የኳንተም ቅልጥፍና በሳይንሳዊ ካሜራዎች፡ የጀማሪ መመሪያ |

በሳይንሳዊ ምስል, ትክክለኛነት ሁሉም ነገር ነው. ዝቅተኛ ብርሃን ያላቸው የፍሎረሰንት ምልክቶችን እየወሰዱ ወይም ደካማ የሰማይ አካላትን እየተከታተሉ፣ የካሜራዎ ብርሃንን የመለየት ችሎታ በውጤቶችዎ ጥራት ላይ በቀጥታ ተጽዕኖ ያሳድራል። በዚህ ስሌት ውስጥ ካሉት በጣም ወሳኝ፣ ግን ብዙ ጊዜ ያልተረዱ ነገሮች የኳንተም ብቃት (QE) ናቸው።

ይህ መመሪያ QE ምን እንደሆነ፣ ለምን እንደሚያስፈልግ፣ የQE ዝርዝሮችን እንዴት እንደሚተረጉሙ እና ከሴንሰሮች አይነቶች ጋር እንዴት እንደሚነፃፀር ያሳየዎታል። በገበያ ላይ ከሆንክ ለሳይንሳዊ ካሜራወይም የካሜራ ዳታ ሉሆችን ስሜት ለመፍጠር መሞከር ብቻ ይህ ለእርስዎ ነው።

ምስል፡ የቱሴን የተለመደ ካሜራ QE ጥምዝ ምሳሌዎች

(ሀ)አሪየስ 6510(ለ)Dhyana 6060BSI(ሐ)ሊብራ 22

የኳንተም ውጤታማነት ምንድነው?

የኳንተም ቅልጥፍና የካሜራ ዳሳሽ ላይ የሚደርሰው ፎቶን በትክክል ተገኝቶ በሲሊኮን ውስጥ የፎቶ ኤሌክትሮን የመልቀቅ እድል ነው።

ወደዚህ ነጥብ በሚወስደው የፎቶን ጉዞ ውስጥ፣ ፎቶን የሚስቡ ወይም የሚያንፀባርቁ እንቅፋቶች አሉ። በተጨማሪም፣ ለእያንዳንዱ የፎቶን የሞገድ ርዝመት 100% ግልጽነት ያለው ቁሳቁስ የለም፣ በተጨማሪም በቁሳዊ ቅንብር ላይ የተደረጉ ማናቸውም ለውጦች ፎቶኖችን የማንጸባረቅ ወይም የመበተን እድል አላቸው።

እንደ መቶኛ የተገለጸው የኳንተም ቅልጥፍና እንደሚከተለው ይገለጻል፡-

QE (%) = (የተፈጠሩ ኤሌክትሮኖች ብዛት / የተከሰቱ ፎቶኖች ብዛት) × 100

ሁለት ዋና ዋና ዓይነቶች አሉ:

●ውጫዊ QEእንደ ነጸብራቅ እና የማስተላለፊያ ኪሳራ ያሉ ተፅእኖዎችን ጨምሮ የሚለካ አፈጻጸም።
●ውስጣዊ QEሁሉም ፎቶኖች ወደ ውስጥ እንደገቡ በማሰብ የልወጣ ቅልጥፍናን በሴንሰሩ ውስጥ ይለካል።

ከፍ ያለ QE ማለት የተሻለ የብርሃን ትብነት እና ጠንካራ የምስል ምልክቶች በተለይም በዝቅተኛ ብርሃን ወይም በፎቶን-ውሱን ሁኔታዎች ውስጥ።

በሳይንሳዊ ካሜራዎች ውስጥ የኳንተም ውጤታማነት ለምን አስፈላጊ ነው?

