22.02.25Die Quanteneffizienz (QE) eines Sensors gibt die Wahrscheinlichkeit in Prozent an, mit der Photonen, die auf den Sensor treffen, erkannt werden. Eine hohe QE führt zu einer empfindlicheren Kamera, die auch bei schlechten Lichtverhältnissen funktioniert. Die QE ist außerdem wellenlängenabhängig und bezieht sich in der Regel auf den Spitzenwert.
Wenn Photonen auf einen Kamerapixel treffen, erreichen die meisten den lichtempfindlichen Bereich und werden durch die Freisetzung eines Elektrons im Siliziumsensor erkannt. Einige Photonen werden jedoch von den Materialien des Kamerasensors absorbiert, reflektiert oder gestreut, bevor eine Erkennung erfolgen kann. Die Wechselwirkung zwischen den Photonen und den Materialien des Kamerasensors hängt von der Wellenlänge des Photons ab, sodass die Wahrscheinlichkeit der Erkennung wellenlängenabhängig ist. Diese Abhängigkeit wird in der Quanteneffizienzkurve der Kamera dargestellt.
Beispiel einer Quanteneffizienzkurve. Rot: Rückseitenbeleuchtetes CMOS. Blau: Fortschrittliches Vorderseitenbeleuchtetes CMOS
Verschiedene Kamerasensoren können je nach Design und Materialien sehr unterschiedliche Quanteneffizienzen aufweisen. Den größten Einfluss auf die Quanteneffizienz hat, ob der Sensor einer Kamera von hinten oder von vorne beleuchtet wird. Bei von vorne beleuchteten Kameras müssen die vom Motiv kommenden Photonen zunächst ein Verdrahtungsgitter passieren, bevor sie erkannt werden. Ursprünglich war die Quanteneffizienz dieser Kameras auf etwa 30–40 % begrenzt. Durch die Einführung von Mikrolinsen zur Fokussierung des Lichts an den Drähten vorbei in das lichtempfindliche Silizium konnte diese auf etwa 70 % gesteigert werden. Moderne von vorne beleuchtete Kameras können Spitzen-QEs von etwa 84 % erreichen. Bei von hinten beleuchteten Kameras ist dieses Sensordesign das Gegenteil. Dabei treffen die Photonen direkt auf eine dünne, lichtempfindliche Siliziumschicht, ohne eine Verdrahtung zu passieren. Diese Kamerasensoren bieten höhere Quanteneffizienzen von etwa 95 % Spitze, allerdings auf Kosten eines aufwändigeren und teureren Herstellungsprozesses.
Die Quanteneffizienz ist nicht immer ein entscheidendes Merkmal für Ihre Bildgebungsanwendung. Bei Anwendungen mit hohen Lichtintensitäten bietet eine höhere Quanteneffizienz und Empfindlichkeit kaum Vorteile. Bei schwacher Lichtintensität kann eine hohe Quanteneffizienz jedoch zu einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis und einer höheren Bildqualität oder kürzeren Belichtungszeiten für eine schnellere Bildgebung führen. Die Vorteile einer höheren Quanteneffizienz müssen jedoch auch gegen den 30–40 % höheren Preis von rückwärtig beleuchteten Sensoren abgewogen werden.
