25/08/15Գիտական պատկերագրության մեջ ճշգրտությունը ամեն ինչ է: Անկախ նրանից, թե դուք նկարահանում եք թույլ լուսավորության ֆլուորեսցենցիայի ազդանշաններ, թե հետևում եք թույլ երկնային մարմիններին, ձեր տեսախցիկի լույսը հայտնաբերելու ունակությունը անմիջականորեն ազդում է ձեր արդյունքների որակի վրա: Այս հավասարման ամենակարևոր, բայց հաճախ սխալ հասկացված գործոններից մեկը քվանտային արդյունավետությունն է (ՔԱ):
Այս ուղեցույցը ձեզ կբացատրի, թե ինչ է QE-ն, ինչու է այն կարևոր, ինչպես մեկնաբանել QE-ի սպեցիֆիկացիաները և ինչպես է այն համեմատվում տարբեր տեսակի սենսորների հետ։ Եթե դուք փնտրում եք…գիտական տեսախցիկկամ պարզապես փորձում եք հասկանալ տեսախցիկի տվյալների թերթիկները, սա ձեզ համար է։
Նկար՝ Թուսենի տիպիկ տեսախցիկի QE կորի օրինակներ
(ա)Խոյ 6510(բ)Դհյանա 6060BSI(գ)Կշեռք 22
Ի՞նչ է քվանտային արդյունավետությունը։
Քվանտային արդյունավետությունը տեսախցիկի սենսորին հասնող ֆոտոնի իրականում հայտնաբերման և սիլիցիումում ֆոտոէլեկտրոն արտանետելու հավանականությունն է։
Ֆոտոնի այս կետին տանող ճանապարհորդության բազմաթիվ փուլերում կան խոչընդոտներ, որոնք կարող են կլանել ֆոտոնները կամ անդրադարձնել դրանք։ Բացի այդ, ոչ մի նյութ 100% թափանցիկ չէ ֆոտոնի յուրաքանչյուր ալիքի երկարության համար, բացի այդ, նյութի կազմի ցանկացած փոփոխություն կարող է անդրադարձնել կամ ցրել ֆոտոնները։
Տոկոսային արտահայտությամբ քվանտային արդյունավետությունը սահմանվում է որպես՝
QE (%) = (Գեներացված էլեկտրոնների քանակը / Միջադեպային ֆոտոնների քանակը) × 100
Կան երկու հիմնական տեսակներ՝
●Արտաքին քանակական մեղմացումՉափված կատարողականություն, ներառյալ անդրադարձման և փոխանցման կորուստների նման էֆեկտները։
●Ներքին քանակական սահմանափակումՉափում է փոխակերպման արդյունավետությունը սենսորի ներսում՝ ենթադրելով, որ բոլոր ֆոտոնները կլանված են։
Ավելի բարձր QE-ն նշանակում է ավելի լավ լուսազգայունություն և ավելի ուժեղ պատկերային ազդանշաններ, հատկապես թույլ լուսավորության կամ ֆոտոնների սահմանափակ պայմաններում։
Ինչո՞ւ է քվանտային արդյունավետությունը կարևոր գիտական տեսախցիկներում։
Պատկերագրման մեջ միշտ օգտակար է որսալ մուտքային ֆոտոնների հնարավորինս բարձր տոկոսը, հատկապես բարձր զգայունություն պահանջող կիրառություններում։
Սակայն, բարձր քվանտային արդյունավետության սենսորները, որպես կանոն, ավելի թանկ են։ Սա պայմանավորված է պիքսելային ֆունկցիան պահպանելով լրացման գործակիցը մաքսիմալացնելու ինժեներական մարտահրավերով, ինչպես նաև հետին լուսավորության գործընթացով։ Այս գործընթացը, ինչպես կսովորեք, հնարավորություն է տալիս հասնել ամենաբարձր քվանտային արդյունավետությանը, սակայն այն ուղեկցվում է արտադրական բարդության զգալի աճով։
