CN115134500B - 保护玻璃、探测器、光场传感器、光场相机及耦合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于探测器的保护玻璃、探测器、光场传感器、光场相机及微透镜阵列与二维成像器件耦合方法。保护玻璃为台阶玻璃，具有顶面和底面，顶面面积小于底面面积；顶面刻有微透镜阵列。探测器，包括陶瓷基底和保护玻璃，陶瓷基底上设置有二维成像器件，保护玻璃底面向上安装在陶瓷基底上，使得所述微透镜阵列位于二维成像器件的光敏面的正上方。光场传感器包括探测器，光场相机包括光场传感器。本发明将微透镜阵列设置在台阶玻璃顶面，且顶面向下安装，使得微透镜阵列避免与信号线接触，可以与探测器感光面近距离耦合，解决了微透镜阵列焦距短带来的耦合难题；耦合简单，降低了安装难度。

Description

保护玻璃、探测器、光场传感器、光场相机及耦合方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种用于探测器的保护玻璃、探测器、光场传感器、光场相机及微透镜阵列与二维成像器件耦合方法。

背景技术

光场相机作为一种记录光场来实现被动式三维立体成像的设备，有着广泛的民用与军事领域应用前景。目前主流光场相机的光场传感器都是通过在微透镜阵列与探测器耦合形成的。一般情况下，探测器位于微透镜阵列的焦距处，位置度准确性直接影响了宏像素混叠程度，对后续光场成像、深度计算、三维重建等都有着重大影响。由于尺寸的限制，微透镜的焦距通常较小，如何准确的将探测器光敏面准确地耦合在微透镜阵列的焦距处是一大难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保护玻璃，在探测器中使用该保护玻璃，可以解决现有技术中探测器光敏面与微透镜阵列的耦合问题。

本发明通过以下技术方案实现：

用于探测器的保护玻璃，该保护玻璃为台阶玻璃，具有相对设置的顶面和底面，所述顶面面积小于底面面积；所述顶面刻有微透镜阵列。

本方案中，保护玻璃采用阶梯玻璃，并将微透镜阵列刻在阶梯玻璃上，这样在将保护玻璃安装到探测器上就能同时解决微透镜阵列的支撑问题、触碰信号线问题以及微透镜阵列与光敏面的耦合问题，产生1+1大于2的效果。

本发明的再一目的在于提供一种探测器，解决现有技术中探测器光敏面与微透镜阵列的耦合问题，该探测器包括陶瓷基底和探测器保护玻璃，所述陶瓷基底上设置有二维成像器件；探测器保护玻璃为台阶玻璃，具有相对设置的顶面和底面，所述顶面面积小于底面面积；所述顶面刻有微透镜阵列；探测器保护玻璃底面向上安装在陶瓷基底上，使得微透镜阵列位于二维成像器件的光敏面的正上方。

本方案主要采用台阶型玻璃代替微透镜阵列保护玻璃的方案来提高耦合精度，降低对探测器尺寸要求。微透镜阵列与台阶型玻璃组成新的保护玻璃，微透镜阵列位于光敏面正上方，台阶玻璃的设计使得微透镜阵列只在光敏面上方，微透镜阵列与光敏面的距离可灵活调控不受探测器其余部分影响(如引线)，提高耦合精度，降低对探测器要求。

在部分实施例中，作为本方案的进一步改进，所述陶瓷基底上设置有凹槽，所述二维成像器件设置在凹槽内，所述探测器保护玻璃通过胶层固定在陶瓷基底上，将二维成像器件、微透镜阵列密封在凹槽内。

在部分实施例中，作为本方案的再一改进，所述凹槽为矩形凹槽，所述顶面、底面均呈矩形，所述顶面的长度和宽度分别小于所述凹槽的长度和宽度。

本发明的又一目的在于提供一种光场传感器，其包括上述任一方案中的探测器。

本发明的还一目的在于提供一种光场相机，其包括上述方案中的光场传感器。

最后，本发明的还一目的在于提供微透镜阵列与二维成像器件耦合方法，包括以下步骤：

S1、根据探测器尺寸和所需微透镜阵列的尺寸制作台阶玻璃；

S2、以台阶玻璃为基底，采用具有所需微透镜阵列形状的掩膜，将微透镜阵列刻到台阶玻璃的顶面上；

S3、将刻有微透镜阵列的台阶玻璃安装到已安装完二维成像器件和导线的陶瓷基底上，并通过胶层对台阶玻璃和陶瓷基底进行固定和密封。

在部分实施例中，在步骤S3之前还进行以下步骤：S0、去除普通探测器自带的保护玻璃，露出陶瓷基底顶部。该方法适用于现有技术中已经装配完成且安装有现有技术的保护玻璃的探测器。

