CN209727273U - 一种基于双层mcp像增强器的单光子相机 - Google Patents
一种基于双层mcp像增强器的单光子相机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN209727273U CN209727273U CN201920218152.7U CN201920218152U CN209727273U CN 209727273 U CN209727273 U CN 209727273U CN 201920218152 U CN201920218152 U CN 201920218152U CN 209727273 U CN209727273 U CN 209727273U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- deck
- double
- image intensifier
- single photon
- mcp
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Studio Devices (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种基于双层MCP像增强器的单光子相机的工作原理、系统构成、单光子计数原理等，其主要包括，双层MCP像增强器、光纤锥耦合镜头、探测器、时序控制模块、门控模块，壳体及盖板等。本实用新型是一种针对微光信号检测和成像的光电成像设备，具备单光子信号探测能力，可实现大面阵单光子探测，在生物荧光、医学影像、天文观测、遥感遥测、刑事勘查、军用侦查等领域具有重要的应用价值。
Description
技术领域：
本实用新型涉及微光探测领域，尤其涉及一种对单光子信号进行探测的单光子成像相机及其实现方法。
背景技术：
微光指在低照度环境下微弱的光能量低到不能引起人眼或图像传感器响应的光。微光成像技术，通过光电转换、高性能放大、传输和处理等，使人眼视觉或图像传感器件在空间、时域和频域得到有效扩展，转换成人眼或图像传感器可识别的高质量清晰图像，从而弥补了人眼或图像传感器在微光环境中灵敏度低、分辨率低和颜色辨识能力差等诸多问题，为人类认识世界提供了强大的技术支撑。
现在的微光成像技术主要有ICCD、EMCCD和EBCCD等，但在有效光信号极其微弱时，如仅有若干个光子甚至单光子水平，即使将环境噪音有效屏蔽，但探测器本身的读出噪声、暗噪声等会将有效信号淹没，不能进行微弱光信号的有效获取。
单光子探测技术，是一种超低噪声、超高灵敏度的光电探测器，可以探测到光的最小能量——光子。目前基于超导纳米和PMT技术的单光子探测技术，还不能实现大面阵单光子探测。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型公开了一种基于双层MCP像增强器的单光子相机，可以实现探测器每个像元对单光子的响应，进行大面阵探测。
本实用新型所述的一种基于微通道板的单光子相机，其主要包括，双层MCP 像增强器、光纤锥耦合镜头、探测器、时序控制模块、门控模块，壳体及盖板等。
其中，双层MCP像增强器的作用是将入射到其光阴极的微弱光信号转化为电信号，并通过双层微通道板(MCP)的多级放大进行电子倍增，倍增后电子打到荧光屏，通过电-光信号转化，最终实现光信号的增益、放大。光纤锥耦合镜头，利用光纤对光线的全反射将放大后的光信号耦合到探测器靶面。探测器，用于光信号采集。时序控制模块，用于实现数据外触发的信号开启时序控制，及内部时序的外部导出。门控模块，用于控制曝光时间及门宽控制。前盖板、后盖板及壳体用于将双层MCP像增强器，光纤锥耦合镜头，探测器，时序控制模块，门控模块等硬件进行封装。
进一步的，本实用新型的单光子相机以单光子计数模式进行数据采集：单光子计数成像，首先是对探测器暗噪声计数，设定计数阈值，进行扣除；单帧采集，对满足有效光信号的像元区域光信号进行计数为1，其他像元区域计数为0；多帧采集，对单帧计数结果进行累加；通过多帧计数累加，重构成二维大面阵的灰度图，形成图像。
有益效果：
本实用新型在生物荧光、医学影像、天文观测、遥感遥测、刑事勘查、军用侦查等领域具有重要的应用价值。
1)本实用新型中所述单光子相机，可实现大面阵单光子级光信号计数、成像，分辨率为1440*1080。
2)本实用新型中所述单光子相机，具有门控功能，最短门宽3ns，可应用于距离选通技术领域。
3)本实用新型使用双层MCP进行光信号增强，最大增益55000倍，可广泛应用于生物荧光、夜视导航、痕量检测等微光检测成像领域。
附图说明
附图1为本实用新型的基于双层MCP像增强器的单光子相机工作原理图；
附图2为本实用新型的基于双层MCP像增强器的单光子相机系统构成图；
附图3为本实用新型的基于双层MCP像增强器的单光子相机外观图；
附图标记如下
101-光阴极，102-双层微通道板，103-荧光屏；201-前盖板，202-双层MCP 像增强器，203-光纤锥耦合镜头，204-探测器，205-时序控制模块，206-门控模块，207-壳体，208-后盖板。
具体实施方式
如图1-3所示，一种基于双层MCP像增强器的单光子相机，其包括：前盖板201、双层MCP像增强器202、光纤锥耦合镜头203、探测器204、时序控制模块205、门控模块206、壳体207和后盖板208。双层MCP像增强器202包括：光阴极101、双层微通道板102、荧光屏103。
