25/08/01Electron-multipliing CCD sensọ jẹ itankalẹ ti sensọ CCD lati gba iṣẹ ina kekere laaye. Wọn ti wa ni deede ti a pinnu fun awọn ifihan agbara ti awọn fọtoelectrons ọgọrun diẹ, si isalẹ si ipele kika photon kọọkan.
Nkan yii ṣe alaye kini awọn sensosi EMCCD jẹ, bii wọn ṣe n ṣiṣẹ, awọn anfani ati awọn aila-nfani wọn, ati idi ti wọn fi ṣe akiyesi itankalẹ atẹle ti imọ-ẹrọ CCD fun aworan ina kekere.
Kini sensọ EMCCD kan?
Ohun elo Electron-Mulliplying Charge-Coupled Device (EMCCD) sensọ jẹ oriṣi amọja ti sensọ CCD ti o nmu awọn ifihan agbara ti ko lagbara pọ si ṣaaju ki wọn to ka jade, gbigba fun ifamọ giga gaan ni awọn agbegbe ina kekere.
Ni ibẹrẹ ni idagbasoke fun awọn ohun elo bii aworawo ati airi to ti ni ilọsiwaju, awọn EMCCD le ṣe awari awọn fọto kan ṣoṣo, iṣẹ-ṣiṣe ti awọn sensọ CCD ibile n tiraka pẹlu. Agbara yii lati ṣe awari awọn fọto kọọkan jẹ ki awọn EMCCD ṣe pataki fun awọn aaye to nilo aworan gangan labẹ awọn ipele ina kekere.
Bawo ni Awọn sensọ EMCCD Ṣiṣẹ?
Titi di aaye kika kika, awọn sensọ EMCCD ṣiṣẹ lori awọn ipilẹ kanna gẹgẹbi awọn sensọ CCD. Bibẹẹkọ, ṣaaju wiwọn pẹlu ADC, awọn idiyele ti a rii jẹ isodipupo nipasẹ ilana ti a pe ni ipa, ninu 'orukọ iforukọsilẹ isodipupo elekitironi'. Lori lẹsẹsẹ awọn igbesẹ ọgọrun pupọ, awọn idiyele lati piksẹli ni a gbe lọ pẹlu lẹsẹsẹ awọn piksẹli ti o boju-boju ni foliteji giga. Elekitironi kọọkan ni igbesẹ kọọkan ni aye lati mu awọn elekitironi afikun wa. Nitorina ifihan agbara naa di pupọ.
Abajade ipari EMCCD ti o ni iwọn daradara ni agbara lati yan iye deede ti isodipupo apapọ, deede ni ayika 300 si 400 fun iṣẹ ina kekere. Eyi jẹ ki awọn ifihan agbara ti a rii lati pọ si ga ju ariwo kika kamẹra lọ, ni ipa ti o dinku ariwo kika kamẹra naa. Laanu, iseda sitokasitik ti ilana isodipupo yii tumọ si pe piksẹli kọọkan jẹ isodipupo nipasẹ iye ti o yatọ, eyiti o ṣafihan ipin afikun ariwo, idinku ipin ifihan-si-ariwo EMCCD (SNR).
Eyi ni didenukole ti bii awọn sensọ EMCCD ṣe n ṣiṣẹ. Titi di Igbesẹ 6, ilana naa jẹ imunadoko bii iyẹn fun awọn sensọ CCD.
olusin: Readout ilana fun EMCCD sensọ
Ni ipari ifihan wọn, awọn sensosi EMCCD kọkọ yara yara gbe awọn idiyele ti a gbajọ si titobi boju-boju ti awọn piksẹli ni iwọn kanna bi orun ifura ina (gbigbe fireemu). Lẹhinna, ọna kan ni akoko kan, awọn idiyele ti gbe sinu iforukọsilẹ kika. Oju-iwe kan ni akoko kan, awọn idiyele laarin iforukọsilẹ kika ni a kọja si iforukọsilẹ isodipupo kan. Ni ipele kọọkan ti iforukọsilẹ yii (to awọn ipele 1000 ni awọn kamẹra EMCCD gidi), gbogbo elekitironi ni aye kekere kan lati tusilẹ elekitironi afikun, isodipupo ifihan agbara ni afikun. Ni ipari, ifihan agbara ti o pọ ni a ka jade.
