KR101004500B1 - 광 형상화 및 균질화를 위한 무작위 마이크로렌즈 배열 - Google Patents

Abstract

마이크로렌즈 배열(어레이)은 원거리-장 산란 패턴 내에 규정된 강도 프로파일을 갖는 광빔의 형상화를 위해 확률 분포에 따라 서로 구별되는 마이크로렌즈 소자로 규정된다. 상기 구별은 상기 마이크로렌즈의 표면 형상에 해당하는 새그(sag) 프로파일, 상기 마이크로렌즈의 경계에 해당하는 경계 프로파일, 및 상기 배열 내에 상기 마이크로렌즈의 상대적인 위치에 해당하는 공간 분포를 포함한다. 상기 새그 프로파일 변화는 상기 광빔의 강도 프로파일을 균질화하기 위해 사용된다. 불규칙한 공간 분포 내에서의 상기 경계 프로파일 변화는 상기 바람직한 산란 패턴 내의 상기 광빔의 규정된 강도 프로파일을 적용하는데 사용된다.

Description

광 형상화 및 균질화를 위한 무작위 마이크로렌즈 배열{Random microlenses for beam shaping and homogenization}

본 발명은 입력 조명의 강도 함수를 멀리 떨어진 거리에서 관측된 구분된 강도 함수로 변형 또는 형상화할 수 있는 마이크로렌즈 어레이를 기반으로 한 광학소자에 관한 것이다. 강도 함수의 변형을 위한 성능은 강도 분산에서의 강한 변이를 감소시킴에 의한 균질화를 포함한다.

빔 형상화는 빔 형상화 소자로부터 멀리 떨어진 거리에서 초기 입력 빔의 강도 프로파일을 구분된 프로파일로 변형시키는 것을 가리킨다. 빔 형상화는 자유 전파에 의해 제공되는 자연 형상화로부터 상당히 빗나가는 형태가 바람직하다. 결과적으로, 전파 빔의 본성을 변형하기 위한 빔 형상화 소자를 채용하여 바람직한 형상화 함수를 제공하는 것이 요구된다.

빔 형상화 및 균질화의 단순화된 형태는 무작위 높이 변이를 갖는 표면을 포함하는 가우시안 확산기에 의해 제공된다. 바닥 유리 및 몇가지 화학적으로 에칭된 유리 표면이 그러한 무작위 높이 변이를 제공하는데 사용된다. 가우시안 확산기는 가우시안 강도 프로파일의 제한된 각 범위 상에 입력 조명빔을 일정하게 확산시킨다. 그러한 빔 형성기는 저가이고 제조하기 쉬우나 매우 제한된 빔 형상화 성 능을 갖는다.

균질화 기능을 갖는 또다른 타입의 확산 기반 빔 형성기는 레이저 스페클 패턴의 홀로그래픽 노출에 의해 제조될 수 있다. 이러한 소위 "홀로그래픽 확산기"는 예컨대, 두 방향을 따라 구분된 각 발산으로 빛을 확산시키는 등 빔 형상화에서 보다 많은 융통성을 제공함으로써 가우시안 확산기에 비해 몇가지 장점을 제공한다. 그러나, 홀로그래픽 확산기에 대한 통상적인 강도 확산 프로파일 역시 가우시안이다. 원칙적으로 다른 강도 프로파일도 얻을 수 있을 것이나, 홀로그래픽 제조방법은 방법의 유용성을 제한하는 바람직한 강도 프로파일을 갖는 소자가 기존재한다고 가정한다. 또한, 재구성에 있어서, 바람직한 패턴 외에 0차(수직 관통) 빔 또한 존재할 것이다. 이러한 단점은 빔의 가우시안 확산 외에 임의의 것에 대한 홀로그래픽 요소의 유용성을 제한한다.

빔 형상화 및 균질화를 달성하는 또다른 방법은 입력 빔을 다양한 패턴으로 형상화하기 위한 간섭 및 회절 효과를 사용하는 회절 소자를 기반으로 한 것이다. 굴절 소자가 표면 피처(feature) 사이즈를 감소시킴으로써 광 확산을 달성하기 때문에(작은 피처 사이즈는 큰 확산각을 갖게 됨), 큰 발산각이 요구될 때는 회절 소자에 문제점이 발생한다. 발산각이 증가하면, 통상적으로 ±20도 이하로 제한되는 회절 소자를 제조하기 더 어렵게 된다. 회절 소자는 또한 모노크로매틱 동작에 가장 적합하고, 특정 파장에서 동작하도록 설계된다. 다른 파장에서는, 강한 비회절 0차빔 성분이 나타난다. 회절 소자는 이산 파장 값에서 동작하도록 설계될 수 있으나, 광대역 동작에 대해서는, 그러한 소자들은 열화된 성능을 제공하기 때문에 0 차는 열화의 주요인이 된다.

입사하는 가우시안 빔을 상당한 간격에 대하 평탄한 강도를 나타내는 광 평탄화 또한 회절 소자에 의해 착수될 수 있으나, 상술한 단점들을 갖게 된다. 비구면 렌즈는 제조, 배열, 제한된 필드 깊이 및 입력 빔 변이에 대한 감도에 관련된 문제점들을 나타낸다.

이전에 통상적인 마이크로렌즈 어레이들은 근거리 균질화에 사용되어 왔으나, 이러한 어레이들은 스크린 어플리케이션에서의 물결 무늬 효과등과 같은 이미지 결과 뿐만 아니라 어레이로부터 멀리 떨어진 강한 회절 패턴을 생성하게 된다. 통상적인 마이크로렌즈 어레이는 또한 조명 목적에 사용되어 왔으나, 상기 어레이에서 멀리 떨어진 제한된 공간 형상화(다각형 에너지 분산) 및 제한된 강도 제어(통상적인 어레이에서의 구면 또는 비구면 렌즈 프로파일)를 제공한다.

몇가지 다른 빔-형상화 변환은 산란된 패턴 중 일부(즉, 산란된 패턴의 "홀들")로부터의 광의 배제를 필요로 한다. 회절 소자를 제외하고, 종래의 방법들은 그러한 다중-연결 산란 패턴을 포함하는 빔-형상화 성능을 제공할 수 없었다.

