KR20220124260A - 나노임프린트 마이크로렌즈 어레이 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

마이크로렌즈 어레이는 나노임프린트 리소그래피에 의해 형성될 수 있다. 상기 어레이의 각각의 마이크로렌즈는 기판으로부터서 연장되고 동심 홈들에 의해 분리되는 복수의 동심 융기부들을 포함한다. 상기 동심 융기부들의 피치(p)에 대한 상기 동심 융기부들의 폭의 비율(F)은 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 융기부들까지의 방사상 거리(r)의 함수이다. 마이크로렌즈의 유효 굴절률(n)은 바이너리 패턴의 충전 비율에 기초하며, 이는 상기 마이크로렌즈 중심으로부터 방사상 거리에 따라 달라진다. 마이크로렌즈 어레이의 제조 방법은 기판상에 임프린트 레지스트층을 형성하는 단계, 및 반전 마이크로렌즈 나노 구조를 갖는 주형으로 상기 임프린트 레지스트층을 임프린팅하는 단계를 포함한다.

Description

나노임프린트 마이크로렌즈 어레이 및 그의 제조방법

본 발명은 광학 소자 및 모듈, 특히 마이크로렌즈 어레이 및 파면 센서(wavefront sensor)와 이를 사용하는 디스플레이 시스템에 사용 가능한 다른 소자들에 관한 것이다.

마이크로-광학은 이미징, 원격 감지, 디스플레이 시스템, 광 통신, 광 데이터 처리 등과 같은 영역에서 많은 응용을 갖는다. 마이크로-광학은 광학 시스템의 상당한 크기와 무게의 감소를 가능하게 한다. 마이크로-광학은 스택 제조 및 다이싱, 사출 성형 등과 같은 공정을 사용하여 저렴하게 대량 생산할 수 있다.

예를 들어, 마이크로렌즈의 어레이와 같은 마이크로-광학은 광 효율을 증가시키고, 시야를 제어하고, 공간 지향성을 개선하기 위해 시각 디스플레이 및 어레이된 광검출기에 사용될 수 있다. 가상 현실(VR) 콘텐츠, 증강 현실(AR) 콘텐츠, 혼합 현실(MR) 콘텐츠 등을 표시하기 위해 머리 장착형 디스플레이(HMD), 헬멧 장착형 디스플레이, 근안 디스플레이(NED)에 대한 사용이 증가되고 있다. 그와 같은 디스플레이는 몇 가지 예를 들자면 엔터테인먼트, 교육, 훈련 및 생물 의학을 비롯한 다양한 분야에서 애플리케이션을 찾고 있다. 디스플레이되는 VR/AR/MR 콘텐츠는 경험을 향상시키고 사용자에 의해 관찰되는 현실 개체와 가상 개체를 일치시키기 위해 3-차원(3D)이 될 수 있다. 근안 디스플레이의 외부 환경은 실시간으로 추적될 수 있으며, 디스플레이되는 이미지는 사용자의 머리 방향 및 시선 방향뿐만 아니라 환경에 따라 동적으로 조정될 수 있다. 환경을 감지하기 위해, 예를 들면, 특수 외부-지향 카메라 시스템과 같은 다양한 시스템들이 배포될 수 있다.

컴팩트하고 효율적인 외부 환경 모니터링 시스템은 사용자가 현실-세계 환경에 몰입할 수 있게 함으로써 근안 디스플레이에 큰 장점을 줄 수 있다. 그러나 많은 현대 외부 모니터링 및 추적 시스템은 부피가 크고 무겁다. HMD 또는 NED의 디스플레이는 일반적으로 사용자의 머리에 착용되기 때문에, 크고, 거대하고, 언밸런스하고 그리고/또는 무거운 디스플레이 장치는 번거롭고 사용자가 착용하기 불편할 수 있다.

본 발명은 첨부된 청구항들에 따른 마이크로렌즈 어레이 소자, 마이크로렌즈 어레이 소자 제조용 주형, 및 마이크로렌즈 어레이 소자의 제조 방법을 개시한다.

일 양태에 있어서, 본 발명은:

기판; 및

나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography)에 의해 상기 기판상에 형성되는 마이크로렌즈 어레이를 포함하며,

상기 마이크로렌즈 어레이의 각각의 마이크로렌즈는 상기 기판으로부터 연장되고 동심 홈들에 의해 분리되는 복수의 동심 융기부들을 포함하고, 상기 동심 융기부들의 피치(p)에 대한 상기 동심 융기부들의 폭의 비율(F)은 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 융기부들까지의 방사상 거리(r)의 함수인, 마이크로렌즈 어레이 소자에 관한 것이다.

본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 소자의 실시예에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이 소자는 상기 기판에 의해 지지되는 임프린트 레지스트층을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 마이크로렌즈 어레이는 상기 임프린트 레지스트층에 형성된다.

본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 소자의 실시예에 있어서, 상기 동심 홈들은 공기를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 소자의 실시예에 있어서, 상기 복수의 동심 융기부들은 장방형 또는 사다리꼴 단면을 갖는 원형 융기부들을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 소자의 실시예에 있어서, 상기 복수의 동심 융기부들의 동심 융기부들은 실질적으로 동일한 높이를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 소자의 실시예에 있어서, 상기 기판은 평평할 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 소자의 실시예에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이의 각각의 마이크로렌즈의 유효 굴절률(n)은 상기 방사상 거리(r)의 함수

n(r) = n _R F(r) + n _G (1-F(r)) 일 수 있으며,

여기서, n _R 은 상기 동심 융기부들의 굴절률이고, n _G 는 상기 동심 홈들의 굴절률이다.

본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 소자의 실시예에 있어서, 각각의 마이크로렌즈는 2π의 진폭을 가지며 포물선 위상 프로파일에 합산되는 복수의 동심 위상 프로파일 세그먼트들을 포함하는 위상 프로파일을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 소자의 실시예에 있어서, 각각의 마이크로렌즈는 다음의 위상 프로파일을 가질 수 있으며

여기서,

는 상기 마이크로렌즈의 초점 거리, λ는 충돌광의 파장, φ(0)은 상기 마이크로렌즈 중심의 위상이다.

본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 소자의 실시예에 있어서, 상기 동심 융기부들의 높이는 1700 nm 미만일 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 소자의 실시예에 있어서, 상기 동심 융기부들의 피치(p)는 600 nm 미만일 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 소자의 실시예에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이의 각각의 마이크로렌즈는 0.1 mm 이하일 수 있다.

일 양태에 있어서, 본 발명은, 예를 들면 상술된 마이크로렌즈 어레이 소자와 같은, 마이크로렌즈 어레이 소자를 제조하기 위한 주형에 관한 것으로서, 상기 주형은 반전 마이크로렌즈 어레이를 포함하고, 상기 반전 마이크로렌즈 어레이의 각각의 반전 마이크로렌즈는 상기 주형으로부터 연장되고 동심 주형 홈들에 의해 분리되는 동심 주형 융기부들을 포함하고, 상기 동심 주형 홈들의 피치(p')에 대한 상기 동심 주형 홈들의 폭의 비율(F')은 상기 반전 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 주형 홈들까지의 방사상 거리(r')의 함수이다.

본 발명에 따른 주형의 실시예에 있어서, 상기 동심 주형 융기부들은 실질적으로 동일한 높이를 가질 수 있다.

