HPK系统事业部产品CCD相机介绍

1、hpk系统事业部产品ccd相机介绍 内容介绍 高灵敏度相机 ccd 相机uorca-r2介绍 em-ccd相机uem-ccd技术回顾uimagem介绍 cmos 相机uccd 和 cmos之间的差异uorca-flash2.8介绍uccd 相机 和em-ccd 相机 之间的差异 orca-d2介绍荧光观测弱激发光源 高速为什么需要使用高灵敏度相机？显微镜高灵敏度相机被观测物每个像元的输入光子数有限.需要高灵敏度相机荧光观测极弱信号比如每个像元在长时间曝光条件下也只几十个光子显微镜 高倍放大为什么需要使用高灵敏度相机？ 高量子效率(qe)uqe: 传感器中光子到电子的转换效率u低噪声低于读取噪声

2、级别的信号会无法探测相机的主要噪声组成部分： 读取电路的读取噪声 传感器中的暗电流噪声evecphoton = 电子高噪声相机噪声传感器的输出信号信号低噪声相机噪声传感器的输出信号信号hamamatsu 相机的工艺 低噪声工艺u最优化电路设计u独创低噪声传感器驱动技术 低暗电流工艺u深度制冷技术u原创低暗电流传感器驱动技术 图像处理工艺u相机实时图像处理硬件以提高图像质量 诸多相机功能u面元和子数组功能u多种外触发模式以和周围设备同步高灵敏度数字相机系列 制冷ccd相机orca-r2u显微应用的标准相机u合理的性价比 em ccd 相机 imagemu高灵敏度u需要深度制冷以实现高em增益值u

3、更高的花费 新 科学级cmos 相机 orca-flash2.8u同时实现高速度、高分辨率和低噪声u下一代的标准相机u低价ccd cameraccd的结构水平ccdfda传输门竖直 ccd光电二极管电压输出隔行扫描ccd的结构fda 浮动扩散放大器 /将电子转换为电压 /读取噪声的主要来源reset gatee- q=cvvout=q/corca-r2的主要特征的主要特征 使用 er-150 芯片 (hamamatsu 独创的 ccd) 在低光模式下可实现大约 70% qe （ 500nm 至 600nm）与许多厂家使用的icx285相比，在近红外波段有更高的qe值 极低的噪声u普通扫描 :

4、6 electrons r.m.s. typ.u快速扫描 : 10 electrons r.m.s. typ. 出色的像质u无固定图像噪声 极低的暗电流u使用了真空密封工艺，在水冷条件下实现-40低温u暗电流仅为0.0005 e-/pixel/sec which 即使即使在曝光时间长达4200sec时 也不影响灵敏度orca-r2的主要特征em ccd cameraem ccd 技术图像区域存储区域水平寄存器fda n (e-)readout noise is relatively calculated asgn/g (e-)em-ccd放大寄存器em 增益值fda噪声碰撞电离效应碰撞电离效应

5、： 电子在高电压区域传输会产生一个额外的电子空穴对。 gate 1eeep信号em ccd 相机的主要特征 在每一个放大阶段产生电离碰撞效应的统计概率是is 1.0% 到 1.6%. 倍增阶数目一般为500. 总 em-增益值 由下述公式计算得出ug: 产生额外电子的概率un: 放大寄存器的阶数 在 放大寄存器可实现超过 1000 倍 的em-增益值ufor example, n is 500 and g is 1.5%(0.015), then em-gain is 1710. 读取噪声相对地会小于1electronufor example, readout noise of fda is

6、100e- and em-gain is 1000, then the relative readout noise is 100e-/1000 = 0.1e-.ngm 1technical points of em ccd camera 需要深度制冷u获得高em增益值（在低温条件下增加电离碰撞效应的机会）u减少暗电流噪声（像元产生的暗电流在放大寄存器中同样会被放大。更重要的是其他噪声因子f会导致暗噪声增加）transfer voltage of gain stage (v)em-gainimage areastorage areahorizontal registermultiplicati

7、on registergenerate dark currentin the pixelsignal dark current 极低噪声u有em增益时小于 1e- 读取噪声 高em增益值u最大1200 x 深度制冷温度u使用真空密封工艺可水冷至-80u暗电流为0.001e-/pixel/sec. 高度温度稳定性u波动范围0.01 u高度的温度稳定性可以产生高度稳定的em增益值，这对于定量测量非常重要imagem的主要特征cmos cameracmos and ccd的区别ccdcmos每个像元中存储的电荷垂直然后水平地传输，并且在读取放大器中北转换成电压。每个像元中存储的电荷被转换成电压，然后

8、以x-y的地址开关控制方式并读取。低噪声u低噪声读取放大器u无固定图形噪声低暗电流u埋沟式光电二极管u高质量进程高灵敏度u片上镜头的优异性能u完全耗尽(高阻硅)u背照式高速度u高速和低噪声不可同时实现u高能耗u高速电荷转移u规定了芯片电路ccdcmos低噪声片上相关双采样的可能性像元增益值波动小低暗电流埋沟式光电二极管显著的质量进程提高高灵敏度同样的片上镜头工艺高阻硅背照式高速度列放大器 和 a/d 实现了同时高速度和低噪声的目标低能耗晶体管转换读取片外最小电路特征对比 -如今-不可同不可同时时高速和低噪声不可同高速和低噪声不可同时时orca-flash2.8 规格 传感器像元数 2.8m p