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본 발명은 조명 빔을 형상화하는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 소자들의 개선점을 제공하여, 상기 소자를 가로지르는 조명빔들은 상기 소자에 의해 변형되어, 바람직한 원거리-장 산란 패턴(far-field scatter pattern) 내에 전술한 강도에 따른 소자들로부터 멀리서 재결합되도록 한다. 상기 소자들은 기판 상에 분산된 마이크로렌즈들의 어레이를 기반으로 한다. 각각의 마이크로렌즈는 파라미터 집합(또는 파라미터 세트)의 고유한 값에 의해 정의되고, 일반적으로 파라미터 집합의 고유한 값은 어레이의 다른 마이크로렌즈를 정의하는 파라미터 집합의 값과는 다르다. 상기 마이크로렌즈 사이의 상기 렌즈-대-렌즈 변이는 상기 소자로부터 멀어지는 조명 에너지를 균질화하는 수단을 제공한다. 각 마이크로렌즈의 형상 또는 새그(sag) 프로파일은 강도 형상화 함수에 따라 선택된다. 상기 어레이 내의 각 마이크로렌즈의 경계 프로파일 및 공간 배열은 상기 원거리-장 산란 패턴 내에 규정된 강도 프로파일을 인가하도록 선택된다.
본 발명에 따라 배열된 광학소자들은 마이크로렌즈 어레이에 의해 정의될 수 있으며, 각 렌즈들은 새그 프로파일, 경계 프로파일, 및 공간 배열과 같은 파라미터를 제어하는 확률 분포 함수의 특징을 갖는 무작위 방식에서 서로 다르다. 입력 빔은 각 마이크로렌즈 및 그 통계적 특성의 표면 프로파일의 제어에 의해 바람직한 강도 함수를 갖는 출력 빔으로 형상화 또는 변형될 수 있다. 확률 분포 함수들은, 특히 강도 하락의 속도에 따라 강도 함수를 더 형상화하도록 선택될 수 있다. 경계 프로파일에서의 유사한 무작위 변이(예컨대, 직경) 및 공간 배열은 원거리-장 산란 패턴에 대해 바람직한 강도 함수를 인가한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광빔 형상화기는 원거리-장 산란 패턴 내에 규정된 강도 프로파일에 따른 광빔의 형상화를 제공한다. 마이크로렌즈 어레이는 기판 상에 분포된다. 각각의 마이크로렌즈는 파라미터 집합의 값에 의해 어레이 내에 정의되고, 그 파라미터 집합의 값은 상기 어레이의 다른 마이크로렌즈를 정의하는 파라미터 집합의 값과는 다르다. 파라미터들은 마이크로렌즈의 표면 형상에 해당하는 새그 프로파일, 상기 마이크로렌즈의 경계에 해당하는 경계 프로파일, 및 상기 어레이 내의 마이크로렌즈의 상대적인 위치에 해당하는 공간 분포를 포함한다. 새그 프로파일은 어레이의 마이크로렌즈들 사이에서 광빔의 강도 프로파일을 균질화하도록 변화된다. 경계 프로파일은 불규칙한 공간 분포 내에서 어레이의 마이크로렌즈 사이에서 변화되어 광빔의 원거리-장 산란 패턴 내에 규정된 강도 프로파일을 인가한다.
새그 프로파일은 바람직하게는 확률 분산 함수에 따라 어레이의 마이크로렌즈들 사이에서 변화된다. 보다 구체적으로, 새그 프로파일은 바람직하게는 허용되는 범위 내에서 확률 분산 함수를 만족시키는 하나 이상의 무작위 변수들에 의해 정의된다. 무작위 변수들은 곡면의 반지름, 원뿔 상수, 및 수학적으로 상기 새그 프로파일을 한정하는 하강 함수의 비구면 계수를 포함할 수 있다.
상기 마이크로렌즈들 중 적어도 일부의 경계 프로파일은 광빔의 균일하게 파워가 가해진 부분들을 매칭 형상화된 원거리-장 산란 패턴으로 산란시키는 순응(conforming) 경계이다. 순응 경계들은 바람직하게는, 다각형, 원형 또는 다른 부드러운 곡선 형상을 갖는다. 다른 마이크로렌즈의 경계 프로파일은 상기 광빔의 균일하게 파워가 가해진 부분을, 비순응 경계의 형상과 매칭되지 않는 원거리-장 산란 패턴으로 산란시키는 비순응 경계이다. 비순응 경계는 일반적으로 순응 경계의 인접한 부분들에 의해 형성된 구분된(piecewise) 곡선형상이 더 많은 복잡한 형상들을 갖는다.
일반적으로, 순응 경계들을 갖는 마이크로렌즈들은 비순응 경계들을 갖는 마이크로렌즈들에 대해 잔여 간섭 영역을 최소화하는 공간 분포로 배열되며, 비순응 경계는 순응 경계를 갖는 마이크로렌즈들 사이의 기판 상의 공간을 채우게 된다. 순응 경계를 가는 마이크로렌즈 및 비순응 경계를 갖는 마이크로렌즈들은 초점 파워를 나타낸다. 또한, 순응 경계를 갖는 마이크로렌즈는 바람직하게는 확률 분포 함수에 따라 서로 다른 순응 경계의 무작위 어레이를 갖는다. 예를 들어, 서로 다른 순응 경계들은 제한된 범위 내에서 그 크기가 무작위로 달라질 수 있다.
통상적으로, 광빔의 원거리-장 산란 패턴은 순응 경계를 갖는 마이크로렌즈의 평균 형상과 매칭되는 형상을 갖는 간단하게 연결된 영역이다. 그러나, 광빔의 원거리-장 산란 패턴은 또한 다중-연결된 영역으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 새그 프로파일은 원거리-장 산란 패턴에 널(null)값을 생성하는 위상 특성을 포함하는 하강 함수에 의해 정의될 수 있다. 선택적으로, 순응 경계를 갖는 마이크로렌즈들은 그룹화되고 비순응 경계를 갖는 마이크로렌즈들에 의해 분리되어 광빔의 공간적으로 이격된 부분들을 생성하게 된다.
마이크로 렌즈 어레이가 지지되는 기판은 바람직하게는 대향하는 제1 및 제2 면을 갖는 전송 기판이다. 상기 마이크로렌즈 어레이를 상기 기판의 제1 면에 배치하는 것 외에, 확산소자는 조명 빔의 추가적인 균질화 또는 형상화를 위해 기판의 제2면에 배치될 수 있다. 확산소자는 거친 표면, 홀로그래픽으로 노출된 패턴, 회절 패턴, 격자, 분극 표면, 렌즈 및 또다른 렌즈 어레이를 포함한 다양한 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 빔 형상화기는, 다른 강도 프로파일도 가능하겠으나, 바람직한 원거리-장 산란 패턴 내에 일정한(평탄화된) 강도 프로파일을 성취하는데 특히 적합하다. 중심 프로파일 외의 강도 하강율은 또한 다른 하강 속도를 나타내는 확률 분포 함수를 사용하여 제어될 수 있다. 원거리 강도 패턴의 형상은 마이크로렌즈의 경계 프로파일 및 공간 분포 파라미터에 의해 제어될 수 있다. 통상적인 원거리-장 산란 패턴은 원경, 정사각형, 직사각형, 및 환형 산란 영역을 포함한다. 원거리-장 산란 패턴은 또한 2개의 수직 방향을 따라 일반적으로 구별되는 각도 발산을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 원거리-장 산란 패턴은 특정 강도 분포와 함께 공간적으로 분리된 다수의 빔들로 형성될 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예는 제1 무작위 마이크로 렌즈, 기판, 및 상기 제1 마이크로렌즈 어레이의 반대면에 배치된 제2 무작위 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 빔 형상화 및 균질화 소자를 제공한다. 제1 마이크로렌즈 어레이, 기판, 및 제2 마이크로렌즈 어레이는 일반적으로 서로 다른 재료로 만들어지지만, 유사한 재료로 만들어질 수 있다. 또한, 제1 마이크로렌즈 어레이는 또한 마이크로렌즈 특성, 분포 및 수치에 있어서 제2 마이크로렌즈와 다를 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 제1 무작위 마이크로렌즈 어레이, 기판, 및 상기 제1 마이크로렌즈 어레이의 반대면에 배치된 제2 패턴을 포함하는 빔 형상화 및 균질화 소자가 제공된다. 제1 마이크로렌즈 어레이, 기판, 및 제2 패턴은 일반적으로 서로 다른 재료로 만들어지지만, 유사한 재료로 만들어질 수도 있다. 또한, 접지 확산기, 홀로그래픽으로 노출된 패턴, 회절 패턴, 격자, 편광 표면, 렌즈 또는 렌즈 어레이를 포함하는 다양한 구조로 구성될 수 있으나, 여기에 한정되지는 않는다.

본 발명의 추가적인 특징 및 효과가 이하의 상세한 설명에 설명될 것이고, 명세서, 청구범위 및 도면으로부터 당업자에게 용이하게 이해될 것이다.

도 1a 및 도 1b는 각 마이크로렌즈 유닛에 근접한 어레이 및 좌표 프레임의 임의의 포인트를 배치하는 전체 좌표 시스템을 나타낸다.

도 2는 인덱스 n_s 기판 상의 인덱스n_m의 재료 상의 무작위 마이크로렌즈 어레이의 단면도이다.

도 3은 2개의 구별되는 파장에서의 포물선형의 마이크로렌즈의 정규 어레이에 기인한 산란 패턴이다.

도 4는 2개의 구별되는 파장값에서의 포물선형의 마이크로렌즈 무작위 어레이에 기인한 산란 패턴이다.

도 5는 2개의 구별되는 파장값에서의 포물선형 마이크로렌즈의 무작위 어레이에 기인한 산란 패턴이다. 곡면의 반지름의 변화를 정의하는 확률 분포는 음의 지수값을 갖는다.

도 6은 2개의 구별되는 파장값에서의 포물선형 마이크로렌즈의 무작위 어레이에 기인한 산란 패턴이다. 곡면의 반지름 및 직경은 초점 위치가 고정되도록 변화한다.

도 7a 및 도 7b는 원형들을 갖는 평면의 정규 틸팅, 즉 정사각형 패킹(도 7a) 및 육각형 패킹(도 7b)을 나타낸다.

도 8은 9개의 비순응 경계를 나타내는 평면의 정사각형 틸팅의 유닛셀이다.

도 9는 원형 개구부의 경우에 비순응 영역의 새그를 정의하는 수단을 나타낸다.

도 10a-10d는 서로 다른 형상을 갖는 어레이 평면의 전체 커버리지를 나타낸다.

도 11a-11d는 어레이 평면의 전체 커버리지를 제공할 수 없는 형상을 나타낸다.

도 12a 및 도 12b는 원을 투사하는 무작위 마이크로렌즈 어레이의 측정된 프로파일을 나타낸다.

도 13은 백색 경계에 의해 둘러싸인 유닛 셀을 갖는 원을 투사하는 마이크로렌즈 어레이를 나타낸다.

도 14a 및 도 14b는 측정된 산란 프로파일을, 원형 산란 영역으로 투사하는 무작위 마이크로렌즈 어레이에 의해 형성된 산란 패턴과 균등화한다.

도 15a 및 도 15b는 측정된 산란 프로파일을, 정사각형 산란 영역 및 일정한(평면) 강도 프로파일로 투사하는 무작위 마이크로렌즈 어레이에 의해 형성된 산란 패턴과 균등화한다.

도 16a 및 도 16b는 측정된 산란 프로파일을, 직사각형 산란 영역 및 일정한(평면) 강도 프로파일로 투사하는 무작위 마이크로렌즈 어레이에 의해 형성된 산란 패턴과 균등화한다.

도 17a 및 도 17b는 측정된 산란 프로파일을, 환형 산란 영역 및 중심 일정(평면) 강도 프로파일로 투사하는 무작위 마이크로렌즈 어레이에 의해 형성된 산란 패턴과 균등화한다.

도 18은 다양한 원을 갖는 어레이 평면의 무작위 틸팅을 나타낸다.

도 19는 가변-사이즈 원을 갖는 평면의 무작위 틸팅 및 평면-필링 정사각형 및 직사각형 형상으로 겹쳐진 셀들을 나타낸다.

도 20은 정규 직사각형 셀 그리드로부터 시작하는 가변-사이즈 직사각형을 갖는 평면을 커버하기 위한 방법을 나타낸다.

도 21은 가변-사이즈 직경 및 상기 완전한 원을 빗나가는 순응 형상을 갖는 원형 산란 영역을 생성하는 무작위 마이크로렌즈를 나타낸다.

