२५/०८/१५वैज्ञानिक इमेजिंगमध्ये, अचूकता ही सर्वकाही असते. तुम्ही कमी प्रकाशातील फ्लोरोसेन्स सिग्नल कॅप्चर करत असाल किंवा मंद खगोलीय वस्तूंचा मागोवा घेत असाल, तुमच्या कॅमेऱ्याची प्रकाश शोधण्याची क्षमता तुमच्या निकालांच्या गुणवत्तेवर थेट परिणाम करते. या समीकरणातील सर्वात महत्त्वाचा, परंतु अनेकदा गैरसमज होणारा घटक म्हणजे क्वांटम कार्यक्षमता (QE).
हे मार्गदर्शक तुम्हाला QE म्हणजे काय, ते का महत्त्वाचे आहे, QE स्पेसिफिकेशन कसे समजावून सांगायचे आणि ते वेगवेगळ्या सेन्सर प्रकारांमध्ये कसे तुलना करते याबद्दल मार्गदर्शन करेल. जर तुम्ही बाजारात असाल तरवैज्ञानिक कॅमेराकिंवा फक्त कॅमेरा डेटाशीट्सचा अर्थ समजून घेण्याचा प्रयत्न करत असाल तर, हे तुमच्यासाठी आहे.
आकृती: टक्सेन ठराविक कॅमेरा QE वक्र उदाहरणे
(अ)मेष ६५१०(ब)ध्यान ६०६० बीएसआय(क)तुला २२
क्वांटम कार्यक्षमता म्हणजे काय?
क्वांटम एफिशियन्सी म्हणजे कॅमेरा सेन्सरपर्यंत पोहोचणारा फोटॉन प्रत्यक्षात शोधला जाण्याची आणि सिलिकॉनमध्ये फोटोइलेक्ट्रॉन सोडण्याची शक्यता.
या बिंदूकडे जाणाऱ्या फोटॉनच्या प्रवासात अनेक टप्प्यांवर, असे अडथळे असतात जे फोटॉन शोषून घेऊ शकतात किंवा त्यांना परावर्तित करू शकतात. याव्यतिरिक्त, कोणताही पदार्थ प्रत्येक फोटॉन तरंगलांबीपेक्षा १००% पारदर्शक नसतो, तसेच पदार्थाच्या रचनेतील कोणत्याही बदलामुळे फोटॉन परावर्तित होण्याची किंवा विखुरण्याची शक्यता असते.
टक्केवारी म्हणून व्यक्त केल्यास, क्वांटम कार्यक्षमता अशी परिभाषित केली जाते:
QE (%) = (निर्मित इलेक्ट्रॉनची संख्या / आपत्ती फोटॉनची संख्या) × १००
दोन मुख्य प्रकार आहेत:
●बाह्य QE: परावर्तन आणि प्रसारण नुकसान यासारख्या परिणामांसह मोजलेले कामगिरी.
●अंतर्गत QE: सर्व फोटॉन शोषले गेले आहेत असे गृहीत धरून, सेन्सरमध्येच रूपांतरण कार्यक्षमता मोजते.
उच्च QE म्हणजे चांगली प्रकाश संवेदनशीलता आणि मजबूत प्रतिमा सिग्नल, विशेषतः कमी-प्रकाश किंवा फोटॉन-मर्यादित परिस्थितींमध्ये.
वैज्ञानिक कॅमेऱ्यांमध्ये क्वांटम कार्यक्षमता का महत्त्वाची आहे?
इमेजिंगमध्ये, येणार्‍या फोटॉनची जास्तीत जास्त टक्केवारी कॅप्चर करणे नेहमीच उपयुक्त ठरते, विशेषतः उच्च संवेदनशीलतेची मागणी करणाऱ्या अनुप्रयोगांमध्ये.
तथापि, उच्च क्वांटम कार्यक्षमता सेन्सर अधिक महाग असतात. हे पिक्सेल फंक्शन राखताना फिल फॅक्टर जास्तीत जास्त करण्याच्या अभियांत्रिकी आव्हानामुळे आणि बॅक इल्युमिनेशन प्रक्रियेमुळे देखील होते. ही प्रक्रिया, जसे तुम्ही शिकाल, सर्वोच्च क्वांटम कार्यक्षमता सक्षम करते - परंतु ती लक्षणीयरीत्या वाढलेल्या उत्पादन जटिलतेसह येते.
