CN113138021A - 色散阵列及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种色散阵列及其制造方法。光学光谱仪可以用来确定电磁波的光谱分量。光谱仪可以是大型、体积庞大的装置，并且为了记录测量值，可能需要波以几乎直角的入射进入。公开了一种采用光色散技术的具有纳米光子组件超紧凑型光谱仪。纳米光子组件可以包含超表面和布拉格滤波器。每个超表面可以包含可以被随机化以产生大输入角的光散射纳米结构，布拉格滤波器可以导致与输入角度无关的光色散。光谱仪可以能够处理约200nm的带宽。超紧凑型光谱仪可以能够读取可见光(400nm至600nm)内的图像数据，并且能够读取近红外(700nm至900nm)波长范围内的光谱数据。光谱仪的表面积可以为约1mm²，从而使其适合移动装置。

Description

色散阵列及其制造方法

技术领域

在此公开的主题涉及光谱仪。例如，一些示例实施例的方面涉及超表面构造和制造方法、光谱学(spectroscopy)和成像以及光谱仪组件。

背景技术

光谱学已经是从科学研究到工业和医疗保健应用的各种场景中的关键表征技术。光谱仪可以产生光谱线，并且可以能够测量它们的波长和强度。光谱仪使用用于实现波长相关的角度色散的色散元件(诸如衍射光栅或棱镜)连同将入射光聚焦在检测器上的聚焦光学器件。这些光谱仪体积庞大并且具有低的角度容差(角度容差是入射光可以进入光谱仪并且可以执行光谱分析的角度)，这限制了它们在移动装置上的使用；因此，存在对于具有高角度容差的紧凑型光谱仪的需求。

在该背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对公开的背景技术的理解，因此，它可以包含不构成现有技术的信息。

发明内容

根据一个示例实施例，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：光圈、色散阵列、透镜、图像传感器和处理器。

根据另一示例实施例，提供了一种从传感器获得光谱数据的方法，所述方法包括：接收入射光；使入射光散射通过散射层以产生散射光；使散射光的子组色散通过色散层以产生色散光；接收图像传感器上的色散光；以及从色散光重建光谱数据。

根据另一示例实施例，提供了一种色散阵列，所述色散阵列包括：至少一种色散结构，以目标波长的0°(度)色散开始使目标波长范围的光色散，其中，色散结构还包括：纳米结构层；以及滤波器层。

根据另一示例实施例，提供了一种制造色散阵列的方法，所述方法包括：在基底上沉积第一滤波器堆叠体；沉积缺陷层；沉积盖堆叠体；以及由盖堆叠体形成纳米结构。

附图说明

在以下部分中，将参照附图中所示的示例实施例来描述在此公开的主题的各方面，在附图中：

图1描绘了光谱仪传感器的操作的原理。

图2描绘了紧凑型光谱仪的实施例的构造。

图3描绘了根据公开的一些实施例的从俯视图来看的光色散阵列。

图4描绘了根据公开的一些实施例的色散结构剖视图。

图5描绘了根据公开的一些实施例的层和纳米结构形成的制造图。

图6描绘了根据公开的一些实施例的色散结构俯视图。

图7是描绘根据公开的一些实施例的纳米结构的密度及它们的超表面光色散的效率的曲线图。

图8描绘了根据公开的一些实施例的具有纳米天线的超表面。

图9是描绘根据公开的一些实施例的将原始数据处理成重建图像和光谱分量以及在变化的波长下的色散效率的曲线图。

图10是描绘根据公开的一些实施例的在示例色散结构中对选择波长的色散的角度响应的曲线图。

图11描绘了根据公开的一些实施例的具有两个检测像素的区域的图像传感器。

图12描绘了根据公开的一些实施例的将原始图像处理成光谱图像数据和可见图像数据。

图13描绘了根据公开的一些实施例的色散结构的制造工艺。

具体实施方式

在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对公开的透彻的理解。然而，本领域技术人员将理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践所公开的方面。在其它情况下，没有详细描述公知的方法、步骤、组件和电路，以避免使在此公开的主题模糊。

贯穿本说明书参照“一个实施例”或“实施例”表示结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在在此公开的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“根据一个实施例”(或具有类似含义的其它短语)可以不必全部指同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或更多个实施例中以任何合适的方式组合。此外，根据在此的讨论的上下文，单数术语可以包括对应的复数形式，并且复数术语可以包括对应的单数形式。

还应注意的是，在此示出和讨论的各种附图(包括组件图)仅出于说明性目的，而未按比例绘制。类似地，仅出于说明性目的示出了各种波形和时序图。例如，为了清楚，相对于其它元件，一些元件的尺寸可以被夸大。此外，如果认为适当，则附图标记已经在附图之中重复以指示对应和/或类似的元件。在此使用的术语仅用于描述一些示例实施例的目的，并且不意图对要求保护的主题进行限制。如在此所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”、“一个(种/者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。还将理解的是，当术语“包括”和/或“包含”及其变型用在本说明书中时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。如在此所使用的，术语“第一”、“第二”等用作它们之后的名词的标签，并且不暗示任何类型的排序(例如，空间的、时间的、逻辑的等)，除非明确地如此定义。此外，可以遍及两个或更多个附图使用相同的附图标记来指具有相同或相似功能的部件、组件、块、电路、单元或模块。然而，这样的用法仅是为了简化说明和便于讨论；这并不意味着这样的组件或单元的构造或架构细节遍及所有实施例是相同的或者这样的共同引用的部件/模块是用于实现在此公开的一些示例实施例的唯一方式。

将理解的是，当元件或层被称为“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在所述另一元件或层上、直接连接到或直接结合到所述另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。同样的附图标记始终指同样的元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和所有组合。

除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本主题所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，术语(诸如在通用字典中定义的术语)应该被解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想的或过于形式化的含义进行解释，除非在此明确地如此定义。

图1中示出了示例光学光谱仪100。可以提供光源101。光源101可以包括可见光谱和不可见光谱，但是光源101也可以具有从长红外线(或低于长红外线)直到伽马射线的光谱。光源101可以用来描述所提及的波长中的任何波长。光源101可以来自发射光(其可以被产生吸收线的中间物质吸收或者可以不被产生吸收线的中间物质吸收)的热固体，或者光源101可以来自发射光谱，其中，光谱线的强度和位置取决于发射物质的性质和用于发射的起因。光源101的输入可以是空间光或来自光纤。来自光源101的光以入射光到达角108穿过入口狭缝102。根据入口狭缝102的光圈，入射光到达角108通常可以在0°与2°之间。

入口狭缝102可以具有正方形、矩形或其它形状的光圈。光谱仪的光学分辨率和通量可以由入口狭缝102确定。进入光谱仪的光可以聚焦到入口狭缝102上，并且入口狭缝102可以与光源101对准以允许光穿过到达其它元件。狭缝宽度通常在5μm至800μm之间并且1mm至2mm高，但可以是其它尺寸。

一旦光源101进入入口狭缝102，它就可以在具有焦距107的准直镜103上反射，焦距107可以是入口狭缝102与准直镜103之间的距离。准直镜103可以是凹面镜。准直镜103收集来自光源101的光，并将光波平行地导向衍射光栅104。

衍射光栅104可以将由准直镜103引导的光分离成不同的波长，并且不同的波长可以以相对于每个波长特定的角度衍射。这些不同的波长可以穿过衍射光栅104，或者可以以不同的衍射角反射离开。不同的透射光栅可以用于不同的波长范围。衍射光栅104可以是全息光栅或刻划光栅。可以通过在一片光学玻璃上使两个紫外光束干涉，这然后产生正弦折射率变化来开发全息光栅。可以通过将平行凹槽蚀刻到基底的表面上，然后用反射材料涂覆平行凹槽来开发刻划光栅。刻划光栅可能产生由表面瑕疵引起的更多杂散光。刻划光栅中每单位长度的凹槽的数量和凹槽宽度可以影响色散的光的量。刻划光栅中每单位长度的凹槽的数量可以称为凹槽频率或凹槽密度。具有衍射光栅104的光谱仪的波长覆盖范围可以与这些凹槽的密度成反比。

一旦来自光源101的光从衍射光栅104色散和反射，它就可以到达聚焦镜105。聚焦镜105可以是凹面的，并且将光线聚焦到图像传感器106上。图像传感器106可以包括像素。聚焦镜105可以形成被色散成选择波长的光的图像。聚焦镜105可以将色散的光反射成变化的波长的光线。变化的波长中的每条光线可以与衍射光栅104和聚焦镜105成不同的角度。这些光线可以到达图像传感器106的像素上，其中，每个像素基于光线的色散角接收不同的波长。所使用的图像传感器可以取决于所测量的波长，所测量的波长包括短波长红外线(SWIR)、近红外线(NIR)、可见光、紫外线(UV)、X射线等。这些传感器可以是电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、n型金属氧化物半导体(NMOS)、InGaAs、具有放大器的Si光电二极管阵列、光电倍增管(PMT)、雪崩光电二极管(APD)或其它传感器。

来自衍射光栅104的光(其可以从聚焦镜105反射离开)传播到达图像传感器106。光在图像传感器106上与像素相互作用以产生电压。图像传感器106的尺寸可以影响视场。图像传感器106的分辨率可以由像素密度、像素尺寸和聚焦镜105的焦距确定，该焦距可以是聚焦镜105与图像传感器106之间的距离。焦距比(其为焦距除以聚焦镜105的直径)、传感器的像素尺寸和量子效率(其可以通过图像中的电子的数量与数字计数之间的转换来测量)可以确定图像传感器106的灵敏度。处理器(未示出)可以分析从像素组产生的电压，以解释空间光谱分布。

因为波长可能在衍射光栅104中模糊在一起，所以可能发生谐振偏移。如果两个波长在被图像传感器106中的像素读取时衍射并彼此重叠，则可能发生模糊。模糊可能由衍射光栅104的分辨力引起。如果衍射光栅104中的光栅太薄或太紧密地间隔在一起，或者如果光以一定角度进入，则波长可能重叠。当波长重叠时，读取波长的能力减弱。谐振偏移可能导致差的信号，并且角度容差可能低于2°。图1的光谱仪可以仅提供光谱。由于设计和空间约束，它们可能无法在提供光谱的情况下同时对目标进行成像(这可能需要专门用于该目的的单独的一组光学器件和检测器)。

图1中的光谱仪可以由技术专家用于高度专业化的应用，但由于组件的尺寸和费用而不用于消费者设备。实现可以集成到手持式设备(诸如智能电话)中的高性能、超紧凑型光谱仪可以是有益的。除了光谱仪的性能参数(诸如高分辨率、高通量和大光谱范围)之外，手持式光谱仪还具有大的输入角度容差可以是有益的。高角度容差可以增加设备的通量，并且可以允许它们容忍光谱仪与光谱目标之间的更大的未对准，并且还潜在地具有更大的视场。这对于手持式应用可以是有益的，在手持式应用中，未经训练的用户可以在未实现与在固定实验室环境中实践的相同的精确对准的情况下将光谱仪持有在他们的手中并获得良好的测量。

图2描绘了根据本公开的一些实施例的传感器(例如，光谱仪、光谱仪和成像装置等)200。传感器200可以是超紧凑型光谱仪传感器。传感器200也可以是超紧凑型的组合成像和光谱仪传感器。入射光201可以进入光圈202，并且光圈202可以用于将光聚焦到色散阵列204上。在一个实施例中，光圈202可以将视场限制为+/-15°；然而，在一些实施例中，视场可以更大或更小。光圈202可以是提供近场光谱学的三合透镜，但也可以是其它透镜类型。例如，光圈202也可以是类似于入口狭缝102的狭缝，并且可以具有更宽的视场，诸如+/-30°。在一个实施例中，色散阵列204的表面积可以是近似1平方毫米，但它可以更小或更大。色散阵列204可以包括纳米光子组件。

如在此所使用的，“散射”可以被定义为光线与初始轨迹的偏差。“色散”可以被定义为可以被分离成其组成波长的光。色散光也可以是散射光。

色散阵列204可以散射在第一波长范围和第二波长范围内的入射光201，这将在后面更详细地描述。色散阵列204可以允许在第一波长范围内的光在几乎没有或没有色散的情况下穿过，并且可以使在第二波长范围内的光色散。色散阵列204可以与光圈202集成，以允许与色散阵列204在同一工艺中制造光圈202。

穿过光圈202和色散阵列204的入射光201然后可以穿过透镜205。透镜205可以将光聚焦到图像传感器206上。在一个实施例中，透镜205可以是光学透镜、超透镜(metalens)或其它透镜。在可选的实施例中，光圈202可以与色散阵列204和透镜205集成。在又一可选的实施例中，光圈202、色散阵列204、透镜205和图像传感器206可以全部集成在一起。在一个实施例中，图像传感器206可以仅用于读取光谱数据。在另一实施例中，图像传感器206可以用于读取图像数据和光谱数据两者。图像传感器206可以具有内部区域208和外部区域209。图像传感器206可以同时读取在外部区域209内的第二波长范围的光谱数据和在内部区域208内的第一波长范围的图像数据，这将在下面更详细地描述。读取图像数据和光谱数据两者可以使传感器200能够将“真实”对象与“假”对象区分开。例如，如果分析对象是物理对象，并且对象的照片被呈现给传感器200，则对象的照片可以看起来是与原始对象相同的图像，但是拍摄的对象的光谱数据可以不同。可以采用光谱数据来检测“真实”图像和“假”图像之间的这些差异。

图像传感器206可以是CMOS传感器或先前描述的任何传感器，或者可以是能够检测被设计用于组合成像和光谱传感器200的波长的任何其它传感器。图像传感器206可以连接到图像处理器207，图像处理器207可以处理图像数据和/或光谱数据。图像处理器207可以重建视觉数据和/或光谱数据。

传感器200可以足够小以用作智能电话相机，并且可以提供成像和光谱的混合功能。传感器200的尺寸可以是0.1立方毫米至3立方毫米或更小，从而允许其适配在小形状因子装置内。色散阵列204可以具有约0.01立方毫米的体积。例如，在一些实施例中，为了使智能电话相机能够使用传感器200，可以将色散阵列204放置在相机透镜的层的顶部上或者相机透镜的层之间。智能电话相机可以包括透镜205、光圈202、图像传感器206和图像处理器207。根据设计，色散阵列204可以放置在智能电话透镜或光圈之前或之后。在另一实施例中，传感器200可以集成到智能电话相机中。

图3描绘了色散阵列204。色散阵列204可以包括色散结构300a至300n的阵列。第一色散结构300a可以允许第一波长范围的光在减少的色散或没有色散以及减少的散射或没有散射的情况下穿过，并且允许第二波长范围的光散射和色散。在一个实施例中，色散结构300a至300n可以各自是近似500微米乘500微米见方，但是可以是其它尺寸和形状。色散结构300a至300n可以使不同的相应波长范围的光色散。例如，对于色散结构300a至300n，第一色散结构300a可以使800nm至820nm波长范围的光色散，而第二色散结构300b可以使820nm至840nm波长范围的光色散等。

色散结构300a至300n中的每个可以针对整个色散阵列204色散所遍及的波长范围或带宽的不同子组而使光色散。例如，色散阵列204的色散波长范围可以是800nm至1000nm，并且如果存在8个色散结构300a至300n(n＝8)，则色散结构300a至300n中的每个可以在800nm至1000nm范围内使近似25nm的带宽色散。在可选的实施例中，对于波长范围的给定子组，可以存在多个色散结构300a至300n，以提供冗余度。例如，色散阵列204可以包括16个色散结构300a至300n，并且波长范围是800nm至1000nm，并且色散阵列204可以被设计成使得色散结构300a至300n中的每个单独的色散结构在800nm至1000nm范围内使近似25nm的带宽色散，但是存在共用色散带宽的色散结构300a至300n中的两个。

色散结构300a至300n可以沿着单个轴使光色散。例如，如下面将进一步介绍和讨论的，入射光201可以在与色散结构300a至300n上创建的纳米结构行403a至403n垂直的轴上色散。色散结构300a至300n可以定位成以相对于彼此的不同角度提供光散射和色散。换言之，色散结构300a至300n中的每个沿着一个轴色散，并且从色散结构300a至300n中的一个到另一个的色散轴偏移一个角度。该原理在图3中示出，如色散结构300a至300n中的每个具有相对于色散结构300a至300n中的另一色散结构以一定角度形成的其纳米结构行403a至403n。例如，第一色散结构300a可以具有对应的第一色散结构角301a，第一色散结构角301a可以是第一色散结构300a使光色散所沿的轴。第n色散结构300n可以具有对应的第n色散结构角301n等。因此，色散结构300a至300n中的每个可以具有对应的色散结构角301a至301n。

在一个实施例中，可以选择光在色散结构300a至300n之间色散的角度，以提供从色散结构300a至300n中的一个到另一个的色散结构角301a至301n的最大差异。例如，在n个色散结构300a至300n的情况下，色散结构300a至300n中的单个色散结构之间的色散轴的角度差可以是n/180°。例如，如果对于色散结构300a至300n，n为8，则色散结构300a至300n可以从0°到180°各自旋转近似22.5°，从而提供彼此之间的最大角度差。在可选的实施例中，为了冗余度，色散结构300a至300n中的两个或更多个可以共用色散结构角301a至301n。在可选的实施例中，色散结构300a至300n可以沿着两个轴或以锥形使光色散。

图4描绘了根据一些实施例的来自图3的示例色散阵列204的剖视图。在图4中，出于示例目的示出了三个色散结构：300a、300b和300n。所讨论的原理可以用于第一色散结构300a，并且可以用于图3的色散阵列204和色散结构300a至300n。入射光201可以以角度范围401进入第一色散结构300a。在一些实施例中，角度范围401可以在0°与+/-30°之间，但是可以是其它范围。下面进一步描述第一色散结构300a的结构以及入射光201与第一色散结构300a的相互作用。

第一色散结构300a可以包括多层系统，该多层系统包括纳米结构层402和滤波器层404，纳米结构层402可以将入射光201散射为散射光408，滤波器层404可以使光色散为色散光410。在一个实施例中，色散结构300a至300n中的每个可以以类似的方式以色散结构角301a至301n使入射光201散射和色散。纳米结构层402可以被称为可以用来散射入射光201的散射层。滤波器层404可以被称为可以用来使光色散的色散层。色散光410可以包括不同角度的不同波长的光。例如，第一波长可以以0°色散并且可以被称为目标波长409，而第二波长可以以10°色散。可以存在色散光410，色散光410可以包括波长范围并且可以基于滤波器层404的光学性质。近场响应411可以是对入射光201在第一色散结构300a内的散射和色散的响应以及对于在光离开第一色散结构300a之后的色散光410的前几个波长的响应。远场响应415可以是在近场响应411之后的入射光201的散射和色散响应。两者在下面更详细地讨论。

色散光410可以包括针对不同角度的各种波长的光。更具体地，如下面将说明的，色散光410离开第一色散结构300a的色散角取决于其波长。纳米结构层402可以包括可以散射光的纳米结构(稍后示出)的纳米结构行403a至403n(其在Z轴上延伸并且示出为403a、403b、……、403n-1和403n)。入射光201可以进入纳米结构层402，并且光可以与纳米结构行403a至403n相互作用。入射光201中的一些可以在纳米结构行403a至403n周围被散射，并且可以产生波前。该波前可以是电场的散射，并且可以限定光场传播。该波前可以具有伏特-米的单位，并且可以被认为是力。波前可以遵循惠更斯-菲涅耳原理(Huygens-Fresnelprinciple)，其中，波前上的每个点可以充当球面二次小波的源。二次小波的总和可以确定可以产生远场响应415的后续波的形式。波前可以具有变化的相位和振幅的波，这些波可以相加在一起以产生远场响应415。在入射光201与纳米结构层402相互作用并被散射之后，所得到的光可以与接下来描述的滤波器层404相互作用。

滤波器层404可以包括第一层405和第二层406的交替材料，这将关于图5进一步讨论。缺陷层407可以允许一定波长范围的光被色散。对于色散结构300a至300n中的每个，缺陷层407的厚度可以从色散结构300a至300n中的一个到另一个遍及色散阵列204变化(见例如图4，其中，缺陷层407分别在色散结构300a、300b和300n之间具有不同的厚度)。对于色散结构300a至300n中的每个，缺陷层407的变化厚度可以允许不同的波长范围的光被滤波并以不同角度被色散。在一些实施例中，对于色散结构300a至300n中的每个，缺陷层407可以具有不同的厚度。在其它实施例中，对于色散结构300a至300n中的两个或更多个，缺陷层407可以具有相同的厚度，以提供冗余度。

散射光408可以包括第一组波长和第二组波长。第一组波长的散射光408可以在第一角度范围412内在几乎没有或没有色散的情况下穿过滤波器层404，并且可以被称为镜面光。第二组波长的散射光408可以在第二角度范围413内被散射和色散为色散光410。第二角度范围413可以落在图像传感器206上，或者第二角度范围413的子组可以落在图像传感器206上。

在一个实施例中，第二角度范围413可以用于读取光谱数据。例如，从0度到图像传感器206的端部，可以光谱地读取在第二角度范围413内散射和色散并到达图像传感器206的波长。

在另一实施例中，如稍后将描述的，光谱读取角度范围414可以是第二角度范围413与第一角度范围412之间的非重叠角度范围。光谱读取角度范围414可以落在图像传感器206上，或者它可以超出图像传感器206。光谱读取角度范围414可以是角度范围，在该角度范围内色散光410可以被图像传感器206光谱地读取，并且可以被称为非镜面光。

作为具体示例，在一个实施例中，入射光201可以从0°至+/-30°之间进入纳米结构层402。在对于入射光201的0°至+/-30°输入角的范围内，对于可见光谱，输出色散可以是0°至+/-15°，对于NIR光谱，输出色散可以是0°至+/-30°；然而，在其它实施例中，其它角度和波长(从无线电波长到伽马波长)是可能的。在仅光谱读取构造中，图像传感器206可以用来读取从0°到+/-30°的光谱数据。在成像和光谱读取构造中，图像传感器206可以使用0°至+/-15°来读取图像数据，并且使用+/-15°至+/-30°来读取光谱数据。