ኢሜጂንግ ላይ፣ የምንችለውን ከፍተኛውን የፎቶኖች መቶኛ መያዝ ሁልጊዜ ጠቃሚ ነው፣በተለይም ከፍተኛ ትብነት በሚጠይቁ መተግበሪያዎች።

ይሁን እንጂ ከፍተኛ የኳንተም ብቃት ዳሳሾች የበለጠ ውድ ይሆናሉ። ይህ የሆነበት ምክንያት የፒክሰል ተግባርን በመጠበቅ የመሙያ ፋክተርን ከፍ ለማድረግ ባለው የምህንድስና ፈተና እና እንዲሁም በጀርባ ብርሃን ሂደት ምክንያት ነው። ይህ ሂደት፣ እርስዎ እንደሚማሩት፣ ከፍተኛውን የኳንተም ብቃትን ያስችላል—ነገር ግን በከፍተኛ ደረጃ ከጨመረ የማኑፋክቸሪንግ ውስብስብነት ጋር አብሮ ይመጣል።

ልክ እንደ ሁሉም የካሜራ ዝርዝር መግለጫዎች፣ የኳንተም ቅልጥፍና አስፈላጊነት ሁልጊዜ ከሌሎች ነገሮች ጋር መመዘን አለበት። ለምሳሌ፣ አለምአቀፍ መዝጊያን ማስተዋወቅ ለብዙ አፕሊኬሽኖች ጥቅማጥቅሞችን ሊያመጣ ይችላል፣ ነገር ግን በተለምዶ በ BI ዳሳሽ ላይ ሊተገበር አይችልም። በተጨማሪም, ወደ ፒክሴል ተጨማሪ ትራንዚስተር መጨመር ያስፈልገዋል. ይህ የመሙላት ሁኔታን ሊቀንስ እና በዚህም ምክንያት የኳንተም ቅልጥፍናን ሊቀንስ ይችላል፣ ከሌሎች FI ዳሳሾች ጋርም ቢሆን።

QE አስፈላጊ ሊሆን የሚችልባቸው መተግበሪያዎች ምሳሌ

ጥቂት ምሳሌዎች መተግበሪያዎች:

● ቋሚ ያልሆኑ ባዮሎጂካል ናሙናዎች ዝቅተኛ ብርሃን እና የፍሎረሰንት ምስል

● ከፍተኛ ፍጥነት ያለው ምስል

● ከፍተኛ ትክክለኛነትን የሚጠይቁ የቁጥር አፕሊኬሽኖች

QE በዳሳሽ ዓይነት

የተለያዩ የምስል ዳሳሽ ቴክኖሎጂዎች የተለያዩ የኳንተም ቅልጥፍናን ያሳያሉ። በዋና ዳሳሽ ዓይነቶች ላይ QE በተለምዶ እንዴት እንደሚነፃፀር እነሆ፡-

ሲሲዲ (የተጣመረ መሳሪያ)

ለዝቅተኛ ጫጫታቸው እና ለከፍተኛ QE በተለምዶ የሚወደዱ ሳይንሳዊ ምስሎች፣ ብዙውን ጊዜ ከ70-90% መካከል ከፍተኛ ደረጃ ላይ ይገኛሉ። ሲሲዲዎች እንደ አስትሮኖሚ እና ለረጅም ጊዜ ተጋላጭነት ምስሎችን በመሳሰሉ አፕሊኬሽኖች የተሻሉ ናቸው።

CMOS (ተጨማሪ ሜታል-ኦክሳይድ-ሴሚኮንዳክተር)

አንዴ በዝቅተኛ QE እና ከፍ ያለ የንባብ ጫጫታ ከተገደበ በኋላ፣ ዘመናዊ የCMOS ዳሳሾች -በተለይ ከኋላ ያበሩ ዲዛይኖች - ጉልህ በሆነ ሁኔታ ወስደዋል። ብዙዎቹ አሁን ከ80% በላይ ከፍተኛውን የQE እሴቶች ላይ ደርሰዋል፣ ይህም ፈጣን የፍሬም ተመኖች እና ዝቅተኛ የኃይል ፍጆታ ጋር ጥሩ አፈጻጸም በማቅረብ ነው።

