KR20210110150A - Meta lens and electronic apparatus including the same - Google Patents

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KR20210110150A
KR20210110150A KR1020200107402A KR20200107402A KR20210110150A KR 20210110150 A KR20210110150 A KR 20210110150A KR 1020200107402 A KR1020200107402 A KR 1020200107402A KR 20200107402 A KR20200107402 A KR 20200107402A KR 20210110150 A KR20210110150 A KR 20210110150A
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meta
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refractive index
nanostructure
optical device
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박현성
박현수
한승훈
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삼성전자주식회사
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Abstract

A disclosed meta-optical device represents a predetermined target phase delay profile for incident light of a predetermined wavelength band, comprising: a first layer including a plurality of first nanostructures and a first surrounding material surrounding the first nanostructures; and a second layer disposed on the first layer and including a plurality of second nanostructures and a second surrounding material surrounding the second nanostructures, wherein the first layer and the second layer include regions in which signs of effective refractive index change rates in a predetermined first direction are opposite to each other. By controlling the change in refractive index and dispersion of each layer, it is possible to implement a phase delay profile with little discontinuity. The meta-optical device that operates over a broad band and exhibits high efficiency is provided.

Description

메타 광학 소자 및 이를 포함하는 전자 장치 {Meta lens and electronic apparatus including the same}Meta optical element and electronic device including same {Meta lens and electronic apparatus including the same}

개시된 실시예들은 메타 광학 소자 및 이를 포함하는 전자 장치에 대한 것이다.The disclosed embodiments relate to a meta optical device and an electronic device including the same.

메타 구조(meta-structure)를 활용하는 평판형 회절 소자는 기존의 굴절 소자가 구현하지 못하는 다양한 광학 효과를 나타낼 수 있고 얇은 광학계를 구현할 수 있어 많은 분야에서 관심이 높아지고 있다.A plate-type diffractive element utilizing a meta-structure can exhibit various optical effects that cannot be realized by conventional refractive elements and can implement a thin optical system, and thus interest in many fields is increasing.

메타 구조(meta-structure)는 입사광의 파장보다 작은 수치가 형상, 주기 등에 적용된 나노 구조를 구비하며, 원하는 광학 성능을 구현하기 위해 원하는 파장 대역의 광에 대해 위치별로 설정된 위상 지연 프로파일이 만족되도록 나노 구조를 설계하게 된다. 이러한 위상 지연 프로파일에 불연속성이 나타나는 경우, 의도하지 않은 방향으로 광의 회절이 일어나게 되며 광 효율이 낮아진다. The meta-structure has a nanostructure in which a number smaller than the wavelength of the incident light is applied to a shape, a period, etc., and a nanostructure such that a phase delay profile set for each position is satisfied for a light of a desired wavelength band in order to realize a desired optical performance. design the structure. When a discontinuity appears in the phase delay profile, diffraction of light occurs in an unintended direction and the light efficiency is lowered.

광대역에 작용하며 높은 효율을 나타내는 메타 광학 소자가 제공된다. A meta-optical device that operates over a wide band and exhibits high efficiency is provided.

메타 광학 소자를 활용한 전자 장치가 제공된다.An electronic device using a meta-optical device is provided.

일 유형에 따르면, 소정 파장 대역의 입사광에 대해 소정의 타겟 위상 지연 프로파일을 나타내는 것으로, 복수의 제1 나노구조물과, 이들을 둘러싸는 제1 주변물질을 포함하는 제1층; 상기 제1층 상에 배치되고, 복수의 제2 나노구조물과, 이들을 둘러싸는 제2 주변물질을 포함하는 제2층;을 포함하며, 상기 제1층과 상기 제2층은 소정의 제1방향에 따른 유효 굴절률 변화율의 부호가 서로 반대인 영역을 포함하는 메타 광학 소자가 제공된다.According to one type, exhibiting a predetermined target phase retardation profile with respect to incident light of a predetermined wavelength band, the first layer comprising a plurality of first nanostructures and a first surrounding material surrounding them; a second layer disposed on the first layer, the second layer including a plurality of second nanostructures and a second surrounding material surrounding them; There is provided a meta-optical device including regions having opposite signs of effective refractive index change according to .

상기 제1층과 상기 제2층은 상기 제1방향에 따른 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비가 서로 다를 수 있다. The first layer and the second layer may have different ratios of dispersion change to effective refractive index change in the first direction.

상기 타겟 위상 지연 프로파일은 상기 소정 파장 대역의 파장에 대한 분산이 0일 수 있다. The target phase delay profile may have zero dispersion with respect to a wavelength of the predetermined wavelength band.

상기 제1층이 나타내는 위상 지연 프로파일과 상기 타겟 위상 지연 프로파일은 상기 제1방향에 따른 변화율의 부호가 같을 수 있다. The phase delay profile represented by the first layer and the target phase delay profile may have the same sign of a change rate in the first direction.

상기 제2층의 상기 제1방향에 따른 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비는 상기 제1층의 상기 제1방향에 따른 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비보다 클 수 있다. A ratio of a variance change rate to a change in the effective refractive index of the second layer in the first direction may be greater than a ratio of a variance change in the effective refractive index change in the first layer in the first direction.

상기 제2층에 포함되는 물질은 상기 제1층에 포함되는 물질보다 분산이 클 수 있다. The material included in the second layer may have greater dispersion than the material included in the first layer.

상기 제1층이 나타내는 위상 지연 프로파일과 상기 제2층이 나타내는 위상 지연 프로파일은 상기 제1방향에 대한 변화율의 부호가 서로 반대일 수 있다. The phase delay profile represented by the first layer and the phase delay profile represented by the second layer may have opposite signs of change rates in the first direction.

상기 타겟 위상 지연 프로파일은 상기 소정 파장 대역에서 상기 제1방향에 대해 연속적인 함수일 수 있다. The target phase delay profile may be a continuous function with respect to the first direction in the predetermined wavelength band.

상기 제1 나노구조물, 제2 나노구조물은 기둥 형상을 가질 수 있다. The first nanostructure and the second nanostructure may have a columnar shape.

상기 제1 나노구조물, 제2 나노구조물은 폭에 대한 높이의 비가 2보다 클 수 있다. A ratio of a height to a width of the first nanostructure and the second nanostructure may be greater than 2.

상기 제1 나노구조물, 제2 나노구조물의 높이는 상기 소정 파장 대역의 중심 파장보다 클 수 있다. The height of the first nanostructure and the second nanostructure may be greater than a central wavelength of the predetermined wavelength band.

상기 제1 나노구조물은 제1 주변물질보다 높은 굴절률을 가지며, 상기 제2 나노구조물은 제2 주변물질보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. The first nanostructure may have a refractive index higher than that of the first surrounding material, and the second nanostructure may have a higher refractive index than that of the second surrounding material.

상기 제1 나노구조물들과 상기 제2 나노구조물들은 메타 광학 소자의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 폭이 변하는 경향이 서로 반대일 수 있다. The widths of the first nanostructures and the second nanostructures may be opposite to each other in a direction away from the center of the meta-optical device.

상기 제1 나노구조물은 제1 주변물질보다 낮은 굴절률을 가지며, 상기 제2 나노구조물은 제2 주변물질보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. The first nanostructure may have a refractive index lower than that of the first surrounding material, and the second nanostructure may have a higher refractive index than that of the second surrounding material.

상기 제1 나노구조물들과 상기 제2 나노구조물들은 메타 광학 소자의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 상기 일 방향의 폭이 변하는 경향이 서로 같을 수 있다. The first nanostructures and the second nanostructures may have the same tendency to change in width in one direction away from the center of the meta-optical device.

상기 제1 나노구조물은 내부 기둥 및 상기 내부 기둥을 둘러싸는 쉘 기둥 포함하는 형상을 가질 수 있다. ,The first nanostructure may have a shape including an inner pillar and a shell pillar surrounding the inner pillar. ,

상기 내부 기둥의 굴절률은 상기 쉘 기둥의 굴절률보다 낮을 수 있다. A refractive index of the inner pillar may be lower than a refractive index of the shell pillar.

상기 쉘 기둥의 굴절률은 상기 제1 주변물질의 굴절률보다 높을 수 있다.A refractive index of the shell pillar may be higher than a refractive index of the first surrounding material.

상기 제2 나노구조물은 상기 제2 주변물질보다 굴절률이 높을 수 있다. The second nanostructure may have a higher refractive index than that of the second surrounding material.

상기 제1 나노구조물들과 상기 제2 나노구조물들은 메타 광학 소자의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 상기 일 방향의 폭이 변하는 경향이 서로 반대일 수 있다. The width of the first nanostructures and the second nanostructures may be opposite to each other in a direction away from the center of the meta-optical device.

상기 제2 나노구조물은 상기 제2 주변물질보다 굴절률이 낮을 수 있다. The second nanostructure may have a lower refractive index than that of the second surrounding material.

상기 제1 나노구조물들과 상기 제2 나노구조물들은 메타 광학 소자의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 상기 일 방향의 폭이 변하는 경향이 서로 같을 수 있다. The first nanostructures and the second nanostructures may have the same tendency to change in width in one direction away from the center of the meta-optical device.

상기 제1 나노구조물은 상기 제1 주변 물질로 둘러싸인 홀(hole) 형상을 가질 수 있다. The first nanostructure may have a hole shape surrounded by the first surrounding material.

상기 제2 나노구조물은 상기 제2 주변물질보다 굴절률이 높을 수 있다. The second nanostructure may have a higher refractive index than that of the second surrounding material.

상기 제1 나노구조물들의 홀과 상기 제2 나노구조물들은 상기 메타 광학 소자의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 상기 일 방향의 폭이 변하는 경향이 서로 같을 수 있다. The holes of the first nanostructures and the second nanostructures may have the same tendency to change in width in one direction along a direction away from the center of the meta-optical device.

상기 제2 나노구조물은 상기 제2 주변물질보다 굴절률이 낮을 수 있다. The second nanostructure may have a lower refractive index than that of the second surrounding material.

상기 제1 나노구조물들들의 홀과 상기 제2 나노구조물들은 상기 메타 광학 소자의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 상기 일 방향의 폭이 변하는 경향이 서로 반대일 수 있다. The tendency of the width of the hole of the first nanostructures and the second nanostructures to change in one direction away from the center of the meta-optical device may be opposite to each other.

상기 메타 광학 소자는 상기 제1층과 상기 제2층을 지지하는 기판을 더 포함할 수 있다. The meta-optical device may further include a substrate supporting the first layer and the second layer.

상기 메타 광학 소자는 상기 제1층과 상기 제2층 사이에 구비된 스페이서층을 더 포함할 수 있다. The meta-optical device may further include a spacer layer provided between the first layer and the second layer.

상기 타겟 위상 지연 프로파일은 상기 소정 파장 대역의 파장에 대한 분산이 0보다 작을 수 있다. In the target phase delay profile, dispersion with respect to a wavelength of the predetermined wavelength band may be less than zero.

상기 타겟 위상 지연 프로파일은 상기 소정 파장 대역의 파장에 대한 분산이 0보다 클 수 있다. In the target phase delay profile, dispersion with respect to a wavelength of the predetermined wavelength band may be greater than zero.

상기 메타 광학 소자는 렌즈일 수 있다. The meta optical element may be a lens.

상기 메타 광학 소자는 빔 편향기(beam deflector)일 수 있다. The meta optical element may be a beam deflector.

상기 메타 광학 소자는 빔 정형기(beam shaper)일 수 있다. The meta optical element may be a beam shaper.

상기 소정 파장 대역은 파장 400nm에서 700m의 범위일 수 있다. The predetermined wavelength band may be in a wavelength range of 400 nm to 700 m.

상기 메타 광학 소자의 상기 제1방향의 전체 길이에 대한 상기 영역의 제1방향의 길이의 비는 80% 이상일 수 있다. A ratio of a length in the first direction of the region to a total length in the first direction of the meta-optical device may be 80% or more.

상기 소정 파장 대역의 광에 대한 회절 효율이 0.8 이상일 수 있다. The diffraction efficiency for light of the predetermined wavelength band may be 0.8 or more.

일 유형에 따르면, 하나 이상의 굴절 렌즈와 전술한 어느 하나의 메타 광학 소자를 포함하는 촬상 렌즈 어셈블리; 및 상기 촬상 렌즈 어셈블리에 의해 형성된 광학 상(optical image)을 전기 신호로 변환하는 이미지 센서;를 포함하는, 전자 장치가 제공된다. According to one type, an imaging lens assembly including one or more refractive lenses and any one of the above-described meta-optical elements; and an image sensor that converts an optical image formed by the imaging lens assembly into an electrical signal.

일 유형에 따르면, 광원; 상기 광원에서의 광을 변조하여 대상체에 전달하는 전술한 어느 하나의 메타 광학 소자; 및 상기 대상체로부터의 광을 센싱하는 광검출부;를 포함하는 전자 장치가 제공된다. According to one type, a light source; any one of the above-described meta-optical elements that modulate light from the light source and transmit it to an object; and a photodetector configured to sense light from the object.

상술한 메타 광학 소자는 복수층 구조로 배열된 나노구조물들을 활용하고 각 층의 굴절률 변화, 분산 변화를 조절하여 불연속성이 거의 없는 위상 지연 프로파일을 구현할 수 있다.The above-described meta-optical device can implement a phase delay profile with almost no discontinuity by utilizing nanostructures arranged in a multi-layered structure and adjusting a change in refractive index and a change in dispersion of each layer.

상술한 메타 광학 소자는 넓은 파장 대역의 광에 대해 높은 회절 효율을 나타낼 수 있다. The above-described meta-optical device may exhibit high diffraction efficiency with respect to light of a wide wavelength band.

상술한 메타 광학 소자는 렌즈, 빔 디플렉터, 빔 쉐이퍼 등으로 활용될 수 있고, 이들을 활용하는 다양한 전자 장치에 채용될 수 있다.The above-described meta-optical device may be utilized as a lens, a beam deflector, a beam shaper, and the like, and may be employed in various electronic devices using them.

도 1은 실시예에 따른 메타 광학 소자의 개략적인 구성과 기능을 개략적으로 보이는 개념도이다.
도 2는 실시예에 따른 메타 광학 소자를 구성하는 복수 층의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다.
도 3은 실시예에 따른 메타 광학 소자에 구비되는 위상 지연 레이어의 파장별, 위치별 유효 굴절률 및 분산을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 4는 실시예에 따른 메타 광학 소자에 구비되는 분산 조절 레이어의 파장별, 위치별 유효 굴절률 및 분산을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 5는 실시예에 따른 메타 광학 소자에 의한 파장별 위상 지연 프로파일을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 6은 실시예에 따른 메타 광학 소자의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 실시예에 따른 메타 광학 소자에 채용될 수 있는 나노구조물의 예시적인 형상을 보인 사시도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 메타 광학 소자의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 메타 광학 소자의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 도 9의 메타 광학 소자의 제1층에 채용될 수 있는 제1 나노구조물의 예시적인 형상을 보인 평면도이다.
도 11은 도 9의 메타 광학 소자의 제1층을 이루는 제1 나노구조물의 세부 치수에 따른 위상 지연을 보이는 그래프이다.
도 12 및 도 13은 도 9의 메타 광학 소자의 회절 효율을 보이는 그래프이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 메타 광학 소자의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 메타 광학 소자의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 16은 도 15의 메타 광학 소자의 제1층을 이루는 제1 나노구조물의 세부 치수에 따른 위상 지연을 보이는 그래프이다.
도 17은 도 15의 메타 광학 소자의 회절 효율을 보이는 그래프이다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 메타 광학 소자의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 광학 메타 광학 소자에 의한 파장별 위상 지연 프로파일을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 20은 또 다른 실시예에 따른 광학 메타 광학 소자에 의한 파장별 위상 지연 프로파일을 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 21은 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 22는 도 21의 전자 장치에 구비되는 카메라 모듈의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 23은 도 21의 전자 장치에 구비되는 3D 센서의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
1 is a conceptual diagram schematically showing a schematic configuration and function of a meta-optical device according to an embodiment.
2 is a plan view showing a schematic configuration of a plurality of layers constituting a meta-optical device according to an embodiment.
3 is a graph exemplarily showing the effective refractive index and dispersion for each wavelength and position of a phase delay layer provided in the meta-optical device according to the embodiment.
4 is a graph exemplarily showing the effective refractive index and dispersion for each wavelength and position of a dispersion control layer provided in the meta-optical device according to the embodiment.
5 is a graph exemplarily showing a phase delay profile for each wavelength by a meta-optical device according to an embodiment.
6 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a meta-optical device according to an embodiment.
7A and 7B are perspective views illustrating an exemplary shape of a nanostructure that may be employed in a meta-optical device according to an embodiment.
8 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a meta-optical device according to another embodiment.
9 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a meta-optical device according to another embodiment.
10A and 10B are plan views illustrating exemplary shapes of a first nanostructure that may be employed in the first layer of the meta-optical device of FIG. 9 .
11 is a graph showing the phase delay according to the detailed dimensions of the first nanostructure constituting the first layer of the meta-optical device of FIG. 9 .
12 and 13 are graphs showing the diffraction efficiency of the meta-optical device of FIG. 9 .
14 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a meta-optical device according to another embodiment.
15 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a meta-optical device according to another embodiment.
16 is a graph showing the phase delay according to the detailed dimensions of the first nanostructure constituting the first layer of the meta-optical device of FIG. 15 .
17 is a graph showing the diffraction efficiency of the meta-optical device of FIG. 15 .
18 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a meta-optical device according to another embodiment.
19 is a graph exemplarily showing a phase delay profile for each wavelength by an optical meta-optical device according to another embodiment.
20 is a graph exemplarily showing a phase delay profile for each wavelength by an optical meta-optical device according to another embodiment.
21 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an electronic device according to an embodiment.
22 is a block diagram showing a schematic configuration of a camera module included in the electronic device of FIG. 21 .
23 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a 3D sensor provided in the electronic device of FIG. 21 .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The described embodiments are merely exemplary, and various modifications are possible from these embodiments. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.

이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.Hereinafter, what is described as "upper" or "upper" may include not only those directly above in contact, but also those above in non-contact.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 이러한 용어들은 구성 요소들의 물질 또는 구조가 다름을 한정하는 것이 아니다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but are used only for the purpose of distinguishing one element from other elements. These terms do not limit the difference in the material or structure of the components.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as “…unit” and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. .

“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. The use of the term “above” and similar referential terms may be used in both the singular and the plural.

방법을 구성하는 단계들은 설명된 순서대로 행하여야 한다는 명백한 언급이 없다면, 적당한 순서로 행해질 수 있다. 또한, 모든 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구항에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 용어로 인해 권리 범위가 한정되는 것은 아니다.The steps constituting the method may be performed in any suitable order, unless expressly stated that they must be performed in the order described. In addition, the use of all exemplary terms (eg, etc.) is merely for describing the technical idea in detail, and unless limited by the claims, the scope of rights is not limited by these terms.

도 1은 실시예에 따른 메타 광학 소자의 개략적인 구성과 기능을 개략적으로 보이는 개념도이다. 도 2는 실시예에 따른 메타 광학 소자를 구성하는 복수 층의 개략적인 구성을 보이는 평면도이다.1 is a conceptual diagram schematically showing a schematic configuration and function of a meta-optical device according to an embodiment. 2 is a plan view showing a schematic configuration of a plurality of layers constituting a meta-optical device according to an embodiment.

메타 광학 소자(100)는 서브 파장 형상 치수를 가지는 나노구조물을 활용한 회절 소자로서, 소정 파장 대역의 입사광에 대해 소정의 타겟 위상 지연 프로파일을 나타낼 수 있도록 세부 구조가 설정된다. 여기서, 서브 파장은 상기 소정 파장 대역의 중심 파장(λ0)보다 작은 수치를 의미한다.The meta-optical element 100 is a diffractive element using a nanostructure having a sub-wavelength shape dimension, and a detailed structure is set so as to exhibit a predetermined target phase delay profile with respect to incident light of a predetermined wavelength band. Here, the sub-wavelength means a value smaller than the central wavelength (λ 0 ) of the predetermined wavelength band.

