本申请提供了一种超表面成像装置。该超表面成像装置包括光阑、至少一个超表面镜片和成像传感器，其中，光阑用于对入射的光束进行限制；至少一个超表面镜片与所述光阑对准并具有多个相位补偿结构，以对经所述光阑限制后的光束进行偏折处理以对其进行相位补偿；成像传感器则将经所述相位补偿后的光转换为与所述光的信号成比例的电信号。所述多个相位补偿结构中的每一个所产生的相位补偿随着距所述光阑的中心的距离的变化而变化。本申请提供的相位补偿结构的相位补偿能根据主光线角的变化而变化，使得超透镜能具有一定的视场角。
【技术实现步骤摘要】
一种超表面成像装置
本申请涉及光学器件的领域，更具体地，涉及一种超表面成像装置。
技术介绍
现有摄像领域中用于成像、透射等的镜头均是采用由树脂、塑料、玻璃等透明体材料制成镜片。由于此类镜片需通过透过厚度的渐变来引入光程差，从而使得光线产生聚焦或发散的效果，因此一般需要具有较大的尺寸。2015年3月Capasso等人在Science杂志347卷期号6228上发表了超表面的论文，并由此引发了全世界对于超表面透镜的研究。超表面透镜与传统透镜的不同之处在于，超表面透镜采用由微纳米尺度结构引入的、与形状相关的Pancharatnam-Berry相位差，以使得被散射的入射光的相位可以被任意调制从而代替传统透镜所依赖的光程差。因此，超表面透镜可以形成更易于集成的实质上平面的光学器件，并且尺寸相对于传统透镜可以大大降低。由于超表面透镜在原理上所依赖的是衍射光学而非几何光学，因而可以从设计上避免球差等传统镜头的固有像差，但是相反地，会产生特定于衍射光学的新类型的像差。目前的现有技术中使用超表面成像均限于傍轴成像的情况，即采用显微镜头研究平行于光轴的细光线在中心视场成像。而在实际应用场景中，镜头必须将一定视场角范围内所有的入射光线成像在像面处的传感器上，而不能限于傍轴情况，这就必须要求面向应用的超表面透镜的设计必须考虑到使多个视场角都能得到正常成像。
技术实现思路
本申请的一方面提供了一种超表面成像装置。该超表面成像装置可包括光阑、至少一个超表面镜片和成像传感器，其中，光阑用于对入射的光束进行限制；至少一个超表面镜片与所述光阑对准并具有多个相位补偿结构，以对经所述光阑限制的光束进行偏折处理以对其进行相位补偿。成像传感器则将经过所述相位补偿后的光转换为与所述光的信号成比例的电信号。其中，所述多个相位补偿结构中的每一个所产生的相位补偿随着距所述光阑的中心的距离的变化而变化。在一个实施方式中，所述光阑的中心与所述超表面镜片的中心在光轴方向上对准。在一个实施方式中，所述相位补偿从所述超表面镜片的中心沿所述超表面镜片的径向方向呈衰减周期性的变化。在一个实施方式中，位于所述超表面镜片上的所述多个相位补偿结构中的每一个相对于所述超表面镜片的任一径向方向形成的旋转角度随着距所述超表面镜片的中心的距离的变化而改变。在一个实施方式中，所述多个相位补偿结构中的每一个的所述旋转角度从所述超表面镜片的中心沿所述超表面镜片的径向方向呈衰减周期性的变化。在一个实施方式中，所述超表面镜片还包括透明衬底，其中，所述相位补偿结构在所述透明衬底上通过电介质材料形成。在一个实施方式中，形成所述相位补偿结构的所述电介质材料为无机电介质材料，所述无机电介质材料的折射率与形成所述衬底的材料的折射率不同。在一个实施方式中，所述无机电介质材料的折射率大于形成所述透明衬底的材料的折射率。在一个实施方式中，所述无机电介质材料包括硫化锌、氟化镁、二氧化钛、氧化锆、氢化硅、晶体硅、氮化硅、非晶硅、氮化镓、磷化镓、砷化镓中的至少一种。在一个实施方式中，形成所述透明衬底的材料是无机材料，所述无机材料包括导电玻璃ITO、氧化铝、氧化锌、氟化镁、二氧化硅中的一种。在一个实施方式中，形成所述透明衬底的材料是树脂类有机透明材料。在一个实施方式中，所述超表面镜片与所述成像传感器的距离小于所述超表面镜片与所述光阑的距离。在一个实施方式中，所述相位补偿结构被形成为长方体翅片。在一个实施方式中，所述相位补偿结构是高200-800nm、长和宽均在30-500nm的长方体翅片。在一个实施方式中，所述相位补偿结构被形成为长方体、柱体或半球体的实心微纳结构。在一个实施方式中，所述实心微纳结构上进一步形成有长方体、柱体或半球体的空心结构。本申请的另一方面提供了这样一种超表面成像装置，其包括：光阑，用于对入射的光束进行限制；至少一个超表面镜片，与所述光阑对准并具有多个相位补偿结构，以对所述光阑限制后的光束进行偏折处理以对其进行相位补偿；以及成像传感器，将经过所述相位补偿后的光转换为与所述光的信号成比例的电信号。其中，每个所述超表面镜片包括：第一部分，所述第一部分位于所述超表面镜片的中央，包含第一多个相位补偿结构；以及第二部分，所述第二部分包围所述第一部分，包含第二多个相位补偿结构，其中，经所述第一多个相位补偿结构和所述第二多个相位补偿结构进行所述相位补偿的光束分别入射在所述成像传感器上的、不相重叠的第一干涉相长位置和第二干涉相长位置处。