सर्व कॅमेरा स्पेसिफिकेशन्सप्रमाणे, तुमच्या विशिष्ट इमेजिंग अॅप्लिकेशनसाठी क्वांटम कार्यक्षमतेची गरज नेहमीच इतर घटकांच्या तुलनेत मोजली पाहिजे. उदाहरणार्थ, ग्लोबल शटर सादर केल्याने अनेक अॅप्लिकेशन्ससाठी फायदे मिळू शकतात, परंतु सामान्यतः BI सेन्सरवर ते लागू केले जाऊ शकत नाही. शिवाय, त्यासाठी पिक्सेलमध्ये अतिरिक्त ट्रान्झिस्टर जोडणे आवश्यक आहे. यामुळे फिल फॅक्टर कमी होऊ शकतो आणि म्हणूनच क्वांटम कार्यक्षमता कमी होऊ शकते, अगदी इतर FI सेन्सर्सच्या तुलनेत.
QE महत्वाचे असू शकते अशा अनुप्रयोगांची उदाहरणे
काही उदाहरणे अनुप्रयोग:
● कमी प्रकाशात आणि स्थिर नसलेल्या जैविक नमुन्यांचे फ्लोरोसेन्स इमेजिंग.
● हाय-स्पीड इमेजिंग
● उच्च अचूकता तीव्रता मोजमाप आवश्यक असलेले परिमाणात्मक अनुप्रयोग
सेन्सर प्रकारानुसार QE
वेगवेगळ्या इमेज सेन्सर तंत्रज्ञानामध्ये वेगवेगळ्या क्वांटम कार्यक्षमता दिसून येतात. प्रमुख सेन्सर प्रकारांमध्ये QE ची तुलना कशी केली जाते ते येथे आहे:
सीसीडी (चार्ज-कपल्ड डिव्हाइस)
पारंपारिकपणे त्यांच्या कमी आवाज आणि उच्च QE साठी वैज्ञानिक इमेजिंगला प्राधान्य दिले जाते, जे बहुतेकदा ७०-९०% दरम्यान असते. खगोलशास्त्र आणि दीर्घ-एक्सपोजर इमेजिंग सारख्या अनुप्रयोगांमध्ये CCD उत्कृष्ट आहेत.
CMOS (पूरक धातू-ऑक्साइड-अर्धवाहक)
एकेकाळी कमी QE आणि जास्त वाचनीय आवाजामुळे मर्यादित असलेले, आधुनिक CMOS सेन्सर्स - विशेषतः बॅक-इल्युमिनेटेड डिझाइन्स - यांनी लक्षणीयरीत्या काम केले आहे. बरेच जण आता 80% पेक्षा जास्त कमाल QE मूल्ये गाठतात, जलद फ्रेम दर आणि कमी वीज वापरासह उत्कृष्ट कामगिरी देतात.
आमच्या प्रगत श्रेणी एक्सप्लोर कराCMOS कॅमेराहे तंत्रज्ञान किती पुढे आले आहे हे पाहण्यासाठी मॉडेल्स, जसे कीटक्सनचा लिब्रा ३४०५एम एससीएमओएस कॅमेरा, कमी प्रकाशातील अनुप्रयोगांसाठी डिझाइन केलेला उच्च-संवेदनशीलता वैज्ञानिक कॅमेरा.
sCMOS (वैज्ञानिक CMOS)
वैज्ञानिक इमेजिंगसाठी डिझाइन केलेला CMOS चा एक विशेष वर्ग,sCMOS कॅमेरातंत्रज्ञान उच्च QE (सामान्यत: ७०-९५%) कमी आवाज, उच्च गतिमान श्रेणी आणि जलद संपादनासह एकत्रित करते. लाईव्ह-सेल इमेजिंग, हाय-स्पीड मायक्रोस्कोपी आणि मल्टी-चॅनेल फ्लोरोसेन्ससाठी आदर्श.
क्वांटम कार्यक्षमता वक्र कसे वाचायचे
उत्पादक सामान्यतः एक QE वक्र प्रकाशित करतात जो तरंगलांबी (nm) मध्ये कार्यक्षमता (%) प्लॉट करतो. विशिष्ट वर्णक्रमीय श्रेणींमध्ये कॅमेरा कसा कार्य करतो हे ठरवण्यासाठी हे वक्र आवश्यक आहेत.