입사광(L)은 메타 광학 소자(100)를 지난 후 위치 별로 위상이 변조된 변조광(Lm)으로 출사된다. 메타 광학 소자(100)에 광이 입사하여 메타 광학 소자(100)를 지날 때, 주변 물질과 다른 굴절률을 가지는 복수의 나노구조물(NS1)(NS2) 배열에 의한 굴절률 분포를 만나게 된다. 광의 진행 경로에서 위상이 같은 점들을 연결한 파면(wavefront)의 형태는 나노구조물(NS1)(NS2) 배열에 의한 굴절률 분포를 겪기 전과 후에 서로 다르며, 이는 위상 지연(phase delay)으로 표현된다. 위상 지연의 정도는 굴절률 분포의 변수가 되는 각 위치에 따라 다르다. 위상 지연의 정도는 Z 방향으로 입사한 입사광(L)이 메타 광학 소자(100)를 통과한 직후의 위치에서 광의 진행 방향(Z 방향)과 수직인 평면상의 x, y 좌표에 따라 다르다. 이와 같이, 메타 광학 소자(100)를 지난 후의 광의 위상은 입사시의 위상과 다른 위상을 나타낸다. 변조광(Lm)이 나타내는 타겟 위상 지연 프로파일(φt)은 입사광(L)의 위상에 대한 상대적인 위상을 나타낸다. 타겟 위상 지연 프로파일(φt)은 메타 광학 소자(100)를 지난 후 각 위치에 따른 위상 지연을 나타내며, 한편, 이러한 위상 지연은 입사광의 파장(λ)에도 의존한다. 타겟 위상 지연 프로파일(φt)은 따라서, 위치 및 파장의 함수(φt (r, λ))로 표현된다. The incident light L is emitted as modulated light L m whose phase is modulated for each position after passing through the meta optical element 100 . When light is incident on the meta-optical element 100 and passes through the meta-optical element 100 , a refractive index distribution is met by an arrangement of a plurality of nanostructures NS1 and NS2 having a refractive index different from that of the surrounding material. The shape of the wavefront connecting points with the same phase in the light propagation path is different before and after undergoing the refractive index distribution by the array of nanostructures (NS1) and (NS2), which is expressed as a phase delay. The degree of phase retardation depends on each position as a variable in the refractive index distribution. The degree of the phase delay varies depending on the x and y coordinates on a plane perpendicular to the traveling direction (Z direction) of the light at a position immediately after the incident light L incident in the Z direction passes through the meta optical element 100 . As such, the phase of light after passing through the meta-optical element 100 represents a phase different from that at the time of incidence. The target phase delay profile φ t represented by the modulated light L m represents a phase relative to the phase of the incident light L . The target phase delay profile (φ t ) represents a phase delay according to each position after passing through the meta optical element 100 , while this phase delay also depends on the wavelength (λ) of the incident light. The target phase retardation profile φ t is thus expressed as a function of position and wavelength φ t (r, λ).

타겟 위상 지연 프로파일(φt)에 따라 메타 광학 소자(100)의 광학 성능, 예를 들어, 렌즈, 미러, 빔 디플렉터(beam deflector) 또는, 빔 쉐이퍼(beam shaper) 등으로의 기능이 정해진다. The optical performance of the meta optical element 100, for example, a lens, a mirror, a beam deflector, or a function as a beam shaper is determined according to the target phase delay profile φ t .

메타 광학 소자(100)는 제1층(120)과 제2층(160)을 포함하며, 제1층(120)은 제1 나노구조물(NS1) 기반의 구조를 가지며 위상 지연 레이어의 역할을 하고, 제2층(160)은 제2 나노구조물(NS2) 기반의 구조을 가지며 분산 조절 레이어의 역할을 한다. The meta-optical device 100 includes a first layer 120 and a second layer 160, and the first layer 120 has a structure based on the first nanostructure NS1 and serves as a phase delay layer. , the second layer 160 has a structure based on the second nanostructure NS2 and serves as a dispersion control layer.

위상 지연 레이어의 역할을 하는 제1층(120)과 분산 조절 레이어의 역할을 하는 제2층(160)은 위치에 따른 유효 굴절률 변화율의 부호가 서로 반대일 수 있다. 예를 들어, 제1층(120)이 소정의 제1방향을 따라 유효 굴절률이 점차적으로 커지도록 제1 나노구조물(NS1)의 재질, 형상이 설정되는 경우, 제2층(NS2)은 상기 제1방향을 따라 유효 굴절률이 점차적으로 작아지도록 제2 나노구조물(NS2)의 재질, 형상이 설정될 수 있다. In the first layer 120 serving as a phase delay layer and the second layer 160 serving as a dispersion control layer, signs of effective refractive index change according to positions may be opposite to each other. For example, when the material and shape of the first nanostructure NS1 are set such that the effective refractive index of the first layer 120 is gradually increased along the first predetermined direction, the second layer NS2 is the second layer NS2. The material and shape of the second nanostructure NS2 may be set such that the effective refractive index gradually decreases along one direction.

이러한 복수 층 구조는 메타 광학 소자(100)가 원하는 타겟 위상 지연 프로파일(φt)을 구현하되 타겟 위상 지연 프로파일(φt)의 위치에 따른 위상 불연속성을 최소화하여 광 효율을 높이기 위한 것이다. These multiple layer structure, but the implementation of meta-optical element 100, the target phase delay profile (φ t) is desired to improve the light efficiency by minimizing the phase discontinuity in accordance with the location of the target phase delay profile (φ t).

일반적인 광학 재료는 가시광 파장 대역에서 분산이 음의 값을 가지며, 또한, 굴절률이 커질수록 분산의 크기도 커지는 경향을 나타내기 때문에, 한 종류의 물질을 패터닝 하는 구조로는 불연속성이 없는 위상 지연 프로파일을 구현하기 어렵다. 예를 들어, 제1층(120)에 의한 위상 지연 프로파일, 제2층(160)에 의한 위상 지연 프로파일은 불연속성을 가질 수 있다. 위상 불연속성은 도 2에 예시된 복수의 영역들(2π zone)(R1, .. Rk, ..RN)의 경계에서 주로 나타날 수 있다. 그러나, 실시예의 메타 광학 소자(100)은 굴절률 변화 조절, 분산 변화 조절의 관점에서 제1층(120), 제2층(160)의 기능을 세분화하고, 다양한 종류의 재질과 형상이 조합된 단위 구성 요소(UE)에 대해 위치별로 최적화된 구조를 도출하여, 제1층(120)과 제2층(160)이 합쳐진 구성에서는 불연속성이 거의 없는 위상 지연 프로파일을 나타낼 수 있다. In general optical materials, dispersion has a negative value in the visible wavelength band, and as the refractive index increases, the size of dispersion tends to increase. difficult to implement For example, the phase delay profile of the first layer 120 and the phase delay profile of the second layer 160 may have discontinuities. The phase discontinuity may mainly appear at the boundary of the plurality of regions 2π zone (R 1 , .. R k , ..R N ) illustrated in FIG. 2 . However, the meta-optical device 100 of the embodiment subdivides the functions of the first layer 120 and the second layer 160 in terms of refractive index change control and dispersion change control, and is a unit in which various types of materials and shapes are combined. By deriving a structure optimized for each position of the component UE, a phase delay profile with almost no discontinuity may be exhibited in a configuration in which the first layer 120 and the second layer 160 are combined.

실시예에 따른 메타 광학 소자(100)는 타겟 위상 지연 프로파일(φt)과 동일한 경향의 위상 지연 프로파일을 나타내는 층과, 이와 반대의 위상 지연 프로파일을 나타내는 층을 구비하고 있으며, 다시 말하면, 제1층(120)과 제2층(160)은 각기 서로 다른 위상 지연 프로파일을 나타낼 수 있다. 위상 지연 레이어의 역할을 하는 제1층(120)은 타겟 위상 지연 프로파일(φt)과 같은 경향의 위상 지연 프로파일을 나타내도록 제1 나노구조물(NS1)의 형상, 배열이 설정될 수 있다. 분산 조절 레이어의 역할을 하는 제2층(160)은 타겟 위상 지연 프로파일(φt)과 다른 경향의 위상 지연 프로파일을 나타내되, 파장에 따른 굴절률 분산을 조절하는 것을 주요 기능으로 하도록 제2 나노구조물(NS2)의 형상, 배열이 설정될 수 있다.The meta-optical device 100 according to the embodiment includes a layer showing a phase delay profile of the same tendency as the target phase delay profile (φ t ), and a layer showing a phase delay profile opposite to this, that is, the first The layer 120 and the second layer 160 may exhibit different phase retardation profiles, respectively. In the first layer 120 serving as a phase delay layer, the shape and arrangement of the first nanostructures NS1 may be set to exhibit a phase delay profile of the same tendency as the target phase delay profile φ t . The second layer 160 serving as a dispersion control layer exhibits a phase retardation profile of a different tendency from the target phase retardation profile (φ t ), but the second nanostructure so as to have a main function to control refractive index dispersion according to wavelength The shape and arrangement of (NS2) can be set.

여기서, 제1층(120)의 위상 지연 프로파일은 광이 제1층(120)의 나노구조물(NS1)들을 통과한 직후의 위치에서, 제1 나노구조물(NS1)들에 입사할 때의 위상에 대한 상대적인 위상 분포를 의미한다. 그리고, 제2층(160)의 위상 지연 프로파일은 광이 제2층(160)의 나노구조물(NS2)들을 통과한 직후의 위치에서, 제2 나노구조물(NS2)들에 입사할 때의 위상에 대한 상대적인 위상 분포를 의미한다. Here, the phase delay profile of the first layer 120 is a phase when light is incident on the first nanostructures NS1 at a position immediately after passing through the nanostructures NS1 of the first layer 120 . It means the relative phase distribution of In addition, the phase delay profile of the second layer 160 is a phase when light is incident on the second nanostructures NS2 at a position immediately after passing through the nanostructures NS2 of the second layer 160 . It means the relative phase distribution of

제1층(120)과 제2층(160)의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 도 1에서는 입사광(L)이 제1층(120)을 지난 후 제2층(160)에 입사하는 배치로 도시되었으나 이는 예시적인 것이며 이에 한정되지 않는다. 입사광(L)과의 관계에서 제1층(120)과 제2층(160)의 순서는 뒤바뀔 수 있다. 이는 이하의 모든 실시예에서 마찬가지이다. 또한, 제1층(120)이 위상 지연 레이어의 기능을 하고 제2층(160)이 분산 조절 레이어의 기능을 하는 것으로 편의상 설명하는 것이며, 후술할 다양한 실시예들은 이러한 두 층을 구비하는 예시적인 구조이며, 명칭에 따라 기능이 한정되는 것은 아니다. The positions of the first layer 120 and the second layer 160 may be interchanged. In FIG. 1 , the incident light L is illustrated as being incident on the second layer 160 after passing through the first layer 120 , but this is exemplary and is not limited thereto. In relation to the incident light L, the order of the first layer 120 and the second layer 160 may be reversed. This is the same for all examples below. In addition, it is described for convenience that the first layer 120 functions as a phase delay layer and the second layer 160 functions as a dispersion control layer. It is a structure, and the function is not limited according to the name.

각 층에 구비되는 제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)의 형상은 복수의 제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2) 각각의 위치의 함수로 정해질 수 있다. 예를 들어, 제1층(120)에 구비되는 제1 나노구조물(NS1)은 제1 나노구조물(NS1)이 놓이는 면(S1) 상의 좌표(x,y)의 함수로 정해질 수 있다. 이러한 좌표(x,y)는 면(S1)이 메타 광학 소자(100)의 중심축(C)과 만나는 점으로부터 거리 및 해당 위치의 반경 벡터와 x축 간의 각도(θ)의 함수로 정해질 수 있다. 제2층(160)에 구비되는 제2 나노구조물(NS2)은 제2 나노구조물(NS2)이 놓이는 면(S2) 상의 좌표(x,y)의 함수로 정해질 수 있다. 이러한 좌표(x,y)는 면(S2)이 메타 광학 소자(100)의 중심축(C)과 만나는 점으로부터의 거리 및 해당 위치의 반경 벡터와 x축 간의 각도(θ)의 함수로 정해질 수 있다. 제1층(120)에 구비되는 제1 나노구조물(NS1), 제2층(160)에 구비되는 제2 나노구조물(NS2)은 각각 그 중심으로부터의 거리에만 의존하는 극대칭(polar symmetric) 함수로 정해질 수도 있다. The shapes of the first nanostructures NS1 and the second nanostructures NS2 provided in each layer may be determined as a function of the positions of the plurality of first nanostructures NS1 and the second nanostructures NS2, respectively. . For example, the first nanostructure NS1 provided in the first layer 120 may be determined as a function of coordinates (x,y) on the surface S1 on which the first nanostructure NS1 is placed. These coordinates (x, y) can be determined as a function of the distance from the point where the plane S1 meets the central axis C of the meta-optical element 100 and the angle θ between the radius vector and the x-axis of the corresponding position. have. The second nanostructure NS2 provided in the second layer 160 may be determined as a function of coordinates (x,y) on the surface S2 on which the second nanostructure NS2 is placed. These coordinates (x, y) are to be determined as a function of the distance from the point where the plane S2 meets the central axis C of the meta-optical element 100 and the angle θ between the radius vector of the position and the x-axis. can The first nanostructure NS1 provided in the first layer 120 and the second nanostructure NS2 provided in the second layer 160 are polar symmetric functions that depend only on the distance from the center, respectively. may be determined as

실시예에서, 제1 나노구조물(NS1)들, 제2 나노구조물(NS2)들의 형상과 배열은 각각이 놓이는 면(S1, S2) 상에서 정의되는 중심으로부터 멀어지는 반경 방향을 따라 상술한 유효 굴절률 변화, 위상 지연 프로파일이 구현되도록 설정될 수 있다. In an embodiment, the shape and arrangement of the first nanostructures NS1 and the second nanostructures NS2 are the effective refractive index changes described above along the radial direction away from the center defined on the surfaces S1 and S2 on which they are placed, A phase delay profile may be set to be implemented.

제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)의 형상은 소정의 규칙에 따를 수 있고, 메타 광학 소자(100)를 이루는 제1층(120), 제2층(160)은 이러한 규칙에 따라 구획될 수 있다. 제1층(120), 제2층(160)의 영역은 도 2에 예시적으로 도시한 바와 같이, 중심부의 원형 및 이를 둘러싸는 복수의 환형 영역(R1, R2, ,,RN)으로 구획될 수 있다. 각 층에서 같은 영역내의 나노구조물(NS1)(NS2)은 같은 규칙으로 배열될 수 있다. The shapes of the first nanostructure NS1 and the second nanostructure NS2 may follow a predetermined rule, and the first layer 120 and the second layer 160 constituting the meta-optical device 100 may conform to these rules. can be divided according to The regions of the first layer 120 and the second layer 160 are, as exemplarily shown in FIG. 2 , a central circular region and a plurality of annular regions surrounding it (R 1 , R 2 , ,,R N ) can be partitioned into The nanostructures NS1 and NS2 in the same area in each layer may be arranged in the same order.

상기 영역들(R1, .. Rk, ..RN)은 소정 범위의 위상 지연을 나타내는 영역이며, 제2영역(R2) 내지 제N영역(RN)의 위상 변조 범위는 동일할 수 있다. 위상 변조 범위는 2π 라디안(radian)일 수 있다. 제1영역(R1)의 위상 변조 범위는 2π 라디안(radian)일 수 있고, 또는 이보다 작을 수 있으나, 제1영역(R1) 내지 제N영역(RN)은 통상 모두 2π zone으로 불릴 수 있다.The regions R 1 , .. R k , and ..R N are regions exhibiting a phase delay within a predetermined range, and the phase modulation ranges of the second region R 2 to the Nth region R N may be the same. can The phase modulation range may be 2π radians. The phase modulation range of the first region (R 1 ) may be 2π radians (radian), or may be smaller than this, but the first region (R 1 ) to the N- th region (R N ) are all generally referred to as 2π zones. have.

각 영역의 기능, 영역의 개수(N)나 폭(W1,.. Wk,.. WN)은 메타 광학 소자(100)의 성능의 주요 변수가 될 수 있다. The function of each region, the number (N) or width (W 1 ,.. W k ,.. W N ) of each region may be a major variable in the performance of the meta-optical device 100 .

메타 광학 소자(100)가 렌즈로 기능하기 위해, 각 영역의 폭은 일정하지 않게, 그리고, 각 영역에서 입사광을 회절시키는 방향은 조금씩 다르도록 영역 내의 규칙이 설정된다. 영역의 개수는 굴절력의 크기(절대값)와 관련되며, 각 영역 내에서의 규칙 여하에 따라 굴절력의 부호가 정해질 수 있다. 예를 들어, 각 영역에서 반경 방향을 따라 나노구조물(NS1)(NS2)의 크기가 감소하는 규칙의 배열에 의해 양의 굴절력(positive refractive power)이 구현될 수 있고, 반경 방향을 따라 나노구조물(NS1)(NS2)의 크기가 증가하는 규칙의 배열에 의해 음의 굴절력(negative refractive power)이 구현될 수 있다.In order for the meta-optical device 100 to function as a lens, the rules in the region are set so that the width of each region is not constant and the direction of diffracting the incident light in each region is slightly different. The number of regions is related to the magnitude (absolute value) of the refractive power, and the sign of the refractive power may be determined according to a rule within each region. For example, positive refractive power may be implemented by an arrangement of a rule in which the size of the nanostructures NS1 and NS2 decreases along the radial direction in each region, and the nanostructures NS1 and NS2 along the radial direction ( Negative refractive power may be implemented by the arrangement of the rule in which the size of NS1) (NS2) increases.

메타 광학 소자(100)가 빔 디플렉터(beam deflector)로 기능하기 위해, 각 영역(R1, R2, ,,RN)의 폭(W1,.. Wk,.. WN))이 일정하고 각 영역에서 입사광(L)을 소정의 일정한 방향으로 회절시키도록 영역 내의 규칙이 설정될 수 있다. Meta-optical element 100, the beam deflector in order to function as a (beam deflector), the width of the respective areas (R 1, R 2, R ,, N) (W 1, W .. k, .. W N)) is A rule within the region may be set so as to be constant and diffract the incident light L in a predetermined constant direction in each region.

메타 광학 소자(100)는 렌즈나 빔 디플렉터 외에도 임의의 위치별 분포를 갖는 빔 쉐이퍼(beam shaper)로 기능할 수 있다. 메타 광학 소자(100)를 통해 원하는 파장 대역내에서 상술한 기능들이 효율적으로 나타나기 위해서는 상기 기능과 관련되는 타겟 위상 지연 프로파일에서 위치에 따른 불연속성이 가능한 나타나지 않아야 한다. 타겟 위상 지연 프로파일이 위상 불연속성을 갖는 경우, 메타 광학 소자(100)를 지난 광의 일부가 원하는 회절 방향이 아닌 다른 방향으로 회절하게 되고, 이에 따라 회절 효율이 저하된다. 회절 효율은 메타 광학 소자(100)를 투과한 광 중 의도한 방향으로 회절된 광의 에너지 비율로 표현될 수 있다. 실시예의 메타 광학 소자(100)는 원하는 파장 대역에서 회절 효율이 0.8 이상이 되도록, 예를 들어, 400nm 내지 700nm의 광대역에서 회절 효율이 0.8 이상이 되도록 제1층(120), 제2층(160)의 제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)의 형상, 배열, 재질이 설정될 수 있다.The meta optical element 100 may function as a beam shaper having an arbitrary distribution for each position in addition to a lens or a beam deflector. In order for the above-described functions to appear efficiently within a desired wavelength band through the meta-optical device 100 , discontinuity according to position in the target phase delay profile related to the function should not appear as much as possible. When the target phase retardation profile has phase discontinuity, a portion of the light passing through the meta-optical element 100 is diffracted in a direction other than the desired diffraction direction, and thus the diffraction efficiency is lowered. The diffraction efficiency may be expressed as an energy ratio of light diffracted in an intended direction among the light transmitted through the meta-optical device 100 . The meta-optical device 100 of the embodiment has a first layer 120 and a second layer 160 such that the diffraction efficiency is 0.8 or more in a desired wavelength band, for example, the diffraction efficiency is 0.8 or more in a broadband of 400 nm to 700 nm. ), the shape, arrangement, and material of the first nanostructure NS1 and the second nanostructure NS2 may be set.

제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)은 주변 물질과 굴절률 차이를 가지는 물질로 이루어진다. 예를 들어, 주변 물질의 굴절률과의 차이가 0.5 이상인 높은 굴절률을 갖거나, 또는 주변 물질의 굴절률과의 차이가 0.5 이상인 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2) 중 하나는 그 주변 물질의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖고, 다른 하나는 그 주변 물질보다 낮은 굴절률을 가질 수도 있다.The first nanostructure NS1 and the second nanostructure NS2 are made of a material having a refractive index difference from that of a surrounding material. For example, it may have a high refractive index with a difference of 0.5 or more with respect to the refractive index of the surrounding material, or a low refractive index with a difference of 0.5 or more with respect to the refractive index of the surrounding material. One of the first nanostructures NS1 and the second nanostructures NS2 may have a refractive index higher than that of the surrounding material, and the other may have a lower refractive index than the surrounding material.

제1 나노구조물(NS1) 또는 제2 나노구조물(NS2)이 주변 물질보다 높은 굴절률의 물질로 이루어질 때, 제1 나노구조물(NS1) 또는 제2 나노구조물(NS2)은 c-Si, p-Si, a-Si III-V 화합물 반도체(GaAs, GaP, GaN, GaAs 등), SiC, TiO2, SiN 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 저굴절률의 주변 물질은 SU-8, PMMA 등의 폴리머 물질, SiO2, 또는 SOG를 포함할 수 있다. When the first nanostructure NS1 or the second nanostructure NS2 is made of a material having a higher refractive index than the surrounding material, the first nanostructure NS1 or the second nanostructure NS2 is c-Si, p-Si , a-Si III-V compound semiconductors (GaAs, GaP, GaN, GaAs, etc.), SiC, TiO 2 , SiN, or a combination thereof, and the surrounding material of low refractive index is SU-8, PMMA polymeric materials such as SiO 2 , or SOG.

