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公開番号2025100633
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2025063307,2024016337
出願日2025-04-07,2018-08-31
発明の名称透過型メタサーフェスレンズ統合
出願人メタレンズ,インコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G02B 5/18 20060101AFI20250626BHJP(光学)
要約【課題】透過型メタサーフェスレンズ統合の提供。
【解決手段】メタサーフェス素子、かかるメタサーフェス素子を光源および/または検出器と統合している統合システム、ならびにかかる光学配置および統合システムの製造および操作方法が提供される。透過型メタサーフェスを他の半導体デバイスまたは追加のメタサーフェス素子と統合するためのシステムおよび方法、より詳細には、かかるメタサーフェスの基板、照明源およびセンサーとの統合も提供される。提供されるメタサーフェス素子は、照明源からの出力光を成形するか、または場面から反射された光を収集し、偏光を使用して2つの固有のパターンを形成するために使用され得る。かかる実施形態では、成形された発光および集光は、単一のコデザインされたプローブおよび検出光学系に統合され得る。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
メタサーフェス対応の照明またはセンサーアレイであって、前記メタサーフェス対応の照明またはセンサーアレイは、
少なくとも１つの照明源または少なくとも１つのセンサー素子と、
平面アレイにおいて配列されている複数のメタサーフェス素子であって、前記少なくとも１つの照明源から放出された光または前記少なくとも１つのセンサー素子のそれぞれに衝突する光が、前記複数のメタサーフェス素子の前記平面アレイを通過する、複数のメタサーフェス素子と
を備え、
前記複数のメタサーフェス素子は、非対称であるように構成されており、前記複数のメタサーフェス素子は、前記複数のメタサーフェス素子を通過する前記光に基づく前記少なくとも１つのセンサー素子の照明に先立って、前記少なくとも１つの照明源からの少なくとも２つの遠視野関数のうちの少なくとも１つを生成するか、または、前記衝突する光からの前記少なくとも２つの遠視野関数のうちの少なくとも１つに前記光を方向付けるように構成されている、メタサーフェス対応の照明またはセンサーアレイ。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記非対称性は、２つの直交方向に沿った前記複数のメタサーフェス素子の異なるピッチの結果である、請求項１に記載のメタサーフェス対応の照明またはセンサーアレイ。
【請求項３】
前記少なくとも２つの遠視野関数は、異なる偏光を有する、請求項１に記載のメタサーフェス対応の照明またはセンサーアレイ。
【請求項４】
前記少なくとも２つの遠視野関数は、直線的に分離されている、請求項１に記載のメタサーフェス対応の照明またはセンサーアレイ。
【請求項５】
第１のスペーサ層が、前記少なくとも１つの照明源の上方に配置されており、前記第１のスペーサ層は、前記少なくとも１つの照明源から放出された光に発散を引き起こすか、または、前記少なくとも１つのセンサー素子に衝突する光に集束を引き起こすように構成されており、前記複数のメタサーフェス素子は、前記第１のスペーサ層の上方に配置されている、請求項１に記載のメタサーフェス対応の照明またはセンサーアレイ。
【請求項６】
前記メタサーフェス対応の照明またはセンサーアレイは、
前記第１の複数のメタサーフェス素子から距離を置いて配置されている第２の複数のメタサーフェス素子であって、前記第２の複数のメタサーフェス素子は、前記第２の複数のメタサーフェス素子に衝突する明視野上にさらなる遠視野関数を生成するように構成されている、第２の複数のメタサーフェス素子と、
前記第１の複数のメタサーフェス素子と前記第２の複数のメタサーフェス素子との間にある第２のスペーサ層であって、分離距離が、前記第１の複数のメタサーフェス素子と前記第２の複数のメタサーフェス素子との間に形成される、第２のスペーサ層と
をさらに備える、請求項５に記載のメタサーフェス対応の照明またはセンサーアレイ。
【請求項７】
前記メタサーフェス対応の照明またはセンサーアレイは、
前記第１の複数のメタサーフェス素子から分離されている少なくとも１つの屈折レンズであって、前記少なくとも１つの屈折レンズは、前記少なくとも１つの照明源をコリメートするように構成されている、少なくとも１つの屈折レンズと、
前記複数のメタサーフェス素子と前記少なくとも１つの屈折レンズとの間にある第２のスペーサ層であって、分離距離が、前記複数のメタサーフェス素子と前記少なくとも１つの屈折レンズとの間に形成される、第２のスペーサ層と
をさらに備える、請求項１に記載のメタサーフェス対応の照明またはセンサーアレイ。
【請求項８】
前記少なくとも１つの照明源または前記少なくとも１つのセンサー素子は、平面アレイにおいて配列されている複数の照明源または複数のセンサー素子を備え、
