数码相机的结构及应用(上)

LENS光學元件 (五)

在所有相機的結構中，確認拍攝範圍的窗口稱做 取景器，數碼相機大都配有LCD螢幕，而數碼相 機的液晶顯示器具有與取景器同樣的作用，同樣 液晶顯示器也能用來顯示拍攝了的畫面。由於 LCD是可以用來構圖取景（編輯或儲存、刪除圖 像）的小螢幕，因此LCD的好壞會影響到數位相 機拍攝出來的結果；一部好的數位相機在LCD看 到的影像便是拍攝的結果，從最基本的取景器功 能，到觀賞畫面之用，功用很多。僅液晶顯示器 本身，品質差異極大。液晶屏幕的種類，有好幾 種，一般來講TFT方式看起來畫面清晰。對於同 種TFT方式，因製造原理相異，畫質大不一樣。
數碼相機的結構及應用(上)
數碼相機的基本結構
CCD/CMOS感光元件 LENS光學元件 LCD顯示元件 儲存記憶體 電池 輸出入端子


ＣＣＤ〈Charge Coupled Device ，感光耦合元 件〉為數碼相機中可記錄光線變化的半導體，通 常以百萬像素〈megapixel〉 為單位。數碼相機 規格中所標示的多少百萬像素，一般所指的就是 ＣＣＤ的真正解析度，也就是指這台數碼相機的 ＣＣＤ上有多少個感光元件。 CＣＤ上感光元件 的表面具有儲存電荷的能力，並以矩陣的方式排 列。當其表面感受到光線時，會將電荷反應在元 件上，整個ＣＣＤ上的所有感光元件所產生的訊 號，就構成了一個完整的畫面。再將其訊號數據 進行類比/數碼變換，並作為數碼信號保存圖像。
LENS光學元件 (三)

例如4mm的焦距值的光學鏡頭對於1／3英吋CCD的成像面 （對角線約6mm），其視角約74度大於50度人眼的辨識色彩 的視角甚多，因此我們稱此鏡頭對於1／3英吋CCD為廣角鏡 頭。而一般數碼相機單焦點鏡頭皆小於CCD對角線長度，以 使其具廣角視角效果，有如14mm的焦距值的光學鏡頭對於1 ／3英吋CCD的成像面，其視角約24度小於50度人眼的辨識 色彩的視角甚多。因此在遠處之景物也可透過此光學鏡頭， 得到較大的像。因此我們稱此鏡頭對於 1／3英吋CCD為望遠 鏡頭，一般數碼相機除了搭配變焦鏡頭外，較少有數碼相機 單焦點的鏡頭而視角為望遠視角。然而，在數碼相機焦距值 規格中，經常以相當於傳統33mm底片相機的焦距值來表示， 而 35 mm底片規格尺寸為24mm x 36mm而其對角線尺寸約 略為43mm，但我們常以鏡頭焦距值50mm為35mm底片相機 的標準鏡頭。
LENS光學元件 (一)

鏡頭依鏡頭焦距值可否變化區分為單焦點鏡頭和變 焦鏡頭 取像用光學鏡頭若以焦距可否變化，可分為單焦點 鏡頭及變焦鏡頭。單焦點鏡頭顧名思義其此鏡頭的 焦距值就只有一個；如5.7mm、6.2mm，如前所述 固定鏡頭（ fix lens）一般都為單焦點鏡頭，但單焦 點鏡頭不一定就是固定鏡頭 ，因高階單焦點鏡頭包 括有可對焦鏡頭。而變焦鏡頭的焦距值，不是一個 固定值，而是一段範圍；如6~18mm、5.5~11mm； 因其焦距值可變化，所以其機構相對就更複雜。一 般變焦鏡頭的採用會搭配在中高階數位相機上，而 用在數位相機上其變倍比（最大焦距值與最小焦距 值之比值）通常2~3倍之間最多，而變焦鏡頭通常都 為可對焦鏡頭。
LCD顯示元件(二)

LCD液晶顯示器具備了輕薄短小及耗電量低等優 點， LCD液晶顯示器除了應用在常見的數碼相機 之外，在我們生活周遭中，有許許多多的設備和 機器也都會使用到LCD ，由電子表、電子計算機 開始，到電話、電視機、攝錄像機等都有使用到 LCD液晶顯示器；包括在OA 產品的應用中，辦 公室中的液晶Monitor、筆記型電腦、影印機等， 甚至是現在日本當地已經流行許久的導航系統、 PACHINKO小鋼珠、掌上型遊樂器及其他各項產 品， 都可以將LCD液晶顯示器的優點發揮得淋漓 盡致，我們也相信日後也會有更多的產品使用 LCD液晶顯示器。
LCD顯示元件的應用
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CCD/CMOS感光元件的應用


