KR20210101117A - 메타 렌즈, 이를 포함하는 촬상 렌즈, 촬상 렌즈를 포함하는 촬상 장치 및 촬상 장치를 포함하는 전자 장치 타 - Google Patents

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Abstract

일 실시예는, 중심점을 기준으로 원주 방향 및 반경 방향을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 제1 나노구조물을 포함하며, 상기 복수 개의 제1 나노구조물이 제1 규칙에 따라 분포되는 제1 영역 및 상기 제1 영역을 둘러싸는 복수 개의 영역으로, 원주 방향 및 반경 방향을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 제2 나노구조물을 포함하며, 상기 복수 개의 제2 나노구조물이 제2 규칙에 따라 분포되는 복수 개의 제2 영역을 포함하는 메타 렌즈를 제공한다.
상기 제1 규칙 및 상기 제2 규칙은, 상기 복수 개의 제1 또는 제2 나노구조물 각각의 폭을 w, 상기 복수 개의 제1 또는 제2 나노구조물 사이의 상기 원주 방향으로의 배치 간격을 p라고 할 때, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 △w*△p> 0 인 구간과, △w*△p < 0 인 구간이 공존하는 영역이 상기 반경 방향으로 연장되어 형성되도록 하는 규칙을 포함할 수 있다.

Description

메타 렌즈, 이를 포함하는 촬상 렌즈, 촬상 렌즈를 포함하는 촬상 장치 및 촬상 장치를 포함하는 전자 장치 타 {Meta-lens, image capturing lens including the meta-lens, image capturing device including the image capturing lens and electronical apparatus including the image capturing device}
본 개시의 기술적 사상은 일반적으로 메타 렌즈, 메타 렌즈를 포함하는 촬상 렌즈, 촬상 렌즈를 포함하는 촬상 장치 및 촬상 장치를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
반도체 기반 센서 배열을 이용하는 광학 센서들은 모바일 기기 및 웨어러블 기기 사물 인터넷 등에 점점 더 많이 사용되고 있다.
이러한 기기 들의 소형화가 요구되고 있지만, 기기들에 포함되는 광학 렌즈의 두께를 줄이는데 어려움이 있다. 곡률을 이용하여 광학 성능을 조절하는 렌즈는 곡률 반경이 작을수록 굴절력이 커지는데, 곡률 반경이 작아질수록 광축 방향으로 렌즈가 차지하는 두께는 커지기 때문이다.
이에 따라, 메타 표면 기반으로 평탄하고 두께가 얇은 렌즈를 구현하기 위한 시도가 있다. 그러나, 메타 표면 기반의 렌즈의 광대역 동작 성능의 신뢰성을 높이는 데에 여전히 어려움이 있다.
본 개시의 예시적인 실시예에 따라 넓은 파장 대역폭에서 향상된 광학 성능을 나타낼 수 있는 메타 렌즈가 제공된다.
본 개시의 예시적인 실시예에 따라 넓은 파장 대역폭에서 향상된 광학 성능을 나타낼 수 있는 메타 렌즈를 포함하는 촬상 렌즈가 제공된다.
본 개시의 예시적인 실시예에 따라 개선된 메타 렌즈를 구비하는 촬상 렌즈를 포함하는 촬상 장치 및 이를 포함하는 전자 장치가 제공된다.
일 실시예는,
중심점을 기준으로 원주 방향 및 반경 방향을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 제1 나노구조물을 포함하며, 상기 복수 개의 제1 나노구조물이 제1 규칙에 따라 분포되는 제1 영역 및 상기 제1 영역을 둘러싸는 복수 개의 영역으로, 원주 방향 및 반경 방향을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 제2 나노구조물을 포함하며, 상기 복수 개의 제2 나노구조물이 제2 규칙에 따라 분포되는 복수 개의 제2 영역을 포함하는 메타 렌즈를 제공한다.
상기 제1 규칙 및 상기 제2 규칙은, 상기 복수 개의 제1 또는 제2 나노구조물 각각의 폭을 w, 상기 복수 개의 제1 또는 제2 나노구조물 사이의 상기 원주 방향으로의 배치 간격을 p라고 할 때, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 △w*△p > 0 인 구간과, △w*△p < 0 인 구간이 공존하는 영역이 상기 반경 방향으로 연장되어 형성되도록 하는 규칙을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 제1 나노구조물 및 상기 복수 개의 제2 나노구조물은 전체적으로 극 대칭성(polar symmetry)을 갖도록 배치될 수 있다.
상기 제1 규칙 및 상기 제2 규칙은,
상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물의 폭 w는 상기 중심점으로부터 상기 반경 방향으로 멀어질수록 일 방향으로 변화하고, 상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물 사이의 상기 원주 방향으로의 배치 간격 p는 상기 중심점으로부터 상기 반경 방향으로 멀어질수록 감소하다가 증가하는 규칙을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물 사이의 상기 원주 방향으로의 최대 배치 간격 pmax와 최소 배치 간격 pmin은 다음의 조건을 만족할 수 있다.
pmax-pmin > 0.2*pmax
상기 제1 규칙 및 상기 제2 규칙은,
상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물 중에서 상기 중심점으로부터 동일한 크기의 반경만큼 떨어져 배치되어 있는 복수 개의 나노구조물의 상기 원주 방향으로의 배치 간격 p는 동일한 규칙을 포함할 수 있다.
상기 제1 규칙 및 상기 제2 규칙은,
상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물 중에서 상기 중심점으로부터 동일한 크기의 반경만큼 떨어져 배치되어 있는 복수 개의 나노구조물의 폭 w는 동일한 규칙을 포함할 수 있다.
제1 반경 r1에 위치한 복수 개의 나노구조물의 상기 원주 방향으로의 배치 간격을 p1, 상기 제1 반경 r1과 상기 중심점으로부터 상기 반경 방향으로 멀어지는 방향으로 인접하는 제2 반경 r2에 위치한 복수 개의 나노구조물의 상기 원주 방향으로의 배치 간격을 p2라 할 경우 다음의 두 조건식 중 어느 하나를 만족할 수 있다.
r2-r1 = (p1+p2)/2
또는,
r2-r1 = {(p1+p2)/2}^(3/2)
상기 제1 영역 및 상기 복수 개의 제2 영역 각각의 상기 메타 렌즈에 입사하는 소정 파장 대역의 입사광에 대한 타겟 위상 변화 범위는 0 내지 2 π 일 수 있다.
상기 소정 파장 대역은 가시광선 파장 대역일 수 있다.
상기 제1 영역은 원 형상이고, 상기 복수 개의 제2 영역은 동심의 링 형상일 수 있다.
상기 제1 영역 및 상기 복수 개의 제2 영역의 상기 반경 방향으로의 폭은 상기 중심점에서 상기 반경 방향으로 멀어질수록 감소할 수 있다.
상기 메타 렌즈는 상기 복수 개의 제1 나노구조물 및 상기 복수 개의 제2 나노구조물이 마련되는 기판을 더 포함하며, 상기 복수 개의 제1 나노구조물 및 상기 복수 개의 제2 나노구조물은 상기 기판의 굴절률보다 큰 굴절률의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 기판의 굴절률과 상기 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물의 굴절률 간의 차이는 0.4 이상, 3 이하일 수 있다.
상기 기판 및 상기 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물을 덮는 보호층을 더 포함할 수 있다.
상기 보호층의 굴절률과 상기 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물의 굴절률 간의 차이는 0.4 이상, 3 이하일 수 있다.
상기 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물의 굴절률과 높이를 각각 npost와 h, 상기 보호층의 굴절률을 nclad, 상기 소정 파장 대역의 중심 파장을 *?*라고 할 때, 다음의 조건을 만족할 수 있다.
