24/05/22I sensori EMCCD sò stati una rivelazione: aumentate a vostra sensibilità riducendu u rumore di lettura. Beh, guasi, più realisticamente stavamu aumentendu u signale per fà chì u vostru rumore di lettura pare più chjucu.
È li avemu amatu, anu trovu una casa subitu cù u travagliu à bassu signale cum'è a molecula unica è a spettroscopia è dopu si sò spargugliati trà i fornitori di sistemi di microscopiu per cose cum'è u discu rotante, a super risoluzione è oltre. È dopu li avemu uccisi. O forse micca ?
A tecnulugia EMCCD hà a so storia cù dui fornitori chjave: e2V è Texas Instruments. E2V, avà Teledyne e2V, hà cuminciatu stu sviluppu cù i primi sensori versu a fine di l'anni 1990, ma hà fattu passi veri cù a variante più accettata, cù una matrice di 512 x 512 cù pixel di 16 micron.
Stu sensore EMCCD iniziale, è probabilmente u più duminante, hà avutu un impattu reale è a metà di questu era veramente a dimensione di i pixel. I pixel di 16 micron nantu à un microscopiu anu raccoltu 6 volte più luce chè u CCD u più pupulare di l'epica, l'ICX285, prisentatu in e populari serie CoolSnap è Orca. Oltre à a dimensione di i pixel, sti dispositivi eranu retroilluminati cunvertendu u 30% di fotoni in più, purtendu quella sensibilità 6 volte più grande à 7.
Cusì, in effetti, l'EMCCD era 7 volte più sensibile prima ancu di accendelu è di ottene l'impattu di u guadagnu EMCCD. Avà, sicuru, pudete sustene chì pudete eliminà u CCD, o pudete aduprà l'ottica per creà pixel di dimensioni più grande - hè solu chì a maiò parte di a ghjente ùn l'hà micca fattu!
Oltre à questu, ottene un rumore di lettura sottu à 1 elettrone era a chjave. Era a chjave, ma ùn era micca gratuita. U prucessu di multiplicazione hà aumentatu l'incertezza di a misurazione di u signale, vale à dì chì u rumore di colpu, a corrente scura è tuttu ciò chì avemu avutu prima di a multiplicazione hè statu aumentatu di un fattore di 1,4. Allora, chì significava questu? Ebbè, significava chì EMCCD era più sensibile ma solu à poca luce, ebbè hè quandu ne avete bisognu, nò?
Contra un CCD classicu, ùn ci era micca cuncurrenza. Grandi pixel, più QE, guadagnu EM. È eramu tutti cuntenti, soprattuttu quelli di noi chì vendianu camere: 40.000 $, per piacè...
L'uniche cose chì pudemu fà di più eranu a velocità, l'area di u sensore, è (micca chì sapessimu chì era pussibule) una dimensione di pixel più chjuca.
Dopu sò ghjunti i cuntrolli di l'esportazione è a cunfurmità, è questu ùn hè statu divertente. Si scopre chì u seguimentu di e molecule singole è u seguimentu di i razzi sò simili, è e cumpagnie di camere è i so clienti anu avutu à cuntrullà e vendite è l'esportazioni di camere.
Dopu hè ghjuntu u sCMOS, cuminciendu per prumette u mondu - è dopu in i prossimi 10 anni quasi mantenendulu. Pixel più chjuchi chì davanu à a ghjente i 6,5 micron chì amavanu per obiettivi 60x è tuttu cù un rumore di lettura più bassu di circa 1,5 elettroni. Avà, questu ùn era micca propiu EMCCD, ma contru à i 6 elettroni di a tecnulugia CCD cumparativa di l'epica era stupente.
I sCMOS iniziali eranu sempre illuminati da a parte anteriore. Ma in u 2016 hè ghjuntu u sCMOS illuminatu da a parte posteriore, è per fà lu pare ancu più sensibile à e versioni originali illuminate da a parte anteriore, avia pixel di 11 micron. Cù l'aumentu di u QE è l'aumentu di a dimensione di i pixel, i clienti anu avutu l'impressione d'avè un vantaghju di 3,5 volte.
Infine, in u 2021, u rumore di lettura di i subelettroni hè statu rottu cù alcune camere chì righjunghjenu solu 0,25 elettroni - era tuttu finitu per EMCCD.
O era...
Ebbè, un pocu di u prublema hè sempre a dimensione di i pixel. Ancu una volta pudete fà ciò chì vulete otticamente, ma nantu à u listessu sistema, un pixel di 4,6 micron raccoglie 12 volte menu luce chè unu di 16 micron.
Avà pudete fà bin, ma ricordate chì u binning cù CMOS nurmale aumenta u rumore per una funzione di u fattore di binning. Cusì a maiò parte di a ghjente hè cuntenta di i so pixel di 6,5 micron pensendu chì ponu fà a so strada versu a sensibilità in bin, ma stanu radduppiendu u so rumore di lettura à 3 elettroni.
Ancu s'è u rumore pò esse riduttu, a dimensione di i pixel, è ancu u pienu, sò sempre un compromisu per a vera raccolta di signali.
L'altra cosa hè u guadagnu è u cuntrastu - avè più grigi è taglià u vostru signale in più picculi dà un cuntrastu megliu. Pudete avè u listessu rumore, ma quandu mostrate solu 2 grigi per ogni elettrone cù un CMOS ùn avete micca assai da ghjucà quandu avete solu 5 elettroni di signale.
Infine, chì ne dici di l'otturatore ? Calchì volta pensu chì ci scurdemu di quantu putente era questu strumentu in EMCCD: l'otturatori globali aiutanu veramente è sò assai leggeri è veloci, soprattuttu in sistemi multi-cumponenti cumplessi.
L'unica camera sCMOS chì aghju vistu avvicinassi ancu di più à u sensore EMCCD 512 x 512 hè l'Aries 16. Questa principia cù pixel di 16 micron è furnisce 0,8 elettroni di rumore di lettura senza bisognu di bin. Per i signali di più di 5 fotoni (per pixel di 16 micron), pensu chì sia a megliu chì aghju mai vistu è circa a metà di u prezzu.
Dunque, l'EMCCD hè mortu ? Innò, è ùn morirà micca veramente finchè ùn avemu qualcosa di cusì bonu torna. U prublema hè, bè, tutti i prublemi: rumore eccessivu, invecchiamentu di guadagni, cuntrolli di l'esportazione...
Sè a tecnulugia EMCCD fussi un aereo, saria un Concord. Tutti quelli chì l'anu vulatu l'anu amatu, ma probabilmente ùn ne avianu micca bisognu è avà cù sedili più grandi è letti piatti - basta à dorme quelle 3 ore in più attraversu l'Atlanticu.
L'EMCCD, à u cuntrariu di Concord, hè sempre vivu perchè certe persone - un numeru chjucu, sempre più decrescente - ne anu sempre bisognu. O forse pensanu solu di avè bisognu?
Aduprà un EMCCD, a tecnulugia d'imaghjini a più cara è cumplicata largamente aduprata ùn vi face micca speciale, o un espertu d'imaghjini - state solu fà qualcosa di diversu. È s'è vo ùn avete micca pruvatu à cambià, allora probabilmente duvete.
