25/08/15Ilmiy tasvirlashda aniqlik hamma narsadir. Kam yorug'likdagi lyuminestsent signallarni suratga olasizmi yoki zaif osmon jismlarini kuzatasizmi, kamerangiz yorug'likni aniqlash qobiliyati natijalaringiz sifatiga bevosita ta'sir qiladi. Ushbu tenglamadagi eng muhim, lekin ko'pincha noto'g'ri tushuniladigan omillardan biri bu kvant samaradorligi (QE).
Ushbu qo'llanma sizga QE nima ekanligini, nima uchun muhimligini, QE spetsifikatsiyalarini qanday talqin qilishni va uni sensor turlari bo'yicha qanday solishtirishni ko'rsatib beradi. Agar bozorda a uchun bo'lsangizilmiy kamerayoki shunchaki kamera ma'lumotlar jadvallarini tushunishga harakat qilsangiz, bu siz uchun.
Rasm: Tucsen tipik kamera QE egri misollar
(a)Qo'y 6510(b)Dhyana 6060BSI(c)Tarozi 22
Kvant samaradorligi nima?
Kvant samaradorligi - bu kamera sensoriga yetib boradigan fotonning aniqlanishi va kremniydagi fotoelektronni chiqarish ehtimoli.
Fotonning bu nuqtaga boradigan sayohatining bir necha bosqichlarida fotonlarni o'zlashtira oladigan yoki ularni aks ettira oladigan to'siqlar mavjud. Bundan tashqari, hech qanday material har bir foton to'lqin uzunligi uchun 100% shaffof emas, shuningdek, material tarkibidagi har qanday o'zgarishlar fotonlarni aks ettirish yoki tarqatish imkoniyatiga ega.
Foiz sifatida ifodalangan kvant samaradorligi quyidagicha aniqlanadi:
QE (%) = (hosil qilingan elektronlar soni / tushgan fotonlar soni) × 100
Ikkita asosiy tur mavjud:
●Tashqi QE: O'lchangan ishlash, shu jumladan aks ettirish va uzatish yo'qotishlari kabi effektlar.
●Ichki QE: Barcha fotonlar so'rilishini nazarda tutgan holda, sensorning o'zida konversiya samaradorligini o'lchaydi.
Yuqori QE yorug'lik sezgirligi va kuchli tasvir signallarini anglatadi, ayniqsa kam yorug'lik yoki foton bilan cheklangan stsenariylarda.
Nima uchun ilmiy kameralarda kvant samaradorligi muhim?
Tasvirlashda, ayniqsa, yuqori sezuvchanlikni talab qiladigan ilovalarda, keladigan fotonlarning eng yuqori foizini olish har doim foydalidir.
Biroq, yuqori kvant samaradorligi sensorlari qimmatroq bo'ladi. Bu piksel funktsiyasini saqlab turganda to'ldirish omilini maksimal darajada oshirish muhandislik muammosi, shuningdek, orqa yoritish jarayoni bilan bog'liq. Bu jarayon, siz oʻrganganingizdek, eng yuqori kvant samaradorligini taʼminlaydi, ammo u ishlab chiqarish murakkabligini sezilarli darajada oshiradi.
Barcha kamera spetsifikatsiyalari singari, kvant samaradorligiga bo'lgan ehtiyoj har doim sizning maxsus tasvirlash dasturingiz uchun boshqa omillarga nisbatan tortilishi kerak. Misol uchun, global panjurni joriy qilish ko'plab ilovalar uchun afzalliklarga olib kelishi mumkin, lekin odatda BI sensorida amalga oshirilmaydi. Bundan tashqari, u pikselga qo'shimcha tranzistorni qo'shishni talab qiladi. Bu hatto boshqa FI sensorlari bilan solishtirganda to'ldirish omilini va shuning uchun kvant samaradorligini kamaytirishi mumkin.
