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弱光成像科研領(lǐng)域，sCMOS相機(jī)的靈敏度、讀出噪聲、幀率和數(shù)據(jù)傳輸效率是決定科學(xué)成像實驗成敗的關(guān)鍵。中科君達(dá)視界自主研發(fā)的第二代背照式sCMOS相機(jī)Gloria 6504，在多項核心性能指標(biāo)上實現(xiàn)突破，為生命科學(xué)、天文觀測、量子物理、半導(dǎo)體檢測、精密電路檢測等應(yīng)用提供強(qiáng)大的成像工具。
1高達(dá)300 fps滿畫幅采集
圖1第一代與第二代 背照式sCMOS 16Bit HDR模式下（USB）幀率對比
Gloria 6504性能躍升主要得益于第二代BSI傳感器采用全新的像素架構(gòu)與雙增益讀出電路設(shè)計，同時，中科君達(dá)視界工程師們針對并行數(shù)據(jù)通道進(jìn)行優(yōu)化，提升電荷轉(zhuǎn)移效率與ADC轉(zhuǎn)換速度，并在sCMOS相機(jī)內(nèi)部采用低延遲信號處理鏈路，確保高速數(shù)據(jù)流穩(wěn)定輸出。
在活細(xì)胞動態(tài)觀測、冷原子運動等需毫秒級捕捉動態(tài)過程的實驗中，擁有高幀率的第二代sCMOS相機(jī)可完整地記錄快速演化的過程，減少運動模糊，大幅縮短高通量篩選周期。
圖2 微流控成像
20.7 e-亞電子水準(zhǔn)，逼近單光子探測極限
圖3 第一代與第二代 背照式sCMOS讀出噪聲對比
Gloria 6504讀出噪聲中值僅為0.7 e-，并支持定制化降至0.4 e-，實現(xiàn)“亞電子級”噪聲控制。
第二代BSI芯片采用了全新的像素結(jié)構(gòu)設(shè)計，優(yōu)化電荷-電壓轉(zhuǎn)換節(jié)點，并采用專用低噪聲放大器結(jié)構(gòu)，有效抑制了源極跟隨器和列讀出電路中的熱噪聲與復(fù)位噪聲。這些技術(shù)突破使得千眼狼Gloria 6504 sCMOS相機(jī)在單分子熒光成像等極弱光實驗場景中，提高極微弱信號的捕捉能力，無需打開Binning模式即可獲得高信噪比圖像。
圖4 單分子熒光成像
3降低30倍，深度制冷下暗電流噪聲僅0.01 e-/p/s
圖5 第一代與第二代 背照式sCMOS暗電流噪聲對比
千眼狼Gloria 6504暗電流低至0.01 e-/p/s，較第一代背照式制冷sCMOS相機(jī)，暗電流噪聲性能優(yōu)化30倍。
實現(xiàn)這一技術(shù)突破的關(guān)鍵一是來自第二代BSI芯片改進(jìn)了硅基材料純度、優(yōu)化了背面鈍化層工藝，并引入了更高效的深勢阱設(shè)計，從根本上抑制熱電子生成。
二是中科君達(dá)視界工程師內(nèi)置TEC深度制冷模塊（同時支持風(fēng)冷&水冷），通過密封工藝與散熱優(yōu)化，有效抑制熱噪聲的產(chǎn)生。
低暗電流使得在數(shù)十秒乃至分鐘級曝光應(yīng)用中，如天文深空觀測、半導(dǎo)體缺陷檢測、精密電路檢測、生物自發(fā)光檢測中，無需頻繁進(jìn)行暗場校正，提高實驗效率。
圖6 精密電路檢測-發(fā)光點
4提升157%，全速釋放USB3.2 Gen2帶寬
第二代sCMOS相機(jī)接口采用USB 3.2 Gen2協(xié)議，融入中科君達(dá)視界自研的高速緩存與數(shù)據(jù)多通道傳輸技術(shù)，充分發(fā)揮USB 3.2 Gen 2的高吞吐能力。
對于大多數(shù)生命科學(xué)類實驗而言，USB接口即插即用，兼容性強(qiáng)，用戶無需額外配置專用CoaXPress采集卡，僅通過USB線纜即可完成高速圖像采集，降低實驗復(fù)雜度。
作為一款第二代背照式制冷sCMOS相機(jī)，Gloria 6504在幀率、讀出噪聲、暗電流和傳輸速度四個方面實現(xiàn)性能躍遷，為生命科學(xué)、量子研究、空間觀測、半導(dǎo)體檢測、精密電路檢測等領(lǐng)域研究人員提供更具競爭力的科學(xué)成像解決方案。
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