qCMOS 相機是一種兼具低噪聲和快速讀出性能的超靈敏相機。qCMOS 相機將光轉(zhuǎn)換為信號時產(chǎn)生的噪聲低于光的最小單位光子產(chǎn)生的噪聲，因而在世界上率先實現(xiàn)了光子數(shù)分辨成像，可以精確測量光子數(shù)量。 qCMOS 相機的最終量化成像有望在量子技術(shù)、天文學(xué)、半導(dǎo)體和生命科學(xué)等各個領(lǐng)域得到應(yīng)用。

1. 極低噪聲性能

為了檢測具有高信噪比的弱光，ORCA?-Quest 2針對傳感器從結(jié)構(gòu)到電子元件的各個方面進行了設(shè)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(shù)，實現(xiàn)了0.30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(zhuǎn)化為電子，這些電子被稱為光電子?！肮庾訑?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 2采用先進的相機技術(shù)，可對光電子進行計數(shù)，并提供0.30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(zhǔn)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(lǐng)域的可比較方法，因此我們將使用術(shù)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(jié)構(gòu)和高分辨率

高QE對于檢測光子的高效性至關(guān)重要，并且通過背照式結(jié)構(gòu)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?dāng)_，分辨率通常低于前照式傳感器。ORCA-Quest 2 qCMOS的傳感器具有用于實現(xiàn)高量子效率的背照式結(jié)構(gòu)，以及用于減少串?dāng)_的一對一像素的溝槽結(jié)構(gòu)。

MTF測量結(jié)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 2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(xué)相機相比，ORCA-Quest能夠捕獲更多對象。

此外，ORCA-Quest 2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(xué)相機。與傳統(tǒng)的sCMOS相機相比，帶標(biāo)準(zhǔn)掃描功能的ORCA-Quest 2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 2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)成像快了10倍。

像素比較

數(shù)據(jù)率比較

審核編輯 黃宇