제1 나노구조물(NS1) 또는 제2 나노구조물(NS2)이 주변 물질보다 낮은 굴절률의 물질로 이루어질 때, 제1 나노구조물(NS1), 또는 제2 나노구조물(NS2)은 SiO2, 또는 air 를 포함할 수 있고, 고굴절률의 주변 물질은 c-Si, p-Si, a-Si III-V 화합물 반도체(GaAs, GaP, GaN, GaAs 등), SiC, TiO2, SiN 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. When the first nanostructure (NS1) or the second nanostructure (NS2) is made of a material having a lower refractive index than the surrounding material, the first nanostructure (NS1), or the second nanostructure (NS2) is SiO 2 , or air The high refractive index surrounding material is at least one of c-Si, p-Si, a-Si III-V compound semiconductors (GaAs, GaP, GaN, GaAs, etc.), SiC, TiO 2 , SiN, or a combination thereof. may contain one.

도 3은 도 1의 메타 광학 소자에 구비되는 위상 지연 레이어의 파장별, 위치별 유효 굴절률 및 분산을 예시적으로 보이는 그래프이고, 도 4는 도 1의 메타 광학 소자에 구비되는 분산 조절 레이어의 파장별, 위치별 유효 굴절률 및 분산을 예시적으로 보이는 그래프이다.3 is a graph exemplarily showing effective refractive index and dispersion for each wavelength and position of the phase delay layer provided in the meta-optical device of FIG. 1 , and FIG. 4 is a wavelength of the dispersion control layer provided in the meta-optical device of FIG. 1 It is a graph showing the effective refractive index and dispersion for each star and position by way of example.

유효 굴절률은 메타 광학 소자(100)의 단위 구성 요소를 균일 매질로 볼 수 있다고 가정한 개념이다. 단위 구성 요소에 서로 다른 굴절률을 가지는 매질이 포함되는 경우 유효 굴절률의 개념은 서로 다른 매질의 분포를 함축할 수 있다. The effective refractive index is a concept assuming that the unit components of the meta optical element 100 can be viewed as a uniform medium. When media having different refractive indices are included in the unit component, the concept of effective refractive index may imply distribution of different media.

굴절률 분산은 파장에 따라 굴절률이 다르게 나타나는 정도(∂n/∂λ)를 의미하며, 굴절률이 서로 다른 매질이 포함되는 구조에서는 유효 굴절률의 분산을 의미한다. 이하에서 단순히 분산으로 지칭될 수 있다.The refractive index dispersion refers to the degree (∂n/∂λ) in which the refractive index appears differently depending on the wavelength, and in a structure including media having different refractive indices, it refers to the dispersion of the effective refractive index. It may be referred to simply as dispersion hereinafter.

도 3과 도 4를 함께 참조하면, 위상 지연 레이어와 분산 조절 레이어는 소정의 제1방향에 따른 유효 굴절률의 변화 경향이 반대이다. 그래프에서 유효 굴절률 변화 경향은 반경 방향(r)을 따라 나타나고 있다. 위상 지연 레이어는 타겟 위상 지연 프로파일과 동일한 경향의, 위치에 따른 유효 굴절률 변화를 나타낼 수 있다.3 and 4 together, in the phase delay layer and the dispersion control layer, the change tendency of the effective refractive index along the first predetermined direction is opposite. In the graph, the effective refractive index change trend is shown along the radial direction (r). The phase delay layer may exhibit an effective refractive index change with location that tends to be the same as the target phase delay profile.

이러한 유효 굴절률 변화 경향에 따라, 위상 지연 레이어가 나타내는 위상 지연 프로파일과 타겟 위상 지연 프로파일은 위치에 따른 변화율의 부호가 같고, 분산 조절 레이어가 나타내는 위상 지연 프로파일과 타겟 위상 지연 프로파일은 위치에 따른 변화율의 부호가 반대일 수 있다. 다시 말하면, 위상 지연 레이어가 나타내는 위상 지연 프로파일과 분산 조절 레이어가 나타내는 위상 지연 프로파일은 위치에 대한 변화율의 부호가 서로 반대일 수 있다. According to this effective refractive index change tendency, the phase delay profile and the target phase delay profile represented by the phase delay layer have the same sign of the change rate according to the position, and the phase delay profile and the target phase delay profile indicated by the dispersion adjustment layer are the rate of change according to the position. The sign may be reversed. In other words, the phase delay profile represented by the phase delay layer and the phase delay profile represented by the dispersion adjustment layer may have opposite signs of change rates with respect to positions.

위상 지연 레이어와 분산 조절 레이어는 위치에 따른 유효 굴절률 변화(∂n/∂r)에 대한 위치에 따른 분산 변화율(∂/∂r)(∂n/∂λ)의 비가 서로 다를 수 있다. The phase delay layer and the dispersion adjustment layer may have different ratios of the dispersion change rate (∂/∂r) (∂n/∂λ) according to the position to the effective refractive index change (∂n/∂r) according to the position.

위상 지연 레이어의 경우 도 3의 그래프에서 나타나듯이, 위치에 따른 유효굴절률의 변화 폭은 도 4에 나타난 바와 같이, 분산 조절 레이어의 위치에 따른 유효굴절률의 변화 폭보다 크다. 반대로, 분산, 즉, 파장에 따라 서로 다른 유효 굴절률을 나타내는 정도는, 위상 지연 레이어가 분산 조절 레이어보다 작다. 이에 따라, 위치에 따른 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비는 분산 조절 레이어의 경우 위상 지연 레이어의 경우보다 큰 값을 갖는다. 이를 위해, 분산 조절 레이어에 포함되는 물질은 위상 지연 레이어에 포함되는 물질보다 분산이 클 수 있다. 분산이 큰 물질로 예를 들어, Si나, TiO2 등이 사용될 수 있고, 분산이 작은 물질로는 예를 들어, SiO2나 Si3N4 등이 사용될 수 있다. 다만, 이는 예시적이며, 이에 한정되지 않는다. 위치에 따른 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비는 매질의 분산, 굴절률, 형상 분포 등과 밀접한 관계를 가진다. 예를 들어, 나노구조물을 구성하는 물질의 굴절률이 주변을 둘러싼 물질의 굴절률보다 작은 경우, 나노구조물의 물질의 굴절률이 주변을 둘러싼 물질의 굴절률보다 큰 경우에 비해 위치에 따른 분산 변화율이 더 작다. 따라서, 상기 예시와 다른 재질과 형상의 조합으로 위치에 따른 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비를 조절할 수 있다. In the case of the phase delay layer, as shown in the graph of FIG. 3 , the change width of the effective refractive index according to the position is larger than the change width of the effective refractive index according to the position of the dispersion control layer, as shown in FIG. 4 . Conversely, the dispersion, ie, the degree to which an effective refractive index differs according to wavelength, is smaller in the phase delay layer than in the dispersion control layer. Accordingly, the ratio of the dispersion change rate to the effective refractive index change according to the position has a larger value in the case of the dispersion control layer than in the case of the phase delay layer. To this end, the material included in the dispersion control layer may have greater dispersion than the material included in the phase delay layer. As a material having a large dispersion, for example, Si or TiO 2 may be used, and as a material having a small dispersion, for example, SiO 2 or Si 3 N 4 may be used. However, this is only exemplary and is not limited thereto. The ratio of the dispersion change rate to the effective refractive index change according to the position has a close relationship with the dispersion of the medium, the refractive index, the shape distribution, and the like. For example, when the refractive index of the material constituting the nanostructure is smaller than the refractive index of the surrounding material, the dispersion change rate according to the location is smaller than when the refractive index of the material of the nanostructure is larger than the refractive index of the surrounding material. Therefore, it is possible to adjust the ratio of the dispersion change rate to the effective refractive index change according to the location by combining different materials and shapes from the above example.

도 3, 도 4의 그래프의 구체적인 사항은 위치에 따른 유효 굴절률 변화 경향 및 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비가 두 층에서 서로 다르게 나타나는 일 예이며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 영역(R1, R2, ,,Rk)의 모든 위치에서 상술한 일정한 경향이 나타나는 것으로 도시되어 있으나, 이는 대부분의 영역에서 나타나는 전반적인 경향을 의미한다. 예를 들어, 일부 위치에서는 제1층, 제2층의 유효 굴절률 변화 경향이 동일할 수도 있다. 이러한 일부 위치는 나노구조물 공정상의 오차에 의해 정해진 위치에서 정해진 높이나 폭이 구현되지 않아 발생할 수 있다. 또는, 유효굴절률의 급격한 변화가 수반되는 경계 영역, 즉, 2π zone인 영역(R1, R2, ,,Rk)들이 인접하는 경계 영역에서 의도한 경향과 다른 유효 굴절률 변화 경향이 나타날 수도 있다. 실시예에서 두 층의 유효 굴절률 변화 경향이 반대인 영역은 적어도 전체 영역의 50% 이상, 또는 80% 이상이 될 수 있다. 여기서, 상기 비율은 유효 굴절률 변화를 나타내는 소정의 제1방향(예를 들어, 반경 방향)의 길이를 기준으로 한 것이다. 즉, 유효 굴절률 변화를 나타내는 제1방향의 전체 길이에 대해, 두 층의 유효 굴절률 변화 경향이 반대로 나타나는 제1방향의 길이의 비를 의미한다. The specific details of the graphs of FIGS. 3 and 4 are an example in which the effective refractive index change tendency according to the position and the dispersion change rate to the effective refractive index change are different in the two layers, but the present invention is not limited thereto. In addition, although it is shown that the above-mentioned constant tendency appears in all positions of each region (R 1 , R 2 , ,,R k ), this means an overall tendency appearing in most regions. For example, the effective refractive index change tendency of the first layer and the second layer may be the same at some positions. Some of these positions may occur because a predetermined height or width is not implemented at a predetermined position due to an error in the nanostructure process. Alternatively, a boundary region accompanied by a sharp change in the effective refractive index, that is, an effective refractive index change tendency different from the intended tendency in the boundary region adjacent to the regions (R 1 , R 2 , ,,R k ) of the 2π zone may appear. . In an embodiment, the region in which the effective refractive index change tendency of the two layers is opposite may be at least 50% or more, or 80% or more of the entire region. Here, the ratio is based on a length in a predetermined first direction (eg, a radial direction) indicating an effective refractive index change. That is, it means a ratio of the length in the first direction in which the effective refractive index change tendency of the two layers is opposite to the total length in the first direction in which the effective refractive index change is indicated.

도 5는 도 1의 메타 광학 소자에 의한 파장별 위상 지연 프로파일을 예시적으로 보이는 그래프이다.5 is a graph exemplarily showing a phase delay profile for each wavelength by the meta-optical device of FIG. 1 .

도 3 및 도 4의 그래프와 같은 성질을 나타내는 두 층이 조합된 메타 광학 소자(100)는 위치에 따른 불연속성이 없는 위상 지연 프로파일을 나타낼 수 있다. The meta-optical device 100 in which two layers exhibiting the same properties as in the graphs of FIGS. 3 and 4 are combined may exhibit a phase delay profile without discontinuities according to positions.

한편, 도 5의 그래프에서 세 가지 파장에 대한 위상 지연 프로파일은 상수 값만큼 쉬프트 되었을 뿐 동일한 형태이며, 이는 분산이 0인 경우에 해당한다. 다만, 이는 예시적이며 위상 지연 레이어와 분산 조절 레이어에서의 세부적인 분산 분포에 따라, 0보다 크거나, 0보다 작은 분산을 가지는 위상 지연 프로파일이 구현될 수도 있다. Meanwhile, in the graph of FIG. 5 , the phase delay profiles for the three wavelengths are shifted by a constant value and have the same shape, which corresponds to a case where the dispersion is zero. However, this is only an example, and a phase delay profile having a variance greater than zero or smaller than zero may be implemented according to a detailed distribution distribution in the phase delay layer and the variance adjustment layer.

이하, 파장에 상관 없이 위치에 따라 위상 불연속성이 적은 위상 지연 프로파일을 구현하기 위해 상술한 구조가 도출된 이론을 살펴보기로 한다. Hereinafter, a theory from which the above-described structure is derived in order to implement a phase delay profile having less phase discontinuity according to a position regardless of a wavelength will be examined.

소정 파장 대역의 광에 대해 불연속성이 적은 위상 지연 프로파일을 구현하기 위해서는, 위상 지연의 크기와 분산의 양이 다른 단위 구성 요소들을 메타 광학 소자(100)에 사용할 수 있다. In order to implement a phase delay profile with less discontinuity for light of a predetermined wavelength band, unit components having different phase delay magnitudes and different amounts of dispersion may be used in the meta-optical device 100 .

메타 광학 소자(100)의 단위 구성 요소를 통과한 빛의 위상 지연을 아래와 같이 선형 근사하여 표현할 수 있다.The phase delay of light passing through the unit components of the meta-optical device 100 can be expressed by linear approximation as follows.

Figure pat00001
식 (1)
Figure pat00001
Formula (1)

여기서 ω는 2π/λ, ω0는 2π/λ0, λ는 파장, λ0는 상기 소정 파장 대역의 중심 중심파장이고, A는 위상 지연 분산(∂φ/∂λ)의 크기, B는 중심 파장에서 위상 지연의 크기(φ|λ=λ0),

Figure pat00002
는 기준 위상 프로파일이다. where ω is 2π/λ, ω 0 is 2π/λ 0 , λ is the wavelength, λ 0 is the center wavelength of the center of the predetermined wavelength band, A is the magnitude of the phase delay dispersion (∂φ/∂λ), and B is the center magnitude of the phase delay in wavelength (φ|λ=λ 0 ),
Figure pat00002
is the reference phase profile.

메타 광학 소자(100)의 위치에 따라 위상 지연 프로파일이 연속되게 만들기 위해서는 아래와 같은 범위의 A, B 값을 가지는 단위 구성 요소의 집합이 필요하다. 단위 구성 요소는 서브 파장, 즉, 상기 중심 파장 보다 작은 형상 치수를 가지는 광학 구조를 의미한다. In order to make the phase delay profile continuous according to the position of the meta optical element 100, a set of unit components having A and B values in the following ranges is required. The unit component refers to an optical structure having a shape dimension smaller than the sub-wavelength, ie, the central wavelength.

Figure pat00003
식 (2)
Figure pat00003
Equation (2)

Figure pat00004
식 (3)
Figure pat00004
Equation (3)

A의 요구 범위는 메타 광학 소자(10)의 색수차에 따라 달라지며, 메타 광학 소자(100)가 렌즈인 경우, 렌즈 직경과 개구수(Numerical Aperture)가 커질수록 넓어진다. 동작 파장 범위에서 위치에 따른 위상 지연 프로파일이 동일한 경우는 A=0에 해당한다. B의 요구 범위인 B1-B0는 2π 보다 커야 한다. The required range of A varies depending on the chromatic aberration of the meta-optical element 10 , and when the meta-optical element 100 is a lens, the larger the lens diameter and the numerical aperture (Numerical Aperture), the wider it is. When the phase delay profiles according to positions in the operating wavelength range are the same, A=0. The required range of B, B1-B0, must be greater than 2π.

메타 광학 소자(100)의 단위 구성 요소를 유효 굴절률로 표현할 수 있는 균일 매질이라고 가정하면 단위 구성 요소를 통과한 빛의 위상 지연은 아래와 같이 표현할 수 있다.Assuming that the unit component of the meta-optical device 100 is a uniform medium capable of expressing an effective refractive index, the phase delay of light passing through the unit component can be expressed as follows.

Figure pat00005
식(4)
Figure pat00005
Equation (4)

여기서 n은 유효 굴절률, h는 단위 구성 요소의 높이이다. where n is the effective refractive index and h is the height of the unit component.

식(4)를 식(1)에 대입하고, 수식을 간단하게 하기 위해 기준 위상 프로파일을 주파수에 따라 선형적으로 증가하도록 다음과 같이 정하면, Substituting Equation (4) into Equation (1), and setting the reference phase profile as follows to increase linearly with frequency to simplify the expression,

Figure pat00006
Figure pat00006

다음과 같이 불연속성이 적은 위상 지연 프로파일 구현을 위해 필요한 단위 구성 요소들의 유효 굴절률을 표현할 수 있다. Effective refractive indices of unit components necessary for realizing a phase delay profile with less discontinuity can be expressed as follows.

Figure pat00007
식(5)
Figure pat00007
Equation (5)

또는or

Figure pat00008
식(6)
Figure pat00008
Equation (6)

식(5)와 식(6)을 통해 알 수 있듯이, 불연속성이 적은 위상 지연 프로파일의 구현을 위해서는 다양한 크기와 분산을 가지는 유효 굴절률들을 단위 구성 요소를 통해 구현해야 하는 것을 알 수 있다. As can be seen from Equations (5) and (6), it can be seen that effective refractive indices having various sizes and dispersions must be implemented through unit components in order to implement a phase delay profile with less discontinuity.

예를 들어, 가장 단순한 경우인 A=0인 조건에서는 중심 파장에서의 위상 지연이 커짐에 따라 유효 굴절률 분산의 변화가 양의 값을 가지는 단위 구성 요소들이 필요하고, 이 조건을 중심 파장에서 식으로 나타내면 다음과 같다. For example, under the condition of A = 0, which is the simplest case, unit components in which the change in effective refractive index dispersion has a positive value as the phase delay at the center wavelength increases is required, and this condition is expressed as an equation at the center wavelength. It is shown as follows.

Figure pat00009
식(7a)
Figure pat00009
Equation (7a)

Figure pat00010
식(7b)
Figure pat00010
Equation (7b)

여기서 n은 중심 파장(λ0)에서의 유효 굴절률이다. . where n is the effective refractive index at the central wavelength (λ 0 ). .

즉, 중심 파장에서의 유효 굴절률이 커짐에 따라 유효 굴절률의 분산의 크기 변화는 양의 값을 가져야 한다. That is, as the effective refractive index at the center wavelength increases, the change in the size of the dispersion of the effective refractive index should have a positive value.

그러나, 대부분의 자연계에 존재하는 광학 재료들은 분산이 광학 주파수(optical frequency)에서 음의 값을 가지며, 굴절률이 커질수록 분산의 크기가 커지는 경향을 가지고 있기 때문에, 한 종류의 물질을 패터닝하는 기존의 방법만으로는 식 7(a), 7(b)를 만족하기 어렵다. However, in most of the optical materials existing in nature, dispersion has a negative value at an optical frequency, and the size of dispersion tends to increase as the refractive index increases. It is difficult to satisfy Equations 7(a) and 7(b) only by the method.

즉, 일반적으로 비공진 단위 요소의 유효 굴절률은 일반적으로 아래와 같은 특성을 가지고 있기 때문에 수식 7a, 7b를 만족하기 어렵다. .That is, since the effective refractive index of the non-resonant unit element generally has the following characteristics, it is difficult to satisfy Equations 7a and 7b. .

Figure pat00011
식(8)
Figure pat00011
Equation (8)

예를 들어, 일반적으로 사용하는 방법인, 나노 기둥의 너비로 중심 파장에서의 위상 지연을 변화시키는 경우, 나노 기둥의 너비를 키우면 유효 굴절률이 커지지만 도파 모드의 전기장 집속으로 인해 음수인 굴절률 분산의 크기도 커지게 되며, 즉, 식 7a, 7b와 정반대의 분산 변화를 얻게 된다. For example, in the case of changing the phase retardation at the central wavelength with the width of the nanopillar, which is a commonly used method, increasing the width of the nanopillar increases the effective refractive index, but due to the electric field focusing of the waveguide mode, the refractive index dispersion is negative. The size also increases, that is, a variance change opposite to Equations 7a and 7b is obtained.

상술한 설명에서는 A=0조건의 가장 단순한 조건의 경우를 예시한 것이고, A가 0이 아닌 경우에는 더 다양한 굴절률 분산과 굴절률 크기의 조합을 가지는 단위 구성 요소들이 필요하기 때문에 기존 기술로는 넓은 파장 범위에서 고효율의 메타 광학 소자를 구현하는 것이 어렵다. In the above description, the case of the simplest condition of A=0 condition is exemplified, and when A is not 0, unit components having more various combinations of refractive index dispersion and refractive index size are required, so the existing technology has a wide wavelength It is difficult to implement a high-efficiency meta-optical device in the range.

실시예에 따른 메타 광학 소자(100)는 유효 굴절률의 위치 및 파장에 따른 특성이 서로 다른 복수의 층으로 구별되는 단위 구성 요소를 이용하여 분산을 정교하게 조절할 수 있는 구조를 갖도록 제안된다. The meta-optical device 100 according to the embodiment is proposed to have a structure in which dispersion can be precisely controlled by using a unit component that is divided into a plurality of layers having different properties according to the position and wavelength of the effective refractive index.

식 (6)과 유사하게, 복수의 층으로 구별되는 단위 구성 요소의 유효 굴절률과 연속적인 위상 프로파일을 위한 조건과의 관계식은 다음과 같이 표현될 수 있다. Similar to Equation (6), the relational expression between the effective refractive index of the unit component divided into a plurality of layers and the condition for a continuous phase profile can be expressed as follows.

