25/08/01Is éabhlóid den braiteoir CCD é an braiteoir CCD Iolrúcháin Leictreon chun oibriú i solas níos ísle a cheadú. De ghnáth, bíonn siad beartaithe le haghaidh comharthaí cúpla céad fótaileictreon, síos go dtí an leibhéal comhaireamh fótón aonair.
Míníonn an t-alt seo cad is braiteoirí EMCCD ann, conas a fheidhmíonn siad, a gcuid buntáistí agus míbhuntáistí, agus cén fáth a meastar gurb iad an chéad éabhlóid eile de theicneolaíocht CCD le haghaidh íomháithe ísealsholais.
Cad is Braiteoir EMCCD ann?
Is cineál speisialaithe braiteora CCD é braiteoir Gléas Muirir-Chúpláilte Iolraitheach Leictreon (EMCCD) a aimplíonn comharthaí laga sula léitear amach iad, rud a fhágann go bhfuil íogaireacht thar a bheith ard ann i dtimpeallachtaí ísealsholais.
Forbraíodh EMCCDanna ar dtús le haghaidh feidhmeanna ar nós réalteolaíochta agus micreascópachta ardleibhéil, agus is féidir leo fótóin aonair a bhrath, tasc a mbíonn deacrachtaí ag braiteoirí CCD traidisiúnta leis. Mar gheall ar an gcumas seo fótóin aonair a bhrath, tá EMCCDanna ríthábhachtach do réimsí a bhfuil íomháú beacht ag teastáil uathu faoi leibhéil solais an-íseal.
Conas a Oibríonn Braiteoirí EMCCD?
Go dtí an pointe léite amach, oibríonn braiteoirí EMCCD ar na prionsabail chéanna le braiteoirí CCD. Mar sin féin, sula ndéantar tomhas leis an ADC, déantar na muirir bhraitear a iolrú trí phróiseas ar a dtugtar impactionization, i 'gclár iolraithe leictreon'. Thar shraith de roinnt céadta céim, bogtar na muirir ó phicteil feadh sraith de phicteilíní masctha ag ardvoltas. Tá seans ag gach leictreon ag gach céim leictreoin bhreise a thabhairt leis. Dá bhrí sin, déantar an comhartha a iolrú go heaspónantúil.
Is é toradh deiridh EMCCD dea-chalabraithe an cumas méid beacht iolrúcháin mheánach a roghnú, de ghnáth timpeall 300 go 400 le haghaidh oibre ísealsholais. Fágann sé seo gur féidir na comharthaí a bhraitear a iolrú i bhfad níos airde ná torann léitheoireachta an cheamara, rud a laghdaíonn torann léitheoireachta an cheamara i ndáiríre. Ar an drochuair, ciallaíonn nádúr stocastach an phróisis iolrúcháin seo go ndéantar gach picteilín a iolrú faoi mhéid difriúil, rud a thugann fachtóir torainn breise isteach, rud a laghdaíonn cóimheas comhartha-go-torann (SNR) an EMCCD.
Seo miondealú ar an gcaoi a n-oibríonn braiteoirí EMCCD. Go dtí Céim 6, tá an próiseas mar an gcéanna go bunúsach leis an bpróiseas do braiteoirí CCD.
Ag deireadh a nochta, bogann braiteoirí EMCCD na muirir bailithe go tapa chuig eagar picteilíní masctha a bhfuil na toisí céanna acu leis an eagar íogair don solas (aistriú fráma). Ansin, sraith amháin ag an am, bogtar na muirir isteach i gclár léite amach. Colún amháin ag an am, cuirtear muirir laistigh den chlár léite amach chuig clár iolrúcháin. Ag gach céim den chlár seo (suas le 1000 céim i gceamaraí fíor-EMCCD), bíonn seans beag ag gach leictreon leictreon breise a scaoileadh, ag iolrú an chomhartha go heaspónantúil. Ag an deireadh, léitear amach an comhartha iolraithe.
