2022/02/25De kwantumrendement (QE) van een sensor geeft de waarschijnlijkheid in procenten aan dat fotonen die de sensor raken, worden gedetecteerd. Een hoge QE leidt tot een gevoeligere camera, die ook bij weinig licht kan werken. De QE is ook golflengteafhankelijk; de QE, uitgedrukt als een enkel getal, verwijst doorgaans naar de piekwaarde.
Wanneer fotonen een camerapixel raken, bereiken de meeste het lichtgevoelige gebied en worden ze gedetecteerd doordat er een elektron vrijkomt in de siliciumsensor. Sommige fotonen worden echter geabsorbeerd, gereflecteerd of verstrooid door de materialen van de camerasensor voordat detectie kan plaatsvinden. De interactie tussen de fotonen en de materialen van de camerasensor is afhankelijk van de golflengte van de fotonen, waardoor de kans op detectie afhankelijk is van de golflengte. Deze afhankelijkheid wordt weergegeven in de kwantumrendementscurve van de camera.
Voorbeeld van een kwantumrendementscurve. Rood: CMOS met achtergrondverlichting. Blauw: Geavanceerde CMOS met voorverlichting.
Verschillende camerasensoren kunnen zeer uiteenlopende kwantumrendementen (QE's) hebben, afhankelijk van hun ontwerp en materialen. De grootste invloed op het QE is of de sensor van een camera aan de voor- of achterkant wordt belicht. Bij camera's met belichting aan de voorkant moeten fotonen afkomstig van het onderwerp eerst door een raster van draden gaan voordat ze worden gedetecteerd. Oorspronkelijk waren deze camera's beperkt tot kwantumrendementen van ongeveer 30-40%. De introductie van microlenzen om licht langs de draden te focussen in het lichtgevoelige silicium verhoogde dit tot ongeveer 70%. Moderne camera's met belichting aan de voorkant kunnen piek-QE's van ongeveer 84% bereiken. Camera's met belichting aan de achterkant draaien dit sensorontwerp om: fotonen raken direct een dunnere lichtdetecterende siliciumlaag, zonder door draden te hoeven gaan. Deze camerasensoren bieden hogere kwantumrendementen van ongeveer 95% piek, ten koste van een intensiever en duurder productieproces.
Kwantumrendement is niet altijd een essentiële eigenschap voor uw beeldvormingstoepassing. Bij toepassingen met veel licht bieden een hoger kwantumrendement en een hogere gevoeligheid weinig voordeel. Bij beeldvorming met weinig licht kan een hoog kwantumrendement echter leiden tot een betere signaal-ruisverhouding en beeldkwaliteit, of tot kortere belichtingstijden voor snellere beeldvorming. De voordelen van een hoger kwantumrendement moeten echter ook worden afgewogen tegen de prijsstijging van 30-40% voor sensoren met achtergrondverlichting.
