CN105911615A - 一种超材料镜片 - Google Patents

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张祖周
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    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/002—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials

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Abstract

本发明提供了一种超材料镜片，包括镜片本体，所述镜片本体由纳米级高度的人造单元组成，所述人造单元在空间按一定规律周期重复地排列，所述人造单元的材质为二氧化钛。本发明尺寸小、厚度薄、重量轻并且聚光能力优秀，能够代替传统的透镜，具有广泛的应用光学镜片领域，如智能手机、相机、电视屏、军用级望远镜、天文望远镜、可穿戴设备、VR虚拟现实设备、科研设备等等，大大减少设备的体积和重量。

Description

一种超材料镜片
技术领域
本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种超材料镜片。
背景技术
透镜是用透明物质制成的表面为球面一部分的光学元件。传统的镜头主要由一个或多个玻璃透镜组成，藉此把光线聚焦到感光元件上。由于透镜的制作过程需要精准研磨、抛光，不能有丝毫误差，所以制作成本居高不下，难以普及大众。并且，传统的镜头面积较大，比较厚重，使用者不方便携带使用。同时，图1为传统透镜的光路示意图（箭头为光线前进方向），可见透镜1只能聚集平行穿过透镜的光线，采集光线的范围只能局限于透镜1面积。
超材料，是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通的超常材料功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是根据上述现有技术的不足，提供一种尺寸小、重量轻、成本低、聚光能力强的超材料镜片。
本发明的技术方案如下：
一种超材料镜片，包括镜片本体，所述镜片本体由纳米级高度的人造单元组成，所述人造单元在空间按一定规律周期重复地排列，所述人造单元的材质为二氧化钛。
进一步地，所述人造单元的高度为300-800纳米。
进一步地，所述人造单元的高度为600纳米。
进一步地，所述人造单元排列的方式为从内向外呈圆周阵列分布，相同半径上的人造单元方向与该半径构成的角度相同。
进一步地，所述人造单元的形状为棱边为倒角的长方体或正方体。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：人造单元的高度与可见光的波长相近，人造单元在空间按一定规律周期重复地排列，对通过镜片本体的光线进行阻断、吸收、增强或折射，成功将通过的光线聚焦。本发明尺寸小、厚度薄、重量轻、成本低并且聚光能力优秀，能够代替传统的透镜，具有广泛的应用光学镜片领域，如智能手机、相机、电视屏、军用级望远镜、天文望远镜、可穿戴设备、VR虚拟现实设备、科研设备等等，大大减少设备的体积和重量。
附图说明
图1是传统透镜的光路示意图。
图2是本发明实施例经放大后的局部立体图。
图3是本发明实施例经放大后的局部正视图。
图4是本发明实施例光路示意图。
附图标记
1、透镜；2、镜片本体，21、人造单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图2和图4所示，本发明提供的实施例，一种超材料镜片，包括镜片本体2，所述镜片本体2由纳米级高度的人造单元21组成，所述人造单元21在空间按一定规律周期重复地排列，所述人造单元21的材质为二氧化钛。其中，生产厂家可以通过改变人造单元21的结构、高度和/ 或人造单元在空间中的排列，从而改变镜片本体2的折射率和放大倍数。
所述人造单元21的高度为300-800纳米。本实施例优选人造单元21的高度为600纳米。所述人造单元21的形状为棱边为倒角的长方体或正方体，本实施例优选人造单元21的形状为棱边为倒角的长方体。其中，人造单元的形状并不仅限于棱边为倒角的长方体或正方体，其科研根据需要制备成其他形状。
如图3和所示（图中的虚线均为辅助线，箭头方向为人造单元21方向），本实施例中人造单元21排列的方式为从内向外呈圆周阵列分布。相同半径上的人造单元21方向与该半径构成的角度相同，例如，角M等于角N，角P等于角Q。
如图4所示，人造单元21的高度与可见光的波长相近，人造单元21在空间按一定规律周期重复地排列，对通过镜片本体2的光线进行阻断、吸收、增强或折射，成功将通过的光线聚焦。镜片本体2的有效放大倍数为90-200倍，本实施例的有效放大倍数为160倍。
本发明采用二氧化钛制备人造单元。其中，二氧化钛并非罕见原料，其原材料成本低，并且本发明能大量生产，进一步降低了成本，利用大众化、普及化。
本发明尺寸小、厚度薄、重量轻并且聚光能力优秀，能够代替传统的透镜，具有广泛的应用光学镜片领域。
本发明应用于智能手机或电视中，能够使设备更加薄，屏幕的色彩更加靓丽、分辨率更高。本发明应用于相机或摄像机中，能够使设备体积更小、重量更轻，图像更加清晰和靓丽。本发明应用于望远镜中，如军用级望远镜、天文望远镜，可以使望远镜体积更加小、观察距离更加远。本发明应用可穿戴设备或VR虚拟现实设备，能够大大减少设备的体积和重量，方便使用。本发明应用于科研设备中，能够进一步提高设备的精确度，提高科研的效率和准确性。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种超材料镜片，其特征在于：包括镜片本体，所述镜片本体由纳米级高度的人造单元组成，所述人造单元在空间按一定规律周期重复地排列，所述人造单元的材质为二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的一种超材料镜片，其特征在于：所述人造单元的高度为300-800纳米。
3.根据权利要求2所述的一种超材料镜片，其特征在于：所述人造单元的高度为600纳米。
4.根据权利要求1所述的一种超材料镜片，其特征在于：所述人造单元排列的方式为从内向外呈圆周阵列分布，相同半径上的人造单元方向与该半径构成的角度相同。
5.根据权利要求1所述的一种超材料镜片，其特征在于：所述人造单元的形状为棱边为倒角的长方体或正方体。
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