超颖光学器件和包括超颖光学器件的电子装置的制作方法

超颖光学器件和包括超颖光学器件的电子装置
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年9月17日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2020-0120029的优先权，该申请的公开通过全文引用合并于此。
技术领域
3.与示例实施例一致的装置和方法涉及一种超颖光学器件和包括超颖光学器件的电子设备。


背景技术：

4.包括超颖结构的平面衍射器件可以表现出常规折射器件可能无法实现的各种光学效果。因此，这种平面衍射器件可以用于实现薄光学系统，并且因此，增加了对在许多领域中使用薄光学系统的兴趣。
5.超颖结构包括纳米结构，其中，小于入射光波长的值被应用于形状、周期等。纳米结构被设计为使得对于期望波段的光满足针对每个位置设置的相位轮廓，以获得期望的光学性能。当在相位轮廓中出现不连续性时，光衍射发生在意想不到的方向上，从而降低了光效率。


技术实现要素：

6.一个或多个示例实施例提供了具有改进的衍射效率的超颖光学器件。
7.此外，一个或多个示例实施例提供了使用超颖光学器件的电子设备。
8.附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过对本公开所呈现的实施例的实践来获知。
9.根据实施例的一个方面，提供了一种超颖光学器件，包括：多个相位调制区域，沿第一方向布置并被配置为入射光的相位进行调制，多个相位调制区域中的每一个包括多个纳米结构，多个纳米结构的形状和布置是根据针对多个相位调制区域中的每一个所设置的相应规则而确定的；以及补偿区域，位于多个相位调制区域中的彼此相邻的第k相位调制区域和第(k 1)相位调制区域之间并包括补偿结构，所述补偿结构用于根据第k相位调制区域和第(k 1)相位调制区域的相应规则来缓冲在第k相位调制区域和第(k 1)相位调制区域之间的边界区域中发生的有效折射率变化，其中n是多个相位调制区域的数量，k和n是自然数，并且k等于或大于1且小于n。
10.第k相位调制区域和第(k 1)相位调制区域可以被配置为对入射光的相位进行调制以根据在第一方向上的位置而具有相同的相变斜率符号。
11.在第k相位调制区域中的多个纳米结构中，最靠近补偿区域的纳米结构在第一方向上的宽度为wa，在第(k 1)相位调制区域中的多个纳米结构中，最靠近补偿区域的纳米结构在第一方向上的宽度为wb，并且补偿结构的宽度wc在wa和wb之间。
12.补偿结构可以包括在第一方向上具有相同宽度并且沿第一方向布置的两个或更
多个补偿结构。
13.补偿结构可以包括沿第一方向布置的两个或更多个补偿结构，并且该两个或更多个补偿结构的宽度可以随着在第一方向上从wa到wb的变化模式而逐渐变化。
14.多个相位调制区域可以具有圆形形状或围绕圆形形状的环形形状，并且第一方向可以是从圆形形状的中心朝超颖光学器件的边界延伸的径向。
15.当多个相位调制区域按照从中心开始的顺序是第m区域并且m大于等于2且从2增大至n时，全部第m区域都在径向上具有从第一相位到第二相位的相位调制范围，并且第一相位和第二相位可以彼此不同且可以在-2π和2π之间。
16.第一相位和第二相位之差可以为2π或更小。
17.多个相位调制区域在径向上的宽度可以在从中心到超颖光学器件的边界的方向上减小。
18.补偿区域可以包括多个补偿区域，并且沿径向布置的多个补偿区域的宽度可以具有相同的值或者在从中心到超颖光学器件的边界的方向上减小。
19.补偿区域可以包括多个补偿区域，并且在多个相位调制区域和多个补偿区域之中的处于彼此相邻的位置处的相位调制区域和补偿区域中，补偿区域的宽度与相位调制区域的宽度的比可以在从中心到超颖光学器件的边界的方向上增大。
20.该比可以为25％或更小。
21.补偿区域可以包括多个补偿区域，并且多个补偿区域的数量与多个相位调制区域的数量的比可以为50％或更大。
22.当超颖光学器件的半径为r时，补偿区域距中心的距离可以大于r/2。
23.当入射光的入射角是θ时，补偿区域可以设置在其中θ大于或等于30
°
的位置处。
24.多个纳米结构和补偿结构中的每一个可以具有柱形状。
25.超颖光学器件还可以包括：衬底，被配置为支撑多个纳米结构和补偿结构；以及周围材料层，覆盖多个纳米结构和补偿结构，并且具有与多个纳米结构和补偿结构的折射率不同的折射率。
26.超颖光学器件还可以包括衬底和布置在衬底上的周围材料层，并且多个纳米结构和补偿结构中的每一个可以具有通过雕刻周围材料层而形成的孔形状。
27.多个纳米结构和补偿结构可以被布置为在垂直于第一方向的第二方向上堆叠的多层结构。
28.多个纳米结构可以包括在第一层上布置的多个第一纳米结构和在第二层上布置的多个第二纳米结构，并且补偿结构可以包括在第一层上布置的第一补偿结构和在第二层上布置的第二补偿结构。
29.当从第二方向观察时，第一补偿结构和第二补偿结构可以被布置为在第一方向上相对于彼此偏移。
30.第一补偿结构和第二补偿结构在第一方向上相对于彼此偏移的长度可以随着补偿区域的位置更远离中心而增加。
31.超颖光学器件还可以包括：衬底，被配置为支撑多个第一纳米结构和第一补偿结构；以及第一周围材料层，在衬底上填充多个第一纳米结构和第一补偿结构之间的区域，并且具有与多个第一纳米结构和第一补偿结构的折射率不同的折射率。
32.超颖光学器件还可以包括：第二周围材料层，在第一周围材料层上填充多个第二纳米结构和第二补偿结构之间的区域，并且具有与多个第二纳米结构和第二补偿结构的折射率不同的折射率。
33.超颖光学器件还可以包括布置在第一周围材料层上的第二周围材料层，并且多个第二纳米结构和第二补偿结构中的每一个可以具有通过雕刻第二周围材料层而形成的孔形状。
34.当入射光的中心波长是λ0时，多个纳米结构和补偿结构的高度可以大于λ0/2并小于4λ0。
35.超颖光学器件可以是镜头。
36.多个相位调制区域在第一方向上的宽度可以具有相等的值。
37.超颖光学器件可以是光束偏转器。
38.超颖光学器件可以是光束整形器。
39.入射光可以具有红外波长或可见光波长。
附图说明
40.通过参考附图描述特定示例实施例，上述和/或其它方面将更加清楚，在附图中：
41.图1是根据实施例的超颖光学器件的示意性配置的平面图；
42.图2是示出了根据实施例的超颖光学器件的相位轮廓的示例的曲线图；
43.图3是示出了根据实施例的超颖光学器件结构的局部区域的截面图；
44.图4是示出了根据实施例的光刚好穿过图3所示的局部区域之后的相位轮廓的曲线图；
45.图5是根据比较例的超颖光学器件的纳米结构的布置的截面图；
46.图6是示出了根据实施例的光刚好穿过图5所示的纳米结构的位置之后的相位轮廓的曲线图；
