Характеристики пзс камер для пэм. Производители на рынке



Скачать 90.67 Kb.
Дата28.04.2013
Размер90.67 Kb.
ТипДокументы

Характеристики ПЗС камер для ПЭМ.

Производители на рынке


На европейском рынке сейчас три основных производителя камер для ПЭМ: Gatan (USA), TVIPS (Германия, Мюнхен) и Soft Imaging Systems (Германия, Мюнстер). Есть много изготовителей научных ПЗС камер, которые иногда делают и для ПЭМ, например Photonic Science (UK).

Gatan – самый старый, самый опытный, самый продвинутый и самый дорогой. Очень хороший софт (Digital Micrograph) для тех, кто обрабатывает картинки. Камеры от быстрых телекамер с фотоумножителями, до 16 мегапиксельных монстров. ПЗС камеры только с оптоволоконной системой, очень качественные, но нет ни одной быстрой, предмет гордости Gatan – 5 кадров в сек при 512х512 пикселях. Цена 1Кх1К камеры порядка 70-90тыс.

TVIPS – тоже очень давно на рынке. Последнее время переживает некоторый упадок. У них самые качественные камеры на рынке, они очень трепетно относятся к конструированию и настройке железа. Камеры только с оптоволоконной системой. Это там я видел камеру с соотношением сигнал/шум для 1е- равным 1 при 10 (1Кх1К) кадрах в сек – аналогов нет ни у кого. Там же и камера, на которую можно регистрировать отдельные электроны (1е- сигнал/шум ~ 5). Но их принципиальная позиция – программное обеспечение приспособлено только для съемки и автоматизации эксперимента, обработка возможна только самая необходимая. Цена 1Кх1К камеры порядка 40 тыс.

SIS – производитель простых и дешевых решений, что, наверное, оптимально для не сильно притязательного пользователя. Очень могучий софт с массой специализированных пакетов: от анализа частиц, до анализа дифракции в сходящихся пучках. Самое привлекательное – встроенная база данных: щелкаешь картинку, и она тут же сохраняется со всеми сопутствующими параметрами (название образца, дата-время, увеличение, ускоряющее ……..). Их последнее детище – 11 мегапиксельная камера стоит всего 60 тыс. Цена 1Кх1К камеры порядка 40 тыс.

Есть еще несколько производителей в штатах:

АМТ – как-то раз я с ними общался и создалось впечатление, что дорого и совсем несердито – та же 11 мегапиксельная камера стоила в районе 100тыс и это при примитивном софте.

SIA – это наш человек, по крайней мере, русскоговорящий, я его как-то зазывал на форум, но говорит: времени нет. Делает камеры с боковым вводом и линзовой системой, очень дешево, подробностей не знаю.

Что-то делают в Сумах, судя по рекламе, но этого я ни разу живьем не видел.

Размещение на микроскопе.


Камеры размещают в двух местах: под колонной, непосредственно под фотокамерой (bottom mounted) и над смотровой камерой, сразу после проекционной линзы в порту для 35 мм камеры (wide-angle port mounted). Они так же бывают выдвигаемые (retractable) и стационарные. Боковые камеры все выдвигаемые по необходимости, потому что в рабочем положении они перекрывают пучок.
Нижние камеры, как правило, стационарные, только у Gatan’a есть выдвигаемая нижняя камера для совместимости с GIF (Gatan Imaging Filter, такая метровая железная кочерга, которая прицепляется под колонну, и производит спектры потерь электронов и картинки, фильтрованные в заданной энергии. Если стоит GIF, то обязательно есть камера ЗА ним, то есть на конце этой кочерги.)

Есть еще любопытный вариант размещения камеры около оптической оси (near axis), знаю одну такую от TVIPS. Камера устанавливается под колонной, но смещена вбок на 4 см и таким образом не мешает прохождению пучка, например, в фильтр или позволяет устанавливать вторую камеру на оси. Чтобы пучок попадал на камеру, на время экспозиции на отклоняющие катушки проекционной системы подается напряжение и вся картинка смещается как раз на эти 4 см.

