是聪明的选择，但光照度很好时，CMOS的优越性就能体现出来。但是，现在因为CMOS传感器的画质得到长足的进步，CMOS传感器也适合使用在光照条件差的环境中了。

· 照度が十分な状況におけるCMOSセンサーの優位性は今も健在です。CCDピクセルでは露出過度の場合、余分な電子が隣接するピクセルにあふれ出すことがあります。これによって、画像内の非常に明るい被写体が暗い被写体の方に広がって見える、「ブルーミング」と呼ばれる現象が発生します。非常に明るい状況での露出後にCCDセンサーの電荷が移送されるとき、CCDセンサーでは画像に光の筋が生成される場合があります。この白飛び現象は「スミア」と呼ばれます。接近してくる自動車のヘッドライトを夜間に撮影すると、スミアが簡単に確認できるでしょう。いずれの現象もCMOSセンサーでは発生しません。

· 当光线条件良好时，CMOS传感器的优越性至今保持着本色。当CCD像素在曝光过度时，多余的电子会出现蓝光溢出到邻接的像素上。由此，可以看见图像中非常明亮的被摄物会向昏暗的被摄物扩展，发生被称为“蓝光溢出”的现象。当光线极为明亮时，曝光后的CCD传感器在转送电荷过程中，有时会在CCD传感器上产生光线条的现象。这种白色崩溃现象被称之为“涂抹”。在夜间拍摄相向而来汽车的前灯时，就可简单确认这种“涂抹”。上述的种种现象，不会发生在CMOS传感器上。

· Sony社の「Pregius」、ON Semiconductor社の「PYTHON」、CMOSIS社の「CMV」搭載aceモデルのように、最新のCMOSセンサー搭載カメラには、グローバルシャッター機能も搭載されています。これにより、ローリングシャッターカメラにおいて発生することのあるアーティファクトがなくなります。

2015年3月、Sony社はCCDセンサーの全面的な生産中止を発表しました。これにより、CCDに基づく技術の追加開発は間もなく終了し、今後のセンサーはCMOSに基づくものに置き換えられます。CMOSセンサーはあらゆる面でCCD技術に完全に追い付きました。

CMOSセンサーは、高速な動作と高い解像度を備え、ノイズ性能も改良されています。

Sony公司在其「Pregius」、ON Semiconductor公司在其「PYTHON」、CMOSIS公司在其「CMV」都装备了ace型号、照相机也安装了最新的CMOS传感器、同时也都有球形快门功能。如此以来，快门相机容易发生的拖尾现象就被杜绝了。

2015年3月，SONY公司发表了全面中止CCD传感器生产得声明。据此，基于CCD技术追加开发很快就要结束，今后把传感器生产的重点转移到CMOS传感器。CMOS传感器在全部层面上已经赶上CCD的技术了。

CMOS传感器经过改良，具备了高速动作和高解像度、热噪性能也很出色。

CCD or CMOS?　−撮像素子の特長−

デジタルスチルカメラやムービーカムコーダーの普及によって、それらが「撮像素子（もしくはイメージ・センサ）」として使っている「CCD」は、すっかりポピュラーな言葉になっています。

最近では携帯電話の内蔵カメラでも、従来の主流だった「CMOS」に代えてCCDを採用するものが増えてきています。面白いのは、逆に高級一眼レフデジカメなどでCMOSを採用する例が目につき始めていることです。

今回は、代表的な撮像素子であるCCDとCMOSの構造、それぞれの特徴などについて簡単に解説してみましょう。

伴随着数码照相机和摄像机的普及，它们所采用的“摄像元件（或叫做图像传感器）”的“CCD”也成了日常流行语。

最近手机自带的照相机等，用CCD取代一直以来已经成为主流的CMOS的有所增加。比较有意思的是，相反面，高级单反数码照相机等采用CMOS的事例日趋显著。

这一节，就把具有代表性的摄像元件CCD和CMOS的构造，各自的特征等简单的给大家介绍一下。

■「像」を撮るしくみ

摄“像”的构造

私たち人間は、眼球に飛び込んでくる光を水晶体と虹彩を通じて網膜に「像」として映し出し、その刺激を視神経を通じて脳に伝達するというプロセスによって、視覚情報を得ています。ここで水晶体をレンズ、虹彩を絞り、そして網膜を銀塩フィルムに置き換えたものがアナログカメラの基本構造です。

デジタル映像機器における撮像素子は、眼球における網膜、アナログカメラにおけるフィルムの役割を置き換える半導体で、具体的には「光をセンシングし、信号に変換する素子」ということになります。

我们人类，通过眼中的水晶体和虹彩把飞入眼球的光在视网膜上结成“像”， 以此刺激视觉神经把信息传递到大脑中的流程，来获得视觉信息。这里，我们可以把水晶体看做镜头、虹彩当成快门、视网膜就自然类似于胶片，用这么一种近似于模拟照相机的基本构造来形容。

