25/08/15Mewn delweddu gwyddonol, mae cywirdeb yn bopeth. P'un a ydych chi'n dal signalau fflwroleuedd golau isel neu'n olrhain gwrthrychau nefol gwan, mae gallu eich camera i ganfod golau yn dylanwadu'n uniongyrchol ar ansawdd eich canlyniadau. Un o'r ffactorau pwysicaf, ond sy'n aml yn cael ei gamddeall, yn yr hafaliad hwn yw effeithlonrwydd cwantwm (QE).
Bydd y canllaw hwn yn eich tywys drwy beth yw QE, pam ei fod yn bwysig, sut i ddehongli manylebau QE, a sut mae'n cymharu ar draws mathau o synwyryddion. Os ydych chi'n chwilio amcamera gwyddonolneu ddim ond ceisio gwneud synnwyr o daflenni data camera, mae hyn ar eich cyfer chi.
Ffigur: Enghreifftiau o gromlin QE camera nodweddiadol Tucsen
(a)Aries 6510(b)Dhyana 6060BSI(c)Libra 22
Beth yw Effeithlonrwydd Cwantwm?
Effeithlonrwydd Cwantwm yw'r tebygolrwydd y bydd ffoton sy'n cyrraedd synhwyrydd y camera yn cael ei ganfod mewn gwirionedd, a rhyddhau ffotoelectron yn y silicon.
Mewn sawl cam yn nhaith y ffoton tuag at y pwynt hwn, mae rhwystrau a all amsugno ffotonau neu eu hadlewyrchu i ffwrdd. Yn ogystal, nid oes unrhyw ddeunydd yn 100% dryloyw i bob tonfedd ffoton, ac mae gan unrhyw newidiadau yng nghyfansoddiad y deunydd gyfle i adlewyrchu neu wasgaru ffotonau.
Wedi'i fynegi fel canran, diffinnir effeithlonrwydd cwantwm fel:
QE (%) = (Nifer yr electronau a gynhyrchwyd / Nifer y ffotonau sy'n digwydd) × 100
Mae dau brif fath:
●QE AllanolPerfformiad wedi'i fesur gan gynnwys effeithiau fel adlewyrchiad a chollfeydd trosglwyddo.
●QE MewnolYn mesur effeithlonrwydd trosi o fewn y synhwyrydd ei hun, gan dybio bod yr holl ffotonau'n cael eu hamsugno.
Mae QE uwch yn golygu sensitifrwydd golau gwell a signalau delwedd cryfach, yn enwedig mewn senarios golau isel neu ffotonau cyfyngedig.
Pam Mae Effeithlonrwydd Cwantwm yn Bwysig mewn Camerâu Gwyddonol?
Wrth ddelweddu, mae bob amser yn ddefnyddiol dal y ganran uchaf o ffotonau sy'n dod i mewn y gallwn, yn enwedig mewn cymwysiadau sy'n gofyn am sensitifrwydd uchel.
Fodd bynnag, mae synwyryddion effeithlonrwydd cwantwm uchel yn tueddu i fod yn ddrytach. Mae hyn oherwydd yr her beirianyddol o wneud y mwyaf o'r ffactor llenwi wrth gynnal swyddogaeth picsel, a hefyd oherwydd y broses goleuo cefn. Mae'r broses hon, fel y byddwch chi'n dysgu, yn galluogi'r effeithlonrwydd cwantwm uchaf - ond mae'n dod â chymhlethdod gweithgynhyrchu llawer mwy.
Fel pob manyleb camera, rhaid pwyso a mesur yr angen am effeithlonrwydd cwantwm bob amser yn erbyn ffactorau eraill ar gyfer eich cymhwysiad delweddu penodol. Er enghraifft, gall cyflwyno caead byd-eang ddod â manteision i lawer o gymwysiadau, ond fel arfer ni ellir ei weithredu ar synhwyrydd BI. Ymhellach, mae'n gofyn am ychwanegu transistor ychwanegol at y picsel. Gall hyn leihau'r ffactor llenwi ac felly effeithlonrwydd cwantwm, hyd yn oed o'i gymharu â synwyryddion FI eraill.
