Почему светочувствительную матрицу не делают ввиде сегмента сферы?

Потому что матрица, как и любая кремниевая микросхема, нарезается из пластин (не сфер, заметьте) стоимостью от 40 тыс долларов, а платить по столько за один фотоаппарат никто не будет, да и оборудование для печати на такую хрень пришлось бы изобретать с нуля. Это не говоря о том, что даже плоских матриц размером хотя бы 4х5 дюймов в серийном производстве не найти.В разы проще делать асферическую оптику, выравнивающую до плоскости, только вот что-то за более менее качественными асфериками ценой в 5-10 тыс долларов очереди пока не выстраиваются

Уже много-много лет назад Nikon запатентовал не плоскую матрицу, думаю что и остальные производители над этим задумывались, но в конкретные изделия эта идея не вылилась ни у кого. Очевидно тому были серьезные причины.
"то к центру и к краям матрицы свет проходит разную длину" - это не проблема, можно сделать ОБЪЕКТИВ устроенный так, что на матрицу все лучи будут приходить перпендикулярно... у такого объектива даже есть специальное название, не помню только...

Идея очень не новая, но, как обычно, есть НО
технологически сложно и дорого
и уже есть огромный парк камер и объективов с которыми "не плоские" камеры и объективы будут не совместимы, что затрудняет продвижение таких продуктов.

> Почему светочувствительную матрицу не делают ввиде
> сегмента сферы?

Как Вы себе представляете изготовление неплоского кристалла и все технологические литографические операции на неплоской поверхности? Это технологически невозможно. Кроме того, хотелось бы, чтобы светочувствительная поверхность совпадала с множеством точек, в которых формируется изображение, потому что в фотографии важно не только количество света, падающее на какой-то элемент площади, но и то, чтобы этот свет формировал изображение (т.е. хотелось бы, что точка в пространстве сцены, расположенная на поверхности максимальной резкости на светочувствительном элементе отображалась бы точкой, а не пятном на поверхности изображения). В линейной оптике такой поверхностью является плоскость, реальные объективы с толстыми линзами формируют более сложные поверхности, но они всё равно ближе к плоскости, чем к сфере, и -- хуже того -- кривизна этой поверхности может иметь любой знак и зависит в том числе от фокусного расстояния объектива и даже от дистанции фокусировки.

> свет проходит разную длину, что приводит к дисторсии и к потерии четкости

К дисторсии и аберрациям приводит не расстояние от точки выхода луча из заднего оптического элемента до точки пересечения со светочувствительной поверхностью.

> И пусть матрица будет не круглой как объектив, а так же прямоугольной, но с точками на одинаковом расстоянии от фокуса.

Как я уже объяснил, у этой замечательной с точки зрения люксметрии схемы есть небольшой недостаток: на таком воображаемом светочувствительном элементе (он называется сферическим гониометром) не получится изображения. А для измерения количества света он, конечно, подходит получше. Главное, перед этим элементом разместить диффузный элемент, например, лист белой бумаги, чтобы стереть информацию об угле падения света перед измерением.

> ещё повышает и количество шумов по краям.

Количество зарегистрированного света, как Вы, наверное, догадались, рассуждая про сферический кристалл, зависит не только от количества упавшего света, но и от синуса угла, под которым свет упал (немного хуже: небольшая часть этого света отразится, переотразится с потерями от элементов объектива и вернётся под новым углом в новую точку на матрице, причём эта точка ещё и зависит от длины волны, т.е. яркая белая точка превратится в большую цветную кляксу в стороне). Вот эта проблема была (и до некоторой степени остаётся) серьёзной головной болью в цифровой фотографии, особенно в случае, когда оптическая схема была рассчитана на матовую поглощающую поверхность плёнки. А проблема, названная Вами, в значительной степени надумана: в куда большей степени неравномерность засветки (она называется виньетированием) возникает из-за особенностей объектива, например, надетая бленда при большом входном зрачке даёт куда больший эффект, чем все эффекты, связанные не только с количеством падающего света, но и с его регистрацией.

Ещё хотелось бы отметить, что радиус сегмента сферы для каждого ФР объектива разный, и потому возможна только жесткая пара объектив-матрица.
В голову приходит только одно устройство, где это применимо, экшен камера.
Да и технология изготовления сферических матриц пока заметно перекрывает по цене пару дополнительных линз.

Светочувствительные матрицы (CMOS и CCD матрицы) используются для захвата изображений из плоскости сцены. Их дизайн применяется для обеспечения наиболее равномерной покрытию всей плоскости сцены. Сегментирование плоскости сцены с помощью сферических сегментов неэффективно, поскольку это приведет к хаотичному разбросу элементов пикселей на всей плоскости сцены.