도 22a-22d는 (22a) 단순 연결 및 (22b) 다중 연결 산란 영역을 나타낸다. 또한, 개별 (22c) 단순 연결 및 (22d) 다중 연결 영역을 갖는 산란 패턴을 나타낸다.

도 23은 환형 좌표 변화의 상면도이다.

도 24a-24c는 4개의 별개의 빔(4중극 패턴)으로 확산되는 입력빔을 나타낸다. 또한, 4중극 (24b) 원형 및 (24c) 직사각형 경계의 개별 빔이 도시되어 있다.

도 25는 4중극을 생성하고, 상기 새그 프로파일에 환형 종속을 통합하는 무작위 마이크로렌즈 어레이의 단면도이다.

도 26은 도 25에 도시된 마이크로렌즈 어레이에 의해 생성된 측정 산란 패턴이다.

도 27은 도 25에 도시된 마이크로렌즈 어레이에 의해 생성된 이론적 산란 패턴이다.

도 28은 무작위 마이크로렌즈 어레이에 의해 생성될 타겟 산란 이미지의 예이다.

도 29는 도 28에 표시된 산란 프로파일을 생성하는 무작위 마이크로렌즈 어레이의 단면도이다.

도 30은 도 29에 도시된 마이크로렌즈 어레이에 의해 생성된 이론적인 산란 패턴이다.

도 31은 원형 경계를 갖는 4중극을 생성하는 마이크로렌즈 어레이의 개략도이다.

도 32a 및 도 32b는 4중극을 생성하는 어레이에 대한 순응 및 비순응 영역을 나타낸다.

도 33은 4중극 생성기의 비순응 영역에 대한 새그 할당을 나타낸다.

도 34는 각 빔이 원형 산란 형태를 갖는 4중극을 투사하는 마이크로렌즈 어레이의 단면도이다.

도 35는 각 빔이 원형 산란 패턴을 갖는, 4중극으로 투사하는 무작위 마이크로렌즈 어레이로부터 측정된 산란 프로파일이다.

도 36은 각 빔이 원형 산란 형태를 갖는, 4중극으로 투사하는 무작위 마이크로렌즈 어레이로부터의 이론적인 산란 프로파일이다.

도 37은 6X6 어레이에 36개의 별개 빔의 산란 패턴을 생성하는 무작위 마이크로렌즈 어레이를 나타낸다.

도 38a-38c는 입력 빔을 임의의 산란 영역으로 투사하는 무작위 마이크로렌즈 어레이의 유닛셀을 나타내며, 상기 산란 영역들을 서로 다른 형상들을 갖는다. 또한, 비순응 형상 및 그 새그 할당 과정에 도시되어 있다.

도 39는 틸트를 갖는(실선), 및 갖지 않는(점선) 마이크로렌즈에 의한 포커싱을 나타낸다.

도 40은 양면 상의 무작위 마이크로렌즈 어레이를 갖는 기판을 나타낸다. 일반적으로, 마이크로렌즈 어레이는 서로 다른 굴절 인덱스를 나타내고, 각 인덱스는 또한 기판 및 외부 매체와 다르다.

도 41은 일면에는 무작위 마이크로렌즈 어레이, 반대면에는 패터닝된 표면을 갖는 기판을 나타낸다. 각 패턴의 예들은 접지, 홀로그래픽 노출된 표면 및 회절 표면들을 나타낸다.

도 42는 굴절 마이크로렌즈로부터 회절 마이크로렌즈 유닛의 정의를 나타낸다.

도 1a 및 1b에 도시된 본 발명의 일 실시예는 입력 조명의 빔 형상화 및 균질화를 제공하기 위해 기판(14) 상의 어레이(12)에 배열된 무작위 마이크로렌즈(10)에 관한 것이다. 마이크로렌즈(10)가 형성된 기판(14)은 마이크로렌즈(10)를 지지 또는 제조할 수 있는 다양한 투과성 재료, 예컨대 유리 및 플라스틱 등의 재료로 제조할 수 있다. 마이크로렌즈(10)가 형성된 기판(14)의 표면(16)은 N개의 섹션으로 분리될 수 있으며, N개의 섹션 각각은 특정 파라미터 집합의 값으로 정의되는 마이크로렌즈로 식별된다.

기판 표면(16)의 각각의 부분들(N)내에 마이크로렌즈(10)는 곡률 반경, 원뿔 상수 및 비구면 계수 - 새그 프로파일을 수학적으로 나타내는 모든 새그 함수를 포함하는 변수들로 정의될 수 있다. 각각의 부분들(N)의 둘레는 정사각형, 직사각형, 육각형, 다각형 또는 다른 임의의 형태와 같이 어떠한 형태를 취할 수 있다. 바람직하게는, 다양한 부분들(N)은 어떠한 영역도 포커싱 파워가 결여되지 않도록 여러 가지의 형태가고 기판을 완벽하게 포함하는 형태를 나타낸다.

빔 형태 및 균질화는 마이크로렌즈 배열(12; 또는 마이크로렌즈 어레이)의 세 개의 성분인 (ⅰ) 각각의 마이크로렌즈(10)의 새그 프로파일, (ⅱ) 마이크로렌즈 경계 프로파일, 및 (ⅲ) 마이크로렌즈(10)의 공간 분포에 의존한다. 각각의 이 성분들은 이하 분리하여 고찰된다.

(ⅰ) 새그 프로파일

상세하게 새그 프로파일을 논의하기 전에, 두 개의 좌표계가 마이크로렌즈 변수들의 유일한 세트를 갖는 기판내의 영역에 배치시키는 목적으로 도입된다. 두 개의 좌표계는 국소 좌표계 (x_k, y_k, z_k) 및 전체 좌표계 (x, y, z)이다. 기판 표면(16)의 N개의 영역들 각각은 1부터 N까지 식별번호가 할당된다. 숫자 할당의 정확한 방법(사전식 등)은 배열내에 각각의 마이크로렌즈가 식별되는 한 특별히 중요하지 않다. 국소 좌표계 (x_k, y_k, z_k)는 임의의 다른 마이크로렌즈(10)와 무관하게 주어진 마이크로렌즈(10)의 새그 프로파일을 정의하는데 도움이 된다. 전체 좌표계 (x, y, z)는 마이크로렌즈(10)가 배치되는 전체 기판 표면(16)에 걸쳐 임의의 특정 포인트에 위치한다. 이 두 개의 좌표계의 도면이 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있다.

새그 프로파일은 마이크로렌즈(10)의 표면을 규정하고 그 경계면에서 굴절된 광빔의 방향을 결정함으로써 투과 광빔을 변형시킨다. 점 (x₀, y₀)에 중심을 둔 국소 좌표계 (x_k, y_k)상에 마이크로렌즈의 새그 프로파일에 대한 일반적은 형태는 다음과 같이 주어진다.

(1)

여기서 f는 새그 함수의 함수 형태를 나타내고, Θ는 새그 프로파일에 대한 각도 성분을 나타내며 tanθ=y_k/x_k로 정의되는 각도 좌표 θ에 의존한다.

좌표 (u, v)로 정의되는 좌표계에서, 함수 f에 대한 명백한 표현의 일례는 다음과 같다.

(2)

식 (1)에 나타낸 변수들에 관하여, u=x_k-x₀ 및 v=y_k-y₀의 관계를 적용하였다. 미지수 c는 곡률 반경을 나타내고, κ는 원뿔 상수이며, A_j는 비구면 계수이다.

보다 일반항에서, 새그 함수는 다음과 같은 형태로 표현되는 프로파일의 각각의 부분을 갖는 구분적 연속함수로서 나타낼 수 있다.

(3)

여기서 P와 K는 지수에 보유된 항의 수를 나타내고, a_pk는 새그에 대한 상대 분포를 정의하는 2차 계수 텐서를 나타낸다. 임의의 세기 산란 프로파일에서, 계수 텐서 a_pk는 관측 평면내에 바람직한 세기를 확보하도록 최적화되어야한다. 이 과제는 수치 최적화 조사 절차에 의하여 가장 우수하게 수행된다.

마이크로렌즈 새그의 함수 형태는 산란된 강도 프로파일과 직접 관련된다. 그러므로, 각각의 마이크로렌즈(10)의 새그는 세기 요구조건을 만족시키도록 적합화될 필요가 있다. 마이크로렌즈 세그가 산란 프로파일에 영향을 미치는 방법의 예들은 G. Michael Morris와 Tasso R. M. Sales의 이름과 "STRUCTURED SCREENS FOR CONTROLLED SPREADING OF LIGHT"의 제목으로 2001년 7월 30일에 출원되고, 참조문헌으로 본 명세에서 일체화된 미국특허출원번호 제 09/918,408 호에 개시되어 있다. 일반적인 경우에서, 최적화 조사는 산란된 강도 프로파일의 특정한 형태에 대하여 요구되는 마이크로렌즈 새그를 결정하는데 필수적이다.

본 발명의 가르침에 따라, 마이크로렌즈 새그를 정의하는 각각의 변수들의 값들은 변수들이 허용된 범위내의 특정값이라 가정하는 확률을 정의하는 확률분포함수(probability distribution function; PDF)를 만족하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 식 (2)에 의해 정의되는 새그 프로파일에 대하여, 곡률 반경, 원뿔 상수 및 비구면 계수는 PDF와 관련된 무작위 변수들을 나타낸다. 일반적인 경우에서, 각각의 표면 변수들은 서로 다를 수도 있는 특정 PDF와 관련될 수 있다. 주어진 설계 변수가 직접 또는 간접적으로 PDF와 관련될 수 있음을 주목해라. 예를 들면, 다음과 같이 포물선 새그 함수로 기술되는 새그 프로파일 s(x, y)를 갖는 마이크로렌즈 배열을 고려하자.

