[发明专利]一种超构透镜阵列器件

说明书

本发明公开了一种超构透镜阵列器件，CMOS图像处理器的电路板、感光元件、OCA光学胶、超构表面、氧化铟锡和氧化硅透明基底顺次连接，连接方式靠的是分子之间的附着力，除了OCA光学胶3没有连接结构。所述的超构表面为电介质纳米结构阵列。本发明可以实现全斯托克斯的偏振检测，因为超构透镜可以同时获得四种偏振的强度，可以作为哈德曼传感器使用。本发明将四焦点透镜进行阵列，可进行不同的偏振光场成像，体现了多功能的优点。本发明将超构表面做的透镜的成像距离设计为胶的厚度加CMOS封装层与感光芯片距离之和，可以直接将超构表面集成在CMOS感光芯片上，CMOS可以直接提取光强信息，大大缩小了系统空间体积，体现了超紧凑的特点。

技术领域

本发明涉及一种超构透镜阵列器件，属于纳米光学领域。

背景技术

传统的偏振成像系统和光场成像系统是分开的，而且其光学系统往往很复杂，加工精度要求高导致加工困难，笨重的体积使得器件难以集成。而随着智能设备的发展，光学系统的各类器件都向着微型化、集成化、多功能、高性能的方向发展。近年来，一种由亚波长尺寸和间隔的结构在二维平面内排列而成的超构表面被提出用来调控电磁波参量，通过合理地设计结构的形状、尺寸、位置和方向，超构表面可以实现光的相位、振幅、偏振和频率所有参量的任意调控，再加上超构表面超薄、超平的特点，将传统光学元件重新设计成轻薄化、多功能的新型元件，有望为减小光学系统复杂性给出新方案。

目前国内外学者针对超构表面用于偏振成像做了一些探索，其中有利用几何相位的共轭特性实现圆偏振光以及利用各向异性的传播相位实现线偏振光的探测，以及同时利用这两种相位的实现全斯托克斯参量的偏振测量。但是，目前研究中偏振探测和成像中都是将超构表面作为单独元件，仍需要较大的空间光路，并未体现出超薄的特点。此外，目前的偏振探测成像功能单一，无法获得额外信息。事实上，超构表面的主要优势之一就是对于偏振的亚波长调控，利用这一特点不仅能将超构表面设计成全斯托克斯偏振通道的成像，还能将超构表面设计的更复杂，做出透镜阵列用于光场成像，获得更多的物体信息。

发明内容

本发明提出了一种基于超构表面的偏振检测与偏振光场集成成像器件及实现方法。

该器件由透明电介质基底和一层电介质纳米柱结构阵列组成的超构表面，并与CMOS感光器件集成而成。该器件主要依赖于超构表面的设计及制造。超构表面为超构透镜阵列，用来光场成像，而每个超构透镜在横向有四个焦点，分别对四种偏振光敏感用来偏振检测及成像。之后将设计制造好的超构表面与CMOS感光芯片集成，经过CMOS处理器的处理得到偏振检测及偏振光场成像的效果。

本发明的目的是提供一种基于超构表面的偏振检测与偏振光场集成成像的器件及实现方法，通过将四焦点超构透镜、四偏振通道超构透镜阵列后与CMOS感光芯片集成，利用成像算法从而实现偏振成像与光场成像。

一种超构透镜阵列器件，CMOS图像处理器的电路板1、感光元件2、OCA光学胶3、超构表面4、氧化铟锡5和氧化硅透明基底6顺次连接，连接方式靠的是分子之间的附着力，除了OCA光学胶3没有连接结构。所述的超构表面4为电介质纳米结构阵列。

进一步地，CMOS图像处理器的电路板1及感光元件2，所采用的CMOS图像处理器型号不限，实验中使用的为thorlab公司的DMM 27UJ003-ML相机图像处理器，像素大小1.67μm，像素数3856×2764。

进一步地，OCA光学胶3为电阻式，厚度50μm，透光率大于99％的双面胶。

进一步地，超构表面4结构材料、尺寸下面已有说明，幅面尺寸根据CMOS图像处理器制作以覆盖CMOS图像处理器的感光区域。

进一步地，氧化铟锡5为透明电极材料。厚度几十nm。

进一步地，氧化硅透明基底6制作成与CMOS封装玻璃一样大，厚度300微米。