特許 7004783 光学素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-06

(45)【発行日】2022-01-21

(54)【発明の名称】光学素子

(51)【国際特許分類】

   G02B 1/02 20060101AFI20220114BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20220114BHJP

【ＦＩ】

G02B1/02

G02B3/00 A

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020173045

(22)【出願日】2020-10-14

(65)【公開番号】P2021177232

(43)【公開日】2021-11-11

【審査請求日】2020-10-14

(31)【優先権主張番号】16/865,692

(32)【優先日】2020-05-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507296388

【氏名又は名称】采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＶｉｓＥｒａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１２，Ｄｕｓｉｎｇ Ｒｄ．１， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎ－Ｃｈｕ Ｃｉｔｙ，Ｔａｉｗａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100105946

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 富彦

(72)【発明者】

【氏名】林 國峰

(72)【発明者】

【氏名】謝 錦全

【審査官】植野 孝郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１９７０９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２９９３３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００９５２５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００３３６８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－８６７６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ １／００－ １／０８

Ｇ０２Ｂ ３／００－ ３／１４

Ｇ０２Ｂ ５／１８

Ｇ０２Ｂ ５／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の領域、および前記第１の領域を囲む第２の領域を有する光学素子であって、
基板、
前記基板上に配置され、前記第２の領域に複数の第１の周辺ピラーを有する第１のメタ構造、および
前記基板上に配置され、前記複数の第１の周辺ピラーに対応する複数の第２の周辺ピラーを有する第２のメタ構造を含み、
前記複数の第２の周辺ピラーのそれぞれは、前記光学素子の中心から前記光学素子の縁部への放射方向において、対応する前記複数の第１の周辺ピラーのうちの１つに対して第１のシフト距離を有する光学素子。

【請求項2】

前記基板は、第１の面および前記第１の面の反対側の第２の面を有し、前記第１のメタ構造は前記第１の面上に配置され、前記第２のメタ構造は前記第１のメタ構造上または前記第２の面上に配置される請求項１に記載の光学素子。

【請求項3】

２つの隣接する第１の周辺ピラーは、第１のピッチを有し、前記第１のシフト距離は、０より大きく、前記第１のピッチより小さい請求項１に記載の光学素子。

【請求項4】

前記第１のメタ構造は、前記第１の領域に複数の第１の中心ピラーをさらに有し、前記放射方向と平行な線に沿った光学素子の断面図では、前記複数の第１の中心ピラーの数は少なくとも８つであり、前記第１の領域の中心と前記第１の領域の縁部との間の距離は、４μｍから２５０μｍの間である請求項１に記載の光学素子。

【請求項5】

前記第１のメタ構造は、前記第１の領域に複数の第１の中心ピラーをさらに有し、前記放射方向と平行な線に沿った光学素子の断面図では、前記複数の第１の中心ピラーの数は少なくとも８つであり、前記第２のメタ構造は、前記第１の領域にピラーを有さない請求項１に記載の光学素子。

【請求項6】

前記第１のメタ構造は、前記第１の領域に複数の第１の中心ピラーをさらに有し、前記放射方向と平行な線に沿った光学素子の断面図では、前記複数の第１の中心ピラーの数は少なくとも８つであり、前記第２のメタ構造は、前記第１の領域に複数の第２の中心ピラーをさらに有し、前記複数の第２の中心ピラーは、前記複数の第１の中心ピラーに対応し、前記複数の第２の中心ピラーのそれぞれは、前記複数の第１の中心ピラーの対応する１つと位置合わせされる請求項１に記載の光学素子。

【請求項7】

前記第２のメタ構造は、前記第１のメタ構造上に、または前記基板と前記第１のメタ構造との間に配置され、前記光学素子は、
前記第１のメタ構造と前記第２のメタ構造との間に配置された保護層をさらに含み、前記保護層は、前記複数の第１の周辺ピラーの間、および前記複数の第２の周辺ピラーの間に配置される請求項１に記載の光学素子。

【請求項8】

前記光学素子に出射される光は、波長を有し、前記第１のメタ構造と前記第２のメタ構造との間の距離は、前記光の波長以上であり、前記光の波長の２０倍以下である請求項７に記載の光学素子。