(4)

여기서 R_x와 R_y는 국소 좌표계의 x와 y방향의 곡률 반경을 나타내고, s₀은 상대 수직 위치를 나타내는 상수 상쇄항이다. 배열을 무작위화하는 다양한 다른 방법들이 있다. 간단하게, x라 불려지는 단지 한 방향을 따라 파워가 있는 1차원 경우를 고려하자. 또한, 모든 마이크로렌즈가 중앙, 즉 x₀=y₀=0에 있다고 가정하자. 무작위화 처리는 곡률 반경, 마이크로렌즈 새그, 마이크로렌즈 지름, 발산 각도, 초점 거리, 및/또는 상대 수직 위치와 같은 임의의 마이크로렌즈 변수에 적용될 수 있다.

상대 수직 위치(s₀)는 다른 세 개와 무관하게 무작위화될 수 있다. 간단하게, s₀을 0에, 즉 s₀=0에 설정하자. 모든 남아 있는 처리가 무관하지 않다. 실제로, 몇몇 처리의 상세한 과정은 자동으로 다른 것들을 결정한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 통상적으로 공기인 굴절률 n₀의 매질내에 굴절률 n_s의 기판(24)상에 굴절률 n_m의 물질층(26)상에 마이크로렌즈 배열(22)을 가정하자. 그 다음에, 지름 D와 곡률 반경 R을 갖는 배열(22)내에 특정 마이크로렌즈(20)를 보자. 간단하게, sinθ

θ와 tanθ

θ가 되도록 작은 각도 근사를 가정하자. 도 2에 나타낸 구조를 통하여 근축광빔들(28, 30)을 추적함으로써, 발산 각도 θ를 갖는 다음과 같은 관계식이 유용함을 나타낼 수 있다.

(5)

초점 거리 f는 f=R/(1-n₀/n_m)로 주어지고, 최대 렌즈 새그는 D²/2R로 주어진다. 이 식들은 근축 포물선 배열에서 다른 변수들간의 상관관계를 성립시킨다. 예를 들면, 곡률 반경이 R과 R+ΔR의 범위내에 균일한 분포를 갖도록 무작위화되면, 지름은 상수값(델타 함수 확률 분포)에 고정되고, 그때 초점 거리는 ΔR/(1-n₀/n_m)내에서 변화하고 균일한 분포도 갖는다. 그러나, 최대 새그는 보다 얕은 마이크로렌즈의 우세와 함께 균일한 분포를 나타내지 않는다. 근축 광빔이 유용하지 않다면, 정확한 광빔 추적이 다양한 설계 변수들간의 관계식을 결정하는데 필수적인 것이 된다. 이 경우, 식 (5)는 다음과 같이 된다.

(6)

여기서 도트 s는 새그 프로파일의 1차 미분을 나타낸다. 식 (6)은 포물선만이 아니라, 새그 프로파일의 임의의 형태에 대하여 유용하다.

상술한 바와 같이, 많은 다른 방법들로 마이크로렌즈 배열을 무작위화하는 것은 가능하다. 간단한 1-차원 포물선 마이크로렌즈 배열의 경우이지만, 다른 배열 특성들을 이끌어내는 다양한 접근 방법들이 있다. 보다 중요하게, 무작위화된 설계 변수의 선택 및 무작위화의 형태는 산란된 세기의 함수 형태에 직접적으로 영향을 준다. 도시된 바와 같이, n₀=1, n_m=n_s=1.46인 1차원 포물선 배열의 경우를 다시 고 려하자(도 2 참조).

제 1 실시예로서, 5°의 최대 산란 각도, 지름 D=100㎛, 초점 거리 f=573㎛를 갖는 배열을 고려하자. 무작위화용으로 선택된 변수는 Δf=±0.1㎛와 균일한 PDF를 갖는 초점 거리이다. 즉, 배열은 거의 규칙적이다. 산란 패턴은 도 3(두 개의 파장 : 633nm와 442nm)에 도시되어 있으며, 상당히 강한 세기 변화를 나타낸다.

제 2 실시예로서, 지름 D=100㎛이고, 초점 거리 f=430㎛를 갖는 배열을 고려하자. 무작위화용으로 선택된 변수는 5∼10°의 범위내에 균일한 PDF를 갖는 발산 각도이다. 산란 패턴은 도 4에 도시되어 있다. 보다 큰 각도에서 보다 넓은 감쇠와 함께, 산란 패턴의 균질화 및 다른 강도 프로파일을 주목해라.

제 3 실시예로서, 지름 D=100㎛이고, 초점 거리 f=573㎛를 갖는 배열을 고려하자. 무작위화용으로 선택된 변수는 5∼10°의 범위내에 균일한 가우스(Gauss) PDF를 갖는 발산 각도이다. 산란 패턴은 도 5에 도시되어 있다. 도 3의 거의 규칙적인 배열과 비교되는 산란 패턴의 균질화 및 보다 큰 각도에서 유사한 세기 감쇠를 주목해라.

제 4 실시예로서, 목표 발산 각도가 5°가 되도록 지름과 최대 새그를 변화시키지 않고 고정된 초점 거리를 갖는 배열을 고려하자. 최대값에서 무작위화는 5∼10㎛의 범위내에 균일한 PDF를 따른다. 산란 패턴은 도 6에 도시되어 있다. 이 특별한 실시예는 큰 각도에서 급격한 세기 컷오프(cut-off)와 함께 ±3∼5°의 범위내에 주목할만한 균질화를 달성한다.

본 발명의 방법들의 상기 실시예들은 특정 실시예에 초점을 두었지만, 이에 한정되지 않고, 동시에 임의의 확률 분포 함수에 의존할 수 있다. 이러한 처리와 함께, 마이크로렌즈 배열(22)은 세기 형태 및 산란 패턴의 균질화를 허용하도록 무작위화된다. 유사한 처리가 일반적인 새그 프로파일을 갖는 마이크로렌즈 배열(22)에 적용될 수 있다.

(ⅱ) 마이크로렌즈 경계

마이크로렌즈 경계는 배열에서 떨어진 위치에 배열에 의해 산란된 대부분의 광빔을 집중시키는 영역의 형태를 결정한다. 예를 들면, 정사각형 개구를 가진 마이크로렌즈는 원거리 영역에 정사각형 영역상으로 광빔을 산란시킨다. 렌즈의 파워에 따라, 실제 산란 영역은 왜곡된 정사각형일 수 있다. 예를 들면, 파워가 두 개의 수직한 방향을 따라 다르다면, 산란 형태는 직사각형일 것이다. 일반적으로, 증가된 파워의 방향을 따라 전달하는 광빔은 배열에서 떨어진 보다 큰 영역상에 분포된다. 이 법칙은 임의의 경계의 마이크로렌즈 배열 및 다른 방향에 따라 변화할 수 있는 파워와 관련된 왜곡의 양을 결정하는 수단을 제공한다.

광경로는 경계 및 상술한 바와 같은 무작위화내에 마이크로렌즈 새그 프로파일에 의해 결정되는 산란 영역(강도 프로파일)내에 분포된다. 예를 들면, 균일한 광빔 분포를 달성하기 위하여, 평균적으로 동일한 수의 광빔이 원거리 영역내에 임의의 산란 영역을 향하게 해야한다.

어떠한 광빔 전달도 기판을 통하여 직진하는 것을 회피하기 위하여, 전체 표면 영역은 마이크로렌즈 또는 마이크로렌즈의 일부분 중 어느 하나에 포커싱 파워를 소유하는 영역에 의하여 점유되어야한다. 마이크로렌즈 경계가 기판 표면 영역의 완벽한 커버리지(coverage)를 허용한다면, 산란 영역은 마이크로렌즈 경계의 대칭성(파워 변화로 인하여 가능한 왜곡을 다시 고려함)을 본질적으로 나타내므로, 정사각형 마이크로렌즈는 정사각형 영역으로 산란하고, 직사각형 마이크로렌즈는 직사각형 영역으로 산란하고, 육각형 마이크로렌즈는 육각형 영역으로 산란한다. 그러나, 원과 같이 기판의 표면 영역을 완벽하게 충진시킬 수 없는 형태(비충진 형태; non-filling shape)가 산란 패턴 내에 달성될 수 있음은 보다 덜 분명하다. 마이크로렌즈 경계 원형들(40)을 갖는 기판 표면의 커버리지의 실시예들이 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다. 원에 추가하여, 다양한 다른 형태가 표면(44)을 완벽하게 커버(cover)하는데 요구됨을 주목해라.

일반적으로, 기판의 배열 표면(44)을 커버하는데 2 이상의 다른 형태들을 사용하는 것이 필요하다. 도 7a 및 도 7b는 규칙적인 배열(42, 46)에 의한 원의 커버리지의 경우들을 도시한 것이며, 여기서 적어도 두 개의 다른 형태가 표면(44)을 커버하는데 요구된다. 경계 원형들(40)의 무작위 충진도 가능하나, 표면(44)을 커버하는데 보다 많은 수의 다른 형태들을 요구한다. 유사한 이유가 임의의 형태로 확장될 수 있고, 정사각형, 직사각형 및 육각형과 같은 몇 가지 특별한 경우를 제외하고, 기판 표면(44)의 커버리지는 단일 마이크로렌즈 경계 형태를 가지고 달성될 수 없다.

