Por que os sensores são menos sensíveis à luz azul?

Esta é uma pergunta de acompanhamento para Por que o canal azul é o mais barulhento? . A resposta simples para essa pergunta é que os sensores são menos sensíveis ao azul e, portanto, requerem mais amplificação, o que resulta em mais ruído. (Isso é agravado pelo fato de que a iluminação típica da cena, como luz do sol ou lâmpadas incandescentes, está ausente em azul.)

Então, por que os sensores são menos sensíveis à luz azul?

É assim que muitos sensores agora são, ou é mais fundamentalmente uma "lei" da fotografia?

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É apenas um acontecimento incidental da nossa atual tecnologia CMOS e CCD? É por causa dos filtros de cores usados ou por causa dos fotodiodos reais? E os sensores retroiluminados? Com o layout típico da Bayer, existem duas vezes mais sensores verdes do que vermelho e azul; sem isso, o azul ainda seria pior que o verde? Por que o vermelho é aparentemente melhor que o azul, embora haja o mesmo número de photosites? Os sensores CCD e CMOS têm uma resposta semelhante? Ou, e quanto a Foveon, que eu sei que tem alguns problemas no canal vermelho? Que tal, para essa matéria, azul em filme colorido?

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E posso escrever "importa" corretamente ao digitar um monte de perguntas rápidas? Pelo menos para essa pergunta, a resposta é clara. :)

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Expliquei da última vez por que os sensores são menos sensíveis ao azul: grande parte da luz azul é absorvida na estrutura do portão antes de chegar ao photosite e a mudança para sensores iluminados na parte traseira resolveria o problema em grande parte.

— coneslayer

@coneslayer - obrigado. De alguma forma, eu tinha perdido o link na seção inferior da sua última resposta. Se você tiver outras referências para isso, isso seria incrível - a maioria das publicações não científicas que eu vi em sensores iluminados na parte traseira não menciona diferenças de sensibilidade de cores.

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Esta página pode ser de seu interesse; possui uma tabela de profundidade de absorção média em silício, em função do comprimento de onda. Você pode ver que é muito mais curto para luz azul do que vermelha, então você realmente deseja que os fotodiodos fiquem perto da superfície de entrada para luz azul. learn.hamamatsu.com/articles/quantumefficiency.html

— coneslayer

Respostas:

Para aproveitar a resposta da Pearsonartphoto, consulte esta nota de aplicação da Kodak:
Correção de cores no sensor de imagem - Kodak

Este gráfico mostra a resposta espectral natural de um sensor CMOS (copyright Kodak):
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Para referência, veja uma tabela que relaciona o comprimento de onda à cor (copyright copyright Wikipedia):

O sinal monocromático do sensor CMOS é convertido em um sinal RGB colocando uma Matriz de filtro de cores Bayer antes dos pixels. Isso produz, após interpolação, a resposta de cor mostrada abaixo (copyright Kodak). Observe que o pico do azul a 460 nm é aproximadamente 50% menor que o pico de respostas do vermelho e do verde. A maior amplificação exigida por este sinal produz mais ruído.
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Compare isso com a sensibilidade espectral do olho humano, abaixo. ( Copyright E Schubert )
Sensibilidade do olho humano e quantidades fotométricas
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— labnut
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Os tipos de sensores mais baratos são, de longe, CCD e CMOS. Eles trabalham aproveitando o fenômeno bandgap do silício. Um sensor é otimizado se for sintonizado para um comprimento de onda mais poderoso que o intervalo de banda, mas não muito poderoso. O badgap para o silício corresponde a uma luz de 1,1 um. É por isso que as câmeras normalmente podem ver no infravermelho e exigem um filtro infravermelho para bloquear a saída do sinal.

Quando o sinal se torna muito mais poderoso que o intervalo de banda, a sensibilidade diminui. Em vez de aumentar a carga acumulada, ela tenderá a passar completamente pelo sistema.

O azul dos 3 canais tem o menor comprimento de onda e, portanto, mais energia. É no ponto em que a sensibilidade já está diminuindo. Comprimentos de onda adicionais, como o UV, são ainda menos sensíveis e, portanto, nem são fotografados (por isso, as câmeras digitais não precisam de um filtro UV)

— PearsonArtPhoto
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Eu não acho que isso esteja correto. Fótons com energia mais alta que o gap (isto é, luz azul) são absorvidos rapidamente pelo silício; eles não passam. O problema é que, em um detector iluminado pela frente, os fótons azuis são absorvidos com muita facilidade, dentro da estrutura do portão, antes de atingir os photosites.

— coneslayer

@coneslayer: Boa chamada ... Tem sido um tempo desde que eu tenha tomado cursos em semicondutores, acho que eu tenha esquecido de alguns detalhes sutis ...

— Pearsonartphoto