24/05/22EMCCD സെൻസറുകൾ ഒരു വെളിപ്പെടുത്തലായിരുന്നു: നിങ്ങളുടെ വായനാ ശബ്ദം കുറച്ചുകൊണ്ട് നിങ്ങളുടെ സംവേദനക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുക. ശരി, കൂടുതൽ യാഥാർത്ഥ്യബോധത്തോടെ, നിങ്ങളുടെ വായനാ ശബ്ദം ചെറുതായി തോന്നിപ്പിക്കാൻ ഞങ്ങൾ സിഗ്നൽ വർദ്ധിപ്പിക്കുകയായിരുന്നു.
ഞങ്ങൾ അവരെ വളരെയധികം സ്നേഹിച്ചു, സിംഗിൾ മോളിക്യൂൾ, സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി തുടങ്ങിയ കുറഞ്ഞ സിഗ്നൽ വർക്ക് ഉള്ള ഒരു അടിയന്തര വീട് അവർ കണ്ടെത്തി, തുടർന്ന് സ്പിന്നിംഗ് ഡിസ്ക്, സൂപ്പർ റെസല്യൂഷൻ തുടങ്ങിയ കാര്യങ്ങൾക്കായി മൈക്രോസ്കോപ്പ് സിസ്റ്റം ദാതാക്കൾക്കിടയിൽ വ്യാപിച്ചു. പിന്നെ ഞങ്ങൾ അവരെ കൊന്നു. അതോ നമ്മൾ ചെയ്തോ?
EMCCD സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് രണ്ട് പ്രധാന വിതരണക്കാരുമായി ചരിത്രമുണ്ട്: e2V, ടെക്സസ് ഇൻസ്ട്രുമെന്റ്സ്. ഇപ്പോൾ ടെലിഡൈൻ e2V എന്നറിയപ്പെടുന്ന E2V, 1990 കളുടെ അവസാനത്തോടെ ആദ്യകാല സെൻസറുകളുമായി ഈ റോളിംഗ് ആരംഭിച്ചു, പക്ഷേ 16-മൈക്രോൺ പിക്സലുകളുള്ള 512 x 512 ശ്രേണിയുള്ള ഏറ്റവും സ്വീകാര്യമായ വേരിയന്റിൽ യഥാർത്ഥ മുന്നേറ്റം നടത്തി.
ഈ പ്രാരംഭ, ഒരുപക്ഷേ ഏറ്റവും പ്രബലമായ EMCCD സെൻസറിന് യഥാർത്ഥ സ്വാധീനം ചെലുത്താൻ കഴിഞ്ഞു, ഇതിൽ പകുതിയും പിക്സൽ വലുപ്പമായിരുന്നു. ഒരു മൈക്രോസ്കോപ്പിലെ 16-മൈക്രോൺ പിക്സലുകൾ, അക്കാലത്തെ ഏറ്റവും ജനപ്രിയമായ CCD, CoolSnap, Orca പരമ്പരകളിൽ ഉൾപ്പെടുത്തിയിരുന്ന ICX285 നേക്കാൾ 6 മടങ്ങ് കൂടുതൽ പ്രകാശം ശേഖരിച്ചു. പിക്സൽ വലുപ്പത്തിനപ്പുറം, ഈ ഉപകരണങ്ങൾ വീണ്ടും പ്രകാശിപ്പിക്കപ്പെട്ടു, 30% കൂടുതൽ ഫോട്ടോണുകളെ പരിവർത്തനം ചെയ്തുകൊണ്ട് 6 മടങ്ങ് കൂടുതൽ സംവേദനക്ഷമത 7 ആക്കി.
വളരെ ഫലപ്രദമായി, EMCCD ഓൺ ചെയ്ത് EMCCD ഗെയിൻ പ്രഭാവം അനുഭവിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് തന്നെ അത് 7 മടങ്ങ് കൂടുതൽ സെൻസിറ്റീവ് ആയിരുന്നു. തീർച്ചയായും, നിങ്ങൾക്ക് CCD ബിൻ ചെയ്യാമെന്ന് വാദിക്കാം, അല്ലെങ്കിൽ വലിയ പിക്സൽ വലുപ്പങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ ഒപ്റ്റിക്സ് ഉപയോഗിക്കാം - മിക്ക ആളുകളും അത് ചെയ്തില്ല!