Figure pat00012
식(9)
Figure pat00012
Equation (9)

여기서 ni는 i번째 층의 유효 굴절률, hi는 i번째 층의 단위 구성 요소의 높이이다.where n i is the effective refractive index of the ith layer, and h i is the height of the unit component of the ith layer.

식 (7a), (7b)와 유사하게, 가장 단순한 조건인 A=0인 경우에 불연속성이 없는 위상 지연 프로파일을 가질 수 있는 조건을 중심 파장에서 표현하면 아래와 같다. Similar to Equations (7a) and (7b), the condition for having a phase delay profile without discontinuity when A=0, which is the simplest condition, is expressed at the center wavelength as follows.

Figure pat00013
식(10a)
Figure pat00013
Equation (10a)

Figure pat00014
식(10b)
Figure pat00014
Equation (10b)

메타 광학 소자(100)를 구성하는 각 층의 유효 굴절률이 식(8)을 만족한다고 가정하면, 식 (10a), (10b)를 만족하기 위해서는 적어도 한 층은 아래와 같이 중심 파장에서 위상 지연의 크기(B)의 변화에 따른 유효 굴절률 변화가 음수 이어야 한다. Assuming that the effective refractive index of each layer constituting the meta optical element 100 satisfies Equation (8), in order to satisfy Equations (10a) and (10b), at least one layer has the magnitude of the phase delay at the center wavelength as shown below. The effective refractive index change according to the change in (B) should be negative.

Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
식(11)
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Equation (11)

여기서 nj는 j층의 중심 파장에서의 유효 굴절률이다. 일반적으로 굴절률이 높으면 분산이 커지는 자연계의 물질의 특성을 고려해 볼 때 j층의 유효 굴절률 분산의 B에 대한 변화는 양의 값을 가지게 된다. where n j is the effective refractive index at the center wavelength of the j layer. In general, when the refractive index is high, the change to B of the effective refractive index dispersion of the j-layer has a positive value when considering the properties of the material in the natural world, where dispersion is increased.

j 층의 분산의 B에 대한 변화가 음수 값이 아닌 양의 값을 가지기 때문에, 특정 조건에 따라 수식 10a와 수식 10b를 만족시키는 것이 가능해진다. Since the change with respect to B of the variance of the j layer has a positive value rather than a negative value, it becomes possible to satisfy Equations 10a and 10b according to certain conditions.

예를 들어, 메타 광학 소자(100)가 두 개의 층을 포함할 때, 각 층의 높이 h1, h2는 다음과 같다. For example, when the meta-optical device 100 includes two layers, the heights h1 and h2 of each layer are as follows.

Figure pat00020
식 12(a)
Figure pat00020
Equation 12(a)

Figure pat00021
식 12(b)
Figure pat00021
Equation 12(b)

여기서 높이 h1, h2가 양의 값을 가지기 위해서는 아래와 같은 조건을 만족해야 한다. Here, in order for the heights h1 and h2 to have positive values, the following conditions must be satisfied.

Figure pat00022
식 (13a)
Figure pat00022
Equation (13a)

Figure pat00023
식 (13b)
Figure pat00023
Equation (13b)

Figure pat00024
Figure pat00025
식 (13c)
Figure pat00024
Figure pat00025
formula (13c)

각 층이 식(8)을 만족한다고 가정하면, 수식 13b와 수식 13c는 아래와 같이 쓸 수 있다. Assuming that each layer satisfies Equation (8), Equations 13b and 13c can be written as follows.

Figure pat00026
식 (14)
Figure pat00026
Equation (14)

즉, 요구되는 중심 파장에서의 위상 지연의 크기(B) 변화에 따른 따른 i 번째 층의 굴절률 변화율(∂ni/∂B) 이 양수, B의 변화에 따른j 번째 층의 굴절률 변화율(∂nj/∂B) 은 음수이며, (수식 14), j 번째 층의 B에 대한 굴절률 변화율(∂nj/∂B) 대비 분산 변화율((∂/∂B(∂nj/∂λ))의 크기가 i 번째 층의 경우에 비해 크다면(수식 13a), 수식 7을 만족하여 작동 파장 영역에서 불연속성이 적은 위상 지연 프로파일 구현이 가능해진다. That is, the refractive index change rate (∂n i /∂B) of the i-th layer according to the change in the magnitude (B) of the phase delay at the required center wavelength is positive, and the refractive index change rate (∂n) of the j-th layer according to the change in B j /∂B) is negative, (Equation 14), the rate of change of dispersion ((∂/∂B(∂n j /∂λ)) compared to the rate of change of refractive index for B of the j-th layer (∂n j /∂B) If the size is larger than that of the i-th layer (Equation 13a), Equation 7 is satisfied to realize a phase delay profile with less discontinuity in the operating wavelength region.

각 층을 구성하는 단위 구성 요소에 다른 굴절률 및 분산을 가지는 물질을 활용하고 각 층마다 다른 설계 파라미터 공간을 사용하는 방법 등으로 상기 조건을 만족할 수 있다. The above conditions may be satisfied by using a material having a different refractive index and dispersion for the unit components constituting each layer and using a different design parameter space for each layer.

상기 설명에서, n, φ, A, B 등은 단위 구성 요소를 기준으로, 위치를 고정하여 파장의 함수로 기술하였으나, 이들은 모두 위치의 함수로 표현되는 개념이다. 따라서, 메타 광학 소자(100)의 각 층 내에서, 위치에 따른 유효 굴절률 변화(∂n/∂r), 위치에 따른 분산 변화(∂/∂r(∂n/∂λ)를 조절하여 상기 조건을 만족할 수 있다. In the above description, n, φ, A, B, etc. are described as a function of a wavelength by fixing a position based on a unit component, but these are all concepts expressed as a function of a position. Therefore, in each layer of the meta-optical device 100, the effective refractive index change according to the position (∂n/∂r) and the dispersion change according to the position (∂/∂r(∂n/∂λ) are adjusted to adjust the above conditions can be satisfied

도 6은 실시예에 따른 메타 광학 소자의 개략적인 구조를 보이는 단면도이고, 도 7a 및 도 7b는 도 6의 메타 광학 소자에 채용될 수 있는 나노구조물의 예시적인 형상을 보인 사시도이다.6 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a meta-optical device according to an embodiment, and FIGS. 7A and 7B are perspective views illustrating an exemplary shape of a nanostructure that can be employed in the meta-optical device of FIG. 6 .

메타 광학 소자(101)는 제1층(121)과 제2층(161)을 포함하며, 또한, 제1층(121)과 제2층(161)을 지지하기 위한 기판(SU)을 더 포함할 수 있다. The meta-optical device 101 includes a first layer 121 and a second layer 161 , and further includes a substrate SU for supporting the first layer 121 and the second layer 161 . can do.

제1층(121)은 복수의 제1 나노구조물(NS1) 및 이를 둘러싸는 제1 주변물질(EN11)을 포함한다. 제1 나노구조물(NS1)은 위치에 따라 정해지는 폭(d1), 높이(h1)를 가질 수 있다. 도시된 바와 같이 제1 나노구조물(NS1)의 높이(h1)는 모두 같을 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. The first layer 121 includes a plurality of first nanostructures NS1 and a first peripheral material EN11 surrounding the plurality of first nanostructures NS1 . The first nanostructure NS1 may have a width d1 and a height h1 determined according to a location. As illustrated, the height h1 of the first nanostructure NS1 may be the same, but is not limited thereto.

제2층(161)은 복수의 제2 나노구조물(NS2) 및 이를 둘러싸는 제2 주변물질(EN21)을 포함한다. 제2 나노구조물(NS2)은 위치에 따라 정해지는 폭(d2), 높이(h2)를 가질 수 있다. 도시된 바와 같이 제2 나노구조물(NS2)의 높이(h2)는 모두 같을 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. The second layer 161 includes a plurality of second nanostructures NS2 and a second peripheral material EN21 surrounding the plurality of second nanostructures NS2 . The second nanostructure NS2 may have a width d2 and a height h2 determined according to a location. As illustrated, the height h2 of the second nanostructure NS2 may be the same, but is not limited thereto.

기판(SU)은 메타 광학 소자(101)의 동작 파장 대역의 광에 대해 투명한 성질을 가지며, 글래스(fused silica, BK7, 등), Quartz, polymer(PMMA, SU-8 등) 및 기타 투명 플라스틱 중의 재질 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.The substrate SU has a transparent property to light in the operating wavelength band of the meta optical element 101, and is made of glass (fused silica, BK7, etc.), quartz, polymer (PMMA, SU-8, etc.) and other transparent plastics. It may be made of any one of the materials.

제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)은 구조 내부에서의 광공진을 피하기 위해 1보다 큰 종횡비를 가질 수 있다. 즉, h1/d1, h2/d2는 1보다 클 수 있고, 예를 들어, 2보다 클 수 있다.The first nanostructure NS1 and the second nanostructure NS2 may have an aspect ratio greater than 1 to avoid optical resonance inside the structure. That is, h1/d1 and h2/d2 may be greater than 1, for example, greater than 2.

서로 마주하는 위치의 제1 나노구조물(NS1)과 제2 나노구조물(NS2)은 반복되는 단위 구성 요소(UE)를 이를 수 있다. 단위 구성 요소(UE)에 포함되는 세부 형상, 즉, 제1 나노구조물(NS1)의 폭(d1), 높이(h1), 제2 나노구조물(NS2)의 폭(d2), 높이(h2), 단위 구성 요소(UE)의 배열 주기(p)는 각 위치에서 요구되는 위상 지연 값에 알맞게 설정된다. The first nanostructure NS1 and the second nanostructure NS2 at positions facing each other may reach the repeating unit element UE. The detailed shape included in the unit element UE, that is, the width d1, the height h1 of the first nanostructure NS1, the width d2 of the second nanostructure NS2, the height h2, The arrangement period p of the unit element UE is set appropriately for the phase delay value required at each position.

d1, d2, p는 서브 파장의 치수일 수 있다. 즉, d1, d2, p는 메타 광학 소자(101)의 동작 파장 대역의 중심 파장(λ0)보다 작을 수 있다. h1, h2는 λ0보다 클 수 있다. h1, h2는 λ0보다 크고 10λ0보다 작을 수 있다. d1, d2, and p may be dimensions of sub-wavelengths. That is, d1, d2, and p may be smaller than the central wavelength (λ 0 ) of the operating wavelength band of the meta optical element 101 . h1 and h2 may be greater than λ 0 . h1 and h2 may be greater than λ 0 and less than 10λ 0 .

제1층(121)과 제2층(161) 사이에는 스페이서층(140)이 게재될 수 있다. 스페이서층(140)은 제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 스페이서층(140)은 제1 주변물질(EN11)과 동일한 물질일 수 있고, 또는 제2 주변 물질(EN21)과 동일한 물질일 수 있다. 스페이서층(140)의 두께 s는 400nm 이하일 수 있다. 스페이서층(140)은 생략될 수도 있다. 다시 말하면, 스페이서층(140)의 두께 s는 0일 수도 있다. A spacer layer 140 may be interposed between the first layer 121 and the second layer 161 . The spacer layer 140 may have a lower refractive index than that of the first nanostructure NS1 and the second nanostructure NS2 . The spacer layer 140 may be made of the same material as the first peripheral material EN11 , or may be made of the same material as the second peripheral material EN21 . The thickness s of the spacer layer 140 may be 400 nm or less. The spacer layer 140 may be omitted. In other words, the thickness s of the spacer layer 140 may be zero.

제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)은 기둥 형상의 구조물일 수 있다. 예를 들어, 도 7a에 도시한 바와 같은 정사각기둥 형상, 또는 도 7b에 도시한 바와 같은 원기둥 형상을 가질 수 있다. 표시된 폭, D는 d1 또는 d2에, 높이 H는 h1 또는 h2에 대응한다. 이외에도, 단면 형상이 직사각형, 십자형, 다각형, 또는 타원 형상인 다양한 기둥 형상이 제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)에 적용될 수 있다. The first nanostructure NS1 and the second nanostructure NS2 may be a columnar structure. For example, it may have a square prism shape as shown in FIG. 7A or a cylindrical shape as shown in FIG. 7B . The indicated width, D, corresponds to d1 or d2, and the height H corresponds to h1 or h2. In addition, various columnar shapes having a cross-sectional shape of a rectangle, a cross, a polygon, or an ellipse may be applied to the first nanostructure NS1 and the second nanostructure NS2 .

본 실시예에서 제1 나노구조물(NS1)은 제1 주변물질(EN11)보다 높은 굴절률을 가지며, 제2 나노구조물(NS2)은 제2 주변물질(EN21)보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 이러한 굴절률 배치에 따라, 제1 나노구조물(NS1)들과 제2 나노구조물(NS2)들은 메타 광학 소자(101)의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 폭(d1)(d2)이 변하는 경향이 서로 반대로 설정될 수 있다. 이에 따라, 제1층(121)과 제2층(161)은 위치에 따른 유효 굴절률 변화율의 부호가 서로 반대가 된다. 또한, 제1층(121)과 제2층(161)은 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비가 서로 다르도록, 단위 구성 요소(UE)에 포함되는 재질, 형상 치수등이 위치에 따라 설정될 수 있다.In the present embodiment, the first nanostructure NS1 may have a higher refractive index than the first surrounding material EN11 , and the second nanostructure NS2 may have a higher refractive index than the second surrounding material EN21 . According to the arrangement of the refractive index, the first nanostructures NS1 and the second nanostructures NS2 have a tendency to change the widths d1 and d2 in one direction away from the center of the meta-optical device 101 . can be set. Accordingly, in the first layer 121 and the second layer 161 , the sign of the effective refractive index change according to the position is opposite to each other. In addition, the first layer 121 and the second layer 161 may have different ratios of dispersion change to effective refractive index change, so that the material, shape, dimension, etc. included in the unit element UE may be set according to the location. have.

제1층(121)과 제2층(1610) 중 어느 한 층은 메타 광학 소자(101)가 구현하고자 하는 타겟 위상 프로파일과 같은 경향의 위상 프로파일을 나타내는, 즉, 타겟 위상 프로파일과 같은 경향의, 위치에 따른 유효 굴절률 변화율을 가지는 위상 지연 레이어일 수 있고, 나머지 한 층은 타겟 위상 프로파일과 반대 경향의 유효 굴절률 변화율을 나타내는 분산 조절 레이어일 수 있다.Any one of the first layer 121 and the second layer 1610 shows a phase profile of the same tendency as the target phase profile to be implemented by the meta-optical device 101, that is, of the same tendency as the target phase profile, It may be a phase retardation layer having an effective refractive index change according to a position, and the other layer may be a dispersion adjustment layer showing an effective refractive index change in a tendency opposite to the target phase profile.

분산 조절 레이어인 층은 다른 층보다 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비가 더 크도록 재질 및 폭의 변화 경향이 설정될 수 있다.For the layer that is the dispersion control layer, the change tendency of the material and width may be set so that the ratio of the dispersion change rate to the effective refractive index change is larger than that of the other layers.

본 실시예는 제1 나노구조물(NS1)이 제1 주변물질(EN11)보다 굴절률이 작고, 제2 나노구조물(NS2)이 제2 주변물질(EN21)보다 굴절률이 작은 경우로 변형될 수도 있다.This embodiment may be modified to a case in which the refractive index of the first nanostructure NS1 is smaller than that of the first surrounding material EN11 and the second nanostructure NS2 has a smaller refractive index than that of the second surrounding material EN21 .

이하, 다양한 실시예들에 따른 메타 광학 소자를 살펴볼 것이다. 이하의 실시예들의 설명에서, 도 6의 메타 광학 소자(101)와 차이점을 위주로 설명하며, 설명되지 않은 구성 요소에 대해서는 전술한 설명이 적용될 수 있다. Hereinafter, a meta-optical device according to various embodiments will be described. In the description of the embodiments below, differences from the meta optical element 101 of FIG. 6 will be mainly described, and the above description may be applied to components not described.

도 8은 다른 실시예에 따른 메타 광학 소자의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.8 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a meta-optical device according to another embodiment.

메타 광학 소자(102)는 제1층(122), 제2층(162) 및 제1층(122), 제2층(162)을 지지하는 기판(SU)을 포함한다. 제1층(122)은 복수의 제1 나노구조물(NS1) 및 이를 둘러싸는 제1 주변물질(EN12)을 포함한다. 제2층(162)은 복수의 제2 나노구조물(NS2) 및 이를 둘러싸는 제2 주변물질(EN22)을 포함한다. The meta-optical device 102 includes a first layer 122 , a second layer 162 , and a substrate SU supporting the first layer 122 and the second layer 162 . The first layer 122 includes a plurality of first nanostructures NS1 and a first peripheral material EN12 surrounding the first nanostructures NS1 . The second layer 162 includes a plurality of second nanostructures NS2 and a second peripheral material EN22 surrounding the plurality of second nanostructures NS2 .

본 실시예에서, 도 6의 메타 광학 소자(101)와 달리, 제1 나노구조물(NS1)은 제1 주변물질(EN12)보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 제2 나노구조물(NS2)은 제2 주변물질(EN22)보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. In this embodiment, unlike the meta-optical device 101 of FIG. 6 , the first nanostructure NS1 may have a lower refractive index than the first peripheral material EN12 . The second nanostructure NS2 may have a higher refractive index than that of the second surrounding material EN22 .

이러한 굴절률 배치에서, 제1 나노구조물(NS1)들과 제2 나노구조물(NS2)들은 메타 광학 소자(102)의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 상기 일 방향의 폭(d1)(d2)이 변하는 경향이 서로 같게 설정된다. 이에 따라, 제1층(122)과 제2층(162)은 위치에 따른 유효 굴절률 변화율의 부호가 서로 반대가 된다. 또한, 제1층(122)과 제2층(162)은 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비가 서로 다르도록 각 층에 포함되는 재질들 및 폭이 변하는 경향의 정도 등이 설정될 수 있다.In this refractive index arrangement, the widths d1 and d2 of the first nanostructures NS1 and the second nanostructures NS2 in one direction away from the center of the meta optical element 102 tend to change. These are set equal to each other. Accordingly, in the first layer 122 and the second layer 162 , the sign of the effective refractive index change according to the position is opposite to each other. In addition, the materials included in each layer and the degree of a tendency to change in width may be set for the first layer 122 and the second layer 162 to have different ratios of dispersion change to effective refractive index change.

본 실시예는 제1 나노구조물(NS1)이 제1 주변물질(EN12)보다 높은 굴절률을 가지며, 제2 나노구조물(NS2)은 제2 주변물질(EN22)보다 낮은 굴절률을 가지도록 변형될 수도 있다. In this embodiment, the first nanostructure NS1 may have a higher refractive index than that of the first surrounding material EN12 , and the second nanostructure NS2 may be modified to have a lower refractive index than that of the second surrounding material EN22 . .

도 9는 또 다른 실시예에 따른 메타 광학 소자의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다. 도 10a 및 도 10b는 도 9의 메타 광학 소자의 제1층에 채용될 수 있는 제1 나노구조물의 예시적인 형상을 보인 평면도이다.9 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a meta-optical device according to another embodiment. 10A and 10B are plan views illustrating exemplary shapes of a first nanostructure that may be employed in the first layer of the meta-optical device of FIG. 9 .

메타 광학 소자(103)는 제1층(123), 제2층(163) 및 제1층(123), 제2층(163)을 지지하는 기판(SU)을 포함한다.The meta-optical device 103 includes a first layer 123 , a second layer 163 , and a substrate SU supporting the first layer 123 and the second layer 163 .

제1층(123)은 복수의 제1 나노구조물(NS1) 및 이를 둘러싸는 제1 주변물질(EN13)을 포함한다. 제2층(163)은 복수의 제2 나노구조물(NS2) 및 이를 둘러싸는 제2 주변물질(EN23)을 포함한다.The first layer 123 includes a plurality of first nanostructures NS1 and a first peripheral material EN13 surrounding the plurality of first nanostructures NS1 . The second layer 163 includes a plurality of second nanostructures NS2 and a second peripheral material EN23 surrounding the plurality of second nanostructures NS2 .

제1 나노구조물(NS1)은 dc1의 폭을 가지는 내부 기둥(10) 및 내부 기둥(10)을 둘러싸는 쉘 기둥(20)을 포함하는 형상을 가질 수 있다. 내부 기둥(10)의 굴절률은 쉘 기둥(20)의 굴절률보다 낮고, 쉘 기둥(20)의 굴절률은 제1 주변물질(EN13)의 굴절률보다 높을 수 있다. The first nanostructure NS1 may have a shape including an inner pillar 10 having a width of dc1 and a shell pillar 20 surrounding the inner pillar 10 . The refractive index of the inner pillar 10 may be lower than that of the shell pillar 20 , and the refractive index of the shell pillar 20 may be higher than that of the first peripheral material EN13 .

제2 나노구조물(NS2)은 제2 주변물질(EN23)보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. The second nanostructure NS2 may have a higher refractive index than that of the second surrounding material EN23 .

