22/02/25Η Κβαντική Απόδοση (QE) ενός αισθητήρα αναφέρεται στην πιθανότητα ανίχνευσης φωτονίων που χτυπούν τον αισθητήρα σε %. Η υψηλή QE οδηγεί σε μια πιο ευαίσθητη κάμερα, ικανή να λειτουργεί σε συνθήκες χαμηλότερου φωτισμού. Η QE εξαρτάται επίσης από το μήκος κύματος, με την QE να εκφράζεται ως ένας μόνο αριθμός που συνήθως αναφέρεται στην μέγιστη τιμή.
Όταν τα φωτόνια χτυπούν ένα εικονοστοιχείο κάμερας, τα περισσότερα θα φτάσουν στην ευαίσθητη στο φως περιοχή και θα ανιχνευθούν απελευθερώνοντας ένα ηλεκτρόνιο στον αισθητήρα πυριτίου. Ωστόσο, ορισμένα φωτόνια θα απορροφηθούν, θα ανακλαστούν ή θα διασκορπιστούν από τα υλικά του αισθητήρα της κάμερας πριν από την ανίχνευση. Η αλληλεπίδραση μεταξύ των φωτονίων και των υλικών του αισθητήρα της κάμερας εξαρτάται από το μήκος κύματος του φωτονίου, επομένως η πιθανότητα ανίχνευσης εξαρτάται από το μήκος κύματος. Αυτή η εξάρτηση φαίνεται στην Καμπύλη Κβαντικής Απόδοσης της κάμερας.
Παράδειγμα καμπύλης κβαντικής απόδοσης. Κόκκινο: CMOS με φωτισμό από την πίσω πλευρά. Μπλε: Προηγμένο CMOS με φωτισμό από την μπροστινή πλευρά.
Διαφορετικοί αισθητήρες κάμερας μπορούν να έχουν πολύ διαφορετικές κβαντικές αποδόσεις (QE) ανάλογα με το σχεδιασμό και τα υλικά τους. Η μεγαλύτερη επιρροή στην QE είναι το αν ο αισθητήρας μιας κάμερας φωτίζεται από την πίσω ή την μπροστινή πλευρά. Στις κάμερες με φωτισμό από την μπροστινή πλευρά, τα φωτόνια που προέρχονται από το θέμα πρέπει πρώτα να περάσουν από ένα πλέγμα καλωδίωσης πριν ανιχνευθούν. Αρχικά, αυτές οι κάμερες περιορίζονταν σε κβαντικές αποδόσεις περίπου 30-40%. Η εισαγωγή μικροφακών για την εστίαση του φωτός πέρα από τα καλώδια στο φωτοευαίσθητο πυρίτιο αύξησε αυτό το ποσοστό σε περίπου 70%. Οι σύγχρονες κάμερες με φωτισμό από την μπροστινή πλευρά μπορούν να φτάσουν σε μέγιστες QE περίπου 84%. Οι κάμερες με φωτισμό από την πίσω πλευρά αντιστρέφουν αυτόν τον σχεδιασμό αισθητήρα, με τα φωτόνια να χτυπούν απευθείας ένα λεπτότερο στρώμα πυριτίου ανίχνευσης φωτός, χωρίς να περνούν από την καλωδίωση. Αυτοί οι αισθητήρες κάμερας προσφέρουν υψηλότερες κβαντικές αποδόσεις περίπου στο 95% της κορυφής, με κόστος μια πιο εντατική και δαπανηρή διαδικασία κατασκευής.
Η κβαντική απόδοση δεν θα είναι πάντα ένα ζωτικό χαρακτηριστικό στην εφαρμογή απεικόνισης. Για εφαρμογές με υψηλά επίπεδα φωτισμού, η αυξημένη QE και η ευαισθησία προσφέρουν ελάχιστα πλεονεκτήματα. Ωστόσο, σε απεικόνιση με χαμηλό φωτισμό, η υψηλή QE μπορεί να αποφέρει βελτιωμένη αναλογία σήματος προς θόρυβο και ποιότητα εικόνας ή μειωμένους χρόνους έκθεσης για ταχύτερη απεικόνιση. Ωστόσο, τα πλεονεκτήματα της υψηλότερης κβαντικής απόδοσης πρέπει επίσης να σταθμιστούν σε σχέση με την αύξηση 30-40% στην τιμή των αισθητήρων με οπίσθιο φωτισμό.