【請求項9】

前記保護層の屈折率と前記複数の第１の周辺ピラーのそれぞれの屈折率との差は、０．３以上、５．０以下であり、前記保護層の屈折率は、前記複数の第１の周辺ピラーのそれぞれの屈折率より小さく、前記保護層の材料は、ＰＭＭＡ、ＰＤＭＳ、ＰＭＰ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、またはＢｅＯを含む請求項７に記載の光学素子。

【請求項10】

前記保護層の屈折率と前記複数の第１の周辺ピラーのそれぞれの屈折率との差は、０．３以上、５．０以下であり、前記保護層の屈折率は、前記複数の第１の周辺ピラーのそれぞれの屈折率より大きく、前記保護層の材料は、ＳｉＮ、ＴｉＯ_２、ＳｉＨ、ＧａＮ、ＨｆＯ_２、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＳｅ、ＰｂＴｅ、またはＰｂＳｅを含む請求項７に記載の光学素子。

【請求項11】

前記光学素子は、前記第２の領域を囲む第３の領域をさらに有し、前記複数の第２の周辺ピラーがさらに前記第３の領域に配置され、前記複数の第１の周辺ピラーがさらに前記第３の領域に配置され、前記第３の領域に配置される前記複数の第２の周辺ピラーに対応し、前記光学素子は、
前記基板上に配置され、前記第３の領域の前記複数の第２の周辺ピラーに対応する複数の第３の周辺ピラーを有する第３のメタ構造をさらに含み、
前記複数の第３の周辺ピラーのそれぞれは、前記放射方向において、対応する前記複数の第２の周辺ピラーのうちの１つに対して第２のシフト距離を有し、２つの隣接する第１の周辺ピラーは、第１のピッチを有し、前記第２のシフト距離は０より大きく、前記第１のピッチより小さい請求項１に記載の光学素子。

【請求項12】

前記光学素子は、前記第２の領域を囲む第３の領域をさらに有し、前記複数の第２の周辺ピラーがさらに前記第３の領域に配置され、前記複数の第１の周辺ピラーがさらに前記第３の領域に配置され、前記第３の領域に配置される前記複数の第２の周辺ピラーに対応し、前記光学素子は、
前記基板上に配置される第３のメタ構造、および
前記第１のメタ構造と前記第２のメタ構造との間、および前記第２のメタ構造と前記第３のメタ構造との間に配置された保護層をさらに含み、
前記第１のメタ構造は、前記基板と前記第２のメタ構造の間に配置され、前記第２のメタ構造は、前記第１のメタ構造と前記第３のメタ構造の間に配置され、前記第３のメタ構造は、前記第３の領域に前記複数の第２の周辺ピラーに対応する複数の第３の周辺ピラーを有し、前記複数の第３の周辺ピラーのそれぞれは、前記放射方向において、対応する前記複数の第２の周辺ピラーのうちの１つに対して第２のシフト距離を有する請求項１に記載の光学素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学素子に関するものであり、特に、少なくとも２つのメタ構造を含む光学素子に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、例えば、カラーフィルター、光集束レンズ、およびビームスプリッターなどの従来の光学レンズは、特定の機能を提供するために一緒に組み合わされる必要がある。また、色収差の影響（フルカラーイメージングアプリケーション（ｉｍａｇｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）でのパフォーマンスを低下させる）を排除するために、設計者は、逆分散を持つ複数のレンズを統合する必要がある。これらの従来の光学レンズは、それらを使用する最終の装置を大きさせる可能性がある。

【0003】

近年、メタレンズと呼ばれる集束効果を有する薄型レンズが開発されている。メタレンズは、高屈折率材料を用いて光学位相を変化させるナノ構造を有する。この構造は、従来の光学レンズの体積と重量を大幅に改善する。

【0004】

しかしながら、既存のメタレンズはあらゆる点で満足できるものではない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

集光効率が向上され、画像の歪みが低減される、少なくとも２つのメタ構造を含む光学素子を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一般的なメタレンズ構造は、一定の（または固定された）ピッチサイズを有する有限の単位セルを有し、これにより、切断された位相図（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ）を生じ、集光効率を低下させる、または画像が歪む可能性がある。

