CN116009328A - 一种液晶超表面透镜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种液晶超表面透镜及其制备方法，液晶超表面透镜包括：CMOS基板，超表面透镜和液晶层，CMOS基板设置有反射涂层，反射涂层下方设置有CMOS像素阵列；超表面透镜包括透明盖板、透明电极和超表面结构；超表面结构与透明电极连接，超表面结构包括多个间隔分布的超表面件；液晶层灌注于反射涂层和透明电极之间的间隙中，以及多个超表面件之间的间隙中。通过设置超表面透镜、液晶层与CMOS基板配合，以改变出射光线的焦点位置和/或出射角度的方式实现对待测物体距离的检测，能够有效替代传统的雷达系统，极大简化结构组成，一方面不需要多个零部件配合，有效提升检测速度，另一方面，节省机械旋转部件，有效节约生产成本。

Description

一种液晶超表面透镜及其制备方法

技术领域

本申请涉及光学成像处理技术领域，尤其涉及一种液晶超表面透镜及其制备方法。

背景技术

在传统的测距任务中，通常采用具有激光发射功能以及偏转功能的测距系统，例如图1所示激光雷达系统4。激光雷达系统4的工作原理是：激光发射光源41射出的光线通过光学旋转编码器45达到斜面镜44上。斜面镜44用于对光线进行反射，以改变光线的射出方向，使光线照射至待测物体的表面，并反射回来。反射回来的光线经过斜面镜44和光学旋转编码器45，到达接收器42。最后，利用射出的光线与反射回来的光线的时间差和角度差等信息，可以计算待测物体的距离。在上述过程中，伺服电机43与光学旋转编码器45需要协同配合，以确保射出的光线能够照射的被测物体上，以及确保被测物体反射的光线能够被接收器42接收。

由此可见，传统的激光雷达系统4在测距过程中，需要多个部件协同工作，因此结构复杂，生产成本高。

发明内容

本申请提供一种液晶超表面透镜及其制备方法，以解决测距装置结构复杂、生产成本高的问题。

本申请第一方面提供一种液晶超表面透镜，包括CMOS基板，超表面透镜和液晶层，超表面透镜位于CMOS基板上方；

CMOS基板包括面向超表面透镜的第一表面，第一表面设置有反射涂层，反射涂层下方设置有CMOS像素阵列；

超表面透镜包括透明盖板、透明电极和超表面结构；

透明盖板包括面向CMOS基板的第二表面；透明电极设置在第二表面；

超表面结构与透明电极连接，且面向CMOS基板，超表面结构包括多个间隔分布的超表面件；

液晶层灌注于反射涂层和透明电极之间的间隙中，以及，多个超表面件之间的间隙中；

其中，当入射光穿过超表面透镜和液晶层照射到反射涂层时，反射涂层用于对入射光进行反射，形成出射光，CMOS像素阵列用于调节液晶层的折射率，以改变出射光的焦点位置和/或出射角度。

可选的，透明电极与CMOS基板电连接；

CMOS像素阵列用于改变透明电极与CMOS基板之间电压，以调节液晶层的折射率。

可选的，CMOS像素阵列用于：增大透明电极与CMOS基板之间各个区域的电压，以增大CMOS像素阵列与透明电极之间的电场强度，使液晶层的折射率减小，进而增大出射光的出射角度；

CMOS像素阵列还用于：减小透明电极与CMOS基板之间各个区域的电压，以减小CMOS像素阵列与透明电极之间的电场强度，使液晶层的折射率增大，进而减小出射光的出射角度。

可选的，CMOS像素阵列用于：增大透明电极与CMOS基板之间的目标区域的电压，以增大CMOS像素阵列与透明电极之间的电场强度，使液晶层的折射率减小，进而减小焦点位置与透明盖板之间的距离；其中，目标区域为入射光在CMOS基板上的投射区域；

CMOS像素阵列还用于：减小透明电极与CMOS基板之间的目标区域的电压，以减小CMOS像素阵列与透明电极之间的电场强度，使液晶层的折射率增大，进而增大焦点位置与透明盖板之间的距离。

