mishung 发表于 2014-6-21 23:44

关于制冷ccd

论坛里常见的制冷ccd有哪些？
用的ccd是像增强的EMCCD、ICCD？还是只是普通CCD加上制冷片？

crazygame12345 发表于 2014-6-21 23:50

LZ搞科研的吧……

FIFA2014 发表于 2014-6-22 00:31

楼主，谁关心这？

mishung 发表于 2014-6-22 00:36

FIFA2014 发表于 2014-6-22 00:31
楼主，谁关心这？

普通ccd和emccd效果差别很大，所以想知道是哪种
emccd相当于ccd加上光电倍增管

FIFA2014 发表于 2014-6-22 00:39

mishung 发表于 2014-6-22 00:36
普通ccd和emccd效果差别很大，所以想知道是哪种
emccd相当于ccd加上光电倍增管



请论坛专家现身。

lygg 发表于 2014-6-22 02:08

好专业的问题

Tom—Wood 发表于 2014-6-22 04:59

现在还用人用光电倍增管啊？

mishung 发表于 2014-6-22 10:05

Tom—Wood 发表于 2014-6-22 04:59
现在还用人用光电倍增管啊？

原理上相当于，有电子倍增寄存器。
请百度EMCCD,片上增益超过1000，能够单光子探测，都是天文和荧光显微用

看来用的都是普通CCD

funder 发表于 2014-6-22 11:04

个人理解，冷却CCD量子效率已经很高，本质上可以进行量子级别的探测，加入光电倍增管对信噪比并没有任何帮助。
也就是说，如果1个光子已经能以很高的概率检出，何必还要放大1000倍呢？

mishung 发表于 2014-6-22 11:14

funder 发表于 2014-6-22 11:04
个人理解，冷却CCD量子效率已经很高，本质上可以进行量子级别的探测，加入光电倍增管对信噪比并没有任何帮 ...

冷却是降低噪声不是提高量子效率，
所有ccd都是量子级探测，但是一两个光子没有反应
我只是用光电倍增管来形象的说明下EMCCD里增益寄存器原理，不等于这个用了光电倍增管

funder 发表于 2014-6-22 11:27

本帖最后由 funder 于 2014-6-22 11:31 编辑

mishung 发表于 2014-6-22 11:14
冷却是降低噪声不是提高量子效率，
所有ccd都是量子级探测，但是一两个光子没有反应
我只是用光电倍增管 ...
冷却可以降低暗电流，在同样量子效率时信噪比就会高。现在很多冷却CCD量子效率可以达到90%，同时由于冷却，每小时的背景电子数量只有一个到数个电子，按照这样的数据，我的理解是一个光子会有90%的概率被探测到，或者说100个会有90个被探测到，除非一小时只有几个光子/pixel的极端情况，否则一定会在下载数据中得到体现。
或者这样说，成像装置的极限也就是能检出底面上每个像素在曝光时间内所获得的光子数量，“普通”的CCD已经很接近这个极限，EMCCD对成像有有何帮助呢？

mishung 发表于 2014-6-22 11:40

funder 发表于 2014-6-22 11:27
冷却可以降低暗电流，在同样量子效率时信噪比就会高。现在很多冷却CCD量子效率可以达到90%，我的理解是一 ...

