電子倍增CCD在生命科學、X射線成像等多個領域的應用
（論文部分內容摘抄）
CCD技術的最新進展是電子倍增CCD或電荷載流子倍增CCD的應用該技術適用于需要高光敏度、高空間分辨率和高幀速率的離子，無論是短時間還是長時間曝光時間。怎么然而，當涉及到需要極短曝光時間的應用時，這些設備可能無法被證明對強化CCD適用。
電子倍增CCD采用傳統(tǒng)的讀出節(jié)點放大器設計，但在讀出之前對信號進行放大。其優(yōu)點是在相同的讀出噪聲下增加數(shù)字化信號電荷的幅度。對于對時間敏感或易受光毒性的應用，如活細胞或離子成像，通過保持低曝光時間來放大信號的能力是有益的。傳統(tǒng)上，這是通過使用增強型CCD相機來實現(xiàn)的，該相機也放大信號，但代價是圖像退化和由于各種噪聲源引起的動態(tài)范圍減小。
幀傳輸體系結構：
然而，認為電子倍增照相機可以完全取代增強型CCD是不正確的。顯然，對于小于1毫秒的曝光時間，后者仍然有其優(yōu)勢，因為它們提供皮秒到納秒的分辨率，而沒有圖像涂抹(可以是繪圖)�；氐诫娮颖对鯟CD，因為它們的幀轉移結構。
幀轉移CCD需要將捕獲的圖像移到掩模，通常與活動圖像區(qū)域大小相同，物理上位于被捕獲的活動圖像區(qū)域上方。此轉移所需的時間取決于TIC移位時間和可能因制造商而異。例如，德克薩斯州普萊諾的德克薩斯儀器公司的TX285 SPD電子倍增。
CCD具有1MHz的垂直位移率，從而產生需要1ms的lkX1k圖像，這還定義了全幀可用的最小曝光確定時間。必須認識到，與面罩相鄰的行與最遠的行相連的時間要短于最遠的。然而，人們可以暴露幾條最靠近遮蔽區(qū)域的線，以實現(xiàn)更短的曝光時間--犧牲了分辨率。
通過上述修改后的讀出節(jié)點，可通過軟件調整CCD增益，達到所需的水平。這導致對低信號進行放大，使其可解或提高有效信噪比。如果一個人將電荷放大20倍，則信噪比將變?yōu)?000:1，或高出20倍。它們比讀噪聲小得多。因此，該器件既可以用作傳統(tǒng)的CCD，無需增益以提高光照水平，也可以用增益以獲得更高的靈敏度。
暗電流噪聲的減少對于這些傳感器也很重要。與任何CCD一樣，冷卻降低了熱噪聲，但所需的冷卻程度取決于應用。如果應用需要較短的曝光時間--從百萬分之一秒到幾秒鐘--相機不需要進行深度冷卻，通常是-15到-20度絕對值就足夠了。如果應用程序需要許多分鐘的集成，更深的冷卻是有利的。
關鍵是要參考照相機制造商的暗電流噪聲規(guī)范（通常以每秒每像素為單位），并將此值乘以集成時間的秒數(shù)請求的。然后應考慮的結果相對于可接受的信噪比的應用。這種快速計算有助于確定在應用可能成為限制因素時是否需要投資于深冷攝像機。
受益于這項技術的應用主要在生命科學領域，例如活細胞、細胞內離子、單分子和四維成像以及自旋成像。寧盤共焦和全內反射熒光顯微鏡。電子倍增CCD相機在生命科學中的成功歸因于人們對研究細胞或分子動力學的更高靈敏度的需求不斷增。
CCD還用于監(jiān)視、夜視和X射線成像等領域。雖然在大多數(shù)物理科學應用中，要求在較短的曝光時間內獲得更高的靈敏度是必要的，但能否在小于毫秒的時間范圍內使用這項技術是一個問題。
電子倍增CCD的最新改進包括量子效率更高的前照光傳感器(高達65%)，量子效率高達95%的后照光傳感器和更高的讀出速度（高達30MHz，從而在30fps下產生1kX1k像素）。未來的改進將包括以較低分辨率為高幀速率提供更高的速度讀出(這對于不要求很高分辨率的動力學應用非常理想)，以及更大的格式陣列。在監(jiān)視和夜視應用量的推動下，傳感器成本也有可能降低。
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