Luận văn thạc sĩ thiết kế chế tạo cảm biến quang học sử dụng smartphone

Danh sách hình ve1.1 S ƠĐOCÁMBIENQUANGHQC ...6 1.2 Ong nhân quangđi¾n[24]...7 1.3 Sơđonguyênlíhoatđ®ngongnhânquangđi¾n[24]...8 1.4 M®tsoloaiđiotquangcuahãngThorlab[36]...9 1.5 Burried ch

Hà Nội – Năm 2020

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS MAI HỒNG HẠNH

LèI CÂM ƠN

LòiđautiênemxinguilòicamơnsâusacnhatđenTS.MaiHongHanh,ngưòiđãt¾ntìnhhưóngdanvàgiúpđõemtrongsuotquátrìnhlàmlu¾nvăncũngnhưtrongquátrìnhHQCt¾p,nghiêncúutaitrưòng.Tùt¾nđáylòngemxinkínhchúccôcùnggiađìnhmanhkhoevàđatđưocnhieuthànhcôngtrongcácnghiêncúumói

Emxinchânthànhcamơncácthay,côkhoaV¾tlý-TrưòngĐaiHQCKHTN,đ¾cbi¾tlàcácthay,côgiáotrongb®mônQuanglưongtuđãhưóngdantaoMQIđieuki¾nchoemđưocHQCt¾pvàhoànthànhlu¾nvănnày

Emxincamơncácthay,côgiáo,cáccánb®PhòngSauđaiHQC,PhòngCôngtácvàchínhtr%sinhviên,trưòngĐaiHQcKhoaHQCTnnhiên-

Stock-HàN®i,tháng1năm2020HQ

Cviên

Lê Tran Th%nh

This researchwassupportedbythe International FoundationforScience (IFS),Stockholm,Sweden,andbytheOrganisationfortheProhibitionofChemicalWeapons(OPCW),through a grant toDr.Hanh Hong Mai Grant NO.I-2-W-6258-1

Mnc lnc

LèI CAM

ƠNiMUC LUCv

DanhsáchhìnhvexDa

nh sáchbangxi

Danhmnccáckíhi¾uvàchuviettatxiiMeĐA

U1

1 Tongquan5

1.1 CAM BIENQUANGHQC 5

1.1.1 B® ph¾nnh¾nbiet 6

1.1.2 B® ph¾nchuyenđoitínhi¾u 6

1.1.3 B® ph¾n thu nh¾nvàxu lítínhi¾u 7

1.1.3.1 Ong nhânquangđi¾n 7

1.1.3.2 Điotquang 8

1.1.3.3 CCD 10

1.1.3.4 CMOS 12

1.1.4 CÁC THÔNG SO CUA CAM BIENQUANGHQC 15

1.1.4.1 Đ®nhay,khoanghoatđ®ngvàgióihanpháthi¾n 15

1.1.4.2 Đ® cHQNLQCvàtinc¾y 16

Trang iv VNU University ofScience

Mnc lnc

1.1.4.3 Thòi gian phan hoi 16

1.1.4.4 Tínhl¾plai,đ®onđ%nh .16

1.2 Thietb%cambienquangsudnngsmartphone .17

1.2.1 Thietb%cam bien quang dna trên nguyênlýđo đ® màu .18

1.2.1.1 Nguyênlýđođ®màu .18

1.2.1.2 Camb i e n q u a n g s u d n n g s m a r t p h o n e h o a t đ ® n g dna trên nguyên lý đo đ® màu và úng dnng .20

1.2.2 Thietb%cambienquangdnatrênnguyênlýđoquangpho 23 1.2.2.1 Nguyênlýđo quang pho 23

1.2.2.2 Camb i e n q u a n g s u d n n g s m a r t p h o n e h o a t đ ® n g dna trên nguyênlýđo quang phovàúngdnng .30

1.3 M®t so chat huu cơ đ®c hai có trong nưóc thai 34

1.3.1 Methylorange .34

1.3.1.1 Tính chat 34

1.3.1.2 Tính đ®c hai 35

1.3.2 Methylviolet 35

1.3.2.1 Tính chat 35

1.3.2.2 Tính đ®c hai 36

1.3.3 Rhodamine B 36

1.3.3.1 Tính chat 37

1.3.3.2 Tính đ®c hai 37

1.3.4 Coumarin 38

1.3.4.1 Tính chat 38

1.3.4.2 Tính đ®c hai 39

2 Thucnghi¾m40 2.1 Cautrúcthietb%cambienquangsudnngsmartphone 40

2.1.1 Nguyênlýhoatđ®ng 40

2.1.2 Thietkevàchetao 42

2.2 Chuan hóa thietb% 49

2.3 Nguon sáng .51

2.3.1 Laser .51

2.3.2 LED 53

2.4 Các thietb%đo kiem chúng 56

2.5 Úng dnng xu lí anh .60

3 Ket qua và thaol u ¾ n 62 3.1 Ket qua đo pho hap thn cua thietb%cam quang su dnng smartphone 62 3.1.1 Ket qua đo pho hap thn cuaMethylOrange .62

