曲面图像传感器有望颠覆数码相机行业，让手机镜头媲美专业相机

来源：DeepTech深科技

近日，光学学会期刊《光学快报》（Optics Express）报道了微软研究院与休斯研究实验室（HRL）研究人员合作开发的新型曲面透镜制造方法，该方法能够在现有的商业化平面图像传感器的基础上制造出三维曲面图像传感器，并且其球面曲率将会是前人所报道的曲面图像传感器的三倍之多！

研究者将该曲面传感器用于一台原型测试相机，并且与目前的高端商用单反相机（SLR）对比，结果是新型曲面传感器相机在整个视野的成像分辨率更高！

很多人都有过在昏暗的餐厅和街头拍照的体验，拍出的照片往往模糊不清、布满噪点。未来，如果利用这种方法把传统相机中的平面图像传感器弯曲成新型曲面图像传感器，将大大提升昏暗或夜景条件下的拍摄质量。

“我们这种方法可以直接应用于商业化平面图像传感器，所以有望创造出一类新型相机，其尺寸较小但成像质量却与大尺寸相机中的图像传感器相当，”微软研究院的布莱恩·冈特（Brian Guenter）说，“除了能够改进消费级相机之外，这类曲面图像传感器还可以为监控、头显设备以及无人驾驶汽车导航等多种应用提供更好的相机”。

不断追逐理想相机

这种新型曲面图像传感器的制造方法源自于七年前研究者早已深埋于心的一个问题：“理想的相机究竟是什么样的？”他们认为，理想的相机应该是微型的、在极弱光照条件下也能拍摄成像，并且成像质量超级清晰的。

“当时，这样的相机几乎是不可能的”，冈特说。“我们当时想，如果能够制造更快速的镜头并改进光学元件，我们就有望使用较小的传感器，并且同时能够收集足够的光线以获得良好的图像。这种想法促使我们开始研究曲面图像传感器，以期能够实现突破性的成像性能。”

图 | A（上）：传统曲面成型的模具和方法，易产生较大径向张力，导致传感器破碎；A（下）：新型曲面传感器成型模具和方法，传感器边缘自由，径向张力得到释放，获得较大曲率。B：传感器弯曲变形受力示意图

通常，为了获得曲面传感器，研究人员首先将超薄型CMOS图像传感器晶片切割成独立的单个传感器薄片，然后将单个传感器薄片放置在定制的模具中，并使用气压将每个传感器薄片推入模具中从而产生弯曲变形。

整个弯曲传感器的过程还涉及到将传感器各个边缘粘合支撑起来，并使气压尽量作用于中心区域。但是，这样会产生较大的径向张力，从而使传感器薄片上产生高应力点，使其在达到目标球面曲率之前就发生破碎。

为此，微软研究院研究人员与擅长半导体制造的HRL实验室合作开发出一种更好的方法，不仅能保证传感器的完好，还能获得更大的球面曲率。

研究人员将传感器薄片自由放置在特殊设计的模具中（边缘不进行粘合固定），在模具上方铺上一层柔性聚合物薄膜，通过气压驱动柔性薄膜发生形变，逐渐与传感器薄片发生接触并传递压力，传感器薄片中心区域向下弯曲的同时各个边缘也自由的发生移动，从而很好的释放了径向张力，不仅避免了传感器的破碎，还有效提升了弯曲曲率。

手机镜头有望媲美专业相机？