단일 마이크로렌즈 형태가 기판 표면(44)을 커버하는지 여부와 관계없이, 본 발명은 임의의 산란 형태 내에 발광 에너지의 임의의 분포를 생성하는 수단을 제공한다. 특히, 본 발명은 임의의 산란 형태 내에 발광 에너지를 분포시킬 수 있는 마이크로렌즈 배열을 제공한다. 방법을 설명하기 위하여, 균일한 원형 산란을 생성하는 수단이 기술되나, 유사한 처리과정이 임의의 다른 형태 또는 다른 강도 프로파일에 대하여 사용될 수 있다.

도 13에 나타낸 바와 같이, 마이크로렌즈의 원형 경계(40)가 전체 좌표계 (x, y, z)에 참조되는 규칙적인 직사각형 그리드(grid)에 배치되는 경우를 고려하자. 정사각형 셀(52)의 가상 배열과 같이, 기판 표면을 완벽하게 커버하는 다수의 셀들로 평면을 분할하자. 각각의 정사각형 셀(52)은 경계 원형들과 다른 형태들 모두를 포함한다. 본 발명에 따라, 전체 처리과정이 수행될 때, 기판 표면의 모든 점들은 마이크로렌즈 새그 프로파일에 할당되는 방식으로, 각각의 셀(52)은 개별적으로 지정될 수 있다. 셀(52)을 선택하는 유일한 방법은 아니고, 전체 기판 표면(44)이 고려되는 한 어떠한 접근방법도 유용하다. 규칙적인 그리드상에 경계 원형들에 대하여, 가능한 셀 선택(즉, 정사각형 셀(52))이 도 8에 도시되어 있다. 주어진 셀(52)내에서, 바람직한 산란 형태를 갖는 영역(원(52))과, 바람직한 형태에 순응하지 않는 영역 1 내지 8로 나타낸 다른 영역(원이 아님)이 있다.

"순응 경계(conforming boundary)"가 본질적으로 광빔을 주어진 형태로 산란시키는 마이크로렌즈 경계로서 정의된다. 예를 들면, 정사각형 경계는 정사각형 영역으로 산란시키므로, 정사각형은 정사각형 산란에 대한 순응 형태가고; 원형 경계는 원형 영역으로 산란시키므로, 원형은 원형 산란에 대한 순응 형태가며; 임의의 다른 형태에 대해서도 유사하다. 경계 형태가 본질적으로 바람직한 형태를 생성하지 않는다면, "비순응 경계(non-conforming boundary)"라 부른다. 다시, 도 8을 참조하면, 원형 산란 형태가 바람직하기 때문에, 원형은 순응 형태가다. 그러나, 경계 원형들(40)은 기판의 표면(44)을 완벽하게 커버할 수 없다. 그러므로, 기판 표면(44)상에 원형과 다른 경계 형태(예를 들면, 영역 1 내지 8)가 존재할 것이다. 이 영역들은 본질적으로 광빔을 원형 산란 영역으로 산란시키지 않으므로, 비순응 영역으로 고려된다.

비순응 영역을 갖는 문제점은 그 형태들이 본질적으로 바람직한 산란 형태를 생성하지 않는다면 여전히 바람직한 에너지 분포 산란을 제공하는 새그 함수를 정의하는 방법에 존재한다. 본 발명은 다음과 같은 방법에서 비순응 영역내에 새그 프로파일의 정의를 제시한다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 영역 1과 같은 특정 비순응 영역을 선택함으로써 처리과정을 시작하자. 순응 경계 형태(54)(본 경우에서 원형)를 갖는 가상의 마이크로렌즈를 위치시키는 임의의 중심점(56)을 선택하자. 중심점(56) 및 가상 원형(54)의 지름은 원형(54)이 선택된 영역 1을 완벽하게 커버하게 해야한다. 새그 프로파일은 결과적인 발산 각도가 발광 에너지를 배열에서 떨어진 바람직한 산란 영역을 향하게 해야한다. 최종 단계는 영역 1과 중첩하는 가상의 원형 마이크로렌즈로부터 새그 프로파일 부분만 유지시키는 과정을 포함한다. 그 후, 동일한 처리과정이 다른 비순응 영역 2 내지 8 모두에 대하여 반복된다.

충진 및 비충진 형태의 다른 실시예들이 도 10a 내지 도 10d 및 도 11a 내지 도 11d에 각각 도시되어 있다. 이 경계 형태들 또는 임의의 다른 형태들 중 무엇이든지, 상술한 원형 마이크로렌즈에 적용된 것과 유사한 처리과정이 비순응 영역내에 새그 함수를 정의하는데 적용될 수 있다. 세기 균일성(또는 다른 요구되는 세기 분포)이 비순응 영역내에 새그를 정의할 부분을 갖는 가상의 경계 렌즈 성분의 무작위적인 중심을 정하는 과정 및 크기를 정하는 과정의 무작위화 처리과정에 의해 달성된다. 수많은 입력 광빔에 의해 조사될 때, 평면이 적절한 경계를 가지고 완벽하게 충진되는 것처럼 배열은 효과적으로 행동하고, 산란 패턴은 바람직한 형태를 나타낸다. 이 사실은 원형 산란의 경우에 대한 실험결과에 의해 증명되었다.

마이크로렌즈 배열은 상술한 방법에 따라 생성되었고, 렌즈 프로파일은 다음과 같이 기술된다.

(7)

여기서 (x, y)는 주어진 마이크로렌즈의 국소 좌표계에서 직교좌표계를 나타내고, (x₀, y₀)는 마이크로렌즈의 중심을 나타내며, R은 곡률 반경이다. 도 7a와 유사하게, 렌즈는 정사각형 그리드상에 원형 경계를 가지며 배열된다. 최대 효율과 100% 충진 요소를 허용하도록, Geoffrey B. Gretton, G. Michael Morris 및 Tasso R. M. Sales의 이름과 "Microlens Arrays Having High Focusing Efficiency"의 제목으로 2001년 7월 30일 출원되고, 참조문헌으로 본 명세서에 일체화된 미국특허출원번호 제 09/918,257 호의 가르침에 따라 마이크로렌즈는 제작되었다. 백색광 간섭계(Zy해 NewView 5000)에 의해 측정된 것으로, 결과적인 표면 프로파일의 3차원 좌표가 도 12에 도시되어 있다. 도 9에 표시된 바와 같이, 순응 및 비순응 영역 모두가 식별될 수 있는 통상적인 셀(52)을 표시하는 백색 윤곽선과 함께, 이론적인 마이크로렌즈 배열의 도면이 도 13에 도시되어 있다. 마이크로렌즈 배열(54)은 다 음과 같은 변수로 특징지어진다.

동작 파장 : 193nm

순응 원형 마이크로렌즈의 지름 : 300㎛

발산 각도(절반 최대값에서 전체 폭) : 4.8°

굴절률 : 1.56

식 (3)에 의해 주어진 새그 프로파일에 대한 발산 각도가 4.8°±0.5°의 범위내에 존재하도록, 곡률 반경은 균일한 PDF와 함께 무작위로 선택되었다. 중심값 (x₀, y₀)도 균일한 PDF와 함께 무작위로 선택되었다.

결과적인 산란 패턴이 도 14a에 도시되어 있고, 파장 633m, 및 지름 5mm를 갖는 간섭성 입력광빔을 가지고 측정된 것으로 도 14b에 좌표로 도시되어 있다. 설계와 동작 파장의 차이에도, 강도 프로파일의 균일성 및 0차 또는 이미지 아티팩트(image artifact)의 부재를 주목해라. 실제로, 임의의 마이크로렌즈 균질화기기의 특징적인 특성은 그것의 광대역 특성이다.

산란 패턴의 다른 실시예들이 정사각형, 직사각형 및 환형 패턴에 대하여 도 15a 내지 도 17b에 각각 도시되어 있다. 설계 변수도 도면에 표시되어 있다. 정사각형 및 환형 패턴에 대하여, 새그 프로파일은 식 (7)에 의해 기술된다. 환형 패턴에 대하여 새그 프로파일 함수는 다음과 같은 형태를 취한다.

(8)

여기서 c는 곡률 반경을 나타내고, κ는 원뿔 상수이다. 곡면 및 원뿔 상수는 발산각이 5°±0.5°의 범위에 있도록 일정한 PDF로 무작위로 선택된다. 중심값(x₀,y₀) 또한 일정한 PDF로 무작위로 선택된다.

앞에서 논의된 강도 도표들은 랜덤 마이크로렌즈 어레이( random microlens arry)의 빔 성형 성능을 보여준다. 입사빔은 가우시안 빔이지만, 출사빔은 평평한 가우시안 프로파일로부터 넓은 변화의 다양한 방법으로 원형 디퓨젼 패턴의 경우에, 평평한, 정방형, 직사각형등의 성형된다.

또한, 위에서 설명한 본 발명의 방법은 비록 특별한 실시예에 초점이 맞추어져 있지만, 제한적이지 않고 마이크로렌즈의 매우 일반적인 형식의 경계 형성과 산란에 적용될 수 있다. 유사한 공정은, 위에서 설명한 바와 같이 일반적인 마이크로 렌즈 어레이에 적용될 수 있다.

