24/05/22EMCCD sensorlari vahiy bo'ldi: o'qish shovqinini kamaytirish orqali sezgirlikni oshiring. Toʻgʻrirogʻi, biz oʻqish shovqinini kichikroq koʻrsatish uchun signalni oshirdik.
Va biz ularni yaxshi ko'rardik, ular bitta molekula va spektroskopiya kabi past signalli ish bilan darhol uy topdilar va keyin mikroskop tizimi provayderlari orasida aylanma disk, super o'lcham va boshqa narsalar uchun tarqaldi. Va keyin biz ularni o'ldirdik. Yoki biz qildikmi?
EMCCD texnologiyasi ikkita asosiy yetkazib beruvchi bilan tarixga ega: e2V va Texas Instruments. E2V, hozirgi Teledyne e2V, 1990-yillarning oxirlarida dastlabki sensorlar bilan ishlab chiqarishni boshladi, ammo 16 mikronli pikselli 512 x 512 massivga ega bo'lgan eng ko'p qabul qilingan variant bilan haqiqiy qadamlar qo'ydi.
Ushbu boshlang'ich va, ehtimol, eng dominant EMCCD sensori haqiqiy ta'sir ko'rsatdi va uning yarmi haqiqatan ham piksel o'lchami edi. Mikroskopdagi 16 mikronli piksellar mashhur CoolSnap va Orca seriyalarida taqdim etilgan o'sha davrdagi eng mashhur CCD ICX285 dan 6 barobar ko'proq yorug'lik to'pladi. Piksel o'lchamidan tashqari, bu qurilmalar orqadan yoritilgan bo'lib, 30% ko'proq fotonlarni o'zgartirib, 6 baravar yuqori sezgirlikni 7 ga aylantirdi.
Shunday qilib, biz uni yoqishimiz va EMCCD daromadining ta'sirini olishimizdan oldin EMCCD 7 baravar sezgir edi. Endi, albatta, siz CCDni yig'ishingiz mumkinligi haqida bahslashishingiz mumkin yoki kattaroq piksel o'lchamlarini yaratish uchun optikadan foydalanishingiz mumkin - ko'pchilik buni qilmagan!
Bundan tashqari, 1 elektrondan past shovqinni olish muhim edi. Bu kalit edi, lekin bepul emas edi. Ko'paytirish jarayoni signalni o'lchashning noaniqligini oshirdi, ya'ni otish shovqini, qorong'u oqim va ko'paytirishdan oldin bizda mavjud bo'lgan boshqa narsalar 1,4 marta ko'paydi. Xo'sh, bu nimani anglatadi? Xo'sh, bu EMCCD sezgirroq ekanligini anglatadi, lekin faqat kam yorug'likda, xo'sh, bu sizga kerak bo'lganda shundaymi?
Klassik CCD ga qarshi, bu raqobat emas edi. Katta piksellar, ko'proq QE, EM Gain. Va biz hammamiz xursand bo'ldik, ayniqsa kamera sotuvidagilar: 40 000 dollar, iltimos ...
Biz ko'proq qila oladigan yagona narsa bu tezlik, sensor maydoni va (biz bu mumkinligini bilmaganimiz uchun) kichikroq piksel o'lchami edi.
Keyin eksport nazorati va muvofiqlik keldi va bu qiziq emas edi. Ma'lum bo'lishicha, bitta molekulalarni kuzatish va raketalarni kuzatish o'xshashdir va kamera kompaniyalari va ularning mijozlari kameralar savdosi va eksportini nazorat qilishlari kerak edi.
Keyin sCMOS dunyoga va'da berishdan boshlandi va keyingi 10 yil ichida uni deyarli etkazib berdi. Kichkina piksellar odamlarga 60x maqsadlar uchun o'zlari yoqtirgan 6,5 mikronni oladi va ularning barchasi taxminan 1,5 elektrondan iborat past shovqin bilan. Endi bu unchalik EMCCD emas edi, lekin o'sha paytdagi qiyosiy CCD texnologiyasining 6 elektroniga qarshi bu ajoyib edi.
