25/08/15Шинжлэх ухааны дүрслэлд нарийвчлал бол бүх зүйл юм. Та гэрэл багатай флюресценцийн дохиог авах эсвэл бүдэг селестиел биетүүдийг ажиглаж байгаа эсэхээс үл хамааран таны камерын гэрлийг илрүүлэх чадвар нь таны үр дүнгийн чанарт шууд нөлөөлдөг. Энэ тэгшитгэлийн хамгийн чухал, гэхдээ ихэнхдээ буруу ойлгогддог хүчин зүйлүүдийн нэг бол квант үр ашиг (QE) юм.
Энэхүү гарын авлага нь QE гэж юу болох, энэ нь яагаад чухал, QE-ийн үзүүлэлтүүдийг хэрхэн тайлбарлах, мэдрэгчийн төрлүүдийг хэрхэн харьцуулах талаар танд заах болно. Хэрэв та зах зээлд байгаа бол aшинжлэх ухааны камерэсвэл зүгээр л камерын мэдээллийн хуудсыг ойлгохыг хичээж байгаа бол энэ нь танд зориулагдсан болно.
Зураг: Tucsen-ийн ердийн камерын QE муруй жишээ
Квантын үр ашиг гэж юу вэ?
Квантын үр ашиг гэдэг нь камерын мэдрэгч рүү хүрч буй фотоныг бодитоор илрүүлж, цахиур дахь фотоэлектроныг ялгаруулах магадлал юм.
Фотоны энэ цэг рүү чиглэсэн аяллын олон үе шатанд фотоныг шингээх эсвэл тусгах саад бэрхшээлүүд байдаг. Нэмж дурдахад ямар ч материал фотоны долгионы урт бүрт 100% ил тод байдаггүй бөгөөд материалын найрлага дахь аливаа өөрчлөлт нь фотоныг тусгах эсвэл тараах боломжтой байдаг.
Хувиар илэрхийлбэл квант үр ашгийг дараах байдлаар тодорхойлно.
QE (%) = (Үйлдвэрлэсэн электронуудын тоо / Ослын фотоны тоо) × 100
Хоёр үндсэн төрөл байдаг:
●Гадаад QE: Тусгал болон дамжуулалтын алдагдал зэрэг нөлөөллийг багтаасан хэмжсэн гүйцэтгэл.
●Дотоод QE: Бүх фотоныг шингээсэн гэж үзвэл мэдрэгч доторх хувиргалтын үр ашгийг хэмждэг.
Өндөр QE нь илүү сайн гэрэл мэдрэмж, илүү хүчтэй дүрс дохио гэсэн үг, ялангуяа гэрэл багатай эсвэл фотоноор хязгаарлагдмал тохиолдолд.
Шинжлэх ухааны камерт квантын үр ашиг яагаад чухал вэ?
Дүрслэлд, ялангуяа өндөр мэдрэмж шаарддаг програмуудад ирж буй фотонуудын хамгийн их хувийг авах нь үргэлж тустай байдаг.
Гэсэн хэдий ч өндөр квант үр ашигтай мэдрэгч нь илүү үнэтэй байдаг. Энэ нь пикселийн функцийг хадгалахын зэрэгцээ дүүргэх хүчин зүйлийг нэмэгдүүлэх инженерийн сорилт, мөн арын гэрэлтүүлгийн процесстой холбоотой юм. Энэ үйл явц нь таны мэдэж байгаагаар хамгийн өндөр квантын үр ашгийг өгдөг боловч энэ нь үйлдвэрлэлийн нарийн төвөгтэй байдлыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг.
Бүх камерын техникийн үзүүлэлтүүдийн нэгэн адил квантын үр ашгийн хэрэгцээг таны тусгай дүрслэлийн хэрэглээнд зориулж бусад хүчин зүйлүүдтэй харьцуулах шаардлагатай. Жишээлбэл, дэлхий даяарх хаалтыг нэвтрүүлэх нь олон хэрэглээнд давуу талыг авчрах боловч BI мэдрэгч дээр үүнийг хэрэгжүүлэх боломжгүй байдаг. Цаашилбал, энэ нь пикселд нэмэлт транзистор нэмэхийг шаарддаг. Энэ нь бусад FI мэдрэгчтэй харьцуулахад дүүргэлтийн хүчин зүйл, улмаар квантын үр ашгийг бууруулж чадна.
QE чухал байж болох жишээ програмууд
Хэд хэдэн жишээ програмууд:
● Тогтмол бус биологийн дээжийн бага гэрэл ба флюресценцийн дүрслэл
● Өндөр хурдны дүрслэл
● Өндөр нарийвчлалтай эрчимтэй хэмжилт шаарддаг тоон хэрэглээ
Мэдрэгчийн төрлөөр QE
Өөр өөр дүрс мэдрэгч технологи нь өөр өөр квантын үр ашгийг харуулдаг. QE-ийг үндсэн мэдрэгчийн төрлүүдийн хооронд хэрхэн харьцуулдаг вэ:
CCD (Цэнэглэгч төхөөрөмж)
Уламжлал ёсоор шинжлэх ухааны дүрслэлийг дуу чимээ багатай, QE өндөр, ихэвчлэн 70-90% -ийн хооронд дээд цэгтээ хүрдэг тул илүүд үздэг. CCD нь одон орон судлал, урт хугацааны зураглал гэх мэт хэрэглээнд маш сайн байдаг.
CMOS (Нэмэлт металл-оксид-хагас дамжуулагч)
Нэгэнт бага QE болон унших дуу чимээ ихтэй байсан тул орчин үеийн CMOS мэдрэгчүүд, ялангуяа арын гэрэлтүүлэгтэй загварууд нь ихээхэн хэмжээгээр баригдсан. Одоо ихэнх нь 80%-иас дээш QE-ийн оргилд хүрч, илүү хурдан фрэймийн хурд, бага эрчим хүчний зарцуулалтаар маш сайн гүйцэтгэлийг санал болгож байна.
Манай дэвшилтэт хувилбаруудыг судлаарайCMOS камергэх мэт энэ технологи хэр зэрэг хүрснийг харах загваруудTucsen-ийн Libra 3405M sCMOS камер, гэрэл багатай хэрэглээнд зориулагдсан өндөр мэдрэмжтэй шинжлэх ухааны камер.
sCMOS (Scientific CMOS)
Шинжлэх ухааны дүрслэлд зориулагдсан CMOS-ийн тусгай анги,sCMOS камертехнологи нь өндөр QE (ихэвчлэн 70-95%), дуу чимээ багатай, өндөр динамик хүрээ, хурдан олж авах чадвартай хослуулдаг. Амьд эсийн дүрслэл, өндөр хурдны микроскоп, олон сувгийн флюресценц хийхэд тохиромжтой.
Квантын үр ашгийн муруйг хэрхэн унших вэ
Үйлдвэрлэгчид ихэвчлэн долгионы урт (нм) дээр үр ашгийг (%) графикаар харуулсан QE муруйг нийтэлдэг. Эдгээр муруйнууд нь тодорхой спектрийн мужид камер хэрхэн ажилладагийг тодорхойлоход зайлшгүй шаардлагатай.
Хайх гол элементүүд:
●QE оргил: Хамгийн их үр ашиг, ихэвчлэн 500-600 нм мужид (ногоон гэрэл).
●Долгионы уртын хүрээ: QE нь ашигтай босго хэмжээнээс (жишээ нь, >20%) дээш хэвээр байгаа ашиглах боломжтой спектрийн цонх.
●Буух бүсүүд: QE нь хэт ягаан туяа (<400 нм) болон NIR (>800 нм) бүсэд унах хандлагатай байдаг.
Энэ муруйг тайлбарлах нь танд харагдах спектр, хэт улаан туяа эсвэл хэт ягаан туяанд дүрслэх эсэхээс үл хамааран мэдрэгчийн давуу талыг өөрийн хэрэглээтэй тааруулахад тусална.
Квантын үр ашгийн долгионы уртаас хамаарах хамаарал
Зураг: Урд болон ар талдаа гэрэлтдэг цахиурт суурилсан мэдрэгчийн ердийн утгыг харуулсан QE муруй
ЖИЧ: График нь дөрвөн камерын фотоны долгионы урттай харьцуулахад фотон илрүүлэх магадлалыг (квант үр ашиг,%) харуулж байна. Мэдрэгчийн янз бүрийн хувилбарууд болон бүрээс нь эдгээр муруйг эрс өөрчилдөг
Квантын үр ашиг нь зурагт үзүүлсэн шиг долгионы уртаас ихээхэн хамаардаг. Цахиурт суурилсан камерын мэдрэгчүүдийн ихэнх нь спектрийн харагдах хэсэгт хамгийн их квантын үр ашгийг харуулдаг, ихэвчлэн ногооноос шар хүртэл, ойролцоогоор 490 нм-ээс 600 нм хүртэл байдаг. QE муруйг мэдрэгчийн бүрээс болон материалын хувилбаруудаар өөрчилж, хэт ягаан туяанд (хэт ягаан туяаны) 300 нм орчим, хэт ягаан туяанд (NIR) 850 нм орчим, мөн тэдгээрийн хооронд олон сонголтоор дээд зэргийн QE-ийг хангах боломжтой.
