KR20200129034A - Meta lens and optical apparatus including the same - Google Patents

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KR20200129034A
KR20200129034A KR1020200042974A KR20200042974A KR20200129034A KR 20200129034 A KR20200129034 A KR 20200129034A KR 1020200042974 A KR1020200042974 A KR 1020200042974A KR 20200042974 A KR20200042974 A KR 20200042974A KR 20200129034 A KR20200129034 A KR 20200129034A
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light
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박현성
한승훈
박현수
신창균
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삼성전자주식회사
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/002—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials

Abstract

A meta-lens comprises: a first meta-surface having a plurality of first nanostructures distributed in a first shape distribution; a second meta-surface spaced from the first meta-surface at a distance greater than the central wavelength in a predetermined wavelength band and having a plurality of second nanostructures distributed in a second shape distribution. The present invention can realize a preferred refractive force and chromatic aberration with respect to light of a predetermined wavelength band by setting a phase delay function on two meta-surfaces.

Description

메타 렌즈 및 이를 포함하는 광학 장치 {Meta lens and optical apparatus including the same}Meta lens and optical apparatus including the same

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

반도체 기반 센서 배열을 이용하는 광학 센서들은 모바일 기기 및 웨어러블 기기 사물 인터넷 등에 점점 더 많이 사용되고 있다. Optical sensors using semiconductor-based sensor arrays are increasingly being used in mobile devices and wearable devices, such as the Internet of Things.

이러한 기기 들의 소형화가 요구되고 있지만, 기기들에 포함되는 광학 렌즈의 두께를 줄이는데 어려움이 있다. 곡률을 이용하여 광학 성능을 조절하는 렌즈는 곡률 반경이 작을수록 굴절력이 커지는데, 곡률 반경이 작아질수록 광축 방향으로 렌즈가 차지하는 두께는 커지기 때문이다. Although miniaturization of these devices is required, it is difficult to reduce the thickness of an optical lens included in the devices. The refractive power of a lens that adjusts optical performance using curvature increases as the radius of curvature decreases, because the thickness occupied by the lens in the optical axis direction increases as the radius of curvature decreases.

이에 따라, 메타 표면 기반으로 평탄하고 두께가 얇은 렌즈를 구현하기 위한 시도가 있다. 그러나, 원하는 굴절력의 구현, 색수차 제어 등에 여전히 어려움이 있다. Accordingly, there is an attempt to implement a flat and thin lens based on the meta surface. However, there are still difficulties in implementing desired refractive power and controlling chromatic aberration.

다파장 대역의 광에 대해 원하는 굴절력, 색수차를 구현할 수 있는 메타 렌즈가 제공된다.A meta lens capable of implementing desired refractive power and chromatic aberration for light in a multi-wavelength band is provided.

일 유형에 따르면, 소정 파장 대역의 광에 대해 색수차를 나타내는 것으로, 제1 형상분포로 분포된 복수의 제1 나노구조물을 포함하는 제1 메타표면; 상기 소정 파장 대역의 중심 파장보다 큰 거리로 상기 제1 메타표면과 이격 배치되고, 제2 형상분포로 분포된 복수의 제2 나노구조물을 포함하는 제2 메타표면;을 포함한다. According to one type, a first meta-surface that exhibits chromatic aberration for light of a predetermined wavelength band and includes a plurality of first nanostructures distributed in a first shape distribution; And a second meta-surface that is spaced apart from the first meta-surface by a distance greater than the center wavelength of the predetermined wavelength band and includes a plurality of second nanostructures distributed in a second shape distribution.

상기 제1 메타표면이 입사광의 위상을 지연시키는 함수, φ1은 상기 제1 메타표면의 중심으로부터의 거리, r에 대해 φ1(r)=ar2으로 표현되도록 상기 제1 형상분포가 정해질 수 있다. The first shape distribution is determined so that the first meta-surface is a function of delaying the phase of the incident light, φ 1 is the distance from the center of the first meta-surface, and r is expressed as φ 1 (r) = ar 2 . I can.

상기 제1 메타표면은 상기 소정 파장 대역 내의 서로 다른 파장의 광에 대해 실질적으로 동일한 φ1을 나타내도록 상기 제1 형상분포가 정해질 수 있다. The first shape distribution may be determined so that the first metasurface exhibits substantially the same φ 1 for light of different wavelengths within the predetermined wavelength band.

상기 제2 메타표면이 입사광의 위상을 지연시키는 함수, φ2는 상기 제2 메타표면의 중심으로부터의 거리, r에 대해 φ2(r)=br2(b≠a)로 표현되도록 상기 제2 형상분포가 정해질 수 있다. The second meta-surface is a function of delaying the phase of the incident light, φ 2 is the distance from the center of the second meta-surface, r is expressed as φ 2 (r) = br 2 (b ≠ a) The shape distribution can be determined.

상기 제2 메타표면은 상기 소정 파장 대역 내의 서로 다른 파장의 광에 대해 실질적으로 동일한 φ2을 나타내도록 상기 제2 형상분포가 정해질 수 있다. The second shape distribution may be determined so that the second meta-surface exhibits substantially the same φ 2 for light of different wavelengths within the predetermined wavelength band.

상기 제1 메타표면과 상기 제2 메타표면은 상기 중심 파장의 광에 대한 굴절력의 부호가 반대일 수 있다. The first meta-surface and the second meta-surface may have opposite signs of refractive power for light of the center wavelength.

상기 중심 파장의 광에 대한 상기 제1 메타표면의 초점 거리 f1, 상기 중심 파장의 광에 대한 상기 제2 메타표면의 초점 거리 f2 및 상기 제1 메타표면과 상기 제2 메타표면간 거리 d는 상기 메타 렌즈의 상기 중심 파장의 광에 대한 굴절력이 0이 되도록 설정될 수 있다. The focal length f1 of the first metasurface with respect to the light of the center wavelength, the focal distance f2 of the second metasurface with respect to the light of the central wavelength, and the distance d between the first metasurface and the second metasurface are the It may be set such that the refractive power of the meta lens with respect to the light of the center wavelength is zero.

상기 제1 메타표면과 상기 제2 메타표면 사이의 거리는 상기 중심 파장의 5배보다 클 수 있다. A distance between the first metasurface and the second metasurface may be greater than 5 times the center wavelength.

상기 소정 파장 대역은 가시광선에서 적외선 범위의 파장 대역에 포함될 수 있다. The predetermined wavelength band may be included in a wavelength band ranging from visible light to infrared light.

상기 제1 나노구조물, 상기 제2 나노구조물은 높이와 폭이 정의되는 기둥 형상을 가질 수 있다. The first nanostructure and the second nanostructure may have a pillar shape having a height and a width defined.

상기 제1 나노구조물, 상기 제2 나노구조물의 폭은 상기 중심 파장보다 작을 수 있다. Widths of the first nanostructure and the second nanostructure may be smaller than the center wavelength.

상기 제1 나노구조물, 상기 제2 나노구조물의 높이는 상기 중심 파장의 1/2 이상일 수 있다. The height of the first nanostructure and the second nanostructure may be at least 1/2 of the center wavelength.

상기 메타 렌즈는 서로 마주하는 제1면과 제2면을 구비하는 기판을 더 포함하며, 상기 제1면 상에 상기 복수의 제1 나노구조물이 배치되고, 상기 제2면 상에 상기 복수의 제2 나노구조물이 배치될 수 있다. The meta lens further includes a substrate having a first surface and a second surface facing each other, wherein the plurality of first nanostructures are disposed on the first surface, and the plurality of second surfaces are disposed on the second surface. 2 Nanostructures can be placed.

상기 메타 렌즈는 상기 복수의 제1 나노구조물을 덮으며, 상기 복수의 제1 나노구조물의 굴절률보다 낮은 굴절률의 물질로 이루어진 제1보호층; 상기 복수의 제2 나노구조물을 덮으며, 상기 복수의 제2 나노구조물의 굴절률보다 낮은 굴절률의 물질로 이루어진 제2보호층;을 더 포함할 수 있다. The meta-lens covers the plurality of first nanostructures and includes a first protective layer made of a material having a refractive index lower than that of the plurality of first nanostructures; It may further include a second protective layer covering the plurality of second nanostructures and made of a material having a refractive index lower than that of the plurality of second nanostructures.

상기 제1보호층, 상기 제2보호층 중 적어도 하나는 곡면 형상의 표면을 가질 수 있다. At least one of the first protective layer and the second protective layer may have a curved surface.

상기 제1보호층, 상기 제2보호층 중 하나는 볼록한 곡면 형상의 표면을 가지고, 다른 하나는 오목한 곡면 형상의 표면을 가질 수 있다. One of the first protective layer and the second protective layer may have a convex curved surface, and the other may have a concave curved surface.

상기 메타 렌즈는 상기 복수의 제1 나노구조물을 지지하는 제1기판; 상기 복수의 제2 나노구조물을 지지하는 제2기판;을 더 포함할 수 있다. The meta lens includes: a first substrate supporting the plurality of first nanostructures; It may further include a second substrate supporting the plurality of second nanostructures.

