25/08/01Sensora CCD ya Pirzêdekirina Elektronan pêşveçûnek ji sensora CCD ye da ku destûrê bide xebitandina di ronahiya kêmtir de. Ew bi gelemperî ji bo sînyalên çend sed fotoelektronan têne çêkirin, heta asta jimartina fotonên takekesî.
Ev gotar rave dike ka sensorên EMCCD çi ne, ew çawa dixebitin, avantaj û dezavantajên wan, û çima ew wekî pêşveçûna din a teknolojiya CCD ji bo wênekirina di ronahiya kêm de têne hesibandin.
Sensorek EMCCD çi ye?
Sensorê Amûra Girêdana Barga Pirjimar a Elektronê (EMCCD) cureyekî taybet ê sensorê CCD ye ku sînyalên qels berî ku werin xwendin xurt dike, û di jîngehên ronahiya kêm de hesasiyeteke pir zêde dihêle.
EMCCD, ku di destpêkê de ji bo sepanên wekî astronomî û mîkroskopiya pêşkeftî hatine pêşxistin, dikarin fotonên yekane tespît bikin, karekî ku sensorên CCD yên kevneşopî pê re zehmetî dikişînin. Ev şiyana tespîtkirina fotonên takekesî EMCCD-yan ji bo qadên ku hewceyê wênekirina rast di bin asta ronahiya pir kêm de ne girîng dike.
Sensorên EMCCD çawa dixebitin?
Heta xala xwendinê, sensorên EMCCD li ser heman prensîbên sensorên CCD dixebitin. Lêbelê, berî pîvandinê bi ADC, barên tespîtkirî bi pêvajoyek bi navê impactionîzasyon, di 'qeydkirina pirbûna elektronan' de têne zêdekirin. Di rêzek ji çend sed gavan de, barên ji pîkselekê li ser rêzek pîkselên maskekirî bi voltaja bilind têne veguhastin. Her elektronek di her gavê de şansek heye ku elektronên din bîne. Ji ber vê yekê sînyal bi awayekî eksponansiyel tê zêdekirin.
Encama dawî ya EMCCD-yeke baş-kalîbrkirî şiyana hilbijartina mîqdareke rast a pirbûna navînî ye, bi gelemperî ji bo xebata di ronahiya kêm de dora 300 heta 400 e. Ev dihêle ku sînyalên hatine tespîtkirin ji dengê xwendina kamerayê pir zêdetir werin pirkirin, di encamê de dengê xwendina kamerayê kêm dibe. Mixabin, xwezaya stokastîk a vê pêvajoya pirbûnê tê vê wateyê ku her pîksel bi mîqdareke cuda tê pirkirin, ku faktoreke dengekî zêde dide nasîn, rêjeya sînyala-deng (SNR) ya EMCCD kêm dike.
Li vir şiroveyek li ser awayê karê sensorên EMCCD heye. Heta Gava 6-an, pêvajo bi bandor wekî ya sensorên CCD ye.
Wêne: Pêvajoya xwendinê ji bo sensora EMCCD
Di dawiya bandora wan de, sensorên EMCCD pêşî barên berhevkirî bi lez û bez diguhezînin rêzek pîkselên maskkirî yên bi heman pîvanên rêza hesas a ronahiyê (veguheztina çarçoveyê). Dûv re, rêzek bi rêz, bar dikevin qeydek xwendinê. Stûnek bi stûn, barên di nav qeyda xwendinê de ji qeydek pirkirinê re têne şandin. Di her qonaxa vê qeydê de (heta 1000 qonaxan di kamerayên EMCCD yên rastîn de), her elektronek şansek piçûk heye ku elektronek din berde, sînyalê bi awayekî eksponansiyel pir bike. Di dawiyê de, sînyala pirkirî tê xwendin.
1. Paqijkirina XercêJi bo destpêkirina wergirtinê, bark di heman demê de ji tevahiya sensorê tê paqijkirin (perdeya gerdûnî).
