25/08/01കുറഞ്ഞ പ്രകാശ പ്രവർത്തനം അനുവദിക്കുന്നതിനായി CCD സെൻസറിന്റെ ഒരു പരിണാമമാണ് ഇലക്ട്രോൺ-ഗുണന CCD സെൻസർ. അവ സാധാരണയായി ഏതാനും നൂറുകണക്കിന് ഫോട്ടോഇലക്ട്രോണുകളുടെ സിഗ്നലുകൾക്കായി ഉദ്ദേശിച്ചുള്ളതാണ്, വ്യക്തിഗത ഫോട്ടോൺ-കൗണ്ടിംഗ് ലെവൽ വരെ.
ഈ ലേഖനം EMCCD സെൻസറുകൾ എന്തൊക്കെയാണ്, അവ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, അവയുടെ ഗുണങ്ങളും ദോഷങ്ങളും, കുറഞ്ഞ വെളിച്ചത്തിൽ ഇമേജിംഗിനായുള്ള CCD സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ അടുത്ത പരിണാമമായി അവയെ കണക്കാക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ടെന്ന് വിശദീകരിക്കുന്നു.
ഒരു EMCCD സെൻസർ എന്താണ്?
ഇലക്ട്രോൺ-മൾട്ടിപ്ലയിംഗ് ചാർജ്-കപ്പിൾഡ് ഡിവൈസ് (EMCCD) സെൻസർ എന്നത് ഒരു പ്രത്യേക തരം സിസിഡി സെൻസറാണ്, ഇത് ദുർബലമായ സിഗ്നലുകൾ വായിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും കുറഞ്ഞ വെളിച്ചമുള്ള സാഹചര്യങ്ങളിൽ വളരെ ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമത സാധ്യമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
ജ്യോതിശാസ്ത്രം, നൂതന മൈക്രോസ്കോപ്പി തുടങ്ങിയ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി തുടക്കത്തിൽ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത EMCCD-കൾക്ക് ഒറ്റ ഫോട്ടോണുകളെ കണ്ടെത്താൻ കഴിയും, പരമ്പരാഗത CCD സെൻസറുകൾക്ക് ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള ഒരു ജോലിയാണിത്. വ്യക്തിഗത ഫോട്ടോണുകൾ കണ്ടെത്താനുള്ള ഈ കഴിവ് വളരെ കുറഞ്ഞ പ്രകാശ നിലവാരത്തിൽ കൃത്യമായ ഇമേജിംഗ് ആവശ്യമുള്ള ഫീൽഡുകൾക്ക് EMCCD-കളെ നിർണായകമാക്കുന്നു.
EMCCD സെൻസറുകൾ എങ്ങനെയാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്?
റീഡൗട്ട് വരെ, EMCCD സെൻസറുകൾ CCD സെൻസറുകളുടെ അതേ തത്വങ്ങളിലാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. എന്നിരുന്നാലും, ADC ഉപയോഗിച്ച് അളക്കുന്നതിന് മുമ്പ്, കണ്ടെത്തിയ ചാർജുകൾ 'ഇലക്ട്രോൺ ഗുണന രജിസ്റ്റർ' എന്ന പ്രക്രിയയിലൂടെ ഇംപാക്റ്റിയോണൈസേഷൻ വഴി ഗുണിക്കുന്നു. നൂറുകണക്കിന് ഘട്ടങ്ങളുടെ ഒരു ശ്രേണിയിൽ, ഒരു പിക്സലിൽ നിന്നുള്ള ചാർജുകൾ ഉയർന്ന വോൾട്ടേജിൽ മാസ്ക് ചെയ്ത പിക്സലുകളുടെ ഒരു ശ്രേണിയിലൂടെ നീക്കുന്നു. ഓരോ ഘട്ടത്തിലും ഓരോ ഇലക്ട്രോണിനും അധിക ഇലക്ട്രോണുകൾ കൊണ്ടുവരാനുള്ള അവസരമുണ്ട്. അതിനാൽ സിഗ്നൽ എക്സ്പോണൻഷ്യൽ ആയി ഗുണിക്കപ്പെടുന്നു.
