RA：Chief Ray Angle，也就是主入射光線角度。對于鏡頭和Image Sensor而言，雖然兩者都有CRA參數(shù)，但是其實(shí)際定義是明顯不同的。

鏡頭的CRA參數(shù)

Lens的CRA參數(shù)則由鏡頭的設(shè)計(jì)本身決定，表示從鏡心到成像面的光線角度分布模式。也就是就是鏡頭各個(gè)位置的主光線（過入瞳中心的光線）通過光學(xué)系統(tǒng)到達(dá)像面以后，與像面交點(diǎn)位置處的法線之間的夾角。

如下圖所示，鏡頭每個(gè)位置的主入射光線角度是不同的，因此也就意味著，鏡頭的CRA參數(shù)個(gè)固定值，而是根據(jù)鏡頭視場角位置的不同而不同。例如下圖從上到下展示了ZEMAX鏡頭庫Double Gauss 28 Degree Field光學(xué)系統(tǒng)在14°、10°以及0°視場對應(yīng)的主光線角度。

從以上的鏡頭光線成像原理圖上可以看出，鏡頭視場角越大，其對應(yīng)的CRA的角度也越大。鏡頭中心位置即0度視場角，可以認(rèn)為其CRA為0，越到鏡頭的邊緣位置，CRA角度越大。我們通常意義上所說的鏡頭CRA角度，一般指的就是鏡頭邊緣位置的CRA角度。

下圖就是某個(gè)型號的鏡頭不同像面高度歸一化后對應(yīng)的CRA，鏡頭中心的CRA為0，鏡頭像面上不同高度的主光線角度不同，從而可以得到一條隨像面高度變化的CRA曲線。

圖像傳感器的CRA參數(shù)

相比于鏡頭的CRA參數(shù)，Lens的CRA參數(shù)要稍微復(fù)雜一點(diǎn)。

首先，Image Sensor的每個(gè)像素上都有一個(gè)微小的微透鏡（Micro Lens），用于把鏡頭透入的光線盡可能多的聚焦到其下的光電二極管，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。從下圖可以看到，在光電二極管的上面增加Micro Lens，可以把更多的光線通過這個(gè)微型透鏡折射到感光面上，從而提升光電二極管上的光通量，這就是增加Micro Lens的主要作用。

按照以上微透鏡的結(jié)構(gòu)，如果從鏡頭透入的光線角度是垂直入射到微透鏡上（例如圖像傳感器和鏡頭中心區(qū)域），那么這些光線就都可以通過微透鏡進(jìn)入像素陣列中的光吸收區(qū)域。但是，如果鏡頭投入的光線是以一定的角度斜射到到微透鏡上（例如圖像傳感器和鏡頭的邊緣位置），經(jīng)過微透鏡折射后，這些光線就會照射到像素內(nèi)部的金屬層上面（如上圖的灰色區(qū)域），無法照射到中心吸收區(qū)域，這樣就會使得光吸收區(qū)域光照強(qiáng)度下降，從而使邊緣像素的靈敏度下降、光學(xué)串?dāng)_增加。如下圖所示。

以上問題就引出了Micro Lens的平移設(shè)計(jì)。

Micro Lens的平移設(shè)計(jì)

針對以上圖像傳感器邊緣位置的像素感光問題（通過鏡頭的光線斜射到微透鏡上），需要將微透鏡平移一定的距離，這樣可以使得光線經(jīng)過折射以后，將未平移透鏡之前損失的光線，重新聚焦到光吸收區(qū)域。如下圖所示，把微透鏡的位置向中心位置平移一定距離以后，以一定角度入射的光線會被微透鏡折射到該像素的中心吸收區(qū)域。

從以上鏡頭CRA的光學(xué)理論了解到，通過鏡頭進(jìn)入圖像傳感器感光面的主入射光線角度，與鏡頭以及Sensor感光面的位置有關(guān)。一般的光學(xué)應(yīng)用中，鏡頭和Sensor的光軸中心是重合的，那么在Sensor的中心位置，從鏡頭透入的主光線角度基本上是垂直照射在Sensor中心像素的微透鏡上，因此大部分光線就可以被微透鏡折射到中心吸收區(qū)域。

