芯片CRA角度與鏡頭選型的匹配關系(二)
CRA(Chief Ray Angel)
Lens CRA 就是最大像高處的主光線與光軸的傾角;
Sensor CRA ,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(這個偏差角就是sensor的CRA)。做成這樣的目的,這樣的做的目的也是為了好搭配LENS 。
在相機鏡頭光學特性參數設定中,由于光線進入各個單像素的角度不一樣,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,它需要與鏡頭的CRA保持在一點的偏差范圍內。
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。而光線入射到Sensorpixel的角度是由Lens的CRA和Sensor的Micro Lens開口布局(Sensor的CRA)共同決定的。
從鏡頭的傳感器一側,可以聚焦到像素上的光線的最大角度被定義為一個參數,稱為主光角(CRA)。對于主光角的一般性定義是:此角度處的像素響應降低為零度角像素響應的80%。
CRA Matching
在光學系統(tǒng)中,sensor上的光學接收效率不僅與CRA有關,還與Sensor的Micro lens開口布局有關。因此在做Lens涉及時,CRA要盡量符合Sensor廠家提供的CRA參考值,提高功能接收效率。
通常Lens CRA要小于sensor的CRA,允許有3°以內的偏差。這是因為:
鏡頭CRA太過小于Sensor的CRA時,會出現四角偏暗(受光不足),光線無法到達sensor邊緣,即Lens Shading;
鏡頭CRA太過大于Sensor的CRA時,光線會折射到臨近的pixel上,導致pixel間出現串擾,即Color shading,且在圖像四周表現更明顯;
建議優(yōu)先保證Color Shading, 因為Lens Shading比Color Shading容易調試;
并不是LENS CRA 越小越好,有人認為0度是最佳的,那也是不對的,只能說與SENSOR 的CRA 越接近越好。
鏡頭CRA和傳感器CRA不匹配的影響:
不匹配導致整個圖像的顏色不平衡產生串擾,從而導致信噪比(SNR)的降低;因為CCM需要增加數字增益來補償光電二極管中的信號損失。
像高(Image Height)的最大值是對角線長度
因為鏡頭是圓的,畫面的對角線是最接近鏡頭成像直徑的,所以最大尺寸是對角線尺寸。
CRA與像高的關系(摘自OV某款sensor規(guī)格書):
從上圖可以看出鏡頭的TTL也是決定CRA角度的關鍵,TTL越低CRA的角度就越大,所以小像素的Image sensor對于相機系統(tǒng)設計時的鏡頭CRA匹配也至關重要。
通常,出于各種原因,鏡頭CRA與Image sensor CRA并不完全匹配。 實驗上已經觀察到,與彎曲的CRA相比,具有平坦頂部(最小翻轉)的鏡頭CRA曲線更能容忍相機模塊的裝配變化。
如下圖顯示平頂和彎曲CRA的示例。
1. 當Pixel的尺寸越來越小時,即分辨率越高, 邊緣的Pixel越容易受到影響;
2. 當CCM的尺寸越來越小時,即Lens的距離變短,CRA的角度影響變大。
鏡頭CRA與芯片不匹配可能會產生的影響:
- 不能確保可以準確的捕獲光子到硅光電二極管中;
- 會導致信噪比(SNR)的降低 (顏色不平衡產生干擾);
- 圖像不清、有霧、反差度低、顏色變淡、景深變小。
CRA相差過大的具體表現
鏡頭的CRA與Image sensor的CRA相差過大會出現如下圖偏色。
鏡頭的CRA與Image sensor的CRA匹配則圖像正常,如下圖: