产品介绍

ORCA-Quest是首款具有光子数解析能力的定量CMOS（qCMOS）相机。光子数解析是一种和光子计数完全不同的独特功能（更精确的说，该方法可解析光电子数，但是由于在该领域中可比较的方法被称为单光子计数而不是单光电子计数，因此我们将该方法称为光子数解析）。

光子计数作为一个定量方法在测量中众所周知，因为它可以减小读出噪声（电子电路噪声）和乘性噪声（过量噪声）。通常使用光电倍增管（PMT）和2D传感器（例如EM-CCD和ICCD相机），他们都具有电子倍增功能，使得光子计数和区分0和1个光子的能力成为可能。然而，它们不能对多个光子数（例如1,2,3个光子数）进行计数，因为电子倍增功能会产生噪声，对多个光子计数能力产生不利影响。

ORCA-Quest具有极低的读出噪声，因此可以实现光子计数。因为ORCA-Quest不需要电子倍增功能就可以实现光子计数，它还可以对多个光子进行计数（称为“光子数解析”）。这种光子数解析方法，相比于标准光子计数方法，可以精确、定量地测量从低到高宽范围的光子数。另外，ORCA-Quest除了光子数解析，还具有940万高像素数，比EMCCD的100万像素数更多。

ORCA-Quest具有很多独特的特点，非常适合于多种成像应用场合。

1-1.  读出噪声

1-1-1.  读出噪声

从根本上来说，相机具有三种到四种噪声来源：读出噪声，暗电流噪声，光子散粒噪声，乘性噪声（电子倍增相机）。乘性噪声是EM-CCD独有的噪声，在CCD和CMOS相机中并没有。在没有乘性噪声时，读出噪声是决定相机低光亮性能表现的主要噪声。特别是针对qCMOS相机，读出噪声是最重要的，只有极低的读出噪声，才能实现光子数解析能力。

传感器的浮动扩散放大器（FDA）中产生的噪声，是读出噪声的主要因素。qCMOS采用最前沿的技术，使得读出噪声最小化。不只是优化FDA，还对相关双采样（CDS）和其他电子器件进行优化，使得ORCA-Quest具有最低的读出噪声，这在其他类型相机上是从未见过的。

1-1-2.  读出噪声测量方法

因为CCD图像传感器在每个传感器上有一个读出放大器，每一张图片上多像素的读出噪声可以用来测量读出噪声。

相比之下，CMOS图像传感器在每个像素上都有一个放大器，每个像素上的读出噪声都不同。这样，就必须先从几百张图像中测量每个像素上的读出噪声（称为像素读出噪声）。中值和均方根值（rms）噪声是从这些像素读出噪声分布统计计算出来的。其他CMOS相机生产厂家，一般只标注中值读出噪声作为相机的读出噪声。但是中值会忽略了CMOS相机中读出噪声的分布形状。特别是针对sCMOS相机，一般使用包含了读出噪声分布形状的RMS值作为指标。加起来，两个参数值提供了芯片上噪声分布的估值，可以看图1-1。在某些sCMOS相机中，中值明显要比RMS值要小，所以在对比相机时需要按照相同的标准来对比。