የላቁ የእኛን ክልል ያስሱCMOS ካሜራይህ ቴክኖሎጂ ምን ያህል እንደደረሰ ለማየት ሞዴሎች, እንደየቱሴን ሊብራ 3405M sCMOS ካሜራዝቅተኛ ብርሃን አፕሊኬሽኖችን ለመፈለግ የተነደፈ ከፍተኛ ትብነት ያለው ሳይንሳዊ ካሜራ።

sCMOS (ሳይንሳዊ CMOS)

ለሳይንሳዊ ምስል የተነደፈ ልዩ የCMOS ክፍል ፣sCMOS ካሜራቴክኖሎጂ ከፍተኛ QE (በተለምዶ 70-95%) ከዝቅተኛ ድምጽ፣ ከፍተኛ ተለዋዋጭ ክልል እና ፈጣን ማግኛ ጋር ያጣምራል። ለቀጥታ ሴል ኢሜጂንግ፣ ለከፍተኛ ፍጥነት በአጉሊ መነጽር እና ለብዙ ቻናል ፍሎረሰንት ተስማሚ።

የኳንተም ውጤታማነት ጥምዝ እንዴት እንደሚነበብ

አምራቾች በተለምዶ ቅልጥፍናን (%) የሞገድ ርዝመቶች (nm) የሚይዝ የQE ጥምዝ ያትማሉ። እነዚህ ኩርባዎች ካሜራ በተወሰኑ የእይታ ክልሎች ውስጥ እንዴት እንደሚሰራ ለመወሰን አስፈላጊ ናቸው።

ለመፈለግ ቁልፍ አካላት፡-

●ከፍተኛ QE: ከፍተኛው ቅልጥፍና, ብዙ ጊዜ በ 500-600 nm ክልል (አረንጓዴ ብርሃን).
●የሞገድ ርዝመት ክልልQE ጠቃሚ ከሆነው ገደብ በላይ የሚቆይበት ጥቅም ላይ ሊውል የሚችል ስፔክትራል መስኮት (ለምሳሌ >20%)።
●የመውረድ ዞኖችQE በ UV (<400 nm) እና NIR (>800 nm) ክልሎች ውስጥ የመውደቅ አዝማሚያ አለው።

ይህን ከርቭ መተርጎም በሚታየው ስፔክትረም፣በቅርብ-ኢንፍራሬድ ወይም UV ላይ እየቀረጹ ከሆነ የሴንሰሩን ጥንካሬዎች ከመተግበሪያዎ ጋር ለማዛመድ ያግዝዎታል።

የኳንተም ቅልጥፍና የሞገድ ርዝመት ጥገኛ

ምስል፡ የQE ጥምዝ ለፊት እና ለኋላ ብርሃን ለሚያበሩ ሲልከን ላይ ለተመሰረቱ ዳሳሾች የተለመዱ እሴቶችን ያሳያል

ማስታወሻግራፉ ፎቶን የመለየት እድልን ያሳያል (የኳንተም ብቃት፣%) እና የፎቶን የሞገድ ርዝመት ለአራት ምሳሌ ካሜራዎች። የተለያዩ ዳሳሽ ልዩነቶች እና ሽፋኖች እነዚህን ኩርባዎች በአስደናቂ ሁኔታ ሊቀይሩ ይችላሉ።

በሥዕሉ ላይ እንደሚታየው የኳንተም ቅልጥፍና በከፍተኛ የሞገድ ርዝመት ላይ የተመሰረተ ነው. አብዛኛዎቹ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ የካሜራ ዳሳሾች ከፍተኛውን የኳንተም ቅልጥፍናቸውን በሚታየው የስፔክትረም ክፍል፣ በብዛት ከአረንጓዴ እስከ ቢጫ ክልል ከ490nm እስከ 600nm አካባቢ ያሳያሉ። የQE ኩርባዎች በሴንሰር ሽፋን እና በቁሳቁስ ልዩነቶች ሊቀየሩ ይችላሉ QE በ 300nm አካባቢ በአልትራቫዮሌት (UV) ፣ 850nm አቅራቢያ በኢንፍራሬድ ቀይ (NIR) እና በመካከላቸው ብዙ አማራጮች።