이러한 굴절률 배치에서, 제1 나노구조물(NS1)들과 제2 나노구조물(NS2)들은 메타 광학 소자(103)의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 상기 일 방향의 폭이 변하는 경향이 서로 반대로 설정될 수 있다. 이에 따라, 제1층(123)과 제2층(163)은 위치에 따른 유효 굴절률 변화율의 부호가 서로 반대가 된다. 또한, 제1층(123)과 제2층(163)은 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비가 서로 다르도록 단위 구성 요소(UE)의 세부 사항들이 설정될 수 있다.In this refractive index arrangement, the tendency of the width of the first nanostructures NS1 and the second nanostructures NS2 to change in one direction away from the center of the meta optical element 103 may be set to be opposite to each other. have. Accordingly, in the first layer 123 and the second layer 163, the signs of the effective refractive index change according to positions are opposite to each other. In addition, the details of the unit element UE may be set so that the ratio of the variance change rate to the effective refractive index change is different for the first layer 123 and the second layer 163 .

제1층(123)과 제2층(163) 중 어느 한 층은 메타 광학 소자(103)가 구현하고자 하는 타겟 위상 프로파일과 같은 경향의 위상 프로파일을 나타내는 위상 지연 레이어일 수 있고, 나머지 한 층은 분산 조절 레이어일 수 있다. Any one of the first layer 123 and the second layer 163 may be a phase delay layer showing a phase profile of the same tendency as the target phase profile to be implemented by the meta-optical device 103, and the other layer is It may be a dispersion control layer.

한편, 제1층(123)에 구비되는 제1 나노구조물(NS1)을 고굴절률의 쉘 기둥(20) 내부가 저굴절률의 내부 기둥(10)으로 채워진 형태로 하는 경우, 제1 나노구조물(NS1)의 폭(d1)이 커짐에 따라 유효 굴절률이 급격하게 커지는 현상이 완화될 수 있고, 위치에 따른 분산 변화를 최소화시키기 유리하다. 이러한 점에서, 제1층(123)이 메타 광학 소자(103)가 구현하고자 하는 타겟 위상 프로파일과 같은 경향의 위상 프로파일을 나타내는 위상 지연 레이어로 활용되기에 유리하다. 제2층(163)은 분산 조절 레이어로서, 제1층(123)에 비해 유효 굴절률 변화율에 대한 분산 변화율의 비율이 크도록 재질 및 폭의 변화 경향이 세부적으로 설정될 수 있다.On the other hand, when the first nanostructure NS1 provided in the first layer 123 is in a form in which the high refractive index shell pillar 20 is filled with the low refractive index inner pillar 10 , the first nanostructure NS1 As the width d1 of ) increases, a phenomenon in which the effective refractive index rapidly increases can be alleviated, and it is advantageous to minimize dispersion changes according to positions. In this regard, it is advantageous for the first layer 123 to be used as a phase delay layer showing a phase profile of the same tendency as the target phase profile to be implemented by the meta-optical device 103 . The second layer 163 is a dispersion control layer, and the change tendency of the material and width may be set in detail so that the ratio of the dispersion change rate to the effective refractive index change rate is greater than that of the first layer 123 .

도 11은 도 9의 메타 광학 소자의 단위 구성 요소의 세부 치수와 위상 지연과의 관계를 보이는 그래프이다.11 is a graph showing the relationship between the detailed dimensions of the unit components of the meta-optical device of FIG. 9 and the phase delay.

그래프는 제1 나노구조물(NS1)은 도 10a와 같은 형상, 제2 나노구조물(NS2)은 도 7a와 같은 형상으로 설정한 경우에 대한 것이다. 그래프에서, 제1 나노구조물(NS1)의 높이, 제2 나노구조물(NS2)의 높이 h1, h2는 일정한 값으로 고정되어 있다. 제1 나노구조물(NS1)의 폭(d1), 제2 나노구조물(NS2)의 폭(d2), 제2 나노구조물(NS2)에 포함되는 내부 기둥(10)의 폭(dc1), 단위 구성 요소(UE)의 배열 주기(p)를 변화시키며 이러한 단위 구성 요소(UE)를 투과한 광의 위상 지연을 보이고 있다. The graph is for a case in which the first nanostructure NS1 has a shape as shown in FIG. 10A and the second nanostructure NS2 has a shape as shown in FIG. 7A . In the graph, the height of the first nanostructure NS1 and the heights h1 and h2 of the second nanostructure NS2 are fixed to constant values. The width d1 of the first nanostructure NS1, the width d2 of the second nanostructure NS2, the width dc1 of the inner pillar 10 included in the second nanostructure NS2, and the unit component By changing the arrangement period (p) of the UE, the phase delay of the light passing through these unit elements (UE) is shown.

이러한 그래프로부터 요구되는 위상 지연 값에 알맞은 단위 구성 요소(UE)의 세부 치수가 설정될 수 있다. 또한, 이러한 그래프는 다른 값의 h1, h2에 대해서도 얻을 수 있고, 이들로부터 구현하고자 하는 타겟 위상 프로파일에 알맞는, 위치별 단위 구성 요소(UE)의 세부 치수를 설정할 수 있다. From this graph, a detailed dimension of a unit element (UE) suitable for a required phase delay value may be set. In addition, such a graph can be obtained for different values of h1 and h2, and detailed dimensions of unit elements (UE) for each location can be set from these graphs, which are suitable for the target phase profile to be implemented.

도 12 및 도 13은 도 9의 메타 광학 소자의 회절 효율을 보이는 그래프이다.12 and 13 are graphs showing the diffraction efficiency of the meta-optical device of FIG. 9 .

도 12 및 도 13은 각각 TE모드, TM모드의 광에 대해 입사각을 0°, 30°, 60°로 하며 400nm~700nm 파장 대역에서의 회절 효율을 보이고 있다.12 and 13 show diffraction efficiencies in a wavelength band of 400 nm to 700 nm with incident angles of 0°, 30°, and 60° for light in TE mode and TM mode, respectively.

회절 효율은 메타 광학 소자(103)를 투과한 광 중 의도한 회절 방향으로 회절된 광의 에너지 비율을 나타낸다. 그래프에 나타나는 바와 같이, 원하는 파장 대역에서의 회절 효율은 0.8 이상이고, 거의 0.9 이상의 높은 값을 보이고 있다. 이와 같이 높은 회절 효율은 메타 광학 소자(103)가 상기 파장 대역에서의 위상 불연속성이 거의 없는 타겟 위상 지연 프로파일을 구현하도록 설계되었음에 기인하는 것으로 볼 수 있다. The diffraction efficiency represents an energy ratio of the light diffracted in the intended diffraction direction among the light transmitted through the meta optical element 103 . As shown in the graph, the diffraction efficiency in the desired wavelength band is 0.8 or more, and shows a high value of almost 0.9 or more. This high diffraction efficiency can be attributed to the meta optical element 103 being designed to implement a target phase delay profile having almost no phase discontinuity in the wavelength band.

도 14는 또 다른 실시예에 따른 메타 광학 소자의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.14 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a meta-optical device according to another embodiment.

메타 광학 소자(104)의 제1층(124)은 복수의 제1 나노구조물(NS1) 및 이를 둘러싸는 제1 주변물질(EN14)을 포함한다. 메타 광학 소자(104)의 제2층(164)은 복수의 제2 나노구조물(NS2) 및 이를 둘러싸는 제2 주변물질(EN24)을 포함한다.The first layer 124 of the meta-optical device 104 includes a plurality of first nanostructures NS1 and a first peripheral material EN14 surrounding the first nanostructures NS1 . The second layer 164 of the meta-optical device 104 includes a plurality of second nanostructures NS2 and a second peripheral material EN24 surrounding the plurality of second nanostructures NS2 .

제1 나노구조물(NS1)은 dc1의 폭을 가지는 내부 기둥(10) 및 내부 기둥(10)을 둘러싸는 쉘 기둥(20)을 포함하는 형상을 가질 수 있다. 내부 기둥(10)의 굴절률은 쉘 기둥(20)의 굴절률보다 낮고, 쉘 기둥(20)의 굴절률은 제1 주변물질(EN14)의 굴절률보다 높을 수 있다. The first nanostructure NS1 may have a shape including an inner pillar 10 having a width of dc1 and a shell pillar 20 surrounding the inner pillar 10 . The refractive index of the inner pillar 10 may be lower than that of the shell pillar 20 , and the refractive index of the shell pillar 20 may be higher than that of the first peripheral material EN14 .

본 실시예의 메타 광학 소자(104)는 도 9의 메타 광학 소자(103)과 달리, 제2 나노구조물(NS2)은 제2 주변물질(EN24)보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. Unlike the meta-optical element 103 of FIG. 9 , the meta-optical element 104 of the present embodiment may have a lower refractive index than the second nanostructure NS2 of the second peripheral material EN24 .

이러한 굴절률 배치에서, 제1 나노구조물(NS1)들과 제2 나노구조물(NS2)들은 메타 광학 소자(103)의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 상기 일 방향의 폭이 변하는 경향이 서로 같게 설정될 수 있다. 이에 따라, 제1층(124)과 제2층(164)은 위치에 따른 유효 굴절률 변화율의 부호가 서로 반대가 된다. 또한, 제1층(124)과 제2층(164)은 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비가 서로 다르도록 두 층에 포함되는 재질들 및 폭이 변하는 경향의 정도 등이 설정될 수 있다.In this refractive index arrangement, the first nanostructures NS1 and the second nanostructures NS2 have the same tendency to change the width in one direction along one direction away from the center of the meta optical element 103 . have. Accordingly, in the first layer 124 and the second layer 164 , the sign of the effective refractive index change according to the position is opposite to each other. In addition, the materials included in the first layer 124 and the second layer 164 may have different ratios of the dispersion change to the effective refractive index change, and the degree of the tendency to change the width and the like may be set.

제1층(124)은 메타 광학 소자(104)가 구현하고자 하는 타겟 위상 프로파일과 같은 경향의 위상 프로파일을 나타내는 위상 지연 레이어일 수 있고, 제2층(164)은 분산 조절 레이어로서 제1층(124)에 비해, 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비가 크도록, 위치별로 단위 구성 요소(UE)의 세부 사항이 설정될 수 있다. The first layer 124 may be a phase delay layer that exhibits a phase profile of the same tendency as the target phase profile to be implemented by the meta-optical device 104, and the second layer 164 is a dispersion control layer. 124), the details of the unit element UE may be set for each location so that the ratio of the variance change rate to the effective refractive index change is large.

도 15는 또 다른 실시예에 따른 메타 광학 소자의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.15 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a meta-optical device according to another embodiment.

메타 광학 소자(105)의 제1층(125)은 복수의 제1 나노구조물(NS1) 및 이를 둘러싸는 제1 주변물질(EN15)을 포함한다. 메타 광학 소자(105)의 제2층(165)은 복수의 제2 나노구조물(NS2) 및 이를 둘러싸는 제2 주변물질(EN25)을 포함한다.The first layer 125 of the meta-optical device 105 includes a plurality of first nanostructures NS1 and a first peripheral material EN15 surrounding the first nanostructures NS1 . The second layer 165 of the meta-optical device 105 includes a plurality of second nanostructures NS2 and a second peripheral material EN25 surrounding the plurality of second nanostructures NS2 .

제1 나노구조물(NS1)은 제1 주변물질(EN15)로 둘러싸인 홀(hole) 형상을 가지며, 홀의 내부는 비어 있는, 즉, 공기(air)인 구조를 갖는다. 제1 나노구조물(NS1)의 굴절률은 1이며, 제1 주변물질(EN15)보다 낮은 굴절률을 갖는다. The first nanostructure NS1 has a hole shape surrounded by a first peripheral material EN15 , and the inside of the hole is empty, ie, air. The refractive index of the first nanostructure NS1 is 1, and has a lower refractive index than that of the first surrounding material EN15.

제2 나노구조물(NS2)은 제2 주변물질(EN25)보다 높은 굴절률을 갖는다.The second nanostructure NS2 has a higher refractive index than that of the second surrounding material EN25 .

제1 나노구조물(NS1)들의 홀과 제2 나노구조물(NS2)들은 메타 광학 소자(105)의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 상기 일 방향의 폭이 변하는 경향이 서로 같도록 위치별로 단위 구성 요소(UE)의 세부 수치가 설정된다. 이에 따라, 제1층(125)과 제2층(165)은 위치에 따른 유효 굴절률 변화율의 부호가 서로 반대가 된다. 또한, 제1층(125)과 제2층(165)은 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비가 서로 다르도록 두 층에 포함되는 재질들 및 폭이 변하는 경향의 정도 등이 설정될 수 있다.The holes of the first nanostructures NS1 and the second nanostructures NS2 are unit components ( UE) is set. Accordingly, in the first layer 125 and the second layer 165 , the sign of the effective refractive index change according to the position is opposite to each other. Also, the materials included in the first layer 125 and the second layer 165 may have different ratios of dispersion change to effective refractive index change, and a degree of a tendency to change in width and the like may be set.

제1층(125)은 메타 광학 소자(105)가 구현하고자 하는 타겟 위상 프로파일과 같은 경향의 위상 프로파일을 나타내는 위상 지연 레이어일 수 있다. 제2층(165)은 분산 조절 레이어로서 제1층(125)에 비해, 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비가 크도록, 위치별로 단위 구성 요소(UE)의 세부 사항이 설정될 수 있다. The first layer 125 may be a phase delay layer indicating a phase profile of the same tendency as the target phase profile to be implemented by the meta-optical device 105 . The second layer 165 is a dispersion control layer, and, compared to the first layer 125 , the details of the unit elements UE may be set for each location so that the ratio of the dispersion change to the effective refractive index change is large.

도 16은 도 15의 메타 광학 소자의 제1층을 이루는 제1 나노구조물의 세부 치수에 따른 위상 지연을 보이는 그래프이다.16 is a graph showing the phase delay according to the detailed dimensions of the first nanostructure constituting the first layer of the meta-optical device of FIG. 15 .

그래프는 제1 나노구조물(NS1)의 홀은 정사각형 단면을 가지는 것으로, 제2 나노구조물(NS2)은 도 7a와 같은 형상으로 설정한 경우에 대한 것이다. 그래프에서, 제1 나노구조물(NS1)의 높이, 제2 나노구조물(NS2)의 높이를 고정하고, 제1 나노구조물(NS1)의 폭(d1), 제2 나노구조물(NS2)의 폭(d2), 단위 구성 요소(UE)의 배열 주기(p)를 변화시키며 이에 따른 위상 지연을 보이고 있다.The graph is for a case in which the hole of the first nanostructure NS1 has a square cross-section, and the second nanostructure NS2 has a shape as shown in FIG. 7A . In the graph, the height of the first nanostructure NS1 and the height of the second nanostructure NS2 are fixed, and the width d1 of the first nanostructure NS1 and the width d2 of the second nanostructure NS2 are fixed. ), the arrangement period (p) of the unit element (UE) is changed, and the phase delay is shown accordingly.

이러한 그래프로부터 요구되는 위상 지연 값에 알맞은 단위 구성 요소(UE)의 세부 치수가 설정될 수 있다. 또한, 이러한 그래프는 다른 값의 h1, h2에 대해서도 얻을 수 있고, 이들로부터 구현하고자 하는 타겟 위상 프로파일에 알맞는, 위치별 단위 구성 요소(UE)의 세부 치수를 설정할 수 있다. From this graph, a detailed dimension of a unit element (UE) suitable for a required phase delay value may be set. In addition, such a graph can be obtained for different values of h1 and h2, and detailed dimensions of unit elements (UE) for each location can be set from these graphs, which are suitable for the target phase profile to be implemented.

도 17은 도 15의 메타 광학 소자의 회절 효율을 보이는 그래프이다.17 is a graph showing the diffraction efficiency of the meta-optical device of FIG. 15 .

그래프는 입사각 0°인 입사광에 대한 것으로, 400nm~700nm의 파장 범위에서, 0.9 이상의 높은 값을 보이고 있으며 대부분의 파장 대역에서 1에 가까운 회절 효율을 보이고 있다. The graph is for incident light with an incident angle of 0°. In the wavelength range of 400 nm to 700 nm, it shows a high value of 0.9 or more, and shows a diffraction efficiency close to 1 in most wavelength bands.

이러한 결과는 제1 나노구조물(NS1)의 형상을 저굴절률의 내부 기둥(10) 및 이를 둘러싸는 고굴절률의 쉘 기둥(20) 형상으로 한, 도 9의 실시예에 따른 메타 광학 소자(103)의 경우보다 높은 회절 효율을 보이는 것으로 분석된다. 이것은 내부가 빈 홀 구조를 사용하여 원하는 분산 조절이 보다 용이해진 결과로 볼 수 있다. These results show that the first nanostructure NS1 has a low refractive index inner pillar 10 and a high refractive index shell pillar 20 surrounding the meta optical element 103 according to the embodiment of FIG. 9 . It is analyzed that the diffraction efficiency is higher than that of This can be seen as a result that desired dispersion control becomes easier by using the hollow hole structure.

도 18은 또 다른 실시예에 따른 메타 광학 소자의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.18 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a meta-optical device according to another embodiment.

메타 광학 소자(106)의 제1층(126)은 복수의 제1 나노구조물(NS1) 및 이를 둘러싸는 제1 주변물질(EN16)을 포함한다. 메타 광학 소자(106)의 제2층(166)은 복수의 제2 나노구조물(NS2) 및 이를 둘러싸는 제2 주변물질(EN26)을 포함한다.The first layer 126 of the meta-optical device 106 includes a plurality of first nanostructures NS1 and a first peripheral material EN16 surrounding the first nanostructures NS1 . The second layer 166 of the meta-optical device 106 includes a plurality of second nanostructures NS2 and a second peripheral material EN26 surrounding the plurality of second nanostructures NS2 .

제1 나노구조물(NS1)은 제1 주변물질(EN16)로 둘러싸인 홀(hole) 형상을 가지며, 홀의 내부는 비어 있는, 즉, 공기(air)인 구조를 갖는다. 제1 나노구조물(NS1)의 굴절률은 1이며, 제1 주변물질(EN16)보다 낮은 굴절률을 갖는다. The first nanostructure NS1 has a hole shape surrounded by the first peripheral material EN16, and the inside of the hole is empty, ie, air. The refractive index of the first nanostructure NS1 is 1, and has a lower refractive index than that of the first surrounding material EN16.

도 15의 메타 광학 소자(105)와 달리, 본 실시예의 메타 광학 소자(106)는 제2 나노구조물(NS2)이 제2 주변물질(EN26)보다 낮은 굴절률을 갖는다.Unlike the meta-optical element 105 of FIG. 15 , in the meta-optical element 106 of this embodiment, the second nanostructure NS2 has a lower refractive index than the second peripheral material EN26 .

제1 나노구조물(NS1)들의 홀과 제2 나노구조물(NS2)들은 메타 광학 소자(105)의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 상기 일 방향의 폭이 변하는 경향이 서로 반대가 되도록 위치별 단위 구성 요소(UE)가 설정된다. 이에 따라, 제1층(126)과 제2층(166)은 위치에 따른 유효 굴절률 변화율의 부호가 서로 반대가 된다. 또한, 제1층(126)과 제2층(166)은 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비가 서로 다르도록 두 층에 포함되는 재질들 및 폭이 변하는 경향의 정도 등이 설정될 수 있다.The holes of the first nanostructures NS1 and the second nanostructures NS2 are unit components for each position so that the tendency of the width of the first nanostructure NS1 to change in one direction away from the center of the meta optical element 105 is opposite to each other. (UE) is set. Accordingly, in the first layer 126 and the second layer 166, the sign of the effective refractive index change according to the position is opposite to each other. In addition, the materials included in the first layer 126 and the second layer 166 may have different ratios of the dispersion change to the effective refractive index change, and the degree of the tendency to change the width and the like may be set.

제1층(126)은 메타 광학 소자(106)가 구현하고자 하는 타겟 위상 프로파일과 같은 경향의 위상 프로파일을 나타내는 위상 지연 레이어일 수 있다. 제2층(166)은 분산 조절 레이어로서 제1층(126)에 비해, 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비가 크도록, 위치별 단위 구성 요소(UE)의 세부 사항이 설정될 수 있다. The first layer 126 may be a phase delay layer indicating a phase profile of the same tendency as the target phase profile to be implemented by the meta-optical device 106 . The second layer 166 is a dispersion control layer, and compared to the first layer 126 , the details of the unit element UE for each location may be set so that the ratio of the dispersion change to the effective refractive index change is large.

