24/05/22Sensorên EMCCD keşfek bûn: bi kêmkirina dengê xwendinê hesasiyeta xwe zêde bikin. Belê, hema bêje, bi awayekî rasttir, me sînyalê zêde dikir da ku dengê xwendinê piçûktir xuya bike.
Û me ji wan hez kir, wan bi karên sînyala nizm ên wekî molekulek yekane û spektroskopî re yekser cihek dîtin û dûv re di nav dabînkerên pergalên mîkroskopê de ji bo tiştên wekî dîska zivirî, çareseriya super û ji wê bêtir belav bûn. Û dûv re me ew kuştin. An me ew kuştin?
Teknolojiya EMCCD bi du dabînkerên sereke re xwedî dîrok e: e2V û Texas Instruments. E2V, ku niha Teledyne e2V ye, bi sensorên destpêkê di dawiya salên 1990-an de dest bi vê yekê kir, lê bi guhertoya herî pejirandî, ku xwedan rêzek 512 x 512 bi pîkselên 16 mîkron bû, gavên rastîn avêt.
Ev sensora destpêkê, û belkî ya herî serdest a EMCCD bandorek rastîn hebû û nîvê vê bi rastî mezinahiya pîkselê bû. Pîkselên 16 mîkron li ser mîkroskopê 6 caran ji CCD-ya herî populer a wê demê, ICX285, ku di rêzefîlma populer a CoolSnap û Orca de cih digirt, bêtir ronahî berhev kirin. Ji bilî mezinahiya pîkselê, ev cîhaz ji paş ve hatin ronîkirin û %30 fotonên zêdetir veguherandin û wê hesasiyeta 6 caran mezintir gihandin 7.
Ji ber vê yekê, EMCCD berî ku em wê vekin û bandora qezenca EMCCD bistînin, 7 caran hesastir bû. Niha, bê guman, hûn dikarin bibêjin ku hûn dikarin CCD-ê ji holê rakin, an jî hûn dikarin optîkan bikar bînin da ku mezinahiyên pîkselên mezintir biafirînin - lê piraniya mirovan wisa nekirine!
Ji bilî vê, bidestxistina dengê xwendinê li jêr 1 elektron girîng bû. Ew girîng bû, lê ne belaş bû. Pêvajoya pirbûnê nezelaliya pîvandina sînyalê zêde kir, ev tê vê wateyê ku dengê gulebaranê, herikîna tarî, û her tiştê din ê ku me berî pirbûnê hebû bi faktorek 1.4 zêde bû. Ji ber vê yekê, ev tê çi wateyê? Belê, ev tê vê wateyê ku EMCCD hesastir bû lê tenê di ronahiya kêm de, baş e ku ew dem e ku hûn hewce ne rast e?
Li dijî CCD-ya klasîk, ne reqabet bû. Pîkselên mezin, QE-ya zêdetir, qezenca EM. Û em hemû kêfxweş bûn, nemaze yên ji me yên ku kamerayan difiroşin: 40,000 dolar, ji kerema xwe...
Tenê tiştên ku me dikarîbû bêtir bikira leza, qada sensorê, û (ne ku me dizanibû ku ev gengaz e) mezinahiya pîkselê ya piçûktir bû.
Paşê kontrol û pabendbûna bi hinardekirinê hat, û ev ne tiştekî xweş bû. Derket holê ku şopandina molekulên yekane û şopandina roketan dişibin hev, û şirketên kamerayan û xerîdarên wan neçar bûn ku firotin û hinardekirina kamerayan kontrol bikin.
Paşê sCMOS hat, bi soza cîhanê dest pê kir - û dû re di 10 salên pêş de hema hema ew pêk anî. Pîkselên piçûktir 6.5 mîkronên ku ji bo armancên 60x jê hez dikirin didan mirovan û hemî bi dengê xwendinê yê kêmtir ê nêzîkî 1.5 elektronan. Niha ev ne tam EMCCD bû, lê li hember 6 elektronên teknolojiya CCD ya berawirdî ya wê demê ew ecêb bû.
sCMOS-ên destpêkê hîn jî ji pêş ve ronîkirî bûn. Lê di sala 2016-an de sCMOS-ên ji paş ve ronîkirî hatin, û ji bo ku ew ji guhertoyên orîjînal ên bi pêş ve ronîkirî hîn hesastir xuya bike, ew xwedî pîkselên 11 mîkron bû. Bi zêdebûna QE û mezinahiya pîkselê re, xerîdaran hîs kir ku ew xwedî avantajek 3.5 carî ne.
