24/05/22EMCCD սենսորները իսկական հայտնություն էին. նրանք բարձրացնում էին զգայունությունը՝ նվազեցնելով ընթերցման աղմուկը: Ավելի իրատեսական է, որ մենք մեծացնում էինք ազդանշանը, որպեսզի ընթերցման աղմուկը թվար ավելի փոքր:
Եվ մենք սիրեցինք դրանք, նրանք անմիջապես գտան իրենց տեղը ցածր ազդանշանային աշխատանքներում, ինչպիսիք են միամոլեկուլը և սպեկտրոսկոպիան, ապա տարածվեցին մանրադիտակային համակարգերի մատակարարների շրջանում՝ պտտվող սկավառակի, գերլուծաչափի և այլնի նման բաների համար: Եվ հետո մենք ոչնչացրինք դրանք: Կամ գուցե՞ ոչնչացրինք:
EMCCD տեխնոլոգիան իր պատմությունն ունի երկու հիմնական մատակարարների հետ՝ e2V և Texas Instruments: E2V-ն, որն այժմ կոչվում է Teledyne e2V, սկսեց այս գործընթացը վաղ սենսորներով 1990-ականների վերջին, բայց իրական առաջընթաց ապրեց ամենաընդունված տարբերակով՝ ունենալով 512 x 512 չափի զանգված՝ 16 միկրոն պիքսելներով:
Այս սկզբնական և, հավանաբար, ամենահայտնի EMCCD սենսորը իրական ազդեցություն ունեցավ, և դրա կեսը իրականում պիքսելների չափսն էր։ Մանրադիտակի վրա գտնվող 16 միկրոնանոց պիքսելները 6 անգամ ավելի շատ լույս էին հավաքում, քան այդ ժամանակվա ամենատարածված CCD-ն՝ ICX285-ը, որը ներառված էր հայտնի CoolSnap և Orca շարքերում։ Պիքսելների չափից բացի, այս սարքերը լուսավորվում էին նաև հետին լուսավորությամբ՝ 30%-ով ավելի շատ ֆոտոններ վերածելով այդ 6 անգամ ավելի մեծ զգայունությունը հասցնելով 7-ի։
Այսպիսով, EMCCD-ն, փաստորեն, 7 անգամ ավելի զգայուն էր, նախքան մենք այն միացրինք և ստանայինք EMCCD ուժեղացման ազդեցությունը: Այժմ, իհարկե, կարող եք պնդել, որ կարելի է CCD-ն բաժանել բինտի կամ օպտիկայի միջոցով ավելի մեծ պիքսելներ ստեղծելու համար, պարզապես մարդկանց մեծ մասը դա չի արել:
Բացի այդ, 1 էլեկտրոնից ցածր ընթերցման աղմուկ ստանալը կարևոր էր։ Դա կարևոր էր, բայց անվճար չէր։ Բազմապատկման գործընթացը մեծացնում էր ազդանշանի չափման անորոշությունը, ինչը նշանակում է, որ կրակոցի աղմուկը, մութ հոսանքը և բազմապատկումից առաջ ունեցած մնացած ամեն ինչ մեծանում էր 1.4 անգամ։ Այսպիսով, ի՞նչ էր դա նշանակում։ Դե, դա նշանակում էր, որ EMCCD-ն ավելի զգայուն էր, բայց միայն թույլ լուսավորության դեպքում, այսինքն՝ հենց այդ ժամանակ է, որ դրա կարիքը կա, այնպես չէ՞։
Դասական CCD-ի դեմ մրցակցություն չկար։ Մեծ պիքսելներ, ավելի շատ QE, EM Gain։ Եվ մենք բոլորս գոհ էինք, հատկապես մենք՝ տեսախցիկների վաճառքով զբաղվողները. 40,000 դոլար, խնդրում եմ...
Միակ բաները, որոնցով կարող էինք ավելին անել, արագությունն էր, սենսորի մակերեսը և (չնայած մենք չգիտեինք, որ դա հնարավոր է) պիքսելների փոքր չափը։
Այնուհետև ի հայտ եկան արտահանման վերահսկողությունը և համապատասխանության պահանջները, և դա հաճելի չէր։ Պարզվեց, որ առանձին մոլեկուլների հետևումը և հրթիռների հետևումը նման են, և տեսախցիկների ընկերություններն ու նրանց հաճախորդները ստիպված էին վերահսկել տեսախցիկների վաճառքն ու արտահանումը։
Այնուհետև հայտնվեց sCMOS-ը՝ սկզբում աշխարհին խոստանալով, իսկ հաջորդ 10 տարիների ընթացքում գրեթե իրականացրեց այն։ Փոքր պիքսելները մարդկանց ապահովում էին իրենց սիրելի 6.5 միկրոնով՝ 60x օբյեկտիվների համար, և այս ամենը ավելի ցածր՝ մոտ 1.5 էլեկտրոն ընթերցման աղմուկով։ Սա բոլորովին էլ EMCCD չէր, բայց այդ ժամանակվա համեմատական CCD տեխնոլոգիայի 6 էլեկտրոնների համեմատ այն զարմանալի էր։
Սկզբնական sCMOS-ները դեռևս առջևի լուսավորությամբ էին։ Սակայն 2016 թվականին հայտնվեց հետևի լուսավորությամբ sCMOS-ը, և որպեսզի այն ավելի զգայուն լինի առջևի լուսավորությամբ սկզբնական տարբերակների նկատմամբ, այն ուներ 11 միկրոնանոց պիքսելներ։ QE-ի ուժեղացման և պիքսելների չափի մեծացման շնորհիվ հաճախորդները զգացին, որ իրենք ունեն 3.5 անգամ առավելություն։
Վերջապես, 2021 թվականին ենթաէլեկտրոնային ընթերցման աղմուկը խզվեց, որոշ տեսախցիկներում էլեկտրոնի մակարդակը իջավ մինչև 0.25-ի։ EMCCD-ի համար ամեն ինչ ավարտվեց։
Կամ էլ այն էր...