1. Gbigba agbara Clearing: Lati bẹrẹ ohun-ini, idiyele naa jẹ imukuro nigbakanna lati gbogbo sensọ (iboju agbaye).
2. Gbigba agbara ikojọpọ: Gbigba agbara ṣajọpọ lakoko ifihan.
3. Gbigba agbara Ibi ipamọ: Lẹhin ifihan, awọn idiyele ti a gba ni a gbe lọ si agbegbe boju-boju ti sensọ, nibiti wọn le duro de kika laisi awọn fọto tuntun ti a rii awọn fọto ti a ka. Eyi ni ilana 'Gbigbee fireemu'.
4. Ifihan fireemu Next: Pẹlu awọn idiyele ti a rii ti o fipamọ sinu awọn piksẹli ti o boju-boju, awọn piksẹli ti nṣiṣe lọwọ le bẹrẹ ifihan ti fireemu atẹle (ipo agbekọja).
5. Ilana kika: Ọna kan ni akoko kan, awọn idiyele fun ila kọọkan ti fireemu ti o pari ni a gbe sinu 'igbasilẹ kika'.
6. Oju-iwe kan ni akoko kan, awọn idiyele lati ẹbun kọọkan ti wa ni pipade sinu ipade kika.
7. Electron isodipupo: Nigbamii, gbogbo awọn idiyele elekitironi lati piksẹli tẹ iforukọsilẹ isodipupo elekitironi, ki o si gbe ni ipele nipasẹ igbese, isodipupo ni nọmba lọpọlọpọ ni igbesẹ kọọkan.
8. Ka soke: Awọn ifihan agbara isodipupo ti wa ni ka nipasẹ awọn ADC, ati awọn ilana ti wa ni tun titi ti gbogbo fireemu ti wa ni ka jade.
Aleebu ati awọn konsi ti EMCCD Sensosi
Aleebu ti EMCCD Sensosi
| Anfani | Apejuwe |
| Iṣiro Photon | Ṣe awari awọn fọto elekitironi kọọkan pẹlu ariwo kika-kekere (<0.2e⁻), ti n mu ifamọ fọto kan ṣiṣẹ. |
| Ifamọ Imọlẹ Ultra-Low | Ni pataki dara julọ ju awọn CCD ti aṣa lọ, nigbami bori paapaa awọn kamẹra sCMOS giga-giga ni awọn ipele ina kekere pupọ. |
| Low Dark Lọwọlọwọ | Itutu agbaiye ti o jinlẹ dinku ariwo igbona, ṣiṣe awọn aworan mimọ lakoko awọn ifihan gigun. |
| 'Idaji-Global' Shutter | Gbigbe fireemu ngbanilaaye ifihan isunmọ-agbaye pẹlu iyipada idiyele iyara pupọ (~ 1 microsecond). |
● Iṣiro Photon: Pẹlu ga to elekitironi isodipupo, kika ariwo le ti wa ni Oba imukuro (<0.2e-). Eyi, lẹgbẹẹ iye ere giga ati iṣẹ ṣiṣe kuatomu pipe, tumọ si iyatọ awọn fọtoelectrons kọọkan ṣee ṣe.
● Ifamọ Imọlẹ Ultra-Kekere: Akawe si CCDs, awọn kekere-ina išẹ ti EMCCDs ni drastically dara. Awọn ohun elo kan le wa nibiti EMCCD n pese agbara wiwa ti o dara julọ ati iyatọ paapaa ju sCMOS giga-giga ni awọn ipele ina to ṣeeṣe ti o kere julọ.
● Kekere Okunkun LọwọlọwọBi pẹlu CCDs, EMCCDs wa ni ojo melo jin tutu ati ki o ni anfani lati fi gidigidi kekere dudu lọwọlọwọ iye.
● 'Idaji Agbaye' Shutter: Ilana gbigbe fireemu lati bẹrẹ ati opin ifihan kii ṣe ni igbakanna nitootọ, ṣugbọn igbagbogbo gba aṣẹ ti 1 microsecond.