在一个实施例中，纳米结构层402可以允许第一色散结构300a提供+/-30°的角度容差，这意味着进入0°与+/-30°之间的任何入射光201将提供相同的输出散射角和输出色散角。输出色散角和角度容差可以是由于纳米结构层402的构造导致的。下面提供入射光201与每层的相互作用的更详细描述。此外，还更详细地描述了材料和构造。

纳米结构层402可以被称为光学超表面(optical metasurface)。超表面可以包括空间布置的纳米天线的相移阵列或者纳米孔或纳米棒的阵列的一个或更多个平面表面以散射光，空间布置的纳米天线的相移阵列或纳米孔的阵列可以被称为散射体。

在一些实施例中，纳米结构层402可以包括基于电介质的超表面材料。纳米结构层402可以包括具有高折射率的电介质或半导体。高折射率可以更有效地散射光。另外，具有低光吸收率的材料可以允许更多的光被透射。所使用的示例材料包括但不限于二氧化钛、氮化硅、硅、锗、氧化铪、氧化铝或碲。这些介电材料可以能够谐振地捕获光并重新发射具有不同相位、偏振、模态和光谱的光。

纳米结构层402可以能够经由其界面处的相变而使光弯折，并且可以通过斯涅尔定律(Snell’s law)的广义版本来描述。当光分别在两种媒介(即，空气和纳米结构层402)之间通过时，它可以在界面处折射。在一些实施例中，通过改变如在此描述的纳米结构层402的超表面结构，光的相变可以从0到2pi变化。可以通过超表面的特征的尺寸和取向来控制相变的值。当磁谐振和电谐振重叠时，相位变化可以覆盖整个2pi范围。

更详细地，在一些实施例中，第一色散结构300a可以使入射光201通过纳米结构层402进入。可以经由米氏散射(Mie scattering)通过纳米结构层402操控入射光201，以提供取决于波长的散射。所得的散射光408可以具有改变的相位和振幅。接下来，提供滤波器层404的更详细描述。

滤波器层404可以是反射器。滤波器层404可以位于纳米结构层402的一侧上。滤波器层404可以反射一些波长，同时选择性地允许较窄波长范围的其它波长穿过。滤波器层404可以将目标波长范围的散射光408色散为色散光410。色散光410可以包括以不同角度(取决于波长)色散的波长，并且可以包括目标波长409。目标波长409可以是通过特定滤波器层404以0°色散的波长。目标波长范围可以基于目标波长409，并且可以包括由滤波器层404色散的散射光408的波长范围。由目标波长范围的色散导致的输出角度范围可以是第二角度范围413。

滤波器层404可以以波长相关的方式以一定角度使散射光408的波长色散，以形成色散光410。例如，对于第一色散结构300a的示例实施例，目标波长409可以是835nm，并且色散光410的目标波长范围可以是800nm至835nm。835nm的目标波长409可以以0°色散。820nm的波长可以以+/-15°色散，并且800nm的波长可以以+/-30°色散。滤波器层404可以包括缺陷层407，缺陷层407可以确定色散光410的目标波长范围以及哪种特定波长可以以哪种特定的固定角度被色散。如下面将进一步讨论的，缺陷层407的厚度可以针对色散结构300a至300n中的每个而变化，以允许色散阵列204使宽的范围的波长色散。

滤波器层404可以是分布式布拉格反射器(DBR)、介电镜(dielectric mirror)、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating)、半导体布拉格镜(semiconductor Bragg mirror)或其它类型的器件。滤波器层404可以是通过具有变化的折射率的交替材料的多个层形成的一种类型的反射器。在一个实施例中，滤波器层404可以是具有多个层的DBR滤波器。

在一个实施例中，滤波器层404可以包括第一层405和第二层406的一个或更多个交替层，但是可以存在更多类型的层，并且可以应用下面的相同原理。第一层405和第二层406可以在彼此的顶部上交替多次，并且可以保持恒定厚度或者可以在厚度上变化。缺陷层407可以是恒定厚度层或者可以是包括第一层405或第二层406的材料的变化的厚度层(在该示例中，缺陷层407被示出为具有与第一层405的材料相同的材料)。在一些实施例中，缺陷层407可以具有可选的材料。

第一层405和第二层406可以具有可以引起光波的部分反射的边界，并且可以对入射光201提供干涉，这可以将某些波长挡住。第一层405和第二层406可以具有可以允许某些波长穿过并改变相位的不同的折射率，这可以导致波长相关的角度色散。材料的折射率可以因进入材料的光的波长而变化；因此，所提供的折射率值可以是针对波长范围的平均值。第一层405可以是折射率在1.6与2.7之间的介电材料，第二层406可以是折射率在1.3与1.6之间的介电材料。在一个实施例中，第一层405可以是TiO₂。TiO₂的折射率可以是约2.45，并且可以被认为是高折射率。在一个实施例中，第二层406可以是SiO₂。SiO₂的折射率可以是约1.45，并且可以被认为是低折射率。两个折射率值可以更高或更低。两个值可以取决于穿过的光的特定波长，并且将折射率视为遍及感兴趣的波长范围的平均值可以是有帮助的。上述相同的原理可以应用于附加层，附加层包括缺陷层407和其它材料的层。

第一层405和第二层406可以具有不同的厚度，这也可以确定哪种波长可以穿过材料。第一层405和第二层406一起的反射率可以取决于在每层的边界处反射的光的相消干涉区域的构造。

对于每个材料层，光可以在第一折射率n的材料内具有相位延迟。光可以遵循c＝λf的法则，其中，c是光速，λ是波长，并且f是频率。当光穿过第一折射率n的材料时，光速可以通过乘以1/n来改变。由于频率f可以是固定的，因此波长λ也可以通过乘以1/n来改变(称为有效波长)。光的有效波长可以在材料内改变。此外，材料的厚度d可以允许第一波长的光穿过，而其它波长的光可以被反射。其它波长的光可以从外表面和内表面反射。从材料的内表面反射的光可以具有相位延迟，该相位延迟可以与从外表面反射的光相互作用以产生可以是相长的或相消的干涉。因此，材料的折射率与厚度一起可以允许选择波长穿过材料。当在Y方向上第一层405堆叠到第二层406上时，使用在此描述的原理，两个层的反射可以滤除许多波长，同时允许窄的波长范围穿过。第一层405和第二层406一起可以被称为堆叠体。下面更详细地描述层。下面的原理也可以应用于堆叠体中的附加层，诸如缺陷层407或更多的层。

在一些实施例中，第一层405和第二层406可以各自具有单种相应的材料，并且可以各自是介电材料。第一层405可以具有高折射率，而第二层406可以具有低折射率，或者两者可以具有高折射率。第一层405和第二层406可以重复地堆叠在彼此的顶部上，这可以在交替的层的界面处产生菲涅耳反射(Fresnel reflection)。第一层405可以具有折射率n1，并且第二层406可以具有折射率n2。菲涅耳反射一起可以是[(n1-n2)/(n1+n2)]²。

材料的有效厚度可以是其折射率乘以材料的厚度，并且可以用来确定材料的色散性质。所述概念可以应用于第一层405和第二层406。当将第一层405和第二层406组合成堆叠体时，有效厚度可以用来调节滤波器层404以使目标波长范围色散。在彼此上添加后续堆叠体将允许更大的色散效率，但是因为每个堆叠体的有效厚度可以是相同的，所以可以不改变目标波长范围。通过添加缺陷层407，当缺陷层407添加到堆叠体时，目标波长范围可以随着有效厚度改变而被调节。如稍后将讨论的，色散阵列204对于色散结构300a至300n中的每个可以具有相同的堆叠体，但是可以具有具备变化的厚度的缺陷层407，这可以允许对于色散结构300a至300n中的每个的不同的目标波长范围。

当被组合在一起以形成堆叠体时，第一层405和第二层406的有效厚度可以使厚度乘以折射率，有效厚度等于目标波长409的近似一半或四分之一，其中，目标波长409可以以0°色散。例如，对于第一层405的厚度d1和第二层406的厚度d2，有效厚度可以是n1×d1+n2×d2，并且可以被调节为近似等于目标波长409的一半或四分之一。可以添加相同厚度的附加堆叠体以增加色散效率，但是相同的目标波长409可以以0°色散。在其它情况下，如果包括具有折射率n1和厚度d3的缺陷层407，则公式可以是n1×d1+n2×d2+n1×d3，并且可以近似等于目标波长409的一半或四分之一。堆叠体和缺陷层407可以用来确定目标波长范围。如先前描述的，滤波器层404的目标波长范围可以是在色散结构300a至300n中的每个中可以发生色散的波长范围，并且基于针对特定色散结构的目标波长409。

在可选的实施例中，使用上述原理，色散结构300a至300n中的每个可以使用第一层405和第二层406的堆叠体的不同材料和/或厚度来把波长范围作为目标。堆叠体可以包含多于两层，并且每层可以具有不同的材料和厚度。在具有多个堆叠体的实施例中，每个堆叠体还可以包括不同的材料和厚度，或者它们可以是相同的材料和厚度。

等于目标波长409的一半的有效厚度可以导致相长干涉并且可以允许高反射材料。等于目标波长409的四分之一的有效厚度可以导致相消干涉，并且可以导致低反射材料。通过将多个交替的第一层405和第二层406堆叠在彼此上，可以发生更有效的相移，这可以允许更有效的滤波器。在一个示例中，通过堆叠第一层405和第二层406的四个层，波长色散的分辨率可以在2nm与5nm之间。如果添加更多的堆叠体，则分辨率可以降低(更高值，诸如5nm至10nm)。如果添加更少的堆叠体，则分辨率可以提高(更低值，诸如1nm至2nm)。

在一个实施例中，通过堆叠第一层405和第二层406，入射光201的光波的周期可以偏移pi，这可以导致相消干涉，从而可以阻挡或滤波选择波长，同时允许其它波长穿过滤波器。滤波器层404中的每个层可以具有可以引起光波的部分反射的边界。当多个层添加在一起以形成堆叠体时，许多反射可以与相长(半波长)或相消(四分之一波长)干涉组合，并且可以反射或阻挡选择波长穿过滤波器层404。

对于不存在缺陷层407的相消干涉的简单示例，如果目标波长409为800nm，则第一层405和第二层406可以具有两个四分之一波长滤波器的组合有效厚度，这可以使波长各自偏移200nm或总共偏移400nm。通过使800nm波长偏移200nm两次(即，400nm总偏移)，可以存在相消干涉，并且可以阻挡目标波长409。然而，在相长干涉中，可以允许目标波长409通过。

在另一实施例中，包括第一层405和第二层406的堆叠体的有效厚度可以小于目标波长409的厚度的一半或四分之一，但是当多个堆叠体加在一起时，它们可以共计为目标波长409的厚度的一半或四分之一。在其它实施例中，可以使用更多的变量来确定第一层405和第二层406的有效厚度，变量包括它们的折射率、厚度等，如在此描述的。

