一种曲面图像传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种曲面图像传感器

【技术实现步骤摘要】
一种曲面图像传感器、制备方法及相关光学系统


[0001]本专利技术属于光学成像
，涉及一种曲面图像传感器
。

技术介绍

[0002]图像传感器是光学成像系统的核心部件之一，能够将光学图像转换成电子信号，从而起到替代人眼观察成像目标的作用
。
目前商用的成像设备均使用平面图像传感器，即光学系统的像面为平面，这就要求成像目标通过光学系统所成的像需要在一个平面上
。
为了获得高质量的成像结果，通常需要在前置光学系统中放置多个光学镜组来对场曲等像差进行矫正
。
因此，光学成像系统的视场
、
体积和像质难以同时得到优化提升
。
[0003]与平面图像传感器不同的是，曲面图像传感器可以利用自身的曲率来补偿前置光学成像系统的像差，从而可以简化前置光学成像系统的结构，有效地提升成像视场和像质
。
因此在光学系统设计的过程中可以与前置光学成像系统一起对像面的形状进行优化，从而充分释放光学系统的设计自由度，使得光学成像系统在视场
、
体积和像质等方面获得更为优异的综合表现
。
基于二维材料插入层的范德华外延技术为半导体柔性光电子器件的制备提供了一条可行的路线，利用该技术制备出的柔性光电转换薄膜可以实现曲面图像传感器的制备
。
[0004]由于受到矫正像差的需求的制约，目前应用平面图像传感器的光学成像系统，通常由复杂的光学镜组构成
。
像面的平面面型导致光学系统的设计自由度无法充分发挥出来，现有成像系统的视场
、
体积和像质难以同时得到提升优化
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷或不足，本专利技术提供了一种曲面图像传感器
。
[0006]为此，本专利技术提供的曲面传感器包括：
[0007]支撑体，该支撑体本体表面设有凹面或凸面，所述凹面或凸面为曲面；
[0008]图像传感器阵列，该图像传感器阵列包括像元阵列；每个像元包括
p
‑
i
‑
n
型外延片和设置在外延片上的
n
电极和
p
电极；
[0009]柔性电路基板，该柔性电路基板上设有像元对接区域阵列和设置在像元对接区域阵列旁侧的列焊盘与行焊盘；每个像元对接区域内设有电极连接电路，同一行电极连接电路串联并引出至行焊盘上，同一列电极连接电路串联并引出至列焊盘上；
[0010]读出电路；
[0011]所述图像传感器阵列倒装焊接在柔性电路基板上，且像元与像元对接区域一一对应，同时各像元的
n
电极和
p
电极与相应像元对接区域的电极连接电路连接；所述柔性电路基板固定在支撑体本体表面的凹面或凸面上形成曲面结构，所述读出电路固定在支撑体上，且读出电路与所述行焊盘和列焊盘通过金线键合连接
。
[0012]可选的方案是，所述图像传感器阵列包括二维材料层和设置在二维材料层上的像元阵列；每个像元包括
p
‑
i
‑
n
型外延片和设置在外延片上的
n
电极和
p
电极；所述二维材料层
材质为石墨烯
、
六方氮化硼或过渡金属硫化物
。
[0013]可选的方案是，所述支撑体上的凹面或凸面为球面
、
非球面或者自由曲面
。
[0014]可选的方案是，安装有图像传感器阵列的柔性电路基板的最小弯曲半径为
20mm。
[0015]可选的方案是，所述支撑体的材料为铝合金；所述
n
电极为非透明电极；所述
p
电极为非透明电极
。
[0016]可选的方案是，所述支撑体的材料为亚克力玻璃或有机玻璃；所述
p
电极为透明电极；所述柔性电路基板为透明材质
。
[0017]可选的方案是，所述
p
电极和
n
电极上设有
AuSn
焊点
。
[0018]可选的方案是，所述支撑体本体为立方体结构
。
[0019]本专利技术同时提供了上述曲面图像传感器的制备方法
。
所提供的制备方法包括：
[0020]步骤1，在衬底上转印二维材料层，在二维材料层上制备像元阵列；所述二维材料层材质为石墨烯
、
六方氮化硼或过渡金属硫化物；
[0021]步骤2，制备柔性电路基板；
[0022]步骤3，将步骤1制备的带衬底的图像传感器阵列倒装焊接在柔性电路基板上，之后去除衬底；
[0023]步骤4，将步骤3得到的柔性电路基板粘结在支撑的凹面或凸面上；
[0024]步骤5，在支撑体平面上加工读出电路，之后通过金线键合连接读出电路与行焊盘和列焊盘
。
[0025]本专利技术还提供了一种光学系统