Cymwysiadau enghreifftiol lle gall QE fod yn bwysig
Ychydig o gymwysiadau enghreifftiol:
● Delweddu golau isel a fflwroleuedd o samplau biolegol heb eu sefydlogi
● Delweddu cyflym
● Cymwysiadau meintiol sy'n gofyn am fesuriadau dwyster manwl iawn
QE yn ôl Math o Synhwyrydd
Mae gwahanol dechnolegau synhwyrydd delwedd yn arddangos gwahanol effeithlonrwydd cwantwm. Dyma sut mae QE fel arfer yn cymharu ar draws prif fathau o synwyryddion:
CCD (Dyfais Cyplysedig â Gwefr)
Yn draddodiadol, roeddent yn ffafrio delweddu gwyddonol oherwydd eu sŵn isel a'u QE uchel, gan gyrraedd uchafbwynt rhwng 70 a 90% yn aml. Mae CCDs yn rhagori mewn cymwysiadau fel seryddiaeth a delweddu amlygiad hir.
CMOS (Lled-ddargludydd Ocsid Metel Cyflenwol)
Ar un adeg roedd synwyryddion CMOS modern, yn enwedig dyluniadau â goleuadau cefn, wedi dal i fyny'n sylweddol, wedi cael eu cyfyngu gan QE is a sŵn darllen uwch. Mae llawer bellach yn cyrraedd gwerthoedd QE brig uwchlaw 80%, gan gynnig perfformiad rhagorol gyda chyfraddau ffrâm cyflymach a defnydd pŵer is.
Archwiliwch ein hamrywiaeth o uwchCamera CMOSmodelau i weld pa mor bell y mae'r dechnoleg hon wedi dod, felCamera sCMOS Libra 3405M Tucsen, camera wyddonol sensitifrwydd uchel a gynlluniwyd ar gyfer cymwysiadau heriol mewn mannau lle mae golau isel.
sCMOS (CMOS Gwyddonol)
Dosbarth arbenigol o CMOS wedi'i gynllunio ar gyfer delweddu gwyddonol,camera sCMOSMae technoleg yn cyfuno QE uchel (fel arfer 70–95%) â sŵn isel, ystod ddeinamig uchel, a chaffael cyflym. Yn ddelfrydol ar gyfer delweddu celloedd byw, microsgopeg cyflym, a fflwroleuedd aml-sianel.
Sut i Ddarllen Cromlin Effeithlonrwydd Cwantwm
Mae gweithgynhyrchwyr fel arfer yn cyhoeddi cromlin QE sy'n plotio effeithlonrwydd (%) ar draws tonfeddi (nm). Mae'r cromliniau hyn yn hanfodol ar gyfer pennu sut mae camera'n perfformio mewn ystodau sbectrol penodol.
Elfennau allweddol i chwilio amdanynt:
●QE brig: Yr effeithlonrwydd mwyaf, yn aml yn yr ystod 500–600 nm (golau gwyrdd).
●Ystod Tonfedd: Y ffenestr sbectrol ddefnyddiadwy lle mae QE yn parhau uwchlaw trothwy defnyddiol (e.e., >20%).
●Parthau GollwngMae QE yn tueddu i ostwng yn y rhanbarthau UV (<400 nm) ac NIR (>800 nm).
Mae dehongli'r gromlin hon yn eich helpu i baru cryfderau'r synhwyrydd â'ch cymhwysiad, p'un a ydych chi'n delweddu yn y sbectrwm gweladwy, is-goch agos, neu UV.
Dibyniaeth Tonfedd Effeithlonrwydd Cwantwm
Ffigur: Cromlin QE yn dangos gwerthoedd nodweddiadol ar gyfer synwyryddion silicon wedi'u goleuo o'r blaen a'r cefn
NODYNMae'r graff yn dangos tebygolrwydd canfod ffotonau (effeithlonrwydd cwantwm, %) yn erbyn tonfedd ffotonau ar gyfer pedwar camera enghreifftiol. Gall amrywiadau a haenau synhwyrydd gwahanol newid y cromliniau hyn yn sylweddol.
Mae effeithlonrwydd cwantwm yn ddibynnol iawn ar donfedd, fel y dangosir yn y ffigur. Mae mwyafrif y synwyryddion camera sy'n seiliedig ar silicon yn arddangos eu heffeithlonrwydd cwantwm brig yn rhan weladwy'r sbectrwm, yn fwyaf cyffredin yn y rhanbarth gwyrdd i felyn, o tua 490nm i 600nm. Gellir addasu cromliniau QE trwy orchuddion synhwyrydd ac amrywiadau deunydd i ddarparu QE brig tua 300nm yn yr uwchfioled (UV), tua 850nm yn yr is-goch agos (NIR), a llawer o opsiynau rhyngddynt.
