25/08/15אין וויסנשאפטלעכער בילדגעבונג, איז פּרעציזיע אַלץ. צי איר כאַפּט נידעריק-ליכט פלואָרעסצענץ סיגנאַלן אָדער טראַקינג שוואַך הימלישע אַבדזשעקץ, דיין קאַמעראַ ס פיייקייט צו דעטעקטירן ליכט גלייַך ינפלוענסט די קוואַליטעט פון דיין רעזולטאַטן. איינער פון די מערסט קריטיש, אָבער אָפט מיספאַרשטאַנען, סיבות אין דעם גלייכונג איז קוואַנטום עפעקטיווקייַט (QE).
די גייד וועט אייך דורכגיין וואָס QE איז, פארוואס עס איז וויכטיג, ווי אזוי צו אינטערפּרעטירן QE ספּעציפֿיקאַציעס, און ווי עס פאַרגלייכט זיך צווישן סענסאָר טיפּן. אויב איר זוכט אַ...וויסנשאפטלעכע קאַמעראַאדער נאר פרובירט צו פארשטיין קאמערא דאטאשיטן, דאס איז פאר אייך.
פיגור: טוסען טיפּישע קאַמעראַ QE קורווע ביישפילן
(א)ווידער 6510(ב)דהיאַנאַ 6060BSI(ג)וואָג 22
וואָס איז קוואַנטום עפעקטיווקייט?
קוואַנטום עפעקטיווקייט איז די ליקעליהאָאָד פון אַ פאָטאָן וואָס דערגרייכט דעם קאַמעראַ סענסאָר טאַקע ווערן דעטעקטירט, און באַפרייען אַ פאָטאָעלעקטראָן אין די סיליקאָן.
אין פארשידענע שטאפלען אין דעם פאטאן'ס רייזע צו דעם פונקט, זענען דא שטערונגען וואס קענען אבזארבירן פאטאנען אדער זיי אפשפיגלען. דערצו, קיין מאטעריאל איז נישט הונדערט פראצענט דורכזיכטיק פאר יעדער פאטאן כוואליע-לענג, און יעדע ענדערונג אין מאטעריאל צוזאמענשטעלונג האט א שאנס אפשפיגלען אדער צושפרייטן פאטאנען.
אויסגעדריקט ווי אַ פּראָצענט, קוואַנטום עפעקטיווקייט איז דעפינירט ווי:
QE (%) = (נומער פון דזשענערירטע עלעקטראָנען / נומער פון אינצידענטע פאָטאָנען) × 100
עס זענען דא צוויי הויפּט טיפּן:
●עקסטערנע QEגעמאסטענע פאָרשטעלונג אַרייַנגערעכנט עפֿעקטן ווי רעפלעקציע און טראַנסמיסיע פארלוסטן.
●אינערלעכע QEמעסט קאנווערזשאַן עפעקטיווקייט אינעם סענסאָר אַליין, אויב אַלע פאָטאָנען ווערן אַבזאָרבירט.
העכערע QE מיינט בעסערע ליכט סענסיטיוויטי און שטארקערע בילד סיגנאַלן, ספּעציעל אין נידעריק-ליכט אָדער פאָטאָן-לימיטעד סינעריאָוז.
פארוואס איז קוואנטום עפעקטיווקייט וויכטיג אין וויסנשאפטלעכע קאמעראס?
אין בילדגעבונג, איז עס שטענדיק נוצלעך צו כאַפּן דעם העכסטן פּראָצענט פון אנקומענדיקע פאָטאָנען וואָס מיר קענען, ספּעציעל אין אַפּליקאַציעס וואָס דאַרפן הויך סענסיטיוויטי.
אבער, הויך קוואנטום עפעקטיווקייט סענסארן זענען געווענליך טייערער. דאס איז צוליב דער אינזשעניריע שוועריגקייט פון מאקסימיזירן דעם פיל פאקטאר בשעת'ן אויפהאלטן די פיקסעל פונקציע, און אויך צוליב דעם צוריק באלויכטונג פראצעס. דער פראצעס, ווי איר וועט לערנען, ערמעגליכט די העכסטע קוואנטום עפעקטיווקייטן - אבער עס קומט מיט באדייטנד פארגרעסערטע פאבריקאציע קאמפלעקסיטעט.