在部分实施例中，在步骤S3之前还进行以下步骤：S0、将二维成像器件和导线安装在陶瓷基底上。该方法主要适用于还没有装配完成的探测器。

在部分实施例中，步骤S3中具体通过精度位移台和三维调整架将微透镜阵列支撑到陶瓷基底顶部，并通过胶层对台阶玻璃和陶瓷基底进行固定和密封。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的实施例通过设置台阶玻璃，将微透镜阵列设置在台阶玻璃顶面，且顶面向下安装，使得微透镜阵列避免与信号线接触，可以与探测器感光面近距离耦合，解决了微透镜阵列焦距短带来的耦合难题；

2、本发明的实施例的台阶玻璃可以简单准确的进行耦合，降低了安装难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。在附图中：

图1为现有技术中的探测器结构示意图；

图2为本发明的的探测器结构示意图；

图3是保护玻璃的结构示意图；

附图中标记及对应的零部件名称：

1-探测器保护玻璃，11-顶面，12-底面，13-台阶面，14-第一玻璃，15-第二玻璃；

2-陶瓷基底，21-凹槽；

3-微透镜阵列；

4-光敏面；

5-UV胶；

6-信号线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实施本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中所使用的“第一”、“第二”等术语只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。

【实施例1】

本实施例中提供一种用于探测器的保护玻璃，如图3所示，所述保护玻璃为台阶玻璃，具有相对设置的顶面11和底面12，所述顶面11面积小于底面12面积；所述顶面11刻有微透镜阵列3。具体地，台阶玻璃包括矩形的第一玻璃14和矩形的第二玻璃15，第一玻璃14重叠在第二玻璃15上，即第二玻璃15的顶面与第一玻璃14的底面接触，第一玻璃14的长度小于第二玻璃15的长度，第一玻璃14的宽度也小于第二玻璃15的宽度，这样第二玻璃15的底面即为台阶玻璃的底面12，第一玻璃14的顶面即为台阶玻璃的顶面11，第二玻璃15的未被第一玻璃14遮挡的顶面构成一个台阶面13。

现有技术中，主流光场相机的光场传感器都是通过在微透镜阵列与探测器耦合形成的，探测器与微透镜阵列分别为2个不同的器件，一般情况下，需要将探测器设置在微透镜阵列的焦距处，这个位置度的准确性直接影响了宏像素混叠程度，对后续光场成像、深度计算、三维重建等都有着重大影响。现有技术的探测器如图1所示，探测器包括陶瓷基底2，陶瓷基底2内部设置有信号线6和二维成像器件，探测器的探测表面有保护玻璃1，陶瓷基底2与保护玻璃1通过UV胶6密封连接，将信号线6和二维成像器件密封在陶瓷基地2内，且二维成像器件的光敏面4位于保护玻璃1下方。本申请的发明人在长期的研究中发现，现有技术的探测器与微透镜阵列分别为2个不同的器件，但是微透镜焦距较小，将探测器光敏面准确地耦合在微透镜阵列的焦距处存在较大难处，从而萌生了在保证技术参数不变的前提下，将微透镜阵列3与探测器高精度耦合的想法并进行了相关技术方案的研究。发明人经过多次的研究、实验，探索了多种将微透镜阵列放入探测器中的技术方案，但是由于探测器的探测表面有保护玻璃1，保护玻璃内部有信号线6和二维成像器件，信号线6占有一定的空间高度，由于尺寸的限制，而微透镜的焦距通常较小，在保证探测器光敏面4准确地耦合在微透镜阵列3的焦距处时又面临了微透镜阵列的支撑和触碰到信号线的问题。最后，发明人经过反复设计、试验，提出了本实施例中的解决方案，将保护玻璃设计为阶梯玻璃，并将微透镜阵列刻在阶梯玻璃上，这样在将保护玻璃安装到探测器上就能同时解决微透镜阵列的支撑问题、触碰信号线问题以及微透镜阵列与光敏面的耦合问题，产生1+1大于2的效果。

