一种用于分光的超透镜及其设计方法以及图像传感器与流程

本技术涉及超透镜领域，尤其涉及一种用于分光的超透镜及其设计方法以及图像传感器。

背景技术：

1、彩色图像传感器在工作时，其像素单元的各子像素区域在理想情况下只接收特定波段的光，一种实现方式是通过分光元件将入射至图像传感器的不同波段的光分别导入对应的子像素区域。现有技术中已出现用于分光的超透镜，通常在超透镜的微纳结构的最小特征尺寸固定的情况下，微纳结构的深宽比越大，超透镜对光的调制效果越好。当选择一层微纳结构的超透镜用于分光时，为获得较佳的分光效果，通常深宽比较大，但现有的加工工艺可以加工的深宽比存在上限，导致优异的分光性能和良好的可加工性难以兼顾。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本技术实施例提供了一种用于分光的超透镜及其设计方法以及图像传感器，旨在解决现有技术中超透镜对于优异的分光性能和良好的可加工性难以兼顾的问题。

2、根据本技术实施例的一方面，公开了一种用于分光的超透镜的设计方法，所述超透镜用于将不同波段的光分别导入到感光像素层的像素单元的不同子像素区域，所述超透镜包括基底和设置于所述基底的复合微纳结构阵列，所述复合微纳结构阵列包括多个按规律排布的复合微纳结构，所述设计方法包括：

3、s10：根据所述超透镜的目标分光路径，确定所述超透镜在其各处位置对于不同波段的光分别所需提供的目标相位；

4、s20：根据复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值创建复合微纳结构数据库，其中，所述复合微纳结构包括至少两个叠置的微纳结构单元；

5、s30：基于所述目标相位和所述复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值，从所述复合微纳结构数据库中选择所述复合微纳结构，以获得所述超透镜。

6、在一些实施例中，执行s30之后，所述设计方法还包括：

7、s40：基于获得的所述超透镜获取其真实的全局相位分布，并基于所述全局相位分布和所述目标相位获得所述超透镜的全局相位偏差，其中，所述全局相位偏差用于表征所述全局相位分布相对于所述目标相位的偏离程度；

8、s50：判断所述全局相位偏差是否小于或等于全局相位偏差阈值；

9、若是，则输出所述超透镜，

10、若否，则至少重新执行s30至s50，直到所述全局相位偏差小于或等于所述全局相位偏差阈值。

11、在一些实施例中，至少重新执行s30至s50，直到所述全局相位偏差小于或等于所述全局相位偏差阈值，包括：重新执行s30至s50，直到所述全局相位偏差小于或等于所述全局相位偏差阈值。

12、在一些实施例中，至少重新执行s30至s50，直到所述全局相位偏差小于或等于所述全局相位偏差阈值，包括：重新执行s20至s50，直到所述全局相位偏差小于或等于所述全局相位偏差阈值。

13、在一些实施例中，所述全局相位偏差阈值小于或等于0.3rad。

14、在一些实施例中，根据复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值创建复合微纳结构数据库，包括：

15、直接创建所述复合微纳结构，以所述复合微纳结构为整体分别获取各所述复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值，并基于各所述复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值创建所述复合微纳结构数据库。

16、在一些实施例中，根据复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值创建复合微纳结构数据库，包括：

17、创建至少两个所述微纳结构单元，并分别获取各所述微纳结构单元对于不同波段的光的相位响应值；

18、将各所述微纳结构单元进行组合以生成所述复合微纳结构，所述复合微纳结构对于某一波段的光的相位响应值等于组成自身的各所述微纳结构单元对于某一波段的光的相位响应值的线性叠加值，根据复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值创建复合微纳结构数据库。

19、在一些实施例中，将各所述微纳结构单元进行组合以生成所述复合微纳结构，所述复合微纳结构对于某一波段的光的相位响应值等于组成自身的各所述微纳结构单元对于某一波段的光的相位响应值的线性叠加值，包括：

20、将各所述微纳结构单元进行组合以生成所述复合微纳结构，所述复合微纳结构对于某一波段的光的相位响应值等于组成自身的各所述微纳结构单元对于某一波段的光的相位响应值的线性叠加值；

21、以所述复合微纳结构为整体分别获取各所述复合微纳结构对于不同波段的光的真实相位响应值，判断各所述复合微纳结构对于同一波段的光的真实相位响应值与组成自身的各所述微纳结构单元对于同一波段的光的相位响应值的线性叠加值是否相等，若是，则保留该所述复合微纳结构，若否，则将该所述复合微纳结构从所述复合微纳结构数据库中剔除。