상기 메타 렌즈는 상기 복수의 제1 나노구조물을 덮으며, 상기 복수의 제1 나노구조물의 굴절률보다 낮은 굴절률의 물질로 이루어진 제1보호층; 상기 복수의 제2 나노구조물을 덮으며, 상기 복수의 제2 나노구조물의 굴절률보다 낮은 굴절률의 물질로 이루어진 제2보호층;을 더 포함할 수 있다. The meta-lens covers the plurality of first nanostructures and includes a first protective layer made of a material having a refractive index lower than that of the plurality of first nanostructures; It may further include a second protective layer covering the plurality of second nanostructures and made of a material having a refractive index lower than that of the plurality of second nanostructures.

상기 제1보호층, 상기 제2보호층 중 적어도 하나는 곡면 형상의 표면을 가질 수 있다. At least one of the first protective layer and the second protective layer may have a curved surface.

상기 제1기판에서 상기 복수의 제1 나노구조물이 배치된 면의 이면과 상기 제2기판에서 상기 복수의 제2 나노구조물이 배치된 면의 이면이 서로 접합될 수 있다. A rear surface of a surface on which the plurality of first nanostructures are disposed on the first substrate and a rear surface of a surface on which the plurality of second nanostructures are disposed on the second substrate may be bonded to each other.

또는, 상기 복수의 제1 나노구조물과 상기 복수의 제2 나노구조물이 서로 마주하도록 배치될 수 있다. Alternatively, the plurality of first nanostructures and the plurality of second nanostructures may be disposed to face each other.

상기 메타 렌즈는 상기 복수의 제1 나노구조물을 지지하는 기판; 상기 복수의 제1 나노구조물을 덮으며, 상기 복수의 제1 나노구조물의 굴절률보다 작은 굴절률의 물질로 이루어진 제1보호층;을 더 포함할 수 있고, 상기 복수의 제2 나노구조물은 상기 제1보호층 상에 배치될 수 있다. The meta lens may include a substrate supporting the plurality of first nanostructures; It may further include a first protective layer covering the plurality of first nanostructures and made of a material having a refractive index smaller than that of the plurality of first nanostructures, wherein the plurality of second nanostructures comprises the first It may be disposed on the protective layer.

상기 메타 렌즈는 상기 복수의 제2 나노구조물을 덮으며, 상기 복수의 제2 나노구조물의 굴절률보다 작은 굴절률의 물질로 이루어진 제2 보호층;을 더 포함할 수 있다. The meta-lens may further include a second protective layer covering the plurality of second nanostructures and made of a material having a refractive index smaller than that of the plurality of second nanostructures.

상기 제2보호층은 곡면 형상의 표면을 가질 수 있다. The second protective layer may have a curved surface.

일 유형에 따르면, 하나 이상의 굴절 렌즈를 포함하는 렌즈부; 및 상술한 어느 하나의 메타 렌즈;를 포함하는 촬상 렌즈가 제공된다.According to one type, a lens unit including one or more refractive lenses; And any one of the above-described meta lenses.

상기 메타 렌즈는 상기 렌즈부에 의해 발생한 색수차를 줄이는 색수차를 가질 수 있고, 상기 촬상 렌즈의 초점 거리는 상기 렌즈부의 초점 거리와 실질적으로 동일할 수 있다. The meta lens may have chromatic aberration reducing chromatic aberration generated by the lens unit, and a focal length of the imaging lens may be substantially the same as a focal length of the lens unit.

일 유형에 따르면, 상기 촬상 렌즈에 의해 형성된 광학 상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서;를 포함하는 촬상 장치가 제공된다.According to one type, an image sensor including an image sensor for converting an optical image formed by the imaging lens into an electrical signal is provided.

상술한 메타 렌즈는 두 개의 메타 표면을 포함하며, 각 메타 표면의 위상 지연 함수 및 메타 표면 간 거리를 설정하여, 원하는 파장 대역의 광에 대해 원하는 굴절력과 색수차를 구현할 수 있다.The above-described meta lens includes two meta surfaces, and by setting a phase delay function of each meta surface and a distance between the meta surfaces, desired refractive power and chromatic aberration for light of a desired wavelength band may be implemented.

상술한 메타 렌즈는 일반적인 굴절렌즈와 결합하여 색수차가 개선된 촬상 렌즈로 적용될 수 있고, 촬상 장치 등 다양한 광학 장치에 채용될 수 있다. The above-described meta lens may be applied as an imaging lens with improved chromatic aberration in combination with a general refractive lens, and may be employed in various optical devices such as an imaging device.

도 1은 실시예에 따른 메타 렌즈에 구비된 두 메타 표면의 서로 다른 파장의 광에 대한 작용을 설명하는 개념도이다.
도 2a는 실시예에 따른 메타 렌즈에 구비되는 메타 표면의 예시적인 형태를 보이는 평면도이고, 도 2b는 메타 표면에 구비되는 나노구조물의 예시적인 형상을 보이는 사시도이다.
도 3은 메타 표면들에 의한 광선의 변위를 설명하기 위해 광선의 위치를 광축으로부터의 거리와 메타 표면에의 입사각으로 표시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 소정 간격으로 이격된 두 메타 표면의 초점 거리 조합으로부터 메타 렌즈의 초점 거리 및 색수차를 표시한 맵이다.
도 4c 및 도 4d는 다른 소정 간격으로 이격된 두 메타 표면의 초점 거리 조합으로부터 메타 렌즈의 초점 거리 및 색수차를 표시한 맵이다.
도 5a 내지 도 5d는 Ray Tracing 기법을 이용해 도 4a에 표시된 네 지점에 해당하는 메타 렌즈들 각각의 초점 특성을 보인다.
도 6은 비교예에 따른, 하나의 메타 표면으로 이루어진 메타렌즈에서의 초점 특성을 보인다.
도 7은 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 14는 실시예에 따른 촬상 렌즈의 구성과 광학적 배치를 개략적으로 보인다.
도 15는 실시예에 따른 촬상 장치의 구성과 광학적 배치를 개략적으로 보인다. 1 is a conceptual diagram illustrating an action of two meta surfaces provided in a meta lens according to an embodiment to light having different wavelengths.
2A is a plan view showing an exemplary shape of a meta surface provided in a meta lens according to an embodiment, and FIG. 2B is a perspective view showing an exemplary shape of a nanostructure provided on the meta surface.
FIG. 3 is a diagram showing a position of a light ray as a distance from an optical axis and an angle of incidence to the meta surface in order to explain the displacement of the light ray by the meta surfaces.
4A and 4B are maps showing a focal length and chromatic aberration of a meta lens from a combination of focal lengths of two meta surfaces spaced apart by a predetermined interval.
4C and 4D are maps showing a focal length and chromatic aberration of a meta lens from a combination of focal lengths of two meta surfaces spaced at different predetermined intervals.
5A to 5D show focal characteristics of each of the meta lenses corresponding to the four points shown in FIG. 4A using a ray tracing technique.
6 shows focal characteristics in a meta lens made of one meta surface according to a comparative example.
7 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a meta lens according to an embodiment.
8 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a meta lens according to another embodiment.
9 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a meta lens according to another embodiment.
10 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a meta lens according to another embodiment.
11 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a meta lens according to another embodiment.
12 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a meta lens according to another embodiment.
13 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a meta lens according to another embodiment.
14 schematically shows the configuration and optical arrangement of an imaging lens according to an embodiment.
15 schematically shows the configuration and optical arrangement of an imaging device according to an embodiment.

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, exemplary embodiments 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 elements, and the size of each element 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 "top" or "top" may include not only those directly above by contact, but also those above 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 and second may be used to describe various elements, but are used only for the purpose of distinguishing one element from other elements. These terms are not intended to limit differences in materials or structures of 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.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

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 units that process at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or as 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 reference terms may correspond to 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 done in any suitable order unless there is a clear statement that the steps should be done in the order described. In addition, the use of all exemplary terms (eg, etc.) is merely for describing technical ideas in detail, and the scope of the rights is not limited by these terms unless limited by claims.

도 1은 실시예에 따른 메타 렌즈에 구비된 두 메타 표면의 서로 다른 파장의 광에 대한 작용을 설명하는 개념도이다. 도 2a는 실시예에 따른 메타 렌즈에 구비되는 메타 표면의 예시적인 형태를 보이는 평면도이고, 도 2b는 메타 표면에 구비되는 나노구조물의 예시적인 형상을 보이는 사시도이다.1 is a conceptual diagram illustrating an action of two meta surfaces provided in a meta lens according to an embodiment to light having different wavelengths. 2A is a plan view showing an exemplary shape of a meta surface provided in a meta lens according to an embodiment, and FIG. 2B is a perspective view showing an exemplary shape of a nanostructure provided on the meta surface.