本实施例中的台阶玻璃设计，可以很好地为光场传感器制造领域提供高精度耦合服务，同时降低对探测器要求，扩展光场相机的应用前景。

本实施例中的二维成像器件可以采用但不限于本领域常见的CMOS成像器件。

在其他实施例中，第一玻璃14和第二玻璃15的形状也可以不采用矩形，可以采用包括但不限于圆形、其他正多边形等，甚至可以采用不规则图形，第一玻璃14和第二玻璃15的形状也可以不同。

【实施例2】

本实施例提供一种探测器，如图2所示，本实施例中的探测器包括陶瓷基底2和探测器保护玻璃1。

所述陶瓷基底2上设置有二维成像器件。

所述探测器保护玻璃1为实施例1中的用于探测器的保护玻璃，探测器保护玻璃1的底面12向上安装在陶瓷基底2上，使得所述微透镜阵列3位于二维成像器件的光敏面4的正上方。

所述陶瓷基底上设置有凹槽21，所述二维成像器件设置在凹槽21内，所述探测器保护玻璃1通过胶层固定在陶瓷基底2上，将二维成像器件、微透镜阵列3密封在凹槽内。

所述凹槽21为矩形凹槽，所述顶面11、底面12均呈矩形，所述顶面11的长度和宽度分别小于所述凹槽21的长度和宽度。

在其他实施例中，所述凹槽的21的形状可以为不采用矩形，可以采用其他规则或不规则形状，根据设计需求来确定。同样，第一玻璃14和第二玻璃15的形状也可以不采用矩形，可以采用包括但不限于圆形、其他正多边形等，甚至可以采用不规则图形，第一玻璃14和第二玻璃15的形状也可以不同。只要保证第一玻璃14能够刻上微透镜阵列3并且伸入凹槽21中，第二玻璃15的台阶面13能够密封固定在陶瓷基底2上即可。

【实施例3】

本实施例中提供一种光场传感器，其采用实施例2中的探测器。

【实施例4】

本实施例中提供一种光场相机，其采用实施例3中的光场传感器。

【实施例5】

本实施例中提供一种微透镜阵列与二维成像器件耦合方法，包括以下步骤：

S0、将二维成像器件和导线安装在陶瓷基底上。

S1、根据探测器尺寸和所需微透镜阵列3的尺寸制作实施例1中的台阶玻璃；

S2、以台阶玻璃为基底，采用具有所需微透镜阵列3形状的掩膜，将微透镜阵列3刻到台阶玻璃的顶面11上；本步骤中采用掩膜在基底上刻台阶玻璃属于现有技术，本实施例中不再赘述其具体实现过程；

S3、通过精度位移台和三维调整架将刻有微透镜阵列的台阶玻璃支撑到陶瓷基底顶部，将台阶玻璃顶面朝下(微透镜阵列靠近二维成像器件)安装到已安装完二维成像器件和导线的陶瓷基底上，并通过胶层对台阶玻璃和陶瓷基底进行固定和密封。

其中步骤S0与步骤S1和S2不分先后顺序，只要在步骤S3之前完成即可。

【实施例6】

本实施例中提供另一种微透镜阵列与二维成像器件耦合方法，包括以下步骤：

S0、去除普通探测器自带的保护玻璃，露出陶瓷基底顶部，并实际测量探测器关键尺寸，本实施例中，陶瓷基底顶部为矩形，陶瓷基底中间容纳二维成像器件和信号线的凹槽也为矩形槽，所述关键尺寸包括陶瓷基底顶端的长度、宽度，陶瓷基底凹槽的长度和宽度；本实施例中，陶瓷基底顶端的长度和宽度分别为22.8mm和22.3mm；陶瓷基底凹槽的长度和宽度分别为19.8mm和17.3mm；二维成像器件的光敏面构成的感光区的长度和宽度分别为15.05mm和11.03mm；

S1、根据探测器的上述尺寸和所需微透镜阵列3的理论尺寸制作一批高精度台阶玻璃；微透镜阵列的理论尺寸包括微透镜阵列3所需的长度、宽度，本实施例中微透镜阵列3的理论尺寸为长度接近但不超过15.8mm，宽度接近但不超过12.3mm；从而制作的台阶玻璃包括矩形的第一玻璃14和矩形的第二玻璃15，第一玻璃14重叠在第二玻璃15上，即第二玻璃15的顶面与第一玻璃14的底面接触，第一玻璃14的长度为15.8mm，宽度为12.3mm，厚度为0.14mm；第二玻璃15的长度为22.8mm，宽度为20.3mm，厚度为0.69mm。

