۲۵/۰۸/۰۱د الکترون ضرب کوونکي CCD سینسر د CCD سینسر یو ارتقا ده چې د ټیټ رڼا عملیاتو ته اجازه ورکوي. دوی معمولا د څو سوو فوتو الیکترونونو سیګنالونو لپاره دي، د انفرادي فوټون شمیرنې کچې پورې.
دا مقاله تشریح کوي چې د EMCCD سینسرونه څه دي، دوی څنګه کار کوي، د دوی ګټې او زیانونه، او ولې دوی د ټیټ رڼا عکس اخیستنې لپاره د CCD ټیکنالوژۍ راتلونکی ارتقا ګڼل کیږي.
د EMCCD سینسر څه شی دی؟
د الکترون ضرب کوونکي چارج-جوړه وسیله (EMCCD) سینسر د CCD سینسر یو ځانګړی ډول دی چې ضعیف سیګنالونه د لوستلو دمخه پیاوړي کوي، چې په ټیټ رڼا چاپیریال کې خورا لوړ حساسیت ته اجازه ورکوي.
په پیل کې د ستورپوهنې او پرمختللي مایکروسکوپي په څیر غوښتنلیکونو لپاره رامینځته شوي، EMCCDs کولی شي واحد فوټونونه کشف کړي، هغه دنده چې دودیز CCD سینسرونه ورسره مبارزه کوي. د انفرادي فوټونونو کشف کولو دا وړتیا EMCCDs د هغو ساحو لپاره خورا مهم کوي چې د خورا ټیټ رڼا کچې لاندې دقیق عکس اخیستنې ته اړتیا لري.
د EMCCD سینسرونه څنګه کار کوي؟
د لوستلو تر نقطې پورې، د EMCCD سینسرونه د CCD سینسرونو په څیر په ورته اصولو کار کوي. په هرصورت، د ADC سره د اندازه کولو دمخه، کشف شوي چارجونه د 'الیکټرون ضرب راجستر' کې د امپیکشن کولو په نوم پروسې له لارې ضرب کیږي. د څو سوو ګامونو په لړۍ کې، د پکسل څخه چارجونه د لوړ ولټاژ په اوږدو کې د ماسک شوي پکسلونو لړۍ سره لیږدول کیږي. په هر ګام کې هر الکترون د اضافي الکترونونو راوړلو چانس لري. له همدې امله سیګنال په چټکۍ سره ضرب کیږي.
د ښه کیلیبریټ شوي EMCCD وروستۍ پایله د اوسط ضرب دقیق مقدار غوره کولو وړتیا ده، معمولا د ټیټ رڼا کار لپاره شاوخوا 300 څخه تر 400 پورې. دا کشف شوي سیګنالونو ته اجازه ورکوي چې د کیمرې د لوستلو شور څخه ډیر لوړ ضرب شي، په حقیقت کې د کیمرې د لوستلو شور کموي. له بده مرغه، د دې ضرب پروسې سټوکاسټیک طبیعت پدې معنی دی چې هر پکسل د مختلف مقدار سره ضرب کیږي، کوم چې د شور اضافي فکتور معرفي کوي، د EMCCD د سیګنال څخه شور تناسب (SNR) کموي.
دلته د EMCCD سینسرونو د کار کولو څرنګوالی تشریح شوی دی. تر شپږم ګام پورې، پروسه په مؤثره توګه د CCD سینسرونو سره ورته ده.
شکل: د EMCCD سینسر لپاره د لوستلو پروسه
د خپل افشا کیدو په پای کې، د EMCCD سینسرونه لومړی په چټکۍ سره راټول شوي چارجونه د پکسلونو یو ماسک شوي صف ته لیږدوي چې د رڼا حساس صف (د چوکاټ لیږد) په څیر ورته ابعاد لري. بیا، په یو وخت کې یو قطار، چارجونه د لوستلو راجستر ته لیږدول کیږي. په یو وخت کې یو کالم، د لوستلو راجستر کې چارجونه د ضرب راجستر ته لیږدول کیږي. د دې راجستر په هره مرحله کې (په ریښتیني EMCCD کیمرونو کې تر 1000 مرحلو پورې)، هر الیکترون د یو اضافي الیکترون خوشې کولو لپاره یو کوچنی چانس لري، سیګنال په چټکۍ سره ضرب کوي. په پای کې، ضرب شوی سیګنال لوستل کیږي.
