メタレンズとは、メタアトムと柵ばれるサブ襖L夛を塘双することにより、鹿高吉、販吭の來嬬を嗤するメタサ`フェスです。愔瓦旅睹Д譽鵐困番辰Qえることで、院侏でフラットな燕中による福スペ`ス晒などのメリットがあります[*1]。シノプシスは、この仟しい室g醐仟をMetaOptic DesignerによってgFします。MetaOptic Designerは、ユ`ザ`が峺協した訳周を函りzみ、恷mな來嬬のメタレンズ/メタサ`フェスを伏撹することのできる念箭のない剃譜柴ツ`ルです。宥械、メタレンズの譜柴には、T議な岑Rやノウハウが駅勣ですが、MetaOptic Designerを聞喘することにより、これらのXpや譜柴サイクルの玉s、コストのpがzめます。
メタレンズは宥械、メタアトムと柵ばれる方為嵐のサブ襖Lg了セルから撹され、メタサ`フェス畠悶にわたって何蛍議かつコヒ`レントに高を簽{します。光メタアトムの侘彜やサイズは、メタレンズの畠悶議な來嬬に児づいて何蛍議にQ協されます。方為嵐もの篳を隔つこのようなメタレンズの譜柴は、掲械に是yなn}となっています。Federico Capasso縮娩のグル`プ[*2]でB初されているように、メタレンズの譜柴は愔粥∧咾砲茲辰鳶个錣譴討り、N源な譜柴UYと児A麗尖僥への侮い尖盾が駅勣です。1[*3]ではその返咾任離瓮織譽鵐塞莠討離侫踪`を幣しています。
1坤瓮織譽鵐妻喇莠謄侫踪`
返咾砲茲詆莠謄▲廛踪`チは、あらかじめ協xされた了爛廛蹈侫.ぅ襪牧栖罎靴討い泙垢、メタアトムの止_S方は襖L、秘符叔業、陶高によって篁するため、匯協の秘符訳周にしてのみ嗤燭箸覆蠅泙后したがって、蒙協の秘符訳周で恷m晒された了爛廛蹈侫.ぅ襪蓮∨の秘符訳周にしては嗤燭任呂△蠅泙擦鵝そのY惚、レいスペクトル譴鬉垢襯▲ロマティックレンズやレい秘符叔業に鬉垢レ勸叔レンズ(FOV)など、}方のC嬬を隔つメタレンズを譜柴することは掲械に是yです。
返咾砲茲襯瓮織譽鵐塞莠謄▲廛踪`チの渊腓Iするため、剃譜柴C嬬を笋┐迅啝フロ`を_kする函りMみが弊順嶄でMめられています。ある冩梢グル`プは、Biしたメタサ`フェス[*4]や寄侏メタレンズ[*5]にm喘するための剃譜柴アルゴリズムについてk燕しています。僥氏で_kされたアルゴリズムは、謹くの栽、芙坪や_k宀が蒙協の喘余のために聞喘しています。このようなツ`ルがあれば、あらゆるレベルのT岑Rを隔つエンジニアがメタレンズシステムを儻堀かつ否叟に譜柴できるようになります。
このニ`ズに鬉┐襪燭瓠▲轡離廛轡垢MetaOptic Designerを_kしました。MetaOptic Designerは、剃譜柴C嬬[*6]を嗤するメタオプティクス鬚嘘の頼畠徭啝された偏ツ`ルです。恷m晒アルゴリズムは、方為嵐の譜柴篳を否叟にQうことができ、よく岑られているアドジョイント隈を駻辰靴討い泙后
MetaOptic Designerの念圭三瓩任蓮⊂|な箪|において屎_かつ紳糞弔任△襯姨`リエQ隈(叔スペクトル隈)が喘いられています。光メタアトムの止_v方は、シノプシスu瞳であるFullWAVE? FDTD [*7]を聞喘した嗤涓邨rgI囃(FDTD)隈、またはDiffractMOD? RCWA [*8]を聞喘した畜Y栽襖盾裂(RCWA)によってBされたパラメトリックな褒圭鯢岱蛍下v方(BSDF)デ`タベ`スで蒙翈兇韻蕕譴泙后RCWAは、ほとんどのメタアトムにして、FDTDよりもs100蔚互堀に盾裂でき、娼業も揖殻業となります。
2に幣すように、MetaOptic Designerでは、譜柴宀がgな秘薦をするだけで、錬李するタ`ゲットに児づいて恷互の來嬬を_撹するようにメタレンズシステムを恷m晒します。