1. Glanadh MuirirChun an fháil a thosú, glantar an muirear ón braiteoir iomlán ag an am céanna (cróluas domhanda).
2. Carnadh MuirirBailíonn an muirear le linn an nochta.
3. Stóráil MuirirTar éis nochta, bogtar na muirir bhailithe chuig limistéar masctha den braiteoir, áit ar féidir leo fanacht le léamh gan fótóin nua a bhraitear a chomhaireamh. Is é seo an próiseas 'Aistriú Fráma'.
4. Nochtadh an Chéad Fhráma EileAgus na muirir braite stóráilte sna picteilíní masctha, is féidir leis na picteilíní gníomhacha tosú ag nochtadh an chéad fhráma eile (mód forluí).
5. Próiseas LéitheoireachtaSraith amháin ag an am, bogtar muirir do gach sraith den fhráma críochnaithe isteach i 'gclár léite'.
6. Colún amháin ag an am, aistrítear muirir ó gach picteilín isteach sa nód léite.
7. Iolrú LeictreonAnsin, téann na muirir leictreon go léir ón bpicteilín isteach sa chlár iolrúcháin leictreon, agus bogann siad céim ar chéim, ag iolrú in uimhir go heaspónantúil ag gach céim.
8. Léamh amachLéann an ADC an comhartha iolraithe, agus déantar an próiseas arís agus arís eile go dtí go léitear an fráma ar fad amach.
Buntáistí agus Míbhuntáistí Braiteoirí EMCCD
Buntáistí Braiteoirí EMCCD
| Buntáiste | Cur síos |
| Comhaireamh Fótón | Braitheann sé fótaileictreoin aonair le torann léitheoireachta thar a bheith íseal (<0.2e⁻), rud a chuireann íogaireacht fótóin aonair ar chumas. |
| Íogaireacht Thar a Bheith Íseal-Sholais | I bhfad níos fearr ná CCDanna traidisiúnta, agus uaireanta níos fearr ná ceamaraí sCMOS ardleibhéil fiú ag leibhéil solais an-íseal. |
| Sruth Dorcha Íseal | Laghdaíonn fuarú domhain torann teirmeach, rud a chuireann ar chumas íomhánna níos glaine le linn nochtadh fada. |
| Comhla 'Leath-Domhanda' | Ceadaíonn aistriú fráma nochtadh beagnach domhanda le haistriú luchta an-tapa (~1 micreashoicind). |
● Comhaireamh FótónLe hiolrú leictreon ard go leor, is féidir torann léitheoireachta a dhíchur go praiticiúil (<0.2e-). Ciallaíonn sé seo, mar aon leis an luach ard gnóthachain agus an éifeachtúlacht chandamach beagnach foirfe, gur féidir fótaileictreoin aonair a idirdhealú.
● Íogaireacht Thar a Bheith Íseal-SholaisI gcomparáid le CCDanna, tá feidhmíocht EMCCDanna i solas íseal i bhfad níos fearr. D’fhéadfadh go mbeadh roinnt feidhmchlár ann ina soláthraíonn EMCCD cumas braite agus codarsnacht níos fearr fiú ná sCMOS ardleibhéil ag na leibhéil solais is ísle is féidir.
● Sruth Dorcha ÍsealMar atá le CCDanna, bíonn EMCCDanna fuaraithe go domhain de ghnáth agus is féidir leo luachanna reatha dorcha an-íseal a sheachadadh.
● Comhla 'Leathdhomhanda'Ní bhíonn an próiseas aistrithe fráma chun an nochtadh a thosú agus a chríochnú comhuaineach i ndáiríre, ach de ghnáth tógann sé thart ar 1 mhicrishoicind.
