本發(fā)明總體上涉及一種偏振分選設(shè)備。更具體地，本發(fā)明涉及包括偏振分選超穎表面微透鏡陣列的偏振分選設(shè)備以及制造該偏振分選設(shè)備的方法。

背景技術(shù)：

1、超穎表面元件是衍射光學(xué)元件，其中各個(gè)波導(dǎo)元件具有亞波長(zhǎng)間隔并且通常具有平面輪廓。最近已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于在uv-ir波段(300-10000nm)中應(yīng)用的金屬表面元件。與傳統(tǒng)的折射光學(xué)器件相比，超穎表面元件突然將相移引入到光場(chǎng)。這使得超穎表面元件具有處于與它們被設(shè)計(jì)為操作的光的波長(zhǎng)的量級(jí)的厚度，而傳統(tǒng)的折射表面具有比它們被設(shè)計(jì)為操作的光的波長(zhǎng)大10-100倍(或更多)的厚度。另外，超穎表面元件可以在組成元件中沒(méi)有高度變化，并且因此能夠在沒(méi)有任何曲面(如折射光學(xué)器件所要求的)的情況下對(duì)光進(jìn)行整形。與傳統(tǒng)的衍射光學(xué)元件(doe)相比，例如與二元衍射光學(xué)器件相比，超穎表面元件具有在入射光場(chǎng)上賦予一定范圍的相移的能力。至少超穎表面元件可以具有在0-2π之間的相移，具有該范圍內(nèi)的至少5個(gè)不同的值，而二元doe僅能夠提供兩個(gè)不同的相移值，并且通常限于0或1π的相移。與多級(jí)doe相比，超穎表面元件不需要其組成元件沿著光軸的高度變化，僅超穎表面元件特征的面內(nèi)幾何形狀變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及偏振成像設(shè)備，包括：包括多個(gè)超穎表面小透鏡的超穎表面小透鏡陣列，其中所述多個(gè)超穎表面小透鏡包括多個(gè)第一超穎表面小透鏡，所述多個(gè)第一超穎表面小透鏡被配置為將圖像光以與第一偏振光成比例的強(qiáng)度衍射到第一方向上并且以與第二偏振成比例的強(qiáng)度衍射到第二方向上；以及圖像傳感器，位于第一偏振和第二偏振的光路中，并且其中圖像傳感器包括多個(gè)圖像感測(cè)單元，所述多個(gè)圖像感測(cè)單元包括被定位為感測(cè)第一偏振的第一圖像感測(cè)單元和被定位為感測(cè)第二偏振的第二圖像感測(cè)單元。

2、在一些方面，所述多個(gè)圖像感測(cè)單元是圖像傳感器的不同像素和/或不同區(qū)域。

3、在一些方面，所述多個(gè)圖像感測(cè)單元是多個(gè)圖像傳感器的不同像素和/或不同區(qū)域。

4、在一些方面，所述多個(gè)超穎表面小透鏡還包括多個(gè)第二超穎表面小透鏡，所述多個(gè)第二超穎表面小透鏡散布在第一超穎表面小透鏡之間并且被配置為將圖像光以與第三偏振成比例的強(qiáng)度衍射到第三方向上并且以與第四偏振成比例的強(qiáng)度衍射到第四方向上，并且其中，所述多個(gè)圖像感測(cè)單元還包括被定位為感測(cè)第三偏振的第三圖像感測(cè)單元和被定位為感測(cè)第四偏振的第四圖像感測(cè)單元。

5、在一些方面，第一偏振和第三偏振是相同的偏振，并且其中第二偏振和第四偏振光是相同的偏振。

6、在一些方面，第一超穎表面小透鏡還被配置為將圖像光以與第三偏振成比例的強(qiáng)度衍射到第三方向上并且以與第四偏振成比例的強(qiáng)度衍射到第四方向上，并且其中，所述多個(gè)圖像感測(cè)單元還包括被定位為感測(cè)第三偏振的第三圖像感測(cè)單元和被定位為感測(cè)第四偏振的第四圖像感測(cè)單元。

7、在一些方面，第一超穎表面小透鏡還被配置為傳遞在第三方向上的零級(jí)光。

8、在一些方面，第三方向不同于第一方向和第二方向。

9、在一些方面，所述多個(gè)圖像感測(cè)單元還包括被配置為感測(cè)零級(jí)光的第三圖像感測(cè)單元。

10、在一些方面，第三方向與第一方向相同。

11、在一些方面，所述偏振成像設(shè)備還包括一個(gè)或多個(gè)折射透鏡，其中，超穎表面小透鏡陣列被定位在折射透鏡與圖像傳感器之間。

12、在一些方面，第一偏振和第二偏振是不同的偏振，并且其中，第一偏振和第二偏振選自由以下各項(xiàng)組成的組：線性偏振光、對(duì)角偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光。