3.1.2 Ket qua đo pho hap thn cuaMethylViolet 65

3.2 3.1.3 Ket qua đo pho hap thn cua Rhodamine B

Ket qua đo pho huỳnh quang cua thietb%cam bien quang su dnngsmartphone

.68 70 3.2.1 Ket qua đo pho huỳnh quang cua Coumarin 70

3.3 Ket qua đo pho bang úng dnng xu lý anh .73

4 Ket lu¾n75

Tài li¾u tham khao77

DANH MUCCÁCCÔNG TRÌNHKHOAHOCĐÃCÔNG BO

LIÊNQUAN ĐEN LU¾NVĂN81

Danh sách hình ve

1.1 S ƠĐOCÁMBIENQUANGHQC 6

1.2 Ong nhân quangđi¾n[24] 7

1.3 Sơđonguyênlíhoatđ®ngongnhânquangđi¾n[24] 8

1.4 M®tsoloaiđiotquangcuahãngThorlab[36] 9

1.5 Burried channel capacitor CCDpixel[4] 11

1.6 Cau trúc cuaCMOS[4] 13

1.7 B® LQCBayervàcáchthúchoatđ®ngcuab®LQC[19] 14

1.8 Đ® nhay cua cám bien CMOS khi có b® LQCBayervàđ® nhay cuacám bien CCD su dnng trong các máyquangphő 14

1.9 N®isuyBayerđetaonênmàum®tđiemánh 15

1.10 Hìnhánhcuađi¾nthoaithôngminhcuam®tsohãngtrênthegiái 17

1.11 Ánhsángtruyenquadungd%ch 18

1.12 Nguyênlýhoatđ®ngcuamáyđomàu[17] 19

1.13 Thietb%cám bien quang su dnng smartphone đe xác đ%nh nong đ®streptomycinvàhình ánh camera ghi nh¾n đưac khi ánh sáng truyenqua mauStreptomycin)[16] 20

1.14 Thietb%cámbienquangsudnngsmartphoneđexácđ %nhnongđ®tetracyclinetrongsua(trái),vàsnthayđőimàusaccuaánhchnp khinongđ®tetracyclinethayđőiváicácmàuh®pkhácnhau(trái).A,B, CvàDlàcácmàusackhácnhaucuah®pđnngh¾đo[12] 21

Danh sách hình ve

Trang7 VNU University ofScience

1.15 Thietb%cám bien quang su dnng smartphone đe xác đ%nh nong

đ®thuyngân[14] 22

1.16 Nguyênlýhoatđ®ngcuamáyquangphő[29] 23

1.17 Bên trong máy quang phő Ocean OpticsUSB4000-FL[18] 24

1.18 M®tkhehepcuahãngThorlabváiđ®r®ngkhelà200µm[37] 25

1.19 M®tsolăngkínhcuahãngThorlabváicácv¾tli¾ukhácnhau[35] 26

1.20 Tronglăng kính tán sac,chietsuat phn thu®cvàobưác sóng dan đencác màu khác nhau khúc xa á cácgóckhác nhau, do đó ánh sángtrangb %táchthànhphő[25] 26

1.21 Cách tu nhieu xa cua hãngThorlab[38] 27

1.22 (a) Cách tu phán xa: ánh sáng táivàcác tia nhieu xa namvecùngm®t phía cua cách tu.(b) Cách tu truyen qua: ánh sáng táivàcác tianhieu xa namvehai phía cua cáchtu[5] 29

1.23 Cách tu nhieu xa lý tưángvàcáchtuDVD 30

1.24 Thietb%cám bien quang su dnng smartphone đe đo pH (trái),vàketquáthuđưactùthietb%váicácdungd%chcónongđ®pHtrongkhoáng tù 4 đen 9 tăng dan tương úng tù (i) đen(vii)[13] 31

1.25 Thietb%cám bien quang su dnng smartphone đe đo glúcose(trái),vàketquáthuđưactùthietb%váidungd%chABTS/HRP/GOxkhic ó glucose theo thàigian[15] 32

1.26 Thietb%cám bien quang su dnng smartphone đa kênh trong úng dnngELISA (trái),vàhình ánh chnp đưac tù camera cua thietb %váicácnongđ®BSAtù0.125–1.5mg/mL(phái)[8] 33

2.1 Sơđonguyênlýđophőhapthncuam®tkênh 40

2.2 a) Phő cua đèn LED trưác (I o )vàsau khi đi qua mau dung d%ch damine B(I)đưac đo bang thietb%Avantes,b) Phő hap thn cua Rho-damine B sau khi đưactínhtoán 41

