CN112736108B - 一种可见光cmos探测器及其加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种可见光CMOS探测器及其加固方法。该探测器包括：基体，具有容纳腔；光敏层，设置于容纳腔底部；玻璃光窗，设置于容纳腔上方，并与基体粘接，以将容纳腔进行密封；其中，光敏层与玻璃光窗之间具有真空层；保护层，粘接于玻璃光窗上方，且该保护层上方镀有增透膜，该保护层厚度介于1.5mm~2.5mm之间，以保证该探测器在使用中能够承受预设过载。本发明通过在探测器的玻璃光窗上粘接一片具有预设厚度的保护玻璃，且该保护玻璃上镀有增透膜，该种方式一方面将不影响探测器的性能；另一方面，可解决探测器在高过载条件下玻璃光窗破碎的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学仪器技术领域，尤其涉及一种可见光CMOS探测器及其加固方法。
背景技术
CMOS图像探测器是20世纪80年代为克服CCD图像探测器生产工艺复杂、功耗大、价格高、不能单片系统集成和有光晕等不足而研究的新型图像探测器，与CCD产品相比，CMOS图像探测器具有集成度高、功耗低、成像速度快、响应范围宽、抗辐射性强以及成本低的特点。因此在许多应用领域，已经有越来越多的CMOS图像探测器被应用以替代CCD图像探测器。
现有的CMOS探测器在民品、工业领域的主要应用为手机成像、监控、自动化检测等。但将CMOS图像探测器应用于高过载环境下，除CMOS探测器本身的性能之外对于器件的可靠性要求是关键，最主要的是对于器件的工作温度要求、冲击振动要求等。若是将CMOS图像探测器应用于高过载环境下，由于探测器玻璃光窗的厚度很薄，而且为提高探测器的分辨率，相应地会将探测器的阵面扩大，而阵面扩大会相应增加探测器受冲击的面积，在实际使用过程中，对CMOS图像探测器的瞬间过载一般≥8000g，会直接导致玻璃光窗破碎，从而导致器件损坏。因此，有必要提供一种新的技术方案改善上述方案中存在的一个或者多个问题。
需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可见光CMOS探测器及其加固方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
根据本发明的第一方面，提供一种可见光CMOS探测器，包括：
基体，具有容纳腔；
光敏层，设置于所述容纳腔底部；
玻璃光窗，设置于所述容纳腔上方，并与所述基体粘接，以将所述容纳腔进行密封；
其中，所述光敏层与所述玻璃光窗之间具有真空层；
保护层，粘接于所述玻璃光窗上方，且该保护层上方镀有增透膜，该保护层厚度介于1.5mm~2.5mm之间，以保证该探测器在使用中能够承受预设过载。
本发明中，所述保护层由K9玻璃材料制成。
本发明中，所述保护层与所述玻璃光窗的形状适配。
本发明中，该探测器在使用中能够承受的最大过载为12000g。
根据本发明的第二方面，提供一种可见光CMOS探测器加固方法，应用于上述实施例所述的可见光CMOS探测器上，包括：
清理探测器的玻璃光窗表面以及待安装保护玻璃的表面；
确认所述保护玻璃的镀膜面和粘接面；
将紫外光固化胶均匀涂抹于所述玻璃光窗表面，并将所述保护玻璃的粘接面覆盖于所述玻璃光窗表面；
保持所述探测器水平放置，使得所述保护玻璃与所述玻璃光窗重合；
通过UV点光源固化机照射粘接有所述保护玻璃的所述探测器第一预设时长，使得所述保护玻璃与所述玻璃光窗之间达到预固化；
将预固化处理后的所述探测器放置于紫外光固化装置中照射第二预设时长，以完成对所述探测器的加固。
本发明中，所述通过UV点光源固化机照射粘接有所述保护玻璃的所述探测器第一预设时长的步骤，还包括：
移动所述UV点光源固化机，并延长照射时间以确保所述保护玻璃与探测器接触的所有区域均达到预固化。
本发明中，所述将预固化处理后的所述探测器放置于紫外光固化装置中照射第二预设时长的步骤之前，还包括：
再次确认所述保护玻璃与所述玻璃光窗是否完全重合，若重合则将所述探测器放置于紫外光固化装置中照射第二预设时长。