可选的，目标区域为圆形，沿圆形的半径，从圆形的圆心向圆形的边缘的方向，电压逐渐增大，使液晶层的折射率逐渐减小，进而减小焦点位置与透明盖板之间的距离；

沿圆形的半径，从圆形的圆心向圆形的边缘的方向，电压逐渐减小，使液晶层的折射率逐渐增大，进而增大焦点位置与透明盖板之间的距离。

可选的，超表面件阵列排布在透明电极上；

超表面件为柱状结构，并向靠近反射涂层的方向延伸；

超表面件与反射涂层之间设有预设间隙。

可选的，任意相邻两个超表面件之间的距离相同；

多个超表面件的截面形状相同或不同。

可选的，超表面件的截面形状为圆形，多个超表面件的半径不同。

可选的，反射涂层为金属涂层。

本申请第二方面提供一种液晶超表面透镜的制备方法，用于制备第一方面提供的液晶超表面透镜，包括：

在透明盖板的第二表面上设置透明电极；

在透明电极上设置超表面结构，得到包含透明盖板、透明电极和超表面结构的超表面透镜，超表面结构包括多个间隔分布的超表面件；

在CMOS基板的第一表面沉积反射涂层；

将超表面结构设置于CMOS基板的上方，使透明电极朝向反射涂层并具有间隙；

键合透明电极与CMOS基板；

在透明电极与反射涂层之间的间隙中，以及多个超表面件之间的间隙中灌注液晶材料。

本申请提供的液晶超表面透镜及其制备方法中，液晶超表面透镜包括CMOS基板，超表面透镜和液晶层。CMOS基板设置有反射涂层，反射涂层下方设置有CMOS像素阵列；超表面透镜包括透明盖板、透明电极和超表面结构；超表面结构与透明电极连接，超表面结构包括多个间隔分布的超表面件；液晶层灌注于反射涂层和透明电极之间的间隙中，以及多个超表面件之间的间隙中。通过设置超表面透镜、液晶层与CMOS基板配合，通过改变出射光的焦点位置和/或出射角度的方式实现对待测物体距离的检测，能够有效替代传统的雷达系统，极大简化结构组成，一方面不需要多个零部件配合，有效提升检测速度，另一方面，节省机械旋转部件，有效节约生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为激光雷达系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的液晶超表面透镜的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的液晶超表面透镜中光线折射结构示意图；

图4为本申请实施例提供的液晶超表面透镜中出射光出射角度增大的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的液晶超表面透镜中出射光出射角度减小的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的液晶超表面透镜中光线聚焦的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的液晶超表面透镜中焦点下移的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的液晶超表面透镜中焦点上移的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的液晶超表面透镜的制备方法流程示意图。

图示说明：

其中，1-CMOS基板；11-第一表面；12-反射涂层；13-CMOS像素阵列；2-超表面透镜；21-透明盖板；211-第二表面；22-透明电极；23-超表面件；3-液晶层；4-激光雷达系统，41-激光发射光源；42-接收器；43-伺服电机；44-斜面镜；45-光学旋转编码器。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

在传统测距的过程中，通常采用具有激光发射功能以及偏转功能的测距系统，例如激光雷达系统4，图1为激光雷达系统4的结构示意图；

参见图1，激光雷达系统4包括激光发射光源41、接收器42、伺服电机43、斜面镜44和光学旋转编码器45(又称圆光栅)。

激光雷达系统4的工作原理是：激光发射光源41射出的光线通过光学旋转编码器45达到斜面镜44上。斜面镜44用于对光线进行反射，以改变光线的射出方向，使光线照射至待测物体的表面，并反射回来。反射回来的光线经过斜面镜44和光学旋转编码器45，到达接收器42。最后，利用射出的光线与反射回来的光线的时间差和角度差等信息，可以计算待测物体的距离。

在上述过程中，伺服电机43与光学旋转编码器45需要协同配合，以确保射出的光线能够照射的被测物体上，以及确保被测物体反射的光线能够被接收器42接收。

由此可见，图1中的激光雷达系统4在测距过程中，需要多个部件协同工作，导致激光雷达系统4结构复杂。

为解决上述问题，本申请实施例提供一种液晶超表面透镜，以替代传统的激光雷达式测距系统。相比于传统的激光雷达式测距系统，本申请实施例提供的液晶超表面透镜结构简单，使用操作简单，生产成本低。

