CN115704933A - 超颖光学器件以及包括超颖光学器件的电子装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种包括多个相位调制区的超颖光学器件，该多个相位调制区分别包括多个纳米结构并被配置为调制入射光的相位，其中多个相位调制区的相位延迟曲线相对于彼此分开的多个波段的光单调变化，以及其中相对于多个波段的光的相位调制范围彼此不同。

Description

超颖光学器件以及包括超颖光学器件的电子装置

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求于2021年8月6日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0104211的优先权，并在此通过引用完整地并入其公开内容。

技术领域

本公开的示例实施例涉及超颖光学器件以及包括超颖光学器件的电子装置。

背景技术

利用超颖结构的平板型衍射器件可以呈现现有折射器件无法实现的各种光学效果，并且可以实现纤薄的光学系统。因此，在许多领域对平板型衍射器件的兴趣正在增加。

超颖结构包括将小于入射光波长的数值应用于形状、周期等的纳米结构。为了实现期望的光学性能，纳米结构被设计为满足针对每个期望的位置设置的相位延迟曲线。

通常，超颖结构的相位延迟曲线对于各种波长是相同的。另一方面，因为构成超颖结构的材料的折射率取决于波长，所以色差在超颖结构中很常见。因此，一直在寻求减少色差的方法。

发明内容

一个或多个示例实施例提供了具有改善的色差的超颖光学器件。

一个或多个示例实施例提供了使用超颖光学器件的电子装置。

附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过对示例实施例的实践来获知。

根据示例实施例的一方面，提供了一种包括多个相位调制区的超颖光学器件，该多个相位调制区分别包括多个纳米结构并被配置为调制入射光的相位，其中多个相位调制区的相位延迟曲线相对于彼此分开的多个波段的光单调变化，以及其中相对于多个波段的光的相位调制范围彼此不同。

多个波段可以包括在红色波段、绿色波段和蓝色波段中，并且其中多个波段中的每个波段的带宽可以小于或等于50nm。

多个相位调制区中的每个相位调制区相对于多个波段的光可以具有2π*k的相位调制范围，其中|k|≥1，并且其中与多个波段中的第一波段的光相对应的相位调制范围小于与多个波段中的第二波段的光相对应的相位调制范围，第一波段长于第二波段。

多个相位调制区中的每个相位调制区相对于多个波段的光可以具有2π*L、2π*M和2π*N的相位调制范围，其中|L|≥1，|M|≥1，|N|≥1，L≠M≠N，以及多个波段的中心波长可以为λ1、λ2和λ3，满足L*λ1＝M*λ2＝N*λ3。

在多个相位调制区中的每一个中，由与多个波段中的第一波段的光相对应的相位延迟曲线和与多个波段中的第二波段的光相对应的相位延迟曲线之间的差定义的相位延迟色散可以以特定变化量单调变化，第一波段长于第二波段。

多个相位调制区中的每一个可以包括：第一层，该第一层包括多个第一纳米结构以及与多个第一纳米结构相邻设置的第一围绕材料；第二层，设置在第一层上，并且包括多个第二纳米结构以及与多个第二纳米结构相邻设置的第二围绕材料；以及第一区和第二区，其中在所述第一区中根据所述第一层的位置的有效折射率变化率的符号与根据所述第二层的位置的有效折射率变化率的符号相同，在所述第二区中根据所述第一层的位置的有效折射率变化率的符号与根据所述第二层的位置的有效折射率变化率的符号相反。

第一区可以比第二区宽。

第一区和第二区中的每个可以是至少一个，以及第一区和第二区可以在多个相位调制区的每个相位调制区中沿一个方向交替设置。

多个第一纳米结构中的每个的折射率可以高于第一围绕材料的折射率，而多个第二纳米结构中的每个的折射率可以低于第二围绕材料的折射率。

多个第一纳米结构的宽度可以在多个相位调制区中的每个相位调制区内的部分区域中沿一个方向单调变化，并且多个第二纳米结构中的每个相位调制区的宽度在一个方向上的增加或减小可以在该部分区域中改变一次或多次。

多个第一纳米结构和多个第二纳米结构可以具有柱形。

多个第二纳米结构中的每个可以包括与第二围绕材料相邻设置的孔。

多个第二纳米结构中的每个可以包括内柱以及与内柱相邻设置的壳柱。

内柱可以包括折射率比第二围绕材料的折射率低的材料，而壳柱可以包括折射率比内柱的折射率高的材料。

多个第一纳米结构中的每个和多个第二纳米结构中的每个可以具有大于2的高宽比。

多个第一纳米结构中的每个和多个第二纳米结构中的每个可以具有小于50的高宽比。

多个第一纳米结构中的每个的高度和多个第二纳米结构中的每个的高度可以大于多个波段中的最短波段的中心波长。

多个相位调制区可以从超颖光学器件的中心沿径向设置，以及多个相位调制区的宽度可以随着距中心的距离增加而减小。

多个相位调制区的宽度可以彼此相等。

根据示例实施例的另一方面，提供了一种电子装置，其包括：透镜组件，该透镜组件包括超颖光学器件，该超颖光学器件包括多个相位调制区，该多个相位调制区分别包括多个纳米结构并被配置为调制入射光的相位，其中多个相位调制区的相位延迟曲线相对于彼此分开的多个波段的光单调变化，以及其中相对于多个波段的光的相位调制范围彼此不同；以及图像传感器，被配置为将透镜组件形成的光学图像转换为电信号。

根据示例实施例的另一方面，提供了一种电子装置，其包括图像投影仪和光发射器，该光发射器被配置为将来自图像投影仪的图像光发射到特定位置，光发射器包括超颖光学器件，该超颖光学器件包括多个相位调制区，该多个相位调制区分别包括多个纳米结构并被配置为调制入射光的相位，其中多个相位调制区的相位延迟曲线相对于彼此分开的多个波段的光单调变化，以及其中相对于多个波段的光的相位调制范围彼此不同。

根据示例实施例的另一方面，提供了一种超颖光学器件，其包括分别被配置为调制入射光的相位的多个相位调制区，该多个相位调制区分别包括：第一层，包括多个第一纳米结构以及与多个第一纳米结构相邻设置的第一围绕材料，多个第一纳米结构中的每个的折射率高于第一围绕材料的折射率；第二层，设置在第一层上并且包括多个第二纳米结构以及与多个第二纳米结构相邻设置的第二围绕材料，多个第二纳米结构中的每个的折射率低于第二围绕材料的折射率，其中，多个相位调制区的相位延迟曲线相对于彼此分开的多个波段的光单调变化。