47.图7是示出了根据比较例的超颖光学器件的相位轮廓的曲线图；
48.图8是根据比较例的以计算方式模拟超颖光学器件的相位不连续性的影响的模型化折射率分布结构的视图；
49.图9a至图9c是分别以0度、30度和45度的入射角入射在图8的结构上的光的相位轮廓的视图；
50.图10是根据实施例的以计算方式模拟设置在超颖光学器件中的补偿区域的功能的模型化折射率分布结构的视图；
51.图11a至图11c是分别以0度、30度和45度的入射角入射在图10的结构上的光的相位轮廓的视图；
52.图12是根据另一实施例的以计算方式模拟设置在超颖光学器件中的补偿区域的功能的模型化折射率分布结构的视图；
53.图13a至图13c是分别以0度、30度和45度的入射角入射在图12的结构上的光的相位轮廓的视图；
54.图14是示出了根据另一实施例的超颖光学器件结构的局部区域的截面图；
55.图15是示出了根据另一实施例的超颖光学器件结构的局部区域的截面图；
56.图16是示出了根据另一实施例的超颖光学器件结构的局部区域的截面图；
57.图17是根据另一实施例的超颖光学器件的结构的平面图；
58.图18是根据另一实施例的超颖光学器件的结构的平面图；
59.图19是根据另一实施例的超颖光学器件的结构的平面图；
60.图20是示出了根据另一实施例的超颖光学器件结构的局部区域的截面图；
61.图21a和图21b是根据实施例的包括在超颖光学器件中的纳米结构的示例的透视图；
62.图22是示出了根据另一实施例的超颖光学器件结构的局部区域的截面图；
63.图23是示出了根据另一实施例的超颖光学器件结构的局部区域的截面图；
64.图24是示出了根据另一实施例的超颖光学器件结构的局部区域的截面图；
65.图25是示出了根据另一实施例的超颖光学器件结构的局部区域的截面图；
66.图26是根据实施例的电子设备的示意性配置的框图；
67.图27是根据实施例的包括在图26的电子设备中的相机模块的示意性配置的框图；
68.图28是根据实施例的设置在图26的电子设备中的3d传感器的示意性配置的框图；
69.图29是根据另一实施例的电子设备的示意性配置的框图；以及
70.图30是根据实施例的设置在图29的电子设备中的眼动追踪传感器的示意性配置的框图。
具体实施方式
71.现在详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。在这点上，呈现的实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施例，以解释各个方面。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。诸如
“……
中的至少一个”之类的表述在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应被理解为包括：仅a，仅b，仅c，a和b两者，a和c两者，b和c两者，a、b和c的全部，或者前述示例的任何变型。
72.在下文中，将参考附图来详细描述实施例。以下描述的实施例仅是示例，因此，应当理解，可以以各种形式修改实施例。相同的附图标记始终表示相同的元件。在附图中，为了清楚起见，可以放大构成元件的尺寸。
73.例如，当一个元件被称为在另一元件“上”或“上方”时，该元件可以直接在该另一元件上，或者也可以存在中间元件。
74.应当理解，虽然可以在本文使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开来。这些术语不限制组件的材料或结构。
75.如本文所使用的，单数形式意在还包括复数形式，除非上下文明确地给出相反的指示。另外，将理解的是，当一个单元被称为“包括”另一元件时，并不排除可能存在或可能添加一个或多个其他元件的可能性。
76.另外，说明书中描述的术语“...器”、“...机”和“模块”是指用于处理至少一个功能和/或操作的单元，并且可以由硬件组件或软件组件及其组合来实现。
77.术语“一”、“一个”和“该”以及类似指示物的使用应被解释为涵盖单数和复数两者。
78.构成方法的操作可以以任何合适的顺序执行，除非明确声明它们应当以所描述的顺序进行。此外，本文中提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如(例如)”)的使用仅意在更好地阐述本发明构思且不对本公开的范围施加限制，除非另外声明。
79.图1是根据实施例的超颖光学器件的示意性配置的平面图。
80.超颖光学器件100对特定波段中的入射光的相位进行调制，并且包括多个纳米结构ns。特定波段可以是可见光波段、红外波段或包括两者的波段。纳米结构ns可以设置在衬底su上，并且在图1中，为了方便仅例示了几个纳米结构ns。纳米结构ns具有小于特定波段的中心波长λ0的亚波长的形状尺寸，并且具有与衬底su和其他周围材料的折射率不同的折射率。将在图21a和图21b中描述纳米结构ns的详细示例。根据纳米结构ns的布置，超颖光学器件100可以实现入射光的各种相位轮廓。
81.超颖光学器件100包括多个相位调制区域，相位调制区域包括多个纳米结构ns，纳米结构ns的形状和布置根据相应规则确定。多个相位调制区域可以沿限定相位轮廓的特定方向布置，并且该方向可以是如图1所示的从超颖光学器件100的中心c向超颖光学器件100的外边界延伸的径向r。然而，本公开不限于此。
82.纳米结构ns可以设置在衬底su上，并且在图1中，为了方便仅例示了几个纳米结构ns。多个相位调制区域将按照从超颖光学器件100的中心c沿径向r的顺序被称为第一区域r1、第二区域r2、
…
、第n区域rn等。如图所示，第一区域r1可以是圆形区域，并且第二区域r2至第n区域rn可以是环形区域。
83.补偿区域rc可以设置在多个相位调制区域中彼此相邻的第k区域rk和第(k 1)区域r
k 1
之间(k是1至n之间的自然数)。补偿区域rc被示出为一个区域，但是不限于此，并且还可以设置在其他两个相位调制区域之间的位置处。当设置第一区域r1至第n区域rn的规则以使超颖光学器件100实现期望的相位轮廓时，补偿区域rc是根据两个区域的相应规则缓冲在两个区域之间的边界区域中发生的相位突然变化或有效折射率突然变化的区域。补偿区域rc提供具有一定形状的补偿结构cs，并且提供了适合于该功能的布置。补偿结构cs具有亚波长的形状尺寸，并且具有与周围材料不同的折射率。稍后将在图3中详细描述补偿结构cs的详细形状和布置。
84.在超颖光学器件100的每个区域中设置的规则被应用于诸如纳米结构ns的形状、大小(宽度和高度)、间隔和布置之类的参数，并且根据超颖光学器件100想要整体实现的相位轮廓来设置。
