元件技術升級　照相手機掀起熱潮

三星(Samsung)為照相手機的領導廠商之一，從兩百萬、三百萬再到五百萬、七百萬畫素，甚至是2006年引起市場騷動的一千萬畫素手機，三星在照相手機的研發上皆較其他大廠積極，也引起若干手機業者如諾基亞(Nokia)、樂金(LG)、摩托羅拉(Motorola)與夏普(Sharp)等於 2007年陸續跟進，推出新款照相手機。  

而照相手機的進步，不僅在畫素上精進而已，亦訴求如外接/氙氣閃光燈、高倍自動變焦、可伸縮鏡頭等專業照相功能，以及附加可使用於多媒體影音娛樂的連網、音樂播放、PDA、行動電視等功能。因其可傳遞任意拍照的即時性、網路上傳的互動性，照相手機全球出貨量逐年遞增，市場規模亦迅速擴展。  

預估2007年全球照相手機出貨量可達六億六千萬支，2008年出貨量突破八億支，2010年出貨量更可望上看十一餘億支(圖1)。其中基於3G手機帶動雙鏡頭買氣，及歐美對照相品質的重視，三百萬畫素以上之產品比重亦將逐年遞增。  

隨著手機持續朝向高畫素發展，相機模組組裝、影像感測元件、光學調校能力、製程與技術提升等，都將是影響照相手機品質的關鍵。  

影像感測應用廣泛  

照相手機的成像原理為，光線由鏡頭進入後，會被影像感測元件所接收，再經由類比數位轉換器(ADC)將類比電壓訊號轉換成二進位數位訊號，並傳送至數位訊號處理器(DSP)進行整合與調整，最後進入記憶體中保存。  

而鏡頭身兼光線入射與傳遞後端感測晶片成像重要窗口，鏡頭模組設計、相關製程模具格外重要。在手機薄型化市場趨勢下，手機鏡頭上非球面模造玻璃(GMP)應用需求增加，兩百萬至三百萬畫素手機已司空見慣。  

此外，廠商已開始進行鏡頭的數位自動對焦技術研發，在降低成本之同時亦可縮小整體模組體積，如日商Minebea已研發出直徑3釐米的手機相機鏡頭驅動器，有助於鏡頭自動對焦功能。  

事實上，影像感測元件應用性廣泛，諸如安全監控、數位相機、網路攝影機、玩具、手機、PDA、影像電話、指紋辨識器、掃描器、汽車電子、醫療、監視與電視遊樂器等，都可見到其身影。  

CCD/CMOS應用各異  

一般影像感測元件主要包括電荷耦合元件(Charge Coupled Device, CCD)與互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS)兩種，兩者皆利用感光二極體進行光電轉換技術，將影像從類比表現轉換成數位形式。  

CCD與CMOS的差異點在於，CCD表面接受從鏡頭進來的光線照射時，會將光線的能量轉換成電荷，內建通道線路能將電荷傳輸至放大解碼元件，還原產生訊號，構成完整畫面，這種特殊架構可確保影像資料傳送時不失真。  

CMOS則是每個畫素都會連接一個放大器及A/D轉換電路，用類似記憶體電路方式進行資料輸出動作，只是資料在傳送距離較長時會產生雜訊，須預作放大，再整合各個畫素資料形成畫面。  

近期較受歡迎的CMOS，由於技術與製程持續加強，加上成本優勢，而朝向「提升光使用效率」及「擴大受光」兩方面著手。期望透過提高受光面積與發光效率、擴大微透鏡的實質有效開口率及縮小透鏡間間隔，以改善畫質。  

在降低雜訊上，CMOS採取將ADC集積於晶片上，減少類比雜訊；以雜音消除電路減少固定雜訊；並採用補償式光二極體構造，減少暗電流雜訊；以及針對接腳型二極管增加第四個電晶體，進而降低隨機雜訊等作法。  

此外，CMOS持續在降低功耗上努力，包括後段模組化封裝技術支援，後續足以與CCD抗衡。不過鏡頭微型化及模組封裝良率問題、感光度優劣、色彩及焦距是否具均勻一致性、失真及混合訊號處理干擾等問題，都尚待處理。  

簡言之，CCD與CMOS之差異比較，一般以省電、功能整合性、感光度、影像採集方式等構面探討(表1)，通常中低階照相手機會因低耗電、小尺寸且低成本考量下，採用CMOS方案；高階手機則因CCD解像度、感光度表現較佳，採用CCD架構。  