Нижние камеры имеют маленькое поле зрения (порядка 2х2 см, вычисляется как размер матрицы в пикселях умножить на линейный размер пикселя), но зато малые геометрические искажения, и вообще большинство важных параметров у них лучше, чем у боковых камер. Для высокого разрешения используют как правило нижние камеры.

Боковые камеры имеют очень большое поле зрения, потому что находятся близко к проекционной линзе, и в проекции на экран могут иметь размер от 6х6 см до полного экрана, поэтому очень удобны в приложениях, где требуется обзор больших площадей, например, для биологов.

Способ оптической связи, использование фокона


ПЗС матрица регистрирует не сами электроны, а свет с люминофора. Непосредственно наносить люминофор на матрицу нельзя, поскольку она будет страдать от облучения высокоэнергичными электронами и, кроме того, будет регистрировать так же и вторичное рентгеновское излучение. Поэтому матрицу и люминесцентный экран ставят на некотором удалении. Изображение люминофора должно быть каким-то образом спроецировано на матрицу. Есть два варианта: через систему линз и через оптоволокно (чаще используют жесткие оптоволоконные шайбы, хотя есть варианты и с гибким жгутом).

В случае линзовой системы фосфор наносится на поверхность стеклянной призмы и камера через отражающую сторону призмы и систему линз фокусируется на фосфор. Недостатки такой конструкции: приличные геометрические искажения, впрочем, вполне приемлемые для нормальной работы (1-2%) и вклад аберраций линз в общую передаточную функцию системы.

В случае оптоволоконной системы люминофор наносится на приемную поверхность оптоволоконного жгута (шайбы), а на другую поверхность клеится матрица. Шайбы применяются цилиндрические (отношение размеров входной и выходной поверхности 1:1, т.е. без изменения масштаба) и конусные (фоконы) с коэффициентом уменьшения от 1:1.5 до 1:4. С конусными надо быть особенно осторожным: во-первых, в них происходят заметные световые потери, поэтому такие камеры менее чувствительны, во-вторых, искажения на краях могут достигать 2%. Хорошая цилиндрическая оптоволоконная шайба практически не вносит искажений. Но есть и свои проблемы: из-за согласования оптоволокна и ячеек матрицы возникает муар на изображении, и в каждом конкретном случае надо убедиться, что он полностью компенсируется софтом. У ряда производителей с этим есть проблемы.

Сцинтиллятор.


Здесь есть выбор из двух вариантов: фосфорный сцинтиллятор или кристалл YAG (или YAP). Кристаллические сцинтилляторы раза в два менее яркие, чем фосфорные, но куда более стойкие к пучку. Если планируется в основном работа с дифракциями, то надо брать именно такой.

Фосфоры различаются зернистостью и чувствительностью к электронам конкретной энергии, но это обычно забота производителя. Можно еще заказывать покрытие разной толщины. Для работы с пучками малых интенсивностей наносят более толстый слой, тогда светоотдача покрытия выше, но за счет разрешения – в толстом слое и свет и электроны рассеиваются сильнее (область «высвечивания» одного электрона получается шире). Обычно это надо указывать при заказе, если производитель предлагает такую опцию.

Формат матрицы.


Размеры матриц обычно кратны степеням двойки: 1024х1024, 2048х2048 и даже 4096х4096 пикселей. Но встречаются иногда и другие форматы, например, 1376х1032 или недавняя новинка: 11 мегапиксельная камера.

Из параметров относящихся к формату еще надо иметь в виду биннинг (binning), т.е. возможность читать группу соседних пикселей как один, и возможность считывания не всей, а части матрицы (partial readout). Биннинг обычно бывает 2х, 4х и 8х, при этом число пикселей (разрешение) падает в соответствующее число раз, зато чувствительность растет в квадрате. При биннинге (если он осуществляется аппаратно на матрице) частота кадров так же увеличивается, поскольку число пикселей меньше. Gatan на некоторых своих камерах реализует экзотический «вертикальный» биннинг, когда вся колонка считывается как один пиксель. Они используют это для регистрации спектров энергетических потерь в GIF. Я не встречал камер, которые бы не имели аппаратного биннинга (программный-то можно организовать всегда), но, наверное, такие есть.

