25/08/15Elmi təsvirdə dəqiqlik hər şeydir. İstər aşağı işıqlı flüoresan siqnalları çəkirsiniz, istərsə də zəif səma cisimlərini izləyirsinizsə, kameranızın işığı aşkar etmək qabiliyyəti nəticələrinizin keyfiyyətinə birbaşa təsir edir. Bu tənlikdə ən kritik, lakin çox vaxt səhv başa düşülən amillərdən biri kvant səmərəliliyidir (QE).
Bu təlimat sizə QE-nin nə olduğunu, nə üçün vacib olduğunu, QE spesifikasiyalarını necə şərh edəcəyinizi və onun sensor növləri arasında necə müqayisə edildiyini izah edəcək. Əgər siz bazardasınızsaelmi kameravə ya sadəcə kamera məlumat cədvəllərini anlamağa çalışırsınız, bu sizin üçündür.
Şəkil: Tucsen tipik kamera QE əyri nümunələri
(a)Qoç 6510(b)Dhyana 6060BSI(c)Tərəzi 22
Kvant Effektivliyi Nədir?
Kvant Effektivliyi kamera sensoruna çatan bir fotonun həqiqətən aşkarlanması və silikonda bir fotoelektron buraxması ehtimalıdır.
Fotonun bu nöqtəyə doğru səyahətinin bir çox mərhələlərində fotonları uda bilən və ya onları əks etdirə bilən maneələr var. Bundan əlavə, heç bir material hər foton dalğa uzunluğuna 100% şəffaf deyil, üstəlik, material tərkibindəki hər hansı dəyişikliyin fotonları əks etdirmək və ya səpmək şansı var.
Faizlə ifadə olunan kvant səmərəliliyi aşağıdakı kimi müəyyən edilir:
QE (%) = (Yaradılan elektronların sayı / Hadisə fotonlarının sayı) × 100
İki əsas növ var:
●Xarici QE: Yansıma və ötürmə itkiləri kimi təsirlər daxil olmaqla ölçülən performans.
●Daxili QE: Bütün fotonların udulduğunu nəzərə alaraq, sensorun özündə konversiya səmərəliliyini ölçür.
Daha yüksək QE daha yaxşı işığa həssaslıq və daha güclü görüntü siqnalları deməkdir, xüsusən də az işıqlı və ya fotonla məhdud olan ssenarilərdə.
Elmi Kameralarda Kvant Effektivliyi Niyə Əhəmiyyətlidir?
Görüntülərdə, xüsusən də yüksək həssaslıq tələb edən tətbiqlərdə əldə edə biləcəyimiz gələn fotonların ən yüksək faizini tutmaq həmişə faydalıdır.
Bununla belə, yüksək kvant səmərəliliyi sensorları daha bahalı olur. Bu, piksel funksiyasını qoruyarkən doldurma əmsalını maksimuma çatdırmaq mühəndisliyi problemi və həmçinin arxa işıqlandırma prosesi ilə bağlıdır. Bu proses, öyrənəcəyiniz kimi, ən yüksək kvant səmərəliliyini təmin edir, lakin o, istehsalda əhəmiyyətli dərəcədə artan mürəkkəblik ilə gəlir.
Bütün kamera spesifikasiyaları kimi, kvant səmərəliliyinə olan ehtiyac həmişə xüsusi təsvir tətbiqiniz üçün digər amillərlə ölçülməlidir. Məsələn, qlobal deklanşörün tətbiqi bir çox tətbiqlər üçün üstünlüklər gətirə bilər, lakin adətən BI sensorunda həyata keçirilə bilməz. Bundan əlavə, pikselə əlavə tranzistorun əlavə edilməsini tələb edir. Bu, hətta digər FI sensorları ilə müqayisədə doldurma faktorunu və buna görə də kvant səmərəliliyini azalda bilər.