메타 렌즈(ML)은 서로 이격 배치된 제1 메타표면(MS1)과 제2 메타표면(MS2)을 포함한다. 제1 메타표면(MS1)과 제2 메타표면(MS2)은 입사광의 위상을 위치에 따라 변조하여 소정의 투과 위상 분포를 구현하도록 구성된다. 이러한 소정의 투과 위상 분포는 메타 렌즈(ML)가 소정 파장 대역의 입사광에 대해 원하는 굴절력과 색수차를 나타내도록 설정될 수 있다. 제1 메타표면(MS1)과 제2 메타표면(MS2) 간의 거리는 상기 소정 파장 대역의 중심 파장(λ0)보다 클 수 있다. 상기 소정 파장 대역은 가시광 영역과 적외선 영역을 포함하는 범위 내에 포함되는 대역일 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. The meta lens ML includes a first meta surface MS1 and a second meta surface MS2 spaced apart from each other. The first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2 are configured to implement a predetermined transmission phase distribution by modulating a phase of incident light according to a position. The predetermined transmission phase distribution may be set such that the meta lens ML exhibits a desired refractive power and chromatic aberration for incident light in a predetermined wavelength band. The distance between the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2 may be greater than the center wavelength λ 0 of the predetermined wavelength band. The predetermined wavelength band may be a band included in a range including a visible region and an infrared region, but is not limited thereto.

제1 메타표면(MS1)은 φ1(r), 제2 메타표면(MS2)은 φ2(r)의 형태로 입사광에 대한 위상 지연 함수를 가지도록 구성될 수 있다. φ1(r), φ2(r)은 입사광에 대해 소정의 굴절력을 나타내는 형태일 수 있다. 즉, 입사광은 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2)을 지나며 수렴하거나 발산할 수 있다. The first meta-surface MS1 may be configured to have a phase delay function for incident light in the form of φ 1 (r) and the second meta-surface MS2 φ 2 (r). φ 1 (r) and φ 2 (r) may be in the form of indicating a predetermined refractive power for incident light. That is, incident light may converge or diverge while passing through the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2.

φ1(r)은 제1 메타표면(MS1)의 중심으로부터의 거리, r에 대해 φ1(r)=ar2의 형태일 수 있다. 즉, φ1(r)은 제1 메타표면(MS1)의 중심으로부터의 거리에 대한 함수로 나타나며, 입사광의 파장에는 거의 의존하지 않는다. 다시 말하면, 제1 메타표면(MS1)은 소정 파장 대역 내의 서로 다른 파장(λ1, λ2)의 광에 대해 실질적으로 동일한 함수 φ1(r)을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 메타표면(MS1)에 입사되는 제1파장(λ1)의 광, 제2파장(λ1)의 광은 서로 다른 투과 위상 분포를 갖게되며, 각기 다른 각도로 회절, 편향되게 된다. φ 1 (r) may be in the form of φ 1 (r) = ar 2 with respect to r, a distance from the center of the first meta surface MS1. That is, φ 1 (r) appears as a function of the distance from the center of the first meta-surface MS1 and hardly depends on the wavelength of the incident light. In other words, the first meta-surface MS1 may have substantially the same function φ 1 (r) for light having different wavelengths λ 1 and λ 2 in a predetermined wavelength band. Accordingly, light of the first wavelength (λ 1 ) and light of the second wavelength (λ 1 ) incident on the first meta-surface MS1 have different transmission phase distributions, and are diffracted and deflected at different angles. do.

φ2(r)은 제2 메타표면(MS2)의 중심으로부터의 거리, r에 대해 φ2(r)=br2의 형태일 수 있다. b는 a와 다른 실수이다. φ2(r)도 제2 메타표면(MS2)의 중심으로부터의 거리에 대한 함수로 나타나며, 입사광의 파장에는 거의 의존하지 않는다. 다시 말하면, 제2 메타표면(MS2)은 제1 메타표면(MS1)과 유사하게, 소정 파장 대역 내의 서로 다른 파장(λ1, λ2)의 광에 대해 실질적으로 동일한 함수 φ2(r)을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 메타표면(MS1)에 입사되는 제1파장(λ1)의 광, 제2파장(λ1)의 광은 서로 다른 투과 위상 분포를 갖게 되며, 각기 다른 각도로 편향되게 된다.φ 2 (r) may be in the form of φ 2 (r) = br 2 with respect to r, a distance from the center of the second meta-surface MS2. b is different from a. φ 2 (r) also appears as a function of the distance from the center of the second meta-surface MS2, and hardly depends on the wavelength of the incident light. In other words, similarly to the first meta-surface MS1, the second meta-surface MS2 has substantially the same function φ 2 (r) for light of different wavelengths λ 1 and λ 2 in a predetermined wavelength band. Can have. Accordingly, the first meta-surface light of the first wavelength (λ 1) which is incident on (MS1), light of the second wavelength (λ 1) are each have a different transmission phase distribution is to be biased to different angles.

위상 지연 함수에 따라 입사광의 투과 위상 분포가 정해지며, 이하에서, 위상 지연 함수, 투과 위상 분포의 표현은 혼용될 수 있다.The transmission phase distribution of the incident light is determined according to the phase delay function. Hereinafter, expressions of the phase delay function and the transmission phase distribution may be mixed.

제1 메타표면(MS1)이 나타내는 이러한 위상 지연 함수에 의해, 서로 다른 파장의 광은 제1 메타표면(MS1)을 지난 후 서로 다른 정도로 편향(deflect)되어 서로 다른 광경로를 따르게 된다. 이러한 경로 차에 의해 제1파장(λ1)의 광, 제2파장(λ2)의 광은 제2 메타표면(MS2)에 서로 다른 위치, 각도로 입사하게 된다. 도시된 바와 같이, 제1파장(λ1)의 광, 제2파장(λ2)의 광은 각각 제2 메타표면(MS2)의 중심으로부터의 거리 r1, r2의 위치에서, 제2 메타표면(MS2)에 입사한다. 제2 메타표면(MS2)이 나타내는 위상 지연 함수에 따라 제1파장(λ1)의 광, 제2파장(λ2)의 광의 투과 위상 분포가 달라지고 서로 다른 정도로 회절, 편향된다.Due to this phase delay function represented by the first meta-surface MS1, light of different wavelengths is deflected to different degrees after passing through the first meta-surface MS1 to follow different optical paths. Due to this path difference, light having a first wavelength λ 1 and light having a second wavelength λ 2 are incident on the second meta-surface MS2 at different positions and angles. As shown, light of a first wavelength (λ 1 ) and light of a second wavelength (λ 2 ) are respectively located at distances r 1 and r 2 from the center of the second meta surface MS2, It is incident on the surface MS2. The transmission phase distributions of the light of the first wavelength λ 1 and the light of the second wavelength λ 2 are different and are diffracted and deflected to different degrees according to the phase delay function represented by the second meta-surface MS2.

제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2)을 지난 제1파장(λ1)의 광, 제2파장(λ2)의 광은 다른 초점을 형성할 수 있다. 이러한 초점 산포(Δf)는 색수차로 나타난다. 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2)이 나타내는 위상 지연 함수를 조절하여 다양한 초점거리와 색수차 특성을 구현할 수 있다. Light having a first wavelength λ 1 , and light having a second wavelength λ 2 passing through the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2 may form different focal points. This focal dispersion (Δf) appears as chromatic aberration. Various focal lengths and chromatic aberration characteristics may be implemented by adjusting a phase delay function represented by the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2.

제1 메타표면(MS1)과 제2 메타표면(MS2)은 서로 반대의 굴절력을 가질 수 있다. 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2) 중 어느 하나는 양의 굴절력을 가지고, 다른 하나는 음의 굴절력을 가질 수 있다. 양의 굴절력은 광을 수렴시키는 성질이고 양의 초점 거리로 표현될 수 있고, 음의 굴절력은 광을 발산시키는 성질이며 음의 초점 거리로 표현될 수 있다. 이하에서, 굴절력, 초점 거리는 파장에 의존하는 것이므로, 특별한 언급이 없을 때 메타 렌즈(ML)의 동작 파장내의 중심 파장(λ0)에 대한 것을 의미하는 것으로 한다. The first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2 may have opposite refractive powers. One of the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2 may have positive refractive power, and the other may have negative refractive power. Positive refractive power is a property of converging light and can be expressed as a positive focal length, and negative refractive power is a property of emit light and can be expressed as a negative focal length. Hereinafter, since the refractive power and focal length depend on the wavelength, it is assumed to mean about the center wavelength λ 0 within the operating wavelength of the meta lens ML unless otherwise specified.

제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2) 중 하나는 양의 굴절력, 다른 하나는 음의 굴절력을 가지게 함으로써 메타 렌즈(ML)가 구현하는 색수차 범위를 보다 넓힐 수 있다. 또한, 제1 메타표면(MS1)과 제2 메타표면(MS2)간의 간격(d)를 파장(λ0)보다 크게 함으로써 메타 렌즈(ML)가 구현하는 색수차의 세부 조절이 보다 용이해질 수 있다. 예를 들어, 이 간격(d)은 5λ0 보다 클 수 있다. 또는, 이 간격(d)은 10λ0 보다 클 수 있고, 또는 100λ0 보다 클 수 있다. One of the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2 has a positive refractive power and the other has a negative refractive power, thereby widening the range of chromatic aberration implemented by the meta lens ML. In addition, by making the distance d between the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2 larger than the wavelength λ 0 , detailed adjustment of chromatic aberration implemented by the meta lens ML may be facilitated. For example, this interval d may be greater than 5λ 0 . Alternatively, the distance (d) may be greater than 10λ and 0, or larger than 100λ 0.