图2为本申请实施例提供的液晶超表面透镜的结构示意图。

参见图2，本申请实施例中的液晶超表面透镜包括：互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)基板1、超表面透镜2和液晶层3。其中：

超表面透镜2位于CMOS基板1的上方，液晶层3位于超表面透镜2与CMOS基板1之间。其中，超表面透镜2的折射率大于液晶层3的折射率。

CMOS基板1可以包括面向超表面透镜2的第一表面11，第一表面11上设置有反射涂层12，反射涂层12下方设置有CMOS像素阵列13。

其中，第一表面11可以为CMOS基板1的上表面。

在一些实施例中，透明电极22可以与CMOS基板1电连接，以实现对液晶超表面透镜进行通电操作。CMOS像素阵列13由于改变透明电极22与CMOS基板1之间电压，以调节液晶层3的折射率。

其中，液晶层3的折射率随透明电极22与CMOS基板1之间电压的变化而改变。具体地，在透明电极22与CMOS基板1通电后，CMOS像素阵列13可以增大或减小透明电极22与CMOS基板1之间电压，从而调节液晶层3的折射率。

示例的，CMOS像素阵列13增大透明电极22与CMOS基板1之间电压时，液晶层3的折射率减小。

示例的，CMOS像素阵列13减小透明电极22与CMOS基板1之间电压时，液晶层3的折射率增大。

其中，CMOS基板1可以采用硅Si。Si性质稳定，具有明显的非金属特性，但可以导电，具有半导体性质。

CMOS像素阵列13可以为二极管。

在一些实施例中，CMOS像素阵列13用于增大透明电极22与CMOS基板1之间各个区域的电压，从而增大CMOS像素阵列13与透明电极22之间的电场强度，减小液晶层3的折射率。CMOS像素阵列13还用于减小透明电极22与CMOS基板1之间各个区域的电压，从而减小CMOS像素阵列13与透明电极22之间的电场强度，增大液晶层3的折射率。

超表面透镜2可以包括透明盖板21、透明电极22和超表面结构。其中，透明盖板21可以为玻璃、透明塑料、以及其他具有透光性的材料制成，本申请实施例对此不做限定。

透明盖板21可以包括面向CMOS基板1的第二表面211，并在第二表面211上设置有透明电极22，超表面结构与透明电极22连接，且面向CMOS基板1。

透明电极22可以为透明材质，例如氧化铟锡ITO、偶氮化合物AZO、氟掺杂锡氧化物FTO。

超表面结构可以包括多个间隔分布的超表面件23。

液晶层3灌注在反射涂层12与透明电极22之间的间隙以及多个超表面件23之间的间隙中。也就是说，在反射涂层12与超表面透镜2之间的间隙中均灌注有液晶材料，从而在二者的间隙中形成液晶层3。其中，液晶层3由于本身固有的物理性质，同样为透明材质。

继续参见图2，超表面件23的数量为多个，多个超表面件23阵列排布在透明电极22上，且超表面件23为柱状结构，并沿着透明电极22的表面向靠近反射涂层12的方向延伸。

其中，超表面件23的远离透明电极22的端部与反射涂层12之间设有预设间隙。一方面，便于对多个超表面件23之间的间隙灌注液晶材料而形成液晶层3。另一方面，通过超表面件23端部与反射涂层12之间的液晶层3与超表面件23在改变折射率的过程中进行配合，以保证偏折和变焦效果。

