25/08/01اليڪٽران-ملٽيپلائينگ سي سي ڊي سينسر سي سي ڊي سينسر جو هڪ ارتقا آهي جيڪو گهٽ روشني جي آپريشن جي اجازت ڏئي ٿو. اهي عام طور تي ڪجهه سو فوٽو اليڪٽران جي سگنلن لاءِ ٺاهيا ويا آهن، انفرادي فوٽون-ڳڻپ جي سطح تائين.
هي مضمون وضاحت ڪري ٿو ته EMCCD سينسر ڇا آهن، اهي ڪيئن ڪم ڪن ٿا، انهن جا فائدا ۽ نقصان، ۽ انهن کي گهٽ روشني واري تصوير لاءِ CCD ٽيڪنالاجي جو ايندڙ ارتقا ڇو سمجهيو وڃي ٿو.
اي ايم سي سي ڊي سينسر ڇا آهي؟
اليڪٽران-ملٽيپلائينگ چارج-ڪپلڊ ڊيوائس (EMCCD) سينسر هڪ خاص قسم جو سي سي ڊي سينسر آهي جيڪو ڪمزور سگنلن کي پڙهڻ کان اڳ وڌائيندو آهي، گهٽ روشني واري ماحول ۾ انتهائي تيز حساسيت جي اجازت ڏيندو آهي.
شروعاتي طور تي فلڪيات ۽ ترقي يافته مائڪروسڪوپي جهڙين ايپليڪيشنن لاءِ تيار ڪيل، EMCCDs سنگل فوٽون کي ڳولي سگهن ٿا، هڪ اهڙو ڪم جنهن سان روايتي سي سي ڊي سينسر جدوجهد ڪن ٿا. انفرادي فوٽون کي ڳولڻ جي هي صلاحيت EMCCDs کي انهن شعبن لاءِ اهم بڻائي ٿي جن کي تمام گهٽ روشني جي سطحن ۾ صحيح تصويرن جي ضرورت هوندي آهي.
اي ايم سي سي ڊي سينسر ڪيئن ڪم ڪندا آهن؟
پڙهڻ جي نقطي تائين، EMCCD سينسر سي سي ڊي سينسر جي اصولن تي ڪم ڪن ٿا. جڏهن ته، ADC سان ماپڻ کان اڳ، معلوم ٿيل چارجز کي 'اليڪٽران ضرب رجسٽر' ۾، امپيڪٽونائيزيشن نالي هڪ عمل ذريعي ضرب ڪيو ويندو آهي. ڪيترن ئي سو قدمن جي هڪ سيريز کان وڌيڪ، هڪ پکسل مان چارجز کي هاءِ وولٽيج تي نقاب ٿيل پکسلز جي هڪ سيريز سان منتقل ڪيو ويندو آهي. هر قدم تي هر اليڪٽران کي اضافي اليڪٽران گڏ آڻڻ جو موقعو هوندو آهي. تنهن ڪري سگنل کي تيزيءَ سان ضرب ڪيو ويندو آهي.
هڪ چڱيءَ طرح ڪيليبريٽر ٿيل EMCCD جو آخري نتيجو سراسري ضرب جي صحيح مقدار چونڊڻ جي صلاحيت آهي، عام طور تي گهٽ روشني واري ڪم لاءِ 300 کان 400 جي لڳ ڀڳ. هي معلوم ڪيل سگنلن کي ڪئميرا جي پڙهڻ واري شور کان گهڻو وڌيڪ ضرب ڪرڻ جي قابل بڻائي ٿو، اثر ۾ ڪئميرا جي پڙهڻ واري شور کي گهٽائي ٿو. بدقسمتي سان، هن ضرب جي عمل جي اسٽوچسٽڪ نوعيت جو مطلب آهي ته هر پکسل کي هڪ مختلف مقدار سان ضرب ڪيو ويندو آهي، جيڪو هڪ اضافي شور عنصر متعارف ڪرائيندو آهي، EMCCD جي سگنل-کان-شور تناسب (SNR) کي گهٽائيندو آهي.
هتي EMCCD سينسر ڪيئن ڪم ڪن ٿا ان جو هڪ تفصيل آهي. قدم 6 تائين، عمل مؤثر طور تي CCD سينسرز وانگر آهي.