13、在一些方面，所述偏振成像設(shè)備還包括微透鏡陣列，并且其中，超穎表面小透鏡陣列包括偏振超穎表面。

14、在一些方面，微透鏡陣列被配置為將圖像光分離到不同像素并且偏振超穎表面被配置為將第一偏振衍射到第一方向上和將第二偏振光衍射到第二方向上。

15、在一些方面，偏振超穎表面與微透鏡陣列中的微透鏡重疊，并且其中，微透鏡陣列中不與偏振超穎表面重疊的微透鏡將非衍射光傳遞到圖像傳感器，其中，圖像傳感器被配置為感測(cè)非衍射光以測(cè)量非衍射光的強(qiáng)度。

16、在一些方面，微透鏡陣列是平面微透鏡陣列層。

17、在一些方面，微透鏡陣列和偏振超穎表面被定位在單個(gè)襯底上。

18、在一些方面，主圖像平面被配置在與圖像傳感器相對(duì)的單個(gè)襯底的表面上方。

19、在一些方面，主圖像平面被配置在單個(gè)襯底內(nèi)。

20、在一些方面，微透鏡陣列包括超穎表面元件。

21、在一些方面，超穎表面元件被配置為接受跨偏振成像設(shè)備的成像光瞳的變化的主光線角度并且將穿過(guò)每個(gè)微透鏡的光準(zhǔn)直。

22、在一些方面，微透鏡陣列的超穎表面元件被配置為提供折射微透鏡效果。

23、在一些方面，微透鏡陣列包括傳統(tǒng)的折射微透鏡陣列。

24、在一些方面，微透鏡陣列包括至少一個(gè)傳統(tǒng)折射微透鏡和至少一個(gè)超穎表面元件的組合。

25、在一些方面，所述偏振成像設(shè)備還包括定位在超穎表面小透鏡陣列上方或下方的濾色器。

26、在一些方面，濾色器被定位在超穎表面小透鏡陣列上方并且將光過(guò)濾成不同顏色，所述不同顏色中的每個(gè)顏色對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)第一超穎表面小透鏡中的不同超穎表面小透鏡，并且其中，超穎表面小透鏡接收來(lái)自濾色器的經(jīng)濾色的光。

27、在一些方面，濾色器被定位在超穎表面小透鏡陣列下方并且過(guò)濾衍射的第一偏振光和第二偏振光。

28、在一些方面，濾色器包括過(guò)濾不同波長(zhǎng)的光的不同區(qū)域。

29、在一些方面，所述多個(gè)第一超穎表面小透鏡在蓋襯底上間隔開(kāi)。

30、在一些方面，間隔開(kāi)的第一超穎表面小透鏡被配置為將光輸出到濾色器的輸出相同顏色的光的區(qū)域上。

31、在一些方面，間隔開(kāi)的第一超穎表面小透鏡將光輸出到輸出綠光的濾色器的區(qū)域上，并且輸出綠光的濾色器的區(qū)域之間的間隙輸出紅光或藍(lán)光。

32、在一些方面，濾色器包括輸出紅光、綠光或藍(lán)光的不同區(qū)域和輸出單色或近紅外光的區(qū)域，其中，所述多個(gè)第一超穎表面小透鏡在蓋襯底上間隔開(kāi)，并且間隔開(kāi)的第一超穎表面小透鏡將光輸出到濾色器的輸出單色或近紅外光的區(qū)域上。

33、在一些方面，所述偏振成像設(shè)備還包括微透鏡陣列，該微透鏡陣列包括將準(zhǔn)直光輸出到超穎表面小透鏡陣列中的多個(gè)分離的微透鏡。

34、在一些方面，所述多個(gè)分離的微透鏡被定位在相鄰的圖像感測(cè)單元之間，使得來(lái)自所述多個(gè)分離的微透鏡的光被所述多個(gè)第一超穎表面小透鏡在相反的傾斜方向上衍射到相鄰的圖像感測(cè)單元中。

35、在一些方面，所述多個(gè)重復(fù)的超穎表面小透鏡還包括多個(gè)第二超穎表面小透鏡，所述多個(gè)第二超穎表面小透鏡被配置為將第一偏振衍射到第二方向上并且將第二偏振衍射到第一方向上，并且其中，第一圖像感測(cè)單元還被定位成感測(cè)從所述多個(gè)第二超穎表面小透鏡衍射的第一偏振。