Mae pob camera sy'n seiliedig ar silicon yn dangos dirywiad mewn effeithlonrwydd cwantwm tuag at 1100nm, lle nad oes gan ffotonau ddigon o egni mwyach i ryddhau ffotoelectronau. Gall perfformiad UV fod yn gyfyngedig iawn mewn synwyryddion â microlensys neu wydr ffenestr sy'n blocio UV, sy'n cyfyngu ar olau tonfedd fer rhag cyrraedd y synhwyrydd.
Rhyngddynt, anaml y mae cromliniau QE yn llyfn ac yn wastad, ac yn lle hynny maent yn aml yn cynnwys copaon a phenllannau bach a achosir gan wahanol briodweddau deunydd a thryloywder y deunyddiau y mae'r picsel wedi'i wneud ohonynt.
Mewn cymwysiadau sydd angen sensitifrwydd UV neu NIR, gall ystyried cromliniau effeithlonrwydd cwantwm ddod yn llawer pwysicach, gan y gall effeithlonrwydd cwantwm mewn rhai camerâu fod sawl gwaith yn fwy nag eraill ar bennau eithaf y gromlin.
Sensitifrwydd Pelydr-X
Gall rhai synwyryddion camera silicon weithredu yn rhan golau gweladwy'r sbectrwm, tra hefyd yn gallu canfod rhai tonfeddi o belydrau-X. Fodd bynnag, mae camerâu fel arfer angen peirianneg benodol i ymdopi ag effaith pelydrau-X ar electroneg camera, a chyda'r siambrau gwactod a ddefnyddir yn gyffredinol ar gyfer arbrofion pelydr-X.
Camerâu Is-goch
Yn olaf, gall synwyryddion sy'n seiliedig nid ar silicon ond ar ddeunyddiau eraill arddangos cromliniau QE hollol wahanol. Er enghraifft, gall camerâu is-goch InGaAs, sy'n seiliedig ar Indium Gallium Arsenide yn lle silicon, ganfod ystodau tonfedd eang yn yr NIR, hyd at uchafswm o tua 2700nm, yn dibynnu ar yr amrywiad synhwyrydd.
Effeithlonrwydd Cwantwm vs. Manylebau Camera Eraill
Mae effeithlonrwydd cwantwm yn fetrig perfformiad allweddol, ond nid yw'n gweithredu ar ei ben ei hun. Dyma sut mae'n berthnasol i fanylebau camera pwysig eraill:
QE yn erbyn Sensitifrwydd
Sensitifrwydd yw gallu'r camera i ganfod signalau gwan. Mae QE yn cyfrannu'n uniongyrchol at sensitifrwydd, ond mae ffactorau eraill fel maint picsel, sŵn darllen, a cherrynt tywyll hefyd yn chwarae rhan.
QE vs. Cymhareb Signal-i-Sŵn (SNR)
Mae QE uwch yn gwella SNR trwy gynhyrchu mwy o signal (electronau) fesul ffoton. Ond gall sŵn gormodol, oherwydd electroneg wael neu oeri annigonol, ddirywio'r ddelwedd o hyd.
QE yn erbyn Ystod Dynamig
Er bod QE yn effeithio ar faint o olau sy'n cael ei ganfod, mae ystod ddeinamig yn disgrifio'r gymhareb rhwng y signalau mwyaf disglair a thywyll y gall y camera eu trin. Gall camera QE uchel gydag ystod ddeinamig wael gynhyrchu canlyniadau israddol mewn golygfeydd cyferbyniad uchel o hyd.
Yn fyr, mae effeithlonrwydd cwantwm yn hanfodol, ond gwerthuswch ef bob amser ochr yn ochr â manylebau cyflenwol.
Beth yw Effeithlonrwydd Cwantwm "Da"?
