包括具有包括发散和会聚光学特性两者的相位函数的超构光学元件的成像系统的制作方法

本公开涉及包括超构光学元件(meta optical element)的成像系统。

背景技术：

1、移动电话照相机透镜系统有时包括聚合物折射透镜的堆(stack)。该堆可以包括抵消系统焦距的场角依赖性的场校正器透镜。场校正器透镜可以具有例如包括凹部和凸部这两者的透镜表面。在同一表面上具有凹部和凸部的透镜有时被认为具有s形状或具有s形式。透镜表面的凹部对应于透镜相位函数的发散部。也就是说，穿过凹部的光波发散或被散射远离焦点或中心线。发生这种发散是因为透镜的中心较薄、并且向周边较厚，导致进入透镜的光被折射远离透镜的中心。另一方面，透镜表面的凸部对应于透镜相位函数的会聚部。也就是说，会聚部使光线会聚或集中，以形成真实图像。

技术实现思路

1、本公开描述了包括具有相位函数的超构光学元件的设备和成像系统，该相位函数具有发散光学特性和会聚光学特性。

2、在一些实现中，该设备还包括透镜系统，该透镜系统包括至少一个透镜，其中该超构光学元件与该至少一个透镜光学地对准。在一些实例中，该至少一个透镜包括折射透镜、衍射透镜、grin透镜和/或超构透镜中的一个或多于一个。在一些实例中，透镜系统包括两个或多于两个透镜的堆。

3、一些实现包括以下特征中的一个或多于一个。例如，超构光学元件可以是具有包括超构原子的超构表面的超构透镜。在一些情况下，超构光学元件由无机材料组成，或者由玻璃基板上的硅组成。在一些实例中，相位函数在超构光学元件的周边附近具有发散光学特性，并且在超构光学元件的中心区域附近具有会聚光学特性。

4、在一些实例中，该设备还包括与透镜系统和超构光学元件光学地对准的图像传感器。例如，本公开还描述了成像系统，该成像系统包括：透镜系统，其包括至少一个透镜；以及超构光学元件，其与该至少一个透镜光学地对准。成像系统还包括与透镜系统和超构光学元件光学地对准的图像传感器。超构光学元件具有相位函数、并且被布置在该至少一个透镜和图像传感器之间，其中相位函数具有发散光学特性和会聚光学特性这两者。

5、在一些情况下，成像系统还包括被布置在图像传感器上方的盖玻璃，并且超构光学元件被布置在盖玻璃上方。在其他情况下，超构光学元件被布置在图像传感器上。在一些实例中，图像传感器由半导体材料组成，并且超构光学元件被蚀刻到半导体材料内。

6、一些实现包括以下优点中的一个或多于一个。例如，在一些情况下，超构光学元件可以比包含具有相同或基本相同的发散和会聚相位函数的透镜表面的折射透镜体积更小且更薄。在一些情况下，超构光学元件可以由不易受到热变形影响的材料组成，热变形是由于例如由靠近超构光学元件的电子电路引起的温度变化而导致的。也就是说，通常由聚合物材料组成的折射透镜可能表现出热变形，这是因为聚合物具有高的热膨胀系数。此外，s形状透镜可能特别容易受到热变形的影响，这是因为它们的复杂形状更容易翘曲。此外，在一些情况下，由于s形状透镜的复杂形状，可能难以对其进行偏置以适应这种翘曲。与例如曲率较小的超构透镜相比，由于s形状折射透镜表现出高度的曲率，因此对这些透镜表面的任何热致变形更有可能产生更显著的光学性能退化。在一些情况下，使用超构光学元件可以校正球面像差。此外，在一些情况下，超构光学元件可以具有更好的制造公差。因此，用于生产超构光学元件的工具和其它制造成本可以低于用于生产更复杂形状的透镜的成本。

7、根据下面的详细描述、附图和权利要求，其他方面、特征和优点将显而易见。

技术特征：

1.一种包括超构光学元件的设备，所述超构光学元件具有相位函数，所述相位函数具有发散光学特性和会聚光学特性这两者。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述超构光学元件包括超构透镜。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其中，所述超构光学元件具有包括超构原子的超构表面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述超构光学元件由无机材料组成。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述超构光学元件由玻璃基板上的硅组成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，所述相位函数在所述超构光学元件的周边附近具有发散光学特性，并且在所述超构光学元件的中心区域附近具有会聚光学特性。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，还包括：

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述至少一个透镜包括折射透镜、衍射透镜、grin透镜和超构透镜其中至少之一。

9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述至少一个透镜包括超构透镜。

10.根据权利要求7所述的设备，其中，所述透镜系统包括折射透镜的堆。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的设备，还包括与所述透镜系统和所述超构光学元件光学地对准的图像传感器。

12.一种成像系统，包括：

13.根据权利要求12所述的成像系统，还包括盖玻璃，所述盖玻璃被布置在所述图像传感器上方，其中，所述超构光学元件被布置在所述盖玻璃上。

14.根据权利要求12所述的成像系统，其中，所述超构光学元件被布置在所述图像传感器上。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的成像系统，其中，所述图像传感器由半导体材料组成，以及其中，所述超构光学元件被蚀刻到所述半导体材料内。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的成像系统，其中，所述超构光学元件包括超构透镜。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的成像系统，其中，所述超构光学元件具有包括超构原子的超构表面。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的成像系统，其中，所述超构光学元件由无机材料组成。

19.根据权利要求12至17中任一项所述的成像系统，其中，所述超构光学元件由玻璃基板上的硅组成。

20.根据权利要求12至19中任一项所述的成像系统，其中，所述相位函数在所述超构光学元件的周边附近具有发散光学特性，并且在所述超构光学元件的中心区域附近具有会聚光学特性。

21.根据权利要求12至20中任一项所述的成像系统，其中，所述至少一个透镜包括折射透镜、衍射透镜、grin透镜和超构透镜其中至少之一。

22.根据权利要求12至20中任一项所述的成像系统，其中，所述至少一个透镜包括超构透镜。

23.根据权利要求12至21中任一项所述的成像系统，其中，所述透镜系统包括折射透镜的堆。

技术总结公开了设备和成像系统，其包括具有相位函数的超构光学元件，该相位函数具有发散光学特性和会聚光学特性这两者。在一些实例中，设备或成像系统包括透镜系统，透镜系统包括至少一个透镜，其中超构光学元件与该至少一个透镜光学地对准。技术研发人员：F·马丁森受保护的技术使用者：尼尔技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11