如下面将讨论的，缺陷层407还可以改变可以被滤波的目标波长409，并且通过改变缺陷层407的有效厚度，可以调节色散结构300a至300n，以允许散射光408的各种目标波长409以近似0°被色散为色散光410的一部分。

缺陷层407可以修改将要被色散的目标波长范围。对于色散结构300a至300n中的每个，缺陷层407可以包括具有不同厚度的台阶，所述台阶示出为沿着图4的X轴变化的厚度。第一台阶厚度可以允许第一目标波长范围在第一色散结构300a中色散，并且第n台阶厚度可以允许第n目标波长范围在第n色散结构300n中色散。例如，对于色散结构300a至300n上的缺陷层407中的每个台阶厚度，目标波长范围可以在彼此的20纳米至40纳米内，但是其它波长范围可以是可用的，并且可以取决于缺陷层407的材料(例如，折射率)和台阶尺寸选择。

在色散阵列204上，在色散结构300a至300n的整个范围内，缺陷层407、第一层405和第二层406的厚度一起可以选择可以被色散的波长的整个范围。例如，对于第一色散结构300a，目标波长范围可以是700nm至725nm，对于第二色散结构300b，目标波长范围可以是725nm至750nm，以此类推，对于第n色散结构300n，目标波长范围可以是875nm至900nm。针对色散阵列204可以被色散的波长的总范围可以是700纳米至900纳米。色散结构300a至300n中的每个可以使比它们各自的目标波长范围中的波长多的波长色散，但是这些波长可以具有比波可以不落在图像传感器206上的色散角宽的色散角。因此，缺陷层407可以被设计为将特定角度范围(其可以是第二角度范围413或光谱读取角度范围414)内的色散光谱(目标波长范围)的特定部分放置到图像传感器206上，如由图像传感器206的物理尺寸和放置所限定的。

更详细地，还参照图3，色散结构300a至300n中的每个可以具有与色散结构300a至300n中的其它色散结构的缺陷层407不同厚度的缺陷层407，以允许遍及整个色散阵列204的宽范围的波长的色散。更具体地，如果如上所述的缺陷层407的台阶的厚度为x，并且目标波长409所需的层的基础高度为n(如先前描述的)，则第一色散结构300a可以具有约n+x的厚度，第二色散结构300b可以具有n+2x的厚度，并且第三色散结构300c可以具有n+3x的厚度，以此类推。

更具体地，在一些实施例中，缺陷层407可以具有各种厚度(色散结构300a至300n中的每个一个厚度)，以允许变化的目标波长范围的光穿过。对于色散结构300a至300n中的每个，可以存在目标波长409，目标波长409可以被定义为光以0°色散的波长。针对色散结构300a至300n中的每个的目标波长409可以不同或者可以由色散结构300a至300n中的两个或更多个共用，以提供冗余度。

如先前描述的，色散结构300a至300n可以不在它们相应的波长范围(例如，700nm至725nm)的末端“停止”色散波长。相反，超过图像传感器206的物理边界(例如，在一些实施例中，超过+/-30°)色散的波长不被感测到，并且不被认为是该讨论的“波长范围”的一部分。也就是说，色散结构300a至300n中的每个的色散波长范围对于目标波长409以0°开始，并且延伸到由图像传感器206的外部界限限定的角度。

例如，对于图3的色散阵列204，可以存在n＝8个色散结构300a至300n。此外，例如，色散阵列204可以能够使700nm至900nm的波长色散。根据该示例，色散结构300a至300n中的色散结构可以使每近似25nm的目标波长范围色散。第一色散结构300a可以使700nm至725nm(其可以是第一目标波长范围)的光色散。以近似0°色散的目标波长409可以是725nm。700nm波长可以以+/-30°色散，并且在700nm与725nm之间的波长可以以较低的角度色散。缺陷层407针对第一色散结构300a可以是第一厚度。第二色散结构300b可以使725nm至750nm(其可以是第二目标波长范围)的光色散。以近似0°色散的目标波长409可以是750nm。缺陷层407针对第二色散结构300b可以具有增加的厚度(相对于第一色散结构300a)，从而以0°使不同的目标波长409色散并具有第二目标波长范围(相对于第一色散结构300a)。例如，当缺陷层407的折射率为1.25时，所增加的厚度可以为20nm，从而允许在目标波长409中的1.25×20＝25纳米偏移并且波长范围被色散。当然，如果期望的目标波长409偏移或材料折射率不同，则可以使用不同的缺陷层407的厚度。

在一些实施例中，根据色散结构300a至300n，缺陷层407可以以上述方式具有递增增加的厚度，以允许整个目标波长范围的色散。

在一些实施例中，图像传感器206可以从第一角度范围412读取成像数据，并且从光谱读取角度范围414中的色散光410读取光谱数据。在示例实施例中，光谱读取角度范围414可以是+/-15°至+/-30°，并且其中读取成像数据的第一角度范围412可以是0度至+/-15度。为了补偿色散光410的一些角度可能不用于光谱数据的事实，可以使用根据在此公开的原理设计的色散结构300a至300n之间的目标波长409的重叠。

例如，第一色散结构300a可以具有使700nm至735nm的光色散的第一目标波长范围。以近似0°色散的目标波长409可以是735nm。700nm波长可以以+/-30°色散，并且725nm波长可以以+/-15°色散。因此，例如，在725nm至735nm波长的光落在图像传感器206上的光谱读取角度范围414之外(但在第一角度范围(成像数据角度)412内)的情况下，第一色散结构300a可以提供在700nm至725nm范围内的光谱读取。

第二色散结构300b可以具有较厚的缺陷层407。第二色散结构300b可以具有使725nm至760nm的光色散的第二目标波长范围。以近似0°色散的目标波长409可以是760nm。725nm波长可以以+/-30°色散，并且750nm波长可以以+/-15°色散。因此，在750nm至760nm光落在图像传感器206的光谱读取角度范围414之外的情况下，第二色散结构300b可以提供在725nm至750nm范围内的光谱读取。因此，第二色散结构300b的目标波长范围可以补偿未测量第一色散结构300a的目标波长范围中的一些目标波长范围的事实。然后可以遍及色散结构300a至300n重复这种重叠原理，以允许连续覆盖从700nm至900nm的波长。

可以为色散结构300a至300n中的单个色散结构寻求的目标波长范围(和相关的目标波长409)的细节可以基于以下因素：可以由图2的图像传感器206收集图像数据相对于光谱数据的角度(其可以基于图像传感器206的物理设计参数)、色散结构300a至300n的数量和所寻求的任何冗余度、将由传感器200分析的光谱的总波长范围以及在阅读本公开之后对于本领域技术人员将明显的各种其它因素。

返回参照图4，色散光410的波长的强度可以随着色散角而变化，并且可以被称为透射角强度，如将在图10中更详细地示出的。波长的透射角强度可以是滤波器层404的材料的折射率和厚度、纳米结构层402的组成、散射光408以及滤波器层的堆叠体(第一层405和第二层406)的数量的函数。可以计算针对每个波长的透射角强度，并且可以生成角强度的分布。可以从分布计算色散光410的色散。该计算可以用于设计滤波器层404，包括第一层405和第二层406的厚度、材料和堆叠体的数量。下面进一步提供更多细节。

图5提供了根据一些实施例的用于制造色散阵列204的工艺500的图示。如图4中所讨论的，第一色散结构300a可以包括纳米结构层402和滤波器层404。图5可以示出色散结构300a至300n的剖视图，其中，可以在制造工艺期间产生或使用纳米结构层402或滤波器层404的附加层。在该示例视图中，缺陷层407可以具有8个台阶，并且可以示出具有8个并排的色散结构300a至300n的色散阵列204。色散阵列204的制造可以是单片的；也就是说，所有色散结构300a至300n的设计可以一起完成。

基底501的层可以用作在其上向色散结构300a至300n添加附加层的基底。基底501可以是玻璃、硅或在感兴趣的波长范围内的其它光学透明材料。基底501可以用于制造工艺，并且可以在制造之后处理掉。可以使第一层405和第二层406交替地沉积在彼此上以形成如结构510所示的第一滤波器层502。在一个实施例中，第一层405和第二层406具有两种不同的材料；然而，可以使用其它材料的附加层。第一层405可以具有第一厚度d1，并且第二层406可以具有第二厚度d2。交替的第一层405和第二层406可以具有相同的厚度d1和d2，或者它们的厚度可以变化。第一滤波器层502可以允许对要穿过的选择波长进行滤波。

可以在第一滤波器层502的顶部上制造缺陷层407。缺陷层407可以包括变化的厚度的阶梯台阶式图案。缺陷层407的变化的厚度可以允许光的变化的波长范围的色散。缺陷层407可以由缺陷准备层504以及一个或更多个缺陷光刻层503制成。缺陷光刻层503可以是一个或更多个光刻掩模，并且可以是聚合物膜。缺陷准备层504可以是与第一层405和第二层406中的一个的材料相同的材料，或者它可以是不同的材料。可以在第一滤波器层502的顶部上沉积缺陷准备层504。可以在缺陷准备层504的顶部上沉积缺陷光刻层503，缺陷光刻层503可以形成光刻结构511。可以将光刻掩模和蚀刻(在下面更详细地描述的一个或更多个重复的工艺中)应用于缺陷光刻层503，这可以改变缺陷准备层504的结构，并且可以形成包括缺陷层407的最终形式的结构512，这将在下面更详细地描述。

可以在缺陷层407的顶部上使附加的第一层405和第二层406交替地沉积在彼此上，以形成第二滤波器层505。第一滤波器层502、缺陷层407和第二滤波器层505可以构成图4的滤波器层404。返回参照图5，可以在第二滤波器层505上沉积盖堆叠体506并使其水平，从而形成结构513。盖堆叠体506可以具有临时沉积在其上的光刻掩模507，以允许通过蚀刻来光刻产生纳米结构行403a至403n，从而形成结构514。当针对色散结构300a至300n中的每个蚀刻纳米结构行403a至403n时，可以去除光刻掩模507，从而形成可以是色散结构300a至300n的结构515。

在一个实施例中，第一层405可以是二氧化钛(TiO₂)，并且可以经由溅射方法来沉积，但是可以使用在基底501上沉积材料的任何其它技术来沉积。

第二层406可以是二氧化硅(SiO₂)。第二层406可以经由等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来沉积，但是可以使用任何其它技术来沉积。

在一个实施例中，第一层405可以是83nm厚，并且第二层406可以是135nm厚，以把800nm的波长作为目标，并且第一层405包括TiO₂，第二层406包括SiO₂。在缺陷层407之前，对于总共八个层(第一层405的四个层与第二层406的四个层交替)，可以存在分层堆放在彼此的顶部上的第一层405和第二层406的四个堆叠体。可以存在更少或更多的堆叠体。在缺陷层407之后，可以存在第一层405和第二层406的另外的四个堆叠体。为了把其它波长作为目标，如在此所讨论的，可以使用其它厚度。可以存在更少或更多的堆叠体。

