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奥林巴斯显微镜成像,接近为中心的影像增强器

2013-12-24  发布者:admin 

 图像增强器被开发用于军事用途,以提升我们的夜视和经常被称为晶圆管接近为重点增强器 。 它们具有平坦的阴极通过一个微通道板(MCP)电子倍增器和MCP上的相反侧的磷光输出画面的输入侧的小间隙隔开。

大量的电压是跨越这需要精心施工的设备,以确保他们不被污染并能保持较高的内部真空的光阴,磷光输出画面,和MCP之间的小间隙存在。 近程聚焦增强器不受几何失真或阴影,因为光电子按照阴极,输出画面,并在MCP,而不是被聚焦电极间的短路,直接路径。 输入和输出窗口通常约18毫米直径和包括一项多碱或双碱光电阴极(第二代增强器)或砷化镓光电阴极(第三代和第四代的设备)和P20输出磷光体。 这些装置的平均总光子增益约10,000,这是根据以下等式计算

增益= QE×G(MCP)×V(P)×E(P)

其中QE是光电阴极的量子效率(0.1至0.5电子/光子),G(MCP)是微通道板的增益(500-1000之间,平均),V(p)是MCP和输出磷光材料之间的电压(大约2500 -5000伏)和E(p)是荧光体(0.08-0.2光子/电子)的电子-光转换效率。 当MCP和荧光输出之间的电压降减小到低于2500伏,荧光粉变得反应迟钝。

在最新一代的这些器件的光电阴极,而相似于光电倍增管,具有更高的量子效率(高达50%)在光谱的蓝绿色端。 微通道板的增益是可调的在宽范围内具有典型的最大大约80000的(一个在输入端检测到的光子导致的80000光子从荧光屏的脉冲)。 荧光体相匹配的眼的光谱灵敏度和往往是不理想的CCD。 一个增强型CCD的分辨率取决于两个增强器和CCD,但通常是由增强器微通道板的几何形状不限于,单CCD的约75%。 最新一代的图像增强器(蓝色表示加第三代或有时第四代,图2)采用较小的微通道(6微米直径)和更好的包装形状比以前的型号,并且将得到大幅提高分辨率消除鸡的困扰早期设备的电线固定模式噪声。 该宽的光谱灵敏度和高量子效率的“高的蓝色”GaAs和磷砷化镓(砷化镓)光电阴极(图2)是非常适合于荧光或低光级显微镜应用。

图像增强器具有减小intrascene动态范围相比,慢扫描CCD相机,它是很难从一个增强型CCD相机获得超过256倍的强度范围(8位)。 放大器的增益可迅速且可再现地改变,以适应变化的场景的亮度,由此增加了interscene动态范围。 的确,由于图像增强器可以迅速地门控(在几纳秒打开或关闭),相对较亮的对象可以通过在减少被可视化的“开启”时间。 阿门控,可变增益增强型CCD相机市售同数量级的动态范围内的12阶。 门控,增强型CCD摄像机所需要的大部分时间分辨荧光显微镜的应用,因为探测器必须打开和关闭以纳秒或它的增益在同步与光源迅速调制。

从光电面以及从所述微通道板的电子倍增噪声热噪声降低信号与噪声的比值在一个增强型CCD相机到低于一个慢扫描CCD。 这些组件由光子通量的统计特性造成的噪音的贡献取决于该装置的增益和光电阴极的温度。通常,减少的激化级的增益的是用来限制噪声虽然增强型CCD摄像机可与一冷却的光电阴极。

增强型CCD相机具有非常快的响应限于由输出磷光体和常CCD摄象机的时间常数读出的是在图像采集最慢的步骤。 由于低光束从绑定到或活细胞内的荧光染料发出的,增强型CCD摄像机经常用来研究动态事件以及对离子敏感的荧光比例成像。 需要同时或几乎同时采集两个图像在不同的激发或发射波长比成像和增强型CCD相机具备必要的速度和灵敏度。

两种最流行的方法,用于中继的图像增强器的输出到一个视频速率摄像头(光导摄象管或CCD)是使用的光中继透镜耦合或者光纤耦合。 中继透镜被设计成从所述增压器输出窗口以最小的几何失真或球面像差和项目尽可能多的图像尽可能到视频摄像装置的捕获光。 中继透镜的效率由下式给出

效率= T / [4023 2(1 + M 2)]

其中T是透镜传输(约0.9)  ,M是放大率(0.5倍和2倍之间的范围内),而f是透镜的f值(1.0〜2.8)。一个理想的1点01中继透镜,100%的透射和1.0的F数将得到的仅约12%的最大传输效率。 当视频传感器(CCD阵列大小)的输入窗口比增强器输出窗口变小,中继透镜需要demagnify的图像相匹配的传感器的格式。 根据上面给出的效率方程耦合效率增加比例与缩小倍率。 如果增强器具有足够的增益和输出亮度,在中继透镜的损失可能没有不利的整体性能的影响。 光中继透镜的工作以及与第二代变频管和一些第三代(或第四代)管连接到Newvicon管或CCD探测器,因为高增益和这些增强器的屏幕高亮度有助抵销的中继透镜的低效率。

用于耦合近程聚焦图像增强器,以在CCD传感器的最佳方法是通过一个光纤锥(图1)。 这种方法实现了40%和80%相匹配的格式之间的耦合效率,但需要在粘结光纤锥度到两个设备具有高度的技巧。 最大效率和最小的固定模式噪声,当在CCD前窗被除去达到和光纤锥进行加工,直接以适应到二极管阵列的表面上。 分辨率高,无瑕疵的图像需要有一个小的纤维直径(2和3微米之间),极少数缺失或损坏的纤维和低的固定模式噪声精密的质量锥度。

采用光中继透镜允许摄像机,CCD和/或增强管的方便的交换,并提供了敏感的视频摄像机输入的电隔离的高电压和高频率的电气干扰存在于所述图像增强器的输出。 接合光纤锥到CCD表面是相对固定的,并且在CCD失败可导致昂贵的图像增强器和光纤锥的损失。 为了缓解这一问题,改进非常任理事国,光学匹配,硅粘接材料使人们有可能拆卸光纤耦合系统没有破坏。