24/05/22EMCCD-Sensore waren eng Offenbarung: erhéicht Är Empfindlechkeet andeems Dir Äre Liesrauschen reduzéiert. Bal, méi realistesch gesinn, hu mir de Signal erhéicht fir Äre Liesrauschen méi kleng ausgesinn ze loossen.
An mir hunn se gär gehaat, si hunn direkt en Doheem fonnt mat Aarbecht mat nidderegen Signaler wéi Eenzelmolekül- a Spektroskopie an duerno hunn si sech ënner Mikroskopsystem-Ubidder verbreet fir Saachen wéi rotéierend Scheiwen, Superopléisung a méi. An dann hu mir se ëmbruecht. Oder hu mir et gemaach?
D'EMCCD-Technologie huet seng Geschicht mat zwéi Schlëssellieferanten: e2V an Texas Instruments. E2V, elo Teledyne e2V, huet dëst mat fréie Sensoren géint Enn vun den 1990er Joren ugefaangen, awer huet richteg Fortschrëtter mat der am meeschte akzeptéierter Variant gemaach, déi eng Opléisung vu 512 x 512 mat 16-Mikron-Pixelen hat.
Dësen initialen, a wahrscheinlech dominantsten EMCCD-Sensor hat e richtegen Impakt, an d'Halschent dovun war wierklech Pixelgréisst. 16-Mikron-Pixel op engem Mikroskop hunn 6-mol méi Liicht gesammelt wéi de populärste CCD vun där Zäit, den ICX285, deen an de populäre CoolSnap- an Orca-Serien ze fanne war. Nieft der Pixelgréisst goufen dës Apparater zréckbeliicht, wouduerch 30% méi Photonen ëmgewandelt goufen, wat déi 6-mol méi grouss Empfindlechkeet op 7 bruecht huet.
Also effektiv war EMCCD 7 Mol méi empfindlech, ier mir en iwwerhaapt ageschalt hunn an den Impakt vum EMCCD-Gewënn gesinn hunn. Natierlech kann een argumentéieren, datt een de CCD kéint ausschalten, oder datt een Optik kéint benotzen, fir méi grouss Pixelgréissten ze kreéieren - et ass just, datt déi meescht Leit dat net gemaach hunn!
Doriwwer eraus war et wichteg, Liesrauschen ënner 1 Elektron ze kréien. Et war wichteg, awer et war net gratis. De Multiplikatiounsprozess huet d'Onsécherheet vun der Signalmiessung erhéicht, dat heescht, datt de Schlagrauschen, den Däischterstroum an alles anescht, wat mir virun der Multiplikatioun haten, ëm e Faktor vun 1,4 erhéicht goufen. Also, wat huet dat bedeit? Gutt, et huet bedeit, datt EMCCD méi empfindlech war, awer nëmme bei schwaachem Liicht, gutt, dat ass iergendwann, wann een et brauch, richteg?
Géint eng klassesch CCD war et kee Wettkampf. Grouss Pixel, méi QE, EM Gain. A mir ware all frou, besonnesch déi vun eis, déi Kamerae verkaaft hunn: 40.000 Dollar, w.e.g. ...
Déi eenzeg Saachen, mat deenen mir méi hätten maache kënnen, waren d'Geschwindegkeet, d'Sensorfläch an (net datt mir woussten, datt et méiglech war) eng méi kleng Pixelgréisst.
Dann koumen d'Exportkontrollen an d'Konformitéit, an dat war kee Spaass. Et stellt sech eraus, datt d'Verfollegung vun eenzelne Molekülen an d'Verfollegung vu Rakéiten ähnlech sinn, an d'Kamerafirmen an hir Clienten hu missen de Verkaf an den Export vu Kameraen kontrolléieren.
Dunn koum sCMOS, ugefaange mat engem Verspriechen der Welt - an dann an den nächsten 10 Joer bal geliwwert. Méi kleng Pixelen, déi de Leit déi 6,5 Mikrometer ginn, déi se fir 60x Objektiver gär haten, an dat alles mat engem méi niddrege Liesrauschen vun ongeféier 1,5 Elektronen. Dat war net ganz EMCCD, awer am Verglach mat de 6 Elektronen vun der deemoleger vergläichbarer CCD-Technologie war et erstaunlech.