本发明中，所述第一预设时长介于2.5~4秒之间。
本发明中，所述第二预设时长介于3~3.5小时之间。
本发明中，所述紫外光固化胶采用NOA61型号。
本发明的实施例提供的技术方案包括以下有益效果：
根据本发明提供的可见光CMOS探测器及其加固方法，通过在探测器的玻璃光窗上粘接一片具有预设厚度的保护玻璃，且该保护玻璃上镀有增透膜，该种方式一方面将不影响探测器的性能；另一方面，可解决探测器在高过载条件下玻璃光窗破碎的问题。而且该种CMOS探测器以及其加固方式主要应用于高过载环境下，且达到了较好的效果，避免了探测器器件的损坏。
附图说明
图1示出本发明中探测器的结构示意图；
图2示出本发明中探测器加固方法的流程示意图。
图中：基体101；光敏层102；玻璃光窗103；真空层104；保护层105。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
本示例实施方式中首先提供了一种可见光CMOS探测器。参考图1中所示，该探测器包括：基体101、光敏层102、玻璃光窗103和保护层105。
基体101具有容纳腔；光敏层102设置于所述容纳腔底部；玻璃光窗103设置于所述容纳腔上方，并与所述基体101粘接，以将所述容纳腔进行密封；其中，所述光敏层102与所述玻璃光窗103之间具有真空层104；保护层105粘接于所述玻璃光窗103上方，且该保护层105上方镀有增透膜，该保护层105厚度介于1.5mm~2.5mm之间，以保证该探测器在使用中能够承受预设过载。
具体的，本实施例提供了一种CMOS探测器，该探测器包括探测器基体101即外壳，该外壳具有一容纳腔；光敏层102由受光材料构成，设置于容纳腔的底部，并且光敏面与设置的玻璃光窗103相对；玻璃光窗103与基体101边沿粘接，以将容纳腔形成密封空间，从而在容纳腔内的光敏层102与玻璃光窗103之间形成一真空层104。上述描述为探测器的基本结构，具体运行原理可参考现有技术进行理解，在此不再赘述。由于该种结构的探测器玻璃光窗103的厚度很薄，在实际使用过程中，由于探测器所承受的瞬间过载会大于8000g，会直接导致玻璃光窗103破碎，从而导致器件损坏。因此针对高过载条件，本实施例通过理论计算以及实际验证的方式，通过在玻璃光窗103上粘接一片具有一定厚度的保护层105，具体为在玻璃光窗103上方粘接保护层105，也可在保护层105上方镀有增透膜，增透膜的设置能够不影响探测器的性能，而且可将保护层105的厚度设置在1.5mm~2.5mm之间，具体厚度可根据理论计算或实际验证得到的值进行设置，在此不做限制。该保护层105的设置能够解决探测器在高过载条件下玻璃光窗103破碎的问题。
通过在探测器的玻璃光窗103上粘接一片具有预设厚度的保护玻璃，且该保护玻璃上镀有增透膜，该种方式一方面不影响探测器的性能；另一方面，可解决探测器在高过载条件下玻璃光窗103破碎的问题。而且该种CMOS探测器以及其加固方式主要应用于高过载环境下，且达到了较好的效果，避免了探测器器件的损坏。
下面，将参考图1对本示例实施方式中的上述可见光CMOS探测器的各个结构进行更详细的说明。
在一个实施例中，所述保护层105由K9玻璃材料制成。具体的，保护层105是由K9玻璃制成的玻璃制品，并且K9玻璃是一种性能优异的光学材料，并且其具有抗激光损伤的特性和能力。
在一个实施例中，所述保护层105与所述玻璃光窗103的形状适配。具体的，为保证可见光CMOS探测器在使用过程中的精度及准确度，因此需保证粘接于玻璃光窗103上的保护层105与玻璃光窗103形状适配，即保证保护层105与玻璃光窗103完全重合。
在一个实施例中，该探测器在使用中能够承受的最大过载为12000g，其中g为重力加速度。具体的，探测器的玻璃光窗103材质为H-K9L，其机械性能如下：
剪切模量【G】=3.076×1010Pa；
杨氏模量【E】=7.438×1010Pa；
密度【ρ】=2.49g/cm3；
当探测器在承载10000g的过载时，其所承受的总压力为：