【0007】

本開示の実施形態によれば、少なくとも２つのメタ構造を含む光学素子が提供される。いくつかの他の実施形態では、少なくとも１つのメタ構造が他のメタ構造に対してオフセットされており、これにより集光効率が向上されることができ、画像の歪みの可能性が効果的に低減されることができる。

【0008】

本開示のいくつかの実施形態は、第１の領域、および第１の領域を囲む第２の領域を有する光学素子を含む。光学素子は基板を含む。光学素子は、基板上に配置され、第２の領域に複数の第１の周辺ピラーを有する第１のメタ構造も含む。光学素子は、基板上に配置され、複数の第１の周辺ピラーに対応する複数の第２の周辺ピラーを有する第２のメタ構造をさらに含む。第２の周辺ピラーのそれぞれは、光学素子の中心から光学素子の縁部への放射方向において、対応する第１の周辺ピラーに対して第１のシフト距離を有する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

本開示の実施形態の態様は、以下の詳細な説明および添付の図面を通じて明確に理解することができる。業界標準の慣行に従って、さまざまな特徴が縮尺通りに描かれておらず、説明の目的でのみ使用されていることに留意されたい。実際、さまざまな特徴の寸法は、明確に説明できるようにするために、任意に増加または減少されることがある。

【図1】図１は、本開示の一実施形態による光学素子を示す部分断面図である。

【図2】図２は、本開示のもう１つの実施形態による光学素子を示す部分断面図である。

【図3】図３は、本開示のもう１つの実施形態による光学素子を示す部分断面図である。

【図4】図４は、本開示のもう１つの実施形態による光学素子を示す部分断面図である。

【図5】図５は、本開示のもう１つの実施形態による光学素子を示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次の開示では、異なる特徴を実施するために、多くの異なる実施形態または実施例を提供する。本開示を簡潔に説明するために、複数の要素および複数の配置の特定の実施形態が以下に述べられる。これらはもちろん単に例示するためであり、それに限定するという意図はない。例えば、下記の開示の第２の特徴の上方への第１の特徴の形成は、第１と第２の特徴が直接接触で形成される複数の実施形態を含むことができ、且つ第１と第２の特徴が直接接触でないように、付加的な特徴が第１と第２の特徴間に形成された複数の実施形態を含むこともできる。また、本開示は、複数の例において同じ構成要素の符号または文字を繰り返し用いる可能性がある。繰り返し用いる目的は、簡易化した、明確な説明を提供するためのもので、複数の以下に討論する実施形態および／または構成の関係を限定するものではない。

【0011】

例示された方法の前、間、または後に追加のステップを実施することができ、例示された方法の他の実施形態では、いくつかのステップが置き換えられるかまたは省略されることがあることを理解されたい。

【0012】

更に、「下の方」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」およびこれらに類する語のような、空間的に相対的な用語は、図において１つの要素または特徴の関係を別の（複数の）要素と（複数の）特徴で記述するための説明を簡潔にするために用いられる。空間的に相対的な用語は、図に記載された方向に加えて、使用または操作する装置の異なる方向を包含することを意図している。装置は、他に方向づけされてもよく（９０度回転、または他の方向に）、ここで用いられる空間的に相対的な記述は、同様にそれに応じて解釈され得る。

【0013】

本開示では、「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語は、一般的に、所定値の＋／－２０％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－１０％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－５％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－３％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－２％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－１％を意味し、さらにより一般的に、所定値の＋／－０．５％を意味する。本開示の所定値は、近似値である。即ち、「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語の具体的な説明がないとき、所定値は、「約」、「およそ」、および「実質的に」の意味を含む。

【0014】

特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されない。

【0015】

本開示は、複数の例において同じ構成要素の符号または文字を繰り返し用いる可能性がある。繰り返し用いる目的は、簡易化した、明確な説明を提供するためのもので、複数の以下に討論する実施形態および／または構成の関係を限定するものではない。

【0016】

図１は、本開示の一実施形態による光学素子１００を示す部分断面図である。図１では、簡潔にするために、いくつかの構成要素が省略される場合があることに留意すべきである。

