25/08/01Capteur CCD ki Miltipliye Elektwon an se yon evolisyon Capteur CCD a pou pèmèt operasyon ak mwens limyè. Yo tipikman fèt pou siyal kèk santèn fotoelektwon, rive jis nan nivo kontaj foton endividyèl la.
Atik sa a eksplike kisa detèktè EMCCD ye, kijan yo fonksyone, avantaj ak dezavantaj yo, epi poukisa yo konsidere yo kòm pwochen evolisyon teknoloji CCD pou imaj nan fèb limyè.
Ki sa ki yon Capteur EMCCD?
Yon detèktè EMCCD (Electron-Multiplying Charge-Coupled Device) se yon kalite detèktè CCD espesyalize ki anplifye siyal fèb yo anvan yo li yo, sa ki pèmèt yon sansiblite trè wo nan anviwònman ki gen mwens limyè.
Okòmansman devlope pou aplikasyon tankou astwonomi ak mikwoskopi avanse, EMCCD yo ka detekte foton endividyèl, yon travay ke detèktè CCD tradisyonèl yo gen difikilte pou fè. Kapasite sa a pou detekte foton endividyèl fè EMCCD yo enpòtan anpil pou chan ki mande imaj presi anba nivo limyè ki ba anpil.
Kijan Capteur EMCCD yo Fonksyone?
Jiska pwen lekti a, detèktè EMCCD yo fonksyone sou menm prensip ak detèktè CCD yo. Sepandan, anvan mezi ak ADC a, chaj detekte yo miltipliye atravè yon pwosesis yo rele enpakyonizasyon, nan yon 'rejis miltiplikasyon elektwon'. Sou yon seri plizyè santèn etap, chaj ki soti nan yon pixel yo deplase sou yon seri pixel maske nan vòltaj ki wo. Chak elektwon nan chak etap gen yon chans pou pote plis elektwon avèk li. Se poutèt sa, siyal la miltipliye eksponansyèlman.
Rezilta final yon EMCCD byen kalibre se kapasite pou chwazi yon kantite egzak miltiplikasyon mwayèn, tipikman anviwon 300 a 400 pou travay nan limyè fèb. Sa pèmèt siyal yo detekte yo miltipliye pi plis pase bri lekti kamera a, an efè diminye bri lekti kamera a. Malerezman, nati estokastik pwosesis miltiplikasyon sa a vle di chak pixel miltipliye pa yon kantite diferan, ki entwodui yon faktè bri adisyonèl, diminye rapò siyal-bri (SNR) EMCCD a.
Men kijan detèktè EMCCD yo fonksyone. Jiska Etap 6, pwosesis la se menm jan ak sa ki pou detèktè CCD yo.
Figi: Pwosesis lekti pou detèktè EMCCD a
Nan fen ekspozisyon yo a, detèktè EMCCD yo premye deplase chaj yo kolekte yo byen vit nan yon seri pixel maske ki gen menm dimansyon ak seri sansib a limyè a (transfè ankadreman). Apre sa, yon ranje alafwa, chaj yo deplase nan yon rejis lekti. Yon kolòn alafwa, chaj ki nan rejis lekti a pase nan yon rejis miltiplikasyon. Nan chak etap rejis sa a (jiska 1000 etap nan kamera EMCCD reyèl), chak elektwon gen yon ti chans pou libere yon lòt elektwon, sa ki miltipliye siyal la eksponansyèlman. Nan fen a, yo li siyal miltipliye a.
1. Efasman ChajPou kòmanse akizisyon an, yo retire chaj la an menm tan nan tout detèktè a (obturateur mondyal la).
2. Akimilasyon ChajChaj akimile pandan ekspozisyon.
3. Depo ChajApre ekspozisyon, chaj yo kolekte yo deplase nan yon zòn maske nan detèktè a, kote yo ka tann lekti san yo pa konte nouvo foton detekte yo. Sa a se pwosesis 'Transfè Ankadreman' an.
4. Ekspozisyon pwochen imaj laAvèk chaj detekte yo ki estoke nan pixel maske yo, pixel aktif yo ka kòmanse ekspozisyon pwochen imaj la (mòd sipèpoze).