메타 렌즈(ML)의 굴절력은 거의 없도록, 즉, 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2) 각각의 굴절력의 작용이 상쇄되도록, 제1 메타표면(MS1)의 초점거리, 제2 메타표면(MS2)의 초점거리, 제1 메타표면(MS1)과 제2 메타표면(MS2) 간의 간격이 정해질 수 있다. 이와 같은 메타 렌즈(ML)는 다른 렌즈들과 결합하여 전체 초점거리에는 영향을 주지 않고 색수차만을 보정하는 렌즈로 활용될 수도 있다. The focal length of the first meta-surface MS1, the second A focal length of the meta-surface MS2 and a distance between the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2 may be determined. Such a meta lens ML may be used as a lens that corrects only chromatic aberration without affecting the overall focal length by combining with other lenses.

제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2)의 세부 형태를 살펴보면, 도 2a에 예시한 바와 같은 메타 표면(MS)을 가질 수 있다. 복수의 나노구조물(NS)은 복수의 링 모양을 따라 배열될 수 있다, 나노구조물(NS)의 위치별 형상과 크기는 메타 표면(MS)의 중심으로부터 거리 r의 함수로 정의될 수 있고, 극대칭의 분포를 가질 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이고 이에 한정되지 않는다. Looking at the detailed shapes of the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2, the meta-surface MS as illustrated in FIG. 2A may be provided. The plurality of nanostructures NS may be arranged along the shape of a plurality of rings. The shape and size of the nanostructures NS by location may be defined as a function of the distance r from the center of the meta surface MS. It can have a symmetrical distribution. However, this is exemplary and is not limited thereto.

나노구조물(NS)의 위치별 형상, 크기는 메타표면(MS)이 구현하고자 하는 위상 지연 함수에 따라 정해질 수 있다. 즉, 제1 메타표면(MS1)은 위상 지연 함수 φ1(r)을 구현할 수 있도록 제1 형상분포를 가지는 복수의 나노구조물을 포함할 수 있고, 제2 메타표면(MS2)은 위상 지연 함수 φ2(r)을 구현할 수 있도록 제2 형상분포를 가지는 복수의 나노구조물을 포함할 수 있다. The shape and size of the nanostructure NS for each location may be determined according to a phase delay function to be implemented by the metasurface MS. That is, the first meta-surface MS1 may include a plurality of nanostructures having a first shape distribution to implement the phase delay function φ 1 (r), and the second meta-surface MS2 is the phase delay function φ It may include a plurality of nanostructures having a second shape distribution to implement 2 (r).

나노구조물(NS)은 도 2b에 도시된 바와 같이, 높이 H, 직경 W인 원기둥 형상을 가질 수 있다. 나노구조물(NS)의 형상을 이에 한정되지 않으며, 높이와 폭이 정의될 수 있는 다양한 형상의 단면을 가지는 기둥 형상을 가질 수 있다. 단면 형상은 다각형, 타원, 기타 다양한 형상이 될 수 있다. The nanostructure NS may have a cylindrical shape having a height H and a diameter W, as shown in FIG. 2B. The shape of the nanostructure NS is not limited thereto, and may have a pillar shape having a cross section of various shapes in which a height and a width can be defined. The cross-sectional shape may be a polygon, an ellipse, or various other shapes.

나노구조물(NS)의 폭(W)은 메타 렌즈(ML)의 동작 파장, 즉, 상기 소정 파장 대역의 중심 파장(λ0)보다 작을 수 있고, 나노구조물(NS)의 높이(H)는 중심 파장(λ)의 반 이상일 수 있다. The width W of the nanostructure NS may be smaller than the operating wavelength of the meta lens ML, that is, the central wavelength λ 0 of the predetermined wavelength band, and the height H of the nanostructure NS is the center It may be more than half of the wavelength λ.

도 3은 메타 표면들에 의한 광선의 변위를 설명하기 위해 광선의 위치를 광축으로부터의 거리와 메타 표면에의 입사각으로 표시한 도면이다. FIG. 3 is a diagram showing a position of a light ray as a distance from an optical axis and an angle of incidence to the meta surface in order to explain the displacement of the light ray by the meta surfaces.

근축 근사(paraxial approximation)를 사용하여 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2)의 작용을 수식으로 살펴볼 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 광선의 초기 위치와 입사 각도가 각각 r0, θ0일 때, 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2)을 통과한 광선의 변위 r3는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. Using a paraxial approximation, the actions of the first metasurface MS1 and the second metasurface MS2 can be examined by an equation. As shown in FIG. 3, when the initial position and the incident angle of the ray are r 0 and θ 0 , respectively, the displacement r 3 of the ray passing through the first meta surface MS1 and the second meta surface MS2 is It can be expressed as in Equation 1.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서 φ1(r)는 제1 메타표면(MS1)에 의한 투과 위상 분포이며, φ2(r)는 제2 메타표면(MS2)에 의한 투과 위상 분포이다.Here, φ 1 (r) is a transmission phase distribution by the first meta-surface MS1, and φ 2 (r) is a transmission phase distribution by the second meta-surface MS2.

여기서 φ1(r)는 제1 메타표면(MS1)에 의한 투과 위상 분포이며, φ2(r)는 제2 메타표면(MS2)에 의한 투과 위상 분포이다. Here, φ 1 (r) is a transmission phase distribution by the first meta-surface MS1, and φ 2 (r) is a transmission phase distribution by the second meta-surface MS2.

제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2)이 렌즈를 형성하는 조건은 빛의 수직 입사를 가정하여 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. The condition in which the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2 form a lens may be expressed as Equation 2 below, assuming normal incidence of light.

Figure pat00002
Figure pat00002

이러한 렌즈 형성 조건에 따라, 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2)으로 이루어진 렌즈의 초점 거리는 하기 수학식 3과 같다. According to such lens formation conditions, the focal length of the lens formed of the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2 is as shown in Equation 3 below.

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

색수차, α는 하기 수학식 4와 같이 정의된다.Chromatic aberration, α is defined as in Equation 4 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

도 4a 및 도 4b는 소정 간격으로 이격된 두 메타 표면의 초점 거리 조합으로부터 메타 렌즈의 초점 거리 및 색수차를 표시한 맵이다. 초점 거리는 중심 파장 800nm의 광에 대한 것이다.4A and 4B are maps showing a focal length and chromatic aberration of a meta lens from a combination of focal lengths of two meta surfaces spaced apart by a predetermined interval. The focal length is for light with a center wavelength of 800 nm.

도 4a에서 세로축은 제1 메타표면(MS1)의 초점 거리(f1), 가로축은 제2 메타표면(MS2)의 초점 거리(f2)이다. 제1 메타표면(MS1)과 제2 메타표면(MS2)의 간격은 1mm인 경우이다. 이러한 두 메타 표면에 의한 합성 초점 거리(f0)는 도시된 이차원 맵(map) 상에 표시된 값이 된다. In FIG. 4A, a vertical axis is a focal length f 1 of the first meta-surface MS1, and a horizontal axis is a focal length f 2 of the second meta-surface MS2. The distance between the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2 is 1 mm. The composite focal length f 0 by these two meta surfaces becomes a value displayed on the illustrated two-dimensional map.

도 4b는 제1 메타표면(MS1)의 초점 거리(f1)를 세로축, 제2 메타표면(MS2)의 초점 거리(f2)를 가로축으로 하는 이차원 맵 상에 색수차(α)가 표시되고 있다. 4B shows chromatic aberration α on a two-dimensional map in which the focal length f 1 of the first meta surface MS1 is the vertical axis and the focal length f 2 of the second meta surface MS2 is the horizontal axis. .

도 4a에 표시된 지점들은 초점 거리(f0)가 같은 위치의 임의의 네 지점, ① ② ③ ④를 선택한 것으로 도 4b를 살펴보면, 해당 위치에 대응하는 색수차가 서로 다름을 알 수 있다. The points indicated in FIG. 4A are four random points with the same focal length f 0 , and ① ② ③ ④ are selected. Looking at FIG. 4B, it can be seen that chromatic aberrations corresponding to the corresponding positions are different.

이러한 초점 거리 맵, 색수차 맵을 활용하여, 각 메타 표면의 위상 지연 함수를 설계할 수 있고, 원하는 초점 거리와 색수차를 구현할 수 있다. Using these focal length maps and chromatic aberration maps, a phase delay function of each meta surface can be designed, and desired focal lengths and chromatic aberrations can be implemented.