【0017】

図１に示されるように、光学素子１００は、第１の領域１００－１と第２の領域１００－２とに分割されることができ、第２の領域１００－２は、第１の領域１００－１を囲むことができる。いくつかの実施形態では、光学素子１００の上面図は、半径Ｒを有する円形であることができ（即ち、光学素子１００の中心から光学素子１００の縁部までがＲである）、第１の領域１００－１の中心と第１の領域１００－１の縁部との間の距離Ｒ１は、光学素子１００の半径Ｒの１／３であることができる。例えば、距離Ｒ１は、約４μｍと約２５０μｍとの間であることができるが、本開示はこれに限定されるものではない。

【0018】

図１に示すように、光学素子１００は、第１の面１０Ｔ、および第１の面１０Ｔの反対側の第２の面１０Ｂを有する基板１０を含む。いくつかの実施形態では、基板１０の材料は、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、約１．５の屈折率を有するポリマー（例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ））、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示はこれに限定されるものではない。いくつかの実施形態では、基板１０は、半導体オンインシュレータ（ＳＯＩ）基板であることができる。

【0019】

図１に示すように、光学素子１００は、基板１０上に配置された第１のメタ構造２１を含む。より詳細には、第１のメタ構造２１は、基板１０の第１の面１０Ｔ上に配置され、第１の領域１００－１に複数の第１の中心ピラー２１１および第２の領域１００－２に複数の第１の周辺ピラー２１２（２１２ｅ）を有することができる。いくつかの実施形態では、第１の中心ピラー２１１の材料および第１の周辺ピラー２１２（２１２ｅ）の材料は、単結晶シリコン、多結晶シリコン（ポリＳｉ）、アモルファスシリコン、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＧａＰ、ＴｉＯ_２、ＡｌＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＢＰ、ＺｎＧｅＰ_２、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含むことができる。

【0020】

いくつかの実施形態では、第１の中心ピラー２１１および第１の周辺ピラー２１２（２１２ｅ）の上面は、円形の形状を有してもよく、円形の形状の直径は変わってもよい。例えば、円形状の直径は、約０．１５μｍから約０．３０μｍまで変わってもよいが、本開示はこれに限定されるものではない。さらに、第１の中心ピラー２１１および第１の周辺ピラー２１２（２１２ｅ）の高さは約０．５μｍであってもよいが、本開示はこれに限定されるものではない。第１の中心ピラー２１１および第１の周辺ピラー２１２（２１２ｅ）の形状およびサイズは、必要に応じて調整されてもよい。

【0021】

図１に示すように、光学素子１００は、基板１０上に配置された第２のメタ構造２２を含む。より詳細には、第２のメタ構造２２は、基板１０の第２の面１０Ｂ上に配置され、複数の第２の周辺ピラー２２２（２２２ｅ）を有することができる。この実施形態では、第２の周辺ピラー２２２（２２２ｅ）は、第２の領域１００－２に配置される。いくつかの実施形態では、第２の周辺ピラー２２２の材料は、第１の中心ピラー２１１の材料および第１の周辺ピラー２１２（２１２ｅ）の材料と類似または同じであってもよく、詳細は本明細書では再度説明しない。

【0022】

図１に示すように、第１の周辺ピラー２１２（２１２ｅ）は、第２の領域１００－２の第２の周辺ピラー２２２（２２２ｅ）に対応することができる。さらに、第２の周辺ピラー２２２（例えば、第２の周辺ピラー２２２ｅ）のそれぞれは、光学素子１００の中心から光学素子１００の端部までの放射方向Ｄにおいて、対応する第１の周辺ピラー２１２（例えば、第１の周辺ピラー２１２ｅ）に対して第１のシフト距離ｄ１を有することができる。

【0023】

いくつかの実施形態では、２つの隣接する第１の周辺ピラー２１２（または２つの隣接する第１の中心ピラー２１１）は、第１のピッチＰ１を有することができ、第１のシフト距離ｄ１は、０より大きく、第１のピッチＰ１より小さいことができる（即ち、０＜ｄ１＜Ｐ１）。例えば、第１のシフト距離ｄ１はＰ１／２であることが好ましい。

【0024】

即ち、本開示の実施形態によれば、第２のメタ構造２２は、光学素子１００の第２の領域１００－２において、第１のメタ構造２１に対してオフセットされることができる。

【0025】

図１に示すように、放射方向Ｄと平行な線Ａ－Ａ’ に沿った光学素子１００の断面図では、光学素子１００の第１の領域１００－１には、少なくとも８つの第１の中心ピラー２１１があることができる。例えば、光学素子１００の第１の領域１００－１には、３２、２０、１６などの第１の中心ピラー２１１があることができるが、本開示は、これに限定されるものではない。