1. د چارج تصفیه: د استملاک پیل کولو لپاره، چارج په ورته وخت کې د ټول سینسر (نړیوال شټر) څخه پاکیږي.
2. د چارج جمع کول: چارج د افشا کیدو په وخت کې راټولیږي.
3. د چارج ذخیره: د افشا کیدو وروسته، راټول شوي چارجونه د سینسر یوې پټې شوې سیمې ته لیږدول کیږي، چیرې چې دوی کولی شي د نوي کشف شوي فوټونونو شمیرلو پرته د لوستلو انتظار وکړي. دا د 'چوکاټ لیږد' پروسه ده.
4. د راتلونکي چوکاټ څرګندونه: د کشف شوي چارجونو سره چې په ماسک شوي پکسلونو کې زیرمه شوي، فعال پکسلونه کولی شي د راتلونکي چوکاټ (اوورلیپ حالت) افشا کول پیل کړي.
5. د لوستلو پروسه: په یو وخت کې یو قطار، د بشپړ شوي چوکاټ د هرې قطار لپاره لګښتونه 'لوستلو راجستر' ته لیږدول کیږي.
۶. په یو وخت کې یو ستون، د هر پکسل څخه چارجونه د لوستلو نوډ ته لیږدول کیږي.
7. د الکترون ضرب: بیا، د پکسل څخه ټول الکترون چارجونه د الکترون ضرب راجستر ته ننوځي، او ګام په ګام حرکت کوي، په هر ګام کې په چټکۍ سره ضرب کوي.
8. لوستل: ضرب شوی سیګنال د ADC لخوا لوستل کیږي، او دا پروسه تر هغه وخته پورې تکرار کیږي تر څو چې ټول چوکاټ لوستل شي.
د EMCCD سینسرونو ګټې او زیانونه
د EMCCD سینسرونو ګټې
| ګټه | تفصیل |
| د فوټون شمېرنه | د الټرا ټیټ لوستلو شور (<0.2e⁻) سره انفرادي فوتو الیکټرونونه کشف کوي، چې د واحد فوټون حساسیت فعالوي. |
| د خورا ټیټ رڼا حساسیت | د دودیزو CCDs په پرتله د پام وړ ښه، ځینې وختونه حتی د لوړ پای sCMOS کیمرې څخه په خورا ټیټ رڼا کې تیریږي. |
| ټیټ تیاره جریان | ژوره سړه کول د تودوخې شور کموي، چې د اوږدې مودې لپاره د عکسونو پاکولو ته اجازه ورکوي. |
| 'نیم نړیوال' شټر | د چوکاټ لیږد د چارج د چټک بدلون (~۱ مایکرو ثانیه) سره نږدې نړیوال افشا کیدو ته اجازه ورکوي. |
● د فوټون شمېرنه: د الکترونونو د کافي لوړ ضرب سره، د لوستلو شور په عملي توګه له منځه وړل کیدی شي (<0.2e-). دا، د لوړ ګټې ارزښت او نږدې بشپړ کوانټم موثریت سره یوځای، پدې معنی ده چې د انفرادي فوتو الیکترونونو توپیر ممکن دی.
● د رڼا ډېر کم حساسیت: د CCDs په پرتله، د EMCCDs ټیټ رڼا فعالیت خورا ښه دی. ممکن ځینې غوښتنلیکونه وي چیرې چې EMCCD د لوړ پای sCMOS په پرتله د ټیټې ممکنه رڼا کچې کې د کشف کولو غوره وړتیا او برعکس چمتو کوي.
● ټیټ تیاره جریان: لکه د CCDs په څیر، EMCCDs معمولا ژور یخ وي او د تیاره جریان خورا ټیټ ارزښتونه وړاندې کولو توان لري.
● 'نیم ګلوبل' شټر: د فریم لیږد پروسه د پیل او پای افشا کولو لپاره په ریښتیا سره یوځای نه ده، مګر معمولا د 1 مایکرو ثانیې په ترتیب سره ترسره کیږي.