شڪل: EMCCD سينسر لاءِ پڙهڻ جو عمل
پنهنجي نمائش جي آخر ۾، EMCCD سينسر پهريان جلدي گڏ ڪيل چارجز کي پکسلز جي هڪ نقاب ٿيل صف ۾ منتقل ڪن ٿا جيڪي روشني حساس صف (فريم ٽرانسفر) جي ساڳي طول و عرض ۾ آهن. پوءِ، هڪ وقت ۾ هڪ قطار، چارجز کي ريڊ آئوٽ رجسٽر ۾ منتقل ڪيو ويندو آهي. هڪ وقت ۾ هڪ ڪالم، ريڊ آئوٽ رجسٽر اندر چارجز کي ضرب رجسٽر ڏانهن منتقل ڪيو ويندو آهي. هن رجسٽر جي هر مرحلي تي (حقيقي EMCCD ڪيمرائن ۾ 1000 مرحلن تائين)، هر اليڪٽران وٽ هڪ ننڍڙو موقعو هوندو آهي ته هو هڪ اضافي اليڪٽران کي جاري ڪري، سگنل کي تيزيءَ سان ضرب ڪري. آخر ۾، ضرب ٿيل سگنل کي پڙهيو ويندو آهي.
1. چارج ڪليئرنگ: حاصل ڪرڻ شروع ڪرڻ لاءِ، چارج کي هڪ ئي وقت سڄي سينسر (گلوبل شٽر) مان صاف ڪيو ويندو آهي.
2. چارج جمع ڪرڻ: نمائش دوران چارج جمع ٿئي ٿو.
3. چارج اسٽوريج: نمائش کان پوءِ، گڏ ڪيل چارجز سينسر جي هڪ نقاب واري علائقي ڏانهن منتقل ڪيا ويندا آهن، جتي اهي نوان فوٽون دريافت ٿيل فوٽون جي ڳڻپ کان سواءِ پڙهڻ جو انتظار ڪري سگهن ٿا. هي 'فريم ٽرانسفر' عمل آهي.
4. ايندڙ فريم جي نمائش: ماسڪ ٿيل پڪسلز ۾ محفوظ ٿيل معلوم ٿيل چارجز سان، فعال پڪسلز ايندڙ فريم (اوورليپ موڊ) جي نمائش شروع ڪري سگهن ٿا.
5. پڙهڻ جو عمل: هڪ وقت ۾ هڪ قطار، مڪمل ٿيل فريم جي هر قطار لاءِ چارجز 'ريڊ آئوٽ رجسٽر' ۾ منتقل ڪيا ويندا آهن.
6. هڪ وقت ۾ هڪ ڪالم، هر پڪسل مان چارجز ريڊ آئوٽ نوڊ ۾ بند ڪيا ويندا آهن.
7. اليڪٽران ضرب: اڳيون، پڪسل مان سڀئي اليڪٽران چارج اليڪٽران ضرب رجسٽر ۾ داخل ٿين ٿا، ۽ قدم بہ قدم اڳتي وڌن ٿا، هر قدم تي تعداد ۾ تيزيءَ سان ضرب ڪن ٿا.
8. پڙهڻ: ضرب ٿيل سگنل ADC پاران پڙهيو ويندو آهي، ۽ اهو عمل بار بار ڪيو ويندو آهي جيستائين سڄو فريم پڙهيو نه وڃي.
اي ايم سي سي ڊي سينسر جا فائدا ۽ نقصان
اي ايم سي سي ڊي سينسر جا فائدا
| فائدو | وضاحت |
| فوٽون جي ڳڻپ | الٽرا-لو ريڊ شور (<0.2e⁻) سان انفرادي فوٽو اليڪٽران کي ڳولي ٿو، سنگل-فوٽون حساسيت کي فعال ڪري ٿو. |
| الٽرا-لو-روشني حساسيت | روايتي سي سي ڊيز کان خاص طور تي بهتر، ڪڏهن ڪڏهن تمام گهٽ روشني جي سطح تي اعليٰ درجي جي ايس سي ايم او ايس ڪيمرائن کان به وڌيڪ. |
| گهٽ ڪارو وهڪرو | ڊيپ کولنگ ٿرمل شور کي گھٽائي ٿي، جنهن جي ڪري ڊگھي نمائش دوران صاف تصويرون نڪرن ٿيون. |
| 'هاف گلوبل' شٽر | فريم ٽرانسفر تمام تيز چارج شفٽنگ (~1 مائڪرو سيڪنڊ) سان ويجهو عالمي نمائش جي اجازت ڏئي ٿو. |
● ڦوٽان جي ڳڻپ: ڪافي وڏي اليڪٽران ضرب سان، پڙهڻ واري شور کي عملي طور تي ختم ڪري سگهجي ٿو (<0.2e-). اهو، اعلي حاصل قدر ۽ تقريبن مڪمل ڪوانٽم ڪارڪردگي سان گڏ، مطلب ته انفرادي فوٽو اليڪٽران کي فرق ڪرڻ ممڪن آهي.