具体地，预设间隙的大小可根据液晶超表面透镜的实际出光需求进行确定，在此不进行限定。

参见图2，超表面件23阵列排布在透明电极22上，且任意相邻两个超表面件23之间的距离相同，从而更好的实现对光线的折射。

任意相邻两个超表面件23之间的距离可根据液晶超表面透镜实际的出光需求确定，在此不进行限定。

多个超表面件23的截面形状可以相同也可以不同。

超表面件23的截面形状可以为圆形、椭圆形、方形、三角形、菱形等规则形状，还可以为其他不规则形状。

以截面形状为圆形为例，超表面件23为圆柱状结构，任意两个圆柱状结构的距离相同，但不同的圆柱状结构的半径不同。

以截面形状为方形为例，超表面件23为方形柱状结构，任意两个方形柱状的距离相同，但不同的方形柱状的截面尺寸不同，其中截面尺寸包括长度和宽度。

以图2至图8中所示的超表面件23的截面形状为圆形为例，不同的超表面件23的半径尺寸不同，从而更好的实现对光线的折射。

具体地，超表面件23的截面形状可根据液晶超透镜的实际出光需求进行确定，在此不进行限定。

在可行的实施例中，反射涂层12为金属涂层。金属涂层可以为铝Al或银Ag等具有高反光率的金属。

示例的，反射涂层12可以为Al，Al具有质地轻、耐腐蚀的优点。

示例的，反射涂层12可以为Ag，Ag的理化性质均较为稳定，导热、导电性能很好，质软，富延展性，其反光率极高，可达99％以上。

反射涂层12的厚度可根据CMOS基板1的厚度确定。在此不做具体限定。

示例的，CMOS基板1的厚度为0.1mm-0.2mm，反射涂层12的厚度小于100um。

下面结合图3，对本申请实施例提供的液晶超表面透镜的工作原理进行示例性说明。

如图3所示，入射光可以从液晶超表面透镜上方依次穿过超表面透镜2和液晶层3照射到反射涂层12。反射涂层12可以对入射光进行反射，形成出射光，使出射光依次穿过液晶层3和超表面透镜2，向液晶超表面透镜外部射出。其中，位于反射涂层12下方的CMOS像素阵列13用于调节位于其上方的液晶层3的折射率，以改变出射光的焦点位置和/或出射角度。其中，出射角度是指出射光与出射光的法线之间所夹角度。

可以理解的是，入射光穿过超表面透镜2的过程是依次穿过透明盖板21和透明电极22。出射光反射的过程是依次穿过透明电极22和透明盖板21。由于透明盖板21、透明电极22和液晶层3均为透明材质，因此，入射光在通过透明盖板21、透明电极22、液晶层3后到达反射涂层12的过程中，由于穿透材料均为透明材质，入射光并不存在损失，保证液晶超透镜的工作效果。

具体实现中，CMOS像素阵列13可以改变位于其上方的液晶层3中的液晶分子的状态，实现液晶层3折射率的变化。例如，使液晶层3的折射率增加，或者使液晶层3的折射率减小。

例如，CMOS像素阵列13可以通过调节位于其上方的液晶层3的折射率，改变出射光的焦点位置，具体可以包括：

通过改变液晶层3的折射率，使焦点位置向远离液晶超表面透镜的方向移动，增加焦点位置与超表面透镜2之间的距离，即：增大出射光的焦距。

通过改变液晶层3的折射率，使焦点位置向靠近液晶超表面透镜的方向移动，减小焦点位置与超表面透镜2之间的距离，即：减小出射光的焦距。

又例如，CMOS像素阵列13可以通过调节位于其上方的液晶层3的折射率，改变出射光与入射光之间的夹角，具体可以包括：

通过改变液晶层3的折射率，使出射光向远离入射光的方向偏折，增加出射光与入射光之间的夹角，即，增大出射角度。

通过改变液晶层3的折射率，使出射光向靠近入射光的方向偏折，减小出射光与入射光之间的夹角，即，减小出射角度。

在一种实现方式中，超表面透镜2由多个超表面件23组成，出射光被反射涂层12反射后，先经过多个超表面件23端部与反射涂层12之间的第一部分，后经过被液晶材料包裹多个超表面件23的第二部分。

可以理解的是，超表面件23本身也具有一定的折射率，由于多个超表面件23之间灌注有液晶材料，在液晶层3的折射率发生变化时，超表面件23自身的折射率也受周围液晶材料的影响而发生变化。这样，使得液晶超表面透镜具有两部分折射率，在光线经过第一部分时，折射率为液晶材料的折射率，在光线经过第二部分时，折射率为液晶材料与超表面件23的综合折射率。而通过COMS像素阵列13改变液晶层3的折射率时，能够同时改变第一部分与第二部分的折射率大小，入射光和出射光分别在经过两次不同折射率后，通过液晶层3折射率的变化与超表面件23折射率的变化一起实现液晶超表面透镜的折射率变化，在入射光角度不变的情况下，实现出射光的焦点位置和/或出射角度的变化。