ሁሉም በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ካሜራዎች ወደ 1100nm የኳንተም ውጤታማነት ማሽቆልቆል ያሳያሉ፣ በዚህ ጊዜ ፎቶኖች የፎቶ ኤሌክትሮኖችን ለመልቀቅ በቂ ሃይል የላቸውም። የአጭር የሞገድ ርዝመት ብርሃን ወደ ሴንሰሩ እንዳይደርስ የሚገድበው በማይክሮ ሌንሶች ወይም UV-blocking window glass ባላቸው ዳሳሾች ውስጥ የUV አፈጻጸም በእጅጉ ሊገደብ ይችላል።

በመካከላቸው፣ የQE ኩርባዎች እምብዛም ለስላሳ እና አልፎ ተርፎም አይደሉም፣ እና በምትኩ ብዙውን ጊዜ ፒክሰል ባቀፈባቸው ቁሳቁሶች የተለያዩ የቁስ ባህሪዎች እና ግልፅነት የተከሰቱ ትናንሽ ጫፎችን እና ገንዳዎችን ያካትታሉ።

UV ወይም NIR ትብነት በሚጠይቁ አፕሊኬሽኖች ውስጥ፣ የኳንተም ብቃት ኩርባዎችን ግምት ውስጥ ማስገባት በጣም አስፈላጊ ሊሆን ይችላል፣ ምክንያቱም በአንዳንድ ካሜራዎች የኳንተም ቅልጥፍና ከሌሎቹ እጅግ በጣም ጽንፍ ላይ ካሉት በብዙ እጥፍ ይበልጣል።

የኤክስሬይ ስሜት

አንዳንድ የሲሊኮን ካሜራ ዳሳሾች በሚታየው የብርሃን ክፍል ውስጥ ሊሰሩ ይችላሉ, እንዲሁም አንዳንድ የኤክስሬይ ሞገድ ርዝመትን መለየት ይችላሉ. ነገር ግን፣ ካሜራዎች በካሜራ ኤሌክትሮኒክስ ላይ ያለውን የኤክስሬይ ተፅእኖ እና በአጠቃላይ ለኤክስሬይ ሙከራዎች ከሚጠቀሙት የቫኩም ክፍሎች ሁለቱንም ለመቋቋም ካሜራዎች ልዩ ምህንድስና ያስፈልጋቸዋል።

ኢንፍራሬድ ካሜራዎች

በመጨረሻም በሲሊኮን ላይ ሳይሆን በሌሎች ቁሳቁሶች ላይ የተመሰረቱ ዳሳሾች ሙሉ ለሙሉ የተለያዩ የ QE ኩርባዎችን ሊያሳዩ ይችላሉ. ለምሳሌ፣ InGaAs ኢንፍራሬድ ካሜራዎች፣ በሲሊኮን ምትክ ኢንዲየም ጋሊየም አርሴናይድ ላይ የተመሰረቱ፣ በኤንአይአር ውስጥ ሰፊ የሞገድ ርዝመት ያላቸው፣ ከፍተኛው ወደ 2700nm አካባቢ፣ እንደ ዳሳሽ ልዩነት ይለያያል።

የኳንተም ቅልጥፍና ከሌሎች የካሜራ ዝርዝሮች ጋር

የኳንተም ቅልጥፍና ቁልፍ የአፈጻጸም መለኪያ ነው፣ ነገር ግን በተናጥል አይሰራም። ከሌሎች አስፈላጊ የካሜራ ዝርዝሮች ጋር እንዴት እንደሚዛመድ እነሆ፡-

QE vs. ስሜታዊነት

ስሜታዊነት የካሜራው ደካማ ምልክቶችን የመለየት ችሎታ ነው። QE በቀጥታ ለስሜታዊነት አስተዋፅዖ ያደርጋል፣ ነገር ግን እንደ የፒክሰል መጠን፣ የንባብ ድምጽ እና የጨለማ ጅረት ያሉ ሌሎች ነገሮችም ሚና ይጫወታሉ።

