sCMOS相机

ORCA-Flash4.0 V2 C11440-22CU 数字sCMOS相机

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2017/10/19    浏览次数:    

新制量子产率增强的ORCA-Flash 4.0 V2,峰值产率82%

科学研究中的突破性进展往往并不是一蹴而就的。它更多是一步一个脚印循序渐进的,而正是这些精细应用的不断改善促进了科学研究的发展。ORCA-Flash 4.0 V2正是这一过程的典型案例。从入门级产品开始ORCA-Flash 4.0挑战了现今的成像领域并且经历了一系列有益的提高。最近的改善也许是最令人兴奋的:显著提高的光子探测能力。其量子效率的提高意味着您可以探测到极弱的或者相对暗淡的信号,即您可以用更少的曝光时间获得理想的成像,使您的细胞远离光毒性或光漂白。随着ORCA-Flash 4.0 V2已经提供了宽场视野,大动态范围和快帧速等特点,其在量子效率上的提高使得它更加通用,强大。

如果您还没体验过ORCA-Flash 4.0 V2 sCMOS,现在是时候了。谁知道您和您的额外光子可以获得哪些突破呢?


主要看点

增强的量子效率

量子效率(QE)是指一个光子转变成光电子的概率,它是波长相关的。ORCA-Flash 4.0 V2量子效率的提升的使其在600 nm处的效率超过了80%(典型值)。


两种扫描速率

通常标准速率扫描下的输出噪声均方根(RMS)达到1.6e(中值1.0e),但某些实验中较低的噪声输出比原始速率更加重要。新的ORCA-Flash 4.0 V2中加入了慢速扫描读出模式,其读出噪声均方根只有1.4 e(中值0.8 e)。照相机的USB和Camera Link接口均拥有此低噪声输出的能力。

光片照明(Lightsheet)读出模式(专利申请中)

为了实现光片照明显微成像中的最佳速率和同步,配置了Camera Link接口的ORCA-Flash 4.0 V2通过我们新的光片照明读数模式,可以在传感器由顶至底或者是由底至顶的一次扫描中读出信号。

全面曝光灵活性

通过使用ORCA-Flash 4.0 V2加入的全面重置功能,用户可以获取全面曝光并选择使用外部源或者使用照相机自身决定时序。

独立的参数记录

对我公司的相机了解的越多,就会对它的成像结果越有信心,特别是在苛刻的实验条件下。每个ORCA-Flash4.0 V2在发货之前,都在工厂进行了个性化地调整,测试结果包含在每个相机中。我们提供   测试噪声直方图、光子转移曲线、噪声有效值以及转换因子等数据,还有简易的公式。


量子效率(QE)的些许提高会带来很大的变化吗?

一个简单的思考此问题的方法是比较除量子效率外两个相同规格的相机。这两款相机都拥有极低读出噪声均方根1.4e,但照相机A在580nm处的量子效率为82%而照相机B仅仅是72%,那么这10%的差异有关系吗?在弱光条件下,更高的量子效率降低了读出噪音的影响。这听起来有悖常理,但其逻辑如下。

通常,相机的读出噪音被指定为电子相关,是与波长无关的。但光子才是我们要测量的信号而且我们相信它应该用光子来进行表征。某一波长下相机噪声和量子效率的关系是理解为什么有效读出噪声在描述的这两种情况间不同的关键。而描述此关系的数学运算是十分简单的:对于照相机A来说,其可以转化为1.4e/0.82或1.7个光子,而对于相机B来说,是1.9个光子。实际上B的读出噪声要比A高14%,且这种差异对于弱光成像有很大影响。实际上,大多数的生物样品足够亮足以使这种读出噪声差异微不足道。但是对于很多强度较低的复杂生物样品来说,较高的量子效率有助于提升整体的信噪比,并且使得提高帧速率、减少照明强度或缩短曝光时间而不牺牲信噪比得以实现。


读出噪声:均方根(RMS)还是中值?

