24/05/22Sensor EMCCD mangrupikeun wahyu: ningkatkeun sensitipitas anjeun ku ngirangan sora anu dibaca. Nya, ampir, langkung réalistis kami ningkatkeun sinyal pikeun ngajantenkeun sora anu dibaca anjeun langkung alit.
Sareng urang dipikacinta aranjeunna, aranjeunna mendakan bumi langsung kalayan kerja sinyal rendah sapertos molekul tunggal sareng spéktroskopi teras sumebar di antawis panyadia sistem mikroskop pikeun hal-hal sapertos spinning disc, résolusi super sareng saluareun. Lajeng urang maéhan aranjeunna. Atanapi urang?
Téknologi EMCCD gaduh sajarahna sareng dua panyadia konci: e2V sareng Texas Instruments. E2V, ayeuna Teledyne e2V, dimimitian rolling ieu kalawan sensor mimiti nuju tungtung 1990s tapi dijieun strides nyata jeung varian paling ditarima, ngabogaan Asép Sunandar Sunarya 512 x 512 kalawan 16-mikron piksel.
Sensor EMCCD awal ieu, sareng sigana anu paling dominan ngagaduhan dampak anu nyata sareng satengahna ieu mangrupikeun ukuran piksel. 16-mikron piksel dina mikroskop dikumpulkeun 6 kali leuwih lampu ti CCD nu pang populerna waktos, ICX285, diulas dina runtuyan CoolSnap na Orca populér. Saluareun ukuran piksel, alat-alat ieu cahayana deui ngarobah 30% langkung foton nyandak sensitipitas 6 kali leuwih gede pikeun 7.
Janten sacara efektif EMCCD 7 kali langkung sénsitip sateuacan urang dihurungkeun sareng ngagaduhan dampak kauntungan EMCCD. Ayeuna tangtosna anjeun tiasa ngabantah yén anjeun tiasa ngosongkeun CCD, atanapi anjeun tiasa nganggo élmu optik pikeun nyiptakeun ukuran piksel anu langkung ageung - ngan sabagéan ageung jalma henteu!
Saluareun ieu, meunang maca noise handap 1 éléktron éta konci. Éta konci, tapi éta henteu gratis. Prosés multiplikasi ngaronjat kateupastian tina pangukuran sinyal hartina noise shot, arus poék, jeung naon wae nu urang tadi saméméh multiplication ngaronjat ku faktor 1.4. Janten, naon hartosna? Nya, éta hartosna EMCCD langkung sénsitip tapi ngan ukur dina lampu remen, nya éta nalika anjeun peryogi leres?
Ngalawan CCD klasik, éta henteu kontes. Piksel badag, leuwih QE, EM Gain. Sareng urang sadayana bagja, khususna urang dina penjualan kaméra: $ 40,000, punten ...
Hiji-hijina hal anu urang tiasa dilakukeun langkung seueur nyaéta laju, daérah sensor, sareng (henteu urang terang éta mungkin) ukuran piksel anu langkung alit.
Teras kontrol ékspor sareng patuh sumping, sareng éta henteu pikaresepeun. Tétéla yén nyukcruk molekul tunggal sareng nyukcruk rokét sami, sareng perusahaan kaméra sareng konsuménna kedah ngontrol penjualan kaméra sareng ékspor.
Teras sCMOS sumping, dimimitian ku ngajangjikeun dunya - teras salami 10 taun ka hareup ampir nganteurkeunana. Piksel anu langkung alit nampi jalma 6,5 mikron anu aranjeunna dipikacinta pikeun tujuan 60x sareng sadayana kalayan sora anu dibaca langkung handap sakitar 1,5 éléktron. Ayeuna ieu teu rada EMCCD, tapi ngalawan 6 éléktron tina téhnologi komparatif CCD waktu éta endah pisan.
The sCMOS awal masih hareup bercahya. Tapi dina 2016 balik bercahya sCMOS anjog, sarta sangkan eta némbongan malah leuwih sénsitip kana versi hareup-bercahya aslina miboga 11-mikron piksel. Kalayan dorongan QE sareng kanaékan ukuran piksel, para nasabah ngarasa gaduh kauntungan 3,5 x.
Tungtungna, dina 2021 sora maca sub-éléktron rusak sareng sababaraha kaméra kéngingkeun 0,25 éléktron - éta sadayana réngsé pikeun EMCCD.
Atawa éta ...
Nya, sakedik masalahna nyaéta ukuran piksel. Sakali deui anjeun tiasa ngalakukeun naon anu anjeun pikahoyong sacara optik tapi dina sistem anu sami, piksel 4.6 mikron ngumpulkeun 12 x kirang cahaya tibatan 16 mikron.
Ayeuna anjeun bisa bin, tapi inget binning kalawan CMOS normal ngaronjatkeun noise ku fungsi tina faktor binning. Jadi paling jalma senang jeung 6,5-mikron piksel maranéhna mikir yén maranéhna bisa bin jalan ka sensitipitas, tapi aranjeunna duka kali sora dibaca maranéhna pikeun 3 éléktron.
Sanaos bising tiasa dikirangan, ukuran piksel, sareng pinuh pikeun masalah éta, masih kompromi pikeun ngumpulkeun sinyal nyata.
Hal anu sanésna nyaéta kauntungan sareng kontras - gaduh langkung abu-abu sareng motong sinyal anjeun langkung alit masihan kontras anu langkung saé. Anjeun tiasa gaduh noise sarua tapi mun anjeun némbongkeun ukur 2 grays pikeun unggal éléktron kalawan CMOS anjeun teu meunang loba maén kalawan mun anjeun boga ngan 5 éléktron sinyal.
Tungtungna, kumaha upami shuttering? Sakapeung kuring mikir urang hilap kumaha kuatna alat ieu dina EMCCD: shutters global leres-leres ngabantosan sareng cekap pisan sareng gancang, khususna dina sistem multi-komponén anu rumit.
Hijina kaméra sCMOS Kuring geus katempo datangna malah deukeut 512 x 512 sensor EMCCD nyaeta Aries 16. Ieu dimimitian ku 16-mikron piksel sarta nganteurkeun 0,8 éléktron noise dibaca kalayan henteu perlu bin. Pikeun sinyal di luhur 5 foton (per 16-micron piksel), Jigana nu pangalusna Kuring geus kungsi katempo sarta ngeunaan satengah harga.
Janten EMCCD maot? Henteu, sareng éta moal maot dugi ka urang nampi anu saé deui. Masalahna, nya, sagala masalah: kaleuwihan noise, gain sepuh, kontrol ékspor ...
Upami téknologi EMCCD mangrupikeun pesawat, éta bakal janten Concord. Saha waé anu ngapung éta resep éta, tapi sigana henteu peryogi éta sareng ayeuna kalayan korsi sareng ranjang datar anu langkung ageung - ngan bobo éta tambahan 3 jam meuntas Atlantik.
EMCCD, teu siga Concord, masih hirup kumargi sababaraha urang - sajumlah leutik, kantos ngirangan - masih peryogi éta. Atawa meureun aranjeunna ngan pikir maranéhna ngalakukeun?
Nganggo EMCCD, téknologi pencitraan anu paling mahal sareng rumit anu dianggo sacara lega henteu ngajantenkeun anjeun khusus, atanapi ahli pencitraan - anjeun ngan ukur ngalakukeun hal anu béda. Sareng upami anjeun henteu acan nyobian ngarobih, maka anjeun panginten kedahna.
