Главная / Библиотека / Исследование характеристик КМОП-камеры с обратной засветкой в видимом диапазоне

Исследование характеристик КМОП-камеры с обратной засветкой в видимом диапазоне

Теги Tucsen BSI-sCMOS sCMOS камеры
Исследование характеристик КМОП-камеры с обратной засветкой в видимом диапазоне

Введение

Преимущества научного КМОП-сенсора (sCMOS), который применяется в видимом диапазоне длин волн, хорошо известны: широкое поле зрения, небольшой размер пикселя, высокая частота кадров, превышающая 200 кадров в секунду, большое значение квантовой эффективности (QE), низкий уровень шума, приходящийся на пиксель и расширенный динамический диапазон порядка 1:10000.

Недавно было специально разработано новое поколение sCMOS-сенсоров с обратной засветкой (BSI-sCMOS) для оптимизации значений квантовой эффективности в видимом диапазоне: более 95% на длине волны 550 нм с коэффициентом заполнения 100% – модель GSENSE4000BSI. Сенсор BSI-sCMOS имеет большой размер: 22,5 мм х 22,5 мм, пиксель 11 мкм х 11 мкм, высокую частоту кадров: 49 Гц, благодаря чему он становится хорошей альтернативой широко используемой матрице BSI-CCD.

В этой статье качество сенсора BSI-sCMOS проверяется путем измерения значений темнового шума, шума считывания, пространственной однородности, линейности и электронных усилений.

Измеренные характеристики BSI-sCMOS камеры Tucsen сравниваются со спецификацией камеры Teledyne с BSI-CCD сенсором. Исследования проводятся в видимом диапазоне.

Материалы и экспериментальная установка

В качестве детектора используется камера Tucsen Dhyana95 (рисунок 1), в которую встроен sCMOS-сенсор с обратной засветкой модели GSENSE400BSI-TVISB от компании GPIXEL Inc. Этот 4-мегапиксельный сенсор (разрешение 2048 × 2048, размер пикселя 11 мкм) с расширенным динамическим диапазоном (HDR) основан на стандартной архитектуре пикселей 4T с двумя режимами усиления (высокий коэффициент усиления и низкий коэффициент усиления), а также режимом комбинированного усиления для достижения режима HDR. 

hd9500m1-Photoroom

Рисунок 1 – Камера Dhyana95

Сенсор Dhyana охлаждается до -20°C с помощью термоэлектрического элемента Пельтье, который способен снизить темновой ток до 1,5 e-/с/пиксель. Частота кадров зависит от режима (Стандартный или HDR) и ограничивается 24 кадрами в секунду в режиме полного кадра с использованием цифрового интерфейса USB3.0. Камера Dhyana95 впервые протестирована для видимого диапазона научной группой, занимающейся детекторами в лаборатории SOLEIL, с использованием светодиодного источника излучения с интегрирующей сферой, необходимой для равномерного освещения сенсора без линз. Таким образом, вычислены полная емкость насыщения, шум считывания, показатели линейности и однородности исследуемого сенсора.

Результаты эксперимента

Для оценки эффективности работы камеры Dhyana проводится ряд исследований в различных режимах работы в соответствии со стандартом EMVA1288 Европейской ассоциации машинного зрения:

  • построение передаточной кривой фотонов (рисунок 2а), на основе которой рассчитывается полная емкость насыщения и коэффициент усиления;
  • исследование структурных шумов и неоднородности темнового сигнала (DSNU), неравномерность фотонного отклика (PRNU), темновой ток и шум электронного считывания (рисунок 2б);
  • оценка линейности и количества битых пикселей.

Технические характеристики, предоставленные компанией Tucsen, и результаты проведенных измерений собраны в таблице 1, там же они сравниваются со спецификацией камеры PI-MTE CCD.

unnamed (3)

Рисунок 2 – (a) Передаточная кривая фотонов камеры Dhyana95 в режиме высокого усиления. Оценка усиления составляет 30,4 ADU/e-. (b) Шум считывания камеры Dhyana для режима высокого усиления был измерен по 100 темным изображениям с временем экспозиции 20 мкс. Максимальное значение получено для 48,6 ADU, поэтому 1,6 e- – среднеквадратичное значение.