Míbhuntáistí Braiteoirí EMCCD
| Míbhuntáiste | Cur síos |
| Luas Teoranta | Tá na rátaí fráma uasta (~30 fps ag 1 MP) i bhfad níos moille ná roghanna malartacha CMOS nua-aimseartha. |
| Torann Aimpliúcháin | Tugann nádúr randamach iolrú leictreon torann breise isteach, rud a laghdaíonn SNR. |
| Muirear Spreagtha ag an gClog (CIC) | Is féidir le gluaiseacht luchtaithe thapa comharthaí bréagacha a thabhairt isteach a dhéantar a aimpliú. |
| Raon Dinimiciúil Laghdaithe | Laghdaíonn gnóthachan ard an comhartha uasta is féidir leis an braiteoir a láimhseáil sula sáithítear é. |
| Méid Picteilín Mór | B’fhéidir nach mbeadh méideanna picteilíní coitianta (13–16 μm) ag teacht le go leor riachtanas córais optúla. |
| Riachtanas Fuarú Trom | Tá gá le fuarú domhain cobhsaí chun iolrú comhsheasmhach agus torann íseal a bhaint amach. |
| Riachtanais Chalabrúcháin | Laghdaíonn gnóthachan EM le himeacht ama (meath iolrúcháin), rud a éilíonn calabrú rialta. |
| Éagobhsaíocht Nochtadh Gearr | Is féidir le nochtadh an-ghearr aimpliú comhartha agus torann dothuartha a chur faoi deara. |
| Ardchostas | Déanann monarú casta agus fuarú domhain na braiteoirí seo níos costasaí ná sCMOS. |
| Saolré Teoranta | Caitear an clár iolrúcháin leictreon amach, agus maireann sé 5–10 mbliana de ghnáth. |
| Dúshláin Easpórtála | Faoi réir rialacháin dhiana mar gheall ar fheidhmeanna míleata féideartha. |
● Luas TeorantaSoláthraíonn EMCCDanna gasta thart ar 30 fps ag 1 MP, cosúil le CCDanna, orduithe méide níos moille ná ceamaraí CMOS.
● Réamhrá TorainnIs féidir leis an 'fhachtóir torainn iomarcach' de bharr iolrú randamach na leictreon, i gcomparáid le ceamara sCMOS íseal-torainn leis an éifeachtúlacht chandamach chéanna, torann i bhfad níos airde a thabhairt do EMCCDanna ag brath ar leibhéil na gcomharthaí. De ghnáth, bíonn an SNR níos fearr le haghaidh sCMOS ard-deireadh le haghaidh comharthaí de thart ar 3e-, agus níos mó fós le haghaidh comharthaí níos airde.
● Muirear Spreagtha ag an gClog (CIC)Mura ndéantar rialú cúramach air, is féidir le gluaiseacht luchtanna trasna an braiteora leictreoin bhreise a thabhairt isteach sna picteilíní. Déantar an torann seo a iolrú ansin faoin gclár iolraithe leictreon. Mar thoradh ar luasanna gluaiseachta luchtanna níos airde (rátaí cloig) bíonn rátaí fráma níos airde, ach níos mó CIC.
● Raon Dinimiciúil LaghdaitheMar thoradh ar na luachanna iolrúcháin leictreon an-ard a theastaíonn chun torann léite EMCCD a shárú, tá an raon dinimiciúil laghdaithe go mór.
● Méid Picteilín MórIs é 10 μm an méid picteilín is lú is coitianta do cheamaraí EMCCD, ach is iad 13 nó 16 μm is coitianta. Tá sé seo i bhfad ró-mhór chun freastal ar riachtanais réitigh fhormhór na gcóras optúil.
● Riachtanais ChalabrúcháinCaitheann an próiseas iolrúcháin leictreon an clár EM amach le húsáid, rud a laghdaíonn a chumas iolrú i bpróiseas ar a dtugtar 'meath iolrúcháin leictreon'. Ciallaíonn sé seo go bhfuil gnóthachan an cheamara ag athrú i gcónaí, agus go n-éilíonn an ceamara calabrú rialta chun aon íomháú cainníochtúil a dhéanamh.