2.3 Sơđonguyênlýphépđohuỳnhquangcuam®tkênh 42

2.4 Môhìnhcuatoànb®thietb%đưacdnngbangphanmemAutoCad 4 3

2.5 Hìnhvephoi cánh cua b® ph¾ngámauvànguon sáng LED su

dnngchophép đohapthn 44

2.6 Hìnhvetùtrênxuongcuab®ph¾ngámau 45

2.7 Hìnhvephoi cánh b® ph¾ngámauvànguon sáng Laser điot su dnngchophép đohuỳnhquang 46

2.8 Hìnhvephoicánhb®ph¾ncáchtu 47

2.9 Hìnhánhcuathietb%khichưalapthêmphannguonsángchophép đohuỳnhquang 48

2.10 Hình ánh cua thietb%khi lap thêm phan nguon sángchophép đohuỳnhquang 48

2.11 Hìnhánhđènthuyngân(trái),vàphőđènthuyngânthuđưactùthiet b%Avantes(phái) 49

2.12 Phő đèn thuyngânthu đưac tù thietb%cám bien quang su dnng smart-phone 50

2.13 Snphnthu®ccuabưácsóngvàov%tríđiemánh(pixel) 50

2.14 Hìnhánhcualaserđiôtđưacsudnngtrongphépđohuỳnhquang(trái), vàphő tương úng cua laserđiôt(phái) 52

2.15 Công suat cua laser điot theothàigian 52

2.16 HìnhánhcuađènLEDđưacgantrênthietb %cámbienquangsudnngsmartphone(trái),vàphőtươngúngcuađènLED(phái) đobangthiet b%cámbienquang(nétlien)vàđobangthietb%Avantes(nétđút) 53

2.17 Haiv%tríbưácsóng449nmvà534nmtrênphőcuađènLED 54

2.18 TisoI /I o theothàigian(I o làcưàngđ®sángkhivùab¾tđèn)) 55

2.19 PhőđènLEDđobangthietb%cámbienquangtaicáckênh 56

2.20 B®thietb%quangphőcuahãngAvantes 57

2.21 Thietb%AvaSpec-ULS2048LTEC-RS-USB2 58 2.22 H¾gámauCUV-ALL-UV/VIS(trái),saiquangFC-UVIR400-1(phái) 59

2.23 Sơ đo h¾ đo hap thnvàhuỳnh quang su dnng h¾ quang phőAvantes 59 2.24 Ánh thu đưac tù đo hap thn mau Rohdamin Bváicác nong đ® khácnhau.

61

3.1 a) Phő hap thn cuaMethylOrangeđo bang thietb%cám bien quangváicác nong đ®MethylOrangetù 0.01 mM – 0.035 mM b)PhőhapthncuaMethylOrangeđobangthietb%Avantesváicácnongđ®

MethylOrangetù 0.01 mM –0.035mM 63 3.2 Đưàng chuan đo phő hap thn cuaMethylOrangebang thietb

%cámbienquang(kýhi¾u-hìnhtròn)vàbangthietb%Avantes(kýhi¾u

- hình vuông)vàđo tai bưác sóng 463 nmváicác nong đ®MethylOrangetù 0.01 mM –0.035mM 64 3.3 a) Phő hap thn cuaMethylViolet đo bang thietb%cám bien quangváicác nong đ®MethylViolet tù 0.005 mM – 0.03 mM b) Phő hap

thncuaMethylViolet đo bang thietb%Avantesváicác nong đ®MethylViolet

tù 0.005 mM –0.03mM 66 3.4 Đưàng chuan đo phő hap thn cuaMethylViolet bang thietb%cám

bienquang (ký hi¾u - hình tròn)vàbang thietb%Avantes(ký hi¾u -

hìnhvuông)vàđo tai bưác sóng 569 nmváicác nong đ®MethylViolet tù0.005 mM –0.03mM 67 3.5 a)PhőhapthncuaRodamineBđobangthietb

%cámbienquangváicácnongđ®RodamineBtù0.0025mM–

0.009mM.b)PhőhapthncuaRodamineBđobangthietb

%Avantesváicácnongđ®Rodamine

B tù 0.0025 mM –0.009mM 68 3.6 Đưàng chuan đo phő hap thn cua Rhodamine B bang thietb

%cámbienquang(kýhi¾u-hìnhtròn)vàbangthietb%Avantes(kýhi¾u-hìnhvuông)vàđotaibưácsóng563nmváicácnongđ®Rhodamine

B tù 0.0025 mM –0.009mM 69

3.7 a) Phő huỳnh quang cua Coumarin đo bang thietb%cám bien

quangváicác nong đ® Coumarin tù 0.002 mM – 0.017 mM b) phő huỳnhquangcuaCoumarinđobangthietb%Avantesváicácnongđ®Coumarin

tù 0.002 mM –0.017mM 71 3.8 Đưàng chuan đo phő huỳnh quang cua Coumarin bang thietb