നന്നായി കാലിബ്രേറ്റ് ചെയ്ത EMCCD യുടെ അന്തിമഫലം, കുറഞ്ഞ വെളിച്ചത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ ശരാശരി ഗുണനത്തിന്റെ കൃത്യമായ അളവ് തിരഞ്ഞെടുക്കാനുള്ള കഴിവാണ്, സാധാരണയായി ഏകദേശം 300 മുതൽ 400 വരെ. ഇത് കണ്ടെത്തിയ സിഗ്നലുകളെ ക്യാമറയുടെ റീഡ് നോയ്‌സിനേക്കാൾ വളരെ ഉയർന്ന അളവിൽ ഗുണിക്കാൻ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു, ഇത് ഫലത്തിൽ ക്യാമറയുടെ റീഡ് നോയ്‌സ് കുറയ്ക്കുന്നു. നിർഭാഗ്യവശാൽ, ഈ ഗുണന പ്രക്രിയയുടെ സ്റ്റോക്കാസ്റ്റിക് സ്വഭാവം അർത്ഥമാക്കുന്നത് ഓരോ പിക്‌സലിനെയും വ്യത്യസ്ത അളവിൽ ഗുണിക്കുന്നു എന്നാണ്, ഇത് ഒരു അധിക നോയ്‌സ് ഘടകം അവതരിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് EMCCD യുടെ സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതം (SNR) കുറയ്ക്കുന്നു.
EMCCD സെൻസറുകൾ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു എന്നതിന്റെ ഒരു വിശദീകരണം ഇതാ. ഘട്ടം 6 വരെ, പ്രക്രിയ CCD സെൻസറുകളുടെ പ്രക്രിയയ്ക്ക് സമാനമാണ്.
ചിത്രം: EMCCD സെൻസറിനുള്ള റീഡ്ഔട്ട് പ്രക്രിയ
എക്സ്പോഷറിന്റെ അവസാനം, EMCCD സെൻസറുകൾ ആദ്യം ശേഖരിച്ച ചാർജുകളെ പ്രകാശ സെൻസിറ്റീവ് അറേയുടെ (ഫ്രെയിം ട്രാൻസ്ഫർ) അതേ അളവിലുള്ള പിക്സലുകളുടെ ഒരു മാസ്ക്ഡ് അറേയിലേക്ക് വേഗത്തിൽ നീക്കുന്നു. തുടർന്ന്, ഒരു സമയം ഒരു വരിയിൽ, ചാർജുകൾ ഒരു റീഡ്ഔട്ട് രജിസ്റ്ററിലേക്ക് നീക്കുന്നു. ഒരു സമയം ഒരു കോളം, റീഡ്ഔട്ട് രജിസ്റ്ററിനുള്ളിലെ ചാർജുകൾ ഒരു ഗുണന രജിസ്റ്ററിലേക്ക് കൈമാറുന്നു. ഈ രജിസ്റ്ററിന്റെ ഓരോ ഘട്ടത്തിലും (യഥാർത്ഥ EMCCD ക്യാമറകളിൽ 1000 ഘട്ടങ്ങൾ വരെ), ഓരോ ഇലക്ട്രോണിനും ഒരു അധിക ഇലക്ട്രോൺ പുറത്തുവിടാനുള്ള ഒരു ചെറിയ അവസരമുണ്ട്, ഇത് സിഗ്നലിനെ എക്സ്പോണൻഷ്യൽ ആയി ഗുണിക്കുന്നു. അവസാനം, ഗുണിച്ച സിഗ്നൽ വായിക്കുന്നു.
1. ചാർജ് ക്ലിയറിങ്: ഏറ്റെടുക്കൽ ആരംഭിക്കുന്നതിന്, ചാർജ് മുഴുവൻ സെൻസറിൽ നിന്നും (ഗ്ലോബൽ ഷട്ടർ) ഒരേസമയം മായ്‌ക്കുന്നു.
2. ചാർജ് ശേഖരണം: എക്സ്പോഷർ സമയത്ത് ചാർജ് അടിഞ്ഞു കൂടുന്നു.
3. ചാർജ് സംഭരണം: എക്സ്പോഷറിന് ശേഷം, ശേഖരിച്ച ചാർജുകൾ സെൻസറിന്റെ ഒരു മാസ്ക് ചെയ്ത ഭാഗത്തേക്ക് മാറ്റുന്നു, അവിടെ പുതിയ ഫോട്ടോണുകൾ കണ്ടെത്തിയ ഫോട്ടോണുകൾ എണ്ണാതെ തന്നെ അവയ്ക്ക് റീഡ്ഔട്ട് കാത്തിരിക്കാനാകും. ഇതാണ് 'ഫ്രെയിം ട്രാൻസ്ഫർ' പ്രക്രിയ.
4. അടുത്ത ഫ്രെയിം എക്സ്പോഷർ: കണ്ടെത്തിയ ചാർജുകൾ മാസ്ക് ചെയ്ത പിക്സലുകളിൽ സംഭരിച്ചിരിക്കുമ്പോൾ, സജീവ പിക്സലുകൾക്ക് അടുത്ത ഫ്രെയിമിന്റെ എക്സ്പോഷർ ആരംഭിക്കാൻ കഴിയും (ഓവർലാപ്പ് മോഡ്).