3/2 * λ/(npost- nclad) ≤ h
상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물 사이의 상기 원주 방향으로의 배치 간격을 p라고 할 때, 다음 조건을 만족할 수 있다.
p < λ/2
상기 복수 개의 제1 나노구조물, 상기 복수 개의 제2 나노구조물의 높이는 상기 제1 영역, 상기 복수 개의 제2 영역 중 적어도 두 영역에서 서로 다를 수 있다.,
상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물 사이의 상기 원주 방향으로의 배치 간격 p만큼의 폭을 가지는 유닛 영역에 대한 상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물 각각의 필 팩터(fill factor)는 25% 내지 60%일 수 있다.
상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물의 단면은 대칭성을 가질 수 있다.
다른 일 실시예는,
상기 메타 렌즈 및 광입사면과 광출사면을 가지며 상기 광입사면과 광출사면 중 적어도 하나가 곡면인 하나 이상의 굴절렌즈를 포함하는 촬상 렌즈를 제공한다.
또 다른 일 실시예는,
상기 촬상 렌즈 및 상기 촬상 렌즈에 의해 형성된 광학 상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서를 포함하는 촬상 장치를 제공한다.
또 다른 일 실시예는,
상기 촬상 장치 및 상기 촬상 장치의 동작을 제어하는 프로세서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
본 개시의 예시적인 실시예에 따라 복수 개의 나노구조물을 이용하여 박형의 렌즈를 구현할 수 있으며, 복수 개의 나노구조물의 적절한 배치를 통해 넓은 파장 대역폭에 대해 동작하는 메타 렌즈를 제공할 수 있다.
나아가, 이러한 메타 렌즈를 채용한 촬상 렌즈, 촬상 장치 및 전자 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 비교예에 따른 메타 렌즈의 구성을 간략하게 도시한 측면도이다.
도 2는 비교예에 따른 메타 렌즈의 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 3은 비교예에 따른 메타 렌즈에 포함된 복수 개의 나노구조물의 파라미터를 간략하게 도시한 그래프이다.
도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 메타 렌즈에 포함된 복수 개의 나노구조물의 예시적인 파라미터를 간략하게 도시한 그래프이다.
도 6은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메타 렌즈에 포함된 복수 개의 나노구조물의 구성을 간략하게 도시한 것이다.
도 7은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메타 렌즈의 입사광에 대한 타겟 위상 변화 범위를 간략하게 도시한 것이다.
도 8은 도 4의 메타 렌즈에 적용될 수 있는 복수 개의 나노구조물의 예시적인 배치를 간략하게 도시한 평면도이다.
도 9는 도 4의 메타 렌즈에 적용될 수 있는 복수 개의 나노구조물의 구조를 간략하게 도시한 평면도이다.
도 10은 서로 다른 배치 간격을 가지는 복수 개의 나노구조물을 포함하는 도 4의 메타 렌즈의 동작 주파수에 따른 위상 변화 추이를 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 4의 메타 렌즈에 적용될 수 있는 복수 개의 나노구조물의 중심 색분산 φ1에 대한 회절 효율의 추이를 간략하게 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 4의 메타 렌즈에 적용될 수 있는 복수 개의 나노구조물의 파라미터 분포를 간략하게 나타내는 그래프이다.
도 13은 도 4의 메타 렌즈에 포함된 복수 개의 나노구조물의 구조를 간략하게 도시한 것이다.
도 14는 도 4의 메타 렌즈에 포함된 복수 개의 나노구조물의 구조를 간략하게 도시한 것이다.
도 15는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 촬상 렌즈의 개략적인 광학적 배치를 보인 것이다.
도 16은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 촬상 장치의 개략적인 광학적 배치를 보인 것이다.
도 17은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 전자 장치의 구조를 간략하게 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 예시적인 실시예에 따른 메타 렌즈, 메타 렌즈를 포함하는 촬상 렌즈, 촬상 렌즈를 포함하는 촬상 장치 및 촬상 장치를 포함하는 전자 장치에 대해 상세히 설명한다. 이하의 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성과 편의를 위하여 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 고 전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 개시의 실시예에 따른 메타 렌즈(도 4의 100)가 가시광의 넓은 파장 대역의 광에 대해 굴절력을 나타내는 렌즈 역할을 하도록 나노구조물(도 6의 NS)을 배열할 때, 직교 좌표 기반의 배열에서는 수차 제어 등에 한계가 있다. 메타 렌즈(100)는 나노구조물(NS)의 위치에 따른 크기나 형상을 정함에 있어, 극좌표(polar coordinate) 기반의 규칙을 적용하여, 넓은 파장 대역의 광에 대해, 원하는 성능을 구현하며, 또한, 가능한 단층의 나노구조물(NS) 배열로 이러한 성능 구현을 도모하고 있다.
복수 개의 나노구조물(NS)의 각 위치는 복수 개의 나노구조물(NS) 배열의 중심부, 즉, 메타 렌즈(100)의 중심을 원점으로 하며 메타 렌즈(100)와 나란한 평면상에서 상기 원점으로부터 멀어지는 반경 방향의 거리, r, 상기 평면상의 기준선으로부터 상기 원점에서 상기 평면에 대한 법선을 회전축으로 하는 회전각, θ을 나타낸 (r, θ)의 좌표로 표현될 수 있다. 도면에서 상기 법선 방향은 Z 방향, 상기 기준선의 방향은 X 방향이다. (r, θ) 위치의 나노구조물(NS)의 형상 치수가 r, θ의 관계에서 정해질 수 있으며, 예를 들어, r 및/또는 θ의 함수로 표현될 수도 있다. 이하에서는, 극좌표 기반에서 복수 개의 나노구조물(NS)의 (r, θ) 위치에 따른 폭(w) 및 배치 간격(p)을 조절함으로써 넓은 파장 대역의 광에 대해 동작하는 메타 렌즈(100)에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 비교예에 따른 메타 렌즈(1)의 구성을 간략하게 도시한 측면도이다. 도 2는 비교예에 따른 메타 렌즈(1)의 구성을 간략하게 도시한 평면도이다. 도 3은 비교예에 따른 메타 렌즈에 포함된 복수 개의 나노구조물의 파라미터를 간략하게 도시한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 메타 렌즈(1)는 볼록 렌즈와 같은 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 메타 렌즈(1)는 입사광을 굴절시켜 한 지점으로 포커싱되도록 할 수 있다. 메타 렌즈(1)는 기판(sub) 상에 마련된 복수 개의 나노구조물(ns)을 포함할 수 있다. 복수 개의 나노구조물(ns)의 형상, 배치 분포 등을 조절함으로써, 메타 렌즈(1)가 볼록 렌즈로 기능하도록 할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 나노구조물(ns)의 형상, 배치 분포 등을 조절함으로써 메타 렌즈(1)는 오목 렌즈와 같은 기능을 가질 수도 있다.
복수 개의 나노구조물(ns)은 서브 파장(subwavelength)의 형상 치수를 가질 수 있다. 여기서, 서브 파장의 형상 치수는, 복수 개의 나노구조물(ns)이 소정 파장 대역의 광에 대해 원하는 광학 기능을 하도록 배열될 때, 상기 소정 파장 대역의 중심 파장(λ)보다 작은 형상 치수를 의미한다.
도 2를 참조하면, 메타 렌즈(1)는 중심점을 기준으로 원주 방향(r) 및 반경 방향(θ)을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 나노구조물(ns)을 포함하는 중심 영역(R5)과 중심 영역(R5)을 둘러싸며, 원주 방향 및 반경 방향을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 나노구조물(ns)을 포함하는 복수 개의 환형 영역(R1, R2, R3, R4)을 포함할 수 있다. 중심 영역(R5) 및 복수 개의 환형 영역(R1, R2, R3, R4)은 각 영역에 적용되는 독립적인 규칙에 따라 분포된 복수 개의 나노구조물(ns)을 포함할 수 있다. 중심 영역(R5) 및 복수 개의 환형 영역(R1, R2, R3, R4)은 각 영역에 적용되는 독립적인 규칙은 서로 다를 수도 있고 같을 수도 있다.