(ⅲ) 공간 분포

마이크로 렌즈 어레이의 정의의 다른 관련 요소는 마이크로 렌즈의 상대 공간 분포이다. 주어진 마이크로렌즈의 경계에 있어서, 최소한도의 일치되지 않는 경계 영역을 남기며, 기판의 최대 범위를 제공하는 일치된 모양의 실장 형태를 제공한다. 그러한, 차폐 방식은 일반적으로 규칙적이고, 주기적인 특성을 제공한다. 도 7a 및 도 7b는 일치된 모양의 최대 차폐를 제공하는 후자의 배열을 가지고 있는 써클을 가지고 있는 두개의 차폐예를 제공한다. 두개의 경우에 있어서, 일치되거나 일치되지 않는 모양의 반복가능한 패턴이 있다.

어떤 경우에는, 규칙적인 어레이는 받아들여질 만하며, 그러나 다른 경우에는 프로젝션 스크린에 있어, 구조의 규칙적인 패턴은 moire or aliasing 윤곽 효과를 가져온다. 그런 경우에, 비주기적인 형식의 어레이의 미세구조를 정렬하는 것이 바람직하다. 랜덤 정렬이 필연적으로 비순응 형상의 증가된 영역을 가져올 때, 기판 평면을 바람직한 순응 형상을 가지고 랜덤하게 어떻게 커버할 수 있는지는, 바람직한 산란 형태와 강도 분포를 계속 유지할 수 있는지는 불명확하다. 본발명은 순응 형상의 랜덤한 배열을 가지고 바람직한 산란 형태와 강도 분포를 발생시키는 방법을 소개하여 이러한 문제를 해결하고자 한다.

일예로, 본 발명의 방법의 배경이 되는 기술 사상을 이해하기 위해 원형 산란 패턴을 고려한다. 원형의 하나의 가능한 랜덤 실장 형상이 도 18에 도시되어 있다. 각각의 경계 원형(60)의 직경은 PDF에 따라서 변하며, 대체로 균일하지만 임의의 형상으로 가정한다. 경계 원형(60)의 중심은 주변 교차가 허용되는 제한하에 기판 표면(62)에 랜덤하게 산재된다. 비순응 영역(62)의 새그를 정의하기 위해 도 19a 및 19b에 도시된 정사각형 또는 직사각형의 가상의 격자 형상(66)이 그 평면을 완전히 커버하도록 설정된다. 각각의 가상의 타일링 영역(68 또는 70)은 도 9에 도시된 원형의 규칙적인 배열에 묘사된 바와 같은 프로세스로 처리된다. 즉, 타일(68 또는 70)로 주어진 각각의 비순응 영역(62)에 대하여, 가상의 원형은 고려하에 비순응 영역(62)를 가로지르도록 하는 방식으로 중심이 놓여진다. 상기 가상의 원형은 어레이로부터 바람직한 산란 영역 내에 빛을 산란시키는 직경과 새그를 나타낸다. 비순응 영역(62)를 가로지르는 가상의 원형의 새그 영역은 제한된다. 많은 비순응 영역(62)에 걸쳐 이러한 과정이 반복되면, 바람직한 산란 형태와 강도 프로파일이 얻어진다. 경계 원형(60)에 대하여 묘사된 같은 과정이 기판 표면(64)에 랜덤하게 배열된 다른 경계 형상에도 적용가능하다.

또한, 공간 분포를 좀더 랜덤화시키는 더 단순화된 접근 또한 가능하다. 그러한 접근은 순응 형상(일예로 6))은 평면을 커버하는데 있어서 단지 평균을 유지하는 것이 필요하다는 사실을 이용한다. 이러한 사실은 순응 형상의 채택된 모든 구간에 대하여, 순응 형상의 모든 구간이 기판의 평면을 커버할 필요가 있다. 이러한 사상을 나타내기l 위하여 하나의 예가 제시되며, 순응 형상으로 원형을 사용한다. 첫째로, 가상의 타일링은 특별한 크기를 가지는 직사각형(72)의 기판 평면에 적용된다.각각의 정사각형(72)는 도 20에 도시된 바와 같이 다양한 크기를 가지는 네개의 직사각형 형역(74A-D)로 나누어진다. 상기 정사각형의 각각의 직사각형(74 A-D)에 있어서, 직사각형(74 A-D)의 가장 큰 직경과 같은 직경을 가지도록 순응 형상이 정의된다. 이러한 과정은 각각의 직사각형(74 A-D)에서 반복된다. 도 9와 관련하여 ayh사된 동일한 과정에 의해 비순응 영역의 새그가 정의된다. 그러한 어레이의 정렬이 도 21에 묘사되어 있다. 순응 영역을 포함하는 타일링 셀은 지시되어 있다. 마이크로렌즈 경계에 대한 다른 가능한 정령에 대하여는 순응 형상이 단지 평균적으로 보존되어야 한다는 전재하에 동일한 과정으로 적용된다.

이러한 점을 지지하기 이하여, 랜덤 마이크로 어레이가 고려되는데, 랜덤 마이크로 어레이는 광을 단순 결합 영역, 즉 도 22A에 간단하게 묘사된 구멍을 가지지 않은 단순 결합 영역에 산란시킨다. 본 발명의 바람직하게 멀티 결합 형상(도 22B), 단순 결합 영역 세트(22C), 단순 멀티 결합 영역 세트(22D)에 적용된다.

멀티 결합 산란 패턴을 생성하는 수단은 아래에 묘사되어 있다. 이러한 목적을 위하여, 본 발명은 마이크로렌즈의 로컬 레퍼런드 프레임에서 정의되는 극각(θ)에 비례하는 각 요소를 추가한 주어진 렌즈에 대한 새그에 대한 새로운 일반식을 제공한다. 간단하게, 방정식(1)에 θ 식은 다음 식 (9)로 정의된다.

(9)

여기에서 p는 전하수이며, 상기 방정식에 따라 정의된 표면 프로파일은 θ가 0에서 파면이 정의되지 않기 때문에 장이 소멸되는 위상 특이점으로 알려져 있다. 결과적으로, 마이크로 렌즈 새그 정의에서 위상 특이점의 존재는 산란 패턴에서 널(null)의 존재를 보증한다. 도 23은 그러한 각 새그 식에 따라 도시되어 있다. 일반적인 빔 성형 허용력을 달성하기 위하여 주어진 마이크로렌즈의 새그는 아래의 식에 따라 정의된다.

(10)

여기에서, f(x, y)는 식 3과 동일하게 새그 식의 직교 요소를 나타내며, Θ(θ-θ_κ)는 특별한 원점을 가지고 있는 새그에 대한 각 요소를 나타낸다. P_κ는 각각의 위상 특이점의 강도를 나타낸다.

도 24A는 인사빔이 어레이로부터 멀리 떨어져 4개의 분리된 빔으로 변환되는 4중극 패턴을 발생시키는 것을 고려한다. 4중극의 각각의 개별적인 사중면의 산란 패턴의 형상은 임의적인 형상으로 가정한다. 도 24B, 24C는 원형 및 사각형의 4중극 패턴을 보여준다.어레이 구간의 평면도가 도 25에 묘사되어 있는데, 마이크로렌즈의 경계는 사각형이다. 이러한 요소는 633nm 파장을 가지고 조명하여 만들어지며, 도 26은 산란 패턴을 보여준다. 도 27에는 이론적으로 계산된 산란 프로파일을 보여준다.

새그식의 각 요소의 사용을 더 보여주기 위해 도 28에 도시된 타겟 산란 패턴을 제공하는 마이크로렌즈 어레이의 다른 예가 있다. 그러한 산란 분포는 일반적인s 마이크로렌즈 어레이를 가지고는 쉽게 얻어질 수 없으나, 새그의 각 요소를 가지고 약각 어렵게 제공된다. 실제적인 새그식은 다음 식 (11)로 주어진다.

(11)

여기에서, 각 요소는 서로 다른 여섯개의 식 요소에 의해 정의된다.

(12)

여기에서 D는 직방형의 마이크로렌즈 경계의 크기이며, 200미크론과 같다. 도 29는 상기 새그가 개시되어 있다. 어레이로부터 멀리 떨어진 시뮬레이션된 산란 패턴은 도 30에 보여준다. 시뮬레이션된 산란은 193 nm의 파장에서 1.6인덱스를 가지고 있는 물질을 가정하고 있으며, 완전한 분산각은 4도이다.

상기 예는 각 요소(위상 특이점들)을 가지고 있는 일반적인 마이크로렌즈 새그 프로파일의 결합에 의해 달성되는 빔-성형 능력을 보여준다. 일반적으로, 램던 마이크로렌즈 어레이와 결합된 위상 특이점의 주의깊은 선택은 임의의 멀티 결합 산란 형태를 제공한다.

새그식의 각요소의 추가는 멀티 결합 산란 패턴을 발생시킨다. 그리고, 분리된 원형으로 이루어진 각각의 4중극면을 가지고 있으며, 4중극의 예를 사용하여 묘사하고 있는 멀티 결합 산란 패턴을 일으키는 다른 방법이 있다. 시작점은 도 31에 도시된 4중극을 포함하는 영역을 커버할 수 있는 산란 패턴을 일으키는 원형 개구를 가지고 있는 어레이다. 다음으로, 큰 어레이의 각각에 4개의 원형 마이크로 렌즈를 가지고 있는 선택된 영역에 의해 도쇠된 도 31에는 4중극의 순응 형상을 생산하기 위하여 분리된 큰 어레이의 각각의 마이크로렌즈의 영역이 있다. 그것들에 의해, 이러한 4개의 영역은 4중극 패턴을 형성하며, 순응 형상을 만든다. 각각의 마이크로렌즈 셀 유니트의 잉영 영역은 비순응 영역이 되며, 바람직한 산란 형태를 생산하는 새그를 갖도록 요구된다.