5. Pwosesis LektiYon ranje alafwa, chaj pou chak ranje nan ankadreman fini an deplase nan yon 'rejis lekti'.
6. Yon kolòn alafwa, chaj ki soti nan chak pixel yo transpòte nan ne lekti a.
7. Miltiplikasyon ElektwonApre sa, tout chaj elektwon ki soti nan pixel la antre nan rejis miltiplikasyon elektwon an, epi yo deplase etap pa etap, miltipliye an kantite eksponansyèlman nan chak etap.
8. LektiADC a li siyal miltipliye a, epi pwosesis la repete jiskaske yo li tout ankadreman an.
Avantaj ak Dezavantaj Capteur EMCCD yo
Avantaj Capteur EMCCD yo
| Avantaj | Deskripsyon |
| Konte Foton | Detekte fotoelektwon endividyèl ak yon bri lekti ultra-ba (<0.2e⁻), sa ki pèmèt sansiblite pou yon sèl foton. |
| Sansiblite Ultra-Ba-Limyè | Siyifikativman pi bon pase CCD tradisyonèl yo, pafwa menm depase kamera sCMOS ki pi wo nivo nan nivo limyè ki trè fèb. |
| Kouran fènwa ki ba | Refwadisman pwofon an diminye bri tèmik, sa ki pèmèt imaj ki pi pwòp pandan ekspozisyon ki long. |
| Vole 'Mwatye-Global' | Transfè ankadreman an pèmèt yon ekspozisyon prèske mondyal ak yon chanjman chaj trè rapid (~1 mikrosegond). |
● Konte fotonAvèk yon miltiplikasyon elektwon ki ase wo, bri lekti a ka pratikman elimine (<0.2e-). Sa a, ansanm ak gwo valè gen an ak efikasite kwantik prèske pafè a, vle di ke distenge fotoelektwon endividyèl yo posib.
● Sansiblite Ultra-Ba-LimyèKonpare ak CCD yo, pèfòmans EMCCD yo nan limyè fèb pi bon anpil. Kapab gen kèk aplikasyon kote EMCCD bay pi bon kapasite deteksyon ak kontras menm pase sCMOS wo nivo nan nivo limyè ki pi ba posib.
● Kouran fènwa ki baMenm jan ak CCD yo, EMCCD yo tipikman refwadi pwofon epi yo kapab bay valè kouran fènwa ki trè ba.
● Vole 'Mwatye Global'Pwosesis transfè imaj la pou kòmanse ak fini ekspozisyon an pa vrèman similtane, men tipikman li pran anviwon 1 mikrosegond.
Dezavantaj Capteur EMCCD yo
| Dezavantaj | Deskripsyon |
| Vitès limite | Vitès maksimòm imaj yo (~30 fps nan 1 MP) pi dousman pase altènativ CMOS modèn yo. |
| Bri Anplifikasyon | Natir o aza nan miltiplikasyon elektwon an entwodui bri twòp, sa ki diminye rapò signal/bruit (SNR). |
| Chaj Endwi pa Revèy (CIC) | Mouvman chaj rapid ka entwodui fo siyal ki vin anplifye. |
| Ranje Dinamik Redwi | Yon gen ki wo diminye siyal maksimòm detèktè a ka jere anvan li satire. |
| Gwosè Piksèl | Gwosè pixel komen yo (13–16 μm) ka pa aliyen ak anpil egzijans sistèm optik. |
| Bezwen Refwadisman Lou | Li nesesè pou gen yon refwadisman pwofon ki estab pou reyalize yon miltiplikasyon konsistan epi yon ti bri. |
| Bezwen Kalibrasyon | Gen EM degrade sou tan (dezyèm miltiplikasyon), sa ki mande kalibrasyon regilye. |
| Enstabilite Ekspozisyon Kout | Ekspozisyon ki trè kout ka lakòz anplifikasyon siyal ak bri enprevizib. |
| Pri ki wo | Fabrikasyon konplèks ak refwadisman pwofon fè detèktè sa yo pi chè pase sCMOS. |
| Dire lavi limite | Rejis miltiplikasyon elektwon an ap ize, tipikman li dire 5-10 ane. |
| Difikilte Ekspòtasyon yo | Sije a règleman strik akòz aplikasyon militè potansyèl yo. |
● Vitès limiteEMCCD rapid yo bay anviwon 30 fps nan 1 MP, menm jan ak CCD yo, plizyè lòd mayitid pi dousman pase kamera CMOS yo.