Dastlabki sCMOS hali ham old tomondan yoritilgan edi. Ammo 2016 yilda orqa yoritilgan sCMOS paydo bo'ldi va uni old tomondan yoritilgan asl versiyalarga nisbatan sezgirroq qilish uchun u 11 mikron pikselga ega edi. QE kuchayishi va piksel o'lchamining oshishi bilan mijozlar o'zlarini 3,5 marta ustunlikka ega deb his qilishdi.
Nihoyat, 2021-yilda subelektron o‘qish shovqini buzildi, ba’zi kameralar 0,25 elektrongacha pasaydi – EMCCD uchun hammasi tugadi.
Yoki shundaymidi...
Xo'sh, muammoning bir qismi hali ham piksel o'lchamidir. Yana siz optik jihatdan xohlagan narsani qilishingiz mumkin, lekin xuddi shu tizimda 4,6 mikronli piksel 16 mikronlidan 12 marta kamroq yorug'lik to'playdi.
Endi siz axlatni yig'ishingiz mumkin, ammo esda tutingki, oddiy CMOS bilan yig'ish shovqinni yig'ish omili funktsiyasi bilan oshiradi. Shunday qilib, ko'pchilik odamlar o'zlarining 6,5 mikronli piksellaridan mamnun bo'lishadi, ular sezgirlikka yo'l qo'yishlari mumkin deb o'ylashadi, lekin ular o'qish shovqinini 3 elektronga ikki baravar oshiradi.
Shovqinni kamaytirish mumkin bo'lsa ham, piksel o'lchami va buning uchun to'liq quduq hali ham haqiqiy signal yig'ish uchun murosaga keladi.
Boshqa narsa - bu daromad va kontrast - ko'proq kul rangga ega bo'lish va signalni kichikroq maydalash yaxshiroq kontrast beradi. Siz bir xil shovqinga ega bo'lishingiz mumkin, lekin CMOS bilan har bir elektron uchun atigi 2 kul rangni ko'rsatsangiz, atigi 5 elektron signalga ega bo'lsangiz, siz bilan o'ynash uchun ko'p narsa topa olmaysiz.
Nihoyat, yopish haqida nima deyish mumkin? Ba'zan o'ylaymanki, biz bu EMCCDda qanchalik kuchli vosita ekanligini unutamiz: global panjurlar haqiqatan ham yordam beradi va juda engil va tezkor, ayniqsa murakkab ko'p komponentli tizimlarda.
Men ko'rgan yagona sCMOS kamera 512 x 512 EMCCD sensoriga hatto yaqinroq bo'lgan Aries 16. Bu 16 mikronli piksellardan boshlanadi va 0,8 elektron o'qish shovqinini saqlashga hojat qoldirmasdan beradi. 5 dan ortiq fotonli signallar uchun (16 mikron piksel uchun) bu men ko'rgan eng yaxshisi va narxining yarmiga teng deb o'ylayman.
Xo'sh, EMCCD o'lganmi? Yo'q, va biz yana yaxshi narsa olmagunimizcha, u o'lmaydi. Muammo shundaki, barcha muammolar: ortiqcha shovqin, qarish, eksport nazorati ...
Agar EMCCD texnologiyasi samolyot bo'lsa, u Concord bo'lar edi. Uni uchgan har bir kishi uni yaxshi ko'rardi, lekin ularga bu kerak emas edi va endi kattaroq o'rindiqlar va tekis to'shaklar bilan - Atlantika bo'ylab qo'shimcha 3 soat uxlang.
EMCCD, Konkorddan farqli o'laroq, hali ham tirik, chunki ba'zi odamlar - kichik, doimiy ravishda kamayib borayotgan raqam - hali ham bunga muhtoj. Yoki ular shunchaki shunday deb o'ylashlari mumkinmi?
EMCCD dan foydalanish, eng qimmat va murakkab keng qo'llaniladigan tasvirlash texnologiyasi sizni maxsus yoki tasvirlash bo'yicha mutaxassis qilmaydi - siz shunchaki boshqacha ish qilyapsiz. Va agar siz o'zgartirishga harakat qilmagan bo'lsangiz, ehtimol kerak.