QE vs. የምልክት-ወደ-ጫጫታ ሬሾ (SNR)

ከፍ ያለ QE በፎቶን ተጨማሪ ሲግናል (ኤሌክትሮኖችን) በማመንጨት SNRን ያሻሽላል። ነገር ግን ከመጠን በላይ ጫጫታ, በደካማ ኤሌክትሮኒክስ ወይም በቂ ያልሆነ ማቀዝቀዣ ምክንያት, አሁንም ምስሉን ሊያበላሸው ይችላል.

QE vs. ተለዋዋጭ ክልል

QE ምን ያህል ብርሃን እንደሚገኝ ላይ ተጽዕኖ ሲያሳድር፣ ተለዋዋጭ ክልል ካሜራው ሊይዝ በሚችለው በጣም ደማቅ እና ጥቁር ምልክቶች መካከል ያለውን ጥምርታ ይገልጻል። ደካማ ተለዋዋጭ ክልል ያለው ከፍተኛ QE ካሜራ አሁንም ከፍተኛ ንፅፅር ባላቸው ትዕይንቶች ውስጥ ከንዑስ ደረጃ ውጤቶችን ሊያመጣ ይችላል።

በአጭሩ፣ የኳንተም ቅልጥፍና ወሳኝ ነው፣ ነገር ግን ሁልጊዜ ከተጨማሪ ዝርዝሮች ጋር ይገምግሙ።

"ጥሩ" የኳንተም ውጤታማነት ምንድነው?

ምንም አይነት ሁለንተናዊ "ምርጥ" QE የለም - በመተግበሪያዎ ላይ የተመሰረተ ነው. ያ ማለት፣ አጠቃላይ መመዘኛዎች እዚህ አሉ፡

QE ክልል	የአፈጻጸም ደረጃ	ጉዳዮችን ተጠቀም
<40%	ዝቅተኛ	ለሳይንሳዊ አጠቃቀም ተስማሚ አይደለም
40-60%	አማካኝ	የመግቢያ ደረጃ ሳይንሳዊ መተግበሪያዎች
60-80%	ጥሩ	ለአብዛኛዎቹ የምስል ስራዎች ተስማሚ
80-95%	በጣም ጥሩ	ዝቅተኛ-ብርሃን፣ ከፍተኛ-ትክክለኛነት ወይም ፎቶን-የተገደበ ምስል

እንዲሁም፣ በሚፈልጉት የእይታ ክልል ውስጥ ከፍተኛ QE እና አማካይ QEን ያስቡ።

ማጠቃለያ

የኳንተም ቅልጥፍና ሳይንሳዊ ኢሜጂንግ መሳሪያን ለመምረጥ በጣም አስፈላጊ፣ግን ችላ ከተባሉት ነገሮች አንዱ ነው። ሲሲዲ፣ sCMOS ካሜራዎችን ወይም CMOS ካሜራዎችን እየገመገሙ ከሆነ QEን መረዳቱ ያግዝዎታል፡-

● ካሜራዎ በገሃዱ ዓለም የብርሃን ሁኔታዎች ውስጥ እንዴት እንደሚሰራ ይተነብዩ
● ምርቶችን ከገበያ የይገባኛል ጥያቄዎች ባለፈ በተጨባጭ ያወዳድሩ
● የካሜራ ዝርዝሮችን ከሳይንሳዊ መስፈርቶችዎ ጋር ያዛምዱ

ሴንሰር ቴክኖሎጂ እያደገ ሲሄድ፣ የዛሬዎቹ ከፍተኛ QE ሳይንሳዊ ካሜራዎች በተለያዩ መተግበሪያዎች ላይ አስደናቂ ስሜት እና ሁለገብነት ይሰጣሉ። ነገር ግን ሃርድዌሩ የቱንም ያህል የላቀ ቢሆን ትክክለኛውን መሳሪያ መምረጥ የሚጀምረው የኳንተም ቅልጥፍና ከትልቁ ስዕል ጋር እንዴት እንደሚስማማ በመረዳት ነው።

የሚጠየቁ ጥያቄዎች

ከፍተኛ የኳንተም ብቃት ሁልጊዜ በሳይንሳዊ ካሜራ የተሻለ ነው?