शोधण्यासाठी महत्त्वाचे घटक:
●पीक क्यूई: जास्तीत जास्त कार्यक्षमता, बहुतेकदा ५००-६०० नॅनोमीटर श्रेणीत (हिरवा प्रकाश).
●तरंगलांबी श्रेणी: वापरण्यायोग्य वर्णक्रमीय विंडो जिथे QE उपयुक्त मर्यादेपेक्षा जास्त राहतो (उदा., >२०%).
●ड्रॉप-ऑफ झोन: UV (<४०० nm) आणि NIR (>८०० nm) प्रदेशांमध्ये QE पडण्याची शक्यता असते.
या वक्रचा अर्थ लावल्याने तुम्हाला तुमच्या अनुप्रयोगाशी सेन्सरची ताकद जुळवण्यास मदत होते, मग तुम्ही दृश्यमान स्पेक्ट्रममध्ये, जवळ-अवरक्त किंवा यूव्हीमध्ये इमेजिंग करत असाल.
क्वांटम कार्यक्षमतेचे तरंगलांबी अवलंबित्व
आकृती: समोर आणि मागे प्रकाशित सिलिकॉन-आधारित सेन्सर्ससाठी सामान्य मूल्ये दर्शविणारा QE वक्र
टीप: आलेख चार उदाहरण कॅमेऱ्यांसाठी फोटॉन तरंगलांबी विरुद्ध फोटॉन शोधण्याची शक्यता (क्वांटम कार्यक्षमता, %) दर्शवितो. वेगवेगळे सेन्सर प्रकार आणि कोटिंग्ज हे वक्र नाटकीयरित्या बदलू शकतात.
आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, क्वांटम कार्यक्षमता अत्यंत तरंगलांबीवर अवलंबून असते. बहुतेक सिलिकॉन-आधारित कॅमेरा सेन्सर स्पेक्ट्रमच्या दृश्यमान भागात, बहुतेकदा हिरव्या ते पिवळ्या प्रदेशात, सुमारे 490nm ते 600nm पर्यंत त्यांची सर्वोच्च क्वांटम कार्यक्षमता प्रदर्शित करतात. अल्ट्रा-व्हायोलेट (UV) मध्ये सुमारे 300nm, जवळच्या इन्फ्रा रेड (NIR) मध्ये सुमारे 850nm आणि त्यामधील अनेक पर्यायांसाठी पीक QE प्रदान करण्यासाठी सेन्सर कोटिंग्ज आणि मटेरियल प्रकारांद्वारे QE वक्र सुधारित केले जाऊ शकतात.
सर्व सिलिकॉन-आधारित कॅमेरे ११०० नॅनोमीटरच्या दिशेने क्वांटम कार्यक्षमतेत घट दर्शवितात, ज्या वेळी फोटॉनमध्ये फोटोइलेक्ट्रॉन सोडण्यासाठी पुरेशी ऊर्जा राहत नाही. मायक्रोलेन्स किंवा यूव्ही-ब्लॉकिंग विंडो ग्लास असलेल्या सेन्सर्समध्ये यूव्ही कार्यक्षमता गंभीरपणे मर्यादित असू शकते, जे कमी-तरंगलांबी प्रकाश सेन्सरपर्यंत पोहोचण्यापासून प्रतिबंधित करतात.
दरम्यान, QE वक्र क्वचितच गुळगुळीत आणि सम असतात आणि त्याऐवजी पिक्सेल ज्या पदार्थांपासून बनलेला असतो त्यांच्या वेगवेगळ्या भौतिक गुणधर्मांमुळे आणि पारदर्शकतेमुळे निर्माण होणारे लहान शिखरे आणि खोरे बहुतेकदा त्यात समाविष्ट असतात.
ज्या अनुप्रयोगांना UV किंवा NIR संवेदनशीलता आवश्यक असते, त्यामध्ये क्वांटम कार्यक्षमता वक्रांचा विचार करणे अधिक महत्त्वाचे बनू शकते, कारण काही कॅमेऱ्यांमध्ये क्वांटम कार्यक्षमता वक्रच्या टोकावरील इतरांपेक्षा अनेक पटीने जास्त असू शकते.
