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QE>95%科研级背照式sCMOS相机——KURO

作者:卓小知     发布时间:2020年07月17日     阅读次数:429

各位科研粉儿大家好,我依然是那个每周都绞尽脑汁给大家放送科研仪器设备猛料的“卓小知”,本期卓小知带您走进sCMOS相机,举例产品——美国普林斯顿仪器公司KURO,背照式sCOMS相机。

sCMOS原理
首先,我们先了解下,什么是sCMOS?

sCMOS全称为Scientific COMS,CMOS的读出特点:采用分离式读出,每个像素具有一个ADC读出、没有电荷转移过程、同一行像素同时读出、每一行按顺序读出,每行之间有时间差(Rolling shutter)。



sCMOS不但克服了原先CMOS噪音大、暗电流大等缺点,还秉承高速、高量子效率、低读出噪音等的特点。由于读出噪声极低,背照式sCMOS在灵敏度上可与EMCCD相媲美,且速度(帧频)远快于EMCCD,适合快速弱光成像应用。

【背照式CCD/EMCCD/sCMOS和ICCD参数对比】

背照式CCD 背照式EMCCD ICCD 背照式sCMOS
量子效率峰值 ~95% ~95%

~50%

光阴极量子效率
~95%
读出噪声 ~2-4e-rms

~1e-rms

(使用EM增益)

~1e-rms

(使用像增强器)

<2e-rms

(中值<1.5e-rms)
全幅帧速 >5fps ~30-60fps ~10-30fps ~40-80fps
降低分辨率帧速

>5,000fps

(在动力学模式下)

>10,000fps

(在动力学模式下)
>1,000fps >3,000fps
门控
On-chip合并
典型应用

天文

拉曼

需要长时间积分(几分钟到几小时)光谱应用。
需要高帧频,单分子灵敏度的应用,需要相对短的积分时间(几微秒到几毫秒)。 门控(皮秒到微秒级别的曝光时间),时间分辨成像和光谱。 高帧频及中等的曝光时间(<10 s)的弱光应用,例如:自适应光学,离子成像,高光谱成像等。

▲左右滑动查看


【经典推荐——KURO背照式sCMOS相机】



KURO系列相机,是美国普林斯顿仪器公司生产的第一台背照式sCMOS相机。新一代KURO相机,同时提供超高灵敏度与超快帧数,可适用于各类成像与成谱的应用,例如高光谱,天文探测,低温原子成像,量子检测,荧光光谱,高速光谱等。

【KURO产品重要特点分析】

1. 固定背景噪声

KURO与前一代sCMOS相机信噪比对比分析

理论证据



实测证据1



实测证据2



2. 超高灵敏度
● 无电子增益;

● KURO的超高灵敏度,非常适合在高帧数下探测弱信号。



3. 等效全局快门
● KURO只有一种快门模式:Rolling Shutter
 Effective Global Ahutter条件:曝光时间大于全幅读出时间


4. 大面积像元
● 前照型sCMOS像元尺寸大小为6.5μm;
 KURO背照型芯片像元尺寸为11μm;
● KURO大像元可以存储更多电荷,满井容量80000e-


5. 无需微透镜
● 微透镜用于前照型sCMOS,将光聚焦到光敏材料
 微透镜会吸收反射紫外波段( <400nm ),也部分会阻挡其他波段
● 微透镜对入射光角度敏感

 Kuro无需微透镜,最大程度收集入射光子



微透镜对量子效率的影响


【应用领域】

● 天文太阳观测/宇宙碎片/大气观测/UV

● 光谱高光谱/成像光谱/巡天/UV

● 物理自适应光学/闪烁体成像/Streak camera/BEC imaging/UV

● 生物/医药: 显微镜应用/超分辨应用/细胞动力学/UV

● OEM夜间监控/实时检测/安全质检/刑侦探测/UV


sCMOS用于光谱的优势:
● 光谱速度取决于选择的行数;
● 最高采普分辨率~10.2μs(CCD理论可达到<1μs)
● 无需外部遮挡(CCD高速采谱需要设遮挡)
● 可连续无间断读出(CCD Kinetics需要间断读出)
● 匹配IsoPlane成像光谱仪:显微光谱,高光谱,多通道光谱


本期科研级背照式sCMOS相机就为大家介绍到这里,卓小知将在接下来的时间里为各位科研粉儿带来更多优质的科研仪器,助力您的科研事业发展!

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