● Entwodiksyon Bri"Faktè bri anplis" ki koze pa miltiplikasyon elektwon o aza a, konpare ak yon kamera sCMOS ki gen ti bri ak menm efikasite kwantik la, ka bay EMCCD yo yon bri ki pi wo anpil selon nivo siyal yo. Rapò rapò bri (SNR) pou sCMOS wo nivo yo tipikman pi bon pou siyal ki nan anviwon 3e-, menm plis pou siyal ki pi wo yo.
● Chaj pwovoke pa revèy (CIC)Sof si yo kontwole l ak anpil atansyon, mouvman chaj yo atravè detèktè a ka entwodui plis elektwon nan pixel yo. Bri sa a miltipliye pa rejis miltiplikasyon elektwon an. Vitès mouvman chaj ki pi wo (vitès revèy) mennen nan pi gwo vitès imaj, men plis CIC.
● Ranje Dinamik RedwiValè miltiplikasyon elektwon ki wo anpil pou simonte bri lekti EMCCD a mennen nan yon seri dinamik ki redwi anpil.
● Gwosè PixelPi piti gwosè pixel komen pou kamera EMCCD se 10 μm, men 13 oswa 16 μm se pi komen an. Sa twò gwo pou satisfè egzijans rezolisyon pifò sistèm optik yo.
● Kondisyon KalibrasyonPwosesis miltiplikasyon elektwon an ap ize rejis EM lan avèk itilizasyon, sa ki diminye kapasite li pou miltipliye nan yon pwosesis yo rele 'dekwasans miltiplikasyon elektwon'. Sa vle di gen kamera a ap chanje tout tan, epi kamera a bezwen kalibrasyon regilye pou fè nenpòt imaj kantitatif.
● Ekspozisyon enkonsistan nan kout tanLè w ap itilize tan ekspozisyon ki trè kout, kamera EMCCD yo ka pwodui rezilta ki pa konsistan paske bri vin depase siyal fèb la, epi pwosesis anplifikasyon an entwodui fluktuasyon estatistik.
● Bezwen Refwadisman LouPwosesis miltiplikasyon elektwon an enfliyanse anpil pa tanperati a. Refwadisman detèktè a ogmante miltiplikasyon elektwon ki disponib la. Se poutèt sa, refwadisman pwofon detèktè a pandan y ap kenbe estabilite tanperati a enpòtan anpil pou mezi EMCCD reproduzib.
● Pri ki woDifikilte pou fabrike detèktè milti-konpozan sa yo, ansanm ak refwadisman pwofon, mennen nan pri ki tipikman pi wo pase kamera detèktè sCMOS ki gen pi bon kalite yo.
● Dire lavi limiteDekwasman miltiplikasyon elektwon an mete yon limit sou dire lavi detèktè chè sa yo ki anjeneral 5-10 ane, tou depann de nivo itilizasyon an.
● Difikilte EkspòtasyonEnpòtasyon ak ekspòtasyon detèktè EMCCD yo gen tandans prezante yon defi lojistik akòz potansyèl itilizasyon yo nan aplikasyon militè yo.
Poukisa EMCCD se siksesè CCD a
| Karakteristik | CCD | EMCCD |
| Sansiblite | Segondè | Ultra-wo (sitou limyè fèb) |
| Bri Lekti | Modere | Trè ba (akòz genyen) |
| Ranje Dinamik | Segondè | Modere (limite pa pwogrè) |
| Pri | Pi ba | Pi wo |
| Refwadisman | Opsyonèl | Tipikman nesesè pou pèfòmans optimal |
| Ka Itilizasyon | Imaj jeneral | Deteksyon yon sèl foton nan limyè fèb |
Detèktè EMCCD yo bati sou teknoloji CCD tradisyonèl la lè yo enkòpore yon etap miltiplikasyon elektwon. Sa amelyore kapasite pou anplifye siyal fèb yo epi redwi bri, sa ki fè EMCCD yo chwa ki pi pito pou aplikasyon imaj nan limyè ki ba anpil kote detèktè CCD yo pa bon.