एक्स-रे संवेदनशीलता
काही सिलिकॉन कॅमेरा सेन्सर स्पेक्ट्रमच्या दृश्यमान प्रकाश भागात काम करू शकतात, तसेच ते क्ष-किरणांच्या काही तरंगलांबी शोधण्यास देखील सक्षम असतात. तथापि, कॅमेरा इलेक्ट्रॉनिक्सवर क्ष-किरणांचा होणारा परिणाम आणि क्ष-किरण प्रयोगांसाठी सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या व्हॅक्यूम चेंबर्सना तोंड देण्यासाठी कॅमेऱ्यांना सामान्यतः विशिष्ट अभियांत्रिकीची आवश्यकता असते.
इन्फ्रारेड कॅमेरे
शेवटी, सिलिकॉनवर नसून इतर पदार्थांवर आधारित सेन्सर पूर्णपणे भिन्न QE वक्र प्रदर्शित करू शकतात. उदाहरणार्थ, सिलिकॉनऐवजी इंडियम गॅलियम आर्सेनाइडवर आधारित InGaAs इन्फ्रारेड कॅमेरे, सेन्सर प्रकारानुसार, NIR मध्ये जास्तीत जास्त 2700nm पर्यंत विस्तृत तरंगलांबी श्रेणी शोधू शकतात.
क्वांटम कार्यक्षमता विरुद्ध इतर कॅमेरा वैशिष्ट्ये
क्वांटम कार्यक्षमता ही एक महत्त्वाची कामगिरी मोजमाप आहे, परंतु ती स्वतंत्रपणे काम करत नाही. इतर महत्त्वाच्या कॅमेरा वैशिष्ट्यांशी ते कसे संबंधित आहे ते येथे आहे:
QE विरुद्ध संवेदनशीलता
संवेदनशीलता म्हणजे कॅमेराची कमकुवत सिग्नल शोधण्याची क्षमता. QE संवेदनशीलतेमध्ये थेट योगदान देते, परंतु पिक्सेल आकार, वाचन आवाज आणि गडद प्रवाह यासारखे इतर घटक देखील भूमिका बजावतात.
क्यूई विरुद्ध सिग्नल-टू-नॉइज रेशो (एसएनआर)
उच्च QE प्रति फोटॉन अधिक सिग्नल (इलेक्ट्रॉन) निर्माण करून SNR सुधारते. परंतु खराब इलेक्ट्रॉनिक्स किंवा अपुरे कूलिंगमुळे जास्त आवाज, तरीही प्रतिमा खराब करू शकतो.
QE विरुद्ध डायनॅमिक रेंज
जरी QE किती प्रकाश शोधला जातो यावर परिणाम करते, तरी डायनॅमिक रेंज कॅमेरा हाताळू शकणाऱ्या सर्वात तेजस्वी आणि सर्वात गडद सिग्नलमधील गुणोत्तराचे वर्णन करते. कमी डायनॅमिक रेंज असलेला उच्च QE कॅमेरा उच्च-कॉन्ट्रास्ट दृश्यांमध्ये कमी परिणाम देऊ शकतो.
थोडक्यात, क्वांटम कार्यक्षमता महत्त्वाची आहे, परंतु नेहमीच पूरक वैशिष्ट्यांसह त्याचे मूल्यांकन करा.
"चांगली" क्वांटम कार्यक्षमता म्हणजे काय?
कोणताही सार्वत्रिक "सर्वोत्तम" QE नाही - तो तुमच्या अर्जावर अवलंबून असतो. असं असलं तरी, येथे सामान्य बेंचमार्क आहेत:
| QE श्रेणी | कामगिरी पातळी | वापर प्रकरणे |
| <४०% | कमी | वैज्ञानिक वापरासाठी आदर्श नाही |
| ४०-६०% | सरासरी | प्राथमिक स्तरावरील वैज्ञानिक अनुप्रयोग |
| ६०-८०% | चांगले | बहुतेक इमेजिंग कामांसाठी योग्य |
| ८०-९५% | उत्कृष्ट | कमी प्रकाश, उच्च-परिशुद्धता किंवा फोटॉन-मर्यादित इमेजिंग |
तसेच, तुमच्या इच्छित वर्णक्रमीय श्रेणीतील पीक QE विरुद्ध सरासरी QE विचारात घ्या.
निष्कर्ष
वैज्ञानिक इमेजिंग उपकरण निवडताना क्वांटम कार्यक्षमता हा सर्वात महत्वाचा, तरीही दुर्लक्षित घटकांपैकी एक आहे. तुम्ही CCDs, sCMOS कॅमेरे किंवा CMOS कॅमेरे यांचे मूल्यांकन करत असलात तरी, QE समजून घेणे तुम्हाला मदत करते:
● वास्तविक प्रकाश परिस्थितीत तुमचा कॅमेरा कसा कार्य करेल याचा अंदाज लावा
● मार्केटिंग दाव्यांपेक्षा उत्पादनांची वस्तुनिष्ठपणे तुलना करा.
● तुमच्या वैज्ञानिक आवश्यकतांनुसार कॅमेरा स्पेक्स जुळवा.
सेन्सर तंत्रज्ञान जसजसे पुढे जात आहे तसतसे आजचे उच्च-क्यूई वैज्ञानिक कॅमेरे विविध अनुप्रयोगांमध्ये उल्लेखनीय संवेदनशीलता आणि बहुमुखी प्रतिभा प्रदान करतात. परंतु हार्डवेअर कितीही प्रगत असले तरीही, योग्य साधन निवडणे हे मोठ्या चित्रात क्वांटम कार्यक्षमता कशी बसते हे समजून घेण्यापासून सुरू होते.
वारंवार विचारले जाणारे प्रश्न
वैज्ञानिक कॅमेऱ्यात उच्च क्वांटम कार्यक्षमता नेहमीच चांगली असते का?
उच्च क्वांटम कार्यक्षमता (QE) सामान्यतः कॅमेऱ्याची कमी पातळीच्या प्रकाशाचा शोध घेण्याची क्षमता सुधारते, जी फ्लोरोसेन्स मायक्रोस्कोपी, खगोलशास्त्र आणि एकल-रेणू इमेजिंग सारख्या अनुप्रयोगांमध्ये मौल्यवान आहे. तथापि, QE हा संतुलित कामगिरी प्रोफाइलचा फक्त एक भाग आहे. खराब डायनॅमिक रेंज, उच्च वाचन आवाज किंवा अपुरा कूलिंग असलेला उच्च-QE कॅमेरा तरीही कमी परिणाम देऊ शकतो. सर्वोत्तम कामगिरीसाठी, नेहमी आवाज, बिट खोली आणि सेन्सर आर्किटेक्चर सारख्या इतर प्रमुख वैशिष्ट्यांसह QE चे मूल्यांकन करा.
क्वांटम कार्यक्षमता कशी मोजली जाते?
क्वांटम कार्यक्षमता एका विशिष्ट तरंगलांबीवरील ज्ञात संख्येच्या फोटॉनसह सेन्सरला प्रकाशित करून आणि नंतर सेन्सरद्वारे निर्माण होणाऱ्या इलेक्ट्रॉनची संख्या मोजून मोजली जाते. हे सामान्यतः कॅलिब्रेटेड मोनोक्रोमॅटिक प्रकाश स्रोत आणि संदर्भ फोटोडायोड वापरून केले जाते. परिणामी QE मूल्य तरंगलांबींमध्ये QE वक्र तयार करण्यासाठी प्लॉट केले जाते. हे सेन्सरचा वर्णक्रमीय प्रतिसाद निश्चित करण्यास मदत करते, जो तुमच्या अनुप्रयोगाच्या प्रकाश स्रोताशी किंवा उत्सर्जन श्रेणीशी कॅमेरा जुळवण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहे.
सॉफ्टवेअर किंवा बाह्य फिल्टर क्वांटम कार्यक्षमता सुधारू शकतात का?
नाही. क्वांटम एफिशियन्सी ही इमेज सेन्सरची एक अंतर्गत, हार्डवेअर-स्तरीय गुणधर्म आहे आणि सॉफ्टवेअर किंवा बाह्य अॅक्सेसरीजद्वारे ती बदलता येत नाही. तथापि, फिल्टर सिग्नल-टू-नॉइज रेशो वाढवून (उदा., फ्लोरोसेंस अॅप्लिकेशन्समध्ये उत्सर्जन फिल्टर वापरणे) एकूण इमेज गुणवत्ता सुधारू शकतात आणि सॉफ्टवेअर नॉइज रिडक्शन किंवा पोस्ट-प्रोसेसिंगमध्ये मदत करू शकते. तरीही, हे QE व्हॅल्यू स्वतः बदलत नाहीत.
टक्सन फोटोनिक्स कंपनी लिमिटेड. सर्व हक्क राखीव. उद्धृत करताना, कृपया स्त्रोताची कबुली द्या:www.tucsen.com