ווי אלע קאמערא ספעציפיקאציעס, מוז די נויטווענדיקייט פון קוואנטום עפעקטיווקייט שטענדיג ווערן אפגעוואגט קעגן אנדערע פאקטארן פאר אייער ספעציפישע בילדגעבונג אפליקאציע. למשל, איינפירן א גלאבאלער שאטער קען ברענגען מעלות פאר אסאך אפליקאציעס, אבער טיפיש קען עס נישט ווערן אימפלעמענטירט אויף א בי-איי סענסאר. ווייטער, פארלאנגט עס די צוגאב פון אן עקסטערן טראנזיסטאר צום פיקסל. דאס קען רעדוצירן די פיל-פאקטאר און דערמיט קוואנטום עפעקטיווקייט, אפילו אין פארגלייך מיט אנדערע בי-איי סענסארן.
ביישפיל אַפּליקאַציעס וואו QE קען זיין וויכטיק
א פאר ביישפיל אפליקאציעס:
● נידעריק ליכט און פלואָרעסענס בילדגעבונג פון נישט-פיקסט ביאָלאָגישע מוסטערן
● הויך-גיכקייט בילדער
● קוואַנטיטאַטיווע אַפּליקאַציעס וואָס דאַרפן הויך פּינקטלעכקייט אינטענסיטעט מעסטונגען
QE לויט סענסאָר טיפּ
פֿאַרשידענע בילד סענסאָר טעכנאָלאָגיעס ווײַזן אויף פֿאַרשידענע קוואַנטום עפֿיקאַסי. דאָ איז ווי קוואַנטום עפֿיקאַסי טיפּיש פֿאַרגלײַכט זיך צווישן הויפּט סענסאָר טיפּן:
CCD (טשאַרדזש-קאָפּלעד דעווייס)
טראדיציאנעל האבן זיי באליבט וויסנשאפטלעכע בילדער צוליב זייער נידריגן ראַש און הויכן קוואַנטיטעט-עקספּאָוזשער (QE), אָפט מיט א שפיץ צווישן 70-90%. CCDs זענען אויסגעצייכנט אין אַפּליקאַציעס ווי אַסטראָנאָמיע און לאַנג-עקספּאָוזשער בילדער.
CMOS (קאָמפּלעמענטאַרי מעטאַל-אָקסייד-האַלב-קאָנדוקטאָר)
אַמאָל באַגרענעצט דורך נידעריקער QE און העכער לייענען ראַש, האָבן מאָדערנע CMOS סענסאָרן - ספּעציעל צוריק-באַלויכטענע דיזיינז - באַדייטנד געכאפט. פילע דערגרייכן איצט שפּיץ QE ווערטן העכער 80%, און פאָרשלאָגן ויסגעצייכנט פאָרשטעלונג מיט שנעלער ראַם ראַטעס און נידעריקער מאַכט קאַנסאַמשאַן.
אויספאָרשן אונדזער סאָרטימענט פון אַוואַנסירטעCMOS קאַמעראַמאָדעלן צו זען ווי ווייט די טעכנאָלאָגיע איז געקומען, וויטוסען'ס ליבראַ 3405M sCMOS קאַמעראַ, אַ הויך-סענסיטיוויטי וויסנשאפטלעכע קאַמעראַ דיזיינד פֿאַר פאדערנדיקע נידעריק-ליכט אַפּלאַקיישאַנז.
sCMOS (וויסנשאפטלעכע CMOS)
א ספעציאליזירטע קלאס פון CMOS דיזיינט פאר וויסנשאפטלעכע בילדגעבונג,sCMOS קאַמעראַטעכנאָלאָגיע קאָמבינירט הויך QE (טיפּיקלי 70–95%) מיט נידעריק ראַש, הויך דינאַמיש קייט, און שנעל אַקוויזישאַן. ידעאַל פֿאַר לעבעדיק-צעל ימאַגינג, הויך-גיכקייַט מיקראָסקאָפּיע, און מולטי-קאַנאַל פלאָרעסאַנס.
ווי אזוי צו לייענען א קוואנטום עפעקטיווקייט קורווע
פאַבריקאַנטן טיפּיש פאַרעפֿנטלעכן אַ QE קורווע וואָס צייכנט עפֿיקאַציע (%) אַריבער כוואַליע לענגקטס (nm). די קורוועס זענען וויכטיק צו באַשטימען ווי אַ קאַמעראַ אַרבעט אין ספּעציפֿישע ספּעקטראַלע ראַנגעס.
שליסל עלעמענטן צו זוכן:
●שפּיץ QEדי מאַקסימום עפעקטיווקייט, אָפט אין די 500–600 נם קייט (גרין ליכט).
