Технология микролинз датчика цифровой камеры и угол падения краевого света, ухудшение качества изображения по косым краям

1. Кризис светосилы КМОП-пикселя и поверхностная матрица микролинз

Поскольку плотность пикселей сенсора резко возрастает (размер отдельного пикселя уменьшается до менее 3 микрон), большинство фотонов просто не могут попасть внутрь фотодиода без оптического вмешательства:

1. Световая концентрация встроенных микролинз:

• На внешней поверхности сенсорного чипа для каждого независимого пикселя отлита микролинза с выпуклой линзой, невидимая невооруженным глазом;
• Функция: Подобно бесчисленным микроворонкам, он улавливает и преломляет весь свет, попадающий в мертвые углы металлической проводки вокруг пикселя, и фокусирует его в центре крошечного кремниевого фотодиода внизу, увеличивая квантовую эффективность датчика в несколько раз.

2. Противоречие между вертикальным падением в центре и наклонным падением на краю:

• В центре кадра: свет попадает под вертикальным углом главного луча (CRA - Chief Ray Angle) почти 90 градусов, и микролинза идеально фокусируется;
• А вот у самого края кадра и четырех мертвых углов: свет должен падать на поверхность микролинзы под чрезвычайно острым углом!

2. «Переносная катастрофа» старых симметричных широкоугольных объективов с дальнобойной осью

Многие фотографы охотно прикручивают дорогие старые классические дальномерные объективы (такие как Leica Super-Angulon 21mm, Biogon 28mm широкоугольной конструкции симметричной структуры) к обычным беззеркальным камерам Sony/Nikon через переходные кольца, и получаемые фотографии имеют неприглядные края:

1. Физическая структура задней линзы, расположенной рядом с датчиком:

• Дальномерный широкоугольный объектив исключает зеркальный отражатель, а последний кусок стекла в задней части объектива почти касается поверхности пленки (физическое расстояние составляет всего несколько миллиметров);
• Когда косые лучи исходят из задней группы, угол падения главного луча (CRA), достигающий краевого пикселя, чрезвычайно крутой, с углом наклона от 35° до 45°!

2. Блокировка преломления современного беззеркального переднего стекла большой толщины (защитное стекло):

• Поверхность пленки представляет собой лишь тонкий слой желатиновой эмульсии, и пленка не препятствует полному поглощению косо падающего света;
• Но сенсоры современных цифровых камер спереди закрыты стопкой защитного стекла (ИК-фильтр, фильтр нижних частот, пыленепроницаемое стекло) толщиной до 1,5–2,5 мм;
• Когда чрезвычайно косой свет проходит через это толстое стекло, он вызывает огромный астигматизм и деформацию кривизны поля, в результате чего изначально острый край изображения полностью растягивается и распадается на размытое размытие (Смазывание).

3. "Красная сдвиговая дверь" (эффект итальянского флага - оттенок итальянского флага):

• Свет, падающий под углом, не может точно попасть на соответствующую светочувствительную точку после проникновения в микролинзу. Вместо этого он проникает наискосок и «просачивается» в цветовой фильтр соседнего пикселя;
• В результате цвет в центре изображения нормальный, но по левому краю появляется большая область фиолетового цвета, а по правому краю появляется большая область темно-зеленого цвета. Вся фотография серьезно повреждена цветовым оттенком.

3. Эволюционная игра в области технологий микрообъективов среди основных брендов фотоаппаратов

Чтобы полностью решить проблему снижения качества изображения при наклонном свете под большим углом, в полупроводниковом процессе были внесены два революционных улучшения:

1. Технология прогрессивного сдвига края микролинзы (Shifted Microlenses):

• Репрезентативные модели: датчик оси специального диапазона Leica M9 / M10 / M11.
• При изготовлении чипа микролинза в центре датчика размещается строго по центру;
• При движении к краю физическое положение микролинзы постепенно смещается к центру кадра относительно нижележащих пикселей!
• На самом краю микролинза сместилась на определенное расстояние внутрь, перехватывая 40-градусный косой свет, падающий под углом, и прекрасно преломляя его обратно в глубокоямную светочувствительную область внизу, добиваясь резкого перехода к широкоугольному краю и полностью устраняя красное смещение.

2. Сверхтонкое защитное стекло датчика:

• Толщина защитного стекла нательных сенсоров Leica серии M чрезвычайно велика (всего 0,8 мм, что составляет всего одну треть от толщины обычных японских камер), что полностью исключает дисперсию краев и коллапс кривизны поля, вызванный толстым стеклом.

---