附图说明

根据结合附图的以下描述，将更清楚示例实施例的以上和/或其他方面、特征和优点，在附图中：

图1是用于描述根据示例实施例的超颖光学器件的示意性配置和功能的概念图；

图2示出了显示红(R)光、绿(G)光和蓝(B)光的消色差透镜性能的理论相位延迟曲线；

图3是当图2的曲线图变化为2π相位范围时的曲线图；

图4是从图3的曲线图中提取的相位延迟色散曲线图；

图5是示出了根据示例实施例的超颖光学器件针对每个波长的相位分布的曲线图；

图6是示出了根据示例实施例的超颖光学器件的相位延迟色散的曲线图；

图7是示出了根据示例实施例的超颖光学器件的示意性结构的平面图；

图8是超颖光学元件的沿图7的A-A线截取的截面图；

图9A、图9B和图9C是示出了图8中所示的单元元件的折射率和形状尺寸的截面图和平面图；

图10A是通过在改变根据示例实施例的超颖光学器件的单元元件的形状尺寸的同时由计算机模拟的分布图，该分布图示出了根据示例实施例的超颖光学器件的单元元件导致的相位延迟；

图10B是通过在改变根据示例实施例的超颖光学器件的单元元件的形状尺寸的同时由计算机模拟的分布图，该分布图示出了根据示例实施例的超颖光学器件的单元元件导致的相位延迟色散；

图10C是其中根据示例实施例的超颖光学器件的单元元件的各种形状尺寸被映射到相位延迟-相位延迟色散平面的分布图；

图11是示出了每个波长的目标相位延迟曲线以及基于计算机模拟结果而设计的相位延迟曲线的曲线图；

图12是示出了基于计算机模拟结果的应用于根据示例实施例的超颖光学器件的单元元件的针对每个位置的形状尺寸的曲线图；

图13是示出了根据示例实施例的超颖光学器件的衍射效率的曲线图；

图14是示出了根据示例实施例的超颖光学器件对于具有三种不同波长的光具有相同焦距的计算机模拟；

图15A、图15B和图15C是详细示出了适用于根据另一示例实施例的超颖光学器件的单元元件的截面图和平面图；

图16是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的示意性结构的截面图；

图17示出了R光、G光、B光的消色差光束偏转性能的理论相位延迟曲线；

图18和图19示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的相位延迟曲线和相位延迟色散；

图20是示出了根据示例实施例的电子装置的示意性配置的框图；

图21是示出了图20的电子装置2201中包括的相机模块的示意性配置的框图；

图22是示出了图20的电子装置中包括的三维(3D)传感器的示意性配置的框图；以及

图23是示出了根据示例实施例的增强现实装置的示意性配置的概念图。

具体实施方式

现在详细参考附图中所示的示例实施例，其中贯穿附图相同的附图标记指代相同的元件。在这点上，示例性实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述示例实施例，以解释各个方面。如本文中所使用的术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。诸如“…中的至少一个”之类的表述当在元件列表之前时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应该理解为仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b两者、包括a和c两者、包括b和c二者、或包括a、b和c的全部。

在下文中，将参照附图来详细描述示例实施例。本文中描述的示例实施例仅是示例性的，并且可以根据这些示例实施例对其进行各种修改。在以下附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且为了清楚起见和便于描述，附图中每个元件的尺寸可以被放大。

下文中，术语“上方”或“上”不仅可以包括以接触方式直接在上面的元件，还可以包括以非接触方式在上方的元件。

应当理解，虽然可以在本文使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅用来将元件彼此区分。这些术语并非限制元件的材料或结构不同。

本文中使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”意在还包括复数形式，除非上下文明确地给出相反的指示。应当理解，本文中所用的术语“包括”、“包含”或“具有”指定存在所描述元件，但是不排除存在或添加一个或多个其他元件。

此外，本说明书中所描述的诸如“…器”、“模块”之类的术语指处理至少一种功能或操作的单元，并且可以实现为硬件、软件、或硬件和软件的组合。

术语“该”和类似指示词的使用可以对应于单数和复数两者。

可以按照任何合适的顺序执行构成方法的操作，除非本文中另外指出或者与上下文明显矛盾。实施例中所有说明性术语(例如、等)的使用仅是为了详细描述技术思想，并且本公开的范围不受说明性术语的限制，除非它们受到权利要求的限制。

图1是用于描述根据示例实施例的超颖光学器件100的示意性配置和功能的概念图。

超颖光学器件100是对入射光L的相位进行调制的平板型衍射器件。超颖光学器件100包括多个纳米结构，并且根据由纳米结构的布置形成的折射率分布来延迟穿过纳米结构的光的相位。相位延迟或相位迟延的程度根据在折射率分布中可变的每个位置而不同。根据对于每个位置的相位延迟的形式，超颖光学器件100可以呈现各种光学性能，例如透镜、光束偏转器和光束整形器。

在根据示例实施例的超颖光学器件100中，设置相位延迟和相位延迟色散以形成彼此分开的多个波段的光的消色差调制光L_m。多个波段的光可以是中心波长为λ1、λ2和λ3的窄带光。窄带的宽度可以是例如50nm或更小、10nm或更小或5nm或更小，并且λ1、λ2和λ3可以分别是例如450nm、540nm和675nm。在以下描述中，假设λ1、λ2和λ3分别为450nm、540nm和675nm，但是超颖光学器件100的工作波段不限于此。术语消色差指示：对于多个波段中的每一个波段，超颖光学器件100的光学性能几乎没有差异，并且实现对应光学性能的衍射效率高达约85％或更高、或约90％或更高。例如，当超颖光学器件100是透镜时，超颖光学器件100对于多个波段的光可以呈现基本上相同的焦距。例如，当超颖光学器件100是光束偏转器时，超颖光学器件100可以以基本相同的角度偏转波段中的光。例如，当超颖光学器件100是光束整形器时，超颖光学器件100可以将多个波段的光转换为基本相同的光模式。

相位延迟色散

是指相位延迟

根据波长的差异。在下文中，相位延迟色散

是指其中超颖光学器件100呈现消色差光学性能的多个波段的中心波长中具有最短波长的光的相位延迟与具有最长波长的光的相位延迟之间的差。例如，当其中超颖光学器件100呈现消色差光学性能的多个波段的中心波长为λ1、λ2和λ3且λ1＜λ2＜λ3时，相位延迟色散

为

对于多个波段的光，超颖光学器件100的相位延迟是不同的。

和

表示在超颖光学器件100中设置的多个相位调制区中的每一个内单调变化的相位延迟曲线，并且相位调制范围彼此不同。在下文中，“在某个区域中单调变化”指的是“在某个区域中以单调函数的形式变化”，即，“在某个区域中要么完全不增大，要么完全不减小”。对于穿过超颖光学器件100的光，通过使位于三种波长的中间的λ2光产生适当的相位延迟色散

和相位延迟

对于三种波长的光可以实现消色差光学性能。

将参考图2至图6描述由超颖光学器件100实现的相位延迟和相位延迟色散。

图2示出了显示R光、G光、B光的消色差透镜性能的理论相位延迟曲线，图3是图2的曲线图改变为2π相位范围时的曲线图，以及图4是从图3的曲线图中提取的相位延迟色散曲线图。

图2的曲线图是包括

值为0的区域、

的值大于0的区域、以及

的值小于0的区域的相位延迟曲线。当满足相位延迟曲线时，可以呈现消色差透镜性能。图2的曲线图是具有1.0mm直径和5mm焦距的消色差衍射透镜的相位延迟曲线。这种函数形式根据构成透镜的径向距离具有不同的相位延迟值，并且在实际实现中存在许多限制。随着透镜直径的增加以及透镜焦距的减小，其中设置的纳米结构的纵横比必须持续增大，但是实际制造的纵横比存在限制。

