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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级别的信号会无法探测相机的主要噪声
2、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EMCCD相机ImagEMu高灵敏度u需要深度制冷以实现高EM增益值u更高的花费新科学级CMOS相机ORCA-Flash2.8u
3、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 :6electronsr.m.s.typ.u快速扫描 :10electronsr.m.s.typ.出色的像
4、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0.0005e-/pixel/secwhich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 CameraEMCCD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：电子在高电压区域传输会产生一个额外的电子空穴对。Gate2Gate2( (应用高压应用高压) )Gate 1eeep信号EMCCD相机
5、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is1.0%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uForexample,nis500andgis1.5%(0.015),thenEM-Gainis1710.读取噪声相对地会小于1electronuForexample,readoutnoiseofFDAis100e-andEM-Gainis1000,thentherelativereadoutnoiseis100e-/1000=0.1e-.Technical point
6、s 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 RegisterMultiplication 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1200x深度制冷温
7、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0.01u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 CameraCMOSandCCD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
8、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-不可同不可同时高速和低噪声不可同高速和低噪声不可同时ORCA-Flash2.8规格传感器像元数2.8Mpixels/1920(H)x1440(V)pixels像元尺寸/传感器尺寸3.63umx3.63um/6.97mmx5.23mm帧频45.4Hzatfullresolution/1273.6Hzat1920x8pixels全井容量18,000
9、e-读取噪声4e-r.m.s.x1Gain,3.2e-r.m.s.x8GainA/D12bit制冷5degreeCat20degreeCroomtemperature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CameraLinkBaseconfiguration(Mini-CameraLinkconnector)模拟增强增益1xto8x(256steps)曝光时间20usecto10sec镜头卡口C-mount量子效率67%470nmORCA-Flash2.8ORCA-Flash2.8CoolSNAPH
10、Q2CoolSNAPHQ2RETIGA-SRVRETIGA-SRVPixelnumber1920x1440(2.8M)1392x1040(1.4M)1392x1040(1.4M)Pixelsize3.63umx3.63um7.26umx7.26umequivalentwith0.5xlens6.45umx6.45um6.45umx6.45umEffectivearea6.97mmx5.23mm13.94mmx10.46mmequivalentwith0.5xlens8.98mmx6.71mm8.98mmx6.71mmFramerate(1x1)45fps11fps20MHzpixelclock
11、11fpsFWC18,000e-16,000e-18,000e-Readoutnoise4e-45fps(x1gain）5.5e-20MHz8e-3.2e-45fps(x8gain）4.5e-10MHzDynamicrange4500:1(x1gain)3550:1(10MHz)2550:1ADC12bit14bit12bitROI/speed45.4fps1920x144011fps1392x104011fps1392x1040104.6fps1920x60021fps512x512Max.165fpswithbinningandROIfunction236.8fps1920x24036fp
12、s256x256540.0fps1920x801273.6fps1920x8Coolingtemp.5-30-30与其他CCD2/3inchcameras的对比ORCA-Flash2.8ORCA-Flash2.8ORCA-R2(CCD2/3inch)ORCA-R2(CCD2/3inch)Pixelnumber1920x1440(2.8M)1344x1024(1.4M)Pixelsize3.63umx3.63um6.45umx6.45umEffectivearea6.97mmx5.23mm8.67mmx6.60mmFramerate(1x1)45fps16.2fps28MHzpixelclock
13、FWC18,000e-18,000e-Readoutnoise4e-45fps(x1gain）10e-28MHz3.2e-45fps(x8gain）6e-14MHzDynamicrange4500:1(x1gain)3000:1(14MHz)ADC12bit16bitROI/speed45.4fps1920x144016.2fps1344x1024104.6fps1920x60028.4fps512x512236.8fps1920x24045.7fps256x256540.0fps1920x801273.6fps1920x8Coolingtemperature5-40与ORCA-R2对比与OR
14、CA-R2QE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990ms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
15、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!Imaging using simulation Camera performanceNoisedark current QEPixel size Pixel numberObjectInput photon numberSpect
16、rum Field of viewCamera functionExposure timeEM-gainBinningExample 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
17、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u可选波段u对焦点和阵列的自动校正功能u对图像偏移的简单校正与传统方式的对比图像阵列的调整如何校正？如何校正？u旋转校正和X-Y偏移相结合u在相机硬件上进行校正功能以实现实时处理D2D2D2旋转校正D2D2Image 1(CCD 1)Image 2(CCD 2)X-Y偏移叠加焦点调整功能ORCA-D2能够分别调整CCD1和CCD2的焦点。CCD1可通过显微镜上的Z轴来调整。CCD2可通过相机头上的线性阶来调整。通过使用A11400-02(滤波器)和调节CCD2回到焦点位置，ORCA-D2可同时获取不同的焦面的图像。CCD1CCD2