85.当光沿z方向(例如，与衬底su的设置有纳米结构ns的表面平面垂直的方向)进入超颖光学器件100并穿过超颖光学器件100时，光遇到根据折射率大于1的多个纳米结构ns的布置的折射率分布。在经历根据纳米结构ns的布置的折射率分布之前和之后，在光路上的相同相位的波前连接点的位置是不同的，这被表示为相位延迟。在光刚好穿过超颖光学器件100的纳米结构ns之后的位置处，相位延迟的程度根据每个作为折射率分布的变量的位置(即，与光传播方向(z方向)垂直的平面上的位置(x和y坐标))而不同。当纳米结构ns的布置相对于z轴以特定角度具有极性对称性或具有旋转对称性时，相位轮廓可以表示为距中心c的距离r的函数。该相位轮廓根据构成超颖光学器件100的纳米结构ns的详细形状和
布置而出现不同。换句话说，可以根据期望的相位轮廓来确定针对每个位置设置的纳米结构ns的详细形状和布置。
86.在下文中，诸如相位延迟、相位调制和相位之类的表达可以互换使用，并且这些表达全部指代在经历光刚好穿过纳米结构ns之后的位置处由纳米结构ns形成的折射率分布之前的相对相位。
87.下文描述的超颖光学器件100中的纳米结构ns的布置的具体示例与超颖光学器件100用作镜头的情况有关，但是实施例不限于此。在超颖光学器件100用作镜头的情况下，超颖光学器件100可以被称为超颖镜头。
88.第一区域r1至第n区域rn是展现出特定范围的相位延迟的区域，并且第二区域r2至第n区域rn的相位调制范围可以相同。相位调制范围可以是2π弧度(rad)或更小。第一区域r1的相位调制范围可以是2π弧度或更小。第一区域r1至第n区域rn的全部区域都可以被称为2π区。
89.每个区域的功能以及区域的数量n或宽度w1、
…
、wk、
…
和wn可以是超颖光学器件100的性能的主要变量。
90.为了将超颖光学器件100用作镜头，设置每个区域内的规则，使得每个区域的宽度不是恒定的，并且每个区域中的入射光的衍射方向略有不同。区域的数量与屈光力的大小(绝对值)有关，并且可以根据每个区域内的规则来确定屈光力的符号。例如，可以通过纳米结构ns的大小在每个区域中沿径向减小的规则布置(相位减小的布置)来实现正屈光力，并且可以通过纳米结构ns的大小沿径向增加的规则布置(相位增大的布置)来实现负屈光力。
91.为了将超颖光学器件100用作光束偏转器，可以设置每个区域内的规则，使得每个区域(r1、r2、...和rn)的宽度w1、...、wk、
…
和wn是恒定的，并且入射光在每个区域中沿特定的恒定方向衍射。
92.除了镜头或光束偏转器之外，超颖光学器件100还可以用作具有任意位置分布的光束整形器。
93.为了使上述功能在期望的波段内有效地出现，为此，应尽可能地不出现相位轮廓中根据位置的不连续性。这是因为，在相位不连续的情况下，穿过超颖光学器件100的光的一部分在除了期望的衍射方向以外的方向上衍射，因此衍射效率可能恶化。
94.然而，由于设置在超颖光学器件100中的相位调制区域r1、...、rk、...和rn以相同的范围和/或趋势对入射光的相位进行调制，因此较大相位差的不连续性基本上存在于相邻区域之间的边界处。根据实施例的超颖光学器件100具有能够减轻这些位置中的至少一个位置处的相位不连续性的补偿区域rc。
95.图2是示例性地示出了根据实施例的超颖光学器件的相位轮廓的曲线图。
96.参照该曲线图，第二区域r2、第三区域r3、
…
和第n区域rn具有在每个区域内沿径向将入射光的相位从π变化为-π的光学性质。因此，在这些区域的边界处形成相位从-π陡然变化为π的不连续性。位于两个相邻区域(即，第k区域rk和第(k 1)区域r
k 1
)之间的补偿区域rc被设置为使得逐渐发生从-π到π的相位调制。即，其间具有补偿区域rc的相邻区域(即，第k区域rk、补偿区域rc和第(k 1)区域r
k 1
)变为没有相位不连续性的区域。
97.图3是详细示出了根据实施例的超颖光学器件在局部区域中的结构的截面图，并且图4是示出了光刚好穿过图3所示的局部区域后的相位轮廓的曲线图。
98.图3示出了在图1的截面a-a中纳米结构ns在第k区域rk、补偿区域rc和第(k 1)区域r
k 1
中的布置。
99.参照图3，当在第k区域rk沿径向r的纳米结构ns中最靠近补偿区域rc的纳米结构ns的宽度为da时，并且当在第(k 1)区域r
k 1
沿径向r的纳米结构ns中最靠近补偿区域rc的纳米结构的宽度为db时，补偿结构cs的宽度dc具有在da和db之间的值(例如，大于da且小于db的值)。
100.通过补偿结构cs，补偿区域rc中的相位调制值是第k区域rk的结束处的相位-π与第(k 1)区域r
k 1
的起始处的相位π之间的中间相位。因此，减轻了两个相邻的相位调制区域(即，第k区域rk和第(k 1)区域r
k 1
)之间的相位不连续性。补偿区域rc中的相位调制趋势与同其相邻的第k区域rk和第(k 1)区域r
k 1
的相位调制趋势相反。在第k区域rk和第(k 1)区域r
k 1
中，相位沿径向逐渐减小，而在补偿区域rc中，相位沿径向增大。因此，例如，当以相位沿径向逐渐增大的形式修改第k区域rk和第(k 1)区域r
k 1
时，在补偿区域rc中，相位沿径向减小。
101.可以根据有效折射率来描述补偿区域rc对相位不连续性的减轻。有效折射率是假设可以将超颖光学器件100的单位元件视为均匀介质的概念。纳米结构ns在第k区域rk的结束处的宽度在第k区域rk的纳米结构ns中最小，并且纳米结构ns在第(k 1)区域r
k 1
的起始处的宽度在第(k 1)区域r
k 1
的纳米结构ns中最大。因此，当有效折射率的显著且突然的变化出现在第k区域rk和第(k 1)区域r
k 1
之间的边界区域中时，设置在补偿区域rc中的补偿结构cs缓冲了这种有效折射率变化。
102.补偿区域rc中的有效折射率变化趋势与同其相邻的第k区域rk和第(k 1)区域r
k 1
中的有效折射率变化趋势相反。在第k区域rk和第(k 1)区域r
k 1
中，有效折射率沿径向逐渐减小，而在补偿区域rc中，有效折射率沿径向增大。因此，例如，当以有效折射率沿径向逐渐增大的形式修改第k区域rk和第(k 1)区域r
k 1
时，在补偿区域rc中，有效折射率沿径向r减小。
103.图5是详细示出了根据比较例的超颖光学器件在局部区域中的结构的截面图，并且图6是示出了光刚好穿过图5所示的局部区域后的相位轮廓的曲线图。
104.该比较例的超颖光学器件不具有补偿区域，即，除补偿区域rc之外，该比较例的超颖光学器件与图1的超颖光学器件相同。
105.第k区域rk包括宽度沿径向r逐渐减小的纳米结构ns，并且相位沿径向从π变化为-π。第(k 1)区域包括宽度沿径向r逐渐减小的纳米结构ns，并且相位沿径向再次从π变化为-π。换句话说，第k区域rk结束的位置与第(k 1)区域r
k 1