중심 영역(R5) 및 복수 개의 환형 영역(R1, R2, R3, R4)마다 타겟 위상(φtarget)이 설정될 수 있다. 타겟 위상은 주어진 영역 내에서 반경 방향으로 0 내지 2ð의 위상 변화 범위를 나타내도록 설정되며, 이러한 점에서 중심 영역(R5) 및 복수 개의 환형 영역(R1, R2, R3, R4)들은 '2ð zone'으로 불릴 수도 있다. 중심 영역(R5) 및 복수 개의 환형 영역(R1, R2, R3, R4) 각각의 입사광에 대한 타겟 위상 범위가 0 내지 2ð이어야 메타 렌즈(1)의 렌즈 동작 특성이 잘 나타날 수 있다. 다시 말해, 중심 영역(R5) 및 복수 개의 환형 영역(R1, R2, R3, R4) 각각의 입사광에 대한 타겟 위상 범위가 0 내지 2ð이어야 메타 렌즈(1)가 굴절력을 가지는 렌즈로 동작할 수 있다.
복수 개의 나노구조물(ns)은 기판(sub) 상에 원주 방향으로의 동일한 배치 간격(D1)을 두고 서로 이격되어 2차원 배열될 수 있다. 복수 개의 나노구조물(ns) 각각은 폭 w의 정사각기둥을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 나노구조물(ns) 각각은 정사각기둥 이외의 다양한 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 나노구조물(ns) 오각기둥, 육각기둥, 원기둥을 포함할 수도 있다. 복수 개의 나노구조물(ns)이 도 2에 도시된 바와 같이, 폭 w의 정사각기둥을 포함하는 경우, 복수 개의 나노구조물(ns) 사이의 원주 방향으로의 배치 간격 p만큼의 폭을 가지는 유닛 영역에 대한 복수 개의 나노구조물(ns)의 필 팩터(fill factor)는 'w2/p2' 로 정의될 수 있다. 또한, 예를 들어, 복수 개의 나노구조물(ns)이 직경 w의 원기둥을 포함하는 경우, 복수 개의 나노구조물(ns)의 필 팩터(fill factor)는 'π*(w/2)2/p2' 로 정의될 수 있다.
도 3을 참조하면, 중심 영역(R5) 및 복수 개의 환형 영역(R1, R2, R3, R4) 중어느 하나의 영역에 적용될 수 있는 복수 개의 나노구조물(ns)의 분포 규칙은, 복수 개의 나노구조물(ns)의 원주 방향으로의 배치 간격을 P0 로 일정하게 유지한 채로, 복수 개의 나노구조물(ns) 각각의 폭(w)을 반경 방향에 따른 위치 별로 변화시키는 규칙을 포함할 수 있다. 이 때, 복수 개의 나노구조물(ns) 각각의 폭(w)의 변화 범위는 반경 방향을 따른 소정 파장 대역의 광의 중심 주파수에 대한 위상 변화 범위(△φ)가 0 내지 2π가 되도록 선택될 수 있다.
한편, 상기 소정 파장 대역의 입사광의 주파수에 대한 위상 지연 함수 φ(ω)는 다음 (식 1)과 같이 전개될 수 있다.
(식 1)
Figure pat00001
여기서, ω0은 소정 파장 대역의 입사광의 중심 주파수, h는 나노구조물(ns)의 높이, c는 빛의 속도, neff(ω)는 나노구조물(ns)의 유효굴절률을 의미한다. 나아가, 'φ0, φ1, φ2 ??' 은 입사광의 위상 지연에 영향을 주는 계수들이다. 이 중, φ0은 중심 위상 지연값을 의미한다. 위 식에 따르면, 동일한 나노구조물(ns)의 입사하는 광에 대한 위상 변화값은 입사하는 광의 주파수에 따라서 달라질 수 있다. 이 경우, 위상 지연 함수 φ(ω)에 포함된 복수 개의 계수 중에서, 일차항 계수 φ1 은 다른 고차항들의 계수에 비해, 위상 변화 값에 큰 영향을 미칠 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 중심 영역(R5) 및 복수 개의 환형 영역(R1, R2, R3, R4) 중 어느 하나의 영역에 포함되는 복수 개의 나노구조물(ns)은 원주 방향으로의 동일한 배치 간격 P0 를 가지며, 반경 방향에 따른 위치 별로 서로 다른 폭(w)을 가질 수 있다. 이처럼 서로 다른 폭(w)을 가지는 복수 개의 나노구조물(ns)의 위상 지연 함수 φ(ω)는 서로 다른 일차항 계수(φ1)를 가질 수 있다. 예를 들어, 원주 방향으로 동일한 배치 간격 P0를 가지지만, 반경 방향으로 서로 다른 위치에 마련되고, 서로 다른 폭(w)을 가지는 임의의 두 개의 나노구조물(ns) 중 어느 하나의 일차항 계수(φ1)는 x1 값을 가지고, 다른 하나의 일차항 계수(φ1)는 x1과 다른 x2 값을 가질 수 있다. 이 경우, 소정 파장 대역의 광의 중심 주파수에 대해서는 위상 지연 범위가 0 내지 2π일 수 있으나, 소정 파장 대역의 광의 중심 주파수가 아닌 다른 주파수에 대해서는 위상 지연 범위가 주파수에 따라 상이할 수 있다. 이에 따라, 메타 렌즈(1)는 넓은 파장 대역의 광에 대해 동작하는 데에 적합하지 않을 수 있다.
도 4는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메타 렌즈(100)의 구성을 간략하게 도시한 평면도이다. 도 5는 도 4의 메타 렌즈(100)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 예시적인 파라미터를 간략하게 도시한 그래프이다. 도 6은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메타 렌즈(100)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 구성을 간략하게 도시한 것이다. 도 7은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메타 렌즈(100)의 입사광에 대한 타겟 위상 변화 범위를 간략하게 도시한 것이다. 도 8은 도 4의 메타 렌즈(100)에 적용될 수 있는 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)의 예시적인 배치를 간략하게 도시한 평면도이다. 도 9는 도 4의 메타 렌즈(100)에 적용될 수 있는 복수 개의 나노구조물(NS)의 구조를 간략하게 도시한 평면도이다.
도 4를 참조하면, 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 메타 렌즈(100)는 중심점(c1)을 기준으로 원주 방향(θ) 및 반경 방향(R)을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 제1 나노구조물(도 6의 NS)을 포함하며, 복수 개의 제1 나노구조물(NS)이 제1 규칙에 따라 분포되는 제1 영역(S21) 및 제1 영역(S21)을 둘러싸는 복수 개의 영역으로, 원주 방향(θ) 및 반경 방향(R)을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 제2 나노구조물(NS)을 포함하며, 복수 개의 제2 나노구조물(NS)이 제2 규칙에 따라 분포되는 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24, S25)을 포함할 수 있다.
한편, 복수 개의 제1 또는 제2 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 배치 간격을 p라고 할 때, p < λ/2의 조건이 만족되도록, 복수 개의 제1 또는 제2 나노구조물(NS)이 배치될 수 있다. 나아가, 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물(NS)은 전체적으로 극 대칭성(polar symmetry)을 갖도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 메타 렌즈(100)의 중심점(c1)으로부터 동일한 거리만큼 떨어진 위치에 마련된 복수 개의 제1 또는 제2 나노구조물(NS)의 폭과 배치 간격은 동일할 수 있다.
제1 영역(S21) 및 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24, S25)마다 소정 파장대역의 입사광에 대한 타겟 위상(φtarget)이 설정될 수 있다. 이 때, 소정 파장 대역은 가시광선 파장 대역일 수 있다. 타겟 위상은 주어진 영역 내에서 반경 방향(R)으로 0 내지 2π의 위상 변화 범위를 나타내도록 설정되며, 이러한 점에서 제1 영역(S21) 및 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24, S25)들은 '2π zone'으로 불릴 수도 있다. 제1 영역(S21) 및 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24, S25) 각각의 입사광에 대한 타겟 위상 범위가 0 내지 2ð이어야 메타 렌즈(100)의 렌즈 동작 특성이 잘 나타날 수 있다. 한편, 제1 영역(S21) 및 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24, S25)의 반경 방향(R)으로의 폭은 중심점(c1)에서 반경 방향(R)으로 멀어질수록 감소할 수 있다. 이 경우, 메타 렌즈(100)는 볼록 렌즈로 동작할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 1 영역(S21) 및 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24, S25)의 반경 방향(R)으로의 폭은 중심점(c1)에서 반경 방향(R)으로 멀어질수록 증가할 수도 있고, 이 경우, 메타 렌즈(100)는 오목 렌즈로 동작할 수 있다.
