濱松ORCA-Quest 2 qCMOS 相機: C15550-22UP
ORCA-Quest 2 是一款新的 qCMOS 相機，是 ORCA-Quest 的后續(xù)產(chǎn)品，具有多項進一步的進步，例如在極低噪聲掃描模式下讀出速度更快，紫外區(qū)域靈敏度更高。
由 ORCA-Quest 演化而來
更快的超靜音掃描模式
ORCA-Quest 憑借超靜音掃描模式下的超低噪聲特性達到了實現(xiàn)光子數(shù)解析的水平。然而，這種可用性對用戶來說是有限的，因為只有當相機以每秒 5 幀(全分辨率)的速度運行時，才能獲得超低噪聲。
ORCA-Quest 2 通過優(yōu)化傳感器運行，將幀速率提高了 5 倍，并具有類似的超低噪聲特性?，F(xiàn)在大多數(shù)用戶都可以使用光子數(shù)解析功能!
UV QE 改進
與大多數(shù)傳統(tǒng)的科學相機相比，ORCA-Quest 在 280 nm-400 nm 紫外區(qū)域具有較高的量子效率 (QE)。
受市場需求的啟發(fā)，ORCA-Quest 2 通過優(yōu)化傳感器窗口的抗反射膜，實現(xiàn)了更高的 UV QE，而可見光和近紅外波長范圍沒有變化。QE 的改進擴大了 ORCA-Quest 系列在俘獲離子量子實驗等多種用途中的通用性。
原始數(shù)據(jù)輸出
該功能允許您應用任何算法來估計原始數(shù)字信號的光電子數(shù)量。
更快的邊緣觸發(fā)模式
新的邊緣觸發(fā)模式使您能夠在卷簾快門讀出時輸入外部觸發(fā)信號并開始曝光，從而獲得更快的幀速率。
四大關鍵功能
1. 極低噪聲性能
為了檢測具有高信噪比的弱光，ORCA-Quest 針對傳感器從結構到電子元件的各個方面進行了設計和優(yōu)化。相機開發(fā)以及定制傳感器開發(fā)都采用最新的 CMOS 技術，實現(xiàn)了 0.27 電子的極低噪聲性能。
平均每像素 1 個光子的圖像(偽彩色)比較
曝光時間：200 ms LUT：最小值至最大值 比較面積：512 像素 × 512 像素
2. 實現(xiàn)光子數(shù)解析 (PNR) 輸出
光是許多光子的集合。光子在傳感器上轉化為電子，這些電子被稱為光電子。“光子數(shù)解析*”是一種通過對光電子計數(shù)來精確測量光的方法。為了計算這些光電子，相機噪聲必須足夠小于光電子信號量。傳統(tǒng)的 sCMOS 相機可實現(xiàn)較小的讀出噪聲，但仍大于光電子信號，因此難以計算光電子。ORCA-Quest 采用先進的相機技術，可對光電子進行計數(shù)，并提供 0.27 電子 rms(@Ultra 安靜掃描)的超低讀出噪聲、溫度和時間穩(wěn)定性、單個校準以及每個像素值的實時校正。
*光子數(shù)解析是唯一的，與光子計數(shù)有很大不同(更精確地說，該方法解析光子的數(shù)量。然而，由于單光子計數(shù)代替單光電子計數(shù)已用于該領域的可比較方法，因此我們將使用術語“光子數(shù)解析”)。光電子概率分布的模擬數(shù)據(jù)(每個像素生成的光電子的平均數(shù)量：2 個電子)
3. 背照式結構和高分辨率
高 QE 對于檢測光子的高效性至關重要，并且通過背照式結構實現(xiàn)。在傳統(tǒng)的背照式傳感器中，由于沒有像素分離，像素之間會發(fā)生串擾，分辨率通常低于前照式傳感器。ORCA-Quest qCMOS 的傳感器具有用于實現(xiàn)高量子效率的背照式結構，以及用于減少串擾的一對一像素的溝槽結構。
什么是溝槽結構?
MTF 測量結果
調(diào)制傳遞函數(shù) (MTF) 是一種分辨率評估。它是表明物體對比度能夠被精確再現(xiàn)的程度的值。
4. 實現(xiàn)大量像素和快速讀出
ORCA-Quest 以 940 萬像素 (4096 (H) × 2304 (V)) 實現(xiàn)超低噪聲。與 Gen Ⅱ sCMOS 和 EM-CCD 相機等傳統(tǒng)科學相機相比，ORCA-Quest 能夠捕獲更多對象。
此外，ORCA-Quest 的讀出速度表現(xiàn)優(yōu)異。這里，我們指的是“數(shù)據(jù)率(像素數(shù) × 幀速率)”，它表示相機在 1 秒內(nèi)讀取多少像素，以便比較各種科學相機。與傳統(tǒng)的 sCMOS 相機相比，帶標準掃描功能的 ORCA-Quest 即使在較低的讀出噪聲下也能實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)率。此外，具有超靜音掃描功能的 ORCA-Quest 實現(xiàn)了光子數(shù)解析成像，其數(shù)據(jù)率比 EM-CCD 相機的單光子計數(shù)成像更快。
像素比較
數(shù)據(jù)率比較
提高超靜音掃描模式的速度(幀速率選項 M17230)
由于具備超低噪聲特性，ORCA-Quest 已實現(xiàn)光子數(shù)解析，但對于用戶而言可用性有限，因為只有全分辨率 (4096x2304) 速度為每秒 5 幀的超靜音掃描，才有可能完成解析。
M17230 選項為您提供更快的超靜音掃描，全分辨率每秒 25.4 幀，而且具有相當?shù)某驮肼曁匦浴?