Ինչպես բոլոր տեսախցիկների սպեցիֆիկացիաները, քվանտային արդյունավետության անհրաժեշտությունը միշտ պետք է համեմատվի այլ գործոնների հետ՝ ձեր պատկերագրման կոնկրետ կիրառման համար: Օրինակ, գլոբալ փակաղակի ներդրումը կարող է առավելություններ բերել բազմաթիվ կիրառությունների համար, բայց սովորաբար չի կարող իրականացվել BI սենսորի վրա: Ավելին, այն պահանջում է պիքսելին լրացուցիչ տրանզիստորի ավելացում: Սա կարող է նվազեցնել լրացման գործակիցը և, հետևաբար, քվանտային արդյունավետությունը, նույնիսկ այլ FI սենսորների համեմատ:
Օրինակներ, որտեղ քանակական նվազեցումը կարող է կարևոր լինել
Մի քանի օրինակ կիրառություններ՝
● Ոչ ֆիքսված կենսաբանական նմուշների թույլ լուսավորության և ֆլուորեսցենտային պատկերացում
● Բարձր արագությամբ պատկերացում
● Բարձր ճշգրտության ինտենսիվության չափումներ պահանջող քանակական կիրառություններ
Քանակական վերլուծության մեթոդը (QE) ըստ սենսորի տեսակի
Տարբեր պատկերի սենսորային տեխնոլոգիաները ցուցաբերում են տարբեր քվանտային արդյունավետություն: Ահա, թե ինչպես է Քվանտային Էքսի արդյունավետությունը սովորաբար համեմատվում տարբեր սենսորների հիմնական տեսակների միջև.
CCD (լիցքավորմամբ միացված սարք)
Ավանդաբար, CCD-ները նախընտրելի են եղել գիտական պատկերման համար՝ ցածր աղմուկի և բարձր քանակական էֆեկտի (QE) համար, որը հաճախ հասնում է 70-90% գագաթնակետին:
CMOS (Լրացուցիչ մետաղ-օքսիդ-կիսահաղորդիչ)
Ժամանակակից CMOS սենսորները, հատկապես հետին լուսավորությամբ դիզայնները, որոնք մի ժամանակ սահմանափակված էին ցածր QE-ով և բարձր ընթերցման աղմուկով, զգալիորեն հասել են այդ մակարդակին։ Այժմ շատերը հասնում են 80%-ից բարձր QE արժեքների՝ ապահովելով գերազանց կատարողականություն՝ ավելի արագ կադրերի հաճախականությամբ և ավելի ցածր էներգիայի սպառմամբ։
Ուսումնասիրեք մեր առաջադեմ տեսականինCMOS տեսախցիկմոդելներ՝ տեսնելու համար, թե որքանով է առաջ գնացել այս տեխնոլոգիան, օրինակ՝Թուսենի Libra 3405M sCMOS տեսախցիկը, բարձր զգայունության գիտական տեսախցիկ, որը նախատեսված է ցածր լուսավորության պայմաններում նկարահանման պահանջկոտ ծրագրերի համար։
sCMOS (Գիտական CMOS)
CMOS-ի մասնագիտացված դաս, որը նախատեսված է գիտական պատկերման համար,sCMOS տեսախցիկՏեխնոլոգիան համատեղում է բարձր QE-ն (սովորաբար 70–95%) ցածր աղմուկի, բարձր դինամիկ տիրույթի և արագ ձեռքբերման հետ։ Այն իդեալական է կենդանի բջիջների պատկերման, բարձր արագությամբ մանրադիտակի և բազմալիք ֆլուորեսցենցիայի համար։
Ինչպես կարդալ քվանտային արդյունավետության կորը
Արտադրողները սովորաբար հրապարակում են QE կոր, որը գծագրում է արդյունավետությունը (%) ալիքի երկարությունների (նմ) տարբեր մասերում: Այս կորերը կարևոր են որոշակի սպեկտրալ միջակայքերում տեսախցիկի աշխատանքը որոշելու համար:
Հիմնական տարրեր, որոնք պետք է փնտրել.
●Պիկ Քանակական ԷֆեկտԱռավելագույն արդյունավետությունը, հաճախ 500–600 նմ տիրույթում (կանաչ լույս):
●Ալիքի երկարության միջակայքՕգտագործելի սպեկտրալ պատուհանը, որտեղ QE-ն մնում է օգտակար շեմից բարձր (օրինակ՝ >20%)։
●Ելքի գոտիներՔանակական էֆեկտը հակված է նվազման ուլտրամանուշակագույն (<400 նմ) և ինֆրակարմիր (>800 նմ) տիրույթներում։
Այս կորի մեկնաբանումը կօգնի ձեզ համապատասխանեցնել սենսորի ուժեղ կողմերը ձեր կիրառմանը, անկախ նրանից՝ պատկերում եք տեսանելի սպեկտրում, մոտ-ինֆրակարմիրում, թե ուլտրամանուշակագույնում։
Քվանտային արդյունավետության ալիքի երկարությունից կախվածությունը
Նկար՝ QE կորը, որը ցույց է տալիս առջևի և հետևի լուսավորությամբ սիլիցիումային հիմքով սենսորների բնորոշ արժեքները
ՆՇՈՒՄԳրաֆիկը ցույց է տալիս ֆոտոնի հայտնաբերման հավանականությունը (քվանտային արդյունավետություն, %)՝ համեմատած ֆոտոնի ալիքի երկարության հետ չորս օրինակ տեսախցիկների համար: Սենսորների տարբեր տարբերակները և ծածկույթները կարող են զգալիորեն տեղաշարժել այս կորերը:
Քվանտային արդյունավետությունը մեծապես կախված է ալիքի երկարությունից, ինչպես ցույց է տրված նկարում: Սիլիցիումային տեսախցիկների սենսորների մեծ մասը իրենց գագաթնակետային քվանտային արդյունավետությունը ցուցաբերում է սպեկտրի տեսանելի մասում, առավել հաճախ՝ կանաչից մինչև դեղին շրջաններում, մոտ 490 նմ-ից մինչև 600 նմ: Քվանտային արդյունավետության կորերը կարող են փոփոխվել սենսորների ծածկույթների և նյութերի տարբերակների միջոցով՝ ապահովելու համար գագաթնակետային քվանտային արդյունավետություն մոտ 300 նմ-ում՝ ուլտրամանուշակագույն (UV), մոտ 850 նմ-ում՝ մոտ ինֆրակարմիր (NIR) սպեկտրում, և բազմաթիվ այլ տարբերակների միջև:
Բոլոր սիլիցիումային տեսախցիկները ցուցաբերում են քվանտային արդյունավետության անկում դեպի 1100 նմ, որի դեպքում ֆոտոնները այլևս բավարար էներգիա չունեն ֆոտոէլեկտրոններ արտանետելու համար: Ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման արդյունավետությունը կարող է խիստ սահմանափակվել միկրոլինզաներով կամ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը կասեցնող պատուհանի ապակիներով սենսորներում, որոնք սահմանափակում են կարճալիք լույսի հասանությունը սենսորին:
Միջինում, QE կորերը հազվադեպ են հարթ և հավասար, և փոխարենը հաճախ ներառում են փոքր գագաթներ և անկումներ, որոնք պայմանավորված են պիքսելի կազմի մեջ մտնող նյութերի տարբեր հատկություններով և թափանցիկությամբ։
Ուլտրամանուշակագույն կամ ՆԻՀ զգայունություն պահանջող կիրառություններում քվանտային արդյունավետության կորերի դիտարկումը կարող է շատ ավելի կարևոր դառնալ, քանի որ որոշ տեսախցիկներում քվանտային արդյունավետությունը կորի ծայրահեղ ծայրերում կարող է մի քանի անգամ ավելի մեծ լինել, քան մյուսներում։
Ռենտգենյան զգայունություն
Որոշ սիլիկոնային տեսախցիկների սենսորներ կարող են աշխատել սպեկտրի տեսանելի լույսի մասում, միաժամանակ ունակ լինելով հայտնաբերելու ռենտգենյան ճառագայթների որոշ ալիքի երկարություններ: Այնուամենայնիվ, տեսախցիկները սովորաբար պահանջում են հատուկ ինժեներական մշակում՝ ինչպես ռենտգենյան ճառագայթների ազդեցությունը տեսախցիկի էլեկտրոնիկայի վրա, այնպես էլ ռենտգենյան փորձերի համար սովորաբար օգտագործվող վակուումային խցիկների հետ հաղթահարելու համար:
Ինֆրակարմիր տեսախցիկներ
Վերջապես, ոչ թե սիլիցիումի, այլ այլ նյութերի վրա հիմնված սենսորները կարող են ցուցադրել բոլորովին տարբեր QE կորեր: Օրինակ՝ InGaAs ինֆրակարմիր տեսախցիկները, որոնք հիմնված են սիլիցիումի փոխարեն ինդիում-գալիում-արսենիդի վրա, կարող են հայտնաբերել լայն ալիքի երկարություն NIR-ում, մինչև առավելագույնը մոտ 2700 նմ, կախված սենսորային տարբերակից:
Քվանտային արդյունավետությունը ընդդեմ տեսախցիկի այլ տեխնիկական բնութագրերի
Քվանտային արդյունավետությունը կատարողականի հիմնական չափանիշ է, բայց այն չի գործում մեկուսացված։ Ահա, թե ինչպես է այն կապված տեսախցիկի այլ կարևոր տեխնիկական բնութագրերի հետ.
Քանակական նվազեցման արդյունավետությունը ընդդեմ զգայունության
Զգայունությունը տեսախցիկի թույլ ազդանշաններ հայտնաբերելու ունակությունն է: Քանակական էֆեկտը (QE) անմիջականորեն նպաստում է զգայունությանը, սակայն այլ գործոններ, ինչպիսիք են պիքսելի չափը, կարդացած աղմուկը և մութ հոսանքը, նույնպես դեր են խաղում:
QE ընդդեմ ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցության (SNR)
Ավելի բարձր QE-ն բարելավում է SNR-ը՝ յուրաքանչյուր ֆոտոնի համար ավելի շատ ազդանշան (էլեկտրոններ) առաջացնելով: Սակայն վատ էլեկտրոնիկայի կամ անբավարար սառեցման պատճառով չափազանց աղմուկը դեռ կարող է վատթարացնել պատկերը:
Քանակական Էներգիա ընդդեմ Դինամիկ Դիապազոնի
Թեև QE-ն ազդում է լույսի հայտնաբերման քանակի վրա, դինամիկ տիրույթը նկարագրում է տեսախցիկի կողմից մշակվող ամենապայծառ և ամենամութ ազդանշանների միջև հարաբերակցությունը: Բարձր QE-ով և վատ դինամիկ տիրույթով տեսախցիկը դեռևս կարող է ցածր արդյունքներ տալ բարձր կոնտրաստի տեսարաններում:
Ամփոփելով՝ քվանտային արդյունավետությունը կարևոր է, բայց միշտ գնահատեք այն լրացուցիչ սպեցիֆիկացիաների հետ միասին։
Ի՞նչ է «լավ» քվանտային արդյունավետությունը։
Համընդհանուր «լավագույն» քանակական նվազեցում գոյություն չունի՝ դա կախված է ձեր կիրառությունից: Այնուամենայնիվ, ահա ընդհանուր չափանիշները.
| Քանակական նվազեցման միջակայք | Կատարողականության մակարդակ | Օգտագործման դեպքեր |
| <40% | Ցածր | Հարմար չէ գիտական օգտագործման համար |
| 40–60% | Միջին | Սկսնակների համար նախատեսված գիտական կիրառություններ |
| 60–80% | Լավ | Հարմար է պատկերագրական աշխատանքների մեծ մասի համար |
| 80–95% | Գերազանց | Ցածր լուսավորության, բարձր ճշգրտության կամ ֆոտոնային սահմանափակ պատկերացում |
Նաև հաշվի առեք QE-ի գագաթնակետային հարաբերակցությունը և միջին QE-ն ձեր ցանկալի սպեկտրալ միջակայքում։
Եզրակացություն
Քվանտային արդյունավետությունը գիտական պատկերման սարք ընտրելիս ամենակարևոր, սակայն անտեսված գործոններից մեկն է: Անկախ նրանից, թե դուք գնահատում եք CCD-ներ, sCMOS տեսախցիկներ, թե CMOS տեսախցիկներ, QE-ի ըմբռնումը կօգնի ձեզ.
● Կանխատեսեք, թե ինչպես կաշխատի ձեր տեսախցիկը իրական լուսավորության պայմաններում
● Ապրանքները օբյեկտիվորեն համեմատեք մարքեթինգային պնդումներից այն կողմ
● Համապատասխանեցրեք տեսախցիկի տեխնիկական բնութագրերը ձեր գիտական պահանջներին
Քանի որ սենսորային տեխնոլոգիան զարգանում է, այսօրվա բարձր որակի արդյունավետությամբ գիտական տեսախցիկները առաջարկում են ուշագրավ զգայունություն և բազմակողմանիություն բազմազան կիրառություններում: Սակայն անկախ նրանից, թե որքան զարգացած է սարքավորումը, ճիշտ գործիքի ընտրությունը սկսվում է քվանտային արդյունավետության ավելի լայն պատկերի մեջ տեղավորվելու հասկացումից:
Հաճախակի տրվող հարցեր
Արդյո՞ք գիտական տեսախցիկում ավելի բարձր քվանտային արդյունավետությունը միշտ ավելի լավն է։
Բարձր քվանտային արդյունավետությունը (ՔԱ) ընդհանուր առմամբ բարելավում է տեսախցիկի լույսի ցածր մակարդակները հայտնաբերելու ունակությունը, ինչը արժեքավոր է այնպիսի կիրառություններում, ինչպիսիք են ֆլուորեսցենտային մանրադիտակը, աստղագիտությունը և միամոլեկուլային պատկերումը: Այնուամենայնիվ, ՔԱ-ն հավասարակշռված կատարողականի պրոֆիլի միայն մեկ մասն է: Բարձր ՔԱ-ով տեսախցիկը՝ վատ դինամիկ տիրույթով, բարձր ընթերցման աղմուկով կամ անբավարար սառեցմամբ, կարող է դեռևս ապահովել ոչ օպտիմալ արդյունքներ: Լավագույն կատարողականի համար միշտ գնահատեք ՔԱ-ն այլ հիմնական բնութագրերի հետ համատեղ, ինչպիսիք են աղմուկը, բիթային խորությունը և սենսորային ճարտարապետությունը:
Ինչպե՞ս է չափվում քվանտային արդյունավետությունը։
Քվանտային արդյունավետությունը չափվում է սենսորը որոշակի ալիքի երկարությամբ հայտնի թվով ֆոտոններով լուսավորելով, ապա սենսորով առաջացած էլեկտրոնների քանակը հաշվելով: Սա սովորաբար արվում է տրամաչափված մոնոքրոմատիկ լույսի աղբյուրի և հղման ֆոտոդիոդի միջոցով: Արդյունքում ստացված QE արժեքը գծագրվում է ալիքի երկարությունների վրա՝ QE կոր ստեղծելու համար: Սա օգնում է որոշել սենսորի սպեկտրալ արձագանքը, որը կարևոր է տեսախցիկը ձեր կիրառման լույսի աղբյուրին կամ ճառագայթման միջակայքին համապատասխանեցնելու համար:
Կարո՞ղ են ծրագրային ապահովումը կամ արտաքին ֆիլտրերը բարելավել քվանտային արդյունավետությունը։
Ոչ: Քվանտային արդյունավետությունը պատկերի սենսորի ներքին, սարքային մակարդակի հատկություն է և չի կարող փոփոխվել ծրագրային ապահովմամբ կամ արտաքին պարագաներով: Այնուամենայնիվ, ֆիլտրերը կարող են բարելավել պատկերի ընդհանուր որակը՝ բարելավելով ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը (օրինակ՝ ֆլուորեսցենցիայի կիրառություններում ճառագայթման ֆիլտրերի օգտագործումը), իսկ ծրագրային ապահովումը կարող է օգնել աղմուկի նվազեցման կամ հետմշակման հարցում: Այնուամենայնիվ, դրանք չեն փոխում QE արժեքը:
Tucsen Photonics Co., Ltd. Բոլոր իրավունքները պաշտպանված են։ Մեջբերելիս խնդրում ենք նշել աղբյուրը։www.tucsen.com