本申请实施例提供的液晶超表面透镜，通过设置超表面透镜2、液晶层3和COMS基板1，实现对待测物体距离的检测。充分发挥超表面透镜2的集成化优势，能够有效替代传统的激光雷达系统4，一方面不需要多个零部件配合，有效提升检测速度，另一方面，节省机械旋转部件，提高生产良率，有效节约生产成本。并且，与传统的激光雷达系统4相比，在液晶超表面透镜在改变焦点位置和/或出射角度的过程中，不需要移动液晶超表面透镜，从而使得液晶超表面透镜的操作更加简便。

值得注意的是，本申请实施例提供的液晶超表面透镜并非限定只能实现上述提到的测距功能，在特定的光学检测领域，也可以通过改变出射角度和/或焦距位置的方式，实现其他光学检测等功能。

下面结合更多附图，对本申请实施例提供的液晶超表面透镜改变出射光的焦点位置和/或出射角度的方式进行更具体的说明。

参见图3，正常折射情况下，入射光为平行入射的a1、a2、a3，出射光为平行出射的b1、b2、b3，L为法线，θ1为出射角度。其中，入射光a1对应出射光b1、入射光a2对应出射光b2、入射光a3对应出射光b3。出射光b1、b2、b3与法线L的夹角均为θ1。

图4为本申请实施例提供的液晶超表面透镜中出射光出射角度增大的结构示意图。

参见图4，在不改变入射光的入射角度的情况下，增大透明电极22与CMOS基板1之间各个区域的电压，可以增大出射光的出射角度。其中，各个区域可以指透明电极22与CMOS基板1之间的所有区域，可以理解为CMOS像素阵列13均匀增大透明电极22与CMOS基板1之间的电压。

例如：CMOS像素阵列13可以增大透明电极22与CMOS基板1之间的各个区域的电压，使得CMOS像素阵列13与透明电极22之间的的电场强度增大。其中，CMOS像素阵列13与透明电极22之间的的电场是指位于CMOS像素阵列13上方的液晶层3区域内的电场。液晶层3的电场增大，导致液晶层3内液晶分子状态发生变化，液晶层3的折射率减小，进而增大出射光的出射角度。

示例性的，在增大透明电极22与CMOS基板1之间的各个区域的电压后，如果入射光为平行入射的a1、a2、a3，出射光则会从平行出射b1、b2、b3变化为平行出射的c1、c2、c3，出射角度由未增大电压前的θ1改变为θ2，θ2大于θ1，以实现出射角度增大的偏折结果。

图5为本申请实施例提供的液晶超表面透镜中出射光出射角度减小的结构示意图。

参见图5，在不改变入射光的入射角度的情况下，减小透明电极22与CMOS基板1之间各个区域的电压，可以减小出射光的出射角度。

例如，CMOS像素阵列13可以减小透明电极22与CMOS基板1之间的各个区域的电压，使得CMOS像素阵列13与透明电极22之间的的电场强度减小。使得液晶层3的电场减小，导致液晶层3内液晶分子状态发生变化，液晶层3的折射率增大，进而减小出射光的出射角度。

示例性的，在减小电压后，如果入射光为平行入射的a1、a2、a3，出射光则会从平行出射的b1、b2、b3变化为平行出射的d1、d2、d3，出射角度由未减小电压前的θ1改变为θ3，θ3小于θ1，以实现出射角度减小的偏折结果。

图6为本申请实施例提供的液晶超表面透镜中光线聚焦的结构示意图。

参见图6，正常聚焦情况下，入射光为平行入射的a1、a2、a3，出射光为e1、e2、e3，A1为焦点。其中，入射光a1对应出射光e1、入射光a2对应出射光e2、入射光a3对应出射光e3。