QE-nin vacib ola biləcəyi nümunə tətbiqlər
Bir neçə nümunə tətbiqetmə:
● Qeyri-sabit bioloji nümunələrin aşağı işıq və flüoresan görüntüləmə
● Yüksək sürətli görüntüləmə
● Yüksək dəqiqlik intensivliyi ölçmələri tələb edən kəmiyyət tətbiqləri
Sensor Tipinə görə QE
Müxtəlif görüntü sensoru texnologiyaları fərqli kvant səmərəliliyi nümayiş etdirir. QE adətən əsas sensor növləri arasında necə müqayisə edir:
CCD (Şarj ilə birləşdirilən cihaz)
Ənənəvi olaraq aşağı səs-küy və yüksək QE, tez-tez 70-90% arasında zirvəyə çatan elmi təsvirlərə üstünlük verilir. CCD-lər astronomiya və uzun müddətli görüntüləmə kimi tətbiqlərdə üstündür.
CMOS (tamamlayıcı metal-oksid-yarımkeçirici)
Bir vaxtlar aşağı QE və daha yüksək oxunuş səs-küyü ilə məhdudlaşan müasir CMOS sensorlar, xüsusən də arxadan işıqlandırılan dizaynlar əhəmiyyətli dərəcədə tutdular. İndi bir çoxları 80%-dən yuxarı pik QE dəyərlərinə çatır, daha sürətli kadr sürəti və daha az enerji istehlakı ilə əla performans təklif edir.
Qabaqcıl çeşidlərimizi araşdırınCMOS kameraBu texnologiyanın nə qədər gəldiyini görmək üçün modellər kimiTucsenin Libra 3405M sCMOS kamerası, az işıq tələb edən tətbiqlər üçün nəzərdə tutulmuş yüksək həssaslığa malik elmi kamera.
sCMOS (Scientific CMOS)
Elmi təsvirlər üçün nəzərdə tutulmuş xüsusi CMOS sinfi,sCMOS kameratexnologiya aşağı səs-küy, yüksək dinamik diapazon və sürətli əldəetmə ilə yüksək QE (adətən 70-95%) birləşdirir. Canlı hüceyrə təsviri, yüksək sürətli mikroskopiya və çoxkanallı flüoresans üçün idealdır.
Kvant Səmərəlilik əyrisini necə oxumaq olar
İstehsalçılar adətən dalğa uzunluqları (nm) üzrə səmərəliliyi (%) göstərən QE əyrisini dərc edirlər. Bu əyrilər kameranın xüsusi spektral diapazonlarda necə fəaliyyət göstərdiyini müəyyən etmək üçün vacibdir.
Axtarış üçün əsas elementlər:
●Pik QE: Maksimum səmərəlilik, tez-tez 500-600 nm diapazonunda (yaşıl işıq).
●Dalğa uzunluğu diapazonu: QE-nin faydalı hədddən yuxarı qaldığı istifadə edilə bilən spektral pəncərə (məsələn, >20%).
●Düşmə zonaları: QE UV (<400 nm) və NIR (>800 nm) bölgələrində düşməyə meyllidir.
Bu əyrinin təfsir edilməsi, görünən spektrdə, yaxın infraqırmızı və ya UV-də təsvir etməyinizdən asılı olmayaraq, sensorun güclü tərəflərini tətbiqinizlə uyğunlaşdırmağa kömək edir.
Kvant səmərəliliyinin dalğa uzunluğundan asılılığı
Şəkil: Ön və arxa işıqlı silikon əsaslı sensorlar üçün tipik dəyərləri göstərən QE əyrisi
QEYD: Qrafik dörd misal kamera üçün foton aşkarlanması ehtimalını (kvant səmərəliliyi, %) foton dalğa uzunluğuna qarşı göstərir. Müxtəlif sensor variantları və örtüklər bu əyriləri kəskin şəkildə dəyişə bilər
Kvant səmərəliliyi şəkildə göstərildiyi kimi dalğa uzunluğundan çox asılıdır. Silikon əsaslı kamera sensorlarının əksəriyyəti spektrin görünən hissəsində, ən çox yaşıldan sarıya qədər, təxminən 490nm-dən 600nm-ə qədər öz pik kvant səmərəliliyini nümayiş etdirir. QE əyriləri ultrabənövşəyi şüada (UV) təxminən 300 nm, yaxın infraqırmızıda (NIR) təxminən 850 nm və bir çox variantda pik QE təmin etmək üçün sensor örtükləri və material variantları vasitəsilə dəyişdirilə bilər.