● الٽرا گهٽ روشني جي حساسيت: سي سي ڊي جي مقابلي ۾، اي ايم سي سي ڊي جي گهٽ روشني واري ڪارڪردگي انتهائي بهتر آهي. ڪجهه ايپليڪيشنون ٿي سگهن ٿيون جتي اي ايم سي سي ڊي گهٽ ۾ گهٽ ممڪن روشني جي سطحن تي هاءِ اينڊ ايس سي ايم او ايس کان به بهتر ڳولا جي صلاحيت ۽ برعڪس فراهم ڪري ٿي.
● گهٽ ڪارو وهڪرو: جيئن سي سي ڊيز سان، اي ايم سي سي ڊيز عام طور تي ڊيپ ٿڌا هوندا آهن ۽ تمام گهٽ ڊارڪ ڪرنٽ ويليوز پهچائڻ جي قابل هوندا آهن.
● 'هاف گلوبل' شٽر: نمائش جي شروعات ۽ آخر تائين فريم جي منتقلي جو عمل واقعي هڪ ئي وقت نه آهي، پر عام طور تي 1 مائڪرو سيڪنڊ جي ترتيب تي وٺندو آهي.
اي ايم سي سي ڊي سينسر جا نقصان
| نقصان | وضاحت |
| محدود رفتار | وڌ ۾ وڌ فريم ريٽ (1 MP تي ~30 fps) جديد CMOS متبادلن جي ڀيٽ ۾ تمام سست آهن. |
| ايمپليفڪيشن شور | اليڪٽران جي ضرب جي بي ترتيب نوعيت وڌيڪ شور متعارف ڪرائي ٿي، SNR کي گهٽائي ٿي. |
| ڪلاڪ-انڊيوسڊ چارج (سي آءِ سي) | تيز چارج حرڪت غلط سگنل متعارف ڪرائي سگهي ٿي جيڪي وڌي ويندا آهن. |
| گھٽ ٿيل متحرڪ حد | وڌيڪ حاصل ڪرڻ سان سينسر جي سير ٿيڻ کان اڳ وڌ ۾ وڌ سگنل گهٽجي ويندو آهي. |
| وڏو پکسل سائيز | عام پڪسل سائيز (13-16 μm) شايد ڪيترين ئي آپٽيڪل سسٽم گهرجن سان مطابقت نه رکن. |
| ڳري ٿڌي گهرج | مسلسل ضرب ۽ گهٽ شور حاصل ڪرڻ لاءِ مستحڪم ڊيپ کولنگ جي ضرورت آهي. |
| ڪيليبريشن جي ضرورت | وقت سان گڏ EM حاصل گهٽجي ويندو آهي (ضرب جي خرابي)، جنهن کي باقاعده ڪيليبريشن جي ضرورت هوندي آهي. |
| مختصر نمائش جي عدم استحڪام | تمام مختصر نمائش غير متوقع سگنل جي واڌ ۽ شور جو سبب بڻجي سگهي ٿي. |
| وڏي قيمت | پيچيده پيداوار ۽ ڊيپ کولنگ انهن سينسرز کي sCMOS کان وڌيڪ مهانگو بڻائي ٿي. |
| محدود عمر | اليڪٽران ضرب رجسٽر ختم ٿي ويندو آهي، عام طور تي 5-10 سالن تائين. |
| برآمد چئلينجز | ممڪن فوجي ايپليڪيشنن جي ڪري سخت ضابطن جي تابع. |
● محدود رفتار: تيز EMCCDs 1 MP تي تقريباً 30 fps فراهم ڪن ٿا، CCDs وانگر، CMOS ڪيمرائن جي ڀيٽ ۾ شدت جي لحاظ کان سست.