起始的位置之间的区域是有效折射率迅速变化的区域，并且相位也显示出从-π快速变化为π的不连续性。
106.图7是示出了根据比较例的超颖光学器件的相位轮廓的曲线图。
107.参照该曲线图，在所有相邻的区域中，例如，在设置在超颖光学器件中的第一区域r1和第二区域r2之间的边界，以及在第二区域r2和第三区域r3之间的边界，出现相位快速变化的相位不连续性。
108.相位不连续性可能会降低超颖光学器件的预期衍射效率，这是由于不连续区域引起的阴影效应所致。
109.图8是根据比较例的以计算方式模拟超颖光学器件的相位不连续性的影响的模型
化折射率分布结构的视图。图9a至图9c是分别以0度、30度和45度的入射角入射在图8的结构上的光的相位轮廓的视图。
110.图8的折射率分布结构包括其中在折射率为1.46的衬底上有效折射率从1.75陡然变化为2的折射率分布。
111.经历了有效折射率的陡然变化的光的波前不是连续的，并且展现出如图9a至图9c中的标记se所示的阴影效应。随着入射角的增加，这种效应更加明显。
112.图10是根据实施例的以计算方式模拟设置在超颖光学器件中的补偿区域的功能的模型化折射率分布结构的视图，并且图11a至图11c是分别以0度、30度和45度的入射角入射在图10的结构上的光的相位轮廓的视图。
113.图10的折射率分布结构是在折射率为1.46的衬底上有效折射率逐步变化为1.75、nc和2的分布。与图8相比，图10的折射率分布结构对应于将折射率为2的区域的一部分改变为折射率为nc＝1.871的补偿结构的情况。
114.将图11a、图11b和图11c分别与图9a、图9b和图9c进行比较，可以看出减小了阴影效应。
115.图12是根据实施例的以计算方式模拟设置在超颖光学器件中的补偿区域的功能的模型化折射率分布结构的视图，并且图13a至图13c是分别以0度、30度和45度的入射角入射在图12的结构上的光的相位轮廓的视图。
116.图12的折射率分布结构是在折射率为1.46的衬底上有效折射率逐步变化为1.75、n
c1
、n
c2
、n
c3
和2的分布。与图8相比，图12的折射率分布结构对应于将折射率为2的区域的一部分改变为折射率为n
c1
＝1.8125、n
c2
＝1.871和n
c3
＝1.9375的三个补偿结构的情况。
117.将图13a、图13b和图13c分别与图9a、图9b和图9c进行比较，可以看出减小了阴影效应。另外，将图13a、图13b和图13c分别与图11a、图11b和图11c进行比较，可以看出，当引入细分的补偿结构时，显著减小了阴影效应。
118.图14是详细示出了根据另一实施例的超颖光学器件在局部区域中的结构的截面图。
119.超颖光学器件101包括设置在第k区域rk和第(k 1)区域r
k 1
之间的补偿区域rc1，并且补偿区域rc1的两个补偿结构cs的宽度可以根据补偿结构cs在径向上的位置而增加。例如，当补偿结构cs包括第一补偿结构和第二补偿结构，并且第一补偿结构比第二补偿结构更靠近超颖光学器件101的中心c设置(即，第二补偿结构比第一补偿结构更远离中心c设置)时，第二补偿结构的宽度大于第一补偿结构的宽度。第一补偿结构和第二补偿结构的宽度都可以大于在第k区域rk中最靠近rc1的纳米结构ns的宽度且小于在第(k 1)区域r
k 1
中最靠近rc1的纳米结构ns的宽度。
120.图15是详细示出了根据另一实施例的超颖光学器件在局部区域中的结构的截面图。
121.超颖光学器件102包括设置在第k区域rk和第(k 1)区域r
k 1
之间的补偿区域rc2，并且补偿区域rc2包括在径向上具有相同宽度并且沿径向r布置的多个补偿结构cs。
122.图16是详细示出了根据另一实施例的超颖光学器件在局部区域中的结构的截面图。
123.超颖光学器件103包括设置在第k区域rk和第(k 1)区域r
k 1
之间的补偿区域rc3，
并且补偿区域rc3包括以宽度沿径向(r)逐渐增加的形式布置的多个补偿结构cs。补偿结构cs的数量与补偿区域rc3的宽度相关，并且可以考虑与补偿区域rc3相邻的第k区域rk和第(k 1)区域r
k 1
的宽度来确定补偿区域rc3的宽度。
124.图17是根据另一实施例的超颖光学器件的结构的平面图。
125.超颖光学器件104可以包括多个补偿区域rc4。补偿区域rc4可以设置在所有相邻的相位调制区域r1、
…
、rk和
…rn
之间，但不限于此，并且可以设置在这些区域中的一些区域中。多个补偿区域的数量与多个相位调制区域的数量之比可以约为50％或更大。
126.在多个相位调制区域和多个补偿区域之中的处于彼此相邻的位置处的相位调制区域pa和补偿区域rc4中，补偿区域rc4的宽度wc与相位调制区域pa的宽度w
p
的比(wc/w
p
)可以随着补偿区域的位置更远离中心c而增大。如上所述，可以认为，当光的入射角较大时，补偿区域rc4的效果很好。例如，当超颖光学器件104用作镜头时，越靠近中心，光的入射角越接近0度，而越远离中心，光的入射角越大。因此，彼此相邻的相位调制区域pa的宽度w
p
与补偿区域rc4的宽度wc的比可以设置为使得补偿区域rc4的作用向外围增强。换句话说，该比可以被表示为沿径向布置在补偿区域rc4中的补偿结构的数量与沿径向布置在相位调制区域pa中的纳米结构的数量的比。
127.该比(wc/w
p
)从中心到外围逐渐增大，并且在最外围可以达到约20％至约25％。该比(wc/w
p
)可以随着超颖光学器件104的有效孔径比(r/f)的增大而增大，其中，f和r分别表示超颖光学器件104的焦距和有效半径。例如，当超颖光学器件104的有效孔径比为0.8时，该比的值可以约为25％。
128.补偿区域rc4的宽度可以如图所示全部相同，但是不限于此。可以将上述补偿区域rc、rc1、rc2和rc3中的任何一个应用于补偿区域rc4。
129.图18是根据另一实施例的超颖光学器件的结构的平面图。
130.多个补偿区域rc5可以包括在超颖光学器件105中，或者可以设置在所有相邻的相位调制区域r1、
…
、rk和
…rn
之间，其中相邻的相位调制区域的宽度随着距中心c的距离增加而减小。如图所示，在第一区域r1至第n区域rn的宽度在远离中心c的方向上逐渐减小的情况下，补偿区域rc5的宽度也可以随着距中心c的距离增加而减小。即使在这种情况下，在多个相位调制区域rk和多个补偿区域rc5之中的处于彼此相邻的位置处的相位调制区域pa和补偿区域rc5中，补偿区域rc5的宽度wc与相位调制区域pa的宽度w
p
的比(wc/w
p
)也可以随着补偿区域rc5的位置更远离中心c而增大。然而，本公开不限于此，并且该比(wc/w
p
)可以是恒定的。
131.图19是根据另一实施例的超颖光学器件的结构的平面图。
