25/02/2022Le rendement quantique (QE) d'un capteur correspond à la probabilité, exprimée en pourcentage, qu'un photon l'atteigne et soit détecté. Un QE élevé confère à l'appareil une plus grande sensibilité, lui permettant de fonctionner dans des conditions de faible luminosité. Le QE dépend également de la longueur d'onde et est généralement exprimé par une valeur unique correspondant à la valeur maximale.
Lorsqu'un photon frappe un pixel d'un appareil photo, la plupart atteignent la zone photosensible et sont détectés par la libération d'un électron dans le capteur en silicium. Cependant, certains photons sont absorbés, réfléchis ou diffusés par les matériaux du capteur avant d'être détectés. L'interaction entre les photons et les matériaux du capteur dépend de leur longueur d'onde ; la probabilité de détection est donc fonction de cette dernière. Cette dépendance est illustrée par la courbe d'efficacité quantique de l'appareil photo.
Exemple de courbe d'efficacité quantique. Rouge : CMOS rétroéclairé. Bleu : CMOS avancé rétroéclairé.
Les capteurs d'appareils photo peuvent présenter des rendements quantiques (QE) très différents selon leur conception et les matériaux utilisés. Le principal facteur influençant le QE est l'orientation du capteur (rétroéclairé ou éclairé par l'avant). Dans les appareils photo à éclairage frontal, les photons provenant du sujet doivent traverser un réseau de conducteurs avant d'être détectés. Initialement, ces appareils étaient limités à un rendement quantique d'environ 30 à 40 %. L'introduction de microlentilles pour focaliser la lumière au-delà des conducteurs vers la couche de silicium photosensible a permis d'atteindre environ 70 %. Les appareils photo modernes à éclairage frontal peuvent atteindre des QE de pointe d'environ 84 %. Les appareils photo à éclairage arrière fonctionnent à l'inverse : les photons frappent directement une fine couche de silicium photosensible, sans passer par des conducteurs. Ces capteurs offrent des rendements quantiques plus élevés, de l'ordre de 95 %, au prix d'un processus de fabrication plus complexe et plus coûteux.
L'efficacité quantique ne sera pas toujours un critère essentiel pour votre application d'imagerie. Dans les applications à forte luminosité, l'augmentation de l'efficacité quantique et de la sensibilité présente peu d'avantages. En revanche, en imagerie en faible luminosité, une efficacité quantique élevée peut améliorer le rapport signal/bruit et la qualité d'image, ou réduire les temps d'exposition pour une acquisition plus rapide. Toutefois, les avantages d'une efficacité quantique supérieure doivent être mis en balance avec l'augmentation de prix de 30 à 40 % des capteurs rétroéclairés.