Таблица 1. Результаты измерения технических характеристик камеры Dhyana95 в сравнении со спецификациями камер Tucsen и PI-MTE

 

Dhyana95
(спецификация)

Dhyana95 (измерения)

PI-MTE
2048B (спецификация)

HDR Высокий коэффициент усиления Низкий коэффициент усиления
Общий коэффициент усиления
(ADU – цифровые единицы,
e- – электрон)
0.6 ADU/e- 0.87 ADU/e- 30 ADU/e- 0.62 ADU/e- 0.65 ADU/e-
Шум считывания (время экспозиции 20 мкс) 1.45 e- 3.5 e- 1.6 e- 57.5 e- от 3 до 12 e-*
Абсолютный порог чувствительности 2 e- 6 e- 2.7 e- 58 e- -
Емкость насыщения 90 000 e- 70 000 e- 1 907 e- 80 000 e- 100 000 e-
Максимальное соотношение сигнал-шум - 8 бит 5 бит 8 бит -
Динамический диапазон - 11 000 681 1 377

c 33 000 до 8000*

Темновой ток 1.5
e-/с/пиксель
5
e-/с/пиксель
2.7
e-/с/пиксель
6
e-/с/пиксель
0.02
e-/с/пиксель
DSNU 0.6 % 2.5 % 0.09 % 0.09 % -
PRNU 0.02 %   1.2 %   -
Битые пиксели -   0.01 %   -

*зависит от скорости чтения АЦП (аналого-цифрового преобразователя)

**температура сенсора составляла -15°C для камеры Dhyana и -50°C для камеры PI-MTE.

Заключение

Результаты эксперимента хорошо согласуются со спецификацией камеры Tucsen, особенно значения для шума считывания, который достигает 1,6 е- в режиме высокого коэффициента усиления, и для емкости насыщения – до 80 000 е- в режиме низкого коэффициента усиления. По техническим характеристикам Dhyana95 не уступает камере с BSI-CCD сенсором.

 

Ознакомиться с каталогом Tucsen можно здесь.

 

Компания INSCIENCE занимается поставкой научных камер для различных приложений визуализации.

Online заявка

Теги Tucsen BSI-sCMOS sCMOS камеры
Новые статьи
Источник одиночных фотонов на основе монослоев WSe2 для квантовой коммуникации

В работе реализован протокол BB84 с твердотельным источником одиночных фотонов на основе атомарно тонких слоев WSe2, выделяющийся простотой изготовления и настройки свойств. Система конкурентоспособна в сравнении с передовыми решениями, а с внедрением улучшений в виде микрорезонаторов может превзойти их.

Квантовая микроскопия клеток с разрешением на пределе Гейзенберга

В статье описывается метод широкопольной квантовой микроскопии с пространственным разрешением 1,4 мкм, основанный на схеме с симметричными плечами холостых и сигнальных фотонов. Преимущества метода: высокие скорость, отношение сигнал/шум и устойчивость к рассеянному свету в сравнении с аналогичными методами квантовой визуализации.

Противодействие атакам с засветкой детекторов одиночных фотонов в системах квантового распределения ключей

В статье рассматриваются методы и аппаратные средства защиты высокоскоростных систем квантового распределения ключей от атак, связанных с засветкой детекторов одиночных фотонов интенсивным лазерным излучением.

Исследование пероральной трансплантации митохондрий с использованием наномоторов для лечения ишемической болезни сердца

Трансплантация митохондрий - важная терапевтическая стратегия восстановления энергообеспечения у пациентов с ишемической болезнью сердца (ИБС), однако есть ограничение в инвазивности метода трансплантации и потерей активности митохондрий. Здесь сообщается об успешной трансплантации митохондрий путем перорального приема для лечения ИБС. Результаты, полученные на животных моделях ИБС, показывают, что накопленные наномоторизованные митохондрии в поврежденной сердечной ткани могут регулировать сердечный метаболизм, тем самым предотвращая прогрессирование болезни.  

Система управления для квантового компьютера на сверхпроводящих кубитах

В обзоре описываются возможности программируемой системы управления квантовыми вычислениями QCCS, разработанной Zurich Instruments. QCCS масштабируется для систем, содержащих свыше 100 кубитов, увеличивает точность выполнения операций, улучшает процесс считывания кубитов, а также позволяет внедрить быструю квантовую обратную связь для эффективной коррекции ошибок.

Исследование характеристик КМОП-камеры с обратной засветкой в видимом диапазоне

В статье исследуются характеристики научной камеры Tucsen Dhyana95 с BSI-sCMOS сенсором (КМОП-сенсором с обратной засветкой) при регистрации видимого излучения. Проводится сравнение характеристик BSI-sCMOS камеры со спецификацией BSI-CCD камеры.

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б

г. Санкт-Петербург, улица Савушкина 83, корп. 3