如先前描述的，可以通过沉积第一层405或第二层406的较厚的层(其可以是缺陷准备层504)来形成缺陷层407。可以应用灰度光刻技术来形成缺陷层407。可以将紫外线(UV)曝光应用于缺陷光刻层503。缺陷光刻层503可以覆盖缺陷准备层504的整个表面。在图5中所示的示例中，可以在X方向上在范围508内施加UV辐射，并且UV曝光的总剂量可以在范围508内变化。也可以在Z方向上施加UV辐射。可以施加可变剂量功率或可变时间剂量的UV曝光，这将影响缺陷光刻层503在沿着X方向的蚀刻处理下的耐久性，然后这可以导致可变厚度的缺陷层407。例如，用于8个分区的可变剂量功率水平可以具有x、7/8x、6/8x、……、低至1/8x功率水平的功率水平。UV曝光的可变时间剂量可以具有相同的功率水平x，并且对于每个分区可以具有时间t、7/8t、6/8t、……、低至1/8t。在施加UV曝光之后，可以执行蚀刻，这可以产生缺陷层407。蚀刻可以是干法蚀刻或湿法蚀刻。

在示例可选的方法中，使用重复蚀刻剂掩模光刻从缺陷准备层504产生缺陷层407的台阶状结构。具体地，在每一轮光刻中，利用覆盖比先前的蚀刻剂掩模阶段少一个台阶的蚀刻剂掩模，并且器件在高度上被向下蚀刻一个“台阶”。通过重复该工艺，产生台阶式结构。

图6描绘了示例色散结构300a的俯视图，并且具体地示出了图4的纳米结构层402的俯视图。纳米结构行403a至403n沿着X轴分布。纳米结构行403a至403n可以包括在Z轴上延伸的多个纳米孔或纳米天线(这里示出为纳米孔)。纳米结构行403a至403n可以沿着X轴彼此紧邻放置，并且沿着Z轴平行延伸。纳米结构行403a至403n可以以图案分布，并且图案可以是半随机图案。纳米结构行403a至403n中的两个相邻的纳米结构行之间的距离可以随机分布在沿着X轴的每个相邻行的最小和最大可允许距离之间。在一个实施例中，纳米结构行403a至403n可以在第一色散结构300a的目标波长范围的最长波长的一半长度的相邻行之间具有最大距离；这可以是目标波长409。可以使用用于均匀分布的逆变换采样来实现半随机图案。半随机图案可以允许相邻纳米结构行403a至403n之间的低空间相关性或无空间相关性。在低空间相关性或无空间相关性的情况下，可以允许角度范围(入射角范围)401在第一角度范围412和第二角度范围413内允许光的恒定输出散射范围。由于没有行图案，并因此光对图案没有依赖性，纳米结构行403a至403n沿着X轴的随机分布可以允许纳米结构层402独立于图4的入射光201的偏振而操作。

在一个实施例中，纳米结构行(诸如403a)可以包括纳米孔601a至601n。纳米结构行403a至403n可以各自包括纳米孔601a至601n的组的副本。纳米孔601a至601n可以在半径、厚度和目标纳米结构行(诸如403a)内的相邻纳米孔之间的距离方面相似或不同。在一个实施例中，纳米孔601a至601n可以具有140nm的半径和750nm的深度，但是它们可以更大或更小。

在一个实施例中，纳米孔601a至601n可以彼此近似相等地间隔开。纳米孔601a至601n可以紧密地放置在一起以允许光在几乎没有或没有散射的情况下在Z方向上穿过。为了允许光在几乎没有或没有散射的情况下在Z方向上穿过，要满足的条件可以是：

λ≥n·d。

其中，波长λ可以是感兴趣的波长，n可以是纳米孔601a至601n的折射率，并且d可以是相邻纳米孔601a与601b之间的距离。例如，纳米孔601a至601n在第一纳米结构行403a中的相邻纳米孔之间可以具有10nm至200nm的距离，并且可以具有约1.5的折射率，这可以允许可见光和NIR光两者的散射。无散射或低散射条件可以用于如下所述的一维结构的设计。

一维结构可以在一个维度上提供图案，诸如纳米结构行403a至403n沿着X轴的分布。图案可以是纳米结构行403a至403n的重复或随机分布，并且将在后面更详细地讨论。一维结构可以在第二维度上保持一致性，诸如在纳米结构行403a至403n之间在Z方向上保持纳米孔601a至601n的相同数量或放置；对于每个纳米结构行403a至403n，可以重复纳米孔601a至601n的相同数量或放置。

二维结构可以在第一维度和第二维度两者上提供图案化。例如，纳米结构行403a至403n可以具有沿着X轴方向的图案。如先前描述的，图案可以是沿着X轴在最小距离与最大距离之间随机分布的纳米结构行403a至403n。另外，第一纳米结构行403a可以在行内在Z方向上具有纳米孔601a至601n的图案化。例如，第一纳米结构行403a可以具有具备图案的纳米孔601a至601n，所述图案具有不同的直径、形状、厚度以及在每个纳米孔601a至601n之间的间隔。

如先前描述的，光可以在一个方向(其可以沿着图6中的X轴(垂直于纳米结构行403a至403n))上散射通过第一色散结构300a，但是可以基本不沿着与纳米结构行403a至403n平行的方向(示出为Z轴方向)散射。这种单轴散射可能是由于纳米孔601a至601n在Z方向上接近，因为纳米孔601a至601n中的相邻两个纳米孔之间的距离小于入射光201的波长，从而允许光在几乎没有散射或没有散射的情况下基本穿过。然后，由于纳米结构行403a至403n间隔开足够远(根据半随机分布)，因此沿着X轴可以发生散射，从而不允许某些波长的光在不发生散射的情况下穿过。

更详细地，第一纳米孔601a的半径r可以在入射光201中赋予相移θ，这可以导致如图4中所示和先前所述的近场响应411。单个纳米孔(诸如第一纳米孔601a)的近场响应411可以被称为

图4的近场响应411可以包括针对图6的所有纳米结构行403a至403n的纳米孔601a至601n的近场响应411的总和。

第一纳米孔601a的半径r如果更大，则可以允许更多的散射，且如果更小，则可以允许更少的散射，并且可以是由于米氏散射。由单个第一纳米孔601a散射的光可以以圆锥形状散射。在一个实施例中，半径r可以是约140nm至150nm；然而，取决于目标波长409，半径可以更大或更小。第一纳米孔601a的半径r可以是色散结构300a的目标波长范围中的目标波长409的一半或更小。如下面将讨论的，当纳米孔601a至601n形成第一纳米结构行403a时，纳米孔601a至601n在Z方向上彼此的接近可以允许光穿过并且基本不在Z方向上色散。

当在X方向上分布纳米结构行403a至403n时，图4的入射光201的散射可以基本限于X方向。纳米结构行403a至403n可以被设计为通过选择纳米孔601a至601n的半径r且半随机地分布纳米结构行403a至403n来散射由于米氏散射而导致的选择波长和选择角度的光。所有纳米结构行403a至403n之间的平均距离可以确定光是否散射以及在什么波长下散射。

在一个实施例中，行的分布可以取决于纳米结构行403a至403n的密度。纳米结构行403a至403n的密度可以是纳米孔601a至601n的表面积除以总表面。对于一维构造，当纳米结构行403a至403n在一起间隔得更近时，密度可以更高，并且当纳米结构行403a至403n间隔得更远时，密度可以更低。纳米结构行403a至403n之间的间隔可以被称为行密度。行密度可以是第一色散结构300a上每单位长度的纳米结构行403a至403n的计数，并且可以用于确定针对一维构造的密度。通过改变行密度，第一色散结构300a的效率可以改变。

如果传感器200读取图像数据和光谱数据，则效率可以是第二角度范围413中的色散光410的强度除以入射光201的强度的比率。如果传感器200仅读取光谱数据，则效率可以是光谱读取角度范围414中的色散光410的强度除以入射光201的强度。强度可以以勒克斯(lux)为单位测量。效率也可以被称为由图像传感器206色散和光谱地读取的非镜面前向散射光的强度与入射光201的强度相比。效率可以用来确定纳米结构行403a至403n的密度。与非镜面前向散射光相反，镜面前向散射光可以包含零级透射光，其可以是散射光408。非镜面前向散射光可以包含更高级或非零级的透射光，非镜面前向散射光可以是以非零角度色散的光。图像传感器206可以读取非镜面光的光谱。更高的效率可以导致散射入射光201的更高概率。如下面将更详细描述的，确定入射光201的散射可以取决于目标波长409、孔密度和行密度。

如下所述，为了确定对于给定密度的纳米结构行403a至403n的第一色散结构300a的效率，可以执行下面的纳米孔601a至601n的近场响应的分析。近场响应411

可以取决于所使用的纳米孔601a至601n的半径。纳米孔601a至601n的集体近场响应411可以用于确定第一色散结构300a的纳米结构行403a至403n的行密度。第一纳米孔601a可以具有半径

并且

遍及纳米孔601a至601n可以是相似的，这可以遵循以下等式：

其中，θ可以是入射光201的相移，i是虚数单位，并且R是光可以不再散射的第一纳米孔601a的半径，并且可以是要散射的波长的宽度的约一半。通过确定纳米孔601a至601n的半径，可以确定第一色散结构300a的密度。

在纳米结构行403a至403n的较高行密度下，由于亚波长条件，散射的入射光201的量可以减少。当相邻纳米结构行403a至403n之间的平均距离d从目标波长409的1/2的亚波长的最大值减小到0nm时，可以发生亚波长条件，如下面将进一步描述的。

包括相邻纳米结构行403a至403n之间的分布和平均距离的行密度可以由可以被散射的入射光201的目标波长409来确定。相邻纳米结构行403a至403n之间的最大距离可以比入射光201的目标波长409的亚波长接近彼此。例如，对于800nm波长，亚波长可以是400nm，并且相邻纳米结构行403a至403n之间的最大距离可以是400nm。如果对于800nm波长，相邻纳米结构行403a至403n在彼此的400nm内，则800nm波长可以被散射。如果两个相邻的纳米结构行403a至403n之间的距离更接近最大400nm的距离，则可以存在较多的散射。如果两个相邻的随机纳米结构行403a至403n之间的距离更接近0nm，则可以存在较少的散射。因此，当设计纳米结构行403a至403n的放置时，行密度可以影响散射效率。另外，如果存在放置纳米结构行403a至403n的图案，则光散射可以取决于纳米结构行403a至403n的图案。例如，如果纳米结构行403a至403n均匀间隔开或者由可重复图案间隔开，则目标波长范围的散射可以针对每个波长以固定角度发生，并且可以不在第一角度范围412或第二角度范围413内散射。因此，纳米结构行403a至403n的放置可以是使用逆变换采样的半随机均匀分布，以产生最小距离与最大距离之间的随机分布。

在一些实施例中，纳米结构行403a至403n的分布可以通过概率密度函数

来确定。概率密度函数可以用来提供每行的随机放置的边界。

在一些实施例中，纳米结构行403a至403n的概率分布的傅里叶变换可以写为

概率密度函数的傅里叶变换可以用来确定纳米结构行403a至403n如何随机或半随机分布。傅里叶变换可以是针对纳米结构行403a至403n的分布的特征函数。傅里叶变换