5. റീഡ്ഔട്ട് പ്രക്രിയ: ഒരു സമയം ഒരു വരിയിൽ, പൂർത്തിയായ ഫ്രെയിമിന്റെ ഓരോ വരിയുടെയും ചാർജുകൾ ഒരു 'റീഡ്ഔട്ട് രജിസ്റ്ററിലേക്ക്' നീക്കുന്നു.
6. ഓരോ പിക്സലിൽ നിന്നുമുള്ള ചാർജുകൾ ഓരോ കോളം വീതമായി റീഡൗട്ട് നോഡിലേക്ക് മാറ്റുന്നു.
7. ഇലക്ട്രോൺ ഗുണനം: അടുത്തതായി, പിക്സലിൽ നിന്നുള്ള എല്ലാ ഇലക്ട്രോൺ ചാർജുകളും ഇലക്ട്രോൺ ഗുണന രജിസ്റ്ററിൽ പ്രവേശിച്ച് പടിപടിയായി നീങ്ങുന്നു, ഓരോ ഘട്ടത്തിലും സംഖ്യയിൽ ക്രമാതീതമായി ഗുണിക്കുന്നു.
8. വായിക്കുക: ഗുണിത സിഗ്നൽ ADC വായിക്കുന്നു, മുഴുവൻ ഫ്രെയിമും വായിക്കുന്നതുവരെ പ്രക്രിയ ആവർത്തിക്കുന്നു.
EMCCD സെൻസറുകളുടെ ഗുണങ്ങളും ദോഷങ്ങളും
EMCCD സെൻസറുകളുടെ ഗുണങ്ങൾ
| പ്രയോജനം | വിവരണം |
| ഫോട്ടോൺ കൗണ്ടിംഗ് | അൾട്രാ-ലോ റീഡ് നോയ്‌സ് (<0.2e⁻) ഉള്ള വ്യക്തിഗത ഫോട്ടോഇലക്ട്രോണുകളെ കണ്ടെത്തുന്നു, ഇത് സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ സെൻസിറ്റിവിറ്റി പ്രാപ്തമാക്കുന്നു. |
| അൾട്രാ ലോ-ലൈറ്റ് സെൻസിറ്റിവിറ്റി | പരമ്പരാഗത സിസിഡികളെ അപേക്ഷിച്ച് ഗണ്യമായി മികച്ചതാണ്, ചിലപ്പോൾ വളരെ കുറഞ്ഞ പ്രകാശ നിലവാരത്തിൽ ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള sCMOS ക്യാമറകളെ പോലും മറികടക്കുന്നു. |
| കുറഞ്ഞ ഇരുണ്ട പ്രവാഹം | ആഴത്തിലുള്ള തണുപ്പിക്കൽ താപ ശബ്ദം കുറയ്ക്കുന്നു, ദീർഘനേരം എക്സ്പോഷർ ചെയ്യുമ്പോൾ കൂടുതൽ വ്യക്തമായ ചിത്രങ്ങൾ നേടാൻ ഇത് സഹായിക്കുന്നു. |
| 'ഹാഫ്-ഗ്ലോബൽ' ഷട്ടർ | ഫ്രെയിം ട്രാൻസ്ഫർ വളരെ വേഗത്തിലുള്ള ചാർജ് ഷിഫ്റ്റിംഗിലൂടെ (~1 മൈക്രോസെക്കൻഡ്) ആഗോളതലത്തിൽ എക്സ്പോഷർ അനുവദിക്കുന്നു. |
● ഫോട്ടോൺ കൗണ്ടിംഗ്: ഉയർന്ന അളവിലുള്ള ഇലക്ട്രോൺ ഗുണനം ഉപയോഗിച്ച്, വായനാ ശബ്ദം പ്രായോഗികമായി ഇല്ലാതാക്കാൻ കഴിയും (<0.2e-). ഉയർന്ന നേട്ട മൂല്യത്തിനും ഏതാണ്ട് പൂർണ്ണമായ ക്വാണ്ടം കാര്യക്ഷമതയ്ക്കും ഒപ്പം, വ്യക്തിഗത ഫോട്ടോഇലക്ട്രോണുകളെ വേർതിരിച്ചറിയാൻ കഴിയുമെന്നാണ് ഇതിനർത്ഥം.
● അൾട്രാ ലോ-ലൈറ്റ് സെൻസിറ്റിവിറ്റി: സിസിഡികളെ അപേക്ഷിച്ച്, കുറഞ്ഞ വെളിച്ചത്തിൽ ഇഎംസിസിഡികളുടെ പ്രകടനം വളരെ മികച്ചതാണ്. ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ പ്രകാശ തലങ്ങളിൽ ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള എസ്‌സി‌എം‌ഒ‌എസിനേക്കാൾ മികച്ച കണ്ടെത്തൽ ശേഷിയും കോൺട്രാസ്റ്റും നൽകുന്ന ചില ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ ഇഎംസിസിഡിയിൽ ഉണ്ടാകാം.
