24/05/22Ang mga sensor ng EMCCD ay isang paghahayag: pataasin ang iyong sensitivity sa pamamagitan ng pagbabawas ng iyong nabasang ingay. Well, halos, mas realistiko, pinapataas namin ang signal para gawing mas maliit ang iyong nabasang ingay.
At minahal namin sila, nakahanap sila ng isang agarang tahanan na may mababang signal na gumagana tulad ng solong molekula at spectroscopy at pagkatapos ay kumalat sa mga provider ng microscope system para sa mga bagay tulad ng spinning disc, super resolution at higit pa. At pagkatapos ay pinatay namin sila. O ginawa namin?
Ang teknolohiya ng EMCCD ay may kasaysayan sa dalawang pangunahing supplier: e2V at Texas Instruments. Sinimulan ng E2V, ngayon ay Teledyne e2V, ang pag-roll na ito gamit ang mga maagang sensor sa pagtatapos ng 1990s ngunit gumawa ng mga tunay na hakbang gamit ang pinaka-tinatanggap na variant, na mayroong array na 512 x 512 na may 16-micron pixels.
Ang paunang ito, at marahil ang pinaka nangingibabaw na sensor ng EMCCD ay may tunay na epekto at kalahati nito ay talagang laki ng pixel. Ang 16-micron pixels sa isang mikroskopyo ay nakakolekta ng 6 na beses na mas liwanag kaysa sa pinakasikat na CCD noong panahong iyon, ang ICX285, na itinampok sa sikat na CoolSnap at Orca series. Higit pa sa laki ng pixel, ang mga device na ito ay iluminado pabalik na nagko-convert ng 30% mas maraming photon na kumukuha ng 6 na beses na mas mataas na sensitivity sa 7.
Kaya epektibong naging 7 beses na mas sensitibo ang EMCCD bago pa man namin ito i-on at makuha ang epekto ng EMCCD gain. Ngayon siyempre maaari kang magtaltalan na maaari mong i-bin ang CCD, o maaari kang gumamit ng optika upang lumikha ng mas malalaking sukat ng mga pixel – karamihan lang sa mga tao ay hindi gumawa!
Higit pa rito, susi ang pagkuha ng read noise sa ibaba ng 1 electron. Ito ay susi, ngunit hindi ito libre. Ang proseso ng multiplikasyon ay nagpapataas ng kawalan ng katiyakan ng pagsukat ng signal na nangangahulugang ang ingay ng shot, madilim na agos, at anumang bagay na mayroon kami bago ang multiplikasyon ay nadagdagan ng isang factor na 1.4. So, ano ang ibig sabihin noon? Well, it meant EMCCD was more sensitive but only at low light, well that's kind of when you need it right?
Laban sa isang klasikong CCD, hindi ito paligsahan. Malaking pixel, mas QE, EM Gain. At lahat kami ay masaya, lalo na ang mga sa amin sa pagbebenta ng camera: $40,000, mangyaring ...
Ang tanging bagay na maaari naming gawin nang higit pa ay ang bilis, lugar ng sensor, at (hindi sa alam namin na posible) ang isang mas maliit na laki ng pixel.
Pagkatapos ay dumating ang mga kontrol sa pag-export at pagsunod, at hindi iyon masaya. Lumalabas na ang pagsubaybay sa mga solong molekula at pagsubaybay sa mga rocket ay magkatulad, at ang mga kumpanya ng camera at ang kanilang mga customer ay kailangang kontrolin ang mga benta at pag-export ng camera.
Pagkatapos ay dumating ang sCMOS, simula sa pamamagitan ng pangako sa mundo -at pagkatapos sa susunod na 10 taon ay halos maihatid ito. Ang mga mas maliliit na pixel ay nakakakuha sa mga tao ng 6.5 microns na gusto nila para sa 60x na layunin at lahat ay may mas mababang read noise na humigit-kumulang 1.5 electron. Ngayon ito ay hindi masyadong EMCCD, ngunit laban sa 6 na mga electron ng comparative CCD tech ng oras na ito ay kamangha-manghang.