可以用来构造纳米结构行403a至403n的随机分布，以允许纳米结构行403a至403n的分布尽可能独立于散射光408，散射光408可以表示为散射光

使用用于构造随机分布的傅里叶变换，可以生成纳米结构行403a至403n的半均匀随机分布，以允许相邻纳米结构行403a至403n之间没有空间相关性。空间相关性在相邻纳米结构行403a至403n之中的缺乏可以允许角度范围(入射角范围)401的各种角度，从而允许在第一角度范围412和第二角度范围413内的光的恒定输出散射范围。

透射光的镜面项

可以提供可以用于构建入射图像的散射光408的位置信息。散射光408和色散光410的位置信息可以允许对来自第一色散结构300a的光同时成像和光谱分析。在一些实施例中，优化针对角度相关的光谱的高角度光的散射可以是有益的。

图7描绘了第一色散结构300a的一维构造的设计分析。图7示出了具有700nm至725nm的目标波长范围的第一色散结构300a的示例效率与密度关系。在一些实施例中，图4的近场响应411的效率与图6中的纳米结构行403a至403n的不同总密度之间存在关系。效率关系可以用来确定纳米结构行403a至403n的行密度。

图8描绘了示例纳米结构层402的俯视图，纳米结构层402可以包括纳米天线801并且可以用作图6的纳米孔601a至601n的可选的实施例。纳米天线801可以具有亚波长厚度。在一个实施例中，可以使用目标波长409的一半的亚波长。纳米天线801可以由等离子体材料或介电材料制成。纳米天线801可以能够经由空间布置的超原子(meta-atom)来操控光。超原子可以是结构化图案(诸如孔、天线或其它形状)的原子部分。纳米天线801可以是尺寸为约10nm至1000nm的天线。

等离子体材料可以包括金属、透明导电氧化物、过渡金属氮化物或2D材料。等离子体纳米天线可以通过等离子体谐振与光相互作用。在相互作用期间，等离子体纳米天线中的电子可以由于外部电场而从稳态位置偏移，这可以被称为极化。电子的极化可以产生内部场以使电子恢复到稳态。在外部电场影响下，可以在等离子体谐振的光谱宽度内以pi的相移发生电子的振荡。贵金属(诸如金和银)可以用作用于等离子体结构的构建材料。可以利用另外的修改，诸如生成V形纳米天线以支持两种谐振模式以及并入通过薄介电间隔件与纳米天线阵列分离的金属接地平面。通过添加薄介电间隔件，入射光可以在纳米天线801和接地平面上感应反平行电流，这可以产生间隙谐振并提供从0到2pi的相移。

等离子体纳米天线可以通过聚焦离子束铣削来制造。可以通过聚焦离子束来铣削金属薄层以产生等离子体纳米天线结构。纳米天线801也可以是介电纳米天线或介电纳米孔。介电纳米天线或纳米孔可以通过米氏散射来操控光。还可以使用电子束(e-beam)光刻和e-beam蒸发来制造介电纳米天线。

图9描绘了示出针对图2的色散阵列204的实施例的各种波长的光的色散效率的曲线图的示例。对于第一波段的效率响应可以是响应901a，响应901a可以对应于第一色散结构300a。后续响应901b至901n可以与后续色散结构300b至300n相关。图9可以用来构造和验证图6的色散结构300a至300n及其相应的纳米结构行403a至403n的效率。此外，该效率可以用于校准色散结构300a至300n。该效率还可以用于光谱学的目的。当由图2的传感器200读取图像时，可以通过参照诸如图9的效率曲线图来解释光谱响应部分。

在该示例中，色散阵列204可以包括可以累积地为近似700nm至900nm波长的光提供色散效率的n＝8个色散结构300a至300n。图3的色散结构300a至300n可以具有分别对应于901a至901n的色散效率响应。

图10描绘了由色散结构(诸如300a至300n)的示例实施例产生的图4的色散光410的各种色散输出角θ的角强度色散曲线。当设计图4的纳米结构层402的参数(例如，在设计诸如300a的特定色散结构中)并且还用于设计图像传感器206时，可以使用所示的波长相关的色散角。在一个示例中，图10可以示出在色散光410的目标波长范围在800nm与835nm之间的情况下的第一色散结构300a的角强度色散。835纳米的波长可以穿过具有0°色散的示例第一色散结构300a。近似+/-30°的色散输出角θ可以对应于800nm至835nm波长范围，800nm至835nm波长范围可以是第二角度范围413。在一个实施例中，第二角度范围413可以用于光谱分析。在另一实施例中，第一角度范围412可以是用于成像而不是用于光谱分析的波长。第一角度范围412可以是+/-15°。光谱读取角度范围414可以是+/-15°至+/-30°。

对于其它色散结构(诸如300b至300n)，可以存在不同的目标波长范围的色散光410，因此，可以以特定角度(例如，+/-30°)使不同的波长色散。

从设计的角度来看，每个波长的色散角可以拟合到指数加宽的洛伦兹分布(exponentially-broadened Lorentzian distribution)，从而产生类似于图10中的曲线图的曲线图。

可以从指数加宽的洛伦兹分布的拟合中提取关于波长的峰位置。然后，可以将峰位置拟合到以下等式，以提取色散光410的目标波长409和滤波器层404的折射率n*。对于下面的计算，可以考虑色散角和波长的拟合的半峰全宽(FWHM)，以确定第一色散结构300a的性质。色散光410的色散角λ(θ)可以取决于色散光410的目标波长409(λ₀)和滤波器层404的折射率n*：

在一些实施例中，该峰位置可以用来确定色散光410的目标波长409，目标波长409可以用来产生具有色散结构300a至300n的色散阵列204。

图11描绘了在入射光201在穿过图2的光圈202和色散阵列204(以及可能的透镜205)之后从图像传感器206的中心进入并限定通过图像传感器206的中心的中心轴的情况下从侧面观看的来自图2的图像传感器206，光圈202和色散阵列204位于距图像传感器206的特定高度(离开页面)处。图像传感器206包括内部区域208和外部区域209，内部区域208和外部区域209中的每个包括相应的多个像素。内部区域208包括第一组像素，第一组像素在距离从色散阵列204和透镜205行进的入射光201的轴的第一角度范围412内，而外部区域209包括第二组像素，第二组像素在距离从色散阵列204和透镜205行进的入射光201的轴的更大的第二角度范围413内，第二角度范围413还未被内部区域208包围。如将在图12中以图形方式示出的，图像传感器206的内部区域208和外部区域209可以从图3的色散结构300a至300n读取成像数据和光谱数据。

更具体地，在某些实施例中，内部区域208可以用来对散射光408进行成像，并且外部区域209可以用来读取色散光410的光谱。在某些实施例中，内部区域208可以是逻辑地分组为圆形的一组像素，并且外部区域209可以是逻辑地分组在一起作为与内部区域208同轴的环的一组像素。在其它实施例中，内部区域208和外部区域209可以一起使用以仅读取光谱数据。

还更具体地，回顾滤波器层404可以在没有色散的情况下允许第一角度范围412内的某些波长的光(例如，散射光408)和第二角度范围413内的选择的一组不同波长的色散光410通过，并且精确的色散角基于光的波长。因此，由于仅波长相关的角度色散的光到达这些像素，所以可以使用外部区域209的传感器像素来完成光谱读取。

由于内部区域208接收已经经历减少的散射并且仅包含色散光410的一部分的光，所以内部区域208可以从落在其内的所有接收到的光读取成像数据。

例如，如果第一角度范围412是0°至+/-15°并且第二角度范围413是0°至+/-30°，则内部区域208可以对0°至+/-15°范围内的可见光进行成像，并且外部区域209可以读取+/-15°至+/-30°范围内的色散NIR光。

图12描绘了可以由入射光201照射的合成图像1201。在一个实施例中，入射光201可以包括可见光或NIR宽带光。

可以看到具有中心的合成图像1201，合成图像1201具有从中心朝向边缘径向发出的条纹。出于说明的目的，合成图像1201可以呈假的颜色。合成图像1201可以是用单色传感器捕获的图像的假的颜色表示，并且颜色可以表示图像的强度或亮度。由于光的散射(散射光408)和光的色散(色散光410)两者，合成图像1201可能看起来模糊。诸如1204的条纹可以是从色散结构(光色散机构)300a至300n中的单个色散结构沿着单个轴的光散射的结果。

参照图3，色散结构300a至300n中的每个可以在一个维度上散射和色散光。例如，色散结构300a至300n可以沿着垂直于包括纳米结构行403a至403n的色散结构300a至300n的轴散射和色散光。由于色散结构300a至300n中的每个与其他色散结构300a至300n处于不同的角度，所以色散结构300a至300n中的每个在限定的取向上产生其自身的唯一条纹，该条纹与色散阵列204内的色散结构300a至300n的放置对应。图12可以描绘n＝8个色散结构300a至300n，其中，合成图像1201中所示的散射光和色散光的条纹全部彼此间隔22.5°，条纹各自与色散结构角301a至301n对应。

色散结构300a至300n中的每个可以被构造为使在限定的一组目标波长范围内的入射光201色散(如以上讨论的，部分地基于它们的相应目标波长409以及它们的缺陷层407的尺寸)。如先前讨论的，色散结构300a至300n中的每个可以产生色散光谱光的唯一线性条纹，诸如用于第一色散结构300a的条纹1204。此外，如以上讨论的，由于色散阵列204与图像传感器206的物理连接，每个条纹可以发生在唯一的已知位置和取向上。最后，在每个条纹内，每个特定波长将以与距图像中心的已知距离对应的已知角度色散。因此，在色散阵列204的整个目标波长范围内接收的每个波长的光可以落在图像传感器206上的已知区域中，并因此落在已知像素上。根据该信息，可以基于从这些像素接收的信号来确定给定光信号的光谱组成和强度的精确确定。

在图像传感器206读取合成图像1201之后，可以提取图像1202和光谱数据1203。在一个实施例中，图像1202可以是可见图像，并且光谱数据1203可以是NIR光谱。可以应用后处理算法来提取图像1202和光谱数据1203。

为了重建图像，可以使用后图像处理来去除由散射引起的伪像(artifact)。在一些实施例中，这可以涉及基于色散结构300a至300n的校准来应用去模糊算法。在一些实施例中，这可以涉及通过测量当被准直的可见光(400nm至650nm)照射时通过每个色散结构300a至300n的透射角强度来测量点扩散函数(PSF)。可以使用理查德森-露西算法(Richardson-Lucy algorithm)使测量的点扩散函数(PSF)从原始图像去卷积。可以使用十次迭代来提供去模糊与避免振铃伪像(ringing artifact)之间的平衡。

为了重建测量的光谱，在一些实施例中，可以利用以下步骤。可以通过根据色散结构300a至300n的波长相关的散射条纹的理想模型拟合原始数据来从原始数据的光谱区域提取光谱。当入射光201照射在色散结构300a至300n上时，首先，入射光201可以根据第一色散结构300a的取向和光的初始角度被散射到不同的角度。其次，可以根据光的光谱内容(例如，波长)以一组角度对光进行滤波和色散。