ഇതിനപ്പുറം, 1 ഇലക്ട്രോണിൽ താഴെ റീഡ് നോയ്‌സ് ലഭിക്കുന്നത് നിർണായകമായിരുന്നു. അത് നിർണായകമായിരുന്നു, പക്ഷേ അത് സൗജന്യമായിരുന്നില്ല. ഗുണന പ്രക്രിയ സിഗ്നൽ അളവിന്റെ അനിശ്ചിതത്വം വർദ്ധിപ്പിച്ചു, അതായത് ഷോട്ട് നോയ്‌സ്, ഡാർക്ക് കറന്റ്, ഗുണനത്തിന് മുമ്പ് നമുക്കുണ്ടായിരുന്ന മറ്റെന്തെങ്കിലും 1.4 എന്ന ഘടകം വർദ്ധിപ്പിച്ചു. അപ്പോൾ, അതിന്റെ അർത്ഥമെന്താണ്? ശരി, അതിനർത്ഥം EMCCD കൂടുതൽ സെൻസിറ്റീവ് ആയിരുന്നു, പക്ഷേ കുറഞ്ഞ വെളിച്ചത്തിൽ മാത്രം, നിങ്ങൾക്ക് അത് ആവശ്യമുള്ളപ്പോൾ അങ്ങനെയാണ്, അല്ലേ?
ഒരു ക്ലാസിക് സിസിഡിക്ക് എതിരായി, അത് ഒരു മത്സരമായിരുന്നില്ല. വലിയ പിക്സലുകൾ, കൂടുതൽ QE, EM ഗെയിൻ. ഞങ്ങൾ എല്ലാവരും സന്തുഷ്ടരായിരുന്നു, പ്രത്യേകിച്ച് ക്യാമറ വിൽപ്പനയിൽ ഞങ്ങൾക്ക്: $40,000, ദയവായി...
വേഗത, സെൻസർ ഏരിയ, (അത് സാധ്യമാണെന്ന് ഞങ്ങൾക്ക് അറിയില്ലായിരുന്നു) ഒരു ചെറിയ പിക്സൽ വലുപ്പം എന്നിവ മാത്രമായിരുന്നു ഞങ്ങൾക്ക് കൂടുതൽ ചെയ്യാൻ കഴിയുമായിരുന്ന കാര്യങ്ങൾ.
പിന്നീട് കയറ്റുമതി നിയന്ത്രണങ്ങളും അനുസരണവും വന്നു, അത് രസകരമായിരുന്നില്ല. ഒറ്റ തന്മാത്രകളെ ട്രാക്ക് ചെയ്യുന്നതും റോക്കറ്റുകൾ ട്രാക്ക് ചെയ്യുന്നതും സമാനമാണെന്ന് തെളിഞ്ഞു, ക്യാമറ കമ്പനികളും അവരുടെ ഉപഭോക്താക്കളും ക്യാമറ വിൽപ്പനയും കയറ്റുമതിയും നിയന്ത്രിക്കേണ്ടിവന്നു.
പിന്നീട് sCMOS വന്നു, ലോകത്തിന് വാഗ്ദാനം ചെയ്തുകൊണ്ട് തുടങ്ങി - തുടർന്ന് അടുത്ത 10 വർഷത്തിനുള്ളിൽ അത് ഏതാണ്ട് എത്തിച്ചു. ചെറിയ പിക്സലുകൾ 60x ലക്ഷ്യങ്ങൾക്കായി ആളുകൾക്ക് ഇഷ്ടപ്പെട്ട 6.5 മൈക്രോൺ നൽകുന്നു, എല്ലാം ഏകദേശം 1.5 ഇലക്ട്രോണുകളുടെ കുറഞ്ഞ റീഡ് നോയ്‌സുമായി. ഇപ്പോൾ ഇത് തികച്ചും EMCCD ആയിരുന്നില്ല, പക്ഷേ അക്കാലത്തെ താരതമ്യ CCD സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ 6 ഇലക്ട്രോണുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഇത് അതിശയകരമായിരുന്നു.
