光电成像器件的技术现状和发展趋势.ppt

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1、光电成像器件的技术现状和发展趋势110052175光电成像器件光电成像器件简介光电成像器件的技术现状光电成像器件的发展趋势光电成像器件简介光电成像器件：利用光电效应将可见或非可见的辐射图像转换或增强为可观察、记录、传输、存储以及可进行处理的图像的器件系列的总称。其目的在于弥补人眼在灵敏度、响应波段、细节的视见能力以及空间和时间上的局限等方面的不足。最早的一种光电成像器件──光电析像管出现于1931年。光电成像器件的技术现状光电成像器件的发展—光电像管—超正析像管—视像管—氧化铅管—硅靶管—CCD在光电成像器件中，CCD这一方目前占有绝对的优势，在这里主要介绍CCD。CCD（ChargeCo

2、upledDevice）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。美国是世界上最早开展CCD研究的国家,也是目前投入人力、物力、财力最多的国家,在此应用研究领域一直保持领先的地位。贝尔实验室是CCD研究的发源地,并在CCD像感器及电荷域信号处理方面的研究保持优势。在CCD传感器和应用电视技术方面,美国以高清晰度、特大靶面、低照度、超高动态范围、红外波段等的CCD摄像机占有绝对优势。这些产品不仅价格昂贵、而且又受到国家的严格管制。日本索尼公司在1979年用三片242(H)×242(V)像元高密度隔列转移CCD像感器首先实现了R、G、B分路彩色摄像机。1980年,

3、日立公司首先推出单片彩色CCD摄像机。1998年日本采用拼接技术开发成功了16384×12288像元即(4096×3072)×4像元的CCD图像传感器。由于日本本国的新产品更新换代速度很快,所以无论产品的产量还是质量都占据世界首位。我国的CCD研制工作起步比较晚,但我国自行研制的第一代普通线阵CCD(光敏元为MOS结构)和第二代对蓝光响应特性好的(光敏元为光电二极管阵列)CCPD已形成系列产品;面阵CCD也基本上形成了系列化产品。除可见光CCD外,国内目前还研制出了硅化铂肖特基势垒红外CCD。目前国内正在研制和开发的CCD有:512×512像元X射线CCD、512×512像元光纤面板耦合C

4、CD像敏器件、512×512像元帧转移可见光CCD、1024×1024像元紫外CCD、1024像元X射线CCD、微光CCD和多光谱红外CCD等。但目前国内CCD器件的研究进展尚不够迅速,与国际先进水平相比还有一定的差距。传统CCD由于光电二极管是矩形的,其尺寸受到限制。制造商们尽管不断增加像素以提高图像质量,同时缩小像素和光电二极管面积,但光吸收的低效率已成为提高感光度、信噪比和动态范围的另一障碍。低端的CCD采用1/6英寸、1/4英寸、1/3英寸，中等数码相机采用1/2英寸左右，高档科研型常用大尺寸CCD。大CCD有其特殊应用背景和潜力，我国医用X光机数字化改造就需要相当大数量的CCD器

5、件。CCD技术是一个系统工程，涉及到控制器及其实施技术，芯片冷却可降低暗电流和噪声，提高分辨率和性能。CCD研发主要由IC芯片设计、控制和控制器设计两部分组成，强大的控制器研发团队可发挥各种CCD芯片的潜在性能，获得较好的整体效果。光电成像器件的发展趋势近年来，利用光电成像器件构成图像传感器进行光学图像处理与图像测量已成为现代光学仪器、现代测控技术的重要发展方向。它广泛应用于遥感、遥测技术、图形图像测量技术和监控工程等，成为现代科学技术的重要组成部分。光电成像器件的最新发展方向从对光电成像器件的技术要求出发，讨论一下光电成像器件（CCD，CMOS）的前沿发展方向和技术升级可能采取的道路，现

6、有的光电成像器件主要需要在以下几个地方进行改进：1）提高分辨率技术发展要求现有的光电成像器件在尽量小的器件体积和面积下实现尽可能高的分辨率，在不考虑几何光学成像条件和波动光学衍射极限的情况下，要求将光电成像器件的传感单元尽量的小型化；在传感单元小型化的过程中，需要新单元保持或者提高现有单元的信噪比和灵敏度，在朝着提高器件开口率和通过改变单元形状提高器件表面积利用率的方向发展；预计未来更进一步的提升可以通过替换光敏材料和提高器件体积使用率方向发展。2）增强动态范围，提升光电成像器件的灵敏度在现有的成像器件中，对光的动态范围捕捉往往不如传统的胶片感光方式；灵敏度在低照度的情况下也不能够满足使用

7、需求；通过在同一器件上集成对不同光强动态范围敏感的传感器以实现高动态范围，但此种技术的不足之处是多种光敏范围的传感器相互挤占彼此空间，阻碍了进一步提高器件上集成的传感单元数量，从而限制了分辨率的提高。3）提高对颜色的还原能力现有的CCD采用并列的RGB三色传感元件实现彩色捕捉，但是由于传统方式制造的传感器中蓝色和绿色波段的传感器捕捉能力通常较弱，而放大过程中的信号处理不能够弥补这一缺陷，因而要求传感器做出这方面的提升。谢