图3所示的曲线图可以从图2中提取。图3的曲线图是其中相位延迟范围在2π的范围内重复变化的形式。如图所示，对于R光、G光、B光，2π相位重复的区域彼此不同。

另一方面，参考图4的曲线图，其中从图3的曲线图中提取R光和G光的相位延迟，可以看出在4π的范围内显示单调相位延迟色散的区域重复。可以看出，相位延迟色散曲线图中所示的这种区域划分可以用于消色差超颖光学器件。

图5是示出了根据示例实施例的超颖光学器件针对每个波长的相位分布的曲线图。图6是示出了根据示例实施例的超颖光学器件的相位延迟色散的曲线图。

图5中所示的多个相位调制区R₁、R₂等的边界被定义为相位延迟色散从最大值变为最小值的位置。根据诸如图3所示的相位延迟曲线的曲线形式，可以通过在区域开始位置处设置相位延迟值以使得在每个区域的末尾处的相位延迟值为0，来导出如图5所示的相位延迟曲线。

对于中心波长为λ1、λ2和λ3的多个波段的光，每个区中的相位延迟曲线具有2π*k(|k|≥1)的相位调制范围。与针对波段中的较短波段中的光的相位延迟曲线相比，针对较长波段，所示出相位延迟曲线具有更小的相位调制范围。例如，对于波段中的光，三个相位延迟曲线具有2π*L、2π*M和2π*N的相位调制范围(|L|≥1，|M|≥1，|N|≥1，L≠M≠N)。L、M和N可以被设置为满足L*λ1＝M*λ2＝N*λ3的条件。当波长的倒数可以表示为整数比时，即当1/λ1∶1/λ2∶1/λ3表示为整数比时，L、M、N也是整数。当λ1、λ2、λ3分别为450nm、540nm、675nm时，L、M、N分别为6、5、4。

图6的曲线图是从图5的曲线图提取的相位延迟色散的曲线图，并且示出了示例实施例的超颖光学器件100所满足的

相位延迟色散在相位调制区中在2π*(L-N)范围内单调变化。当λ1、λ2和λ3分别为450nm、540nm和675nm时，相位延迟色散范围为4π。

将描述能够实现这种相位延迟和相位延迟色散的超颖光学器件的更详细结构。

图7是示出了根据示例实施例的超颖光学器件的示意性结构的平面图，而图8是超颖光学器件的沿图7的线A-A截取的截面图。图9A至图9C是示出了图8所示的单元元件的折射率和形状尺寸的截面图和平面图。

超颖光学器件100包括如上所述设置的多个相位调制区R_k，并且包括用于每个相位调制区R_k的充当透镜的多个纳米结构NS。相位调制区R_k可以从超颖光学器件100的中心C沿径向r布置，并且相位调制区R_k的宽度可以随着距中心距离的增加而减小。纳米结构NS可以布置在衬底SU上。例如，在图7中，仅示出了若干纳米结构NS，但是实施例不限于此。如图8所示，纳米结构可以布置为两层结构。第一纳米结构NS1以及围绕该第一纳米结构NS1的第一围绕材料E1可以设置在第一层110中，第二纳米结构NS2以及围绕第二纳米结构NS2的第二围绕材料E2可以设置在第二层120中。第一纳米结构NS1和第二纳米结构NS2具有比超颖光学器件100的工作波长(即彼此分开的多个波段中的最短波长λ0)小的亚波长的形状尺寸。第一纳米结构NS1和第二纳米结构NS2的高度可以大于超颖光学器件100的工作波长，即彼此分开的波段中的最短波长λ0。高度范围可以是波长λ0的0.5倍至6倍。

在相位调制区R_k中，确定第一纳米结构NS1、第一围绕材料E1、第二纳米结构NS2和第二围绕材料E2的形状、布置和折射率，以实现图5和图6所示的相位延迟曲线和相位延迟色散。

每个相位调制区R_k是示出特定范围中的单调相位调制图案的区。相位调制区包括第一区R₁、第二区R₂…第N区R_N，它们从超颖光学器件100的中心C沿径向r依次布置。如图所示，第一区R₁可以是圆形区，而第二区R₂至第N区R_N可以是环形区。第一区R₁至第N个区R_N是示出特定范围中的相位延迟的区。如图5所示，对于多个波长，相位调制范围彼此不同。相位调制区的总数(N)和相位调制区的宽度W₁…W_k...W_N可以根据屈光力(焦距)和透镜直径确定，并且可以根据参考图3至图6描述的过程来设置。

图8示出了相位调制区R_k的一部分的截面结构R_k。第一层110包括第一纳米结构NS1和第一围绕材料E1，而第二层120包括第二纳米结构NS2和第二围绕材料E2。设置第一纳米结构NS1、第一围绕材料E1、第二纳米结构NS2和第二围绕材料E2的折射率、形状、布置等，使得有效折射率色散与有效折射率变化之比在第一层120和第二层120不同。

第一纳米结构NS1可以包括折射率比第一围绕材料E1的折射率高的材料。这将被称为纳米柱结构。第二纳米结构NS2可以包括折射率比第二围绕材料E2的折射率低的材料。这将被称为纳米孔结构。超颖光学器件100可以具有其中重复布置了具有纳米柱结构和纳米孔结构的两层结构的单元元件UE的结构。在纳米柱结构的情况下，随着有效折射率增加，有效折射率色散趋于一起增加。例如，当增加单元元件UE中的第一纳米结构NS1所占据的填充因子以增加有效折射率时，有效折射率色散也增加。相反，与纳米柱结构相比，在纳米孔结构的情况下，当降低单元元件UE中的第二纳米结构NS2所占据的填充因子以增加有效折射率时，有效折射率色散趋于略微增加或甚至是降低。可以看出，纳米孔结构的有效折射率色散变化率对有效折射率变化率没有显著依赖性。纳米柱结构和纳米孔结构之间的色散特性的这种差异可能由两种结构的电场聚焦程度的差异导致。根据示例实施例的超颖光学器件100使用其中堆叠有纳米柱结构和纳米孔结构的单元元件UE，在该纳米柱结构和纳米孔结构中有效折射率色散变化量与有效折射率变化量相比不同。可以通过根据位置调整构成单元元件UE的详细尺寸来实现期望的相位延迟和相位延迟色散。

相位调制区R_k可以包括其中第一纳米结构NS1的宽度沿一个方向(例如径向r)单调变化的区。第二纳米结构NS2的宽度可以在与第一纳米结构NS1的宽度单调变化的区相对应的区中的径向位置处沿一个方向变化一次或多次。

相位调制区R_k可以包括第一区A和第二区B，在第一区A中根据第一层110的位置的有效折射率变化率的符号与根据第二层120的位置的有效折射率变化率的符号相同，在第二区B中根据第一层的位置的有效折射率变化率的符号与根据第二层120的位置的有效折射率变化率的符号相反。第一区A的总面积可以大于第二区B的总面积。例如，在相位调制区Rk中，第一层110和第二层120的有效折射率变化率的符号彼此相等的区可以比其他区大。