도 32A 및 도 32B는 하나의 셀 유니트가 어떻게 분해될 수 있는지를 나타낸다. 도 32B에서 단지 순응 영역은 남아 있고 비순응 영역은 도시된 바와 같이 여러 영역으로 분리된다. 선택 영역에 대한 특별한 형상은 중요하지 않으며, 특별한 예에서 4개의 영역은 4중극의 순응 영역의 각 사중면과 결합해 있다.단지 4개의 영역이 도 32B에 단순화를 위해 도시되어 있다. 참고할 수 있는 과정으로, 영역1에 대하여 새그 식이 적용되며, 동일한 프로세스가 15개의 나머지 영역에도 적용될 수 있다. 앞에서 언급한 방법과 유사하게 새그를 비순응 영역에 할당하기 위해, 가상적인 순응 형상의 셋을 상정하고 랜덤하게 고려하고 있는 여기에서는 도 33에 보여지는 영역1을 다 커버하도록 위치된다. 가상적인 세트의 프로파일과 깊이는 광빔이 바라는 산란 영역으로 분리되어 들어가로고 선택된다. 영역 1에 대한 가상 새그의 교차는 그것의 새그를 정의한다. 동일한 과정이 셀과 모든 어레이의 모든 비순응 영역에 반복된다.

상기 과정은 중심을 5정도 벗어나 분산되는 원형 요소을 가지고 있는 4중극 패턴을 일으키는 마이크로 랜즈를 만들어 실제적인 것을 보여준다. 도 34는 마이크로 렌즈(82)를 보여준다. 하얀색의 아우트라인은 4개의 순응 영역과 16개의 비순응 영역을 가지고 있는 셀 유니트를(84)를 나타낸다. 결과적인 633 nm의 입사 파장의 측정 산란 패턴은 도 35에 도시되어 있으며, 도 36에는 이론적인 예상치를 보여준다.

상기 과정은 먼 필드에서 요구되는 형상 또는 분포에 대한 유사하게 적용될 수 있는 원형을 보여준다. 상기 과정은 일반적으로 순응 형상 세트를 상정하고, 그들의 새그를 정의하며, 비순응 형상을 상정하고, 바라는 분기각과 강도 분포를 가지는 가상 순응 형상을 생성하며, 비순응 영역을 교차하도록 자상 순응 영역의 중심을 잡고, 그것을 교차하는 가장 영역으로 영역을 할당하며, 어레이의 모든 비순응 영역에 그러한 공정이 반복될 수 있다. 상기 방법은 쉽게 더 복잡한 산란 패턴에 확장될 수 있다. 도 37은 6*6의 공간 분리 빔의 어레이로 입사빔이 산란되도록 하는 마이크로렌즈 어레이를 보여준다.

또 다른 복잡한 산란 패턴에 대한 예는 순응 형상은 서로 다른 형상들에 의한 세트로 구성될 수 있음을 보여준다. 이러한 특별한 예에 대하여, 산란은 세개의 구별되는 형상(원형, 사각형, 삼각형)으로 이루어진다. 도 38A-38C는 큰 가상의 원형안에 바라는 순응 형상(90, 92, 94)를 가지고 있으며, 비순응 형상(98,100, 102)를 가지고 있는 하나의 셀(88)을 보여준다. 상기 비순응 형상(102)에 새그 할당은 영역1안에 나타난다. 동일한 프로세서는 셀의 모든 비순응 영역에 반복되며, 어레이의 모든 셀에 대해 반복된다.

어레이로부터 멀리 떨어진 산란 영역에 광분산을 제어하기 위한 다른 방법은 도 39에 도시된 틸팅된 마이크로렌즈 유니트를 이용한다. 새그 식 S_tilt(x,y)을 변경하여 틸트를 다음 식에 의해 구할 수 있다.

(13)

여기에서, s(x, y)는 틸트가 없는 새그 식을 가르키며, φ_x 및 φ_y 는 x와 y에 각각 독립적인 틸트각을 나타낸다. 위에서 설명한 바와 같이, 마이크로렌즈의 경계가 순응 또는 비순응인지에 따라 틸트는 랜덤화되며, 마이크로렌즈의 일부분 또는 모두에 또는 부분에 할당된다. 마이크로렌즈의 틸트를 허용하는 유익은 각각의 마이크로렌즈에 대한 어레이로부터 멀리 떨어진 산란 패턴에 영향을 주는 초점 분포의 제어와 산란된 강도 프로파일에 직접적으로 영향을 주는 레이방향 제어를 포함한다.

랜덤 마이크로 렌즈의 설계 유연성을 높이기 위해 본 발명은 다른 예는 도 40에 도시된 바와 같이 기판(104)의 양면에 위치하는 두개의 랜덤 마이크로렌즈 어레이를 포함한다. 서로 다른 디퓨징 요소를 가지고 있는 랜덤 마이크로렌즈 어레이를 다른 사이드에 결합시키기 위해서, 도 41에 도시된 접지 디퓨저, 거친 표면, 홀로그램 노출 패턴, 반사 패턴, 회절, 편광 표면, 렌즈들, 또는 렌즈 어레이 반사 요소를 포함한다. 양면에 구조를 가지고 있는 기판에 대하여, 최적화된 성능을 위하여 바람직한 입사각을 갖는다. 이러한 접근은 증가된 수의 설계 파라미터를 제공한다. 디퓨징 요소의 열이 비록 해상도를 낮추기는 하지만 단일 디퓨져 요소보다 강도 변화를 부드럽게 하기 때문에 어레이의 균질화 특성을 향상시키는 수단을 제공한다. 어떤 경우에는 만약 한면의 어레이가 타이트 톨러런스 또는 곤란한 릴리프 프로파일을 가진다면, 상기 두면 접근은 제작에 대하여 제작가능한 마이크로렌즈 어레이를 만드는데 이용할 수 있는 자유도의 설계 정도를 제공한다.

본 발명에 이용되는 마이크로렌즈 유니트의 중요한 고려사항은 최대 새그와 깊이이다. 어떤 환경에서, 즉 제작과 패키징에서 마이크로렌즈의 어레이는 소정 깊이를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 위에서 설명한 기술을 적용하여 만들어진 어레이가 허용가능한 값의 최대값을 초과하는 전체 깊이를 가지면, 디지인을 변경하여 깊이를 감소시켜야 한다. 마이크로 렌즈의 크기의 관련된 변화를 가져오는 간단 한 접근 방법은 직경을 감소시키는 것이다. 이 방법 또는 이와 유사한 접근 방법이 가능하지 않거나 바라는 깊이의 감소를 가져오지 않으면 다른 깊이 감소 방법이 요구된다. 본 발명은 다음에 묘사된 최대 허용가능값 이하의 깊이를 가지고 있는 균일한 어레이를 만드는 수단을 제공한다.

선택가능한 깊이 감소 방법의 배후에 있는 기본적인 원리는 어레이의 약간 또는 모든 마이크로렌즈를 동일한 회절 마이크로렌즈들로 바꾸는 것이다. 회절 마이크로렌즈에 대한 기본적인 원리는 이하에 따라 쉽게 이해될 수 있다. 굴절 요소에 의한 주어진 레이에서 위상 지연은 일반적으로 2π의 복수배이다. 전자기 방시의 진동 특성에 때문에, 광의 상태는 2π사이클을 통과한 후와 2π의 2πM 유닛을 횡단할 때와 동일하고, 여기서 M은 임의의 정수이다.

회절 렌즈는 불필요한 2π위상 지연이 제거된 굴절 렌즈로서 보여질 수 있다. 이러한 과정으로, 정확하게 굴절 렌즈로서(특정 파장에서) 동작하지만 상당히 얇은 렌즈를 얻게 된다. 상기 공정이 도42에 도시되어 있다. 2π 위상 지연에 상당하는 물리적 두께는 λ/ Δn이고, 여기서 λ는 파장이고, Δn은 굴절율 변화이다. 따라서, 가장 얇은 회절 마이크로렌즈는 λ/ Δn의 두께를 갖는다.

상기 어레이에서 각 굴절 마이크로레즈 소자(110)를 균등한 회절 소자(112)로 변환하는 방법은 다음과 같다.

을 본 발명에 따라 설계된 굴절 마이크로렌즈(110)와 관련된 위상 지연이라 하고,

를 상기 균등한 회절 마이크로렌즈(112)에 기인한 위상 지연이라 가정하자. 소위 회절 연산자 ΔM를 상기 굴절 위상 에 적용하면, 회절 위상이 되어

= ΔM {

}이 된다. 따라서, 굴절 마이크로렌즈의 주어진 점에서의 회절 연산자의 연산은 위상 지연의 2πM 유닛을 제거하기 위한 것이다. 굴절 렌즈(110)에 대한 하강 함수 s(X,Y)를 고려하면, 제1 단계는 다음 관계에 의해 위상 지연으로 변환하는 것이다.

(14)

여기서, Δn은 입사 및 전송 매질 사이의 굴절율 변화를 나타내고, λ는 각각 동작 스펙트럼에서의 최소 및 최대값을 나타내는 λmin와 λmax 사이에서 무작위로 선택된 파장값이다.

