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(xué)、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(xué)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(biāo)準(zhǔn),。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(xué),、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(fēng)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,。