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芯片CRA角度與鏡頭的匹配關(guān)系（一）

文章出處：admin 人氣： 4588 發(fā)表時間：2023-02-09 返回列表

晶圓

晶圓Wafer，是指制作半導(dǎo)體電路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高純度的多晶硅溶解后摻入硅晶體晶種，然后慢慢拉出，形成圓柱形的單晶硅。硅晶棒在經(jīng)過研磨，拋光，切片后，形成硅晶圓片，也就是晶圓。以8英寸和12英寸為主。

拜爾濾色鏡

這種濾色器的排列是50%是綠色，25%是紅色，25%是藍色，因此也被稱為RGBG

拜耳陣列的問題之一是，在拍攝具有重復(fù)細節(jié)的畫面時，容易產(chǎn)生彩色干擾信息。該問題是由于其規(guī)則的分布方式而造成的。其具體表現(xiàn)為畫面中產(chǎn)生難看的色帶，而解決該問題的方法是傳感器前安裝一塊會將畫面細節(jié)模糊化的AA濾鏡。低通濾鏡可以減弱摩爾紋，但同時也降低了相機分辨率。

由于傳感器的像素只能區(qū)分接收到光線的強弱，無法分辨色彩。因此為了重建色彩信息，需要在每個像素上涂敷不同色彩的濾鏡。不同的像素感應(yīng)不同的色彩，還原色彩。

CMOS芯片

CMOS本是計算機系統(tǒng)內(nèi)一種重要的半導(dǎo)體，保存了系統(tǒng)引導(dǎo)最基本的資料。CMOS的制造技術(shù)和一般計算機芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N和P級的半導(dǎo)體。這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。后來發(fā)現(xiàn)CMOS經(jīng)過加工也可以作為數(shù)碼攝影中的圖像傳感器，CMOS傳感器也可細分為被動式像素傳感器和主動式傳感器。

人們?nèi)绱丝春肅MOS圖像轉(zhuǎn)換器的成長前景是基于這樣一個事實，即：與壟斷該領(lǐng)域長達30多年的CCD技術(shù)相比，它能夠更好地滿足用戶對各種應(yīng)用中新型圖像傳感器不斷提升的品質(zhì)要求，如更加靈活的圖像捕獲、更高的靈敏度、更寬的動態(tài)范圍、更高的分辨率、更低的功耗以及更加優(yōu)良的系統(tǒng)集成等。

CMOS（complementary metal-oxide-semiconductor：互補金屬氧化物半導(dǎo)體）芯片由微透鏡層、濾色片層、線路層、感光元件層、基板層組成。

由于光線進入各個單像素的角度不同，因此在每個單像素上表面增加了一個微透鏡修正光線角度，使光線垂直進入感光元件表面。這就是芯片CRA的概念，需要與鏡頭的CRA保持在一點的偏差范圍內(nèi)。

CRA(chief ray angle)主光線角度

通常來講，sensor的效能與sensor本身的靈敏度和光線入射的角度有關(guān)。而光線入射到sensor pixel的角度由lens的CRA和sensor的micro lens開口布局共同決定的。

從鏡頭的傳感器一側(cè)，可以聚焦到像素上的光線的最大角度被定義為一個參數(shù)，稱為主光角（CRA），一般性定義是：此角度處的像素響度降低為零度角像素響應(yīng)的80%。

CRA主光角測試的重要性：

按通常的做法，因為SENSOR的Micro Lens與光電二極管之間存在一定的距離，這樣做的目的也是為了方便搭配Lens。此外，lens存在一個CRA值，這在Lens設(shè)計的時候就要考慮的內(nèi)容，根據(jù)sensor的CRA值進行設(shè)計，一般建議sensor與lens的CRA角度差控制在正負2~3度以內(nèi)，并不是Lens的CRA值越小越好，而是與sensor的CRA值越近越好。

拍攝鏡頭和傳感器之間的接口是整個可拍照手機系統(tǒng)中最重要的接口之一。隨著鏡頭的長度變得越來越短，光線到達傳感器像素位置的角度也就會變得越來越大。每個像素上都有一個微鏡頭。微鏡頭的主要功能就是將來自不同角度的光線聚焦在此像素上。然而，隨著像素位置的角度越來越大，某些光線將無法聚焦在像素上，從而導(dǎo)致光線損失和像素響應(yīng)降低。

光線進入每一個像素的角度將依賴于該像素所處的位置，鏡頭軸心線附件的光線將以接近零角度進入像素中隨著它與軸心線的距離增大，角度也變大。CRA與像素在傳感器中的位置是相關(guān)的，它們之間的關(guān)系與鏡頭的設(shè)計有關(guān)。很緊湊的鏡頭都具有很復(fù)雜的CRA模式。如果鏡頭的CRA與傳感器的微鏡頭設(shè)計不匹配，將會出現(xiàn)不理想的透過傳感器的光線強度（也就是“陰影”）。通過改變微鏡頭設(shè)計，并對拍攝到的圖像進行適當(dāng)處理，就可以大愛的降低這種現(xiàn)象。改變微鏡頭設(shè)計可以大大降低陰影現(xiàn)象。然而，在改變微鏡頭設(shè)計而言，陰影現(xiàn)象都是固有的。“cos4定律”說明，減少的光線與增大角度余弦值的四次方是成比例關(guān)系的。另外，在某些鏡頭設(shè)計中，鏡頭可能本身就會阻擋一部分光線(稱為“暈光”)，這也會引起陰影現(xiàn)象。所以，即使微鏡頭設(shè)計可以最小化短鏡頭的陰影現(xiàn)象，此種現(xiàn)象還是會多多少少地存在。因此后端ISP一般都會有LSC功能。

什么是sensor的CRA

Sensor有一個CRA值，也就是sensor的micro lens與光電二極管的位置存在一個水平誤差，并不在一條直線上，做成這樣有一定的目的，按通常的做法，因為sensor的micro lens與光電二極管之間存在一定的距離，這樣做的目的也是為了好搭配lens。因為CRA為0度的lens還是不好找的。

普通的FSI的sensor都有一個類似光子井的結(jié)構(gòu)來用來收集光子：