Hamamatsu 的 ORCA-Quest qCMOS 相机

自 1980 年代以来,滨松光电一直利用其独有的相机设计技术开发低噪声、高灵敏度的相机,并始终为下一代技术和科学研究工作的发展做出贡献。

该公司现已推出可提供终极性能的 ORCA-Quest。 C15550-20UP 是世界上第一款集成 qCMOS 图像传感器的相机,可以通过使用最近开发的专门技术来解析光电子的数量。 ORCA-Quest 相机实现了定量成像的最大化。

四大主要特点

1. 极低的噪音性能

为了检测高信噪比和弱光,ORCA-Quest 相机已针对传感器的各个方面进行了开发和改进,从结构到电子设备。最新的 CMOS 技术已被用于开发相机和定制传感器,从而实现 0.27 电子的极低噪声性能。

Hamamatsu 的 ORCA-Quest qCMOS 相机

图片来源:Hamamatsu Photonics Europe

2. 光子数分辨 (PNR) 输出的实现

光本质上是几个光子的集合。光子在传感器上变成电子,这些电子被称为光电子。 “光子数解析*”是一种通过计算光电子数来准确测量光的技术。

为了计算这些光电子,相机噪声应该比光电子信号量小得多。虽然传统的sCMOS相机可以实现很小的读出噪声,但它仍然高于光电子信号,使得光电子计数变得困难。

通过先进的相机技术,ORCA-Quest 不仅可以计算光电子数,还可以提供 0.27 电子 RMS(超静音扫描)的极低读出噪声。它还允许单独校准,确保跨时间和温度的稳定性,并促进每个像素值的实时校正。

Hamamatsu 的 ORCA-Quest qCMOS 相机

图片来源:Hamamatsu Photonics Europe

*光子数解析是特殊的,与光子计数有很大不同(更准确地说,该技术解析光电子的数量。但由于该领域的类似技术采用的是单光子计数而不是单光电子计数,因此术语将使用“光子数解析”)。

ORCA-Quest qCMOS 相机定量成像的极致

视频 图片来源:Hamamatsu Photonics Europe

3. 背照式结构和高分辨率

高 QE 对于高效检测光子至关重要,并且是通过背照式结构实现的。在传统的背照式传感器中,像素之间会发生串扰,因为像素没有分开,而且分辨率通常不如前照式传感器。

Hamamatsu 的 ORCA-Quest qCMOS 相机

图片来源:Hamamatsu Photonics Europe

嵌入在 ORCA-Quest qCMOS 中的传感器® 相机具有背照式结构以实现高量子效率和逐个像素的沟槽结构以减少串扰。

4. 大量像素和高速读出的实现

通常,光子计数 (PC) 级图像是使用电子倍增相机获得的,例如具有大约 0.3 兆像素的 EM-CCD 相机。但是 ORCA-Quest 相机可以获得 9.4 兆像素的 PC 级图像和光子数解析图像。

但是,按帧速率比较不同像素数的相机读出速度是不合理的。在这种情况下,采用像素率(像素数×帧率),即每秒读出的像素数。

迄今为止,EM-CCD 相机是最快的相机,能够以每秒约 27 兆像素的速度读取 SPC;然而,ORCA-Quest 相机允许以每秒约 47 兆像素的速度进行光子数分辨成像,这几乎是其两倍。

Hamamatsu 的 ORCA-Quest qCMOS 相机

图片来源:Hamamatsu Photonics Europe

软件支持

在当前的科学研究中,拥有出色的数码相机以达到最佳效果非常重要。目前,相机提供了广泛的功能,例如校正功能、多种读出模式、相对较高的读出速度和越来越多的像素。随着功能的日益丰富,好的软件对于日常工作变得越来越重要。

相机模拟实验室

每当将相机用于研究或工业应用时,通过考虑不同条件(例如要记录的物体的光强度和波长)来选择相机非常重要。 Hamamatsu 提供了“相机模拟实验室”,该工具使用户能够在验证模拟图像的同时直观地比较由相机性能引起的成像结果的变化。

Hamamatsu 的 ORCA-Quest qCMOS 相机

图片来源:Hamamatsu Photonics Europe

应用

量子技术

中性原子、离子阱

中性原子和离子都可以被认为是假设的量子位,因为它们可以呈现叠加状态,即使是单个原子也具有许多特征。正在积极研究这一特性以获得量子模拟和量子计算。

通过可视化被捕获的中性原子和离子的荧光,可以建立量子位的状态,同时使用低噪声相机读取荧光。

模拟图像(Rb atom@780 nm/Number of atoms: 5 × 5 array/Atomic emission: 2000 photons/background: 5 photons/magnification: 20 × (NA: 0.4)/distance between each atom: 5 μm).

模拟图像(Rb [电子邮件保护] nm/原子数:5 × 5 阵列/原子发射:2000 光子/背景:5 光子/放大倍数:20 ×(NA:0.4)/每个原子之间的距离:5 μm)。图片来源:Hamamatsu Photonics Europe

天文学

幸运影像

从地面观察恒星时,大气湍流会使恒星的图像变得模糊,从而大大降低捕获不同图像的可能性。但是,在合适的大气条件和短时间曝光的情况下,用户有时可以捕捉到生动的图像。

由于这个原因,幸运成像是一种有助于获取大量图像并在对齐它们时仅合并最清晰图像的技术。

猎户座星云(带有 3 个波长滤波器的彩色图像)。

猎户座星云(带有 3 个波长滤波器的彩色图像)。 图片来源:Hamamatsu Photonics Europe

拉曼光谱

拉曼效应是指波长与入射光不同的光的散射。拉曼光谱是一种通过量化该波长来帮助确定材料特性的方法。拉曼光谱允许分子级结构分析,提供有关结晶度、化学键等的数据。

Hamamatsu 的 ORCA-Quest qCMOS 相机

图片来源:Hamamatsu Photonics Europe

Hamamatsu 的 ORCA-Quest qCMOS 相机

图片来源:Hamamatsu Photonics Europe

植物中的延迟荧光

植物通常会在一段时间内释放极少量的光能,它们为光合作用而吸收这些光能。这种现象称为延迟荧光。通过识别这种微弱的光线,可以观察到环境、病原体、化学物质和其他压力因素对植物的影响。

观赏植物的延迟荧光(激发光淬灭 10 秒后暴露 10 秒)。

观赏植物的延迟荧光(激发光淬灭 10 秒后暴露 10 秒)。 图片来源:Hamamatsu Photonics Europe

特殊站点

科学相机部分代表适用于工业和生命科学研究领域的数码相机的功能部分。

电脑推荐

随着 ORCA-Quest 相机的推出,用户现在能够以每秒 120 帧的速度将 9.4 兆像素的图片传输到他们的 PC 上。可以使用 ORCA-Quest 相机的 PC 建议中提供的指南来满足 PC 对这种高数据速率的建议。

该供应商的其他设备