用途
量子技術
中性原子，離子阱
中性原子和離子在陣列中逐個排列，用作量子計算的量子位。量子位狀態(tài)可以通過觀察它們各自散發(fā)的熒光來確定。熒光測量需要在短時間內(nèi)完成，還需要具有極低噪聲和很高速度的光電檢測器。ORCA-Quest 既可以對整個量子位陣列進行診斷，也可以對每個量子位進行狀態(tài)檢測，具有極低的噪聲特性和快速讀出能力。此外，QE 覆蓋主要離子和原子物質(zhì)的廣泛波長范圍。
使用 ORCA-Quest 對 Rb 原子陣列進行熒光成像
由大阪大學山本隆教授和小林俊輝助理教授提供
量子光學
量子光學使用單光子源來利用單光子的量子特性。量子光學研究還使用單光子計數(shù)探測器，并且現(xiàn)在還出現(xiàn)了使用光子數(shù)解析檢測器以區(qū)分進入檢測器的光子數(shù)的新興需求。相機技術的新概念，光子計數(shù)相機，預計將在該領域獲得新的發(fā)現(xiàn)。
使用 ORCA-Quest 進行量子成像的實驗裝置
使用 ORCA-Quest 進行量子成像的圖像
由格拉斯哥大學 Miles Padgett 教授提供
生命科學
超分辨率顯微鏡
超分辨率顯微鏡是指獲得空間分辨率高于衍射極限的顯微鏡圖像的一系列方法。超分辨率顯微鏡需要配備兼具極低噪聲和小像素尺寸，從而產(chǎn)生更高分辨率的科學相機。
ORCA-Quest 生成的超高分辨率圖像
qCMOS 相機 / 4.6 μm 像素尺寸
ORCA-Fusion 生成的超高分辨率圖像
Gen III sCMOS 相機/6.5 μm 像素尺寸
使用 ORCA-Quest 進行實驗裝置
由 Visitech International 的 Steven Coleman 提供，該圖像采用 VT-iSIM 這種高速超分辨率活細胞成像系統(tǒng)生成。
生物發(fā)光
與傳統(tǒng)熒光顯微鏡相比，生物發(fā)光顯微鏡具有獨特優(yōu)勢(例如不需要激發(fā)光)，因而備受關注。生物發(fā)光的主要缺點是其非常低的光強度，這會導致曝光時間長、圖像質(zhì)量低。生物發(fā)光研究即使在長時間曝光時也需要高靈敏度相機。
NanoLuc 融合蛋白質(zhì) ARRB2 和 Venus 融合蛋白質(zhì) V2R 位于附近，即將發(fā)生 BRET。
視場整體圖像(物鏡：20× / 曝光時間：30 秒 / 像素合并：4×4)
顯微鏡系統(tǒng)的外觀
合作者：東北大學分子和細胞生物化學研究生院柳川正隆博士
植物中的延遲熒光
植物會釋放極小一部分光能量，在一段時間內(nèi)作為光進行光合作用。這種現(xiàn)象被稱為延遲熒光。通過檢測這種微弱光，可以觀察化學物質(zhì)、病原體、環(huán)境和其他應激源對植物的影響。
觀賞植物的延遲熒光(在激發(fā)光淬滅 10 秒后曝光 10 秒)
天文學
幸運成像
當從地面觀察星星時，由于大氣湍流，星星的圖像可能模糊，因此大大降低捕獲清晰圖像的能力。但是，由于曝光時間短且大氣條件適宜，有時可以拍攝到清晰的圖像。因此，幸運成像是一種獲取大量圖像并在對齊時僅整合最清晰的圖像的方法。
Orion Nebula(帶 3 個波長濾光片的彩色圖像)
成像裝置
自適應光學
通過自適應光學方法，系統(tǒng)可立即校正受大氣波動干擾的入射光的波前。為了執(zhí)行實時和高精度的波前校正，相機必需以高速和高空間分辨率獲取圖像。此外，由于波前校正是在測量激光導星的極暗狀態(tài)下執(zhí)行的，因此相機還需要具備高靈敏度。
通過自適應光學進行波前校正
自適應光學比較
由京都大學天文系山本廣大博士友情提供
HEP/同步加速器
對于 X 射線或其他類型的高能粒子的成像，通常使用連接了閃爍體的科學相機。成像系統(tǒng)需要低噪聲和高速度來檢測瞬時現(xiàn)象。
小鼠胚胎 X 射線相差 CT 圖像
ORCA-Quest 結合高分辨率 X 射線成像系統(tǒng)(濱松 M11427)生成的小鼠胚胎的 X 射線相差 CT 圖像