因此，可以相对于检测器上的入射光角度θ_x，θ_y和位置x,y对散射强度分布g(θ_x，θ_y，x，y)进行建模。理想的色散结构300a至300n可以沿着其色散结构角301a至301n将入射光相等地散射到所有像素。因此，g可以定义为：

其中，f可以是聚焦透镜的焦距，并且θ可以是色散结构300a至300n的轴取向的角度。对于给定图像，总散射强度分布可以写为：

g′(x，y)＝∫∫α(θ_x，θ_y)g(θ_x，θ_y，x，y)dθ_xdθ_y。

其中，α(θ_x，θ_y)是当作模型中的输入参数的图像的强度分布。

接下来，可以描述具有光谱强度I(λ)的不同角度处的滤波效果。对于第一色散结构300a，只有色散光410的目标波长范围(其对于给定角度θ可以被称为λ_R(θ))可以以给定角度θ透射。因此，我们可以将像素位置x,y处的光谱滤波函数定义为：

S(x，y)＝∫I(λ)·δ(λ_R(θ_eq(x，y))-λdλ＝I(λ_R(θ_eq(x，y)))。

其中，对于光学系统，θ_eq(x，y)可以是与像素位置x，y对应的角度，θ_eq(x，y)可以写为：

最后，可以通过将光谱滤波乘以随机散射来计算色散结构300a至300n的全条纹图案，以获得最终的光谱条纹图案：

SP(x，y)＝g′(x，y)·S(x，y)。

可以对n个色散结构300a至300n中的每个重复相同的计算，然后可以将强度图案加在一起，从而从模型获得最终的光谱条纹图案。

为了从测量的条纹图案计算光谱，在一些实施例中，可以使用具有例如10^-6的容差的最小二乘拟合方法(LSQR)将获得的模型拟合到原始数据。

如以上提及的，理想的色散结构300a至300n被认为具有与角度无关的散射和透射效率。然而，在实践中，由于散射可以是完全随机的，因此可以观察到相对于角度的轻微强度变化。另外，由于菲涅耳反射(Fresnel reflection)，较高角度的光可能比较低角度的光更低效地透射通过滤波器。此外，从色散结构300a至300n中的一个到另一个相对于波长的转变可能导致附加的误差。为了校正误差，遍及光谱乘以波长相关的校准项：

I′(λ)＝c′(λ)I(λ)。

其中，I′是校准的光谱强度，并且c′是校准因子。为了计算c′，使用高分辨率商业光谱仪测量的光谱可以除以由色散结构300a至300n针对入射的未滤波的光测量的光谱I(λ)。然后可以使用该因子来计算利用色散结构300a至300n的光谱，利用色散结构300a至300n的光谱显示出与参考光谱仪的测量的良好一致性。

由于校准考虑了色散结构300a至300n的非恒定散射，因此它可以根据光的入射角而变化，并因此根据光的入射图像而变化。因此，可以测量针对每个入射角的单独校准矩阵c′(λ)，并将其用于所使用的每个图像。然而，在图像不能先验已知的更通常的设定中，可以利用系统的线性度来计算针对任意图像的任意校准因子，如以下公式所示：

I_single-point(λ)＝f(g(θ_x，θ_y，x，y))，

I′(λ)＝c(θ_x，θ_y，λ)I_single-point(λ)＝c(θ_x，θ_y，λ)f(g(θ_x，θ_y，x，y))，

最后，使用校准因子的定义，可以计算出总校准因子c′：

因此，如果进行预校准以测量c(θ_x，θ_y，λ)，则可以使用色散结构300a至300n针对任何任意入射图像计算总校准因子c′(λ)。一旦完全校准(诸如在工厂里生产之后)，包含具有色散结构300a至300n的色散阵列204的传感器200可以用于现场测量光谱。

图13描绘了色散阵列204的制造工艺1300。更具体地，图13描绘了用于形成在图5中以图形方式示出的结构510至515的工艺。制造工艺1300可以是单片工艺。

参照图4和图5，第一工艺1301可以包括在基底501的顶部上沉积第一层405。第一层405可以包括第一材料。在一个实施例中，第一层405可以是TiO₂并且可以经由溅射来沉积，但是也可以使用其它材料和沉积技术。TiO₂溅射可以是反应溅射、磁控溅射、rf磁控溅射或其它技术。其它沉积技术包括但不限于溶胶凝胶法、脉冲激光沉积、分子束外延和原子层沉积。

第二工艺1302可以包括将第二层406沉积到如上所述的第一层405上。在一个实施例中，第二层406可以是SiO₂，并且可以经由PECVD或SiO₂溅射来沉积，但是也可以使用其它材料和沉积技术。

第三工艺1303可以包括在第二工艺1302之后沉积交替的第一层405和第二层406。也就是说，第一工艺1301和第二工艺1302可以一个接一个地重复多次，以构造第一层405和第二层406的交替系列，从而产生期望数量的第一层405和第二层406。先前关于图5描述了第一层405和第二层406的材料和设计。

第四工艺1304可以沉积缺陷准备层504。在一个实施例中，缺陷准备层504可以是SiO₂并且可以经由PECVD来沉积，但是也可以使用其它材料和沉积技术。在一个实施例中，缺陷准备层504可以是较厚的SiO₂层。缺陷准备层504的厚度可以由在处理缺陷准备层504之后所需的缺陷层407的厚度来确定。

第五工艺1305可以包括在第四工艺1304之后将一个或更多个缺陷光刻层503沉积到缺陷准备层504上。缺陷光刻层503可以是光致抗蚀剂并且可以是聚合物。

第六工艺1306可以将UV曝光施加到缺陷光刻层503，并且还可以穿透到缺陷准备层504。可以在图5的范围508内施加UV辐射，并且UV曝光的总剂量可以在范围508内变化。可以施加可变剂量功率或可变时间剂量的UV曝光，这可以形成可变厚度缺陷层407。例如，用于8个分区的可变剂量功率水平可以具有x、7/8x、6/8x、……、低至1/8x功率水平的功率水平。UV曝光的可变时间剂量可以具有相同的功率水平x，并且对于每个分区可以具有时间t、7/8t、6/8t、……、低至1/8t。第五工艺1305和第六工艺1306一起可以被称为灰度光刻技术，但是可以使用其它技术。

第七工艺1307可以包括蚀刻缺陷光刻层503和缺陷准备层504。在一个实施例中，可以使用干法蚀刻，在干法蚀刻中，聚焦电子束可以轰击缺陷光刻层503和缺陷准备层504以形成缺陷层407。可以使用其它蚀刻技术。缺陷层407可以具有(在上述后续工艺步骤之后)可变的厚度，并且可以由于其变化的厚度而允许可变的波长的光的色散。在一个实施例中，缺陷层407可以具有八个厚度台阶，并且八个不同厚度的层可以允许在2nm至5nm的子波段中的波长的色散。

在可选的实施例中，如关于图5所讨论的，可以执行多轮蚀刻剂掩模和蚀刻，以从缺陷准备层504产生缺陷层407。

第八工艺1308可以包括使用与第一工艺1301中描述的技术相同的技术将第一层405沉积到缺陷层407上。第一层405可以包括与第一工艺1301中的材料相同的材料，并且其厚度可以相同或可以变化。

第九工艺1309可以包括使用与第二工艺1302中描述的技术相同的技术来沉积第二层406。第二层406可以包括与第二工艺1302中的材料相同的材料，并且其厚度可以相同或可以变化。

第十工艺1310可以包括根据期望交替地沉积第八工艺1308和第九工艺1309的第一层405和第二层406一次或更多次(即，以产生所需数量的包括第一层405和第二层406的重复层)。

第十一工艺1311可以包括沉积盖堆叠体506。在一个实施例中，盖堆叠体506可以包括第一层405的材料，并且可以使用第一工艺1301以更长的时间段来沉积。盖堆叠体506可以是TiO₂，并且可以经由溅射方法来沉积。盖堆叠体506可以显著地比第一层405和第二层406厚，并且可以与初始层/基底齐平，以允许在其中产生纳米结构。

第十二工艺1312可以包括将光刻掩模507沉积到盖堆叠体506上。光刻掩模507可以是光致抗蚀剂并且可以是聚合物。

第十三工艺1313可以将辐射施加到光刻掩模507，并且还可以穿透到盖堆叠体506。辐射可以是电子束(e-beam)光刻、UV曝光或其它辐射。可以将辐射施加到光刻掩模507，并且辐射的总剂量可以遵循图案以产生如图6中所示的纳米孔601a至601n。可以施加可变剂量功率或可变时间剂量的辐射以形成纳米孔601a至601n。

第十四工艺1314可以包括蚀刻光刻掩模507和盖堆叠体506。在一个实施例中，可以使用干法蚀刻，在干法蚀刻中，聚焦的电子束可以轰击光刻掩模507和盖堆叠体506以形成纳米孔601a至601n。可以使用其它蚀刻技术。

本说明书中描述的主题和操作的实施例可以在数字电子电路或者在计算机软件、固件或硬件(包括本说明书中公开的结构及其结构等同物)中实现，或者以前述中的一个或更多个的组合来实现。本说明书中描述的主题的实施例可以实现为在计算机存储介质上编码的用于由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作的一个或更多个计算机程序(即，计算机程序指令的一个或更多个模块)。可选地或另外地，程序指令可以被编码在人工生成的传播信号(例如，机器生成的电、光或电磁信号)上，生成机器生成的电、光或电磁信号以对信息进行编码，以传输到合适的接收器设备，从而由数据处理设备执行。计算机存储介质可以是计算机可读存储装置、计算机可读存储基底、随机或串行存取存储器阵列或装置或者其组合，或者被包括在计算机可读存储装置、计算机可读存储基底、随机或串行存取存储器阵列或装置或者其组合中。此外，虽然计算机存储介质不是传播信号，但是计算机存储介质可以是在人工生成的传播信号中编码的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质也可以是一个或更多个单独的物理组件或介质(例如，多个CD、磁盘或其它存储装置)，或者包括在一个或更多个单独的物理组件或介质(例如，多个CD、磁盘或其它存储装置)中。另外，本说明书中描述的操作可以被实现为由数据处理设备对存储在一个或更多个计算机可读存储装置上或从其它源接收的数据执行的操作。

虽然本说明书可以包含许多具体的实施细节，但是这些实施细节不应该被解释为对任何所要求保护的主题的范围的限制，相反地应该被解释为对特定于具体实施例的特征的描述。在单独的实施例的上下文中描述在本说明书中的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分开地在多个实施例中实现或者以任何合适的子组合来实现。此外，尽管上面可以将特征描述为以某些组合起作用，并且甚至最初如此要求保护，但是在一些情况下可以从组合中删除来自所要求保护的组合的一个或更多个特征，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。

类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应该被理解为要求以所示的特定顺序或按相继顺序执行这样的操作，或者执行所有示出的操作，以实现可期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可以是有利的。此外，上述实施例中的各种系统组件的分离不应该被理解为在所有实施例中都需要这样的分离，并且应该理解的是，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或封装到多个软件产品中。

