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CCD图像传感器研究背景发展及国内外现状 TOC \o 1-3 \h \u 9631 1CCD图像传感器研究背景 1 27227 2 CCD图像传感器的发展历史 1 13746 3 CCD传感器的国内外研究现状 3 1CCD图像传感器研究背景 CCD（Charge Coupled Device）即电荷耦合器件，它是20世纪70年代初发展起来的新型半导体光电成像器件，首先由美国贝尔电话实验室的W.S.Boyle和G.E.Smith于1970年首先提出了CCD的概念，在经历了一段时间的研究之后，建立了以一维势阱模型为基础的非稳态CCD的基本理论。近30多年来，随着新型半导体材料的不断涌现和器件微细化技术的日趋完备，CCD器件及其应用技术得到了较快的发展，取得了惊人的进步。 目前CCD应用技术已成为集光学、电子学、精密机械与计算机技术为一体的综合性技术，在现代光子学、光电检测技术和现代测试技术领域中成果累累，方兴未艾。而CCD传感器无论是线阵还是面阵结构，其中都混杂有各种噪声或干扰成分，这极大地影响了CCD在高精度测量领域中的应用[1]。因此降低噪声成为改善成像系统的一个首要任务。相应的，如何精确地简便地测出CCD的噪声也变得极为重要。 2 CCD图像传感器的发展历史 自从60年代末期，电荷耦合这一新概念和一维CCD器件模型被提出以来，人们就预言了CCD器件在信号处理、信号储存及图像传感中的应用前景。由于美国在MOS器件工艺及硅材料研究等方面的雄厚基础，在该领域一直处于领先地位。Bell实验室是CCD研究的发源地，并在CCD像感器及电荷域信号处理研究方面保持优势。麻省理工学院林肯研究室、宇航局喷气推进研究室、罗姆空间发展中心及SRI Sarnoff研究中心在CCD及其应用方面具有雄厚的科技实力，并受到美国国防部计划部及空军部战略防御计划大力支持。另外通用电气公司(GEC)、仙童公司(Fairchild)和无线电(RCA)等著名公司的研究机构在面向军、民用应用及工艺研究等方面都已经达到相当先进的技术水平。日本是世界上的CCD主产大国，其产量位居世界之首。索尼(SONY)、NEC等公司的CCD研制发展极快，已成为美国强大的竞争对手。在日本广播协会实施的高清晰度电视计划中，已把高分辨率CCD摄像器件研究列为主攻方向之一。 近几年来，CCD器件在军、民用领域都有了长足发展。民用领域主要用于视频摄录一体化(VTR)、保安监视报警、医疗、工业自动化、科研、新闻广播、多媒体、办公自动化及其他许多领域，日益与现代社会的工作生活紧密相联。军事领域则更是CCD的用武之地，广泛用于战斗机、舰船、坦克及单兵武器装备的图像、探测部件。可见光CCD图像传感器主要为侦察、制导、预警、瞄准等武器系统提供高清晰度、高分辨率的图像，并通过高速实时监控及遥感技术，反馈回精确的战斗信息，从而提高部队战术战略快速反应能力，已逐渐成为现代武器装备不可或缺的重要组成部分。 1974年，美国RCA公司的512×320像元面阵CCD摄像机首先面世。随着大规模、超大规模集成电路工艺的不断发展和完善，其它一些国家如日本、英国、荷兰、德国、俄罗斯等也迎头赶上，纷纷研制成功了CCD器件。世界各科技强国在CCD研制、开发及应用领域都投入了大量的人力、物力和财力，展开了广泛而深入的工作。 随着线阵CCD像元数的不断增加，性能也有了明显改善，正向着高灵敏度、高速度和宽动态范围方向发展。如日本东芝公司的5000位CCD，由于在工艺中采用了埋沟道和加速电极结构，其工作频率可达20MHz，像元及相邻像元中心间距已减小到7ìm，实现了高分辨率和高速读出，其光谱响应峰值已经移至紫光波段。美国希洛克(Xerox)公司的5732位CCD，采用了两排光敏元结构和四排CCD读出方式，其工作频率可达32MHz，这些CCD在人们的生产、生活中有着十分广泛的应用前景。 与此同时，在面阵CCD器件方面，美国Tektronix公司于1985年就已经推出了2048×2048像素的面阵CCD图像传感器。众所周知，面阵CCD是构成数码相机的核心器件。目前，200万以上像素的数码相机品种已很多，并己成为美国、日本等一些发达国家市场上的主流产品。与此同时，飞利浦公司己开发出了像素边间距2.4ìm、像素数达6600万的用于太空探测的世界顶尖级的CCD。从最近资料介绍来看，日本、美国、英国、荷兰、德国、俄罗斯、韩国、中国(包括台湾地区在内)等国家均投入大量的资金和人力从事CCD图像传感器研究以及CCD摄像机的研制和生产。其中日本、美国所生产的CCD传感器芯片和摄像机无论在质量上还是在数量上都处于领先地位。美国在军用、空间应用CCD技术方面处于世界领先地位，但在中、低档器件及整机方面，日本已雄霸世界市场。同时形成了一些在CC