● شور جو تعارف: ساڳئي ڪوانٽم ڪارڪردگي سان گهٽ شور واري sCMOS ڪئميرا جي مقابلي ۾، بي ترتيب اليڪٽران ضرب جي ڪري پيدا ٿيندڙ 'اضافي شور جو عنصر'، سگنل جي سطحن جي لحاظ کان EMCCDs کي انتهائي وڌيڪ شور ڏئي سگهي ٿو. اعليٰ آخر واري sCMOS لاءِ SNR عام طور تي 3e- جي سگنلن لاءِ بهتر آهي، اڃا به وڌيڪ اعليٰ سگنلن لاءِ.
● ڪلاڪ-انڊيوسڊ چارج (سي آءِ سي): جيستائين احتياط سان ڪنٽرول نه ڪيو وڃي، سينسر تي چارجز جي حرڪت اضافي اليڪٽران کي پکسلز ۾ داخل ڪري سگهي ٿي. پوءِ هي شور اليڪٽران ضرب رجسٽر سان ضرب ڪيو ويندو آهي. وڌيڪ چارج حرڪت جي رفتار (ڪلاڪ ريٽ) وڌيڪ فريم ريٽس ڏانهن وٺي ويندي آهي، پر وڌيڪ CIC.
● گھٽ ٿيل متحرڪ رينج: EMCCD ريڊ شور تي قابو پائڻ لاءِ گهربل تمام گهڻي اليڪٽران ضرب قدرون تمام گهٽ متحرڪ رينج ڏانهن وٺي وڃن ٿيون.
● وڏو پکسل سائيز: EMCCD ڪئميرا لاءِ سڀ کان ننڍو عام پکسل سائيز 10 μm آهي، پر 13 يا 16 μm سڀ کان وڌيڪ عام آهي. اهو گھڻن آپٽيڪل سسٽم جي ريزوليوشن گهرجن کي پورو ڪرڻ لاءِ تمام وڏو آهي.
● ڪيليبريشن جون گهرجون: اليڪٽران ضرب عمل استعمال سان EM رجسٽر کي ختم ڪري ٿو، ان جي ضرب ڪرڻ جي صلاحيت کي گهٽائي ٿو هڪ عمل ۾ جنهن کي 'اليڪٽران ضرب خرابي' سڏيو ويندو آهي. ان جو مطلب آهي ته ڪئميرا جو فائدو مسلسل تبديل ٿي رهيو آهي، ۽ ڪئميرا کي ڪنهن به مقداري تصوير کي انجام ڏيڻ لاءِ باقاعده ڪيليبريشن جي ضرورت آهي.
● مختصر وقت ۾ غير مستقل نمائش: جڏهن تمام گهٽ نمائش وقت استعمال ڪيو ويندو آهي، ته EMCCD ڪئميرا متضاد نتيجا پيدا ڪري سگهن ٿا ڇاڪاڻ ته ڪمزور سگنل شور سان ڀريل هوندو آهي، ۽ ايمپليفڪيشن عمل شمارياتي اتار چڙهاؤ متعارف ڪرائيندو آهي.
● ڳري ٿڌي جي گهرج: اليڪٽران جي ضرب جو عمل گرمي پد کان سخت متاثر ٿئي ٿو. سينسر کي ٿڌو ڪرڻ سان موجود اليڪٽران جي ضرب ۾ اضافو ٿئي ٿو. تنهن ڪري، گرمي پد جي استحڪام کي برقرار رکندي، سينسر جي ڊيپ کولنگ ٻيهر پيدا ٿيندڙ EMCCD ماپن لاءِ اهم آهي.
● وڏي قيمت: انهن ملٽي ڪمپونينٽ سينسرز جي تياري جي ڏکيائي، ڊيپ کولنگ سان گڏ، قيمتون عام طور تي اعليٰ معيار جي sCMOS سينسر ڪيمرائن کان وڌيڪ هونديون آهن.
