24/05/22Roedd synwyryddion EMCCD yn ddatguddiad: cynyddwch eich sensitifrwydd trwy leihau eich sŵn darllen. Wel, bron, yn fwy realistig roedden ni'n cynyddu'r signal i wneud i'ch sŵn darllen edrych fel ei fod yn llai.
Ac roedden ni wrth ein bodd gyda nhw, fe wnaethon nhw ddod o hyd i gartref ar unwaith gyda gwaith signal isel fel moleciwl sengl a sbectrosgopeg ac yna lledaenu ymhlith darparwyr systemau microsgop ar gyfer pethau fel disg nyddu, uwch-ddatrysiad a thu hwnt. Ac yna fe wnaethon ni eu lladd. Neu a wnaethon ni?
Mae gan dechnoleg EMCCD ei hanes gyda dau gyflenwr allweddol: e2V a Texas Instruments. Dechreuodd E2V, sydd bellach yn Teledyne e2V, hyn gyda synwyryddion cynnar tua diwedd y 1990au ond gwnaeth gamau mawr gyda'r amrywiad mwyaf derbyniol, sef arae o 512 x 512 gyda picseli 16-micron.
Cafodd y synhwyrydd EMCCD cychwynnol hwn, a mwyaf tebygol o fod yn amlwg, effaith wirioneddol, ac roedd hanner hyn mewn gwirionedd yn faint picsel. Casglodd picseli 16-micron ar ficrosgop 6 gwaith yn fwy o olau na'r CCD mwyaf poblogaidd ar y pryd, yr ICX285, a oedd yn rhan o'r gyfres boblogaidd CoolSnap ac Orca. Y tu hwnt i faint picsel, roedd y dyfeisiau hyn wedi'u goleuo'n ôl gan drawsnewid 30% yn fwy o ffotonau gan gymryd y sensitifrwydd 6 gwaith yn fwy hwnnw i 7.
Felly i bob pwrpas roedd EMCCD 7 gwaith yn fwy sensitif cyn i ni hyd yn oed ei droi ymlaen a chael effaith yr enillion EMCCD. Nawr wrth gwrs gallwch ddadlau y gallech chi roi’r CCD yn y bin, neu y gallech chi ddefnyddio opteg i greu picseli mwy – dim ond nad oedd y rhan fwyaf o bobl yn gwneud hynny!
Y tu hwnt i hyn, roedd cael sŵn darllen islaw 1 electron yn allweddol. Roedd yn allweddol, ond nid oedd yn rhad ac am ddim. Cynyddodd y broses luosi ansicrwydd mesuriad y signal gan olygu bod y sŵn ergyd, y cerrynt tywyll, ac unrhyw beth arall a oedd gennym cyn lluosi wedi cynyddu gan ffactor o 1.4. Felly, beth oedd hynny'n ei olygu? Wel, roedd yn golygu bod EMCCD yn fwy sensitif ond dim ond mewn golau isel, wel dyna pryd mae ei angen arnoch chi, iawn?
Yn erbyn CCD clasurol, doedd dim cystadleuaeth. Picseli mawr, mwy o QE, Ennill EM. Ac roedden ni i gyd yn hapus, yn enwedig y rhai ohonom ni oedd yn gwerthu camerâu: $40,000, os gwelwch yn dda ...
Yr unig bethau y gallem fod wedi gwneud mwy gyda nhw oedd cyflymder, ardal synhwyrydd, ac (nid ein bod yn gwybod ei fod yn bosibl) maint picsel llai.
Yna daeth rheolaethau allforio a chydymffurfiaeth, ac nid oedd hynny'n hwyl. Mae'n ymddangos bod olrhain moleciwlau sengl ac olrhain rocedi yn debyg, ac roedd yn rhaid i gwmnïau camera a'u cwsmeriaid reoli gwerthiant ac allforion camerâu.
Yna daeth sCMOS, gan ddechrau trwy addo'r byd - ac yna dros y 10 mlynedd nesaf bron â'i gyflawni. Picseli llai yn rhoi'r 6.5 micron yr oeddent yn eu caru ar gyfer amcanion 60x i bobl a phob un â sŵn darllen is o tua 1.5 electron. Nawr nid oedd hyn yn hollol EMCCD, ond yn erbyn y 6 electron o dechnoleg CCD gymharol y cyfnod roedd yn anhygoel.
Roedd y sCMOS gwreiddiol yn dal i fod â goleuadau blaen. Ond yn 2016 cyrhaeddodd sCMOS â goleuadau cefn, ac er mwyn iddo ymddangos hyd yn oed yn fwy sensitif i'r fersiynau gwreiddiol â goleuadau blaen roedd ganddo bicseli 11-micron. Gyda'r hwb QE a'r cynnydd mewn maint picsel, roedd cwsmeriaid yn teimlo bod ganddynt fantais o 3.5 gwaith.
Yn olaf, yn 2021 torrwyd y sŵn darllen is-electron gyda rhai camerâu yn mynd mor isel â 0.25 electron - roedd y cyfan drosodd i EMCCD.
Neu a oedd e...
Wel, mae maint y picsel yn dal i fod yn rhan o'r broblem. Unwaith eto gallwch chi wneud beth bynnag rydych chi ei eisiau yn optegol ond ar yr un system, mae picsel 4.6-micron yn casglu 12 gwaith yn llai o olau nag un 16-micron.
Nawr gallech chi roi mewn biniau, ond cofiwch fod rhoi mewn biniau gyda CMOS arferol yn cynyddu sŵn yn ôl swyddogaeth o'r ffactor rhoi mewn biniau. Felly mae'r rhan fwyaf o bobl yn hapus gyda'u picseli 6.5-micron gan feddwl y gallant roi mewn biniau i sensitifrwydd, ond maen nhw'n dyblu eu sŵn darllen i 3 electron.
Hyd yn oed os gellir lleihau sŵn, mae maint y picsel, ac yn hollol wir o ran hynny, yn dal i fod yn gyfaddawd ar gyfer casglu signal go iawn.
Y peth arall yw'r enillion a'r cyferbyniad – mae cael mwy o lwydion a thorri'ch signal yn llai yn rhoi cyferbyniad gwell. Gallwch chi gael yr un sŵn ond pan fyddwch chi'n dangos dim ond 2 lwyd ar gyfer pob electron gyda CMOS, dydych chi ddim yn cael llawer i chwarae ag ef pan fydd gennych chi ddim ond 5 electron o signal.
Yn olaf, beth am y caeadau? Weithiau, rwy'n meddwl ein bod ni'n anghofio pa mor bwerus oedd yr offeryn hwn yn EMCCD: mae caeadau byd-eang yn helpu'n fawr ac maent yn ysgafn ac yn effeithlon iawn o ran cyflymder, yn enwedig mewn systemau aml-gydran cymhleth.
Yr unig gamera sCMOS rydw i wedi'i gweld sy'n dod yn agos at y synhwyrydd EMCCD 512 x 512 yw'r Aries 16. Mae hwn yn dechrau gyda picseli 16-micron ac yn darparu 0.8 electron o sŵn darllen heb yr angen i'w binio. Ar gyfer signalau uwchlaw 5 ffoton (fesul picsel 16-micron), dw i'n meddwl mai dyma'r gorau rydw i erioed wedi'i weld a thua hanner y pris.
Felly ydy EMCCD wedi marw? Na, ac ni fydd yn marw mewn gwirionedd nes i ni gael rhywbeth mor dda eto. Y broblem yw, wel, yr holl broblemau: sŵn gormodol, heneiddio enillion, rheolaethau allforio...
Pe bai technoleg EMCCD yn awyren, byddai'n Concord. Roedd pawb a'i hedfanodd wrth eu bodd, ond mae'n debyg nad oeddent ei hangen a nawr gyda seddi mwy a gwelyau gwastad - dim ond cysgu'r 3 awr ychwanegol hynny ar draws yr Iwerydd.
Mae EMCCD, yn wahanol i Concord, yn dal yn fyw oherwydd bod rhai pobl - nifer fach, sy'n lleihau'n barhaus - yn dal i fod ei angen. Neu efallai eu bod nhw'n meddwl eu bod nhw ei angen?
Nid yw defnyddio EMCCD, y dechnoleg delweddu fwyaf drud a chymhleth a ddefnyddir yn eang, yn eich gwneud chi'n arbennig, nac yn arbenigwr delweddu - rydych chi'n gwneud rhywbeth gwahanol yn unig. Ac os nad ydych chi wedi ceisio newid, yna mae'n debyg y dylech chi wneud hynny.