132.设置在超颖光学器件106中的补偿区域rc6可以布置在相邻的相位调制区域r1、...、rk和...rn之间的位置中的外围部分处。可以认为补偿区域rc6的效果在光的入射角较大的区域中很好。当超颖光学器件106用作镜头时，越靠近中心，光的入射角越接近0度，而越远离中心，光的入射角越大。为了有效地表示补偿区域rc6的功能，可以将补偿区域rc6设置在外围侧，例如在光的入射角为30度或更大的位置处。例如，当超颖光学器件106的有效半径为r时，补偿区域rc6可以设置在距中心的距离为r/2或更远的位置处。在该实施例中，补偿区域rc6的数量被最小化，并且可以有效地防止由于相位不连续性引起的衍射效率降低。
133.图20是详细示出了根据另一实施例的超颖光学器件在局部区域中的结构的截面图。
134.超颖光学器件107包括衬底su、布置在衬底su上的纳米结构ns和补偿结构cs、以及覆盖纳米结构ns和补偿结构cs的周围材料层150。
135.衬底su具有对超颖光学器件107的工作波段内的光透明的性质，并且可以包括玻璃(熔融二氧化硅、bk7等)、石英、聚合物(pmma、su-8等)和其他透明塑料中的任何一种。
136.纳米结构ns和补偿结构cs包括折射率与诸如周围材料层150和衬底su之类的周围材料的折射率不同的材料。例如，该材料可以具有与周围材料的折射率相差0.5或更大的高折射率，或与周围材料的折射率相差0.5或更大的低折射率。纳米结构ns和补偿结构cs可以包括折射率相同的材料。
137.当纳米结构ns和补偿结构cs包括折射率比周围材料的折射率高的材料时，纳米结构ns和补偿结构cs可以包括c-si、p-si和a-si iii-v族化合物半导体(gaas、gap、gan、gaas等)、sic、tio2、tisio
x
和sin中的至少一种，并且低折射率周围材料可以包括诸如su-8和pmma之类的聚合物材料、sio2或sog。
138.当纳米结构ns和补偿结构cs包括折射率比周围材料的折射率低的材料时，纳米结构ns和补偿结构cs可以包括sio2或空气，并且高折射率周围材料可以包括c-si、p-si和a-si iii-v族化合物半导体(gaas、gap、gan、gaas等)、sic、tio2、tisio
x
和sin中的至少一种。
139.图21a和图21b是根据实施例的包括在超颖光学器件中的纳米结构的示例性形式的透视图。
140.纳米结构ns和补偿结构cs可以是柱状结构。例如，纳米结构ns和补偿结构cs可以具有如图21a所示的圆柱形状或如图21b所示的方柱形状。纳米结构ns和补偿结构cs的宽度d是亚波长，并且高度h可以大于工作波段的中心波长λ0。例如，高度h可以大于λ0/2并小于4λ0。除了所示的形状之外，还可以将截面形状为矩形、十字形、多边形或椭圆形的各种柱形状应用于纳米结构ns和补偿结构cs。
141.多个纳米结构和补偿结构的高度可以大于特定波段的中心波长。
142.图22是详细示出了根据另一实施例的超颖光学器件在局部区域中的结构的截面图。
143.超颖光学器件108包括衬底su以及形成在衬底su上的多个纳米结构ns和补偿结构cs。
144.纳米结构ns和补偿结构cs与上述实施例的不同之处在于，周围材料层160雕刻有特定柱形状(例如，如图21a所示的圆柱形状或如图21b所示的方柱形状)的孔。
145.形成补偿结构cs的孔的宽度dc的值在形成第k区域rk的纳米结构ns中最靠近补偿区域rc8的纳米结构ns的孔的宽度da与形成第(k 1)区域r
k 1
的纳米结构ns中最靠近补偿区域rc8的纳米结构ns的孔的宽度db之间。
146.图23是详细示出了根据另一实施例的超颖光学器件在局部区域中的结构的截面图。
147.超颖光学器件109包括衬底su以及形成在衬底su上的多个纳米结构ns1和ns2以及补偿结构cs1和cs2。本实施例的超颖光学器件109与上述实施例的不同之处在于，纳米结构ns1和ns2以及补偿结构cs1和cs2以两层结构来布置。
148.多个纳米结构ns1和补偿结构cs1布置在衬底su上，并且形成覆盖多个纳米结构ns1和补偿结构cs1的第一周围材料层151。在第一周围材料层151上形成多个纳米结构ns2和补偿结构cs2。第一周围材料层151的厚度被示出为与纳米结构ns1和补偿结构cs1的高度相匹配，但是这是示例性的并且不限于此。第一周围材料层151的厚度可以大于纳米结构ns1和补偿结构cs1的高度。可以以将第二周围材料层161雕刻成特定柱形状的形式来形成纳米结构ns2和补偿结构cs2。位于补偿区域rc9的第一层中的补偿结构cs1的宽度的值在两个相邻的纳米结构ns1的宽度之间。位于补偿区域rc9的第二层中的补偿结构cs2具有凹刻形状，并且该孔的宽度的值在形成两个相邻的纳米结构ns2的孔的宽度之间。
149.在下文中，对多层结构的说明将被描述为以雕刻周围材料层161的形式来形成纳米结构ns2和补偿结构cs2的第二层，但不限于此。第二层也可以具有与第一层相似的纳米结构ns1和补偿结构cs1。
150.图24是详细示出了根据另一实施例的超颖光学器件在局部区域中的结构的截面图。
151.超颖光学器件110与图23的实施例的相似之处在于，纳米结构ns和补偿结构cs以多层结构来布置，并且与图23的实施例的不同之处在于，当沿z方向观察时，补偿区域rc10在径向r上偏移。以这种方式形成补偿区域rc10，使得补偿区域rc10不仅对于以0度入射角入射的入射光l1而且对于以特定入射角入射的入射光l2也很好地起作用。
152.图25是详细示出了根据另一实施例的超颖光学器件在局部区域中的结构的截面图。
153.超颖光学器件111与图24的实施例的相似之处在于，纳米结构ns和补偿结构cs以多层结构来布置，并且当沿堆叠方向(z方向)观察时，补偿区域rc11在径向r上偏移。补偿区域rc11在径向r上偏移的程度被示出为略大于图24的实施例。补偿区域rc11对于以0度入射角入射的入射光l1和以较大入射角入射的入射光l2可以很好地起作用。
154.图23的实施例、图24的实施例和图25的实施例可以应用于另一实施例的超颖光学器件。在光的入射角较小的位置，可以将补偿区域rc9形成为图23所示的形状，在光的入射角稍大的位置，可以将补偿区域rc10形成为图24所示的形状，并且在光的入射角最大的位置，可以将补偿区域rc11形成为图25所示的形状。
155.上述的超颖光学器件可以应用于各种电子设备。例如，上述的超颖光学器件可以安装在诸如智能电话、可穿戴设备、物联网(iot)设备、家用电器、平板个人计算机(pc)、个人数字助理(pda)、便携式多媒体播放器(pmp)、导航设备、无人机、机器人、无人驾驶车辆、自动驾驶车辆和高级驾驶员辅助系统(adas)之类的电子设备上。
156.图26是根据实施例的电子设备的示意性配置的框图。