曝光時間：15 毫秒，總測量時間：6.5 分鐘
實驗裝置
相機裝置
日本同步加速器輻射研究所 (JASRI) 高級研究員 Masato Hoshino 博士對 SPring-8 BL20B2 光束線進行了研究
拉曼光譜儀
拉曼效應是波長不同于入射光的光散射，拉曼光譜儀是一種通過測量該波長來確定材料特性的技術。拉曼光譜儀可在分子層面進行結構分析，提供化學鍵合、結晶度等信息。
線掃描類型拉曼成像系統(tǒng)中每像素光子數(shù)相等條件下的拉曼光譜(單幀)比較。
拉曼圖像
qCMOS
EM-CCD
@10 光子/像素/幀，532 nm 激光激發(fā)
詳細參數(shù)
*1：僅正常區(qū)域讀出模式
*2：如果您需要縮短曝光時間，請聯(lián)系您當?shù)氐臑I松代表或經(jīng)銷商。 即使設置較短的曝光時間，幀速率也不會改變。
*3：水量為 0.46 L/m。
*4：根據(jù)超靜音掃描中最大阱容與讀出噪聲的比值計算
*5：另提供 F 型接口 (C15550-20UP01) 產(chǎn)品。 如有興趣，請聯(lián)系您當?shù)氐臑I松代表或經(jīng)銷商。F 型接口結構導致漏光，可能會影響測量，尤其是在曝光時間較長時。
尺寸
類型編號
C15550-22UP
成像設備
qCMOS 圖像傳感器
有效像素數(shù)
4096 (H) × 2304 (V)
細胞大小
4.6 μm (H) × 4.6 μm (V)
有效面積
18.841 mm (H) × 10.598 mm (V)
量子效率
85%(峰值 QE)(典型值)
最大阱容
7000 個電子(典型值）
讀出速度
標準掃描 *1：120 幀/秒(全分辨率，CoaXPress)，17.6 幀/秒(全分辨率，USB)
超靜音掃描：PNR，Raw *2：25.4 幀/秒(全分辨率、CoaXPress)，17.6 幀/秒(全分辨率，USB)
讀出噪聲
標準掃描：0.43 個電子 rms（典型值），0.39 電子中值（典型值）
超靜音掃描：0.30 個電子 rms（典型值），0.25 電子中值（典型值）
曝光時間
標準掃描*1：7.2 μs 至 1800 s
超靜音掃描，PNR, Raw *2： 33.9 μs 至 1800 s
冷卻溫度
強制風冷(環(huán)境溫度：+25 ?C)：-20 ?C
水冷(水溫：+25 ?C)*3：-20 ?C
水冷(最大制冷;水溫為 +20 ?C，環(huán)境溫度為 +20 ?C)*3：-35 ?C(典型值)
暗電流
強制風冷(環(huán)境溫度：+25 ?C)：0.016 個電子/像素/秒(典型值)
水冷(水溫：+25 ?C)：0.016 個電子/像素/秒(典型值)
水冷(最大制冷;水溫為 +20 ?C，環(huán)境溫度為 +20 ?C)：0.006 個電子/像素/秒(典型值)
動態(tài)范圍
23 000:1 (rms)（典型值），28 000:1（中值）（典型值）*4
外部觸發(fā)模式
邊緣/全局復位邊緣/電平/全局復位電平/同步讀出/啟動
外部觸發(fā)信號路由
SMA
觸發(fā)延遲功能
0 s 至 10 s，步長為 1 μs
觸發(fā)輸出
全局曝光定時輸出/任意行曝光定時輸出/觸發(fā)就緒輸出/3 個可編程定時輸出/高輸出/低輸出
外部信號輸出路由
SMA
圖像處理功能
缺陷像素校正(開或關，熱像素校正 3 步)
仿真模式
Available (ORCA-Fusion)
接口
USB 3.1 Gen 1，CoaXPress (Quad CXP-6)
AD 轉換器
16 位、12 位、8 位
透鏡接口
C 型接口*5
電源
AC100 V 至 AC240 V，50 Hz/60 Hz
用電功耗
約 155 VA
操作環(huán)境溫度
0 ?C 至 +40 ?C
存儲環(huán)境溫度
-10 ?C 至 +50 ?C
操作環(huán)境濕度
30% 至 80%(無霧氣現(xiàn)象)
存儲環(huán)境濕度
最高 90% (無霧氣現(xiàn)象)