其中：
双层MCP像增强器202将入射到其光阴极101的微弱光信号转化为电信号，并通过双层微通道板102的多级放大进行电子倍增，倍增后电子打到荧光屏103 上，通过电-光信号转化，最终实现光信号的增益、放大。
光纤锥耦合镜头203，利用光纤对光线的全反射将双层MCP像增强器放大后的光信号耦合到探测器204的靶面上。
探测器204，用于采集光纤锥耦合镜头203耦合的光信号；
时序控制模块205，用于实现数据外触发的信号开启时序控制，及内部时序的外部导出。
门控模块206，用于控制曝光时间及门宽控制。
前盖板201、后盖板208及壳体207用于将双层MCP像增强器202、光纤锥耦合镜头203、探测器204、时序控制模块205和门控模块206等硬件进行封装。
作为一种实施例，双层MCP像增强器202采用荷兰Photonics公司Hot s20 系列双层像增强器，增益：55000倍，量子效率30％@500nm
效果较佳的，光纤锥耦合镜头203通过融拉法工艺将多跟单模光纤合束形成锥形光纤，传递函数：>60lp/mm，表面光洁度<1/5λ@632nm。
作为一种实施例，探测器204采用德国Image Source公司DFK33UX273型探测器，分辨率：1440*1080，像元尺寸：3.45μm，帧频：238fps。
时序控制模块205，最大外触发频率：125MHz，时间分辨率：10ps，脉冲宽度：2ns-10s。
门控模块206，最短选通时间：3ns，抖动<30ps。
本实用新型的单光子相机以单光子计数模式进行数据采集：单光子计数模式，首先是对探测器204的暗噪声计数，设定计数阈值，进行扣除。单帧采集，对有效光信号的像元区域光信号进行计数为1，其他像元区域计数为0；多帧采集，对单帧计数结果进行累加；通过多帧计数累加，重构成二维大面阵的灰度图，形成图像。本实用新型的基于双层MCP像增强器的单光子相机可实现大面阵单光子级光信号计数、成像，分辨率为1440*1080，单光子相机对单光子信号的捕获，成像具有典型的高斯分布。其中，时序是控制激光器与相机的时序信号，时序相对于给相机设置一个高精度时钟，有内部时序和外部时序；门控模块是控制相机的曝光的开门、关门时间，最短可实现3ns的快门；其功能和原理属于比较成熟的技术，再次不再赘述。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种基于双层MCP像增强器的单光子相机，其特征在于，包括：双层MCP像增强器(202)、光纤锥耦合镜头(203)、探测器(204)、时序控制模块(205)和门控模块(206)；
双层MCP像增强器(202)用于微弱光信号的增益、放大；
光纤锥耦合镜头(203)，利用光纤对光线的全反射将双层MCP像增强器(202)放大后的光信号耦合到探测器(204)的靶面上；
探测器(204)，用于采集光纤锥耦合镜头(203)耦合的光信号；
时序控制模块(205)，用于实现数据外触发的信号开启时序控制，及内部时序的外部导出；
门控模块(206)，用于控制曝光时间及门宽控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于双层MCP像增强器的单光子相机，其特征在于，所述单光子相机还包括：前盖板(201)、后盖板(208)、壳体(207)，用于将双层MCP像增强器(202)、光纤锥耦合镜头(203)、探测器(204)、时序控制模块(205)和门控模块(206)进行封装。
3.根据权利要求1所述的一种基于双层MCP像增强器的单光子相机，其特征在于，
双层MCP像增强器(202)包括：光阴极(101)、双层微通道板(102)和荧光屏(103)；双层MCP像增强器(202)将入射到光阴极(101)的微弱光信号转化为电信号，并通过双层微通道板(102)的多级放大进行电子倍增，倍增后电子打到荧光屏(103)上。
4.根据权利要求1所述的一种基于双层MCP像增强器的单光子相机，其特征在于，双层MCP像增强器(202)采用荷兰Photonics公司Hot s20系列双层像增强器，增益：55000倍，量子效率30％@500nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于双层MCP像增强器的单光子相机，其特征在于，光纤锥耦合镜头(203)通过融拉法工艺将多跟单模光纤合束形成锥形光纤，传递函数：>60lp/mm，表面光洁度<1/5λ@632nm。
6.根据权利要求1所述的一种基于双层MCP像增强器的单光子相机，其特征在于，探测器(204)采用德国Image Source公司DFK33UX273型探测器，分辨率：1440*1080，像元尺寸：3.45μm，帧频：238fps。
7.根据权利要求1所述的一种基于双层MCP像增强器的单光子相机，其特征在于，时序控制模块(205)，最大外触发频率：125MHz，时间分辨率：10ps，脉冲宽度：2ns-10s。
