扫描器件制造技术

一种适合于用作为相机或太阳汇聚器的扫描光学器件。

Scanning Device

A scanning optical device suitable for use as a camera or solar concentrator.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】扫描器件相关申请的交叉引用。本申请要求2016年6月7日提交的题为“FlatOpticalCamera”的美国临时专利申请序列号62/346,757、2016年6月7日提交的题为“FlatCoherentSolarConcentrator”的美国临时专利申请序列号62/346,779、以及2017年2月3日提交的题为“DielectricTravellingWaveguidewithVaractorstoControlBeamDirection”的美国临时专利申请序列号为62/454,393的优先权，这些美国临时专利申请中的每个的整体内容被通过引用合并于此。
技术介绍
在电介质波导的使用方面的最近的进展提供通常与天线阵列关联的功能。波导一般被配置为具有顶部表面、底部表面、馈送端和负载端的加长平板。可以通过两个或更多个电介质材料层（诸如氮化硅、二氧化硅、氟化镁、二氧化钛或适合于在想要的频率或操作波长下的传播的其它材料）来形成平板。在一种实现中，在层之间形成物理间隙。还提供控制元件以调整间隙的大小。控制元件可以例如是压电或电激活材料或机械位置控件。改变可调整的间隙的大小具有改变波导的有效传播常数的效果。这进而允许以不同的角度扫描所得到的束。这些器件已经被设计用于在射频下使用，充当有向无线电天线，并且在可见波长下充当太阳能汇聚器。对于一些示例实现而言，参见美国专利8,582,935、8,710,360和9,246,230，其被通过引用合并于此。如在那些专利中解释的那样，还可以使用具有作为从激励端到负载端的距离的函数而改变的电介质常数的耦合层。通过以此方式在波导与校正层之间提供增加的耦合，从而可以控制水平和垂直模式传播速度。邻近的电介质层可以是由具有不同的传播常数的材料的形成。在那些实现中，低电介质常数材料的层可以与高电介质常数材料的层交替。这些配置可以提供在束形状和束角度上的不依赖于频率的控制。波导也可以充当用于天线元件的线阵列的馈送部。在一些实现中，使用一对波导。（多个）可变电介质波导与天线元件之间的耦合也可以是被单独地控制的，以提供每个天线元件的精确定相。参见例如美国专利9,509,056，其被通过引用合并于此。天线阵列的元件也可以是由形成自被邻近具有可重新配置的层间间隙的波导部署的传输线的结构串联地馈送的。传输线可以是低色散微带、带线、槽线、共面波导或任何其它准TEM或TEM传输线结构。在电介质层之间引入的间隙提供特定的特性（诸如可变的传播常数）以控制阵列的扫描。替换地，压电或电激活聚合物（EAP）致动器材料可以提供或控制层之间的间隙，允许这些层膨胀或者引起凝胶、空气、气体或其它材料压缩。针对更多细节，参见2015年5月1日提交的美国专利申请14/702,147，其被通过引用合并于此。
技术实现思路
在此描述的装置是一种类型的电介质行进波导器件，其可以被用于在两个维度上操控光学辐射。光学器件可以被用作为相机或太阳汇聚器。在优选的实现中，器件包括第一或主波导，其一般是具有顶部表面和出射面的加长矩形。渐进延迟层被放置在顶部表面上。第二或辅助渐进延迟层和波导被邻近于主波导的出射面部署。由各层引入的延迟优选地是连续的线性的传播延迟。它可以被实现为具有特定形状或构造的材料层，如下面将描述的那样。对于相机实现而言，光学检测器（诸如均用于红色、绿色和蓝色波长的一个光电二极管）或宽带器件（诸如电荷耦合器件（CCD））被邻近于辅助波导的出射面部署。对于太阳汇聚器实现而言，（多个）检测器可以包括一个或多个金属绝缘体金属（Metal-Insulator-Metal，MIM）整流器。与相机实现一样，（多个）太阳检测器可以是宽带的，或者可以由多个更窄带的检测器提供。通过控制波导和/或渐进延迟层的折射率（ε），人们可以进而通过控制到达顶部表面上并且因此到达（多个）检测器上的能量的入射角来扫描器件。可以通过调整波导与延迟层之间的间隙的大小来控制折射率。在固态实现中，可以利用控制被部署在两个或更多个波导层之间的传播路径的阻抗的一系列变容二极管来控制折射率。可以利用相同或不同厚度的多个衬底层来实现装置。不同厚度的层可以进一步被布置有啁啾或布拉格间隔以提供不依赖于频率的操作。