●כוואַליע לענג קייט: די נוצלעכע ספּעקטראַלע פֿענצטער וואו QE בלייבט העכער אַ נוצלעכן שוועל (למשל, >20%).
●אַראָפּלאָזן זאָנעסQE טענדירט צו פאַלן אַראָפּ אין די UV (<400 נם) און NIR (>800 נם) געגנטן.
אינטערפּרעטירן די קורווע העלפט אייך צופּאַסן די שטאַרקייטן פון די סענסאָר מיט אייער אַפּליקאַציע, צי איר מאַכט בילדער אין די זעבארע ספּעקטרום, נאָענט-אינפֿראַרויט, אָדער UV.
כוואַליע לענג אָפענגיקייט פון קוואַנטום עפעקטיווקייט
פיגור: QE קורווע וואָס ווייזט טיפּישע ווערטן פֿאַר פראָנט- און הינטן-באַלויכטענע סיליקאָן-באַזירטע סענסאָרן
נאטיץדי גראַפיק ווייזט די ליקעליהאָאָד פון פאָטאָן דעטעקציע (קוואַנטום עפעקטיווקייט, %) קעגן פאָטאָן כוואַליע לענג פֿאַר פיר בייַשפּיל קאַמעראַס. פאַרשידענע סענסאָר וועריאַנץ און קאָוטינגז קענען דראַמאַטיש פֿאַרשייבן די קורוועס.
קוואַנטום עפעקטיווקייט איז שטארק אָפענגיק אויף די כוואַליע לענג, ווי געוויזן אין דער פיגור. די מערהייט פון סיליקאָן-באַזירטע קאַמעראַ סענסאָרן ווייַזן זייער שפּיץ קוואַנטום עפעקטיווקייט אין דעם זעבארן טייל פון דעם ספּעקטרום, מערסטנס אין דער גרין צו געל געגנט, פון אַרום 490 נם ביז 600 נם. קוואַנטום עפעקטיווקייט קורוועס קענען ווערן מאָדיפיצירט דורך סענסאָר קאָוטינגז און מאַטעריאַל וועריאַנץ צו צושטעלן שפּיץ קוואַנטום עפעקטיווקייט אַרום 300 נם אין דעם אולטראַ-וויאָלעט (UV), אַרום 850 נם אין דעם נאָענטן אינפראַ-רויט (NIR), און פילע אָפּציעס צווישן.
אלע סיליקאן-באזירטע קאמעראס ווייזן א פארקלענערונג אין קוואנטום עפעקטיווקייט צו 1100 נאַנאָמעטער, ביי וועלכן פאָטאָנען האבן מער נישט גענוג ענערגיע צו באפרייען פאָטאָעלעקטראנען. UV פאָרשטעלונג קען זיין שטארק באגרענעצט אין סענסאָרן מיט מיקראָלענסעס אדער UV-בלאָקירנדיק פֿענצטער גלאָז, וואָס באַגרענעצן קורץ-וועללענג ליכט פון דערגרייכן דעם סענסאָר.
אין צווישן, זענען QE קורוועס זעלטן גלאט און גלייך, און אנשטאט אנטהאלטן זיי אָפט קליינע שפּיצן און טראָגן געפֿאָרזאַכט דורך די פֿאַרשידענע מאַטעריאַל אייגנשאַפֿטן און טראַנספּאַרענצן פֿון די מאַטעריאַלן פֿון וועלכער דער פּיקסעל איז צוזאַמענגעשטעלט.
אין אַפּליקאַציעס וואָס דאַרפן UV אָדער NIR סענסיטיוויטי, קען באַטראַכטן קוואַנטום עפעקטיווקייט קורוועס ווערן פיל וויכטיקער, ווײַל אין עטלעכע קאַמעראַס קען קוואַנטום עפעקטיווקייט זײַן פיל מאָל גרעסער ווי אַנדערע בײַ די עקסטרעמע ענדס פֿון דער קורווע.
רענטגן סענסיטיוויטי
געוויסע סיליקאן קאַמעראַ סענסאָרן קענען אַרבעטן אין דעם זעבארן ליכט טייל פון דעם ספּעקטרום, בשעת זיי קענען אויך דעטעקטירן געוויסע כוואַליע לענגס פון X-שטראַלן. אָבער, קאַמעראַס דאַרפן געוויינטלעך ספּעציפֿישע אינזשעניריע צו קאָפּע ביידע מיט דעם אימפּאַקט פון X-שטראַלן אויף קאַמעראַ עלעקטראָניק, און מיט די וואַקוום קאַמערן וואָס ווערן בכלל געניצט פֿאַר X-שטראַל עקספּערימענטן.