与上述实施例不同的是，CMOS像素阵列13用于增大透明电极22与CMOS基板1之间的目标区域的电压，以增大CMOS像素阵列13与透明电极之间的电场强度。其中，目标区域是指入射光在CMOS基板1上的投射区域。也就是说，CMOS像素阵列13可以增大特定区域的电压，与上述实施例指出均匀增大各个区域的电压不同。

随着目标区域内电压的增大，增大CMOS像素阵列13与透明电极22之间的电场强度。以使CMOS像素阵列13上方的目标区域内液晶层3的电场增大导致液晶层3内液晶分子状态发生变化，液晶层3的折射率减小，进而减小焦点位置与透明盖板21之间的距离。正常聚焦情况下，入射光为平行入射的a1、a2、a3，出射光为e1、e2、e3，A1为焦点。其中，入射光a1对应出射光e1、入射光a2对应出射光e2、入射光a3对应出射光e3。

图7为本申请实施例提供的液晶超表面透镜中焦点下移的结构示意图。

参见图7，在不改变入射光的入射角度的情况下，增大透明电极22与CMOS基板1之间目标区域的电压，可以向下移动出射光的焦点位置。

例如，CMOS像素阵列13可以增大目标区域的电压，使得液晶层3内目标区域的电场强度增大，导致液晶层3内液晶分子状态发生变化，液晶层3的折射率减小，进而增大出射光的出射角度，以使焦点位置向下移动。

示例性的，在增大目标区域的电压后，如果入射光为平行入射的a1、a2、a3，出射光则会从变焦前的e1、e2、e3变化为变焦后f1、f2、f3。出射光f1、f3均朝向靠近出射光f2的方向折射，以实现减小焦点与液晶超表面透镜之间的距离，也即缩短焦距。

在增加电压前后，入射光与反射涂层12的相交点并不发生改变。其中，入射光a1、a2、a3与反射涂层12的相交点分别为B1、B2、B3。

具体地，目标区域为圆形，沿着圆形的半径，从圆形的圆心位置向圆形边缘的方向，电压逐渐增大。也就是说，通过CMOS像素阵列13使得圆形的边缘位置的电压增大，从而实现圆形的边缘的电压大于圆形的圆心位置的电压。其中，图7所示，B1和B3可以为圆形目标区域的边缘位置，B2可以为圆形目标区域的圆心位置。增大电压的过程也就是增大B1和B3位置的电压。

其中，出射光f2可以与出射光e2相同，也可以与出射光e2不同。具体焦点位置A2相比焦点位置A1的下移幅度根据电压的增加量进行调控。

图8为本申请实施例提供的液晶超表面透镜中焦点上移的结构示意图。

参见图8，在不改变入射光的入射角度的情况下，减小透明电极22与CMOS基板1之间目标区域的电压，可以向上移动出射光的焦点位置。

例如，CMOS像素阵列13可以减小目标区域的电压，减小CMOS像素阵列13与透明电极22之间的电场强度。以使CMOS像素阵列13上方的目标区域内液晶层3内的电场强度减小。导致液晶层3内液晶分子状态发生变化，液晶层3的折射率增大，进而减小出射光的出射角度，以使焦点位置向上移动。

示例性的，减小目标区域的电压后，如果入射光为平行入射的a1、a2、a3，出射光则会从变焦前的e1、e2、e3变化为变焦后g1、g2、g3。出射光g1、g3均朝向远离出射光g2的方向折射，以实现增大焦点位于与液晶超表面透镜之间的距离，也即增加焦距。

在减小电压前后，入射光与反射涂层12的相交点并不发生改变。其中，入射光a1、a2、a3与反射涂层12的相交点分别为B1、B2、B3。

具体地，目标区域为圆形，沿着圆形的半径，从圆形的圆心位置向圆形边缘的方向，电压逐渐减小。也就是说，通过CMOS像素阵列13使得圆形的边缘位置的电压减小，从而实现圆形的边缘的电压小于圆形的圆心位置的电压。其中，图8所示，减小电压的过程也就是减小B1和B3位置的电压。

其中，出射光g2可以与出射光e2相同，也可以与出射光e2不同。具体焦点位置A3相比焦点位置A1的上移幅度根据电压的减小量进行调控。

值得注意的是，在通过增大或减小电压以改变焦点位置的过程中，目标区域的中心位置的电压可以设置一个初始电压，也可以设置与圆形的边缘位置电压变化幅度不同的变化变压。其中，初始电压可以为零，也可以为其他数值。

