感光耦合元件（Charge Coupled  Device；CCD）影像傳感器近年雖被互補性氧化金屬半導(dǎo)體（Complementary Metal-Oxide   Semiconductor；CMOS）搶盡鋒頭，卻仍是天文儀器與光譜儀應(yīng)用首選，預(yù)料未來有望提升在一般性中階市場與利基市場的應(yīng)用規(guī)模。

　　據(jù)Photonics  Spectra網(wǎng)站報導(dǎo)，過去數(shù)十年，CCD影像感測元件逐漸被CMOS元件取代，后者已成為手機相機、監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用的主流選擇。CCD感光元件敏感度高、讀出雜訊（readout  noise）少，也因此主導(dǎo)感光元件產(chǎn)業(yè)30余年。

　　然而，由于CMOS感光元件技術(shù)近年大幅升級，強化解析度、讀出速度，降低雜訊、價格下降等優(yōu)勢，導(dǎo)致許多感光元件市場區(qū)塊從CCD轉(zhuǎn)移至CMOS，包括生命科學、消費市場以及監(jiān)控設(shè)備等等。

　 　BAE Systems、CMOSIS、Sony等公司紛紛砸下重金投資CMOS技術(shù)，并大力行銷，現(xiàn)在已有許多4 MP以上、超過50   fps，而電子讀出雜訊少的感光元件。不過，CCD并非毫無用武之地，CCD技術(shù)在要求高敏感度與長時間曝光的應(yīng)用環(huán)境下，無非是最佳選擇。

　 　例如活體分子影像（in vivo   imaging）仰賴微弱的熒光訊號，曝光時間達數(shù)分鐘甚至數(shù)小時，便適合使用CCD感光元件。同樣的，需要長時間曝光的天文應(yīng)用，例如觀星也以CCD技 術(shù)為佳。隨著CCD售價持續(xù)下降、效能卻不變的情況下，可望成為中階市場熱門應(yīng)用。

　　若要回應(yīng)目前市場需求，CCD傳感器得改善更大波長范圍下的敏感度。傳統(tǒng)CCD傳感器對于1，100nm以上波長缺乏敏感度，使其無法運用于短波紅外線（SWIR）鏡頭上。

　　不過，最新InGaAs傳感器使用與CMOS傳感器類似的讀出原理，在徹底冷卻的情況下，可增強1，100 nm以上波長的量子效率（quantum  efficiency）、減少干涉現(xiàn)象（etaloning），提升讀出速度及敏感度。

　 　另外，近年業(yè)界亦有號稱敏感度最佳的電子倍增（Electron Multiplication；EM）結(jié)構(gòu)CCD元件技術(shù)，簡稱EMCCD。像是e2v   Technologies、德儀（TI）等廠商都推出速度更快、且能提供亞電子（sub-electron）讀出雜訊性能的傳感器，而安森美半導(dǎo)體（ON  Semiconductor）也研發(fā)出新型高解析度EMCCD傳感器。

　　Princeton Instruments近期推出一款高速EMCCD相機，EMCCD傳感器透過影像增強器（image   intensifier），更可改善線性化（linearity）并具單一光子（photon）敏感度，成像速度高達10，000fps。不過，盡管這樣  的EMCCD具單一光子敏感度，在全解析度之下仍比不上CMOS感光元件的畫面更新率。

　　光譜儀業(yè)者Horiba Scientific發(fā)現(xiàn)，過去光學與成像技術(shù)利基市場的需求漸漸增加，目前已在許多領(lǐng)域成為標準。Horiba  Scientific經(jīng)理指出，過去常用來作為研究工具與方法的技術(shù)，現(xiàn)在已有較一般性的用途，例如品質(zhì)控管等等。

　 　由 于高效率偵測的需求愈來愈大，也愈來愈多人采CCD提供的多工陣列偵查（multiplexing array   detection）取代傳統(tǒng)的單管道偵測器（single-channel detector），廠商也挹注大量資源改善動態(tài)范圍（intrascenic  dynamic range）技術(shù)，成為CCD傳感器發(fā)展的驅(qū)力之一。

　　而若客戶要求加快讀取時間又不犧牲敏感度，則可采用時間延滯集成（TDI） CCD傳感器，這是較早期的CMOS傳感器版本無法取代的CCD關(guān)鍵技術(shù)。

　　TDI技術(shù)常見于產(chǎn)業(yè)與遠端感測應(yīng)用，可在高速成像的條件之下提升訊雜比（Signal-to-Noise  Ratio；SNR）。TDI傳感器可將不同時間分點的感光訊號集成起來，以達最佳雜訊效能。

　　不同廠商用不同方式整合TDI技術(shù)與CMOS，有的廠商直接整合CCD光感測元件（photosite）與CMOS影像傳感器，而也有廠商會將CCD光感測元件與CMOS讀出芯片制程分開，再將CCD與CMOS用3D-IC技術(shù)串接起來。

　 　目前，推動CCD感光元件技術(shù)應(yīng)用的市場區(qū)塊，包括光譜儀（spectroscopy）、超光譜成像（hyperspectral   Imaging）、生醫(yī)成像（biomedical imaging）、顯微鏡、天文學、量子成像（quantum   imaging）、X-ray成像、機器視覺（machine vision）等應(yīng)用。

　　綜言之，CCD傳感器仍坐穩(wěn)光譜儀與影像研究應(yīng)用等優(yōu)勢，而雖然相機市場風向轉(zhuǎn)移至CMOS，但是隨CCD制作成本降低、技術(shù)提升，可望打進一般性中階市場與利基市場。