如图8所示，在第一区A中，第一层110的第一纳米结构NS1的宽度沿径向r减小，即有效折射率减小，而第二层120的第二纳米结构NS2的宽度沿径向增加，即有效折射率减小。在第二区B中，第一层110的第一纳米结构NS1的宽度沿径向r减小，即有效折射率减小，而第二层120的第二纳米结构NS2的宽度沿径向减小，即有效折射率增加。一个或多个第一区A和一个或多个第二区B可以设置在相位调制区R_k中的每一个中，并且第一区A与第二区B可以交替布置。

然而，本文所述的第一纳米结构NS1和第二纳米结构NS2的形状和布置仅是可以实现图5和图6所示的相位延迟和相位延迟色散的示例。图5和图6所示的相位延迟和相位延迟色散可以用其他形状和布置来实现。

在包括纳米柱结构的第一层110中，有效折射率变化趋势以及有效折射率变化的色散变化趋势相似地出现。另一方面，在第二层120中，有效折射率变化趋势与有效折射率变化之间的关系很小，因此，第一层110可以是主要有助于超颖光学器件100的相位延迟色散的层。第一层110的相位延迟和第二层120的相位延迟两者都有助于超颖光学器件100的相位延迟。

如图9A至图9C所示，第一纳米结构NS1可以具有直径为w1和高度为h1的圆柱形状，而第二纳米结构NS2可以具有直径为w2和高度为h2的圆柱形状。第一纳米结构NS1的折射率n1可以大于第一围绕材料E1的折射率n2，并且它们之间的折射率差可以为0.2或更大、或者0.5或更大。第二纳米结构NS2的折射率n3可以低于第二围绕材料E2的折射率n4，并且它们之间的折射率差可以为0.2或更大、或者0.5或更大。

可以将在超颖光学器件100的工作波段中具有高折射率和低吸收率的材料用于第一纳米结构NS1。例如，可以将c-Si、p-Si、a-Si、III-V族化合物半导体(砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)等)、碳化硅(SiC)、氧化钛(TiO₂)、氧化钛硅(TiSiOx)、氮化硅(Si₃N₄)或氮化硅(SiN)用于第一纳米结构NS1。第一围绕材料E1可以包括具有相对低的折射率和低吸收率的材料。第一围绕材料E1的示例可以包括聚合物材料(例如SU-8或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氧化硅(SiO₂)、SOG)或空气。

可以将在超颖光学器件100的工作波段中具有低折射率和低吸收率的材料用于第二纳米结构NS2。材料的示例可以包括聚合物材料(例如SU-8或PMMA、SiO₂、SOG)或空气。第二围绕材料E2可以包括具有相对高的折射率和低吸收率的材料。材料的示例可以包括c-Si、p-Si、a-Si、III-V族化合物半导体(GaAs、GaP、GaN、GaAs等)、SiC、TiO₂、TiSiO_x、Si₃N₄或SiN。第二纳米结构NS2可以具有被第二围绕材料E2围绕的空孔形状。

第一纳米结构NS1和第二纳米结构NS2可以具有大于1的纵横比。纵横比表示高径比。纵横比可以是2或更大、3或更大、5或更大、10或更大，并且可以是50或更小。

尽管第一纳米结构NS1和第二纳米结构NS2被示出为圆柱形状，但是第一纳米结构NSl和第二纳米结构NS2不限于此，并且可以具有各种形状，例如多边形圆柱和椭圆圆柱。

图10A至图10C示出了当构成根据示例实施例的超颖光学器件的单元元件的形状尺寸改变时获得的计算机模拟结果。

在计算机模拟中，设置n1＝2.5、n2＝1.46、h1＝2.0μm、n3＝1.0、n4＝1.9、h2＝2.0μm，改变w1和w2，并且计算相位延迟和相位延迟色散。

图10A是通过在改变根据示例实施例的超颖光学器件的单元元件的形状尺寸的同时由计算机模拟的分布图，该分布图示出了根据示例实施例的超颖光学器件的单元元件导致的相位延迟。向具有540nm波长的光提供相位延迟。

图10B是通过在改变根据示例实施例的超颖光学器件的单元元件的形状尺寸的同时由计算机模拟的分布图，该分布图示出了根据示例实施例的超颖光学器件的单元元件导致的相位延迟色散。相位延迟色散表示波长为450nm的光的相位延迟与波长为675nm的光的相位延迟之间的差。

图10C是其中根据实施例的超颖光学器件的单元元件的各种形状尺寸被映射到相位延迟-相位延迟色散平面的分布图。

曲线图的横轴表示

而曲线图的纵轴表示

在图10C的曲线图平面中，范围从0到2π的

值和范围从-2π到2π的

值被几乎完全映射到w1和w2的数据集合。通过使用这些数据，可以按位置布置能够实现期望的相位延迟和相位延迟色散的单元元件。在这种情况下，可以实现对于波长为450nm、540nm和675nm的光几乎没有色差的透镜。

图11是示出了每个波长的目标相位延迟曲线以及基于计算机模拟结果设计出的相位延迟曲线的曲线图，并且图12是示出了基于计算机模拟结果的应用于根据示例实施例的超颖光学器件的单元元件的针对每个位置的形状尺寸的曲线图。

例如，可以如图12所示设置单元元件UE的w1和w2，使得实现图11中实线所示的目标值，并且对应的结果由虚线所指示的设计值表示。如图11所示，与目标和设计相对应的线彼此重叠到几乎无法区分的程度，并且可以看出可以获得具有期望的性能的超颖光学器件。

图13是示出了根据示例实施例的超颖光学器件的衍射效率的曲线图。

具有450nm、540nm和675nm三种波长的光的衍射效率被分别示出为0.94、0.938和0.929。这些值是消色差超颖透镜的衍射效率，并且被评估为相关技术中不可用的高值。

图14是示出了根据示例实施例的超颖光学器件对于具有三种不同波长的光具有相同焦距的计算机模拟。

波长为450nm、540nm、675nm的光的焦距都被示出为5.0mm，并且z＝5mm的焦平面中的束斑尺寸几乎相同。

应用于图8的超颖光学器件100的单元元件UE的形状可以不同地改变。单元元件UE的形状被示出为第一层110的第一纳米结构NS1的中心与第二层120的第二纳米结构NS2的中心对齐的布置，但是这是说明性的并且实施例不限于此。在单元元件UE的形状中，第一纳米结构NS1和第二纳米结构NS2的中心轴彼此不重合，并且可以以一定的间隔错位，但不限于此范围。不仅第一纳米结构NS1的宽度w1和第二纳米结构NS2的宽度w2，而且错位间隔也可以用作设计变量。此外，第一纳米结构NS1和第二纳米结构NS2的高度可以用作设计变量。

