Warum reagieren Sensoren weniger empfindlich auf blaues Licht?

Dies ist eine Folgefrage zu Warum ist der blaue Kanal am lautesten? . Die einfache Antwort auf diese Frage lautet, dass Sensoren weniger empfindlich auf Blau reagieren und daher eine stärkere Verstärkung erfordern, was zu mehr Rauschen führt. (Hinzu kommt, dass typische Szenenbeleuchtungen wie Sonnenlicht oder Glühlampen nicht blau sind.)

Also, warum sind Sensoren weniger empfindlich für blaues Licht?

Sind viele Sensoren derzeit so oder handelt es sich grundsätzlich um ein "Gesetz" der Fotografie?

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Ist es nur ein zufälliger Zufall unserer aktuellen CMOS- und CCD-Technologie? Liegt es an den verwendeten Farbfiltern oder an den tatsächlichen Fotodioden? Was ist mit hintergrundbeleuchteten Sensoren? Beim typischen Bayer-Layout gibt es doppelt so viele grüne Sensoren wie rote und blaue. Wäre Blau ohne dies noch schlimmer als Grün? Warum ist Rot anscheinend besser als Blau, obwohl es die gleiche Anzahl von Fotoseiten gibt? Haben CCD- und CMOS-Sensoren eine ähnliche Reaktion? Oder was ist mit Foveon, von dem ich weiß, dass es einige Probleme im roten Kanal gibt? Was ist mit diesem blauen Farbfilm?

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Und kann ich "Materie" richtig buchstabieren, wenn ich eine Reihe von Schnellfeuerfragen schreibe? Zumindest auf diese Frage ist die Antwort klar. :)

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Ich habe das letzte Mal erklärt, warum die Sensoren weniger empfindlich gegenüber Blau sind: Ein Großteil des blauen Lichts wird in der Gate-Struktur absorbiert, bevor die Fotoseite erreicht wird, und die Umstellung auf rückseitig beleuchtete Sensoren würde das Problem weitgehend lösen.

— Coneslayer

@coneslayer - danke. Ich hatte den Link im unteren Bereich Ihrer letzten Antwort irgendwie verpasst. Wenn Sie weitere Referenzen dafür haben, wäre das großartig - die meiste nicht-wissenschaftliche Literatur, die ich über rückseitig beleuchtete Sensoren gesehen habe, erwähnt keine Unterschiede in der Farbempfindlichkeit.

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Diese Seite kann von Interesse sein; Es hat eine Tabelle der durchschnittlichen Absorptionstiefe in Silizium als Funktion der Wellenlänge. Sie können sehen, dass es für blaues Licht dramatisch kürzer ist als für rotes Licht. Sie möchten also wirklich, dass sich die Fotodioden für blaues Licht nahe an der Eingangsfläche befinden. learn.hamamatsu.com/articles/quantumefficiency.html

— coneslayer

Antworten:

Informationen zur Antwort von Pearsonartphoto finden Sie in diesem Anwendungshinweis von Kodak:
Farbkorrektur für Bildsensor - Kodak

Diese Grafik zeigt die natürliche spektrale Antwort eines CMOS-Sensors (Copyright Kodak):
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Als Referenz finden Sie hier eine Tabelle, die die Wellenlänge mit der Farbe in Beziehung setzt (Copyright Wikipedia):

Das monchrome Signal vom CMOS-Sensor wird in ein RGB-Signal umgewandelt, indem ein Bayer-Farbfilter-Array vor den Pixeln angeordnet wird. Dies erzeugt nach der Interpolation die unten gezeigte Farbantwort (Copyright Kodak). Es ist zu beachten, dass der Peak für Blau bei 460 nm ungefähr 50% niedriger ist als die Peakantworten für Rot und Grün. Die größere Verstärkung, die für dieses Signal erforderlich ist, erzeugt mehr Rauschen.
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Vergleichen Sie dies unten mit der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges. ( Copyright E Schubert ) Empfindlichkeit des menschlichen Auges
und photometrische Größen
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— Labnuss
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Die mit Abstand billigsten Sensortypen sind CCD und CMOS. Sie nutzen die Bandlückenphänomene von Silizium. Ein Sensor wird optimiert, wenn er auf eine Wellenlänge abgestimmt ist, die stärker als die Bandlücke ist, aber nicht zu stark. Die Lücke für Silizium entspricht einem Licht von 1,1 um. Aus diesem Grund können Kameras normalerweise im IR sehen und benötigen einen IR-Filter, um das Signal auszublenden.

Wenn das Signal viel stärker als die Bandlücke wird, nimmt die Empfindlichkeit ab. Anstatt die aufgebaute Ladung zu erhöhen, wird sie in der Regel nur vollständig durch das System geleitet.

Blau der 3 Kanäle hat die kürzeste Wellenlänge und damit die meiste Energie. An diesem Punkt nimmt die Empfindlichkeit bereits ab. Weitere Wellenlängen wie die UV-Strahlung sind noch weniger empfindlich und werden daher nicht einmal abgebildet (daher benötigen Digitalkameras keinen UV-Filter).

— PearsonArtPhoto
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Ich denke nicht, dass das richtig ist. Photonen mit höherer Energie als die Bandlücke (dh blaues Licht) werden leicht von Silizium absorbiert; sie gehen nicht durch. Das Problem ist, dass bei einem frontseitig beleuchteten Detektor die blauen Photonen innerhalb der Gate-Struktur zu leicht absorbiert werden, bevor sie die Fotoseiten erreichen.

— Coneslayer

@coneslayer: Guter Anruf ... Es ist eine Weile her, seit ich Kurse in Halbleitern besucht habe, ich schätze, ich habe ein paar subtile Details vergessen ...

— PearsonArtPhoto