പ്രാരംഭ sCMOS ഇപ്പോഴും ഫ്രണ്ട്-ഇല്യൂമിനേറ്റഡ് ആയിരുന്നു. എന്നാൽ 2016-ൽ ബാക്ക്-ഇല്യൂമിനേറ്റഡ് sCMOS വന്നു, യഥാർത്ഥ ഫ്രണ്ട്-ഇല്യൂമിനേറ്റഡ് പതിപ്പുകളേക്കാൾ കൂടുതൽ സെൻസിറ്റീവ് ആയി തോന്നിപ്പിക്കുന്നതിന് ഇതിന് 11-മൈക്രോൺ പിക്സലുകൾ ഉണ്ടായിരുന്നു. QE ബൂസ്റ്റും പിക്സൽ വലുപ്പ വർദ്ധനവും മൂലം, ഉപഭോക്താക്കൾക്ക് 3.5 മടങ്ങ് നേട്ടമുണ്ടെന്ന് തോന്നി.
ഒടുവിൽ, 2021-ൽ, ചില ക്യാമറകളിൽ 0.25 ഇലക്ട്രോണുകൾ വരെ കുറഞ്ഞതോടെ സബ്-ഇലക്ട്രോൺ റീഡ് നോയ്‌സ് തകർന്നു - ഇ.എം.സി.സി.ഡി.ക്ക് എല്ലാം കഴിഞ്ഞു.
അതോ അത് ... ആയിരുന്നോ?
ശരി, ഒരു ചെറിയ പ്രശ്നം ഇപ്പോഴും പിക്സൽ വലുപ്പമാണ്. വീണ്ടും നിങ്ങൾക്ക് ഒപ്റ്റിക്കലായി നിങ്ങൾക്ക് ആവശ്യമുള്ളത് ചെയ്യാൻ കഴിയും, പക്ഷേ അതേ സിസ്റ്റത്തിൽ, 4.6-മൈക്രോൺ പിക്സൽ 16-മൈക്രോൺ പിക്സലിനേക്കാൾ 12 മടങ്ങ് കുറവ് പ്രകാശം ശേഖരിക്കുന്നു.
ഇനി നിങ്ങൾക്ക് ബിൻ ചെയ്യാം, പക്ഷേ സാധാരണ CMOS ഉപയോഗിച്ച് ബിൻ ചെയ്യുന്നത് ബിന്നിംഗ് ഫാക്‌ടറിന്റെ ഒരു ഫംഗ്‌ഷൻ വഴി നോയ്‌സ് വർദ്ധിപ്പിക്കുമെന്ന് ഓർമ്മിക്കുക. അതിനാൽ മിക്ക ആളുകളും അവരുടെ 6.5-മൈക്രോൺ പിക്സലുകളിൽ സന്തുഷ്ടരാണ്, അവർക്ക് സെൻസിറ്റിവിറ്റിയിലേക്ക് ബിൻ ചെയ്യാൻ കഴിയുമെന്ന് അവർ കരുതുന്നു, പക്ഷേ അവർ അവരുടെ റീഡ് നോയ്‌സ് 3 ഇലക്ട്രോണുകളായി ഇരട്ടിയാക്കുന്നു.
ശബ്ദം കുറയ്ക്കാൻ കഴിയുമെങ്കിലും, പിക്സൽ വലുപ്പവും, പൂർണ്ണ ശേഷിയും, യഥാർത്ഥ സിഗ്നൽ ശേഖരണത്തിന് ഇപ്പോഴും ഒരു വിട്ടുവീഴ്ചയാണ്.
മറ്റൊരു കാര്യം നേട്ടവും കോൺട്രാസ്റ്റുമാണ് - കൂടുതൽ ഗ്രേ നിറങ്ങൾ ഉണ്ടായിരിക്കുകയും നിങ്ങളുടെ സിഗ്നലിനെ ചെറുതാക്കുകയും ചെയ്യുന്നത് മികച്ച കോൺട്രാസ്റ്റ് നൽകുന്നു. നിങ്ങൾക്ക് അതേ നോയ്‌സ് ഉണ്ടാകാം, പക്ഷേ ഒരു CMOS ഉപയോഗിച്ച് ഓരോ ഇലക്ട്രോണിനും 2 ഗ്രേ നിറങ്ങൾ മാത്രം കാണിക്കുമ്പോൾ നിങ്ങൾക്ക് 5 ഇലക്ട്രോണുകൾ സിഗ്നൽ ഉള്ളപ്പോൾ കളിക്കാൻ അധികമൊന്നും ലഭിക്കില്ല.