图15A至图15C是详细示出了适用于根据另一示例实施例的超颖光学器件的单元元件的截面图和平面图。

在示例实施例中，超颖光学器件101的单元元件UE1的第二纳米结构NS2可以具有包括内柱CO和围绕内柱CO并与其相邻设置的壳柱SH的形状。这种结构可以用作与具有色散变化率对有效折射率变化的相对低的依赖性的纳米孔结构相似的结构。

内柱CO的折射率n31可以小于第二围绕材料E2的折射率n4，并且壳柱SH的折射率n32可以大于内柱CO的折射率n31。壳柱SH的折射率n32可以大于或小于第二围绕材料E2的折射率n4。

图16是示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件102的示意性结构的截面图。

示例实施例的超颖光学器件102与图8的超颖光学器件100的不同之处在于：第二层121中的第二围绕材料E2被布置为覆盖第二纳米结构NS2的侧表面和上表面，并且第一层111中的第一围绕材料E1覆盖第一纳米结构NS1的侧表面和上表面。这样的结构可以保护第一纳米结构NS1和第二纳米结构NS2并且可以被选择为易于处理。尽管图16示出了单元元件具有与图9A中示出的单元元件相同的形状，但是实施例不限于此。单元元件可以改变为图15A所示的形状。

此外，可以不同地改变构成超颖光学器件的单元元件。两个单元元件UE和UE1的形状可以被不同地组合。例如，可以在两层中使用纳米柱结构并且可以不同地设置折射率差。根据另一示例实施例，可以在两层中使用纳米孔结构并且可以不同地设置折射率差。根据另一示例实施例，具有包括内柱和壳柱的形状的纳米结构可以应用于两层并且可以不同地设置折射率差。

图17示出了用于表示R光、G光和B光的消色差光束偏转性能的理论相位延迟曲线。

三个相位延迟曲线是相对于波长为500μm和衍射角为1.0度的消色差光束偏转器的R光、G光和B光的相位延迟曲线。因为必须针对光束偏转器的每个位置实现不同的相位延迟值，所以这种理论上的相位延迟曲线在实践中难以实现。此外，随着光束偏转器的长度增加以及衍射角增加，要实现的相位延迟值成比例地增加。这导致纳米结构的纵横比增加。因此，可以制造的纵横比存在限制。

从这些相位延迟曲线中，每个区实际上可实现的相位延迟曲线和相位延迟分配可以按照与参考图2至图6描述的方式相似的方式得到。

图18和图19示出了根据另一示例实施例的超颖光学器件的相位延迟曲线和相位延迟色散。

在多个相位调制区R₁、R₂等中示出了对于多个波段中的光具有彼此不同的相位延迟范围并且线性变化的相位延迟曲线。例如，当波段的中心波长为λ1、λ2和λ3时，波长为λ1、λ2和λ3的光的相位延迟曲线具有2π*L、2π*M和2π*N的相位调制范围(|L|≥1，|M|≥1，|N|≥1，L≠M≠N)。L、M和N可以被设置为满足L*λ1＝M*λ2＝N*λ3的条件。当波长的倒数可以表示为整数比时，例如，当1/λ1∶1/λ2∶1/λ3表示为整数比时，L、M、N也是整数。当λ1、λ2、h3分别为450nm、540nm、675nm时，L、M、N分别为6、5、4。

当超颖光学器件被实现为光束偏转器时，相位延迟曲线的斜率是恒定的，如图17所示。因此，图18和图19的曲线图中所示的相位调制区的宽度是恒定的。

根据示例实施例的超颖光学器件对于具有多个特定窄带波长的光呈现消色差光学性能，并且可以应用于可以利用超颖光学器件的各种电子装置。

图20是示出了根据示例实施例的电子装置2201的示意性配置的框图。

参考图20，在网络环境2200中，电子装置2201可以通过第一网络2298(短距离无线通信网络等)与另一个电子装置2202通信，或者可以经由第二网络2299(远距离无线通信网络等)与另一个电子装置2204和/或服务器2208通信。电子装置2201可以通过服务器2208与电子装置2204进行通信。电子装置2201可以包括处理器2220、存储器2230、输入设备2250、音频输出设备2255、显示设备2260、音频模块2270、传感器模块2210、接口2277、触觉模块2279、相机模块2280、电力管理模块2288、电池2289、通信模块2290、用户标识模块2296和/或天线模块2297。在电子装置2201中，可以省略一些组件(例如，显示设备2260等)或者可以添加其他组件。一些组件可以实现为一个集成电路。例如，传感器模块2210的指纹传感器2211、虹膜传感器、照度传感器等可以嵌入显示设备2260(显示器等)中。

处理器2220可以执行软件(程序2240等)以控制与处理器2220连接的电子装置2201的一个或多个其他组件(硬件和软件组件等)，并执行各种数据处理或操作。作为数据处理或操作的一部分，处理器2220可以将从其他组件(传感器模块2210、通信模块2290等)接收到的命令和/或数据加载到易失性存储器2232，可以处理存储在易失性存储器2232中的命令和/或数据，并且可以将结果数据存储在非易失性存储器2234中。处理器2220可以包括主处理器2221(中央处理单元、应用处理器等)和能够独立于主处理器2221或与主处理器2221一起操作的辅助处理器2223(图形处理单元、图像信号处理器、传感器集线器处理器、通信处理器等)。辅助处理器2223可以使用的电力比主处理器2221少，并且可以执行专门的功能。

辅助处理器2223可以在主处理器2221处于非活动状态(休眠状态)时代表主处理器2221，或在主处理器2221处于活动状态(应用执行状态)时与主处理器2221一起，控制与电子装置2201的一些组件(显示设备2260、传感器模块2210、通信模块2290等)相关的功能和/或状态。辅助处理器2223(图像信号处理器、通信处理器等)可以被实现为其他功能相关组件(相机模块2280、通信模块2290等)的一部分。

存储器2230可以存储电子装置2201的组件(处理器2220、传感器模块2276等)所需的各种数据。数据可以包括例如软件(程序2240等)以及与其相关的命令的输入数据和/或输出数据。存储器2230可以包括易失性存储器2232和/或非易失性存储器2234。

程序2240可以作为软件存储在存储器2230中，并且可以包括操作系统2242、中间件2244和/或应用2246。

输入设备2250可以从电子装置2201的外部(用户等)接收要由电子装置2201的组件(处理器2220等)使用的命令和/或数据。输入设备2250可以包括麦克风、鼠标、键盘和/或数字笔(手写笔等)。

音频输出设备2255可以将声音信号输出到电子装置2201的外部。音频输出设备2255可以包括扬声器和/或听筒。扬声器可以用于诸如多媒体播放或录音播放之类的一般目的，并且听筒可以用于接收来电。听筒可以集成为扬声器的一部分或者可以被实现为独立的单个设备。

显示设备2260可以可视地向电子装置2201的外部提供信息。显示设备2260可以包括显示器、全息设备或投影仪、以及用于控制相同设备的控制电路。显示设备2260可以包括被配置为感测触摸的触摸电路和/或被配置为测量由触摸产生的力的强度的传感器电路(压力传感器等)。

