24/05/22EMCCD skynjararnir voru algjör opinberun: aukið næmið með því að minnka lestrarhljóðið. Jæja, næstum því, raunhæfara sagt, þá vorum við að auka merkið til að láta lestrarhljóðið líta út eins og það væri minna.
Og við elskuðum þau, þau fundu strax heimili með lágmerkjavinnu eins og einstakra sameinda og litrófsgreiningu og dreifðust síðan meðal smásjárkerfa fyrir hluti eins og snúningsdisk, ofurupplausn og fleira. Og svo útrýmdum við þeim. Eða gerðum við það?
EMCCD tæknin á sér sögu hjá tveimur lykilframleiðendum: e2V og Texas Instruments. E2V, nú Teledyne e2V, hóf þessa þróun með fyrstu skynjurum undir lok tíunda áratugarins en náði miklum framförum með vinsælustu útgáfunni, sem var með 512 x 512 pixla upplausn með 16 míkron pixlum.
Þessi upphaflegi, og líklega ríkjandi EMCCD skynjari hafði raunveruleg áhrif og helmingur þessa var í raun pixlastærð. 16 míkron pixlar í smásjá söfnuðu 6 sinnum meira ljósi en vinsælasti CCD skynjarinn á þeim tíma, ICX285, sem var í vinsælu CoolSnap og Orca seríunum. Auk pixlastærðar voru þessi tæki afturlýst sem umbreytti 30% fleiri ljóseindum, sem gerði þá 6 sinnum meiri næmni að 7.
Þannig að EMCCD var í raun sjö sinnum næmari áður en við kveiktum jafnvel á því og fengum áhrif EMCCD-aukningarinnar. Nú er auðvitað hægt að halda því fram að hægt sé að setja CCD-ið í einangrun eða nota ljósfræði til að búa til stærri pixlastærðir – það er bara að flestir gerðu það ekki!
Fyrir utan þetta var lykilatriði að fá lestrarsuð undir 1 rafeind. Það var lykilatriði, en það var ekki ókeypis. Margföldunarferlið jók óvissu merkismælinganna, sem þýddi að skotsuðurinn, dökkstraumurinn og allt annað sem við höfðum fyrir margföldun jókst um þáttinn 1,4. Svo, hvað þýddi það? Jæja, það þýddi að EMCCD var næmari en aðeins við litla birtu, þá er það eiginlega þegar maður þarf á því að halda, ekki satt?
Gegn hefðbundnum CCD var þetta engin keppni. Stórir pixlar, meiri magngreining (QE), rafrænn styrkur (EM Gain). Og við vorum öll ánægð, sérstaklega við sem vorum að selja myndavélar: $40.000, takk ...
Það eina sem við hefðum getað gert meira með var hraði, skynjarasvæði og (ekki það að við vissum að það væri mögulegt) minni pixlastærð.
Svo kom útflutningseftirlit og eftirlit með reglum, og það var ekki gaman. Það kom í ljós að það er svipað að rekja einstakar sameindir og eldflaugar, og myndavélafyrirtæki og viðskiptavinir þeirra þurftu að stjórna sölu og útflutningi myndavéla.
Svo kom sCMOS, sem byrjaði á því að lofa heiminum - og stóð svo næstum við það á næstu 10 árum. Minni pixlar gáfu fólki 6,5 míkron sem það elskaði fyrir 60x linsur og allt með minni lestrarsuði, um 1,5 rafeindir. Þetta var ekki alveg EMCCD, en miðað við 6 rafeindir sambærilegrar CCD tækni þess tíma var það ótrúlegt.
Upphaflegu sCMOS-skjáirnir voru enn með framlýsingu. En árið 2016 komu afturlýsingar á markað og til að láta þá virðast enn næmari en upprunalegu útgáfurnar með framlýsingu voru þeir með 11 míkróna pixla. Með aukinni magngreiningu (QE) og aukinni pixlastærð fannst viðskiptavinum þeir hafa 3,5 sinnum meiri forskot.
Loks, árið 2021, var lestrarhávaðinn frá undirrafeindum rofinn og sumar myndavélar náðu allt niður í 0,25 rafeindir - það var allt búið fyrir EMCCD.
Eða var það...
Jæja, smá vandamál er samt pixlastærðin. Aftur geturðu gert það sem þú vilt sjónrænt en á sama kerfi safnar 4,6 míkron pixla 12 sinnum minna ljósi en 16 míkron pixla.
Nú gætirðu sett sjónauka í bin-stillingar, en mundu að bin-stilling með venjulegu CMOS eykur suð sem fall af bin-stuðlinum. Þannig að flestir eru ánægðir með 6,5 míkróna pixla sína og halda að þeir geti sett sjónauka í bin-stillingar með næmni, en þeir tvöfalda lessuðinn í 3 rafeindir.
Jafnvel þótt hægt sé að draga úr hávaða, þá er pixlastærðin, og allt það, samt málamiðlun fyrir raunverulega merkjasöfnun.
Hitt er aukningin og birtuskilin – að hafa fleiri gráa liti og minnka merkið gefur betri birtuskil. Þú getur fengið sama suðið en þegar þú sýnir aðeins 2 gráa liti fyrir hverja rafeind með CMOS færðu ekki mikið að leika þér með þegar þú ert með aðeins 5 rafeindir af merki.
Að lokum, hvað með lokana? Stundum held ég að við gleymum því hversu öflugt tól þetta var í EMCCD: alþjóðlegir lokarar hjálpa virkilega og eru mjög léttir og hraðasparandi, sérstaklega í flóknum fjölþátta kerfum.
Eina sCMOS myndavélin sem ég hef séð sem kemst jafnvel nálægt 512 x 512 EMCCD skynjaranum er Aries 16. Þessi byrjar með 16 míkron pixlum og skilar 0,8 rafeindum af lestrarsuði án þess að þurfa að nota bin. Fyrir merki yfir 5 ljóseindir (á hverja 16 míkron pixlu) held ég að hún sé sú besta sem ég hef séð og um það bil helmingi ódýrari.
Er EMCCD þá dautt? Nei, og það mun ekki deyja fyrr en við fáum eitthvað svona gott aftur. Vandamálið er, ja, öll vandamálin: of mikill hávaði, öldrun álags, útflutningshöft...
Ef EMCCD-tæknin væri flugvél, þá væri hún Concord. Allir sem flugu henni elskuðu hana, en þeir þurftu hana líklega ekki og nú, með stærri sætum og flatbedum, sofið bara þessar 3 auka klukkustundir handan Atlantshafsins.
Ólíkt Concord er EMCCD enn á lífi vegna þess að sumir - lítill, sífellt minnkandi fjöldi - þurfa enn á því að halda. Eða kannski halda þeir bara að þeir þurfi á því að halda?
Að nota EMCCD, dýrasta og flóknasta myndgreiningartæknin sem völ er á, gerir þig ekki sérstakan eða að sérfræðingi í myndgreiningu - þú ert bara að gera eitthvað öðruvísi. Og ef þú hefur ekki reynt að breyta til, þá ættirðu líklega að gera það.