鏡頭依可否調焦區分為固定鏡頭（fix lens or free focus）及可自動對焦鏡頭（focus lens） 固定鏡頭顧名思義就是光學鏡頭本身與機身為 固定不動，以及兩者無相對運動。其另一涵義 就是此光學鏡頭無法調焦。所以其成像品質與 可對焦之光學鏡頭相比較之下，就遜色不少。 另外，為使拍攝範圍能涵蓋從近距離別無窮遠， 因此就必須使其拍攝條件設定在景深長的狀況， 所以其採用的光圈值就不能太小，也由於光圈 值大，因此就必須靠閃光燈來補光。一般此鏡 頭在低階相機或PC Camera最常見。
LENS光學元件 (二)

鏡頭依視角可區分廣角、標準、望遠視角的鏡頭 以一般人雙眼能充分辨識色彩的角度範圍的為50度的視 角來說，我們依此來區分光學鏡頭的視角為廣角、標準 或望遠，約略可依成像面尺寸(即CCD尺寸)來出略判別 光學鏡頭其焦距值對此CCD的視角。有一簡單的判別方 法，就是若焦距值約等於CCD尺寸對角線，則可說此鏡 頭對此CCD展現的視角為標準鏡頭，舉例來說，以1／2 英吋CCD成像面尺寸約寫4﹒8mm X 6﹒4mm，對角線為 8mm。若搭配光學鏡頭其焦距值若為8mm，則其視角接 近人眼的辨識色彩的視角，此光學鏡頭可稱為標準鏡頭。 反觀之，若焦距值約明顯小於或大於CCD尺寸對角線， 其將造成通過鏡頭成像後，視角將大於或小於人眼的辨 識色彩的視角，則稱為廣角或望遠鏡頭，其影響就是可 成像的範圍較廣景物較小或可成像的範圍較窄景物較大。
CCD/CMOS感光元件(三)

目前在感測器的應用方面，攝錄像機、監視器、 數碼相機、掃描器、 PC Camera、影像電話、第 三代手機系統、視訊會議等都看得到感測器的影 子。另外，感測器的應用在未來的發展有許多想 像空間，多數應用其實都不是訴求高畫素，而是 新興的市場應用，所以大部分廠商也投注相當心 力在尋找新應用上，包括玩具、指紋掃描機、汽 車、遊戲機等等不勝枚舉，也有市場人士表示， 未來的世界的個感測器無所不在（Sensor Everywhere）的時代，如果真是如此， CCD/CMOS感測器的市場空間必定大的多。
LCD顯示元件(一)

在室外用的數碼相機，因液晶顯示器本身光線較 暗，在直射日光下，幾乎顯示不出畫面。液晶顯 示器做取景器使用的優點是可直觀被攝物。而光 學取景器，因取景用的鏡頭不同於拍攝鏡頭，所 以眼見的範圍與實際攝出的畫面多少有些出入。 更明顯的是，當拍攝超近距離的物體時，取景器 看到的在中心的被攝物，拍攝出來卻在旁邊。液 晶顯示器克服了這個缺點。 但是，代替取景器的 液晶顯示器大量消耗電池的電量。若照相機同時 帶有光學取景器和液晶顯示器，根據實際使用環 境選用，再理想不過了。
CCD/CMOS感光元件(一)
CCD/CMOS感光元件(二)

各種型狀的CCD

CCD元件放大圖

KODAK DSC系列之CCD全貌

CMOS和CCD一樣同為在數碼相機中可記錄光線 變化的半導體。CMOS的製造技術和一般電腦晶 片沒什麼差別，主要是利用矽和鍺這兩種元素所 做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N（帶 – 電） 和 P（帶 + 電）級的半導體，這兩個互補效 應所產生的電流即可被處理晶片紀錄和解讀成影 像。然而，CMOS的缺點就是太容易出現雜點， 這主要是因為早期的設計使CMOS在處理快速變 化的影像時，由於電流變化過於頻繁而會產生過 熱的現象。 CMOS 對抗CCD的優勢在於成本低，耗電需求少, 便於製造，可以與影像處理電路同處於一個晶片 上。但由於上述的雜訊缺點，CMOS 只能在經濟 型的數碼相機市場中生存。
LENS光學元件 (四)

目前常見的數碼相機，由於具百萬畫素CCD（ 2百萬或 3百萬）以上 ，其每個畫素尺寸約在3~4 μm之間，因此 光學解像力被要求就相當嚴格，同時為了表現百萬畫素 的影像品質，其搭配的光學鏡頭，無論是在功能上或是 在光學性能上，皆相當地嚴格，光學及相機技術困難度 也相對地高。此時搭配的光學鏡頭不論是單焦點（固定 焦距）鏡頭或是變焦鏡頭，皆有提供自動對焦、近距拍 攝、多段光圈變化、機械快門等功能。 同時，在光學鏡頭模組本身的對位（alignment） 及定位上，以及鏡頭模組(Lens Module)與CCD Sensor 之對位（alignment）、調整等技術就相當重要，否則就 空具有超高畫素的CCD，而無法表現出其影像品質的細 膩。