Частичное считывание означает, что можно определить участок матрицы и снимать картинку только с него. Это позволяет увеличить частоту кадров, не меняя разрешения, что удобно, например, для фокусировки. Не все камеры позволяют это делать.

Динамический диапазон, чувствительность, сигнал/шум.


Полное представление о «качестве» камеры можно получить из следующих цифр: величина собственного шума, величина сигнала от одного электрона, максимальная величина накопленного сигнала, величина MTF на частоте Найквиста. Обычно производители маскируют эти величины в разных коэффициентах квантового выхода, динамических диапазонах, зарядовой емкости ячейки и т.п. Не дайте ввести себя в заблуждение! То, что обычно указывается как динамический диапазон – это разрядность АЦП матрицы, которая колеблется от 12 бит до 16 бит в хороших камерах. Реально же динамический диапазон – это отношение зарядовой емкости ячейки к шуму. Рассчитав это таким образом, мы получим на самом деле 8-12 бит.

Чувствительность камеры – это отношение сигнала от одного «микроскопического» электрона к шуму (не путать с электронами, которые накапливаются собственно в ПЗС при экспозиции). Величина сигнала от одного электрона зависит в основном от квантового выхода люминофора и качества оптической связи между люминофором и матрицей и составляет обычно 5-10 отсчетов. Величина шума определяется собственно качеством камеры и температурой, при которой она работает. При комнатной температуре это может быть 20-50 отсчетов, при 10С - 10-20, при -40С - 1-4. Т.о. сигнал/шум для одного электрона варьируется от 0.2 до 5 в высокочувствительных камерах. Сильно задирать эту чувствительность не имеет смысла, так как тогда уменьшается эффективная емкость ячейки, т.е. камеру будет «заливать» уже при средних интенсивностях.

MTF (Modulation Transfer Function) показывает, насколько хорошо переносятся через систему различные пространственные частоты. Этот показатель зависит от многих параметров: зернистости и толщины люминофора, согласования оптоволокна и матрицы, наличия цифровой коррекции геометрических искажений и т.д. Коэффициент передачи 15% при частоте Найквиста – очень хороший показатель, обычно оно и бывает так или чуть меньше.

Кадровая частота, наличие затвора.


Кадровая частота колеблется от 40 сек на кадр до 20 кадров в сек. Обычно, чем продвинутее камера (менее шумная, с большей разрядностью АЦП), тем дольше происходит считывание кадра. Для нормальной работы на микроскопе (просмотр, фокусировка) 10 кадров в сек просто необходимо, с другой стороны быстрые камеры не дадут приличного соотношения сигнал/шум, например, сложно будет работать в слабых пучках, или при малых дозах. TVIPS для решения этой проблемы предлагает решение с 2-мя камерами: одна большая (2Кх2К) и чувствительная на оси, а вторая быстрая рядом с осью – фокусируешь быстрой, а снимаешь большой. В принципе Гатановские камеры тоже допускают такую комбинацию, только с использованием выдвигаемой системы. Другой вариант – использование матриц с переменной частотой считывания: быстрая для просмотра и медленная для окончательной записи изображения. Такие камеры есть и производители обычно указывают на такую возможность.

Быстрые камеры используют матрицы с межстрочным переносом и могут использовать «электронный затвор», поэтому не требуют установки никаких дополнительных устройств в колонну. Медленные камеры имеют матрицы с кадровым переносом и требуют установки электронного или механического затвора в колонну. Электронный затвор в этом случае – это быстрая отклоняющая катушка в районе пушки, т.н. beam blanker, сразу после экспозиции она резко уводит пучок и предотвращает «смаз» изображения при считывании. Лично у меня с этой конструкцией связаны самые неприятные воспоминания – пучок прыгает по образцу, образец дергается из-за неравномерного нагрева, наклон пучка постоянно меняется…. брррр. Если же установлен механический затвор, то колонна соответственно вибрирует. Все это нестрашно, если снимать отдельные снимки, но при частоте кадров 10 работать уже сложно.

Интерфейс.


Производители предлагают два варианта интерфейса: с использованием отдельной карты фреймграбера и с использованием стандартного интерфейса FireWire. В последнем случае камеру даже не надо отдельно запитывать – все идет через компьютерный кабель. Но максимальная скорость при этом ограничена интерфейсом – порядка 10 кадров при 1024х1024 пикселей. Фреймграберы обычно быстрее.

Охлаждение.


Камера обязательно должна охлаждаться для снижения темнового тока, который проявляется как собственный шум матрицы. Обычно это делается с использованием термоэлектрического элемента (батареи Пелтье), который в свою очередь охлаждается воздухом или водой. Хорошие ПЭМ камеры охлаждаются до -40С (астрономы, говорят, охлаждают свои камеры жидким азотом!) и имеют внешнее водяное охлаждение. Если рабочая температура в районе 10С, то охлаждение обычно воздушное, а иногда даже и пассивное, без вентилятора. Наличие вентилятора, естественно приводит к дополнительным вибрациям. Использование повышенной температуры, хотя и приводит к некоторому увеличению собственного шума матрицы, позволяет существенно упростить конструкцию – при температуре выше точки росы саму матрицу можно вынести из вакуума. Камеры с температурой матрицы 10-15С являются приемлемым компромиссом по соотношению цена/качество.

Возможности софта (видео, монтаж).


В последнее время одной из приятных опций в софте стала возможность записи цифрового видео с камеры. Наличие такой опции – серьезный аргумент в пользу камеры, поскольку открывает возможность динамических экспериментов in situ.

Большинство производителей своим софтом не только считывают картинку с камеры, но могут также контролировать микроскоп. Это дает ряд дополнительных возможностей. Одна из них – автоматический монтаж изображений. Имея маленькую камеру (1024х1024 пикселей) можно автоматически просканировать большую площадь образца и собрать картинку практически неограниченного размера. Качество согласования краев такое, что найти их на финальном изображении практически невозможно.

Похожие:

Характеристики пзс камер для пэм. Производители на рынке iconАрхив карт по переносу механической энергии (пэм) из атмосферы в Индийский океан
Рис. 1б. Карта мгновенного пэм от волн в верхний слой океана модуль
Характеристики пзс камер для пэм. Производители на рынке iconСекреты высокой чувствительности тв камер
Пзс сенсоре, освещённость на последнем должна быть достаточной. Света может быть достаточно для образования полного сигнала яркости,...
Характеристики пзс камер для пэм. Производители на рынке iconИсточник журнал "Специальная Техника" №5 2002 г
Люмены, канделы, ватты и фотоны. Различные единицы – различные результаты измерения чувствительности телевизионных камер на основе...
Характеристики пзс камер для пэм. Производители на рынке iconУрок №21. Астрофизические инструменты задачи и основные разделы астрофизики. Электромагнитное излучение
Один из них бурное развитие астрофизики. Начался он с изобретения телескопа, затем спектрального анализа, изобретения фотографии,...
Характеристики пзс камер для пэм. Производители на рынке iconТочная пзс фотометрия am leo горда Станислав Юрьевич
Вместо применявшихся ранее немногочисленных многоканальных фотометров на базе фэу, дававших точность фотометрии выше чем 0m. 005,...
Характеристики пзс камер для пэм. Производители на рынке iconЗадача №12 пзс-фотометрия галактики
Целью данной задачи является обработка снимков спиральной галактики, полученных с помощью пзс-камеры. Требуется получить профили...
Характеристики пзс камер для пэм. Производители на рынке iconКонкурс на лучшую этикетку «ГрандЭтикет-2011»
В конкурсе могут принимать участие российские и зарубежные производители этикеточной продукции и отраслевые предприятия – производители...
Характеристики пзс камер для пэм. Производители на рынке iconКонкурс на лучшую этикетку «ГрандЭтикет-2010»
В конкурсе могут принимать участие российские и зарубежные производители этикеточной продукции и отраслевые предприятия – производители...
Характеристики пзс камер для пэм. Производители на рынке iconNissan Kubistar возвращается
Модель подверглась рестайлингу, и теперь выступает в другом образе. Производители решили отказаться от выпуска пассажирской версии....
Характеристики пзс камер для пэм. Производители на рынке iconТеоретические основы управления качества предприятием
Эти характеристики подтверждаются сертификатом соответствия на продукцию. Многие фирмы-производители имеют системы менеджмента качества,...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org