QE muhim bo'lishi mumkin bo'lgan misol ilovalari
Bir nechta misol ilovalari:
● Sobit bo'lmagan biologik namunalarni past yorug'lik va floresan tasvirlash
● Yuqori tezlikda tasvirlash
● Yuqori aniqlikdagi intensivlik o'lchovlarini talab qiluvchi miqdoriy ilovalar
Sensor turi bo'yicha QE
Turli tasvir sensori texnologiyalari turli kvant samaradorligini namoyish etadi. QE odatda asosiy sensor turlarini qanday taqqoslaydi:
CCD (zaryadga ulangan qurilma)
An'anaviy ravishda past shovqin va yuqori QE, ko'pincha 70-90% gacha cho'qqisiga ega bo'lgan ilmiy tasvirni afzal ko'rishadi. CCD-lar astronomiya va uzoq muddatli tasvirlash kabi ilovalarda ustunlik qiladi.
CMOS (qo'shimcha metall oksidi-yarim o'tkazgich)
Pastroq QE va yuqori o'qish shovqini bilan chegaralangandan so'ng, zamonaviy CMOS sensorlari, ayniqsa orqadan yoritilgan dizaynlar - sezilarli darajada ushlandi. Ko'pchilik hozirda 80% dan yuqori QE qiymatlariga erishib, tezroq kadrlar tezligi va kam quvvat sarfi bilan ajoyib ishlashni taklif etadi.
Bizning ilg'or assortimentimizni o'rganingCMOS kameramodellari, bu texnologiya kelgan qanchalik ko'rish uchun, kabiTucsenning Libra 3405M sCMOS kamerasi, kam yorug'lik talab qiladigan ilovalar uchun mo'ljallangan yuqori sezgir ilmiy kamera.
sCMOS (ilmiy CMOS)
Ilmiy tasvirlash uchun mo'ljallangan maxsus CMOS klassi,sCMOS kameratexnologiya yuqori QEni (odatda 70-95%) past shovqin, yuqori dinamik diapazon va tez olish bilan birlashtiradi. Jonli hujayrali tasvir, yuqori tezlikda mikroskopiya va ko'p kanalli floresans uchun ideal.
Kvant samaradorligi egri chizig'ini qanday o'qish mumkin
Ishlab chiqaruvchilar odatda to'lqin uzunliklari (nm) bo'yicha samaradorlikni (%) ko'rsatadigan QE egri chizig'ini nashr etadilar. Ushbu egri chiziqlar kameraning muayyan spektral diapazonlarda qanday ishlashini aniqlash uchun zarurdir.
Izlash uchun asosiy elementlar:
●Eng yuqori QE: Maksimal samaradorlik, ko'pincha 500-600 nm oralig'ida (yashil chiroq).
●To‘lqin uzunligi diapazoni: QE foydali chegaradan yuqori bo'lgan foydalanish mumkin bo'lgan spektral oyna (masalan, >20%).
●O'chirish zonalari: QE UV (<400 nm) va NIR (>800 nm) hududlarida tushishga moyil.
Ushbu egri chiziqni talqin qilish, ko'rinadigan spektrda, yaqin infraqizil yoki UVda tasvirlashdan qat'i nazar, sensorning kuchli tomonlarini ilovangiz bilan moslashtirishga yordam beradi.
Kvant samaradorligining to'lqin uzunligiga bog'liqligi
Rasm: old va orqa yoritilgan kremniy asosidagi sensorlar uchun odatiy qiymatlarni ko'rsatadigan QE egri chizig'i
ESLATMA: Grafikda fotonni aniqlash ehtimoli (kvant samaradorligi, %) to'rtta misol kamerasi uchun foton to'lqin uzunligiga nisbatan ko'rsatilgan. Turli xil sensorli variantlar va qoplamalar bu egri chiziqlarni keskin o'zgartirishi mumkin
Kvant samaradorligi rasmda ko'rsatilganidek, to'lqin uzunligiga juda bog'liq. Kremniyga asoslangan kamera sensorlarining aksariyati o'zlarining eng yuqori kvant samaradorligini spektrning ko'rinadigan qismida, odatda yashildan sariq ranggacha, taxminan 490 nm dan 600 nm gacha bo'lgan hududda namoyish etadi. QE egri chiziqlari ultrabinafsha nurda (UV) 300 nm atrofida, yaqin infraqizilda (NIR) 850 nm atrofida va ko'plab variantlarni ta'minlash uchun eng yuqori QEni ta'minlash uchun sensorli qoplamalar va material variantlari orqali o'zgartirilishi mumkin.
