科研相機(jī)作為高靈敏的探測(cè)器，探測(cè)波段覆蓋紫外-近紅外波段，是弱光探測(cè)必不可少的儀器。自光電效應(yīng)原理被發(fā)現(xiàn)以來，用高靈敏度的探測(cè)器結(jié)合光學(xué)手段來研究物質(zhì)和材料的各種光電性能就是一種必不可少的趨勢(shì)，科研型相機(jī)的誕生，為推動(dòng)科研進(jìn)展提供了必不可少的動(dòng)力。一款高性能的科研型相機(jī)，成為了各研究機(jī)構(gòu)趨之若鶩的科研助手。典型如中國科大潘建偉課題組，實(shí)驗(yàn)室布滿了各種規(guī)格的科研相機(jī)，結(jié)合其他設(shè)備來實(shí)現(xiàn)光學(xué)信號(hào)的觀測(cè)，進(jìn)而對(duì)物質(zhì)的性能進(jìn)行研究。
科研型相機(jī)可以通過深度制冷降低暗噪聲，使其具有高信噪比和高靈敏度等優(yōu)勢(shì)，因此科研相機(jī)廣泛運(yùn)用于天文觀測(cè)、生物成像、微納光學(xué)、表面等離激元等研究方向。結(jié)合單色儀可以做熒光、拉曼散射、吸收光譜等光譜學(xué)研究，在科研和工程領(lǐng)域廣泛運(yùn)用。
科研相機(jī)因其優(yōu)異的電路設(shè)計(jì)，可以和其他設(shè)備諸如激光器和信號(hào)延遲發(fā)生器等做同步，使得其和普通工業(yè)或民用相機(jī)有很大的區(qū)別。
科研相機(jī)從芯片種類的不同，主要分為CCD相機(jī)和SCMOS相機(jī)。
關(guān)于CCD相機(jī)，詳細(xì)的分類如下：
普通制冷型CCD相機(jī)：普通CCD相機(jī)具有制冷功能，高靈敏度，自1969年CCD誕生以來，市場上此類相機(jī)的品牌和公司有很多。
在整機(jī)市場上做的比較出色的有2家，主要為美國Princeton Instruments（PI）和英國Andor，這兩家公司各有所長，具有不同芯片尺寸的CCD相機(jī)，在信噪比和制冷等方面也不相上下，都具有很多年的歷史。
制冷方式上，PI和Andor都具有很多電制冷型的CCD相機(jī)，制冷溫度從-70℃到-90℃不等。而PI有液氮制冷型CCD，可以制冷到-120℃，由于相機(jī)的暗噪聲和積分時(shí)間與溫度有關(guān)，因此這款相機(jī)可以通過長時(shí)間來提高信噪比，實(shí)現(xiàn)對(duì)超弱光信號(hào)的探測(cè)，可以達(dá)到單分子熒光的探測(cè)水平。而Andor在大靶面相機(jī)上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，Andor推出了4K*4K（型號(hào)：iKon）的相機(jī)，在天文上廣泛應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)暗行星和全日面的觀測(cè)，大靶面相機(jī)的難度比較大，因此Andor在這方面的優(yōu)勢(shì)目前是無出其右的。而PI也推出了2K*2K(型號(hào)：SOPHIA)的相機(jī)，具有高速，大靶面，低噪聲等特點(diǎn)，在活體成像、寬場顯微鏡、天文觀測(cè)等也廣泛應(yīng)用。
電子倍增型CCD相機(jī)（EMCCD）：在普通制冷型CCD相機(jī)的基礎(chǔ)上增加了電子倍增功能，可以通過電子倍增功能將弱光信號(hào)放大，具有單光子水平的高靈敏度，是超弱光信號(hào)探測(cè)的另一利器。而在整機(jī)市場上做的比較出色的有2家，主要為美國Princeton Instruments（PI）和英國Andor。
近年來，日本的Hamamatsu公司也推出了幾款EMCCD。 EMCCD因其獨(dú)特的功能，在各國政府都是進(jìn)出口管制的產(chǎn)品，即便如此，還是獲得了很多科研工作者的追求，在中國各大高等院校和研究所廣泛使用。