对于数码影像机器，摄像元件就等同于眼球的视网膜、只是把模拟照相机中的胶片作用置换成了半导体而已，具体的说就是“读取光，将其转换成信号的元件”。

■CCDの登場

CCD的产生

固体素子の形で撮像素子が登場したのは1960年代です。トランジスタやICなどに使われる半導体が、光電効果（光を受けることで電子が活発化する性質）を持つことがわかってきたのがきっかけとなって、「フォトトランジスタ」「フォトダイオード」などが考案されました。

以固体元件的形式作为摄像元件，发明于1960年。技术人员发现构成晶体管、IC等的半导体，具有光电效果（受光后电子趋于活跃的特性），据此特性，研发出“光电晶体管”、“光电二极管”等等元件。

それらの開発競争の中で登場したのが、光を電荷に、そして信号に換えて転送する機能を持つCCD（Charge Coupled Devices 電荷結合素子）です。最初のCCDは1969年、アメリカのAT&Tベル研究所で開発されました。さまざまな用途が想定される中、その特性から撮像素子への応用に向けて研究・開発が重ねられ、1982年にビデオカメラ用撮像素子として製品化されます。

在竞争激烈的开发过程中，技术人员研发出了光产生电荷，而且具有转换成信号传送功能的CCD（Charge Coupled Devices 电荷结合元件）。最初的CCD是1969年，美国的AT&T贝尔研究所开发成功的。在设想的各种用途中，利用其特性制造成摄像元件予以应用的研究开发，是1982年作为摄像机的成像元件予以商品化的。

CCDを構成する要素は「集光レンズ」「カラーフィルタ」「受光素子＝フォトダイオード」「転送回路」に大別できます。ちなみに、デジカメなどの性能指標として用いられる「画素数」は、このフォトダイオードの数を指しています。

CCD构成的要素大致上有：集光镜头、彩色滤镜、受光元件=光电二极管、转送电路等。顺便说明，“像素数”作为数码照相机等的性能指标，就是指上述的光电二极管的指数。

CCDに当たった光は、集光レンズによって特定の大きさに区切られながら、カラーフィルタを通じてフォトダイオードへ導かれます。フォトダイオードは光の強弱しか感知できず、階調表現や色調表現ができないため、カラーフィルタによって特定の範囲の波長だけを通し、その輝度情報を色データに変換しているのです。

照射到CCD上的光线，在被集光镜头切割分成特定大小的同时，会被导引通过彩色滤镜进入光电二极管中。光电二极管并不能感知光的强弱，无法完成层次和色调表现，因此必须依靠彩色滤镜只让特定范围的波长通过，把波长的辉度转换成色数据。

カラーフィルタとフォトダイオードの構成にはいくつかの種類があります。ポピュラーなのは1枚のフィルタで光の三原色であるRed、Green、Blueを処理する「単板式」などと呼ばれるものです。1回のシャッターで結像できることから、デジタルカメラの多くがこのタイプを採用しています。また、受光部分は1個ながら、R、G、Bそれぞれ1枚ずつのフィルタを備えているのが「3CCD」と呼ばれるタイプです。ほかには、スキャナなどで用いられる「ラインCCD」などがあります。

彩色滤镜和光电二极管的构成有多种种类。比较流行的是被称为“单板式”的用1片滤镜把光处理成三原色Red、Green、Blue。快门只要释放一次就能成像，大多数数码照相机都采用的是这种类型。另外还有，受光部分虽然只有一个，但是滤镜却分为R、G、B各一片的，被称之为“3CCD”的类型。除此之外，还有扫描仪所采用的“线性CCD”的方式。

光电信号转换构造图

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光を受けたフォトダイオードは、その強弱に応じて電荷を生じます。しかし、それぞれの電荷はあまりに小さいため、そのままでは画像処理を行なうことが困難です。つまり、画像処理回路までの間にアンプ（増幅装置）を配して信号を増幅してやるわけですが、その過程がバケツリレー式に転送されることがCCDの特徴のひとつです。

受光光电二极管，随着光的强弱产生电荷。但是，每个电荷由于过于微弱，就那么用来进行图像处理比较困难。实际上，在图像处理电路中，装有放大器（增幅装置）对信号进行增幅处理，其过程是传递水桶救火式的转送方式，这是CCD的一个明显特征。

シャッターが閉っている状態では、それぞれのフォトダイオードは電荷が小さい状態を保っています。シャッターが開いて光が当たると、フォトダイオードは当たった光の強さに応じた電荷を発生し、蓄積していきます。次にシャッターが閉じると、電荷を蓄積している部分に隣接している部分の電荷を低くすることで、蓄積した電荷を移動させます。このような動作を繰り返すことで、CCDは電荷をアンプまで転送し、増幅して電気信号へと変換していくのです。

快门在闭合状态时，各个光电二极管的电荷保持在弱小形态。快门打开光照进来，光电二极管随着光强产生电荷，开始蓄积。当快门再次闭合时，由于紧邻蓄积有电荷部分的电荷较低，被蓄积的电荷就会被移送到较低的部分。如此这般的动作反复进行，CCD就把电荷转送到放大器，转换成了经过增幅的电信号。