F=10000×g×ρ×V
其中，V为玻璃光窗103的体积。
本实施例中探测器玻璃光窗103的尺寸为18.06mm×18.06mm，厚度为0.55mm，其所承受的总压力为：
F=4.3774×104N
总压强为：
=1.34211×108Pa＜＜【G】&【E】
该探测器玻璃光窗103的悬空尺寸为：
16.2mm×16.2mm
其所承受的剪应力为：
=1.22823×109Pa
由上述计算公式可知，在静态下的理论计算表明，在不加保护玻璃的情况下，探测器本身玻璃光窗103的厚度能够满足过载要求。但考虑到静态计算和实际的高过载环境有很大区别，因此针对此做了过载试验验证，在10000g过载冲击下，的确出现玻璃光窗103破碎的情况。
而造成上述现象的原因有两个方面：一方面是本实施例中的高过载环境是指瞬间的过载，是动态过程，理论静态计算结果和实际作用过程有很大差别。另一方面是造成玻璃光窗103破碎的原因是因为应力集中或者共振造成的。
因此，针对上述原因本实施例提出了在玻璃光窗103上粘接保护玻璃的方案，以通过增加玻璃厚度来减小玻璃的固有频率，减少很大一部分产生共振的振动波，从而达到保护玻璃光窗103的目的。而且通过试验，本实施例提供的探测器在使用中能够承受的最大过载为12000g，但不限于此。
本示例实施方式中还提供了一种可见光CMOS探测器加固方法。参考图2中所示，该加固方法应用于上述实施例所述的可见光CMOS探测器上，该加固方法包括：
步骤S101：清理探测器的玻璃光窗103表面以及待安装保护玻璃的表面。
步骤S102：确认所述保护玻璃的镀膜面和粘接面。
步骤S103：将紫外光固化胶均匀涂抹于所述玻璃光窗103表面，并将所述保护玻璃的粘接面覆盖于所述玻璃光窗103表面。
步骤S104：保持所述探测器水平放置，使得所述保护玻璃与所述玻璃光窗103重合。
步骤S105：通过UV点光源固化机照射粘接有所述保护玻璃的所述探测器第一预设时长，使得所述保护玻璃与所述玻璃光窗103之间达到预固化。
步骤S106：将预固化处理后的所述探测器放置于紫外光固化装置中照射第二预设时长，以完成对所述探测器的加固。
在一个实施例中，在进行探测器表面保护玻璃的安装之前，将UV点光源固化机、紫外光固化装置准备就绪；在洁净室工作台中，将探测器表面以及待安装的保护玻璃清理干净，以保证其表面不能有任何污物、水印、灰尘等；确认保护玻璃镀膜层和粘接面，该保护玻璃为单面镀膜，在工艺过程中可使用普通白炽灯观察膜层，然后将镀膜的一面朝上，未镀膜的一面为粘接面朝下。滴适量（足够均布整个探测器表面）的紫外光固化胶于图像探测器表面中央，在一个示例中，所述紫外光固化胶采用NOA61型号，该种光学胶是一种透明、无色、在紫外光照射下即可固化的液态光聚物；将保护玻璃粘接面朝下覆于探测器表面；轻轻压住保护玻璃并小幅移动，使探测器与保护玻璃之间的胶均布同时挤出两者之间的空气；如果有多余的胶液流至探测器周围其他元器件上，可使用无尘布擦拭干净，如果保护玻璃上表面（镀膜层）粘上了胶液必须清理干净；保持探测器水平放置，将保护玻璃与下方探测器对齐（完全重合）；再次确认胶液已均布且探测器与保护玻璃之间无汽包、污物、水印、灰尘等；使用UV点光源固化机照射探测器，使探测器表面所有胶液覆盖的区域都得到照射并达到预固化，照射时长为第一预设时长。在一个示例中，所述第一预设时长介于2.5~4秒之间，具体可照射3秒以使胶液预固化，但不做限制。如探测器面积较大，应移动UV点光源并适当延长照射时间以确保所有区域都达到预固化；确认保护玻璃已完成定位后，将探测器放入紫外光固化装置中照射3小时便可完成对探测器的加固。
在步骤S105中具体还包括，移动所述UV点光源固化机，并延长照射时间以确保所述保护玻璃与探测器接触的所有区域均达到预固化。具体的，在探测器表面比较小时，可直接通过UV点光源固化机全面照射探测器上胶液覆盖的区域，若是探测器的表面积比较大时，则需要移动UV点光源固化机，使得探测器上的胶液覆盖区域均能够被照射，为确保所有区域均能够达到预固化的效果，还需延长照射时间，具体可根据实际情况进行设置。