Barcha kremniyga asoslangan kameralar kvant samaradorligining 1100 nm gacha pasayishini ko'rsatadi, bunda fotonlar fotoelektronlarni chiqarish uchun etarli energiyaga ega emas. Qisqa to'lqinli yorug'likning sensorga etib borishini cheklaydigan mikrolinzalar yoki UV-blokirovka qiluvchi oyna oynasi bo'lgan sensorlarda UV ishlashi keskin cheklanishi mumkin.
Orasida QE egri chiziqlari kamdan-kam silliq va tekis bo'ladi va buning o'rniga ko'pincha piksel tarkibidagi materiallarning turli xil moddiy xususiyatlari va shaffofligi tufayli yuzaga keladigan kichik cho'qqilar va chuqurliklarni o'z ichiga oladi.
UV yoki NIR sezgirligini talab qiladigan ilovalarda kvant samaradorligi egri chiziqlarini hisobga olish muhimroq bo'lishi mumkin, chunki ba'zi kameralarda kvant samaradorligi egri chiziqning o'ta uchlarida boshqalarga qaraganda bir necha baravar katta bo'lishi mumkin.
Rentgen nurlarining sezgirligi
Ba'zi silikon kamera sensorlari spektrning ko'rinadigan yorug'lik qismida ishlashi mumkin, shu bilan birga rentgen nurlarining ba'zi to'lqin uzunliklarini aniqlashga qodir. Biroq, kameralar odatda rentgen nurlarining kamera elektronikasiga ta'sirini va odatda rentgen nurlari tajribalari uchun ishlatiladigan vakuum kameralarini engish uchun maxsus muhandislikni talab qiladi.
Infraqizil kameralar
Nihoyat, kremniyga emas, balki boshqa materiallarga asoslangan sensorlar butunlay boshqacha QE egri chizig'ini ko'rsatishi mumkin. Masalan, kremniy o'rniga Indium Gallium Arsenide asosidagi InGaAs infraqizil kameralari sensor variantiga qarab NIRda maksimal 2700 nm gacha bo'lgan keng to'lqin uzunligi diapazonlarini aniqlay oladi.
Kvant samaradorligi va boshqa kamera xususiyatlari
Kvant samaradorligi asosiy ishlash ko'rsatkichidir, ammo u alohida ishlamaydi. Bu kameraning boshqa muhim xususiyatlariga qanday aloqasi bor:
QE va sezgirlik
Sezuvchanlik kameraning zaif signallarni aniqlash qobiliyatidir. QE sezgirlikka bevosita hissa qo'shadi, ammo piksel o'lchami, o'qish shovqini va qorong'u oqim kabi boshqa omillar ham rol o'ynaydi.
QE va signal-shovqin nisbati (SNR)
Yuqori QE har bir foton uchun ko'proq signal (elektron) ishlab chiqarish orqali SNRni yaxshilaydi. Ammo yomon elektronika yoki etarli darajada sovutish tufayli haddan tashqari shovqin tasvirni yomonlashtirishi mumkin.
QE va dinamik diapazon
QE qancha yorug'lik aniqlanishiga ta'sir qilsa-da, dinamik diapazon kamera ishlay oladigan eng yorqin va eng qorong'i signallar o'rtasidagi nisbatni tavsiflaydi. Kambag'al dinamik diapazonga ega yuqori QE kamerasi yuqori kontrastli sahnalarda hali ham past natijalarni berishi mumkin.
Muxtasar qilib aytganda, kvant samaradorligi juda muhim, lekin uni har doim qo'shimcha xususiyatlar bilan birga baholang.
"Yaxshi" kvant samaradorligi nima?