● കുറഞ്ഞ ഇരുണ്ട പ്രവാഹം: സിസിഡികളുടെ കാര്യത്തിലെന്നപോലെ, ഇഎംസിസിഡികളും സാധാരണയായി ആഴത്തിൽ തണുപ്പിക്കപ്പെടുന്നു, വളരെ കുറഞ്ഞ ഡാർക്ക് കറന്റ് മൂല്യങ്ങൾ നൽകാൻ അവയ്ക്ക് കഴിയും.
● 'ഹാഫ് ഗ്ലോബൽ' ഷട്ടർ: എക്സ്പോഷർ ആരംഭിക്കുന്നതിനും അവസാനിപ്പിക്കുന്നതിനുമുള്ള ഫ്രെയിം ട്രാൻസ്ഫർ പ്രക്രിയ യഥാർത്ഥത്തിൽ ഒരേസമയം നടക്കുന്നില്ല, പക്ഷേ സാധാരണയായി 1 മൈക്രോസെക്കൻഡ് ക്രമം എടുക്കും.
EMCCD സെൻസറുകളുടെ ദോഷങ്ങൾ
| പോരായ്മ | വിവരണം |
| പരിമിതമായ വേഗത | ആധുനിക CMOS ബദലുകളെ അപേക്ഷിച്ച് പരമാവധി ഫ്രെയിം റേറ്റുകൾ (1 MP-യിൽ ~30 fps) വളരെ മന്ദഗതിയിലാണ്. |
| ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ നോയ്‌സ് | ഇലക്ട്രോൺ ഗുണനത്തിന്റെ ക്രമരഹിത സ്വഭാവം അധിക ശബ്ദത്തിന് കാരണമാകുന്നു, ഇത് SNR കുറയ്ക്കുന്നു. |
| ക്ലോക്ക്-ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് ചാർജ് (CIC) | ഫാസ്റ്റ് ചാർജ് ചലനം തെറ്റായ സിഗ്നലുകൾ അവതരിപ്പിച്ചേക്കാം, അത് ആംപ്ലിഫൈ ചെയ്യപ്പെടും. |
| കുറഞ്ഞ ഡൈനാമിക് റേഞ്ച് | ഉയർന്ന ഗെയിൻ, സാച്ചുറേറ്റ് ചെയ്യുന്നതിന് മുമ്പ് സെൻസറിന് കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ കഴിയുന്ന പരമാവധി സിഗ്നലിനെ കുറയ്ക്കുന്നു. |
| വലിയ പിക്സൽ വലുപ്പം | സാധാരണ പിക്സൽ വലുപ്പങ്ങൾ (13–16 μm) പല ഒപ്റ്റിക്കൽ സിസ്റ്റം ആവശ്യകതകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടണമെന്നില്ല. |
| കനത്ത തണുപ്പിക്കൽ ആവശ്യകത | സ്ഥിരമായ ഗുണനവും കുറഞ്ഞ ശബ്ദവും കൈവരിക്കുന്നതിന് സ്ഥിരമായ ആഴത്തിലുള്ള തണുപ്പിക്കൽ ആവശ്യമാണ്. |
| കാലിബ്രേഷൻ ആവശ്യകതകൾ | EM ഗെയിൻ കാലക്രമേണ കുറയുന്നു (ഗുണന ക്ഷയം), പതിവ് കാലിബ്രേഷൻ ആവശ്യമാണ്. |
| ഹ്രസ്വ എക്സ്പോഷർ അസ്ഥിരത | വളരെ ചെറിയ എക്സ്പോഷറുകൾ പ്രവചനാതീതമായ സിഗ്നൽ ആംപ്ലിഫിക്കേഷനും ശബ്ദത്തിനും കാരണമാകും. |
| ഉയർന്ന വില | സങ്കീർണ്ണമായ നിർമ്മാണവും ആഴത്തിലുള്ള തണുപ്പിക്കലും ഈ സെൻസറുകളെ sCMOS-നേക്കാൾ ചെലവേറിയതാക്കുന്നു. |
| പരിമിതമായ ആയുസ്സ് | ഇലക്ട്രോൺ ഗുണന രജിസ്റ്റർ തേയ്മാനം സംഭവിക്കുന്നു, സാധാരണയായി 5–10 വർഷം നീണ്ടുനിൽക്കും. |
| കയറ്റുമതി വെല്ലുവിളികൾ | സൈനിക ഉപയോഗത്തിന് സാധ്യതയുള്ളതിനാൽ കർശനമായ നിയന്ത്രണങ്ങൾക്ക് വിധേയമാണ്. |
● പരിമിതമായ വേഗത: വേഗതയേറിയ EMCCD-കൾ 1 MP-യിൽ ഏകദേശം 30 fps നൽകുന്നു, CCD-കളെപ്പോലെ, CMOS ക്യാമറകളേക്കാൾ വേഗത കുറവാണ്.
● ശബ്ദ ആമുഖം: അതേ ക്വാണ്ടം കാര്യക്ഷമതയുള്ള കുറഞ്ഞ ശബ്ദമുള്ള sCMOS ക്യാമറയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ക്രമരഹിതമായ ഇലക്ട്രോൺ ഗുണനം മൂലമുണ്ടാകുന്ന 'അധിക ശബ്ദ ഘടകം', സിഗ്നൽ ലെവലുകൾ അനുസരിച്ച് EMCCD-കൾക്ക് വളരെ ഉയർന്ന ശബ്ദമുണ്ടാക്കും. ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള sCMOS-നുള്ള SNR സാധാരണയായി ഏകദേശം 3e- സിഗ്നലുകൾക്ക് മികച്ചതാണ്, ഉയർന്ന സിഗ്നലുകൾക്ക് അതിലും കൂടുതലാണ്.
● ക്ലോക്ക്-ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് ചാർജ് (CIC): ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം നിയന്ത്രിച്ചില്ലെങ്കിൽ, സെൻസറിലുടനീളം ചാർജുകളുടെ ചലനം അധിക ഇലക്ട്രോണുകളെ പിക്സലുകളിലേക്ക് കൊണ്ടുവരും. ഈ ശബ്ദം പിന്നീട് ഇലക്ട്രോൺ ഗുണന രജിസ്റ്റർ ഉപയോഗിച്ച് ഗുണിക്കുന്നു. ഉയർന്ന ചാർജ് ചലന വേഗത (ക്ലോക്ക് നിരക്കുകൾ) ഉയർന്ന ഫ്രെയിം റേറ്റുകളിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, പക്ഷേ കൂടുതൽ CIC.
● കുറഞ്ഞ ഡൈനാമിക് റേഞ്ച്: EMCCD റീഡ് നോയ്‌സിനെ മറികടക്കാൻ ആവശ്യമായ വളരെ ഉയർന്ന ഇലക്ട്രോൺ ഗുണന മൂല്യങ്ങൾ ഡൈനാമിക് റേഞ്ചിൽ വലിയ കുറവുണ്ടാക്കുന്നു.
● വലിയ പിക്സൽ വലുപ്പം: EMCCD ക്യാമറകളുടെ ഏറ്റവും ചെറിയ സാധാരണ പിക്സൽ വലുപ്പം 10 μm ആണ്, എന്നാൽ ഏറ്റവും സാധാരണമായത് 13 അല്ലെങ്കിൽ 16 μm ആണ്. മിക്ക ഒപ്റ്റിക്കൽ സിസ്റ്റങ്ങളുടെയും റെസല്യൂഷൻ ആവശ്യകതകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടാൻ ഇത് വളരെ വലുതാണ്.
● കാലിബ്രേഷൻ ആവശ്യകതകൾ: ഇലക്ട്രോൺ ഗുണന പ്രക്രിയ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ EM രജിസ്റ്ററിനെ ക്ഷീണിപ്പിക്കുന്നു, 'ഇലക്ട്രോൺ ഗുണന ക്ഷയം' എന്ന പ്രക്രിയയിൽ ഗുണിക്കാനുള്ള അതിന്റെ കഴിവ് കുറയ്ക്കുന്നു. ഇതിനർത്ഥം ക്യാമറയുടെ നേട്ടം നിരന്തരം മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഏതെങ്കിലും ക്വാണ്ടിറ്റേറ്റീവ് ഇമേജിംഗ് നടത്താൻ ക്യാമറയ്ക്ക് പതിവായി കാലിബ്രേഷൻ ആവശ്യമാണ്.
● കുറഞ്ഞ സമയത്തിനുള്ളിൽ പൊരുത്തമില്ലാത്ത എക്സ്പോഷർ: വളരെ കുറഞ്ഞ എക്സ്പോഷർ സമയങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, ദുർബലമായ സിഗ്നൽ ശബ്ദത്താൽ അമിതമായി ബാധിക്കപ്പെടുന്നതിനാൽ EMCCD ക്യാമറകൾ പൊരുത്തമില്ലാത്ത ഫലങ്ങൾ നൽകിയേക്കാം, കൂടാതെ ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ പ്രക്രിയ സ്ഥിതിവിവരക്കണക്കുകളുടെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു.