Ang paunang sCMOS ay iluminado pa rin sa harap. Ngunit noong 2016, dumating ang back iluminated na sCMOS, at para mas maging sensitibo ito sa mga orihinal na bersyong may ilaw sa harap, mayroon itong 11-micron pixels. Sa pagtaas ng QE at pagtaas ng laki ng pixel, naramdaman ng mga customer na mayroon silang 3.5 x na bentahe.
Sa wakas, noong 2021 ay nasira ang sub-electron read noise na may ilang camera na nagiging kasing baba ng 0.25 electron - tapos na ang lahat para sa EMCCD.
O naging...
Well, ang kaunting problema ay laki pa rin ng pixel. Muli, maaari mong gawin ang gusto mo sa optically ngunit sa parehong sistema, ang isang 4.6-micron pixel ay nakakakuha ng 12 x mas kaunting liwanag kaysa sa isang 16-micron na isa.
Ngayon ay maaari kang mag-bin, ngunit tandaan na ang binning gamit ang normal na CMOS ay nagdaragdag ng ingay sa pamamagitan ng isang function ng binning factor. Kaya't ang karamihan sa mga tao ay masaya sa kanilang 6.5-micron na mga pixel na iniisip na maaari nilang i-bin ang kanilang paraan sa pagiging sensitibo, ngunit dodoblehin nila ang kanilang nabasang ingay sa 3 electron.
Kahit na maaaring mabawasan ang ingay, ang laki ng pixel, at ganap na maayos para sa bagay na iyon, ay isang kompromiso pa rin para sa tunay na pagkolekta ng signal.
Ang isa pang bagay ay ang pakinabang at ang kaibahan - ang pagkakaroon ng mas maraming kulay abo at pagpuputol ng iyong signal ng mas maliit ay nagbibigay ng mas mahusay na kaibahan. Maaari kang magkaroon ng parehong ingay ngunit kapag nagpakita ka lamang ng 2 gray para sa bawat electron na may CMOS, hindi ka gaanong mapaglaro kapag mayroon ka lamang 5 electron ng signal.
Sa wakas, ano ang tungkol sa pagsasara? Minsan iniisip ko na nakakalimutan natin kung gaano kalakas ang isang tool na ito sa EMCCD: talagang nakakatulong ang mga global shutter at napakagaan at napakabilis, lalo na sa mga kumplikadong multi-component system.
Ang tanging sCMOS camera na nakita kong malapit sa 512 x 512 EMCCD sensor ay ang Aries 16. Nagsisimula ito sa 16-micron pixels at naghahatid ng 0.8 electron ng read noise nang hindi na kailangang i-bin. Para sa mga signal na higit sa 5 photon (bawat 16-micron pixel), sa tingin ko ito ang pinakamahusay na nakita ko at halos kalahati ng presyo.
Kaya patay na ba ang EMCCD? Hindi, at hindi talaga ito mamamatay hangga't hindi tayo nakakakuha ng isang bagay na ganoon kaganda muli. Ang problema ay, mabuti, lahat ng mga problema: labis na ingay, pagkakaroon ng pagtanda, mga kontrol sa pag-export...
Kung ang teknolohiya ng EMCCD ay isang eroplano, ito ay magiging isang Concord. Gustung-gusto ito ng lahat ng nagpalipad dito, ngunit malamang na hindi nila ito kailangan at ngayon ay may mas malalaking upuan at flatbed – matulog lang sa dagdag na 3 oras na iyon sa kabila ng Atlantic.
Ang EMCCD, hindi tulad ng Concord, ay nabubuhay pa dahil kailangan pa rin ito ng ilang tao - isang maliit, patuloy na lumiliit na bilang. O baka iniisip lang nila?
Gamit ang isang EMCCD, ang pinakamahal at kumplikadong malawakang ginagamit na teknolohiya sa imaging ay hindi ginagawang espesyal ka, o isang dalubhasa sa imaging - iba lang ang ginagawa mo. At kung hindi mo pa sinubukang magbago, malamang na dapat.