S2、以台阶玻璃为基底，采用具有所需微透镜阵列3形状的掩膜，将微透镜阵列3刻到台阶玻璃的顶面11上；

S3、通过精度位移台和三维调整架将台阶玻璃支撑到陶瓷基底顶部，将台阶玻璃顶面朝下(微透镜阵列靠近二维成像器件)安装到去除了普通探测器自带的保护玻璃的陶瓷基底上，并通过胶层对台阶玻璃和陶瓷基底进行固定和密封。

其中步骤S0与步骤S1和S2不分先后顺序，只要在步骤S3之前完成即可。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于探测器的保护玻璃，其特征在于，所述保护玻璃为台阶玻璃，具有相对设置的顶面（11)和底面（12），所述顶面（11）面积小于底面（12）面积；所述顶面（11）刻有微透镜阵列（3）；台阶玻璃包括第一玻璃和第二玻璃，第一玻璃重叠在第二玻璃上，第二玻璃的底面为台阶玻璃的底面（12），第一玻璃的顶面为台阶玻璃的顶面（11），第二玻璃的未被第一玻璃遮挡的顶面构成一个台阶面（13），安装到探测器上时，所述台阶面（13）能够密封固定在探测器的陶瓷基底（2）上。

2.探测器，包括陶瓷基底（2）和探测器保护玻璃（1），所述陶瓷基底（2）上设置有二维成像器件，其特征在于，

所述探测器保护玻璃（1）为权利要求1中的用于探测器的保护玻璃，其底面（12）向上安装在陶瓷基底（2）上，使得所述微透镜阵列（3）位于二维成像器件的光敏面（4）的正上方。

3.根据权利要求2所述的探测器，其特征在于，所述陶瓷基底上设置有凹槽（21），所述二维成像器件设置在凹槽（21）内，所述探测器保护玻璃（1）通过胶层固定在陶瓷基底（2）上，将二维成像器件、微透镜阵列（3）密封在凹槽内。

4.根据权利要求3所述的探测器，其特征在于，所述凹槽（21）为矩形凹槽，所述顶面（11)、底面（12）均呈矩形，所述顶面（11)的长度和宽度分别小于所述凹槽（21）的长度和宽度。

5.光场传感器，其特征在于，包括权利要求2-4任意一项所述的探测器。

6.光场相机，其特征在于，包括权利要求5所述的光场传感器。

7.微透镜阵列与二维成像器件耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据探测器尺寸和所需微透镜阵列（3）的尺寸制作台阶玻璃，所述台阶玻璃具有相对设置的顶面（11)和底面（12），所述顶面（11）面积小于底面（12）面积；所述顶面（11）刻有微透镜阵列（3）；台阶玻璃包括第一玻璃和第二玻璃，第一玻璃重叠在第二玻璃上，第二玻璃的底面为台阶玻璃的底面（12），第一玻璃的顶面为台阶玻璃的顶面（11），第二玻璃的未被第一玻璃遮挡的顶面构成一个台阶面（13），安装到探测器上时，所述台阶面（13）能够密封固定在探测器的陶瓷基底（2）上；

S2、以台阶玻璃为基底，采用具有所需微透镜阵列（3）形状的掩膜，将微透镜阵列（3）刻到台阶玻璃的顶面（11)上；

S3、将刻有微透镜阵列（3）的台阶玻璃安装到已安装完二维成像器件和导线的陶瓷基底上，并通过胶层对台阶玻璃和陶瓷基底进行固定和密封。

8.根据权利要求7所述的微透镜阵列与二维成像器件耦合方法，其特征在于，在步骤S3之前还进行以下步骤：

S0、去除普通探测器自带的保护玻璃，露出陶瓷基底顶部。

9.根据权利要求7所述的微透镜阵列与二维成像器件耦合方法，其特征在于，在步骤S3之前还进行以下步骤：

S0、将二维成像器件和导线安装在陶瓷基底上。

10.根据权利要求7-9任一所述的微透镜阵列与二维成像器件耦合方法，其特征在于，

步骤S3中通过精度位移台和三维调整架将台阶玻璃支撑到陶瓷基底顶部，并通过胶层对台阶玻璃和陶瓷基底进行固定和密封。