%cámbienquang(kýhi¾u-hìnhtròn)vàbangthietb%Avantes(kýhi¾u-hình vuông)vàđo tai bưác sóng 526 nmváicác nong đ®C o u m a r i n

tù 0.002 mM –0.017mM 72 3.9 Giao di¾n cua Úng dnng (App) sau khi xu lý ánhvàchorađo th% bieudien phő hap thn theo bưác sóng cua Rohdamin B ásáukênh 74

Danh sách bang

1.1 M®tsoloaiv¾tli¾uthưàngđưacdùngtrongchetaođiotquang[23] 10

3.1 Nong đ® các mauMethylOrange 63

3.2 Nongđ®cácmauMethylViolet 65

3.3 Nongđ®cácmauRhodamineB 68

3.4 Nong đ® cácmauCoumarin 70

3.5 Nongđ®cácmauRhodamineB 73

Danh mnc các kí hi¾u và chE viet tat

PLA - Polylactic Acids

CCD - Charge Coupled Device - linh ki¾n tích đi¾n kép

CMOS - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor - bán dan oxit kim loaibù

LOD - Limit of detection - giói han

pháthi¾nAuNP - Gold nanoparticle - hat

Mờ ĐAU

Ő ViắtNamtrong thũi gian ganđõy,cỏc thụng tinveụ nhiem nguon nưúcsinhhoatxuathiắntrànngắptrờncỏcbỏođài.Taicỏckhucụngnghiắphàngtrămđơnv%san xuat lúnnho, hàng tan nưúc thai chưa qua xu lớ hoắc chưa xu lớ theo đỳngquytrỡnh đó đưoc

xa trnc tiepvàođưũng ong, cỏc chat ụ nhiem huu cơ, cỏc kim loai đóthõmnhắpvàonguonnưúc.Khụngchiocỏckhucụngnghiắpthỡngaycỏclàngnghe thu cụngtruyen thonghaykhu chăn nuụi, che bien thnc pham nưúc thai tự cỏc hoatđđngsanxuatkhụngđưocxulớcũngđưocthaitrnctiepramụitrưũng,đắcbiắtchỳng thưũngnamngaytrong khu dõn cư[1].ễ nhiem nưúc khụng chi anh hưong trnctiep đen mụitrưũng mà cũn là moi nguy hai lúnvúisỳc khoe ngưũi dõn Theothongkờmőinămcúđen9000ngưũichetvỡụnhiemnguonnưúc,vàphỏthiắn100.000trưũnghopung thư mői năm mà nguyờn nhõn chớnh là do su dnng nguon nưúc ụnhiem[2].Khaosỏt37xómangtờn“làngungthư”đócú1.136ngưũichetvỡcỏcbắnhungthư.Ngoàira,cũncú380ngưũiocỏcxólõncắncũngchetboiungthư[3]

Hiắnnay,đeđỏnhgiỏmỳcđđụnhiemđócúratnhieuphươngphỏplý,húađưocđưavàosudnng.Trongcỏcphươngphỏplýnoibắtlàphộpđú quangH Q C(huỳnhquang,hapthn,truyenqua),đõylànhungmđttrongnhungphộpđonhanh,chớnhxỏc,khụngphỏhuymauvàthưũngđưocsudnngrđngróiđenghiờncỳu,xỏcđ%nhđ

%nhlưongsncúmắtcuacỏcchattrongmauonongđđratthap.Đetienhànhcỏcphộpđonày,ngưũitathưũngsudnngcỏcthietb

%phõntớchquangphođattienvàđưocđắtcođ

%nhtrongphũngthớnghiắm.Mắcdựcỏcthietb

%nàycúđđnhay,đđtincắycao,vàkhanăngxỏcđ

%nhsncúcúmắtcuacỏcchatonongđđratthapnhưngchỳng

thưòngcongkenh,chiphícaovàbanthâncácphépđophaiđưocthnchi¾nboicáckythu¾tviêncótaynghe,trìnhđ®caotrongngànhquangHQC.Vóimongmuonkhac

¾nđangtíchcncpháttrienho¾cchuyenđoismartphonethànhcôngcncambienquangHQCchocácúngdnngkhácnhaunhưđoquangpho[9],đođ®màu[10],cambienc®nghưongplasmonbem¾t[7],nh¾ndi¾nthuoc[6]

Nguyênlýhoatđ®ngcuacácthietb%nàyđólàsudnngm®tnguonsángobên

ngoài(LED,Laser,nguonđèn)chieuvàomau,ánhsángsaukhitươngtácvóimauseđưocđưaquah¾thongthaukínhvàcáchtuđetánxavàcuoicùnglàđưocchieutóiCMOScuasmartphone.CácCMOSn àycóthe đưocsudnngnhưm®tđaudò(detetor)đexulýcáctínhi¾uquangHQCđưavóiđ®tinc¾ycao.Cùngvóisnphát

trienmanhmecuacôngngh¾CMOSkethopnhungđ¾ctínhnoib¾tcuasmartphonenhưcókhanăngketnoiinternet,cácphanmemúngdnngthôngminh,desudnng,hienth

