受光感度・量子効率 換算ツール（フォトダイオード・イメージセンサ）
要点
受光感度は R = QE × λ[nm] / 1240（A/W）で、量子効率が同じなら波長に比例して大きくなります。量子効率100%・550nm の受光感度は約0.44 A/W です。イメージセンサの画質は、暗所では読み出し雑音と暗電流、明所では光子のショット雑音で決まります。
受光感度と光電流
受光感度 R0.3105A/W
量子効率 QE70.00%
理想（QE=100%）の受光感度0.4436A/W
光電流3.105×10⁻¹⁰A
入射光子数2.769×10⁹個/秒
光子エネルギー2.2543eV
イメージセンサ画素の信号・雑音（露光時間中）
信号電子数1.938×10⁷e⁻
S/N 比4402.4（72.9 dB）
暗電流による電子数62.4e⁻
雑音の合計4402.43e⁻ rms
ダイナミックレンジ57.3dB
信号電子数がフルウェルを超え、画素が飽和しています。露光時間を短くするか、光量を下げてください。
入射光パワーは上の欄の値を、1画素に当たるパワーとして使っています。
理想的な受光感度（QE = 100%）
よく使う波長の受光感度
| 波長 | 光子エネルギー | QE=100% | QE=70% |
|---|---|---|---|
| 405 nm | 3.061 eV | 0.327 A/W | 0.229 A/W |
| 450 nm | 2.755 eV | 0.363 A/W | 0.254 A/W |
| 532 nm | 2.331 eV | 0.429 A/W | 0.300 A/W |
| 633 nm | 1.959 eV | 0.511 A/W | 0.357 A/W |
| 850 nm | 1.459 eV | 0.686 A/W | 0.480 A/W |
| 940 nm | 1.319 eV | 0.758 A/W | 0.531 A/W |
| 1064 nm | 1.165 eV | 0.858 A/W | 0.601 A/W |
量子効率と受光感度の関係
量子効率は「入射した光子1個あたり何個の電子が電流として取り出されるか」、受光感度は「1Wの光で何Aの電流が流れるか」を表します。長い波長の光子ほど1個あたりのエネルギーが小さく、同じパワーでも光子の数が多いため、量子効率が同じなら受光感度は波長に比例して大きくなります。
シリコンのフォトダイオードは、バンドギャップ（1.12eV、約1100nm）より長い波長をほとんど吸収せず、近赤外では吸収が浅いため量子効率が落ちます。短波長側は表面近くで吸収されて再結合で失われやすく、裏面照射（BSI）や表面パッシベーションで改善します。暗所の画質は読み出し雑音と暗電流で決まり、明るいところの画質は光子のショット雑音で決まります。