도 9, 도 14, 도 15, 도 18의 메타 광학 소자(103)(104)(105)(106)의 설명에서 전술한 설명에서, 제1층(123)(124)(125)(126)이 타겟 위상 지연 프로파일과 동일한 경향의 유효 굴절률 변화(및 위상 지연 프로파일)를 나타내는 층(위상 지연 레이어), 제2층(164)(164)(165)(166)이 타겟 위상 지연 프로파일과 반대 경향의 유효 굴절률 변화(및 위상 지연 프로파일)을 나타내는 층(분산 조절 레이어)로 기능할 수 있음을 기술하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말하면, 설명된 예시는 홀 형상이나, 또는 내부 기둥과 쉘 기둥을 포함하는 형상의 나노구조물이 위상 지연 레이어로 적용되기에 유리한 점이 있음을 기술한 것이며, 굴절률 분배에 따라 상기 구조가 분산 조절 레이어의 나노구조물로 적용되는 것도 가능하다. In the description described above in the description of the meta optical element 103, 104, 105, 106 of FIGS. 9, 14, 15, 18, the first layer 123, 124, 125, 126 A layer (phase retardation layer) exhibiting an effective refractive index change (and phase retardation profile) with the same trend as this target phase retardation profile, the second layer 164 , 164 , 165 , 166 tends to be opposite to the target retardation profile Although it has been described that it can function as a layer (dispersion control layer) exhibiting an effective refractive index change (and phase retardation profile) of , it is not limited thereto. In other words, the described example describes that a nanostructure having a hole shape or a shape including an inner pillar and a shell pillar has an advantage to be applied as a phase retardation layer, and the structure is a dispersion control layer according to refractive index distribution. It is also possible to be applied as a nanostructure of

상술한 메타 광학 소자들은 렌즈, 빔 디플렉터, 빔 쉐이퍼 등 다양한 광학 기능을 나타낼 수 있고, 일반적인 광학 요소들과 결합하여 다양한 광학 기능을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 위상 지연 분산(A=∂φ/∂λ)이 0인 경우의 메타 광학 소자가 렌즈로 구현되는 경우, 소정의 색수차를 나타낼 수 있다. 이러한 색수차는 파장과 초점 거리가 반비례하는 음의 색수차로서, 일반적인 굴절렌즈가 나타내는, 파장에 비례하는 초점 거리를 나타내는 양의 색수차와는 반대의 경향이다. 이러한 성질은 음의 아베수로 표현될 수도 있다. 메타 광학 소자는 따라서, 일반적인 굴절 렌즈들과 결합하여 소정의 굴절력을 나타내되, 굴절 렌즈들의 색수차를 보정하는 역할을 할 수 있다. The above-described meta-optical elements may exhibit various optical functions, such as a lens, a beam deflector, and a beam shaper, and may exhibit various optical functions by combining with general optical elements. For example, when the meta-optical device in the case where the phase delay dispersion (A=∂φ/∂λ) is 0 is implemented as a lens, a predetermined chromatic aberration may be exhibited. This chromatic aberration is negative chromatic aberration in which the wavelength and focal length are inversely proportional to each other, and is opposite to the positive chromatic aberration in which a general refractive lens indicates a focal length proportional to wavelength. This property can also be expressed as a negative Abbe number. Therefore, the meta-optical element exhibits a predetermined refractive power in combination with general refractive lenses, and may serve to correct chromatic aberration of the refractive lenses.

상기 설명들의 많은 부분은 도 5에 예시한 위상 지연 프로파일, 즉, 파장에 따른 위상 지연 분산(A=∂φ/∂λ)이 0인 경우를 전제로 도출되었다. 그러나, 같은 원리를 이용하여, 즉, 타겟 위상 지연 프로파일과 동일한 경향의 굴절률 변화를 가지는 층 및 반대 경향의 굴절률 변화를 가지는 층을 채용하고, 각 층에서 유효 굴절률 변화율에 대한 굴절률 변화율의 비를 위치에 따라 조절하는 방식으로, 위상 지연 분산(A=∂φ/∂λ)이 0이 아닌, 즉, A>0, 또는 A<0인 위상 지연 분산을 가지며 위상 불연속성이 거의 없는 위상 지연 프로파일을 나타내는 메타 광학 소자를 구현할 수도 있다.Many of the above descriptions were derived on the assumption that the phase delay profile illustrated in FIG. 5 , that is, the phase delay dispersion according to wavelength (A=∂φ/∂λ) is zero. However, using the same principle, i.e., employing a layer having a refractive index change of the same tendency as the target phase retardation profile and a layer having a refractive index change of the opposite tendency, and positioning the ratio of the refractive index change to the effective refractive index change in each layer In a manner that adjusts according to It is also possible to implement a meta-optical device.

도 19는 또 다른 실시예에 따른 광학 메타 광학 소자에 의한 파장별 위상 지연 프로파일을 예시적으로 보이는 그래프이다. 여기서, R, G, B는 각각 상대적으로 긴 파장, 중간 파장, 짧은 파장이 될 수 있다. 예를 들어, R은 700nm, G는 550nm, B는 400nm가 될 수 있다. 19 is a graph exemplarily showing a phase delay profile for each wavelength by an optical meta-optical device according to another embodiment. Here, R, G, and B may be a relatively long wavelength, a medium wavelength, or a short wavelength, respectively. For example, R may be 700 nm, G may be 550 nm, and B may be 400 nm.

예시된 위상 지연 프로파일은 파장에 대한 위상 지연 분산(∂φ/∂λ)이 0보다 작은 영역, 0인 영역, 0보다 큰 영역이 모두 존재하는 경우이다. 위상 지연 분산(∂φ/∂λ)이 0이 되는 위치를 r0이라고 하였을 때 (레퍼런스 위상 프로파일의 기울기와 위상 지연 분산이 같아지는 위치), 위치 r이 r0보다 작은 영역의 위상 지연 분산(∂φ/∂λ)은 0보다 작으며, 위치 r이 r0보다 큰 영역의 위상 지연 분산(∂φ/∂λ)은 0보다 크다. The exemplified phase delay profile is a case where a region in which the phase delay dispersion with respect to wavelength (∂φ/∂λ) is less than zero, a region equal to zero, and a region greater than zero all exist. When r0 is the position where the phase delay dispersion (∂φ/∂λ) becomes 0 (the position where the slope of the reference phase profile and the phase delay dispersion are the same), the phase delay dispersion (∂φ) in the region where the position r is smaller than r0 /∂λ) is less than 0, and the phase delay dispersion (∂φ/∂λ) in the region where the position r is greater than r0 is greater than 0.

파장에 대한 분산이 이러한 형태가 되도록 타겟 위상 지연 프로파일을 구성하는 경우, 일반적인 광학 요소가 나타내는 색수차보다 큰 색수차를 가지는 광학 성능을 나타낼 수 있다. 이러한 색수차는 파장에 반비례하는 초점거리를 나타내는 음의 색수차이며, 파장에 대한 위상 지연 분산(∂φ/∂λ)이 0인 메타렌즈에서 나타나는 것보다 클 수 있으며, 일반적인 굴절렌즈에서 나타나는 것보다 훨씬 클 수 있다. 이러한 성질은 색수차를 더 크게 만드는 위상 지연 프로파일이므로 입사광을 파장별로 분리하는 기능에 활용될 수 있다. 예를 들어, 예시된 타겟 위상 지연 프로파일로 빔 디플렉터를 구현하는 경우, 입사광은 파장에 따라 다른 방향으로 편향될 수 있다. 또한, 예시된 타겟 위상 지연 프로파일은 입사광을 파장별로 분기하는 초소형 분광기에 활용될 수 있다. 또한, 예시된 타겟 위상 지연 프로파일로 빔 쉐이퍼를 구현하는 경우, 입사광의 파장에 따라 다른 빔 분포를 형성할 수 있다. When the target phase delay profile is configured so that dispersion with respect to wavelength has such a shape, optical performance having chromatic aberration greater than that of general optical elements may be exhibited. This chromatic aberration is a negative chromatic aberration that indicates a focal length that is inversely proportional to the wavelength, and may be larger than that shown in a metal lens with zero phase delay dispersion (∂φ/∂λ) with respect to wavelength, and it is much more than that shown in general refractive lenses. can be large Since this property is a phase delay profile that makes chromatic aberration larger, it can be utilized for the function of separating incident light by wavelength. For example, when a beam deflector is implemented with the illustrated target phase delay profile, the incident light may be deflected in different directions depending on the wavelength. In addition, the exemplified target phase retardation profile can be utilized in a miniature spectrometer that splits incident light by wavelength. In addition, when the beam shaper is implemented with the exemplified target phase delay profile, a different beam distribution may be formed according to the wavelength of the incident light.

도 20은 또 다른 실시예에 따른 광학 메타 광학 소자에 의한 파장별 위상 지연 프로파일을 예시적으로 보이는 그래프이다. 여기서 R, G, B는 각각 상대적으로 긴 파장, 중간 파장, 짧은 파장이 될 수 있다. 예를 들어, R은 700 nm, G는 550 nm, B는 400 nm가 될 수 있다.20 is a graph exemplarily showing a phase delay profile for each wavelength by an optical meta-optical device according to another embodiment. Here, R, G, and B may be a relatively long wavelength, a medium wavelength, or a short wavelength, respectively. For example, R can be 700 nm, G can be 550 nm, and B can be 400 nm.

예시된 위상 지연 프로파일은 파장에 대한 위상 지연 분산(∂φ/∂λ)이 0보다 작은 영역, 0인 영역, 0보다 큰 영역이 모두 존재하는 경우이다. 위상 지연 분산(∂φ/∂λ)이 0이 되는 위치를 r0이라고 하였을 때(레퍼런스 위상 프로파일의 기울기와 위상 지연 분산이 같아지는 위치), 위치 r이 r0보다 작은 영역의 위상 지연 분산(∂φ/∂λ)은 0보다 크며, 위치 r이 r0보다 큰 영역의 위상 지연 분산(∂φ/∂λ)은 0보다 작다. The exemplified phase delay profile is a case where a region in which the phase delay dispersion with respect to wavelength (∂φ/∂λ) is less than zero, a region equal to zero, and a region greater than zero all exist. When r0 is the position where the phase delay dispersion (∂φ/∂λ) becomes 0 (the position where the slope of the reference phase profile and the phase delay dispersion become the same), the phase delay dispersion (∂φ) in the region where the position r is smaller than r0 /∂λ) is greater than 0, and the phase delay dispersion (∂φ/∂λ) in the region where the position r is greater than r0 is less than zero.

파장에 대한 분산이 이러한 형태가 되도록 타겟 위상 지연 프로파일을 구성하는 경우, 메타 광학 소자는 색수차가 없는(achromatic) 광학 성능을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 이러한 메타 광학 소자가 렌즈인 경우, 입사광이 파장에 따른 편차없이 포커싱된다. 예를 들어, 이러한 메타 광학 소자가 빔 디플렉터인 경우 입사광은 파장에 따른 편차없이 일정한 편향 각도를 나타낸다. 예를 들어, 이러한 메타 광학 소자가 빔 쉐이퍼인 경우, 입사광은 파장에 따른 편차없이 소정의 설계된 패턴의 빔 분포를 갖게 된다. If the target phase retardation profile is configured such that dispersion with respect to the wavelength has such a shape, the meta-optical device may exhibit achromatic optical performance. For example, when such a meta-optical device is a lens, incident light is focused without deviation according to wavelength. For example, when such a meta-optical device is a beam deflector, incident light exhibits a constant deflection angle without deviation according to wavelength. For example, when the meta-optical device is a beam shaper, incident light has a beam distribution of a predetermined designed pattern without deviation according to wavelength.

상술한 메타 광학 소자들은 원하는 파장 대역에서의 광학 성능에 맞게 타겟 위상 프로파일을 설정하여 다양한 광학 기능을 나타낼 수 있다. 또한, 위상 불연속성을 최소화할 수 있으므로, 상술한 광학 기능을 나타내는 광 효율이 높아질 수 있다. 또한, 파장에 따른 위상 지연 분산(∂φ/∂λ)의 부호를 0, 0보다 큰 경우, 0보다 작은 경우로 조절할 수 있으므로 다양한 종류의 성능 구현이 가능하다. The above-described meta-optical devices may exhibit various optical functions by setting a target phase profile according to optical performance in a desired wavelength band. In addition, since the phase discontinuity can be minimized, the optical efficiency exhibiting the above-described optical function can be increased. In addition, since the sign of the phase delay dispersion (∂φ/∂λ) according to the wavelength can be adjusted to 0, greater than 0 or less than 0, various types of performance can be implemented.

전술한 메타 광학 소자들은 다양한 전자 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰, 웨어러블 기기, 사물 인터넷(Internet of Things(IoT)) 기기, 가전 기기, 태블릿 PC(Personal Computer), PDA(Personal Digital Assistant), PMP(portable Multimedia Player), 네비게이션(navigation), 드론(drone), 로봇, 무인자동차, 자율주행차, 첨단 운전자 보조 시스템(Advanced Drivers Assistance System; ADAS) 등과 같은 전자 기기에 탑재될 수 있다. The above-described meta-optical devices may be applied to various electronic devices. For example, smartphones, wearable devices, Internet of Things (IoT) devices, home appliances, tablet PCs (Personal Computers), PDAs (Personal Digital Assistants), PMPs (portable multimedia players), navigation (navigation) , a drone, a robot, an unmanned vehicle, an autonomous vehicle, an advanced driver assistance system (ADAS), and the like.

도 21은 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.21 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an electronic device according to an embodiment.

도 21을 참조하면, 네트워크 환경(2200)에서 전자 장치(2201)는 제1 네트워크(2298)(근거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 다른 전자 장치(2202)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(2299)(원거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 또 다른 전자 장치(2204) 및/또는 서버(2208)와 통신할 수 있다. 전자 장치(2201)는 서버(2208)를 통하여 전자 장치(2204)와 통신할 수 있다. 전자 장치(2201)는 프로세서(2220), 메모리(2230), 입력 장치(2250), 음향 출력 장치(2255), 표시 장치(2260), 오디오 모듈(2270), 센서 모듈(2210), 인터페이스(2277), 햅틱 모듈(2279), 카메라 모듈(2280), 전력 관리 모듈(2288), 배터리(2289), 통신 모듈(2290), 가입자 식별 모듈(2296), 및/또는 안테나 모듈(2297)을 포함할 수 있다. 전자 장치(2201)에는, 이 구성요소들 중 일부(표시 장치(2260) 등)가 생략되거나, 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 이 구성요소들 중 일부는 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(2210)의 지문 센서(2211)나 또는, 홍채 센서, 조도 센서 등은 표시 장치(2260)(디스플레이 등)에 임베디드되어 구현될 수 있다.Referring to FIG. 21 , in a network environment 2200 , an electronic device 2201 communicates with another electronic device 2202 through a first network 2298 (such as a short-range wireless communication network) or a second network 2299 . It may communicate with another electronic device 2204 and/or the server 2208 via (such as a long-distance wireless communication network). The electronic device 2201 may communicate with the electronic device 2204 through the server 2208 . The electronic device 2201 includes a processor 2220 , a memory 2230 , an input device 2250 , an audio output device 2255 , a display device 2260 , an audio module 2270 , a sensor module 2210 , and an interface 2277 . ), a haptic module 2279 , a camera module 2280 , a power management module 2288 , a battery 2289 , a communication module 2290 , a subscriber identification module 2296 , and/or an antenna module 2297 . can In the electronic device 2201 , some of these components (eg, the display device 2260 ) may be omitted or other components may be added. Some of these components may be implemented as one integrated circuit. For example, the fingerprint sensor 2211 of the sensor module 2210, an iris sensor, an illuminance sensor, etc. may be implemented by being embedded in the display device 2260 (display, etc.).

프로세서(2220)는, 소프트웨어(프로그램(2240) 등)를 실행하여 프로세서(2220)에 연결된 전자 장치(2201) 중 하나 또는 복수개의 다른 구성요소들(하드웨어, 소프트웨어 구성요소 등)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 데이터 처리 또는 연산의 일부로, 프로세서(2220)는 다른 구성요소(센서 모듈(2210), 통신 모듈(2290) 등)로부터 수신된 명령 및/또는 데이터를 휘발성 메모리(2232)에 로드하고, 휘발성 메모리(2232)에 저장된 명령 및/또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(2234)에 저장할 수 있다. 프로세서(2220)는 메인 프로세서(2221)(중앙 처리 장치, 어플리케이션 프로세서 등) 및 이와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(2223)(그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)를 포함할 수 있다. 보조 프로세서(2223)는 메인 프로세서(2221)보다 전력을 작게 사용하고, 특화된 기능을 수행할 수 있다. The processor 2220 may execute software (such as a program 2240) to control one or a plurality of other components (hardware, software components, etc.) of the electronic device 2201 connected to the processor 2220, and , various data processing or operations can be performed. As part of data processing or computation, processor 2220 loads commands and/or data received from other components (sensor module 2210, communication module 2290, etc.) into volatile memory 2232, and It may process commands and/or data stored in 2232 , and store the resulting data in non-volatile memory 2234 . The processor 2220 includes a main processor 2221 (central processing unit, application processor, etc.) and an auxiliary processor 2223 (graphic processing unit, image signal processor, sensor hub processor, communication processor, etc.) that can be operated independently or together with it. may include The auxiliary processor 2223 may use less power than the main processor 2221 and may perform a specialized function.

보조 프로세서(2223)는, 메인 프로세서(2221)가 인액티브 상태(슬립 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(2221)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(2221)가 액티브 상태(어플리케이션 실행 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(2221)와 함께, 전자 장치(2201)의 구성요소들 중 일부 구성요소(표시 장치(2260), 센서 모듈(2210), 통신 모듈(2290) 등)와 관련된 기능 및/또는 상태를 제어할 수 있다. 보조 프로세서(2223)(이미지 시그널 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(카메라 모듈(2280), 통신 모듈(2290) 등)의 일부로서 구현될 수도 있다. The secondary processor 2223 is configured to replace the main processor 2221 while the main processor 2221 is in an inactive state (sleep state) or to the main processor 2221 while the main processor 2221 is in an active state (application execution state). Together with the processor 2221 , functions and/or states related to some of the components of the electronic device 2201 (display device 2260 , sensor module 2210 , communication module 2290 , etc.) may be controlled. can The auxiliary processor 2223 (image signal processor, communication processor, etc.) may be implemented as a part of other functionally related components (camera module 2280, communication module 2290, etc.).

메모리(2230)는, 전자 장치(2201)의 구성요소(프로세서(2220), 센서모듈(2276) 등)가 필요로 하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(프로그램(2240) 등) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(2230)는, 휘발성 메모리(2232) 및/또는 비휘발성 메모리(2234)를 포함할 수 있다.The memory 2230 may store various data required by components of the electronic device 2201 (the processor 2220 , the sensor module 2276 , etc.). Data may include, for example, input data and/or output data for software (such as program 2240) and instructions related thereto. The memory 2230 may include a volatile memory 2232 and/or a non-volatile memory 2234 .

프로그램(2240)은 메모리(2230)에 소프트웨어로 저장될 수 있으며, 운영 체제(2242), 미들 웨어(2244) 및/또는 어플리케이션(2246)을 포함할 수 있다. The program 2240 may be stored as software in the memory 2230 , and may include an operating system 2242 , middleware 2244 , and/or applications 2246 .

입력 장치(2250)는, 전자 장치(2201)의 구성요소(프로세서(2220) 등)에 사용될 명령 및/또는 데이터를 전자 장치(2201)의 외부(사용자 등)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(2250)는, 마이크, 마우스, 키보드, 및/또는 디지털 펜(스타일러스 펜 등)을 포함할 수 있다. The input device 2250 may receive a command and/or data to be used in a component (eg, the processor 2220 ) of the electronic device 2201 from an external (eg, a user) of the electronic device 2201 . The input device 2250 may include a microphone, a mouse, a keyboard, and/or a digital pen (such as a stylus pen).

음향 출력 장치(2255)는 음향 신호를 전자 장치(2201)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(2255)는, 스피커 및/또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 리시버는 스피커의 일부로 결합되어 있거나 또는 독립된 별도의 장치로 구현될 수 있다.The sound output device 2255 may output a sound signal to the outside of the electronic device 2201 . The sound output device 2255 may include a speaker and/or a receiver. The speaker can be used for general purposes such as multimedia playback or recording playback, and the receiver can be used to receive incoming calls. The receiver may be integrated as a part of the speaker or may be implemented as an independent device.

표시 장치(2260)는 전자 장치(2201)의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(2260)는, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 표시 장치(2260)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(Touch Circuitry), 및/또는 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(압력 센서 등)를 포함할 수 있다. The display device 2260 may visually provide information to the outside of the electronic device 2201 . The display device 2260 may include a display, a hologram device, or a projector and a control circuit for controlling the corresponding device. The display device 2260 may include a touch circuitry configured to sense a touch, and/or a sensor circuitry configured to measure the intensity of force generated by the touch (such as a pressure sensor).

오디오 모듈(2270)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(2270)은, 입력 장치(2250)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(2255), 및/또는 전자 장치(2201)와 직접 또는 무선으로 연결된 다른 전자 장치(전자 장치(2102) 등)의 스피커 및/또는 헤드폰을 통해 소리를 출력할 수 있다.The audio module 2270 may convert a sound into an electric signal or, conversely, convert an electric signal into a sound. The audio module 2270 obtains a sound through the input device 2250 or other electronic device (such as the electronic device 2102 ) directly or wirelessly connected to the sound output device 2255 and/or the electronic device 2201 . ) can output sound through the speaker and/or headphones.

