22/02/25تشير الكفاءة الكمومية (QE) للمستشعر إلى احتمالية رصد الفوتونات التي تصطدم به بنسبة مئوية. وتؤدي الكفاءة الكمومية العالية إلى كاميرا أكثر حساسية، قادرة على العمل في ظروف الإضاءة المنخفضة. كما تعتمد الكفاءة الكمومية على الطول الموجي، حيث يُعبَّر عنها برقم واحد يشير عادةً إلى قيمة الذروة.
عندما تصطدم الفوتونات ببكسل الكاميرا، يصل معظمها إلى المنطقة الحساسة للضوء، ويُكتشف من خلال إطلاق إلكترون في مستشعر السيليكون. ومع ذلك، تُمتص بعض الفوتونات أو تنعكس أو تتشتت بواسطة مواد مستشعر الكاميرا قبل أن يتم الكشف عنها. يعتمد التفاعل بين الفوتونات ومواد مستشعر الكاميرا على طول موجة الفوتون، لذا فإن احتمالية الكشف تعتمد على طول الموجة. ويتضح هذا الترابط في منحنى الكفاءة الكمومية للكاميرا.
مثال على منحنى كفاءة الكم. الأحمر: CMOS مضاء من الخلف. الأزرق: CMOS مضاء من الأمام.
يمكن أن يكون لمستشعرات الكاميرا المختلفة كفاءة كمية مختلفة جدًا حسب تصميمها وموادها. يتمثل التأثير الأكبر على الكفاءة الكمية في ما إذا كان مستشعر الكاميرا مضاءً من الخلف أو الأمام. في الكاميرات المضاءة من الأمام، يجب أن تمر الفوتونات القادمة من الجسم أولاً عبر شبكة من الأسلاك قبل اكتشافها. في الأصل، كانت هذه الكاميرات محدودة بكفاءات كمية تبلغ حوالي 30-40٪. أدى إدخال العدسات الدقيقة لتركيز الضوء بعد الأسلاك إلى السيليكون الحساس للضوء إلى رفع هذه النسبة إلى حوالي 70٪. يمكن للكاميرات الحديثة ذات الإضاءة الأمامية أن تصل إلى ذروة كفاءة كمية تبلغ حوالي 84٪. تعكس الكاميرات ذات الإضاءة الخلفية تصميم المستشعر هذا، حيث تصطدم الفوتونات مباشرة بطبقة رقيقة من السيليكون للكشف عن الضوء، دون المرور عبر الأسلاك. توفر مستشعرات الكاميرا هذه كفاءات كمية أعلى تبلغ حوالي 95٪ ذروة، على حساب عملية تصنيع أكثر كثافة وتكلفة.
لن تكون الكفاءة الكمية دائمًا سمة أساسية في تطبيقات التصوير. ففي التطبيقات ذات مستويات الإضاءة العالية، لا تُقدم الكفاءة الكمية والحساسية المتزايدة ميزة تُذكر. ومع ذلك، في التصوير في الإضاءة المنخفضة، يُمكن أن تُؤدي الكفاءة الكمية العالية إلى تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء وجودة الصورة، أو تقليل أوقات التعرض للحصول على تصوير أسرع. ولكن يجب أيضًا موازنة مزايا الكفاءة الكمية الأعلى مع زيادة سعر أجهزة الاستشعار ذات الإضاءة الخلفية بنسبة 30-40%.
