介绍一篇电脑王杂志的文章 http://www.techbang.com.tw/?page_id=16927 文中讲得很详细 摘要一下，有兴趣者请看原文 感光元件，就是数位相机里用来取代底片的那一小块半导体元件，在这小小的晶片上， 排列着数以千万计称为「像素」的小单位，用来感测影像。 以 Canon EOS 5D 来说，它的感光元件是 135 底片的大小，也就是 36mm * 24mm，而 它的解析度是 4368 * 2912，我们可以这样算出水平方向的像素边长： 36 (mm) / 4368 = 8.24 (um) 垂直方向亦同： 24 (mm) / 2912 = 8.24 (um) 8.2um 是多大？人的头发大概是 80-100um 粗，所以在头发的断面里大概可以排下十 个以上的像素。8.2um的像素大小将近是Nokia N95的四倍。 感光元件的大小，跟相机的售价成正相关，但真正决定影像品质的，其实是像素的大 小。像素越大，影像的品质就越好。在低照度的场景中，大像素的相机更能拍出清晰、 低杂讯且有用的影像，而在高动态范围的场合下，大像素能保留更多影像的细结。这 一切的关键，其实是光电二极体。 光电二极体是影像感测器用来感应入射光线强度的关键，它背後的原理就是我们物理 课都学过的「光电效应」 如果我们能有个办法来累积这些被光所打出来的电子，就可以测量入射光的强度。至 於如何用光电二极体来累积这些电子呢？实务上的做法是：让光电二极体变成一个电 容器。 光电二极体是一个用半导体制程做在晶片上的二极体，它有个 PN 接面，所谓PN接面 就是P型半导体和N型半导体的接合面。当光照射在PN接面上时，因为前述的光电效应， 会在接面附近打出一个可以自由移动的电子。至於这个电子所空下来的座位，我们称 之为电洞。 拥有PN接面的二极体在被施加逆向偏压时，会变得像个电容器。所谓逆向偏压，就是 我们对二极体施加一个电压，而这个电压的方向是让二极体不会导通的方向，也就是 对半导体的负极加以比正极高的电压。施加逆偏压後，会有一些电荷因为二极体变成 电容器的关系，而被保存在PN接面附近，即使把偏压移除後亦然。以上这个动作，称 之为光电二极体的reset。 光电二极体被reset後，因为电荷保留在上面，所以会有个电压。此时，如果光电二 极体的PN接面受到光线照射，就会开始产生因光电效应而来的电子。这些产生出来的 电子，会渐渐中和掉reset时被保留在PN接面附近的电子，因此光电二极体上的电压 就会随着光线照射而下降。光线越强，下降得越快，照得越久，下降得越多。正因如 此，我们可以利用这个原理，把光电二极体做成相机中的感光元件。 光电二极体被reset时，那个电容器的大小决定了能有多少电荷被保留在PN接面附近， 等着被光子打出来的电子给中和掉，或者，换个角度来想，这个光电二极体能够感应 多少被光子打出来的电子。 如果这个容量很小，那麽当入射光线很强时，没多久电荷就被打光光了，用专用的术 语来说，叫做光电二极体「饱和」了。 光亮会让光电二极体饱和，在黑暗中，如果没有光线，就没光电效应，也就没有电子 会被打出来。但温度越高，会有越来越多的电子不待光子的激发，就变成光电二极体 的讯号，或者说，杂讯。 这种杂讯只有在温度降到绝对零度时才会消失，因此称之为热杂讯。而且因为它的出 现与入射光无关，就算在黑暗中也会发生，因此它对影像感测器所造成的影响主要是 暗电流的增加，也就是在黑暗中仍会造成影像读数。虽然暗电流的成因还有其它的因 素，但热杂讯是主要的凶手。 不管用什麽样的影像感测器，数位相机的杂讯表现都会受到温度的影响，温度越高杂 讯越大。 除了热杂讯外，在影像感测器中另一个杂讯的大宗来源是读取杂讯。所谓读取杂讯， 就是每次从像素中将电荷读出时，所引入的不确定性，它的单位是电子的数量。如果 一个像素的读取杂讯是 30 颗电子，代表我在从这个像素中读出一个强度为1000颗电 子的讯号时，有可能读到1030，也有可能读到970，而且可能每次都不一样。 当然，除了读取杂讯和热杂讯外，在影像感测器中还有各式各样的的杂讯来源，像是 reset杂讯（这个也和温度有关），光子照射随机杂讯（和入射光强度有关），以及 後段电路像CMOS感测器的像素放大器或列放大器另外引入的电路杂讯等。 以上大部份的杂讯，都与像素的电荷容量无关，甚至某些杂讯还与像素的电荷量呈负 相关。如果像素的电荷容量比较大，虽然杂讯的强度不变，但相对来讲，杂讯占有整 个讯号的比例就降低了。 除了杂讯外，另一个与像素大小有关的参数就是动态范围。动态范围决定了一台相机 所能拍摄的影像中，最亮的部份和最暗的部份能有多大的差距。 这其中的关键，就是光电二极体那个电容器的大小，它有个专有名词叫做「full well capacity」。FWC的单位是电子，它代表着这个像素的光电二极体最多能储存多少经 由光电效应打出来的电子，再多它也存不下来，只能丢掉，而且万一丢得不好还会不 小心漏到旁边的像素去，造成影像品质的劣化。FWC几乎完全取决於光电二极体的面 积大小，也就是说，像素越大，FWC就越大。 像素的尺寸决定影像的品质。而在同样的解析度下，越大尺寸的感测器能拥有越大的 像素。这就是为什麽同样是一千多万像素的机器，E-P1拍出来的影像品质大胜所有的 高阶随身机，因为它拥有这个体积的机种中，最大的像素尺寸，4.3um。 --

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