简单回顾成像测量技术的发展
滨松光子学株式会社(滨松公司)在精密相机和成像测量技术上有着很长的历史,可以追溯到二十世纪六十年代,即首次进行成像测量技术研发的时期。自那时起,我公司已经取得了很大的进步,积累了很多的成果。
以下是您可能感兴趣的典型相机和技术。
· 数字CMOS相机
· 数字CCD相机
· 电子倍增CCD(EM_CCD)相机
· 延时积分(TDI )相机
数字CMOS相机(将CMOS图像传感器进行优化,用于科研测量)
数字CMOS相机非常适用于观测各种荧光,包括微弱荧光,因为它在荧光观测上具有低噪声、高量子效率以及其他一些超过EM-CMOS相机性能的特性。在此之前,只有EM-CCD相机有能力进行如高速成像等的弱光成像,但是现在CMOS相机也可能用于如此低光量的观测。
以下是相机进行成像和测量时不可或缺的特性:
低读出噪声
对半导体制造工艺的优化不仅制造出了更好的像素放大器,提高了增益,而且极大的减少了像素放大器之间的不规则性。在像素上安装相关双采样(CDS)电路同样在减少CCD图像传感器的噪声上发挥了很大作用。
高图像质量(无固定图案噪声)
固定图案噪声曾经是降低CMOS图像传感器图像质量的一个很大因素,但是现在通过结合最新的半导体制造工艺,已经把固定图案噪声降低到零。所以现在的数字CMOS相机已经具有科学测量所需的高级图像质量。
数字CCD相机(真空密封封装技术)
根据应用来分类,滨松公司可提供多类数字CCD相机。真空密封封装是一种实现高灵敏度、低噪声和高稳定性的技术,这些特性是成像测量应用所必须具备的。
密封封装的真空机壳是一种金属封装,里边包含了一个CCD图像传感器和帕尔贴效应制冷器,而且具有能够长时间保持机壳内稳定、高真空的结构。这保证了出色的制冷性能和稳定的温度,允许长时间曝光下低噪声、高灵敏度测量。
EM-CCD相机(使用电子倍增CCD)
在低照射条件下,当普通相机无法满足性能时,EM-CCD(电子倍增CCD)是在观测过程中捕获弱光以及荧光的理想选择。这种相机本质上是CCD芯片上带有电子倍增功能的高灵敏度CCD相机,这种配置使得它能够在不增加读出噪声情况下极大地增大信号。EM-CCD相机具有很高的灵敏度以及快速读出性能,不像普通弱光成像那样需要长时间曝光。
下面简单介绍电子倍增CCD的放大是如何起作用的。和帧转移CCD一样,成像区探测到的电荷被转移到存储区,然后信号电荷被送到水平串行寄存器,每个图像被处理以用于后续读出。电子倍增CCD的水平串行寄存器有一个电子倍增寄存器,该寄存器通过为水平转移电极提供比通常电压高的电压,将信号放大。
TDI相机(TDI技术)
TDI 相机是一种具有高速、高灵敏度性能的高精度相机,是产品线等很多应用的理想选择。滨松公司可以提供一系列的TDI相机,从可以捕获微弱荧光图像的高速、高灵敏度相机到高分辨率、低噪声、宽光谱灵敏度(可到达紫外和X射线波段)的相机。
TDI(延迟积分)是一种特殊的CCD读出模式,在获得移动物体图像的同时进行电荷积分。CCD在电荷读出期间每次进行一行的垂直转移。通过将这种转移时序和聚焦在CCD表面的移动物体的时序同步,CCD不断地暴露在光下,次数为CCD垂直阶段的数目。该技术成为TDI(延迟积分)技术,有希望成为高速、高灵敏度地获取运动物体图像的新方法。
TDI传感器可提供很高的性能,但是对其进行应用需要很多知识和周边的技术,比如照明、光学系统以及运动控制。滨松公司建议以及正在研发将这些不同的技术以一种全面的方式链接到一起,形成新的应用领域。