22/02/25En sensors kvanteeffektivitet (QE) refererer til sandsynligheden for, at fotoner rammer sensoren og detekteres, i %. Høj QE fører til et mere følsomt kamera, der er i stand til at arbejde under svagere lysforhold. QE er også bølgelængdeafhængig, hvor QE udtrykkes som et enkelt tal, der typisk refererer til peakværdien.
Når fotoner rammer en kamerapixel, vil de fleste nå det lysfølsomme område og blive detekteret ved at frigive en elektron i siliciumsensoren. Nogle fotoner vil dog blive absorberet, reflekteret eller spredt af materialerne i kamerasensoren, før detektion kan finde sted. Interaktionen mellem fotonerne og materialerne i kamerasensoren afhænger af fotonens bølgelængde, så sandsynligheden for detektion er bølgelængdeafhængig. Denne afhængighed vises i kameraets kvanteeffektivitetskurve.
Eksempel på en kvanteeffektivitetskurve. Rød: Bagsidebelyst CMOS. Blå: Avanceret frontsidebelyst CMOS
Forskellige kamerasensorer kan have meget forskellige kvanteeffektivitetsværdier afhængigt af deres design og materialer. Den største indflydelse på kvanteeffektiviteten er, om et kameras sensor er bag- eller forbelyst. I frontbelyste kameraer skal fotoner, der kommer fra motivet, først passere gennem et gitter af ledninger, før de detekteres. Oprindeligt var disse kameraer begrænset til kvanteeffektiviteter på omkring 30-40%. Introduktionen af mikrolinser til at fokusere lys forbi ledningerne ind i det lysfølsomme silicium hævede dette til omkring 70%. Moderne frontbelyste kameraer kan nå peak QE'er på omkring 84%. Bagbelyste kameraer vender dette sensordesign om, hvor fotoner rammer direkte et tyndere lysdetekterende lag af silicium uden at passere gennem ledninger. Disse kamerasensorer tilbyder højere kvanteeffektivitetsværdier omkring 95% peak, på bekostning af en mere intensiv og dyr fremstillingsproces.
Kvanteeffektivitet vil ikke altid være en vital egenskab i din billeddannelsesapplikation. Til applikationer med høje lysniveauer giver øget QE og følsomhed kun ringe fordel. Ved billeddannelse i svagt lys kan høj QE dog give forbedret signal-støj-forhold og billedkvalitet eller reducerede eksponeringstider for hurtigere billeddannelse. Men fordelene ved højere kvanteeffektivitet skal også vejes op mod den 30-40% stigning i prisen på bagbelyste sensorer.
