电子倍增CCD提供灵活的解决方案

（论文部分内容摘抄）

CCD技术的最新进展是电子倍增CCD或电荷载流子倍增CCD的应用该技术适用于需要高光敏度、高空间分辨率和高帧速率的离子，无论是短时间还是长时间曝光时间。怎么然而，当涉及到需要极短曝光时间的应用时，这些设备可能无法被证明对强化CCD适用。

电子倍增CCD采用传统的读出节点放大器设计，但在读出之前对信号进行放大。其优点是在相同的读出噪声下增加数字化信号电荷的幅度。对于对时间敏感或易受光毒性的应用，如活细胞或离子成像，通过保持低曝光时间来放大信号的能力是有益的。传统上，这是通过使用增强型CCD相机来实现的，该相机也放大信号，但代价是图像退化和由于各种噪声源引起的动态范围减小。

帧传输体系结构：

然而，认为电子倍增照相机可以完全取代增强型CCD是不正确的。显然，对于小于1毫秒的曝光时间，后者仍然有其优势，因为它们提供皮秒到纳秒的分辨率，而没有图像涂抹(可以是绘图)。回到电子倍增CCD，因为它们的帧转移结构。

帧转移CCD需要将捕获的图像移到掩模，通常与活动图像区域大小相同，物理上位于被捕获的活动图像区域上方。此转移所需的时间取决于TIC移位时间和可能因制造商而异。例如，德克萨斯州普莱诺的德克萨斯仪器公司的TX285 SPD电子倍增。

CCD具有1MHz的垂直位移率，从而产生需要1ms的lkX1k图像，这还定义了全帧可用的最小曝光确定时间。必须认识到，与面罩相邻的行与最远的行相连的时间要短于最远的。然而，人们可以暴露几条最靠近遮蔽区域的线，以实现更短的曝光时间--牺牲了分辨率。

通过上述修改后的读出节点，可通过软件调整CCD增益，达到所需的水平。这导致对低信号进行放大，使其可解或提高有效信噪比。如果一个人将电荷放大20倍，则信噪比将变为1000:1，或高出20倍。它们比读噪声小得多。因此，该器件既可以用作传统的CCD，无需增益以提高光照水平，也可以用增益以获得更高的灵敏度。

暗电流噪声的减少对于这些传感器也很重要。与任何CCD一样，冷却降低了热噪声，但所需的冷却程度取决于应用。如果应用需要较短的曝光时间--从百万分之一秒到几秒钟--相机不需要进行深度冷却，通常是-15到-20度绝对值就足够了。如果应用程序需要许多分钟的集成，更深的冷却是有利的。

关键是要参考照相机制造商的暗电流噪声规范（通常以每秒每像素为单位），并将此值乘以集成时间的秒数请求的。然后应考虑的结果相对于可接受的信噪比的应用。这种快速计算有助于确定在应用可能成为限制因素时是否需要投资于深冷摄像机。

受益于这项技术的应用主要在生命科学领域，例如活细胞、细胞内离子、单分子和四维成像以及自旋成像。宁盘共焦和全内反射荧光显微镜。电子倍增CCD相机在生命科学中的成功归因于人们对研究细胞或分子动力学的更高灵敏度的需求不断增。

CCD还用于监视、夜视和X射线成像等领域。虽然在大多数物理科学应用中，要求在较短的曝光时间内获得更高的灵敏度是必要的，但能否在小于毫秒的时间范围内使用这项技术是一个问题。

电子倍增CCD的最新改进包括量子效率更高的前照光传感器(高达65%)，量子效率高达95%的后照光传感器和更高的读出速度（高达30MHz，从而在30fps下产生1kX1k像素）。未来的改进将包括以较低分辨率为高帧速率提供更高的速度读出(这对于不要求很高分辨率的动力学应用非常理想)，以及更大的格式阵列。在监视和夜视应用量的推动下，传感器成本也有可能降低。

德国Excelitas PCO公司CCD相机，具备高分辨率、高感光度、弱光成像的优点，将研究实验过程完美记录，为实验提供强而有力的图像数据支持。

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