22/02/25De kwantumefficiëntie (QE) van een sensor verwijst naar de waarschijnlijkheid dat fotonen de sensor raken en worden gedetecteerd in %. Een hoge QE leidt tot een gevoeligere camera die ook bij weinig licht kan werken. De QE is ook golflengteafhankelijk, waarbij de QE, uitgedrukt als een enkel getal, doorgaans verwijst naar de piekwaarde.
Wanneer fotonen een camerapixel raken, bereiken de meeste het lichtgevoelige gebied en worden gedetecteerd door een elektron in de siliciumsensor vrij te laten. 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 het foton, dus de kans op detectie is afhankelijk van de golflengte. Deze afhankelijkheid wordt weergegeven in de kwantumefficiëntiecurve van de camera.
Voorbeeld van een kwantumrendementcurve. Rood: CMOS met backside-illuminated-technologie. Blauw: Geavanceerde CMOS met frontside-illuminated-technologie.
Verschillende camerasensoren kunnen zeer verschillende QE's hebben, afhankelijk van hun ontwerp en materialen. De grootste invloed op QE is of de sensor van een camera van achteren of van voren wordt belicht. Bij camera's met frontverlichting moeten fotonen die van het onderwerp afkomstig zijn eerst door een rooster van bedrading gaan voordat ze worden gedetecteerd. Oorspronkelijk waren deze camera's beperkt tot een kwantumrendement van ongeveer 30-40%. De introductie van microlenzen om licht langs de draden in het lichtgevoelige silicium te focussen, verhoogde dit tot ongeveer 70%. Moderne camera's met frontverlichting kunnen een piek-QE van ongeveer 84% bereiken. Camera's met backverlichting keren dit sensorontwerp om, waarbij fotonen direct op een dunnere lichtdetecterende laag silicium vallen, zonder door bedrading te gaan. Deze camerasensoren bieden een hogere kwantumrendement van ongeveer 95%, ten koste van een intensiever en duurder productieproces.
Quantumefficiëntie zal niet altijd een essentiële eigenschap zijn in uw beeldvormingstoepassing. Voor toepassingen met hoge lichtniveaus bieden een hogere QE en gevoeligheid weinig voordelen. Bij weinig licht kan een hoge QE echter leiden tot een verbeterde signaal-ruisverhouding en beeldkwaliteit, of tot kortere belichtingstijden voor snellere beeldvorming. De voordelen van een hogere quantumefficiëntie moeten echter ook worden afgewogen tegen de 30-40% hogere prijs van back-illuminated sensoren.