值得注意的是，本申请中图3至图8中，由于超表面件23的折射率大于液晶层3的折射率。在入射光从透明电极22入射至超表面件23的过程，以及入射光从超表面件23入射至反射涂层12上的过程，实质上是存在入射角度的偏折。同样，出射光从反射涂层12射入液晶层3的过程，以及出射光从液晶层3射入超表面件23的过程中，出射光也存在出射角的偏折。图3至图8中入射光和出射光均采用直线表示，仅为示例性展示出射光在不同电压情况下的出射状态，而并非限定入射光和出射光在入射和射出时均为物理意义上的直线。

图9为本申请实施例提供的液晶超表面透镜的制备方法流程示意图。

参见图9，本申请实施例还提供一种液晶超表面透镜的制备方法，用于制备上述实施例提供的液晶超表面透镜，由以下步骤S100-S500实现：

步骤S100：在透明盖板的第二表面上设置透明电极。

其中，透明盖板可以为玻璃、透明塑料、以及其他具有透光性的材料制成，本申请实施例对此不做限定。

在具体实现中，透明盖板为玻璃。

步骤S200：在透明电极上设置超表面结构，得到包含所述透明盖板、透明电极和超表面结构的超表面透镜，超表面结构包括多个间隔分布的超表面件。

其中，多个超表面件等距阵列设置在透明电极上。

步骤S300：在CMOS基板的第一表面沉积反射涂层。

超表面件位于第一表面和第二表面之间，也就是说，超表面件位于CMOS基板上方，且位于透明电极的下方。

步骤S400：将超表面结构设置于CMOS基板的上方，使透明电极朝向反射涂层并具有间隙。

其中，多个超表面件的远离透明电极的端部与反射涂层之间设有预设间隙。一方面，便于对多个超表面件之间的间隙灌注液晶材料而形成液晶层。另一方面，通过超表面件端部与反射涂层之间的液晶层与超表面件在改变折射率的过程中进行配合，以保证偏折和变焦效果。

步骤S500：键合透明电极与CMOS基板。

步骤S600：在透明电极与反射涂层之间的间隙中，以及多个超表面件之间的间隙中灌注液晶材料。

其中，在透明电极与反射涂层之间的间隙中，以及多个超表面件之间的间隙中灌注液晶材料以形成液晶层。

具体地，通过上述方法制备得到液晶超表面透镜，透明电极与CMOS基板可以电连接，当入射光穿过超表面透镜和液晶层照射到反射涂层时，反射涂层用于对入射光进行反射，形成出射光，CMOS像素阵列用于调节液晶层的折射率，以改变出射光的焦点位置和/或出射角度。

通过设置超表面透镜、液晶层与CMOS基板配合，改变出射光的焦点位置和/或出射角度的方式实现对待测物体距离的检测。充分发挥超表面透镜的集成化优势，能够有效替代传统的雷达系统，极大简化结构组成，一方面不需要多个零部件配合，有效提升检测速度，另一方面，节省机械旋转部件，提高生产良率，有效节约生产成本。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种液晶超表面透镜，其特征在于，包括：

CMOS基板(1)，超表面透镜(2)和液晶层(3)，所述超表面透镜(2)位于所述CMOS基板(1)上方；

所述CMOS基板(1)包括面向所述超表面透镜(2)的第一表面(11)，所述第一表面(11)设置有反射涂层(12)，所述反射涂层(12)下方设置有CMOS像素阵列(13)；

所述超表面透镜(2)包括透明盖板(21)、透明电极(22)和超表面结构；

所述透明盖板(21)包括面向所述CMOS基板(1)的第二表面(211)，所述透明电极(22)设置在第二表面(211)；

所述超表面结构与所述透明电极(22)连接，且面向所述CMOS基板(1)，所述超表面结构包括多个间隔分布的超表面件(23)；

所述液晶层(3)灌注于所述反射涂层(12)和所述透明电极(22)之间的间隙中，以及，多个所述超表面件(23)之间的间隙中；

其中，当入射光穿过所述超表面透镜(2)和所述液晶层(3)照射到所述反射涂层(12)时，所述反射涂层(12)用于对所述入射光进行反射，形成出射光，所述CMOS像素阵列(13)用于调节所述液晶层(3)的折射率，以改变所述出射光的焦点位置和/或出射角度。