先進技術推陳出新  

以往中低階手機使用塑膠鏡片，優點是強固性佳，缺點為光學特性差，採光性能弱。而高階手機則以非球面模造玻璃代替，不僅光學特性較佳，感光度與顏色表現較出色。另外飛利浦(Philips)、三星等廠商已進行液體鏡頭的研究，利用不同液體電場特性來改變鏡頭間焦距，達到自動變焦目的。  

另外，現今主流的三百萬畫素等級手機中，內建照相模組尺寸大多為2.25微米、三分之一吋左右之規格。廠商如美光(Micron)、豪威 (OmniVision)與三星等皆已進一步研發微縮尺寸產品模組，有利於高畫素照相手機薄型化及製造成本縮減，同時提高感測器聚光能力。  

一般來說，藉由製程微縮，減少微鏡片與感光二極體間距離，照相模組可大幅改善聚光效率，而照相模組組裝技術亦因應手機輕薄化要求，導致晶片直接封裝 (Chip on Board, COB)與晶片級封裝(Chip Scale Package, CSP)等方式各擅勝場，兩種技術都有業者投入研發。  

而照相手機影像品質發展，也延伸到如自動白平衡(Auto White Balance)、自動曝光、壓縮以及低功耗設計等，持續都有廠商表達興趣，並也在研發資源上投資頗深。  

除此之外，近來因固態影像(Solid-state Imaging)技術已進入系統單晶片(SoC)和系統級封裝中，也引起不少廠商欲達成手機SoC中內建影像訊號處理器(ISP)的目標，並採用JPEG壓縮來大幅降低影像檔案大小，滿足記憶體需求。  

照相手機的殺手級應用  

未來全球手機成長取決於換機需求及新增需求，當照相手機往高畫素能力躍進下，成本影響價格驅使銷售力道成長為其一，如何發揮照相手機的殺手級應用刺激買氣是其二，相關之殺手級服務應用圖示如圖2。  

MMS結合影像郵件服務  

照相手機已成為記者拍攝突發事件場面或狗仔隊捕捉重要畫面的工具，筆者建議可整合影像郵件(Photo Mail)服務，隨時傳送與分享照片，結合多媒體簡訊服務(MMS)動態簡訊服務，利用照相手機即時傳送重大訊息之特性，甚至可應用在消防、警備監控與處理婚外情業者的重要服務上。  

廣告整合行動條碼  

日商IT DeSign日前推出在行動條碼中嵌入特定圖案、商標、照片與點陣圖的「Design QR」服務後，日本博報堂DY集團與IT DeSign在2007年將合作提供動態行動條碼廣告服務Movie QR，在行動條碼內嵌一個會說話且動作豐富的圖案，行銷業者將此動態行動條碼放在雜誌頁面、唱片封面、電影海報上，由用戶利用手機照下並連至專屬網頁，未來透過這種動態行動條碼，不僅企業可用來設計彰顯本身品牌或獨特性的條碼商標，照相手機亦成為最適宜銜接企業形象與行銷廣告宣傳上的連結性橋樑。  

照相結合聲控服務  

部分手機已內建聲控撥號功能，利用聲控輸入，接聽時還能報出來電者身分，廠商亦計畫研發聲控照相服務，拍照不須手動，直接聲控就可照相和錄音錄影。  

筆者建議未來照相手機可結合不須預錄即可直接進行辨識的聲紋辨識技術，並具備語言理解能力，自動提示股票動態新聞、保全人員緊急狀況提示，或提供全球衛星定位系統(GPS)道路導航服務、企業視訊會議應用等，此外還可用手機內建攝錄功能來錄製視訊短片，上傳至電腦部落格內或傳輸至好友手機中，甚至可拍成趣味短片，都是新興應用所在。如Youtube的成功，就暗示用戶乃為最佳內容提供者，自有短片拍攝結合行動電視內容，還可刺激用戶對行動電視手機之買氣。  

新型辨識應用技術  

美商AuthenTec是最早將指紋技術帶進手機市場的業者，包括三星、樂金等手機大廠皆已採用此技術於手機上，而恩益禧(NEC)、卡西歐(Casio)、Mitsumi與Digital Persona都開發出可應用於手機的光學式指紋感測器。  