도 4c 및 도 4d는 다른 소정 간격으로 이격된 두 메타 표면의 초점 거리 조합으로부터 메타 렌즈의 초점 거리 및 색수차를 표시한 맵이다.4C and 4D are maps showing a focal length and chromatic aberration of a meta lens from a combination of focal lengths of two meta surfaces spaced at different predetermined intervals.

도 4c 및 도 4d는 제1 메타표면(MS1)과 제2 메타표면(MS2)의 간격이 0.5mm인 경우이다. 4C and 4D illustrate a case in which the distance between the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2 is 0.5 mm.

도 4a 내지 도 4d를 살펴볼 때, 제1 메타표면(MS1)과 제2 메타표면(MS2)간 간격을 변화시키며 색수차 범위를 다양화 할 수 있음을 알 수 있다. 4A to 4D, it can be seen that the chromatic aberration range can be diversified by changing the distance between the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2.

도 5a 내지 도 5d는 광선 추적(Ray Tracing) 기법을 이용해 도 4a에 표시된 네 지점, ① ② ③ ④에 해당하는 메타 렌즈들 각각의 초점 특성을 보인다. 5A to 5D show the focal characteristics of each of the meta lenses corresponding to the four points shown in FIG. 4A, ① ② ③ ④ using a ray tracing technique.

도 5a 내지 도 5d는 같은 초점 거리(f0)를 구현하는, 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2)의 초점 거리 f1, f2의 다양한 조합을 보이고 있다. 여기서, f0, f1, f2는 중심 파장 800nm의 광에 대한 것이며, 700nm 및 800nm의 광은 다른 위치에 초점을 형성하는 것을 볼 수 있다. 이러한 초점 산포(Δf)는 색수차로 나타난다. 5A to 5D show various combinations of focal lengths f 1 and f 2 of the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2 that implement the same focal length f 0 . Here, f 0 , f 1 , and f 2 are for light having a central wavelength of 800 nm, and it can be seen that light of 700 nm and 800 nm forms a focus at different positions. This focal dispersion (Δf) appears as chromatic aberration.

도 6은 비교예에 따른, 하나의 메타 표면으로 이루어진 메타렌즈에서의 초점 특성을 보인다.6 shows focal characteristics in a meta lens made of one meta surface according to a comparative example.

비교예에 따른 메타 표면(10)은 메타 표면(10)이 나타내는 소정의 위상 지연 함수에 따라 정해지는 하나의 초점 거리와 색수차를 나타내게 된다. The meta-surface 10 according to the comparative example exhibits one focal length and chromatic aberration determined according to a predetermined phase delay function represented by the meta-surface 10.

비교예와 비교할 때, 실시예의 메타 렌즈(ML)는 두 메타 표면의 위상 지연 함수를 조합하여 다양한 초점거리와 색수차를 구현할 수 있음을 알 수 있다. Compared with the comparative example, it can be seen that the meta lens ML of the embodiment can implement various focal lengths and chromatic aberrations by combining the phase delay functions of the two meta surfaces.

도 7은 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.7 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a meta lens according to an embodiment.

메타 렌즈(100)는 기판(110)과 기판(110)의 양면에 각각 형성된 복수의 제1 나노구조물(NS1), 복수의 제2 나노구조물(NS2)을 포함한다.The meta lens 100 includes a substrate 110 and a plurality of first nanostructures NS1 and a plurality of second nanostructures NS2 respectively formed on both surfaces of the substrate 110.

복수의 제1 나노구조물(NS1)은 제1 형상분포를 가지며 제1 메타표면(MS1)을 이루고, 복수의 제2 나노구조물(NS2)은 제2 형상분포를 가지며 제2 메타표면(MS2)을 이룬다. 제1 형상분포, 제2 형상분포는 전술한 바와 같이, 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2)이 나타내고자 하는 위상 지연 함수 φ1(r), φ2(r)에 따라 정해질 수 있다. 위상 지연 함수 φ1(r), φ2(r)는 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2) 및 이들의 조합으로 이루어지는 메타 렌즈(100)가 구현할 광학 성능을 고려하여 정해질 수 있다. The plurality of first nanostructures NS1 has a first shape distribution and forms a first meta-surface MS1, and the plurality of second nanostructures NS2 has a second shape distribution and has a second meta-surface MS2. Achieve. As described above, the first shape distribution and the second shape distribution depend on the phase delay functions φ 1 (r) and φ 2 (r) to be expressed by the first meta surface (MS1) and the second meta surface (MS2). Can be decided. The phase delay functions φ 1 (r) and φ 2 (r) will be determined in consideration of the optical performance to be realized by the meta lens 100 composed of the first meta surface MS1, the second meta surface MS2, and a combination thereof. I can.

제1 메타표면(MS1)은 양의 굴절력(positive refractive power)을 나타내는 소정의 위상 지연 함수를 가지도록 복수의 제1 나노구조물(NS1)의 형상분포가 정해질 수 있다.The shape distribution of the plurality of first nanostructures NS1 may be determined so that the first meta-surface MS1 has a predetermined phase delay function indicating positive refractive power.

제2 메타표면(MS2)은 음의 굴절력(negative refractive power)을 나타내는 소정의 위상 지연 함수를 가지도록 복수의 제2 나노구조물(NS2)의 형상 분포가 정해질 수 있다. The shape distribution of the plurality of second nanostructures NS2 may be determined so that the second meta-surface MS2 has a predetermined phase delay function indicating negative refractive power.

제1 나노구조물(NS1)은 폭 W1, 높이 H1을 가지며 이 값은 제1 나노구조물(NS1)의 위치에 따라 다를 수 있다. 제2 나노구조물(NS2)은 폭 W2, 높이 H2를 가지며 이 값은 제2 나노구조물(NS2)의 위치에 따라 다를 수 있다. The first nanostructure NS1 has a width W1 and a height H1, and this value may vary depending on the location of the first nanostructure NS1. The second nanostructure NS2 has a width W2 and a height H2, and this value may vary depending on the location of the second nanostructure NS2.

제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)들의 높이는 모두 동일하게 도시되었으나 이에 한정되지 않고 위치에 따라 다를 수 있다. 복수의 제1 나노구조물(NS1)이 모두 같은 높이를 갖고, 복수의 제2 나노구조물(NS2)이 이와 다른, 모두 같은 높이를 가질 수도 있다. The heights of the first and second nanostructures NS1 and NS2 are all illustrated to be the same, but are not limited thereto and may vary according to positions. All of the plurality of first nanostructures NS1 may have the same height, and the plurality of second nanostructures NS2 may all have the same height, different from that.

기판(110)은 제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)을 지지하는 것으로 제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)과 다른 굴절률의 재질로 이루어질 수 잇다. 기판(110)과 제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)의 굴절률 차이는 0.5이상일 수 있다. 제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)의 굴절률이 기판(110)의 굴절률 보다 높을 수 있으며, 다만, 이에 한정되지는 않는다. The substrate 110 supports the first nanostructure NS1 and the second nanostructure NS2, and may be made of a material having a refractive index different from that of the first nanostructure NS1 and the second nanostructure NS2. The difference in refractive index between the substrate 110 and the first nanostructure NS1 and the second nanostructure NS2 may be 0.5 or more. The refractive index of the first nanostructure NS1 and the second nanostructure NS2 may be higher than the refractive index of the substrate 110, but is not limited thereto.

기판(110)의 두께는 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2) 간에 설정된 간격(d)를 가지도록 정해질 수 있다. The thickness of the substrate 110 may be determined to have a set distance d between the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2.

기판(110)은 글래스(fused silica, BK7, 등), Quartz, polymer(PMMA, SU-8 등) 및 플라스틱 중의 재질 중 어느 하나로 이루어질 수 있고, 반도체 기판일수도 있다. 제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)은 c-Si, p-Si, a-Si 및 III-V 화합물 반도체(GaP, GaN, GaAs 등), SiC, TiO2, SiN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The substrate 110 may be made of any one of glass (fused silica, BK7, etc.), quartz, polymer (PMMA, SU-8, etc.), and plastic, and may be a semiconductor substrate. The first nanostructure (NS1) and the second nanostructure (NS2) are at least among c-Si, p-Si, a-Si and III-V compound semiconductors (GaP, GaN, GaAs, etc.), SiC, TiO 2 , and SiN. It can contain one.

이하, 다양한 실시예들에 따른 메타 렌즈들의 구성을 살펴보기로 한다. 이하에서, 복수의 제1 나노구조물(NS1), 복수의 제2 나노구조물(NS2)은 각각 정해진 위상 지연 함수를 구현하는 제1 형상분포, 제2 형상분포에 따라 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2)을 이루며, 각 실시예에서 차이나는 구성들만을 설명하기로 한다.Hereinafter, a configuration of meta lenses according to various embodiments will be described. Hereinafter, the plurality of first nanostructures NS1 and the plurality of second nanostructures NS2 each have a first metasurface MS1, according to a first shape distribution and a second shape distribution implementing a predetermined phase delay function. Only components that constitute the second meta surface MS2 and differ in each embodiment will be described.

도 8은 다른 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.8 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a meta lens according to another embodiment.