제1 영역(S21)은 중심점(c1)을 기준으로 원주 방향(θ) 및 반경 방향(R)을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 제1 나노구조물(NS)을 포함하는 메타 렌즈(100)의 중심 영역을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(S21)은 원 형상을 가질 수 있다. 제1 영역(S21)에 포함된 복수 개의 제1 나노구조물(NS)은 제1 규칙에 따라 분포될 수 있다.
제1 규칙은, 복수 개의 제1 나노구조물(NS) 각각의 폭을 w, 복수 개의 제1 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 배치 간격을 p라고 할 때, 제1 영역(S21)에서 △w*△p > 0 인 구간과, △w*△p < 0 인 구간이 공존하는 영역이 반경 방향(R)으로 연장되어 형성되도록 하는 규칙을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 제1 나노구조물(NS)의 폭 w는 중심점(c1)으로부터 반경 방향(R)으로 멀어질수록 일 방향으로 변화(감소 또는 증가)하고, 복수 개의 제1 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 배치 간격 p는 중심점(c1)으로부터 반경 방향(R)으로 멀어질수록 감소하다가 증가할 수 있다. 이 경우, 복수 개의 제1 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 배치 간격 p는 하나의 변곡점을 가지고 변화한다고 할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 제1 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 배치 간격 p는 중심점(c1)으로부터 반경 방향(R)으로 멀어질수록 감소하다가 증가하는 경향을 반복적으로 보일 수 있다. 이 경우, 복수 개의 제1 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 배치 간격 p는 두 개 이상의 변곡점을 가지고 변화한다고 할 수 있다.
복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24, S25)은 제1 영역(S21)을 둘러싸며, 원주 방향 및 반경 방향을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 제2 나노구조물(NS)을 포함하는 복수 개의 환형 영역을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24, S25)은 동심의 링 형상을 가질 수 있다. 제2 영역(S22, S23, S24, S25)에 포함된 복수 개의 제2 나노구조물(NS)은 제2 규칙에 따라 분포될 수 있다.
제2 규칙은, 복수 개의 제2 나노구조물(NS) 각각의 폭을 w, 복수 개의 제2 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 배치 간격을 p라고 할 때, 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24, S25) 중 어느 한 영역에서 △w*△p > 0 인 구간과, △w*△p < 0 인 구간이 공존하는 영역이 반경 방향(R)으로 연장되어 형성되도록 하는 규칙을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 제2 나노구조물(NS)의 폭 w는 중심점(c1)으로부터 반경 방향(R)으로 멀어질수록 일 방향으로 변화(감소 또는 증가)하고, 복수 개의 제2 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 배치 간격 p는 중심점(c1)으로부터 반경 방향(R)으로 멀어질수록 감소하다가 증가할 수 있다. 이 경우, 복수 개의 제2 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 배치 간격 p는 하나의 변곡점을 가지고 변화한다고 할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 제2 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 배치 간격 p는 중심점(c1)으로부터 반경 방향(R)으로 멀어질수록 감소하다가 증가하는 경향을 반복적으로 보일 수 있다. 이 경우, 복수 개의 제2 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 배치 간격 p는 두 개 이상의 변곡점을 가지고 변화한다고 할 수 있다.
이러한 제1 규칙 및 제2 규칙에 따르는 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물(NS)의 예시적인 파라미터 분포의 경향은 후술하는 도 5의 그래프로 표현될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 및 제2 영역(S21, S22, S23, S24, S25)에 적용될 수 있는 제1 규칙 및 제2 규칙에 따르는 복수 개의 나노구조물(NS)의 파라미터 분포는 도 5의 복수 개의 나노구조물(NS)의 폭(w) 및 배치 간격(p) 그래프에서 제1 곡선(a)으로 나타날 수 있다. 제1 곡선(a)은 부메랑 또는 U자 형태를 보일 수 있다. 예를 들어, 제1 곡선(a)은, 복수 개의 나노구조물(NS)의 폭 w가 중심점(c1)으로부터 반경 방향(R)으로 멀어질수록 일 방향으로 변화(감소 또는 증가)할 때, 복수 개의 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 배치 간격 p가 중심점(c1)으로부터 반경 방향(R)으로 멀어질수록 감소하다가 증가하는 경향을 보여줄 수 있다. 이처럼, 복수 개의 나노구조물(NS)은 제1 및 제2 영역(S21, S22, S23, S24, S25) 중 어느 한 영역에서 중심점(c1)으로부터 반경 방향(R)으로 멀어질수록 일 방향으로 변화(감소 또는 증가)하는 폭 w와 변칙적으로 변화(감소하다가 증가)하는 원주 방향(θ)으로의 배치 간격 p를 갖도록 분포될 수 있다. 복수 개의 나노구조물(NS)의 파라미터 분포는 제1 곡선(a)으로 한정되는 것은 아니며, 제2 곡선(b) 및 제3 곡선(c) 사이에 포함되는 제1 곡선(a)과 유사한 형태의 하나의 변곡점을 가지는 부메랑 또는 'U'자 형태의 곡선으로 나타날 수 있다.
한편, 복수 개의 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 배치 간격 p가 중심점(c1)으로부터 반경 방향(R)으로 멀어질수록 감소하다가 증가하는 경향을 반복적으로 보이는 경우, 제1 및 제2 영역(S21, S22, S23, S24, S25)에 적용될 수 있는 복수 개의 나노구조물(NS)의 파라미터 분포는 도 5의 그래프에서 두 개 이상의 변곡점을 가지는 지그재그 형태의 곡선으로 나타날 수 있다.
나아가, 제1 및 제2 영역(S21, S22, S23, S24, S25)에 적용되는 복수 개의 나노구조물(NS)의 파라미터 분포를 나타내는 그래프 상의 곡선의 최적 경로는 영역마다 서로 다를 수 있다. 제1 및 제2 영역(S21, S22, S23, S24, S25)에 입사되는 소정 파장 대역의 입사광의 중심 각도(Chief Ray Angle; CRA)는 영역마다 다를 수 있다. 이에 따라, 서로 다른 중심 각도를 가지는 소정 파장 대역의 입사광에 대해 0 내지 2ð의 타겟 위상 지연 범위를 가지도록 제1 및 제2 영역(S21, S22, S23, S24, S25)에 적용되는 복수 개의 나노구조물(NS)의 파라미터 분포가 영역 별로 서로 다르게 결정될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 영역(S21, S22, S23, S24, S25) 중 어느 한 영역에서의 복수 개의 제1 나노구조물(NS) 또는 복수 개의 제2 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 최대 배치 간격 pmax와 최소 배치 간격 pmin은 다음 (식 2)를 만족할 수 있다.
(식 2) pmax-pmin > 0.2*pmax
그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 영역(S21, S22, S23, S24, S25) 중 어느 한 영역에서의 복수 개의 제1 나노구조물(NS) 또는 복수 개의 제2 나노구조물(NS) 사이의 원주 방향(θ)으로의 최대 배치 간격 pmax와 최소 배치 간격 pmin의 차이는 최대 배치 간격 pmax의 0.2배보다 작거나 같을 수도 있다.
도 5의 그래프에 도시된 바와 같이, 제1 곡선(a)의 양 끝단에 해당하는 파라미터를 가지는 나노구조물(NS)에 의한 타겟 위상은 각각 2ð 및 0일 수 있다. 제1 곡선(a)을 따라 배치된 복수 개의 나노구조물(NS)을 포함하는 영역에 소정 파장 대역의 입사광이 입사할 경우, 이 소정 파장 대역의 입사광의 타겟 위상 지연 범위는 0 내지 2ð일 수 있다.