2MetaOptic Designerのワ`クフロ`
MetaOptic Designerでは參和の秤鵑鯣訌Δ靴泙后
MetaOptic Designerの竃薦には、鹿高紳覆筌瓮織譽鵐塞莠惇釼m晒などの來嬬峺砲簪u夛喘のGDSファイル、さらなるシミュレ`ション喘のRSoft? CADファイルが根まれます。
また、MetaOptic Designerはメタレンズシステムに莫孵レンズを根めることも辛嬬です。莫孵レンズは掲白中S方で峺協するか、高僥譜柴盾裂ソフトウェア CODE Vで伏撹したファイルからインポ`トすることができます。
また、MetaOptic Designerは、恷m晒されたHの嘛訳周參翌での訳周における、屡贋u瞳の來嬬uにも聞喘することができます。この屡贋u瞳の譜柴は、さらなる恷m晒のための兜豚訳周として聞喘することもできます。
參和に幣す醤悶箭のように、MetaOptic Designerはアクロマティックイメ`ジングや寄きなFOVイメ`ジング、陶高コンバ`タや陶高スプリッタ、Р醯a屎など謹くの喘余に聞喘できます。
イメ`ジング?システム喘のアクロマティック?メタレンズの譜柴は、謹くの冩梢宀が廣朕しているy}です。了爛廛蹈侫.ぅ襪鳩嵒▲廛蹈侫.ぅ襪I圭を崙囮する譜柴がいくつか鷂罎気譴討い泙垢、これらの譜柴にはN源な譜柴岑Rが駅勣となります[*9]。MetaOptic Designerでは、譜柴タスクを殆晒し、譜柴宀は秘薦と錬李するタ`ゲットを峺協するだけでよくなります。そして、その峺協された貭擇牌釼m晒された盾を卦します。3(a)に幣すように、アクロマティックレンズでは、RGBの3弼の秘薦はすべて、メタサ`フェス瘁の揖じスポットに醜泣を栽わせます。3(b)は、秘薦と錬李するタ`ゲットをスクリプト晒したものです。MetaOptic Designerは、3(c)に幣すあらかじめ協xされた(パラメ`タ晒された)TiO2メタアトムを聞喘して、6コアのコンピュ`タで方昼參坪に3(d)に幣すような恷m晒されたレイアウトを伏撹します。
3(a) アクロマティックレンズの古待蹇(b) 峺協された譜柴タ`ゲット、(c) 聞喘されたメタアトムの古待蹇
(d) 恷m晒されたメタレンズのレイアウト
高Sに冽って恷m晒されたメタレンズのシミュレ`ションY惚を4(a)に幣します。RGBの秘薦はすべてほぼ揖じ醜泣中に鹿高しています。~鹿高紳(エアリ`ディスクの岷抄の2蔚の卍擇房高された秘符パワ`の楚として協x)は、RGBでそれぞれ 35%、28%、32% となっています。TiO2メタアトムが聞喘されているため、このメタレンズはい郡符を鞭け、RGBにして66ァ58ァ44イ離僖鍠`しか邑^しません。これは岷抄わずか20μmの弌さなレンズであるため、より寄きなレンズでは醜泣が栽うはずです。
4(a) MetaOptic Designerによる恷m晒Y惚、(b) FDTDシミュレ`ションによる編^Y惚
弌侏のレンズを聞喘する尖喇としては、FDTDを聞喘したMetaOptic DesignerのY惚の編^でQいやすくするためです。FDTDでは、1指のシミュレ`ションにs100GBのRAMと16コアのコンピュ`タでs4rgを勣します。4(a)と(b)に幣すように、MetaOptic Designerにおいて、鹿高パタ`ンと鹿高紳覆I圭について、FDTDと掲械に除い麻Y惚を誼ることができています。
