2022-05-24EMCCD jutikliai buvo atradimas: padidinkite jautrumą sumažindami skaitymo triukšmą. Na, beveik, realiau, mes padidinome signalą, kad skaitymo triukšmas atrodytų mažesnis.
Ir mes juos pamilome, jie iš karto rado prieglobstį atliekant darbus su silpnais signalais, tokiais kaip atskirų molekulių ir spektroskopijos tyrimai, o paskui paplito tarp mikroskopų sistemų tiekėjų, skirtų tokioms sistemoms kaip besisukantys diskai, itin didelės skiriamosios gebos ir kitoms. O tada mes juos sunaikinome. Ar tikrai?
EMCCD technologijos istoriją sieja du pagrindiniai tiekėjai: „e2V“ ir „Texas Instruments“. „E2V“, dabar žinoma kaip „Teledyne e2V“, šią technologiją pradėjo nuo pirmųjų jutiklių XX a. dešimtojo dešimtmečio pabaigoje, tačiau didelę pažangą padarė su labiausiai pripažintu variantu – 512 x 512 matrica su 16 mikronų pikseliais.
Šis pirmasis ir tikriausiai pats dominuojantis EMCCD jutiklis turėjo realų poveikį, ir pusę jo sudarė pikselių dydis. 16 mikronų pikseliai mikroskope surinko 6 kartus daugiau šviesos nei tuo metu populiariausias CCD – ICX285, naudojamas populiariose „CoolSnap“ ir „Orca“ serijose. Be pikselių dydžio, šie įrenginiai buvo apšviesti iš galo, todėl konvertavo 30 % daugiau fotonų, todėl 6 kartus didesnis jautrumas tapo 7.
Taigi, EMCCD buvo 7 kartus jautresnis dar prieš mums jį įjungiant ir pajuntant EMCCD stiprinimo poveikį. Žinoma, galima teigti, kad galima būtų pašalinti CCD arba naudoti optiką didesniems pikseliams sukurti – tiesiog dauguma žmonių to nedarė!
Be to, labai svarbu gauti skaitymo triukšmą, mažesnį nei 1 elektronas. Tai buvo svarbu, bet ne nemokama. Daugybos procesas padidino signalo matavimo neapibrėžtumą, o tai reiškia, kad šūvio triukšmas, tamsioji srovė ir visa kita, ką turėjome prieš daugybą, padidėjo 1,4 karto. Taigi, ką tai reiškė? Na, tai reiškė, kad EMCCD buvo jautresnis, bet tik esant silpnam apšvietimui, na, būtent tada to ir reikia, tiesa?
Prieš klasikinį CCD jutiklį konkurencija nebuvo didelė. Dideli pikseliai, daugiau kvantinio efekto, elektromagnetinio stiprinimo. Ir mes visi buvome patenkinti, ypač tie, kurie užsiima fotoaparatų pardavimais: 40 000 USD, prašau...
Vieninteliai dalykai, su kuriais galėjome padaryti daugiau, buvo greitis, jutiklio plotas ir (nors ir nežinojome, kad tai įmanoma) mažesnis pikselių dydis.
Tada atsirado eksporto kontrolė ir atitiktis reikalavimams, ir tai nebuvo smagu. Pasirodo, atskirų molekulių sekimas ir raketų sekimas yra panašūs, o kamerų gamintojai ir jų klientai turėjo kontroliuoti kamerų pardavimus ir eksportą.
Tada atsirado sCMOS, pradedant nuo pažadų pasauliui, o per ateinančius 10 metų beveik pripildant lūkesčius. Mažesni pikseliai suteikė žmonėms 6,5 mikrono, kuriuos jie taip mėgo 60 kartų didinantiems objektyvams, ir visa tai su mažesniu skaitymo triukšmu – apie 1,5 elektrono. Tai nebuvo visiškai EMCCD, bet palyginti su to meto 6 elektronų CCD technologija, tai buvo nuostabu.
Iš pradžių sCMOS vis dar buvo apšviesti iš priekio. Tačiau 2016 m. pasirodė sCMOS su foniniu apšvietimu ir, kad atrodytų dar jautresnis, palyginti su originaliomis priekyje apšviestomis versijomis, jame buvo 11 mikronų pikseliai. Padidinus QE ir pikselių dydį, klientai jautėsi turintys 3,5 karto pranašumą.
Galiausiai, 2021 m., kai kuriems fotoaparatams nuskaitant vos 0,25 elektrono, buvo pašalintas subelektronų skaitymo triukšmas – EMCCD buvo baigtas.
Arba tai buvo...
Na, šiokia tokia problema vis dar yra pikselių dydis. Vėlgi, galite daryti ką norite optiškai, bet toje pačioje sistemoje 4,6 mikrono pikselis surenka 12 kartų mažiau šviesos nei 16 mikronų.
Dabar galite atlikti perkėlimą iš vienos vietos į kitą, bet nepamirškite, kad perkėlimas iš vienos vietos į kitą su į kitą į kitą su kita į kitą ...
Net jei triukšmą galima sumažinti, pikselių dydis ir apskritai yra kompromisas renkant tikrąjį signalą.
Kitas dalykas yra stiprinimas ir kontrastas – daugiau pilkų atspalvių ir signalo sumažinimas iki smulkesnių dalių suteikia geresnį kontrastą. Galima gauti tą patį triukšmą, bet kai CMOS rodo tik 2 pilkus atspalvius kiekvienam elektronui, neturite daug kuo žaisti, kai signalo elektronai yra vos 5.
Galiausiai, kaip dėl langinių? Kartais manau, kad pamirštame, koks galingas įrankis tai buvo EMCCD: globalūs langiniai tikrai padeda ir yra labai lengvi bei efektyvūs greičio atžvilgiu, ypač sudėtingose daugiakomponentėse sistemose.
Vienintelė sCMOS kamera, kurią esu matęs, prilygstanti 512 x 512 EMCCD jutikliui, yra „Aries 16“. Ji prasideda nuo 16 mikronų pikselių ir pateikia 0,8 elektrono skaitymo triukšmo, nereikia jo rūšiuoti. Signalams, viršijantiems 5 fotonus (vienam 16 mikronų pikseliui), manau, kad tai geriausia, kokią esu matęs, ir maždaug perpus pigiau.
Taigi, ar EMCCD mirė? Ne, ir jis iš tikrųjų nemirs, kol vėl neturėsime kažko tokio gero. Problema yra, na, visos problemos: per didelis triukšmas, stiprinimo senėjimas, eksporto kontrolė...
Jei EMCCD technologija būtų lėktuvas, tai būtų „Concord“. Visi, kurie juo skrido, jį dievino, bet jiems jo tikriausiai nereikėjo, o dabar su didesnėmis sėdynėmis ir plokščiais lovais – tereikia miegoti tas papildomas 3 valandas per Atlantą.
EMCCD, kitaip nei „Concord“, vis dar gyvuoja, nes kai kuriems žmonėms – nedideliam, vis mažėjančiam skaičiui – jo vis dar reikia. O galbūt jie tiesiog mano, kad reikia?
Naudojant EMCCD, brangiausią ir sudėtingiausią, plačiai naudojamą vaizdo gavimo technologiją, jūsų netampa ypatingu ar vaizdo gavimo ekspertu – jūs tiesiog darote kažką kitaip. Ir jei dar nebandėte keistis, tikriausiai turėtumėte tai padaryti.