또한, 복수 개의 제1 또는 제2 나노구조물(NS) 중에서 중심점(c1)으로부터 동일한 거리만큼 떨어진 위치에 마련된 복수 개의 제1 또는 제2 나노구조물(NS)의 원주 방향(θ)으로의 배치 간격 p는 동일할 수 있다. 한편, 복수 개의 제1 또는 제2 나노구조물(NS) 중에서 중심점(c1)으로부터 동일한 거리만큼 떨어진 위치에 마련된 복수 개의 제1 또는 제2 나노구조물(NS)의 폭 w는 동일할 수 있다.도 6을 참조하면, 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물(NS)은 기판(sub) 상에 마련될 수 있다. 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물(NS)은 기판(sub)의 굴절률보다 큰 굴절률의 재질로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라, 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물(NS)은 기판(sub)의 굴절률보다 작은 굴절률의 재질로 이루어질 수 있다. 기판(sub)의 굴절률과 복수의 제1 및 제2 나노구조물(NS)의 굴절률 간의 차이는 0.4 이상, 3 이하일 수 있다. 또한, 기판(sub) 및 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물(NS)은 보호층(11)으로 덮힐 수 있다. 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물(NS)은 보호층(11)의 굴절률보다 큰 굴절률의 재질로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라, 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물(NS)은 보호층(11)의 굴절률보다 작은 굴절률의 재질로 이루어질 수 있다. 보호층(11)의 굴절률과 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물(NS)의 굴절률 간의 차이는 0.4 이상, 3 이하일 수 있다.
기판(sub)은 글래스(fused silica, BK7, 등), Quartz, polymer(PMMA, SU-8 등) 및 플라스틱 중의 재질 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, 반도체 기판일수도 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(sub)은 나노구조물(NS)의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 나노구조물(NS)은 c-Si, p-Si, a-Si 및 III-V 화합물 반도체(GaP, GaN, GaAs 등), SiC, TiO2, SiN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 나노구조물(NS)은 기판(sub) 및 보호층(11)의 굴절률보다 큰 굴절률을 가지는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 나노구조물(NS)은 기판(sub) 및 보호층(11)의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지는 다양한 물질을 포함할 수도 있다. 보호층(11)은 SU-8, PMMA 등의 폴리머 물질, 혹은 SiO2와 같은 저굴절 물질로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 보호층(11)은 나노구조물(NS)의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 보호층(11)은 나노구조물(NS)의 굴절률보다 큰 굴절률을 가지는 다양한 물질을 포함할 수 있다.
이처럼, 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물(NS)과 보호층(11) 또는 기판(sub) 사이의 굴절률 차이에 따라, 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물(NS)의 파라미터가 나타내는 추이가 다소 달라질 수 있다. 그러나, 본 개시의 실시예에 따른 메타 렌즈(100)에 포함된 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물(NS)은, 다소 곡선의 모양의 차이가 있을 수는 있어도, 도 5의 그래프에 도시된 제1 곡선(a)의 경향을 따르는 파라미터를 가질 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 영역(S21) 및 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24)은 중심점(c1)에서 반경 방향(R)으로 멀어지는 방향으로, 소정 파장 대역의 입사광에 대한 타겟 위상이 2π에서 0으로 변하는 영역일 수 있다. 이 경우, 메타 렌즈(100)는 볼록 렌즈로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(S21) 또는 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24)에는 도 5에 도시된 제1 곡선(a)에 대응하는 파라미터 분포를 따르는 복수 개의 제1 또는 제2 나노구조물(NS)이 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 영역(S21) 및 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24)이 중심점(c1)에서 반경 방향(R)으로 멀어지는 방향으로, 소정 파장 대역의 입사광에 대한 타겟 위상이 0에서 2π로 변하는 경우, 메타 렌즈(100)는 오목 렌즈로 동작할 수 있다.
한편, 제1 영역(S21) 및 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24)의 반경 방향(R)으로의 폭은 중심점(c1)에서 반경 방향(R)으로 멀어지는 방향으로 점차 감소할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(S21)의 반경 방향(R)으로의 전체 폭은 인접한 제2 영역(S22)의 반경 방향(R)으로의 전체 폭보다 클 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 영역(S21) 및 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24)의 반경 방향(R)으로의 폭은 중심점(c1)에서 반경 방향(R)으로 멀어지는 방향으로 점차 증가할 수도 있다. 또한, 제1 영역(S21) 및 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24)의 반경 방향(R)으로의 폭은 중심점(c1)에서 반경 방향(R)으로 멀어지는 방향으로 불규칙적으로 변화할 수도 있다. 나아가, 제1 영역(S21) 및 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24)의 반경 방향(R)으로의 폭은 중심점(c1)에서 반경 방향(R)으로 멀어지는 방향으로 모두 동일할 수도 있다.
도 8을 참조하면, 제1 영역(S21) 및 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24, S25) 중 어느 하나의 영역에 포함된 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4 ns5)은 전술한 제1 규칙 또는 제2 규칙에 따라 분포될 수 있다. 예를 들어, 제1 반경(r1) 상에 복수 개의 나노구조물(ns1)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 반경(r1)보다 긴 제2 반경(r2)상에 복수 개의 나노구조물(ns2)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 반경(r2)보다 긴 제3 반경(r3)상에 복수 개의 나노구조물(ns3)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3 반경(r3)보다 긴 제4 반경(r4)상에 복수 개의 나노구조물(ns4)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제4 반경(r4)보다 긴 제5 반경(r5)상에 복수 개의 나노구조물(ns5)이 배치될 수 있다.
또한, 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5) 각각은 원주 방향으로의 배치 간격(P1, P2, P3, P4, P5)만큼의 폭을 가지는 유닛 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 반경(r1) 상에 배치된 복수 개의 나노구조물(ns1)은 원주 방향으로의 제1 배치 간격(P1)만큼의 폭을 가지는 유닛 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 반경(r2) 상에 배치된 복수 개의 나노구조물(ns2)은 원주 방향으로의 제2 배치 간격(P2)만큼의 폭을 가지는 유닛 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제3 반경(r3) 상에 배치된 복수 개의 나노구조물(ns3)은 원주 방향으로의 제3 배치 간격(P3)만큼의 폭을 가지는 유닛 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제4 반경(r4) 상에 배치된 복수 개의 나노구조물(ns4)은 원주 방향으로의 제4 배치 간격(P4)만큼의 폭을 가지는 유닛 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제5 반경(r5) 상에 배치된 복수 개의 나노구조물(ns5)은 원주 방향으로의 제5 배치 간격(P5)만큼의 폭을 가지는 유닛 영역에 배치될 수 있다. 도 8에는 유닛 영역들이 정사각형으로 도시되어 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)이 정사각 격자(square lattice) 형태로 배치된 것으로 나타나 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 유닛 영역들은 정육각형일 수 있으며, 이에 따라, 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)은 정육각 격자(hexagonal lattice) 형태로 배치될 수도 있다. 나아가, 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)은 정사각 격자, 정육각 격자 이외의 다양한 형태의 격자 형태로 배치될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)의 폭(w1, w2, w3, w4, w5)은 반경 방향(R)으로 멀어질수록 일 방향으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)의 폭(w1, w2, w3, w4, w5)은 반경 방향(R)으로 멀어질수록 감소할 수 있다. 예를 들어, w1> w2> w3> w4> w5의 조건이 만족하도록 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)이 배치될 수 있다. 이 경우, 메타 렌즈(100)는 볼록렌즈로 동작할 수 있다. 이와 반대로, w5> w4> w3> w2> w1의 조건이 만족하도록 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)이 배치되는 경우, 메타 렌즈(100)는 오목렌즈로 동작할 수 있다. 또한, 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5) 사이의 원주 방향(
Figure pat00002
)으로의 배치 간격(P1, P2, P3, P4, P5)은 반경 방향(R)으로 멀어질 수록 감소하다가 증가할 수 있다. 예를 들어, P1> P2> P3 및 P5> P4 > P3의 조건이 만족하도록 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)이 배치될 수 있다.