36、在一些方面，所述多個(gè)分離的微透鏡各自以所述多個(gè)第一超穎表面小透鏡中的一個(gè)為中心，使得第一偏振透射通過(guò)所述多個(gè)第一超穎表面小透鏡中的所述一個(gè)到達(dá)第一圖像感測(cè)單元上，并且其中，第二偏振被衍射到第二方向上到達(dá)第二圖像感測(cè)單元上。

37、在一些方面，第一偏振和第二偏振是正交線性偏振、圓偏振、橢圓偏振或任意偏振。

38、在一些方面，所述多個(gè)第一超穎表面小透鏡用相鄰的第一超穎表面小透鏡之間的非衍射部分間隔開(kāi)。

39、在一些方面，所述多個(gè)超穎表面小透鏡、被配置為感測(cè)第一偏振和第二偏振的所述多個(gè)圖像感測(cè)單元被定位在被配置為感測(cè)紅光、綠光或藍(lán)光的圖像傳感器的圖像感測(cè)單元之間。

40、在一些方面，所述多個(gè)第一超穎表面小透鏡被配置為將光衍射到被配置為感測(cè)第一偏振和第二偏振的所述多個(gè)圖像感測(cè)單元以及被配置為感測(cè)紅光、綠光或藍(lán)光的圖像感測(cè)單元中。

41、在一些方面，被配置為感測(cè)第一偏振和第二偏振的所述多個(gè)圖像感測(cè)單元還被配置為感測(cè)單色或近紅外光。

42、在一些方面，圖像傳感器是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)圖像傳感器、電荷耦合器件傳感器、硅二極管傳感器、硫化鎘傳感器二極管、rgb傳感器、間接飛行時(shí)間(itof)傳感器、直接飛行時(shí)間(dtof)傳感器。

43、在一些方面，這里描述的技術(shù)涉及一種制造偏振成像設(shè)備的方法，所述方法包括：提供圖像傳感器晶片；在成像傳感器晶片上方沉積間隔物層；在間隔物層上沉積超穎表面層；以及圖案化超穎表面層以在間隔物層上形成分離的超穎表面。

44、在一些方面，所述方法還包括將封裝層直接沉積在分離的超穎表面上。

45、在一些方面，所述方法還包括使封裝層平坦化，使得封裝層與單獨(dú)超穎表面處于相同的水平。

46、在一些方面，所述方法還包括在封裝層和/或單獨(dú)超穎表面上形成一個(gè)或多個(gè)頂層。

47、在一些方面，這里描述的技術(shù)涉及一種制造偏振成像設(shè)備的方法，所述方法包括：提供圖像傳感器晶片；提供包含單獨(dú)超穎表面的超穎表面襯底；以及在圖像傳感器晶片和/或超穎表面襯底上的各個(gè)超穎表面上沉積間隔物層。

48、在一些方面，所述方法還包括將超穎表面襯底接合到圖像傳感器晶片。

49、在一些方面，超穎表面襯底包括透明襯底。

50、在一些方面，所述方法還包括去除超穎表面襯底，使得分離的超穎表面保持附接在圖像傳感器晶片上。

51、在一些方面，去除超穎表面襯底包括研磨、濕化學(xué)蝕刻和/或干化學(xué)蝕刻超穎表面襯底。

52、在一些方面，所述方法還包括將超穎表面襯底單個(gè)化成分離的超穎表面管芯，將超穎表面管芯中的至少一個(gè)接合在圖像傳感器晶片上，以及將圖像傳感器晶片單個(gè)化成各自具有接合的超穎表面管芯的圖像傳感器管芯。

53、在一些方面，這里描述的技術(shù)涉及一種制造偏振成像設(shè)備的方法，所述方法包括：提供cmos圖像傳感器(cis)晶片；將第一多個(gè)間隔物定位在cis晶片上；提供第一載體晶片；將第一粘合劑層定位在第一載體晶片上；使所述第一多個(gè)間隔物與第一粘合劑層接觸，使得粘合劑被涂布到所述第一多個(gè)間隔物的頂部；提供具有多個(gè)納米柱的納米柱襯底；將第二多個(gè)間隔物定位在納米柱襯底上；提供第二載體晶片；將第二粘合劑層定位在第二載體晶片上；使所述第二多個(gè)間隔物與第二粘合劑層接觸，使得粘合劑被涂布到所述第二多個(gè)間隔物的頂部；以及同時(shí)使所述第二多個(gè)間隔物上的粘合劑與cis晶片接觸，以及使所述第一多個(gè)間隔物上的粘合劑與納米柱襯底接觸，以將cis晶片和納米柱襯底粘合在一起。

54、在一些方面，在使所述第一多個(gè)間隔物與第一粘合劑層接觸，使得粘合劑被涂布到所述第一多個(gè)間隔物的頂部之后，粘合劑僅存在于所述第一多個(gè)間隔物的頂部上而不存在于所述第一多個(gè)間隔物之間的區(qū)域上。