【0026】

一般に、従来の光学素子に光が照射されたとき、従来の光学素子の中心から離れた領域で位相切断（ｐｈａｓｅ ｔｒｕｎｃａｔｉｏｎ）が生じ、集光効率を低下させる、または画像が歪む可能性がある。本開示の実施形態によれば、第２のメタ構造２２は、光学素子１００の第２の領域１００－２（即ち、中心から離れた領域）において、第１のメタ構造２１に対してオフセットされることができるため、位相切断が防止され、それにより、集光効率が向上され、画像の歪みの可能性が効果的に低減されることができる。

【0027】

いくつかの実施形態では、光は、第２のメタ構造２２から光学素子１００に入射し、第１のメタ構造２１から出射することができるが、本開示はこれに限定されるものではない。さらに、図１に示された実施形態では、第２のメタ構造２２は、光学素子１００の第１の領域１００－１にピラーを有さないが、本開示はこれに限定されるものではない。

【0028】

図２は、本開示のもう１つの実施形態による光学素子１０２を示す部分断面図である。図２では、簡潔にするために、いくつかの構成要素が省略される場合があることに留意すべきである。

【0029】

図２に示すように、光学素子１０２は、第１の面１０Ｔ、および第１の面１０Ｔの反対側の第２の面１０Ｂを有する基板１０を含む。光学素子１０２は、基板１０の第１の面１０Ｔ上に配置された第１のメタ構造２１も含み、第１のメタ構造２１は、第１の領域１０２－１に複数の第１の中心ピラー２１１（２１１ｅ）および第２の領域１０２－２に複数の第１の周辺ピラー２１２（２１２ｅ）を有する。光学素子１０２は、基板１０の第２の面１０Ｂ上に配置された第２のメタ構造２２’をさらに含み、第２のメタ構造２２’は、第２の領域１０２－２に複数の第２の周辺ピラー２２２（２２２ｅ）を有する。

【0030】

図１に示された光学素子１００との相違点は、光学素子１０２の第２のメタ構造２２’が、第１の領域１０２－１に複数の第２の中心ピラー２２１（２２１ｅ）をさらに有してもよいことである。

【0031】

図２に示されるように、 いくつかの実施形態では、第２の中心ピラー２２１（２２１ｅ）は、第１の領域１０２－１の第１の中心ピラー２１１（２１１ｅ）に対応することができる。さらに、第２の中心ピラー２２１（例えば、第２の中心ピラー２２１ｅ）のそれぞれは、第１の領域１０２－１の対応する第１の中心ピラー２１１（例えば、第１の中心ピラー２１１ｅ）と位置合わせされることができる。

【0032】

同様に、第２の領域１０２－２において、第２の周辺ピラー２２２（例えば、第２の周辺ピラー２２２ｅ）のそれぞれは、放射線方向Ｄにおいて、対応する第１の周辺ピラー２１２（例えば、第１の周辺ピラー２１２ｅ）に対して第１のシフト距離ｄ１を有することができる。また、図２に示されるように、２つの隣接する第１の周辺ピラー２１２（または第１の中心ピラー２１１）は、第１のピッチＰ１を有することができ、第１のシフト距離ｄ１は、０より大きく、第１のピッチＰ１より小さいことができる（即ち、０＜ｄ１＜Ｐ１）。例えば、第１のシフト距離ｄ１はＰ１／２であることが好ましい。

【0033】

図３は、本開示のもう１つの実施形態による光学素子１０４を示す部分断面図である。図３では、簡潔にするために、いくつかの構成要素が省略される場合があることに留意すべきである。

【0034】

図３に示すように、光学素子１０４は、第１の面１０Ｔ、および第１の面１０Ｔの反対側の第２の面１０Ｂを有する基板１０を含む。光学素子１０４は、基板１０の第１の面１０Ｔ上に配置された第１のメタ構造２１も含み、第１のメタ構造２１は、第１の領域１０４－１に複数の第１の中心ピラー２１１（２１１ｅ）および第２の領域１０４－２に複数の第１の周辺ピラー２１２（２１２ｅ）を有する。光学素子１０４は、基板１０上に配置された第２のメタ構造２２をさらに含み、第２のメタ構造２２は、第２の領域１０４－２に複数の第２の周辺ピラー２２２（２２２ｅ）を有する。

【0035】

図１に示された光学素子１００との相違点は、光学素子１０４の第２のメタ構造２２も、基板１０の第１の面１０Ｔ上に配置されることができることである。即ち、光学素子１０４の第１のメタ構造２１および第２のメタ構造２２は、基板１０の同じ側に配置されることができる。図３に示される実施形態では、第２のメタ構造２２は、基板１０と第１のメタ構造２１との間に配置されるが、本開示はこれに限定されるものではない。

【0036】

図３に示されるように、光学素子１０４は、第１のメタ構造２１と第２のメタ構造２２との間に配置された保護層３０をさらに含むことができる。より詳細には、保護層３０は、第１のメタ構造２１の第１の中心ピラー２１１の間、および第１の周辺ピラー２１２（２１２ｅ）の間に配置されることができ、保護層３０は、第２のメタ構造２２の第２の周辺ピラー２２２（２２２ｅ）の間に配置されることもできるが、本開示はこれに限定されるものではない。

【0037】

いくつかの実施形態では、第１のメタ構造２１の第１の中心ピラー２１１および第１の周辺ピラー２１２（２１２ｅ）の屈折率（または、第２のメタ構造２２の第２の周辺ピラー２２２（２２２ｅ）の屈折率） は、約１．８～約５．２（例えば、１．８）の間であることができ、保護層３０の屈折率と、第１のメタ構造２１の第１の周辺ピラー２１２（２１２ｅ）（または第１の中心ピラー２１１）の屈折率（または、第２のメタ構造２２の第２の周辺ピラー２２２（２２２ｅ）の屈折率）との間の差は、０．３以上、５．０以下であることができる。

【0038】

いくつかの実施形態では、保護層３０の屈折率は、第１のメタ構造２１の第１の周辺ピラー２１２（２１２ｅ）（または第１の中心ピラー２１１）の屈折率（または、第２のメタ構造２２の第２の周辺ピラー２２２（２２２ｅ）の屈折率）より小さいことができる。例えば、保護層３０の屈折率は、約１．２から約１．７の間であることができ、保護層３０の材料は、有機材料（例えば、ＰＭＭＡ、ＰＤＭＳ、ＰＭＰ）、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、ＢｅＯ、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含むことが好ましい。

【0039】

いくつかの実施形態では、保護層３０の屈折率は、第１のメタ構造２１の第１の周辺ピラー２１２（２１２ｅ）（または第１の中心ピラー２１１）の屈折率（または、第２のメタ構造２２の第２の周辺ピラー２２２（２２２ｅ）の屈折率）より大きいことができる。例えば、保護層３０の屈折率は、約２．０から約５．２の間であることが好ましく、保護層３０の材料は、ＳｉＮ、ＴｉＯ_２、ＳｉＨ、ＧａＮ、ＨｆＯ_２、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＳｅ、ＰｂＴｅ、ＰｂＳｅ、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含むことが好ましい。

【0040】

いくつかの実施形態では、光学素子１０４に出射される光は、λの波長を有することができ、第１のメタ構造２１と第２のメタ構造２２との間の距離ｄ２は、光の波長λ以上であり、光の波長λの２０倍以下である（即ち、λ＜ｄ２＜２０λ）ことが好ましい。

【0041】

同様に、第２の領域１０４－２において、第２の周辺ピラー２２２（例えば、第２の周辺ピラー２２２ｅ）のそれぞれは、放射線方向Ｄにおいて、対応する第１の周辺ピラー２１２（例えば、第１の周辺ピラー２１２ｅ）に対して第１のシフト距離ｄ１を有することができる。また、図３に示されるように、２つの隣接する第１の周辺ピラー２１２（または第１の中心ピラー２１１）は、第１のピッチＰ１を有することができ、第１のシフト距離ｄ１は、０より大きく、第１のピッチＰ１より小さいことができる（即ち、０＜ｄ１＜Ｐ１）。例えば、第１のシフト距離ｄ１はＰ１／２であることが好ましい。図３に示された実施形態では、第２のメタ構造２２は、光学素子１０４の第１の領域１０４－１にピラーを有さないが、本開示はこれに限定されるものではない。