レ勸(Large FOV)はメタレンズ譜柴のもう匯つのy}です [*10]。メタレンズが寄きなFOVで_gにC嬬するためには、譜柴にvするN源なT岑Rが駅勣になりますが、MetaOptic Designerではこのプロセスをはるかに否叟にします。譜柴宀は秘符叔業に鬉垢襯轡侫箸気譴申控穃志辰鰆原┐垢襪世韻如6コアのコンピュ`タでs1蛍gで恷m晒されたレイアウトを誼ることができます。
5(a) レ勸叔メタレンズの古待蹇(b) 峺協された譜柴タ`ゲット、(c) 恷m晒されたメタレンズのレイアウト
6に幣すMetaOptic Designerによる恷m晒Y惚は、メタレンズがレい叔業譴砲錣燭辰独詆箙發鯱饕罎房高することを苧_に幣しています。この譜柴には、10業g侯で9つのx柊議なタ`ゲット叔業が根まれています。ここでは、0業、40業、80業のY惚を幣しています。
6MetaOptic Designerによる恷m晒Y惚
40μm〜40μmの弌さなメタレンズを聞ってFDTDによるY惚を編^しましたが、この栽、光シミュレ`ションにはRAM250GB、16コアのコンピュ`タで13rgかかります。恷m晒されたメタレンズは9つの秘符叔すべてにしてシミュレ`ションされ、7に幣すY惚は6に幣すMetaOptic DesignerのY惚に掲械に除いものになります。
7差鷆抂婉戰轡潺絅讒`ションによる編^潤惚
Y颯譽鵐困砲箸辰董寄きなFOVとアクロマティシティは嶷勣な蒙來です。5(a)に幣すメタアトムを喘いたg匯のメタレンズでは、このI圭を_撹することは掲械に是yです。しかし、2つのメタサ`フェスを隔つメタレンズであれば、寄きなFOVとアクロマティシティをI羨させることができます [*11]。
謹咼瓮織譽鵐困良莠討麓斜g議にyしいとされますが、MetaOptic Designer はこのプロセスを否叟にすることができます。謹咼瓮織稀`フェス?アプリケ`ションにするこのツ`ルの來嬬をg^するために、8(b)に幣すように、岷抄 40μm の弌さなメタレンズをxkしました。この栽、FDTDシミュレ`ションは匯違議に旋喘辛嬬なコンピュ`タでg佩辛嬬です。どちらのメタサ`フェスも、搾さ 5μm の SiO2 児医に塘崔された Si3N4のメタアトムで撹されています。
8(温)メタアトムとパラメ`タ、(恢)レンズ更撹とパラメ`タ、(界)恷癖晒された及1メタサ`フェス、(糸)恷癖晒された及2メタサ`フェス
栽12ケ`ス(3つの襖L〜4つの秘符叔0業, 10業, 20業, 30業)の栽、MetaOptic Designerは6コアのコンピュ`タで、8(c)と(d)にそれぞれ幣すI圭のメタサ`フェスの恷m譜柴とレイアウトを竃薦するのに12蛍かかります。0業と30業で恷m晒されたY惚を、錬李する醜泣了崔の巓りに寄したものを9に幣します。換岷とA弍のI圭のケ`スで、RGB秘薦が錬李する了崔に醜泣をYぶことが苧_に幣されています。
90業と30業の秘符高にする恷癖晒潤惚
}方のカスケ`ド?メタサ`フェスにするMetaOptic DesignerのY惚を編^するために貧の6つのケ`スについて恷m晒されたメタレンズのFDTDシミュレ`ションを佩いました。10に幣すシミュレ`ションY惚は、FDTDシミュレ`ションY惚がMetaOptic DesignerのY惚に掲械に除いことを幣しています。これは、MetaOptic Designerが謹咼瓮織譽鵐困して佚m來の互いY惚を伏撹できることを幣しています。
これまでB初したメタレンズの箭は、FDTDによる編^を辛嬬にするために掲械に弌トなものであり、gHには謹くのコンピュ`タを駅勣とします。貧の謹咾寮では、1つのケ`スのみにして、RAM 500GB、16コアのコンピュ`タで33rgかかるため、貧の6つのケ`スをクラウドベ`スのネットワ`クで頼阻するにはs2Lgがかかります。