2. Berhevkirina Bargê: Di dema danîna ronahiyê de bark kom dibe.
3. Depoya BarkirinêPiştî eşkerekirinê, barên berhevkirî têne veguheztin deverek maskkirî ya sensorê, li wir ew dikarin li benda xwendinê bin bêyî ku fotonên nû yên hatine tespîtkirin werin jimartin. Ev pêvajoya 'Veguhestina Çarçoveyê' ye.
4. Nîşandana Çarçoveya PaşînBi bargên tesbîtkirî yên ku di pîkselên maskekirî de hatine hilanîn, pîkselên çalak dikarin dest bi eşkerekirina çarçoveya din bikin (moda hevgirtinê).
5. Pêvajoya Xwendinê: Yek bi yek rêz, barên ji bo her rêza çarçoveya qedandî di nav 'qeyda xwendinê' de têne veguheztin.
6. Barkeyên ji her pîkselê stûnek bi stûn têne veguhestin bo girêka xwendinê.
7. Pirbûna ElektronêPiştre, hemû barên elektronan ji pîkselê dikevin qeyda pirbûna elektronan, û gav bi gav diçin û tên, di her gavê de hejmar bi awayekî eksponansiyel zêde dibin.
8. XwendinSînyala pirjimar ji hêla ADC ve tê xwendin, û pêvajo dubare dibe heya ku tevahiya çarçove were xwendin.
Erênî û Neyînî yên Sensorên EMCCD
Feydeyên Sensorên EMCCD
| Berjewendî | Terîf |
| Jimartina Fotonan | Fotoelektronên takekesî bi dengê xwendinê yê pir kêm (<0.2e⁻) tespît dike, û hesasiyeta yek-fotonê çalak dike. |
| Hestiyariya Ronahiya Ultra Kêm | Ji CCD-yên kevneşopî bi girîngî çêtir e, carinan di asta ronahiya pir kêm de ji kamerayên sCMOS-ên asta bilind jî derbas dibe. |
| Herika Tarî ya Kêm | Sarbûna kûr dengê germî kêm dike, û di dema ekspozasyonên dirêj de wêneyên paqijtir çêdike. |
| Perdeya 'Nîv-Cîhanî' | Veguhestina çarçoveyê rê dide xuyangkirina nêzîkî gerdûnî bi guheztina bargiraniyê ya pir bilez (~ 1 mîkroçirke). |
● Jimartina FotonanBi pirbûna elektronan a têra xwe bilind, dengê xwendinê dikare bi pratîkî were rakirin (<0.2e-). Ev, ligel nirxa qezenca bilind û karîgeriya kuantûmê ya hema bêje bêkêmasî, tê vê wateyê ku cudakirina fotoelektronên ferdî mimkun e.
● Hesasiyeta Ronahiya Ultra KêmLi gorî CCD-yan, performansa EMCCD-yan di ronahiya kêm de pir çêtir e. Dibe ku hin serîlêdan hebin ku EMCCD di asta ronahiyê ya herî nizm de şiyana tespîtkirin û kontrastê çêtir peyda dike, hetta ji sCMOS-ya asta bilind jî.
● Herikîna Tarî ya KêmWekî CCD-yan, EMCCD bi gelemperî pir kûr têne sar kirin û dikarin nirxên herikîna tarî yên pir kêm radest bikin.
● Perdeya 'Nîv Cîhanî'Pêvajoya veguhastina çarçoveyê ji bo destpêk û dawiya ekspozyonê bi rastî ne hevdem e, lê bi gelemperî nêzîkî 1 mîkroçirkeyê digire.
Neyînî yên Sensorên EMCCD
| Lidijî | Terîf |
| Leza Sînorkirî | Leza herî zêde ya çarçovê (~30 fps li 1 MP) ji alternatîfên CMOS-a nûjen pir hêdîtir e. |
| Dengê Zêdekirinê | Cewhera bêserûber a pirbûna elektronan dengek zêde derdixe holê, û SNR kêm dike. |
| Barkirina Ji Saetê Ve Hatî Çêkirin (CIC) | Tevgera barkirina bilez dikare îşaretên derewîn derxe holê ku zêde dibin. |
| Rêjeya Dînamîk a Kêmkirî | Qezenca bilind sînyala herî zêde ya ku sensor dikare berî têrkirinê birêve bibe kêm dike. |
| Mezinahiya Pîkselê ya Mezin | Mezinahîyên pîkselên hevpar (13–16 μm) dibe ku li gorî gelek pêdiviyên pergala optîkî li hev nekin. |
| Pêdiviya Sarbûna Giran | Ji bo bidestxistina pirbûneke domdar û dengeke kêm, sarbûneke kûr û stabîl pêwîst e. |
| Pêdiviyên Kalibrasyonê | Qezenca EM bi demê re xirab dibe (hilweşîna pirbûnê), ku pêdivî bi kalibrkirina birêkûpêk heye. |
| Bêîstîqrariya Ekspozyona Kurt | Têkiliyên pir kurt dikarin bibin sedema zêdebûn û dengekî sînyalê yê nepêşbînîkirî. |
| Mesrefa Bilind | Çêkirina tevlihev û sarbûna kûr van sensoran ji sCMOS-ê bihatir dike. |
| Jiyana Sînorkirî | Qeyda pirbûna elektronan xira dibe, bi gelemperî 5-10 salan dom dike. |
| Pirsgirêkên Hinardekirinê | Ji ber sepanên potansiyel ên leşkerî li gorî rêziknameyên hişk in. |
● Leza SînorkirîEMCCD-yên bilez bi qasî 30 fps li 1 MP peyda dikin, dişibin CCD-yan, ku ji kamerayên CMOS gelek hêdîtir in.
● Pêşgotina Deng'Faktora dengê zêde' ya ku ji ber pirbûna elektronên bêserûber çêdibe, li gorî kamerayek sCMOS-a deng-nizm a bi heman karîgeriya kuantûmê, dikare li gorî astên sînyalê dengek pir bilindtir bide EMCCD-yan. SNR ji bo sCMOS-a asta bilind bi gelemperî ji bo sînyalên dora 3e- çêtir e, hetta ji bo sînyalên bilindtir jî hîn bêtir.
● Barkirina bi Demjimêrê ve hatî çêkirin (CIC)Heger bi baldarî neyê kontrolkirin, tevgera bargiran li ser sensorê dikare elektronên zêdetir bixe nav pîkselan. Ev deng dû re ji hêla qeyda pirbûna elektronan ve tê zêdekirin. Leza tevgera bargiraniyê ya bilindtir (rêjeyên demjimêrê) dibe sedema rêjeyên çarçoveyê yên bilindtir, lê CIC-ya bêtir.
● Rêzeya Dînamîk a KêmkirîNirxên pir zêde yên pirbûna elektronan ên ku ji bo derbaskirina dengê xwendina EMCCD-ê hewce ne, dibin sedema rêjeya dînamîk a pir kêm.
● Mezinahiya Pîkselê ya MezinMezinahiya pîkselê ya herî biçûk a hevpar ji bo kamerayên EMCCD 10 μm e, lê 13 an 16 μm ya herî gelemperî ye. Ev pir mezin e ku li gorî hewcedariyên çareseriyê yên piraniya pergalên optîkî be.
● Pêdiviyên PîvankirinêPêvajoya pirbûna elektronan bi karanînê re qeyda EM diqedîne, şiyana wê ya pirbûnê di pêvajoyek bi navê 'rizgarbûna pirbûna elektronan' de kêm dike. Ev tê vê wateyê ku qezenca kamerayê bi berdewamî diguhere, û kamera ji bo pêkanîna her wênekêşiya hejmarî hewceyê kalibrasyona birêkûpêk e.
