Perché i sensori sono meno sensibili alla luce blu?

Questa è una domanda successiva a: Perché il canale blu è il più rumoroso? . La semplice risposta a questa domanda è che i sensori sono meno sensibili al blu e quindi richiedono una maggiore amplificazione, il che si traduce in più rumore. (Ciò è aggravato dal fatto che l'illuminazione tipica della scena come la luce del sole o le lampade a incandescenza mancano di blu.)

Quindi, perché i sensori sono meno sensibili alla luce blu?

È questo il modo in cui molti sensori sono in questo momento o è fondamentalmente una "legge" della fotografia?

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È solo un caso fortuito della nostra attuale tecnologia CMOS e CCD? È a causa dei filtri colorati utilizzati o dei fotodiodi effettivi? Che dire dei sensori retroilluminati? Con il tipico layout Bayer, ci sono due volte più sensori verdi di rosso e blu; senza questo, il blu sarebbe ancora peggio del verde? Perché il rosso è apparentemente migliore del blu anche se c'è lo stesso numero di fotositi? I sensori CCD e CMOS hanno una risposta simile? Oppure, che dire di Foveon, che conosco ha alcuni problemi nel canale rosso? Che dire, per quel mater, film di colore blu?

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E posso scrivere correttamente la "materia" quando scrivo una serie di domande a risposta rapida? Almeno a questa domanda, la risposta è chiara. :)

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L'ultima volta ho spiegato perché i sensori sono meno sensibili al blu: gran parte della luce blu viene assorbita nella struttura del cancello prima di raggiungere il photosite e il passaggio a sensori retroilluminati risolverebbe in gran parte il problema.

— Coneslayer

@coneslayer - grazie. In qualche modo avevo perso il link nella parte inferiore della tua ultima risposta. Se hai ulteriori riferimenti a riguardo, sarebbe fantastico - la maggior parte della letteratura non scientifica che ho visto sui sensori illuminati sul retro non menziona le differenze di sensibilità del colore.

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Questa pagina potrebbe essere di interesse; ha una tabella di profondità media di assorbimento in silicio, in funzione della lunghezza d'onda. Puoi vedere che è drammaticamente più breve per la luce blu rispetto al rosso, quindi vuoi davvero che i fotodiodi siano vicini alla superficie di ingresso per la luce blu. learn.hamamatsu.com/articles/quantumefficiency.html

— coneslayer

Risposte:

Per sfruttare la risposta di Pearsonartphoto, consultare questa nota applicativa di Kodak:
Correzione del colore per il sensore di immagine - Kodak

Questo grafico mostra la risposta spettrale naturale di un sensore CMOS (copyright Kodak):
inserisci qui la descrizione dell'immagine
per riferimento, ecco una tabella relativa alla lunghezza d'onda al colore (copyright Wikipedia):

Il segnale monocromatico dal sensore CMOS viene convertito in segnale RGB posizionando un array di filtri colore Bayer prima dei pixel. Questo produce, dopo l'interpolazione, la risposta cromatica mostrata di seguito (copyright Kodak). Si noti che il picco per il blu a 460 nm è all'incirca inferiore del 50% rispetto alle risposte di picco per il rosso e il verde. La maggiore amplificazione richiesta da questo segnale produce più rumore.
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Confronta questo con la sensibilità spettrale dell'occhio umano, di seguito. ( Copyright E Schubert )
Sensibilità dell'occhio umano e quantità fotometriche
inserisci qui la descrizione dell'immagine

— labnut
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I tipi di sensori più economici di gran lunga sono CCD e CMOS. Funzionano sfruttando i fenomeni di gap di banda del silicio. Un sensore è ottimizzato se è sintonizzato per una lunghezza d'onda più potente del gap di banda, ma non troppo potente. Il divario per il silicio corrisponde a una luce di 1,1 um. Ecco perché le telecamere in genere possono vedere nell'IR e richiedono un filtro IR per bloccare il segnale in uscita.

Quando il segnale diventa molto più potente del gap di banda, la sensibilità diminuisce. Invece di aumentare la carica accumulata, tenderà a passare completamente attraverso il sistema.

Il blu dei 3 canali ha la lunghezza d'onda più corta e quindi la maggior parte dell'energia. È al punto che la sensibilità sta già diminuendo. Ulteriori lunghezze d'onda, come i raggi UV, sono ancora meno sensibili e quindi non sono nemmeno immaginate (quindi perché le fotocamere digitali non hanno bisogno di un filtro UV)

— Pearsonartphoto
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Non penso sia corretto. I fotoni con energia superiore rispetto alla banda (cioè luce blu) sono assorbiti prontamente dal silicio; non passano attraverso. Il problema è che su un rivelatore illuminato frontalmente, i fotoni blu vengono assorbiti troppo prontamente, all'interno della struttura del cancello, prima di raggiungere i fotositi.

— Coneslayer

@coneslayer: Buona telefonata ... È da un po 'che non mi occupo di semiconduttori, suppongo di aver dimenticato qualche dettaglio sottile ...

— PearsonArtPhoto