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Marana sCMOS

Marana是Andor全新开发的应用于天文和物理科学的高性能sCMOS相机平台。Marana 4.2B-11背照式 sCMOS相机, 提供95%的量子效率,采用Andor真空密封技术,制冷温度可达到-45度

  • 95% QE 和 -45 °C  制冷 —— 超灵敏背照式 sCMOS

  • 420万像素/ 32mm 芯片 —— 适用于天文学

  • 48 fps 全画幅 (ROI采集更快) —— 对高速移动物体实时成像,高速采集无拖尾

  • > 99.7% 线性 —— 全动态范围内准确的定量精准度

  • 真空保护的寿命和质量 —— 传感器免受潮湿和QE衰减的影响


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Marana是Andor全新的高性能sCMOS相机平台,适用于物理科学的众多应用,如天文学、玻色爱因斯坦凝聚、量子光学、高光谱成像、中子断层扫描和快速光谱学等。新发布的大视野Marana 4.2B-11背照式sCMOS相机可提供95%量子效率(QE)低至-45℃的真空制冷技术11mm像素尺寸,适用于光子收集应用。大靶面32毫米对角线传感芯片与快速帧频相结合,使相机成为空间碎片跟踪和近地物体(NEO)探测的理想选择。

Andor的技术提高了sCMOS的灵敏度,这意味着弱光情况下的成像信噪比也得到了更进一步的优化,适用于跟踪较小天体、痕量浓度的光谱检测,离散原子/离子的BEC 荧光检测。更高的灵敏度也意味着可以缩短曝光时间,保证更快的帧率用于动态过程的测量,并可以48 fps帧速率进行采集。Marana 4.2B-11提供不同QE选项,UV增强选项('BU')扩展了260nm和400nm之间特定应用要求的实用性。创新的“双放大器”方法可扩展动态范围,适合精确可视化和量化具有微弱和明亮区域的挑战场景,例如太阳能测量和光谱材料表征。此外,为了达到更佳的量化精度,Andor拥有的机载智能算法可以保证在整个动态范围内线性值都大于 99.7%,适用于精确光度测量。

Marana 4.2B-11 利用Andor 的Anti-Glow 技术, 能够有效地利用整个2048 x 2048阵列,提供32毫米芯片对角线,结合快速帧频使相机适用于包括天文学在内的众多应用,例如大视野天空扫描天文学,密集多光纤高光谱,自适应光学波前传感器。使用感兴趣区域(ROI)后,帧频不仅可达上百帧,还可避免数据采集处理的滞后性。

 

 

 

 

 

 

 

Marana 4.2B-11默认配备标准F-mount光学耦合器。Andor 也提供C-mount 转接口,可由用户轻松更换,可以与尺寸高达1400 x 1400的ROI 一起使用。对于各种低f /#专业望远镜配置的附件,Andor的客户特殊要求(CSR)服务可根据您的特定光学需求提供定制的安装面板。

95% QE 及更低噪音 - 提高信噪比用于微弱光测量。适用于检测小型轨道碎片、BEC荧光。

420万像素和32mm 对角线 - 更大视野sCMOS ,兼容宽波段的采集次数。适用于大视野天空扫描、断层扫描。

紫外线优化的QE选项 - 在260-400nm之间增强的紫外线灵敏度。适用于晶圆检测(266nm)。

真空制冷至 -45 °C - 具有超低的噪音本底和长时间曝光,满足微弱信号成像: 不受相机热电噪声影响!

