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CMOS感测器的产品发展与机会
 

【作者: 吳秉思】2001年06月01日 星期五

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在大部分的资讯产品当中,输出和储存装置一向扮演较吃重的角色,如印表机、监视器、HDD和CD/DVD-ROM等。这些产品的技术开发一直都在进行,市场规模也都相当庞大,相对之下如键盘、滑鼠之类的输入装置,纵有极大的市场却没有什么附加价值,也无特别的技术进展。


90年代以来业界不断地思索提升输入装置应用的机会,扫描器为当中的一种,可惜在台湾业界大举进入之后,渐成为另一个滑鼠。数位相机也是其中的典型代表,但并未步入扫描器的后尘,毕竟数位相机的技术障碍要比扫描器大多了,且最具关键性的零组件影像感测器CCD,完全掌握在日本业界的手里,扫描​​器所用的线型CCD亦在日商控制之下,唯产品层次和相机所用之面型相差甚远,不能相提并论。


朝PC走向开发注定沦落和扫描器一样的下场

数位相机在90年代中期崛起,欧美专业IC设计业开始认真将CMOS感测器实用化,以其物理特性上的先天优异条件,而欲挑战日本为首的CCD势力,和矽谷互动密切的台湾业界在1997年前后跟着起舞,寄望能藉由建立关键零件自主技术,和本土蓬勃发达的系统业界相结合,塑造各行绝佳的竞争条件。


实际上台湾业界开发CMOS感测器所锁定的市场并非完全是数位相机,而是所有CCD可应用的场合(表一)(表二),唯数位相机只是当中的一种且挑战度是最高的。大家的目光很容易都集中在PC Camera中,其出货量在近几年的确是CMOS感测器的所有应用项目中之最,数位相机却是日商外加Kodak的天下,其方式仍以CCD为主。台湾业界在多年的努力之后,虽争取到日商入门机种代工的机会,在技术能力上仍无替CMOS感测器代言的机会,由此更可突显PC Camera的份量。



《表一 CMOS传感器出货量预测-依应用别》
《表一 CMOS传感器出货量预测-依应用别》

《表二 数字相机出货量预测-依画素别》
《表二 数字相机出货量预测-依画素别》

可是台湾业界在历经多年的学习之后,已渐展现PC Camera市场深耕的后果将和扫描器如出一辙,最后沦为流血的价格战。现在PC Camera有两极化的走向,一是走精致高阶路线,仍是CCD挂帅﹔另一是不讲求画质的低阶路线,以CMSC感测器为主,通常是像滑鼠一样随Notebook赠送,价格压力很大。


未来CMOS感测器或许可攻入高阶市场,在多家业者激烈的竞争之下,难逃恶性循环的下场。事实上,任何一个CMOS感测器业者并不会放弃PC Camera市场,却不能当真地只以此导向来经营,真正对的策略是要把CMOS感测器朝数位相机走向开发,创造较高的附加价值,方能永续经营。


低阶和玩具型相机适合台湾业界发展

在台湾业界现阶段仍无足够实力与日本业界在中高阶数位相机竞争的情况下,从2000年市场的情势来看,以CMOS感测器为基础而衍生的低阶和玩具型数位相机以及行动电话手机,是台湾业界可以和日本业界区隔而建立自我风格的切入产品。这些产品区隔都非标准产品,需要额外的特殊设计,和PC Camera的产品型态并不相同,得以摆脱价格竞争,创造更高附加价值。


玩具型数位相机的始祖起源于1998年Mattel的芭比相机,估计在1999年共卖出80万台,未来几年市场规模和成长率非常值得期待。 2000年的出产量为240万台,2001~2002年的成长率都在三位数字以上。事实上玩具型相机和低阶相机的技术性区隔不易区别出来,解析度大都在40万画素以下的VGA相当,问题是前者如何重新包装。