나아가, 원주 방향(θ)으로의 제1 배치 간격(P1)을 가지며 제1 반경(r1) 상에 위치한 복수 개의 나노구조물(ns1)과, 원주 방향(θ)으로의 제2 배치 간격(P2)을 가지며 제1 반경(r1)으로부터 반경 방향(R)으로 멀어지는 방향으로 인접하는 제2 반경(r2) 상에 위치한 복수 개의 나노구조물(ns2)은 다음의 (식 3)을 만족하도록 배치될 수 있다.
(식 3) r2-r1 = (P1+P2)/2
위 (식 3)을 만족하도록 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)이 배치되는 경우, 촘촘한 배치로 인하여 메타 렌즈(100)의 회절 효율이 증가할 수 있다. 위 (식 3)과 같은 규칙은 복수 개의 나노구조물(ns2)과 복수 개의 나노구조물(ns3) 사이에도 적용될 수 있다. 위 (식 3)과 같은 규칙은 복수 개의 나노구조물(ns3)과 복수 개의 나노구조물(ns4) 사이에도 적용될 수 있다. 위 (식 3)과 같은 규칙은 복수 개의 나노구조물(ns4)과 복수 개의 나노구조물(ns5) 사이에도 적용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)이 정육각 격자(hexagonal lattice) 형태로 배치되는 경우, 복수 개의 나노구조물(ns1)과 복수 개의 나노구조물(ns2)은 다음의 (식 4)를 만족하도록 배치될 수 있다.
(식 4) r2-r1 =((P1+P2)/2)^(3/2)
도 9를 참조하면, 유닛 영역에 대한 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)의 각각의 필 팩터(fill factor)는 25% 내지 60%일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)의 각각의 필 팩터(fill factor)는 10%이하의 값을 가질 수도 있다. 예를 들어, 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)의 각각의 필 팩터(fill factor)는 3%, 5% 및 10%중 어느 하나의 값을 가질 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)이 정사각기둥인 경우, 복수 개의 나노구조물(ns1, ns2, ns3, ns4, ns5)의 필 팩터(fill factor)는 'w2/P2' 로 정의될 수 있다.
도 10은 서로 다른 배치 간격을 가지는 복수 개의 나노구조물(NS)을 포함하는 도 4의 메타 렌즈(100)의 동작 주파수에 따른 위상 지연 추이를 나타내는 그래프이다. 도 11은 도 4의 메타 렌즈(100)에 적용될 수 있는 복수 개의 나노구조물(NS)의 일차항 계수(φ1)에 대한 회절 효율의 추이를 간략하게 나타내는 그래프이다. 도 12는 도 4의 메타 렌즈(100)에 적용될 수 있는 복수 개의 나노구조물(NS)의 파라미터 분포를 간략하게 나타내는 그래프이다.
도 10에 도시된 제1 곡선(a1), 제2 곡선(a2) 및 제3 곡선(a3)은 각각, 200nm, 550nm, 600nm의 배치 간격을 가지는 경우의 복수 개의 나노구조물(NS)의 동작 주파수에 따른 위상 지연 추이를 나타내는 곡선이다. 제1 곡선(a1)과 제2 곡선(a2) 사이의 곡선들은 200nm 내지 550nm의 범위 안에 포함되는 배치 간격을 가지는 경우의 복수 개의 나노구조물(NS)의 동작 주파수에 따른 위상 지연 추이를 나타내는 곡선이다. 도 10은 복수 개의 나노구조물(NS)의 필 팩터가 25%인 경우의 결과를 보여준다.
도 10을 참조하면, 복수 개의 나노구조물(NS)의 배치 간격이 변할수록 동작 주파수에 따른 위상 지연 추이도 변할 수 있다. 전술한 바와 같이, 소정 파장 대역의 광의 주파수에 대한 위상 지연 함수 φ(ω)는 위의 (식 1)과 같이 전개될 수 있다. 다시 도 10을 참조하면, 복수 개의 나노구조물(NS)의 배치 간격이 변할수록, 제1 곡선(a1), 제2 곡선(a2) 및 제3 곡선(a3) 등의 곡선의 변화율에 대응될 수 있는 일차항 계수(φ1)도 변할 수 있다.
도 11을 참조하면, 복수 개의 나노구조물(NS)의 입사광에 대한 회절 효율은 일차항 계수(φ1)가 약 22의 값을 가지는 경우에 가장 높게 나타난다. 다시 말해, 일차항 계수(φ1)가 약 22의 값을 가지는 경우에, 복수 개의 나노구조물(NS)의 파라미터(예를 들어, 폭, 배치 간격)를 조절하여 입사광에 대한 0 내지 2π 범위의 위상 변화를 구현할 수 있다.
도 12를 참조하면, 일차항 계수(φ1)가 약 22의 값을 갖게 하면서, 소정 파장 대역의 입사광에 대한 0 내지 2π 범위의 위상 변화를 구현할 수 있는 복수 개의 나노구조물(NS)의 파라미터를 결정할 수 있다. 도 12의 그래프에는 복수 개의 나노구조물(NS)의 배치 간격(p)이 감소하다 증가하고, 폭(w)이 감소하는 특정 구간이 반복되는 경향을 보여준다. 이러한 경향의 복수 개의 나노구조물(NS)의 파라미터는 도 8에 도시된 복수 개의 나노구조물(NS)의 분포와 실질적으로 동일하다.
도 13은 도 4의 메타 렌즈(100)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 구조를 간략하게 도시한 것이다. 도 14는 도 4의 메타 렌즈(100)에 포함된 복수 개의 나노구조물(NS)의 구조를 간략하게 도시한 것이다.
도 13을 참조하면, 복수 개의 나노구조물(NS)은 폭 w 및 높이 h를 가지는 정사각기둥을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 복수 개의 나노구조물(NS)은 정사각기둥 이외의 다양한 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 복수 개의 나노구조물(NS)은 직경 w 및 높이 h를 가지는 원기둥을 포함할 수도 있다. 한편, 복수 개의 나노구조물(NS)의 단면은 대칭성을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 나노구조물(NS)의 상측에서 바라본 단면은 정사각형, 정육각형, 원 등의 대칭성을 가지는 단면일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 복수 개의 나노구조물(NS)의 상측에서 바라본 단면은 타원, 직육면체 등의 비대칭성을 가지는 단면을 포함할 수도 있다.
복수 개의 나노구조물(NS)의 단면 형상은 제1 영역(S21) 및 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24, S25) 중 적어도 두 영역에서 서로 다를 수 있다. 나아가, 복수 개의 나노구조물(NS)의 높이(h)는 제1 영역(S21) 및 복수 개의 제2 영역(S22, S23, S24, S25) 중 적어도 두 영역에서 서로 다를 수 있다.
도 13 및 도 14에는 도시되지 않았지만, 도 6에 도시된 바와 같이, 복수 개의 나노구조물(NS)은 기판(도 6의 sub) 상에 마련될 수 있고, 보호층(도 6의 11)으로 덮힐 수 있다. 이 경우, 복수 개의 나노구조물(NS)의 굴절률과 높이를 각각 npost와 h라 하고, 보호층(11)의 굴절률을 nclad이라 하며, 소정 파장 대역의 입사광의 중심 파장을
Figure pat00003
라고 할 때, 복수 개의 나노구조물(NS)은 다음 (식 5)가 만족되도록 형성될 수 있다.
(식 5) 3/2 * λ/(npost- nclad)≤h
위와 같이 (식 5)가 만족되도록 복수 개의 나노구조물(NS)이 형성될 경우, 메타 렌즈(100)의 1차 회절 효율은 80%보다 클 수 있다.
나아가, 복수 개의 나노구조물(NS)은 다음 (식 6) 또는 (식 7)이 만족되도록 형성될 수 있다.
