25/02/2022Bir sensörün Kuantum Verimliliği (QE), sensöre çarpan fotonların algılanma olasılığını yüzde olarak ifade eder. Yüksek QE, daha düşük ışık koşullarında çalışabilen daha hassas bir kameraya yol açar. QE ayrıca dalga boyuna bağlıdır ve genellikle tepe değerini ifade eden tek bir sayı olarak gösterilir.
Fotonlar bir kamera pikseline çarptığında, çoğu ışığa duyarlı alana ulaşır ve silikon sensörde bir elektronun serbest bırakılması yoluyla algılanır. Bununla birlikte, bazı fotonlar algılama gerçekleşmeden önce kamera sensörünün malzemeleri tarafından emilir, yansıtılır veya saçılır. Fotonlar ile kamera sensörünün malzemeleri arasındaki etkileşim, foton dalga boyuna bağlıdır, bu nedenle algılama olasılığı dalga boyuna bağlıdır. Bu bağımlılık, kameranın Kuantum Verimlilik Eğrisinde gösterilir.
Kuantum verimlilik eğrisine örnek. Kırmızı: Arkadan aydınlatmalı CMOS. Mavi: Gelişmiş önden aydınlatmalı CMOS
Farklı kamera sensörleri, tasarımlarına ve malzemelerine bağlı olarak çok farklı kuantum verimliliğine (QE) sahip olabilir. QE'yi en çok etkileyen faktör, bir kameranın sensörünün arka veya ön taraftan aydınlatılıp aydınlatılmadığıdır. Ön taraftan aydınlatılan kameralarda, nesneden gelen fotonlar algılanmadan önce bir kablo şebekesinden geçmek zorundadır. Başlangıçta, bu kameraların kuantum verimliliği yaklaşık %30-40 ile sınırlıydı. Işığı kabloların üzerinden ışığa duyarlı silikona odaklamak için mikro lenslerin kullanılması, bu oranı yaklaşık %70'e çıkardı. Modern ön taraftan aydınlatılan kameralar, yaklaşık %84'lük tepe QE'ye ulaşabilir. Arka taraftan aydınlatılan kameralar ise bu sensör tasarımını tersine çevirir; fotonlar kablolardan geçmeden doğrudan inceltilmiş bir ışık algılama silikon tabakasına çarpar. Bu kamera sensörleri, daha yoğun ve pahalı bir üretim süreci pahasına, yaklaşık %95'lik tepe kuantum verimliliği sunar.
Kuantum verimliliği, görüntüleme uygulamanızda her zaman hayati bir özellik olmayacaktır. Yüksek ışık seviyelerine sahip uygulamalar için, artan kuantum verimliliği ve hassasiyet çok az avantaj sağlar. Bununla birlikte, düşük ışıklı görüntülemede, yüksek kuantum verimliliği, sinyal-gürültü oranını ve görüntü kalitesini iyileştirebilir veya daha hızlı görüntüleme için pozlama sürelerini azaltabilir. Ancak daha yüksek kuantum verimliliğinin avantajları, arkadan aydınlatmalı sensörlerin fiyatındaki %30-40'lık artışla da karşılaştırılmalıdır.