157.参考图26，在网络环境2200中，电子设备2201可以通过第一网络2298(近场无线通信网络等)与另一电子设备2202通信，或者可以通过第二网络2299(电信网络等)与另一电子设备2204和/或服务器2208通信。电子设备2201可以通过服务器2208与电子设备2204通信。电子设备2201可以包括处理器2220、存储器2230、输入设备2250、音频输出设备2255、显示设备2260、音频模块2270、传感器模块2210、接口2277、触觉模块2279、相机模块2280、电力管理模块2288、电池2289、通信模块2290、用户识别模块2296和/或天线模块2297。在电子设备2201中，可以省略这些组件中的一些(显示设备2260等)，或者可以添加其他组件。这些
组件中的一些可以实现为一个集成电路。例如，传感器模块2210的指纹传感器2211或虹膜传感器、照度传感器等可以通过嵌入在显示设备2260(显示器等)中来实现。
158.处理器2220可以执行软件(程序2240等)以控制电子设备2201的连接到处理器2220的一个或多个其他组件(硬件或软件组件等)，并且可以执行各种数据处理或操作。作为数据处理或操作的一部分，处理器2220可以将从其他组件(传感器模块2210、通信模块2290等)接收到的命令和/或数据加载到易失性存储器2232中，可以处理易失性存储器2232中存储的命令和/或数据，并且可以将结果数据存储在非易失性存储器2234中。处理器2220可以包括主处理器2221(中央处理单元、应用处理器等)以及可独立操作或一起操作的辅助处理器2223(图形处理单元、图像信号处理器、传感器集线器处理器、通信处理器等)。辅助处理器2223比主处理器2221使用更少的电力，并且可以执行专门的功能。
159.辅助处理器2223可以在主处理器2221处于非活动(例如，睡眠)状态时代替主处理器2221，或在主处理器2221处于活动(例如，应用执行)状态时与主处理器2221一起，控制与电子设备2201的组件中的一些组件(显示设备2260、传感器模块2210、通信模块2290等)有关的功能和/或状态。辅助处理器2223(图像信号处理器、通信处理器等)可以被实现为其他在功能上相关的组件(相机模块2280、通信模块2290等)的一部分。
160.存储器2230可以存储电子设备2201的组件(处理器2220、传感器模块2210等)所需的各种数据。该数据可以包括例如软件(程序2240等)和与其有关的命令的输入数据和/或输出数据。存储器2230可以包括易失性存储器2232和/或非易失性存储器2234。
161.可以将程序2240作为软件存储在存储器2230中，并且程序2240可以包括操作系统2242、中间件2244和/或应用2246。
162.输入设备2250可以从电子设备2201的外部(用户等)接收将被用于电子设备2201的组件(处理器2220等)的命令和/或数据。输入设备2250可以包括麦克风、鼠标、键盘和/或数字笔(触控笔等)。
163.音频输出设备2255可以向电子设备2201的外部输出音频信号。音频输出设备2255可以包括扬声器和/或受话器。扬声器可以用于诸如多媒体回放或录制回放之类的一般目的，而受话器可以用于接收来电。受话器可以组合为扬声器的一部分，或者可以实现为单独的设备。
164.显示设备2260可以可视地向电子设备2201的外部提供信息。显示设备2260可以包括显示器、全息设备或投影仪、以及用于控制这些设备的控制电路。显示设备2260可以包括被设置为感测触摸的触摸电路、和/或被配置为测量由触摸产生的力的强度的传感器电路(压力传感器等)。
165.音频模块2270可以将声音转换为电信号，反之亦然。音频模块2270可以通过输入设备2250来获得声音，或者可以通过音频输出设备2255和/或直接地或无线地连接到电子设备2201的另一电子设备(电子设备2202等)的扬声器和/或耳机来输出声音。
166.传感器模块2210可以检测电子设备2201的操作状态(电力、温度等)或外部环境状态(用户状态等)，并且可以生成与所检测到的状态相对应的电信号和/或数据值。传感器模块2210可以包括指纹传感器2211、加速度传感器2212、位置传感器2213、3d传感器2214等，并且还可以包括虹膜传感器、陀螺仪传感器、气压传感器、磁性传感器、握持传感器、接近传感器、颜色传感器、红外(ir)传感器、生物特征传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度
传感器。
167.3d传感器2214通过将特定的光辐射到物体上并分析该物体反射的光来感测物体的形状和移动，并且可以包括根据上述实施例的超颖光学器件100、101、102、103、104、105和106中的任何一个。
168.接口2277可以支持一个或多个指定协议，其可以用于将电子设备2201与其他电子设备(电子设备2202等)直接或无线连接。接口2277可以包括高清多媒体接口(hdmi)、通用串行总线(usb)接口、安全数字(sd)卡接口和/或音频接口。
169.连接端子2278可以包括连接器，电子设备2201可以通过该连接器物理地连接到其他电子设备(电子设备2202等)。连接端子2278可以包括hdmi连接器、usb连接器、sd卡连接器和/或音频连接器(耳机连接器等)。
170.触觉模块2279可以将电信号转换成用户可以通过触觉或运动感觉来感知的机械刺激(振动、移动等)或电刺激。触觉模块2279可以包括电机、压电元件和/或电刺激器件。
171.相机模块2280可以捕获静态图像和运动图像。相机模块2280可以包括镜头组件、图像传感器、图像信号处理器和/或闪光灯，其中镜头组件包括一个或多个镜头。包括在相机模块2280中的镜头组件可以收集从将进行图像捕获的物体发出的光，并且可以包括根据上述实施例的超颖光学器件100-111中的任何一个。
172.电力管理模块2288可以管理向电子设备2201供应的电力。电力管理模块2288可以被实现为电力管理集成电路pmic的一部分。
173.电池2289可以向电子设备2201的组件供电。电池2289可以包括不可再充电的一次电池、可再充电的二次电池和/或燃料电池。
