图1、超构透镜阵列集成CMOS成像芯片示意图及样品照片。

研究背景：

    当前，成像技术已经在高分辨率、高图像质量、宽波段等方面取得了优异的性能。这些技术大多建立在成熟的折射光学元件（如曲面透镜、内反射棱镜等）的基础上，这些元件的使用使得整个光学系统体积大、重量大、不便于携带。得益于纳米加工技术的发展，超构透镜为提高光学系统的集成度、保持系统分辨率提供了可能的解决方案。在过去的几年里，超构透镜的成像性能方面取得了令人振奋的进展，包括效率的提高、宽带消色差、视场的拓宽、偏振功能等，这些都标志着超构透镜向实际应用的迈进。其中，超薄、超轻和平板的结构是这种新颖光学设计的核心优势。然而，在以往的大多数工作中，超构透镜只是作为传统折射透镜的替代品，采用的都还是传统光路系统，并没有显示出其紧凑和高度集成的优 势。

创新研究：

    本工作提出的超构透镜集成的成像器件(MIID)将超构透镜直接集成在图像传感器上组成结构紧凑的成像器件。在不增加工作距离的情况下(～500 um)，利用超构透镜的灵活设计，采用偏振复用的相位设计，组成6×6透镜阵列构成的毫米量级的非晶硅超构透镜（每个透镜尺寸为200微米）。随着加工技术进步，该超构透镜阵列有望进一步扩展到整个CMOS传感器的厘米尺寸。研究人员进一步将该MIID与LED照明光源、偏振片等元件整合组装出一个高度集成的显微成像系统原型机，尺寸为3.5×3×2.5 cm3（见图2（d））。

    需要特别强调的是这个超构透镜阵列的偏振复用性能。它根据两种不同的圆偏振光设计了两套互相嵌套的聚焦相位分布，从而可以通过切换偏振消除在透镜阵列（4f系统）等大成像过程中的视场盲区。这个MIID器件很好的展示出超构表面在偏振和相位调控上的灵活性优点。在经过简单的图像拼接处理后，人们可以获得毫米/厘米级视场、微米/亚微米级分辨率的高便携式显微成像。