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¿Qué es una Cámara EMCCD?

Una cámara EMCCD es una cámara CCD capaz de detectar niveles bajos de luz gracias a su elemento CCD multiplicador de electrones.

Cuando una cámara CCD ordinaria detecta luz, necesita una cierta cantidad de luz brillante. Cuando la luz se convierte en señales eléctricas, se añade una cierta cantidad de ruido (información no deseada distinta de la luz).

Incluso si la luz débil se convierte en señal eléctrica, ésta queda enterrada en el ruido, por lo que no se puede obtener una imagen de intensidad suficiente. Al detectar la luz y convertirla en señales eléctricas, las cámaras EMCCD pueden detectar la luz débil porque el sensor CCD tiene una función de duplicación electrónica.

Usos de las Cámaras EMCCD

Las principales aplicaciones de las cámaras EMCCD son los microscopios y los telescopios. La zona de observación de un microscopio es muy estrecha y su luminosidad se ve reforzada por una abertura y un reflector, pero la cantidad de luz es insuficiente cuando la imagen es captada por una cámara CCD ordinaria.

Como resultado, las señales eléctricas convertidas a partir de la luz quedan sepultadas por el ruido. En cambio, una cámara EMCCD puede convertir y amplificar la luz tenue en señales eléctricas de intensidad suficiente. Las cámaras EMCCD también se utilizan para compensar la baja intensidad de la luz cuando se fotografían objetos débiles a través de telescopios.

Principio de las Cámaras EMCCD

1. Cómo Funcionan los Sensores CCD

Un CCD (dispositivo de carga acoplada) es un dispositivo de carga acoplada que convierte la luz en señales eléctricas. Mientras que las cámaras convencionales basadas en película (cámaras que utilizan película) utilizan película de haluro de plata para la parte sensible a la luz, los sensores CCD se utilizan en la parte sensible a la luz de muchas cámaras digitales.

Los sensores CCD constan de pequeños elementos (fotodiodos) llamados píxeles. El fotodiodo convierte la luz en una carga eléctrica y el sensor CCD emite la carga en forma de corriente eléctrica para producir una imagen.

2. Cómo Funciona el EMCCD

Debido a las características del flujo de corriente que influyen en el ruido, la señal eléctrica queda enterrada en el ruido en niveles bajos de luz, lo que hace imposible obtener una imagen adecuada. Por ello, el sensor EMCCD duplica la carga convertida de la luz a un nivel no afectado por el ruido.

Al duplicar la carga, también se duplica la señal eléctrica, por lo que el sombreado de la imagen de salida es más claro. De este modo, incluso en microscopios, telescopios y otras aplicaciones en las que es necesario detectar niveles bajos de luz, las cámaras EMCCD pueden utilizarse para adquirir imágenes con suficiente sombreado para ser de utilidad práctica.

Estructura de la Cámara EMCCD

Las cámaras EMCCD constan de una sección de sensor CCD y dos mecanismos denominados registros de ganancia.

1. Sección del Sensor CCD

Los pozos de potencial se crean aplicando diferentes voltajes a los electrodos de la superficie del sustrato de silicio de la unidad del sensor CCD. Cuando la unidad del sensor CCD recibe luz, se genera una carga debido al efecto fotoeléctrico.

Una vez capturada la carga en el pozo de potencial, se digitaliza mediante un convertidor de CA en los CCD convencionales. En cambio, en los EMCCD, la carga se transporta al registro de ganancia para duplicarla antes de que se produzca la digitalización.

2. Registro de Ganancia

Este mecanismo duplica la carga enviada desde la sección del sensor CCD. Aprovecha el fenómeno (fenómeno de ionización por impacto) en el que se aplica un campo eléctrico elevado durante la transferencia de electrones para crear un nuevo par electrón-hueco en un estado de alta energía.

Más Información sobre las Cámaras EMCCD

Factor de Ruido

El ruido EMCCD puede clasificarse en cuatro categorías, cada una de las cuales requiere contramedidas.

1. Ruido de Patrón Fijo
Es el ruido resultante de las variaciones en la sensibilidad de cada píxel del sensor CCD.

2. Ruido de Disparo
Es el ruido que depende del número de fotones que inciden en el sensor CCD. A medida que aumenta el número de fotones, aumenta también el ruido de disparo.

3. Ruido de Disparo Oscuro
La corriente generada en el sensor CCD en ausencia de entrada de fotones se denomina corriente oscura. El ruido de disparo oscuro es el ruido causado por la corriente oscura y el disparo oscuro puede reducirse reduciendo la corriente oscura.

4. Ruido de Lectura
Es el ruido causado por el hardware que compone la cámara, incluido el sensor CCD.