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    Mittwoch, 02.06.2010 | Bildaufnahme mit hoher Dynamik mit sCMOS (Scientific CMOS)

    Kelheim (Deutschland), Belfast (Nord-Irland), Milpitas (USA), 23 Juli 2009 - Wissenschaftler berichten, dass die neue sCMOS Technologie sehr wichtig werden kann für wissenschaftliche Anwendungen mit Bildaufnahme, weil es zum ersten Mal möglich ist schwach und sehr stark leuchtende Strukturen in demselben Bild aufzunehmen. Ein Kamerasystem mit einem hohen Dynamik-Bereich ist sehr wichtig für wissenschaftliche Anwendungen für Fluroeszenz-Mikrokop. Zusätzlich zu dieser Intra-Szenen Variabilität, kommt die Inter-Szenen Variabilität dazu, die auch einer Kamera mit sehr hoher Dynamik benötigt. Ein Beispiel hierfür ist die ratiometrische Calcium Messung über Bildaufnahme, wo die Signalstärke von Bild zu Bild sehr stark variieren kann.

    Der dynamische Berich in Bild-Sensoren ist definiert als die maximal Pixel-Füllmenge mit Ladungsträgern (pixel full well capacity) bezogen auf das kleinste messbare Signal, welches gleich dem Ausleserauschen ist. Dadurch wird klar, dass sowohl entweder eine große Füllmenge als auch ein niedriges Ausleserauschen von Vorteil sind, wenn man einen hohen dynamischen Beriech wünscht.

    Soll die maximale Füllmenge eines CMOS Pixels ausgenutzt werden, muss die Verstärkung des Signals niedrig gehalten werden. Zum Beispiel, wenn der Verstärker eine Ausgangsspannungsbereich von 1.5 V hat, benötigt ein 30 000 Elektronen Signal eine Verstärkung von 1.5V/30,000e- = 50µV/e-.Dies ermöglicht die Messung des maximalen Signals aber nicht das niedrigst mögliche Ausleserauschen. Um ein sehr niedriges Ausleserauschen und eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen, wäre ein Verstärkungswert von 1500uV/e- ideal, aber dies würde das maximale messbare Signal auf 1000e- begrenzen, was einem 1/30 des maximal Möglichen entspricht. Dies ergibt die Qual der Wahl zwischen maximaler Empfindlichkeit oder sehr guter Dynamik.

    PCO, Andor Technology und Fairchild Imaging haben durch einen neuen Design Ansatz versucht beide Möglichkeiten zu vereinen. Die sCMOS Technologie verwendet einen hoch empfindlichen Verstärker mit hoher Verstärkung, um das niedrigst mögliche Ausleserauschen an einem Ausgang zu erreichen, und einen Verstärker mit niedriger Verstärkung, um das größtmögliche Signal an einem weiteren Ausgang zu erreichen. Beide Ausgangssignale werden gleichzeitig in digitale Signale umgewandelt, so dass beide Signale zu einem Signal mit noch höherer Dynamik kombiniert werden können.

     

    Wie bereits in dem "sCMOS White Paper", welches während der Laser - World of Photonics Messe am 16 Juni in München veröffentlicht wurde, gezeigt haben beide Ausgänge hoch präzise 11 Bit Analog-Digital-Wandler welche je 2048 Graustufen erzeugen können. Beide Ausgangssignale können von einem Kamerasystem aufgenommen werden, um entweder zu einem 16 Bit Bild zusammengefügt zu werden oder weiter getrennt verarbeitet zu werden. Dies bedeutet, dass der Anwender in Abhängigkeit vom Kamerasystem entweder hoch empfindlichen Bilddaten für die eine Anwendung, oder Bilddaten mit hoher Aussteuerung für eine andere Anwendung oder kombinierte hoch dynamische Bilddaten mit einem guten Signal-Rausch-Verhältnis an beiden Enden des Signalbereichs verwenden kann. 

    Diese Vorgehensweise ermöglicht dem wissenschaftlichen Anwender lineare Bilddaten hoher Qualität aufnehmen zu können für sowohl schwach leuchtende und sehr helle Objekte im selben Blickfeld und dies mit einer unvergleichlichen Empfindlichkeit aufgrund des sehr niedrigen Ausleserauschens.

    Diese Kombination macht die sCMOS Technologie zu einer sehr attraktiven Lösung für viele wissenschaftliche Anwendungen, die Bildaufnahme benötigen.

    Laden Sie sich das sCMOS White Paper herunter...