為什么要做曲面傳感器，這個(gè)問(wèn)題其實(shí)可以從生物學(xué)的角度來(lái)考慮，為什么動(dòng)物視網(wǎng)膜是曲面的？各類(lèi)光學(xué)系統（包括眼睛）的視場(chǎng)都有一種基本彎曲，也就是知名的匹茲伐Petzval曲面，也是光學(xué)系統的五大賽德像差之一（球差、慧差、像散、場(chǎng)曲和畸變，也稱(chēng)為三級像差），它是透鏡折射率和表面曲率的函數，正透鏡產(chǎn)生的曲面向外（按光線(xiàn)行進(jìn)方向，表示為負數），負透鏡則曲面向后（表示為正數）。所以像場(chǎng)天生就是彎曲的，這是設計曲面傳感器的*直觀(guān)前提之一。

場(chǎng)曲與像散往往是相伴出現，當沒(méi)有像散時(shí)，徑向與切向焦面都會(huì )與Petzval曲面重合，但如果有初級像散，切向焦面到Petzval曲面的距離是徑向焦面的3倍。換言之，如果一個(gè)校正比較好的鏡頭匹配一個(gè)與Petzval曲面相同的傳感器，那么就會(huì )有更好的成像效果。

事實(shí)上，很多像差的大小都與光程長(cháng)度、斜射角度、到光軸距離呈函數（有時(shí)候甚至是線(xiàn)性）關(guān)系，對于平面傳感器來(lái)說(shuō)就需要更多的鏡片來(lái)校正這些問(wèn)題，而曲面傳感器則可以在不做校正，或校正量較小的情況下適應這些問(wèn)題，而且目前來(lái)看技術(shù)方面其實(shí)阻力并沒(méi)有想象的那么大。傳統CMOS的結構從下到上分別是陶瓷封裝、硅基板、傳感器，所以**步就需要把硅基板按指定曲率打磨，然后把傳感器沿曲面膠合到基板上，然后再做導線(xiàn)、封裝即可，這樣就能制作固定曲率光學(xué)傳感器并應用到固定鏡頭成像設備上了。

所以這里傳遞了2層信息，**傳感器雖然是固態(tài)工藝，但設計并非只能平直，允許彎曲。**曲率需要對應光學(xué)設計，因此如果想要適配不同焦距不同光圈鏡頭，就需要做柔性傳感器設計，幸運的是，這樣的技術(shù)現在也已經(jīng)基本可以實(shí)現了。

1997年馬賽天文臺光學(xué)實(shí)驗室就做出了可變曲率鏡面來(lái)滿(mǎn)足超大型天文望遠鏡的設計需求，應用到傳感器設計上簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是一層圓形的柔性薄膜做基板，上附削薄后的CMOS傳感器，通過(guò)一個(gè)垂直于柔性薄膜的外力來(lái)改變它的幾何形態(tài)，從而實(shí)現曲率變化。當然布線(xiàn)和連接層的設計也要跟著(zhù)變，不過(guò)從技術(shù)上來(lái)說(shuō)壓力不算特別大，實(shí)驗性的結果也已經(jīng)有了：一塊30mm x 37mm x 0.1mm的CMOS傳感器以150mm半徑向外彎曲，在其余工藝完全相同的情況下，光電效率從0.24DN/e-降低到0.22DN/e-，讀取噪聲都是9e-，暗電流從119e-/s增加到了169e-/s，也就是說(shuō)沿用現有技術(shù)做曲面傳感器會(huì )稍微影響性能，但這個(gè)影響的幅度非常小。

以這么小的代價(jià)換來(lái)的優(yōu)點(diǎn)就很明顯了，因為曲面傳感器先天利于校正像差，所以與之匹配的鏡頭可以做得更簡(jiǎn)單，以佳能EF 8-15mm F4魚(yú)眼鏡頭為例，如果使用曲面傳感器就可以少用5片（從14片到9片），并且不需要使用非球面工藝，性能還可以保持相同水準：

而柔性曲面傳感器曲率還可以隨焦距變化而變化，比如變焦到8.5mm時(shí)曲面半徑自適應為326mm，而再變焦到12mm時(shí)曲面半徑就變成150mm……以此類(lèi)推：

此前的測試基于傳統設計的鏡頭，而針對曲面傳感器，當然也需要在鏡頭設計上做改良，從先天性來(lái)說(shuō)球形單心透鏡就是*直觀(guān)的曲面像場(chǎng)：

但它的問(wèn)題在于曲率偏大，曲面半徑很小，如果是15.4mm傳感器做80度視野鏡頭，就意味著(zhù)曲面半徑只有12mm，已經(jīng)明顯超過(guò)了結構設計極限，因此還得需要另行設計，我們知道主光線(xiàn)與光軸的角度決定了視野大小，同時(shí)也對曲面傳感器曲率有更高要求，因此在設計時(shí)可以在球形單心透鏡組合后方緊跟一個(gè)簡(jiǎn)單的正負透鏡組合來(lái)降低曲率，首先是凸透鏡收斂光線(xiàn)走勢的開(kāi)角：

隨后緊跟一個(gè)凹透鏡來(lái)發(fā)散調整光線(xiàn)走勢，校正場(chǎng)曲等像場(chǎng)，讓它能準確地契合曲面傳感器的半徑：