Danh sách bang

Trang3VNU University ofScience

Thietb%su dnng cách tu nhieu xa tùDVD,phan khung đưoc làmtùv¾tli¾uPolylacticAcids(PLA)sudnngcôngngh¾in3D.Thietb%cóbăngthông300nm(tù400nmđen700nm)vóiđ®phângiai0,168nm/pixel.Đ¾cbi¾tthietb%chophépđo

đưocnhieumautrongm®tphépđogiúptietki¾mthòigiannhưngvangiuđưocthietkeđơngian.Saukhiđưocchetaothietb%đưocthunghi¾mtrongvi¾cxácđ%nhnong đ®cácchathuucơđ®chai,b

• Chương 2: Thncnghi¾m

Trìnhbàyquytrìnhxâydnngthietb%cambienquangsudnngsmartphonedna trên phép

đo quang phovàchuan hóa thietb%

• Chương 3: Ket quavàthaolu¾n

Khao sát thietb%cam bien quang dna trên smartphone Trìnhbàyket qua thuđưoctùphépđohapthnvàhuỳnhquangđexácđ%nhnongđ®cácchathuucơđ®chai,b

%camtrongcôngnghi¾pd¾tnhu®mvàcôngnghi¾pthncphamnhư

Rohdamin B, Methyl Violet, Methyl Orange và Coumarin trong nưóc.

• Chương 4: Ketlu¾n

Ket lu¾n chung cua toàn lu¾n văn

Chương 1Tong quan

1.1Cam bien quang HQC

(2)B®ph¾nchuyenđoitínhi¾uđóngvaitròchuyenđoitínhi¾uphúctapthànhtínhi¾uđãđưocphântách

(3)B®ph¾nthunh¾nvàxulítínhi¾uđóngvaitròtiepnh¾ncáctínhi¾uquangvàchuyenđoithànhtínhi¾uđi¾ncóthexulívàĐ QCđưoc,tùđâyđưarathôngtinveđoitưongcannh¾nbiêt

CHƯƠNG 1 TONG QUAN

Trang6VNU University ofScience

Hình1.1:Sơđocámbienquang HQC.

1.1.1B®ph¾n nh¾nb i e t

B®ph¾nnh¾nbietcóchúcnăngtươngtácvóicácđoitưongcannh¾nbietđưocđưavàoh¾thongcambiennhamtaoratínhi¾uquangđ¾ctrưng.Cácđoitưongnh¾nbietlàcácmauchathóaH

QCdưóinhungdangnhưdungd%ch,dangmàng,b®t,

Trongcáccambienđophohuỳnhquang,b®ph¾nnh¾nbietlànguonsángcó kha năngkích thích mau đe tao ra ánh sáng huỳnh quang.Trongcác cam bienđođ®màuvàđophohapthn,b®ph¾nnh¾nbietlànguonsángcóphonamtrongvùnghapthncuamau

1.1.2B® ph¾nchuyenđoi tínhi¾u

Tínhi¾uquangtùb®ph¾nnh¾nbietđitóib®ph¾nchuyenđoithưònglàánhsángđasac.Cácánhsángnàysaukhirakhoib®ph¾nchuyenđoisetrothànhcáctiađơnsac.B®ph¾nchuyenđoitínhi¾uthưònglàm®th¾thongcáclinhki¾nquangHQC

1.1.3B® ph¾n thu nh¾n và xu lí tínhi¾u

B®ph¾nthunh¾nvàxulítínhi¾ulàcáclinhki¾nđi¾ntuchophépthunh¾n

ánhsáng(photon)roichuyenđoithànhtínhi¾uđi¾n(electron).B®ph¾nnàycóthe

làlinhki¾nthu®clópongchânkhôngnhưongnhânquangđi¾nhaylóplinhki¾nbándan nhưphotodiode, CCD, CMOS,

1.1.3.1Ong nhân quangđ i ¾ n

Ongnhânquangđi¾nhayPMT(photomultipliertube)làm®tlinhki¾nđi¾ntuthu®clópongchânkhông,tuynhiênnóđ¾cbi¾tcnckỳnhayvóiánhsángtrongvùng

tungoai,khakienvàhongngoaigan.Ongnhânquangđi¾nchophépnhândòngđi¾n

đưoctaoraboiánhsánglên100tri¾ulan(160dB)dođónócóthenh¾nbietđentùng photon riêng le khi

ánh sáng tóivôcùngyeu[24]

Hình 1.2:Ong nhân quang đi¾n[24].