센서 모듈(2210)은 전자 장치(2201)의 작동 상태(전력, 온도 등), 또는 외부의 환경 상태(사용자 상태 등)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 및/또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(2210)은, 지문 센서(2211), 가속도 센서(2212), 위치 센서(2213), 3D 센서(2214)등을 포함할 수 있고, 이 외에도 홍채 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(Infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 및/또는 조도 센서를 포함할 수 있다. The sensor module 2210 detects an operating state (power, temperature, etc.) of the electronic device 2201 or an external environmental state (user state, etc.), and generates an electrical signal and/or data value corresponding to the sensed state. can do. The sensor module 2210 may include a fingerprint sensor 2211 , an acceleration sensor 2212 , a position sensor 2213 , a 3D sensor 2214 , and the like, in addition to an iris sensor, a gyro sensor, a barometric pressure sensor, and a magnetic sensor. , a grip sensor, a proximity sensor, a color sensor, an infrared (IR) sensor, a biometric sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, and/or an illuminance sensor.

3D 센서(2214)는 대상체에 소정의 광을 조사하고 대상체에서 반사된 광을 분석하여 대상체의 형상, 움직임등을 센싱하는 것으로, 전술한 실시예들에 따른 메타 광학 소자(100)(101)(102)(103)(104)(105)(106)들 중 어느 하나를 구비할 수 있다. The 3D sensor 2214 irradiates a predetermined light to the object and analyzes the light reflected from the object to sense the shape, movement, etc. of the object, and the meta-optical elements 100 and 101 according to the above-described embodiments ( 102), 103, 104, 105, and 106 may be provided.

인터페이스(2277)는 전자 장치(2201)가 다른 전자 장치(전자 장치(2102) 등)와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 인터페이스(2277)는, HDMI(High Definition Multimedia Interface), USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.The interface 2277 may support one or more specified protocols that may be used by the electronic device 2201 to directly or wirelessly connect with another electronic device (such as the electronic device 2102 ). The interface 2277 may include a High Definition Multimedia Interface (HDMI), a Universal Serial Bus (USB) interface, an SD card interface, and/or an audio interface.

연결 단자(2278)는, 전자 장치(2201)가 다른 전자 장치(전자 장치(2102) 등)와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 연결 단자(2278)는, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 및/또는 오디오 커넥터(헤드폰 커넥터 등)를 포함할 수 있다.The connection terminal 2278 may include a connector through which the electronic device 2201 may be physically connected to another electronic device (eg, the electronic device 2102 ). The connection terminal 2278 may include an HDMI connector, a USB connector, an SD card connector, and/or an audio connector (such as a headphone connector).

햅틱 모듈(2279)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(진동, 움직임 등) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 햅틱 모듈(2279)은, 모터, 압전 소자, 및/또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.The haptic module 2279 may convert an electrical signal into a mechanical stimulus (vibration, movement, etc.) or an electrical stimulus that the user can perceive through tactile or kinesthetic sense. The haptic module 2279 may include a motor, a piezoelectric element, and/or an electrical stimulation device.

카메라 모듈(2280)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(2280)은 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래시들을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(2280)에 포함된 렌즈 어셈블리는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있으며, 이러한 렌즈 어셈블리에는 전술한 실시예들에 따른 메타 광학 소자(100)(101)(102)(103)(104)(105)(106)들 중 어느 하나가 포함될 수 있다. The camera module 2280 may capture still images and moving images. The camera module 2280 may include a lens assembly including one or more lenses, image sensors, image signal processors, and/or flashes. The lens assembly included in the camera module 2280 may collect light emitted from a subject, which is an image taking object, and the lens assembly includes the meta optical elements 100, 101, 102, ( 103), any one of 104, 105, and 106 may be included.

전력 관리 모듈(2288)은 전자 장치(2201)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈(388)은, PMIC(Power Management Integrated Circuit)의 일부로서 구현될 수 있다.The power management module 2288 may manage power supplied to the electronic device 2201 . The power management module 388 may be implemented as part of a Power Management Integrated Circuit (PMIC).

배터리(2289)는 전자 장치(2201)의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(2289)는, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다.The battery 2289 may supply power to components of the electronic device 2201 . Battery 2289 may include a non-rechargeable primary cell, a rechargeable secondary cell, and/or a fuel cell.

통신 모듈(2290)은 전자 장치(2201)와 다른 전자 장치(전자 장치(2102), 전자 장치(2104), 서버(2108) 등)간의 직접(유선) 통신 채널 및/또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(2290)은 프로세서(2220)(어플리케이션 프로세서 등)와 독립적으로 운영되고, 직접 통신 및/또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 통신 모듈(2290)은 무선 통신 모듈(2292)(셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, GNSS(Global Navigation Satellite System 등) 통신 모듈) 및/또는 유선 통신 모듈(2294)(LAN(Local Area Network) 통신 모듈, 전력선 통신 모듈 등)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(2298)(블루투스, WiFi Direct 또는 IrDA(Infrared Data Association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(2299)(셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(LAN, WAN 등)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 다른 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(단일 칩 등)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(2292)은 가입자 식별 모듈(2296)에 저장된 가입자 정보(국제 모바일 가입자 식별자(IMSI) 등)를 이용하여 제1 네트워크(2298) 및/또는 제2 네트워크(2299)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(2201)를 확인 및 인증할 수 있다. Communication module 2290 establishes a direct (wired) communication channel and/or wireless communication channel between the electronic device 2201 and other electronic devices (electronic device 2102, electronic device 2104, server 2108, etc.); and performing communication through an established communication channel. The communication module 2290 may include one or more communication processors that operate independently of the processor 2220 (such as an application processor) and support direct communication and/or wireless communication. The communication module 2290 may include a wireless communication module 2292 (a cellular communication module, a short-range wireless communication module, a Global Navigation Satellite System (GNSS, etc.) communication module) and/or a wired communication module 2294 (Local Area Network (LAN) communication). module, power line communication module, etc.). Among these communication modules, a corresponding communication module is a first network 2298 (a short-range communication network such as Bluetooth, WiFi Direct, or Infrared Data Association (IrDA)) or a second network 2299 (a cellular network, the Internet, or a computer network (LAN) , WAN, etc.) through a telecommunication network) and may communicate with other electronic devices. These various types of communication modules may be integrated into one component (single chip, etc.) or implemented as a plurality of components (plural chips) separate from each other. The wireless communication module 2292 may use subscriber information (such as International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)) stored in the subscriber identification module 2296 within a communication network, such as the first network 2298 and/or the second network 2299 . may identify and authenticate the electronic device 2201 .

안테나 모듈(2297)은 신호 및/또는 전력을 외부(다른 전자 장치 등)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 안테나는 기판(PCB 등) 위에 형성된 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(2297)은 하나 또는 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 복수의 안테나가 포함된 경우, 통신 모듈(2290)에 의해 복수의 안테나들 중에서 제1 네트워크(2298) 및/또는 제2 네트워크(2299)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 안테나가 선택될 수 있다. 선택된 안테나를 통하여 통신 모듈(2290)과 다른 전자 장치 간에 신호 및/또는 전력이 송신되거나 수신될 수 있다. 안테나 외에 다른 부품(RFIC 등)이 안테나 모듈(2297)의 일부로 포함될 수 있다.The antenna module 2297 may transmit or receive signals and/or power to the outside (eg, other electronic devices). The antenna may include a radiator having a conductive pattern formed on a substrate (PCB, etc.). The antenna module 2297 may include one or a plurality of antennas. When a plurality of antennas are included, an antenna suitable for a communication method used in a communication network such as the first network 2298 and/or the second network 2299 is selected from among the plurality of antennas by the communication module 2290 . can Signals and/or power may be transmitted or received between the communication module 2290 and another electronic device through the selected antenna. In addition to the antenna, other components (such as an RFIC) may be included as a part of the antenna module 2297 .

구성요소들 중 일부는 주변 기기들간 통신 방식(버스, GPIO(General Purpose Input and Output), SPI(Serial Peripheral Interface), MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 등)을 통해 서로 연결되고 신호(명령, 데이터 등)를 상호 교환할 수 있다.Some of the components are connected to each other through communication methods between peripheral devices (bus, GPIO (General Purpose Input and Output), SPI (Serial Peripheral Interface), MIPI (Mobile Industry Processor Interface), etc.) and signals (commands, data, etc.) ) are interchangeable.

명령 또는 데이터는 제2 네트워크(2299)에 연결된 서버(2108)를 통해서 전자 장치(2201)와 외부의 전자 장치(2204)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 다른 전자 장치들(2202, 2204)은 전자 장치(2201)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 전자 장치(2201)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 전자 장치들(2202, 2204, 2208) 중 하나 이상의 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(2201)가 어떤 기능이나 서비스를 수행해야 할 때, 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 하나 이상의 다른 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 일부 또는 전체를 수행하라고 요청할 수 있다. 요청을 수신한 하나 이상의 다른 전자 장치들은 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(2201)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 및/또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.The command or data may be transmitted or received between the electronic device 2201 and the external electronic device 2204 through the server 2108 connected to the second network 2299 . The other electronic devices 2202 and 2204 may be the same or different types of electronic devices 2201 . All or some of the operations executed in the electronic device 2201 may be executed in one or more of the other electronic devices 2202 , 2204 , and 2208 . For example, when the electronic device 2201 needs to perform a function or service, it requests one or more other electronic devices to perform part or all of the function or service instead of executing the function or service itself. can One or more other electronic devices receiving the request may execute an additional function or service related to the request, and transmit a result of the execution to the electronic device 2201 . For this purpose, cloud computing, distributed computing, and/or client-server computing technologies may be used.

도 22는 도 21의 전자 장치에 구비되는 카메라 모듈의 개략적인 구성을 예시적으로 보이는 블록도이다.22 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a camera module included in the electronic device of FIG. 21 .

도 23을 참조하면, 카메라 모듈(2280)은 렌즈 어셈블리(2310), 플래쉬(2320), 이미지 센서(2330), 이미지 스태빌라이저(2340), 메모리(2350)(버퍼 메모리 등), 및/또는 이미지 시그널 프로세서(2360)를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(2310)는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있으며, 전술한 메타 광학 소자(100)(101)(102)(103)(104)(105)(106) 중 어느 하나가 포함될 수 있다. 렌즈 어셈블리(2310)는 하나 이상의 굴절 렌즈와 메타 광학 소자를 포함할 수 있다. 이에 구비되는 메타 광학 소자는 소정의 수차 보정에 알맞은 분산과 소정의 굴절률을 나타내는 타겟 위상 지연 프로파일을 가지는 렌즈로 설계될 수 있다. 이러한 메타 광학 소자를 구비하는 렌즈 어셈블리(2310)는 원하는 광학 성능을 구현하며 짧은 광학 전장을 가질 수 있다. Referring to FIG. 23 , the camera module 2280 includes a lens assembly 2310 , a flash 2320 , an image sensor 2330 , an image stabilizer 2340 , a memory 2350 (buffer memory, etc.), and/or an image signal. A processor 2360 may be included. The lens assembly 2310 may collect light emitted from a subject, which is an image to be photographed, and may be any one of the aforementioned meta optical elements 100, 101, 102, 103, 104, 105, and 106. may be included. The lens assembly 2310 may include one or more refractive lenses and a meta optical element. The meta-optical element provided therein may be designed as a lens having a target phase delay profile that exhibits dispersion suitable for a predetermined aberration correction and a predetermined refractive index. The lens assembly 2310 having such a meta-optical element may implement a desired optical performance and have a short optical length.

카메라 모듈(2280)은 이외에도, 액츄에이터를 더 구비할 수 있다. 액츄에이터는 예를 들어, 주밍(zooming) 및/또는 오토포커스(AF)를 위해 렌즈 어셈블리(2310)를 구성하는 렌즈 요소들의 위치를 구동하고 렌즈 요소들간 이격 거리를 조절할 수 있다. The camera module 2280 may further include an actuator. The actuator may drive a position of lens elements constituting the lens assembly 2310 and adjust a separation distance between the lens elements, for example, for zooming and/or autofocusing (AF).

카메라 모듈(2280)은 복수의 렌즈 어셈블리(2310)들을 포함할 수도 있으며, 이런 경우, 카메라 모듈(2280)은, 듀얼 카메라, 360도 카메라, 또는 구형 카메라(Spherical Camera)가 될 수 있다. 복수의 렌즈 어셈블리(2310)들 중 일부는 동일한 렌즈 속성(화각, 초점 거리, 자동 초점, F 넘버(F Number), 광학 줌 등)을 갖거나, 또는 다른 렌즈 속성들을 가질 수 있다. 렌즈 어셈블리(2310)는, 광각 렌즈 또는 망원 렌즈를 포함할 수 있다. The camera module 2280 may include a plurality of lens assemblies 2310 , and in this case, the camera module 2280 may be a dual camera, a 360 degree camera, or a spherical camera. Some of the plurality of lens assemblies 2310 may have the same lens property (angle of view, focal length, auto focus, F number, optical zoom, etc.), or may have different lens properties. The lens assembly 2310 may include a wide-angle lens or a telephoto lens.

플래쉬(2320)는 피사체로부터 방출 또는 반사되는 빛을 강화하기 위하여 사용되는 빛을 방출할 수 있다. 플래쉬(2320)는 하나 이상의 발광 다이오드들(RGB(Red-Green-Blue) LED, White LED, Infrared LED, Ultraviolet LED 등), 및/또는 Xenon Lamp를 포함할 수 있다. 이미지 센서(2330)는 도 1, 도 5 및 도 7에서 설명한 이미지센서(1200)이 수 있으며, 피사체로부터 방출 또는 반사되어 렌즈 어셈블리(2310)를 통해 전달된 빛을 전기적인 신호로 변환함으로써, 피사체에 대응하는 이미지를 획득할 수 있다. 이미지 센서(2330)는, RGB 센서, BW(Black and White) 센서, IR 센서, 또는 UV 센서와 같이 속성이 다른 이미지 센서들 중 선택된 하나 또는 복수의 센서들을 포함할 수 있다. 이미지 센서(2330)에 포함된 각각의 센서들은, CCD(Charged Coupled Device) 센서 및/또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 구현될 수 있다.The flash 2320 may emit light used to enhance light emitted or reflected from the subject. The flash 2320 may include one or more light emitting diodes (RGB (Red-Green-Blue) LED, White LED, Infrared LED, Ultraviolet LED, etc.), and/or a Xenon Lamp. The image sensor 2330 may be the image sensor 1200 described with reference to FIGS. 1, 5, and 7 , and converts light emitted or reflected from the subject and transmitted through the lens assembly 2310 into an electrical signal, so that the subject It is possible to obtain an image corresponding to . The image sensor 2330 may include one or a plurality of sensors selected from image sensors having different properties, such as an RGB sensor, a black and white (BW) sensor, an IR sensor, or a UV sensor. Each of the sensors included in the image sensor 2330 may be implemented as a CCD (Charged Coupled Device) sensor and/or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor.

이미지 스태빌라이저(2340)는 카메라 모듈(2280) 또는 이를 포함하는 전자 장치(2301)의 움직임에 반응하여, 렌즈 어셈블리(2310)에 포함된 하나 또는 복수개의 렌즈 또는 이미지 센서(2330)를 특정한 방향으로 움직이거나 이미지 센서(2330)의 동작 특성을 제어(리드 아웃(Read-Out) 타이밍의 조정 등)하여 움직임에 의한 부정적인 영향이 보상되도록 할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(2340)는 카메라 모듈(2280)의 내부 또는 외부에 배치된 자이로 센서(미도시) 또는 가속도 센서(미도시)를 이용하여 카메라 모듈(2280) 또는 전자 장치(2301)의 움직임을 감지할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(2340)는, 광학식으로 구현될 수도 있다. In response to the movement of the camera module 2280 or the electronic device 2301 including the same, the image stabilizer 2340 moves one or a plurality of lenses or image sensors 2330 included in the lens assembly 2310 in a specific direction. Alternatively, an operation characteristic of the image sensor 2330 may be controlled (adjustment of read-out timing, etc.) to compensate for a negative effect of movement. The image stabilizer 2340 detects the movement of the camera module 2280 or the electronic device 2301 using a gyro sensor (not shown) or an acceleration sensor (not shown) disposed inside or outside the camera module 2280. can The image stabilizer 2340 may be optically implemented.

메모리(2350)는 이미지 센서(2330)을 통하여 획득된 이미지의 일부 또는 전체 데이터가 다음 이미지 처리 작업을 위하여 저장할 수 있다. 예를 들어, 복수의 이미지들이 고속으로 획득되는 경우, 획득된 원본 데이터(Bayer-Patterned 데이터, 고해상도 데이터 등)는 메모리(2350)에 저장하고, 저해상도 이미지만을 디스플레이 해준 후, 선택된(사용자 선택 등) 이미지의 원본 데이터가 이미지 시그널 프로세서(2360)로 전달되도록 하는데 사용될 수 있다. 메모리(2350)는 전자 장치(2201)의 메모리(2230)로 통합되어 있거나, 또는 독립적으로 운영되는 별도의 메모리로 구성될 수 있다.The memory 2350 may store some or all data of an image acquired through the image sensor 2330 for a subsequent image processing operation. For example, when a plurality of images are acquired at high speed, the acquired original data (Bayer-Patterned data, high-resolution data, etc.) is stored in the memory 2350, only the low-resolution image is displayed, and then selected (user selection, etc.) It may be used to cause the original data of the image to be transmitted to the image signal processor 2360 . The memory 2350 may be integrated into the memory 2230 of the electronic device 2201 or may be configured as a separate memory operated independently.

이미지 시그널 프로세서(2360)는 이미지 센서(2330)을 통하여 획득된 이미지 또는 메모리(2350)에 저장된 이미지 데이터에 대하여 하나 이상의 이미지 처리들을 수행할 수 있다. 하나 이상의 이미지 처리들은, 깊이 지도(Depth Map) 생성, 3차원 모델링, 파노라마 생성, 특징점 추출, 이미지 합성, 및/또는 이미지 보상(노이즈 감소, 해상도 조정, 밝기 조정, 블러링(Blurring), 샤프닝(Sharpening), 소프트닝(Softening) 등)을 포함할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(2360)는 카메라 모듈(2280)에 포함된 구성 요소들(이미지 센서(2330) 등)에 대한 제어(노출 시간 제어, 또는 리드 아웃 타이밍 제어 등)를 수행할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(2360)에 의해 처리된 이미지는 추가 처리를 위하여 메모리(2350)에 다시 저장 되거나 카메라 모듈(2280)의 외부 구성 요소(메모리(2230), 표시 장치(2260), 전자 장치(2202), 전자 장치(2204), 서버(2208) 등)로 제공될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(2360)는 프로세서(2220)에 통합되거나, 프로세서(2220)와 독립적으로 운영되는 별도의 프로세서로 구성될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(2360)가 프로세서(2220)와 별도의 프로세서로 구성된 경우, 이미지 시그널 프로세서(2360)에 의해 처리된 이미지는 프로세서(2220)에 의하여 추가의 이미지 처리를 거친 후 표시 장치(2260)를 통해 표시될 수 있다.The image signal processor 2360 may perform one or more image processing on an image acquired through the image sensor 2330 or image data stored in the memory 2350 . One or more image processing may be performed by generating a depth map, 3D modeling, creating a panorama, extracting feature points, synthesizing an image, and/or compensating an image (noise reduction, resolution adjustment, brightness adjustment, blurring), sharpening ( sharpening), softening (Softening, etc.) may be included. The image signal processor 2360 may perform control (exposure time control, readout timing control, etc.) on components (such as the image sensor 2330 ) included in the camera module 2280 . The image processed by the image signal processor 2360 is stored back in the memory 2350 for further processing or external components of the camera module 2280 (memory 2230, display device 2260, electronic device 2202) , the electronic device 2204 , the server 2208 , etc.). The image signal processor 2360 may be integrated into the processor 2220 or configured as a separate processor operated independently of the processor 2220 . When the image signal processor 2360 is composed of a processor 2220 and a separate processor, the image processed by the image signal processor 2360 is subjected to additional image processing by the processor 2220 and then displayed on the display device 2260 . can be displayed through

전자 장치(2201)는 각각 다른 속성 또는 기능을 가진 복수의 카메라 모듈(2280)들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 복수의 카메라 모듈(2280)들 중 하나는 광각 카메라이고, 다른 하나는 망원 카메라일 수 있다. 유사하게, 복수의 카메라 모듈(2280)들 중 하나는 전면 카메라이고, 다른 하나는 후면 카메라일 수 있다.The electronic device 2201 may include a plurality of camera modules 2280 each having different properties or functions. In this case, one of the plurality of camera modules 2280 may be a wide-angle camera and the other may be a telephoto camera. Similarly, one of the plurality of camera modules 2280 may be a front camera and the other may be a rear camera.

도 23은 도 21의 전자 장치에 구비되는 3D 센서의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.23 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a 3D sensor provided in the electronic device of FIG. 21 .

3D 센서(2214)는 대상체에 소정의 광을 조사하고 대상체에서 반사된 광을 수신, 분석하여 대상체의 형상, 움직임등을 센싱하는 것이다. 3D 센서(2214)는 광원(2420), 메타 광학 소자(2410), 광 검출부(2430), 신호처리부(2440) 메모리(2450)를 포함한다. 메타 광학 소자(2410)로는 전술한 실시예들에 따른 메타 광학 소자(100)(101)(102)(103)(104)(105)(106) 중 어느 하나가 채용될 수 있고, 빔 디플렉터 또는 빔 쉐이퍼로 기능하도록 타겟 위상 지연 프로파일이 설정될 수 있다. The 3D sensor 2214 senses the shape, movement, etc. of the object by irradiating a predetermined light to the object and receiving and analyzing the light reflected from the object. The 3D sensor 2214 includes a light source 2420 , a meta optical element 2410 , a light detection unit 2430 , a signal processing unit 2440 , and a memory 2450 . As the meta-optical element 2410, any one of the meta-optical elements 100, 101, 102, 103, 104, 105, and 106 according to the above-described embodiments may be employed, and a beam deflector or A target phase delay profile can be set to function as a beam shaper.

