Физическая эволюция технологии матрицы микролинз сенсора камеры (Gapless Microlens Array) в повышении эффективности сбора света с высокой чувствительностью

1. Ранняя дилемма «коэффициента заполнения» на поверхности датчика

Фотодиод плоский, и свет, проецируемый линзой, должен улавливаться полностью:

• Традиционная матрица микролинз с зазорами:
• Из-за ограничений процесса производства полупроводниковой фотолитографии между каждой полусферической микролинзой микронного уровня должен сохраняться зазор безопасности физического процесса (Gap) от **0,15(\mu\text{m}) до 0,3(\mu\text{m});
• Фактор заполнения (Fill Factor, отношение эффективной площади сбора света к общей площади пикселей) обычно составляет лишь жалкие 65% на 75%;
• Это означает, что почти 30% драгоценных фотонов, попадающих на поверхность датчика, попадают непосредственно в черное мертвое пространство между микролинзами. Их не только невозможно преобразовать в электронные сигналы, но и на поверхности будут возникать паразитные отражения, вызывающие значительное ухудшение соотношения сигнал/шум и слабую малоконтрастную дымку в темных частях изображения.

2. Физическая инновация в области полупроводниковых литников-расплавов без зазоров/нулевых зазоров

Сенсорные лаборатории, такие как Canon и Sony, овладели процессом формирования горячих литников микрофотоники в конце 2000-х:

• Бесшовная сварка горячим расплавом на микронном уровне (процесс термического оплавления):
• Путем точного контроля поверхностного натяжения и характеристик микропотока специальной оптической полимерной смолы во время запекания;
• Края соседних микролинз самопроизвольно сливаются в одну во время формования, а поперечное сечение микролинзы превращается из исходного изолированного круга в тесно переплетенные микроскопические шестиугольные соты или квадратную матрицу (сотовая/квадратная упаковка);
• Микрозазор сведен к абсолютному нулю (Нулевой зазор: (< 0,01,\mu\text{m}));
• Эффективный коэффициент заполнения увеличивается почти до 100%:
• Вся поверхность датчика становится цельным и бесшовным микроскопическим составным глазным оптическим светоулавливающим покрытием;
• Любой фотон, попадающий на физическую границу датчика, точно попадет в кривизну воронки определенной микролинзы и будет на 100% преломлен и сфокусирован в яблочко фотодиода ниже.

3. Три основных физических преимущества качества изображения, которые получают современные фотографы

1. Чистота при высокой чувствительности (высокая ISO) улучшена почти на 1 ступень (+1,0 EV):

• Повышение эффективности концентрации света напрямую позволяет светочувствительному элементу собирать больше фотоэлектронов при слабом освещении;
• Шум фотонного выстрела значительно подавляется, а цветовой шум в темных областях значительно снижается при очень слабом освещении от ISO 6400 до ISO 25600.

2. Объектив с большой апертурой (F1.2/F1.4) разблокирует реальную светопроницаемость:

• Угол падения краевого света объектива со сверхбольшой апертурой чрезвычайно наклонен; бесзазорная микролинза увеличивает скорость восприятия косого света под большими углами более чем на 30% за счет увеличения эффективного диаметра фокусировки микролинзы, устраняя микромеханическое сдвиговое виньетирование при сверхбольшой диафрагме.

3. Возможно сосуществование с меньшими пикселями и сверхвысоким разрешением:

• Именно благодаря технологии Gapless плотность пикселей полнокадрового изображения может безопасно и неуклонно подниматься с ранних 12 миллионов до 45 миллионов или даже 61 миллиона без коллапса соотношения сигнал/шум.

---