Ong nhân quang đi¾n thông thưòng đưoc cau tao như hình1.5,baogomm®tongthuytinhđưochútchânkhông,m®tphotocathode,m®tanode,ratnhieudynodevàm®t so linh ki¾n bo tro khác Khi các photon tói photocathode, các electron cuaphotocathode se hap thn năng lưong cua photonvàthoát khoi nguyên tu Ban thânphotocathode đưoc làm tùv¾tli¾u cam quang thích hop có công thoát electronthap

do đó electron de dàng b¾t khoi photocathode Eletron phát xa sau đó se đưoc đieuhưóngvàgiatocboiđi¾ntrưòngcuathaukínhtĩnhđi¾nvàdichuyentóidynode.Khi

đ¾pvàodynode, electron làm b¾t ra thêm electron mói (electron thú cap)vóih¾ sonhânphnthu®cv¾tli¾uphum¾tdynodevàđ®nglưongelectron,vàthưòngcõ5lan.Dãydynodecóhìnhdangvàv%tríthíchhopnhamthnchi¾nnhieulankhuechđai,vàket thúc o anode, tao ra dòngxungđi¾n

Hình 1.3:Sơ đo nguyên lí hoat đ®ng ong nhân quang đi¾n[24].

Sohuuđ®khuechđaicao,nhieuthap,đápúngsiêunhanhcùngdaitansolàmvi¾clón,tatcanhungđieunàykhienchoongnhânquangđi¾nhiênnayvangiuvaitròquanTRQNGkhôngthethaythetrongnhieulĩnhvncnhưcácthietb

%cuangànhv¾tlýhatcơban,thiênvăn,chanđoányte,thietb%nhìnđêm

1.1.3.2Điotquang

n.Khiánhsáng(photon)chieuvào,bêntrongđiotsinhracácc¾pđi¾ntu

Điotquang(photodiode)làm®tlinhki¾nbándancócautrúclàlóphoatđ®ngtiepgiápp lőtrongdohi¾uúngquangđi¾ntrong.Neusnhapthnxaytrongvùngnghèocualóp tiep giáphayvùngkhuech tán, đi¾n trưòng cua vùng nghèo làm các hat mangđi¾n

d%ch chuyen, lő trong ve anode còn đi¾n tu ve cathode, làm phát sinh dòng đi¾n[23].

Hình 1.4:M®t so loai điot quang cua hãng Thorlab[36].

Thôngthưòngthìđiotcódòngđi¾ndò,ođiotquangGQIlàdòngtoi,làdòngkhikhôngcóphotonchieuvào.Dòngđi¾nquađiotquanglàtongcuadòngquangđi¾nvàdòngdò.Đetăngđ

Chatbándan Kýhi¾uhóaHQC Vùngbưócsóng

Hình 1.5:Burried channel capacitor CCDpixel[4].

MőiđiemanhcuaCCDlàm®ttnđi¾nMOS(Metal-kimloai,Oxide-

oxitvàSemiconductor-

bándan).Nhưtrênhìnhvetnđi¾nMOSbaogomm®tphiensilicbándanloaip-n.Trênbem¾tsilicloaincóm®tlópoxitcáchđi¾nvàm®tmàngmongkimloaitrênnó.Khim®tđi¾ntheđưocđ¾tvàohaiđaucuatnMOS,nósesinhram®tđi¾ntrưònglàmchođi¾ntulinhđ®ngcuabándanb

%hútveđi¾ncncđongthòiđaylőtrongraxa.Ketqualàhìnhthànhm®tvùngnghèohattaitrongbándan,đongthòivem¾tđi¾nthe,vùngnghèotươngúngvóihothedođóneucóelectronđưocsinhratrongđóthìseb

%giulai.Khicóánhsáng(photon)chieuvào,cácđi¾ntusinhradohi¾uúngquangđi¾novùngnghèonàyb

%giulai,nóicáchkháctnđi¾nđưoctíchđi¾n.V¾yvùngnghèohaytnđi¾ntíchđi¾ndoánhsáng

DQIvàotaora,ánhsángcàng

manhthìtnđi¾ntíchđi¾ncàngnhieu.Cuoicùng,đi¾ntíchomőitnseđưocđưarangoàitrothànhtínhi¾uđi¾náp,lưutruroixuatrakhoicambiendưóidangtínhi¾utươngtn[4].