제조 효율 및 성능 조건에 따라, 회절 연산자 ΔM을 구체적으로 정의하기 위한 M의 범위(Mmin 및 Mmax)를 정의할 필요가 있다. 그러한 파라미터 M을, 바람직하게는 무작위로, 선택한 후에, 다음과 같이 회절 연산자를 적용함으로써 회절 위상 지연이 계산될 수 있다.

(15)

일단 회절 위상 지연이 결정되면, 회절 균등 마이크로렌즈 Sd(x,y)에 대한 물리적인 새그가 다음식에 의해 계산될 수 있다.

(16)

ΔM {

}의 최대값은 2πM이므로, S_d에 대한 최대값은 λM/Δn이다. M의 해당값 및 회절 마이크로렌즈에 대한 최소 영역 간격 또한 표시된다. 상기 비교는 파장 633nm에서 100 마이크론에 해당하는 직경을 갖는 포물선 표면 프로파일에 적용된다. 표1에 나타난 바와 같이, 회절 솔루션은 매우 큰 발산 각에 대해서도 낮은 새그 설계를 가능케 한다. 예상할 수 있는 바와 같이, 최소 피처는 큰 각이 될수록 상당히 작아진다.

표1 : 발산각 Δθ에 대해 확산하는 회절 및 굴절 솔루션에 대한 최대 렌즈 새그(sag_max). 회절 설계는 최대 새그가 20 마이크론 이하가 되도록 이루어 진다. 마이크로렌즈들은 직경 100 마이크로 및 설계 파장 633nm의 원형 형상을 갖는 것으로 가정된다.

당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 상술한 실시예들에 다양한 변형 이 가능함을 이해할 것이다.

Claims (73)

1. 원거리-장 산란 패턴(far-field scatter pattern) 내에 규정된 강도 프로파일에 따라 광빔을 형상화하는 광학소자로서,

   광학 기판;

   상기 기판 상에 분포된 어레이의 마이크로렌즈들을 포함하고,

   상기 각각의 마이크로렌즈는, 파라미터 집합의 값에 의해 어레이 내에 정의되고, 그 파라미터 집합의 값은 상기 어레이의 다른 마이크로렌즈를 정의하는 파라미터 집합의 값과는 다르며,

   상기 파라미터는 상기 마이크로렌즈의 표면 형상에 해당하는 새그 프로파일, 상기 마이크로렌즈의 경계에 해당하는 경계 프로파일, 및 상기 어레이 내의 마이크로렌즈의 상대적인 위치에 해당하는 공간 분포를 포함하고,

   상기 새그 프로파일은 상기 광빔의 강도 프로파일을 균질화하기 위해 상기 어레이의 마이크로렌즈들 사이에서 변화되며,

   상기 경계 프로파일은 상기 원거리-장 산란 패턴 내에 상기 규정된 강도 프로파일을 적용하기 위해 불규칙한 공간 분포 내의 상기 마이크로렌즈들 사이에서 변화되고,

   상기 새그 프로파일은 확률 분포 함수에 따라 상기 어레이의 마이크로렌즈들 사이에서 변화되며,

   상기 새그 프로파일은 허용되는 범위 내에서 상기 확률 분포 함수를 만족시키는 하나 이상의 무작위 변수들에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 광학소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈의 적어도 일부의 경계 프로파일은, 상기 광빔의 균일하게 파워가 가해진 부분들을 매칭 형상화된 원거리-장 산란 패턴으로 산란시키는 순응 경계를 정의하는 것을 특징으로 하는 광학소자.
3. 제2항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 중 다른 마이크로렌즈의 경계 프로파일들은 상기 광빔의 균일하게 파워가 가해진 부분들을 비순응 경계의 형상과 매칭되지 않는 원거리-장 산란 패턴으로 산란시키는 비순응 경계를 정의하는 것을 특징으로 하는 광학소자.
4. 제3항에 있어서, 상기 순응 경계를 갖는 마이크로렌즈는 상기 비순응 경계를 갖는 잔여 방해 영역을 최소화하는 공간 분포로 배열되는 것을 특징으로 하는 광학소자.
5. 제3항에 있어서, 상기 비순응 경계를 갖는 마이크로렌즈는 상기 순응 경계를 갖는 마이크로렌즈들 사이의 기판 상의 공간을 채우는 것을 특징으로 하는 광학소자.
6. 제3항에 있어서, 상기 순응 경계를 갖는 마이크로렌즈는 확률 분포 함수에 따른 서로 다른 순응 경계의 무작위 어레이를 갖는 것을 특징으로 하는 광학소자.
7. 제1항에 있어서, 상기 기판은 제1 및 제2 반대면을 갖는 투과성 기판이고, 상기 어레이의 마이크로렌즈들은 상기 기판의 제1면 상에 배치되고, 확산소자는 상기 기판의 제2면 상에 배치된 것을 특징으로 하는 광학소자.
8. 제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 중 적어도 일부는 상기 기판에 대해 깊이 치수를 감소시키기 위한 회절 마이크로렌즈인 것을 특징으로 하는 광학소자.
9. 원거리-장 산란 패턴 내의 조명빔의 조명 에너지를 균질화하는 광학소자로서,

   다수의 부분으로 분할된 기판을 포함하고,

   상기 각 부분들은 파라미터 집합의 특정값으로 정의된 마이크로렌즈와 관련되고,

   상기 파라미터 집합은 상기 개별 마이크로렌즈의 표면을 정의하는 새그 프로파일, 상기 개별 마이크로렌즈의 경계를 정의하는 마이크로렌즈 경계 프로파일, 및 기판 상에 개별 마이크로렌즈를 배치하는 공간 분포를 포함하고,

   상기 파라미터 중 2개 이상의 값은 확률 분포 함수에 따라 허용된 범위 내에서 상기 마이크로렌즈들 사이에서 무작위화되어 상기 원거리-장 산란 패턴 내에 조명빔의 조명 에너지를 균질화하는 것을 특징으로 하는 광학소자.
10. 제9항에 있어서, 상기 새그 프로파일은 상기 확률 분포 함수에 따라 무작위화되어 상기 조명빔의 산란 강도 패턴을 생성하는 것을 특징으로 하는 광학소자.
11. 제10항에 있어서, 상기 새그 프로파일은 허용된 범위 내에서 상기 확률 분포 함수를 만족시키는 무작위 변수들에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 광학소자.
12. 제11항에 있어서, 상기 새그 프로파일의 무작위 변수들 각각은 서로 다른 확률 분포 함수와 관련되는 것을 특징으로 하는 광학소자.
13. 제9항에 있어서, 상기 마이크로렌즈의 적어도 일부의 경계 프로파일은 상기 조명빔의 균일하게 파워가 가해진 부분들을 매칭 형상화된 원거리-장 산란 패턴으로 산란시키는 순응 경계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학소자.
14. 원거리-장(far-field)에 광빔을 형상화하는 방법으로서,

    파라미터 집합에 의해 정의되는 어레이의 마이크로렌즈들을 통해 초기 강도 프로파일을 갖는 광빔을 전송하는 단계;

    확률 분포 함수에 따라 상기 광빔의 서로 다른 부분들을 개별적으로 형상화하기 위해 마이크로렌즈들 사이의 새그 프로파일, 경계 프로파일 및 공간 분포를 포함하는 파라미터 집합의 2개 이상의 값들을 무작위로 변화시키는 단계; 및

    상기 마이크로렌즈에 의해 상기 광빔에 부과된 무작위 변화가 상기 원거리-장의 광빔의 더 일정한 강도를 생성하도록 상기 광빔의 서로 다른 부분들을 재결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광빔 형상화 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 마이크로렌즈의 파라미터들은 상기 개별 마이크로렌즈의 표면 형상에 해당하는 새그 프로파일, 상기 개별 마이크로렌즈의 경계에 해당하는 경계 프로파일, 및 상기 어레이 내의 개별 마이크로렌즈의 상대적인 위치에 해당하는 공간 분포를 포함하고, 상기 무작위로 변화시키는 단계는 상기 새그 프로파일, 경계 프로파일 및 공간 분포 중 2개 이상의 값을 무작위로 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광빔 형상화 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 새그 프로파일은 다수의 변수들에 의해 정의되고, 상기 다수의 새그 프로파일 변수 중 적어도 2개는 상기 확률 분포 함수에 따라 허용된 범위 내에서 무작위로 변화되는 것을 특징으로 하는 광빔 형상화 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 경계 프로파일은 적어도 부분적으로 직경에 의해 정의되고, 상기 경계 프로파일의 직경은 상기 확률 분포 함수에 따라 상기 마이크로렌즈들 사이에서 무작위로 변화되는 것을 특징으로 하는 광빔 형상화 방법.
18. 제15항에 있어서, 상기 경계 프로파일의 값들은 상기 마이크로렌즈들 사이에서 변화하여, 상기 마이크로렌즈들 중 적어도 일부가 상기 광빔의 균일하게 파워가 가해진 부분들을 매칭 형상화된 원거리-장 산란 패턴으로 산란시키는 순응 경계를 갖고, 상기 마이크로렌즈의 다른 부분들은 상기 광빔의 균일하게 파워가 가해진 부분들을 비순응 경계 프로파일의 형상과 매칭되지 않는 원거리-장 산란 패턴으로 산란시키는 비순응 경계를 갖는 것을 특징으로 하는 광빔 형상화 방법.
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