174.通信模块2290可以支持在电子设备2201和其他电子设备(电子设备2202、电子设备2204、服务器2208等)之间建立直接(有线)通信信道和/或无线通信信道，并通过所建立的通信信道进行通信。通信模块2290独立于处理器2220(应用处理器等)操作，并且可以包括一个或多个支持直接通信和/或无线通信的通信处理器。通信模块2290可以包括无线通信模块2292(蜂窝通信模块、短距离无线通信模块、全球导航卫星系统(gnss)等)和/或有线通信模块2294(局域网(lan)通信模块、电力线通信模块等)。这些通信模块中的相应通信模块可以通过第一网络2298(诸如蓝牙、wifi直连或红外数据协会(irda)之类的局域网)或第二网络2299(诸如蜂窝网络、互联网或计算机网络(lan、wan等)之类的电信网络)与其他电子设备通信。这些各种类型的通信模块可以集成到单个组件(单个芯片等)中，或者可以实现为多个单独的组件(多个芯片)。无线通信模块2292可以使用存储在用户识别模块2296中的用户信息(国际移动用户身份(imsi)等)在通信网络(例如，第一网络2298和/或第二网络2299)内识别和认证电子设备2201。
175.天线模块2297可以向外部(其他电子设备等)发送和/或从外部(其他电子设备等)接收信号和/或电力。天线可以包括由形成在衬底(pcb等)上的导电图案制成的辐射体。天线模块2297可以包括一个或多个天线。当包括多个天线时，通信模块2290可以在多个天线中选择适合于在诸如第一网络2298和/或第二网络2299之类的通信网络中使用的通信方法的天线。可以通过所选择的天线在通信模块2290和其他电子设备之间发送或接收信号和/或电力。除天线之外的其他组件(rfic等)也可以作为天线模块2297的一部分而被包括。
176.所述组件中的一些组件可以相互连接，并通过外围设备(总线、通用输入和输出
(gpio)、串行外围接口(spi)、移动行业处理器接口(mipi)等)之间的通信方法交换信号(命令、数据等)。
177.可以通过连接到第二网络2299的服务器2208在电子设备2201和外部电子设备2204之间发送或接收命令或数据。其他电子设备2202和2204可以与电子设备2201相同或不同。可以在其他电子设备2202、2204和2208中的一个或多个中执行在电子设备2201中执行的所有操作或一些操作。例如，当电子设备2201需要执行特定功能或服务时，电子设备2201可以请求一个或多个其他电子设备执行所述功能或服务中的一些或全部，而不是直接执行所述功能或服务。接收到请求的一个或多个其他电子设备可以执行与该请求有关的附加功能或服务，并且可以向电子设备2201传送执行结果。为此，可以使用云计算、分布式计算和/或客户端-服务器计算技术。
178.图27是包括在图26的电子设备中的相机模块的示意性配置的框图。
179.参考图27，相机模块2280可以包括镜头组件2310、闪光灯2320、图像传感器2330、图像稳定器2340、存储器2350(缓冲存储器等)和/或图像信号处理器2360。镜头组件2310可以收集从将进行图像捕获的物体发出的光，并且可以包括超颖光学器件100-111中的任何一个。镜头组件2310可以包括一个或多个折射镜头和超颖光学器件。配置在其中的超颖光学器件可以被设计为具有特定相位轮廓并具有补偿结构以减少相位不连续性的镜头。包括这种超颖光学器件的镜头组件2310实现了期望的光学性能，并且可以具有较短的光学长度。
180.另外，相机模块2280还可以包括致动器。致动器可以驱动构成镜头组件2310的镜头元件的位置以进行变焦和/或自动对焦(af)，并且可以调节镜头元件之间的间隔距离。
181.相机模块2280可以包括多个镜头组件2310，并且在这种情况下，可以是双相机、360度相机或球形相机。多个镜头组件2310中的一些可以具有相同的镜头性质(视角、焦距、自动对焦、f数、光学变焦等)或不同的镜头性质。镜头组件2310可以包括广角镜头或远摄镜头。
182.闪光灯2320可以发射用于加强从物体发射或反射的光的光。闪光灯2320可以包括一个或多个发光二极管(红-绿-蓝(rgb)led、白光led、红外led、紫外led等)和/或氙灯。图像传感器2330可以通过将从物体发射或反射并通过镜头组件2310传送的光转换成电信号来获得与物体相对应的图像。图像传感器2330可以包括从具有不同属性的图像传感器中选择的一个或多个传感器，例如，rgb传感器、黑白(bw)传感器、ir传感器或uv传感器。图像传感器2330中包括的每一个传感器可以被实现为电荷耦合器件(ccd)传感器和/或互补金属氧化物半导体(cmos)传感器。
183.图像稳定器2340可以响应于相机模块2280或包括相机模块的电子设备2201的移动而沿特定方向移动包括在镜头组件2310中的一个或多个镜头或图像传感器2330，或者可以控制图像传感器2330的操作特性(调整读取定时等)，以补偿由于移动引起的负面影响。图像稳定器2340可以使用布置在相机模块2280内部或外部的陀螺仪传感器或加速度传感器来检测相机模块2280或电子设备2201的移动。图像稳定器2340可以光学地实现。
184.在存储器2350中，可以存储通过图像传感器2330获得的数据中的一些或全部以用于下一个图像处理操作。例如，当高速地获得多个图像时，所获得的原始数据(拜耳图案化数据、高分辨率数据等)可以存储在存储器2350中，并且仅显示低分辨率图像，然后存储器
2350可以用于将所选择的图像(用户选择等)的原始数据传送到图像信号处理器2360。存储器2350可以被集成到电子设备2201的存储器2230中，或者可以被配置为独立操作的单独的存储器。
185.图像信号处理器2360可以对通过图像传感器2330获得的图像或存储在存储器2350中的图像数据执行一个或多个图像处理。一个或多个图像处理可以包括深度图生成、三维建模、全景生成、特征点提取、图像合成和/或图像补偿(降噪、分辨率调整、亮度调整、模糊、锐化、柔化等)。图像信号处理器2360可以对包括在相机模块2280中的组件(图像传感器2330等)进行控制(曝光时间控制或读取定时控制等)。由图像信号处理器2360处理的图像可以被再次存储在存储器2350中以用于进一步处理，或者可以被提供给相机模块2280的外部组件(存储器2230、显示设备2260、电子设备2202、电子设备2204、服务器2208等)。图像信号处理器2360可以被集成到处理器2220中，或者可以被配置为独立于处理器2220操作的单独的处理器。当图像信号处理器2360被配置为与处理器2220分离的处理器时，由图像信号处理器2360处理的图像可以在处理器2220进行进一步图像处理之后通过显示设备2260显示。
186.电子设备2201可以包括具有各自属性或功能的多个相机模块2280。在这种情况下，多个相机模块2280之一可以是广角相机，而另一个可以是远摄相机。类似地，多个相机模块2280之一可以是前置相机，而另一个可以是后置相机。
187.图28是设置在图26的电子设备中的三维(3d)传感器的示意性配置的框图。
188.3d传感器2214将特定光辐射到物体上，并且接收并分析由该物体反射的光以感测该物体的形状和移动。3d传感器2214包括光源2420、超颖光学器件2410、光电探测器2430、信号处理器2440和存储器2450。作为超颖光学器件2410，可以采用根据上述实施例的超颖光学器件100-111中的任何一个，并且可以设置目标相位延迟轮廓以充当光束偏转器或光束整形器。