Awọn konsi ti EMCCD Sensosi
| Alailanfani | Apejuwe |
| Iyara Lopin | Awọn oṣuwọn fireemu ti o pọju (~ 30 fps ni 1 MP) jẹ o lọra pupọ ju awọn omiiran CMOS ode oni. |
| Ariwo Ampilifaya | Iseda aileto ti isodipupo elekitironi ṣafihan ariwo pupọ, idinku SNR. |
| Idiyele ti Aago-Igbese (CIC) | Gbigbe idiyele iyara le ṣafihan awọn ifihan agbara eke ti o pọ si. |
| Dinku Yiyi Range | Ere giga dinku ifihan agbara ti o pọju ti sensọ le mu ṣaaju saturating. |
| Iwọn Pixel nla | Awọn titobi piksẹli ti o wọpọ (13–16 μm) le ma ni ibamu pẹlu ọpọlọpọ awọn ibeere eto opiti. |
| Eru Itutu ibeere | Itutu agbaiye jinlẹ ni a nilo lati ṣaṣeyọri isodipupo deede ati ariwo kekere. |
| Awọn ibeere isọdiwọn | Ere EM dinku lori akoko (ibajẹ isodipupo), to nilo isọdiwọn deede. |
| Aisedeede Ifihan kukuru | Awọn ifihan kukuru pupọ le fa imudara ifihan agbara airotẹlẹ ati ariwo. |
| Iye owo to gaju | Iṣẹ iṣelọpọ eka ati itutu agba jinle jẹ ki awọn sensọ wọnyi gbowolori diẹ sii ju sCMOS. |
| Igbesi aye to lopin | Iforukọsilẹ isodipupo elekitironi ti pari, igbagbogbo ṣiṣe ni ọdun 5-10. |
| Awọn italaya okeere | Koko-ọrọ si awọn ilana ti o muna nitori awọn ohun elo ologun ti o pọju. |
● Iyara Lopin: Awọn EMCCD ti o yara n pese ni ayika 30 fps ni 1 MP, ti o jọra si awọn CCDs, awọn aṣẹ titobi losokepupo ju awọn kamẹra CMOS lọ.
● Ọrọ Iṣalaye Ariwo: The 'excess noise ifosiwewe' ṣẹlẹ nipasẹ awọn ID elekitironi isodipupo, akawe si a kekere-ariwo sCMOS kamẹra pẹlu kanna kuatomu ṣiṣe, le fun EMCCDs drastically ti o ga ariwo da lori ifihan agbara awọn ipele. SNR fun ga-opin sCMOS ni ojo melo dara fun awọn ifihan agbara ni ayika 3e-, ani diẹ sii fun awọn ifihan agbara ti o ga.
● Idiyele ti Aago-Igbese (CIC): Ayafi ti iṣakoso ni iṣọra, gbigbe awọn idiyele kọja sensọ le ṣafihan awọn elekitironi afikun sinu awọn piksẹli. Ariwo yii jẹ isodipupo nipasẹ iforukọsilẹ isodipupo elekitironi. Awọn iyara gbigbe idiyele ti o ga julọ (awọn oṣuwọn aago) yori si awọn oṣuwọn fireemu ti o ga, ṣugbọn CIC diẹ sii.
● Dinku Yiyi Ibiti: Awọn iye isodipupo elekitironi ti o ga pupọ ti o nilo lati bori ariwo kika EMCCD si iwọn agbara ti o dinku pupọ.
● Iwọn Pixel nla: Iwọn piksẹli ti o wọpọ julọ fun awọn kamẹra EMCCD jẹ 10 μm, ṣugbọn 13 tabi 16 μm jẹ wọpọ julọ. Eyi tobi ju lati baramu awọn ibeere ipinnu ipinnu awọn ọna ṣiṣe pupọ julọ.
● Awọn ibeere Iṣatunṣe: Ilana isodipupo elekitironi wọ jade iforukọsilẹ EM pẹlu lilo, dinku agbara rẹ lati isodipupo ni ilana ti a pe ni 'ibajẹ isodipupo elekitironi'. Eyi tumọ si ere kamẹra n yipada nigbagbogbo, ati pe kamẹra nilo isọdiwọn deede lati ṣe eyikeyi aworan pipo.
