在實驗室使用ez1288圖像傳感器與相機性能測試平臺為用戶測量圖像傳感器（Sensor）量子效率曲線（QE Curve）中我們發現：有些圖像傳感器的量子效率曲線非常“平滑”，如圖1；而另一些圖像傳感器的量子效率曲線有明顯的“震蕩”現象，如圖2；在EMVA1288標準中，其QE Curve也是呈現出“震蕩”現象，如圖3。

圖1   某Sensor的實測QE曲線：平滑特征

圖2   某Sensor的實測QE曲線：有振蕩特征

圖3   EMVA1288標準的示例QE曲線

盡管這種“震蕩”的QE曲線看起來“正常”且常見，但某Sensor廠商希望他們的曲線與其它某些圖像傳感器一樣，也是平滑的，而不是“震蕩”的，想知道產生這種現象的原因，以便尋找消除或減輕此震蕩的方法。對此現象，其他有幾個Sensor廠商與相機廠商也都非常感興趣，于是我們嘗試尋找答案。

我們與圖像傳感器生產商、相機生產商、行業內的一些專家與用戶，及一些大學的老師進行了交流討論，大家提了多種可能，例如是否與半導體材料相關？初期我們沒有得到一個明確的合理可信的答案。后來，南開大學的張天浩教授提出，此現象應該是由微透鏡（Microlens）與Sensor感光層之間的一層“薄膜”引起的，如圖4中紅色箭頭所指的那一層微透鏡的基座膜。

圖4    圖像傳感器像元結構示意圖

經Sensor廠商確認，他們Sensor的Microlens之下，確實有一層“膜”，是Microlens的“基座”。張教授指出，就是該“基座膜”產生的干涉導致了這種“震蕩”現象，輸出了鋸齒狀的QE曲線。這層“膜”的厚度決定了QE曲線的“震蕩”周期，反之，根據QE曲線的“震蕩”周期，他推測，“膜”的厚度在10微米左右。

如果張教授的判斷是正確的，此“膜”的厚度會影響QE曲線的“震蕩”周期，那么我們可以通過改變圖像傳感器與光軸之間的角度的方法，通過改變單色光的入射光路來間接改變此“膜”的厚度，如圖5。圖中，用兩個藍色箭頭分別示意了垂直入射與45度角入射的測試條件。在不同的入射角度下，入射光線的光程不同，相當于間接地改變了膜的厚度。

圖5   在不同入射角下的測試所用單色光

圖6顯示了在垂直入射（藍色D0）、30度角入射（橙色D30）與45度角入射（灰色D45）三種條件下測得的QE曲線。圖中，用不同顏色的箭頭標記出了6個特征峰，這6個特征峰的波長分別是：藍色（460，710）、橙色（450，690）與灰色（430， 665）。由此得到這些特征峰之間的間隔分別是：250nm、240nm與235nm。盡管這些測試采用的步長是5nm，相對比較“粗”，但這些間隔的變化，以及特征峰值位置的變化已經明確地證實了震蕩周期與光的入射角度相關，也即與“膜厚度”相關。我們認為，它證明了張教授的判斷是正確的。

圖6    不同入射角度條件下的QE曲線實測結果

根據以上測試結果，我們可以確認，這種震蕩的鋸齒狀的QE曲線與Sensor材料無關。推薦Sensor廠商從這個“膜”入手，來解決這個問題。這個“膜”，可能是Microlens的基座膜，也可能是Sensor玻璃面上的增透膜。

（文章作者：遠望圖像 馮兵）