د EMCCD سینسرونو زیانونه
| زیان | تفصیل |
| محدود سرعت | د چوکاټ اعظمي نرخونه (~30 fps په 1 MP کې) د عصري CMOS بدیلونو په پرتله خورا ورو دي. |
| د لوړولو شور | د الکترون ضرب تصادفي طبیعت ډیر شور معرفي کوي، چې SNR کموي. |
| د ساعت له لارې چارج (CIC) | د چارج چټک حرکت کولی شي غلط سیګنالونه معرفي کړي چې پراخیږي. |
| کم شوی متحرک حد | لوړ ګټه هغه اعظمي سیګنال کموي چې سینسر یې د سیچوریشن دمخه اداره کولی شي. |
| د پکسل لویه اندازه | د عام پکسل اندازې (۱۳-۱۶ μm) ممکن د ډیرو نظري سیسټم اړتیاو سره سمون ونلري. |
| د سړېدو درنه اړتیا | د دوامداره ضرب او ټیټ شور ترلاسه کولو لپاره باثباته ژور یخولو ته اړتیا ده. |
| د کیلیبریشن اړتیاوې | د EM لاسته راوړنه د وخت په تیریدو سره کمیږي (ضرب تخریب)، چې منظم کیلیبریشن ته اړتیا لري. |
| د لنډ مهاله څرګندیدو بې ثباتي | ډېر لنډ تماسونه کولی شي د غیر متوقع سیګنال پراخوالي او شور لامل شي. |
| لوړ لګښت | پیچلي تولید او ژور یخ کول دا سینسرونه د sCMOS په پرتله ډیر ګران کوي. |
| محدود عمر | د الکترون ضرب ثبت له منځه ځي، معمولا د 5-10 کلونو لپاره دوام کوي. |
| د صادراتو ننګونې | د احتمالي پوځي غوښتنلیکونو له امله د سختو مقرراتو تابع دي. |
● محدود سرعت: ګړندي EMCCDs په 1 MP کې شاوخوا 30 fps وړاندې کوي، د CCDs په څیر، د CMOS کیمرې په پرتله د شدت له پلوه ورو.
● د شور پیژندنه: د 'اضافي شور فکتور' چې د تصادفي الکترون ضرب له امله رامینځته کیږي، د ورته کوانټم موثریت سره د ټیټ شور sCMOS کیمرې په پرتله، کولی شي EMCCDs ته د سیګنال کچې پورې اړه لري خورا لوړ شور ورکړي. د لوړ پای sCMOS لپاره SNR معمولا د شاوخوا 3e- سیګنالونو لپاره غوره دی، حتی د لوړ سیګنالونو لپاره ډیر.
● د ساعت په واسطه چارج شوی (CIC): که چیرې په احتیاط سره کنټرول نشي، د سینسر په اوږدو کې د چارجونو حرکت کولی شي اضافي الکترونونه په پکسلونو کې معرفي کړي. دا شور بیا د الکترون ضرب راجستر لخوا ضرب کیږي. د چارج لوړ حرکت سرعت (د ساعت نرخونه) د لوړ چوکاټ نرخونو لامل کیږي، مګر ډیر CIC.
● کم شوی متحرک حد: د EMCCD لوستلو شور د له منځه وړلو لپاره اړین د الکترون ضرب خورا لوړ ارزښتونه د خورا کم متحرک حد لامل کیږي.
● د لوی پکسل اندازه: د EMCCD کیمرې لپاره تر ټولو کوچنی عام پکسل اندازه 10 μm ده، مګر 13 یا 16 μm خورا عام دی. دا د ډیری آپټیکل سیسټمونو د ریزولوشن اړتیاو سره سمون لپاره خورا لوی دی.
● د کیلیبریشن اړتیاوې: د الکترون ضرب کولو پروسه د کارولو سره د EM راجستر له منځه وړي، چې د 'الیکترون ضرب کولو تخریب' په نوم پروسې کې د ضرب کولو وړتیا کموي. دا پدې مانا ده چې د کیمرې ګټه په دوامداره توګه بدلیږي، او کیمره د هر ډول کمیتي عکس اخیستنې ترسره کولو لپاره منظم کیلیبریشن ته اړتیا لري.