55、在一些方面，在使第二多個(gè)間隔物與第二粘合劑層接觸，使得粘合劑涂布到第二多個(gè)間隔物的頂部之后，粘合劑僅存在于所述第二多個(gè)間隔物的頂部上而不存在于所述第二多個(gè)間隔物之間的區(qū)域上。

56、在一些方面，所述第一多個(gè)間隔物包括形成通道的成對(duì)間隔物，通道的尺寸被設(shè)計(jì)為容納所述第二多個(gè)間隔物中的間隔物。

57、在一些方面，所述第一多個(gè)間隔物和所述第二多個(gè)間隔物彼此互鎖，使得所述第二多個(gè)間隔物中的一個(gè)定位在由一對(duì)間隔物的通道中的一個(gè)內(nèi)。

58、在一些方面，所述第一多個(gè)間隔物在cis晶片上形成多個(gè)矩形形狀。

59、在一些方面，矩形形狀的內(nèi)部形成成像區(qū)域。

60、在一些方面，所述第二多個(gè)間隔物在納米柱襯底上形成網(wǎng)格圖案。

61、在一些方面，所述第一多個(gè)間隔物和所述第二多個(gè)間隔物在所述多個(gè)納米柱和cis晶片之間形成空氣間隙。

62、在一些方面，這里描述的技術(shù)涉及一種制造偏振成像設(shè)備的方法，所述方法包括：提供具有接合焊盤的cmos圖像傳感器(cis)晶片；在cis晶片和接合焊盤上沉積第一介電層；使第一介電層平坦化；提供具有多個(gè)納米柱的納米柱襯底；在所述多個(gè)納米柱上沉積第二介電層；使第二介電層平坦化；使第一介電層與第二介電層接觸，使得它們接合在一起以形成組合介電層；去除納米柱襯底以暴露所述多個(gè)納米柱；部分蝕刻該組合介電層以暴露該接合焊盤；以及形成一導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層通過(guò)該組合介電層電性連接至該接合焊盤。

63、在一些方面，第一介電層和第二介電層是二氧化硅層。

64、在一些方面，沉積第一介電層和第二介電層通過(guò)原硅酸四乙酯(teos)工藝執(zhí)行。

65、在一些方面，teos工藝是等離子體增強(qiáng)teos(peteos)工藝。

66、在一些方面，使第一介電層和第二介電層平坦化通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工藝執(zhí)行。

67、在一些方面，去除納米柱襯底通過(guò)研磨、蝕刻或化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工藝來(lái)執(zhí)行。

68、在一些方面，部分蝕刻組合的介電層包括：圖案化組合的介電層；以及蝕刻該組合的介電層以暴露該接合焊盤。

69、在一些方面，所述方法還包括在接合焊盤、組合的介電層的側(cè)壁和納米柱上生長(zhǎng)阻擋種子層。

70、在一些方面，這里描述的技術(shù)涉及一種偏振成像設(shè)備，包括：具有至少兩個(gè)微透鏡的微透鏡陣列；具有兩個(gè)或更多個(gè)偏振過(guò)濾區(qū)域的偏振過(guò)濾超穎表面；以及具有至少兩個(gè)區(qū)域的成像傳感器，其中，包括一個(gè)或多個(gè)偏振狀態(tài)的成像光由微透鏡引導(dǎo)到偏振過(guò)濾超穎表面上，并且偏振過(guò)濾超穎表面被配置為將一個(gè)或多個(gè)偏振狀態(tài)引導(dǎo)到成像傳感器的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域上。

71、在一些方面，微透鏡陣列包括折射微透鏡。

72、在一些方面，微透鏡陣列還包括配置為提供折射微透鏡效果的超穎表面。

73、在一些方面，微透鏡陣列包括被配置為提供折射微透鏡效果的超穎表面。

74、在一些方面，所述至少兩個(gè)微透鏡中的每一個(gè)在成像傳感器的所述一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中的單個(gè)區(qū)域之上。

75、在一些方面，所述至少兩個(gè)微透鏡中的每一個(gè)在成像傳感器的所述一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中的兩個(gè)或更多個(gè)傳感器區(qū)域上方。

76、在一些方面，所述至少兩個(gè)微透鏡中的每一個(gè)在兩個(gè)或更多個(gè)偏振過(guò)濾區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域的單個(gè)偏振區(qū)域上方。

77、在一些方面，所述至少兩個(gè)微透鏡中的每一個(gè)在所述兩個(gè)或更多個(gè)偏振過(guò)濾區(qū)域中的兩個(gè)或更多個(gè)偏振過(guò)濾區(qū)域上方。