在步骤S106之前还包括，再次确认所述保护玻璃与所述玻璃光窗103是否完全重合，若重合则将所述探测器放置于紫外光固化装置中照射第二预设时长。具体的，保护玻璃与探测器预固化处理完成后，保护玻璃与探测器之间的粘接并不是特别牢固，因此在下一步通过紫外光固化之前需要再次检查保护玻璃与玻璃光窗103是否完全重合，只有在确定完全重合的情况下，才能够将探测器放置于紫外光固化装置中照射第二预设时长，在一个示例中，所述第二预设时长介于3~3.5小时之间。具体可照射3个小时，但不做限定。
本实施例通过将高分辨率的CMOS探测器器件应用于高过载环境下，由于其分辨率较高，在高过载环境下应用较好，但同时存在两个问题，其一是高分辨率的CMOS探测器意味着面阵更大，其所承受的冲击更大。因此，在高过载环境下探测器的玻璃更容易破碎；其二是一般的CMOS探测器的玻璃光窗103本身比较薄，本身就易碎影响探测器使用。基于上述问题，本实施例通过计算以及实际验证等技术手段，通过在探测器的玻璃光窗103上粘接一片具有预设厚度的保护玻璃，且该保护玻璃上镀有增透膜，该种方式一方面将不影响探测器的性能；另一方面，可解决探测器在高过载条件下玻璃光窗破碎的问题。而且该种CMOS探测器以及其加固方式主要应用于高过载环境下，且达到了较好的效果，避免了探测器器件的损坏。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”包括第一和第二特征直接接触，也包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (9)
1.一种可见光CMOS探测器加固方法，应用于可见光CMOS探测器上，该探测器包括，基体，具有容纳腔；光敏层，设置于所述容纳腔底部；玻璃光窗，设置于所述容纳腔上方，并与所述基体粘接，以将所述容纳腔进行密封；其中，所述光敏层与所述玻璃光窗之间具有真空层；保护层，粘接于所述玻璃光窗上方，且该保护层上方镀有增透膜，该保护层厚度介于1.5mm~2.5mm之间，以保证该探测器在使用中能够承受预设过载；其特征在于，所述方法包括：
清理探测器的玻璃光窗表面以及待安装保护玻璃的表面；
确认所述保护玻璃的镀膜面和粘接面；
将紫外光固化胶均匀涂抹于所述玻璃光窗表面，并将所述保护玻璃的粘接面覆盖于所述玻璃光窗表面；
保持所述探测器水平放置，使得所述保护玻璃与所述玻璃光窗重合；
通过UV点光源固化机照射粘接有所述保护玻璃的所述探测器第一预设时长，使得所述保护玻璃与所述玻璃光窗之间达到预固化；
将预固化处理后的所述探测器放置于紫外光固化装置中照射第二预设时长，以完成对所述探测器的加固。
2.根据权利要求1所述可见光CMOS探测器加固方法，其特征在于，所述保护层由K9玻璃材料制成。
3.根据权利要求1所述可见光CMOS探测器加固方法，其特征在于，所述保护层与所述玻璃光窗的形状适配。
4.根据权利要求1所述可见光CMOS探测器加固方法，其特征在于，该探测器在使用中能够承受的最大过载为12000g。
5.根据权利要求1所述可见光CMOS探测器加固方法，其特征在于，所述通过UV点光源固化机照射粘接有所述保护玻璃的所述探测器第一预设时长的步骤，还包括：
移动所述UV点光源固化机，并延长照射时间以确保所述保护玻璃与探测器接触的所有区域均达到预固化。
6.根据权利要求1所述可见光CMOS探测器加固方法，其特征在于，所述将预固化处理后的所述探测器放置于紫外光固化装置中照射第二预设时长的步骤之前，还包括：
再次确认所述保护玻璃与所述玻璃光窗是否完全重合，若重合则将所述探测器放置于紫外光固化装置中照射第二预设时长。
7.根据权利要求1所述可见光CMOS探测器加固方法，其特征在于，所述第一预设时长介于2.5~4秒之间。
8.根据权利要求1所述可见光CMOS探测器加固方法，其特征在于，所述第二预设时长介于3~3.5小时之间。
9.根据权利要求1所述可见光CMOS探测器加固方法，其特征在于，所述紫外光固化胶采用NOA61型号。
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