均方根和中值都是用于评价数据分布的集中程度有效的统计模型,如像素噪声。对于CCD来说,选择哪种模式根本不是问题,因为对所有像素来说典型的读出噪声是相似的,因此均方根与中值是相等的。对于sCMOS来说,传感器的固有结构使其具有更多像素变化而且传感器极低的噪声使得这种变化在统计学上更加显著。但是涉及到评估照相机性能时,真正有意义的规范是均方根噪声。均方根噪声值提供了图像质量的深入理解并且是定量计算中合适的噪声变量。ORCA-Flash 4.0 V2的中值噪声数值为1.0 e(典型值)在这里仅仅是用作与其他sCMOS相机的简单比较的。对于真正的定量成像,均方根噪声是必须知道的。ORCA-Flash 4.0 V2第二代sCMOS的均方根噪声典型值为1.6 e。


所有像素还是部分像素?

均方根或中值噪声仅在传感器上所有像素均被使用或某些异常像素的排除是被记录并解释时才是有效的。对于ORCA-Flash 4.0 V2来说,读出噪声的均方根和中值我们均进行计算,并且利用传感器中的每一个像素。我们绝对没有运用任何的像素校正函数或对数据质量进行预审。由于提供规范的一个目标是为了实现精确定量成像,这种做法与我们提供最好的定量科研级相机的目标相一致。


特征

高灵敏度意味着极致的多功能性

ORCA-Flash 4.0 V2正在改变科研成像的玩法。多年来,冷却CCD一直是荧光应用的关键技术,如GFP或多通道成像这些需要高信噪比,高对比度图像的应用。EM-CCD已经成为科学家对弱光,通常是高速应用的选择,例如全内反射荧光显微镜(TIRF)或者转盘式共聚焦显微镜。由于缺少更好的选择,同样的技术也在定位显微镜中采用。ORCA-Flash 4.0 V2提供了如此众多的好处,它不仅可以轻松完成每一项上述应用——它还能做的更好。


Fan Long, Shaoqun Zeng, and Zhen-Li Huang. "Localization-based super-resolution microscopy with an sCMOS camera Part II: Experimental methodology for comparing sCMOS with EMCCD cameras," Optics Express, Vol. 20, Issue 16, pp. 17741-17759 (2012)

http://dx.doi.org/10.1364/OE.20.017741


量子效率:QE峰值82%

ORCA-Flash 4.0 V2 是被设计胜于其他所有相机的荧光显微镜的选择。经过精心设计的像素和片上集成透镜的技术,它的第二代sCMOS传感器可以提供在荧光显微镜最常用的波长范围的最高量子效率。


低噪声

相比其他任何CCD或sCMOS照相机,ORCA-Flash 4.0 V2具有100帧/秒时的最低读出噪声,即使EM-CCD通过权衡“相对”低的读出噪声得到乘性噪声通过片上集成增益。但是ORCA-Flash 4.0 V2无需权衡,我们“安静”的电子系统成功降低了检出限,让您充分利用高帧速并且用更少的光子看到您的信号。

高量子效率和低噪声的独特组合,并且没有EM-CCD的乘性噪声,意味着你的图像不受相机的限制。在弱光照明下检测信号,比较强度的微小变化,并区分大背景下的微小信号——运用自如。  


宽场视野与高分辨率

总共4,000,000像素,每个像素大小为6.5微米*6.5微米的ORCA-Flash 4.0 V2 是苛刻显微成像应用最理想的版本。无论是高放大倍率下需要单个细胞的精细结构成像,还是低放大倍率下试图捕捉分解许多细胞的成像,ORCA-Flash 4.0 V2都会给您带来最美的图像。


高速率:快速或是更快?你来做决定!

当用具有4194304个像素,每个像素具有16位数据深度的相机进行图像拍摄时,单个图像是8兆字节。但是捕捉单一帧图像如同孩子的游戏一般简单。真正重要的是持续的,连续的图像捕捉。基于此,滨松的Imageconductor让您决定您所需的工作速度。在默认配置下,ORCA-Flash 4.0 V2配有USB3.0卡和电缆,并将提供30帧/秒的全帧采集。如果你选择升级到我们完全支持的第二代FireBird PCI Express 8’的Camera Link卡,对于没有任何额外修改的同样的照相机,可以实现100帧/秒的全分辨速率。通过允许感兴趣区域的灵活变动,这两个相机配置方便帧速的微调,使您选择真正重要的区域。在所有的速率下,ORCA-Flash 4.0 V2 拥有仅仅1.6e的均方噪声(1.0e中值噪声),实现极致的多功能性和性能表现。