일 양태에 있어서, 본 발명은 또한, 예를 들어 상술된 마이크로렌즈 어레이 소자와 같은, 마이크로렌즈 어레이 소자를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은:

기판상에 임프린트 레지스트층을 형성하는 단계;

반전 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 주형을 획득하는 단계로서, 상기 반전 마이크로렌즈 어레이의 각각의 반전 마이크로렌즈는 상기 주형으로부터 연장되고 동심 주형 홈들에 의해 분리되는 동심 주형 융기부들을 포함하고, 상기 동심 주형 홈들의 피치(p')에 대한 상기 동심 주형 홈들의 폭의 비율(F')은 반전 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 주형 홈들까지의 방사상 거리(r')의 함수인, 상기 주형을 획득하는 단계; 및

상기 임프린트 레지스트층에 마이크로렌즈 어레이를 형성하기 위해 상기 주형으로 상기 임프린트 레지스트층을 임프린팅하는 단계를 포함하며,

상기 마이크로렌즈 어레이의 각각의 마이크로렌즈는 상기 기판으로부터 연장되고 상기 동심 임프린트 홈들에 의해 분리되는 복수의 동심 임프린트 융기부들을 포함하고, 상기 동심 임프린트 융기부들의 피치(p)에 대한 상기 동심 임프린트 융기부들의 폭의 비율(F)은 상기 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 임프린트 융기부들까지의 방사상 거리(r)의 함수이며,

여기서, r' = r에서 F'(r') = F(r)이다.

본 발명에 따른 방법의 실시예에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이의 각각의 마이크로렌즈의 유효 굴절률(n)은 상기 방사상 거리(r)의 함수

n(r) = n _R F(r) + n _G (1-F(r))이고,

여기서, n _R 은 상기 동심 융기부들의 굴절률이고, n _G 는 상기 동심 홈들의 굴절률이다.

본 발명에 따른 방법의 실시예에 있어서, 각각의 마이크로렌즈는 2π의 진폭을 가지며 포물선 프로파일에 합산되는 복수의 동심 위상 프로파일 세그먼트들을 포함하는 위상 프로파일을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 실시예에 있어서, 각각의 마이크로렌즈는 다음의 위상 프로파일을 가질 수 있으며

여기서,

는 상기 마이크로렌즈의 초점 거리, λ는 충돌광의 파장, φ(0)은 상기 마이크로렌즈 중심의 위상이다.

본 발명에 따른 방법의 실시예에 있어서, 상기 복수의 동심 임프린트 융기부들은 원형 임프린트 융기부들을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 실시예에 있어서, 상기 방법은, 상기 주형으로 임프린팅한 후에, 상기 임프린트 레지스트층을 반응성 이온 에칭하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

예시적인 실시예들이 이제 도면들과 함께 설명될 것이며, 여기서:
도 1a는 본 발명의 마이크로렌즈 어레이 소자의 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 마이크로렌즈 어레이 소자의 단일 마이크로렌즈의 확대도이다.
도 1c는 도 1a의 마이크로렌즈의 측면도이다.
도 1d는 도 1c의 마이크로렌즈의 융기부들을 확대한 단면도이다.
도 2는 도 1b 내지 도 1d의 마이크로렌즈의 프로파일 높이 및 듀티 사이클에 대한 유효 굴절률의 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 마이크로렌즈의 예시적인 위상 프로파일이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 나노임프린팅에 의한 본 발명의 마이크로렌즈 제조용 주형의 측단면도이다.
도 4d는 도 4a 내지 도 4c의 주형의 반전 마이크로렌즈의 융기부들 및 홈들의 확대 단면도이다.
도 5는 나노임프린팅에 의해 본 발명의 마이크로렌즈 어레이를 제조하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5의 방법을 사용하여 제조된 마이크로렌즈 어레이 소자를 포함하는 파면 센서에 대한 각각의 단면도 및 평면도이다.
도 7a는 파면 재구성의 원리를 설명하는, 도 6a 및 도 6b의 파면 센서의 측단면도이다.
도 7b는 마이크로렌즈상에 충돌하는 광 빔 부분의 기울어진 파면으로 인한 초점 스폿(focal spot) 오프셋을 도시하는, 도 7a의 파면 센서의 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈에 결합되는 쿼드 픽셀(quad of pixel)의 평면도이다.
도 8은 깊이 카메라 구성에서 파면 센서의 개략적인 단면도이다.
도 9는 도 8의 파면 센서를 사용하는 이미징 광학 거리 측정기의 개략도이다.
도 10은 도 9의 이미징 광학 거리 측정기를 포함하는 본 발명의 근안 디스플레이의 평면도이다.
도 11a는 본 발명의 가상 현실 디스플레이 헤드셋의 등각도이다.
도 11b는 도 10a의 헤드셋을 포함하는 가상 현실 시스템의 블록도이다.

본 교시는 다양한 실시예들 및 예들과 함께 설명되지만, 본 교시가 그와 같은 실시예들로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 반대로, 본 교시는 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 다양한 대안 및 등가물을 포함한다. 본 발명의 원리, 양태, 및 실시예를 인용하는 본원의 모든 진술뿐만 아니라 그의 특정 예들은 그의 구조적 및 기능적 등가물들 모두를 포함하도록 의도된다. 또한, 그와 같은 등가물들은 현재 알려진 등가물들뿐만 아니라 미래에 개발될 등가물들, 즉 구조에 관계없이 동일한 기능을 수행하는 개발된 모든 요소들을 모두 포함하는 것으로 의도된다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "제1", "제2" 등의 용어는 순차적인 순서를 의미하는 것이 아니라, 명시적으로 언급되지 않는 한, 오히려 하나의 요소를 다른 요소로부터 구별하도록 의도된다. 유사하게도, 방법 단계들의 순차적인 순서는 명시적으로 언급되지 않는 한 실행의 순차적인 순서를 의미하지 않는다.

일반 카메라와 비교하여 깊이 카메라의 한 가지 차이점은 깊이 카메라로 획득한 이미지에는 이미징되는 객체의 밝기 및/또는 색상 정보뿐만 아니라 깊이 정보, 즉 카메라에 보이는 객체 또는 객체의 일부, 그리고 경우에 따라 이미징되는 객체까지의 거리의 3차원 형상을 포함한다는 점에 있다. 깊이 카메라는 입사 라이트 필드(light field)의 광 전력 밀도와 분광 분포뿐만 아니라 라이트 필드의 파면 형상을 감지하여 가시적 객체의 거리와 형상에 대한 정보를 획득할 수 있다.

라이트 필드 파면 형상은 파면 센서를 사용하여 측정될 수 있다. 파면 센서는 광검출기 어레이 앞에 마이크로렌즈 어레이를 배치하고 또한 광검출기 어레이의 픽셀에 대한 개별 마이크로렌즈에 의해 생성된 초점 스폿의 위치를 측정하기 위해 광검출기 어레이 데이터를 처리함으로써 구성될 수 있다. 마이크로렌즈-기반 파면 센서의 광범위한 사용은 높은 제조 비용, 특히 적합한 마이크로렌즈 어레이의 높은 제조 비용으로 인해 저해되어 왔다. 따라서, 고품질의 소형 마이크로렌즈를 저렴하고 고수율로 생산하는 것이 매우 바람직하다.