● Nochtadh Neamhréireach ag Tréimhsí GearraAgus amanna nochta an-ghearr in úsáid, féadfaidh ceamaraí EMCCD torthaí neamhréireach a thabhairt toisc go mbíonn an comhartha lag sáraithe ag torann, agus go dtugann an próiseas aimplithe luaineachtaí staitistiúla isteach.
● Riachtanas Fuarú TromBíonn tionchar mór ag an teocht ar an bpróiseas iolrúcháin leictreon. Méadaíonn fuarú an braiteora an t-iolrú leictreon atá ar fáil. Dá bhrí sin, tá fuarú domhain an braiteora agus cobhsaíocht teochta á cothabháil ríthábhachtach chun tomhais EMCCD in-athchruthaithe a bhaint amach.
● Costas ardMar gheall ar an deacracht a bhaineann leis na braiteoirí ilchomhpháirteacha seo a mhonarú, in éineacht leis an bhfuarú domhain, bíonn praghsanna níos airde de ghnáth ná na ceamaraí braiteora sCMOS den chaighdeán is airde.
● Saolré TeorantaCuireann meath iolrúcháin leictreon teorainn le saolré na braiteoirí costasacha seo, agus maireann siad 5-10 mbliana de ghnáth, ag brath ar an leibhéal úsáide.
● Dúshláin EaspórtálaIs gnách go mbíonn dúshlán lóistíochta ag baint le hallmhairiú agus onnmhairiú braiteoirí EMCCD mar gheall ar a n-úsáid fhéideartha in iarratais mhíleata.
Cén fáth gur comharba é EMCCD ar CCD
| Gné | CCD | EMCCD |
| Íogaireacht | Ard | Solas thar a bheith ard (go háirithe solas íseal) |
| Torann Léitheoireachta | Measartha | Thar a bheith íseal (mar gheall ar ghnóthachan) |
| Raon Dinimiciúil | Ard | Measartha (teoranta ag gnóthachan) |
| Costas | Íochtarach | Níos Airde |
| Fuarú | Roghnach | De ghnáth ag teastáil le haghaidh feidhmíochta is fearr |
| Cásanna Úsáide | Íomháú ginearálta | Braiteadh fótóin aonair, solas íseal |
Tógann braiteoirí EMCCD ar theicneolaíocht thraidisiúnta CCD trí chéim iolrúcháin leictreon a ionchorprú. Feabhsaíonn sé seo an cumas comharthaí laga a aimpliú agus torann a laghdú, rud a fhágann gurb iad EMCCDanna an rogha is fearr le haghaidh feidhmchlár íomháithe solais an-íseal i gcás ina mbíonn easpa braiteoirí CCD.
Feidhmeanna Príomhúla Braiteoirí EMCCD
Úsáidtear braiteoirí EMCCD go coitianta i réimsí eolaíochta agus tionsclaíocha a éilíonn íogaireacht ard agus an cumas comharthaí laga a bhrath:
● Samhlaíocht Eolaíochta Beathag: Le haghaidh feidhmchlár cosúil le micreascópacht fluaraiseachta aon-mhóilíne agus micreascópacht fluaraiseachta machnaimh inmheánaigh iomláin (TIRF).
● RéalteolaíochtÚsáidtear é chun solas lag a ghabháil ó réaltaí agus réaltraí i bhfad i gcéin, agus chun taighde a dhéanamh ar eisphláinéid.
● Optaic ChandamachLe haghaidh turgnaimh ar fhí isteach fótón agus ar fhaisnéis chandamach.
● Fóiréinsic agus SlándáilÚsáidtear é i bhfaireachas ísealsholais agus in anailís ar fhianaise rianta.
● SpeictreascópachtI speictreascópacht Raman agus braiteadh fluaraiseachta íseal-déine.
Cathain ba chóir duit braiteoir EMCCD a roghnú?
Leis na feabhsuithe ar braiteoirí CMOS le blianta beaga anuas, tá an buntáiste torainn léite a bhaineann le braiteoirí EMCCD laghdaithe mar go bhfuil ceamaraí sCMOS in ann torann léite fo-leictreon a léamh anois, chomh maith le raon ollmhór buntáistí eile. Má d'úsáid feidhmchlár EMCCDanna roimhe seo, is fiú athbhreithniú a dhéanamh ar cibé an é seo an rogha is fearr i bhfianaise na bhforbairtí i sCMOS.
Go stairiúil, d’fhéadfadh EMCCDanna comhaireamh fótón a dhéanamh níos rathúla fós, chomh maith le roinnt feidhmchlár nideoige eile a raibh leibhéil chomhartha tipiciúla níos lú ná 3-5e- in aghaidh an phicteilín ag an mbuaicphointe acu. Cé go bhfuil méideanna picteilín níos mó agus torann léite fo-leictreon ag éirí ar fáil iceamaraí eolaíochtabunaithe ar theicneolaíocht sCMOS, is féidir go ndéanfar na feidhmchláir seo a dhéanamh go luath le sCMOS ardleibhéil freisin.
Ceisteanna Coitianta
Cad é an t-am nochta íosta do cheamaraí aistrithe fráma?
I gcás gach braiteora aistrithe fráma, lena n-áirítear EMCCDanna, is ceist chasta í an t-am nochta íosta is féidir. I gcás fálacha íomhá aonair, is féidir deireadh a chur leis an nochtadh trí na muirir a fuarthas a mheascadh isteach sa réigiún masctha le haghaidh léite amach go han-tapa, agus is féidir amanna nochta íosta gearra (fo-mhicreashoicind) a úsáid.
Mar sin féin, a luaithe a bhíonn an ceamara ag sruthú ar luas iomlán, i.e. ag fáil ilfhrámaí / scannán ar ráta fráma iomlán, a luaithe a chríochnaíonn an chéad íomhá ag nochtadh, bíonn an réigiún masctha á áitiú ag an bhfráma sin go dtí go mbeidh an léamh críochnaithe. Dá bhrí sin, ní féidir leis an nochtadh deireadh a chur leis. Ciallaíonn sé seo, beag beann ar an am nochta a iarrtar sa bhogearra, go dtugtar fíor-am nochta na bhfrámaí ina dhiaidh sin tar éis an chéad cheann de fháil ilfhráma lánluais leis an am fráma, i.e. 1 / Ráta Fráma, den cheamara.
An bhfuil Teicneolaíocht sCMOS ag teacht in ionad Braiteoirí EMCCD?
Bhí dhá shonraíocht ag ceamaraí EMCCD a chabhraigh leo a mbuntáiste a choinneáil i gcásanna íomháithe an-ísealsholais (le leibhéil chomhartha buaice de 5 fhótaileictreon nó níos lú). Ar dtús, a bpicteilíní móra, suas le 16 μm, agus sa dara háit a dtorann <1e-read.
Glúin nua deceamara sCMOStá teacht chun cinn a thairgeann na tréithe céanna, gan na míbhuntáistí iomadúla a bhaineann le EMCCDanna, go háirithe an fachtóir torainn bhreise. Cuireann ceamaraí ar nós an Aries 16 ó Tucsen picteilíní soilsithe ar ais 16 μm ar fáil le torann léitheoireachta de 0.8e-. Le torann íseal agus picteilíní móra 'dúchasacha', sáraíonn na ceamaraí seo formhór na gceamaraí sCMOS binnithe freisin, mar gheall ar an ngaol idir binning agus torann léitheoireachta.
Más mian leat tuilleadh eolais a fháil faoi EMCCD, cliceáil le do thoil:
An féidir an EMCCD a athsholáthar agus an mbeadh sé sin ag teastáil uainn riamh?
