滨松中国

C9100-23B ImagEM X2 EM-CCD相机

ImagEM X2是一款非常多功能的相机,全画幅下输出速度达70帧/秒,模拟拼接(binning)操作下对兴趣区域(ROIs)的输出达1076帧/秒,工作安静。其在接近黑暗的条件下具有很高的信噪比,而且暗电流极低,因此既能长时间又能快速的进行定量超弱光成像。当关闭电子倍增增益(EM)后,该相机的超深满阱容量可以在最低对比亮度图像中提取信息。新增特性优化了相机触发、片上EM增益保护、IEEE1394b流水线连接,提高了整体信噪比和非EM的动态范围。滨松使用了最受欢迎的512 × 512 像素EM-CCD传感器,巧妙地重新设计了具有最大速度和最精密性能的相机。
我们还有1024×1024分辨率版本的ImagEM X2-1K(C9100-24B)型号。
 

 
详细参数
对光子如饥似渴

EM-CCD技术具有大像素、高量子效率以及几乎为零的读出噪声,在低光量条件下具有良好表现。多低的光呢?如果样品和背景之间每个像素 只能得到不超过10个光子,那么EM-CCD会非常适合,比任何其他相机技术的信噪比都要好。对于生物相关的应用,程序曝光时间为10ms到30ms ,那么样品在每个像素上可以发射几百到几千的光子。但是如果要求速度更快,曝光时间更短,每像素一次照射只能采集少于10个光子,这种 情况即是超低光领域的应用。ImagEM X2实现了超快曝光成像,其灵敏度可以在缺少光子的环境中提供令人视觉满意的在数量上有意义的图像。

新增特性
更快的读出速度

ImagEM X2在像素读出时钟为22MHz情况下,能够在全画幅分辨率下获得70帧/秒 的速度。这超过原来的ImagEM相机两倍,也比任何使用该传 感器的其他商业级相机要快。

时钟:22MHz
拼接 垂直方向有效宽度(子阵列)
512 256 128 64 32 16
1×1 70.4 133 241 405 613 820
2×2 131 238 400 606 813 981
4×4 231 389 588 794 962 1076
(单位:帧/秒)
边角读出

通过在传感器边缘进行选择性成像,选择最靠近芯片的读出寄存器的像素,该相机可以在小兴趣区域(regions of interests,ROIs)获得 更快的速度。

时钟:22MHz
拼接 垂直方向有效宽度(子阵列)
512 256 128 64 32 16
1×1 70.4 133 285 495 741 893
2×2 131 238 456 699 901 981
4×4 231 389 645 863 981 1076
(单位:帧/秒)
读出噪声低

对任何图像传感器而言,读出更快也意味着读出噪声增加。但是对于EM-CCD而言,由于其EM增益,可以认为读出噪声与此无关。值得注意的 是,ImagEM X2即使在使用EM增益之前,也比上一代具有更快的速度和更低的读出噪声。我们刚刚提到读出噪声与EM-CCD无关,在信噪比公式中 的确这样。然而,如果EM增益的首要目标是克服读出噪声,那么可以通过减小ImagEM X2的增益,降低EM寄存器的电压,使EM增益校准更加稳定 ,传感器寿命更长来实现。

读出噪声(rms,典型值) EM-CCD读出 4× EM增益 36 electrons (at 22 MHz)
25 electrons (at 11 MHz)
8 electrons (at 0.6875 MHz)
1200× EM增益 1 electron max. (at 22 MHz)
1 electron max. (at 11 MHz)
1 electron max. (at 0.6875 MHz)
常规CCD读出 8 electrons (at 0.6875 MHz)
机械快门

ImagEM X2使用集成机械快门,以保护相机免于EM增益退化,减小图像残影效果。机械快门使用软件来控制。

EM增益测量和校准

对EM技术来言,增益老化是一个确知的的过程。在使用EM模式时,即使十分小心以减小增益老化,当增益很大或者光强很大时还是会使增益 退化。由于这是一下依赖于使用的现象,知道退化发生时间并及时校准是非常重要的。而ImagEM X2具有这两个功能,可以通过软件来实现,对 于相机保养和客户友好性非常重要。