본 발명에 따르면, 마이크로렌즈 어레이는, 예를 들어 나노임프린팅 후 열적으로 또는 UV 경화될 수 있는 임프린트 레지스트 또는 엘라스토머를 사용하여, 나노임프린트의 형상을 유지할 수 있는 적합한 기판상에 프린지 패턴(fringe pattern)을 나노임프린팅하고, 이어서 나노임프린트 레지스트층의 선택적 반응성 이온 에칭을 함으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 공정을 통해 매우 작고 정밀하게 제조된 마이크로렌즈 어레이를 획득할 수 있게 된다. 상기 나노임프린트 패턴이 평평한 바이너리 패턴을 포함하는 경우, 등가의 굴절 마이크로렌즈보다 훨씬 낮은 매우 얇은 렌즈를 획득할 수 있다.

본 발명에 따르면, 기판 및 나노임프린트 리소그래피에 의해 상기 기판상에 형성되는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 마이크로렌즈 어레이 소자가 제공된다. 상기 어레이의 각각의 마이크로렌즈는 상기 기판으로부터 연장되고 동심 홈들에 의해 분리되는 복수의 동심 융기부들을 포함한다. 상기 동심 융기부들의 피치(p)에 대한 상기 동심 융기부들의 폭의 비율(F)은 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 융기부들까지의 방사상 거리(r)의 함수이다.

일부 실시예들에 있어서, 마이크로렌즈 어레이 소자는 기판에 의해 지지되는 임프린트 레지스트층을 포함하고, 상기 마이크로렌즈 어레이는 임프린트 레지스트층에 형성된다. 상기 동심 홈들은 공기 또는 일부 충전 재료를 포함할 수 있다. 상기 동심의 융기부들은 원형, 타원형, 정방형 등일 수 있으며, 또한 장방형, 사다리꼴, 타원형 등의 단면을 가질 수 있다. 상기 동심 융기부들은 실질적으로 동일한 높이를 가질 수 있다. 상기 마이크로렌즈 어레이 소자의 기판은 평평하거나 만곡될 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 마이크로렌즈 어레이의 각각의 마이크로렌즈의 유효 굴절률(n)은 방사상 거리(r)의 다음과 같은 함수이다: r: n(r) = n _R F(r) + n _G (1-F(r)), 여기서 n _R 은 상기 동심 융기부들의 굴절률이고, n _G 는 상기 동심 홈들의 굴절률이다. 각각의 마이크로렌즈는 2π의 진폭을 가지며 포물선 위상 프로파일에 합산되는 복수의 동심 위상 프로파일 세그먼트들을 포함하는 위상 프로파일을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 각각의 마이크로렌즈는 위상 프로파일

을 가지며

여기서,

는 상기 마이크로렌즈의 초점 거리, λ는 충돌광의 파장, φ(0)은 상기 마이크로렌즈 중심의 위상이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 동심 융기부들의 높이는 1700 nm 미만이고; 상기 동심 융기부들의 피치(p)는 600 nm 미만이고; 그리고/또는 상기 마이크로렌즈 어레이의 각각의 마이크로렌즈는 0.1 mm 이하이다.

본 발명에 따르면, 마이크로렌즈 어레이 소자를 제조하기 위한 주형이 제공된다. 주형은 반전 마이크로렌즈 어레이를 포함한다. 상기 반전된 마이크로렌즈 어레이의 각각의 반전 마이크로렌즈는 상기 주형으로부터 연장되고 동심의 주형 홈들에 의해 분리되는 동심 주형 융기부들을 포함한다. 상기 동심 주형 홈들의 피치(p')에 대한 상기 동심 주형 홈들의 폭의 비율(F')은 상기 반전 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 주형 홈들까지의 방사상 거리(r')의 함수이다. 상기 동심의 주형 융기부들은 실질적으로 동일한 높이를 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 또한 마이크로렌즈 어레이 소자를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 기판상에 임프린트 레지스트층을 형성하는 단계, 반전 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 주형을 획득하는 단계, 및 상기 임프린트 레지스트층에 마이크로렌즈 어레이를 형성하기 위해 상기 주형으로 상기 임프린트 레지스트층을 임프린팅하는 단계를 포함한다. 상기 반전 마이크로렌즈 어레이의 각각의 반전 마이크로렌즈는 상기 주형으로부터 연장되고 동심 주형 홈들에 의해 분리되는 동심 주형 융기부들을 포함하고, 상기 동심 주형 홈들의 피치(p')에 대한 상기 동심 주형 홈들의 폭의 비율(F')은 반전 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 주형 홈들까지의 방사상 거리(r')의 함수이다. 상기 마이크로렌즈 어레이의 각각의 마이크로렌즈는 상기 기판으로부터 연장되고 상기 동심 임프린트 홈들에 의해 분리되는 복수의 동심 임프린트 융기부들을 포함하고, 상기 동심 임프린트 융기부들의 피치(p)에 대한 상기 동심 임프린트 융기부들의 폭의 비율(F)은 상기 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 임프린트 융기부들까지의 방사상 거리(r)의 함수이며, r' = r에서 F'(r') = F(r)이다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이의 각각의 마이크로렌즈의 유효 굴절률(n)은 상기 방사상 거리(r)의 함수: n(r) = n _R F(r) + n _G (1-F(r))이고, 여기서, n _R 은 상기 동심 융기부들의 굴절률이고, n _G 는 상기 동심 홈들의 굴절률이다. 각각의 마이크로렌즈는 2p의 진폭을 가지며 포물선 프로파일에 합산되는 복수의 동심 위상 프로파일 세그먼트들을 포함하는 위상 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 마이크로렌즈는 다음의 위상 프로파일을 가질 수 있으며

여기서,

는 상기 마이크로렌즈의 초점 거리, λ는 충돌광의 파장, φ(0)은 상기 마이크로렌즈 중심의 위상이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 동심 임프린트 융기부들은 원형 임프린트 융기부들을 포함한다. 상기 방법은, 상기 주형으로 임프린팅한 후에, 상기 임프린트 레지스트층을 반응성 이온 에칭하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

이제, 도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 마이크로렌즈 어레이 소자(100)는 기판(102) 및 상기 기판(102)에 의해 지지되는 마이크로렌즈(104) 어레이를 포함한다. 마이크로렌즈(104) 어레이의 각각의 마이크로렌즈는 상기 기판(102)으로부터 연장되는, 즉 도 1c에서 상향으로 연장되고, 동심 홈들(108)(도 1b의 백색 원들 및 도 1c의 갭들)에 의해 분리되는 복수의 동심 융기부들(도 1b의 흑색 원들)을 포함한다. 듀티 사이클, 즉 상기 동심 융기부들(106)의 폭(w) 대 상기 동심 융기부들(106)의 피치(p)의 비율(F)은 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 융기부들(106)까지의 방사상 거리(r)에 따라 변한다(도 1d). 여기서, "동심"이라는 용어는 공통 중심을 공유하는 것을 의미하며, 융기부들/홈들의 특정 형상을 의미하지 않으며, 예를 들어 상기 형상은 원형이어야 한다는 사실을 의미하지는 않는다. 타원, 장방형 등과 같은 다른 형상들이 공통 중심을 공유할 수 있다. 상기 융기부들은 도 1d에 도시된 바와 같은 장방형 단면, 사다리꼴 단면, 타원형 또는 원형 단면 등을 가질 수 있다. 임의의 형상의 홈들에 대해, 상기 마이크로렌즈(104)는 반드시 원형 형상일 필요는 없다. 예를 들어, 상기 동심 융기부들(106)이 원형인 경우에도, 각각의 마이크로렌즈(104)는 또한 정방형 또는 장방형 형상을 가질 수 있다.

