25. mars 2022Í vísindamyndavélum,skynjaraarkitektúrgegnir lykilhlutverki í að ákvarða myndgæði, næmi og heildarafköst. Flestar nútíma háafkastamyndavélar notaCMOS (viðbótar málmoxíð hálfleiðari)tækni fyrir ljósnæmu pixlafylkinguna sem myndar myndina.
Innan CMOS skynjaratækni eru tvær helstu lýsingararkitektúrar:Lýst framhlið (FSI)ogBakhliðarljósskynjarar (BSI)Þó að báðar hönnunirnar séu mikið notaðar í vísindamyndavélum, þá er ólíkt hvernig ljós berst til ljósdíóða skynjarans.
Að skilja muninn á milliFSI og BSI sCMOS skynjarargetur hjálpað vísindamönnum og verkfræðingum að velja hentugustu myndavélina fyrir notkun eins og smásjárskoðun, myndgreiningu í lítilli birtu og aðrar krefjandi vísindalegar mælingar.
Hvað eru FSI og BSI sCMOS skynjarar?
Skynjaralíkanið vísar til þeirrar tegundar myndavélarskynjaratækni sem notuð er í myndgreiningartækjum. Í vísindalegum myndgreiningarkerfum gegnir skynjarinn mikilvægu hlutverki við að fanga innkomandi ljós og umbreyta því í rafmerki sem mynda lokamyndina.
NútímalegastvísindamyndavélarnýtaCMOStækni fyrir ljósnæma pixlafylkingu. CMOS skynjarar hafa orðið staðallinn í greininni fyrir afkastamikla myndgreiningu og eru mikið notaðir í smásjárskoðun, lífvísindarannsóknum og iðnaðarskoðun.
Innan CMOS skynjaratækni eru tvær helstu lýsingararkitektúrar notaðir í nútíma myndavélum:FSI skynjararogBSI skynjararÞó að báðar gerðirnar séu byggðar á sömu CMOS myndgreiningartækni, þá er ólíkt hvernig ljós ferðast í gegnum skynjarann áður en það nær ljósnemanum í sílikoninu.
Að skilja þennan byggingarlega mun er lykillinn að því að útskýra hvers vegnaBSI skynjarar bjóða oft upp á meiri næmni, sérstaklega í vísindalegum myndgreiningarumhverfi með lítilli birtu.
Hvernig virka framhliðarljósskynjarar (FSI)?
FSI skynjarar - einnig þekktir semframlýstir skynjarar (FI)—eru algengasta CMOS skynjaraarkitektúrinn sem notaður er í nútíma myndgreiningarkerfum. Þessi hönnun er víða notuð fyrst og fremst vegna þess að hún ereinfaldari og hagkvæmari í framleiðslu.
Í FSI skynjara eru raflögnin og smárarnir sem stjórna hverjum pixli staðsettirfyrir ofan ljósnæma kísillagiðÞví verða innkomandi ljóseindir að fara í gegnum þetta rafeindalag áður en þær ná til ljósdíóðanna sem nema ljós. Ef ljóseind lendir á þessum íhlutum gæti hún veriðfrásogast eða dreifstog kemur í veg fyrir að það nái til ljósnæma svæðisins.
Þessi uppbygging dregur úrfyllingarstuðullhverrar pixlu og lækkar virkaKvantanýtni(QE)—líkurnar á að innkomandi ljóseind verði greind. Þar af leiðandi bjóða FSI skynjarar almennt upp áminni næmi, sérstaklega í umhverfi þar sem birtan er lítil.
Kostir
●Einfaldara í framleiðslu– FSI skynjarar eru auðveldari í framleiðslu vegna þess að skynjarabyggingin krefst ekki þynningar á kísilundirlaginu.
●Lægri framleiðslukostnaður– Einfaldari framleiðsluferlið gerir upplýsta skynjara að framan hagkvæmari.
Ókostir
●Lægri næmi– Rafmagnsvírar og rafeindabúnaður eru staðsettur fyrir ofan ljósnema kísillinn, sem þýðir að sumar ljóseindir sem koma inn gætu verið lokaðar áður en þær ná til ljósdíóðunnar.
Mynd 1: Uppbygging pixla að framan og aftan
Hliðarsýn á pixlabyggingu fyrir framlýsta skynjara (vinstri) og afturlýsta skynjara (hægri). Sýnt að framan með eða án litasía, að aftan með eða án örlinsa. Sjá aðaltexta fyrir útskýringu á íhlutum.
Hvernig virka bakhliðarljósskynjarar (BSI)?
BSI skynjarar nota aðra arkitektúr sem er hannaður til að bæta skilvirkni ljóssöfnunar. Í þessari hönnun er skynjarauppbyggingin í raun...öfugt, sem gerir ljóseindir kleift að ná beint til ljósnæma kísillsins án þess að þurfa fyrst að fara í gegnum raflögn eða smára.
Til að ná þessari stillingu verður að nota kísillinn sem styður ljósnæma lagið.vélrænt eða efnafræðilega þynnt, ferli sem oft er kallaðbakþynningÞetta framleiðsluskref gerir ljósi kleift að komast inn í ljósdíóðurnar en gerir einnig framleiðsluferlið flóknara.
Þar sem raflagnin er staðsett fyrir aftan ljósdíóðuna, þá er pixillinnfyllingarstuðullinn nálgast 100%, sem gerir kleift að greina mun stærri hluta innkomandi ljóseinda. Þar af leiðandi geta BSI skynjarar náðmjög hátt magntölulegt álag—í sumum tilfellum að ná90–95%—sem bætir verulega næmi myndgreiningar við litla birtu.
Kostir
●Meiri næmi– Þar sem engar raflögn loka fyrir ljósleiðina ná fleiri ljóseindir til ljósdíóðanna, sem bætir merkjagreiningu.
●Betri afköst við litla birtu– BSI-skynjarar eru sérstaklega áhrifaríkir í forritum þar sem mikilvægt er að fanga veik merki eða fínleg smáatriði.
Ókostir
●Hærri kostnaður og flækjustig framleiðslu– Þynningarferlið fyrir BSI skynjara eykur framleiðsluerfiðleika og framleiðslukostnað.
Lykilmunur á FSI og BSI sCMOS skynjurum
Þó að bæði FSI og BSI skynjarar séu byggðir á sömu CMOS myndgreiningartækni, þá leiðir innri uppbygging þeirra til mikilvægs munar á afköstum, næmi og flækjustigi framleiðslu.
Helsti munurinn liggur í því hvernig ljós nær ljósdíóðunni. Í FSI skynjurum verða ljóseindir sem koma inn að fara í gegnum lög af raflögnum og rafeindabúnaði áður en þær ná til ljósnæma kísillsins. Í BSI skynjurum er skynjarabyggingin öfug þannig að ljóseindir lenda beint á ljósdíóðunni, sem bætir skilvirkni ljóssöfnunar.
Þessi breyting á byggingarlist eykur fyllingarstuðulinn og bætir magngreiningarhraða verulega, sem gerir BSI skynjurum kleift að greina fleiri ljóseindir sem berast inn, sérstaklega við litla birtu. Hins vegar kostar þessi aukning á afköstum flóknara framleiðsluferli.
| Eiginleiki | FSI sCMOS skynjarar | BSI sCMOS skynjarar |
| Skynjarauppbygging | Rafmagnstenging fyrir ofan ljósdíóðu | Rafmagnstenging á bak við ljósdíóðu |
| Ljósleið | Að hluta til lokað af rafeindabúnaði | Bein leið að ljósdíóðu |
| Fyllingarstuðull | Minnkað með raflögnum | Nærri 100% |
| Kvantanýtni | Miðlungs | Mjög hátt (allt að ~95%) |
| Næmi | Lægri myndgreining í litlu ljósi | Meiri næmi |
| Framleiðslukostnaður | Neðri | Hærra |
Vegna þessa munar veltur valið á milli FSI og BSI skynjara oft á jafnvægi milli afkastakrafna og kerfiskostnaðar.
Að velja á milli FSI og BSI skynjara
Þegar þú velur á milli skynjara með framhliðarlýsingu (FSI) og bakhliðarlýsingu (BSI) fyrir myndgreiningarforritið þitt er mikilvægasta forskriftin sem þarf að hafa í huga sú magn af ljósi sem krafist er fyrir þínar sérstöku þarfir. Skammtanýtni vísar til þess hversu áhrifaríkt skynjari getur umbreytt ljósi sem berst inn í rafmerki.
FSI skynjarargæti verið nægilegt fyrir notkun þar sem hagkvæmni er forgangsverkefni og ljósnæmi sem krafist er er miðlungs.
BSI skynjarar, þótt þau séu dýrari, eru tilvalin fyrir notkun þar sem mikil næmi er mikilvæg, sérstaklega við litla birtu.
Að skilja þá skammtanýtni sem krafist er fyrir notkun þína getur hjálpað til við að ákvarða hvort FSI eða BSI skynjaraarkitektúr sé betri kostur.
Niðurstaða
Bæði FSI og BSI skynjarar eru mikið notaðir í nútíma vísindamyndavélum og hvor um sig býður upp á sína kosti eftir notkun. FSI skynjarar bjóða upp á hagkvæma og þroskaða lausn fyrir mörg myndgreiningarkerfi þar sem birtuskilyrði eru stöðug og mikil næmni er ekki nauðsynleg.
BSI skynjarar, hins vegar, eru hannaðir til að hámarka ljóseindagreiningu og skila meiri magntölu (QE) og næmi, sem gerir þá tilvalda fyrir krefjandi notkun í lítilli birtu eins og flúrljómunarsmásjá og önnur vísindaleg myndgreiningarverkefni.
Tucsen býður upp á úrval af FSI og BSI sCMOS myndavélum sem eru hannaðar fyrir mismunandi myndgreiningarkröfur, og hjálpa vísindamönnum að velja hentugustu skynjaraarkitektúrinn fyrir þeirra sérstöku notkun.
Tillögur að Tucsen FSI CMOS og BSI sCMOS myndavélum
| Tegund myndavélar | BSI sCMOS | FSI sCMOS |
| Mikil næmni | Dhyana 95V2 Dhyana 400BSIV2 Dhyana 9KTDI
| Dhyana 400D Dhyana 400DC |
| Stórt snið | Dhyana 6060BSI Dhyana 4040BSI | Dhyana 6060 Dhyana 4040 |
| Samþjöppuð hönnun | —— | Dhyana 401D Dhyana 201D |
Tucsen Photonics Co., Ltd. Allur réttur áskilinn. Vinsamlegast getið heimildar þegar vitnað er í:www.tucsen.com
