Tecnología de microlente del sensor de cámara digital y ángulo de incidencia de la luz del borde, degradación de la calidad de la imagen del borde oblicuo

1. Crisis de la relación de apertura de píxeles CMOS y conjunto de microlentes de superficie

A medida que aumenta la densidad de píxeles del sensor (el tamaño de píxel individual se reduce a menos de 3 micrones), la mayoría de los fotones simplemente no pueden caer dentro del fotodiodo sin intervención óptica:

1. Concentración de luz de microlentes en chip:

• En la superficie más externa del chip sensor, se moldea de forma personalizada una microlente convexa invisible a simple vista para cada píxel independiente;
• Función: Como innumerables micro embudos, captura y refracta toda la luz que brilla en los rincones muertos del cableado metálico alrededor del píxel y la enfoca en el centro del diminuto fotodiodo de silicio en la parte inferior, aumentando varias veces la eficiencia cuántica del sensor.

2. Contradicción entre incidencia vertical en el centro e incidencia oblicua en el borde:

• En el centro del encuadre: la luz entra en un ángulo vertical del rayo principal (CRA - Chief Ray Angle) de casi 90 grados, y la microlente está perfectamente enfocada;
• Pero en el borde mismo del marco y en las cuatro esquinas muertas: ¡la luz debe incidir en la superficie de la microlente en un ángulo extremadamente agudo!

2. El "desastre de transferencia" de las antiguas lentes gran angular simétricas de eje de rango

Muchos fotógrafos atornillan con entusiasmo lentes de telémetro clásicos antiguos y costosos (como Leica Super-Angulon de 21 mm, gran angular de estructura simétrica Biogon de 28 mm) a cámaras sin espejo comunes de Sony/Nikon a través de anillos adaptadores, y las fotos resultantes tienen bordes antiestéticos:

1. La estructura física de la lente trasera cerca del sensor:

• La lente gran angular del telémetro elimina el reflector SLR y el último trozo de vidrio en la parte posterior de la lente casi toca la superficie de la película (la distancia física es de sólo unos pocos milímetros);
• Cuando los rayos oblicuos se emiten desde el grupo trasero, el ángulo de incidencia del rayo principal (CRA) que llega al píxel del borde es extremadamente pronunciado, con un ángulo de inclinación de hasta 35° a 45°.

2. Bloqueo de refracción del moderno vidrio frontal con sensor de alto espesor sin espejo (Cubierta de vidrio):

• La superficie de la película es sólo una fina capa de emulsión de gelatina, y la película no obstaculiza la absorción total de la luz incidente oblicuamente;
• Pero los sensores de las cámaras digitales modernas están cubiertos en la parte frontal con una pila de vidrio protector del sensor (filtro de corte IR, filtro de paso bajo, vidrio a prueba de polvo) de hasta 1,5 mm a 2,5 mm de espesor;
• Cuando la luz extremadamente oblicua pasa a través de este vidrio grueso, produce un enorme astigmatismo y deformación de la curvatura del campo, lo que hace que el borde originalmente nítido de la imagen se estire por completo y se desintegre en una mancha borrosa (Mancha).

3. "Red Shift Door" (Efecto de bandera italiana - Tono de color de bandera italiana):

• La luz que incide oblicuamente no puede incidir con precisión en el punto fotosensible correspondiente después de penetrar la microlente. En cambio, penetra de forma oblicua y "se filtra" en el filtro de color del píxel vecino;
• Como resultado, el color en el centro de la imagen es normal, pero aparece una gran área violeta en el borde izquierdo y una gran área verde oscuro en el borde derecho. Toda la foto está seriamente dañada por la tonalidad del color.

3. El juego evolutivo de la tecnología de microlentes entre las principales marcas de cámaras

Para resolver por completo el colapso de la calidad de la imagen de la luz oblicua de gran ángulo, el proceso de semiconductores ha realizado dos mejoras revolucionarias:

1. Tecnología de cambio progresivo de borde de microlentes (microlentes desplazadas):

• Modelos representativos: Sensor de ejes de rango especial Leica M9 / M10 / M11.
• Cuando se fabrica el chip, la microlente en el centro del sensor se coloca estrictamente en el centro;
• ¡A medida que se mueve hacia el borde, la posición física de la microlente cambia gradualmente hacia el centro del marco en relación con los píxeles subyacentes!
• En el mismo borde, la microlente se ha movido una cierta distancia hacia adentro, interceptando la luz oblicua de 40 grados que incide de manera oblicua y refractándola perfectamente hacia el área fotosensible del pozo profundo en la parte inferior, logrando una transición nítida al borde de gran angular y eliminando por completo el desplazamiento al rojo.

2. Cubierta de vidrio del sensor ultradelgada:

• El grosor del cristal protector de los sensores corporales de la serie Leica M es extremadamente extremo (tan delgado como 0,8 mm, sólo un tercio del de las cámaras japonesas convencionales), eliminando por completo la dispersión de los bordes y el colapso de la curvatura del campo causado por el vidrio grueso.

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