8.根据权利要求1所述的一种基于双层MCP像增强器的单光子相机，其特征在于，门控模块(206)，最短选通时间：3ns，抖动<30ps。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920218152.7U CN209727273U (zh) | 2019-02-21 | 2019-02-21 | 一种基于双层mcp像增强器的单光子相机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920218152.7U CN209727273U (zh) | 2019-02-21 | 2019-02-21 | 一种基于双层mcp像增强器的单光子相机 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN209727273U true CN209727273U (zh) | 2019-12-03 |
Family
ID=68683411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201920218152.7U Active CN209727273U (zh) | 2019-02-21 | 2019-02-21 | 一种基于双层mcp像增强器的单光子相机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN209727273U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109708767A (zh) * | 2019-02-21 | 2019-05-03 | 中智科仪（北京）科技有限公司 | 一种基于双层mcp像增强器的单光子相机 |
-
2019
- 2019-02-21 CN CN201920218152.7U patent/CN209727273U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109708767A (zh) * | 2019-02-21 | 2019-05-03 | 中智科仪（北京）科技有限公司 | 一种基于双层mcp像增强器的单光子相机 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109708767A (zh) | 一种基于双层mcp像增强器的单光子相机 | |
| Dussault et al. | Noise performance comparison of ICCD with CCD and EMCCD cameras | |
| CN102316282B (zh) | 一种基于光学杜比的图像降噪装置 | |
| US7928397B2 (en) | Gamma camera including a scintillator and an image intensifier | |
| Hirvonen et al. | Photon counting phosphorescence lifetime imaging with TimepixCam | |
| CN110398750A (zh) | 一种基于门控单光子相机的激光水下目标探测系统 | |
| CN109324026A (zh) | 共聚焦近红外二区荧光寿命显微成像系统 | |
| CN104079828A (zh) | 一种微光超快高重频成像探测装置与方法 | |
| CN209727273U (zh) | 一种基于双层mcp像增强器的单光子相机 | |
| CN105044899A (zh) | 一种基于微光成像的夜视仪及其实现方法 | |
| CN101393052B (zh) | 基于二代倒像式像增强器在常温下局部选通的微光探测器 | |
| CN105450948B (zh) | 一种电子轰击固态光电倍增管式微光数字图像传感器 | |
| CN205304964U (zh) | 一种电子轰击固态光电倍增管式微光数字图像传感器 | |
| CN208806877U (zh) | 一种利用像增强器读出数字图像装置 | |
| CN208314317U (zh) | 一种低成本高灵敏度的成像系统 | |
| CN209542457U (zh) | 一种基于门控单光子相机的快速远程拉曼系统 | |
| CN204013838U (zh) | 一种微光超快高重频成像探测装置 | |
| CN2932376Y (zh) | 一种宽谱短波红外激光成像探测器 | |
| CN210487987U (zh) | 一种基于门控单光子相机的激光水下目标探测系统 | |
| CN108982445A (zh) | 多光子激发的近红外二区荧光寿命显微成像系统 | |
| CN110852981A (zh) | 一种单光子成像图像处理方法 | |
| JPS61226677A (ja) | ２次元放射線検出装置 | |
| CN104568176B (zh) | 光子相机超高速单光子成像装置 | |
| CN101393053A (zh) | 基于三代近贴式像增强器在常温下局部选通的微光探测器 | |
| Ryan et al. | Quantum ghost imaging of undisturbed live plants |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |