元光学设备和包括该元光学设备的电子设备

本发明概念涉及一种元光学设备(meta optical device)和包括该元光学设备的电子设备。

背景技术：

1、本发明由三星电子的三星研究基金和孵化中心资助，项目号为srfc-it1901-52。

2、近来，已使用三维感测技术来执行对人和其他对象的对象识别，三维感测技术使用结构光来通过深度识别进行精确的三维形状识别。

3、结构光是具有特定预设图案的光，当图案的光从三维对象反射时，发生图案变化。关于结构光照射到的对象的深度信息可以从这种图案变化获得。

4、为了产生结构光，通常使用衍射光学元件(doe)，但是doe的衍射效率随着衍射角的增加而降低。因此，使用doe作为发射器的深度识别系统难以具有宽的视角。相应地，需要各种方式来形成具有宽的视角的结构光。

技术实现思路

1、本发明概念提供了一种元光学设备和包括该元光学设备的电子设备。

2、根据本发明概念的一方面，提供了一种用于通过调制具有预设波长的入射光来形成结构光的元光学设备，元光学设备包括多个超晶胞，每个超晶胞包括多个纳米结构，每个纳米结构具有小于预设波长的形状尺寸，其中多个纳米结构的形状和布置配置为将结构光形成为在水平和垂直方向上具有大于160°视角的点图案。

3、在示例实施例中，多个纳米结构的形状和布置可以被设计为使得第m级衍射光的强度相对于第一级衍射光的强度的比率大于约50％。在本文中，m可以表示小于(n*p/λ)的整数的最大数，纳米结构可以在单个超晶胞中布置为n×n的矩阵，p可以表示每个超晶胞中纳米结构的布置间距。

4、由多个超晶胞中的每个生成的相位轮廓可以表示为通过在空间频域中定义的第一函数的迭代傅立叶变换获得的第二函数，并且第一函数可以被定义为在半径为1/λ的圆内具有值1，在由满足条件1/(2p)≤fx≤1/(2p)，1/(2p)≤fy≤1/(2p)的(fx，fy)定义的空间频域中的剩余空间中具有值0，其中p表示纳米结构的布置间距，λ表示预设波长。

5、多个纳米结构的布置间距可以小于或等于λ/2(λ是预设波长)。

6、多个纳米结构中的每个可以成形为具有由长轴和短轴限定的横截面的柱状，并且多个纳米结构中的每个的长轴方向可以由多个超晶胞中的每个中的纳米结构的相对位置来确定。

7、元光学设备可以进一步包括支撑多个纳米结构的支撑层。

8、多个纳米结构中的每个可以包括具有树脂材料和分散在树脂材料中的纳米颗粒的纳米复合材料。

9、元光学设备可以通过使用具有多个纳米结构的形状的反转图案的软模具来制造。

10、支撑层可以包括具有弯曲形状的透明塑料材料。

11、根据本发明概念的另一方面，提供了一种包括多个超晶胞的元光学设备，每个超晶胞包括多个纳米结构并周期性布置，其中由多个超晶胞中的每个生成的相位轮廓被表示为通过在空间频域中定义的第一函数的迭代傅立叶变换获得的第二函数，并且第一函数可以被定义为在半径为(sinω)/λ的圆内具有值1，并且在由满足条件1/(2p)≤fx≤1/(2p)，1/(2p)≤fy≤1/(2p)的(fx，fy)定义的空间频域中的剩余空间中具有值0，其中ω表示小于或等于π/2的值，p表示纳米结构的布置间距，λ表示预设波长。

12、ω可以是π/2弧度。

13、多个纳米结构的布置间距可以小于或等于λ/2。

14、多个纳米结构中的每个可以成形为具有由长轴和短轴限定的横截面的柱状，并且多个纳米结构中的每个的长轴方向可以由多个超晶胞中的每个中的纳米结构的相对位置来确定。

15、元光学设备可以进一步包括支撑多个纳米结构的支撑层。

16、多个纳米结构中的每个可以包括具有树脂材料和分散在树脂材料中的纳米颗粒的纳米复合材料。

17、支撑层可以包括具有弯曲形状的透明塑料材料。

18、根据本发明概念的另一方面，提供了一种包括多个超晶胞的元光学设备，每个超晶胞包括周期性布置的多个纳米结构，其中由多个超晶胞中的每个生成的相位轮廓被表示为通过在空间频域中定义的第一函数的迭代傅立叶变换获得的第二函数，并且第一函数可以被定义为在半径为(sinω1)/λ的圆内具有值1，在内径为(sinω2)/λ且外径为(sinω3)/λ的至少圆环中具有值1，并且在由满足条件1/(2p)≤fx≤1/(2p)、1/(2p)≤fy≤1/(2p)的(fx，fy)定义的空间频域中的剩余空间中具有值0，其中ω1、ω2和ω3具有ω1<ω2<ω3≤π/2的关系，p表示纳米结构的布置间距，λ表示预设波长。

19、根据本发明概念的另一方面，提供了一种电子装置，包括：光源，生成源光；上述元光学设备中的任一个，配置为从源光形成结构光并照射对象；第一传感器和第二传感器，彼此间隔开，元光学设备位于其间，第一传感器和第二传感器配置为检测从对象反射的光；以及处理器，配置为分析从第一传感器和传感器检测到的信号并计算关于对象的深度信息。

20、电子装置还可以包括显示图像的图像显示单元，其中处理器还配置为从深度信息生成深度图像，生成与深度图像相关的额外的图像，并控制图像显示单元显示深度图像和额外的图像。

21、电子装置可以包括眼睛可佩戴设备。

技术特征：

1.一种元光学设备，用于通过调制具有预设波长的入射光来形成结构光，所述元光学设备包括：

2.根据权利要求1所述的元光学设备，其中

3.根据权利要求1所述的元光学设备，其中

4.根据权利要求1所述的元光学设备，其中

5.根据权利要求1所述的元光学设备，其中

6.根据权利要求1所述的元光学设备，进一步包括

7.根据权利要求6所述的元光学设备，其中

8.根据权利要求7所述的元光学设备，其中

9.根据权利要求7所述的元光学设备，其中

10.一种元光学设备，包括：

11.根据权利要求10所述的元光学设备，其中

12.一种元光学设备，包括：

13.一种电子装置，包括：

14.根据权利要求13所述的电子装置，进一步包括

15.根据权利要求13所述的电子装置，其中

技术总结
一种用于通过调制具有预设波长的入射光来形成结构光的元光学设备，包括多个超晶胞，每个超晶胞包括多个形状尺寸小于预设波长的纳米结构，并且多个纳米结构的形状和布置被设计为将结构光形成为在水平和垂直方向上具有大于160°视角的点图案。

技术研发人员：鲁埈锡,金炅台,金礼瑟,尹珠煐,金仁基
受保护的技术使用者：浦项工科大学校产学协力团
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7