[发明专利]光场图像传感器、方法和应用

权利要求书

1.一种角度敏感像素装置，包括:

衬底；

周期为p₁的相位光栅，其位于所述衬底中，其中所述相位光栅特征在于与入射光场垂直的方向上折射率的周期性变化，并且所述相位光栅在其下方的塔尔博特平面中形成周期性强度图形；

周期为p₂的振幅透射分析光栅，其位于所述塔尔博特平面中；以及

位于所述分析光栅下方选定距离的传感器。

2.如权利要求1中所述的角度敏感像素装置，还包括图形化于所述相位光栅上的色散材料。

3.如权利要求1中所述的角度敏感像素装置，其中所述相位光栅包括二氧化硅。

4.如权利要求1中所述的角度敏感像素装置，其中所述传感器包括至少一对周期性的、交错的N+/P-衬底扩散二极管。

5.如权利要求1中所述的装置，其中p₂=p₁。

6.如权利要求1中所述的装置，其中所述分析光栅位于第二选定的塔尔博特距离z_T2=(m₂/n₂)(2p₁²/λ)处，其中m，n为正整数，而p₁等于或者大于λ。

7.如权利要求1中所述的装置，其中所述传感器位于第一选定的塔尔博特距离z_T1=(m₁/n₁)(2p₁²/λ)处，其中m，n为正整数，而p₁等于或者大于λ。

8.如权利要求1中所述的装置，其中该装置为一集成的CMOS半导体结构。

9.一种角度敏感像素装置，包括

衬底；

周期为p₁的相位光栅，其位于所述衬底之上，其中所述相位光栅特征在于与入射光场垂直的方向上折射率的周期性变化，并且所述相位光栅在其下方的塔尔博特平面中形成一周期性强度图形；以及

位于所述塔尔博特平面中的传感器。

10.如权利要求9中所述的角度敏感像素装置，还包括图形化于所述相位光栅上的色散材料。

11.如权利要求9中所述的角度敏感像素装置，其中所述相位光栅包括二氧化硅。

12.如权利要求9中所述的角度敏感像素装置，其中所述传感器包括至少一对周期性的、交错的N+/P-衬底扩散二极管。

13.如权利要求9中所述的角度敏感像素装置，其中所述传感器位于选定的塔尔博特距离z_T1=(m₁/n₁)(2p₁²/λ)处，其中m，n为正整数，而p₁等于或者大于λ。

14.如权利要求9中所述的装置，其中所述装置为一集成的CMOS半导体结构。

15.一种光场成像装置，其包括权利要求1或者20中所述的角度敏感像素装置所构成的二维的、M×N的阵列，其中M和N为等于或者大于1的整数。

16.一种用于制备基于相位光栅的角度敏感像素装置的方法，其包括以下步骤

a)提供标准CMOS堆叠，其包括多层嵌入在二氧化硅中的图形化金属层，其中所述多层图形化金属层使得所述基于相位光栅的ASP的相位光栅的顶部和底部区域特征化；

b)蚀刻所述二氧化硅，并停止在所述图形化金属层的至少一层上，从而至少限定所述基于相位光栅的角度敏感像素的较高部分；

c)i)蚀刻所述二氧化硅，并停止在所述图形化金属层中的至少两层上，从而蚀刻出所述基于相位光栅的角度敏感像素中的相位光栅的所述较高部分以及一较低部分；或者

ii)使用计时的氧化层蚀刻来蚀刻所述基于相位光栅的角度敏感像素中的相位光栅中的较低部分，并且

d)蚀刻所述图形化金属层，以在所述二氧化硅和相邻材料之间形成一图形化界面，其表示所述基于相位光栅角度敏感像素中的相位光栅。

17.如权利要求16中所述的方法，还包括选择一对金属层来控制所述相位光栅的高度。