● محدود عمر: اليڪٽران جي ضرب جي خرابي انهن مهانگي سينسر جي زندگي کي عام طور تي 5-10 سالن جي حد تائين محدود ڪري ٿي، استعمال جي سطح تي منحصر آهي.
● برآمد چئلينجز: EMCCD سينسرز جي درآمد ۽ برآمد فوجي ايپليڪيشنن ۾ انهن جي امڪاني استعمال جي ڪري لاجسٽڪ طور تي چئلينجنگ هوندي آهي.
ڇو EMCCD CCD جو جانشين آهي؟
| خاصيت | سي سي ڊي | اي ايم سي سي ڊي |
| حساسيت | هاءِ | الٽرا هاءِ (خاص طور تي گهٽ روشني) |
| پڙهڻ جو شور | وچولي | انتهائي گهٽ (فائدي جي ڪري) |
| متحرڪ حد | هاءِ | وچولي (حاصل ڪرڻ سان محدود) |
| قيمت | هيٺيون | اعليٰ |
| ٿڌي ڪرڻ | اختياري | عام طور تي بهترين ڪارڪردگي لاءِ گهربل آهي |
| استعمال جا ڪيس | عام تصوير | گهٽ روشني، سنگل فوٽون جي ڳولا |
اي ايم سي سي ڊي سينسر روايتي سي سي ڊي ٽيڪنالاجي تي اليڪٽران ضرب قدم کي شامل ڪندي ٺاهيندا آهن. هي ڪمزور سگنلن کي وڌائڻ ۽ شور کي گهٽائڻ جي صلاحيت کي وڌائيندو آهي، اي ايم سي سي ڊي کي انتهائي گهٽ روشني واري تصويري ايپليڪيشنن لاءِ ترجيحي پسند بڻائيندو آهي جتي سي سي ڊي سينسر گهٽ هوندا آهن.
EMCCD سينسر جا اهم ايپليڪيشن
EMCCD سينسر عام طور تي سائنسي ۽ صنعتي شعبن ۾ استعمال ٿيندا آهن جن کي اعليٰ حساسيت ۽ ڪمزور سگنلن کي ڳولڻ جي صلاحيت جي ضرورت هوندي آهي:
● حياتياتي سائنس جو تصورg: سنگل ماليڪيول فلوروسينس مائڪروسڪوپي ۽ ڪل اندروني عڪاسي فلوروسينس (TIRF) مائڪروسڪوپي جهڙن ايپليڪيشنن لاءِ.
● فلڪيات: ڏورانهن تارن، ڪهڪشائن، ۽ ايڪسوپلينيٽ جي تحقيق مان هلڪي روشني کي پڪڙڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي.
● ڪوانٽم آپٽڪس: فوٽون جي انٽينگلمينٽ ۽ ڪوانٽم انفارميشن تجربن لاءِ.
● فارنسڪ ۽ سيڪيورٽي: گهٽ روشني ۾ نگراني ۽ ثبوتن جي تجزيي ۾ ملازم.
● اسپيڪٽرو اسڪوپي: رامن اسپيڪٽرو اسڪوپي ۽ گهٽ شدت واري فلوروسينس جي ڳولا ۾.
توهان کي اي ايم سي سي ڊي سينسر ڪڏهن چونڊڻ گهرجي؟
تازن سالن ۾ CMOS سينسرز ۾ بهتري سان، EMCCD سينسرز جو ريڊ شور فائدو گهٽجي ويو آهي ڇاڪاڻ ته هاڻي sCMOS ڪئميرا به ذيلي اليڪٽران ريڊ شور جي قابل آهن، ٻين فائدن جي هڪ وڏي حد سان گڏ. جيڪڏهن هڪ ايپليڪيشن اڳ ۾ EMCCDs استعمال ڪري چڪي آهي، ته اهو جائزو وٺڻ جي قابل آهي ته ڇا اهو sCMOS ۾ ترقي جي ڪري بهترين انتخاب آهي.
تاريخي طور تي، EMCCDs اڃا تائين فوٽون جي ڳڻپ کي وڌيڪ ڪاميابي سان انجام ڏئي سگھن ٿا، ڪجھ ٻين مخصوص ايپليڪيشنن سان گڏ عام سگنل جي سطح 3-5e- في پڪسل کان گهٽ چوٽي تي. جيتوڻيڪ، وڏي پڪسل سائيز ۽ ذيلي اليڪٽران پڙهڻ واري شور سان دستياب ٿيڻ سانسائنسي ڪيمراsCMOS ٽيڪنالاجي جي بنياد تي، اهو ممڪن آهي ته اهي ايپليڪيشنون پڻ جلد ئي اعليٰ درجي جي sCMOS سان انجام ڏنيون وڃن.