광원(2420)는 대상체의 형상이나 위치 분석에 사용할 광을 조사한다. 광원(2420)는 소장 파장의 광을 생성, 조사하는 광원을 포함할 수 있다. 광원(2420)는 대상체의 위치, 형상 분석에 적합한 파장 대역의 광, 예를 들어, 적외선 대역 파장의 광을 생성 조사하는 LD(laser diode), LED(light emitting diode), SLD(super luminescent diode)등의 광원을 포함할 수 있다. 광원(2420)은 파장 가변의 레이저 다이오드일 수 있다. 광원(2420)는 복수의 서로 다른 파장 대역의 광을 생성 조사할 수도 있다. 광원(2420)는 펄스광 또는 연속광을 생성 조사할 수 있다.The light source 2420 irradiates light to be used to analyze the shape or position of the object. The light source 2420 may include a light source that generates and irradiates light having a small wavelength. The light source 2420 is LD (laser diode), LED (light emitting diode), SLD (super luminescent diode) that generates and irradiates light of a wavelength band suitable for analyzing the position and shape of an object, for example, light of an infrared band wavelength. It may include a light source, such as. The light source 2420 may be a tunable laser diode. The light source 2420 may generate and irradiate light of a plurality of different wavelength bands. The light source 2420 may generate and irradiate pulsed light or continuous light.

메타 광학 소자(2410)는 광원(1100)에서 조사한 광을 변조하여 대상체로 전달한다. 메타 광학 소자(2410)가 빔 디플렉터인 경우, 메타 광학 소자(2410)는 입사광을 소정 방향으로 편향시켜 대상체를 향하게 할 수 있다. 메타 광학 소자(2410)가 빔 쉐이퍼인 경우, 메타 광학 소자(2410)는 입사광이 소정 패턴을 가지는 분포를 갖도록 입사광을 변조한다. 메타 광학 소자(2410)는 3차원 형상 분석에 적합한 구조광(structured light)을 형성할 수도 있다.The meta optical element 2410 modulates the light irradiated from the light source 1100 and transmits the modulated light to the object. When the meta-optical element 2410 is a beam deflector, the meta-optical element 2410 may deflect incident light in a predetermined direction to direct it toward the object. When the meta-optical element 2410 is a beam shaper, the meta-optical element 2410 modulates the incident light so that the incident light has a distribution having a predetermined pattern. The meta optical element 2410 may form structured light suitable for 3D shape analysis.

메타 광학 소자(2410)는 전술한 바와 같이, 위상 지연 분산(∂φ/∂λ)을 0 또는 양수, 음수로 설정하고, 연속적인 위상 지연 프로파일을 구현할 수 있다. 따라서, 파장에 따른 편차가 없는(achromatic) 광 변조를 수행할 수 있다. 또는 반대로, 파장에 따른 편차가 강화되게 하여, 파장별로 편향 방향을 달리하거나, 파장별로 다른 빔 패턴을 형성하여 대상체에 조사할 수도 있다. As described above, the meta-optical element 2410 may set the phase delay dispersion (∂φ/∂λ) to 0 or a positive or negative number, and implement a continuous phase delay profile. Accordingly, it is possible to perform achromatic light modulation according to wavelength. Or, conversely, the deflection direction may be changed for each wavelength by enhancing the deviation according to the wavelength, or a different beam pattern may be formed for each wavelength and irradiated to the object.

광검출부(2430)는 메타 광학 소자(2410)를 경유하여 대상체에 조사된 광의 반사광을 수신한다. 광검출부(24430)는 광을 센싱하는 복수의 센서들의 어레이를 포함할 수 있고 또는 하나의 센서만으로 이루어질 수도 있다. The photodetector 2430 receives the reflected light of the light irradiated to the object via the meta-optical element 2410 . The photodetector 24430 may include an array of a plurality of sensors that sense light, or may consist of only one sensor.

신호처리부(2440)는 광검출부(2430)에서 센싱된 신호를 처리하여 대상체의 형상 등을 분석할 수 있다. 신호처리부(2440)는 대상체의 깊이 위치를 포함하는 3차원 형상을 분석할 수 있다. The signal processing unit 2440 may analyze the shape of the object by processing the signal sensed by the photodetector 2430 . The signal processing unit 2440 may analyze a 3D shape including the depth position of the object.

3차원 형상 분석을 위해, 광 비행 시간(Time of Flight) 측정을 위한 연산이 수행될 수 있다. 광비행시간 측정을 위해 다양한 연산법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 직접 시간 측정 방법은 대상체에 펄스광을 투사하고 피사체에 반사되어 광이 돌아오는 시간을 타이머로 측정하여 거리를 구한다. 상관법(correlation)은 펄스광을 대상체에 투사하고 대상체로부터 반사되어 돌아오는 반사광의 밝기로부터 거리를 측정한다. 위상지연 측정 방법은 사인파와 같은 연속파(continuous wave) 광을 대상체에 투사하고 반사되어 돌아오는 반사광의 위상차를 감지하여 거리로 환산하는 방법이다. For the 3D shape analysis, an operation for measuring the optical time of flight may be performed. Various arithmetic methods can be used to measure the optical flight time. For example, in the direct time measurement method, a distance is obtained by projecting pulsed light onto an object and measuring a time for the light to return after being reflected by the object with a timer. In the correlation method, a pulsed light is projected onto an object, and a distance is measured from the brightness of the reflected light reflected from the object. The phase delay measurement method is a method of projecting continuous wave light, such as a sine wave, onto an object, detecting the phase difference of the reflected light and converting it into a distance.

대상체에 구조광이 조사된 경우, 대상체에서 반사된 구조광의 패턴 변화, 즉, 입사된 구조광 패턴과 비교한 결과로부터 대상체의 깊이 위치를 연산할 수 있다. 대상체에서 반사된 구조광의 좌표별 패턴 변화를 추적하여 대상체의 깊이 정보를 추출할 수 있고, 이로부터 대상체의 형상, 움직임과 관련된 3차원 정보를 추출할 수 있다. When the structured light is irradiated to the object, the depth position of the object may be calculated from a change in the pattern of the structured light reflected from the object, that is, a result of comparison with the incident structured light pattern. Depth information of the object may be extracted by tracking the pattern change for each coordinate of the structured light reflected from the object, and 3D information related to the shape and movement of the object may be extracted therefrom.

메모리(2450)에는 신호처리부(2440)의 연산에 필요한 프로그램 및 기타 데이터들이 저장될 수 있다. The memory 2450 may store programs and other data necessary for the operation of the signal processing unit 2440 .

신호처리부(2440)에서의 연산 결과, 즉, 대상체의 형상, 위치에 대한 정보는 전자 장치(2200)내의 다른 유닛으로 또는 다른 전자 장치로 전송될 수 있다. 예를 들어, 메모리(2230)에 저장된 어플리케이션(2246)에서 이러한 정보가 사용될 수 있다. 결과가 전송되는 다른 전자 장치는 결과를 출력하는 디스플레이 장치나 프린터일 수도 있다. 이외에도, 무인자동차, 자율주행차, 로봇, 드론 등과 같은 자율 구동 기기, 스마트 폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 다양한 웨어러블(wearable) 기기, 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치 및 사물 인터넷 기기일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.The operation result of the signal processing unit 2440 , that is, information on the shape and location of the object may be transmitted to another unit in the electronic device 2200 or to another electronic device. For example, this information may be used by the application 2246 stored in the memory 2230 . Another electronic device to which the result is transmitted may be a display device or a printer that outputs the result. In addition, autonomous driving devices such as unmanned vehicles, autonomous vehicles, robots, drones, etc., smart phones, smart watches, mobile phones, personal digital assistants (PDAs), laptops, PCs, and various wearable devices (wearable) devices, other mobile or non-mobile computing devices, and Internet of Things devices.

상술한 메타 광학 소자 및 이를 포함하는 전자 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the above-described meta-optical device and electronic device including the same have been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those of ordinary skill in the art may make various modifications and equivalent other embodiments therefrom. You will understand that it is possible. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present specification is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within an equivalent scope should be construed as included.

Claims (37)

소정 파장 대역의 입사광에 대해 소정의 타겟 위상 지연 프로파일을 나타내는 것으로,
복수의 제1 나노구조물과, 이들을 둘러싸는 제1 주변물질을 포함하는 제1층;
상기 제1층 상에 배치되고, 복수의 제2 나노구조물과, 이들을 둘러싸는 제2 주변물질을 포함하는 제2층;을 포함하며,
상기 제1층과 상기 제2층은 소정의 제1방향에 따른 유효 굴절률 변화율의 부호가 서로 반대인 영역을 포함하는, 메타 광학 소자.
It represents a predetermined target phase delay profile for incident light of a predetermined wavelength band,
a first layer including a plurality of first nanostructures and a first surrounding material surrounding them;
a second layer disposed on the first layer and including a plurality of second nanostructures and a second surrounding material surrounding them;
Wherein the first layer and the second layer include regions in which signs of effective refractive index change in a predetermined first direction are opposite to each other.
제1항에 있어서,
상기 제1층과 상기 제2층은 상기 제1방향에 따른 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비가 서로 다른, 메타 광학 소자.
According to claim 1,
The first layer and the second layer have different ratios of dispersion change to effective refractive index change in the first direction, a meta-optical device.
제1항에 있어서,
상기 타겟 위상 지연 프로파일은 상기 소정 파장 대역의 파장에 대한 분산이 0인, 메타 광학 소자.
According to claim 1,
The target phase delay profile has zero dispersion with respect to a wavelength of the predetermined wavelength band, a meta-optical device.
제1항에 있어서,
상기 제1층이 나타내는 위상 지연 프로파일과 상기 타겟 위상 지연 프로파일은 상기 제1방향에 따른 변화율의 부호가 같은, 메타 광학 소자.
According to claim 1,
The phase delay profile represented by the first layer and the target phase delay profile have the same sign of a change rate in the first direction, a meta optical element.
제4항에 있어서,
상기 제2층의 상기 제1방향에 따른 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비는
상기 제1층의 상기 제1방향에 따른 유효 굴절률 변화에 대한 분산 변화율의 비보다 큰, 메타 광학 소자.
5. The method of claim 4,
The ratio of the dispersion change rate to the effective refractive index change in the first direction of the second layer is
Larger than the ratio of the dispersion change rate to the effective refractive index change in the first direction of the first layer, a meta-optical device.
제5항에 있어서,
상기 제2층에 포함되는 물질은 상기 제1층에 포함되는 물질보다 분산이 큰, 메타 광학 소자.
6. The method of claim 5,
The material included in the second layer has a greater dispersion than the material included in the first layer, a meta-optical device.
제1항에 있어서,
상기 제1층이 나타내는 위상 지연 프로파일과 상기 제2층이 나타내는 위상 지연 프로파일은 상기 제1방향에 따른 위치 변화에 대한 변화율의 부호가 서로 반대인, 메타 광학 소자.
According to claim 1,
The phase delay profile represented by the first layer and the phase delay profile represented by the second layer have opposite signs of a change rate with respect to a position change in the first direction.
제1항에 있어서,
상기 타겟 위상 지연 프로파일은 상기 소정 파장 대역에서 위치에 대해 연속적인 함수인. 메타 광학 소자.
According to claim 1,
wherein the target phase delay profile is a continuous function of position in the predetermined wavelength band. meta optical element.
제1항에 있어서,
상기 제1 나노구조물, 제2 나노구조물은 기둥 형상의 구조물인, 메타 광학 소자.
According to claim 1,
The first nanostructure and the second nanostructure is a columnar structure, a meta-optical device.
제9항에 있어서,
상기 제1 나노구조물, 제2 나노구조물은 폭에 대한 높이의 비가 2보다 큰, 메타 광학 소자.
10. The method of claim 9,
The first nanostructure and the second nanostructure have a ratio of height to width greater than 2, a meta optical device.
제9항에 있어서,
상기 제1 나노구조물, 제2 나노구조물의 높이는 상기 소정 파장 대역의 중심 파장보다 큰, 메타 광학 소자.
10. The method of claim 9,
The height of the first nanostructure and the second nanostructure is greater than a central wavelength of the predetermined wavelength band, a meta-optical device.
제9항에 있어서,
상기 제1 나노구조물은 제1 주변물질보다 높은 굴절률을 가지며,
상기 제2 나노구조물은 제2 주변물질보다 높은 굴절률을 가지며,
상기 제1 나노구조물들과 상기 제2 나노구조물들은
메타 광학 소자의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 폭이 변하는 경향이 서로 반대인, 메타 광학 소자.
10. The method of claim 9,
The first nanostructure has a higher refractive index than the first surrounding material,
The second nanostructure has a higher refractive index than the second surrounding material,
The first nanostructures and the second nanostructures are
A meta-optical element, wherein the tendency for width to change in one direction away from the center of the meta-optical element is opposite to each other.
제9항에 있어서,
상기 제1 나노구조물은 제1 주변물질보다 낮은 굴절률을 가지며,
상기 제2 나노구조물은 제2 주변물질보다 높은 굴절률을 가지며,
상기 제1 나노구조물들과 상기 제2 나노구조물들은
메타 광학 소자의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 상기 일 방향의 폭이 변하는 경향이 서로 같은, 메타 광학 소자.
10. The method of claim 9,
The first nanostructure has a lower refractive index than the first surrounding material,
The second nanostructure has a higher refractive index than the second surrounding material,
The first nanostructures and the second nanostructures are
A meta-optical element, wherein the tendency of the width of the one-direction to change along one direction away from the center of the meta-optical element is the same.
제9항에 있어서,
상기 제1 나노구조물은 내부 기둥 및 상기 내부 기둥을 둘러싸는 쉘 기둥 포함하는 형상인, 메타 광학 소자. ,
10. The method of claim 9,
The first nanostructure has a shape including an inner pillar and a shell pillar surrounding the inner pillar, a meta-optical device. ,
제14항에 있어서,
상기 내부 기둥의 굴절률은 상기 쉘 기둥의 굴절률보다 낮은, 메타 광학 소자.
15. The method of claim 14,
The refractive index of the inner pillar is lower than the refractive index of the shell pillar, meta-optical device.
제15항에 있어서,
상기 쉘 기둥의 굴절률은 상기 제1 주변물질의 굴절률보다 높은, 메타 광학 소자.
16. The method of claim 15,
The refractive index of the shell pillar is higher than the refractive index of the first surrounding material, meta-optical device.
제16항에 있어서,
상기 제2 나노구조물은 상기 제2 주변물질보다 굴절률이 높은, 메타 광학 소자.
17. The method of claim 16,
The second nanostructure has a higher refractive index than the second surrounding material, a meta-optical device.
제17항에 있어서,
상기 제1 나노구조물들과 상기 제2 나노구조물들은
메타 광학 소자의 중심에서 멀어지는 일방향을 따라 상기 일방향의 폭이 변하는 경향이 서로 반대인, 메타 광학 소자.
18. The method of claim 17,
The first nanostructures and the second nanostructures are
The tendency of the width of the one direction to change along one direction away from the center of the meta optical element is opposite to each other.
제16항에 있어서,
상기 제2 나노구조물은 상기 제2 주변물질보다 굴절률이 낮은, 메타 광학 소자.
17. The method of claim 16,
The second nanostructure has a lower refractive index than the second surrounding material, a meta-optical device.
제19항에 있어서,
상기 제1 나노구조물들과 상기 제2 나노구조물들은
메타 광학 소자의 중심에서 멀어지는 일방향을 따라 상기 일방향의 폭이 변하는 경향이 서로 같은, 메타 광학 소자.
20. The method of claim 19,
The first nanostructures and the second nanostructures are
A meta-optical element, wherein the tendency to change the width of the one-direction along one direction away from the center of the meta-optical element is the same.
제9항에 있어서,
상기 제1 나노구조물은 상기 제1 주변 물질로 둘러싸인 홀 형상인, 메타 광학 소자.
10. The method of claim 9,
The first nanostructure is a hole shape surrounded by the first surrounding material, a meta-optical device.
제21항에 있어서,
상기 제2 나노구조물은 상기 제2 주변물질보다 굴절률이 높은, 메타 광학 소자.
22. The method of claim 21,
The second nanostructure has a higher refractive index than the second surrounding material, a meta-optical device.
제22항에 있어서,
상기 제1 나노구조물들의 홀과 상기 제2 나노구조물들은
상기 메타 광학 소자의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 상기 일 방향의 폭이 변하는 경향이 서로 같은, 메타 광학 소자.
23. The method of claim 22,
The holes of the first nanostructures and the second nanostructures are
The tendency of the width of the one direction to change along one direction away from the center of the meta optical element is the same as each other, a meta optical element.
제21항에 있어서,
상기 제2 나노구조물은 상기 제2 주변물질보다 굴절률이 낮은, 메타 광학 소자.
22. The method of claim 21,
The second nanostructure has a lower refractive index than the second surrounding material, a meta-optical device.
제24항에 있어서,
상기 제1 나노구조물들들의 홀과 상기 제2 나노구조물들은
상기 메타 광학 소자의 중심에서 멀어지는 일 방향을 따라 상기 일 방향의 폭이 변하는 경향이 서로 반대인, 메타 광학 소자.
25. The method of claim 24,
The holes of the first nanostructures and the second nanostructures are
The tendency of the width of the one direction to change along one direction away from the center of the meta optical element is opposite to each other.
제1항에 있어서,
상기 제1층과 상기 제2층을 지지하는 지지층을 더 포함하는, 메타 광학 소자.
According to claim 1,
A meta-optical device further comprising a support layer supporting the first layer and the second layer.
제1항에 있어서,
상기 제1층과 상기 제2층 사이에 스페이서층이 더 구비된 메타 광학 소자.
According to claim 1,
A meta-optical device further comprising a spacer layer between the first layer and the second layer.
제1항에 있어서,
상기 타겟 위상 지연 프로파일은 상기 소정 파장 대역의 파장에 대한 분산이 0보다 작은, 메타 광학 소자.
According to claim 1,
The target phase delay profile has a dispersion with respect to a wavelength of the predetermined wavelength band is less than 0, a meta-optical device.
제1항에 있어서,
상기 타겟 위상 지연 프로파일은 상기 소정 파장 대역의 파장에 대한 분산이 0보다 큰, 메타 광학 소자.
According to claim 1,
The target phase delay profile has a dispersion with respect to a wavelength of the predetermined wavelength band is greater than 0, a meta-optical device.
제1항에 있어서,
상기 메타 광학 소자는 렌즈인, 메타 광학 소자.
According to claim 1,
The meta-optical element is a lens, a meta-optical element.
제1항에 있어서,
상기 메타 광학 소자는 빔 편향기(beam deflector)인, 메타 광학 소자.
According to claim 1,
The meta-optical element is a beam deflector (beam deflector), meta-optical element.
제1항에 있어서,
상기 메타 광학 소자는 빔 정형기(beam shaper)인, 메타 광학 소자.
According to claim 1,
The meta-optical element is a beam shaper (beam shaper), meta-optical element.
제1항 내지 제32 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소정 파장 대역은 파장 400nm에서 700m의 범위인, 메타 광학 소자.
33. The method of any one of claims 1 to 32,
The predetermined wavelength band is a wavelength range of 400 nm to 700 m, a meta-optical device.
제1항 내지 제32 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메타 광학 소자의 상기 제1방향의 전체 길이에 대한 상기 영역의 제1방향의 길이의 비는 80% 이상인, 메타 광학 소자.
33. The method of any one of claims 1 to 32,
The ratio of the length in the first direction of the region to the total length in the first direction of the meta-optical element is 80% or more.
제1항 내지 제32 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소정 파장 대역의 광에 대한 회절 효율이 0.8 이상인, 메타 광학 소자.
33. The method of any one of claims 1 to 32,
A meta-optical device having a diffraction efficiency of 0.8 or more for light in the predetermined wavelength band.
하나 이상의 굴절 렌즈와 제1항 내지 제30항 중 어느 하나의 메타 광학 소자를 포함하는 촬상 렌즈 어셈블리;
상기 촬상 렌즈에 의해 형성된 광학 상(optical image)을 전기 신호로 변환하는 이미지 센서;를 포함하는, 전자 장치.
An imaging lens assembly comprising one or more refractive lenses and the meta-optical element of any one of claims 1 to 30;
and an image sensor that converts an optical image formed by the imaging lens into an electrical signal.
광원;
상기 광원에서의 광을 변조하여 대상체에 전달하는 제1항 내지 제32항 중 어느 하나의 메타 광학 소자;
상기 대상체로부터의 광을 센싱하는 광검출부;를 포함하는 전자 장치.
light source;
33. A meta-optical device according to any one of claims 1 to 32, which modulates the light from the light source and transmits it to the object;
and a photodetector configured to sense light from the object.
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