[发明专利]孔隙-超表面和混合折射-超表面成像系统

说明书

提供并有常规的光学元件和超表面元件及光源和/或检测器的混合成像系统，及制造以及操作此类光学布置的方法。系统和方法描述在照明源和传感器中集成孔隙与超表面元件和集成折射光学器件与超表面元件。

技术领域

本公开涉及超表面元件的光学布置、并有折射光学器件、光源和/或检测器及此类超表面元件的集成式系统，及此类光学布置和集成式系统的制造方法。

背景技术

超表面元件为衍射光学器件，其中个别波导元件具有亚波长间隔且具有平面轮廓。超表面元件最近被开发用于UV-IR波段(300至10,000nm)中。相较于传统的折射光学器件，超表面元件突然将相移引入到光场上。这使得超表面元件的厚度与所述超表面元件被设计以操作的光的波长相当，而传统的折射表面的厚度比所述折射表面被设计以操作的光的波长大10至100倍(或更大)。另外，超表面元件在构成元件的厚度方面没有变化，且因此能够在无任何曲率的情况下对光进行塑形，这是折射光学器件所需要的。相较于传统的衍射光学元件(DOE)，例如二元衍射光学器件，超表面元件能够在入射光场上赋予一系列相移，至少超表面元件可具有0到2π之间的相移，其中所述范围具有至少5个不同值，而二元DOE仅能够赋予两个不同的相移值且通常限于0或1π的相移。相较于多级DOE，超表面元件不需要其构成元件沿着光轴的高度变化，仅超表面元件特征的平面内几何形状发生变化。

发明内容

本申请案涉及超表面元件的光学布置、并有光源和/或检测器及此类超表面元件的集成式系统，及此类光学布置和集成式系统的制造方法。

许多实施例涉及成像系统，该成像系统包含：

至少一个图像传感器；

具有衬底厚度的衬底层，其安置于所述至少一个图像传感器上方的第一距离处，所述衬底层被配置成能被光的目标波长透射，所述衬底层具有远离所述至少一个图像传感器的第一表面和靠近所述至少一个图像传感器的第二表面；

孔隙，其安置在所述衬底的所述第一表面上且具有安置于其中的孔隙开口；及

多个相同或独特的纳米结构化元件的单层，其包括安置在所述第二表面上的超表面，使得照射在所述孔隙开口上的光穿过所述超表面的至少一部分，使得借此施加指定的角度偏转；

其中所述孔隙与超表面元件的层之间的距离被由所述衬底厚度确定的第二距离分开；且

其中所述孔隙和超表面元件的层被配置成横跨指定视场收集具有指定的操作带宽的光，且使入射光移位，使得其以零或接近零度的主光线角聚焦在所述至少一个图像传感器上。

在又许多实施例中，所述系统进一步包含安置在所述至少一个图像传感器顶上的玻璃盖。

在仍许多中，所述第一距离由包括固态间隔材料或气隙中的一个的间隔层确定。

在再又许多实施例中，所述视场为至少±30度。

在再又许多实施例中，所述系统进一步包含安置于所述超表面元件与所述至少一个图像传感器之间的窄带宽光学滤波器。

各种实施例涉及一种成像系统，其包含：

至少一个图像传感器；

具有衬底厚度的衬底层，所述衬底层被配置成能被光的目标波长透射，所述衬底层具有远离所述至少一个图像传感器的第一表面和靠近所述至少一个图像传感器的第二表面；

孔隙，其安置于所述衬底上方且具有安置于其中的孔隙开口；及

多个相同或独特的纳米结构化元件的单层，其包括安置在所述第一表面或所述第二表面中的一个上的超表面，使得照射在所述孔隙开口上的光穿过所述超表面的至少一部分，使得借此施加指定的角度偏转；

其中所述孔隙与超表面层之间的距离被第一距离分开；且