CCD圖像傳感器優(yōu)點/應(yīng)用市場/發(fā)展歷程

胤旭機電 >> CCD圖像傳感器優(yōu)點/應(yīng)用市場/發(fā)展歷程 : CCD圖像 傳感器 （Charged Coupled Device）于1969年在貝爾試驗室研制成功，之后由日商等公司開始量產(chǎn)，其發(fā)展歷程已經(jīng)將近30多年，從初期的10多萬像素已經(jīng)發(fā)展至目前主流應(yīng)用的500萬像素

CCD圖像傳感器（Charged Coupled Device）于1969年在貝爾試驗室研制成功，之后由日商等公司開始量產(chǎn)，其發(fā)展歷程已經(jīng)將近30多年，從初期的10多萬像素已經(jīng)發(fā)展至目前主流應(yīng)用的500萬像素。CCD又可分為線型（Linear）與面型（Area）兩種，其中線型應(yīng)用于影像掃瞄器及傳真機上，而面型主要應(yīng)用于數(shù)碼相機（DSC）、攝錄影機、監(jiān)視攝影機等多項影像輸入產(chǎn)品上。

        伴隨著數(shù)碼相機、帶有攝像頭的手機等電子設(shè)備風靡全球，人類已經(jīng)進入了全民數(shù)碼影像的時代，每一個人都可以隨時、隨地、隨意地用影像記錄每一瞬間。帶領(lǐng)我們進入如此五彩斑斕世界的，就是美國科學家威拉德·博伊爾和喬治·史密斯發(fā)明的CCD（電荷耦合器件）圖像傳感器。百多年來，伴隨著暗箱、鏡頭和感光材料制作不斷取得突破，以及精密機械、化學技術(shù)的發(fā)展，照相機的功能越來越強大，使用越來越方便。
        但是，直到幾十年前，人們依然只能將影像記錄在膠片上。拍攝影像慢慢普及，但即時欣賞、分享、傳遞影像還非常困難。1969年，博伊爾和史密斯極富創(chuàng)意地發(fā)明了一種半導體裝置，可以把光學影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，這一裝置，就是CCD圖像傳感器。

        優(yōu)點

        CCD圖像傳感器作為一種新型光電轉(zhuǎn)換器現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于攝像、圖像采集、掃描儀以及工業(yè)測量等領(lǐng)域。作為攝像器件，與攝像管相比，CCD圖像傳感器有體積小、重量輕、分辨率高、靈敏度高、動態(tài)范圍寬、光敏元的幾何精度高、光譜響應(yīng)范圍寬、工作電壓低、功耗小、壽命長、抗震性和抗沖擊性好、不受電磁場干擾和可靠性高等一系列優(yōu)點。

        發(fā)展歷程

        CCD圖像傳感器的發(fā)明，實際上是應(yīng)用愛因斯坦有關(guān)光電效應(yīng)理論的結(jié)果，即光照射到某些物質(zhì)上，能夠引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化。但是從理論到實踐，道路卻并不平坦?？茖W家遇到的比較大挑戰(zhàn)，在于如何在很短的時間內(nèi)，將每一個點上因為光照而產(chǎn)生改變的大量電信號采集并且辨別出來。
經(jīng)過多次試驗，博伊爾和史密斯終于解決了上述難題。他們采用一種高感光度的半導體材料，將光線照射導致的電信號變化轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，使得其高效存儲、編輯、傳輸都成為可能。簡單地說，CCD圖像傳感器就像是膠片一樣，有了它，人們就再不用耗時費力地去沖洗膠片了。

        應(yīng)用市場

        CCD圖像傳感器除了大規(guī)模應(yīng)用于數(shù)碼相機外，還廣泛應(yīng)用于攝像機、掃描儀，以及工業(yè)領(lǐng)域等。此外，在醫(yī)學中為診斷疾病或進行顯微手術(shù)等而對人體內(nèi)部進行的拍攝中，也大量應(yīng)用了CCD圖像傳感器及相關(guān)設(shè)備。
        CCD是數(shù)碼相機的電子眼，它革新了攝影術(shù)，光可以被電子化地記錄下來，取代了膠片。這一數(shù)字形式極大地方便了對圖像的處理和發(fā)送，”諾貝爾獎評選委員會稱贊說，“無論是我們大海中深邃之地，還是宇宙中的遙遠之處，它都能給我們帶來水晶般清晰的影像。”

        中國CCD圖像傳感器的研制工作也在穩(wěn)步地進行。**代普通線陣CCD圖像傳感器(光敏元為MOS結(jié)構(gòu))和第二代對藍光響應(yīng)特性好的(光敏元為光電二極管陣列)CCPD均已形成128、256、512、1024、1728、2048、2500像元的系列產(chǎn)品，在實驗室已做出了3456、4096像元的CCPD樣品；面陣CCD圖像傳感器已研制出32×32、75×100、108×108、150×150、320×230、256×320、512×320、491×384、580×394、512×512、600×500、756×581、800×800像元器件。在實驗室已研制出了1024×1024，2048×2048像元的器件，基本上形成了系列化產(chǎn)品。隨著器件性能的改進，CCD攝像機也將得到迅速發(fā)展。

        除可見光CCD圖像傳感器外，中國還研制出了線陣64、128、256、1024像元和面陣32×64、128×128、256×256像元硅化鉑肖特基勢壘紅外CCD(Ptsi桽BIR CCD)。中國正在研制和開發(fā)的CCD有：512×512像元X射線CCD、512×512像元光纖面板耦合CCD像敏器件、512×512像元幀轉(zhuǎn)移可見光CCD、1024×1024像元紫外CCD、1024像元X射線CCD、 512×512像元PtSi桽BIR CCD、微光CCD和多光譜紅外CCD等。但由于受經(jīng)費、設(shè)備等因素影響，中國CCD圖像傳感器的研究進展尚不夠迅速，還沒有生產(chǎn)能力，與國際**水平相比差距很大。就CCD的應(yīng)用潛力而言，也比較多不過發(fā)揮了1%左右。據(jù)悉，信息產(chǎn)業(yè)部下屬研究所已從美國和俄羅斯引進可見光和紅外CCD芯片生產(chǎn)線并開展試驗工作，這將大大促進中國CCD芯片的產(chǎn)業(yè)化進程。

        2009年10月6日，瑞典皇家科學院在斯德哥爾摩宣布，將2009年諾貝爾物理學獎授予華人科學家高錕以及兩名美國科學家韋拉德-博伊爾(Willard Boyle)和喬治-史密斯(George Smith)，以獎勵他們在光纖和半導體領(lǐng)域上的開創(chuàng)性研究。他們將分享1000萬瑞典克朗(約合140萬美元)的獎金。其中高錕將獲得一半的獎金，另外兩名獲獎?wù)吒鞯盟姆种坏莫劷?。高錕的獲獎理由為——“在光學通信領(lǐng)域光在光纖中傳輸方面所取得的開創(chuàng)性成就”。兩位美國科學家的獲獎理由為——“發(fā)明了一種成像半導體電路，即CCD(電荷耦合器件)傳感器”。