EMCCD摄像机的基础知识

什么是EMCCD摄像机？

EMCCD相机是一种CCD相机，能够利用电子倍增CCD元件检测微弱光线。

用普通CCD相机探测光线时，光线需要较亮。将光转换为电信号时，会加入一定量的噪声（除光以外的非必要信息）。

即使微弱的光被转换成电信号，也无法获得足够的阴影，因为它被埋没在噪声中。在检测光线并将其转换为电信号时，EMCCD相机能够检测微弱光线，因为CCD传感器具有电子倍增功能。

EMCCD摄像机的应用

EMCCD相机的主要应用是显微镜和望远镜。 显微镜的观察部分非常狭窄，观察区域的亮度通过光圈和反射镜增强，但使用普通CCD相机拍摄时光线不足。

因此，从光转化而来的电信号被埋藏在噪声中。 另一方面，EMCCD摄像机可用于将弱光转换为并放大为足够强度的电信号。 在用望远镜拍摄暗天体时，还会使用EMCCD相机来补偿微弱的光线。

EMCCD摄像机原理

1. CCD传感器的工作原理

CCD（电荷耦合器件）是一种电荷耦合器件，用于将光转换为电信号。 传统的银盐相机（使用胶片的相机）在光接收部分使用银盐胶片，而许多数码相机的光接收部分则使用CCD传感器。

CCD传感器由称为像素的小元件（光电二极管）组成。 光电二极管将光转化为电荷，CCD传感器将电荷输出为电流并成像。

2. EMCCD的运作方式

当电流通过时，会受到噪声影响，因此电信号被埋没在噪声中，在微弱光线下无法获得合适的图像。 因此，EMCCD传感器将光电荷转换为不受噪声影响的电荷电荷翻倍。

电荷加倍后，电信号也会加倍，因此输出图像的阴影也变得清晰。 这样，即使需要探测微弱光线，如显微镜和望远镜，EMCCD相机也能利用EMCCD相机获得具有耐重色调的图像。

EMCCD摄像机结构

EMCCD摄像机由两个机构组成，分别是CCD传感器和增益寄存器。

1. CCD传感器部门

通过对CCD传感器部分硅基板表面的电极施加不同电压，可以形成势阱。 当CCD传感器接收光时，由于光电效应会产生电荷。

电荷被捕获在电位阱中，通过普通CCD中的交流转换器数字化。 而在EMCCD中，电荷会先传递到增益寄存器进行电荷倍增，然后才进行数字化。

2. 增益寄存器

这是一种将CCD传感器部分发送的电荷加倍的机制。 它利用一种现象，即在电子转移过程中施加高电场，并通过使电子-空穴成为高能态（冲击电离现象）产生新的电子-空穴对。