超解析的相機革命 - qCMOS 相機, 誰與爭鋒 !

發布日期：2025/3/27

最尖端的 ORCA-Quest 2 ( qCMOS ) 相機, 要發揮最極致的效果, 除了實驗設計的樣本處理要好之外, 更需要光學解析與性能最好的 Leica DMi8 / Leica DM6B 顯微鏡, 配合解析最好的鏡頭. 相得益彰, 更可發揮影像的極致表現.

首先, 要明確了解一個科研相機的革命性事實, 即是, Hamamatsu 公司是全球第一個使用最新世代的 qCMOS 定量光子感光元件技術, Hamamatsu ORCA-Quest 2 是全球第一台採用 qCMOS 的科研相機 , 全球首款可以通過超解析的極致, 精確測量光子數, 在極低雜訊掃描模式下的提升讀取速度，並突破紫外線感光區域的靈敏度的提升, 實現以基於光子定量計數來達到成像的超靈敏與超解析的相機。

qCMOS 是什麼 ?

qCMOS 是相機感光元件的最新技術 - 可定量計數讀出極微弱的光子.

此技術具有超高速超高靈敏的感光性能, 是可以偵測與識別單一光子或複雜光子. 具有精密的定量計數讀出光子的超高靈敏性能. 感光元件的輸出雜訊可低至 0.3 e- RMS ( @25 fps ) / 0.43 e- ( @ 120 fps ), 全球首創 ! 是目前相機感光技術的領先者. 因為 qCMOS 的感光讀出雜訊遠低於光子本身所產生的雜訊, 所以, 可以實現光學解析的終極極限, 我們甚至可以稱呼 qCMOS 為超解析的感光技術 !

用最簡易的說明, 就是使用極低的雜訊讀出, 解決雜訊遮蓋真實輸入的光子訊號的嚴重困擾, 有效鑑別光子數目, 所以是一種定量的成像. 請看下列三張示意圖, 即可理解 qCMOS 的運作核心要素 ...

< 左邊 : 一般最高階的 EMCCD, 右邊 : 最新世代的 qCMOS, 未來的領航技術 )

3-A

3-B

3-C

甚麼是 qCMOS 相機

Hamamatsu ORCA-Quest 2, 可以實現成像 " 速度與解析 " 達到極致的表現 !

是全球第一台採用 qCMOS 感光技術的科研相機 , 全球第一款可以通過光子計數, 定量讀出, 實現超解析終極成像的相機。其性能遠高於傳統的 EMCCD 相機.

qCMOS 相機是一款超靈敏相機，結合了極低讀出雜訊性能和快速讀取功能。可因為將光轉換成訊號時產生的雜訊低於光的最小單位光子產生的雜訊。所以可以精確測量光子的數量, 此一技術, 是 Hamamatsu 全球首創. 是目前與未來的相機技術領跑者 !

高速的超靜音掃描模式 – 讓更多用戶都可以使用計數解析光子數的功能

ORCA-Quest 憑藉超靜音掃描模式下的超低雜訊特性達到了實現光子數解析的水準。然而，這種可用性對用戶來說是有限的，因為只有當相機以每秒 5 幀（全解析度）的速度運行時，才能獲得超低雜訊。

ORCA-Quest 2 通過優化感測器運行，將畫面播放速率提高了 5 倍，並具有類似的超低雜訊特性。現在大多數用戶都可以使用光子數解析功能

ORCA-Quest 2 通過優化感測器視窗的抗反射膜, 在 280 nm-400 nm 紫外區域具有實現了更高的 UV QE, 而可見光和近紅外波長範圍沒有變化. 比其他市場的 EMCCD 具有 UV 區域, 更高的 QE, 擴大許多實驗, 尤其是量子實驗.

從上圖的實測比較, 可以看出 ORCA-Quest2 擁有極低的雜訊

qCMOS 的感光技術優勢在於光電子數識別技術的極致特性, 其相機的雜訊遠低於光電子的信號量, 所以成功實現了光電子數識別, 成像的量化達到前所未有的表現

Hamamatsu ORCA-Quest 2 為了有效降低了相機畫素之間的串擾（Crosstalk）, 獨家採用了將相機畫素逐一隔離的溝槽結構（Trench Structure）, 此一背照式設計 ( back-illuminated structure ), 實現優越的超高量子效率 !

ORCA-Quest 2擁有兩大特性的融合 :
1). 超靈敏的超高速影像擷取速率
2). 超靈敏的超解析成像

與傳統的單一光子檢測相機 EM-CCD ( Gen II CMOS ) 相比，Hamamatsu ORCA-Quest 2 能夠一次拍攝更多的目標物體, 在 Ultraquite scan 拍照模式下, 可以超過 10 倍的光子數的讀取解析識別速率與成像 !