상기 마이크로렌즈(104)의 어레이는, 예를 들어 기판상에 임프린트 레지스트층을 증착하고, 상기 임프린트 레지스트층을 나노-스케일 링 패턴을 갖는 적합한 주형으로 임프린트하고, 상기 임프린트 레지스트를 경화시킴으로써, 나노임프린팅에 의해 형성될 수 있다. 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 다양한 방법은 아래에서 더욱 상세히 고려될 것이다. 상기 동심 홈들(108)은 공기 또는 도시되지 않은 평탄화 층으로 충전될 수 있다.

상기 마이크로렌즈(104)는 임의의 적합한 형상, 예를 들어 도시된 바와 같은 원형, 타원형, 장방형, 정방형 등일 수 있다. 상기 마이크로렌즈(104)의 형상은 상기 동심 홈들(106)의 형상에 정합될 필요가 없으며, 예를 들어 상기 동심 홈들(106)은 원형일 수 있는 반면 상기 마이크로렌즈(104)의 형상은 정방형일 수 있다. 상기 마이크로렌즈(104)는 도시된 바와 같은 장방형 패턴, 벌집 패턴, 마름모 패턴 등으로 상기 기판(102)상에 배치될 수 있다. 상기 동심 융기부들(106)은 모두 실질적으로 동일한 높이(h)를 가질 수 있거나(도 1d), 또는 상이한 높이, 즉 중심으로부터 멀어짐에 따라 등급화 될 수 있다. 상기 기판(102)은 도시된 바와 같이 평평할 수 있거나, 또는 구형 또는 비구면 상부 및/또는 하부 표면을 가질 수 있다. 상기 기판(102)은 예를 들어 유리, 크리스탈, 플라스틱, 반도체 등을 포함하는, 투명 또는 반투명 재료로 제조될 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 듀티 사이클(F)은 다음과 같이 유효 국부적 굴절률(n(r))을 결정할 수 있다:

n(r) = n _R F(r) + n _G (1-F(r)),

여기서, n _R 은 상기 동심 융기부들(106)의 굴절률이고, n _G 는 상기 동심 홈들(108)의 굴절률이다. 상기 동심 홈들(108)이 공기를 포함하는 경우, n _G = 1.0이다.

상기 마이크로렌즈(104)의 나노임프린트 패턴의 프로파일 높이(h) 및 듀티 사이클(F)에 대한 유효 굴절률(n)의 의존성이 도 2에 도시되어 있다. 하부 라인(201)은 제1 프로파일 높이(h ₁)에서 상기 듀티 사이클(F)에 대한 유효 굴절률의 의존성을 나타내고, 상부 라인(202)은 더 높은 제2 프로파일 높이(h ₂)에서, 즉 h ₂ > h ₁, 상기 듀티 사이클(F)에 대한 유효 굴절률 의존성을 나타낸다. 다양한 듀티 사이클(F)은 상기 하부 라인(201)에 대해서는 하부 인서트들(211A, 211B, 및 211C)로, 상기 상부 라인(202)에 대해서는 더 높은 인서트들(212A, 212B, 및 212C)로 도시되어 있다. 상기 유효 굴절률(n(r))의 사전 한정된 방사상 변화를 갖도록 하여 상기 마이크로렌즈(104)의 원하는 광 집속 특성을 달성하기 위한 상기 마이크로렌즈(104)의 굴절률 프로파일을 제공하도록, 마이크로렌즈 어레이 소자(100)의 마이크로렌즈(104)를 구성하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다(도 1a). 상기 원하는 위상 프로파일은 예를 들어 포물선 프로파일일 수 있거나, 또는 마이크로렌즈(104)의 원하는 집속/시준 특성을 달성하기 위해 사용할 수 있는 임의의 다른 프로파일일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 마이크로렌즈의 원하는 위상 프로파일은 적어도 단색 또는 협대역 광에 대해 완전한 종 형상의 위상 프로파일을 갖는 마이크로렌즈와 실질적으로 동일한 작동 기능을 달성하기 위해 2π 계수로 접혀질 수 있다.

"접이식" 위상 프로파일이 도 3에 도시되어 있다. 마이크로렌즈의 원하는 포물선 위상 프로파일(300)은 점선으로 도시된다. 상기 포물선 위상 프로파일(300)은 위상의 10π 너머로 확장된다. 상기 포물선 위상 프로파일(300)의 위상 함수(φ(r))는 다음 함수로 표현될 수 있다:

(1)

여기서,

는 초점 거리, λ는 광의 파장, φ(0)는 마이크로렌즈 중심의 위상지연이다.

상기 위상 함수(φ(r))는 프로파일 세그먼트들(302A, 302B, 302C, 302D, 및 302E)로 분할될 수 있다. 상기 세그먼트들(302B, 302C, 302D, 및 302E)은, 2π의 진폭을 갖고 상기 포물선 위상 프로파일(304)에 합산되는 복수의 동심 위상 프로파일 세그먼트들(302B', 302C', 302D', 및 302E')을 포함하는 접이식 위상 프로파일(300')을 형성하기 위해, 2π의 정수만큼 아래로 시프트될 수 있다. 상기 접이식 위상 프로파일(300)'은 다음의 함수로 표현될 수 있다

(2)

상기 접이식 위상 프로파일(300')은 그의 진폭이 2π를 초과하지 않기 때문에 상기 마이크로렌즈(104)의 상당한 전체 두께 감소를 가능하게 한다.

나노임프린팅의 일반적인 공정은 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시되어 있다. 임프린트될 광학 반전 프로파일, 예를 들어 반전 마이크로렌즈(404)의 어레이를 포함하도록 성형된 주형(440)은 기판(400) 위에 위치된다(도 4a). 상기 기판(400)은 상기 주형(440)의 반전 프로파일의 갭들을 완전히 충전시킬 수 있는 경화성 임프린트 레지스트층을 포함할 수 있다. 그런 다음, 상기 주형(440)과 기판(400)은 기계적 압력을 가함으로써 함께 가져온다(도 4b). 그런 다음, 상기 임프린트 레지스트층은 임프린팅된 마이크로렌즈 또는 다른 광학 소자의 형상을 유지하기 위해 경화, 예를 들어 열적 또는 UV-경화될 수 있다. 상기 경화가 완료되면, 상기 주형(440)은 상기 기판으로부터 들어올려진다(도 4c).

상기 기판(400)에 임프린팅된 원하는 마이크로렌즈 형상을 얻기 위해, 상기 주형(440)의 반전 마이크로렌즈 어레이의 각각의 반전 마이크로렌즈는 상기 주형(440)으로부터 연장되고 동심 주형 홈들(444)에 의해 분리되는 동심 주형 융기부들(446)을 포함할 수 있다(도 4d). 상기 동심 주형 홈들(444)의 피치(p')에 대한 상기 동심 주형 홈들의 폭(w')의 비율(F')은 상기 반전 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 주형 홈들(444)까지의 방사상 거리(r')의 함수이다(도 4d). 함수(F'(r'))는 상기 마이크로렌즈의 원하는 충전 비율 함수(F(r))와 동일한 함수이다:

r' = r에서 F'(r') = F(r) (3)

상기 도시된 실시예에 있어서, 상기 동심 주형 융기부들(442)은 실질적으로 동일한 높이(h')를 갖는다.