音频模块2270可以将声音转换为电信号，反之亦然。音频模块2270可以通过输入设备2250获得声音，或者可以通过音频输出设备2255和/或直接或无线连接到电子装置2201的另一电子装置(电子装置2202)的扬声器和/或耳机输出声音。

传感器模块2276可以感测电子装置2201的工作状态(功率、温度等)或外部环境状态(用户状态等)，并且可以产生与感测的状态相对应的电信号及/或数据值。传感器模块2210可以包括指纹传感器2211、加速度传感器2212、位置传感器2213、3D传感器2214等。此外，传感器模块2210可以包括虹膜传感器、陀螺仪传感器、气压传感器、磁传感器、握持传感器、接近传感器、颜色传感器、红外(IR)传感器、生物特征传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。

3D传感器2214可以通过向对象辐射特定光并分析从对象反射的光来感测对象的形状、运动等。3D传感器2214可以包括根据实施例的超颖光学器件100、101和102，或由其修改的结构。在3D传感器2214中，可以提供一个或多个超颖光学器件作为透镜、光束偏转器、光束整形器等。下面将参考图22描述3D传感器2214的示例性结构。

接口2277可以支持可以由电子装置2201使用的一个或多个指定协议，以直接或无线连接到另一电子装置(电子装置2202等)。接口2277可以包括高清多媒体接口(HDMI)、通用串行总线(USB)接口、安全数字(SD)卡接口和/或音频接口。

连接端子2278可以包括连接器，通过该连接器电子装置2201可以物理连接到另一电子装置(电子装置2202)。连接端子2278可以包括HDMI连接器、USB连接器、SD卡连接器和/或音频连接器(耳机连接器等)。

触觉模块2279可以将电信号转换为用户可以通过触觉或动觉识别的机械刺激(振动、运动等)或电刺激。触觉模块2279可以包括电机、压电元件和/或电刺激器。

相机模块2280可以捕捉静态图像和运动图像。相机模块2280可以包括：包括一个或多个透镜的透镜组件、图像传感器、图像信号处理器和/或闪光灯。相机模块2280中包括的透镜组件可以收集从要捕捉图像的对象发射的光。透镜组件可以包括根据实施例的超颖光学器件100、101和102，或由其修改的结构。下面将参考图21描述相机模块2280的示例性结构。

电力管理模块2288可以管理供应给电子装置2201的电力。电力管理模块2288可以实现为电力管理集成电路(PMIC)的一部分。

电池2289可以向电子装置2201的组件供电。电池2289可以包括不可充电的一次电池、可充电的二次电池和/或燃料电池。

通信模块2290可以在电子装置2201和另一电子装置(电子装置2202和电子装置2204、服务器2208等)之间建立直接(有线)通信信道和/或无线通信信道，并且可以支持通过建立的通信信道来执行通信。通信模块2290可以包括独立于处理器2220(应用处理器等)操作并且支持直接通信和/或无线通信的一个或多个通信处理器。通信模块2290可以包括无线通信模块2292(蜂窝通信模块、短距离无线通信模块、全球导航卫星系统(GNSS等)通信模块等)以及/或者有线通信模块2294(局域网(LAN)通信模块、电力线通信模块等)。这些通信模块中对应的通信模块可以经由第一网络2298(诸如蓝牙、WiFi直连或红外数据协会(IrDA)的短距离通信网络)或第二网络2299(诸如蜂窝网络、互联网或计算机网络(LAN、WAN等)的长距离通信网络)与另一电子装置进行通信。这些各种类型的通信模块可以被集成为一个组件(单个芯片等)或可以被实现为彼此分离的多个组件(多个芯片)。无线通信模块2292可以通过使用用户标识模块2296中存储的用户信息(国际移动用户身份(IMSI)等)在通信网络(例如第一网络2298或第二网络2299)内识别和认证电子装置2201。

天线模块2297可以向外部(另一电子装置等)发送信号和/或电力，或者从外部接收信号和/或电力。天线模块2297可以包括在衬底(印刷电路板(PCB)等)上具有导电图案的辐射器。天线模块2297可以包括一个或多个天线。当天线模块2297包括多个天线时，通信模块2290可以在天线中选择适合于在诸如第一网络2298和/或第二网络2299的通信网络中使用的通信方法的天线。可以通过选择的天线在通信模块2290和另一电子装置之间发送或接收信号和/或电力。除了天线之外，其他组件(RFIC等)也可以作为天线模块2297的一部分被包括在内。

一些组件可以通过外围设备(总线、通用输入和输出(GPIO)、串行外围接口(SPI)、移动工业处理器接口(MIPI)等)之间的通信方法彼此连接，并且可以彼此交换信号(命令、数据等)

可以通过与第二网络2299连接的服务器2108在电子装置2201和外部电子装置2204之间发送或接收命令或数据。电子装置2202和电子装置2204的类型可以与电子装置2201的类型相同或不同。由电子装置2201执行的操作中的全部或部分操作可以由电子装置2202、2204和2208中的一个或多个执行。例如，当电子装置2201必须执行特定功能或服务时，电子装置2201可以请求一个或多个其他电子装置执行该功能或服务的全部或部分，而不是由其自己执行该功能或服务。接收到请求的一个或多个电子装置可以执行与该请求有关的附加功能或服务，并且可以将执行的结果传输给电子装置2201。为此，可以使用云计算、分布式计算和/或客户端-服务器计算技术。

图21是示出了图20的电子装置2201中包括的相机模块的示意性配置的框图。

参考图21，相机模块2280可以包括透镜组件2310、闪光灯2320、图像传感器2330、图像稳定器2340、存储器2350(缓冲存储器等)和/或图像信号处理器2360。透镜组件2310可以收集要捕捉图像的对象发出的光，并且可以包括上述超颖光学器件100或具有从其修改的结构的超颖光学器件。透镜组件2310可以包括一个或多个超颖透镜。设置在透镜组件2310中的超颖透镜可以具有上述的超颖光学器件100、101和102、它们的组合、或者它们的修改。设置在透镜组件2310中的超颖透镜对于具有彼此分开的多个窄带波长的光可以呈现基本上消色差的透镜性能。可以设置具有不同焦距、有效直径等的多个超颖透镜。透镜组件2310可以同时使用折射透镜和超颖透镜，以获得期望的成像性能。包括超颖光学器件的透镜组件2310可以实现期望的光学性能，并且具有短的光学总长度。

相机模块2280还可以包括致动器。例如，致动器可以驱动构成透镜组件2310的透镜元件的位置以用于变焦和/或自动对焦(AF)，并且可以调整透镜元件之间的间距。

相机模块2280可以包括多个透镜组件2310。在这种情况下，相机模块2280可以是双相机、360度相机或球面相机。一些透镜组件2310可以具有相同的透镜属性(视角、焦距、自动对焦、F数、光学变焦等)，或者可以具有不同的透镜属性。透镜组件2310可以包括广角透镜或远摄透镜。