。
所提供的光学系统包括前置光学系统和上述的曲面图像传感器，所述支撑体的凹面或凸面背离前置光学系统或所述支撑体的凹面或凸面朝向前置光学系统；被探测目标光信号经前置光学系统收集并汇聚后，在曲面图像传感器上成像
。
[0026]可选的方案是，所述光学系统
F
数范围为2～5，入瞳直径范围
30
～
75mm
，视场角为矩形视场，最大视场角可达
10
°
，工作波段根据图像传感器的工作波长而定
。
[0027]可选的方案是，沿光传播方向，所述前置光学系统包括依次设置的自由曲面主镜
、
自由曲面次镜
、
自由曲面三镜和自由曲面四镜
。
[0028]本专利技术同时还提供了上述光学系统的设计方法
。
所提供的设计方法用于对光学系统中前置光学系统和曲面图像传感器的空间位置关系，以及前置光学系统和曲面图像传感器的曲面形状进行设计，方法包括：
[0029]步骤1，将光学系统的初始像面设置成平面，将像面的空间位置
、
自由曲面主镜
、
自由曲面次镜
、
自由曲面三镜和自由曲面四镜的曲率半径
、
自由曲面高阶项和空间位置设置成变量，进行光学系统优化直至结果收敛，得到第一光学系统；
[0030]步骤2，将第一光学系统中的像面的曲率半径和空间位置
、
自由曲面主镜
、
自由曲面次镜
、
自由曲面三镜和自由曲面四镜的曲率半径
、
自由曲面高阶项和空间位置设置成变量，进一步进行光学系统优化直至结果收敛，得到第二光学系统，该第二光学系统的像面为球面
。
[0031]进一步的方案是，上述设计方法还包括：步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种曲面图像传感器，其特征在于，包括：支撑体，该支撑体本体表面设有凹面或凸面，所述凹面或凸面为曲面；图像传感器阵列，该图像传感器阵列包括像元阵列；每个像元包括
p
‑
i
‑
n
型外延片和设置在外延片上的
n
电极和
p
电极；柔性电路基板，该柔性电路基板上设有像元对接区域阵列和设置在像元对接区域阵列旁侧的列焊盘与行焊盘；每个像元对接区域内设有电极连接电路，同一行电极连接电路串联并引出至行焊盘上，同一列电极连接电路串联并引出至列焊盘上；读出电路；所述图像传感器阵列倒装焊接在柔性电路基板上，且像元与像元对接区域一一对应，同时各像元的
n
电极和
p
电极与相应像元对接区域的电极连接电路连接；所述柔性电路基板固定在支撑体本体表面的凹面或凸面上形成曲面结构，所述读出电路固定在支撑体上，且读出电路与所述行焊盘和列焊盘通过金线键合连接
。2.
根据权利要求1所述的曲面图像传感器，其特征在于，所述图像传感器阵列包括二维材料层和设置在二维材料层上的像元阵列；每个像元包括
p
‑
i
‑
n
型外延片和设置在外延片上的
n
电极和
p
电极；所述二维材料层材质为石墨烯
、
六方氮化硼或过渡金属硫化物
。3.
根据权利要求1所述的曲面图像传感器，其特征在于，所述支撑体上的凹面或凸面为球面
、
非球面或者自由曲面
。4.
根据权利要求1所述的曲面图像传感器，其特征在于，安装有图像传感器阵列的柔性电路基板的最小弯曲半径为
20mm。5.
根据权利要求1所述的曲面图像传感器，其特征在于，所述支撑体的材料为铝合金；所述
n
电极为非透明电极；所述
p
电极为非透明电极
。6.
根据权利要求1所述的曲面图像传感器，其特征在于，所述支撑体的材料为亚克力玻璃或有机玻璃；所述
p
电极为透明电极；所述柔性电路基板为透明材质
。7.
根据权利要求1所述的曲面图像传感器，其特征在于，所述
p
电极和
n
电极上设有
AuSn
焊点
。8.
根据权利要求1所述的曲面图像传感器，其特征在于，所述支撑体本体为立方体结构
。9.
权利要求1所述曲面图像传感器的制备方法，其特征在于，方法包括：步骤1，在衬底上转印二维材料层，在二维材料层上制备像元阵列；所述二维材料层材质为石墨烯
、
六方氮化硼或过渡金属硫化物；步骤2，制备柔性电路基板；步骤3，将步骤1制备的带衬底的图像传感器阵列倒装焊接在柔性电路基板上，之后去除衬底；步骤4，将步骤3得到的柔性电路基板粘结在支撑的凹面或凸面上；步骤5，在支撑体平面上加工读出电路，之后通过金线键合连接读出电路与行焊盘和列焊盘

【专利技术属性】
技术研发人员：余佳东，毛祥龙，谢永军，任尚杰，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：