● കനത്ത തണുപ്പിക്കൽ ആവശ്യകത: ഇലക്ട്രോൺ ഗുണന പ്രക്രിയയെ താപനില ശക്തമായി സ്വാധീനിക്കുന്നു. സെൻസർ തണുപ്പിക്കുന്നത് ലഭ്യമായ ഇലക്ട്രോൺ ഗുണനം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. അതിനാൽ താപനില സ്ഥിരത നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട് ആഴത്തിലുള്ള സെൻസർ തണുപ്പിക്കുന്നത് പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാവുന്ന EMCCD അളവുകൾക്ക് വളരെ പ്രധാനമാണ്.
● ഉയർന്ന ചെലവ്: ഈ മൾട്ടി-കോമ്പോണന്റ് സെൻസറുകളുടെ നിർമ്മാണത്തിലെ ബുദ്ധിമുട്ടും, ഡീപ്പ് കൂളിംഗും കൂടിച്ചേർന്ന്, ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള sCMOS സെൻസർ ക്യാമറകളേക്കാൾ ഉയർന്ന വിലയിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.
● പരിമിതമായ ആയുസ്സ്: ഉപയോഗ നിലവാരത്തെ ആശ്രയിച്ച്, ഇലക്ട്രോൺ ഗുണന ക്ഷയം ഈ വിലയേറിയ സെൻസറുകളുടെ ആയുസ്സ് സാധാരണയായി 5-10 വർഷമായി പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു.
● കയറ്റുമതി വെല്ലുവിളികൾ: സൈനിക പ്രയോഗങ്ങളിൽ EMCCD സെൻസറുകളുടെ സാധ്യതയുള്ള ഉപയോഗം കാരണം അവയുടെ ഇറക്കുമതിയും കയറ്റുമതിയും ലോജിസ്റ്റിക്കായി വെല്ലുവിളി നിറഞ്ഞതാണ്.
എന്തുകൊണ്ടാണ് ഇ.എം.സി.സി.ഡി. സി.സി.ഡി.യുടെ പിൻഗാമിയാകുന്നത്?
| സവിശേഷത | സി.സി.ഡി. | ഇ.എം.സി.സി.ഡി. |
| സംവേദനക്ഷമത | ഉയർന്ന | വളരെ ഉയർന്നത് (പ്രത്യേകിച്ച് കുറഞ്ഞ വെളിച്ചം) |
| റീഡൗട്ട് നോയ്‌സ് | മിതമായ | വളരെ കുറവ് (നേട്ടം കാരണം) |
| ഡൈനാമിക് റേഞ്ച് | ഉയർന്ന | മിതത്വം (നേട്ടത്താൽ പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു) |
| ചെലവ് | താഴെ | ഉയർന്നത് |
| തണുപ്പിക്കൽ | ഓപ്ഷണൽ | ഒപ്റ്റിമൽ പ്രകടനത്തിന് സാധാരണയായി ആവശ്യമാണ് |
| കേസുകൾ ഉപയോഗിക്കുക | പൊതുവായ ഇമേജിംഗ് | കുറഞ്ഞ വെളിച്ചത്തിൽ, സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ കണ്ടെത്തൽ |
പരമ്പരാഗത സി.സി.ഡി. സാങ്കേതികവിദ്യയിലാണ് ഇ.എം.സി.സി.ഡി സെൻസറുകൾ നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഇലക്ട്രോൺ ഗുണന ഘട്ടം ഉൾപ്പെടുത്തിക്കൊണ്ടാണ് ഇത് നിർമ്മിക്കുന്നത്. ദുർബലമായ സിഗ്നലുകൾ വർദ്ധിപ്പിക്കാനും ശബ്ദം കുറയ്ക്കാനുമുള്ള കഴിവ് ഇത് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. സി.സി.ഡി സെൻസറുകൾക്ക് കുറവുണ്ടാകുമ്പോൾ വളരെ കുറഞ്ഞ വെളിച്ചത്തിൽ ഇമേജിംഗ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് ഇ.എം.സി.സി.ഡി.കളെയാണ് ഏറ്റവും ഇഷ്ടപ്പെട്ട ചോയിസാക്കി മാറ്റുന്നത്.
EMCCD സെൻസറുകളുടെ പ്രധാന പ്രയോഗങ്ങൾ
ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമതയും മങ്ങിയ സിഗ്നലുകൾ കണ്ടെത്താനുള്ള കഴിവും ആവശ്യമുള്ള ശാസ്ത്ര, വ്യാവസായിക മേഖലകളിലാണ് EMCCD സെൻസറുകൾ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്നത്:
● ലൈഫ് സയൻസ് ഇമാജിൻg: സിംഗിൾ-മോളിക്യൂൾ ഫ്ലൂറസെൻസ് മൈക്രോസ്കോപ്പി, ടോട്ടൽ ഇന്റേണൽ റിഫ്ലക്ഷൻ ഫ്ലൂറസെൻസ് (TIRF) മൈക്രോസ്കോപ്പി തുടങ്ങിയ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക്.
