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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik CMOS Bildsensor als sensitiven Helligkeitssensor


Autor: Rocco L. (kaufparkangucker)
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Hallo,

Vieleicht hat ja von Euch einer eine Idee.
Für ein Projekt möchte ich das "Strahlen" eines Proteins messen.
Bei dem Protein handelt es sich um GFP (Green Fluorescence Protein).
Das Protein soll mit einer LED angeregt werden um selbst Licht zu 
Emitieren.
GFP hat 2 Anregungsmaxima bei 395nm (UV) und bei 475nm (blau-grün) und 
strahlt dann selbst bei 509nm (grün).

Da das GFP nur sehr sehr schwach strahlt benötige ich einen entsprechend 
"guten" Helligkeitssensor. Dabei habe ich erst mal an einen CMOS 
Bildsensor aus meiner alten Webcam gedacht. Bei der Messung kommt es mir 
übrigens nicht auf die Lichtintensität an die das GFP abgibt, sondern ob 
es überhaupt strahlt.

Ich habe heute mal ein kleines PWM Progi für einen Atmega8 geschrieben 
mit dem ich ein grünes LED so dunkel wie mgl. geregelt habe. Das LED 
habe ich dann vor den CMOS Chip meiner billig Webcam (Auflösung nur 100k 
Pixel 352x288)gebaut. In der Videofunktion habe ich gesehen das der 
Sensor das "dunkle" LED erkennt. Beim ein und ausschalten wurde das bild 
kurz heller bzw dunkler.

Ich würde nun gern aus so einem Sensor eine kleine Schaltung entwickeln 
bei der z.B. ein LED an geht wenn der Sensor Licht von dem GFP misst.

Hat einer eine Idee wie man den Sensor am besten beschaltet (OP Amp, 
Spannungsteiler...?) um ihn z.B. an einen Input Pin eines Atmegas zu 
hängen.

Ich hoffe das es etwas hilft: der Chip hat an jeder Seite 7 Anschlüsse. 
Mit dem Durchgangsprüfer habe ich gemessen das scheinbar alle Beinchen 
miteinander verbunden sind. Der Druchgangswert hat sich dabei nicht 
geändert, egal ob Licht darauf geschienen hat oder nicht.
Allerdings entsteht Strom beim darauf Leuchten. Etwa 2mV bei einer 
Energiesparlampe und 4mV bei einer UV Lampe.
Prinzipiell handelt es sich dabei um Fotodioden habe ich gelesen.

Würdet ihr alle Beinchen von dem Chip anschliesen und wenn ja wie oder 
nur 2 Beinchen anschließen?


Vielen Dank für Eure Hilfe und Eure Ideen

fg Rocco

Autor: Christoph Z. (rayelec)
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Ich würde sagen, vergiss den CMOS-Sensor und nimm eine normale 
Photodiode (z.B. BPW34). Ein solcher Kamerasensor ist nichts anderes als 
eine Anhäufung von winzigen Photodioden. Dementsprechend UNempfindlich 
sind sie.
Für kleinste Lichtmengen (wir hatten mal eine Anwendung, wo mit 100mW 
Laserlicht angeregt wurde und wo ein paar wenige ppb zurückkamen).
In Frage kam entweder eine Lösung mit Photomultiplier oder mit grossen, 
rauscharmen Photodioden. Wir nahmen zwei grosse Photodioden von 
Hamamatsu mit je fast 2cm2 Fläche parallel, verstärkten das Signal 
einige Zehntausendfach und konnten die ppb schliesslich gut detektieren. 
Mit einem CMOS-Sensor geht das nie! 1. rauscht der "wie Sau" und 
zweitens kann der wahrscheinlich nur Pixel-für-Pixel oder dann 
zeilenweise ausgelesen werden. (erfordert komplizierte digitale 
Ansteuerung).
Ein transimpedanzverstärker für Photodioden ist hingegen relativ einfach 
aufzubauen.

Gruss
Christoph

Autor: huibu (Gast)
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Die Ausgänge bei CMOS Sensoren sind Digital.
Analog gibts nur bei CCDs aber auch da werden die Pixel nacheinander 
rausgetaktet.

Was spricht gegen eine normale Fotodiode?
In den CMOS Sensoren ist ja nix anderes drin.

Autor: huibu (Gast)
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hehe da war wer schneller ;)

Autor: Rocco L. (kaufparkangucker)
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Hallo, Danke für die schnelle Antwort.

Transimpedanzwandler + Fotodiode (zum Test mal eine von C.....) schaut 
sehr gut aus. Das werde ich versuchen.

Habt Ihr eine Empfehlung für mich was ansonsten am geeignetsten wäre?

http://sales.hamamatsu.com/de/produkte/electron-tu...

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Autor: Christoph Z. (rayelec)
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Photomultiplier sind sehr teuer! Auch die kleinen, fertigen Module (mit 
integriertem Hochspannungswandler) kosten gegen 1000€!
Für unser Projekt verwendeten wir damals die S7510 (2 Stück parallel und 
noch eine aufwendige Lichtsammeloptik davor)

Gruss
Christoph

Autor: Rocco L. (kaufparkangucker)
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Ja, das sieht nicht schlecht aus. Die Diode hat einen Sensitivität von 
etwa 0.25 bei 500nm.


Da ich ja bei ~509 detektieren will muss ich mir sozusagen blos eine 
Diode raus suchen die in dem Bereich etwas besser abschneidet - oder?

Denkst Du ich könnte die Diode direkt unter einen Objektträger bauen auf 
dem ein ca 1mm breiter 5mm langer Streifen von diesen Leuchthefen ist. 
Oder muss man unbedingt eine Optik davor bauen?

Autor: Christoph Z. (rayelec)
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Ich würde das so probieren, die Photodiode direkt unter den Objektträger 
zu klemmen. Es gibt da eigentlich nur zwei Probleme. Erstens ist so eine 
hochverstärkende Transimpedanzschaltung auch auf jede Art von Störungen 
sehr empfindlich. In unserem Fall wurden sogar mechanische Schwingungen 
durch Piezoeffekte in Kondensatoren so sehr verstärkt, dass sie das 
Nutzsignal überlagerten!
Das zweite Problem ist Fremdlicht. Photodioden ist sicher auch 
ausserhalb des angegebenen Bereichs noch lichtempfindlich, so dass du 
nicht umhin kommen wirst, einen Filter zu verwenden, welcher dein 
anregendes Licht 100% abblockt, das Nutzlicht aber durchlässt... 
(optisches Kantenfilter, auch Kurz- oder Langpassfilter genannt)

Gruss
Christoph

Autor: Andreas K. (derandi)
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Als Avalanche-Diode eingesetzt lassen sich mit Photodioden geringste 
Lichtmengen detektieren.
Leuchten diese Hefen nach oder emmitieren die nur zeitgleich mit der 
Diode?

Autor: Kaufparkangucker (Gast)
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Sorry das ich mich jetzt erst wieder melde.

Die Hefen emitieren dann grünes Licht wenn sie mit UV oder blauem Licht 
angeregt werden. Die Nachleuchtzeit des grünen Fluoreszenz Proteins 
beträgt dabei (leider) nur 250 piko Sekunden.

Die Idee mit dem Lichtfilter ist mir auch gekommen. Irgend etwas 
dichroitisches. entwerder ein Filter, Spiegel oder Prisma.
Ich hoffe ja noch irgend wo eine Fotodiode zu finden in der so ein 
Filter bereits eingebaut ist - mal sehen.

Nebenlicht werde ich wohl so umgehen indem ich alles in eine Blackbox 
hänge.

fg Rocco

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