Nid oes unrhyw QE "gorau" cyffredinol—mae'n dibynnu ar eich cymhwysiad. Wedi dweud hynny, dyma feincnodau cyffredinol:
| Ystod QE | Lefel Perfformiad | Achosion Defnydd |
| <40% | Isel | Ddim yn ddelfrydol ar gyfer defnydd gwyddonol |
| 40–60% | Cyfartaledd | Cymwysiadau gwyddonol lefel mynediad |
| 60–80% | Da | Addas ar gyfer y rhan fwyaf o dasgau delweddu |
| 80–95% | Ardderchog | Delweddu golau isel, manwl gywirdeb uchel, neu wedi'i gyfyngu gan ffotonau |
Hefyd, ystyriwch QE brig o'i gymharu â QE cyfartalog ar draws eich ystod sbectrol dymunol.
Casgliad
Mae effeithlonrwydd cwantwm yn un o'r ffactorau pwysicaf, ond sy'n cael ei anwybyddu, wrth ddewis dyfais delweddu wyddonol. P'un a ydych chi'n gwerthuso CCDs, camerâu sCMOS, neu gamerâu CMOS, mae deall effeithlonrwydd cwantwm yn eich helpu i:
● Rhagfynegwch sut y bydd eich camera yn perfformio o dan amodau goleuo go iawn
● Cymharwch gynhyrchion yn wrthrychol y tu hwnt i honiadau marchnata
● Cydweddu manylebau'r camera â'ch gofynion gwyddonol
Wrth i dechnoleg synwyryddion ddatblygu, mae camerâu gwyddonol QE uchel heddiw yn cynnig sensitifrwydd a hyblygrwydd rhyfeddol ar draws amrywiol gymwysiadau. Ond ni waeth pa mor ddatblygedig yw'r caledwedd, mae dewis yr offeryn cywir yn dechrau gyda deall sut mae effeithlonrwydd cwantwm yn ffitio i'r darlun ehangach.
Cwestiynau Cyffredin
A yw effeithlonrwydd cwantwm uwch bob amser yn well mewn camera wyddonol?
Yn gyffredinol, mae effeithlonrwydd cwantwm (QE) uwch yn gwella gallu camera i ganfod lefelau isel o olau, sy'n werthfawr mewn cymwysiadau fel microsgopeg fflwroleuol, seryddiaeth, a delweddu moleciwl sengl. Fodd bynnag, dim ond un rhan o broffil perfformiad cytbwys yw QE. Gall camera QE uchel gydag ystod ddeinamig wael, sŵn darllen uchel, neu oeri annigonol barhau i ddarparu canlyniadau is-optimaidd. I gael y perfformiad gorau, gwerthuswch QE bob amser ar y cyd â manylebau allweddol eraill fel sŵn, dyfnder didau, a phensaernïaeth synhwyrydd.
Sut mae effeithlonrwydd cwantwm yn cael ei fesur?
Mesurir effeithlonrwydd cwantwm drwy oleuo synhwyrydd gyda nifer hysbys o ffotonau ar donfedd benodol ac yna cyfrif nifer yr electronau a gynhyrchir gan y synhwyrydd. Gwneir hyn fel arfer gan ddefnyddio ffynhonnell golau monocromatig wedi'i graddnodi a ffotodiod cyfeirio. Caiff y gwerth QE canlyniadol ei blotio ar draws tonfeddi i greu cromlin QE. Mae hyn yn helpu i bennu ymateb sbectrol y synhwyrydd, sy'n hanfodol ar gyfer paru'r camera â ffynhonnell golau neu ystod allyriadau eich cymhwysiad.
A all meddalwedd neu hidlwyr allanol wella effeithlonrwydd cwantwm?
Na. Mae Effeithlonrwydd Cwantwm yn briodwedd gynhenid, lefel caledwedd y synhwyrydd delwedd ac ni ellir ei newid gan feddalwedd nac ategolion allanol. Fodd bynnag, gall hidlwyr wella ansawdd cyffredinol y ddelwedd trwy wella'r gymhareb signal-i-sŵn (e.e., defnyddio hidlwyr allyriadau mewn cymwysiadau fflwroleuol), a gall meddalwedd helpu gyda lleihau sŵn neu ôl-brosesu. Eto i gyd, nid yw'r rhain yn newid y gwerth QE ei hun.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Cedwir pob hawl. Wrth ddyfynnu, cydnabyddwch y ffynhonnell:www.tucsen.com