真空密封背照式sCMOS - Andor专有 UltraVacTM真空技术,芯片保护在零湿度环境,预防芯片老化。 - Andor专有 UltraVacTM真空技术,芯片保护在零湿度环境,预防芯片老化。

Anti-Glow抗光晕技术 - 全阵列长时程曝光 –——大视野和高灵敏度。

48 fps (420万像素) - 高动态范围成像,无信号拖尾。 适用于空间碎片跟踪、近地目标。

扩展动态范围模式 - 通过53,000:1信号范围“一步定量” —— 适用于测光应用。

> 99.7% 线性 - 全部信号范围内定量精准性。

超快光谱模式 - 机载垂直像素组合技术,适用于动态光谱(高达> 24,000光谱/秒)。

自适应光学模式 - 减少数据收集后滞后 – 曝光后立即转移行数据。

用户可调整ROI - 仅成像所需部分,改善帧频和数据存储空间。

风冷和水冷作为制冷标准 - 水冷,可提供更佳灵敏度。

USB 3.0 (也可称为USB 3.1 Gen 1) - 便捷常用的高速传输接口。

超灵敏背照式sCMOS

Marana 4.2B-11背照式sCMOS提供95%的峰值量子效率和低至-45℃的真空制冷。 由于采用真空密封设计,Marana仅使用内部风扇散热即可在室温下实现热电制冷至-25℃  ,利用液体辅助散热可让芯片温度降至-45℃。 GS400 BSI传感器的暗电流是整个系统噪声的重要成分,因此有效制冷至关重要。

背照式sCMOS相机的超高灵敏度在天文学和物理科学应用中具有许多切实的优势,例如:

  • 探测更小的目标 —— 成功率更高的空间碎片和NEO跟踪
  • 更低的激光功率/剂量 ——保护光敏样品
  • 更低的探测限 —— 定性和定量微量浓度,例如光谱学方法
  • 降低曝光时间 —— 高信噪比记录快速变化的过程事件,例如脉冲星和快速BEC动力学
  • 窄带滤波器 —— 例如,特定发射线的窄带太阳成像
  • 从离散原子中检测荧光 – 更多成功的BEC实验

“背照式传感器因其增强的灵敏度而受到重视。选用这种高端技术来设计制造超灵敏的相机是有意义的。”

Anti-Glow 技术:利用全芯片阵列通配

GPixel 公司提供的GSense400背照式芯片边缘会有亮边光晕,这种亮边光晕被当作假信号并与曝光时间相关。解决这个问题的方案有(a)接受发光现象; (b)仅使用传感器的中间部分; 或(c)在相机固件中将曝光时间限制30毫秒以内,以控制发光对实验的影响。不管是哪方面都影响了视野和灵敏度,由此限制了相机的性能和应用范围。

Andor 详细研究和分析这种芯片缺陷,研发和完善了亮边光晕抑制技术以抑制芯片亮边光晕效果。图片显示GSense 400 BSI背照式芯片使用和不使用亮边光晕抑制技术分别采集的暗图像 – 不同之处在于 Andor可以使用全画幅2048 x2048阵列,同时曝光时间长达20秒。

扩展动态范围和卓越的线性度

sCMOS芯片创新式的双放大器架构设计,可选用高或者低增益放大,这样信号可以同时被被抽样到高增益(低噪音)和低增益(高容量)放大器。此时芯片的最低噪音可以对应最大井深,获得更宽的动态范围。Marana只有11um像元尺寸,动态范围却高达53,000:1。

另外,机载智能算法提供更佳的线性优势,在全动态范围内都具有量化测量精准。

快速帧频

Marana 4.2B-11的sCMOS芯片具有高度平行的读出架构,数据的高速读出保证了快速帧频。所有列拥有各自的放大器和模数转换器(ADC),这意味着所有列被同时读出。

Marana 4.2-11提供的高帧频采集能力,使其成为动态过程研究应用的理想选择,同时图像无拖尾现象。应用领域包括空间碎片和NEO跟踪,脉冲星成像,太阳能偏振测量,Lucky成像/散斑干涉测量和BEC动态等应用。感兴趣区域(ROI)和12位读出模式可进一步显著提高帧频。