在一个实施方式中，所述光阑的中心与所述超表面镜片的中心在光轴方向上对准。在一个实施方式中，在所述第一部分中，所述第一多个相位补偿结构在靠近和远离所述超表面镜片的中心的方向上所引入的相移变化对称。在一个实施方式中，在所述第二部分中，所述第二多个相位补偿结构在靠近和远离所述超表面镜片的中心的方向上所引入的相移变化不对称。在一个实施方式中，所述超表面镜片还包括透明衬底，其中，所述相位补偿结构在所述透明衬底上通过电介质材料形成。在一个实施方式中，形成所述相位补偿结构的所述电介质材料为无机电介质材料，所述无机电介质材料的折射率与形成所述透明衬底的材料的折射率不同。在一个实施方式中，所述无机电介质材料的折射率大于形成所述透明衬底的材料的折射率。在一个实施方式中，所述无机电介质材料包括硫化锌、氟化镁、二氧化钛、氧化锆、氢化硅、晶体硅、氮化硅、非晶硅、氮化镓、磷化镓、砷化镓中的至少一种。在一个实施方式中，形成所述透明衬底的材料是无机材料，所述无机材料包括导电玻璃ITO、氧化铝、氧化锌、氟化镁、二氧化硅中的一种。在一个实施方式中，形成所述透明衬底的材料是树脂类有机透明材料。在一个实施方式中，所述超表面镜片与所述成像传感器之间的距离小于所述超表面镜片与所述光阑之间的距离。在一个实施方式中，所述相位补偿结构被形成为长方体翅片。在一个实施方式中，所述相位补偿结构被形成为长方体、柱体或半球体的实心微纳结构。在一个实施方式中，所述实心微纳结构上进一步形成有长方体、柱体或半球体的空心结构。本申请的另一方面提供了这样一种超表面成像装置，其包括：光阑，用于对入射的光束进行限制；至少一个超表面镜片，与所述光阑对准并具有多个相位补偿结构，以对所述光阑限制后的光束进行偏折处理以对其进行相位补偿；以及成像传感器，将经过所述相位补偿后的光转换为与所述光的信号成比例的电信号；其中所述超表面镜片具有多个相位补偿结构，所述相位补偿结构的等效焦距在远离所述超表面镜片中心的方向上逐渐增大。在一个实施方式中，所述光阑的中心与所述超表面镜片的中心在光轴方向上对准。在一个实施方式中，所述相位补偿从所述超表面镜片的中心沿所述超表面镜片的径向方向呈衰减周期性的变化。在一个实施方式中，位于所述超表面镜片上的所述多个相位补偿结构中的每一个相对于所述超表面镜片的任一径向方向形成的旋转角度随着距所述超本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超表面成像装置，其特征在于，所述超表面成像装置包括：/n光阑，用于对入射的光束进行限制；/n至少一个超表面镜片，与所述光阑对准并具有多个相位补偿结构，以对经所述光阑限制的光束进行偏折处理以对其进行相位补偿；以及/n成像传感器，将经所述相位补偿后的光转换为与所述光的信号成比例的电信号；/n其中，所述多个相位补偿结构中的每一个所产生的相位补偿随着距所述光阑的中心的距离的变化而变化。/n
【技术特征摘要】
1.一种超表面成像装置，其特征在于，所述超表面成像装置包括：
光阑，用于对入射的光束进行限制；
至少一个超表面镜片，与所述光阑对准并具有多个相位补偿结构，以对经所述光阑限制的光束进行偏折处理以对其进行相位补偿；以及
成像传感器，将经所述相位补偿后的光转换为与所述光的信号成比例的电信号；
其中，所述多个相位补偿结构中的每一个所产生的相位补偿随着距所述光阑的中心的距离的变化而变化。
2.根据权利要求1所述的超表面成像装置，其特征在于，所述光阑的中心与所述超表面镜片的中心在光轴方向上对准。
3.根据权利要求2所述的超表面成像装置，其特征在于，所述相位补偿从所述超表面镜片的中心沿所述超表面镜片的径向方向呈衰减周期性的变化。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的超表面成像装置，其特征在于，所述超表面镜片还包括透明衬底，其中，所述相位补偿结构在所述透明衬底上通过电介质材料形成。
5.根据权利要求4所述的超表面成像装置，其特征在于，形成所述相位补偿结构的所述电介质材料为无机电介质材料，所述无机电介质材料的折射率与形成所述透明衬底的材料的折射率不同。
6.根据权利要求5所述的超表面成像装置，其特征在于，所述无机电介质材料的折射率大于形成所述透明衬底的材料的折射率。
7.根据权利要求5所述的超表面成像装置，其特征在于，所述无机电介质材料包括硫化锌、氟化镁、二氧化钛、氧化锆、氢化硅、晶体硅、氮化硅、非晶硅、氮化镓、磷化镓、砷化镓中的至少一种。
8.一种超表面成像装置，其特征在于，所述超表面成像装置包括：
光阑，用于对入射的光束进行限制；
至少一个超表...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨萌，戴付建，赵烈烽，
申请(专利权)人：浙江舜宇光学有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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