闪光灯2320可以发射用于增强从对象发射或反射的光的光。闪光灯2320可以包括一个或多个发光二极管(红-绿-蓝(RGB)LED、白光LED、红外LED、紫外LED等)和/或氙气灯。闪光灯2320可以被配置为提供具有彼此不同的多个波长的光。例如，闪光灯2320可以提供具有窄带波长的光，在该窄带波长下，透镜组件2310中包括的超颖光学器件呈现消色差透镜性能。图像传感器2330可以通过将从对象发射或反射并透射过透镜组件2310的光转换为电信号来获得与对象相对应的图像。图像传感器2330可以包括从具有不同的属性的图像传感器(例如RGB传感器、黑白(BW)传感器、IR传感器和UV传感器)选择的一个或多个传感器。图像传感器2330中包括的传感器中的每个传感器可以被实现为电荷耦合器件(CCD)传感器和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。

图像稳定器2340可以响应于相机模块2280或包括该相机模块2280的电子装置2301的移动，沿特定方向移动透镜组件2310中包括的一个或多个透镜或图像传感器2330，或者可以控制图像传感器2330的操作特性(调整读出时序等)以补偿由于移动导致的负面影响。图像稳定器2340可以通过使用布置在相机模块2280内部或外部的陀螺传感器(未示出)或加速度传感器(未示出)来感测相机模块2280或电子装置2301的移动。图像稳定器2340可以以光学方式实现。

存储器2350可以存储通过图像传感器2330而获得的图像的部分或全部数据，以用于后续的图像处理。例如，当以高速获得多个图像时，将获得的原始数据(拜耳图案数据、高分辨率数据等)存储在存储器2350中，并且仅显示低分辨率图像。之后，所选择的图像(由用户选择的图像等)的原始数据可以被发送到图像信号处理器2360。存储器2350可以集成到电子装置2201的存储器2230中或者可以配置为独立操作的单独的存储器。

图像信号处理器2360可以对通过图像传感器2330获得的图像或存储器2350中存储的图像数据执行至少一种图像处理。至少一种图像处理可以包括深度图生成、3D建模、全景生成、特征点提取、图像合成和/或图像补偿(降噪、分辨率调整、亮度调整、模糊、锐化、柔化等)。图像信号处理器2360可以对相机模块2280中包括的组件(图像传感器2330等)执行控制(曝光时间控制、读出时序控制等)。由图像信号处理器2360处理的图像可以被再次存储在存储器2350中用于另外的处理，或者可以被提供给相机模块2280的外部组件(存储器2230、显示装置2260、电子装置2202、电子装置2204、服务器2208等)。图像信号处理器2360可以集成到处理器2220中，或者可以被配置为独立于处理器2220操作的单独处理器。当图像信号处理器2360被配置为与处理器2360分离的处理器时，由图像信号处理器2360处理的图像可以在处理器2220对其执行附加图像处理之后显示在显示设备2260上。

电子装置2201可以包括多个相机模块2280，每个相机模块具有彼此不同的属性或功能。在这种情况下，相机模块2280之一可以是广角相机，而另一个可以是远摄相机。类似地，相机模块2280之一可以是前置相机，而另一个可以是后置相机。

图22是示出了图20的电子装置2201中包括的3D传感器2214的示意性配置的框图。

3D传感器2214通过向对象辐射特定光以及接收并分析从对象反射的光来感测对象的形状、运动等。3D传感器2214包括投影仪2410、光电检测器2430、信号处理器2440和存储器2450。投影仪2410可以包括光源和超颖光学器件。作为超颖光学器件，可以采用根据示例实施例的超颖光学器件100、101和102之一、它们的组合、以及它们的修改结构。投影仪2410可以包括一个或多个用作透镜、光束偏转器或光束整形器的超颖光学器件。

投影仪2410发射用于分析对象的形状或位置的光。投影仪2410可以包括产生并辐射具有特定波长的光的光源。光源可以包括激光二极管(LD)、LED或超辐射发光二极管(SLD)，其产生并辐射适合于分析物体位置和形状的波段中的光，例如，红外波段中的光。光源可以是可调激光二极管。光源可以产生并辐射彼此不同的多个波段的光。具有彼此不同波长的光可以具有窄带，例如，10nm或更小、或者5nm或更小的带宽。光源可以产生并辐射脉冲光或连续光。

设置在投影仪2410中的超颖光学器件调制从光源发射的光并将调制后的光发射到对象。当超颖光学器件是光束偏转器时，超颖光学器件可以使入射光沿特定方向偏转，以将光导向对象。当超颖光学器件为光束整形器时，超颖光学器件调制入射光，使得入射光具有特定图案的分布。超颖光学器件可以形成适合于3D形状分析的结构光。超颖光学器件可以包括一个或多个透镜。在这种情况下，超颖光学器件可以收集或准直从光源发射的光。

如上所述，超颖光学器件可以对具有多个特定窄带波长的光执行消色差光调制。

光电检测器2430接收投影仪2410辐射到对象的光的反射光。光电检测器2430可以包括感测光的多个传感器的阵列，或者可以仅包括一个传感器。光电探测器2430可以包括超颖光学器件。光电检测器2430中包括的超颖光学器件可以是在传感器上收集光的透镜。

信号处理器2440可以处理由光电检测器2430感测到的信号，并分析对象的形状等。信号处理器2440可以分析包括对象的深度位置的3D形状。

对于3D形状分析，可以执行光飞行时间测量的操作。各种算术方法可以用于光飞行时间测量。例如，在直接时间测量方法的情况下，脉冲光被投射到对象上，并且通过使用计时器来测量从对象反射的光的返回时间来计算距离。在相关方法的情况下，脉冲光被投射到对象上，并且从对象反射的光的亮度来测量距离。在相位延迟测量方法的情况下，诸如正弦波的连续波光被投射到对象上，并且反射光的相位差被检测并被转换为距离。

当结构光辐射到对象时，可以根据从对象反射的结构光的图案变化(即，与入射的结构光图案进行比较)计算出对象的深度位置。可以通过跟踪从对象反射的结构光的每个坐标的图案变化来提取对象的深度信息，并且可以从中提取与对象的形状和移动相关的3D信息。

存储器2450可以存储信号处理器2440的操作所需的程序和其他数据。

信号处理器2440的操作结果，即关于对象的形状和位置的信息，可以被发送到电子装置2201的另一个单元或另一个电子装置。例如，该信息可以由存储器2230中存储的应用2246使用。结果被发送到的另一个电子装置可以是输出结果的显示设备或打印机。此外，另一个电子装置可以是自动驾驶设备(无人驾驶汽车、自动驾驶汽车、机器人、无人机等)、智能手机、智能手表、移动电话、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑、个人计算机(PC)、各种可穿戴设备、其他移动或非移动计算设备以及物联网(IoT)设备，但是不限于此。

图23是示出了根据示例实施例的增强现实装置3000的示意性配置的概念图。

增强现实装置3000包括提供图像的第一图像投影仪3100、第二图像投影仪3200和第三图像投影仪3300，并且还包括光发射器3500，其将来自第一图像投影仪3100、第二图像投影仪3200和第三图像投影仪3300的图像光L1发射到用户的视野。增强现实装置3000还包括控制增强现实装置3000的整体配置的处理器3600，以及存储由处理器3600执行的程序代码、其他数据等的存储器3700。增强现实装置3000还可以包括识别用户环境的传感器3800。