【0042】

いくつかの他の実施形態では、光学素子１０４の第２のメタ構造２２は、第２の中心ピラー（図示せず）も有することができる。さらに、第２の中心ピラーのそれぞれは、第１の領域１０４－１の対応する第１の中心ピラー２１１と位置合わせされることができる。

【0043】

図４は、本開示のもう１つの実施形態による光学素子１０６を示す部分断面図である。図４では、簡潔にするために、いくつかの構成要素が省略される場合があることに留意すべきである。

【0044】

図４に示すように、光学素子１０６は、基板１０を含む。光学素子１０６は、基板１０上に配置された第１のメタ構造２１も含み、第１のメタ構造２１は、第１の領域１０６－１に複数の第１の中心ピラー２１１および第２の領域１０６－２に複数の第１の周辺ピラー２１２を有する。光学素子１０６は、基板１０上に配置された第２のメタ構造２２をさらに含み、第２のメタ構造２２は、第２の領域１０６－２に複数の第２の周辺ピラー２２２を有する。

【0045】

図３に示された光学素子１０４との相違点は、 光学素子１０６の第１のメタ構造２１が基板１０と第２のメタ構造２２との間に配置されることであり、他の類似点はここでは再び説明されない。

【0046】

図５は、本開示のもう１つの実施形態による光学素子１０８を示す部分断面図である。図５では、簡潔にするために、いくつかの構成要素が省略される場合があることに留意すべきである。

【0047】

図５に示すように、図３に示された光学素子１０４との相違点は、光学素子１０８が、第１の領域１０８－１、第１の領域１０８－１を囲む第２の領域１０８－２、および第２の領域１０８－２を囲む第３の領域１０８－３に分割されることができ、光学素子１０８は、基板１０上に配置された第３のメタ構造２３をさらに含むことができ、且つ第３のメタ構造２３は、第３の領域１０８－３に複数の第３の周辺ピラー２３３（２３３ｅ）を有する。

【0048】

同様に、光学素子１０８は、基板１０上に配置された第１のメタ構造２１を含むことができ、第１のメタ構造２１は、第１の領域１０８－１に複数の第１の中心ピラー２１１を有し、第２の領域１０８－２に複数の第１の周辺ピラー２１２を有する。光学素子１０８は、基板１０上に配置された第２のメタ構造２２も含むことができ、第２のメタ構造２２は、第２の領域１０８－２に複数の第２の周辺ピラー２２２を有する。さらに、第１のメタ構造２１の第１の周辺ピラー２１２は、第３の領域１０８－３にさらに配置されることができ、第２のメタ構造２２の第２の周辺ピラー２２３（２２３ｅ）は、第３の領域１０８－３にさらに配置されることができる。

【0049】

図５に示されるように、第１のメタ構造２１は、基板１０と第２のメタ構造２２との間に配置され、第２のメタ構造２２は、第１のメタ構造２１と第３のメタ構造２３との間に配置されるが、本開示はこれに限定されるものではない。

【0050】

同様に、第２の領域１０８－２（および第３の領域１０８－３）において、第２の周辺ピラー２２２（２２３、２２３ｅ）のそれぞれは、放射線方向Ｄにおいて、対応する第１の周辺ピラー２１２に対して第１のシフト距離を有することができる。

【0051】

この実施形態では、第３の領域１０８－３において、第３の周辺ピラー２３３（例えば、第３の周辺ピラー２３３ｅ）のそれぞれは、放射線方向Ｄにおいて、対応する第２の周辺ピラー２２３に対して第２のシフト距離ｄ３を有することができる。また、図５に示されるように、２つの隣接する第１の周辺ピラー２１２（または第１の中心ピラー２１１）は、第１のピッチＰ１を有することができ、第２のシフト距離ｄ３は、０より大きく、第１のピッチＰ１より小さいことができる（即ち、０＜ｄ３＜Ｐ１）。例えば、第２のシフト距離ｄ３はＰ１／３であることが好ましい。