나노임프린팅 공정은 1 마이크로미터 미만, 일반적으로 수십 내지 수백 나노미터의 특징적인 크기를 갖는 피처의 프린팅을 가능하게 한다. 이는 매우 컴팩트한 마이크로렌즈의 생산을 가능하게 한다. 다시, 도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 상기 나노임프린팅된 마이크로렌즈(104)의 동심 융기부들(108)(도 1b, 도 1c 및 도 1d)의 높이(h)는 1700 nm 미만일 수 있고; 또는 900 nm 미만; 또는 300 nm 미만일 수도 있다. 상기 동심 융기부들(106)의 피치(p)는 400 nm 미만일 수 있으며; 150 nm 미만; 또는 50 nm 미만일 수도 있다. 상기 마이크로렌즈 어레이 소자(100)의 각각의 마이크로렌즈(104)는 풋프린트가 상당히 작을 수 있고, 예를 들어, 이미징된 광의 파장에 따라, 직경이 0.1 mm 이하; 직경이 0.01 mm 이하일 수 있고; 또는 직경이 2 내지 3 마이크로미터 이하일 수도 있고 상기 동심 융기부들(106)의 피치가 600 nm 미만 또는 400 nm 미만, 예를 들어 약 200 내지 300 nm일 수 있다.

도 5를 참조하면, 마이크로렌즈 어레이 소자, 예를 들어 도 1a 도 1d의 마이크로렌즈 어레이 소자(100)를 제조하는 방법(500)은 기판상에 임프린트 레지스트층, 예를 들어 엘라스토머층을 형성하는 단계(502)를 포함한다. 상기 임프린트 레지스트층은 상기 주형에 의해 임프린트 레지스트상에 제어된 양의 압력을 가할 때 매우 작은 피처 크기, 예를 들면 20 nm 이하로 주형 형상을 따르는 재료이다. 상기 임프린트 레지스트는 예를 들어 열중합성 및/또는 광중합성 중합체 또는 단량체 혼합물을 포함할 수 있으며, 이는 승온에서 및/또는 UV 광으로 조명할 때 응고될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 임프린트 레지스트층은 예를 들어 폴리디메틸실록산(PDMS), 또는 다른 적합한 중합체를 포함할 수 있다.

예를 들어 e-빔 나노리소그래피 또는 다른 적절한 방법을 사용하여 단단한 기판에서 미세가공되는 주형이 획득된다(504). 상기 주형의 기하학적 형상은 예를 들어 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 제조될 광학 소자의 형상과 반대가 되도록 선택될 수 있다.

상기 임프린트 레지스트층은 임프린트 레지스트 재료의 유리 전이 온도 이상으로 압력 및/또는 열을 가함으로써 상기 주형으로 임프린팅된다(506). 상기 압력이 가해지는 동안, 상기 임프린트 레지스트층은 임프린팅된 형태를 보존하기 위해 경화된다(508). 상기 임프린트 레지스트층을 경화시키기 위해 가열 및/또는 UV 조명이 사용될 수 있다. 상기 주형과 임프린트 레지스트 사이의 접착은 임프린팅된 패턴이 상기 주형으로부터 최종적으로 해제될 수 있도록 제어될 수 있다(510). 상기 마이크로렌즈 또는 마이크로렌즈 어레이는 상기 임프린트 레지스트층에 형성될 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 중합체층으로 임프린팅된 패턴은 하부 기판으로 전사될 수 있다. 상기 패턴 전사는 예를 들어 반응성 이온 에칭에 의해 수행될 수 있다. 간단히 말해서, 해제된 임프린팅된 패턴은 기판과 반응성인 이온으로 충격을 받는다. 기판의 노출된 영역은 에칭되어 에칭되지만, 레지스트로 보호된 기판 영역은 에칭되지 않는다. 대안적으로, 상기 레지스트층은 또한 상기 반응성 이온에 의해 화학적 조성에 따라 동일하거나 상이한 속도로 에칭될 수 있다. 모든 임프린트 레지스트층이 기판 수준까지 에칭될 때, 상기 레지스트층으로 나노임프린팅된 패턴은, 상기 기판의 노출된 영역이 상기 임프린트 레지스트층에 의해 보호된 영역보다 더 많은 에칭 시간을 갖기 때문에, 상기 기판에 효과적으로 전사된다. 따라서, 최종 제품은 원하는 패턴, 예를 들어 기판 자체에 임프린팅될 마이크로렌즈 어레이 패턴을 포함한다. 잔류하는 임프린트 레지스트층이 있는 경우 제거될 수 있다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 파면 센서(600)는 마이크로렌즈 어레이(610)를 지지하는 기판(602) 및 상기 기판(602)의 반대편에 있는 광검출기 어레이(606)를 포함한다. 상기 마이크로렌즈 어레이(610)는 마이크로렌즈(604)의 어레이를 포함한다. 상기 마이크로렌즈 어레이(610)는 상술된 임의의 마이크로렌즈 및/또는 마이크로렌즈 어레이, 예를 들어 나노임프린트 마이크로렌즈(104)를 포함하는 도 1a의 마이크로렌즈 어레이 소자(100)를 포함한다. 상기 기판(602)은 검출되는 광에 대해 투명하다. 비제한적인 예로서, 상기 기판(602)은 유리, 사파이어, 반도체 등을 포함할 수 있다. 상기 광검출기 어레이(606)는 광검출기(608)의 어레이를 포함한다. 상기 마이크로렌즈 어레이(610)의 각각의 마이크로렌즈(604)마다 다수의 광검출기(608)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 6b로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 마이크로렌즈 어레이(610)의 각각의 마이크로렌즈(604)당 4개의 광검출기(608)가 제공된다. 2개의 어레이(606, 610)는, 충돌하는 광 빔이 상기 광검출기 어레이(608)의 평면에 평행한 편평한 파면을 가질 때, 각각의 마이크로렌즈(604)에 의해 형성된 광 스폿이 대응하는 상기 대응하는 4개의 광검출기들(608)의 공통 코너에 배치되도록 배치될 수 있다.

파면 센서(600)의 작업은 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다. 상기 마이크로렌즈 어레이(610)는 파면(700)을 갖는 충돌 광 빔을 수용한다. 상기 마이크로렌즈 어레이(610)는 상기 마이크로렌즈 어레이(610)의 초점 면(712)에서 복수의 광 스폿들(704)을 제공한다. 상기 광 스폿들(704)은 도 7a에 도시된 바와 같이 대응하는 마이크로렌즈(604)에 의해 광 빔 부분(702)을 집속함으로써 형성된다. 상기 광검출기 어레이(606)는 상기 마이크로렌즈 어레이(610)의 하류에 배치되고, 상기 초점 면(712)에서 복수의 광 스폿들(704)을 수용하도록 구성된다. 도 7a로부터, 상기 마이크로렌즈 어레이(610)상으로의 광 빔의 수직 입사에 대응하는 중심(705)에 대한 상기 마이크로렌즈 어레이(610)의 개별 마이크로렌즈(604)에 의해 집속된 광 스폿들(704)의 위치는 상기 대응하는 개별 마이크로렌즈(604)상에 충돌하는 광 빔 부분들(702)의 국부적 파면 기울기를 나타낸다는 사실을 알 수 있다.