检测到一两个光子输出信号是表示不出来的。
最近看到EMCCD和ICCD，还有新出的sCMOS目标应用介绍都是荧光显微和天文观测
只有举个例

                                        850s-42-40技术参数                                                                        
                                                                                                                CCD分辨率                                                                                                                                                         2048x2048                                                                        
                                                                                                                像素尺寸                                                                                                                                                         13.5um                                                                        
                                                                                                                CCD类型                                                                                                                                                         Full frame 背照式（紫外增强可选）                                                                        
                                                                                                                CCD芯片                                                                                                                                                         E2V CCD42-40                                                                       
                                                                                                                制冷方式                                                                                                                                                        带水冷的半导体制冷                                                                        
                                                                                                                制冷温度                                                                                                                                                         -90°C                                                                        
                                                                                                                暗噪声                                                                                                                                                         0.0003e-/s/pixel@-90°C                                                                        
                                                                                                                读出噪声                                                                                                                                                                                                                                                                   2.8e-@100KHz,                                                                                                        3.3e-@200KHz,                                                                                                         4.5e-@400KHz,                                                                                                        8.3e-@800KHz                                                                        
                                                                                                                满井容量                                                                                                                                                         100Ke-                                                                        
                                                                                                                线性度                                                                                                                                                         <1%, 200e-~100Ke-                                                                        
                                                                                                                快门                                                                                                                                                         45mm（可选）                                                                        
                                                                                                                最短曝光时间                                                                                                                                                         30ms                                                                        
                                                                                                                工作温度范围                                                                                                                                                         15°C~35°C                                                                        
                                                                                                                湿度                                                                                                                                                         <60%相对湿度                                                                        
                                                                                                                电源                                                                                                                                                         110-240VAC 50/60Hz                                                                        
                                                                                                                主要特点                                                                        
                                                                                                                ü 制冷温度可达-90℃，以满足最低暗电流的要求。                                                                                                                                                         ü 相机腔体永久密封，多年使用，无需维护。                                                                        
                                                                                                                ü 多种读出速度可供选择，100KHz,200KHz,500KHz和800KHz。                                                                                                                                                         ü Binning和ROI；高性能的Binning选择，和小的ROI区域，提高帧频。                                                                        
                                                                                                                ü <3e-的业界最低的读出噪音。                                                                                                                                                         ü 机械快门可安装在相机前端，通过软件直接控制。                                                                        
                                                                                                                ü 高动态范围；16位的低噪音性能和提供宽动态范围的高满井容量。                                                                                                                                                         ü 光纤传输；通过光纤到专利的PCI/PIC-E卡的标准通讯，可满足远距离传输。                                                                        
                                                                                                                量子效率曲线                                                                        
                                                                                                                http://www.spark-opt.com/shanguang/Uploads/image/29594_QE850s.png.png                                                                        
                                                                                                                实拍图片                                                                        
                                                                                                                http://www.spark-opt.com/shanguang/Uploads/image/44977_1.png.png                                
能否比较下读出噪音，暗噪声，满井容量

funder 发表于 2014-6-22 11:47

mishung 发表于 2014-6-22 11:40
检测到一两个光子输出信号是表示不出来的。
最近看到EMCCD和ICCD，还有新出的sCMOS目标应用介绍都是荧光 ...

其实他们的CCD芯片都是一样的，只是后端电路不一样，既然用同样的CCD，满肼电流、量子效率都差不多。
一两个光子转换成一两个光电子，这个信号只要存在，如何表示那就是后端软件的问题，只要图像格式的位数足够多，几个光电子也可以表示出来。
也随便帖一个天文CCD，当然这个是专业级的，不是爱好者能买得起的


funder 发表于 2014-6-22 11:50

我帖的和你帖的，其实都是E2V的背照式CCD，只不过我那个更大一些，基本参数都是由CCD芯片厂商决定的。至于做成EMCCD还是什么，那其实是仪器厂家的事情。

mishung 发表于 2014-6-22 12:00

funder 发表于 2014-6-22 11:50
我帖的和你帖的，其实都是E2V的背照式CCD，只不过我那个更大一些，基本参数都是由CCD芯片厂商决定的。至于 ...

EMCCD的比普通CCD多了增益寄存器，增益寄存器是坐在CCD芯片上的，不是外部电路上的

mishung 发表于 2014-6-22 12:12

funder 发表于 2014-6-22 11:50
我帖的和你帖的，其实都是E2V的背照式CCD，只不过我那个更大一些，基本参数都是由CCD芯片厂商决定的。至于 ...