第一图像投影仪3100、第二图像投影仪3200和第三图像投影仪3300中的每一个包括图像形成器和超颖光学器件，并且图像光L1由彼此不同的波段中的光L11、L12和L13形成。

由第一图像投影仪3100、第二图像投影仪3200和第三图像投影仪3300形成的图像的类型没有具体限制，并且可以是例如二维(2D)图像或3D图像。3D图像可以包括例如立体图像、全息图像、光场图像或积分摄影(IP)图像。此外，3D图像可以包括多视图或超多视图图像。

设置在第一图像投影仪3100、第二图像投影仪3200和第三图像投影仪3300中的图像形成器可以包括例如硅基液晶(LCoS)设备、液晶显示(LCD)设备、有机发光二极管(OLED)显示设备和数字微镜设备(DMD)，并且还可以包括下一代显示设备，例如微型LED和量子点(QD)LED。当设置在图像形成器中的显示设备是诸如LCD的非发射型设备时，图像形成器还可以包括为图像形成提供光的光源。

由第一图像投影仪3100、第二图像投影仪3200和第三图像投影仪3300提供的彼此不同波段的光L11、L12和L13可以具有窄带，例如，带宽为10nm或更小、或者5nm或更小，并且带宽可以是R、G和B波段中包括的窄带波长。每个窄带的中心波长可以是675nm、540nm和450nm。

设置在第一图像投影仪3100、第二图像投影仪3200和第三图像投影仪3300中的超颖光学器件可以包括根据示例实施例的超颖光学器件100、101和102或从其修改的结构，并且对于具有多个窄带波长的光可以是呈现消色差性能的透镜。在这种情况下，设置在第一图像投影仪3100、第二图像投影仪3200和第三图像投影仪3300中的超颖光学器件可以具有相同的结构，并且可以以相同的性能操作具有彼此不同的窄带波长的光。

光发射器3500可以改变由第一图像投影仪3100、第二图像投影仪3200和第三图像投影仪3300提供的彼此不同波段的光L11、L12和L13的路径，并且将光线L11、L12和L13发射到观察者的视野。光发射器3500可以包括充当光束偏转器的超颖光学器件。设置在光发射器3500中的超颖光学器件可以包括根据示例实施例的超颖光学器件100、101和102或从其修改的结构，并且对于具有窄带波长的光可以呈现消色差光束偏转性能。

光发射器3500也可以被称为光学组合器，因为光发射器350将观察者前方的环境光L2发射到观察者的视野。

第一图像投影仪3100、第二图像投影仪3200和第三图像投影仪3300可以由处理器3600控制，使得图像光L1包括与用户环境相对应的附加信息。例如，用户环境由传感器3800识别，并且适合于识别结果的附加信息图像可以由第一、第二和第三图像投影仪3100、3200和3300考虑识别结果来形成。

对于具有窄带波长的光，超颖光学器件可以呈现基本上消色差的光学性能。

超颖光学器件具有通过使用多层纳米结构的布置将相位延迟和相位延迟色散独立控制为期望形式的结构，并且可以对具有窄带波长的光呈现高衍射效率。

超颖光学器件可以用作透镜、光束偏转器、光束整形器等，并且可以被用于使用它们的各种电子装置。

应当理解，本文所描述的示例实施例应当被认为仅是描述性的，而不是为了限制目的。对每个示例性实施例中的特征或方面的描述应当典型地被看作是可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。尽管已经参考附图描述了示例实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离所附权利要求及其等同物限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (10)

1.一种超颖光学器件，包括：

多个相位调制区，分别包括多个纳米结构，并被配置为调制入射光的相位，

其中，所述多个相位调制区的相位延迟曲线相对于彼此分开的多个波段的光单调变化，以及

其中，相对于所述多个波段的光的相位调制范围彼此不同。

2.根据权利要求1所述的超颖光学器件，其中，所述多个相位调制区中的每一个相位调制区相对于所述多个波段的光具有2π*k的相位调制范围，其中|k|≥1，以及

其中，与所述多个波段中的第一波段的光相对应的相位调制范围小于与所述多个波段中的第二波段的光相对应的相位调制范围，所述第一波段长于所述第二波段。

3.根据权利要求1所述的超颖光学器件，其中，所述多个相位调制区中的每一个相对于所述多个波段的光具有2π*L、2π*M和2π*N的相位调制范围，其中|L|≥1、|M|≥1、|N|≥1、L≠M≠N，以及

当所述多个波段的中心波长为λ1、λ2和λ3时，满足L*λ1＝M*λ2＝N*λ3。

4.根据权利要求1所述的超颖光学器件，其中，在所述多个相位调制区中的每一个中，由与所述多个波段中的第一波段的光相对应的相位延迟曲线和与所述多个波段中的第二波段的光相对应的相位延迟曲线之间的差定义的相位延迟色散以特定变化量单调变化，所述第一波段长于所述第二波段。

5.根据权利要求1所述的超颖光学器件，其中，所述多个相位调制区中的每一个包括：

第一层，包括多个第一纳米结构以及与所述多个第一纳米结构相邻设置的第一围绕材料；

第二层，设置在所述第一层上并且包括多个第二纳米结构以及与所述多个第二纳米结构相邻设置的第二围绕材料；以及

第一区和第二区，其中在所述第一区中与所述第一层的位置相对应的有效折射率变化率的符号与根据所述第二层的位置的有效折射率变化率的符号相同，在所述第二区中与所述第一层的位置相对应的有效折射率变化率的符号与根据所述第二层的位置的有效折射率变化率的符号相反。

6.根据权利要求5所述的超颖光学器件，其中，所述第一区比所述第二区宽。

7.根据权利要求5所述的超颖光学器件，其中，所述第一区和所述第二区中的每个是至少一个，以及

其中，所述第一区和所述第二区在所述多个相位调制区中的每个相位调制区中沿一个方向交替设置。

8.根据权利要求1所述的超颖光学器件，其中，所述多个相位调制区从所述超颖光学器件的中心沿径向设置，以及

其中，所述多个相位调制区的宽度随着距所述中心的距离增加而减小。

9.一种电子装置，包括：

透镜组件，包括超颖光学器件，所述超颖光学器件包括：

多个相位调制区，分别包括多个纳米结构，并被配置为调制入射光的相位，

其中，所述多个相位调制区的相位延迟曲线相对于彼此分开的多个波段的光单调变化，以及

其中，相对于所述多个波段的光的相位调制范围彼此不同；以及

图像传感器，被配置为将所述透镜组件形成的光学图像转换为电信号。

10.一种电子装置，包括：

图像投影仪；以及

光发射器，被配置为将来自所述图像投影仪的图像光发射到特定位置，所述光发射器包括超颖光学器件，所述超颖光学器件包括：

多个相位调制区，分别包括多个纳米结构，并被配置为调制入射光的相位，

其中，所述多个相位调制区的相位延迟曲线相对于彼此分开的多个波段的光单调变化，以及

其中，相对于所述多个波段的光的相位调制范围彼此不同。

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