12 bit模式,2倍速提升! Marana 4.2B-11的架构可提供16bit 和12bit模式。选择12 bit模式可以将帧频加速2倍,同时牺牲一些动态范围,可用于弱光快速成像,例如离散荧光超冷原子BEC动力学研究。

滚动光闸和模拟全幅光闸

Marana 4.2B-11相机是滚动光闸曝光机制。滚动光闸意味着芯片阵列的不同行数在不同时间点的曝光,作为读出“波”迅速传到芯片,底部行比边缘行至少提前21ms开始曝光。在这种模式下,可以保证优质的读出噪声和帧频。当在视野内成像相对较大,且快速移动的物体,滚动光闸可能不适用。除样本运动失焦导致一时的欠采样外,滚动光闸还有可能带来样品的空间扭曲;不过这种扭曲在小样品的移动速度仍能保证探测器充分采样的情况下不会发生,而在大多数应用场景下正是如此。

滚动光闸的另一个弊端是全幅曝光时间不一致,而这对于某些应用来说是必不可少的。例如,如果细胞被电刺激并且测量相对于刺激事件的钙火花的开始是重要的,则不应使用滚动快门。 在这种情况下,需要Zyla 5.5 和 Neo 5.5 相机内真正的全幅光闸。

多种光学接口选项

Marana 4.2B-11默认配备标准F-mount光学耦合器,但是用户可以轻松地将相机与C-mount或T-mount镜头转接,只需在订购时选择这些额外的光学接口附件。 C-mount可以与最大1400 x 1400的子阵列一起使用,匹配22mm对角线的传感器。

对于各种专业望远镜配置的附件,相机前端可以直接安装,提供f /#0.7 (72°锥角)。 通过与Andor的客户特殊要求(CSR)服务的合作,可根据您的特定光学需求进行定制接口面板

快速光谱模式

Marana 4.2B-11可以很容易地适应快速光谱测试的需要,速度高于24K光谱/秒。这种光谱速率非常适合亚毫秒级流动时间尺度的快速反应动力学。快速光谱动力学能力也可用于“伪门控”时间分辨功能。

相机FPGA上实现的实时非对称像素组合允许优化的光学匹配和更大化的光子收集,而相机32bit的数据深度允许非常高像素数组合并使组合后像素的等效井深充分利用所有参与组合各像素的井深,是快速瞬态吸收测量的理想选择。

乱真噪音滤片

Andor Marana sCMOS相机加载内置FPGA过滤算法,用于实时操控和减少高噪音像素出现的频率。这个实时滤片技术矫正了图像中噪声峰值产生的零星点状。

这些噪音像素的出现类似于EMCCD时钟诱导电荷噪音峰值的存在,由于我们已经有效的减少芯片内部的噪音,剩余的很少百分比的乱真高噪音像素也就变成了一种美学问题。这个滤波技术能够动态识别高噪音像素并用周围像素平均值替换它们。

FPGA时间戳

Marana平台可以为每个图像生成精确到25纳秒的时间戳。在需要时间动态分析时,精准的时间戳非常重要。这对于需要考虑计算机和接口延迟的瞬态事件尤其重要,例如脉冲星或太阳研究。

灵活的像素组合

Marana相机具有灵活的像素组合(binning)选项,用户可定义的binning尺寸为1*1个像素。更高的binning灵活性对于一些“弱光”的应用来说是很有用的:牺牲分辨率换来的是对应了更大的光收集面积 —— 使用场景如微弱光发光探测。

GPU 加速

Andor GPU加速库作为GPU的一个处理单元,可以对从相机到集成CUDA功能的NVidia 显卡的数据传输进行简化和优化。GPU 加速简单整合了Andor sCMOS 相机的SDK3,便于处理高带宽数据,提供一种易用且强有力的解决方案;适用于密集数据应用如Light Sheet显微成像,超分辨显微成像和自适应光学。

  • 更加便捷,有效简化,优化GPU数据管理
  • 保护优化数据导出
  • 精准,易于可获得的数据和示例。

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