● Berdana Nehevseng di Demên Kurt deDema ku demên ekspozasyonê yên pir kurt têne bikar anîn, kamerayên EMCCD dikarin encamên nelihev bidin ji ber ku sînyala qels ji hêla deng ve tê dorpêç kirin, û pêvajoya zêdekirinê guherînên îstatîstîkî çêdike.
● Pêdiviya Sarbûna GiranPêvajoya pirbûna elektronan bi giranî ji hêla germahiyê ve tê bandorkirin. Sarbûna sensorê pirbûna elektronan a berdest zêde dike. Ji ber vê yekê, sarbûna kûr a sensorê dema ku aramiya germahiyê diparêze ji bo pîvandinên EMCCD yên dubarekirî girîng e.
● Mesrefa zêdeZehmetiya çêkirina van sensorên pir-pêkhateyî, digel sarbûna kûr, dibe sedema bihayên ku bi gelemperî ji kamerayên sensorên sCMOS-ê yên bi kalîteya herî bilind bilindtir in.
● Jiyana SînorkirîRizbûna pirbûna elektronan temenê van sensorên biha bi gelemperî 5-10 salan sînordar dike, li gorî asta karanînê.
● Zehmetiyên HinardekirinêJi ber ku potansiyela wan di sepanên leşkerî de tê bikaranîn, hawirdekirin û hinardekirina sensorên EMCCD ji hêla lojîstîkî ve dijwar e.
Çima EMCCD cîgirê CCD ye
| Taybetî | CCD | EMCCD |
| Hisê nazik | Bilind | Pir bilind (bi taybetî ronahiya kêm) |
| Dengê Xwendinê | Navînî | Pir kêm (ji ber qezencê) |
| Rêzeya Dînamîk | Bilind | Navîn (bi qezencê ve sînorkirî) |
| Nirx | Kêmkirin | Bilindtir |
| Sarkirin | Bixwe | Bi gelemperî ji bo performansa çêtirîn hewce ye |
| Rewşên Bikaranînê | Wênekirina giştî | Tesbîtkirina yek-fotonê di ronahiya kêm de |
Sensorên EMCCD bi tevlîkirina gaveke pirbûna elektronan li ser teknolojiya CCD ya kevneşopî ava dibin. Ev yek şiyana zêdekirina sînyalên qels û kêmkirina deng zêde dike, û EMCCD-yan dike bijarteya bijarte ji bo sepanên wênekêşiya di ronahiya pir kêm de ku sensorên CCD tê de kêmasî hene.
Serlêdanên Sereke yên Sensorên EMCCD
Sensorên EMCCD bi gelemperî di warên zanistî û pîşesaziyê de têne bikar anîn ku hewceyê hesasiyetiyek bilind û şiyana tespîtkirina îşaretên qels in:
● Xeyala Zanista Jiyanêg: Ji bo serîlêdanên mîna mîkroskopiya flûoresansa yek-molekulî û mîkroskopiya flûoresansa refleksa navxweyî ya tevahî (TIRF).
● AstronomîJi bo girtina ronahiya qels ji stêrkên dûr, galaksiyan, û lêkolîna eksoplanetan tê bikar anîn.
● Optîka KuantumêJi bo ceribandinên tevliheviya fotonan û agahdariya kûantûmê.
● Lêkolînên Dadwerî û EwlehîDi çavdêriya di ronahiya kêm û analîza delîlên şopê de tê bikar anîn.
● SpektroskopîDi spektroskopiya Raman û tespîtkirina fluoresansa bi şiddeta kêm de.
Kengê Divê Hûn Sensorek EMCCD Hilbijêrin?