此外，因應華文與英文書寫差異，手機內建手寫辨識技術在中國市場商機極大，只是目前耗電量及是否符合人性化操作為其發展限制。  

近來從指紋辨識與聲紋辨識到人臉辨識、手指靜脈與手掌靜脈辨識等技術，新型辨識應用技術在日本、韓國手機市場逐漸受到重視，並應用在行動購物、小額付費、針對保密性與安全性的補強防護上，甚至韓國Pantech推出「指紋算命」功能也廣受年輕族群歡迎。  

筆者認為未來殺手級服務應用，除了可以掃描名片、行動條碼之外，用戶甚至可以用照相手機拍下自己臉部皮膚，並以手機進行影像分析，再上網搜尋皮膚問題或化妝品建議，或上傳至皮膚科診所，進行遠距治療和網路購物。  

而在閱讀國外讀物時，亦可利用手機拍下英文單字，再透過影像辨識功能查出內建電子字典字義，包括未來金融交易的安全應用、化妝品美妝偵測皮膚老化，皆可望是照相手機結合辨識技術應用的市場。  

照相手機取代數位相機有望  

2004年以前，手機內建相機功能僅三十萬畫素，缺乏外部擴充記憶卡，加上製程技術限制，導致體積笨重，顏色解析度不足、記憶體容量過小，相較數位相機仍有不足之處。  

然而2007年，照相手機主流畫素已邁入三百萬畫素，高階手機甚至走向五百萬畫素，造成照相手機取代數位相機之論戰不斷，兩者差異見表2。尤其現今照相手機在鏡頭材質、自動對焦、光學變焦、感光元件、影像處理器等各方面技術皆已明顯突破過往，加上整合語音及3G手機影音娛樂服務、體積輕薄化，近年內手機取代低階數位相機極有可能，但要撼動高階數位相機市場仍有障礙，詳列如下：  

．感光元件面積仍小  

即使目前照相手機主流畫素已躍升至三百萬、五百萬畫素，但感測器感光面積仍小，而若要增大感光元件，可能會增加手機體積，導致成像效果打折。  

而成本也是一大考量，舉松下(Panasonic)手機為例，三百萬畫素感光模組即要價一百五十美元(新台幣四千五百元)，可推測整支手機售價可能要價新台幣一萬五千元至二萬元，相較一台五百萬畫素的數位相機，平均價格僅約新台幣七千至一萬元。以消費者需求來看，用戶有可能選擇價位較低的中低階手機，再購買高畫素數位相機。  

．光學變焦能力落後  

一般來說，低階數位相機普遍具三倍或以上之光學變焦、自動對焦功能；然手機鏡頭一但增加光學變焦功能，會帶來增加體積、耗電、降低穩定性等問題，更重要的是，將導致成本大增，因而導致手機廠商對光學變焦能力興趣缺缺、著墨不多，也導致技術能力落後。  

．數位相機廠商反擊  

照相手機想搶市場，數位相機廠商又不願挨打，讓數位相機廠商不斷朝提高畫素、拍攝功能和成像效果的專業進階性升級，並嘗試與PC及家電廠商合作，力圖朝多功能、消費性娛樂、外觀設計時尚化、小型輕薄化發展以力挽頹勢。  

因而，一般認為，照相手機可搶下低階數位相機市場，然數位相機具有之特殊功能與規格，仍非照相手機可輕易取代。  

各有優勢共生共榮  

照相手機技術逐漸進步，尤其在鏡頭模組及畫素規格提升下，2007年已成功使三百萬畫素成為主流，2008年更可再進階發展。然隨著手機音質強化、影音配件及照相防手震、連拍、白平衡、夜拍、閃光燈與省電等硬體規格都仍有進步空間，也導致兩者的技術互相追逐。  

雖照相手機欲取代數位相機之爭論不斷，但同時也代表新契機，如數位相機可能整合入PDA、MP3、遊戲機內，可朝利基進化和功能差異化齊頭並進。而可攜式娛樂裝置、全球衛星定位系統與數位相機整合，亦不失為頗具誘因之消費性電子產品。  

尤在照相手機具有全球電信業者與內容服務商的支援優勢之下，數位相機仍有其特殊利基點和特殊用戶區隔優勢，照相手機不宜以追高畫素為目標，而應朝向應用性做深度整合，先改善照相手機影像感測元件的耗電成本問題，再設計多元並進創新應用服務，融合商機大餅以刺激銷售買氣。  

(詳細圖表請見新通訊元件雜誌76期6月號)