22、在一些实施例中，创建至少两个所述微纳结构单元，包括：

23、创建至少一个所述微纳结构单元，并基于其改变材料、横截面形状、横截面尺寸和旋转角度中的至少一个，以创建至少两个不同的所述微纳结构单元。

24、在一些实施例中，基于所述目标相位和所述复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值，从所述复合微纳结构数据库中选择所述复合微纳结构，以获得所述超透镜，包括：

25、基于所述复合微纳结构数据库内的所述复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值生成相位空间；

26、对所述相位空间进行网格划分，以将所述相位空间划分成至少两个相位子空间；

27、针对至少包括两个所述复合微纳结构的所述相位子空间内的所述复合微纳结构，按照预设规则剔除至少一个所述复合微纳结构，以更新所述相位子空间，更新所述复合微纳结构数据库；

28、基于所述目标相位和所述复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值，从所述复合微纳结构数据库中选择所述复合微纳结构，以获得所述超透镜。

29、在一些实施例中，按照预设规则剔除至少一个所述复合微纳结构，包括：

30、按照随机剔除的规则剔除至少一个所述复合微纳结构；或者，获取各所述复合微纳结构的透射率，按照透射率由低至高的顺序剔除至少一个所述复合微纳结构。

31、在一些实施例中，所述目标相位包括初始项和偏置常数，所述初始项是所述复合微纳结构在所述基底上位置坐标的函数；基于所述目标相位和所述复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值，从所述复合微纳结构数据库中选择所述复合微纳结构，以获得所述超透镜，包括：

32、生成偏置常数组，并获取所述偏置常数组对应的所述目标相位，其中，所述偏置常数组包括的所述偏置常数的个数与所述超透镜分光的波段数目相等；

33、基于各所述复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值与所述目标相位之间的相位偏差，从所述复合微纳结构数据库中选择所述复合微纳结构，并根据被选中的所有所述复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值与所述目标相位之间的相位偏差，获得所述偏置常数组对应的全局最小相位偏差；

34、对所述偏置常数组进行迭代，以更新所述目标相位，更新被选中的所有所述复合微纳结构，以及更新对应的全局最小相位偏差；

35、基于所述全局最小相位偏差，确定最优偏置常数组，并输出针对所述最优偏置常数组所选择的所述复合微纳结构，以获得所述超透镜。

36、在一些实施例中，基于所述全局最小相位偏差，确定最优偏置常数组，包括：

37、对于小于或等于全局最小相位偏差阈值的所述全局最小相位偏差，将其所对应的偏置常数组确定为所述最优偏置常数组。

38、在一些实施例中，基于所述全局最小相位偏差，确定最优偏置常数组，包括：

39、基于迭代次数和每次迭代中产生的所述全局最小相位偏差获得全局最小相位偏差走势图，对于在所述全局最小相位偏差走势图中处于拐点的所述全局最小相位偏差，将其所对应的偏置常数组确定为所述最优偏置常数组，其中，所述拐点为所述全局最小相位偏差的单调性发生变化时所对应的点。

40、在一些实施例中，组成同一个所述超透镜的各复合微纳结构的层数相等，且各复合微纳结构中位于同一层的所述微纳结构单元的高度相等。

41、本技术实施例的第二方面提供了一种超透镜，所述超透镜采用如上述任一项方法实施例所提供的方法设计得到。

42、本技术实施例的第三方面提供了一种图像传感器，图像传感器包括感光像素层和上述超透镜，所述超透镜与所述感光像素层对应设置。

43、本技术实施例中，超透镜的设计方法包括：先根据超透镜的目标分光路径，确定超透镜在其各处位置对于不同波段的光分别所需提供的目标相位；根据复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值创建复合微纳结构数据库，其中，复合微纳结构包括至少两个叠置的微纳结构单元；最后基于目标相位和复合微纳结构对于不同波段的光的相位响应值，从复合微纳结构数据库中选择复合微纳结构，以获得超透镜。本技术提供的超透镜设计方法通过从复合微纳结构数据库挑选对于不同波段的光的响应值与目标相位相符的复合微纳结构，所获得的超透镜具有良好的分光性能。并且，获得的超透镜的复合微纳结构由至少两个微纳结构单元叠置形成，可通过逐层加工微纳结构单元以制备复合微纳结构阵列，进而获得超透镜，因此，通过本技术提供的设计方法获得的超透镜与现有的半导体加工工艺高度兼容，使得通过本技术提供的设计方法获得的超透镜具有良好的可加工性。