■CMOSの特長とこれから

CMOS的特长和未来趋势

さて、一方のCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor　相補性金属酸化膜半導体）も、フォトダイオードとアンプで電荷を電気信号に変換するという仕組み自体はCCDと同じです。「CMOS」自体は半導体の構成・構造を指す言葉で、メモリなどさまざまな分野でも用いられています。デジカメなどに用いられるものは、正式には「CMOSイメージセンサ」と呼ばれるデバイスです。

说到CMOS，一方面是CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor互补性金属酸化膜半导体）的构成，但就其本身的工作结构原理，也是通过光电二极管和放大器把电荷转换成电信号的工作流程。“CMOS”本身就是指半导体的构成、构造的用语，被广泛应用于内存等各种领域。其实应该把数码照相机所用的元件，正式称为“CMOS图像传感器”才更合适。

CMOSイメージセンサは、フォトダイオード1個につきアンプ1個が対をなす構造となっています。これがCCDイメージセンサとの最大の相違点です。各素子からの電荷は、あらかじめアンプによって増幅された状態で画像処理部分へ転送されるので、転送の過程でノイズの影響を受けにくくなります。

CMOS图像传感器的构造是，每个光电二极管都带有各自对应的独立放大器。这是和CCD图像传感器最大的不同之处。从各个元件出来的电荷，在转送入图像处理部分时，事先已处于经过放大器被增幅的状态，因此，在转送过程中就不会受噪声的影响。

CMOSイメージセンサの最大の特徴は、「システム・オン・チップ」化が可能な点にあります。簡単に言うと、パソコン用のチップセットなどと同じような製造プロセスで作れるため、フォトダイオードだけではなく、信号を増幅するアンプや転送用の回路など、撮像のために用いるさまざまな仕組みを、1個の半導体の中に作り込んでしまえるのです。

CMOS图像传感器最大的特征，就在于有可能实现高度集成化。简而言之，因为能够采用和电脑用芯片组合一样的制造流程来生产，不仅仅是光电二极管、也可以把信号增幅用的放大器、传送用电路等，用于摄像用的各种各样的结构，全部集成到一个半导体中。

ワンチップ化できるということは、ある程度の量産規模になれば製造コストが大幅に低減できますから、コスト面では有利となります。処理系がワンチップに収まるため消費電力の面でも有利ですし、製造プロセスの微細化が進むにつれて読み出し／転送速度も高速化しやすくなりますから、短時間で大量のデータを処理しなければならない高解像度撮影においては、以前からCCDより有利ではないか？　とも言われていました。

所谓可以单芯片化，就能在某种程度上实现量产规模从而大幅降低制造成本，从成本层面看非常有利。处理系统因实现了单芯片功能集成，从消耗电力方面看也是很有利，随着制造程序的细微化，读出/转送速度也容易实现高速化，高解像度摄影的前提就是必须能够短时间内处理海量的数据，这比以前的CCD有利吧？这是被很多人提到的特点。

CCD由于图示原理易产生热噪，CMOS则不会，这是CMOS取代CCD的要因之一

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数年前まで、CMOSを用いたデジタルイメージングデバイスに「安かろう悪かろう」的な印象が抱かれがちだったのは、デバイスメーカーが開発の主軸をCCDに置いていたことと、それによってCMOSイメージセンサに期待される役回りが限定されてしまっていたことがおもな理由です。

直到数年前，大家对采用CMOS的数码图像配件抱有的印象是：“便宜没好货”的偏见，CCD作为配件，工厂开发时的首选CCD也是因此观念的影响，因此也成了CMOS传感器被限定角色受冷落的主要理由。

しかし、半導体としてのCMOS自体はさまざまな分野で用いられていることで、その進化の速度は非常に速いものがあります。つまり、他の用途のCMOSに用いられた新規技術がどんどんとCMOSイメージセンサにも応用されてきたのです。

不过，由于作为半导体的CMOS被广泛运用于各个领域的现实，其进化速度是非常神速惊人的。事实上，CMOS图像传感器不断在汲取和应用了，在其他用途上CMOS所采用的新研发的先进技术。

また、システムオンチップであることから、さまざまな新機軸の取り込みにも柔軟に対応できます。たとえばシャープの「距離画像CMOSセンサ」は、イメージセンサ自体に被写体までの距離を測定する機能を統合したもので、画像認識による各種のシステムへの応用が見込まれています。

还有，因为集成化的发展，CMOS能够友好的把各种新机能集成化为一体。例如，夏普的“距离图像CMOS传感器”，图像传感器自身就统合了距离测定功能，可以预见将会被运用于依靠图像识别的各种系统中。

CMOSイメージセンサが高性能化してきた背景には、このような事情があったのです。そう遠くないうちに、「キレイな画像を撮りたいならCMOSに限る！」という風潮が常識化するのでしょうか？　それともCCDが巻き返すのでしょうか？　などという点に注目しながら、新製品をウォッチするのもオツなものかもしれません。

由于有CMOS图像传感器高性能化作背景，才有了上述的事例变成现实。在不远将来，“要想拍出漂亮的照片只有靠CMOS了！”，这种说法也许会成为常识化的风潮？还是重返CCD？我们在关注这些观点时，坚持用新制品也许是一件风雅之事。