Դե, խնդրի մի մասը դեռևս պիքսելի չափսն է։ Կրկին, օպտիկապես կարող եք անել այն, ինչ ուզում եք, բայց նույն համակարգում 4.6 միկրոնանոց պիքսելը հավաքում է 12 անգամ պակաս լույս, քան 16 միկրոնանոցը։
Հիմա դուք կարող եք բինինգ անել, բայց հիշեք, որ սովորական CMOS-ով բինինգը աղմուկը մեծացնում է բինինգի գործակցի ֆունկցիայով։ Այսպիսով, մարդկանց մեծ մասը գոհ է իրենց 6.5 միկրոնանոց պիքսելներից՝ մտածելով, որ կարող են բինինգ անել զգայունության հասնելու համար, բայց նրանք կրկնապատկում են իրենց ընթերցման աղմուկը մինչև 3 էլեկտրոն։
Նույնիսկ եթե աղմուկը կարող է նվազեցվել, պիքսելների չափը, և ընդհանրապես, այդ հարցում, դեռևս փոխզիջում են իրական ազդանշանների հավաքագրման համար։
Մյուս խնդիրը ուժգնացումն ու կոնտրաստն է. ավելի շատ մոխրագույն երանգներ ունենալը և ազդանշանը փոքրացնելը ավելի լավ կոնտրաստ է ապահովում: Կարող եք նույն աղմուկն ունենալ, բայց երբ CMOS-ով յուրաքանչյուր էլեկտրոնի համար ցուցադրում եք ընդամենը 2 մոխրագույն երանգ, ապա շատ բան չեք ստանում օգտագործելու, երբ ունեք ազդանշանի ընդամենը 5 էլեկտրոն:
Վերջապես, ի՞նչ կասեք փեղկերի մասին։ Երբեմն կարծում եմ, որ մենք մոռանում ենք, թե որքան հզոր գործիք էր սա EMCCD-ում. գլոբալ փեղկերը իսկապես օգնում են և շատ թեթև ու արագ են, հատկապես բարդ բազմաբաղադրիչ համակարգերում։
Միակ sCMOS տեսախցիկը, որը ես տեսել եմ և որը մոտ է 512 x 512 EMCCD սենսորին, Aries 16-ն է: Այն սկսվում է 16 միկրոն պիքսելներով և առանց բինինգի անհրաժեշտության ապահովում է 0.8 էլեկտրոն ընթերցման աղմուկ: 5 ֆոտոնից բարձր ազդանշանների համար (յուրաքանչյուր 16 միկրոն պիքսելի համար), կարծում եմ, որ սա լավագույնն է, որ ես երբևէ տեսել եմ և մոտ կես գնով:
Այսինքն՝ EMCCD-ն մեռա՞ծ է։ Ոչ, և այն իրականում չի մեռնի, մինչև մենք նորից այդքան լավ բան չստանանք։ Խնդիրը, իհարկե, բոլոր խնդիրներն են՝ ավելորդ աղմուկ, աճի հնացում, արտահանման վերահսկողություն...
Եթե EMCCD տեխնոլոգիան ինքնաթիռ լիներ, դա կլիներ Concord: Բոլոր նրանք, ովքեր թռչում էին դրանով, սիրում էին այն, բայց նրանք, հավանաբար, դրա կարիքը չունեին, և հիմա՝ ավելի մեծ նստատեղերով և հարթ մահճակալներով, պարզապես քնեք այդ լրացուցիչ 3 ժամը Ատլանտյան օվկիանոսի մյուս կողմում:
EMCCD-ն, ի տարբերություն Concord-ի, դեռևս գործում է, քանի որ որոշ մարդիկ՝ փոքր, անընդհատ նվազող թիվ, դեռևս դրա կարիքն ունեն։ Կամ գուցե նրանք պարզապես կարծում են, որ ունեն։
EMCCD-ի՝ ամենաթանկ և բարդ, լայնորեն օգտագործվող պատկերագրման տեխնոլոգիայի օգտագործումը ձեզ չի դարձնում յուրահատուկ կամ պատկերագրման փորձագետ. դուք պարզապես ինչ-որ այլ բան եք անում: Եվ եթե դուք չեք փորձել փոխվել, ապա հավանաբար պետք է անեք:
