25/08/15Fl-immaġini xjentifiċi, il-preċiżjoni hija kollox. Kemm jekk qed taqbad sinjali ta' fluworexxenza f'dawl baxx jew issegwi oġġetti ċelesti dgħajfa, il-kapaċità tal-kamera tiegħek li tiskopri d-dawl tinfluwenza direttament il-kwalità tar-riżultati tiegħek. Wieħed mill-aktar fatturi kritiċi, iżda spiss mifhum ħażin, f'din l-ekwazzjoni huwa l-effiċjenza kwantistika (QE).
Din il-gwida se tiddiskuti x'inhu l-QE, għaliex huwa importanti, kif tinterpreta l-ispeċifikazzjonijiet tal-QE, u kif jitqabbel mat-tipi ta' sensuri differenti. Jekk qed tfittex...kamera xjentifikajew sempliċement qed tipprova tifhem id-datasheets tal-kamera, dan huwa għalik.
Figura: Eżempji tipiċi tal-kurva QE tal-kamera Tucsen
(a)Aries 6510(b)Dhyana 6060BSI(ċ)Libra 22
X'inhi l-Effiċjenza Kwantika?
L-Effiċjenza Kwantistika hija l-probabbiltà li foton li jilħaq is-sensor tal-kamera fil-fatt jiġi skopert, u jirrilaxxa fotoelettron fis-silikon.
F'diversi stadji fil-vjaġġ tal-foton lejn dan il-punt, hemm ostakli li jistgħu jassorbu l-fotoni jew jirriflettuhom 'il bogħod. Barra minn hekk, l-ebda materjal mhu 100% trasparenti għal kull wavelength tal-foton, flimkien ma' kwalunkwe bidla fil-kompożizzjoni tal-materjal għandha ċ-ċans li tirrifletti jew tferrex il-fotoni.
Espressa bħala perċentwal, l-effiċjenza kwantistika hija definita bħala:
QE (%) = (Numru ta' elettroni ġġenerati / Numru ta' fotoni inċidentali) × 100
Hemm żewġ tipi ewlenin:
●QE EsternaPrestazzjoni mkejla inklużi effetti bħar-riflessjoni u t-telf tat-trażmissjoni.
●QE InternIkejjel l-effiċjenza tal-konverżjoni fis-sensor innifsu, jekk wieħed jassumi li l-fotoni kollha jiġu assorbiti.
QE ogħla tfisser sensittività aħjar għad-dawl u sinjali tal-immaġni aktar b'saħħithom, speċjalment f'xenarji ta' dawl baxx jew limitati mill-fotoni.
Għaliex l-Effiċjenza Kwantika hija Importanti fil-Kameras Xjentifiċi?
Fl-immaġini, dejjem ikun ta' għajnuna li naqbdu l-ogħla perċentwal ta' fotoni deħlin li nistgħu, speċjalment f'applikazzjonijiet li jeħtieġu sensittività għolja.
Madankollu, sensuri b'effiċjenza kwantistika għolja għandhom it-tendenza li jkunu aktar għaljin. Dan minħabba l-isfida tal-inġinerija li jiġi massimizzat il-fattur tal-mili filwaqt li tinżamm il-funzjoni tal-pixel, u wkoll minħabba l-proċess ta' illuminazzjoni minn wara. Dan il-proċess, kif se titgħallem, jippermetti l-ogħla effiċjenzi kwantistiċi—iżda jiġi b'kumplessità tal-manifattura miżjuda b'mod sinifikanti.
Bħall-ispeċifikazzjonijiet kollha tal-kameras, il-ħtieġa għal effiċjenza kwantistika trid dejjem tiġi kkunsidrata kontra fatturi oħra għall-applikazzjoni speċifika tiegħek tal-immaġini. Pereżempju, l-introduzzjoni ta' shutter globali tista' ġġib vantaġġi għal ħafna applikazzjonijiet, iżda tipikament ma tistax tiġi implimentata fuq sensur BI. Barra minn hekk, teħtieġ iż-żieda ta' transistor żejjed mal-pixel. Dan jista' jnaqqas il-fattur tal-mili u għalhekk l-effiċjenza kwantistika, anke meta mqabbla ma' sensuri FI oħra.
Eżempji ta' applikazzjonijiet fejn il-QE jista' jkun importanti
Xi ftit eżempji ta' applikazzjonijiet:
● Immaġini b'dawl baxx u fluworexxenza ta' kampjuni bijoloġiċi mhux iffissati
● Immaġini b'veloċità għolja
● Applikazzjonijiet kwantitattivi li jeħtieġu kejl ta' intensità ta' preċiżjoni għolja
QE skont it-Tip ta' Sensor
Teknoloġiji differenti tas-sensuri tal-immaġni juru effiċjenzi kwantistiċi differenti. Ara kif il-QE tipikament jitqabbel mat-tipi ewlenin ta' sensuri:
CCD (Apparat Ikkoppjat biċ-Ċarġ)
Tradizzjonalment, l-immaġini xjentifika hija favorita għall-istorbju baxx u l-QE għoli tagħha, li spiss jilħqu l-ogħla livell tagħhom bejn 70–90%. Is-CCDs huma eċċellenti f'applikazzjonijiet bħall-astronomija u l-immaġini b'espożizzjoni twila.
CMOS (Semikonduttur tal-Ossidu tal-Metall Komplementari)
Sensuri CMOS moderni, li qabel kienu limitati minn QE aktar baxx u storbju ogħla fil-qari, laħquhom b'mod sinifikanti. Ħafna issa jilħqu valuri QE massimi 'l fuq minn 80%, u joffru prestazzjoni eċċellenti b'rati ta' frejms aktar mgħaġġla u konsum ta' enerġija aktar baxx.
Esplora l-firxa tagħna ta' prodotti avvanzatiKamera CMOSmudelli biex tara kemm waslet din it-teknoloġija, bħalIl-Kamera Libra 3405M sCMOS ta' Tucsen, kamera xjentifika b'sensittività għolja ddisinjata għal applikazzjonijiet impenjattivi f'dawl baxx.
sCMOS (CMOS Xjentifiku)
Klassi speċjalizzata ta' CMOS iddisinjata għall-immaġini xjentifika,Kamera sCMOSIt-teknoloġija tgħaqqad QE għoli (tipikament 70–95%) ma' storbju baxx, firxa dinamika għolja, u akkwist veloċi. Ideali għall-immaġini ta' ċelluli ħajjin, mikroskopija b'veloċità għolja, u fluworexxenza b'ħafna kanali.
Kif Taqra Kurva tal-Effiċjenza Kwantistika
Il-manifatturi tipikament jippubblikaw kurva QE li tipplotta l-effiċjenza (%) tul it-tul tal-mewġ (nm). Dawn il-kurvi huma essenzjali biex jiġi ddeterminat kif kamera taħdem f'firxiet spettrali speċifiċi.
Elementi ewlenin li għandek tfittex:
●QE massimuL-effiċjenza massima, ħafna drabi fil-medda ta' 500–600 nm (dawl aħdar).
●Firxa tat-Tul tal-MewġaIt-tieqa spettrali użabbli fejn il-QE tibqa' 'l fuq minn limitu utli (eż., >20%).
●Żoni ta' TniżżilIl-QE għandha t-tendenza li tonqos fir-reġjuni UV (<400 nm) u NIR (>800 nm).
L-interpretazzjoni ta' din il-kurva tgħinek tqabbel il-qawwiet tas-sensor mal-applikazzjoni tiegħek, kemm jekk qed tieħu immaġini fl-ispettru viżibbli, fl-infra-aħmar qrib, jew fl-UV.
Dipendenza tat-Tul tal-Mewġa tal-Effiċjenza Kwantistika
Figura: Kurva QE li turi valuri tipiċi għal sensuri bbażati fuq is-silikon imdawlin minn quddiem u minn wara
NOTAIl-graff juri l-probabbiltà ta' skoperta ta' fotoni (effiċjenza kwantistika, %) kontra t-tul tal-mewġa tal-fotoni għal erba' kameras ta' eżempju. Varjanti u kisi differenti tas-sensuri jistgħu jbiddlu dawn il-kurvi b'mod drammatiku.
L-effiċjenza kwantistika tiddependi ħafna mit-tul tal-mewġa, kif muri fil-figura. Il-maġġoranza tas-sensuri tal-kamera bbażati fuq is-silikon juru l-ogħla effiċjenza kwantistika tagħhom fil-parti viżibbli tal-ispettru, l-aktar komuni fir-reġjun aħdar sa isfar, minn madwar 490nm sa 600nm. Il-kurvi QE jistgħu jiġu modifikati permezz ta' kisi tas-sensuri u varjanti ta' materjali biex jipprovdu l-ogħla QE madwar 300nm fl-ultravjola (UV), madwar 850nm fl-infra-aħmar qrib (NIR), u ħafna għażliet bejniethom.
Il-kameras kollha bbażati fuq is-silikon juru tnaqqis fl-effiċjenza kwantistika lejn l-1100nm, fejn il-fotoni ma jkollhomx aktar biżżejjed enerġija biex jirrilaxxaw il-fotoelettroni. Il-prestazzjoni tal-UV tista' tkun limitata ħafna f'sensuri b'mikrolentijiet jew ħġieġ tat-twieqi li jimblokka l-UV, li jirrestrinġu d-dawl ta' wavelength qasir milli jilħaq is-sensur.
Bejniethom, il-kurvi QE rarament ikunu lixxi u uniformi, u minflok spiss jinkludu qċaċet u kanali żgħar ikkawżati mill-proprjetajiet differenti tal-materjal u t-trasparenzi tal-materjali li minnhom huwa magħmul il-pixel.
F'applikazzjonijiet li jeħtieġu sensittività UV jew NIR, il-kunsiderazzjoni tal-kurvi tal-effiċjenza kwantistika tista' ssir ħafna aktar importanti, billi f'xi kameras l-effiċjenza kwantistika tista' tkun ħafna drabi akbar minn oħrajn fit-truf estremi tal-kurva.
Sensittività għar-raġġi-X
Xi sensuri tal-kameras tas-silikon jistgħu joperaw fil-parti tad-dawl viżibbli tal-ispettru, filwaqt li jkunu kapaċi wkoll li jiskopru xi tulijiet ta' mewġ tar-raġġi-X. Madankollu, il-kameras ġeneralment jeħtieġu inġinerija speċifika biex ilaħħqu kemm mal-impatt tar-raġġi-X fuq l-elettronika tal-kamera, kif ukoll mal-kmamar tal-vakwu ġeneralment użati għal esperimenti bir-raġġi-X.
Kameras Infra-aħmar
Fl-aħħar nett, sensuri bbażati mhux fuq is-silikon iżda fuq materjali oħra jistgħu juru kurvi QE kompletament differenti. Pereżempju, kameras infra-aħmar InGaAs, ibbażati fuq Indium Gallium Arsenide minflok is-silikon, jistgħu jiskopru firxiet wesgħin ta’ wavelengths fin-NIR, sa massimu ta’ madwar 2700nm, skont il-varjant tas-sensur.
Effiċjenza Kwantistika vs. Speċifikazzjonijiet Oħra tal-Kamera
L-effiċjenza kwantistika hija metrika ewlenija tal-prestazzjoni, iżda ma toperax waħedha. Ara kif tirrelata ma' speċifikazzjonijiet importanti oħra tal-kamera:
QE vs. Sensittività
Is-sensittività hija l-abbiltà tal-kamera li tiskopri sinjali dgħajfa. Il-QE tikkontribwixxi direttament għas-sensittività, iżda fatturi oħra bħad-daqs tal-pixel, l-istorbju tal-qari, u l-kurrent skur għandhom ukoll rwol.
QE vs. Proporzjon tas-Sinjal għall-Istorbju (SNR)
QE ogħla jtejjeb l-SNR billi jiġġenera aktar sinjal (elettroni) għal kull foton. Iżda storbju eċċessiv, minħabba elettronika fqira jew tkessiħ inadegwat, xorta jista' jiddegrada l-immaġni.
QE vs. Firxa Dinamika
Filwaqt li l-QE jaffettwa kemm jiġi skopert dawl, il-firxa dinamika tiddeskrivi l-proporzjon bejn l-aktar sinjali brillanti u l-aktar skuri li l-kamera tista' timmaniġġja. Kamera b'QE għoli b'firxa dinamika fqira xorta tista' tipproduċi riżultati subpar f'xeni b'kuntrast għoli.
Fil-qosor, l-effiċjenza kwantistika hija kritika, iżda dejjem evalwaha flimkien ma' speċifikazzjonijiet komplementari.
X'inhi Effiċjenza Kwantistika "Tajba"?