본 실시예에 따른 메타 렌즈(101)는 복수의 제1 나노구조물(NS1)을 덮는 제1보호층(121), 복수의 제2 나노구조물(NS2)을 덮는 제2보호층(122)을 더 포함한다. The meta lens 101 according to the present embodiment further includes a first protective layer 121 covering the plurality of first nanostructures NS1 and a second protective layer 122 covering the plurality of second nanostructures NS2. Include.

제1 보호층(121)과 제1 나노구조물(NS1)의 굴절률 차이는 0.5 이상일 수 있고, 제2 보호층(122)과 제2 나노구조물(NS2)의 굴절률 차이는 0.5 이상일 수 있다. 제1 보호층(121), 제2 보호층(122)은 SU-8, PMMA 등의 폴리머 물질로 이루어질 수 있다.The difference in refractive index between the first protective layer 121 and the first nanostructure NS1 may be 0.5 or more, and the difference in the refractive index between the second protective layer 122 and the second nanostructure NS2 may be 0.5 or more. The first protective layer 121 and the second protective layer 122 may be formed of a polymer material such as SU-8 or PMMA.

제1 보호층(121), 제2 보호층(122)은 각각 제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 반대일 수도 있다.The first protective layer 121 and the second protective layer 122 may have a refractive index lower than that of the first nanostructure NS1 and the second nanostructure NS2, respectively. However, the present invention is not limited thereto and may be the opposite.

도 9는 또 다른 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.9 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a meta lens according to another embodiment.

본 실시예의 메타 렌즈(102)는 제1보호층(123), 제2보호층(124)이 곡면 형상의 표면을 가지는 점에서, 도 8의 메타 렌즈(101)와 차이가 있다. The meta lens 102 of the present embodiment is different from the meta lens 101 of FIG. 8 in that the first and second protective layers 123 and 124 have curved surfaces.

제1 메타표면(MS1)이 양의 굴절력을 나타내며, 이에 대한 보호층(123)의 표면(123a)은 볼록한 형상일 수 있다. 제2 메타표면(MS2)이 음의 굴절력을 나타내며, 이에 대한 보호층(124)의 표면(124a)이 오목한 형상일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.The first meta-surface MS1 exhibits positive refractive power, and the surface 123a of the protective layer 123 may have a convex shape. The second meta-surface MS2 may exhibit negative refractive power, and the surface 124a of the protective layer 124 may have a concave shape. However, it is not limited thereto.

도면에서는 제1보호층(123)의 표면(123a), 제2보호층(124)의 표면(124a)이 모두 곡면을 가지는 것으로 도시되었으나 이에 한정되지 않고 어느 하나는 곡면이고 어느 하나는 평탄할 수 있고, 오목, 볼록이 서로 반대일 수도 있다. 도시된 곡면은 구면 또는 비구면일 수 있다. In the drawing, both the surface 123a of the first protective layer 123 and the surface 124a of the second protective layer 124 are shown to have a curved surface, but the present invention is not limited thereto, and one may be curved and one may be flat. In addition, concave and convex may be opposite to each other. The illustrated curved surface may be a spherical surface or an aspherical surface.

이와 같이, 제1보호층(123), 제2보호층(124)도 소정의 굴절력을 갖게 하여, 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2)의 굴절력을 보완할 수 있다. In this way, the first protective layer 123 and the second protective layer 124 may also have a predetermined refractive power, thereby supplementing the refractive power of the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2.

도 10은 또 다른 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.10 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a meta lens according to another embodiment.

메타 렌즈(103)는 복수의 제1 나노구조물(NS1)을 지지하는 제1기판(111), 복수의 제2 나노구조물(NS2)을 지지하는 제2기판(112)을 포함한다.The meta lens 103 includes a first substrate 111 supporting a plurality of first nanostructures NS1 and a second substrate 112 supporting a plurality of second nanostructures NS2.

제1기판(111), 제2기판(112)은 제1 나노구조물(NS1), 제2 나노구조물(NS2)보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어질 수 있다. 제1기판(111)에서 제1 나노구조물(NS1)이 배치된 면의 이면과 제2기판(112)에서 제2 나노구조물(NS2)이 배치된 면의 이면이 서로 접합될 수 있다. 제1기판(111)의 두께와 제2기판(112)의 두께 합은 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2) 간에 설정된 간격(d)를 가지도록 정해질 수 있다. The first substrate 111 and the second substrate 112 may be made of a material having a lower refractive index than the first nanostructure NS1 and the second nanostructure NS2. The rear surface of the surface on which the first nanostructure NS1 is disposed on the first substrate 111 and the rear surface of the surface on the second substrate 112 on which the second nanostructure NS2 is disposed may be bonded to each other. The sum of the thickness of the first substrate 111 and the thickness of the second substrate 112 may be determined to have a set distance d between the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2.

또한, 복수의 제1 나노구조물(NS1)을 덮는 제1보호층(121), 복수의 제2 나노구조물(NS2)을 덮는 제2보호층(122)이 더 구비될 수 있다. 제1보호층(121), 제2보호층(122)은 모두 평탄하게 도시되었으나, 이에 한정되지 않고, 적어도 하나는 곡면 형상의 표면을 가질 수도 있다. In addition, a first protective layer 121 covering the plurality of first nanostructures NS1 and a second protective layer 122 covering the plurality of second nanostructures NS2 may be further provided. The first protective layer 121 and the second protective layer 122 are both illustrated to be flat, but are not limited thereto, and at least one of the first protective layer 121 and the second protective layer 122 may have a curved surface.

도 11은 또 다른 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 11 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a meta lens according to another embodiment.

메타 렌즈(104)는 기판(113) 상에 배치된 복수의 제1 나노구조물(NS1), 복수의 제1 나노구조물(NS1)을 덮으며 제1 나노구조물(NS1)과 굴절률 차이를 가지는 제1보호층(125), 제1보호층(125) 상에 배치된 복수의 제2 나노구조물(NS2), 복수의 제2 나노구조물(NS2)을 덮으며 제2 나노구조물(NS2)과 굴절률 차이를 가지는 제2보호층(126)을 포함한다. The meta lens 104 covers the plurality of first nanostructures NS1 and the plurality of first nanostructures NS1 disposed on the substrate 113 and has a first nanostructure NS1 and a first nanostructure having a refractive index difference. The protective layer 125, the plurality of second nanostructures NS2 disposed on the first protective layer 125, and the plurality of second nanostructures NS2 are covered, and the difference in refractive index from the second nanostructure NS2 is The branch includes a second protective layer 126.

제1보호층(125)의 두께는 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2)간의 설정된 거리 d를 만족하도록 정해질 수 있다.The thickness of the first protective layer 125 may be determined to satisfy a set distance d between the first meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2.

제1보호층(125)과 제1 나노구조물(NS1)의 굴절률 차이는 0.5이상일 수 있고, 제2보호층(126)과 제2 나노구조물(NS2)의 굴절률 차이는 0.5 이상일 수 있다. 제2보호층(126)은 생략될 수도 있다. The difference in refractive index between the first protective layer 125 and the first nanostructure NS1 may be 0.5 or more, and the difference in the refractive index between the second protective layer 126 and the second nanostructure NS2 may be 0.5 or more. The second protective layer 126 may be omitted.

도 12는 또 다른 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.12 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a meta lens according to another embodiment.

본 실시예의 메타 렌즈(105)는 제2보호층(127)이 곡면 형상의 표면(127a)을 가지는 점에서, 도 11의 메타 렌즈(104)와 차이가 있다. 제2보호층(127)의 표면(127a)은 볼록하게 도시되었으나 이에 한정되지 않고, 오목할 수도 있다.The meta lens 105 of this embodiment differs from the meta lens 104 of FIG. 11 in that the second protective layer 127 has a curved surface 127a. The surface 127a of the second protective layer 127 is illustrated to be convex, but is not limited thereto and may be concave.

도 13은 또 다른 실시예에 따른 메타 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.13 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a meta lens according to another embodiment.

본 실시예의 메타 렌즈(106)는 제1기판(115) 상에 배치된 복수의 제1 나노구조물(NS1), 제2기판(116) 상에 배치된 복수의 제2 나노구조물(NS2)을 포함한다. 또한, 복수의 제1 나노구조물(NS1)을 덮는 제1보호층(128), 복수의 제2 나노구조물(NS2)을 덮는 제2보호층(129)이 더 구비될 수 있다. 복수의 제1 나노구조물(NS1)과 제2 나노구조물(NS2)이 마주하도록, 즉, 제1보호층(128), 제2보호층(129)이 서로 마주하도록 배치되며, 이들간 이격 거리는 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2) 간의 설정된 거리 d를 만족하도록 정해진다. The meta lens 106 of the present embodiment includes a plurality of first nanostructures NS1 disposed on the first substrate 115 and a plurality of second nanostructures NS2 disposed on the second substrate 116 do. In addition, a first protective layer 128 covering the plurality of first nanostructures NS1 and a second protective layer 129 covering the plurality of second nanostructures NS2 may be further provided. The plurality of first nanostructures NS1 and the second nanostructures NS2 are disposed to face each other, that is, the first protection layer 128 and the second protection layer 129 are disposed to face each other, and the separation distance between them is It is determined to satisfy a set distance d between the 1 meta-surface MS1 and the second meta-surface MS2.

