[发明专利]一种超表面成像装置

说明书

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的光束进行偏折处理以对其进行相位补偿；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。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的中心的方向上逐渐增大。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。

分案申请声明

本申请是2020年4月24日递交的发明名称为“一种超表面成像装置”、申请号为202010331976.2的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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。