도 7b를 참조하면, 광 스폿(704*)은 4개의 광검출기들(608A, 608B, 608C, 608D)의 공통 코너로부터 오프셋된다. 상기 광검출기들(608A, 608B, 608C, 608D)은 광 스폿(704*)을 수신하고 대응하는 광검출기들(608A, 608B, 608C, 608D)에 의해 수신된 광 전력의 부분에 비례하는 각각의 광전류들(I_A, I_B, I_C 및 I_D)을 제공한다. 광전류들의 비율((I_A+I_C)/(I_B+I_D))은 도 7b의 광 스폿(704*)의 수평 위치를 나타내고, 광전류들의 비율((I_A+I_B)/(I_C+I_D))은 도 7b에서 광 스폿(704*)의 수직 위치를 나타낸다. 상기 광전류들의 합(I_A+I_B+I_C+I_D)은 광 스폿(704*)의 광 전력을 나타낸다. 따라서, 상기 4개의 광검출기들(608A, 608B, 608C 및 608D)의 광전류는 상기 4개의 광검출기들(608A, 608B, 608C 및 608D)에 결합된 마이크로렌즈상에 충돌하는 광 빔의 일부의 파면 기울기 및 국부적인 광전력 밀도를 나타낸다. 일단, 상기 파면(700)의 파면 부분의 기울기가 알려지면, 상기 파면(700)은 경사진 부분을 스티칭함으로써 재구성될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 상기 광검출기 어레이(606)의 모든 광검출기들(608)의 광전류는 충돌하는 광 빔에 걸친 파면(700) 및 광전력 밀도 분포를 재구성하기 위해 사용될 수 있다.

도 8을 참조하면, 파면 센서(800)는 도 6a 및 도 6b의 파면 센서(600)와 유사하다. 도 8의 파면 센서(800)는 광검출기 어레이(606)에 작동 가능하게 결합된 제어기(810)를 추가로 포함한다. 상기 제어기(810)는 상기 광검출기 어레이(606)로부터 이미지 프레임(802)을 수신하도록 구성된다. 상기 이미지 프레임(802)은 마이크로렌즈(610) 어레이의 대응하는 마이크로렌즈(604)에 의해 집속되는 광 스폿들(704)(도 7a)의 이미지를 포함한다. 상기 제어기(810)(도 8)는 상기 이미지 프레임(802)에서 대응하는 광 스폿(704)의 위치로부터 각각의 마이크로렌즈(604)에서의 국부적 파면 기울기를 계산하도록 추가로 구성될 수 있다. 상기 광 스폿들(704)의 위치는 상술된 바와 같이 광검출기 광전류의 광출력비로부터 결정될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제어기(810)는 파면 위치 및 광전력 밀도 분포 데이터를 처리하여 반사된 광의 전파 방향 및 위상 프로파일을 획득하도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 상기 제어기(810)는 상기 파면(700)을 다시 상기 파면(700)을 생성한 객체(805)로 효과적으로 전파하고, 상기 객체(805)의 형상을 재구성할 수 있다.

도 9를 참조하면, 이미징 광학 거리 측정기(900)는 도 6a 및 도 6b의 파면 센서(600)를 포함하며, 조명 광, 예를 들어 객체(805)를 조명하기 위한 프로빙 광 펄스(probing light pulse; 904)를 방출하도록 구성되는 광원(902)(도 9)을 포함할 수 있다. 상기 광원(902)은 예를 들면 나노초 전기 펄스에 의해 구동되는 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 광학 스캐너(906)가 상기 광원(902)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 상기 광학 스캐너(906)는 1차원, 예를 들어 좌측에서 우측으로 또는 상-하로, 또는 2차원, 예를 들어 좌-우측 및 상-하로 상기 프로빙 광 펄스(904)를 스캔하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 광학 스캐너(906)는 기울기 가능한 미세전자기계시스템(MEMS) 반사기를 포함할 수 있다. 상기 MEMS 반사기는 한 축 또는 2개의 직교 축들에 대해 경사질 수 있다. 광학 동공 릴레이를 통해 결합되는 2개의 1-차원 MEMS 경사 가능 반사기들도 사용될 수 있다.

객체(805)로부터 반사된 광 펄스(904')를 수신하기 위해 고속 광검출기(908)가 제공될 수 있다. 상기 광검출기(908)는, 예를 들어, 상기 반사된 광 펄스(904')를 광학적 거리 측정 목적에 충분한 시간적 해상도로 검출할 수 있는 고속 포토다이오드를 포함할 수 있다. 제어기(910)가 상기 파면 센서(600), 상기 광원(902), 및 상기 광검출기(904)에 작동 가능하게 결합될 수 있다.

상기 제어기(910)는 상기 광원(902)을 작동시켜 프로빙 광 펄스(904)를 객체(805)를 향해 방출시키도록 구성될 수 있다. 상기 제어기(910)는 광검출기로부터 전기 펄스(912)를 수신할 수 있으며, 상기 전기 펄스(912)는 상기 객체(805)로부터 반사된 광 펄스(904')에 대응한다. 상기 제어기(910)는 상기 반사된 광 펄스(904')를 수신할 때 상기 프로빙 광 펄스(904)를 방출하고 상기 광검출기(908)에 의해 생성된 전기 펄스를 수신하는 사이의 시간 지연으로부터 객체(805)까지의 거리를 결정할 수 있다. 상기 제어기(910)는 또한 상기 파면 센서(600)로부터 이미지 프레임(802)을 수신하도록 구성될 수 있다. 상기 이미지 프레임(802)은, 상기 반사된 광 펄스(904')로 조명할 때 또는 다른 광원으로 조명할 때, 상기 마이크로렌즈(610) 어레이의 대응하는 마이크로렌즈(604)에 의해 집속된 광 스폿들의 이미지를 포함한다. 이 때, 상기 제어기(910)는 상기 이미지 프레임(802)에서 대응하는 광 스폿들의 위치로부터 각각의 마이크로렌즈(610)에서의 국부적 파면 기울기를 획득할 수 있다.

다음에, 상기 제어기(910)는 객체(805)로부터 반사되어 상기 파면 센서(600)상에 충돌하는 광 빔의 전체 파면 및 광학 전력 밀도 분포를 재구성할 수 있다. 상기 객체(805)까지의 거리 및/또는 상기 객체(805)의 형상에 관한 정보는 상기 재구성된 데이터로부터 획득될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어기(910)는 각각의 마이크로렌즈(604)에서의 상기 획득된 국부적 파면 기울기로부터 상기 반사된 광 펄스의 파면 반경을 획득할 수 있다. 상기 객체(805)까지의 거리는 상기 파면 반경으로부터 결정될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제어기(910)는 연속적인 프로빙 광 펄스들(904)에 대응하는 상기 반사된 광 펄스들(904')의 파면 방사로부터 상기 객체의 3D 프로파일을 획득하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 제어기(910)는 상기 연속적인 프로빙 광 펄스들(904)을 방출하기 위해 상기 광원(902)을 작동시킬 수 있고, 또한 상기 광학 스캐너(906)를 작동시켜 프로빙 광 펄스들(904)을 객체(805) 위로 연속 스캔할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 광원(902)은 상기 파면 센서(600)에 의한 검출을 위해 상기 객체(805)를 단순히 조명하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 상기 광원(902)은 펄스 광원일 필요가 없으며; 이는 상기 객체(805)를 조명하기 위해 연속파 조명 광, 예를 들어 근적외선을 제공할 수 있다.