ከፍተኛ የኳንተም ቅልጥፍና (QE) በአጠቃላይ የካሜራ ዝቅተኛ የብርሃን ደረጃዎችን የመለየት ችሎታን ያሻሽላል፣ ይህም እንደ ፍሎረሰንስ ማይክሮስኮፒ፣ አስትሮኖሚ እና ነጠላ ሞለኪውል ኢሜጂንግ ባሉ መተግበሪያዎች ጠቃሚ ነው። ሆኖም፣ QE የተመጣጠነ የአፈጻጸም መገለጫ አንድ አካል ነው። ደካማ ተለዋዋጭ ክልል፣ ከፍተኛ የተነበበ ድምጽ ወይም በቂ ያልሆነ ማቀዝቀዣ ያለው ባለከፍተኛ QE ካሜራ አሁንም እጅግ በጣም ጥሩ ውጤቶችን ሊያቀርብ ይችላል። ለተሻለ አፈጻጸም ሁልጊዜ QE ን ከሌሎች ቁልፍ ዝርዝሮች ጋር በማጣመር እንደ ጫጫታ፣ ቢት ጥልቀት እና ሴንሰር አርክቴክቸር ይገምግሙ።

የኳንተም ቅልጥፍና የሚለካው እንዴት ነው?

የኳንተም ቅልጥፍና የሚለካው በተወሰነ የሞገድ ርዝመት ውስጥ በሚታወቅ የፎቶኖች ብዛት ዳሳሽ በማብራት እና ከዚያም በሴንሰሩ የሚመነጩትን ኤሌክትሮኖች በመቁጠር ነው። ይህ በተለምዶ የተስተካከለ ሞኖክሮማቲክ የብርሃን ምንጭ እና የማጣቀሻ ፎቶዲዮዲዮድ በመጠቀም ይከናወናል። የተገኘው የQE እሴት የQE ጥምዝ ለመፍጠር በሞገድ ርዝመቶች ላይ ተዘርግቷል። ይህ ካሜራውን ከመተግበሪያዎ የብርሃን ምንጭ ወይም የልቀት ክልል ጋር ለማዛመድ ወሳኝ የሆነውን የሴንሰሩን ስፔክትራል ምላሽ ለማወቅ ይረዳል።

ሶፍትዌር ወይም ውጫዊ ማጣሪያዎች የኳንተም ቅልጥፍናን ማሻሻል ይችላሉ?

ቁ. ኳንተም ቅልጥፍና የምስል ዳሳሽ ሃርድዌር ደረጃ ያለው ውስጣዊ ባህሪ ነው እና በሶፍትዌር ወይም በውጪ መለዋወጫዎች ሊቀየር አይችልም። ነገር ግን ማጣሪያዎች የምልክት-ወደ-ጫጫታ ሬሾን (ለምሳሌ በፍሎረሰንስ አፕሊኬሽኖች ውስጥ የልቀት ማጣሪያዎችን በመጠቀም) በማሳደግ አጠቃላይ የምስል ጥራትን ሊያሻሽሉ ይችላሉ፣ እና ሶፍትዌሮች ድምጽን በመቀነስ ወይም በድህረ-ሂደት ላይ ያግዛሉ። አሁንም፣ እነዚህ የQE እሴትን በራሱ አይለውጡም።

ቱሴን ፎኒክስ ኩባንያ፣ ሊሚትድ መብቱ በህግ የተጠበቀ ነው። ሲጠቅሱ፣ እባክዎን ምንጩን እውቅና ይስጡ፡-www.tucsen.com