CCD图像传感器的市场与发展

1、 -2- 国外电子元器件 2000年第 7期 2000年 7月 CCD 图像传感器的市场与发展 信息产业部电子第 44研究所 程开富 The Market Analysis and Development of CCD Image Sensor Cheng Kaifu 摘要 :随着微电子技术的发展 , CCD 图像传感器的产量不断增加 , 应用领域不断扩展 。 本文对 CCD 图像传感器的市场情况进行了分析与预测 。 对影响 CCD 传感器市场未来发展具有重要作用的数字 照像机的市场情况作了专门的介绍 , 并在充分描述了 CCD 图像传感器市场情况的基础上 , 对目前 国内外 CCD 图像传感

2、器的发展趋势作了初步探索 。 关键词 :CCD 图像传感器 ; 市场 ; 预测 ; 数字照像机 ; 分类号 :T P75文献标识码 :B 文章编号 :1006-6977(2000 07-0002-06 1. 引言 自从 1970年美国贝尔实验室研制成功第一只 电荷耦合器件 (CCD 以来 , 依靠业已成熟的 M OS 集成电路工艺 , CCD 技术得以迅速发展。 CCD 图像 传感器作为一种新型光电转换器现已被广泛应用于 摄像、 图像采集、 扫描仪以及工业测量等领域。作为 摄像器件 , 与摄像管相比 , CCD 图像传感器有体积 小、 重量轻、 分辨率高、 灵敏度高、 动态范围宽、 光敏 元的

3、几何精度高、 光谱响应范围宽、 工作电压低、 功 耗小、 寿命长、 抗震性和抗冲击性好、 不受电磁场干 扰和可靠性高等一系列优点。其应用领域也极其广 泛 , 涉及到航天、 航空、 遥感、 卫星侦察、 天文观测、 通 讯、 交通、 机械、 钢铁、 电子、 计算机、 机器人视觉、 新 闻、 广播、 电影、 电视、 金融、 医疗、 出版、 印刷、 纺织、 医学、 食品、 照相、 文教、 公安、 保卫、 家电、 旅游等各 个领域 (见表 1 。 目前 , CCD 图像传感器已成为摄录一体机、 打 印机、 传真机、 摄像机、 数码相机、 扫描仪、 数字摄像 机和多媒体系统的核心部件。 在世界已进入信息时

4、代的今天 , 以数字化、 计算 机、 通讯、 电视和多媒体为主要特征的信息革命正在 兴起。作为视觉传感器的 CCD 摄像器件 , 在光电图 像信息获取与处理中起着极其重要的作用。 CCD 图 像传感器的市场十分广阔 , 前景十分看好。 2. CCD 图像传感器及数字照像机市 场分析与预测 1 7 综述 -3- 1988年日本 技术市场 期刊把 CCD 图像传感 器列为未来 10年可能增益 100倍的高技术。 据有关 专家估计 :1987年 CCD 图像传感器的世界市场规 模为 16亿美元 , 到 1997年已达 50亿美元。 日本松下公司对 CCD 摄像机的市场进行了统 计和预测 12:预计到

5、 2000年 , 市场对 CCD 摄像机 的总需求量将达到 8825万台 , 约为 1995年总需求 量 1106. 5万台的 8倍。 据卡西欧计算机公司预测 , 2000年世界 PC 机 市场将 增加到 1亿台 , 若每 2台 PC 机有一台用 CCD 摄像机作图像输入装置 , 那么 , CCD 摄像机仅 和 PC 机相结 合就 可使 CCD 摄像 机市 场量 达到 5000万台。 同时 , CCD 摄像机能达到 140万像元 , 像 质可达到 35m m 摄像机的水平。 2000年 CCD 摄像 机的市场总量将达到 7000万台以上 12。 采用 CCD 图像传感器的主要产品有扫描仪、 传

6、 真机、 线阵 CCD 摄像机、 视频摄像机 (普通黑白与彩 色、 广播级、 H DT V 级 、 摄录一体机 (黑白、 彩色、 广 播级、 HDTV 级 和数字照相机 (普及型与专业型 等。这些产品在国内外的市场前景均非常好 , 尤其 是家用传真机、 摄像机、 摄录一体机 , 现已大量进入 家庭 , 家用 CCD 数字照相机也将很快步入家庭。 2. 1全球 CCD 图像传感器市场的总销售形势 随着高性能 CCD 图像传感器的推出 , 市场的总 销售额不断上升。 据 Fr ost 影像可无限次复制 , 不会降低 质量 , 可以方便地、 永久地保存 , 并可用于电子传送 和电子处理 , 因此 ,

7、 它将使摄像技术真正开始一场革 命。 数字照相机不用胶卷 , 而是采用光敏 CCD 或 CM OS 图像传感器将光信号经过模数转换 (A /D 转 换器 进行数字处理和压缩 , 最后将图像文件保存在 存储器内。图像可以通过计算机显示器或电视屏幕 显示 , 也可以通过彩色打印输出 , 整个过程无需暗 室 , 操作十分方便。数字照相机可以利用电脑对所 拍影像进行数字化加工处理 , 因此比传统照片快捷、 精确、 多样、 无耗 , 具有极大的优越性。数字照相机 拍摄的照片信息可用计算机实现传输、 处理和存贮 , 很受新闻界、工业界以及普通消费者的欢迎。日本 公司的 CCD 数字照相机的像元在 40万左

8、右 , 价格 在 20万日元左右或更低。 低 档数字 照相机 通常 使用 40万 像元 左右的 CCD 图像传感器 , 如 768 492、 572 582的面阵 CCD 图像传感器 , 相当于普通 CCD 摄像机或家庭 彩电的分辨率。一个 3. 5英寸、 20M 的磁光盘可存 储约 50张照片。 这种相机的售价在 3001200美元 左右。 中档数字 照相机一般采用 100万像元以上的 CCD 图像传感器。 如美国柯达公司的 DCS-200型 相机采用 1552 1032CCD 图像传感器芯片 , 采用 800M 硬盘 , 一 次可存储 50张照片 , 相当于高清晰 度电视 (HDTV 的分

9、辨率 , 其售价在 1万美元左 右。 高档数字照相机一般采用 400万像元 以上的 CCD 图像传感器芯片。 如有的高档相机采用 2048 2048像元的 CCD 图像传感器 , 如用 3. 5英寸 128M 可读写光盘 , 可存 32张高清晰度照片 , 若用 256M 硬盘 , 一般可存 60张照片。高档数字照相机一般售 价在 4万美元左右。 据美国仙童公司预测 18:美国国内以及美国以 外的 CCD 数字照相机市场发展情况如表 4所列。 可 以预见 , CCD 数字照相机的市场前景非常广阔。 目前 CCD 数字照相机的主要市场在日本 , 因为 日本生产厂商多 , 市场接受程度高。欧美市场近

10、来 有逐渐升温的迹象。 台湾普丽光电计划在 1999年 8月正式生产 150万像元的 CCD 数字照相机 , 最初产 量为 1万台左右。 CCD 数字照相机在我国的应用已开始出现。 目 前主要用在新闻业、 旅游业和家用电脑方面。 3. CCD 的最新状况及发展趋势 3. 1国外 CCD 图像传感器的现状与发展趋势 1013 CCD 图像传感器经过近 30年的发展 , 目前已 经成熟并实现了商品化。 CCD 图像传感器从最初简 单的 8像元移位寄存器发展至今 , 已具有数百万至 上千万像元。 由于 CCD 图像传感器具有很大的潜在 市场和广阔的应用前景 , 因此 , 近年来国际上在这方 面的研究

11、工作进行得相当活跃 , 美国、 日本、 英国、 荷 兰、 德国、 加拿大、 俄罗斯、 南韩等国家均投入了大量 的人力、 物力和财力 , 并在 CCD 图像传感器的研究 和应用方面取得了令人瞩目的成果。美国和日本的 器件和整机系统已进入了商品化阶段。 从 1993年德州仪器公司报道 1024 1024像元 虚相 CCD 开始 , 目前 CCD 像元数已从 100万像元 提高到 2000万像元以上。福特空间公司还推出了 2048 2048、 4096 4096像元帧转移 CCD 。在摄像 机方面 , 日电公司制成了 4096 5200像元的超高分 辨率 CCD 数字摄像机 , 分辨率高达 1000

12、 1000条 TV 线。加拿大达尔萨 (Dalsa 公司报道了 5120 5120像元帧转移 CCD 。 荷兰菲利浦成像技术公司研 制 成 功 了 7000 9000像 元 CCD 。 1997年 美 国 EG 面阵 CCD 图像传感器已研制出 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 。在实验 室已研制 出了 1024 1024, 2048 2048像元的器件 , 基本上形成 了系列化产品。随着器件性能

