Как датчик вызывает виньетирование?

Question

Виньетирование обычно присваивается характеристикам объектива или вызывается объектами, блокирующими свет перед объективом, такими как бленда или фильтр.

Есть ли виньетирование (или эффект, похожий на виньетирование), вызванный сенсором? Когда свет проникает в корпус камеры через объектив, он, естественно, падает не на датчик «в лоб», а под углом. При более глубоком угле, ближе к краю датчика, на который падает свет.

Обычный корпус зеркальной фотокамеры имеет достаточно много места между задним элементом объектива и датчиком, поэтому я предполагаю, что виньетирование, вызванное датчиком, не является большой проблемой. Но Sony уже сделала полнокадровую камеру NEX. Интересно, какой большой задний элемент в объективах им нужно спроектировать для этой камеры, где объективы установлены так близко от датчика. Как современный датчик изображения борется с виньетированием, вызванным изменяющимся (центральным и краевым) углом световых лучей?

Answer 1

Виньетирование на основе датчика - реальная проблема для камер с большим датчиком и коротким фланцевым расстоянием (расстояние от крепления до датчика). Это просто из-за наклонных углов падения света, падающего на края сенсора, который на самом деле не плоский, как кусок пленки, но содержит стопку объектов, начиная с УФ / ИК / АА фильтров, за которыми следуют микролинзы, цветные фильтры, затем много слоев кремния с светочувствительной областью на дне глубокого колодца!

Близкие конструкции телецентрических линз с большими выходными зрачками в значительной степени решают проблему, но за счет увеличения их размеров и повышения их стоимости.

Для решения проблемы можно сделать несколько вещей. Минимизация толщины стопки фильтров, безусловно, помогает, хотя Leica пыталась сделать это с M8, но сделала инфракрасный фильтр слишком тонким, что сделало камеру очень чувствительной к инфракрасному свету, вызывая странные цвета на изображении (им даже пришлось выдать свободный инфракрасный винт на фильтры злым клиентам).

Отказ от фильтра сглаживания - это еще один вариант, который преследовали Leica и Sony (с A7r). Другой вариант - это микролинзы со смещением (Leica M9) или эллиптические микролинзы (Leica M240), которые пытаются более эффективно направлять наклонные световые лучи в сторону фотосайтов. Проблема заключается в том, что это снижает производительность объективов с большим фокусным расстоянием.

Лучшее решение - сделать светочувствительный участок кремния как можно ближе к вершине. Одним из способов является утончение задней части пластины до тех пор, пока она не станет прозрачной, а затем переверните датчик так, чтобы схема считывания находилась позади фотосайта. Эти так называемые датчики с «задней стороной» существуют, но только совсем недавно, в очень маленьких камерах сотовых телефонов.

Наконец, органические датчики рекламировались как решение проблем угла луча, у них есть органический слой, который является светочувствительным в самом верху, а контур снизу. Они являются способом производства, но обещают в конечном итоге доставить утопию крошечных широкоугольных линз, которые должны были быть результатом отказа от зеркала DSLR!

Answer 2

Во всех камерах конструкция объектива влияет на виньетирование объектива. Объектив имеет «круг изображения», который соответствует размеру пленки / сенсора (именно поэтому на FX-камерах объективы DX часто виньетируют). Для цифровых камер есть дополнительный источник виньетирования, называемый пиксельное виньетирование .

Короче говоря, отдельные пиксели датчика физически располагаются на дне непрозрачной лунки (лунка сделана из конструктивных элементов и сенсорной электроники). Это хорошо действует как коллиматор и уменьшает интенсивность любого света, который идет под углом к ​​датчику. В середине датчика свет идет параллельно скважине и попадает на пиксель, генерируя самый большой сигнал. По краям датчика свет падает под углом и в значительной степени перекрывается скважиной, что приводит к снижению сигнала датчика.

Производители камер калибруют виньетирование датчика и исправляют это в программном обеспечении. Подробное объяснение доступно в этой исследовательской статье . Некоторому виньетированию также противостоит наличие микролинз в верхней части лунок для фокусировки света вниз по лунке.