אינפֿראַרויט קאַמעראַס
צום סוף, סענסארן באזירט נישט אויף סיליקאן נאר אויף אנדערע מאטעריאלן קענען אויסשטעלן גאר אנדערע QE קורוועס. למשל, InGaAs אינפרארויט קאמעראס, באזירט אויף אינדיום גאליום ארסעניד אנשטאט סיליקאן, קענען דעטעקטירן ברייטע כוואליע-רענגעס אין די NIR, ביז א מאקסימום פון ארום 2700 נ"מ, דעפענדינג אויף די סענסאר וואריאנט.
קוואַנטום עפעקטיווקייט קעגן אנדערע קאַמעראַ ספּעקס
קוואַנטום עפעקטיווקייט איז אַ שליסל פאָרשטעלונג מעטריק, אָבער עס אַרבעט נישט אין אפגעזונדערטקייט. דאָ איז ווי עס איז פארבונדן מיט אנדערע וויכטיקע קאַמעראַ ספּעסיפיקאַציעס:
QE קעגן סענסיטיוויטי
סענסיטיוויטי איז די קאַמעראַ'ס פיייקייט צו דעטעקטירן שוואַכע סיגנאַלן. QE ביישטייערט גלייך צו סענסיטיוויטי, אָבער אַנדערע פאַקטאָרן ווי פּיקסעל גרייס, לייענראַוש, און טונקל קראַנט שפּילן אויך אַ ראָלע.
QE קעגן סיגנאַל-צו-ראַש פאַרהעלטעניש (SNR)
א העכערע QE פארבעסערט SNR דורך דזשענערירן מער סיגנאַל (עלעקטראָנען) פּער פאָטאָן. אבער איבערגעטריבענע ראַש, צוליב שלעכטע עלעקטראָניק אָדער נישט גענוגיקע קילונג, קען נאָך אַלץ פארערגערן דאָס בילד.
QE קעגן דינאַמישע ראַנגע
כאָטש QE באַאיינפֿלוסט וויפֿל ליכט ווערט דעטעקטירט, באַשרײַבט די דינאַמישע ראַנגע די פּראָפּאָרציע צווישן די העלסטע און טונקלסטע סיגנאַלן וואָס די קאַמעראַ קען שעפּן. אַ הויך QE קאַמעראַ מיט אַ שלעכטן דינאַמישן ראַנגע קען נאָך פּראָדוצירן שלעכטע רעזולטאַטן אין הויך-קאָנטראַסט סצענעס.
קורץ געזאגט, קוואנטום עפעקטיווקייט איז קריטיש, אבער שטענדיג אפשאצן עס צוזאמען מיט קאמפלעמענטארע ספעקס.
וואָס איז אַ "גוטע" קוואַנטום עפעקטיווקייט?
עס איז נישטאָ קיין אוניווערסאַלע "בעסטע" QE—עס ווענדט זיך אין אייער אַפּליקאַציע. מיט דעם געזאָגט, דאָ זענען אַלגעמיינע בענטשמאַרקס:
| QE קייט | פאָרשטעלונג לעוועל | ניצן קאַסעס |
| <40% | נידעריק | נישט אידעאל פֿאַר וויסנשאַפטלעכע נוצן |
| 40–60% | דורכשניטלעך | וויסנשאפטלעכע אַפּליקאַציעס אויף אַרײַנגאַנג־מדרגה |
| 60–80% | גוט | פּאַסיק פֿאַר רובֿ בילדגעבונג אויפֿגאַבעס |
| 80–95% | אויסגעצייכנט | נידעריק-ליכט, הויך-פּרעציציע, אָדער פאָטאָן-לימיטעד בילדגעבונג |
אויך, באַטראַכט שפּיץ QE קעגן דורכשניטלעכע QE אַריבער דיין געוואונטשענע ספּעקטראַל קייט.
מסקנא
קוואַנטום עפעקטיווקייט איז איינער פון די וויכטיקסטע, אָבער איבערגעזען, פאַקטאָרן אין סעלעקטירן אַ וויסנשאַפטלעכע בילדגעבונג מיטל. צי איר עוואַלויִרט CCDs, sCMOS קאַמעראַס, אָדער CMOS קאַמעראַס, פֿאַרשטיין QE העלפֿט איר:
● פאָרויסזאָגן ווי אייער קאַמעראַ וועט אַרבעטן אונטער פאַקטישע ליכט באדינגונגען
● פאַרגלייכן פּראָדוקטן אָביעקטיוו ווייטער ווי מאַרקעטינג קליימז
● צופּאַסן קאַמעראַ ספּעקס מיט אייערע וויסנשאַפטלעכע באדערפענישן
ווי סענסאָר טעכנאָלאָגיע גייט פאָרויס, פאָרשלאָגן היינטיקע הויך-QE וויסנשאַפטלעכע קאַמעראַס באַמערקונגסווערטע סענסיטיוויטי און ווערסאַטילאַטי אַריבער פֿאַרשידענע אַפּליקאַציעס. אָבער נישט קיין חילוק ווי אַוואַנסירט די האַרדווער איז, די אויסקלייבן פון די ריכטיקע געצייַג הייבט זיך אָן מיט פֿאַרשטיין ווי קוואַנטום עפעקטיווקייט פּאַסט אין דער גרעסערער בילד.
אָפֿט געשטעלטע פֿראַגעס
איז העכערע קוואַנטום עפעקטיווקייט שטענדיק בעסער אין אַ וויסנשאַפטלעכער קאַמעראַ?
העכערע קוואַנטום עפעקטיווקייט (QE) פֿאַרבעסערט בכלל אַ קאַמעראַ'ס פיייקייט צו דעטעקטירן נידעריקע לעוועלס פון ליכט, וואָס איז ווערטפול אין אַפּליקאַציעס ווי פלואָרעסענס מיקראָסקאָפּיע, אַסטראָנאָמיע און איין-מאָלעקול בילדגעבונג. אָבער, QE איז נאָר איין טייל פון אַ באַלאַנסירט פאָרשטעלונג פּראָפיל. אַ הויך-QE קאַמעראַ מיט אַ שלעכט דינאַמיש קייט, הויך לייענען ראַש אָדער נישט גענוג קאָאָלינג קען נאָך צושטעלן סאַבאָפּטימאַל רעזולטאַטן. פֿאַר די בעסטע פאָרשטעלונג, שטענדיק אָפּשאַצן QE אין קאָמבינאַציע מיט אנדערע שליסל ספּעקס ווי ראַש, ביט טיפקייַט און סענסאָר אַרכיטעקטור.
ווי ווערט קוואַנטום עפעקטיווקייט געמאסטן?
קוואַנטום עפעקטיווקייט ווערט געמאָסטן דורך באַלויכטן אַ סענסאָר מיט אַ באַקאַנטע צאָל פאָטאָנען ביי אַ ספּעציפֿישער כוואַליע לענג און דערנאָך ציילן די צאָל עלעקטראָנען וואָס ווערן גענערירט דורך דעם סענסאָר. דאָס ווערט טיפּיש געטאָן מיט אַ קאַליברירטער מאָנאָטשראָמאַטישער ליכט מקור און אַ רעפֿערענץ פֿאָטאָדיאָדע. דער רעזולטאַט QE ווערט ווערט געפּלאָטירט אַריבער כוואַליע לענגס צו שאַפֿן אַ QE קורווע. דאָס העלפֿט באַשטימען די סענסאָר'ס ספּעקטראַלע רעאַקציע, קריטיש פֿאַר צופּאַסן די קאַמעראַ צו דיין אַפּלאַקיישאַן'ס ליכט מקור אָדער עמיסיע קייט.
קענען ווייכווארג אדער עקסטערנע פילטערס פארבעסערן קוואנטום עפעקטיווקייט?
ניין. קוואַנטום עפעקטיווקייט איז אַן אינעווייניקסטע, האַרדווער-לעוועל אייגנשאַפט פון די בילד סענסאָר און קען נישט ווערן געביטן דורך ווייכווארג אָדער פונדרויסנדיק אַקסעסאָריעס. אָבער, פילטערס קענען פֿאַרבעסערן די קוילעלדיק בילד קוואַליטעט דורך פֿאַרבעסערן סיגנאַל-צו-ראַש פאַרהעלטעניש (למשל, ניצן עמיסיע פילטערס אין פלאָרעסאַנס אַפּלאַקיישאַנז), און ווייכווארג קען העלפֿן מיט ראַש רעדוקציע אָדער נאָך-פּראַסעסינג. נאָך, די טאָן ניט טוישן די QE ווערט זיך.
טוסען פאָטאָניקס קאָו., לטד. אַלע רעכטן רעזערווירט. ווען איר ציטירט, ביטע אנערקענען די מקור:www.tucsen.com