Bütün silikon əsaslı kameralar kvant səmərəliliyinin 1100 nm-ə doğru azalması nümayiş etdirir, bu zaman fotonların fotoelektronları buraxmaq üçün kifayət qədər enerjisi yoxdur. Qısa dalğa uzunluğunda işığın sensora çatmasını məhdudlaşdıran mikrolinzalar və ya UV bloklayan pəncərə şüşəsi olan sensorlarda UV performansı ciddi şəkildə məhdudlaşdırıla bilər.
Arada, QE əyriləri nadir hallarda hamar və bərabər olur və bunun əvəzinə tez-tez pikselin təşkil etdiyi materialların müxtəlif material xüsusiyyətləri və şəffaflıqları nəticəsində yaranan kiçik zirvələr və çökəkliklər daxildir.
UV və ya NIR həssaslığı tələb edən tətbiqlərdə kvant səmərəliliyi əyrilərini nəzərə almaq daha vacib ola bilər, çünki bəzi kameralarda kvant səmərəliliyi əyrinin həddindən artıq uclarında digərlərindən dəfələrlə böyük ola bilər.
X-şüalarına həssaslıq
Bəzi silikon kamera sensorları spektrin görünən işıq hissəsində işləyə bilər, eyni zamanda rentgen şüalarının bəzi dalğa uzunluqlarını aşkar edə bilir. Bununla belə, kameralar adətən həm rentgen şüalarının kamera elektronikasına təsirinin öhdəsindən gəlmək, həm də ümumiyyətlə rentgen sınaqları üçün istifadə olunan vakuum kameralarının öhdəsindən gəlmək üçün xüsusi mühəndislik tələb edir.
İnfraqırmızı kameralar
Nəhayət, silikona deyil, digər materiallara əsaslanan sensorlar tamamilə fərqli QE əyriləri nümayiş etdirə bilər. Məsələn, silisium əvəzinə İndium Qallium Arsenide əsaslanan InGaAs infraqırmızı kameraları sensor variantından asılı olaraq NIR-də maksimum təxminən 2700nm-ə qədər geniş dalğa uzunluğu diapazonlarını aşkar edə bilir.
Kvant Effektivliyi və Digər Kamera Xüsusiyyətləri
Kvant səmərəliliyi əsas performans göstəricisidir, lakin o, təcrid olunmuş şəkildə işləmir. Bunun digər mühüm kamera spesifikasiyası ilə əlaqəsi budur:
QE və Həssaslıq
Həssaslıq kameranın zəif siqnalları aşkar etmək qabiliyyətidir. QE həssaslığa birbaşa töhfə verir, lakin piksel ölçüsü, oxunan səs-küy və qaranlıq cərəyan kimi digər amillər də rol oynayır.
QE və Siqnaldan Səs Nisbəti (SNR)
Daha yüksək QE hər bir fotona daha çox siqnal (elektron) yaradaraq SNR-ni yaxşılaşdırır. Lakin zəif elektronika və ya qeyri-adekvat soyutma səbəbindən həddindən artıq səs-küy hələ də təsviri pisləşdirə bilər.
QE və Dinamik Aralıq
QE nə qədər işığın aşkarlanmasına təsir etsə də, dinamik diapazon kameranın idarə edə biləcəyi ən parlaq və ən qaranlıq siqnallar arasındakı nisbəti təsvir edir. Zəif dinamik diapazonu olan yüksək QE kamerası yüksək kontrastlı səhnələrdə hələ də aşağı nəticələr verə bilər.
Bir sözlə, kvant səmərəliliyi kritikdir, lakin həmişə onu tamamlayıcı xüsusiyyətlərlə birlikdə qiymətləndirin.
"Yaxşı" Kvant Səmərəliliyi nədir?
