Development of an ultrafast single photon counting imager for single molecule imaging.
Development of an ultrafast single photon counting imager for single molecule imaging.
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开发用于单分子成像的超快单光子计数成像仪。
DOI：
10.1117/12.658191
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发表时间：
2006
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Arisaka,Katsushi
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ohnuki,Tohru;Michalet,Xavier;Tripathi,Arun;Weiss,Shimon;Arisaka,Katsushi
我们已经开始开发一种创新的超快单光子计数成像仪，该成像仪由百万像素CMOS阵列和新设计的图像增强器组成。预计它将具有100皮秒时间分辨率的单光子灵敏度，总计数率超过1 MHz。读出基于无死区的Flash ADC，以1-2GS/s的速度运行，随后由FPGA进行实时并行数据处理。这样的设备以前从未实现过，预计将彻底改变时间分辨荧光成像和光谱学，从单分子到整个动物水平。为了评估设计原理，将具有GaAsP光电阴极（在400-600 nm处>40%量子效率）的图像增强器和双MCP与现有CMOS相机一起评估。在我们未来的设计中，CMOS相机的图像将与MCP输出相结合，然后由一组FPGA和CPU进行真实的实时数据处理。这种流线方法将允许超快的单光子计数，具有100 psec的时间分辨率和20 μm的位置分辨率（1 M像素成像）。在本文中，我们提出的设计原则和初步结果，其性能。并对今后的发展规划和设计目标进行了阐述。
We have begun developing an innovative ultra-fast single-photon counting imager which comprises a mega-pixel CMOS array and a newly-designed Image Intensifier. It is expected to have single photon sensitivity with 100 psec time resolution, operational at a total counting rate exceeding 1MHz. The readout is based on dead-time-free flash ADC, running at 1-2GS/s, followed by a FPGA for real-time parallel data processing. Such a device has not been realized before and is expected to revolutionize time-resolved fluorescence imaging and spectroscopy from a single-molecule to whole animal level. To evaluate the design principle, an Image Intensifier with a GaAsP photocathode (>40% quantum efficiency at 400-600 nm) followed by double MCP was evaluated together with an existing CMOS camera. In our future design, the image from CMOS Camera will be combined with the MCP output, followed by a set of FPGA and CPU for real time data processing. This stream line method will allow ultra fast single-photon counting with 100 psec time resolution and 20 μm position resolution (1M pixel imaging). In this paper, we present the design principle and preliminary results on its performance. Our future plan and the design goals are also described.
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