CN110221366A - 光学元胞及分辨率板 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学元胞及分辨率板，涉及光学技术领域，该光学元胞包括：衬底和设置于衬底上的纳米非晶硅柱；其中，纳米非晶硅柱包括纳米非晶硅圆柱和/或纳米非晶硅椭圆柱；多个光学元胞按照预设方式排布形成分辨率板。本发明通过采用衬底和纳米非晶硅柱，可以有效缩小光学元胞的尺寸，进而可以明显降低分辨率板的尺寸，以及通过按照预设方式将光学元胞按排布形成分辨率板，可以提高分辨率板的设计灵活性，从而适应更多成像测试场合的需求。

Description

光学元胞及分辨率板

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其是涉及一种光学元胞及分辨率板。

背景技术

目前分辨率板一般是利用振幅型掩模板的透光与不透光二元设计实现的。具体而言，将分辨率板需要透光的区域设计为镂空部分，将不需要透光的区域设计为遮光区域。但是，这种设计方式实现的分辨率板尺寸较大，不能适应诸如线偏振光和微尺度下等多种成像测试场合的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供光学元胞及分辨率板，可以降低分辨率板的设计尺寸，适应更多成像测试场合的需求。

本发明提供的一种光学元胞，包括：衬底和设置于所述衬底上的纳米非晶硅柱；其中，所述纳米非晶硅柱包括纳米非晶硅圆柱和/或纳米非晶硅椭圆柱。

进一步的，所述衬底包括长方形衬底。

进一步的，所述纳米非晶硅圆柱的底面直径为270nm；所述纳米非晶硅椭圆柱的底面长轴为465nm，短轴为270nm；所述纳米非晶硅圆柱和所述纳米非晶硅椭圆柱的高均为860nm。

进一步的，所述衬底的长边为750nm，短边为450nm。

进一步的，所述衬底包括二氧化硅衬底。

本发明提供的一种分辨率板，包括上述的光学元胞，多个所述光学元胞按照预设方式排布形成分辨率板。

进一步的，所述光学元胞包括圆柱光学元胞和/或椭圆柱光学元胞；其中，所述圆柱光学元胞包括纳米非晶硅圆柱，所述椭圆柱光学元胞包括纳米非晶硅椭圆柱。

进一步的，所述分辨率板包括用于实现同向偏振光转化的正分辨率板；所述正分辨率板的高透过率像素位置处排布有所述圆柱光学元胞，所述正分辨率板的低透过率像素位置处排布有所述椭圆柱光学元胞。

进一步的，所述分辨率板包括用于实现反向偏振光转化的负分辨率板；所述负分辨率板的高透过率像素位置处排布有所述椭圆柱光学元胞，所述负分辨率板的低透过率像素位置处排布有所述圆柱光学元胞。

进一步的，所述分辨率板还包括以下中的至少一种：覆盖层、粘结层和模板。

本发明提供了一种光学元胞，包括：衬底和设置于衬底上的纳米非晶硅柱；其中，按照纳米非晶硅柱的底面形状，纳米非晶硅柱包括纳米非晶硅圆柱或纳米非晶硅椭圆柱。本发明通过采用衬底和纳米非晶硅柱，可以有效缩小光学元胞的尺寸。

本发明提供了一种分辨率板，包括光学元胞，多个所述光学元胞按照预设方式排布形成分辨率板。本发明通过采用纳米级的光学元胞设计分辨率板，可以明显降低分辨率板的尺寸，以及通过按照预设方式将光学元胞按排布形成分辨率板，可以提高分辨率板的设计灵活性，从而适应更多成像测试场合的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光学元胞的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的纳米非晶硅圆柱的俯视图；

图3为本发明实施例提供的一种纳米非晶硅椭圆柱的俯视图；

图4为本发明实施例提供的分辨率板的光学元胞分布及局部放大图；

图5为本发明实施例提供的正、负分辨率板的实验测量的分辨率图像。

图标：100-衬底；200-纳米非晶硅柱；201-纳米非晶硅圆柱；202-纳米非晶硅椭圆柱。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前分辨率板尺寸较大，不能适应多种场合下的成像测试需求，基于此，本发明实施例提供的一种光学元胞及分辨率板，可以降低分辨率板的设计尺寸，适应更多成像测试场合的需求。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种光学元胞进行详细介绍。

实施例一：

参照图1所示的光学元胞的结构示意图，该光学元胞可以包括：衬底100和设置于衬底100上的纳米非晶硅柱200。其中，纳米非晶硅柱200可以包括如图2所示的纳米非晶硅圆柱201和/或如图3所示的纳米非晶硅椭圆柱202。当然，以上仅为对纳米非晶硅柱200的示例，不应理解为限制，诸如纳米非晶硅柱200还可以是立方体等结构。

