追溯1971，滨松光子的相机研发史（上）

　　图1 计算机用Vidicon相机C1000

　　从20世纪70年代的第一台C1000 Vidicon相机开始，滨松光子一路跌跌撞撞地走来，试图用技术点亮黑暗，用创新打破常规。每一步都走得艰难，但每一次成功都让我们更加坚定。接下来请大家与小编一起回顾这一段关于光与影、关于坚持与探索的滨松相机研发史(上)。这只是一个开端，接下来我们会与大家分享ORCA系列相机以及这个系列里面的王牌产品qCMOS相机的诞生历史(下)，希望大家一同期待。

　　C1000 Vidicon计算机用相机

　　在20世纪70年代，大多数相机厂商还在采用“一单一设计"的传统模式，生产成本高昂且效率低下。然而，滨松光子却提出了一个大胆的创新思路：通过软件提升硬件的多功能性，从而彻底摆脱传统生产模式的束缚。于是，他们决定开发一款高性能的C1000 Vidicon相机，这款相机能够连接电脑，专注于图像输入功能。

　　C1000的研发过程充满挑战。当时，集成电路的性能有限且价格昂贵，滨松光子不得不采用分立元件来构建相机。研发团队经历了无数次的试验和改进，最终达到了先进的设计标准。他们还对相机的温度特性进行了精确补偿，确保了设备在各种环境下的稳定性。1977年，C1000终于成功问世。凭借其卓越的图像质量和可靠的性能，C1000不仅获得了美国『Research & Development』的R&D 100 Award奖项，还在工厂自动化等领域大获成功，成为行业内的经典之作。

　　1966AVEC光子显微镜系统

　　1983年，滨松光子研发出了视频增强对比度(VEC)技术，这项突破性创新使科研人员首次能够清晰观测到传统显微技术难以捕捉的低对比度样本，比如白天的星星。次年(1984年)，该公司正式推出划时代的C1966 AVEC光子显微镜系统。该设备通过独特的电信号处理技术，能够从显微成像系统背景噪声中分离出微弱生物信号，为生命科学领域研究神经细胞轴突等微观结构提供了革命性工具。

　　然而，在开发初期，这个系统遇到了一些小麻烦：光学镜头上的污垢和划痕会淹没必要的信息，让图像变得模糊不清。滨松的工程师们灵机一动，设计了一个巧妙的解决方案：从未经处理的显微镜图像中减去图像存储器中记录的光学镜头的污垢和划痕信息，从而提取出清晰的必要信息。

　　图2 C1966AVEC

　　该系统还具备多项创新功能：图像平均处理技术显著提升信噪比，动态轨迹追踪模块支持活体样本观察，独有的视频处理器不仅兼容VHS格式模拟记录，更实现了时间戳标注和屏幕信息叠加功能，这些在当时的日本可是首创之举。

　　C2400系列显微成像系统的平民化之路

　　尽管C1966AVEC光子显微镜系统名声在外，但高昂的价格让许多研究者望而却步。于是，滨松决定开发一款更亲民的显微镜成像相机，基于C1000的技术，推出了C2400显微镜用TV相机。这款相机能够捕捉细胞图像，其精度之高，甚至可以分辨出1%的差异，比人眼还要敏锐。随后，C2400相机家族不断扩充，衍生出了CCD型和图像增强器型等多种型号，形成了一个完整的产品系列，能够满足包括明场、荧光和低光照样本在内的各种观察需求。

　　图3 C2400 系列

　　C3140制冷型CCD相机

　　1986年，滨松光子的业务版图延伸到了太空。这一年，日本宇宙科学研究所的PLANET-A项目启动，滨松光子参与其中，为观测哈雷彗星的“SUISEI”号火箭开发了一款CCD相机。那颗遥远的彗星，就这样被定格在了镜头里。

　　图4 Suisei

　　随后，滨松光子没有停下脚步。他们利用为哈雷彗星探测卫星设计的制冷型CCD相机技术，开发出了新型CCD相机。这款相机能够进行长时间曝光，这是基于传统摄像管的高灵敏度相机(SIT相机)所无法实现的。滨松坚信，通过在芯片上集成图像并使用适合长时间曝光的CCD，能够捕捉到普通TV相机无法拍摄的暗区图像。于是，他们决定使用通用的CCD图像传感器，并以消费级电视速率运行。

　　CCD图像传感器的优点是显而易见的：操作简便、无烧录现象、抗冲击和振动，受磁场影响小、寿命长、可靠性高，几乎不产生残影或图像失真。为了充分利用这些优势并最大化性能，滨松光子特别设计了驱动时序、驱动电路和读出电路。

　　为了实现长时间曝光，降低暗电流是关键。通常，CCD传感器需要通过液氮或电子冷却来有效降低暗电流和固定模式噪声。美国和欧洲通常使用液氮将传感器冷却至约-100℃，而滨松光子仅通过特殊设计的电路以及电子水冷技术，将温度冷却至-30℃，就足以实现相同的性能。水冷系统需要抽真空以防止凝结，因此连接了水循环器和真空泵。

　　经过一系列的尝试和改进，滨松光子成功开发出C3140高精度高灵敏度CCD相机。在传统高灵敏度电视相机或SIT相机无法成像的黑暗区域，即使光照低至10微勒克斯以下，C3140也能拍摄出高质量的清晰图像。

　　图5 C3140 和 CCD-TA

　　ARGUS-10 系列相机研发

　　1989年，滨松光子推出了ARGUS-10，其中“ARGUS”代表“放射自显影超高灵敏度”(Autoradiography Ultra Sensitivity)。这款仪器价格仅为当时高端仪器C1966AVEC的1/10，具备实时改善模糊图像、显示计时器和刻度、测量样本尺寸等功能，并可通过PC控制实现2倍和4倍变焦。ARGUS-10不仅可独立使用，还能作为图像处理系统的预处理设备，提升图像质量。

　　图6 ARGUS-10的图像输出

　　1993年，滨松光子推出ARGUS-50/PDA膜电位测量系统，结合多种相机和传感器，实现广泛测量应用。1994年，ARGUS-20问世，增加了更多图像处理功能，并配备SCSI接口，可直接连接计算机，进一步提升了操作便捷性和数据处理效率。随着生命科学研究对测量需求的增加，ARGUS系列不断拓展应用领域。例如，为了可视化神经细胞中的信息传递，滨松光子开发了测量钙离子浓度变化的系统，通过染料荧光实现细胞间信息传递的实时监测。1997年，公司又开发了高速钙离子检测系统(HiSCA)，能够以超高速度测量钙离子浓度变化。

　　图7 ARGUS-50

　　如今，滨松光子的相机研发之路仍在继续，而过去的成就已经为他们奠定了坚实的基础。从早期的 C1000 Vidicon 计算机用相机开启的创新之路，到如今在多个领域广泛应用的高性能成像设备，滨松光子始终保持着对技术的执着追求和对创新的无畏勇气。在未来，滨松光子将继续用他们的智慧和创造力，与光之大道上的友人一起打开更多未知世界的大门，让人类的视野更加广阔无垠。

　　自1953年创立以来，滨松光子已走过了超过70载的历程，如今正稳步朝向成为百年企业的宏伟目标迈进。在庆祝70周年里程碑之后，我们满怀敬意与喜悦之情，特此推出系列纪念文章，旨在与携手同行在“光之大道”上的每一位伙伴，共同回顾、分享滨松的历程、愿景与实践。