Heç bir universal "ən yaxşı" QE yoxdur - bu, tətbiqinizdən asılıdır. Yəni, burada ümumi meyarlar var:
| QE diapazonu | Performans Səviyyəsi | İstifadə halları |
| <40% | Aşağı | Elmi istifadə üçün ideal deyil |
| 40-60% | Orta | Giriş səviyyəsində elmi tətbiqlər |
| 60-80% | Yaxşı | Əksər görüntüləmə işləri üçün uyğundur |
| 80–95% | Əla | Aşağı işıqlı, yüksək dəqiqlikli və ya foton məhdud görüntüləmə |
Həmçinin, istədiyiniz spektral diapazonda pik QE ilə orta QE-ni nəzərdən keçirin.
Nəticə
Kvant səmərəliliyi elmi görüntüləmə cihazının seçilməsində ən vacib, lakin diqqətdən kənarda qalan amillərdən biridir. CCD-ləri, sCMOS kameralarını və ya CMOS kameralarını qiymətləndirirsinizsə, QE-ni başa düşmək sizə kömək edir:
● Kameranızın real işıqlandırma şəraitində necə işləyəcəyini təxmin edin
● Məhsulları marketinq iddialarından kənarda obyektiv şəkildə müqayisə edin
● Kamera xüsusiyyətlərini elmi tələblərinizlə uyğunlaşdırın
Sensor texnologiyası inkişaf etdikcə, bugünkü yüksək QE elmi kameraları müxtəlif tətbiqlərdə diqqətəlayiq həssaslıq və çox yönlülük təklif edir. Ancaq avadanlıq nə qədər inkişaf etmiş olursa olsun, düzgün alət seçmək kvant səmərəliliyinin daha böyük mənzərəyə necə uyğun gəldiyini anlamaqdan başlayır.
Tez-tez verilən suallar
Elmi kamerada daha yüksək kvant səmərəliliyi həmişə yaxşıdırmı?
Daha yüksək kvant səmərəliliyi (QE) ümumiyyətlə kameranın flüoresan mikroskopiya, astronomiya və tək molekullu görüntüləmə kimi tətbiqlərdə dəyərli olan aşağı işıq səviyyələrini aşkar etmək qabiliyyətini yaxşılaşdırır. Bununla belə, QE balanslaşdırılmış performans profilinin yalnız bir hissəsidir. Zəif dinamik diapazon, yüksək oxuma səsi və ya qeyri-kafi soyutma ilə yüksək QE kamerası hələ də optimal olmayan nəticələr verə bilər. Ən yaxşı performans üçün QE-ni həmişə səs-küy, bit dərinliyi və sensor arxitekturası kimi digər əsas xüsusiyyətlərlə birlikdə qiymətləndirin.
Kvant səmərəliliyi necə ölçülür?
Kvant səmərəliliyi müəyyən bir dalğa uzunluğunda məlum sayda fotonlu bir sensoru işıqlandırmaq və sonra sensorun yaratdığı elektronların sayını hesablamaqla ölçülür. Bu, adətən kalibrlənmiş monoxromatik işıq mənbəyi və istinad fotodiodundan istifadə etməklə edilir. Nəticə QE dəyəri QE əyrisi yaratmaq üçün dalğa uzunluqları üzrə çəkilir. Bu, kameranı tətbiqinizin işıq mənbəyinə və ya emissiya diapazonuna uyğunlaşdırmaq üçün vacib olan sensorun spektral reaksiyasını təyin etməyə kömək edir.
Proqram təminatı və ya xarici filtrlər kvant səmərəliliyini artıra bilərmi?
Xeyr. Kvant Səmərəliliyi təsvir sensorunun daxili, aparat səviyyəli xüsusiyyətidir və proqram təminatı və ya xarici aksesuarlar tərəfindən dəyişdirilə bilməz. Bununla belə, filtrlər siqnal-küy nisbətini artırmaqla (məsələn, flüoresan tətbiqlərində emissiya filtrlərindən istifadə etməklə) ümumi görüntü keyfiyyətini yaxşılaşdıra bilər və proqram təminatı səs-küyün azaldılması və ya sonrakı emalda kömək edə bilər. Yenə də bunlar QE dəyərinin özünü dəyişmir.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Bütün hüquqlar qorunur. İstinad edərkən mənbəni qeyd edin:www.tucsen.com
