25/08/15Ғылыми бейнелеуде дәлдік - бәрі. Жарық аз флуоресценция сигналдарын түсіріп жатсаңыз немесе әлсіз аспан нысандарын бақылап жатсаңыз да, камераның жарықты анықтау қабілеті нәтижелердің сапасына тікелей әсер етеді. Бұл теңдеудегі ең маңызды, бірақ жиі түсінбейтін факторлардың бірі кванттық тиімділік (QE) болып табылады.
Бұл нұсқаулық сізге QE деген не екенін, неге маңызды екенін, QE сипаттамаларын қалай түсіндіруге болатынын және оның сенсор түрлерімен қалай салыстырылатынын көрсетеді. Егер сіз нарықта болсаңызғылыми камеранемесе жай ғана камера деректер парақтарын түсінуге тырыссаңыз, бұл сізге арналған.
Сурет: Tucsen типтік камерасының QE қисығының мысалдары
(а)Овен 6510(б)Dhyana 6060BSI(c)Таразы 22
Кванттық тиімділік дегеніміз не?
Кванттық тиімділік - камера сенсорына жеткен фотонның нақты анықталу және кремнийдегі фотоэлектронды босату ықтималдығы.
Фотонның осы нүктеге баруының бірнеше кезеңдерінде фотондарды жұтып немесе шағылыстыра алатын кедергілер бар. Сонымен қатар, ешбір материал әрбір фотон толқын ұзындығына 100% мөлдір емес, сонымен қатар материал құрамындағы кез келген өзгерістер фотондарды шағылыстыру немесе шашырау мүмкіндігіне ие.
Пайызбен көрсетілген кванттық тиімділік келесідей анықталады:
QE (%) = (Гнерацияланған электрондар саны / Түскен фотондар саны) × 100
Екі негізгі түрі бар:
●Сыртқы QE: Өлшенген өнімділік, соның ішінде шағылысу және беру жоғалтулары сияқты әсерлер.
●Ішкі QE: Барлық фотондар жұтылады деп есептей отырып, сенсордың өзінде түрлендіру тиімділігін өлшейді.
Жоғары QE жақсырақ жарық сезімталдығын және күшті кескін сигналдарын білдіреді, әсіресе жарық аз немесе фотондар шектеулі сценарийлерде.
Неліктен ғылыми камераларда кванттық тиімділік маңызды?
Бейнелеуде, әсіресе жоғары сезімталдықты қажет ететін қолданбаларда, біз алатын фотондардың ең жоғары пайызын түсіру әрқашан пайдалы.
Дегенмен, жоғары кванттық тиімділік сенсорлары қымбатырақ болады. Бұл пиксель функциясын сақтай отырып, толтыру коэффициентін барынша арттыру инженерлік қиындықтарына, сондай-ақ артқы жарықтандыру процесіне байланысты. Бұл процесс, сіз білетіндей, ең жоғары кванттық тиімділікке мүмкіндік береді, бірақ ол өндірістің күрделілігін айтарлықтай арттырады.
Барлық камера спецификациялары сияқты, кванттық тиімділікке деген қажеттілік әрқашан сіздің арнайы кескін қолданбаңыз үшін басқа факторлармен өлшенуі керек. Мысалы, жаһандық ысырманы енгізу көптеген қолданбалар үшін артықшылықтар әкелуі мүмкін, бірақ әдетте BI сенсорында іске асырылмайды. Әрі қарай, ол пикселге қосымша транзисторды қосуды талап етеді. Бұл басқа FI сенсорларымен салыстырғанда толтыру коэффициентін және демек кванттық тиімділікті төмендетуі мүмкін.
QE маңызды болуы мүмкін қолданбалардың мысалы
Бірнеше мысал қолданбалар:
● Тұрақты емес биологиялық үлгілердің төмен жарық және флуоресцентті кескіні
● Жоғары жылдамдықты бейнелеу
● Жоғары дәлдікті қарқынды өлшеуді қажет ететін сандық қолданбалар
Сенсор түрі бойынша QE
Кескін сенсорының әртүрлі технологиялары әртүрлі кванттық тиімділікті көрсетеді. Міне, QE әдетте негізгі сенсор түрлерімен салыстырады:
CCD (зарядталатын құрылғы)
Төмен шу және жоғары QE, көбінесе 70-90% аралығындағы ең жоғары деңгейге жеткені үшін дәстүрлі түрде ғылыми бейнелеуді жақсы көреді. ПЗС астрономия және ұзақ экспозициялық бейнелеу сияқты қолданбаларда жақсы жұмыс істейді.
CMOS (қосымша металл оксиді-жартылай өткізгіш)
Төмен QE және жоғары оқу шуымен шектелген кезде, заманауи CMOS сенсорлары, әсіресе артқы жарықтандырылған конструкциялар - айтарлықтай артта қалды. Қазір көбісі 80%-дан жоғары QE ең жоғары мәндеріне жетеді, бұл жылдамырақ кадр жиілігімен және аз қуат тұтынуымен тамаша өнімділікті ұсынады.
Біздің кеңейтілген ассортиментімізді зерттеңізCMOS камерасыосы технологияның қаншалықты жеткенін көру үшін модельдер сияқтыTucsen's Libra 3405M sCMOS камерасы, аз жарықты қажет ететін қолданбаларға арналған жоғары сезімталдықты ғылыми камера.
sCMOS (Scientific CMOS)
Ғылыми бейнелеуге арналған арнайы CMOS класы,sCMOS камерасытехнология жоғары QE (әдетте 70–95%) төмен шу, жоғары динамикалық диапазон және жылдам алуды біріктіреді. Тірі жасушаларды бейнелеу, жоғары жылдамдықты микроскопия және көп арналы флуоресценция үшін өте қолайлы.
Кванттық тиімділік қисығын қалай оқуға болады
Өндірушілер әдетте толқын ұзындығы (нм) бойынша тиімділікті (%) сызатын QE қисығын жариялайды. Бұл қисықтар камераның белгілі бір спектрлік диапазондарда қалай жұмыс істейтінін анықтау үшін өте маңызды.
Іздеу керек негізгі элементтер:
●QE шыңы: Ең жоғары тиімділік, көбінесе 500–600 нм диапазонында (жасыл жарық).
●Толқын ұзындығы диапазоны: QE пайдалы шекті мәннен жоғары болатын (мысалы, >20%) қолданылатын спектрлік терезе.
●Түсіру аймақтары: QE ультракүлгін (<400 нм) және NIR (>800 нм) аймақтарында түсуге бейім.
Бұл қисық сызықты интерпретациялау көрінетін спектрде, жақын инфрақызыл немесе ультракүлгін сәулелерде бейнелеуге қарамастан, сенсордың күшті жақтарын қолданбаңызбен сәйкестендіруге көмектеседі.
Кванттық тиімділіктің толқын ұзындығына тәуелділігі
Сурет: алдыңғы және артқы жарықтандырылған кремний негізіндегі сенсорлардың типтік мәндерін көрсететін QE қисығы
ЕСКЕРТУ: График төрт мысал камерасы үшін фотонды анықтау ықтималдығын (кванттық тиімділік, %) фотон толқын ұзындығына қарсы көрсетеді. Әртүрлі сенсорлық нұсқалар мен жабындар бұл қисықтарды күрт ауыстыра алады
Кванттық тиімділік суретте көрсетілгендей толқын ұзындығына өте тәуелді. Кремний негізіндегі камера сенсорларының көпшілігі спектрдің көрінетін бөлігінде ең жоғары кванттық тиімділігін көрсетеді, әдетте жасылдан сарыға дейінгі аймақта, шамамен 490 нм-ден 600 нм-ге дейін. QE қисықтарын ультракүлгін сәуледе (УКВ) шамамен 300 нм, жақын инфрақызылда (NIR) шамамен 850 нм және олардың арасындағы көптеген опцияларды қамтамасыз ету үшін датчик жабындары мен материал нұсқалары арқылы өзгертуге болады.
Кремний негізіндегі барлық камералар кванттық тиімділіктің 1100 нм-ге дейін төмендеуін көрсетеді, бұл кезде фотондарда фотоэлектрондарды шығару үшін жеткілікті энергия болмайды. Микролинзалары немесе ультракүлгін сәулелерін блоктайтын терезе әйнегі бар сенсорларда ультракүлгін сәуленің өнімділігі айтарлықтай шектелуі мүмкін, бұл қысқа толқынды жарықтың сенсорға жетуін шектейді.
Арасында QE қисықтары сирек тегіс және біркелкі болады және оның орнына көбінесе пикселді құрайтын материалдардың әртүрлі материал қасиеттері мен мөлдірлігінен туындаған шағын шыңдар мен шұңқырларды қамтиды.
УК немесе NIR сезімталдығын қажет ететін қолданбаларда кванттық тиімділік қисықтарын қарастыру әлдеқайда маңыздырақ болуы мүмкін, өйткені кейбір камераларда кванттық тиімділік қисық сызықтың шеткі ұштарында басқаларына қарағанда бірнеше есе үлкен болуы мүмкін.
Рентген сәулелеріне сезімталдық
Кейбір кремний камера сенсорлары спектрдің көрінетін жарық бөлігінде жұмыс істей алады, сонымен бірге рентген сәулелерінің кейбір толқын ұзындығын анықтай алады. Дегенмен, камералар әдетте рентген сәулелерінің фотокамераның электроникасына әсерімен де, әдетте рентгендік эксперименттер үшін пайдаланылатын вакуумдық камералармен де күресу үшін арнайы инженерияны қажет етеді.
Инфрақызыл камералар
Соңында, кремнийге емес, басқа материалдарға негізделген сенсорлар мүлдем басқа QE қисықтарын көрсете алады. Мысалы, кремнийдің орнына индиум галлий арсениді негізіндегі InGaAs инфрақызыл камералары сенсор нұсқасына байланысты NIR-де максимум шамамен 2700 нм-ге дейінгі кең толқын ұзындығы диапазондарын анықтай алады.
Кванттық тиімділік және басқа камера сипаттамалары
Кванттық тиімділік негізгі өнімділік көрсеткіші болып табылады, бірақ ол оқшау жұмыс істемейді. Бұл камераның басқа маңызды сипаттамаларына қатысты:
QE және сезімталдық
Сезімталдық – камераның әлсіз сигналдарды анықтау мүмкіндігі. QE сезімталдыққа тікелей ықпал етеді, бірақ пиксел өлшемі, оқу шуы және қараңғы ток сияқты басқа факторлар да рөл атқарады.
QE және сигнал-шу қатынасы (SNR)
Жоғары QE фотонға көбірек сигнал (электрондар) генерациялау арқылы SNR жақсартады. Бірақ нашар электроника немесе жеткіліксіз салқындату салдарынан шамадан тыс шу әлі де кескінді нашарлатуы мүмкін.
QE және динамикалық диапазон
QE жарықтың қаншалықты анықталатынына әсер еткенімен, динамикалық диапазон камера өңдей алатын ең жарқын және ең қараңғы сигналдар арасындағы қатынасты сипаттайды. Динамикалық диапазоны нашар жоғары QE камерасы жоғары контрастты көріністерде әлі де төмен нәтижелер бере алады.
Қысқасы, кванттық тиімділік өте маңызды, бірақ оны әрқашан қосымша сипаттамалармен бірге бағалаңыз.
«Жақсы» кванттық тиімділік дегеніміз не?
Әмбебап «ең жақсы» QE жоқ — бұл сіздің қолданбаңызға байланысты. Айтпақшы, мұнда жалпы көрсеткіштер бар:
| QE диапазоны | Өнімділік деңгейі | Пайдалану жағдайлары |
| <40% | Төмен | Ғылыми пайдалану үшін өте қолайлы емес |
| 40–60% | Орташа | Бастапқы деңгейдегі ғылыми қолданбалар |
| 60–80% | Жақсы | Көптеген кескіндеу тапсырмалары үшін қолайлы |
| 80–95% | Өте жақсы | Жарық аз, жоғары дәлдікті немесе фотонды шектеулі бейнелеу |
Сондай-ақ, қалаған спектрлік диапазондағы ең жоғары QE мен орташа QE деңгейін қарастырыңыз.
Қорытынды
Кванттық тиімділік ғылыми бейнелеу құрылғысын таңдаудағы ең маңызды, бірақ ескерілмеген факторлардың бірі болып табылады. CCD, sCMOS камералары немесе CMOS камераларын бағалайсыз ба, QE түсіну сізге көмектеседі:
● Нақты жарықтандыру жағдайында камераңыздың қалай жұмыс істейтінін болжаңыз
● Өнімдерді маркетингтік талаптардан тыс объективті түрде салыстырыңыз
● Камера сипаттамаларын ғылыми талаптарыңызбен сәйкестендіріңіз
Сенсорлық технология дамыған сайын, қазіргі жоғары QE ғылыми камералары әртүрлі қолданбаларда керемет сезімталдық пен әмбебаптылықты ұсынады. Бірақ аппараттық құрал қаншалықты жетілдірілген болса да, дұрыс құралды таңдау кванттық тиімділіктің үлкен суретке қалай сәйкес келетінін түсінуден басталады.
Жиі қойылатын сұрақтар
Ғылыми камерада жоғары кванттық тиімділік әрқашан жақсы ма?
Жоғары кванттық тиімділік (QE) әдетте камераның жарықтың төмен деңгейлерін анықтау қабілетін жақсартады, бұл флуоресцентті микроскопия, астрономия және бір молекулалы бейнелеу сияқты қолданбаларда құнды. Дегенмен, QE теңдестірілген өнімділік профилінің бір бөлігі ғана. Нашар динамикалық диапазоны, жоғары оқу шуы немесе жеткіліксіз салқындауы бар жоғары QE камерасы әлі де оңтайлы емес нәтижелерді бере алады. Ең жақсы өнімділік үшін әрқашан QE-ны шу, бит тереңдігі және сенсор архитектурасы сияқты басқа негізгі сипаттамалармен бірге бағалаңыз.
Кванттық тиімділік қалай өлшенеді?
Кванттық тиімділік белгілі бір толқын ұзындығында белгілі фотондар саны бар сенсорды жарықтандыру арқылы өлшенеді, содан кейін сенсор тудыратын электрондар санын санайды. Бұл әдетте калибрленген монохроматикалық жарық көзі мен анықтамалық фотодиод арқылы жасалады. Алынған QE мәні QE қисығын жасау үшін толқын ұзындығы бойынша сызылады. Бұл камераны қолданбаның жарық көзіне немесе сәуле шығару ауқымына сәйкестендіру үшін маңызды сенсордың спектрлік жауабын анықтауға көмектеседі.
Бағдарламалық құрал немесе сыртқы сүзгілер кванттық тиімділікті жақсарта ала ма?
Жоқ. Кванттық тиімділік кескін сенсорының ішкі, аппараттық деңгейдегі қасиеті болып табылады және оны бағдарламалық құрал немесе сыртқы керек-жарақтар арқылы өзгерту мүмкін емес. Дегенмен, сүзгілер сигнал-шу қатынасын жақсарту арқылы жалпы кескін сапасын жақсарта алады (мысалы, флуоресценция қолданбаларында эмиссия сүзгілерін пайдалану) және бағдарламалық құрал шуды азайтуға немесе кейінгі өңдеуге көмектеседі. Дегенмен, олар QE мәнін өзгертпейді.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Барлық құқықтар қорғалған. Сілтеме жасаған кезде дереккөзді растаңыз:www.tucsen.com