189.光源2420辐射将被用于分析物体的形状或位置的光。光源2420可以包括产生并辐射具有较小波长的光的光源。光源2420可以包括诸如激光二极管(ld)、发光二极管(led)、超发光二极管(sld)之类的光源，该光源产生并辐射适合于分析物体的位置和形状的波段中的光，例如，红外波段中的光。光源2420可以是可变波长的激光二极管。光源2420可以生成并照射多个不同波段的光。光源2420可以生成并照射脉冲光或连续光。
190.超颖光学器件2410对从光源2420辐射的光进行调制，并向物体发射调制后的光。当超颖光学器件2410是光束偏转器时，超颖光学器件2410可以使入射光沿特定方向偏转，以将入射光引向物体。当超颖光学器件2410是光束整形器时，超颖光学器件2410对入射光进行调制，使得入射光的分布具有特定图案。超颖光学器件2410可以形成适合于3d形状分析的结构化光。
191.光电探测器2430通过超颖光学器件2410接收辐射到物体上的光的反射光。光电探测器2430可以包括用于感测光的多个传感器的阵列，或者可以仅包括一个传感器。
192.信号处理器2440可以通过处理由光电探测器2430感测到的信号来分析物体的形状。信号处理器2440可以分析包括物体的深度位置的3d形状。信号处理器2440可以集成到图26所示的处理器2220中。
193.对于3d形状分析，可以执行用于测量光学飞行时间的操作。可以使用各种计算方
法来测量光学飞行时间。例如，在直接时间测量方法中，通过将脉冲光投射到物体上并利用计时器测量光被反射并返回到物体的时间来获得距离。在相关方法中，将脉冲光投射到物体上，并根据被物体反射且返回的光的亮度测量距离。在相位延迟测量方法中，将诸如正弦波之类的连续波光投射到物体上，并且检测反射和返回的光的相位差并将其转换为距离。
194.当用结构化光照射物体时，可以根据由物体反射的结构化光的图案变化(即，与入射的结构化光图案进行比较的结果)来计算物体的深度位置。可以通过追踪由物体反射的结构化光的每个坐标的图案变化来提取物体的深度信息，并且可以从物体的深度信息中提取与物体的形状和移动有关的3d信息。
195.存储器2450可以存储信号处理器2440的操作所需的程序和其他数据。
196.可以向电子设备2201中的另一单元或向另一电子设备发送信号处理器2440的操作结果，即，关于物体的形状和位置的信息。例如，该信息可以用于存储在存储器2230中的应用2246。结果所发送到的另一电子设备可以是输出结果的显示设备或打印机。另外，电子设备可以是自动驾驶设备(例如，无人驾驶汽车、自动驾驶汽车、机器人、无人机等)、智能电话、智能手表、移动电话、pda、膝上型计算机、pc、各种可穿戴设备、其他移动或非移动计算设备以及iot设备，但不限于此。
197.图29是根据另一实施例的电子设备的示意性配置的框图。
198.图29的电子设备3000可以是眼镜型增强现实设备。电子设备3000包括显示引擎3400、处理器3300、眼动追踪传感器3100、接口3500和存储器3200。
199.处理器3300可以通过驱动操作系统或应用程序来控制包括显示引擎3400的增强现实设备的整体操作，并且可以处理和计算包括图像数据的各种数据。例如，处理器3300可以处理包括被渲染为具有双目视差的左眼虚拟图像和右眼虚拟图像的图像数据。
200.接口3500是来自外部的数据或操作命令的输入/输出，并且可以包括例如诸如触摸板之类的用户接口、控制器以及用户可以操作的操作按钮。接口3500可以包括诸如usb模块之类的有线通信模块或者诸如蓝牙之类的无线通信模块，并且可以通过它们接收用户的操作信息或者从包括在外部设备中的接口发送的虚拟图像的数据。
201.存储器3200可以包括内部存储器(例如，易失性存储器或非易失性存储器)。存储器3200可以存储用于在处理器3300的控制下驱动和控制增强现实设备的各种数据、程序或应用、以及输入/输出信号或虚拟图像的数据。
202.显示引擎3400被配置为通过接收由处理器3300生成的图像数据来产生虚拟图像的光，并且包括左眼光学引擎3410和右眼光学引擎3420。左眼光学引擎3410和右眼光学引擎3420均包括输出光的光源和使用从光源输出的光形成虚拟图像的显示面板，并且具有与小型投影仪相同的功能。光源可以用例如led来实现，并且显示面板可以用例如硅上液晶(lcos)来实现。
203.眼动追踪传感器3100可以安装在可以追踪佩戴增强现实设备的用户的瞳孔的位置处，并且可以向处理器3300发送与用户的注视相对应的信号。眼动追踪传感器3100可以检测诸如朝向用户眼睛的注视方向、用户眼睛的瞳孔位置或瞳孔的中心点的坐标之类的注视信息。处理器3300可以基于由眼动追踪传感器3100检测到的用户注视信息来确定眼睛运动的形状。例如，基于从眼动追踪传感器获得的注视信息，处理器3300可以确定各种类型的眼睛运动，包括：注视任何一个地方、追踪移动的物体、目光快速从一个注视点移动到另一
个注视点的扫视。
204.图30是设置在图29的电子设备中的眼动追踪传感器的示意性配置的框图。
205.眼动追踪传感器3100包括照明光学单元3110、检测光学单元3120、信号处理器3150和存储器3160。照明光学单元3110可以包括在物体(用户的眼睛)的位置处辐射光(例如，红外光)的光源。检测光学单元3120检测反射光，并且可以包括超颖镜头3130和传感器3140。信号处理器3150根据检测光学单元3120的感测结果来计算用户眼睛的瞳孔位置。
206.作为超颖镜头3130，可以使用根据上述实施例的超颖光学器件中的任何一个或组合示例或修改示例。超颖镜头3130可以将来自物体的光会聚到传感器3140。入射在非常接近用户眼睛的眼动追踪传感器3100中的传感器3140上的光的入射角可以是例如约30度或更大。超颖镜头3130具有包括补偿区域的结构，并且即使对于具有较大入射角的光，也减少了效率下降。因此，可以提高眼动追踪的准确性。
207.由于减少了相位轮廓的不连续性，上述超颖光学器件可以展现出高衍射效率。
208.即使对于具有较大入射角的入射光，上述超颖光学器件也可以展现出良好的衍射效率。
209.上述超颖光学器件可以用作镜头、光束偏转器、光束整形器等，并且可以用于利用这些器件的各种电子设备中。
210.前述示例性实施例仅是示例性的，并且不应解释为限制性的。本教导可以容易地应用于其他类型的设备。而且，示例性实施例的描述旨在是说明性的，而不是限制权利要求的范围，并且许多替代、修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。