2.根据权利要求1所述的液晶超表面透镜，其特征在于，

所述透明电极(22)与所述CMOS基板(1)电连接；

所述CMOS像素阵列(13)用于改变所述透明电极(22)与所述CMOS基板(1)之间电压，以调节所述液晶层(3)的折射率。

3.根据权利要求2所述的液晶超表面透镜，其特征在于，

所述CMOS像素阵列(13)用于：增大所述透明电极(22)与所述CMOS基板(1)之间各个区域的电压，以增大所述CMOS像素阵列(13)与所述透明电极(22)之间的电场强度，使所述液晶层(3)的折射率减小，进而增大所述出射光的出射角度；

所述CMOS像素阵列(13)还用于：减小所述透明电极(22)与所述CMOS基板(1)之间各个区域的电压，以减小所述CMOS像素阵列(13)与所述透明电极(22)之间的电场强度，使所述液晶层(3)的折射率增大，进而减小所述出射光的出射角度。

4.根据权利要求2所述的液晶超表面透镜，其特征在于，

所述CMOS像素阵列(13)用于：增大所述透明电极(22)与所述CMOS基板(1)之间的目标区域的电压，以增大所述CMOS像素阵列(13)与所述透明电极(22)之间的电场强度，使所述液晶层(3)的折射率减小，进而减小所述焦点位置与所述透明盖板(21)之间的距离；其中，所述目标区域为所述入射光在所述CMOS基板(1)上的投射区域；

所述CMOS像素阵列(13)还用于：减小所述透明电极(22)与所述CMOS基板(1)之间的所述目标区域的电压，以减小所述CMOS像素阵列(13)与所述透明电极(22)之间的场强度，使所述液晶层(3)的折射率增大，进而增大所述焦点位置与所述透明盖板(21)之间的距离。

5.根据权利要求4所述的液晶超表面透镜，其特征在于，

所述目标区域为圆形，沿所述圆形的半径，从所述圆形的圆心向所述圆形的边缘的方向，所述电压逐渐增大，使所述液晶层(3)的折射率逐渐减小，进而减小所述焦点位置与所述透明盖板(21)之间的距离；

沿所述圆形的半径，从所述圆形的圆心向所述圆形的边缘的方向，所述电压逐渐减小，使所述液晶层(3)的折射率逐渐增大，进而增大所述焦点位置与所述透明盖板(21)之间的距离。

6.根据权利要求1所述的液晶超表面透镜，其特征在于，

所述超表面件(23)阵列排布在所述透明电极(22)上；

所述超表面件(23)为柱状结构，并向靠近所述反射涂层(12)的方向延伸；

所述超表面件(23)与所述反射涂层(12)之间设有预设间隙。

7.根据权利要求1所述的液晶超表面透镜，其特征在于，

任意相邻两个所述超表面件(23)之间的距离相同；

多个所述超表面件(23)的截面形状相同或不同。

8.根据权利要求7所述的液晶超表面透镜，其特征在于，

所述超表面件(23)的截面形状为圆形，多个所述超表面件(23)的半径不同。

9.根据权利要求1所述的液晶超表面透镜，其特征在于，

所述反射涂层(12)为金属涂层。

10.一种液晶超表面透镜的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-9任一项所述的液晶超表面透镜，包括：

在透明盖板的第二表面设置透明电极；

在所述透明电极上设置超表面结构，得到包含所述透明盖板、透明电极和超表面结构的超表面透镜，所述超表面结构包括多个间隔分布的超表面件；

在CMOS基板的第一表面沉积反射涂层；

将所述超表面结构设置于所述CMOS基板的上方，使所述透明电极朝向所述反射涂层并具有间隙；

键合所述透明电极与所述CMOS基板；

在所述透明电极与所述反射涂层之间的间隙中，以及多个超表面件之间的间隙中灌注液晶材料。

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