B. 신호 대 잡음비(SNR)
SNR은 신호 품질의 측정값을 제공합니다. 신호의 파워를 노이즈의 평균 파워와 비교합니다. 최대 신호의 경우 가장 큰 SNR이 달성됩니다. 노이즈의 근원은 많지만 노이즈가 큰 신호는 샷 노이즈가 제한되어 있습니다. 노이즈의 주된 원인은 광자 샷 노이즈에서 기인합니다.단 노이즈는 검출된 광자의 변동에 의해 정의되며 광자 수의 제곱근으로 설명됩니다. CMOS S11639 검출기의 경우 전체 웰 전자 용량은 80ke입니다. ~ 0.6 양자 효율을 가정하면 최대 SNR ~ 350을 가질 수 있습니다. SNR이 다이내믹 레인지보다 현저히 낮음을 알 수 있습니다. 비교를 위해 Sony ILX 검출기의 경우 ~ 250 SNR, Toshiba 1304 검출기의 경우 ~300 SNR입니다. 고품질 CCD S10420의 경우 최대 550 SNR입니다. 어떻게 개선할 수 있습니까?
C. 다이내믹 레인지 및 SNR을 개선하는 방법은 무엇입니까?
신호 평균화를 이용하여 Dynamic range와 SNR을 개선할 수 있습니다. 그림 2는 10개의 평균과 픽셀 수에 따른 추가 박스카 평균화의 효과를 보여줍니다. MProbe 시스템의 기본 측정 레시피는 10개의 평균과 5개의 픽셀의 박스카 평균을 가지며, 이는 ~35K의 동적 범위와 ~2500 SNR을 제공합니다.
DNR과 SNR을 증가시키기 위해 측정 시간과 일부 파장 해상도를 교환합니다. 일반적인 적분 시간은 ~ 1ms (반사율 30%의 경우)입니다. 평균 10배이면 적분 시간이 ~ 10ms로 증가합니다. 반면에 S10420 CCD 검출기는 최소 적분 시간이 ~ 8ms입니다. (실제로 S10420은 픽셀의 64개 행을 내부 평균하기 때문에 낮은 잡음/높은 DNR을 갖습니다 – 8배 향상). 이것은 충분한 빛이 있다면 동일한 적분/측정 시간 대 CCD 검출기에 대해 CMOS 검출기로 더 나은 결과를 얻을 수 있음을 의미합니다.
D. 오프셋, 다크신호 및 비선형성
CMOS S11639는 작은 신호(범위의 약 30%)의 경우 자연스럽게 선형이고 높은 신호의 경우 매우 비선형적입니다. 비선형성 보정은 절대값을 결정하기 위해 기준에 의존하기 때문에 반사율/투과율 측정에 매우 중요합니다. 아리엘 분광기에서는 비선형성이 펌웨어에서 자동으로 보정됩니다. 비선형성은 항상 오프셋 없이 보정됩니다. 이것은 오프셋과 다크 신호를 모든 측정에 대해 정확하게 보정해야 함을 의미합니다. 그렇지 않으면 비선형성 보정이 유효하지 않습니다. 대량 생산된 분광기에서는 다크 신호가 보정되지 않고 항상 오프셋이 있습니다. 사용자는 다크 신호 측정 등을 수행하고 빼기 위한 절차를 자체적으로 개발해야 합니다. 아리엘 분광기에서는 다크 신호와 오프셋이 작동 온도 범위에 대해 보정되므로 다크 신호에 대한 걱정 없이 측정할 수 있습니다. 오프셋의 효과는 반사율이 낮은 측정에서 가장 두드러집니다(그림 3)
E. 파장 해상도
파장 해상도는 필요한 두께 범위에 따라 선택됩니다. 고해상도는 두꺼운 필름에서 측정이 가능하지만 더 좁은 파장 범위가 필요합니다. 그러나 좁은 파장 범위는 측정 가능한 최소 두께를 제한합니다. 주어진 파장 범위에서 파장 해상도를 최대화하려면 수복을 최소화하고 슬릿 폭을 최적화해야 합니다.
Vis 시스템 파장 범위는 ~400-1000nm(600nm 범위)이고 UVVis 200-1000nm(800nm 범위)입니다. 2048 픽셀 디텍터의 경우 픽셀 해상도는 ~0.3-0.4nm입니다. RMS spot(흡수)는 ~10um입니다. 이는 20um spit를 사용하면 <1nm 해상도를 달성할 수 있음을 의미합니다. 두께 범위에 대해 자세히 알아보십시오
