デジタルカメラセンサーのマイクロレンズ技術とエッジライト入射角斜めエッジによる画質劣化

1. CMOS画素開口率危機と表面マイクロレンズアレイ

センサーのピクセル密度が上昇するにつれて (個々のピクセル サイズが 3 ミクロン未満に縮小)、ほとんどの光子は光学的介入なしにフォトダイオード内に入ることができなくなります。

1. オンチップマイクロレンズの光濃度:

• センサーチップの最表面には、肉眼では見えない凸レンズのマイクロレンズが独立したピクセルごとにカスタムキャストされています。
• 機能: 無数のマイクロファンネルのように、ピクセル周囲の金属配線の死角に当たるすべての光を捕らえて屈折させ、底部にある小さなシリコンフォトダイオードの中心に焦点を合わせ、センサーの量子効率を数倍に高めます。

2. 中央での垂直入射と端での斜め入射の矛盾:

• フレームの中央: 光はほぼ 90 度の垂直主光線角度 (CRA - 主光線角度) で入射し、マイクロレンズは完全に焦点を合わせます。
• ただし、フレームの端と 4 つの死角では、光は非常に鋭い角度でマイクロレンズの表面に当たる必要があります。

2. 古い距離軸対称広角レンズの「転写災害」

多くの写真家は、高価な古いクラシックレンジファインダーレンズ (ライカ スーパーアンギュロン 21mm、対称構造の広角ビオゴン 28mm など) をアダプター リングを介して通常のソニー/ニコン ミラーレス カメラに熱心に取り付けますが、結果として得られる写真には見苦しいエッジが表示されます。

1. センサーに近い後部レンズの物理構造:

• レンジファインダー広角レンズは一眼レフ反射板を排除し、レンズ後部の最後のガラス片がフィルム表面にほぼ接触します (物理的な距離はわずか数ミリメートルです)。
• 後群から斜光線が射出される場合、エッジピクセルに到達する主光線入射角 (CRA) は非常に急峻で、その傾斜角は 35° ～ 45° にもなります。

2. 最新のミラーレスの厚さセンシングフロントガラス (カバーガラス) の屈折ブロック:

• フィルムの表面はゼラチン乳剤の薄い層にすぎず、フィルムは斜めに入射する光の完全な吸収を妨げません。
• しかし、現代のデジタル カメラのセンサーは、最大 1.5mm ～ 2.5mm のセンサー保護ガラス (IR カット フィルター、ローパス フィルター、防塵ガラス) の積層で前面を覆われています。
• 極端に斜めの光がこの厚いガラスを通過すると、大きな非点収差と像面湾曲の変形が発生し、もともと鮮明だった画像のエッジが完全に引き伸ばされ、ぼやけたスミアリング (スミアリング) に崩壊します。

3. 「レッドシフトドア」(イタリア国旗効果 - イタリア国旗のカラーキャスト):

• 斜めに入射した光は、マイクロレンズを通過した後、対応する感光点に正確に当たることができません。代わりに、それは斜めに浸透し、隣接するピクセルのカラーフィルターに「漏れます」。
• その結果、画像の中央の色は正常ですが、左端に広い範囲の紫が表示され、右端に広い範囲の濃い緑色が表示されます。写真全体が色かぶりによりひどく損傷しています。

3. 主要カメラブランド間のマイクロレンズ技術の進化の勝負

大角度斜光による画質劣化を根本的に解決するため、半導体プロセスでは2つの革新的な改善を行いました。

1. マイクロレンズエッジプログレッシブシフトテクノロジー (Shifted Microlenses):

• 代表機種：ライカ M9 / M10 / M11 特殊レンジ軸センサー。
• チップの製造時、センサー中央のマイクロレンズは厳密に中央に配置されます。
• マイクロレンズが端に向かって移動するにつれて、マイクロレンズの物理的位置は、下のピクセルに対して徐々にフレームの中心に向かって移動します!
• 最端では、マイクロレンズが内側に一定距離移動し、斜めに入射する 40 度の斜光を遮断し、それを底部のディープウェル感光領域に完全に屈折させて戻します。 これにより、広角端へのシャープな移行が実現され、赤方偏移が完全に除去されます。

2. 超薄型センサー カバー ガラス:

• ライカ M シリーズのボディセンサーの保護ガラスの厚さは非常に薄く（0.8 mm と、従来の日本製カメラのわずか 3 分の 1）、厚いガラスによって引き起こされるエッジ分散や像面湾曲の崩れを完全に排除します。

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