Цахиурт суурилсан бүх камерууд квант үр ашиг нь 1100 нм хүртэл буурдаг бөгөөд энэ үед фотонуудад фотоэлектроныг гаргах хангалттай энерги байхгүй болсон. Богино долгионы гэрлийг мэдрэгч рүү нэвтрэхийг хязгаарладаг микролинз эсвэл хэт ягаан туяаны хамгаалалттай цонхны шил бүхий мэдрэгчийн хэт ягаан туяаны гүйцэтгэлийг эрс хязгаарлаж болно.
Энэ хооронд QE муруй нь гөлгөр, жигд байх нь ховор бөгөөд үүний оронд пикселийн бүрдсэн материалын янз бүрийн материаллаг шинж чанар, тунгалаг чанараас үүдэлтэй жижиг оргилууд ба тэвшүүд ихэвчлэн ордог.
Хэт ягаан туяа эсвэл NIR мэдрэгчийг шаарддаг программуудад квант үр ашгийн муруйг авч үзэх нь илүү чухал болж магадгүй тул зарим камерын квантын үр ашиг нь муруйн туйлын төгсгөлд бусдаас хэд дахин их байдаг.
Рентген туяаны мэдрэмж
Зарим цахиурын камер мэдрэгч нь спектрийн харагдах гэрлийн хэсэгт ажиллахаас гадна рентген туяаны зарим долгионы уртыг илрүүлэх чадвартай. Гэсэн хэдий ч камерууд нь камерын электроникийн рентген туяаны нөлөөллийг даван туулахын тулд ихэвчлэн тусгай инженерчлэл шаарддаг бөгөөд рентген туршилт хийхэд ашигладаг вакуум камертай байдаг.
Хэт улаан туяаны камерууд
Эцэст нь, цахиур биш харин бусад материал дээр суурилсан мэдрэгч нь огт өөр QE муруйг харуулж чадна. Жишээлбэл, цахиурын оронд индиум галлиум арсенид дээр суурилсан InGaAs хэт улаан туяаны камерууд нь мэдрэгчийн хувилбараас хамааран NIR дахь хамгийн ихдээ 2700 нм хүртэлх өргөн долгионы мужийг илрүүлж чаддаг.
Квантын үр ашиг болон бусад камерын үзүүлэлтүүд
Квантын үр ашиг нь гүйцэтгэлийн гол хэмжүүр боловч тусад нь ажилладаггүй. Энэ нь камерын бусад чухал үзүүлэлтүүдтэй хэрхэн холбоотой болохыг энд харуулав.
QE ба мэдрэмж
Мэдрэмж гэдэг нь камерын бүдэг дохиог илрүүлэх чадвар юм. QE нь мэдрэмтгий байдалд шууд хувь нэмэр оруулдаг боловч пикселийн хэмжээ, унших чимээ, харанхуй гүйдэл зэрэг бусад хүчин зүйлүүд бас үүрэг гүйцэтгэдэг.
QE ба дохионы дуу чимээний харьцаа (SNR)
Өндөр QE нь фотон бүрт илүү их дохио (электрон) үүсгэж SNR-ийг сайжруулдаг. Гэхдээ цахилгаан хэрэгсэл муу эсвэл хангалтгүй хөргөлтөөс болж хэт их чимээ шуугиан нь дүрсийг доройтуулдаг.
QE болон динамик муж
QE нь хэр их гэрэл илрүүлэхэд нөлөөлдөг ч динамик хүрээ нь камерын зохицуулж чадах хамгийн тод ба бараан дохионы харьцааг тодорхойлдог. Динамик хүрээ муутай өндөр QE камер нь өндөр тодосгогч үзэгдэлд дутуу үр дүнг гаргах боломжтой хэвээр байна.
Товчоор хэлбэл, квантын үр ашиг нь маш чухал боловч нэмэлт үзүүлэлтүүдийн зэрэгцээ үүнийг үргэлж үнэл.
"Сайн" квантын үр ашиг гэж юу вэ?
Бүх нийтийн "хамгийн сайн" QE гэж байдаггүй - энэ нь таны програмаас хамаарна. Энд ерөнхий жишиг үзүүлэлтүүд байна:
| QE хүрээ | Гүйцэтгэлийн түвшин | Хэрэглэх тохиолдлууд |
| <40% | Бага | Шинжлэх ухааны хэрэглээнд тохиромжгүй |
| 40–60% | Дундаж | Шинжлэх ухааны анхан шатны хэрэглээний програмууд |
| 60–80% | Сайн байна | Ихэнх дүрслэлийн ажилд тохиромжтой |
| 80–95% | Маш сайн | Гэрэл багатай, өндөр нарийвчлалтай эсвэл фотоны хязгаарлагдмал дүрслэл |
Мөн өөрийн хүссэн спектрийн муж дахь оргил QE ба дундаж QE-ийг анхаарч үзээрэй.