10: 0業と30業の秘符高にする恷m晒されたメタレンズのFDTDシミュレ`ションY惚
恷除の冩梢では、ナノフィンの嫌とLさという2つの譜柴篳を隔つg匯のメタサ`フェスで、寄きなFOVとアクロマティックな來嬬を_撹できることが幣されています[*12]。MetaOptic Designerが}方の譜柴篳をQえることをg^するため、歌深猟[*12]のメタアトムを聞喘したメタレンズを恬撹し、11(a)に幣します。歌深猟廚藩じ譜柴碧を喘いて、11(b)に幣す恷m晒されたレイアウトが誼られました。恷m晒Y惚を11(c)゛(f)に幣します。岷抄240μmのメタレンズの栽、6コアのコンピュ`タでは、2つの襖Lと0業から40業まで10業g侯の5つの秘符叔で10の譜柴ケ`スを聞喘し、s4rgかかります。
11(温)嚼功原きメタアトム、(恢)恷癖晒されたレイアウト、(界)゛(韓)襖海と秘符叔の呟なる醜泣スポットの寄
歌深猟廚排Q賀されたものと揖に、譜柴されたメタレンズは、なる秘符叔業であっても、2つのなる襖Lの高を揖じスポットに鹿高します。このことは、MetaOptic Designerが}方の譜柴篳に児づくメタレンズにも聞喘できることを幣しています。
念の箭で幣したように、}方の譜柴篳を聞喘することで、侭李の來嬬を_撹するための徭喇業がします。ナノフィンの嫌とLさを笋┐襪海箸如▲瓮織▲肇爐藁始珎W决に紗えて}莫孵も恬り竃します。そして、メタサ`フェス畠悶にわたってナノフィンの嫌とLさを恷m晒することで、メタレンズは12に幣すように、2つの岷住する陶高を蛍護し、なる了崔に鹿高することができます。文咫の寄きさと圭鬚蓮△修譴召譴領志辰任鈴順業と陶高圭鬚鯤召靴泙后
12(温)ナノフィン侏メタアトムを喘いた恷癖晒メタレンズ、(恢)呟なる陶高での秘薦、(界)呟なる醜泣了崔
メタレンズは、鮫颪魃輅召垢襯曠蹈哀薀爐箸靴栃荒辰任ます。MetaOptic Designerでホログラムをデザインするには、13に幣すように、譜柴宀はデフォルトのエアリ`ディスクを錬李の鮫颪筝することができます。
13(a) 朕忙 (b) 恷m晒されたY惚 (c) 恷m晒されたレイアウト
慧符彜の各來を隔つ潤颯譽鵐困箸碗譴覆蝓▲曠蹈哀薀侫ック?メタレンズは宥械タ`ゲット颪各來を嗤しません。
枠に峰べたように、ナノフィン侏メタアトムは陶高卆贋來があり、2つの岷瀑高寂の了牴遒榔焚慌坡Τ鷁弘温岳稼温馨-京艶姻姻霞了燹△泙燭麓減倫У栂始爐蛤瑤个譴泙后N始牴遒180業に隠たれている魁栽、嘔指りの卞高(檎遺永)の秘符高は恣指りの卞高(晦遺永)に篁し、その剃もまた揖です。光メタアトムのフィンを指させることによって器撹され、メタサ`フェス貧の癖俳な叱採僥議了爛廛蹈侫.ぅ襪砲茲蝓▲瓮織譽鵐困蓮呟なる卞高の秘符高にして呟なる鮫颪魃輅召垢襪海箸できます畏*13液。
このような喘余にmしたラ採僥議了爛廛蹈侫.ぅ襪Q協するためには、宥械、N源な譜柴岑Rと返gがかかります。MetaOptic Designerを聞うことで、この}jな譜柴が否叟にできるようになります[*14]。14に幣すように、メタサ`フェス畠悶にわたって光ナノフィンの指叔業を恷m晒することで、恣嘔の卞高にして、李み宥りのなる鮫颪鯰粒匹垢襪海箸できます。文咫原きの劼脇高彜Bと陶高圭鬚鯤召靴泙后さらに、駅勣に鬉犬討海譴蕕了颪鬯なる了崔に侘撹することもできます。
14卞高によって呟なる鮫颪魃輅召垢襯ラルホログラム
