自1995年Andor生产出世界第一款真空密封,深度制冷CCD以来,真空技术已经被广泛应用于各类高灵敏度探测器。在弱光探测领域,暗电流是不可忽视的噪声之一,克服暗电流的常见方法就是通过高真空密封技术,将芯片迅速制冷。
随着探测器技术的完善,科学级CMOS因为其速度快,读出噪声低等优点快速得到市场认可。但我们发现市面常见的sCMOS相机不再考虑真空技术,最容易被接受的观点就是:sCMOS已经克服了读出噪声,且在高速成像(短时间曝光)应用中,暗噪声的因素可以忽略。
当相机进入sCMOS领域,真空技术是否还有用武之地?
真空制冷可以克服暗电流,但是,真空技术的优势并不仅在于此!
1)保护芯片
在非真空环境下,芯片裸露在气体中,水汽、环烃类聚合物或气体杂质会慢慢凝结到表面,相机的性能会随着时间逐渐衰退,最显然的就是量子效率QE的衰减。如果芯片长时间收到水汽影响,会导致电路损坏,相机无match法使用。
2)无需抽气
Andor的UltraVacTM真空技术采用全金属密封,完全隔离气体、水汽的侵袭。真空度不会随时间下降,客户无需将相机返厂抽气,极大的降低了维护成本!
由于工艺水平要求极高,目前主流sCMOS厂商的相机均无法在国内完成返厂抽气,而国内科研工作者可能深有体会的是,简单的‘返厂’二字伴随的往往是长达数月甚至半年的空白期,在空白期无仪器可用。
第三方数据显示,非真空密封的相机平均四年就需要进行返厂抽气,沿海或者空气湿度较大的地区这个频率还会提高。
3)减少热像素
因为sCMOS独立的读出结构,其像素均匀性要差于CCD,除了常见的暗噪声、坏点(Defective Pixel)之外,热像素(HotPixel)也是影响sCMOS成像品质的重要因素。通过真空密封,降低制冷温度,可以明显减少热像素数量,获得均匀性更好的图像质量。
综上:即使进入sCMOS领域,真空技术也依然有其不可忽略的价值,可使相机性能和使用寿命都得到极大提升。
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