● ജ്യോതിശാസ്ത്രം: വിദൂര നക്ഷത്രങ്ങൾ, ഗാലക്സികൾ, എക്സോപ്ലാനറ്റ് ഗവേഷണം എന്നിവയിൽ നിന്നുള്ള മങ്ങിയ പ്രകാശം പകർത്താൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
● ക്വാണ്ടം ഒപ്റ്റിക്സ്: ഫോട്ടോൺ എൻടാൻഗിൾമെന്റ്, ക്വാണ്ടം ഇൻഫർമേഷൻ പരീക്ഷണങ്ങൾക്കായി.
● ഫോറൻസിക്സും സുരക്ഷയും: കുറഞ്ഞ വെളിച്ചത്തിൽ നിരീക്ഷണത്തിലും തെളിവ് വിശകലനത്തിലും ജോലി ചെയ്യുന്നു.
● സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി: രാമൻ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പിയിലും കുറഞ്ഞ തീവ്രതയുള്ള ഫ്ലൂറസെൻസ് കണ്ടെത്തലിലും.
എപ്പോഴാണ് നിങ്ങൾ ഒരു EMCCD സെൻസർ തിരഞ്ഞെടുക്കേണ്ടത്?
സമീപ വർഷങ്ങളിൽ CMOS സെൻസറുകളിൽ വരുത്തിയ മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾക്കൊപ്പം, EMCCD സെൻസറുകളുടെ റീഡ് നോയ്‌സ് ഗുണം കുറഞ്ഞു, കാരണം ഇപ്പോൾ sCMOS ക്യാമറകൾക്ക് പോലും സബ്ഇലക്ട്രോൺ റീഡ് നോയ്‌സ് നൽകാൻ കഴിയും, കൂടാതെ മറ്റ് നിരവധി ഗുണങ്ങളുമുണ്ട്. ഒരു ആപ്ലിക്കേഷൻ മുമ്പ് EMCCD-കൾ ഉപയോഗിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ, sCMOS-ലെ വികസനങ്ങൾ കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ ഇത് ഏറ്റവും മികച്ച ചോയ്‌സാണോ എന്ന് അവലോകനം ചെയ്യുന്നത് നന്നായിരിക്കും.
ചരിത്രപരമായി, പീക്കിൽ ഒരു പിക്സലിന് 3-5e-ൽ താഴെയുള്ള സാധാരണ സിഗ്നൽ ലെവലുകൾ ഉള്ള മറ്റ് ചില പ്രത്യേക ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കൊപ്പം, EMCCD-കൾക്ക് ഇപ്പോഴും ഫോട്ടോൺ എണ്ണൽ കൂടുതൽ വിജയകരമായി നടത്താൻ കഴിയും. എന്നിരുന്നാലും, വലിയ പിക്സൽ വലുപ്പങ്ങളും സബ്-ഇലക്ട്രോൺ റീഡ് നോയ്‌സും ലഭ്യമാകുന്നതോടെശാസ്ത്രീയ ക്യാമറകൾsCMOS സാങ്കേതികവിദ്യയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതിനാൽ, ഈ ആപ്ലിക്കേഷനുകളും ഉടൻ തന്നെ ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള sCMOS ഉപയോഗിച്ച് നടപ്പിലാക്കാൻ സാധ്യതയുണ്ട്.
പതിവ് ചോദ്യങ്ങൾ
ഫ്രെയിം ട്രാൻസ്ഫർ ക്യാമറകൾക്കുള്ള ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ എക്സ്പോഷർ സമയം എന്താണ്?
EMCCD-കൾ ഉൾപ്പെടെയുള്ള എല്ലാ ഫ്രെയിം ട്രാൻസ്ഫർ സെൻസറുകൾക്കും, സാധ്യമായ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ എക്സ്പോഷർ സമയം എത്രയാണെന്നത് സങ്കീർണ്ണമായ ഒരു ചോദ്യമാണ്. സിംഗിൾ ഇമേജ് അക്വിസിഷനുകൾക്ക്, റീഡ്ഔട്ടിനായി മാസ്ക് ചെയ്ത മേഖലയിലേക്ക് ഏറ്റെടുത്ത ചാർജുകൾ വളരെ വേഗത്തിൽ ഷഫിൾ ചെയ്തുകൊണ്ട് എക്സ്പോഷർ അവസാനിപ്പിക്കാൻ കഴിയും, കൂടാതെ കുറഞ്ഞ (സബ്-മൈക്രോസെക്കൻഡ്) എക്സ്പോഷർ സമയങ്ങളും സാധ്യമാണ്.