도 10을 참조하면, 디스플레이 장치(1000)는 예를 들어 안경 형상을 가질 수 있는 프레임(1001)을 포함한다. 상기 프레임(1001)은 각각의 눈에 대해: 각도 도메인에서 이미지를 운반하는 이미지 광을 제공하기 위한 이미지 소스(1002); 및 상기 이미지 소스(1002)에 광학적으로 결합되고 상기 디스플레이 디바이스(1000)의 아이박스(1005)에 상기 이미지 광을 제공하도록 구성된 동공 복제 도파관(1004)을 포함한다. 상기 동공 복제 도파관(1004)은 격자 커플러(1006)를 포함할 수 있다. 상기 이미지 소스(1002) 및 동공 복제 도파관(1004)은 함께 사용자에게 이미지를 제공하기 위한 광학 블록(1012)을 형성한다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 광학 블록(1012)은 상이하게 구성될 수 있고, 도한 디스플레이 패널, 가변 초점 렌즈 등을 포함할 수 있다.

상기 디스플레이 디바이스(1000)는 아이박스(1005)에 배치된 사용자의 좌측및 우측 눈에 디스플레이될 이미지 프레임을 제공하기 위해 상기 이미지 소스(1002)에 작동 가능하게 결합된 제어기(1008)를 추가로 포함할 수 있다. 눈 추적기(1010)가 사용자 눈의 위치 및/또는 방향에 대한 실시간 정보를 제공하기 위해 상기 제어기(1008)에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 상기 제어기(1008)는, 사용자를 가상 또는 증강 환경에 보다 사실적으로 몰입시키기 위해, 상기 정보로부터 사용자의 현재 시선 방향을 결정하고, 또한 사용자에게 디스플레이될 이미지 프레임을 조정하도록 구성될 수 있다.

상기 디스플레이 장치(1000)는 예를 들면 도 9의 이미징 광학 거리 측정기(900)와 같은 이미징 광학 거리 측정기(1014)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 제어기(1008)는 상기 이미징 광학 거리 측정기(1014)에 작동 가능하게 연결될 수 있고, 또한 외부 객체의 3D 프로파일을 획득하기 위해 상기 이미징 광학 거리 측정기를 작동시키도록 적절하게 구성, 예를 들어 프로그래밍될 수 있다. 그 다음, 상기 제어기(1008)는 아이박스(1005)에서 사용자에게 디스플레이될 이미지를 제공할 수 있다. 상기 이미지는 획득된 외부 객체의 3D 프로파일에 기초할 수 있다. 예를 들어, 가상 현실(VR) 애플리케이션의 경우, 상기 이미징 광학 거리 측정기(1014)는 외부 객체의 3D 형상을 획득할 수 있고, 또한 상기 제어기(1008)에 의해 실행되는 이미지 렌더링 소프트웨어는 상기 광학 블록(1012)을 작동시켜 상기 외부 객체의 3D 프로파일의 렌더링을 시청자에게 제공할 수 있다. 증강 현실(AR) 애플리케이션의 경우, 상기 제어기(1008)에 의해 실행되는 이미지 렌더링 소프트웨어는 상기 애플리케이션에 의해 요구되는 바와 같은 인공적인 특징으로 상기 외부 3D 형상을 증강시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들은 인공 현실 시스템을 포함하거나 또는 인공 현실 시스템과 함께 구현될 수 있다. 인공 현실 시스템은, 시각 정보, 청각, 촉각(체성 감각) 정보, 가속도, 균형 등의 감각을 통해 획득된, 외부 세계에 대한 감각 정보를 사용자에게 제시하기 전에 어떤 방식으로든 조정한다. 비제한적인 예로서, 인공 현실은 가상 현실(VR), 증강 현실(AR), 혼합 현실(MR), 하이브리드 현실, 또는 이들의 일부 조합 및/또는 파생물을 포함할 수 있다. 인공 현실 콘텐츠는 전체 생성 콘텐츠 또는 캡처(예를 들면, 현실 세계) 콘텐츠와 결합된 생성 콘텐츠를 포함할 수 있다. 인공 현실 콘텐츠는 비디오, 오디오, 체세포 또는 햅틱 피드백, 또는 이들의 일부 조합을 포함할 수 있다. 이와 같은 임의의 콘텐츠는, 시청자에게 3-차원 효과를 제공하는 스테레오 비디오와 같이, 단일 채널 또는 다중 채널로 제공될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에 있어서, 인공 현실은 또한 예를 들어 인공 현실에서 콘텐츠를 생성하고 그리고/또는 인공 현실에서 달리 사용되는(예를 들면, 인공 현실에서 활동을 수행하는) 애플리케이션, 제품, 액세서리, 서비스 또는 이들의 일부 조합과 연관될 수 있다. 인공 현실 콘텐츠를 제공하는 상기 인공 현실 시스템은, 호스트 컴퓨터 시스템에 연결된 HMD, 독립형 HMD, 안경의 폼 팩터를 갖는 근안 디스플레이, 모바일 장치 또는 컴퓨팅 시스템, 또는 한명 이상의 시청자에게 인공 현실 콘텐츠를 제공할 수 있는 임의의 다른 하드웨어 플랫폼과 같은 웨어러블 디스플레이를 포함하는, 다양한 플랫폼들상에서 구현될 수 있다.

도 11a를 참조하면, HMD(1100)는 AR/VR 환경으로의 더 많은 몰입을 위해 사용자의 얼굴을 둘러싸는 AR/VR 웨어러블 디스플레이 시스템의 예이다. 상기 HMD(1100)는 예들 들어 도 10의 디스플레이 장치(1000)의 일 실시예이다. 상기 HMD(1100)의 기능은 컴퓨터 생성 이미지로 물리적 현실 세계 환경의 뷰를 증대시키고 그리고/또는 완전히 가상 3D 이미지를 생성하는 것이다. 상기 HMD(1100)는 전면 몸체(1102) 및 밴드(1104)를 포함할 수 있다. 상기 전면 몸체(1102)는 안정적이고 편안한 방식으로 사용자의 눈 앞에 배치되도록 구성되고, 상기 밴드(1104)는 상기 전면 몸체(1102)를 사용자의 머리에 고정시키기 위해 신장될 수 있다. 디스플레이 시스템(1180)이 AR/VR 이미지를 사용자에게 제시하기 위해 상기 전면 몸체(1102)에 배치될 수 있다. 상기 전면 몸체(1102)의 측면(1106)은 불투명하거나 투명할 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 전면 몸체(1102)는 HMD(1100)의 가속도를 추적하기 위한 위치 탐지기(1108) 및 관성 측정 유닛(IMU)(1110), 및 상기 HMD(1100)의 위치를 추적하기 위한 위치 센서(1112)를 포함한다. 상기 IMU(1110)는 상기 HMD(1100)의 모션에 응답하여 하나 이상의 측정 신호를 생성하는, 하나 이상의 위치 센서(1112)로부터 수신된 측정 신호에 기초하여 상기 HMD(1100)의 위치를 나타내는 데이터를 생성하는 전자 장치이다. 위치 센서들(1112)의 예로는: 하나 이상의 가속도계, 하나 이상의 자이로스코프, 하나 이상의 자력계, 모션을 감지하는 다른 적절한 유형의 센서, 상기 IMU(1110)의 오류 수정에 사용되는 유형의 센서, 또는 이들의 일부 조합을 포함한다. 상기 위치 센서들(1112)은 상기 IMU(1110) 외부에, 상기 IMU(1110) 내부에, 또는 이들의 일부 조합에 위치될 수 있다.