M'hemm l-ebda QE "l-aħjar" universali—jiddependi fuq l-applikazzjoni tiegħek. Madankollu, hawn xi punti ta' riferiment ġenerali:
| Firxa QE | Livell ta' Prestazzjoni | Każijiet ta' Użu |
| <40% | Baxx | Mhux ideali għal użu xjentifiku |
| 40–60% | Medja | Applikazzjonijiet xjentifiċi ta' livell bażiku |
| 60–80% | Tajjeb | Adattat għal ħafna kompiti tal-immaġini |
| 80–95% | Eċċellenti | Immaġini b'dawl baxx, preċiżjoni għolja, jew b'limitazzjoni tal-fotoni |
Ikkunsidra wkoll il-QE massimu kontra l-QE medju fil-medda spettrali mixtieqa tiegħek.
Konklużjoni
L-effiċjenza kwantistika hija waħda mill-aktar fatturi importanti, iżda injorati, fl-għażla ta' apparat tal-immaġini xjentifika. Kemm jekk qed tevalwa CCDs, kameras sCMOS, jew kameras CMOS, il-fehim tal-QE jgħinek:
● Ibassar kif se taħdem il-kamera tiegħek f'kundizzjonijiet ta' dawl tad-dinja reali
● Qabbel il-prodotti b'mod oġġettiv lil hinn mill-istqarrijiet tal-marketing
● Qabbel l-ispeċifikazzjonijiet tal-kamera mar-rekwiżiti xjentifiċi tiegħek
Hekk kif it-teknoloġija tas-sensuri tavvanza, il-kameras xjentifiċi b'QE għoli tal-lum joffru sensittività u versatilità notevoli f'applikazzjonijiet diversi. Iżda irrispettivament minn kemm hu avvanzat il-hardware, l-għażla tal-għodda t-tajba tibda bil-fehim ta' kif l-effiċjenza kwantistika tidħol fil-qafas ġenerali.
Mistoqsijiet Frekwenti
Effiċjenza kwantistika ogħla hija dejjem aħjar f'kamera xjentifika?
Effiċjenza kwantistika ogħla (QE) ġeneralment ittejjeb il-kapaċità ta' kamera li tiskopri livelli baxxi ta' dawl, li huwa ta' valur f'applikazzjonijiet bħall-mikroskopija tal-fluworexxenza, l-astronomija, u l-immaġini ta' molekula waħda. Madankollu, il-QE hija biss parti waħda minn profil ta' prestazzjoni bbilanċjat. Kamera b'QE għolja b'firxa dinamika fqira, storbju għoli fil-qari, jew tkessiħ insuffiċjenti xorta tista' tagħti riżultati mhux ottimali. Għall-aħjar prestazzjoni, dejjem evalwa l-QE flimkien ma' speċifikazzjonijiet ewlenin oħra bħall-istorbju, il-fond tal-bit, u l-arkitettura tas-sensuri.
Kif titkejjel l-effiċjenza kwantistika?
L-effiċjenza kwantistika titkejjel billi s-sensor jiġi illuminat b'numru magħruf ta' fotoni f'tul ta' mewġa speċifiku u mbagħad jingħadd in-numru ta' elettroni ġġenerati mis-sensor. Dan tipikament isir bl-użu ta' sors ta' dawl monokromatiku kalibrat u fotodijodu ta' referenza. Il-valur QE li jirriżulta jiġi pplottjat tul it-tulijiet ta' mewġ biex tinħoloq kurva QE. Dan jgħin biex jiġi ddeterminat ir-rispons spettrali tas-sensor, kritiku biex il-kamera titqabbel mas-sors tad-dawl jew il-firxa ta' emissjoni tal-applikazzjoni tiegħek.
Jistgħu s-softwer jew il-filtri esterni jtejbu l-effiċjenza kwantistika?
Le. L-Effiċjenza Kwantistika hija proprjetà intrinsika, fil-livell tal-ħardwer, tas-sensor tal-immaġni u ma tistax tinbidel permezz ta' softwer jew aċċessorji esterni. Madankollu, il-filtri jistgħu jtejbu l-kwalità ġenerali tal-immaġni billi jtejbu l-proporzjon tas-sinjal għall-ħoss (eż., bl-użu ta' filtri tal-emissjoni f'applikazzjonijiet ta' fluworexxenza), u s-softwer jista' jgħin fit-tnaqqis tal-ħoss jew fil-post-ipproċessar. Xorta waħda, dawn ma jbiddlux il-valur QE nnifsu.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Id-drittijiet kollha riżervati. Meta tikkwota, jekk jogħġbok agħraf is-sors:www.tucsen.com