اڪثر پڇيا ويا سوال
فريم ٽرانسفر ڪيمرائن لاءِ گهٽ ۾ گهٽ نمائش جو وقت ڇا آهي؟
سڀني فريم ٽرانسفر سينسرز لاءِ، بشمول EMCCDs، گهٽ ۾ گهٽ ممڪن نمائش وقت جو سوال هڪ پيچيده آهي. سنگل تصوير جي حصول لاءِ، نمائش کي تمام تيزي سان پڙهڻ لاءِ ماسڪ ٿيل علائقي ۾ حاصل ڪيل چارجز کي شفل ڪندي ختم ڪري سگهجي ٿو، ۽ مختصر (ذيلي مائڪرو سيڪنڊ) گهٽ ۾ گهٽ نمائش وقت ممڪن آهن.
جڏهن ته، جيئن ئي ڪئميرا مڪمل رفتار سان اسٽريمنگ ڪري رهيو آهي، يعني مڪمل فريم ريٽ تي ڪيترائي فريم / فلم حاصل ڪرڻ، جيئن ئي پهرين تصوير نمائش ختم ڪري ٿي، ماسڪ ٿيل علائقو ان فريم تي قبضو ڪري ٿو جيستائين ريڊ آئوٽ مڪمل نه ٿئي. تنهن ڪري نمائش ختم نه ٿي سگهي. ان جو مطلب اهو آهي ته، سافٽ ويئر ۾ درخواست ڪيل نمائش جي وقت کان سواءِ، مڪمل رفتار ملٽي فريم حاصل ڪرڻ جي پهرين کان پوءِ ايندڙ فريم جو حقيقي نمائش وقت ڪئميرا جي فريم ٽائيم، يعني 1 / فريم ريٽ، ذريعي ڏنو ويندو آهي.
ڇا sCMOS ٽيڪنالاجي EMCCD سينسرز کي تبديل ڪري رهي آهي؟
اي ايم سي سي ڊي ڪيمرائن ۾ ٻه خاصيتون هيون جيڪي انتهائي گهٽ روشني واري تصويري منظرنامي ۾ پنهنجو فائدو برقرار رکڻ ۾ مدد ڪنديون هيون (5 فوٽو اليڪٽران يا گهٽ جي چوٽي سگنل ليول سان). پهرين، انهن جا وڏا پکسل، 16 μm تائين، ۽ ٻيو انهن جو <1e- پڙهڻ وارو شور.
هڪ نئين نسل جيsCMOS ڪئميرااهڙو ظاهر ٿيو آهي جيڪو اهي ساڳيون خاصيتون پيش ڪري ٿو، EMCCDs جي ڪيترن ئي خامين کان سواءِ، خاص طور تي اضافي شور جو عنصر. ٽڪسن مان Aries 16 جهڙا ڪئميرا 0.8e- جي پڙهڻ واري شور سان 16 μm پوئتي روشن ٿيل پکسلز پيش ڪن ٿا. گهٽ شور ۽ 'نيٽيڪل' وڏي پکسلز سان، اهي ڪئميرا اڪثر بن ٿيل sCMOS ڪئميرائن کان به بهتر ڪارڪردگي ڏيکارين ٿا، ڇاڪاڻ ته بننگ ۽ پڙهڻ واري شور جي وچ ۾ تعلق آهي.
جيڪڏهن توهان EMCCD بابت وڌيڪ ڄاڻڻ چاهيو ٿا، مهرباني ڪري ڪلڪ ڪريو:
ڇا EMCCD کي تبديل ڪري سگهجي ٿو ۽ ڇا اسان ڪڏهن اهو چاهيون ٿا؟
ٽڪسن فوٽونڪس ڪمپني لميٽيڊ سڀ حق محفوظ آهن. حوالو ڏيڻ وقت، مهرباني ڪري ذريعو تسليم ڪريو:www.tucsen.com