CambienCCDmangđơn(mđtchieu)đưocdựngtrongcỏcmỏyfax,mỏyscan,vàmỏyđoquang pho Cam bien CCD mang hai chieu đưoc su dnng trongmỏyquay,mỏyanh kĩthuắt so, webcam,

1.1.3.4CMOS

CambienCMOS(Complementarymetaloxidesemiconductor)haybỏndanoxitkim loai bự

là mđt loai cam bien hỡnh anh đưoc su dnng trongmỏyanh ky thuắt so Chỳng đưoctao ra lan đau tiờnvàonăm 1993 tai phũng thớ nghiắm Jet Propulsion Laboratory(JPL)vúimnc tiờu san xuat mđt cam bien cú hiắu suat tương đươngvúicỏc cambienCCD

Tương tn như CCD, cam bien CMOS cũng bao gom cỏc phantunhaycamvúiỏnhsỏngtaothànhmđtmang,mőiphantucúkhanăngtaoratớnhiắutýlắthuắnvúiỏnhsỏngtúi

TuynhiờnvecautrỳcvàcỏchthỳchoatđđngcuaCMOSthỡcúsnkhỏcbiắtsovúiCCD.MőiđiemanhcuaCMOSlàmđtphotodiodeghộpnoivúimđtmachtớch

hop(IC)baogommđttnđiắncựngnhieutransistorbotroxungquanh.Banđautnđiắnseđưocnapđaybangmđtđiắnthe.Khiquỏtrỡnhthuỏnhsỏngbătđau,điắntớchcuatnđiắnsetựtựchuyensangphotodiode,tocđđchuyennàytilắthuắnvúicưũngđđỏnhsỏngtúi.Ketthỳcquỏtrỡnhthuỏnhsỏng,điắntớchcũnlaitrongtnseđưocĐQCvàchuyenđoithànhtớnhiắuso[4]

Hình 1.6:Cau trúc cua CMOS[4].

CambienCMOSvóitocđ®chuyenđoitínhi¾unhanhnênđưocsudnngtrong

cácmáyanh kĩ thu¾t so,máyquayphimvóitoc đ® cao,

CácphantucuacambienCMOShayCCDchicóthethuđưocánhsáng.Đecóthechnpanhcómàusac,ngưòitaphulêntrêncambienm®tb®LQCBayergiúpcácphantunàycóthethuđưocnhungmàuriêngbi¾t.B®LQCBayergomcácmangRed,

Green,vàBlueđưocxepxenkevóinhaunhưhình1.7[19]

Hình1.7:B® LQC Bayervàcáchthúchoatđ®ngcuab® LQC [19].

MőimangRed,Green,vàBluecóđ®nhayriêngvóitùngvùngbưócsóngvàthưòngcódangnhưhình1.8.Dosncóthêmb®L Q CBayer,đ®nhaycuacambien CMOSb

%anhhưongdanđencónhungvùngkémnhayvàokhoang500nmvà570nm

Hình1.8:Đ®nhaycuacámbienCMOSkhicób® LQC Bayervàđ®nhaycuacámbienCCDsudnng

trongcácmáyquangphő

Hình 1.9:N®i suy Bayer đe tao nên màum®t điem ánh

Màusaccuam®tđiemanhđưoctínhtheon®isuyBayercăncútrêntínhi¾uthuđưoctùbonphantuxungquanhvóicácgiátr

%thehi¾nsnphnthu®ccuatínhi¾uđauravànongđ®cuađoitưong,đoth%nàyGQIlà"đoth

1.1.4.3Thài gian phanh o i

Thòigianphanhoicóthehieulàkhoangthòigiantùkhiđoitưongnh¾nbietđưocđưavàocambienđenkhicósnthayđoiođauthuđeđưaratínhi¾u.Vóicác

cambienquangHQC,thòigianphanúnglàphnthu®cvàothòigianánhsángdichuyen

trongh¾quangHQCvàthòigianxulícuađauthu.Dođóthòigianphanúnglàratngangannhưlàtúcthòi

1.2Thiet bà cam bien quang su dnngsmartphone

Hi¾nnay,smartphonehayđi¾nthoaithôngminhlàm®tthietb

%gannhưkhôngthethieutrongcu®csonghangngàycuamőingưòi.Vóivi¾ctíchhopnhungb®vixulýdiđ®ngngàycàngmanhme,đi¾nthoaithôngminhcóthetienhànhđanhi¾m,xulíđưocm®tsotácvnnhưmáytính.Ketnoidedàngvóicácthietb

%ngoaivicũngnhưInternetthôngquawi-fi,bluetoothgiúpđi¾nthoaithôngminhdedàngchiaseduli¾ucũngnhưlưutruhaytruyc¾ptùcácmáychu.Đ¾cbi¾tvóisnpháttriencuacôngngh¾cambienanh,đi¾nthoaithôngminhgiòsohuuchomìnhmáyanhvóiđ®nhaysángcùngđ®phângiaicao.Dođónóđangthuhútsnchúýlóntùcácnhóm nghiêncúutrênthegióinhamtaoram®tthietb

%cambienquangdnatrênđi¾nthoaithôngminhvóicautrúcđơngian,nhoGQNvàgiáthànhthapnhưngvanchom®tketquađángtinc¾y.Vi¾ccóchomìnhnhungúngdnngthânthi¾nvó