● په لنډ وخت کې بې ثباته څرګندونه: کله چې د ډېر لنډ تماس وختونو څخه کار اخلئ، د EMCCD کیمرې ممکن متضاد پایلې تولید کړي ځکه چې ضعیف سیګنال د شور له امله ډوب کیږي، او د امپلیفیکیشن پروسه احصایوي بدلونونه معرفي کوي.
● د سړېدو سخته اړتیا: د الکترون ضرب کولو پروسه په کلکه د تودوخې لخوا اغیزمنه کیږي. د سینسر یخ کول د شته الکترون ضرب زیاتوي. له همدې امله د سینسر ژور یخ کول پداسې حال کې چې د تودوخې ثبات ساتل کیږي د بیا تولید وړ EMCCD اندازه کولو لپاره خورا مهم دي.
● لوړ لګښت: د دې څو برخو سینسرونو د جوړولو ستونزه، د ژور یخولو سره یوځای، د لوړ کیفیت sCMOS سینسر کیمرونو په پرتله د نرخونو لوړوالي لامل کیږي.
● محدود عمر: د الکترون ضرب کولو تخریب د دې ګران سینسرونو د ژوند موده معمولا د 5-10 کلونو لپاره محدودوي، چې د کارونې کچې پورې اړه لري.
● د صادراتو ننګونې: د EMCCD سینسرونو واردات او صادرات په نظامي غوښتنلیکونو کې د دوی احتمالي کارونې له امله له لوژستیکي پلوه ننګونکي دي.
ولې EMCCD د CCD ځای ناستی دی؟
| ځانګړتیا | سي سي ډي | د EMCCD |
| حساسیت | لوړ | ډېر لوړ (په ځانګړي ډول ټیټ رڼا) |
| د لوستلو شور | منځلاری | ډېر ټیټ (د ګټې له امله) |
| متحرک حد | لوړ | منځنی (د ګټې له مخې محدود) |
| لګښت | ښکته | لوړ |
| یخ کول | اختیاري | معمولا د غوره فعالیت لپاره اړین دی |
| د کارولو قضیې | عمومي انځورګري | په ټیټ رڼا کې، واحد فوټون کشف |
د EMCCD سینسرونه د الکترون ضرب کولو مرحلې په شاملولو سره د دودیز CCD ټیکنالوژۍ پر بنسټ جوړیږي. دا د ضعیف سیګنالونو د لوړولو او شور کمولو وړتیا لوړوي، EMCCDs د خورا ټیټ رڼا امیجنگ غوښتنلیکونو لپاره غوره انتخاب ګرځوي چیرې چې CCD سینسرونه کم وي.
د EMCCD سینسرونو کلیدي غوښتنلیکونه
د EMCCD سینسرونه عموما په ساینسي او صنعتي برخو کې کارول کیږي چې لوړ حساسیت او د ضعیف سیګنالونو کشف کولو وړتیا ته اړتیا لري:
● د ژوند ساینس تصورg: د واحد مالیکول فلوروسینس مایکروسکوپي او د ټول داخلي انعکاس فلوروسینس (TIRF) مایکروسکوپي په څیر غوښتنلیکونو لپاره.
● ستورپوهنه: د لرې ستورو، کهکشانونو، او د سیارو څخه د رڼا د کموالي د نیولو لپاره کارول کیږي.
● کوانټم آپټیکس: د فوټون انټګلمینټ او کوانټم معلوماتو تجربو لپاره.
● عدلي طب او امنیت: د ټیټ رڼا څارنې او د شواهدو تحلیل کې کار کول.
● سپیکٹروسکوپي: په رامان سپیکٹروسکوپي او د ټیټ شدت فلوروسینس کشف کې.
کله باید د EMCCD سینسر غوره کړئ؟
په وروستیو کلونو کې د CMOS سینسرونو کې د پرمختګونو سره، د EMCCD سینسرونو د لوستلو شور ګټه کمه شوې ده ځکه چې اوس حتی د sCMOS کیمرې د نورو ګټو د یوې لویې لړۍ سره سره د فرعي الیکټرون لوستلو شور وړتیا لري. که چیرې یو غوښتنلیک مخکې له EMCCDs څخه کار اخیستی وي، نو دا د بیاکتنې ارزښت لري چې ایا دا په sCMOS کې پرمختګونو ته په پام سره غوره انتخاب دی.