● Ififihan Aiṣedeede Ni Awọn akoko KukuruNigbati o ba nlo awọn akoko ifihan kukuru pupọ, awọn kamẹra EMCCD le ṣe awọn abajade aisedede nitori ifihan agbara ti ko lagbara nipasẹ ariwo, ati ilana imudara n ṣafihan awọn iyipada iṣiro.
● Awọn ibeere Itutu agbaiye: Ilana isodipupo elekitironi ni ipa pupọ nipasẹ iwọn otutu. Itutu sensọ nmu isodipupo elekitironi ti o wa. Nitorinaa itutu agba sensọ jinlẹ lakoko mimu iduroṣinṣin iwọn otutu jẹ nitorinaa pataki si awọn wiwọn EMCCD tun ṣe.
● Iye owo to gaju: Iṣoro ti iṣelọpọ ti awọn sensọ apa-pupọ wọnyi, ni idapo pẹlu itutu agbaiye jinlẹ, nyorisi awọn idiyele deede ga ju awọn kamẹra sensọ sCMOS didara ga julọ.
● Igbesi aye to lopin: Electron isodipupo ibajẹ fi kan iye to lori awọn s'aiye ti awọn wọnyi gbowolori sensosi ti maa 5-10 years, da lori awọn ipele ti lilo.
● Awọn Ipenija Ilẹ okeere: Gbigbe wọle ati okeere ti awọn sensọ EMCCD duro lati jẹ nija logistically nitori lilo agbara wọn ni awọn ohun elo ologun.
Kini idi ti EMCCD Ṣe Atẹle si CCD
| Ẹya ara ẹrọ | CCD | EMCCD |
| Ifamọ | Ga | Ultra-giga (paapaa ina kekere) |
| Readout Ariwo | Déde | O kere pupọ (nitori ere) |
| Yiyi to Range | Ga | Dede (ni opin nipasẹ ere) |
| Iye owo | Isalẹ | Ti o ga julọ |
| Itutu agbaiye | iyan | Ni deede beere fun iṣẹ ṣiṣe to dara julọ |
| Lo Awọn ọran | Aworan gbogbogbo | Imọlẹ-kekere, iṣawari fọto-ọkan |
Awọn sensọ EMCCD ṣe agbero lori imọ-ẹrọ CCD ibile nipasẹ iṣakojọpọ igbesẹ isodipupo elekitironi. Eyi n mu agbara pọ si awọn ifihan agbara alailagbara ati dinku ariwo, ṣiṣe awọn EMCCD ni yiyan ti o fẹ julọ fun awọn ohun elo aworan ina-kekere pupọ nibiti awọn sensọ CCD ti kuna.
Awọn ohun elo bọtini ti Awọn sensọ EMCCD
Awọn sensọ EMCCD ni a lo nigbagbogbo ni imọ-jinlẹ ati awọn aaye ile-iṣẹ ti o nilo ifamọ giga ati agbara lati ṣe awari awọn ifihan agbara ti o rẹwẹsi:
● Oju inu Imọ-ayeg: Fun awọn ohun elo bii maikirosikopu fluorescence kan-moleku ati lapapọ finnifinni ti inu inu (TIRF) maikirosikopu.
● Ìwòràwọ̀: Ti a lo fun yiya ina didan lati awọn irawọ ti o jinna, awọn irawọ, ati iwadii exoplanet.
● Kuatomu Optics: Fun ifunmọ photon ati awọn adanwo alaye kuatomu.
● Forensics ati Aabo: Oṣiṣẹ ni iwo-kakiri ina kekere ati itupalẹ ẹri itọpa.
● Spectroscopy: Ni Raman spectroscopy ati kekere-kikankikan fluorescence erin.
Nigbawo O yẹ ki o Yan sensọ EMCCD kan?