不好意思 ，刚才那个相机看错了不是EMCCD，
这个是


产品型号            C9100-23B      
                  相机头类型            密封真空封装空气/水制冷头*1      
                  窗口            单窗口，双面镀抗反膜      
                  镀抗反膜            是      
                  成像设备            电子倍增背照式帧转移CCD      
                  有效像素数            512 (H)×512 (V)      
                  像素尺寸            16 μm (H)×16 μm (V)      
                  有效面积            8.19 mm (H) × 8.19 mm (V)      
                  像素时钟速率（EM-CCD读出）            22 MHz, 11 MHz, 0.6875 MHz      
                  像素时钟速率（正常CCD读出）            0.6875 MHz      
                  EM增益            典型值4倍到1200倍*2      
                  超低光探测            光子成像模式（1,2,3）      
                  快速读出速度            70.4 帧/秒到1076 帧/秒      
                  读出噪声（EM-CCD读出）            EM增益4倍，22MHz：典型值36电子rms
            EM增益4倍，11MHz：典型值25电子rms
            EM增益4倍，0.6875MHz：典型值8电子rms
            EM增益1200倍：最大值36电子rms      
                  读出噪声（正常CCD读出）            0.6875MHz下典型值8电子rms      
                  满阱容量            EM-CCD读出：典型值370 000电子，最大800 000电子*3      
                  模拟增益            EM-CCD读出，22MHz：1倍
            EM-CCD读出，11/0.6875 MHz：0.5倍，1倍
            正常CCD读出：1倍，2倍，3倍，4倍，5倍      
                  制冷温度（强制风冷）            温度控制下：稳定在-65 ℃(0 ℃ to +30 ℃)
            低速扫描下：-75 ℃（室温+20 ℃）
            最大制冷典型值：-80 ℃（室温+20 ℃）      
                  制冷温度（水冷）            温度控制下：稳定在-80℃（水温+20℃）
            最大制冷典型值：-100℃（水温低于+10 ℃）      
                  温度稳定性（强制风冷）            典型值±0.01 ℃      
                  温度稳定性（水冷）            典型值±0.01 ℃      
                  暗电流（强制风冷）            典型值0.005 electron/pixel/s (-65 ℃)      
                  暗电流（水冷）            典型值0.0005 electron/pixel/s (-80 ℃)      
                  时钟感生电荷            典型值0.0015 events/pixel/frame      
                  曝光时间（内部同步模式）            13.9 ms 到1 s (22 MHz)
            27.2 ms 到 2 h (11 MHz)
            421.5 ms 到 2 h (0.6875 MHz)      
                  曝光时间（外部触发模式）            10 μs 到 1 s (22 MHz)
            10 μs 到 2 h (11 MHz, 0.6875 MHz)      
                  A/D 转换            16位      
                  输出/外部控制            IEEE1394b      
                  子阵列            每16行大小（水平、垂直），位置可设定      
                  拼接（binning）            2×2, 4×4, 8×8, 16×16   *4      
                  外部触发模式            边沿触发、电平触发、起始触发、同步读出触发      
                  触发输出            曝光时序输出、可编程时序输出（延时和脉冲长度可变）、触发准备输出      
                  图像处理特性（实时）            背景减除、暗点校正、递归滤波、帧平均、斑点噪声削减*5      
                  EM增益保护            EM警告模式，EM保护模式      
                  EM增益重调            可用      
                  镜头卡口            C卡口      
                  电源            AC 100 V到240 V, 50 Hz / 60 Hz      
                  功耗            约140 VA      
                  环境存储温度            -10 °C到+ 50 °C      
                  环境工作温度            0 °C到+ 40 °C      
                  保证性能温度            0 °C 到+ 30 °C      
                  环境工作/存储湿度            无凝结下最大70 %


funder 发表于 2014-6-22 12:38

mishung 发表于 2014-6-22 12:12
不好意思 ，刚才那个相机看错了不是EMCCD，
这个是

这个型号确实不是常见几个大厂的通用ccd, 不过参数上和同级ccd基本处在同级

danaoshuiping 发表于 2014-6-22 14:09

funder 发表于 2014-6-22 12:38
这个型号确实不是常见几个大厂的通用ccd, 不过参数上和同级ccd基本处在同级
...

我来插一句，现在的普通CCD离90%的量子效率还有很远很远路要走的。。。。别看高的已经几乎到了80%左右，剩下那10%提升极难。。。。另外量子效率只是一个宏观统计概念，要是真拿来探测一两个光子，这个概率并不是80%，很可能搞半天一个都探测不到，普通CCD有个起探强度的，只有100个100个的过来才会大约是那个数。EMccd确实和普通的结构是不一样的，灵敏度极高，可以探测到个位数级别的光子。一般冷冻CCD不用除了成本问题，还有就是其他的指标并不一定适合摄影，比如动态范围等等。

funder 发表于 2014-6-22 16:04

danaoshuiping 发表于 2014-6-22 14:09
我来插一句，现在的普通CCD离90%的量子效率还有很远很远路要走的。。。。别看高的已经几乎到了80%左右， ...
谢谢科普，原来量子效率不是一个恒定值
在生物实验里面接触过光子计数器，灵敏度很高但是不能成像

0003f 发表于 2014-6-22 16:04

funder 发表于 2014-6-22 11:27
冷却可以降低暗电流，在同样量子效率时信噪比就会高。现在很多冷却CCD量子效率可以达到90%，同时由于冷却 ...

emccd通过放大信号,使得等效读出噪声降低到0.1e-以下的级别,而普通ccd目前仍无法做到低于2e-,所以虽然两者的峰值量子效率都能到95%以上,但单光子检测的灵敏度有天壤之别
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