[发明专利]用于角度过滤的具有受控的角度选择性的角度光过滤单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于角度过滤的具有受控的角度选择性的角度光过滤单元，以及一种用于在若干入射角下进行选择性角度过滤的设备。本发明尤其适用于多方向光检测，更特别地适用于红外多方向光检测。

背景技术

对非常多变的场所诸如建筑物内部进行监测，以便根据检测到的人类存在、用于监测的通道路线、具有各种风险(例如有毒泄漏的检测)的工业现场或者大规模公众游行的地方来调整照明、供暖和/或空气调节从而保障他们的安全，需要适当的远程检测系统。值得注意的是，红外光检测允许检测到人类存在，并且还允许检测到在红外下具有光谱特征信号的气体(诸如例如甲烷、二氧化碳、氨气、低氧化氮等)。目前，这种类型的远程检测通过装配有“广角”物镜的照相机，诸如例如Bertin技术公司销售的用于气体检测的照相机来完成。然而，这些光学器件的高成本以及待处理图像的复杂度所产生的成本使得这些照相机特别昂贵。近来的出版物已经研究了使用针孔照相机和红外检测器生产非常广角红外成像器的可能性，尤其用于监测应用(参见例如G.Druart等人的“Compact infrared pinhole fisheye for wide field applications”，Appl.Opt.,48(6)1104-1113(2009))。与传统的光学器件相比，这些成像器使得节省了成本和空间。然而，仍然需要用于检测的适于波长的光学透镜，这涉及到系统的高成本。

与用于远程监测应用的广角红外成像系统的发展并行，若干年来已观察到纳米结构的(或者更精确地，子波长)光过滤器的持续发展，尤其是用于红外多光谱成像应用。这些带通滤波器可以于透射、反射或者吸收模式下操作。已知有基于微电子技术的各种技术，并且它们都允许大规模并行制造。

在纳米结构光过滤器中，例如已知的有干扰过滤器(参见例如A.Piegari等人的“variable narrowband transmission filters with a wide rejection band for spectrometry”，Appl.Opt.45.16,3768-3773页(2006))。干扰过滤器是由多层组件形成的，纳米结构在垂直于所述层的表面的方向上实现。

还已知有具有在元件平面中形成的纳米结构的纳米结构光过滤器。包括厚的独立金属栅(即，其栅厚度与栅狭缝的宽度相比较大)的透射过滤器由此例如已知用于多光谱成像应用(参见例如R.等人的“Free-standing sub-wavelength metallic gratings for snapshot multispectral imaging”,Appl.Phys.Lett.,96,221104(2010))。在P.Ghenuche等人的文章(“Optical extinction in a single layer of nanorods”,Phys.Rev.Lett.,109,143903(2012))中，描述了由介质栅形成的反射过滤器。过滤器还已知使用导模共振(或者GMR)。这些过滤器可以是使用反射或透射模式的全介质的(参见例如Y.Ding等人的"Doubly resonant single-layer band-pass optical filters",Opt.Lett.,29,10(2004)以及A.-L.Fehrembach等人的"Experimental demonstration of a narrowband,angular tolerant,polarization independent,doubly periodic resonant grating filter",Opt.Lett.,32,15(2007))或者可以是金属-介质的(参见例如E.Sakat等人的“Metal-dielectric bi-atomic structure for angular-tolerant spectral filtering”,Opt.Lett.,38(4),425(2013))。最后，使用吸收的带通过滤器已经被证明用于波长选择检测应用(参见例如P.Bouchon等人的“Wideband omnidirectional infrared absorber with a patchwork of plasmonic nano-antennas”,Opt.Lett.,37(6),1038(2012))。这些吸收过滤器使用MIM(金属-绝缘体-金属的缩写)类型的结构。在这些出版物中，一个寻求的通用目标是能够根据给定规范定义带通过滤器的光谱响应，以及能够通过光刻技术在单个衬底上形成带通过滤器的拼接布局以便形成紧凑的多光谱或宽带成像器。