Pẹlu awọn ilọsiwaju si awọn sensọ CMOS ni awọn ọdun aipẹ, anfani ariwo kika ti awọn sensọ EMCCD ti dinku bi bayi paapaa awọn kamẹra sCMOS ni agbara ti ariwo kika subelectron, lẹgbẹẹ titobi nla ti awọn anfani miiran. Ti ohun elo kan ba ti lo awọn EMCCD tẹlẹ, o tọ lati ṣe atunwo boya eyi ni yiyan ti o dara julọ ti a fun awọn idagbasoke ni sCMOS.
Itan-akọọlẹ, awọn EMCCD tun le ṣe kika photon ni aṣeyọri diẹ sii, lẹgbẹẹ awọn ohun elo onakan miiran diẹ pẹlu awọn ipele ifihan aṣoju ti o kere ju 3-5e- fun pixel ni tente oke. Botilẹjẹpe, pẹlu awọn titobi piksẹli ti o tobi ati ariwo kika-itanna di wa ninuijinle sayensi awọn kamẹrada lori imọ-ẹrọ sCMOS, o ṣee ṣe awọn ohun elo wọnyi paapaa le ṣee ṣe laipẹ pẹlu sCMOS giga-giga.
FAQs
Kini Akoko Ifihan Kere fun Awọn kamẹra Gbigbe Fireemu?
Fun gbogbo awọn sensọ gbigbe fireemu, pẹlu EMCCDs, ibeere ti akoko ifihan ti o kere ju ti o ṣeeṣe jẹ idiju kan. Fun awọn ohun-ini aworan ẹyọkan, ifihan le pari nipasẹ yiyi awọn idiyele ti o gba sinu agbegbe ti o boju-boju fun kika ni iyara pupọ, ati kukuru (iha keji-aaya) awọn akoko ifihan to kere julọ ṣee ṣe.
Bibẹẹkọ, ni kete ti kamẹra ba n ṣanwọle ni iyara ni kikun, eyiti o gba ọpọlọpọ awọn fireemu / fiimu kan ni iwọn fireemu ni kikun, ni kete ti aworan akọkọ ba pari ṣiṣafihan, agbegbe ti o boju-boju ti tẹdo nipasẹ fireemu yẹn titi ti kika ti pari. Nitorina ifihan ko le pari. Eyi tumọ si pe, laibikita akoko ifihan ti o beere ninu sọfitiwia, akoko ifihan gidi ti awọn fireemu ti o tẹle lẹhin igba akọkọ ti ohun-ini ni kikun-iyara olona-fireemu ni a fun nipasẹ akoko fireemu, ie 1 / Iwọn fireemu, ti kamẹra.
Njẹ Imọ-ẹrọ sCMOS Rọpo Awọn sensọ EMCCD bi?
Awọn kamẹra EMCCD ni awọn pato meji ti o ṣe iranlọwọ idaduro anfani wọn ni awọn oju iṣẹlẹ aworan kekere-kekere (pẹlu awọn ipele ifihan agbara ti 5 photoelectrons tabi kere si). Ni akọkọ, awọn piksẹli nla wọn, to 16 μm, ati keji ariwo <1e-ka ariwo wọn.
A titun iran tisCMOS kamẹrati farahan ti o funni ni awọn abuda kanna, laisi ọpọlọpọ awọn apadabọ ti awọn EMCCD, ni pataki ifosiwewe ariwo pupọ. Awọn kamẹra bii Aries 16 lati Tucsen nfunni awọn piksẹli ti o tan imọlẹ 16 μm pẹlu ariwo kika ti 0.8e-. Pẹlu ariwo kekere ati awọn piksẹli nla 'ti abinibi', awọn kamẹra wọnyi tun ga julọ awọn kamẹra sCMOS binned, nitori ibatan laarin binning ati ariwo kika.
Ti o ba fẹ kọ ẹkọ diẹ sii nipa EMCCD, jọwọ tẹ:
Njẹ EMCCD le Rọpo Ati Njẹ A Ṣe Fẹ Iyẹn lailai?
Tucsen Photonics Co., Ltd. Gbogbo ẹtọ wa ni ipamọ. Nigbati o ba n tọka si, jọwọ jẹwọ orisun:www.tucsen.com