前記複数のメタサーフェス素子のうちの少なくとも１つは、前記複数の照明源のそれぞれから放出された光または前記複数のセンサー素子のそれぞれに衝突する光のアレイにおける前記複数の照明源または前記複数のセンサー素子のそれぞれに関連付けられている、請求項１に記載のメタサーフェス対応の照明またはセンサーアレイ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの照明源は、偏光されているか、または偏光されておらず、前記少なくとも１つの照明源は、ＶＣＳＥＬ、固体レーザー、量子カスケードレーザー、ＬＥＤ、スーパールミネッセントＬＥＤから成る群から選択される、請求項１に記載のメタサーフェス対応の照明またはセンサーアレイ。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの遠視野関数は、固有である、請求項１に記載のメタサーフェス対応の照明またはセンサーアレイ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、メタサーフェス素子（ｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅｅｌｅｍｅｎｔ）の光学配置、光源および／または検出器をかかるメタサーフェス素子と統合している統合システム、ならびにかかる光学配置および統合システムの製造方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
メタサーフェス素子は、個々の導波路素子がサブ波長間隔を有していて、平面形状を有している回折光学系である。メタサーフェス素子は、ＵＶ－ＩＲバンド（３００～１０，０００ｎｍ）における用途に対して最近、開発された。従来型の屈折光学系と比較して、メタサーフェス素子は位相シフトを明視野に突然に導入する。これは、メタサーフェス素子が、動作するように設計されている光の波長のオーダーの厚さを有するのを可能にし、他方、従来型の屈折面は、それらが動作するように設計されている光の波長よりも１０～１００倍（またはそれ以上）大きい厚さを有する。追加として、メタサーフェス素子は、構成要素における厚さのばらつきがなく、従って、屈折光学系に対して要求されるような、屈曲なしで光を形成することができる。従来型の回折光学素子（ＤＯＥ）、例えば、バイナリ回折光学系、と比較して、メタサーフェス素子は、ある範囲の位相シフトを入射光場に与える能力があり、最小でもメタサーフェス素子は、その範囲からの少なくとも５つの異なる値をもつ０～２πの間の位相シフトを有することができ、他方、バイナリＤＯＥは２つの異なる値の位相シフトを与えることができるだけであり、多くの場合、０または１πのいずれかの位相シフトに限定される。マルチレベルＤＯＥと比較して、メタサーフェス素子は、その構成要素の光軸に沿った高さの変動を必要とせず、メタサーフェス素子特徴の面内幾何形状だけが変動する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本出願は、メタサーフェス素子の光学配置、光源および／または検出器をかかるメタサーフェス素子と統合している統合システム、ならびにかかる光学配置および統合システムの製造方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
多くの実施形態は、１つ以上のメタサーフェス素子またはシステムを製作するための方法に関し、
ハードマスク材料層を基板の少なくとも片面上に蒸着させることであって、基板は、指定された動作帯域幅にわたって透光性を有すること、
パターン材料層をハードマスク材料層上に蒸着させること、
配列パターンをハードマスク層の上に形成するようにパターン材料をパターン化することであって、配列パターンは、メタサーフェス特徴配列の正または負の複製のいずれか１つを含み、メタサーフェス特徴配列は、指定された動作帯域幅内の光の波長よりも小さい特徴サイズを有する複数のメタサーフェス特徴を含み、複数のメタサーフェス特徴の平面内の衝突光に位相シフトを課すように構成されていること、
ハードマスク内の配列パターンに対応する複数の窪みおよび隆起した特徴を形成するために、異方性エッチングプロセスを使用してハードマスク層をエッチングすること、および
任意の残余のパターン材料をハードマスク層の上から除去すること
を含む。
【０００５】
多くの他の実施形態では、基板は、溶融石英、サファイア、ホウケイ酸ガラスおよび希土類酸化物ガラスから成る群から選択された材料から形成される。
【０００６】
さらに多くの他の実施形態では、ハードマスク材料層は、ケイ素、様々なストイキオメトリの窒化ケイ素、二酸化ケイ素、二酸化チタン、アルミナから成る群から選択された材料から形成され、スパッタリング、化学蒸着、および原子層蒸着から成る群から選択された蒸着プロセスを使用して配置される。
【０００７】
さらに多くの他の実施形態では、パターン材料層は、リソグラフィプロセスを使用するフォトレジストパターン化、またはナノインプリント法を使用する高分子パターン化のいずれか１つから形成される。
【０００８】
さらに多くの他の実施形態では、配列パターンは、ＳＦ
6
、Ｃｌ
2
、ＢＣｌ
3
、Ｃ
4
Ｆ
8
ま
たはその任意の静的もしくは多重混合物から成る群から選択された反応性イオンエッチング法を使用してエッチングされる。
【０００９】
さらになお多くの他の実施形態では、残余のパターン材料は、化学溶剤、化学エッチング液、およびプラズマエッチング液から成る群から選択されたプロセスを使用して除去される。
【００１０】
さらになお多くの他の実施形態では、パターン化ハードマスク材料は誘電体であり、メタサーフェス素子のメタサーフェス特徴を形成する。
（【００１１】以降は省略されています）

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