光学元胞中的衬底100包括但不限于长方形衬底，诸如还可以是其它便于在空间平铺的三角形、正方形和正六边形等形状。采用上述可在空间平铺的形状的衬底，可以使光学元胞在实际应用产品中，具有灵活多样的排布形式，从而提高光学元胞的应用场景和使用范围。

为了降低制造成本，衬底100可以为但不限于二氧化硅衬底。

图2中包含有纳米非晶硅圆柱201的光学元胞为圆柱光学元胞，图3中包含有纳米非晶硅椭圆柱202的光学元胞为椭圆柱光学元胞。

为便于理解，本实施例给出两种具体几何尺寸的光学元胞示例。

圆柱光学元胞示例：纳米非晶硅圆柱201的底面直径为270nm，高为860nm；衬底100为长边为750nm，短边为450nm的长方形衬底。

椭圆柱光学元胞示例：纳米非晶硅椭圆柱202的底面长轴为465nm，短轴为270nm，高为860nm；衬底100为长边为750nm，短边为450nm的长方形衬底。

通过将光学元胞设置为以上几何尺寸，可以使其工作在1550nm近红外波段范围内。

参照表1所示的光学元胞振幅透过率，圆柱光学元胞对于同向偏振光转化(即左旋光转化为左旋光或右旋光转化为右旋光)表现为高透过率，对于反向偏振光转化(即左旋光转化为右旋光或右旋光转化为左旋光)表现为近零透过率。对应的，椭圆柱光学元胞对于反向偏振光转化(即左旋光转化为右旋光或右旋光转化为左旋光)表现为高透过率，对于正向偏振光转化(即左旋光转化为左旋光或右旋光转化为右旋光)表现为近零透过率。

表1

综上，本实施例提供的光学元胞，包括：衬底和设置于衬底上的纳米非晶硅柱；其中，按照纳米非晶硅柱的底面形状，纳米非晶硅柱包括纳米非晶硅圆柱或纳米非晶硅椭圆柱。本实施例通过采用衬底和纳米非晶硅柱，可以有效缩小光学元胞的尺寸。

实施例二：

基于上述实施例一中的光学元胞，本实施例提供分辨率板。分辨率板包括上述光学元胞，多个光学元胞按照预设方式排布形成分辨率板。

具体的，光学元胞包括圆柱光学元胞和/或椭圆柱光学元胞；其中，圆柱光学元胞包括纳米非晶硅圆柱，椭圆柱光学元胞包括纳米非晶硅椭圆柱。

在分辨率板的设计中，如果某个像素需要高透过率(或低透过率)，选择对应的光学元胞排布于该像素点即可，因此可以设计不同的分辨率板。

在实际应用中，分辨率板还可以包括以下中的至少一种：覆盖层、粘结层和模板覆盖层、粘结层和模板。覆盖层用于覆盖上述按照预设方式排布的光学元胞；覆盖层诸如可以为金属反射层、纳米金属油墨或纳米金属涂料层、高折射率介质层、保护层、磁性层、金属介质多层结构层、荧光层或印刷图案层等。覆盖层可整体覆盖或局部覆盖分辨率板。粘结层用于将上述按照预设方式排布的光学元胞粘结为一个整体。模板按照预设排布方式将空间进行划分，不同的光学元胞可直接填充于对应的空间位置处。通过设置覆盖层、粘结层或模板，可以保证分辨率板的整体性，避免出现局部的光学元胞掉落的情况。为了加强分辨率板的牢固性，使其不易损坏，也可以将覆盖层、粘结层和模板进行组合使用。

在一种实施例中，分辨率板可以包括用于实现同向偏振光转化的正分辨率板；正分辨率板的高透过率像素位置处排布有圆柱光学元胞，正分辨率板的低透过率像素位置处排布有椭圆柱光学元胞。

在一种实施例中，分辨率板还可以包括用于实现反向偏振光转化的负分辨率板；负分辨率板的高透过率像素位置处排布有椭圆柱光学元胞，负分辨率板的低透过率像素位置处排布有圆柱光学元胞。

基于实施例一中光学元胞的几何尺寸可以为750nm×450nm，长与宽均不超过波长的一半，因此可以实现接近衍射极限的高分辨率板；对应的，更低分辨率的分辨率板更容易实现，只需要增加分辨率板的面积即可。由于圆柱光学元胞和椭圆柱光学元胞这两种不同的元胞的大小相同(只是微结构的参数不同)，因此可以像棋盘一样可以直接进行方形排布，排布的像素大小即为光学元胞的大小750nm×450nm。