Di dawiyê de, di sala 2021-an de dengê xwendina elektronên bin-lîstikê hate şikandin û hin kamerayan dengê elektronan heta 0.25 kêm kir - ji bo EMCCD her tişt bi dawî bû.
An jî ew bû ...
Belê, hinekî pirsgirêk hîn jî mezinahiya pîkselê ye. Dîsa hûn dikarin bi awayekî optîkî çi bixwazin bikin lê di heman pergalê de, pîkselek 4.6 mîkron 12 caran kêmtir ronahî berhev dike ji pîkselek 16 mîkron.
Niha hûn dikarin wan bi hev ve girêdin, lê ji bîr mekin ku girêdin bi CMOS-ya normal deng bi fonksiyonek faktora girêdinê zêde dike. Ji ber vê yekê piraniya mirovan bi pîkselên xwe yên 6.5 mîkron kêfxweş in û difikirin ku ew dikarin bi hesasiyetê xwe bi hev ve girêdin, lê ew dengê xwendina xwe du qat dikin û digihînin 3 elektronan.
Tewra ku deng dikare were kêmkirin jî, mezinahiya pîkselê, û her tiştê din jî, hîn jî ji bo berhevkirina sînyala rastîn tawîzek e.
Tiştê din jî qezenc û kontrast e - hebûna gewrên zêdetir û piçûkkirina sînyala we kontrastek çêtir dide. Hûn dikarin heman deng hebe lê gava hûn ji bo her elektronê tenê 2 gewr nîşan didin bi CMOS-ê, gava ku we tenê 5 elektron sînyala we hebe, hûn zêde tiştekî ku hûn pê bilîzin nabînin.
Di dawiyê de, gelo li ser kepçeyan çi dibe? Carinan ez difikirim ku em ji bîr dikin ku ev amûrek çiqas bi hêz bû di EMCCD de: kepçeyên gerdûnî bi rastî dibin alîkar û pir sivik û bilez in, nemaze di pergalên pir-pêkhateyî yên tevlihev de.
Tekane kameraya sCMOS ku min dîtiye ku nêzîkî sensora EMCCD ya 512 x 512 bûye, Aries 16 e. Ev bi pîkselên 16 mîkron dest pê dike û 0.8 elektronên dengê xwendinê bêyî hewcedariya bi kopîkirinê dide. Ji bo sînyalên ji 5 fotonan zêdetir (ji bo her pîkselek 16 mîkron), ez difikirim ku ew çêtirîn kameraya ku min heta niha dîtiye ye û bi qasî nîvê bihayê wê ye.
Ma EMCCD miriye? Na, û heta ku em dîsa tiştekî ewqas baş bi dest nexin, ew ê bi rastî nemire. Pirsgirêk, belê, hemû pirsgirêk in: dengê zêde, pîrbûna qezencê, kontrolkirina hinardekirinê...
Eger teknolojiya EMCCD balafir bûya, ew ê Concord bûya. Her kesê ku pê difiriya jê hez dikir, lê dibe ku pêwîstiya wan pê tunebû û naha bi kursiyên mezintir û nivînên pêvekirî - tenê wan 3 saetên zêde li seranserê Atlantîkê razên.
EMCCD, berevajî Concord, hîn jî zindî ye ji ber ku hin kes - hejmareke piçûk û her ku diçe kêm dibe - hîn jî hewcedarê wê ne. An jî dibe ku ew tenê difikirin ku ew hewcedarê wê ne?
Bi karanîna EMCCD, teknolojiya wênekêşiyê ya herî biha û tevlihev ku bi berfirehî tê bikar anîn, we nake taybet an pisporek wênekêşiyê - hûn tenê tiştekî cûda dikin. Û heke we hewl nedaye ku hûn biguherînin, wê hingê dibe ku divê hûn bikin.