(식 6) 2 * λ/(npost- nclad)≤h
(식 7) 3 * λ/(npost- nclad)≤h
위와 같이 (식 6)이 만족되도록 복수 개의 나노구조물(NS)이 형성될 경우, 메타 렌즈(100)의 1차 회절 효율은 90%보다 클 수 있다. 나아가, (식 7)이 만족되도록 복수 개의 나노구조물(NS)이 형성될 경우, 메타 렌즈(100)의 1차 회절 효율은 95%보다 클 수 있다.
도 15는 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 촬상 렌즈(2000)의 개략적인 광학적 배치를 보인 것이다.
촬상 렌즈(2000)는 피사체(OBJ) 측으로부터 순서대로 배치된, 제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20), 제3 렌즈(30), 제4 렌즈(40) 및 제5 렌즈(ML)를 포함한다. 제1 내지 제4 렌즈(10)(20)(30)(40)는 광입사면 및/또는 광출사면에 곡면이 적용된 일반적인 굴절렌즈이며, 제5 렌즈(ML)는 평판형의 메타 렌즈이다. 제5 렌즈(ML)로는 전술한 메타 렌즈(100) 또는 이의 변형예의 메타 렌즈가 채용될 수 있다.
메타 렌즈(ML)는 제1 내지 제4 렌즈(10)(20)(30)(40)에 의해 발생한 색수차를 보상할 수 있는 아베수를 가질 수 있다. 메타 렌즈(ML)는 효과적인 색수차 보상을 위해 음의 아베수를 가질 수 있다.
메타 렌즈(ML)는 색수차 보상을 주된 역할로 하며 굴절력을 거의 갖지 않도록 설정될 수도 있다. 예를 들어, 메타 렌즈(ML)는 매우 약한, 0에 가까운, 양의 굴절력 또는 음의 굴절력을 가질 수 있으며, 이에 따라 매우 긴 초점 거리를 나타낼 수 있다.
메타 렌즈(ML)의 초점 거리, fm과 나머지 제1 내지 제4 렌즈(10)(20)(30)(40)에 의한 초점 거리(f1)는 다음의 (식 8)을 만족할 수 있다.
(식 8) |fm| > |f1|
또한, 메타 렌즈(ML)의 초점 거리, fm 는 제1 내지 제4 렌즈(10)(20)(30)(40) 중 가장 긴 초점 거리를 나타내는 렌즈의 초점 거리(|f|보다 길 수 있다. 즉, 촬상 렌즈(2000)를 구성하는 렌즈 중, 가장 약한 굴절력을 갖도록 메타 렌즈(ML)가 구성될 수도 있다.
이와 같이 메타 렌즈(ML)를 설정하는 것은 기존의 일반적인 굴절 렌즈들 만으로 이루어진 촬상 렌즈의 나머지 성능에는 영향을 거의 주지 않으며 색수차만을 보정하는 용도로 추가될 수 있는 점에서, 설계상의 이점이 있을 수 있다.
도 16은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 촬상 장치(3000)의 개략적인 광학적 배치를 보인 것이다.
촬상 장치(3000)는 촬상 렌즈(3100)와, 촬상 렌즈(3100)에 의해 형성된 피사체(OBJ)의 광학 상(optical image)을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서(3500)를 포함할 수 있다. 촬상 렌즈(3100)와 이미지 센서(3500) 사이에는 커버 글래스(3200)가 배치될 수 있고, 커버 글래스(3200)에는 적외선 차단 필터가 코팅될 수 있다.
이미지 센서(3500)는 촬상 렌즈(3100)에 의해 피사체(OBJ)의 광학 상(optical image)이 형성되는 상면 위치에 배치된다. 이미지 센서(3500)는 광을 센싱하여 전기 신호를 발생시키는 CCD, CMOS, 포토다이오드(photodiode) 등의 어레이를 포함할 수 있다. 이미지 센서(3500)는 이에 한정되는 것은 아니다.
촬상 렌즈(3100)는 하나 이상의 메타 렌즈를 포함할 수 있다. 도 15에서 예시한 바와 같이, 촬상 렌즈(3100)는 메타 렌즈가 구비된 임의의 구성을 가질 수도 있다. 촬상 렌즈(3100)에 구비되는 메타 렌즈로는 전술한 메타 렌즈(100) 또는 이의 변형예가 채용될 수 있다. 메타 렌즈는 가시광선 대역의, 넓은 파장 대역에 작용하면서도 효과적인 수차 보정이 가능한 성능을 가질 수 있어, 촬상 장치(3000)의 성능이 향상될 수 있다.
도 17은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 전자 장치(4000)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 것이다.
도 17을 참조하면, 전자 장치(4000)는 전자 장치(4000)의 전반적인 동작을 제어하는 프로세서(4100), 다양한 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있는 메모리 장치(4200), 전자 장치(4000)의 외부로부터의 데이터 신호를 수신하는 입력 장치(4300), 외부로부터 이미지 데이터를 획득하는 촬상 장치(4400)를 포함할 수 있다. 전자 장치(4000)는 예를 들어, 스마트폰 등의 모바일 장치, 증강 현실 장치(Augmented reality device), 가상 현실 장치(Virtual reality deivce) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
프로세서(4100)는 메모리 장치(4200)에 저장된 프로그램의 하나 이상의 명령어들(instructions)을 실행함으로써, 전자 장치(4000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(4100)는 입력 장치(4300)로부터 소정의 데이터 신호를 기반으로 이미지 데이터를 획득하도록 촬상 장치(4400)를 제어할 수 있다. 나아가, 프로세서(4100)는 촬상 장치(4400)로부터 획득한 이미지 데이터를 처리할 수 있고, 처리된 이미지 데이터는 메모리 장치(4200)에 저장될 수 있다. 또한, 프로세서(4100)는 사용자에게 소정의 영상을 제공하도록 디스플레이 장치(4500)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(4100)는 하나의 프로세서 코어(Single Core)를 포함하거나, 복수의 프로세서 코어들(Multi-Core)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(4100)는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit), 마이크로 프로세서(microprocessor), 그래픽 프로세서(Graphic Processing Unit), ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), 및 FPGAs(Field Programmable Gate Arrays) 중 적어도 어느 하나의 하드웨어를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
메모리 장치(4200)는 프로세서(4100)가 실행할 수 있는 다양한 프로그램들을 저장할 수 있다. 나아가, 메모리 장치(4200)는 촬상 장치(4400)가 획득한 이미지 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(4200)는 DRAM 또는 SRAM과 같은 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 또는 메모리 장치(4200)는 PRAM, MRAM, ReRAM 또는 낸드 플래쉬 메모리와 같은 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 나아가, 메모리 장치(4200)는 하드 디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 드라이브(SDD) 등을 포함할 수 있다.
입력 장치(4300)는 전자 장치(4000)의 외부(예를 들어, 사용자)로부터 소정의 데이터 신호를 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 입력 장치(4000)는 터치 패널, 물리적 버튼, 음성 인식 장치 및 모션 인식 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(4000)가 스마트폰 등의 모바일 장치인 경우, 입력 장치(4000)인 터치 패널은 디스플레이 장치(4500)와 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 입력 장치(4300)는 사용자로부터의 소정의 데이터 신호를 입력 받을 수 있는 다양한 장치를 포함할 수 있다.
촬상 장치(4400)는 전자 장치(4000) 외부의 화상에 대한 이미지 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 촬상 장치(4400)는 도 16의 촬상 장치(3000)와 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 촬상 장치(4400)는 도 4의 메타 렌즈(100) 또는 이의 변형예를 채용한 촬상 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(4000)가 증강 현실 장치 또는 가상 현실 장치일 경우, 촬상 장치(4400)는 사용자의 동공의 위치를 추적하는 아이 트래킹 장치(eye tracking deivce)에 포함될 수 있다.디스플레이 장치(4500)는 소정의 영상을 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치(4500)는 촬상 장치(4400)가 획득한 이미지 데이터를 영상으로서 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치(4500)는 LCoS(liquid crystal on silicon) 장치, LCD(liquid crystal display) 장치, OLED(organic light emitting diode) 디스플레이 장치, DMD(digital micromirror device)를 포함할 수 있고, 또한, Micro LED, QD(quantum dot) LED 등의 차세대 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전자 장치(4000)가 스마트폰 등의 모바일 디바이스일 경우, 디스플레이 장치(4500)는 사용자에게 영상을 제공하는 소정의 면적을 가지는 단일한 장치일 수 있다. 반면에, 전자 장치(4000)가 증강 현실 장치 또는 가상 현실 장치일 경우, 디스플레이 장치(4500)는 양안에 대해 서로 다른 가상 영상을 투사하도록 복수 개로 구성될 수 있다.