제1보호층(128), 제2보호층(129)은 모두 평탄하게 도시되었으나 이에 한정되지 않고, 어느 하나는 곡면일 수도 있다. 제1보호층(128), 제2보호층(129)은 생략될 수도 있다.The first protective layer 128 and the second protective layer 129 are both illustrated to be flat, but are not limited thereto, and either of them may have a curved surface. The first protective layer 128 and the second protective layer 129 may be omitted.

이상 설명한 메타 렌즈(100)(101)(102)(103)(104)(105)(106)는 각 메타 표면의 위상 지연 함수를 각각에 구비된 나노구조물 형상 분포를 통해 설정할 수 있고, 소정 대역 폭의 파장의 광에 대해 원하는 초점거리와 색수차를 구현할 수 있어 다양한 광학 장치에 적용될 수 있다. The meta-lenses 100, 101, 102, 103, 104, 105, and 106 described above can set the phase delay function of each meta surface through the shape distribution of nanostructures provided in each, and a predetermined band It is possible to implement a desired focal length and chromatic aberration for light having a wavelength of a width, and thus can be applied to various optical devices.

전술한 메타 렌즈(100)(101)(102)(103)(104)(105)(106)는 모두 2개의 메타 표면을 구비한 것을 예시하였으나, 원하는 굴절력과 색수차에 적합하도록, 3개 이상의 메타 표면을 구비할 수도 있다. The above-described meta lenses 100, 101, 102, 103, 104, 105, and 106 were all illustrated to have two meta surfaces. However, three or more meta lenses were used to suit the desired refractive power and chromatic aberration. It may have a surface.

도 14는 실시예에 따른 촬상 렌즈의 구성과 광학적 배치를 개략적으로 보인다.14 schematically shows the configuration and optical arrangement of an imaging lens according to an embodiment.

촬상 렌즈(1000)는 하나 이상의 굴절 렌즈를 포함하는 렌즈부(1200) 및 메타 렌즈(1500)를 포함한다. The imaging lens 1000 includes a lens unit 1200 including one or more refractive lenses and a meta lens 1500.

메타 렌즈(1500)는 소정 거리로 이격된 제1 메타표면(MS1), 제2 메타표면(MS2)을 포함하며, 전술한 실시예들에 따른 메타 렌즈, 이들이 조합된 형태가 채용될 수 있다. The meta lens 1500 includes a first meta surface MS1 and a second meta surface MS2 spaced apart by a predetermined distance, and a meta lens according to the above-described embodiments, and a combination thereof may be employed.

메타 렌즈(1500)는 렌즈부(1200)에 의해 발생한 색수차를 줄이는 색수차를 가질 수 있다. 메타 렌즈(1500)는 실질적인 굴절력이 없도록 설정될 수도 있고, 즉, 촬상 렌즈(1000)의 초점 거리는 렌즈부(1200)의 초점 거리와 실질적으로 동일할 수도 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 렌즈부(1200)에 구비된 렌즈들의 형상, 개수는 예시적인 것이고, 다른 다양한 형태, 개수로 변경될 수 있다. The meta lens 1500 may have chromatic aberration that reduces chromatic aberration generated by the lens unit 1200. The meta lens 1500 may be set so that there is no substantial refractive power, that is, the focal length of the imaging lens 1000 may be substantially the same as the focal length of the lens unit 1200. However, it is not limited thereto. In addition, the shape and number of lenses provided in the lens unit 1200 are exemplary, and may be changed to various other shapes and numbers.

도 15는 실시예에 따른 촬상 장치의 구성과 광학적 배치를 개략적으로 보인다.15 schematically shows the configuration and optical arrangement of an imaging device according to an embodiment.

촬상 장치(2000)는 촬상 렌즈(2200)와, 촬상 렌즈(2200)에 의해 형성된 피사체(OBJ)의 광학 상(optical image)을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서(2700)를 포함한다. 촬상 렌즈(2200)와 이미지 센서(2700) 사이에는 커버 글래스(2600)가 배치될 수 있고, 커버 글래스(2600)에는 적외선 차단 필터가 코팅될 수 있다. The imaging device 2000 includes an imaging lens 2200 and an image sensor 2700 that converts an optical image of an object OBJ formed by the imaging lens 2200 into an electrical signal. A cover glass 2600 may be disposed between the imaging lens 2200 and the image sensor 2700, and an infrared cut filter may be coated on the cover glass 2600.

이미지 센서(2700)는 촬상 렌즈(2200)에 의해 피사체(OBJ)의 광학 상(optical image)이 형성되는 상면 위치에 배치된다. 이미지 센서(2700)는 광을 센싱하여 전기 신호를 발생시키는 CCD, CMOS, 포토다이오드(photodiode) 등의 어레이를 포함할 수 있다. The image sensor 2700 is disposed at a position on an upper surface where an optical image of the subject OBJ is formed by the imaging lens 2200. The image sensor 2700 may include an array such as a CCD, CMOS, or photodiode that senses light and generates an electric signal.

촬상 렌즈(2200)는 하나 이상의 메타 렌즈를 포함할 수 있다. 촬상 렌즈(2200)는 일반적인 굴절 렌즈와 메타 렌즈가 결합된 구성일 수 있고, 또는 복수의 메타 렌즈만으로 이루어질 수도 있다. The imaging lens 2200 may include one or more meta lenses. The imaging lens 2200 may have a configuration in which a general refractive lens and a meta lens are combined, or may be formed of only a plurality of meta lenses.

상술한 메타 렌즈 및 이를 포함하는 광학 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.The above-described meta lens and an optical device including the same have been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but this is only exemplary, and various modifications and other equivalent embodiments are possible from those of ordinary skill in the art. You will understand that Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present specification is shown in the claims rather than the above description, and all differences within the scope equivalent thereto are to be interpreted as being included.

ML, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 1500.. 메타 렌즈
110, 111, 112, 113, 115, 116..기판
121, 122, 123, 124, 125, 126, 128, 129.. 보호층
1000, 2200.. 촬상 렌즈
2000.. 촬상 장치
2700.. 이미지 센서
NS, NS1, NS2.. 나노구조물
MS, MS1, MS2.. 메타 표면ML, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 1500.. Meta Lens
110, 111, 112, 113, 115, 116..substrate
121, 122, 123, 124, 125, 126, 128, 129.. Protective layer
1000, 2200.. Imaging lens
2000.. Imaging device
2700.. image sensor
NS, NS1, NS2.. Nanostructure
MS, MS1, MS2.. meta surface

Claims (27)