Bi pêşketinên sensorên CMOS di salên dawî de, avantaja dengê xwendinê ya sensorên EMCCD kêm bûye ji ber ku niha kamerayên sCMOS jî dikarin dengê xwendina subelektronî, ligel rêzek mezin ji feydeyên din, bi dest bixin. Ger serîlêdanek berê EMCCD bikar anîbe, hêjayî nirxandinê ye ka gelo ev hilbijartina çêtirîn e ji ber pêşketinên di sCMOS de.
Di dîrokê de, EMCCD hîn jî dikarin bi serkeftîtir hejmartina fotonan pêk bînin, ligel çend serîlêdanên din ên nişê ku asta sînyala tîpîk ji 3-5e- kêmtir ji her pîkselê di lûtkeyê de ye. Her çend, bi mezinahiyên pîkselên mezintir û dengê xwendina bin-elektronê re peyda dibe.kamerayên zanistîLi ser bingeha teknolojiya sCMOS, mimkun e ku ev sepan jî di demek nêzîk de bi sCMOS-a asta bilind werin kirin.
Pirsên Pir tên Pirsîn
Dema herî kêm a ekspozasyonê ji bo kamerayên veguhastina çarçoveyê çi ye?
Ji bo hemî sensorên veguhastina çarçoveyê, tevî EMCCD-yan, pirsa dema herî kêm a gengaz a eşkerekirinê pirsek tevlihev e. Ji bo bidestxistina wêneyek yekane, eşkerekirin dikare bi veguhastina bargiraniyên wergirtî nav herêma maskkirî ji bo xwendinê pir zû bi dawî bibe, û demên eşkerekirinê yên herî kêm ên kurt (di bin mîkroçirkeyan de) mimkun in.
Lêbelê, gava ku kamera bi leza tevahî dest bi weşanê dike, ango gelek çarçove / fîlmek bi rêjeya çarçove ya tevahî digire, gava ku wêneya yekem eşkerekirina wêneyê temam dike, herêma maskekirî ji hêla wê çarçovê ve heya ku xwendin temam bibe tê dagirkirin. Ji ber vê yekê, eşkerekirin nikare biqede. Ev tê vê wateyê ku, bêyî ku dema eşkerekirinê ya ku di nermalavê de tê xwestin çi be, dema rastîn a eşkerekirinê ya çarçoveyên paşîn piştî ya yekem a bidestxistina pir-çarçove ya bi leza tevahî ji hêla dema çarçoveyê, ango 1 / Rêjeya Çarçoveyê, ya kamerayê ve tê dayîn.
Ma Teknolojiya sCMOS şûna sensorên EMCCD digire?
Kamerayên EMCCD du taybetmendî hebûn ku di senaryoyên wênekêşiya ronahiya pir kêm de (bi asta sînyala herî bilind a 5 fotoelektron an kêmtir) de avantajên wan diparêzin. Ya yekem, pîkselên wan ên mezin, heta 16 μm, û ya duyemîn jî dengê wan ê xwendina <1e.
Nifşek nû yakameraya sCMOSderketiye holê ku van taybetmendiyên wekhev pêşkêş dike, bêyî gelek kêmasiyên EMCCD-yan, nemaze faktora dengê zêde. Kamerayên wekî Aries 16 ji Tucsen pîkselên bi paş-ronîkirî yên 16 μm bi dengek xwendinê ya 0.8e- pêşkêş dikin. Bi dengê kêm û pîkselên 'xwemalî' yên mezin, ev kamera ji piraniya kamerayên sCMOS-ê yên di nav hev de hatine çêkirin jî çêtir performansê nîşan didin, ji ber têkiliya di navbera hevberkirin û dengê xwendinê de.
Heke hûn dixwazin di derbarê EMCCD de bêtir fêr bibin, ji kerema xwe bikirtînin:
Ma EMCCD dikare were guheztin û gelo em ê wê bixwazin?
Tucsen Photonics Co., Ltd. Hemû maf parastî ne. Dema îqtibaskirinê, ji kerema xwe çavkaniyê destnîşan bikin:www.tucsen.com