ഒടുവിൽ, ഷട്ടറിങ്ങിന്റെ കാര്യമോ? ചിലപ്പോൾ EMCCD-യിൽ ഇത് എത്ര ശക്തമായ ഒരു ഉപകരണമായിരുന്നുവെന്ന് നമ്മൾ മറന്നുപോകുമെന്ന് ഞാൻ കരുതുന്നു: ഗ്ലോബൽ ഷട്ടറുകൾ ശരിക്കും സഹായിക്കുന്നു, മാത്രമല്ല വളരെ ഭാരം കുറഞ്ഞതും വേഗതയേറിയതുമാണ്, പ്രത്യേകിച്ച് സങ്കീർണ്ണമായ മൾട്ടി-കംപോണന്റ് സിസ്റ്റങ്ങളിൽ.
512 x 512 EMCCD സെൻസറിന് അടുത്ത് പോലും ഞാൻ കണ്ടിട്ടുള്ള ഒരേയൊരു sCMOS ക്യാമറ ഏരീസ് 16 ആണ്. ഇത് 16-മൈക്രോൺ പിക്സലുകളിൽ ആരംഭിച്ച് ബിൻ ചെയ്യേണ്ടതില്ലാതെ 0.8 ഇലക്ട്രോണുകൾ റീഡ് നോയ്‌സ് നൽകുന്നു. 5 ഫോട്ടോണുകളിൽ കൂടുതലുള്ള സിഗ്നലുകൾക്ക് (16-മൈക്രോൺ പിക്സലിന്), ഇത് ഞാൻ ഇതുവരെ കണ്ടിട്ടുള്ളതിൽ വച്ച് ഏറ്റവും മികച്ചതും ഏകദേശം പകുതി വിലയുമാണെന്ന് ഞാൻ കരുതുന്നു.
അപ്പോൾ EMCCD മരിച്ചോ? ഇല്ല, അത്രയും നല്ല എന്തെങ്കിലും നമുക്ക് വീണ്ടും ലഭിക്കുന്നതുവരെ അത് യഥാർത്ഥത്തിൽ മരിക്കില്ല. പ്രശ്നം, ശരി, എല്ലാ പ്രശ്നങ്ങളുമാണ്: അധിക ശബ്ദം, വാർദ്ധക്യം നേടൽ, കയറ്റുമതി നിയന്ത്രണങ്ങൾ...
EMCCD സാങ്കേതികവിദ്യ ഒരു വിമാനമാണെങ്കിൽ, അത് ഒരു കോൺകോർഡ് ആയിരിക്കും. അത് പറത്തിയ എല്ലാവർക്കും അത് ഇഷ്ടപ്പെട്ടു, പക്ഷേ അവർക്ക് അത് ആവശ്യമില്ലായിരിക്കാം, ഇപ്പോൾ വലിയ സീറ്റുകളും ഫ്ലാറ്റ്ബെഡുകളും ഉള്ളതിനാൽ - അറ്റ്ലാന്റിക് സമുദ്രത്തിന് കുറുകെ ആ അധിക 3 മണിക്കൂർ ഉറങ്ങുക.
കോൺകോർഡിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, EMCCD ഇപ്പോഴും ജീവിച്ചിരിപ്പുണ്ട്, കാരണം ചില ആളുകൾക്ക് - കുറഞ്ഞുവരുന്ന ഒരു ചെറിയ സംഖ്യയ്ക്ക് - ഇപ്പോഴും അത് ആവശ്യമാണ്. അല്ലെങ്കിൽ ഒരുപക്ഷേ അവർക്ക് അത് ആവശ്യമാണെന്ന് തോന്നുന്നുണ്ടോ?
ഏറ്റവും ചെലവേറിയതും സങ്കീർണ്ണവുമായ ഇമേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയായ EMCCD ഉപയോഗിക്കുന്നത് നിങ്ങളെ ഒരു പ്രത്യേക വ്യക്തിയാക്കുന്നില്ല, അല്ലെങ്കിൽ ഒരു ഇമേജിംഗ് വിദഗ്ദ്ധനാക്കുന്നില്ല - നിങ്ങൾ വ്യത്യസ്തമായ എന്തെങ്കിലും ചെയ്യുകയാണ്. നിങ്ങൾ മാറ്റാൻ ശ്രമിച്ചിട്ടില്ലെങ്കിൽ, നിങ്ങൾ തീർച്ചയായും അത് ചെയ്യണം.