소정 파장 대역의 광에 대해 색수차를 나타내는 것으로,
제1 형상분포로 분포된 복수의 제1 나노구조물을 포함하는 제1 메타표면;
상기 소정 파장 대역의 중심 파장보다 큰 거리로 상기 제1 메타표면과 이격 배치되고, 제2 형상분포로 분포된 복수의 제2 나노구조물을 포함하는 제2 메타표면;을 포함하는, 메타 렌즈. It represents chromatic aberration for light in a predetermined wavelength band,
A first metasurface including a plurality of first nanostructures distributed in a first shape distribution;
Including, a second meta-surface comprising a plurality of second nanostructures are spaced apart from the first meta-surface by a distance greater than the center wavelength of the predetermined wavelength band and distributed in a second shape distribution. 제1항에 있어서,
상기 제1 메타표면이 입사광의 위상을 지연시키는 함수, φ1은 상기 제1 메타표면의 중심으로부터의 거리, r에 대해 φ1(r)=ar2으로 표현되도록 상기 제1 형상분포가 정해지는, 메타 렌즈.The method of claim 1,
The first shape distribution is determined so that the first meta-surface is a function of delaying the phase of the incident light, φ 1 is the distance from the center of the first meta-surface, and r is expressed as φ 1 (r) = ar 2 , Meta lens. 제2항에 있어서,
상기 제1 메타표면은 상기 소정 파장 대역 내의 서로 다른 파장의 광에 대해 실질적으로 동일한 φ1을 나타내도록 상기 제1 형상분포가 정해지는, 메타 렌즈.The method of claim 2,
The meta lens, wherein the first shape distribution is determined so that the first meta surface exhibits substantially the same φ 1 for light of different wavelengths within the predetermined wavelength band. 제2항에 있어서,
상기 제2 메타표면이 입사광의 위상을 지연시키는 함수, φ2는 상기 제2 메타표면의 중심으로부터의 거리, r에 대해 φ2(r)=br2(b≠a)로 표현되도록 상기 제2 형상분포가 정해지는, 메타 렌즈.The method of claim 2,
The second meta-surface is a function of delaying the phase of the incident light, φ 2 is the distance from the center of the second meta-surface, r is expressed as φ 2 (r) = br 2 (b ≠ a) A meta lens whose shape distribution is determined. 제4항에 있어서,
상기 제2 메타표면은 상기 소정 파장 대역 내의 서로 다른 파장의 광에 대해 실질적으로 동일한 φ2을 나타내도록 상기 제2 형상분포가 정해지는, 메타 렌즈.The method of claim 4,
The meta lens, wherein the second shape distribution is determined such that the second meta surface exhibits substantially the same φ 2 for light of different wavelengths within the predetermined wavelength band. 제1항에 있어서,
상기 제1 메타표면과 상기 제2 메타표면은 상기 중심 파장의 광에 대한 굴절력의 부호가 반대인, 메타 렌즈.The method of claim 1,
The first meta-surface and the second meta-surface have opposite signs of refractive power for light of the center wavelength. 제1항에 있어서,
상기 중심 파장의 광에 대한 상기 제1 메타표면의 초점 거리 f1, 상기 중심 파장의 광에 대한 상기 제2 메타표면의 초점 거리 f2 및 상기 제1 메타표면과 상기 제2 메타표면간 거리 d는 상기 메타 렌즈의 상기 중심 파장의 광에 대한 굴절력이 실질적으로 0이 되도록 설정되는, 메타 렌즈.The method of claim 1,
A focal length f 1 of the first meta-surface with respect to light of the center wavelength, a focal length f 2 of the second meta-surface with respect to light of the center wavelength, and a distance d between the first meta-surface and the second meta-surface Is set so that the refractive power of the meta lens with respect to the light of the center wavelength is substantially zero. 제1항에 있어서,
상기 제1 메타표면과 상기 제2 메타표면 사이의 거리는 상기 중심 파장의 5배보다 큰, 메타 렌즈.The method of claim 1,
A meta lens, wherein a distance between the first meta surface and the second meta surface is greater than 5 times the center wavelength. 제1항에 있어서,
상기 소정 파장 대역은
가시광선에서 적외선 범위의 파장 대역에 포함되는, 메타 렌즈.The method of claim 1,
The predetermined wavelength band is
Meta lens, included in the wavelength range of visible light to infrared light. 제1항에 있어서,
상기 제1 나노구조물, 상기 제2 나노구조물은 높이와 폭이 정의되는 기둥 형상을 가지는, 메타 렌즈.The method of claim 1,
The first nanostructure and the second nanostructure have a pillar shape in which a height and a width are defined, a meta lens. 제10항에 있어서,
상기 제1 나노구조물, 상기 제2 나노구조물의 폭은 상기 중심 파장보다 작은, 메타 렌즈. The method of claim 10,
The first nanostructure, the width of the second nanostructure is smaller than the center wavelength, meta lens. 제10항에 있어서,
상기 제1 나노구조물, 상기 제2 나노구조물의 높이는 상기 중심 파장의 1/2 이상인, 메타 렌즈. The method of claim 10,
The height of the first nanostructure and the second nanostructure is equal to or greater than 1/2 of the center wavelength. 제1항에 있어서,
서로 마주하는 제1면과 제2면을 구비하는 기판을 더 포함하며,
상기 제1면 상에 상기 복수의 제1 나노구조물이 배치되고,
상기 제2면 상에 상기 복수의 제2 나노구조물이 배치되는, 메타 렌즈.The method of claim 1,
Further comprising a substrate having a first surface and a second surface facing each other,
The plurality of first nanostructures are disposed on the first surface,
The meta lens, wherein the plurality of second nanostructures are disposed on the second surface. 제13항에 있어서,
상기 복수의 제1 나노구조물을 덮으며, 상기 복수의 제1 나노구조물의 굴절률보다 낮은 굴절률의 물질로 이루어진 제1보호층;
상기 복수의 제2 나노구조물을 덮으며, 상기 복수의 제2 나노구조물의 굴절률보다 낮은 굴절률의 물질로 이루어진 제2보호층;을 더 포함하는, 메타 렌즈.The method of claim 13,
A first protective layer covering the plurality of first nanostructures and made of a material having a refractive index lower than that of the plurality of first nanostructures;
The meta-lens further comprises a second protective layer covering the plurality of second nanostructures and made of a material having a refractive index lower than that of the plurality of second nanostructures. 제14항에 있어서,
상기 제1보호층, 상기 제2보호층 중 적어도 하나는 곡면 형상의 표면을 가지는, 메타 렌즈. The method of claim 14,
At least one of the first protective layer and the second protective layer has a curved surface. 제15항에 있어서,
상기 제1보호층, 상기 제2보호층 중 하나는 볼록한 곡면 형상의 표면을 가지고, 다른 하나는 오목한 곡면 형상의 표면을 가지는, 메타 렌즈.The method of claim 15,
One of the first protective layer and the second protective layer has a convex curved surface, and the other has a concave curved surface. 제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 나노구조물을 지지하는 제1기판;
상기 복수의 제2 나노구조물을 지지하는 제2기판;을 더 포함하는, 메타 렌즈.The method of claim 1,
A first substrate supporting the plurality of first nanostructures;
The meta lens further comprising; a second substrate supporting the plurality of second nanostructures. 제17항에 있어서,
상기 복수의 제1 나노구조물을 덮으며, 상기 복수의 제1 나노구조물의 굴절률보다 낮은 굴절률의 물질로 이루어진 제1보호층;
상기 복수의 제2 나노구조물을 덮으며, 상기 복수의 제2 나노구조물의 굴절률보다 낮은 굴절률의 물질로 이루어진 제2보호층;을 더 포함하는, 메타 렌즈.The method of claim 17,
A first protective layer covering the plurality of first nanostructures and made of a material having a refractive index lower than that of the plurality of first nanostructures;
The meta-lens further comprises a second protective layer covering the plurality of second nanostructures and made of a material having a refractive index lower than that of the plurality of second nanostructures. 제18항에 있어서,
상기 제1보호층, 상기 제2보호층 중 적어도 하나는 곡면 형상의 표면을 가지는, 메타 렌즈. The method of claim 18,
At least one of the first protective layer and the second protective layer has a curved surface. 제17항에 있어서,
상기 제1기판에서 상기 복수의 제1 나노구조물이 배치된 면의 이면과
상기 제2기판에서 상기 복수의 제2 나노구조물이 배치된 면의 이면이 서로 접합되는, 메타 렌즈.The method of claim 17,
The rear surface of the surface on which the plurality of first nanostructures are disposed on the first substrate and
In the second substrate, the back surface of the surface on which the plurality of second nanostructures are disposed are bonded to each other. 제17항에 있어서,
상기 복수의 제1 나노구조물과 상기 복수의 제2 나노구조물이 서로 마주하도록 배치되는, 메타 렌즈. The method of claim 17,
A meta lens, wherein the plurality of first nanostructures and the plurality of second nanostructures are disposed to face each other. 제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 나노구조물을 지지하는 기판;
상기 복수의 제1 나노구조물을 덮으며, 상기 복수의 제1 나노구조물의 굴절률보다 작은 굴절률의 물질로 이루어진 제1보호층;을 더 포함하며,
상기 복수의 제2 나노구조물은 상기 제1보호층 상에 배치되는, 메타 렌즈.The method of claim 1,
A substrate supporting the plurality of first nanostructures;
A first protective layer covering the plurality of first nanostructures and made of a material having a refractive index smaller than that of the plurality of first nanostructures, further comprising,
The plurality of second nanostructures are disposed on the first protective layer, a meta lens. 제22항에 있어서,
상기 복수의 제2 나노구조물을 덮으며, 상기 복수의 제2 나노구조물의 굴절률보다 작은 굴절률의 물질로 이루어진 제2 보호층;을 더 포함하는, 메타 렌즈.The method of claim 22,
The meta-lens further comprises a second protective layer covering the plurality of second nanostructures and made of a material having a refractive index smaller than that of the plurality of second nanostructures. 제23항에 있어서,
상기 제2보호층은 곡면 형상의 표면을 가지는, 메타 렌즈.The method of claim 23,
The second protective layer has a curved surface, a meta lens. 하나 이상의 굴절 렌즈를 포함하는 렌즈부; 및
제1항 내지 제24항 중 어느 하나의 메타 렌즈;를 포함하는 촬상 렌즈.A lens unit including one or more refractive lenses; And
An imaging lens comprising a; meta lens of any one of claims 1 to 24. 제25항에 있어서,
상기 메타 렌즈는 상기 렌즈부에 의해 발생한 색수차를 줄이는 색수차를 가지며,
상기 촬상 렌즈의 초점 거리는 상기 렌즈부의 초점 거리와 실질적으로 동일한, 촬상 렌즈.The method of claim 25,
The meta lens has chromatic aberration reducing chromatic aberration generated by the lens unit,
An imaging lens, wherein a focal length of the imaging lens is substantially the same as a focal length of the lens unit. 제25항의 촬상 렌즈; 및
상기 촬상 렌즈에 의해 형성된 광학 상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서;를 포함하는 촬상 장치.
The imaging lens of claim 25; And
And an image sensor for converting an optical image formed by the imaging lens into an electrical signal.
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