22.02.25Wydajność kwantowa (QE) czujnika odnosi się do prawdopodobieństwa wykrycia fotonów uderzających w czujnik w %. Wysoka wydajność kwantowa (QE) przekłada się na większą czułość kamery, która może pracować w warunkach słabego oświetlenia. Wydajność kwantowa (QE) zależy również od długości fali, a wyrażana jest pojedynczą liczbą, zazwyczaj odnoszącą się do wartości szczytowej.
Gdy fotony uderzają w piksel aparatu, większość z nich dociera do obszaru światłoczułego i zostaje wykryta poprzez uwolnienie elektronu w matrycy krzemowej. Jednak niektóre fotony są absorbowane, odbijane lub rozpraszane przez materiały matrycy aparatu, zanim nastąpi detekcja. Oddziaływanie między fotonami a materiałami matrycy aparatu zależy od długości fali fotonu, więc prawdopodobieństwo wykrycia zależy od długości fali. Zależność ta jest przedstawiona na krzywej wydajności kwantowej aparatu.
Przykład krzywej wydajności kwantowej. Czerwony: CMOS z podświetleniem od tyłu. Niebieski: Zaawansowany CMOS z podświetleniem od przodu
Różne sensory kamer mogą mieć bardzo różne QE w zależności od ich konstrukcji i materiałów. Największy wpływ na QE ma to, czy sensor kamery jest oświetlony od tyłu, czy od przodu. W kamerach z oświetleniem od przodu fotony pochodzące od obiektu muszą najpierw przejść przez siatkę okablowania, zanim zostaną wykryte. Pierwotnie te kamery były ograniczone do wydajności kwantowej na poziomie około 30-40%. Wprowadzenie mikrosoczewek do skupiania światła za przewodami w światłoczułym krzemie podniosło tę wartość do około 70%. Nowoczesne kamery z oświetleniem od przodu mogą osiągnąć szczytowe QE na poziomie około 84%. Kamery z oświetleniem od tyłu odwracają tę konstrukcję sensora, a fotony bezpośrednio trafiają w cieńszą warstwę krzemu wykrywającą światło, bez przechodzenia przez okablowanie. Te sensory kamer oferują wyższą wydajność kwantową na poziomie około 95% szczytowej, kosztem bardziej intensywnego i droższego procesu produkcyjnego.
Wydajność kwantowa nie zawsze będzie kluczową cechą w zastosowaniach obrazowania. W zastosowaniach o wysokim poziomie oświetlenia, zwiększona moc kwantowa (QE) i czułość oferują niewielkie korzyści. Jednak w przypadku obrazowania przy słabym oświetleniu, wysoka moc kwantowa (QE) może zapewnić lepszy stosunek sygnału do szumu i jakość obrazu lub skrócić czas naświetlania, co przekłada się na szybsze obrazowanie. Jednak korzyści płynące z wyższej wydajności kwantowej należy również rozważyć w kontekście 30-40% wzrostu ceny matryc z podświetleniem tylnym.