په تاریخي توګه، EMCCDs لاهم کولی شي د فوټون شمیرنه په ډیر بریالیتوب سره ترسره کړي، د یو څو نورو ځانګړو غوښتنلیکونو سره چې د سیګنال کچه یې د 3-5e- څخه کمه وه په هر پکسل کې. که څه هم، د لوی پکسل اندازو او فرعي الیکترون لوستلو شور سره په کې شتون لريساینسي کیمرېد sCMOS ټیکنالوژۍ پر بنسټ، دا ممکنه ده چې دا غوښتنلیکونه هم ډیر ژر د لوړ پای sCMOS سره ترسره شي.
پوښتنې او ځوابونه
د فریم لیږد کیمرې لپاره لږترلږه د افشا کیدو وخت څومره دی؟
د ټولو چوکاټ لیږد سینسرونو لپاره، په شمول د EMCCDs، د لږترلږه ممکنه افشا کولو وخت پوښتنه یوه پیچلې ده. د واحد عکس اخیستلو لپاره، افشا کول د ترلاسه شوي چارجونو په ماسک شوي سیمې کې د لوستلو لپاره په چټکۍ سره بدلولو سره پای ته رسیدلی شي، او لنډ (فرعي مایکرو ثانیه) لږترلږه افشا کولو وختونه ممکن دي.
په هرصورت، هرڅومره ژر چې کیمره په بشپړ سرعت سره جریان ولري، یعنی د ډیری چوکاټونو / فلم په بشپړ فریم نرخ کې ترلاسه کول، هرڅومره ژر چې لومړی عکس افشا کول پای ته ورسوي، ماسک شوی سیمه د هغه چوکاټ لخوا نیول کیږي تر هغه چې لوستل بشپړ شي. له همدې امله افشا کول پای ته نشي رسیدلی. دا پدې مانا ده چې، په سافټویر کې د غوښتل شوي افشا کولو وخت پرته، د بشپړ سرعت ملټي فریم استملاک لومړي وروسته د راتلونکو چوکاټونو اصلي افشا کولو وخت د کیمرې د فریم وخت، یعنی 1 / فریم نرخ، لخوا ورکول کیږي.
ایا د sCMOS ټیکنالوژي د EMCCD سینسرونو ځای نیسي؟
د EMCCD کیمرې دوه ځانګړتیاوې درلودې چې د خورا ټیټ رڼا عکس اخیستنې سناریوګانو کې د دوی ګټه ساتلو کې مرسته وکړه (د 5 فوتو الیکټرونونو یا لږ لوړ سیګنال کچې سره). لومړی، د دوی لوی پکسلونه، تر 16 μm پورې، او دوهم د دوی <1e- لوستلو شور.
د نوي نسلد sCMOS کیمرهداسې راڅرګند شوی چې د EMCCDs ډیری نیمګړتیاو پرته، ورته ځانګړتیاوې وړاندې کوي، په ځانګړې توګه د اضافي شور فکتور. د Tucsen څخه Aries 16 په څیر کیمرې د 0.8e- لوستلو شور سره 16 μm شاته روښانه شوي پکسلونه وړاندې کوي. د ټیټ شور او 'اصلي' لوی پکسلونو سره، دا کیمرې د ډیری بن شوي sCMOS کیمرونو څخه هم غوره فعالیت کوي، د بین کولو او لوستلو شور ترمنځ اړیکې له امله.
که تاسو غواړئ د EMCCD په اړه نور معلومات ترلاسه کړئ، مهرباني وکړئ کلیک وکړئ:
ایا EMCCD بدلیدلی شي او ایا موږ به کله هم دا وغواړو؟
د ټوسن فوټونیکس شرکت، لمیټډ ټول حقونه خوندي دي. د حوالې ورکولو پرمهال، مهرباني وکړئ سرچینه ومنئ:www.tucsen.com