【0052】

即ち、本開示の実施形態によれば、第２のメタ構造２２は、光学素子１０８の第２の領域１０８－２および第３の領域１０８－３において、第１のメタ構造２１に対してオフセットされることができ、第３のメタ構造２３は、光学素子１０８の第３の領域１０８－３の第２のメタ構造２２に対してオフセットされることができる。

【0053】

図５に示されるように、光学素子１０８は、第１のメタ構造２１と第２のメタ構造２２との間、および第２のメタ構造２２と第３のメタ構造２３との間に配置された保護層３０をさらに含むことができる。より詳細には、保護層３０は、第１のメタ構造２１の第１の中心ピラー２１１と第１の周辺ピラー２１２との間、第２のメタ構造２２の第２の周辺ピラー２２２（２２３、２２３ｅ）の間、および第３のメタ構造２３の第３の周辺ピラー２３３（２３３e）の間に配置されることができるが、本開示はこれに限定されるものではない。

【0054】

また、光学素子１０８に出射される光は、λの波長を有することができ、第１のメタ構造２１と第２のメタ構造２２との間の距離ｄ２（または、第２のメタ構造２２と第３のメタ構造２３の間の距離）は、光の波長λ以上であり、光の波長λの２０倍以下であること（即ち、λ＜ｄ２＜２０λ）が好ましい。

【0055】

要約すると、本開示の実施形態による光学素子は、光学素子の中心から離れた領域において、他のメタ構造に対してオフセットされた少なくとも１つのメタ構造を含むことができるため、位相切断が防止され、それにより、集光効率が向上され、画像の歪みの可能性が効果的に低減されることができる。

【0056】

前述の内容は、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説している。当業者は、同じ目的を実行するため、および／または本明細書に導入される実施形態の同じ利点を達成するための他のプロセスおよび構造を設計または修正するための基礎として本開示を容易に使用できることを理解できるであろう。当業者はまた、そのような同等の構造が本開示の精神および範囲から逸脱せず、且つそれらは、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書で様々な変更、置換、および代替を行うことができることを理解するべきである。従って、保護の範囲は請求項を通じて決定される必要がある。さらに、本開示のいくつかの実施形態が上記に開示されているが、それらは、本開示の範囲を限定することを意図していない。

【0057】

本明細書全体にわたる特徴、利点、または同様の言語への言及は、本開示で実現され得る全ての特徴および利点が、本開示の任意の単一の実施形態で実現されるべきまたは実現され得ることを意味するのではない。むしろ、特徴および利点に言及する言語は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、利点、または特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味すると理解される。従って、本明細書全体にわたる特徴および利点、ならびに類似の言語の議論は、必ずしもそうではないが、同じ実施形態を指すことがある。

【0058】

さらに、１つまたは複数の実施形態では、本開示の説明された特徴、利点、および特性は、任意の適切な方法で組み合わせることができる。当業者は、本明細書の説明に基づいて、特定の実施形態の１つまたは複数の特定の特徴または利点なしに本開示を実施できることを認識するであろう。他の例では、本開示の全ての実施形態に存在しない可能性がある、追加の特徴および利点が特定の実施形態において認識され得る。

【符号の説明】

【0059】

１００、１０２、１０４、１０６、１０８ 光学素子
１００－１、１０２－１、１０４－１、１０６－１、１０８－１ 第１の領域
１００－２、１０２－２、１０４－２、１０６－２、１０８－２ 第２の領域
１０８－３ 第３の領域
１０ 基板
１０Ｔ 第１の面
１０Ｂ 第２の面
２１ 第１のメタ構造
２１１ 第１の中心ピラー
２１２、２１２ｅ 第１の周辺ピラー
２２、２２’ 第２のメタ構造
２２１、２２１ｅ 第２の中心ピラー
２２２、２２２ｅ、２２３、２２３ｅ 第２の周辺ピラー
２３ 第３のメタ構造
２３３、２３３ｅ 第３の周辺ピラー
３０ 保護層
Ａ－Ａ’線
Ｄ 放射方向
ｄ１ 第１のシフト距離
ｄ２ 第１のメタ構造と第２のメタ構造との間の距離
ｄ３ 第３のシフト距離
Ｐ１ 第１のピッチ
Ｒ 半径
Ｒ１ 距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】