Adimec相机满阱容量在半导体量测和检测应用中的重要性
工业相机的满阱容量在量测时是一个极其重要的参数。光源亮度和曝光时间决定了图像的灰度值，通常简称为“曝光”。而决定达到某一灰度值所需曝光强度的指标是相机的量子效率和满阱容量。很多应用中光强和曝光不是关键因素，因为“曝光”是可以通过调整来满足。从这个角度来看，除了一些特殊应用，满阱容量并不是十分重要。
然而，另外一种物理现象-瞬态噪声（Shot noise）使得满阱容量比大部分人认为的更重要。瞬态噪声跟光的特性有关，它与进入相机的电子数的平方根成正比。虽然随着电子数增加，瞬态噪声也会增加，但是其相对造成的影响却变小。信噪比（SNR）是信号与瞬态噪声的比值。由公式可以看出，更多的信号电子数意味着更好的信噪比。相机的满阱容量限制了所能容纳的最大电子数，更大满阱的相机具有更好的信噪比。
本文中，将比较Adimec Q-12A180、Q-21A230和GMAX2509 三款相机和芯片。GMAX2509和GMAX0505有相似的像素设计和特性，GMAX0505也是经常拿来与Q-21A230对比的一款芯片。这些相机和芯片最大的不同就是他们可用的最大满阱容量。
对于Adimec Q-21A230，可以设置相机的参数以获得7.0 k到33.6 k电子数的最大满阱容量。这里我们仅关注最大满阱容量和高灵敏度两种设置，高灵敏度拥有最低的满阱容量。对于GMAX2509，可以设置芯片参数以获得2.5 k到6.7 k电子数的最大满阱容量。这里我们只关注最大满阱配置。对于Q-12A180，唯一的最大满阱容量设置为10 k个电子。根据前面提到的方程和指定的最大满阱容量，通过计算得到的理论上最大信噪比如下图所示：
为了更好的理解可用满阱容量之间为何存在如此大的差异，就需要关注像素的设计。虽然生产工艺对此存在一定的影响，但Adimec Q-21A230比GMAX2509具有更高满阱容量的最主要原因是像素尺寸大小。满阱容量是指填满一个像素所需要的电子数，因此更大的像素面积将容纳更多的电子数。Q-21的像素尺寸为4.5um，GMAX2509像素尺寸为2.5um，计算可得知，Q-21的像素面积是GMAX2509的3.24倍（4.5^2/2.5^2 = 3.24）。假定GMAX2509和Q-21有相同的像素面积，则GMAX2509的满阱容量为6.7k*3.24=21.7k。仍远低于Q-21的33.6 k满阱容量。这个差异产生的主要可能是生产工艺不同和像素间有效填充因子不同所引起的。
这只是Adimec在挑选满足客户特定应用需求的芯片时考虑的因素之一。以上三个相机和芯片在相同的光源和光强下感光。由于像素尺寸、满阱容量和灵敏度的不同，因此每达到75%灰度等级所需的曝光时间也不相同。下表总结了所需要的曝光时间：
从GMAX2509和Q-21得到两张图像，在相同大小的ROI区域进行比对，由此可以发现明显的噪声差异：Q-21优于GMAX2509。
在下面的Line Profile图中可以看到，较低的最大满阱容量具有更大的波动范围。此外还可以发现GMAX2509存在轻微的不均匀性，本文暂不讨论这点。
对比两个以上的相机或者芯片，查看它们的直方图是比较清晰的一种方式。对于每一个芯片，由于归一化不会改变直方图的分布情况，因此在进行归一化以便于比较不同的相机和芯片。归一化后的直方图如下图所示：
每一个相机和芯片的灰度分布范围是不同的。我们使用了相同的光源进行测量，因此这一差异并不是由光源导致的。从Line Profile中可以发现，相机和芯片图像的均匀性对该差异的影响非常小。差异主要是由瞬态噪声造成的，直方图和Line Profile的结果是一致的，直方图只是另一种表现形式。在75%的灰度等级，瞬态噪声远远大于读出噪声（Read noise）。例如，Q21高灵敏度模式时的瞬态噪声是73e-，而读出噪声为3e-。
在均匀的光源环境下，直方图的宽度是信噪比的直接度量。直方图的宽度越大，说明信噪比越差。Adimec Q-21凭借最大满阱容量得到最小的宽度，具备最佳的信噪比。其次是Q-12，Q-21的高灵敏度模式，最后是GMAX2509。
本文的目的不是论述某几款相机和芯片之间的优劣。瞬态噪声不是由相机或者芯片的品质决定的，而是由满阱容量决定的，而这只是众多设计参数之一。通常拥有更低满阱容量的相机有更高的灵敏度。Adimec Q-21A230通过提供高满阱容量和高灵敏度两种操作模式，在同一款相机实现两个功能，这使得相机具有更广的适用范围和更丰富的应用场景，满足半导体在线量测和检测的对高性能工业相机的需求。Adimec具备解决上述问题的能力以及将产品更好的集成到客户的系统中。
Adimec相机不仅可以轻松应对从高亮区域到非常暗的区域的图像采集，而且Q-21A230具有的高满阱和高信噪比可以获得非常好的对比度，这对于色差非常小，或者检测精度非常高的应用非常有用。例如，在半导体的量测相关的应用中，相机经常要配合高倍率物镜和高亮光源成像，具有高满阱和高信噪比的相机可以获得更好的对比度从而实现对细微瑕疵和高精度尺寸的检测。
