1.满井容量的重要性
乍一看,相机传感器的满阱容量对量测效果的影响可能并不明显。数字视频电平由光强与曝光时间的乘积决定,这通常简称为“曝光量”。影响达到特定数字电平所需曝光时间的传感器特性,是量子效率和满阱容量。
在许多应用中,光量和曝光时间并非关键因素:它们可通过调整达到预期曝光量。从这个角度来看,除少数例外情况,满阱容量似乎并不特别重要。
2.散粒噪声
然而,另一种物理现象——散粒噪声,可能让满阱容量比你最初认为的更重要。散粒噪声的来源与光的特殊性质有关,其大小与电子信号(即进入相机的光量)的平方根成正比。这意味着,尽管散粒噪声会随信号增强而增大,但其相对影响会降低。
在散粒噪声主导的应用中,信噪比(SNR)由信号与散粒噪声的比值决定:该公式表明,信号越高,信噪比越好。由于传感器的满阱容量限制了最大信号,因此满阱容量更高的传感器能提供更优的信噪比。

3.对比三款不同的芯片
在本博客系列中,我们对比了Q-12(CMV12k)、Q-21(GSPRINT4521)和GMAX2509三款传感器。GMAX2509的像素设计和特性与GMAX0505相近,后者更常与GSPRINT4521进行对比。这些传感器的最大差异之一在于其可用的最大满阱容量。
通过Q-21(GSPRINT4521),可将传感器配置为获得约7.0k至33.6k电子的最大满阱容量,本文重点关注最大满阱容量和高灵敏度两种配置(高灵敏度配置的满阱容量最低)。GMAX2509可配置为获得约2.5k至6.7k电子的最大满阱容量,本文仅关注其最大满阱容量配置。Q-12的最大满阱容量约为10k电子,且仅有一种配置可选。
根据规定的最大满阱容量和前文提到的公式计算理论最大信噪比,结果如下图所示

要理解满阱容量为何存在如此大的差异,我们必须关注像素设计。尽管制造方式也会产生影响,但在本案例中,Q-21相较于GMAX2509拥有更高满阱容量的主要原因是像素尺寸。满阱容量是单个像素可容纳的电子数量——因此,更大的像素能容纳更多电子。具体而言,Q-21的像素尺寸为4.5微米见方,而GMAX2509为2.5微米见方。简单计算可知:4.5微米像素的表面积是2.5微米像素的4.5²/2.5²=3.24倍。
4. 可用满井中的变量
若将该系数乘以GMAX2509的最大满阱容量(6.7k电子),可计算出若GMAX2509拥有与Q-21相同的像素表面积,其理论满阱容量约为21.7k电子,仍低于Q-21规定的33.6k电子最大满阱容量。这种差异很可能源于制造技术的不同以及每个像素有效区域的填充因子较低。
这只是Adimec在选择传感器时考量的众多变量之一,目的是确保产品在客户的专业应用中发挥峰值性能。