而從中心向四周延展的過程中，鏡頭透入光線的主光線角度隨之越來越大，此時(shí)就可以通過對Sensor四周區(qū)域像素的微透鏡進(jìn)行以上平移的處理。平移的方向和幅度大小應(yīng)該跟這個(gè)位置上鏡頭主入射光線的角度相關(guān)。這就是鏡頭與Sensor之間的CRA匹配的問題。

Sensor的CRA同樣與像素所在位置相關(guān)

同樣的邏輯，對于Image Sensor的設(shè)計(jì)而言，Sensor像素上微透鏡的平移方向和幅度與其應(yīng)接收到的透入光線的主光線角度匹配，這就是Sensor所要求的CRA參數(shù)。同樣的，以Sensor中心為軸，Sensor中心的CRA為0，向四周延申的不同位置的Sensor區(qū)域的CRA不同，越到Sensor的邊緣，CRA越大。

以下是GC4653的CRA數(shù)據(jù)，Sensor中心位置CRA為0，邊緣位置接近10度。而一般而言，我們在Sensor數(shù)據(jù)手冊上看到的CRA數(shù)據(jù)就是其邊緣位置最大的CRA角度。

Sensor和鏡頭的CRA匹配選型

在進(jìn)行Image Sensor和鏡頭的選項(xiàng)流程中，需要特別注意兩者CRA的匹配，最理想的情況為鏡頭的CRA和sensor的CRA產(chǎn)生了完美的匹配，此時(shí)光接收效率最高。但實(shí)際應(yīng)用中很難做到兩者的完美匹配，此時(shí)應(yīng)確保鏡頭CRA與Sensor CRA的差異控制在2-3度以內(nèi)。

如果Sensor和鏡頭的CRA不匹配的話，后期調(diào)試的圖像效果會存在難以解決的問題：

? 當(dāng)Lens CRA > Sensor CRA時(shí)，鏡頭射入的光線會超出Sensor微透鏡的矯正能力，導(dǎo)致后期圖像出現(xiàn)相鄰像素串?dāng)_（Color Shading）的問題，具體表現(xiàn)為圖像邊緣偏色。

? 當(dāng)Lens CRA < Sensor CRA時(shí)，鏡頭透入的光線無法覆蓋像素邊緣，造成感光面積損失（Luma Shading），具體的圖像表現(xiàn)為四周暗角。

實(shí)際進(jìn)行圖像IQ調(diào)試時(shí)，由于Color Shading（色彩偏差）比Luma Shading（亮度不均）更難以通過ISP在后期校正，所以在兩者的選型方面，建議選擇Lens CRA略小于Sensor CRA的方案。

CRA不匹配的圖像問題

如上所述，當(dāng)鏡頭和Sensor的CRA不匹配的時(shí)候，會產(chǎn)生一些圖像方面的問題，那么這些圖像方面的問題究竟是如何產(chǎn)生的呢？

參考上圖，當(dāng)鏡頭CRA相比Sensor的CRA偏小過多的時(shí)候，會導(dǎo)致從鏡頭透入到Sensor邊緣區(qū)域像素Micro Lens上的光線被折射到像素的不感光區(qū)域，感光區(qū)域能夠吸收的光通量太小，因此也就會出現(xiàn)圖像四周偏暗的情況，這就是Luma Shading的問題。

而如果鏡頭CRA相比Sensor的CRA偏大過多的時(shí)候，鏡頭透入到Sensor邊緣區(qū)域像素的光線CRA過大，這些光線在Sensor邊緣像素Micro Lens上折射后會折射到周邊的其他顏色的像素上，導(dǎo)致像素之間出現(xiàn)干擾，這就是色彩陰影Color shading的問題。