CCD部分參數仍具優勢CMOS有所不及

成都弱電公司訊：

感光元件敏感度高、讀出雜訊(readoutnoise)少，也因此主導感光元件產業30余年。

然而，由于CMOS感光元件技術近年大幅升級，強化解析度、讀出速度，降低雜訊、價格下降等優勢，導致許多感光元件市場區塊從CCD轉移至CMOS，包括生命科學、消費市場以及監控設備等等。

BAESystems、CMOSIS、Sony等公司紛紛砸下重金投資CMOS技術，并大力行銷，現在已有許多4MP以上、超過50fps，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技術在要求高敏感度與長時間曝光的應用環境下，無非是最佳選擇。

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

若要回應目前市場需求，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1，100nm以上波長的量子效率(quantumefficiency)、減少干涉現象(etaloning)，提升讀出速度及敏感度。

另外，近年業界亦有號稱敏感度最佳的電子倍增(ElectronMultiplication；EM)結構CCD元件技術，簡稱EMCCD。像是e2vTechnologies、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，而安森美半導體(ONSemiconductor)也研發出新型高解析度EMCCD傳感器。

PrincetonInstruments近期推出一款高速EMCCD相機，EMCCD傳感器透過影像增強器(imageintensifier)，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。

光譜儀業者HoribaScientific發現，過去光學與成像技術利基市場的需求漸漸增加，目前已在許多領域成為尺度。HoribaScientific經理指出，過去常用來作為研究工具與方法的技術，現在已有較一般性的用途，例如品質控管等等。

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(multiplexingarraydetection)取代傳統的單管道偵測器(single-channeldetector)，廠商也挹注大量資源改善動態范圍(intrascenicdynamicrange)技術，成為CCD傳感器發展的驅力之一。

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關鍵技術。

TDI技術常見于產業與遠端感測應用，可在高速成像的條件之下提升訊雜比(Signal-to-NoiseRatio；SNR)。TDI傳感器可將分歧時間分點的感光訊號集成起來，以達最佳雜訊效能。

分歧廠商用分歧方式整合TDI技術與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技術串接起來。

目前，推動CCD感光元件技術應用的市場區塊，包括光譜儀(spectroscopy)、超光譜成像(hyperspectralImaging)、生醫成像(biomedicalimaging)、顯微鏡、天文學、量子成像(quantumimaging)、X-ray成像、機器視覺(machinevision)等應用。

綜上言之，CCD傳感器仍坐穩光譜儀與影像研究應用等優勢，雖然相機市場風向轉移至CMOS，但是隨CCD制作成本降低、技術提升，可望打進一般性中階市場與利基市場。