当然，在其它可能的实施例中，比如采用正六边形衬底的光学元胞，由于正六边形同四边形一样都是可在空间进行单独密铺的图形，因此，也可以将正六边形衬底的光学元胞在空间排布形成分辨率板。

本实施例提供一种分辨率板的具体样品示例，参照如图4所示的分辨率板的光学元胞分布及局部放大图，所展示的是6-7阶1951 USAF分辨率测试板(USAF resolutiontest chart)，该分辨率测试板符合MIL-STD-150A中规定的用于解决功率测试的要求，它由一系列元素组成，这些元素看起来是两组垂直的线，在本实施例中，选择不同的光学元胞排列于各元素中。从局部放大图中可见，1951 USAF分辨率测试板中不同透过率的像素位置处对应的圆柱光学元胞或椭圆柱光学元胞。

当选择圆柱光学元胞排布于1951 USAF分辨率测试板的高透过率像素位置处，选择椭圆柱光学元胞排布于1951 USAF分辨率测试板的低透过率像素位置处时，1951 USAF分辨率测试板为正分辨率测试板。

当选择椭圆柱光学元胞排布于1951 USAF分辨率测试板的高透过率像素位置处，选择圆柱光学元胞排布于1951 USAF分辨率测试板的低透过率像素位置处时，1951 USAF分辨率测试板为负分辨率测试板。

为了验证采用光学元胞排布形成的分辨率板的表现，在本实施例可以利用1550nm入射光分别照射上述正、负分辨率测试板。参照图5所示的正、负分辨率板的实验测量的分辨率图像，正分辨率测试板可以实现实现同向偏振光转化，负分辨率测试板可以实现反向偏振光转化。且横向对比正分辨率测试板和负分辨率测试板的图像可知，相同像素位置处，正分辨率测试板表现为高透过率(或低透过率)，而负分辨率测试板则表现为低透过率(或高透过率)。

综上，本实施例提供的分辨率板，包括光学元胞，多个所述光学元胞按照预设方式排布形成分辨率板。本发明通过采用纳米级的光学元胞设计分辨率板，可以明显降低分辨率板的尺寸，以及通过按照预设方式将光学元胞按排布形成分辨率板，可以提高分辨率板的设计灵活性，从而适应更多成像测试场合的需求。

在上述实施例示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光学元胞，其特征在于，包括：衬底和设置于所述衬底上的纳米非晶硅柱；其中，所述纳米非晶硅柱包括纳米非晶硅圆柱和/或纳米非晶硅椭圆柱。

2.根据权利要求1所述的光学元胞，其特征在于，所述衬底包括长方形衬底。

3.根据权利要求1所述的光学元胞，其特征在于，所述纳米非晶硅圆柱的底面直径为270nm；所述纳米非晶硅椭圆柱的底面长轴为465nm，短轴为270nm；所述纳米非晶硅圆柱和所述纳米非晶硅椭圆柱的高均为860nm。

4.根据权利要求3所述的光学元胞，其特征在于，所述衬底的长边为750nm，短边为450nm。

5.根据权利要求1所述的光学元胞，其特征在于，所述衬底包括二氧化硅衬底。

6.一种分辨率板，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的光学元胞，多个所述光学元胞按照预设方式排布形成分辨率板。

7.根据权利要求6所述的分辨率板，其特征在于，所述光学元胞包括圆柱光学元胞和/或椭圆柱光学元胞；其中，所述圆柱光学元胞包括纳米非晶硅圆柱，所述椭圆柱光学元胞包括纳米非晶硅椭圆柱。

8.根据权利要求7所述的分辨率板，其特征在于，所述分辨率板包括用于实现同向偏振光转化的正分辨率板；

所述正分辨率板的高透过率像素位置处排布有所述圆柱光学元胞，所述正分辨率板的低透过率像素位置处排布有所述椭圆柱光学元胞。

9.根据权利要求7所述的分辨率板，其特征在于，所述分辨率板包括用于实现反向偏振光转化的负分辨率板；

所述负分辨率板的高透过率像素位置处排布有所述椭圆柱光学元胞，所述负分辨率板的低透过率像素位置处排布有所述圆柱光学元胞。

10.根据权利要求6所述的分辨率板，其特征在于，所述分辨率板还包括以下中的至少一种：覆盖层、粘结层和模板。