എന്നിരുന്നാലും, ക്യാമറ പൂർണ്ണ വേഗതയിൽ സ്ട്രീം ചെയ്യുമ്പോൾ, അതായത് ഒന്നിലധികം ഫ്രെയിമുകൾ / ഒരു മൂവി പൂർണ്ണ ഫ്രെയിം റേറ്റിൽ നേടുമ്പോൾ, ആദ്യ ചിത്രം എക്സ്പോഷർ ചെയ്യുന്നത് പൂർത്തിയാകുന്നതുവരെ, മാസ്ക് ചെയ്ത പ്രദേശം ആ ഫ്രെയിം കൈവശപ്പെടുത്തിയിരിക്കും. അതിനാൽ എക്സ്പോഷർ അവസാനിപ്പിക്കാൻ കഴിയില്ല. ഇതിനർത്ഥം, സോഫ്റ്റ്‌വെയറിൽ അഭ്യർത്ഥിച്ച എക്സ്പോഷർ സമയം പരിഗണിക്കാതെ തന്നെ, ഒരു ഫുൾ-സ്പീഡ് മൾട്ടി-ഫ്രെയിം അക്വിസിഷന്റെ ആദ്യ ഫ്രെയിമിന് ശേഷമുള്ള തുടർന്നുള്ള ഫ്രെയിമുകളുടെ യഥാർത്ഥ എക്സ്പോഷർ സമയം ക്യാമറയുടെ ഫ്രെയിം സമയം, അതായത് 1 / ഫ്രെയിം റേറ്റ്, നൽകുന്നു എന്നാണ്.
sCMOS സാങ്കേതികവിദ്യ EMCCD സെൻസറുകൾക്ക് പകരമാണോ?
EMCCD ക്യാമറകൾക്ക് രണ്ട് സ്പെസിഫിക്കേഷനുകൾ ഉണ്ടായിരുന്നു, അത് വളരെ കുറഞ്ഞ വെളിച്ചത്തിൽ ഇമേജിംഗ് സാഹചര്യങ്ങളിൽ (5 ഫോട്ടോഇലക്ട്രോണുകളോ അതിൽ കുറവോ പീക്ക് സിഗ്നൽ ലെവലുകളുള്ള) അവയുടെ നേട്ടം നിലനിർത്താൻ സഹായിച്ചു. ഒന്നാമതായി, അവയുടെ വലിയ പിക്സലുകൾ, 16 μm വരെ, രണ്ടാമതായി അവയുടെ <1e-റീഡ് നോയ്‌സ്.
ഒരു പുതിയ തലമുറsCMOS ക്യാമറEMCCD-കളുടെ നിരവധി പോരായ്മകളില്ലാതെ, പ്രത്യേകിച്ച് അധിക ശബ്ദ ഘടകം ഇല്ലാതെ, ഇതേ സവിശേഷതകൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നതായി ഉയർന്നുവന്നിട്ടുണ്ട്. ടക്‌സണിൽ നിന്നുള്ള ഏരീസ് 16 പോലുള്ള ക്യാമറകൾ 0.8e- എന്ന റീഡ് നോയ്‌സുള്ള 16 μm ബാക്ക്-ഇലുമിനേറ്റഡ് പിക്സലുകൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു. കുറഞ്ഞ നോയ്‌സും 'പ്രാദേശികമായി' വലിയ പിക്‌സലുകളും ഉള്ളതിനാൽ, ബിന്നിംഗ്, റീഡ് നോയ്‌സ് എന്നിവ തമ്മിലുള്ള ബന്ധം കാരണം ഈ ക്യാമറകൾ മിക്ക ബിൻ ചെയ്ത sCMOS ക്യാമറകളെയും മറികടക്കുന്നു.
EMCCD യെക്കുറിച്ച് കൂടുതലറിയാൻ, ദയവായി ക്ലിക്ക് ചെയ്യുക:
EMCCD മാറ്റിസ്ഥാപിക്കാൻ കഴിയുമോ, നമുക്ക് എപ്പോഴെങ്കിലും അത് ആവശ്യമുണ്ടോ?
ടക്സെൻ ഫോട്ടോണിക്‌സ് കമ്പനി ലിമിറ്റഡ്. എല്ലാ അവകാശങ്ങളും നിക്ഷിപ്തം. ഉദ്ധരിക്കുമ്പോൾ, ദയവായി ഉറവിടം അറിയിക്കുക:www.ടക്സെൻ.കോം
