qCMOS 相機(jī)是一種兼具低噪聲和快速讀出性能的超靈敏相機(jī)。qCMOS 相機(jī)將光轉(zhuǎn)換為信號(hào)時(shí)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(shí)現(xiàn)了光子數(shù)分辨成像，可以精確測(cè)量光子數(shù)量。 qCMOS 相機(jī)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(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

1. 極低噪聲性能

為了檢測(cè)具有高信噪比的弱光，ORCA?-Quest 2針對(duì)傳感器從結(jié)構(gòu)到電子元件的各個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。相機(jī)開(kāi)發(fā)以及定制傳感器開(kāi)發(fā)都采用最新的CMOS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了0.30電子的極低噪聲性能。

平均每像素1個(gè)光子的圖像(偽彩色)比較

曝光時(shí)間：200 ms LUT：最小值至最大值 比較面積：512像素 × 512像素

2. 實(shí)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(chēng)為光電子?！肮庾訑?shù)解析*”是一種通過(guò)對(duì)光電子計(jì)數(shù)來(lái)精確測(cè)量光的方法。為了計(jì)算這些光電子，相機(jī)噪聲必須足夠小于光電子信號(hào)量。傳統(tǒng)的sCMOS相機(jī)可實(shí)現(xiàn)較小的讀出噪聲，但仍大于光電子信號(hào)，因此難以計(jì)算光電子。ORCA-Quest 2采用先進(jìn)的相機(jī)技術(shù)，可對(duì)光電子進(jìn)行計(jì)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(shí)間穩(wěn)定性、單個(gè)校準(zhǔn)以及每個(gè)像素值的實(shí)時(shí)校正。

*光子數(shù)解析是唯一的，與光子計(jì)數(shù)有很大不同(更精確地說(shuō)，該方法解析光子的數(shù)量。然而，由于單光子計(jì)數(shù)代替單光電子計(jì)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(yǔ)“光子數(shù)解析”)。光電子概率分布的模擬數(shù)據(jù)(每個(gè)像素生成的光電子的平均數(shù)量：2個(gè)電子)

3. 背照式結(jié)構(gòu)和高分辨率

高QE對(duì)于檢測(cè)光子的高效性至關(guān)重要，并且通過(guò)背照式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。在傳統(tǒng)的背照式傳感器中，由于沒(méi)有像素分離，像素之間會(huì)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(shí)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(duì)一像素的溝槽結(jié)構(gòu)。

MTF測(cè)量結(jié)果

調(diào)制傳遞函數(shù) (MTF) 是一種分辨率評(píng)估。它是表明物體對(duì)比度能夠被精確再現(xiàn)的程度的值。

4. 實(shí)現(xiàn)大量像素和快速讀出

ORCA-Quest 2以940萬(wàn)像素 (4096 (H) × 2304 (V)) 實(shí)現(xiàn)超低噪聲。與Gen Ⅱ sCMOS和EM-CCD 相機(jī)等傳統(tǒng)科學(xué)相機(jī)相比，ORCA-Quest能夠捕獲更多對(duì)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?cái)?shù) × 幀速率)”，它表示相機(jī)在 1 秒內(nèi)讀取多少像素，以便比較各種科學(xué)相機(jī)。與傳統(tǒng)的sCMOS相機(jī)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(shí)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(shí)現(xiàn)了光子數(shù)解析成像，其數(shù)據(jù)率比EM-CCD相機(jī)的單光子計(jì)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