因此，在此已经描述了主题的特定实施例。其它实施例在权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中阐述的动作可以以不同的顺序执行，并且仍然实现可期望的结果。另外，附图中描绘的工艺不必须需要所示的特定顺序或相继顺序来实现可期望的结果。在某些实施例中，多任务和并行处理可以是有利的。

如本领域技术人员将认识到的，在此描述的创新概念可以遍及宽范围的应用进行修改和变化。因此，所要求保护的主题的范围不应该限于上面讨论的任何特定示例教导，而是由权利要求限定。

发明构思的实施例可以扩展到以下陈述，而没有限制：

陈述1：一种传感器，包括：光圈、色散阵列、透镜、图像传感器和处理器。

陈述2：根据陈述1所述的传感器，其中，色散阵列还包括一个或多个色散结构，色散结构能够使第一波长范围的光散射并使第二波长范围的光色散。

陈述3：根据陈述2所述的传感器，其中，至少两个色散结构包括缺陷层，其中，所述至少两个色散结构的缺陷层具有彼此不同的厚度。

陈述4：根据陈述3所述的传感器，其中，色散结构包括使波长范围彼此不同的光色散的所述至少两个色散结构。

陈述5：根据陈述3所述的传感器，其中，色散结构使光在第一方向上散射，但是允许光在第二方向上基本上穿过而不散射。

陈述6：根据陈述3所述的传感器，其中，所述至少两个色散结构包括以彼此不同的角度定位的成行的纳米结构。

陈述7：根据陈述3所述的传感器，其中，所述至少两个色散结构包括彼此以相同角度定位的成行的纳米结构。

陈述8：根据陈述1所述的传感器，其中，图像传感器从被色散阵列色散的波长的光读取光谱数据。

陈述9：根据陈述8所述的传感器，其中，处理器可以根据光谱数据来重建光谱。

陈述10：根据陈述1所述的传感器，其中，图像传感器在逻辑上被细分为从第一组像素读取图像数据并且从第二组像素读取光谱数据。

陈述11：根据陈述10所述的传感器，其中，第一组像素包括圆，并且第二组像素包括与第一组像素的圆同轴的环。

陈述12：根据陈述10所述的传感器，其中，处理器可以根据图像数据来重建图像或者根据光谱数据来重建光谱。

陈述13：根据陈述1所述的传感器，其中，色散阵列针对在入射光输入角度范围内输入的入射光而提供恒定的散射角范围和色散角范围。

陈述14：根据陈述1所述的传感器，其中，入射光输入角度范围在0°与+/-30°之间。

陈述15：根据陈述2所述的传感器，其中，散射和色散角范围针对第一波长范围在0°与+/-15°之间，并且针对第二波长范围在0°与+/-30°之间。

陈述16：根据陈述1所述的传感器，其中，透镜可以是超透镜。

陈述17：根据陈述1所述的传感器，其中，光圈、色散阵列和透镜集成在一起。

陈述18：一种从传感器获得数据的方法，包括以下步骤：接收入射光、通过散射层使入射光散射以产生散射光、通过色散层使散射光的子集色散以产生色散光、在图像传感器上接收色散光以及根据色散光来重建光谱数据。

陈述19：根据陈述18所述的方法，其中，入射光包括来自可见光谱或近红外(NIR)光谱的光。

陈述20：根据陈述18所述的方法，所述方法还包括以下步骤：在图像传感器上接收散射光；以及根据散射光来重建图像。

陈述21：根据陈述18所述的方法，其中，光谱数据包括来自NIR光谱的光。

陈述22：根据陈述18所述的方法，其中，入射光是通过包括纳米结构表面的散射层散射的。

陈述23：根据陈述18所述的方法，其中，散射光的所述子集是通过分布式布拉格滤波器色散的。

陈述24：根据陈述18所述的方法，其中，图像数据和光谱数据是同时重建的。

陈述25：一种色散阵列，所述色散阵列包括：至少一个色散结构，所述至少一个色散结构以目标波长的0°色散开始使目标波长范围的光色散，其中，色散结构还包括：纳米结构层；以及滤波器层。

陈述26：根据陈述25所述的色散阵列，其中，纳米结构层包括纳米孔、纳米棒或纳米天线。

陈述27：根据陈述25所述的色散阵列，其中，纳米结构层是介电材料或等离子体材料。

陈述28：根据陈述25所述的色散阵列，其中，色散结构被调节为散射和色散与目标波长范围相关的光。

陈述29：根据陈述25所述的色散阵列，其中，纳米结构层还包括纳米结构行，其中，每个纳米结构行彼此平行。

陈述30：根据陈述29所述的色散阵列，其中，每个纳米结构行还包括纳米孔。

陈述31：根据陈述30所述的色散阵列，其中，纳米孔位于TiO₂层中。

陈述32：根据陈述30所述的色散阵列，其中，纳米孔的半径是色散结构的目标波长范围内的目标波长的一半或更小。

陈述33：根据陈述30所述的色散阵列，其中，每个纳米孔在纳米结构行内间隔得足够靠近，以允许目标波长范围在几乎没有或没有散射的情况下在一个维度上穿过纳米结构行。

陈述34：根据陈述29所述的色散阵列，其中，纳米结构行分布在最小距离与最大距离之间。

陈述35：根据陈述34所述的色散阵列，其中，纳米结构行在最小距离与最大距离之间随机分布。

陈述36：根据陈述34所述的色散阵列，其中，纳米结构行之间的最大距离是色散结构的目标波长范围的最长波长的长度的一半。

陈述37：根据陈述25所述的色散阵列，其中，滤波器层包括分布式布拉格反射器、介电镜、光纤布拉格光栅或半导体布拉格镜。

陈述38：根据陈述25所述的色散阵列，其中，滤波器层至少包括第一厚度和第一材料的第一层以及第二厚度和第二材料的第二层，第一层和第二层交替地堆叠在彼此的顶部上以形成堆叠层。

陈述39：根据陈述38所述的色散阵列，其中，第一层包括TiO₂，并且第二层包括SiO₂。

陈述40：根据陈述38所述的色散阵列，其中，存在至少两组堆叠层。

陈述41：根据陈述38所述的色散阵列，其中，堆叠层能够使色散结构的目标波长的光色散。

陈述42：根据陈述38所述的色散阵列，其中，色散阵列包括两个或更多个色散结构，并且至少一个色散结构包括缺陷层。

陈述43：根据陈述42所述的色散阵列，其中，色散阵列包括具有缺陷层的多个色散结构，并且至少两个色散结构具有不同厚度的缺陷层。

陈述44：一种制造色散阵列的方法，所述方法包括以下步骤：在基底上沉积第一滤波器堆叠体；沉积缺陷层；沉积第二滤波器堆叠体；沉积盖堆叠体；以及由盖堆叠体形成纳米结构。

陈述45：根据陈述44所述的方法，其中，沉积第一滤波器堆叠体的步骤包括沉积至少一个第一材料组成的第一层以及至少一个第二材料组成的第二层。

陈述46：根据陈述45所述的方法，其中，第一材料是折射率在1.6与2.7之间的介电材料。

陈述47：根据陈述45所述的方法，其中，第二材料是折射率在1.3与1.6之间的介电材料。

陈述48：根据陈述44所述的方法，其中，使用灰度光刻技术来蚀刻缺陷层。

陈述49：根据陈述44所述的方法，其中，缺陷层包括在第一滤波器堆叠体中使用的材料。

陈述50：根据陈述44所述的方法，其中，纳米结构经由电子束光刻或光刻形成。

陈述51：根据陈述44所述的方法，其中，纳米结构形成为一个或更多个色散结构。

陈述52：根据陈述51所述的方法，其中，对于多个色散结构，缺陷层被蚀刻到不同的厚度。

Claims (28)

1.一种色散阵列，所述色散阵列包括：

至少一个色散结构，以目标波长的0°色散开始使目标波长范围的光色散，其中，色散结构还包括：

纳米结构层；以及

滤波器层。

2.根据权利要求1所述的色散阵列，其中，纳米结构层包括纳米孔、纳米棒或纳米天线。

3.根据权利要求1所述的色散阵列，其中，纳米结构层包括介电材料或等离子体材料。

4.根据权利要求1所述的色散阵列，其中，色散结构被调节为散射和色散目标波长范围的光。

5.根据权利要求1所述的色散阵列，其中，纳米结构层还包括纳米结构行，其中，纳米结构行彼此平行。

6.根据权利要求5所述的色散阵列，其中，纳米结构行还包括纳米孔。

7.根据权利要求6所述的色散阵列，其中，纳米孔形成在TiO₂层中。

8.根据权利要求6所述的色散阵列，其中，纳米孔的半径是色散结构的目标波长范围内的目标波长的一半或更小。

9.根据权利要求6所述的色散阵列，其中，纳米孔在纳米结构行内间隔得足够靠近，以允许目标波长范围在没有散射的情况下在一个维度上穿过纳米结构行。

10.根据权利要求5所述的色散阵列，其中，纳米结构行分布在最小距离与最大距离之间。

11.根据权利要求10所述的色散阵列，其中，纳米结构行在最小距离与最大距离之间随机分布。

12.根据权利要求10所述的色散阵列，其中，纳米结构行之间的最大距离是色散结构的目标波长范围的最长波长的长度的一半。

13.根据权利要求1所述的色散阵列，其中，滤波器层包括分布式布拉格反射器、介电镜、光纤布拉格光栅或半导体布拉格镜。

14.根据权利要求1所述的色散阵列，其中，滤波器层至少包括第一厚度和第一材料的第一层以及第二厚度和第二材料的第二层，第一层和第二层交替地堆叠在彼此的顶部上以形成堆叠层。

15.根据权利要求14所述的色散阵列，其中，第一层包括TiO₂，并且第二层包括SiO₂。

16.根据权利要求14所述的色散阵列，其中，存在至少两组堆叠层。

17.根据权利要求14所述的色散阵列，其中，堆叠层能够使色散结构的目标波长范围的光色散。

18.根据权利要求14所述的色散阵列，其中，色散阵列包括两个或更多个色散结构，并且至少一个色散结构包括缺陷层。

19.根据权利要求18所述的色散阵列，其中，色散阵列包括具有缺陷层的多个色散结构，并且至少两个色散结构具有不同厚度的缺陷层。

20.一种制造色散阵列的方法，所述方法包括以下步骤：

在基底上沉积第一滤波器堆叠体；

沉积缺陷层；

沉积第二滤波器堆叠体；

沉积盖堆叠体；以及

由盖堆叠体形成纳米结构。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，沉积第一滤波器堆叠体的步骤包括沉积至少一个第一材料组成的第一层以及至少一个第二材料组成的第二层。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，第一材料具有在1.6与2.7之间的折射率。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，第二材料具有在1.3与1.6之间的折射率。

24.根据权利要求20所述的方法，其中，使用灰度光刻技术来蚀刻缺陷层。

25.根据权利要求20所述的方法，其中，缺陷层包括在第一滤波器堆叠体中使用的材料。

26.根据权利要求20所述的方法，其中，纳米结构经由电子束光刻或光刻形成。

27.根据权利要求20所述的方法，其中，纳米结构形成为一个或更多个色散结构。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，对于多个色散结构，缺陷层被蚀刻到不同的厚度。

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