Déi initial sCMOS waren nach ëmmer frontal beliicht. Mee am Joer 2016 koumen back-illuminéiert sCMOS, an fir se nach méi empfindlech am Verglach mat den originelle frontal beliichte Versiounen ze gestalten, haten se 11-Mikron-Pixel. Mam QE-Boost an der Pixelgréisstvergréisserung haten d'Clienten d'Gefill, datt se en 3,5-fache Virdeel hätten.
Schlussendlech, am Joer 2021, gouf de Liesrauschen vun de Subelektronen ënnerbrach, woubäi e puer Kameraen esou wéineg wéi 0,25 Elektronen erreecht hunn - et war alles eriwwer fir EMCCD.
Oder war et ...
Ma, e bëssen vum Problem ass ëmmer nach d'Pixelgréisst. Och hei kann een optesch maachen, wat ee wëll, awer um selwechte System sammelt e 4,6-Mikron-Pixel 12x manner Liicht wéi e 16-Mikron-Pixel.
Elo kéint een d'Sensibilitéit binnéieren, awer denkt drun, datt d'Binning mat normalem CMOS d'Rauschen ëm eng Funktioun vum Binning-Faktor erhéicht. Déi meescht Leit si mat hire 6,5-Mikron-Pixel zefridden a mengen, datt se sech op d'Sensibilitéit binne kënnen, awer si verduebelen hire Liesrauschen op 3 Elektronen.
Och wann de Rauschen reduzéiert ka ginn, ass d'Pixelgréisst, a gutt esou, ëmmer nach e Kompromëss fir eng richteg Signalerfassung.
Déi aner Saach ass de Gain an de Kontrast – méi Grotéin ze hunn an d'Signal méi kleng ze maachen, gëtt e bessere Kontrast. Dir kënnt dee selwechte Rauschen hunn, awer wann Dir nëmmen 2 Grotéin fir all Elektron mat engem CMOS weist, hutt Dir net vill ze spillen, wann Dir nëmmen 5 Elektronen u Signal hutt.
Schlussendlech, wat ass mat der Verschalung? Heiansdo mengen ech, mir vergiessen, wéi e mächtegt Instrument dëst an der EMCCD war: global Verschalungen hëllefen wierklech a si ganz liicht a geschwindegkeetseffizient, besonnesch a komplizéierte Multikomponentsystemer.
Déi eenzeg sCMOS Kamera, déi ech gesinn hunn, déi och nëmmen no beim 512 x 512 EMCCD Sensor kënnt, ass d'Aries 16. Dës fänkt mat 16-Mikron Pixel un a liwwert 0,8 Elektronen u Liesrauschen, ouni datt se muss gebonne ginn. Fir Signaler iwwer 5 Photonen (pro 16-Mikron Pixel) mengen ech, datt et déi bescht ass, déi ech je gesinn hunn, a si ass ongeféier d'Halschent vum Präis.
Ass EMCCD also dout? Nee, an et wäert net wierklech stierwen, bis mir erëm eppes sou Gutt kréien. De Problem ass, nun ja, all d'Problemer: ze vill Kaméidi, Alterung vum Gain, Exportkontrollen...
Wann d'EMCCD-Technologie e Fliger wier, wier et e Concord. Jiddereen, deen domat geflunn ass, huet en immens gär gehat, awer si hunn en wahrscheinlech net gebraucht, an elo, mat gréissere Sëtzer a Plateauen, schlofen se einfach déi extra 3 Stonnen iwwer den Atlantik.
EMCCD, am Géigesaz zu Concord, lieft nach ëmmer, well verschidde Leit - eng kleng, ëmmer méi kleng Zuel - et nach ëmmer brauchen. Oder vläicht mengen se just, datt se et brauchen?
D'Benotzung vun engem EMCCD, déi deierste a komplizéiertst Bildgebungstechnologie, mécht Iech net speziell oder zu engem Bildgebungsexpert - Dir maacht just eppes anescht. An, wann Dir nach net probéiert hutt, Iech z'änneren, da sollt Dir et wahrscheinlech maachen.