像增強(qiáng)型CCD(ICCD): ICCD在CCD前端增加了像增強(qiáng)器，可以實(shí)現(xiàn)電荷增強(qiáng)功能，用時(shí)可以實(shí)現(xiàn)快速門控，拍攝瞬態(tài)（ns級(jí)）信號(hào)。和激光器連用，可以做燃燒學(xué)，發(fā)動(dòng)機(jī)做功過程拍攝，粒子示蹤、熒光壽命等應(yīng)用，在科研和工程上應(yīng)用廣泛。主要廠家為Princeton Instruments和Andor，此外，荷蘭Lambert、 德國PCO等公司也有類似設(shè)備，在中國占據(jù)了一小部分市場。
特別指出的是，Princeton Instruments公司將ICCD和EMCCD結(jié)合在了一起，推出了emICCD(電荷增強(qiáng)電子倍增探測(cè)器)具有電荷增強(qiáng)和電子倍增雙增益機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)超短時(shí)間（ns級(jí)）的拍攝，獲得相對(duì)高的信噪比，且其線性度更好，可以實(shí)現(xiàn)燃燒物中OH基等物質(zhì)的定量測(cè)量。emICCD最初是PI基于NASA的需求而設(shè)計(jì)的，之后其優(yōu)異的性能被國內(nèi)很多用戶推崇。
近紅外面陣探測(cè)器：近年來小動(dòng)物活體成像應(yīng)用比較熱門，此前一直用硅探測(cè)器（200-1050 nm）作為探測(cè)手段，受到組織等樣品散射的影響，使得其信噪比和分辨率比較差，且穿透深度不夠。
近年來Princeton Instruments公司推出了新的近紅外波段的面陣探測(cè)器（型號(hào)：NIRvana），觀測(cè)波段是900-1700 nm，是很多靈敏的熒光探針（SWNT，QDs）等的發(fā)光波段，且由于該科研相機(jī)的高速、高靈敏特性，可以實(shí)現(xiàn)組織和活體樣品的實(shí)時(shí)拍攝，在生物活性下來做科學(xué)研究。
該相機(jī)具有高穿透能力，可以觀測(cè)毫米級(jí)深度的樣品，且不受組織散射影響，分辨率和靈敏度較高。但是該探測(cè)器為面陣，且材料為InGaAs，因此暗噪聲較高。為了抑制暗噪聲，PI推出了液氮制冷探測(cè)器，制冷溫度-190℃，典型用戶為斯坦福大學(xué)的戴紅杰老師等，國內(nèi)目前也有很多客戶引入了此類型探測(cè)器，做出了很好的成果。
科研型SCMOS相機(jī)：科研型SCMOS相機(jī)由于其高速、低噪聲的特點(diǎn)，近年來廣受科研工作者喜愛。市場上做的比較早的是日本的Hamamatsu公司，其已經(jīng)推出了很多款型號(hào)的產(chǎn)品(型號(hào)：Flash)，另外Andor和PI以及Photometrics等公司也各有特色。
SCMOS推出之時(shí)因?yàn)榱孔有什桓?，并沒有引起科研工作者的重視。2016年P(guān)hotometrics公司推出了背照式的SCMOS（型號(hào)：Prime 95B），具有更高量子效率和探測(cè)靈敏度，使得SCMOS相機(jī)成為了可以比肩CCD相機(jī)的新產(chǎn)品，隨后Princeton Instruments也推出了類似的背照式SCMOS相機(jī)（KURO-1200B這款相機(jī)可以結(jié)合PI單色儀拍攝光譜。
很多生物、天文以及物理用戶都在苦苦追求一款高速、高靈敏且無需辦理進(jìn)出口許可的相機(jī)來取代EMCCD，這款背照式SCMOS相機(jī)的推出，解決了他們的燃眉之急。推出一年來，已經(jīng)有很多用戶嘗試，獲得了很好的口碑。
集多功能和優(yōu)勢(shì)于一體，科研型相機(jī)具有很大的市場，但是價(jià)格也不菲。中國很多科研單位也在這方面做著努力，目前已經(jīng)取得了一定的成效，但是還有很大提升空間。
希望未來科研相機(jī)市場上能夠出現(xiàn)中國創(chuàng)造，做到為科研服務(wù)，為民服務(wù)。
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