IEEE 1394b 连接

ImagEM X2的数据速率十分适合易用的1394b连接。

SMA触发端口

新型的ImagEM X2带有四个闪亮而紧凑的SMA端口,一个用于外部触发输入,三个用于对其他设备输出。这些端口可用于获取一系列触发选项 ,包括以下三个新特性:可编程触发输入输出,触发延时和触发准备。不可否认,EM-CCD技术在超低光成像上具有最佳的信噪比,而ImagEM X2 结合了多种工程性增强,具有更快的速度,可以发挥该技术的最大性能。

直接电子显示

输出信号可以在软件中指明为“电子”,而不只是像素灰度值。

黑白电平切割功能

可以设置光强的高低阈值,如果某个位置比图像中的兴趣样品更亮或更暗,那么可使用电平切割功能将超过阈值的部分切割掉,使自动LUT 功能有效工作。

制冷状态输出

相机达到设定制冷温度后会显示。

特性 
高灵敏度
高量子效率

 

最大1200倍 的EM增益

EM增益特性可缩短曝光时间,降低激发光量,非常适合活细胞成像。

低噪声
稳定制冷性 能的另一个好处就是最小的暗噪声

CCD的暗电流取决于温度,当温度降至7到8 °C时,暗电流可降低一半。因此,对CCD制冷是一个降低暗电流的好方法。ImagEM X2可稳定 制冷,因此输出稳定,其水冷将暗电流最小化。

用水冷或强 制风冷使传感器温度高度稳定

任何应用都可以选择水冷或者强制风冷,且两种制冷方式都可以达到最佳制冷温度。

优化传感器 驱动方式,显著降低时钟感生电荷(CIC)

暗电流包括热电荷和时钟感生电荷(clock induced charge,CIC)。CIC在短时曝光的图像中占据暗电荷的主导地位,热电荷 在长时曝光的图像中占据暗电荷的主导地位。相机经过调整,使用了适合扫描速度的最佳驱动方式。无论长时短时曝光,生物学家都不需要考 虑CIC优化,因为相机会自动进行。

超高的稳定度
通过制冷温 度控制,获得高稳定度EM增益

要在长时成像和分析中获得出众的性能,需要稳定的增益设置,而增益的稳定需要保持制冷温度稳定。ImagEM X2可精确控制制冷温度。

平均偏差值 的稳定性(数字化补偿)

基线随时间恒定,为长期测量提供了信号稳定度。

EM增益保护

使用正确方式操作相机,降低增益老化的速度,延长相机的寿命是很重要的。ImagEM X2在两个层面上保护EM增益:EM增益警告和EM增益保 护。EM增益保护模式在电荷超量输出,可能损坏传感器的情况下会停止电荷通过EM增益寄存器转移。

EM增益重调 *

随着使用时间,所有的EM-CCD相机都会有增益退化,而EM增益可以通过提高倍增寄存器的电压来增大。EM增益重调可以使用随相机配套的软 件来进行。然而,EM增益重调的次数是有限的。

*该特性在使用DCAM-API的相机上可用。DCAM-API是一款支持滨松数字相机的软件驱动。

可选读出模式

可根据样品亮度、所需帧频或曝光时间选择利于最优图像采集的读出模式。

EM-CCD技术一个经常被忽视的优势是其能够将相机作为一个标准CCD使用。在非EM模式下,没有过度噪声效应,其大满阱容量和高动态范围 和适合具有很大内部场景动态范围的亮光应用。ImagEM X2具有低噪声非EM模式,很适合该类应用。

光子成像模式

该技术是一项提高超低光亮下图像质量、克服电子倍增过程产生的超量噪声极限的独特技术。光子成像模式对最大EM增益下无 明显信号或者信号很低的信号水平非常有用。该模式保持定量线性信号输出,同时提高了超低光亮度下的空间分辨率。

片上图像处理

以下为可使用的实时处理功能:

--背景减除:有效减少图像背景的荧光

--黑点校正:该功能可校正显微成像成像或其他照明系统产生的黑点或不均匀照明

--递归滤波:该功能通过基于时间权重的平均进行图像随机噪声消除

--帧平均:该功能通过简单地帧平均和比递归滤波更少的残影效应实现图像的噪声消除

--斑点噪声消减:该图像处理功能处理强度随机斑点,通过比较图像,找到一幅图像中有而其他图像中没有的且达到噪声标准的信号,然后 消除。该处理可消除宇宙射线等的噪声元素。

应用

--蛋白质相互作用

--细胞网络中的钙波和细胞内离子流出

--实施转盘共聚焦显微成像

--TIRF显微成像单原子成像

--体内血细胞荧光显微

--荧光基因表达成像

配置
规格表
产品型号 C9100-23B
相机头类型 密封真空封装空气/水制冷头*1
窗口 单窗口,双面镀抗反膜
镀抗反膜
成像设备 电子倍增背照式帧转移CCD
有效像素数 512 (H)×512 (V)
像素尺寸 16 μm (H)×16 μm (V)
有效面积 8.19 mm (H) × 8.19 mm (V)
像素时钟速率(EM-CCD读出) 22 MHz, 11 MHz, 0.6875 MHz
像素时钟速率(正常CCD读出) 0.6875 MHz
EM增益 典型值4倍到1200倍*2
超低光探测 光子成像模式(1,2,3)
快速读出速度 70.4 帧/秒 到1076 帧/秒
读出噪声(EM-CCD读出) EM增益4倍,22MHz:典型值36电子rms
EM增益4倍,11MHz:典型值25电子rms
EM增益4倍,0.6875MHz:典型值8电子rms
EM增益1200倍:最大值36电子rms
读出噪声(正常CCD读出) 0.6875MHz下典型值8电子rms
满阱容量 EM-CCD读出:典型值370 000电子,最大800 000电子 *3
模拟增益 EM-CCD读出,22MHz:1倍
EM-CCD读出,11/0.6875 MHz:0.5倍,1倍
正常CCD读出:1倍,2倍,3倍,4倍,5倍
制冷温度(强制风冷) 温度控制下:稳定在-65 ℃(0 ℃ to +30 ℃)
最大制冷典型值:-80 ℃(室温+20 ℃)
制冷温度(水冷) 温度控制下:稳定在-80℃(水温+20℃)
最大制冷典型值:-100℃(水温低于+10 ℃)
温度稳定性(强制风冷) 典型值±0.01 ℃
温度稳定性(水冷) 典型值±0.01 ℃
暗电流(强制风冷) 典型值0.005 electron/pixel/s (-65 ℃)
暗电流(水冷) 典型值0.0005 electron/pixel/s (-80 ℃)
时钟感生电荷 典型值0.0015 events/pixel/frame
曝光时间(内部同步模式) 13.9 ms 到1 s (22 MHz)
27.2 ms 到 2 h (11 MHz)
421.5 ms 到 2 h (0.6875 MHz)
曝光时间(外部触发模式) 10 μs 到 1 s (22 MHz)
10 μs 到 2 h (11 MHz, 0.6875 MHz)
A/D 转换 16位
输出/外部控制 IEEE1394b
子阵列 每16行大小(水平、垂直),位置可设定
拼接(binning) 2×2, 4×4, 8×8, 16×16 *4
外部触发模式 边沿触发、电平触发、起始触发、同步读出触发
触发输出 曝光时序输出、可编程时序输出(延时和脉冲长度可变 )、触发准备输出
图像处理特性(实时) 背景减除、暗点校正、递归滤波、帧平均、斑点噪声削减*5
EM增益保护 EM警告模式,EM保护模式
EM增益重调 可用
镜头卡口 C卡口
电源 AC 100 V到240 V, 50 Hz / 60 Hz
功耗 约140 VA
环境存储温度 -10 °C到+ 50 °C
环境工作温度 0 °C到+ 40 °C
保证性能温度 0 °C 到+ 30 °C
环境工作/存储湿度 无凝结下最大70 %

*1:密封封装头真空度很高,无再抽空下为10-8托。
*2:即使在最大电子倍增增益下,暗电流在低光量成像过程中也保持在低水平。
*3:当满阱容量超过370 000电子后,线性度无法保证。
*4:特殊订单可以实现8×8 和 16×16 拼接(binning)。
*5:递归滤波、帧平均以及斑点噪声削减不可同时使用。
光谱响应
外形尺寸图

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