9、ixels / 1920 (h) x 1440 (v) pixels 像元尺寸/ 传感器尺寸 3.63 um x 3.63 um / 6.97 mm x 5.23 mm 帧频 45.4 hz at full resolution / 1273.6 hz at 1920 x 8 pixels 全井容量 18,000 e- 读取噪声 4 e- r.m.s. x1 gain, 3.2 e- r.m.s. x8 gain a/d 12 bit 制冷 5 degree c at 20 degree c room temperature 快门 滚动快门 外触发模式 边缘触发, 电平触发全面曝光触发, 同步

10、读取触发触发输出可编程计时输出, 触发准备输出, 全面曝光计时触发, 起始触发 接口 camera link base configuration (mini-camera link connector) 模拟增强增益 1x to 8x (256 steps)曝光时间 20 usec to 10 sec镜头卡口 c-mount量子效率 67% 470nmorca-flash2.8orca-flash2.8cool snap hq2cool snap hq2retiga-srvretiga-srvpixel number1920 x 1440 (2.8m)1392 x 1040 (1.4m)13

11、92 x 1040 (1.4m)pixel size3.63um x 3.63um7.26um x 7.26um equivalent with 0.5x lens6.45um x 6.45um6.45um x 6.45umeffective area6.97mm x 5.23mm13.94mm x 10.46mm equivalent with 0.5x lens8.98mm x 6.71mm8.98mm x 6.71mmframe rate (1x1)45fps11fps 20mhz pixel clock11fpsfwc18,000 e-16,000 e-18,000 e-readout

12、 noise4 e- 45fps (x1 gain）5.5 e- 20mhz8 e-3.2 e- 45fps (x8 gain）4.5 e- 10mhzdynamic range4500 : 1 (x1 gain)3550 : 1 (10mhz)2550 : 1adc12bit14bit12bitroi / speed45.4 fps 1920 x144011 fps 1392x104011 fps 1392x1040104.6 fps 1920 x 60021 fps 512x512max.165fps with binning and roi function236.8 fps 1920

13、x 24036 fps 256x256540.0 fps 1920 x 801273.6 fps 1920 x 8cooling temp.5-30-30与其他ccd 2/3 inch cameras的对比 orca-flash2.8orca-flash2.8orca-r2 (ccd 2/3 inch)orca-r2 (ccd 2/3 inch)pixel number1920 x 1440 (2.8m)1344 x 1024 (1.4m)pixel size3.63um x 3.63um6.45um x 6.45umeffective area6.97mm x 5.23mm8.67mm x

14、6.60mmframe rate (1x1)45fps16.2fps 28mhz pixel clockfwc18,000 e-18,000 e-readout noise4 e- 45fps (x1 gain）10 e- 28mhz3.2 e- 45fps (x8 gain）6 e- 14mhzdynamic range4500 : 1 (x1 gain)3000 : 1 (14mhz)adc12bit16bitroi / speed45.4 fps 1920 x144016.2 fps 1344x1024104.6 fps 1920 x 60028.4 fps 512x512236.8 f

15、ps 1920 x 24045.7 fps 256x256540.0 fps 1920 x 801273.6 fps 1920 x 8cooling temperature5-40与orca-r2对比 与orca-r2 qe的对比 orca-flash2.8的量子效率与 orca-r2 的高光模式几乎一致。 视场的对比ccd 2/3 inch 1.4 megapixelwith 1x relay lensorca-flash2.8 (fl-280)with 0.5x relay lens wide field of view realize high throughput !视场的对比990m

16、s在100ms钙离子响应application example (2) high speed ca2+ imagingorca-r2有哪些优势? 极低的暗电流u可用于超长时间曝光 近红外波段的高量子效率 全面快门功能u在生物医学应用中,将很少需要快门功能因此, cmos 相机将取代大多数的在现在应用于诸多生物领域的相机。which camera is best for the customer? it is very difficult to select the best camera for the customer only with datasheet of each camera!i

17、maging using simulation camera performance noise dark current qe pixel size pixel number object input photon number spectrum field of view camera function exposure time em-gain binningexample image of simulationimagemflash2.8original imagecondition : digital binning 2x2x 0.5 relay lenscondition : x500 em-gaincustomer can compare visually!introduction of orca-d2双波段成像的需求 应用领域 比例成像 fret (荧光共振能量转移) 双波段tirf 显微 技术要求 在双波段同时成像 宽视场 可选波段 简易校正图像偏移 orca-d2的主要特征 相机头包括了两个制冷ccd相机u同时在双波段捕获图像u低暗电流 使用 er-150 (1.5mpixel) 隔行扫描ccd 图像传感器u宽视场u从可见光到近红外的高量子效率 可替换的光块