附图说明应当连同随附附图一起阅读以下的对优选实施例的描述，在附图中：图1是器件的一种实现的等距视图。图2A和图2B是使用楔形件和间隙层的器件的更详细的视图。图3是归一化幅度对于角度的图线。图4是示出余弦平方加权的与图3的图线类似的图线。图5是针对楔形件和波导的折射率对于延迟的图线。图6是一旦这些楔形件和波导匹配的结果。图7A是使用器件作为彩色相机的一种实现的框图。图7B是使用器件以提供包括距离以及图像信息的三维像素信息的另一实现。图8A至图8C图示替换的实施例。图9A、图9B、图9C和图9D图示固态实现。图10A、图10B和图10C图示其它固态实现。图11A、图11B和图11C比较空气间隙和变容二极管实现。具体实施方式扫描器件在此描述的是被适配用于在可见范围中扫描以提供平坦光学相机或在太阳波长下扫描以提供平坦太阳汇聚器的波导结构。特定实现使用具有波导结构配置的辅助渐进延迟来对具有波导结构的主渐进延迟进行馈送以在二维（2D）中进行扫描。图1是如下的一种这样的实现的透视图：其中相机由主矩形波导结构11提供。应当理解的是，可以使用类似的结构以提供太阳汇聚器。波导11一般是具有顶部表面和出射面的加长矩形。用于波导的典型的电介质材料可以包括氮化硅、二氧化硅、氟化镁、二氧化钛或适合于在想要的工作波长下的传播的其它材料。渐进延迟层12被放置在顶部表面上。第二或辅助渐进延迟层22和波导21被邻近于主波导的出射面部署。由层12、22引入的延迟优选地是连续的线性的传播延迟。它可以被实现为具有特定形状的材料层或者如下面将描述那样以其它方式实现。对于相机实现而言，光学检测器30（诸如均用于红色、绿色和蓝色波长的一个光电二极管）或宽带器件（诸如电荷耦合器件（CCD））被邻近于辅助波导22的出射面部署。在太阳汇聚器的情况下，（多个）检测器30可以包括一个或多个MIM整流器。与相机实现一样，太阳检测器可以是宽带的，或者可以由多个更窄带的检测器提供。通过控制波导11、21和/或渐进延迟层12、22的折射率（ε），人们可以进而控制到达顶部面上并且因此到达（多个）检测器30上的能量的入射角。图2A和图2B是实现的详细的侧视图和顶视图。如图2A中示出那样，主结构100包括具有可调整间隙102的波导101以提供有效的可控折射率，以用于经由成角度的渐进延迟层104接收能量。一个或多个合适的检测器105（诸如相机实现的情况下的光电二极管或太阳汇聚器的情况下的MIM二极管）被邻近于波导放置。图2A和图2B还示出辅助结构110，其被邻近于主结构100部署并且与之成角度（诸如成直角（与之正交））。渐进延迟层被放置在具有可调整间隙112的波导111与主结构中的波导101的输出边缘之间。在太阳汇聚器实现的情况下，辅助结构110可以提供进一步的延迟，从而沿着主结构接收的能量在检测器105处被相干地“同相”相加。辅助结构110提供进一步的延迟，从而沿着主结构接收的能量在检测器30处相干地“同相”相加。主结构100提供渐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学扫描装置，包括：主波导结构，其形成为具有顶部表面和出射面的加长的矩形状；主渐进延迟层，其被邻近于主波导的顶部表面部署；第二波导和第二渐进延迟层，其被邻近于主波导的出射面部署，第二波导也具有顶部表面和出射面；一个或多个检测器，其被邻近于第二波导的出射面部署；以及其中，各波导和/或各渐进延迟层的折射率（ε）是可调整的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.07 US 62/346757;2016.06.07 US 62/346779;201.一种光学扫描装置，包括：主波导结构，其形成为具有顶部表面和出射面的加长的矩形状；主渐进延迟层，其被邻近于主波导的顶部表面部署；第二波导和第二渐进延迟层，其被邻近于主波导的出射面部署，第二波导也具有顶部表面和出射面；一个或多个检测器，其被邻近于第二波导的出射面部署；以及其中，各波导和/或各渐进延迟层的折射率（ε）是可调整的。2.如权利要求1所述的装置，其中，主渐进延迟层的色散匹配于主渐进延迟层的色散；以及第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：JT阿波斯托罗斯，W穆约斯，
申请(专利权)人：AMI研发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US