[发明专利]一种光电探测器曲面的确定方法、布局方法

说明书

本发明涉及一种半球眼相机中的光电探测器阵列的布局设计，首次采用轴对称四次函数旋转曲面作为光电探测器的曲面形状，并在曲面上设计了一种圆环形探测器阵列布局，由于将图像传感器直接制作在曲面上的工艺尚未在商业上获得，本发明还讨论了所设计曲面上像素单元到平面的映射并将其坐标化，使实际制造成为可能。在本发明中，四次函数旋转面带来更好的焦点重合性，矫正多种像差，使成像更为清晰。同时圆环形阵列布局带来更高的像素覆盖率以及更为均匀的像素分布，使探测器从中心到边缘画质的均匀性更高。曲面光电探测器可解决传统平面感光元件难以解决的问题，并将以其高保真、低像差、小体积的优势服务于更多的领域，具有巨大的应用潜力与价值。

技术领域

本发明涉及光电探测器领域，具体涉及一种半球眼相机中光电探测器阵列的布局设计。

背景技术

随着传统平面感光元件的发展陷入瓶颈，仿生人眼视网膜而成的曲面光电探测器成为了 新的研究方向。曲面光电探测器因其曲面的形状可解决传统光电探测器无法解决的像差问题， 并改善了暗角和畸变现象，使成像更为清晰准确，画质均匀性更高，同时也降低了了现有成 像系统的规模，成本，和复杂性。

目前存在多种光电探测器曲面化的方法，主要包括高弯曲硅光电探测器、复眼式半球型 光电探测器、柔性纳米材料光电探测器、以及半球型/抛物面型光电探测器阵列。

高弯曲硅光电探测器是由商用CMOS传感器经过合理整形制造的，在传感器模具上施加曲 率，将硅从平面压形成曲面，所得曲面传感器与平面传感器相比，边缘的性能得到了特别的 改善。

复眼式半球型光电探测器仿生节肢动物的复眼设计，在半球型PDMS的模塑件外表面密集 地分布着成像元件，使用蛇形线作为电气和机械互连线，提供了大视角零畸变图像传感器的 解决方案。

柔性纳米材料光电探测器采用一维或二维纳米材料，例如ZnO纳米线和石墨烯，依靠材 料本身的机械柔韧性实现光电探测器曲面化，由于纳米材料本身优秀的光电性质，柔性纳米 材料光电探测器具有高光电导增益、高响应度和高探测性等优良性能。

半球型光电探测器阵列由麻省理工大学化学博士Mark Stoykovich最早在著名科学杂 志nature上刊登，提出使用半球面作为探测器曲面，在模具的间隙中浇铸和固化PDMS制成 半球型弹性传递元件，其曲率半径与半球型玻璃基底匹配。矩形探测器阵列采用岛桥结构， 像素单元由金属互连线连接组成。阵列通过非特定范德华尔相互作用附着在张紧的PDMS平面 上，放松后转印到具有匹配曲率半径的半球型玻璃基底上，形成曲面探测器阵列布局。半球 型系统有从中心到边缘更均匀的焦点，更宽的视野，更均匀的图像强度和更少的几何畸变。

抛物面型光电探测器阵列由参与了Mark当年的研究的Viktor Malyarchuk提出，Viktor 采用抛物面作为探测器的曲面，在形状上比半球面更加接近焦点所在曲面，并且在PDMS平面 上附着正六边形阵列，转印后所得曲面光电探测器相比于矩形阵列的探测器有更高的像素覆 盖率。

发明内容

本发明的目的是提供一种曲面光电探测器阵列布局设计，并提供曲面阵列布局在平面上 映射的坐标化方法。该布局设计具有更精确的曲面形状，并极大的提高了阵列在曲面上的覆 盖率，曲面上的阵列分布也更加均匀，使成像画质更为均匀清晰。由于当下并没有将阵列直 接制造于曲面的商业化可用技术，曲面布局在平面上映射的坐标化为此提供了支持，使该布 局设计可由现有的PDMS转印技术实现并应用于实际的生产制造。