24/05/22EMCCD-sensoren wiene in iepenbiering: ferheegje jo gefoelichheid troch jo lêsrûs te ferminderjen. No, hast, realistysker sein, ferhegen wy it sinjaal om jo lêsrûs lytser te meitsjen.
En wy wiene gek op har, se fûnen direkt in thús mei leech sinjaalwurk lykas ienmolekule- en spektroskopie en fersprieden har doe ûnder mikroskoopsysteemleveransiers foar dingen lykas draaiende skiif, superresolúsje en mear. En doe hawwe wy se fermoarde. Of hawwe wy dat dien?
EMCCD-technology hat syn skiednis mei twa wichtige leveransiers: e2V en Texas Instruments. E2V, no Teledyne e2V, begon dit mei iere sensoren tsjin 'e ein fan 'e jierren '90, mar makke echte foarútgong mei de meast akseptearre fariant, mei in array fan 512 x 512 mei 16-mikron piksels.
Dizze earste, en wierskynlik meast dominante EMCCD-sensor hie in echte ynfloed en de helte hjirfan wie eins pikselgrutte. 16-mikron piksels op in mikroskoop sammele 6 kear mear ljocht as de populêrste CCD fan dy tiid, de ICX285, dy't te finen wie yn 'e populêre CoolSnap- en Orca-searjes. Utsein pikselgrutte waarden dizze apparaten weromferljochte, wêrtroch't 30% mear fotonen omset waarden, wêrtroch't dy 6 kear gruttere gefoelichheid nei 7 kaam.
Dat EMCCD effektyf 7 kear gefoeliger wie foardat wy it sels oansette en de ynfloed fan 'e EMCCD-fersterking krigen. No kinne jo fansels beweare dat jo de CCD fuortsmite kinne, of jo kinne optyske eleminten brûke om gruttere piksels te meitsjen - it is gewoan dat de measte minsken dat net diene!
Dêrneist wie it krijen fan lêsrûs ûnder 1 elektron wichtich. It wie wichtich, mar it wie net fergees. It fermannichfâldigingsproses fergrutte de ûnwissichheid fan 'e sinjaalmjitting, wat betsjutte dat de skotrûs, tsjustere stroom, en alles wat wy hiene foar fermannichfâldiging mei in faktor 1.4 ferhege waard. Dus, wat betsjutte dat? No, it betsjutte dat EMCCD gefoeliger wie, mar allinich by leech ljocht, no, dat is eins wannear't jo it nedich hawwe, toch?
Tsjin in klassike CCD wie it gjin konkurrinsje. Grutte piksels, mear QE, EM Gain. En wy wiene allegear bliid, foaral dy fan ús dy't kamera's ferkochten: $40.000, asjebleaft ...
De iennige dingen dêr't wy mear mei dwaan koenen wiene snelheid, sensorgebiet, en (net dat wy wisten dat it mooglik wie) in lytsere pikselgrutte.
Doe kamen eksportkontrôles en neilibjen, en dat wie net leuk. It docht bliken dat it folgjen fan ienkele molekulen en it folgjen fan raketten ferlykber binne, en kamerabedriuwen en har klanten moasten de ferkeap en eksport fan kamera's kontrolearje.
Doe kaam sCMOS, begjinnend mei it beloven fan 'e wrâld - en doe yn 'e folgjende 10 jier hast leverjend. Lytsere piksels dy't minsken de 6,5 mikron joegen dy't se leaf hiene foar 60x objektiven en allegear mei legere lêsrûs fan sawat 1,5 elektroanen. No, dit wie net hielendal EMCCD, mar tsjin de 6 elektroanen fan 'e ferlykjende CCD-technology fan dy tiid wie it geweldig.
De earste sCMOS'en wiene noch mei foarljochting. Mar yn 2016 kamen efterljochte sCMOS'en, en om it noch gefoeliger te meitsjen foar orizjinele ferzjes mei foarljochting hie it 11-mikron piksels. Mei de QE-boost en ferheging fan de pikselgrutte hienen klanten it gefoel dat se in 3,5 kear foardiel hienen.
Uteinlik, yn 2021, waard de sub-elektronlêsrûs brutsen mei guon kamera's dy't mar 0,25 elektroanen krigen - it wie allegear foarby foar EMCCD.
Of wie it ...
No, in bytsje fan it probleem is noch altyd de pikselgrutte. Jo kinne optysk dwaan wat jo wolle, mar op itselde systeem sammelet in piksel fan 4,6 mikron 12 kear minder ljocht as in piksel fan 16 mikron.
No koene jo bin, mar tink derom dat binning mei normale CMOS de rûs fergruttet mei in funksje fan 'e binningfaktor. Dat de measte minsken binne tefreden mei har 6,5-mikron piksels en tinke dat se har wei nei gefoelichheid bin kinne, mar se ferdûbelje har lêsrûs nei 3 elektroanen.
Sels as rûs fermindere wurde kin, binne de pikselgrutte, en folle better trouwens, noch altyd in kompromis foar echte sinjaalferzameling.
It oare ding is de fersterking en it kontrast - mear grizen hawwe en jo sinjaal lytser meitsje jout wol better kontrast. Jo kinne deselde rûs hawwe, mar as jo mar 2 grizen foar elk elektron sjen litte mei in CMOS, krije jo net folle om mei te boartsjen as jo mar 5 elektroanen sinjaal hawwe.
En úteinlik, hoe sit it mei de bekisting? Soms tink ik dat wy ferjitte hoe machtich in ark dit wie yn EMCCD: globale bekistingen helpe echt en binne tige licht en snelheidseffisjint, foaral yn yngewikkelde systemen mei meardere komponinten.
De ienige sCMOS-kamera dy't ik sjoen haw dy't yn 'e buert komt fan 'e 512 x 512 EMCCD-sensor is de Aries 16. Dizze begjint mei 16-mikron piksels en levert 0,8 elektroanen oan lêsrûs sûnder dat der bin nedich is. Foar sinjalen fan mear as 5 fotonen (per 16-mikron piksel) tink ik dat it de bêste is dy't ik ea sjoen haw en sawat de helte fan 'e priis.
Dus is EMCCD dea? Nee, en it sil net echt stjerre oant wy wer wat sa goeds krije. It probleem is, nou ja, al dy problemen: tefolle lûd, ferâldering fan 'e fersterking, eksportkontrôles...
As EMCCD-technology in fleantúch wie, soe it in Concord wêze. Elkenien dy't dermei fleach wie der gek op, mar se hiene it wierskynlik net nedich en no mei gruttere sitten en platte bêden - sliep gewoan dy ekstra 3 oeren oan 'e oare kant fan 'e Atlantyske Oseaan.
EMCCD, oars as Concord, libbet noch om't guon minsken - in lyts, hieltyd ôfnimmend oantal - it noch nedich hawwe. Of miskien tinke se gewoan dat se it nedich hawwe?
It brûken fan in EMCCD, de djoerste en yngewikkeldste ôfbyldingstechnology dy't faak brûkt wurdt, makket jo net spesjaal, of in ôfbyldingsekspert - jo dogge gewoan wat oars. En as jo noch net besocht hawwe te feroarjen, dan moatte jo dat wierskynlik wol dwaan.