目前日系的玩具商推出玩具型相机的业者大概有四家,以Tomy和Nichimen占有率最大,各为31%和29%左右,其他两家为Takara和Bandai,所推出的产品各具特色,未尽相同。这种差异性幅度之大,要比一般的数位相机有过之而无不及(表三)。不论是哪一种设计理念,玩具型相机确已走入多功能取向,只是性能较不必考就而已。



《表三 玩具型数字相机制造商产品开发概要》
《表三 玩具型数字相机制造商产品开发概要》

在2001年,玩具型相机也强调轻薄、小型化,外加操作简单,却已具备上网下载软体和传电子邮件的能力,可谓麻雀虽小、五脏俱全,这些玩具商和日本的光学和家电厂商并无直接的关系,未必获得在技术和设计上充份的奥援,这种型似玩具,内似PC周边型态的产品,吻合台湾业界的既有优势而得以发挥出来,尤其是在玩具市场上聘驰相当时日的消费性IC设计业者,未来势必得从语音应用延伸到影像应用,和CMOS感测器业者间的紧密合作非常重要。


手机用技术要求严苛,2001年大举投入市场

CMOS感测器另外一个在2000年揭示的应用,而可在2001年初次出资的为行动电话手机用途,率先在2001年春的日本第三代行动通讯上使用。台湾业界在初期或许不易进入此市场,长期而言,势必和STN LCD一样可以大力发挥。使用在手机上的CMOS感测器在电力消耗、尺寸和价格上要求十分严苛,如电压需在1.8V,电力需控制在50mw以下,模组厚7mm以下,对角线10mm,感测器价格5美元左右,模组10美元以下。上述规格被视为业界在技术上的一大挑战。


依照Electronics Journal的估计(表四),1999年CMOS感测器的市场规模为201亿日圆(不含光学式滑鼠),2000年成长69%,达339亿日圆。主要的业者包括Agilent、Omni Vision、Photobit、现代、Sharp、STMicro、三菱、东芝、Conexant、kodak、Y-media、Canon和富士通等(表五)。大部份的业者已完成PC Camera的CIF/VGA以及低阶数位相机VGA的开发,当中以Agilent在PC Camera的占有率最高。



《表四 CMOS传感器的市场规模》
《表四 CMOS传感器的市场规模》

《表五 主要CMOS传感器开发业者的动态》
《表五 主要CMOS传感器开发业者的动态》

一片VGA感测器价格在10~14美元间,基于低阶相机往更高解析度提高的趋势,2001年之后,现代、OmniVision将量产SVGA,Photobit、Agilent和Kodak则预备开发M级画素产品,但在2001年,各业者亦将集中火力在手机用市场,特别是日本市场将是第一个试炼的战场。 2001年是初试身手的机会,2002年将有大规模的需求。


由于手机严苛的使用环境,一般使用在PC上的CMOS感测器,不能直接应用在手机上,必须针对外型和功率消耗做更进一步的改良。能否达到手机制造商的规格要求,被视为该CMOS感测器制造商技术能力的指标。


现阶段手机用感测器以CIF较为成熟,电压大多集中在2.8~3.6V,东芝的产品为15mw、三菱25mw(含AD转换器及影像处理电路内藏)、Sharp 45mw(含AD转换器内藏)、Photobit 15mw(含AD转换器内藏),在尺寸方面,Sharp之透镜一体型厚5mm、东芝6mm、STMicro 7mm。各业者如Omni Vision、三菱和STMicro则尝试将AD转换器和影像讯号晶片整合在一起,并内建在感测器使成为单晶片。2001年之后,业界除了将CIP商品化之外,亦将开发VGA模组,业界相信在手机的应用上,VGA是比较适当的画素格式。


结语

当然,CMOS感测器的用途绝不会仅止于以上的描述,PDA、保全和指纹辨识都有很好的发展潜力,尤其是指纹辨识需要结合生物科技和数位软体技术的整合。台湾业界绝能不落入以PC为唯一市场的思考窠臼,当以宏观的角度致力于技术的创新和产品附加价值的提高,方能永续经营。


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