微纳结构元件、广角器件及成像显示设备

本申请涉及光学，尤其涉及一种微纳结构元件、广角器件及成像显示设备。

背景技术：

1、近年来，超构表面(metasurface)的出现引起了广泛的关注。超构表面是一种亚波长结构，其能对入射的光产生相位变化。超构表面能按照人们的意愿来对光场的各个参量，如振幅、相位、偏振等进行任意的调控。超构表面构成的器件具备体积小、易于集成、光场调控灵活等优点。因此，超构表面的研究已经应用到了各个领域。相关技术中，基于超构表面的结构的器件，一般情况下只关注微纳结构单元在正入射下的响应，其在正入射条件下满足预设的相位，对入射光场进行相应的调控，因而能较为理想的实现功能。但在斜入条件下，由于微纳结构单元响应不同，可能会出现谐振现象，导致引入相位突变以及透射率骤降，不能实现相应器件的功能，出现光斑质量下降、效率下降的问题。

技术实现思路

1、本申请提供一种能提高透射率、反射率和成像质量的微纳结构元件、广角器件及成像显示设备。

2、本申请提供一种微纳结构元件，包括：

3、基底；及

4、微纳结构组，设于所述基底，且包括多个周期排布的不同的微纳结构单元；所述微纳结构组预设的相位响应配置为入射至该微纳结构组的不同角度的入射光，其经过该微纳结构组后，具有相同的相位调制趋势。

5、可选的，所述微纳结构单元包括至少两个微纳结构子单元，所述至少两个微纳结构子单元相交设置；或间隔设置；或重叠设置。

6、可选的，所述至少两个微纳结构子单元的尺寸相同或者不同。

7、可选的，所述微纳结构子单元包括长方体结构、柱状结构、锥状结构、台状结构中的至少一种。

8、可选的，所述微纳结构子单元为连续结构、断续结构、条形结构、曲面结构中的至少一种。

9、可选的，所述微纳结构单元对于不同角度的所述入射光的透射率或者反射率至少大于0.5。

10、可选的，所述微纳结构单元包括透射型结构。

11、可选的，所述微纳结构单元的材料为透明材料。

12、可选的，所述微纳结构单元包括反射型结构。

13、可选的，所述微纳结构单元包括金属-介质-金属的组合结构，或介质-介质-金属的组合结构。

14、可选的，所述介质包括第iv族材料、第iv族化合物、氧化物、s基化合物、se基化合物、相变材料、iii-v族化合物和氮化物中的任意一种或多种。

15、本申请还提供一种广角器件，包括：如上述实施例中任一项所述的微纳结构元件。

16、可选的，所述广角器件包括广角闪耀光栅。

17、可选的，所述广角闪耀光栅包括光栅结构组，所述光栅结构组包括多个周期排布的光栅结构单元；其中所述光栅结构单元预设的相位响应配置为对不同角度的入射光，具有相同的相位调制趋势，且该相位调制趋势为线性。

18、可选的，所述光栅结构单元包括多个光栅结构；每个所述光栅结构单元的所述多个光栅结构在一个周期内，根据所述光栅结构的相位进行排布，所述一个周期的相位跨度为0～2π。

19、可选的，多个所述光栅结构单元在第一方向和第二方向上周期排布；其中所述第一方向和所述第二方向相交设置且位于同一平面内。

20、可选的，相邻两个所述光栅结构单元的间隔距离相同或不同。

21、可选的，所述广角闪耀光栅包括多个光栅结构组；所述广角闪耀光栅的工作场景配置为一种或多种工作波长；所述一种或多种工作波长的所述入射光射入该多个光栅结构组。

22、可选的，所述广角器件包括广角透镜。

23、可选的，所述广角透镜预设的相位响应配置为入射至所述广角透镜的不同角度的入射光，其经过该所述广角透镜后，具有相同的相位调制趋势，且该相位调制趋势为曲线。

24、可选的，所述广角透镜包括单片透镜或者多片透镜。

25、可选的，所述广角透镜包括广角收光透镜。

26、可选的，所述广角收光透镜包括排布的多个环带，所述多个环带的相位响应配置为入射至所述多个环带的不同角度的入射光，其经过该多个环带后交汇于同一收光位置，且每个所述环带的相位响应配置为入射至对应的每个所述环带的不同角度的入射光，其经过对应的每个该环带后，具有相同的调制趋势。

27、本申请还提供一种成像显示设备，包括：如上述实施例中任一项所述的广角器件。

28、可选的，所述成像显示设备包括夜视仪、行车记录仪、激光雷达、视频会议设备、安防设备、智能家居设备、显微成像设备、ar设备、vr设备、mr设备中的其中一种。

29、本申请实施例的微纳结构元件、广角器件及成像显示设备。微纳结构元件包括基底和微纳结构组，微纳结构组设于基底，且包括多个周期排布的微纳结构单元。微纳结构组预设的相位响应配置为入射至该微纳结构组的不同角度的入射光，其经过该微纳结构组的微纳结构单元后，具有相同的相位调制趋势。如此设置，不同角度的光入射下，经过上述微纳结构组的具有高透射率或反射率的不同的微纳结构单元后，具有相同的相位调制趋势，实现了广角高效的调制。

技术特征：

1.一种微纳结构元件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的微纳结构元件，其特征在于，所述微纳结构单元包括至少两个微纳结构子单元，所述至少两个微纳结构子单元相交设置；或间隔设置；或重叠设置。

3.根据权利要求2所述的微纳结构元件，其特征在于，所述至少两个微纳结构子单元的尺寸相同或者不同。

4.根据权利要求2所述的微纳结构元件，其特征在于，所述微纳结构子单元包括长方体结构、柱状结构、锥状结构、台状结构中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的微纳结构元件，其特征在于，所述微纳结构子单元为连续结构、断续结构、条形结构、曲面结构中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的微纳结构元件，其特征在于，所述微纳结构单元对于不同角度的所述入射光的透射率或者反射率至少大于0.5。

7.根据权利要求1所述的微纳结构元件，其特征在于，所述微纳结构单元包括透射型结构。

8.根据权利要求7所述的微纳结构元件，其特征在于，所述微纳结构单元的材料为透明材料。

9.根据权利要求1所述的微纳结构元件，其特征在于，所述微纳结构单元包括反射型结构。

10.根据权利要求9所述的微纳结构元件，其特征在于，所述微纳结构单元包括金属-介质-金属的组合结构，或介质-介质-金属的组合结构。

11.根据权利要求10所述的微纳结构元件，其特征在于，所述介质包括第iv族材料、第iv族化合物、氧化物、s基化合物、se基化合物、相变材料、iii-v族化合物和氮化物中的任意一种或多种。

12.一种广角器件，其特征在于，包括：如权利要求1至11中任一项所述的微纳结构元件。

13.根据权利要求12所述的广角器件，其特征在于，所述广角器件包括广角闪耀光栅。

14.根据权利要求13所述的广角器件，其特征在于，所述广角闪耀光栅包括光栅结构组，所述光栅结构组包括多个周期排布的光栅结构单元；其中所述光栅结构单元预设的相位响应配置为对不同角度的入射光，具有相同的相位调制趋势，且该相位调制趋势为线性。

15.根据权利要求14所述的广角器件，其特征在于，所述光栅结构单元包括多个光栅结构；每个所述多个光栅结构单元的所述多个光栅结构在一个周期内，根据所述光栅结构的相位进行排布，所述一个周期的相位跨度为0～2π。

16.根据权利要求14所述的广角器件，其特征在于，多个所述光栅结构单元在第一方向和第二方向上周期排布；其中所述第一方向和所述第二方向相交设置且位于同一平面内；和/或

17.根据权利要求14所述的广角器件，其特征在于，所述广角闪耀光栅包括多个光栅结构组；所述广角闪耀光栅的工作场景配置为一种或多种工作波长；所述一种或多种工作波长的所述入射光射入该多个光栅结构组。

18.根据权利要求12所述的广角器件，其特征在于，所述广角器件包括广角透镜。

19.根据权利要求18所述的广角器件，其特征在于，所述广角透镜预设的相位响应配置为入射至所述广角透镜的不同角度的入射光，其经过该所述广角透镜后，具有相同的相位调制趋势，且该相位调制趋势为曲线。

20.根据权利要求18所述的广角器件，其特征在于，所述广角透镜包括单片透镜或者多片透镜。

21.根据权利要求18所述的广角器件，其特征在于，所述广角透镜包括广角收光透镜。

22.根据权利要求21所述的广角器件，其特征在于，所述广角收光透镜包括排布的多个环带，所述多个环带的相位响应配置为入射至所述多个环带的不同角度的入射光，其经过该多个环带后交汇于同一收光位置，且每个所述环带的相位响应配置为入射至对应的每个所述环带的不同角度的入射光，其经过对应的每个该环带后，具有相同的调制趋势。

23.一种成像显示设备，其特征在于，包括：如权利要求12至22中任一项所述的广角器件。

24.根据权利要求23所述的成像显示设备，其特征在于，所述成像显示设备包括夜视仪、行车记录仪、激光雷达、视频会议设备、安防设备、智能家居设备、显微成像设备、ar设备、vr设备、mr设备中的其中一种。

技术总结
本申请提供一种微纳结构元件、广角器件及成像显示设备。微纳结构元件包括基底及微纳结构组。微纳结构组设于基底，且包括多个周期排布的不同的微纳结构单元；微纳结构组预设的相位响应配置为入射至该微纳结构组的不同角度的入射光，其经过该微纳结构组后，具有相同的相位调制趋势。不同角度的光入射下，经过上述微纳结构组的具有高透射率或反射率的不同的微纳结构单元后，具有相同的相位调制趋势，实现了广角高效的调制。

技术研发人员：张林,李春树
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15