13、的改进 , CCD 摄像机 也将得到迅速发展。 除可见光 CCD 图像传感器外 , 国内目前还研制 出了线阵 64、 128、 256、 1024像元和面阵 32 64、 128 128、 256 256像元硅化铂肖特基势垒红外 CCD(Ptsi SBIR 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 CCD 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 、 512 512像 元 PtSi SBIR CCD 、 微光 CCD

14、和多光谱红外 CCD 等。 但由 于受经费、 设备等因素影响 , 国内 CCD 图像传感器 的研究进展尚不够迅速 , 目前还没有生产能力 , 与国 际先进水平相比差距很大。就 CCD 的应用潜力而 言 , 也最多不过发挥了 1%左右。据悉 , 信息产业部 下属研究所目前已从美国和俄罗斯引进可见光和红 外 CCD 芯片生产线并开展试验工作 , 这将大大促进 我国 CCD 芯片的产业化进程。 CCD 图像传感器的市场与发展 3. 3 国内 CCD 图像传感器的市场分析与预测 目前我国尚未形成规模化的 CCD 图像传感器 产业, 因而缺乏行业的统计资料。在综合了有关资 料 数据 后认 为: 2000

15、 年我 国 市场 的总 需求 约为 1008. 14 万台, 大约占全球市场需求量 8825 万台的 11. 4% 、 将比 1995 年增长约 6. 5 倍。 随着我国经济建设的高速增长以及国民经济信 息化进程的加快, 我国存在着应用 CCD 图像传感器 的巨大市场。根据民用、 产业用的需要、 建议优先选 择的 CCD 图像传感器芯片类型如表 7 所列。 在 CCD 图像传感器的生产中, 需采用超净, 光 刻、高能离子注入微细加工技术。预计世界市场 2000 年 CCD 相机达 1500 万台。 国内市场目前处于 启动阶段。总产量仅数万台, 预计 2000 年后国内 CCD 摄像机市场将达数

16、百万台。 由于受工艺设备和工艺技术的限制, 到目前为 止, 国内 CCD 图像传感器还未形成批量生产能力, 国内市场上所见到的 CCD 摄像机和数字照相机以 及数字摄录机目前尚需进口。 - 7- 4. 市场纵横 . 日本主要 AV 设备国内需求预测 . 电子产品世界 . 1996( 6 : 20 5. 陈金阁 . 1996 年主要视像产品适度增长 . 电子 产品世界 . 1996( 3 : 12 6. 本格化 CCD ! 多样化事情 向 . 映象情报 . 1997 年 6 月号: 71 89 7. CCD 图像传感器市场茁壮成长 . 国际电子商情 1995; ( 3 : 20 30 8. 特殊

17、用途 各社制品仕样一览 . 映像情 报 . 1998 年 10 月号: 68 82 9. 1999 年 CCD 各社制品仕样一览 . 映像 情报 . 1999 年 6 月号: 40 71 10. Shef fer D. Random addressable 2048 2048 ac t ive pixel im age sensor J IEEE T rans. Electr on Dev ices. 1997; 44( 10 : 1716 1720 11. Nomo to T . Hosokai S. A 4M - p ix el CM D Im ag e senso r w it h Bl

18、o ck and skip Access Cap abil ity . IEEE T r ans. Elect ron Dev ices. 1997; 44 ( 10 : 1738 1746 12. Kohlly R. Reif K. O perat ing a L ar g e Area M PP - CCD w it h Ant i- Bloom ing . proc. SP IE, 1995. 2415: 67 76 13. L r ppino G. A. Desig n of an 8192 8192 p ix el CCd mosaic. proc. SP IE 1994; 2198: 810 14. 程开富 . 新颖有源像素图像传感器的新进展 . 半导体情报 1999: 36( 2 : 26 32 15. 程开富 . 新颖 CM OS 摄像器 件的发展现状 . 集成电路通讯 . 1997; 2: 32 37 16. 罗志勇等 . CCD 摄像器件的市场分析与预测 . 敏通科技 1997 年 10 月号 . 6 10 17. FA IRCH IL D Co. L ORAL FAIRCH IL D P RO PRIET ARY DAT A. 1994 咨询编号: 000701 市场动