Kuo skiriasi FSI sCMOS ir BSI sCMOS?

Mokslinėse vaizdo kamerosejutiklio architektūravaidina svarbų vaidmenį nustatant vaizdo kokybę, jautrumą ir bendrą našumą. Dauguma šiuolaikinių didelio našumo fotoaparatų naudojaCMOS (papildomasis metalo oksido puslaidininkis)šviesai jautrių pikselių masyvo, kuris sudaro vaizdą, technologija.

CMOS jutiklių technologijoje yra dvi pagrindinės apšvietimo architektūros:Priekinis apšvietimas (FSI)irApšviesti galiniai (BSI) jutikliaiNors abu dizainai plačiai naudojami mokslinėse kamerose, jie skiriasi tuo, kaip į jutiklio fotodiodus patenkanti šviesa.

Suprasti skirtumus tarpFSI ir BSI sCMOS jutikliaigali padėti tyrėjams ir inžinieriams pasirinkti tinkamiausią kamerą tokioms reikmėms kaip mikroskopija, vaizdavimas esant silpnam apšvietimui ir kiti sudėtingi moksliniai matavimai.

Kas yra FSI ir BSI sCMOS jutikliai?

Jutiklio modelis reiškia vaizdo gavimo įrenginiuose naudojamą kameros jutiklio technologiją. Mokslinėse vaizdo gavimo sistemose jutiklis atlieka labai svarbų vaidmenį fiksuodamas įeinančią šviesą ir paversdamas ją elektriniais signalais, kurie sudaro galutinį vaizdą.

Moderniausiasmokslinės kamerospanaudotiCMOSšviesai jautrių pikselių matricos technologija. CMOS jutikliai tapo pramonės standartu didelio našumo vaizdavimui ir yra plačiai naudojami mikroskopijoje, gyvybės mokslų tyrimuose ir pramoninio tikrinimo srityse.

CMOS jutiklių technologijoje šiuolaikinėse kamerose naudojamos dvi pagrindinės apšvietimo architektūros:FSI jutikliaiirBSI jutikliaiNors abu tipai yra pagrįsti ta pačia CMOS vaizdavimo technologija, jie skiriasi tuo, kaip šviesa keliauja per jutiklio struktūrą prieš pasiekdama šviesą aptinkantį silicį.

Šio struktūrinio skirtumo supratimas yra esminis norint paaiškinti, kodėlBSI jutikliai dažnai pasižymi didesniu jautrumu, ypač prasto apšvietimo mokslinio vaizdavimo aplinkoje.

Kaip veikia priekiniai apšviečiami (FSI) jutikliai?

FSI jutikliai, dar vadinamipriekinio apšvietimo (FI) jutikliai—yra labiausiai paplitusi CMOS jutiklių architektūra, naudojama šiuolaikinėse vaizdo gavimo sistemose. Ši konstrukcija yra plačiai taikoma pirmiausia dėl to, kad ji yrapaprasčiau ir ekonomiškiau gaminti.

FSI jutiklyje laidai ir tranzistoriai, valdantys kiekvieną pikselį, yra išdėstytivirš šviesai jautraus silicio sluoksnioTodėl įeinantys fotonai turi praeiti per šį elektronikos sluoksnį, prieš pasiekdami fotodiodus, kurie aptinka šviesą. Jei fotonas atsitrenkia į šiuos komponentus, jis gali būtiabsorbuotas arba išsibarstęs, neleisdami jam pasiekti šviesai jautrios srities.

Ši struktūra sumažinaužpildymo koeficientaskiekvieno pikselio ir sumažina efektyvųjįKvantinis efektyvumas(Kiekybinis skatinimas)– tikimybė, kad bus aptiktas įeinantis fotonas. Todėl FSI jutikliai paprastai siūlomažesnis jautrumas, ypač fotografuojant prasto apšvietimo aplinkoje.

Privalumai

●Paprastesnis gamyba– FSI jutiklius lengviau pagaminti, nes jutiklio struktūrai nereikia ploninti silicio pagrindo.

●Mažesnės gamybos sąnaudos– Paprastesnis gamybos procesas leidžia ekonomiškiau naudoti priekinio apšvietimo jutiklius.

Trūkumai

●Mažesnis jautrumas– Laidai ir elektroniniai komponentai yra virš šviesą aptinkančio silicio, todėl kai kurie įeinantys fotonai gali būti užblokuoti prieš pasiekdami fotodiodą.

1 pav.: Priekinio ir galinio apšvietimo pikselių struktūra

Priekinio apšvietimo jutiklių (kairėje) ir galinio apšvietimo jutiklių (dešinėje) pikselių struktūros vaizdas iš šono. Priekinė pusė pavaizduota su spalvų filtrais arba be jų, galinė pusė su mikrolęšiais arba be jų. Komponentų paaiškinimą žr. pagrindiniame tekste.

Kaip veikia galinio apšvietimo (BSI) jutikliai?

BSI jutikliai naudoja kitokią architektūrą, skirtą pagerinti šviesos surinkimo efektyvumą. Šioje konstrukcijoje jutiklio struktūra yra efektyviaiapverstas, leisdami fotonams tiesiogiai pasiekti šviesai jautrų silicį, pirmiausia nepereinant per laidus ar tranzistorius.

Norint pasiekti šią konfigūraciją, šviesai jautrų sluoksnį palaikantis birusis silicis turi būtimechaniškai arba chemiškai skiedžiamas, procesas, dažnai vadinamasnugaros retinimasŠis gamybos etapas leidžia šviesai prasiskverbti į fotodiodus, bet kartu ir apsunkina gamybos procesą.

Kadangi laidų sluoksnis yra už fotodiodo, pikselisužpildymo koeficientas artėja prie 100 %, leidžianti aptikti daug didesnę įeinančių fotonų dalį. Dėl to BSI jutikliai gali pasiektilabai aukštas kiekybinis skatinimas– kai kuriais atvejais pasiekiant90–95 %– tai žymiai pagerina jautrumą fotografuojant esant prastam apšvietimui.

Privalumai

●Didesnis jautrumas– Kadangi šviesos kelią neužblokuoja laidai, fotodiodus pasiekia daugiau fotonų, todėl pagerėja signalo aptikimas.

●Pagerintas našumas esant prastam apšvietimui– BSI jutikliai yra ypač veiksmingi tose srityse, kur labai svarbu užfiksuoti silpnus signalus arba smulkias detales.

Trūkumai

●Didesnės išlaidos ir gamybos sudėtingumas– BSI jutikliams reikalingas plokštelių ploninimo procesas padidina gamybos sudėtingumą ir sąnaudas.

Pagrindiniai FSI ir BSI sCMOS jutiklių skirtumai

Nors tiek FSI, tiek BSI jutikliai yra pagrįsti ta pačia CMOS vaizdavimo technologija, jų vidinės struktūros lemia svarbius našumo, jautrumo ir gamybos sudėtingumo skirtumus.

Pagrindinis skirtumas yra tas, kaip šviesa pasiekia fotodiodą. FSI jutikliuose įeinantys fotonai turi praeiti per laidų ir elektronikos sluoksnius, kol pasiekia šviesai jautrų silicį. BSI jutikliuose jutiklio struktūra yra apversta, kad fotonai tiesiogiai trenktų į fotodiodą, taip pagerinant šviesos surinkimo efektyvumą.

Šis architektūrinis pakeitimas padidina užpildymo koeficientą ir žymiai pagerina kvantinį elementų sudėtį (QE), leisdamas BSI jutikliams aptikti daugiau įeinančių fotonų, ypač esant prastam apšvietimui. Tačiau šis našumo pagerėjimas pasiekiamas sudėtingesnio gamybos proceso kaina.

Funkcija	FSI sCMOS jutikliai	BSI sCMOS jutikliai
Jutiklio struktūra	Laidų sujungimas virš fotodiodo	Laidų jungimas už fotodiodo
Šviesos kelias	Iš dalies užblokuotas elektronikos	Tiesioginis kelias į fotodiodą
Užpildymo koeficientas	Sumažinta laidų sluoksniais	Beveik 100 %
Kvantinis efektyvumas	Vidutinis	Labai aukštas (iki ~95%)
Jautrumas	Mažesnis esant prastam apšvietimui	Didesnis jautrumas
Gamybos sąnaudos	Žemutinis	Aukštesnis

Dėl šių skirtumų pasirinkimas tarp FSI ir BSI jutiklių dažnai priklauso nuo našumo reikalavimų ir sistemos kainos pusiausvyros.

FSI ir BSI jutiklių pasirinkimas

Renkantis tarp priekinio apšvietimo (FSI) ir galinio apšvietimo (BSI) jutiklių vaizdo gavimo taikymui, svarbiausia specifikacija, į kurią reikia atsižvelgti, yra jūsų konkretiems poreikiams reikalingas kvantinis efektyvumas (QE). Kvantinis efektyvumas reiškia, kaip efektyviai jutiklis gali konvertuoti įeinančią šviesą į elektrinius signalus.

FSI jutikliaigali pakakti tais atvejais, kai prioritetas yra ekonomiškumas, o reikalingas vidutinis jautrumo šviesai lygis.

BSI jutikliai, nors ir brangesni, idealiai tinka toms reikmėms, kur labai svarbus didelis jautrumas, ypač esant prastam apšvietimui.

Supratimas, koks kvantinis efektyvumas reikalingas jūsų taikymui, gali padėti nustatyti, ar geresnis pasirinkimas yra FSI, ar BSI jutiklio architektūra.

Išvada

Tiek FSI, tiek BSI jutikliai yra plačiai naudojami šiuolaikinėse mokslinėse vaizdo kamerose, ir kiekvienas iš jų turi skirtingų pranašumų, priklausomai nuo taikymo. FSI jutikliai yra ekonomiškas ir brandus sprendimas daugeliui vaizdo gavimo sistemų, kuriose apšvietimo sąlygos yra stabilios ir nereikia didelio jautrumo.

Kita vertus, BSI jutikliai yra sukurti taip, kad maksimaliai padidintų fotonų aptikimą ir užtikrintų didesnį QE bei jautrumą, todėl jie idealiai tinka sudėtingoms prasto apšvietimo reikmėms, tokioms kaip fluorescencinė mikroskopija ir kitos mokslinio vaizdavimo užduotys.

„Tucsen“ siūlo platų FSI ir BSI sCMOS kamerų asortimentą, skirtą skirtingiems vaizdo gavimo reikalavimams, padėdama tyrėjams pasirinkti tinkamiausią jutiklių architektūrą jų konkrečioms reikmėms.

„Tucsen FSI CMOS“ ir „BSI sCMOS“ kamerų rekomendacijos

Kameros tipas	BSI sCMOS	FSI sCMOS
Didelis jautrumas	Dhyana 95V2 Dhyana 400BSIV2 Dhyana 9KTDI	Dhyana 400D Dhyana 400DC
Didelis formatas	Dhyana 6060BSI Dhyana 4040BSI	Dhyana 6060 Dhyana 4040
Kompaktiškas dizainas	——	Dhyana 401D Dhyana 201D