25.02.2022Квантовая эффективность (КЭ) сенсора — это вероятность обнаружения фотонов, попадающих на сенсор, в процентах. Высокая КЭ приводит к повышению чувствительности камеры, способной работать в условиях низкой освещенности. КЭ также зависит от длины волны, и обычно выражается одним числом, указывающим на пиковое значение.
Когда фотоны попадают на пиксель камеры, большинство из них достигают светочувствительной области и регистрируются путем высвобождения электрона в кремниевом сенсоре. Однако некоторые фотоны поглощаются, отражаются или рассеиваются материалами сенсора камеры до того, как произойдет обнаружение. Взаимодействие между фотонами и материалами сенсора камеры зависит от длины волны фотона, поэтому вероятность обнаружения зависит от длины волны. Эта зависимость показана на кривой квантовой эффективности камеры.
Пример кривой квантовой эффективности. Красный: КМОП-матрица с обратной подсветкой. Синий: Усовершенствованная КМОП-матрица с лицевой подсветкой.
Различные сенсоры камер могут иметь очень разную квантовую эффективность (QE) в зависимости от их конструкции и материалов. Наибольшее влияние на QE оказывает тип подсветки сенсора: с лицевой или обратной стороны. В камерах с лицевой подсветкой фотоны, исходящие от объекта, сначала должны пройти через сетку проводников, прежде чем быть обнаруженными. Первоначально квантовая эффективность таких камер была ограничена примерно 30-40%. Введение микролинз для фокусировки света мимо проводников в светочувствительный кремний повысило этот показатель до примерно 70%. Современные камеры с лицевой подсветкой могут достигать пиковой квантовой эффективности около 84%. Камеры с обратной подсветкой меняют эту конструкцию сенсора: фотоны напрямую попадают на тонкий светочувствительный слой кремния, минуя проводники. Такие сенсоры камер обеспечивают более высокую квантовую эффективность, около 95% пиковой, но за счет более трудоемкого и дорогостоящего производственного процесса.
Квантовая эффективность не всегда будет важнейшей характеристикой в ваших приложениях для получения изображений. Для приложений с высоким уровнем освещенности повышение квантовой эффективности и чувствительности дает незначительные преимущества. Однако при съемке в условиях низкой освещенности высокая квантовая эффективность может привести к улучшению отношения сигнал/шум и качества изображения, или к сокращению времени экспозиции для более быстрой съемки. Но преимущества более высокой квантовой эффективности также необходимо сопоставлять с увеличением цены датчиков с задней подсветкой на 30-40%.
