[鳥專欄]大，真的比較好：淺談數位相機的感光元件（上）

（註：本文為2009/8/21首次刊出）【編按】好久不見的鳥專欄又來了！這次Bird要談的是數位相機中的重要元件：感光元件。很多人都知道，不論是CMOS還是CCD，感光元件的尺寸都是愈大愈好；但為什麼愈大愈好？道理何在？這次鳥大師就要從量子物理的角度，來替我們解惑：為什麼感光元件真的愈大愈好。由於原文頗長，本文照例分上中下三段刊出。 最近隨著Olympus E-P1的上市，帶動一股高畫質隨身機的熱潮。除了Micro 4/3系統所帶來的交換鏡頭能力外，E-P1在接近隨身機的體積內能達到接近DSLR的畫質，更是為人所津津樂道。

E-P1不只將幾台曾是隨身機機王的高畫質機種如Canon G10、Panasonic LX3等遠拋在後，更號稱能和眾DSLR大哥們平起平坐。在這小巧的機身裡，究竟是什麼魔法讓E-P1能有如此本領？

其實答案很簡單，一切都只是因為E-P1的感光元件比較大片而已。講完了。

不過，我知道你一定還想再多聽一點，所以我們就來好好聊聊「尺寸」這個問題吧。

真的就只是大而已

感光元件，就是數位相機裡用來取代底片的那一小塊半導體元件，在這小小的晶片上，排列著數以千萬計稱為「像素」的小單位，用來感測影像。你有沒有發現，相機越是高檔，感光元件就越大片？圖一的感光元件大小是照正確的比例繪製的，如果把全幅的感光元件和最右邊的1/1.8”感光元件放在一起，就好像雞排和雞米花放在一起一樣。

▲各種感光元件的大小比例。

像 Canon EOS 1Ds、Sony Alpha 900 這些高檔相機的感光元件做這麼大片，難道只是為了保有和底片一樣的焦距嗎？我們可以再從另外一個角度來看這個問題：像素的大小。

▲常見數位相機的相素大小。

表一列出了一些數位相機的像素大小，從最高檔的專業級單眼到手機都有。像素是一顆顆方形的小單元， 排列在感光元件上。一般來說，因為某些設計上的考量，除了一些很少見的例子外，像素多半是正方型的，因此我們若知道感光元件感測區域的邊長，將邊長除以該方向的解析度，就可以得到像素的大小。

以 Canon EOS 5D 來說，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，我們可以這樣算出水平方向的像素邊長：

36 (mm) / 4368 = 8.24 (um)

垂直方向亦同：

24 (mm) / 2912 = 8.24 (um)

看到沒，像素真的是正方形的。

8.2um 是多大？人的頭髮大概是 80-100um 粗，所以在頭髮的斷面裡大概可以排下十個以上的像素。看起來很小，對不對？但是在表一列出的數位相機中，8.2um的像素大小已經是第一名了，將近是最後一名的Nokia N95的四倍。

感光元件的大小，跟相機的售價成正相關，但真正決定影像品質的，其實是像素的大小。像素越大，影像的品質就越好。在低照度的場景中，大像素的相機更能拍出清晰、低雜訊且有用的影像，而在高動態範圍的場合下，大像素能保留更多影像的細結。這一切的關鍵，其實是光電二極體。（未完待續）