Cam bien CMOS cua camera se đóngvaitrò là đau thu, tuy nhiên cũng có

trưòng hop su dnng cam bien ánh sáng trên smartphone làm đau thu Nguon sáng

kíchthíchmaucótheđènLED,laser,Halogenbênngoàihaychínhflashcuacamera

trênsmartphone.Cácthietb

%cambienquangsudnngsmartphonethưòngđưocpháttriendnatrênnguyênlýhoatđ®ngcuamá

yquangphoho¾cmáyđođ®màu

1.2.1Thiet bà cam bien quangduatrên nguyên lý đo đ®màu

1.2.1.1Nguyên lý đo đ®màu

vóiAlà đ® hap thn

I o là cưòng đ® ánh sáng tói mau

Ilà cưòng đ® ánh sáng ra khoi mau

Hình 1.12:Nguyên lý hoat đ®ng cua máy đo màu[17].

Hình1.12môtanguyênlýhoatđ®ngcuathiêtb%đođ®màu.Đautiên,ánhsángkích thích đưocđưavàotrong thietb%thông qua m®t khe hep bang cách chieu trnc tiep ho¾c dantruyen bang soi quang[21]

Khehepcóđ®moratnhocóchúcnănghanchelưongánhsángđivàotrongthietb

%.Vóihauhetthietb

%đođ®màu,ánhsángphânkỳbêntrongseđưoch®itnbangm®tthaukính.Ánhsángsauđóđưocđưaquam®tkínhLQCnhamtaoraánhsángđơnsac,vóicácthietb

%hi¾nnaybâygiò,cáckínhLQCdanđưocthaythebangcácthietb%đơnsac[17]

Ánhsángđơnsacsauđóđưocchieuquacuvettechúadungd

%chchatcanđovàđưocthulaibangcambienthưònglàđiotquang.Tínhi¾uđi¾ntùđiotquangseđưocsohóaguiđenmáytínhđexúlívàhienth%dưóidangcưòngđ®cuam®tbưócsóng

1.2.1.2Cambienquangsudnngsmartphonehoatđ®ngduatrênnguyên lý đo đ® màu

%cambienquangđưocpháttrienđephncvntrongvi¾cnh¾nbietkhángsinhnhưstreptomycin,tetracycline, NhómnghiêncúutùTrung Quocđãpháttrienthietb

%đánhgiánongđ®streptomycindnatrênnguyênlýđođ®màu(hình1.13).Nhómsudnng2đènLEDvóibưócsóng625nmvà520nmlàmnguonkíchthíchkethopcùngchatxúctácAuNP(hatnanovàng).Kíchthưóccuathietb

%tươngđoinhoGQN.Streptomycintrongmaudangdungd

%chđưockethopcùngAuNPsetaoraphanúnghóaHQClàmthayđoiđ®hapthncuadungd

%chtùythu®cvàonongđ®cuastreptomycin.Thietb

%cuanhómcóLODlà12.3nMthaphơncasovóitiêuchuancuakhángsinhocácnưócnhưMyhayTrungQuoc[16]

Hình1.14:Thietb%cámbienquangsudnngsmartphoneđexácđ%nhnongđ®tetra-cyclinetrongsua(trái),vàsnthayđőimàusaccuaánhchnpkhinongđ®

tetracyclinethayđőiváicácmàuh®pkhácnhau(trái).A,B,CvàDlàcácmàu sac khác nhau cua h®p đnng h¾ đo[12].

M®tnhómnghiêncúutùTháiLancũngđãđưarathietb%nhamnh¾nbiettetra- cycline trong sua(hình1.14).Trưóckhi đưoc tien hành đo, mau đưoc tách chietpharan (Solid phaseextraction) Nguon sáng kích thích là đèn huỳnh quangvàánhsáng

có nhung úng dnng khác như phát hi¾n kim loai n¾ng Nhóm nghiên(hình1.15).Thietb%sudnngm®tđènLEDcóbưócsónglà532nmlàmnguonkích

thíchcùngchatxúctácAuNP.Điemđ¾cbi¾tcuathietkelàthayvìsudnngcambienCMOScuacameraHQSUdnngcambienánhsángphíatrưócmànhìnhdođóthietb

%cókíchthưóctươngđoinhoGQNvóichieudàichi42mm,đưòngkính12mmvàn¾ng3.5g[14].Cácthietb

%trêncónhungưuđiemnhưthietkeđơngian,nhoGQNdoh¾thongquangbêntrongkhôngcanphaicónhungb®ph¾nphântáchánhsángnhưlăngkính haycáchtunhieuxa.Cácthietb

%cũngchoketquanhanhdoquátrínhxulýanhhaytínhi¾ukhôngtonnhieuthòigian.Tuynhiênchúngcóchungm®tnhưocđiemđólà

Hình 1.16:Nguyên lý hoat đ®ng cua máy quang phő[29].

Hình1.16mô ta nguyên lý hoat đ®ng cua thietb%đo quang pho Đau tiên,ánh