Aplikasyon kle nan detèktè EMCCD yo
Detèktè EMCCD yo souvan itilize nan domèn syantifik ak endistriyèl ki mande anpil sansiblite ak kapasite pou detekte siyal fèb:
● Syans lavi Imajinasyong: Pou aplikasyon tankou mikwoskopi fliyoresans yon sèl molekil ak mikwoskopi fliyoresans refleksyon entèn total (TIRF).
● AstwonomiYo itilize li pou kaptire limyè fèb ki soti nan zetwal byen lwen, galaksi, ak pou rechèch sou ègzoplanèt.
● Optik kwantikPou eksperyans antangleman foton ak enfòmasyon kwantik.
● Forensik ak SekiriteAnplwaye nan siveyans nan limyè fèb ak analiz prèv tras.
● EspèktroskopiNan spektroskopi Raman ak deteksyon fliyoresans ki ba entansite.
Kilè ou ta dwe chwazi yon Capteur EMCCD?
Avèk amelyorasyon ki fèt nan detèktè CMOS yo nan dènye ane yo, avantaj bri lekti detèktè EMCCD yo diminye paske kounye a menm kamera sCMOS yo kapab fè bri lekti subelektwon, ansanm ak yon pakèt lòt avantaj. Si yon aplikasyon te deja itilize EMCCD, li vo lapenn pou w egzamine si sa a se pi bon chwa a lè w konsidere devlopman nan sCMOS.
Istorikman, EMCCD yo te ka toujou fè kontaj foton avèk plis siksè, ansanm ak kèk lòt aplikasyon nich ak nivo siyal tipik mwens pase 3-5e- pa pixel nan pik la. Men, ak pi gwo gwosè pixel ak bri lekti sub-elektwon ki vin disponib nankamera syantifikBaze sou teknoloji sCMOS, li posib pou aplikasyon sa yo tou ka byento fèt ak sCMOS dènye kri.
Kesyon yo poze souvan
Ki tan ekspozisyon minimòm pou kamera transfè imaj?
Pou tout detèktè transfè imaj yo, tankou EMCCD yo, kesyon tan ekspozisyon minimòm posib la se yon kesyon konplike. Pou akizisyon imaj endividyèl, ekspozisyon an ka fini lè yo melanje chaj yo te akeri yo nan rejyon maske a pou lekti trè rapidman, epi tan ekspozisyon minimòm kout (sub-mikrosegond) posib.
Sepandan, kou kamera a ap difize an plen vitès, sa vle di ap pran plizyè imaj / yon fim nan plen vitès imaj, kou premye imaj la fini ekspoze, rejyon maske a rete okipe pa imaj sa a jiskaske lekti a fini. Se poutèt sa ekspozisyon an pa ka fini. Sa vle di ke, kèlkeswa tan ekspozisyon ki mande nan lojisyèl la, tan ekspozisyon reyèl imaj ki vin apre yo apre premye akizisyon plizyè imaj plen vitès la bay pa tan imaj la, sa vle di 1 / Vitès Imaj, kamera a.
Èske teknoloji sCMOS ap ranplase detèktè EMCCD yo?
Kamera EMCCD yo te gen de espesifikasyon ki te ede yo kenbe avantaj yo nan senaryo imaj ki gen limyè ekstrèmman fèb (avèk nivo siyal pik 5 fotoelektwon oswa mwens). Premyèman, gwo pixel yo, jiska 16 μm, epi dezyèmman bri lekti <1e yo.
Yon nouvo jenerasyonKamera sCMOSte parèt yon teknoloji ki ofri menm karakteristik sa yo, san anpil dezavantaj EMCCD yo, sitou faktè bri anplis la. Kamera tankou Aries 16 ki soti nan Tucsen ofri pixel 16 μm ki eklere pa dèyè ak yon bri lekti 0.8e-. Avèk ti bri ak pixel 'natif natal' ki gwo, kamera sa yo pi pèfòman pase pifò kamera sCMOS binned yo, akòz relasyon ki genyen ant binning ak bri lekti.
Si ou vle aprann plis bagay sou EMCCD, tanpri klike sou:
Èske yo ka ranplase EMCCD a epi èske nou ta janm vle sa?
Tucsen Photonics Co., Ltd. Tout dwa rezève. Lè w ap site, tanpri bay non sous la:www.tucsen.com