1*是在戴尔T5500(主频为2.66GHz E5640)+ RAID0(LSI的MegaRAID SAS 9260-4i)和4个SATA固态驱动器(SAMSUNG MZ-7PC512)Windows7 64位系统下的测试结果


开展您的研究

ORCA-Flash4.0 V2包括了ImageConductor connectivity™,因此支持USB3.0(默认)和高速Camera Link。如果成像速度为30帧/秒,那么默认的USB3.0配置就非常适合。如果需要更加生动真实的图像,那么可以增加一块Camera Link板,可获得全4百万像素图像的100帧/秒输出。两种选择具有同样的低噪声、高量子效率的成像能力,获得了空前的灵敏度。使用滨松的多功能ImageConductor connectivity™,一切由你主宰。


应用

ORCA-Flash 4.0 V2是荧光或其他宽场显微技术应用的重要选择。

超分辨显微技术

全内反射显微镜

比率成像

荧光共振能量转移

高速钙离子成像

实时共聚焦显微镜

光片照明显微成像


配置图


电脑要求

ORCA-Flash 4.0 V2推出以后,客户能够将4M像素的图像以100帧/秒的速度导入电脑。如此高的数据率对电脑的要求可以参看下边的ORCA-Flash4.0 V2电脑推荐配置。


规格表
型号 C11440-22CU
量子效率 600nm处超过80%
成像器件 科学级CMOS传感器
有效像素数 2048 (H)×2048 (V)
像素尺寸 6.5 μm×6.5 μm
有效面积 13.312 mm×13.312 mm
满阱容量 30000e(典型值)
读出速度 全分辨率Camera Link下100帧/秒
全分辨率USB3.0下30帧/秒
读出噪声 标准扫描模式(100帧/秒,典型值):1.6e RMS(1.0e 中值)
慢速扫描(30帧/秒,典型值):1.4e RMS(0.8e 中值)
曝光时间 内部触发模式:全分辨率下1ms到10s*1
子阵列读出内部触发模式:38.96μs到10s
子阵读出外部触发模式:1ms到10s
制冷方式 帕尔贴冷却
制冷温度 强迫风冷(环境温度20 ℃):-10 ℃
水中(20 ℃): -20 ℃
水中(15 ℃): -30 ℃
暗电流 0.06 electrons/pixel/s (-10 ℃) (typ.)
0.02 electrons/pixel/s (-20 ℃) (typ.)
0.006 electrons/pixel/s (-30 ℃) (typ.)
动态范围 37 000:1 (typ.)*2
子阵列 支持
拼接(binning) 2×2, 4×4
外部触发模式 边沿、电平、同步读出触发、起始信号触发、全局复位边沿、全局复位电平
外部触发信号连线 SMA接口或CameraLink I/F
触发延时功能 0~10s(10μs阶)
触发输出 3个可编程时序输出
全面曝光时序和触发准备(Trigger ready)输出
外部信号输出连接 SMA接口
接口 Camera Link*3/USB 3.0
软件接口 包含基于PC的采集包
DCAM-SDK,商用软件
AD转换器 16位输出*4
镜头卡口 C卡口
电源 AC100 V到AC240 V, 50 Hz/60 Hz
功耗 约75W


*1 内部触发模式下最小曝光时间根据子阵列设置不同而变。最小曝光时间是在标准扫描下。

*2 低速扫描下满阱容量/读出噪声

*3 专有模式与Camera Link 80为设置相同

*4 真16位图像数据是通过两个11位AD转换器输出的无缝接拼得到的


读出速度
中央位置读出速度
(帧/秒,典型值)
Camera Link USB 3.0
水平像素数 拼接
2×2, 4×4
水平像素数 拼接
2×2, 4×4
2048 / 1536 / 1024 / 512 2048 / 1536 / 1024 512
垂直方向行数 2048 100 30 100 100
1024 200 60 200 200
512 400 120 400 400
256 801 240 801 801
128 1603 481 1603 1603
64 3206 968 3206 3206
8 25 655 7894 25 655 25 655

读出时间
标准扫描(100帧/秒) 10ms
低速扫描(30帧/秒) 33ms


Lightsheet Readout Mode™(仅支持Camera Link)

读出格式 无缝读出
读出方向 从下向上、从上向下
读出时间 20 ms到204.8s(全部面积读出)
读出模式 全面积、子阵列



光谱响应




外形尺寸图



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