F壓、高僥狼において莫孵レンズを頼畠にメタレンズに崔きQえることはyしいです。匯圭でメタレンズと莫孵レンズのMみ栽わせは嗤燭塀Q貨であり、サムスン芙がk燕した亊。喘カメラレンズ[*15]や、LG芙がk燕した徭嘸\喘カメラレンズ[*16]に駻辰気譴討い泙后したがって、メタレンズと莫孵レンズのI圭からなるハイブリッド高僥狼をQえる譜柴ツ`ルが駅勣です。しかし、このようなハイブリッド?ツ`ルを_kすることは掲械に是yです。なぜならば、かさばる莫孵レンズはラ採高僥に児づく高弖Eによって譜柴されるのにし、ナノスケ`ルのメタレンズは甘高僥に児づく畜な甘ソルバ`によってモデル晒されるからです。
シノプシスは、高高僥と襖唸睹ГI圭に鬉垢誚醢閥砲良莠謄挑`ルを戻工しており、メタレンズと莫孵レンズをMみ栽わせた高僥狼をモデリングするために、2つの高僥I囃をシ`ムレスにインタ`フェイスする鏡徭の室gを_kしています。
それにより、メタレンズと莫孵レンズをMみ栽わせた高僥狼をモデル晒することができます。CODE V [*17]で譜柴した莫孵レンズを岷俊MetaOptic Designerに函りzみ、メタレンズをハイブリッド?レンズ?システム坪で恷m晒することができます。
15(a)の高弖EY惚は、gな白中レンズでは辛スペクトル畠悶にわたってうまく鹿高できないことを幣しています。麗尖高僥に児づくCODE Vのビ`ム栽撹三(BSP)[*18]でも、15(b)に幣すようなディフェ`ジングF鵑られます。
MetaOptic Designerに莫孵レンズを函りzみuすると、15(c)のようにР遒_Jできます。メタコレクタと柵ばれるメタサ`フェスをシステムに弖紗し、MetaOptic Designerで恷m晒します。恷m晒されたY惚、15(d)に幣すように、高は朕議の了崔に鹿高されます。
15(a)CODE Vで譜柴された莫孵レンズ(レイトレ`シングを聞喘);
(b)莫孵レンズのCODE V BSPシミュレ`ションY惚;
(c)莫孵レンズのMetaOptic Designerシミュレ`ションY惚;
(d)莫孵レンズとメタコレクタのMみ栽わせのMetaOptic Designerシミュレ`ションY惚;
(艶)メタコレクタの嗤涙によるシミュレ`ション潤惚の曳熟
15(艶)は、メタコレクタを聞喘した魁栽と聞喘しなかった魁栽の潤惚の曳熟です。メタコレクタは、弼Р遒版鮹Р遒魎鷏に受富させることができます。また、16に幣すように、醜泣中巓xのフィ`ルドの寄プロットから、鮫嵎の個鋲をより篇議に需ることができます。
16坤瓮織灰譽タを聞喘した魁栽と聞喘しなかった魁栽の醜泣了崔の曳熟
MetaOptic Designerの莫孵レンズの函りQいは、CODE Vでの高弖EとBSPを喘いて編^されています。BSPは ビ`ムレットベ`スの麗尖高僥アルゴリズムで、蒙に指孵とコヒ`レンス森を隔つ弌さなレンズでは、高弖Eよりも屎_です。3つの返隈とも醜泣鉦xについては匯崑していますが、BSPとMetaOptic Designerは、醜泣了崔における業プロファイルの侘彜についても吹貌しています。
MetaOptic Designerは、剃譜柴C嬬を笋┐尋欺膤のメタオプティクス喘頼畠徭喇莠謄挑`ルです。MetaOptic Designerは、いくつかの児云議な秘薦と朕議のタ`ゲットパタ`ンが嚥えられると、恷m晒された譜柴を伏撹します。畜なFDTDによって編^されたMetaOptic Designerは、互堀かつ屎_なツ`ルであり、u夛喘の佚m來の互いGDSファイルを恬撹することができます。坪iのインテリジェンスによりMetaOptic Designerは、メタレンズ譜柴をより儻堀かつ否叟にし、伏b來を互め、譜柴コストをpし、偏誘秘までのrgを玉sします。