為什么要做曲面?zhèn)鞲衅?，這個問題其實可以從生物學(xué)的角度來考慮，為什么動物視網(wǎng)膜是曲面的？各類光學(xué)系統(tǒng)（包括眼睛）的視場都有一種基本彎曲，也就是知名的匹茲伐Petzval曲面，也是光學(xué)系統(tǒng)的五大賽德像差之一（球差、慧差、像散、場曲和畸變，也稱為三級像差），它是透鏡折射率和表面曲率的函數(shù)，正透鏡產(chǎn)生的曲面向外（按光線行進(jìn)方向，表示為負(fù)數(shù)），負(fù)透鏡則曲面向后（表示為正數(shù)）。所以像場天生就是彎曲的，這是設(shè)計曲面?zhèn)鞲衅鞯?直觀前提之一。

場曲與像散往往是相伴出現(xiàn)，當(dāng)沒有像散時，徑向與切向焦面都會與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，如果一個校正比較好的鏡頭匹配一個與Petzval曲面相同的傳感器，那么就會有更好的成像效果。

事實上，很多像差的大小都與光程長度、斜射角度、到光軸距離呈函數(shù)（有時候甚至是線性）關(guān)系，對于平面?zhèn)鞲衅鱽碚f就需要更多的鏡片來校正這些問題，而曲面?zhèn)鞲衅鲃t可以在不做校正，或校正量較小的情況下適應(yīng)這些問題，而且目前來看技術(shù)方面其實阻力并沒有想象的那么大。傳統(tǒng)CMOS的結(jié)構(gòu)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(dǎo)線、封裝即可，這樣就能制作固定曲率光學(xué)傳感器并應(yīng)用到固定鏡頭成像設(shè)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(shè)計并非只能平直，允許彎曲。**曲率需要對應(yīng)光學(xué)設(shè)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(shè)計，幸運(yùn)的是，這樣的技術(shù)現(xiàn)在也已經(jīng)基本可以實現(xiàn)了。

1997年馬賽天文臺光學(xué)實驗室就做出了可變曲率鏡面來滿足超大型天文望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計需求，應(yīng)用到傳感器設(shè)計上簡單來說就是一層圓形的柔性薄膜做基板，上附削薄后的CMOS傳感器，通過一個垂直于柔性薄膜的外力來改變它的幾何形態(tài)，從而實現(xiàn)曲率變化。當(dāng)然布線和連接層的設(shè)計也要跟著變，不過從技術(shù)上來說壓力不算特別大，實驗性的結(jié)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，也就是說沿用現(xiàn)有技術(shù)做曲面?zhèn)鞲衅鲿晕⒂绊懶阅?，但這個影響的幅度非常小。

以這么小的代價換來的優(yōu)點(diǎn)就很明顯了，因為曲面?zhèn)鞲衅飨忍炖谛Ｕ癫睿耘c之匹配的鏡頭可以做得更簡單，以佳能EF 8-15mm F4魚眼鏡頭為例，如果使用曲面?zhèn)鞲衅骶涂梢陨儆?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(zhǔn)：

而柔性曲面?zhèn)鞲衅髑蔬€可以隨焦距變化而變化，比如變焦到8.5mm時曲面半徑自適應(yīng)為326mm，而再變焦到12mm時曲面半徑就變成150mm……以此類推：

此前的測試基于傳統(tǒng)設(shè)計的鏡頭，而針對曲面?zhèn)鞲衅?，?dāng)然也需要在鏡頭設(shè)計上做改良，從先天性來說球形單心透鏡就是*直觀的曲面像場：

但它的問題在于曲率偏大，曲面半徑很小，如果是15.4mm傳感器做80度視野鏡頭，就意味著曲面半徑只有12mm，已經(jīng)明顯超過了結(jié)構(gòu)設(shè)計極限，因此還得需要另行設(shè)計，我們知道主光線與光軸的角度決定了視野大小，同時也對曲面?zhèn)鞲衅髑视懈咭?，因此在設(shè)計時可以在球形單心透鏡組合后方緊跟一個簡單的正負(fù)透鏡組合來降低曲率，首先是凸透鏡收斂光線走勢的開角：

隨后緊跟一個凹透鏡來發(fā)散調(diào)整光線走勢，校正場曲等像場，讓它能準(zhǔn)確地契合曲面?zhèn)鞲衅鞯陌霃剑?/span>