전자 장치(4000)는 예시적으로 스마트폰 등의 모바일 장치, 증강 현실 장치 및 가상 현실 장치 중 어느 하나일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 전자 장치(4000)는 전자 장치(4000)의 동작 전반을 제어하는 프로세서(4100)와 프로세서(4100)에 의해 제어되어 외부로부터 이미지 데이터를 획득하는 촬상 장치(4400)를 포함하는 다양한 형태의 전자 장치를 포함할 수 있다. 나아가, 전자 장치(4000)는 도 17에 도시된 프로세서(4100), 메모리 장치(4200), 입력 장치(4300), 촬상 장치(4400) 및 디스플레이 장치(4500) 이외에도 통신 모듈, 각종 센서 등의 추가적인 구성 요소를 더 포함할 수도 있다.
상기한 다양한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 예시적인 다양한 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
1, 100, ML: 메타 렌즈
11: 보호층
ns, NS: 나노구조물
S21: 제1 영역
S22, S23, S24, S25: 제2 영역
sub: 기판
10, 20, 30, 40: 렌즈
2000, 3100: 촬상 렌즈
3200: 커버 글래스
3500: 이미지 센서
3000, 4300: 촬상 장치
4000: 전자 장치
4100: 프로세서
4200: 입력 장치
4400: 디스플레이 장치

Claims (23)

  1. 중심점을 기준으로 원주 방향 및 반경 방향을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 제1 나노구조물을 포함하며, 상기 복수 개의 제1 나노구조물이 제1 규칙에 따라 분포되는 제1 영역; 및
    상기 제1 영역을 둘러싸는 복수 개의 영역으로, 원주 방향 및 반경 방향을 따라 2차원 배열되는 복수 개의 제2 나노구조물을 포함하며, 상기 복수 개의 제2 나노구조물이 제2 규칙에 따라 분포되는 복수 개의 제2 영역; 을 포함하며,
    상기 제1 규칙 및 상기 제2 규칙은, 상기 복수 개의 제1 또는 제2 나노구조물 각각의 폭을 w, 상기 복수 개의 제1 또는 제2 나노구조물 사이의 상기 원주 방향으로의 배치 간격을 p라고 할 때, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 △w*△p > 0 인 구간과, △w*△p < 0 인 구간이 공존하는 영역이 상기 반경 방향으로 연장되어 형성되도록 하는 규칙을 포함하는, 메타 렌즈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 나노구조물 및 상기 복수 개의 제2 나노구조물은 전체적으로 극 대칭성(polar symmetry)을 갖도록 배치되는, 메타 렌즈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 규칙 및 상기 제2 규칙은,
    상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물의 폭 w는 상기 중심점으로부터 상기 반경 방향으로 멀어질수록 일 방향으로 변화하고,
    상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물 사이의 상기 원주 방향으로의 배치 간격 p는 상기 중심점으로부터 상기 반경 방향으로 멀어질수록 감소하다가 증가하는 규칙을 포함하는, 메타 렌즈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물 사이의 상기 원주 방향으로의 최대 배치 간격 pmax와 최소 배치 간격 pmin은 다음의 조건을 만족하는, 메타 렌즈.
    pmax-pmin > 0.2*pmax
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 규칙 및 상기 제2 규칙은,
    상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물 중에서 상기 중심점으로부터 동일한 크기의 반경만큼 떨어져 배치되어 있는 복수 개의 나노구조물의 상기 원주 방향으로의 배치 간격 p는 동일한 규칙을 포함하는, 메타 렌즈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 규칙 및 상기 제2 규칙은,
    상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물 중에서 상기 중심점으로부터 동일한 크기의 반경만큼 떨어져 배치되어 있는 복수 개의 나노구조물의 폭 w는 동일한 규칙을 포함하는, 메타 렌즈.
  7. 제1 항에 있어서,
    제1 반경 r1에 위치한 복수 개의 나노구조물의 상기 원주 방향으로의 배치 간격을 p1, 상기 제1 반경 r1과 상기 중심점으로부터 상기 반경 방향으로 멀어지는 방향으로 인접하는 제2 반경 r2에 위치한 복수 개의 나노구조물의 상기 원주 방향으로의 배치 간격을 p2라 할 경우 다음의 두 조건식 중 어느 하나를 만족하는, 메타 렌즈.
    r2-r1 = (p1+p2)/2
    또는,
    r2-r1 = {(p1+p2)/2}^(3/2)
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 상기 복수 개의 제2 영역 각각의 상기 메타 렌즈에 입사하는 소정 파장 대역의 입사광에 대한 타겟 위상 변화 범위는 0 내지 2 π 인, 메타 렌즈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 소정 파장 대역은 가시광선 파장 대역인, 메타 렌즈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역은 원 형상이고, 상기 복수 개의 제2 영역은 동심의 링 형상인, 메타 렌즈.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 상기 복수 개의 제2 영역의 상기 반경 방향으로의 폭은 상기 중심점에서 상기 반경 방향으로 멀어질수록 감소하는, 메타 렌즈.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 나노구조물 및 상기 복수 개의 제2 나노구조물이 마련되는 기판을 더 포함하며,
    상기 복수 개의 제1 나노구조물 및 상기 복수 개의 제2 나노구조물은 상기 기판의 굴절률보다 큰 굴절률의 재질로 이루어지는, 메타 렌즈.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 기판의 굴절률과 상기 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물의 굴절률 간의 차이는 0.4 이상, 3 이하인, 메타 렌즈.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물을 덮는 보호층을 더 포함하는, 메타 렌즈.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 보호층의 굴절률과 상기 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물의 굴절률 간의 차이는 0.4 이상, 3 이하인, 메타 렌즈.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 및 제2 나노구조물의 굴절률과 높이를 각각 npost와 h, 상기 보호층의 굴절률을 nclad, 상기 메타 렌즈에 입사하는 소정 파장 대역의 중심 파장을 λ라고 할 때, 다음의 조건을 만족하는, 메타 렌즈.
    3/2 * λ/(npost- nclad) ≤ h
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물 사이의 상기 원주 방향으로의 배치 간격을 p라고 할 때, 다음 조건을 만족하는, 메타 렌즈.
    p < λ/2
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 나노구조물, 상기 복수 개의 제2 나노구조물의 높이는 상기 제1 영역, 상기 복수 개의 제2 영역 중 적어도 두 영역에서 서로 다른, 메타 렌즈.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물 사이의 상기 원주 방향으로의 배치 간격 p만큼의 폭을 가지는 유닛 영역에 대한 상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물 각각의 필 팩터(fill factor)는 25% 내지 60%인, 메타 렌즈.
  20. 제1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1 나노구조물 또는 상기 복수 개의 제2 나노구조물의 단면은 대칭성을 가지는, 메타 렌즈.
  21. 제1 항 내지 제20 항 중 어느 하나의 메타 렌즈: 및
    광입사면과 광출사면을 가지며 상기 광입사면과 광출사면 중 적어도 하나가 곡면인 하나 이상의 굴절렌즈; 를 포함하는 촬상 렌즈.
  22. 제21 항의 촬상 렌즈; 및
    상기 촬상 렌즈에 의해 형성된 광학 상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서; 를 포함하는 촬상 장치.
  23. 제22 항의 촬상 장치;
    상기 촬상 장치의 동작을 제어하는 프로세서; 를 포함하는 전자 장치.
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