-
سلام دوستان
قبل از ادامه بحث CMOS، بهتر است نگاهی دقیقتر به CCD داشته باشیم.
این تصویر را دوباره ببینید:
http://up.avastarco.com/images/s3hg8t6amiuiot52u2v8.jpg
ملاحظه میکنید که برای تخلیه کامل CCD، باید محتویات تمام پیکسلها به نوبت و با اعمال متوالی پالس ساعت، از مبدل الکترون به ولتاژ عبور کنند. یک CCD با ۱۰ مگاپیکسل را در نظر بگیرید. با توجه به اینکه هر پیکسل شامل سه سلول است (پست 8 را ببینید)، برای تخلیه کامل یک فریم، باید دست کم 30 میلیون پالس ساعت به CCD اعمال کنیم. این موضوع در زمان استفاده از CCD برای فیلمبرداری که به حداقل 24 فریم در ثانیه نیاز است، تولید مشکل میکند. روشهایی برای تسریع کار CCD پیشنهاد شده است، مانند این:
http://mail1.specinst.com/Flash/4-Po...dout_REV-B.swf
یعنی خواندن CCD از چهار گوشه.
به هر حال آنچه باعث شد آشکارساز CMOS مورد توجه قرار گیرد، استفاده از مبدل الکترون به ولتاژ در همان محل پیکسلها بود. بدین ترتیب با اعمال چند پالس ساعت، تمام فریم تصویر تخلیه میشد. ادامه بحث را در آینده پی میگیریم.
-
سلام دوستان
ضمن تسلیت ایام سوگواری سرور و سالار شهیدان، امام حسین (ع)، آخرین بخش از مبحث CMOS را تقدیم میکنم:
سرعت آشکارسازی و مصرف کم (یک صدم CCD) از مزایای مهم آشکارساز CMOS است. اما بازده کوانتومی در CCD بیشتر است و معمولاً تصاویری که با CCD گرفته میشود کیفیت بالاتری دارد، به ویژه اینکه با سرد کردن CCD میتوان نویز جریان تاریک را تقریباً به طور کامل حذف کرد. البته با توجه به تمرکز بسیاری از سازندگان بر CMOS به نظر میرسد فاصلهی این دو آشکارساز از این لحاظ در حال کم شدن است.
ویژگی مهم دیگر CMOS، امکان دسترسی به یک پیکسل یا مجموعه پیکسل، به صورت جداگانه است. بدین ترتیب رصدکننده میتواند زمان نوردهی نقاط مختلف یک تصویر را کنترل کند. یا اینکه تنها گوشهای از یک تصویر را بخواند.
به هرحال به نظر میرسد انتخاب CCD یا CMOS به مورد استفاده از آنها بستگی داشته باشد، ضمن اینکه با پیشرفت سریع تکنولوژی CMOS، چندان تفاوت مشهودی در کیفیت تصاویر این دو آشکارساز وجود ندارد.
خوانندگان علاقهمند میتوانند برای مطالعه بیشتر به آدرسهای زیر رجوع کنند یا موضوع را در اینترنت جستجو نمایند:
http://micro.magnet.fsu.edu/primer/d...gesensors.html
http://www.siliconimaging.com/ARTICL...S%20PRIMER.htm
از این دو آشکارساز که بگذریم، در نورسنجی حرفهای، از دیرباز نوع دیگری آشکارساز رایج بوده است به نام لامپ (یا لوله) فتومالتیپلایر.
بحث درباره این آشکارساز مجال دیگری لازم دارد.
موفق باشید.
-
سلام دوستان
در آدرس زیر CCD و CMOS با هم مقایسه شدهاند. به نظر جالب باشد.
http://www.pcworld.com/article/24693...heres_why.html
-
سلام دوستان
در آخرین پستی که درباره ابزار نورسنجی مطلبی عرض کردم، اشاره داشتم که یک آشکارساز دیگر (غیر از ccd و Cmos) لوله یا لامپ فتومالتی پلایر (تکثیر کننده نور) است که به اختصار آن را PMT مینامند. تصمیم دارم در صورن امکان در طی چند پست به این آشکارساز بپردازم. توصیه میکنم برای شروع، علاقهمندان در اینترنت عبارت Photomultiplier tube و «تکثیرکننده نور» را جستجو کنند و دست کم با شکل ظاهری آن آشنا شوند.
انشاءالله از پست آینده در حد بضاعت خود به بحث درباره این آشکارساز فوق العاده حساس خواهم پرداخت.
-
لوله فتومالتیپلایر (PMT) عضوی از دسته لامپهای خلأ (Vacuum tube) است. PMT آشکارسازی فوقالعاده حساس به نور در دامنه ماوراءبنفش، مرئی و تا نزدیکی مادونقرمز از طیف امواج الکترومغناطیس میباشد. این آشکارساز سیگنال حاصل از نور تابیده شده را تا 100 ملیون بار (db 160) تقویت میکند و همین توانایی است که آن را قادر میسازد حتی یک فوتون تک را در برخورد نور بسیار ضعیف به آن آشکار سازد. ترکیبی از بهرۀ بالا (High Gain)، نوفۀ پائین (Low Noise)، پاسخ فرکانسی بالا (High Frequency Response) و سطح وسیع جمعآوری نور، PMT را در جایگاهی ویژه در فیزیک ذرات بنیادی و هستهای، نجوم، پزشکی و ... قرار داده است.
