■ 高効率DMCP-ICCD検出器 ■

[ ICCD検出器 ]

　従来のSMCP（1枚マイクロチャンネルプレート）と比較して、検出効率の高いイメージインテンシファイア付きCCD検出器です。
　従来の製品は1枚MCPの為、信号増幅率を高くしても、MCP内部の信号増幅ばらつきにより、一部の信号しか高い増幅率を得る事が出来ませんでした。増幅率の低い信号が多く、信号全体としてみると、検出率が低くなっていました。

　2枚MCPに変更すると、下図のパルスハイト分布の様に、検出効率が改善します。

ノイズに埋もれて信号形成に寄与しにくい部分が、この部分に押し上げられ、検出効率を改善します。

実際に信号を取って比較した所、この例では2．6倍の信号比を得ています。ノイズの影響を考えると、信号が暗いほど検出効率の差が顕著に出ると考えています。

[ IC内部のSiのラマン信号スペクトル ]

10mW532レーザー励起、ラマンノッチ使用520cmのピーク信号

　2枚MCPを用いると、増幅率にサチレーションを起こさせる為、MCP内部の信号増幅ばらつきを押さえる事が出来ます。ただ、そのまま信号を出力するとCCD検出器にとっては信号が大きすぎて、計測のダイナミックレンジを失っていました。

　この問題を、MCPにかける電圧と、フォスファ（蛍光面）にかける電圧を独立して制御する事により解決しています。（特許申請中）

　本検出器は上記独立制御により、以下の3つの動作モードを持っています。

高効率DMCP-ICCD検出器
　100カウント/pe程度の高ゲインで、信号を蓄積して取り込むモード。通常のICCD検出器では検出時間のかかる実験を、短い時間で行います。
フォトンカウンティング用DMCP-ICCD検出器
　1,000カウント/pe程度の高ゲインで、数フォトン/1秒のフォトンカウント検出レベルの信号検出向き。出力は2値化してフォトン数を数えます。
通常のSMCP-ICCD検出器
　100カウント/pe以下程度の高ゲインで、比較的明るい信号を、S/N良く取り込むモード。

　これらのモードを実験条件に合わせて使い分ける事で、従来にはない幅広い用途での使用が可能です。
CCD素子は、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレー)を使用して制御しており、制御論理の変更が簡単に可能で、特殊なCCD素子読み出しや、外部同期パルスのカウント動作等が、柔軟に作成可能です。

■機器仕様

1）イメージインテンシファイア

　現在DEPと浜松さんのインテンシファイアに対応しています。レンズカップル対応品はイメージインテンシファイアの出力窓をガラスにし、チキンワイヤ（ファイバー構造の透過率の違いから来る感度むら）を除いた高感度な画像を可能にしています。
　レンズカップル対応品は、イメージインテンシファイアを取り外しできますので、通常の冷却CCD検出器としての使用も可能です。

ゲート時間	4nS～DC
ゲート制御	DG-535等のパルサーにより行う。TTL入力。
大きさ	18mm（25mmはオプションです。）
ルミナスゲイン	300,000cd/m2/lx以上
フォトカソードタイプ	S-20,S25,スーパーS25,CsTeGen IVの高QEも対応可能です。
フォスファータイプ	P20,P43
CCD検出器へのカップリング	1対1F1．4または2．7リレーレンズ　（ファイバーカップルは開発中です。）
分解能	22lp 27lp（オプション。）
その他	リレーレンズ時はイメージインテンシファイアの出力窓がガラス出力となり、イメージの質と分解能を改善しています。オプションで浜松さんのインテンシファイアにも対応します。

スーパーS25のホトカソードの量子効率
※他のタイプについてはお問い合わせ下さい。

約2nSのオプティカルFWHM

上右図は、780nmのLDを緩和発振により約120pSで発光させ、35cm可視分光器（200gr/mm）、簡易顕微光学系を用い、0.2nS毎に取り込んだ物です。FWHMで約2nSのゲートが開く様子が見えています。

2）CCD検出器

　1MHZ以下の高精細読み出しと、現状5MHZですが、10MHZ以上の高速読み出しに対応予定です。取り込み速度を上げる為に2つの読み出しポートからの信号を同時に取り込む事についても対応予定です。
　10MHZの速度で画像を取り込む場合、フォトンカウント処理がリアルタイムに行われる必要があります。制御用のPCIカードに十分な制御論理を確保していますので、一般的なフォトンカウント処理に加え、各種フィルター処理もリアルタイム処理に対応可能です。
　ファイバーカップリングは現在開発中です。レンズカップルと比較してコンパクトなボディで実現予定です。

CCD	CCD30-11	CCD62-06	CCD47-20
ピクセル数	1024＊256	578＊395	1024＊1024
ピクセルサイズ	26＊26μm	22＊22μm	13＊13μm
検出面積	26.6＊6.6mm	12.7＊8.7mm	13.3＊13.3mm
リードアウトノイズ	4～6e	4～7e	2～4e
(チップ)
リードアウトノイズ	6～8e	6～9e	3～5e
(システム)	＠42KHZ	←	←
量子井戸	300ke	300ke	100ke
読み出し速度	1MHZ以下	10MHZ以下	5MHZ以下
チップタイプ	FFT	FFT	FT
冷却温度	LN-120℃　真空封じ切り対応
	TEガス封止 -25℃
	真空封じ切り-70℃以下を目標に開発しています。
チップ	フロントタイプとオプションでバックタイプに対応します。
QE	CCD検出器のページを参照下さい。
ADC/ダイナミックレンジ	低速カメラ　82KHz 16bit　又は1MHz 16bit 高速カメラ5MHz 14bit　又は10MHz 14bit
素子欠陥	Grade1
暗電流	CCD検出器のページを参照下さい。

　CCD30-11，CCD62-06はFFT（フルフレームトランスファ）です。画像の読み出し時はインテンシファイアを通常OFFして画像を読み出します。
　CCD47-20はFT（フレームトランスファ）です。画像の読み出しはCCD素子上のメモリーエリアにイメージを転送してから行いますので、インテンシファイアをOFFせずに連続して画像の読み出しが可能です。

3)型名　一覧

DMCP-ICCD検出器

DMCP-ICCD1024RS	電子冷却式	CCD30-11対応	レンズカップル
DMCP-ICCD1024FS	電子冷却式	CCD30-11対応	ファイバーカップル
DMCP-ICCD578RH	電子冷却式	CCD62-06対応	レンズカップル
DMCP-ICCD578FH	電子冷却式	CCD62-06対応	ファイバーカップル
DMCP-ICCD1024FTRH	電子冷却式	CCD47-20対応	レンズカップル
DMCP-ICCD1024FTFH	電子冷却式	CCD47-20対応	ファイバーカップル

末尾のHは高速カメラ、Sは低速カメラの対応です。
標準で18mmイメージインテンシファイア、スーパーS25光電面です。

DMCPイメージインテンシファイア部
　DMCP-II-R：レンズカップル式イメージインテンシファイア部
　標準で18mmイメージインテンシファイア、スーパーS25光電面です。
　DMCP-II-Rを用いて既存のCCD検出器への取り付け対応も可能です。お問い合わせ下さい。

4)サンプルデータ

　365nm発光のLEDを3nS発光させ励起用光源として使用し、蛍光塗料の蛍光を時間分解分光計測しました。
　35cm可視分光器（200gr／mm）、簡易顕微光学系を用い、0．5nS毎に取り込んだ物です。2nS遅れて立ち上がる蛍光が見えています。横軸が波長、縦軸が時間です。