Дүгнэлт
Квантын үр ашиг нь шинжлэх ухааны дүрслэлийн төхөөрөмжийг сонгоход хамгийн чухал боловч үл тоомсорлодог хүчин зүйлүүдийн нэг юм. Та CCD, sCMOS камер эсвэл CMOS камерыг үнэлж байгаа эсэхээс үл хамааран QE-ийг ойлгох нь танд дараахь байдлаар тусална.
● Таны камер бодит гэрэлтүүлгийн нөхцөлд хэрхэн ажиллахыг урьдчилан таамаглах
● Маркетингийн зардлаас гадна бүтээгдэхүүнийг бодитойгоор харьцуулах
● Камерын үзүүлэлтүүдийг шинжлэх ухааны шаардлагад нийцүүлнэ үү
Мэдрэгч технологи хөгжихийн хэрээр өнөөгийн өндөр QE шинжлэх ухааны камерууд нь янз бүрийн хэрэглээнд гайхалтай мэдрэмж, олон талт байдлыг санал болгодог. Гэхдээ техник хангамж хэчнээн боловсронгуй байсан ч зөв хэрэгслийг сонгох нь квантын үр ашиг нь том дүр зурагт хэрхэн нийцэж байгааг ойлгохоос эхэлдэг.
Түгээмэл асуултууд
Шинжлэх ухааны камерт илүү өндөр квант үр ашиг үргэлж сайн байдаг уу?
Илүү өндөр квантын үр ашиг (QE) нь ерөнхийдөө камерын бага түвшний гэрлийг илрүүлэх чадварыг сайжруулдаг бөгөөд энэ нь флюресценцийн микроскоп, одон орон судлал, нэг молекулын дүрслэл зэрэг хэрэглээнд үнэ цэнэтэй юм. Гэсэн хэдий ч QE нь тэнцвэртэй гүйцэтгэлийн профайлын зөвхөн нэг хэсэг юм. Динамик хүрээ муутай, унших дуу чимээ ихтэй эсвэл хөргөлт хангалтгүй өндөр QE камер нь оновчтой үр дүнг өгөхгүй хэвээр байна. Хамгийн сайн гүйцэтгэлтэй байхын тулд QE-г дуу чимээ, битийн гүн, мэдрэгчийн архитектур зэрэг бусад үндсэн үзүүлэлтүүдтэй хослуулан үргэлж үнэл.
Квантын үр ашгийг хэрхэн хэмждэг вэ?
Квантын үр ашгийг тодорхой долгионы уртад тодорхой тооны фотон бүхий мэдрэгчийг гэрэлтүүлж, дараа нь мэдрэгчийн үүсгэсэн электронуудын тоог тоолох замаар хэмждэг. Үүнийг ихэвчлэн тохируулсан монохромат гэрлийн эх үүсвэр болон лавлагаа фотодиод ашиглан хийдэг. Үүссэн QE утгыг долгионы уртаар зурж, QE муруйг үүсгэнэ. Энэ нь мэдрэгчийн спектрийн хариу урвалыг тодорхойлоход тусалдаг бөгөөд энэ нь камерыг таны хэрэглээний гэрлийн эх үүсвэр эсвэл ялгаруулах хүрээтэй тааруулахад чухал юм.
Програм хангамж эсвэл гадаад шүүлтүүр нь квантын үр ашгийг сайжруулж чадах уу?
Үгүй. Квантын үр ашиг нь дүрс мэдрэгчийн дотоод, техник хангамжийн түвшний шинж чанар бөгөөд програм хангамж эсвэл гадны хэрэгслүүдээр өөрчлөх боломжгүй. Гэсэн хэдий ч шүүлтүүрүүд нь дохионы дуу чимээний харьцааг сайжруулснаар (жишээлбэл, флюресценцийн хэрэглээнд ялгаралтын шүүлтүүр ашиглах) зургийн ерөнхий чанарыг сайжруулж, програм хангамж нь дуу чимээг бууруулах эсвэл дараах боловсруулалтад тусалж чадна. Гэсэн хэдий ч эдгээр нь QE утгыг өөрөө өөрчилдөггүй.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Бүх эрх хуулиар хамгаалагдсан. Иш татахдаа эх сурвалжийг хүлээн зөвшөөрнө үү:www.tucsen.com