در شکل زیر انواع گوناگونی از PMT را میبینید که متناسب با محل کاربرد ساخته شده اند:
http://up.avastarco.com/images/68o9uhj02k0b2e4fn14.jpg
-
لوله فتومالتیپلایر در سال 1936 میلادی اختراع شد. اساس کار این آشکارساز بر دو پدیدۀ اثر فوتوالکتریک (Photoelectric Effect) و تابش ثانویه (Secondary Emission ) استوار است. تابش ثانویه عبارت است از کنده شدن چند الکترون از یک الکترود در لامپ خلأ بر اثر برخورد یک الکترون متحرک. PMT از یک فتوکاتد، چند داینود و یک آند که در یک لولۀ شیشهای خلأ قرار دارند درست شده است.
http://up.avastarco.com/images/3i5tu3rin95ny19gya.jpg
فتوکاتد به صورت یک لایۀ نازک بر جدارۀ ورودی لامپ است. از برخورد فوتون با فتوکاتد، یک الکترون آزاد میشود (پدیدۀ فتوالکتریک). این الکترون به اولین داینود برخورد میکند و چند الکترون را آزاد مینماید (تابش ثانویه). این الکترونها به سمت داینود بعدی شتاب میگیرند و پس از برخورد با آن، تعداد بیشتری الکترون را آزاد میکنند. توجه کنید که ولتاژ بالایی بین فتوکاتد و آند برقرار است. این ولتاژ بین داینودها نیز تقسیم شده است، طوری که ولتاژ هر داینود بالاتر از داینود قبلی است.
http://up.avastarco.com/images/xzoszae0yi0viyme3gz.gif
بدین ترتیب پس از چند مرحله، بر اثر الکترون ابتدایی، انبوهی از الکترونها به آند برخورد میکند و یک پالس جریان تیز تولید میشود.
http://up.avastarco.com/images/jpx82x7yo3r6wrxh3h15.jpg
در تصویر بالا، لامپ فتومالتیپلایر از کنار نوردهی میشود.
در آدرس زیر میتوانید تصویر متحرکی را از آنچه در فتومالتیپلایر رخ میدهد ببینید:
http://learn.hamamatsu.com/tutorials...bes/index.html
-
سلام دوستان
اما ادامه مطالب درباره PMT:
بهره PMT به چند عامل بستگی دارد که مهمترین آنها، ولتاژ تغذیه و تعداد داینودها است.
در نمودار زیر، بهره (Gain) به ازای 10، 12 و 14 داینود، و در ولتاژهای مختلف، نشان داده شده است.
http://up.avastarco.com/images/mdqwrxis4u22ke2m7kep.jpg
بازده کوانتومی PMT به نوع ماده فتوکاتد بستگی دارد و حداکثر به 40% میرسد. یعنی اینکه در بهترین شرایط، 60% فوتونهایی که به PMT برخورد میکنند آشکار نمیشوند.
در تصویر زیر، پالس خروجی PMT را به ازای یک فوتون می بینید.
http://up.avastarco.com/images/4verfwmwnjxz91wuzj.jpg
خروجی PMT را به دو روش آنالوگ و دیجیتال می خوانند. در عمل، حتی در تاریکی مطلق نیز جریانی در خروجی PMT وجود دارد که به جریان تاریک معروف است. این جریان ناشی از کنده شدن الکترون از فتوکاتد و داینودها بر اثر گرما می باشد. بنابراین بهترین کار برای حذف یا کم کردن این جریان، سرد کردن PMT است.
در ادامه به چند استفاده PMT در نجوم خواهیم پرداخت.
موفق باشید
-
با توجه به حساسیت بالای لامپ فتومالتیپلایر، از این آشکارساز در شاخه های مختلف نجوم استفاده میکنند. متداولترین و قدیمیترین آنها، استفاده در نورسنجی ستارگان است. اختلاف ناچیز در قدر ستارگان، و یا تغییر روشنایی ستارگان متغیر، را میتوان به کمک PMT اندازه گرفت.
اما استفاده دیگر آن، به کارگیری در طرح عظیم آشکارساز نوترینو در ژاپن است. در این طرح، معروف به کامیوکاند که بعدها به سوپرکامیوکاند (Super-Kamiokande) ارتقاء یافت، در بدنه استوانه ای به قطر تقریبی 40 متر و ارتفاع 41 متر که در عمق 1000 متری زمین قرار دارد، حدود 13000 PMT نصب شده است. استوانه را از آب خالص پر میکنند.
http://up.avastarco.com/images/4mzrbarhuhgjc4qqgi0h.jpg
برهم کنش نوترینو با الکترون یا هسته مولکولهای آب، ذراتی باردار تولید میکند که با سرعتی بیش از سرعت نور در آب (و نه خلأ) حرکت میکنند. حرکت این ذرات باردار به تابش چرنکوف منجر میشود. لامپهای فتومالتی پلایر باید این تابش را ثبت کنند.
در زیر شماتیک و تصویر واقعی هر یک از این لامپها را که مخصوص این آشکارساز ساخته شده اند میبینید:
http://up.avastarco.com/images/lwbfkcrimdggo2n9e4it.gif
http://up.avastarco.com/images/aq0i2rhpsdt5viwoy3ag.jpg
البته همانطور که در پست 15 میبینید، PMT را بسته به مورد استفاده، در شکل و اندازه متفاوت میسازند. نوعی که در نورسنجی و در پشت تلسکوپ مورد استفاده قرار میگیرد، دارای قطری حدود 5 سانتیمتر است.
امیدوارم توضیحات مختصر من در این چند پست درباره آشکارسازهای نوری، سودمند واقع شده باشد.
موفق باشید.