CCD圖像傳感器(ChargedCoupledDevice)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。
發(fā)明
伴隨著數(shù)碼相機、帶有攝像頭的手機等電子設(shè)備風(fēng)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(xué)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(xué)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(dǎo)體裝置，可以把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，這一裝置，就是CCD圖像傳感器。
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(xué)家遇到的最大挑戰(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(dǎo)體材料，將光線照射導(dǎo)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。
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。
應(yīng)用
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(xué)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?！?/span>
市場
CCD圖像傳感器已成為攝錄一體機、打印機、傳真機、攝像機、數(shù)碼相機、掃描儀、數(shù)字?jǐn)z像機和多媒體系統(tǒng)的核心部件。
在世界已進入信息時代的今天，以數(shù)字化、計算機、通訊、電視和多媒體為主要特征的信息革命正在興起。作為視覺傳感器的CCD攝像器件，在光電圖像信息獲取與處理中起著極其重要的作用。CCD圖像傳感器的市場十分廣闊，前景十分看好。
CCD圖像傳感器經(jīng)過近30年的發(fā)展，已經(jīng)成熟并實現(xiàn)了商品化。CCD圖像傳感器從最初簡單的8像元移位寄存器發(fā)展至今，已具有數(shù)百萬至上千萬像元。由于CCD圖像傳感器具有很大的潛在市場和廣闊的應(yīng)用前景，因此，國際上在這方面的研究工作進行得相當(dāng)活躍，美國、日本、英國、荷蘭、德國、加拿大、俄羅斯、南韓等國家均投入了大量的人力、物力和財力，并在CCD圖像傳感器的研究和應(yīng)用方面取得了令人矚目的成果。美國和日本的器件和整機系統(tǒng)已進入了商品化階段。
中國研制
中國CCD圖像傳感器的研制工作也在穩(wěn)步地進行。第一代普通線陣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BIRCCD)。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BIRCCD、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，與國際先進水平相比差距很大。就CCD的應(yīng)用潛力而言，也最多不過發(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。