Universal "eng yaxshi" QE yo'q - bu sizning arizangizga bog'liq. Ya'ni, bu erda umumiy ko'rsatkichlar mavjud:
| QE diapazoni | Ishlash darajasi | Foydalanish holatlari |
| <40% | Past | Ilmiy foydalanish uchun ideal emas |
| 40–60% | O'rtacha | Kirish darajasidagi ilmiy ilovalar |
| 60–80% | Yaxshi | Ko'pgina tasvirlash vazifalari uchun javob beradi |
| 80–95% | Ajoyib | Kam yorug'lik, yuqori aniqlik yoki foton bilan cheklangan tasvirlash |
Shuningdek, siz xohlagan spektral diapazon bo'ylab eng yuqori QE va o'rtacha QEni ko'rib chiqing.
Xulosa
Kvant samaradorligi ilmiy tasvirlash moslamasini tanlashda eng muhim, ammo e'tibordan chetda qolgan omillardan biridir. CCD, sCMOS kameralar yoki CMOS kameralarni baholayapsizmi, QEni tushunish sizga yordam beradi:
● Haqiqiy yorug‘lik sharoitida kamerangiz qanday ishlashini taxmin qiling
● Mahsulotlarni marketing da'volaridan tashqari xolisona solishtiring
● Kamera xususiyatlarini ilmiy talablaringiz bilan moslang
Sensor texnologiyasining rivojlanishi bilan bugungi yuqori QE ilmiy kameralari turli xil ilovalarda ajoyib sezgirlik va ko'p qirralilikni taklif etadi. Ammo apparat qanchalik ilg'or bo'lmasin, to'g'ri vositani tanlash kvant samaradorligi katta rasmga qanchalik mos kelishini tushunishdan boshlanadi.
Tez-tez so'raladigan savollar
Ilmiy kamerada yuqori kvant samaradorligi har doim yaxshiroqmi?
Yuqori kvant samaradorligi (QE) odatda kameraning yorug'likning past darajasini aniqlash qobiliyatini yaxshilaydi, bu floresan mikroskopiya, astronomiya va bitta molekulali tasvirlash kabi ilovalarda qimmatlidir. Biroq, QE muvozanatli ishlash profilining faqat bir qismidir. Kambag'al dinamik diapazonga, yuqori o'qish shovqiniga yoki etarli darajada sovutishga ega bo'lmagan yuqori QE kamerasi hali ham optimal bo'lmagan natijalarni berishi mumkin. Eng yaxshi ishlash uchun QEni shovqin, bit chuqurligi va sensor arxitekturasi kabi boshqa asosiy xususiyatlar bilan birgalikda baholang.
Kvant samaradorligi qanday o'lchanadi?
Kvant samaradorligi sensorni ma'lum bir to'lqin uzunligida ma'lum miqdordagi fotonlar bilan yoritish va keyin sensor tomonidan yaratilgan elektronlar sonini hisoblash orqali o'lchanadi. Bu odatda kalibrlangan monoxromatik yorug'lik manbai va mos yozuvlar fotodiod yordamida amalga oshiriladi. Olingan QE qiymati QE egri chizig'ini yaratish uchun to'lqin uzunliklari bo'ylab chiziladi. Bu kamerani ilovangizning yorug‘lik manbai yoki emissiya diapazoniga moslashtirish uchun muhim bo‘lgan sensorning spektral javobini aniqlashga yordam beradi.
Dasturiy ta'minot yoki tashqi filtrlar kvant samaradorligini oshirishi mumkinmi?
Yo'q. Kvant samaradorligi tasvir sensorining ichki, apparat darajasidagi xususiyati bo'lib, uni dasturiy ta'minot yoki tashqi aksessuarlar tomonidan o'zgartirib bo'lmaydi. Biroq, filtrlar signal-shovqin nisbatini oshirish orqali umumiy tasvir sifatini yaxshilashi mumkin (masalan, lyuminestsent dasturlarda emissiya filtrlaridan foydalanish) va dasturiy ta'minot shovqinni kamaytirish yoki keyingi ishlov berishda yordam berishi mumkin. Shunga qaramay, ular QE qiymatini o'zgartirmaydi.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Barcha huquqlar himoyalangan. Iqtibos keltirayotganda manbani ko'rsating:www.tucsen.com