상기 위치 탐지기(1108)는 가상 현실 시스템이 전체 HMD(1100)의 위치 및 방향을 추적할 수 있도록 상기 가상 현실 시스템의 외부 이미징 장치에 의해 추적된다. 상기 IMU(1110) 및 위치 센서(1112)에 의해 생성된 정보는 상기 HMD(1100)의 위치 및 방향의 추적 정확도를 개선하기 위해 상기 위치 탐지기(1108)를 추적함으로써 획득된 위치 및 방향과 비교될 수 있다. 정확한 위치 및 방향은 사용자가 3D 공간에서 움직이고 회전할 때 적절한 가상 풍경을 사용자에게 제공하기 위해 중요하다.

상기 HMD(1100)는 상기 HMD(1100)의 일부 또는 전체를 둘러싸는 국부적 영역의 깊이 정보를 기술하는 데이터를 캡처하는 깊이 카메라 조립체(DCA)(1111)를 추가로 포함할 수 있다. 이를 위해, 상기 DCA(1111)는 레이저 레이더(LIDAR) 또는 유사한 장치를 포함할 수 있다. 상기 깊이 정보는 3D 공간에서 상기 HMD(1100)의 위치 및 방향 결정의 더 나은 정확도를 위해 상기 IMU(1110)로부터의 정보와 비교될 수 있다.

상기 HMD(1100)는 실시간으로 사용자 눈의 방향 및 위치를 결정하기 위한 눈 추적 시스템(1114)을 추가로 포함할 수 있다. 획득된 눈의 위치 및 방향은 또한 상기 HMD(1100)으로 하여금 사용자의 시선 방향을 결정하고 그에 따라 디스플레이 시스템(1180)에 의해 생성되는 이미지를 조정할 수 있게 한다. 일 실시예에 있어서, 사용자의 시선의 수렴, 즉 집중 각도가 결정된다. 결정된 시선 방향 및 수렴 각도는 또한 시야각 및 눈 위치에 따라 시각적 인공물(artifact)의 실시간 보상을 위해 사용될 수도 있다. 또한, 결정된 수렴 및 시선 각도는 사용자와의 상호 작용, 객체 강조 표시, 객체를 전경으로 가져오기, 추가 객체 또는 포인터 생성 등을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어 전면 몸체(1102)에 내장된 소형 스피커 세트를 포함하는 오디오 시스템이 또한 제공될 수도 있다.

도 11b를 참조하면, AR/VR 시스템(1150)은 도 10의 디스플레이 장치(1000)의 예시적인 구현이다. 상기 AR/VR 시스템(1150)은 도 11a의 HMD(1100), 다양한 AR/VR 애플리케이션, 설정 및 보정 절차, 3D 비디오 등을 저장하는 외부 콘솔(1190), 및 상기 콘솔(1190)의 작동 및/또는 상기 AR/VR 환경과의 상호작용을 위한 입력/출력(I/O) 인터페이스(1115)를 포함한다. 상기 HMD(1100)는 물리적 케이블로 상기 콘솔(1190)에 "테더링(tethered)"되거나, 또는 블루투스®, Wi-Fi 등과 같은 무선 통신 링크를 통해 상기 콘솔(1190)에 연결될 수 있다. 각각의 HMD(1100) 및 I/O 인터페이스(들)(1115)가 상기 콘솔(1190)과 통신하는, 각각 연관된 I/O 인터페이스(1115)를 갖는 다중 HMD들(1100)이 존재할 수 있다. 대안적인 구성들에 있어서, 상기 AR/VR 시스템(1150)에는 상이한 및/또는 추가의 구성 요소들이 포함될 수 있다. 또한, 도 11a 및 도 11b에 도시된 구성 요소들 중 하나 이상과 관련하여 설명된 기능은 일부 실시예들에 있어서 도 11a 및 도 11b와 관련하여 설명된 것과는 상이한 방식으로 상기 구성 요소들 사이에 분포될 수 있다. 예를 들어, 상기 콘솔(1115)의 기능의 일부 또는 모두는 상기 HMD(1100)에 의해 제공될 수 있고, 그 반대일 수도 있다. 상기 HMD(1100)에는 그와 같은 기능을 달성할 수 있는 처리 모듈이 제공될 수 있다.

도 11a를 참조하여 상술된 바와 같이, 상기 HMD(1100)는 눈의 위치 및 방향을 추적하고, 시야 각도 및 수렴 각도 등을 결정하기 위한 눈 추적 시스템(1114)(도 11b), 3D 공간에서 상기 HMD(1100)의 위치 및 방향을 결정하기 위한 IMU(1110), 외부 환경을 캡처하기 위한 DCA(1111), 상기 HMD(1100)의 위치를 독립적으로 결정하기 위한 위치 센서(1112), 및 AR/VR 콘텐츠를 사용자에게 디스플레이하기 위한 디스플레이 시스템(1180)을 포함한다. 상기 디스플레이 시스템(1180)(도 11b)은 전자 디스플레이(1125), 예를 들어 비제한적으로, 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광 디스플레이(OLED), 무기 발광 디스플레이(ILED), 활성- 매트릭스 유기 발광 다이오드(AMOLED) 디스플레이, 투명 유기 발광 다이오드(TOLED) 디스플레이, 프로젝터, 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 디스플레이 시스템(1180)은 광학 블록(1130)을 추가로 포함하며, 그의 기능은 상기 전자 디스플레이(1125)에 의해 생성된 이미지를 사용자의 눈으로 전달하는 것이다. 상기 광학 블록은 예를 들면 굴절 렌즈, 프레넬 렌즈, 회절 렌즈, 능동 또는 수동 판차라트남-베리 위상(PBP) 렌즈, 액체 렌즈, 액정 렌즈 등과 같은 다양한 렌즈, 동공 복제 도파관, 격자 구조, 코팅 등을 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 시스템(1180)은 상기 광학 블록(1130)의 일부일 수 있는 가변 초점 모듈(1135)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 가변 초점 모듈(1135)의 기능으로는 예를 들어 수렴-조절 충돌을 보상하기 위해 상기 광학 블록(1130)의 초점을 조정하고, 특정 사용자의 시력 결함을 교정하고, 상기 광학 블록(1130)의 수차를 오프셋하는 것 등을 들 수 있다.

I/O 인터페이스(1115)는 사용자가 작업 요청을 보내고 콘솔(1190)로부터 응답을 수신할 수 있게 하는 장치이다. 작업 요청은 특정 작업을 수행하기 위한 요청이다. 예를 들어, 작업 요청은 이미지 또는 비디오 데이터의 캡처를 시작 또는 종료하기 위한 명령어 또는 애플리케이션 내에서 특정 작업을 수행하기 위한 명령어일 수 있다. 상기 I/O 인터페이스(1115)는 키보드, 마우스, 게임 제어기, 또는 작업 요청을 수신하고 상기 작업 요청을 콘솔(1190)에 전달하기 위한 임의의 다른 적절한 장치와 같은, 하나 이상의 입력 장치를 포함할 수 있다. 상기 I/O 인터페이스(1115)에 의해 수신된 작업 요청은 상기 콘솔(1190)로 전달되어, 상기 작업 요청에 대응하는 작업을 수행한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 I/O 인터페이스(1115)는 상기 I/O 인터페이스(1115)의 초기 위치에 대한 상기 I/O 인터페이스(1115)의 추정된 위치를 나타내는 교정 데이터를 캡처하는 IMU를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 I/O 인터페이스(1115)는 상기 콘솔(1190)로부터 수신된 명령어에 따라 사용자에게 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 예를 들어, 햅틱 피드백은 작업 요청이 수신될 때 제공될 수 있거나, 상기 콘솔(1190)은 상기 I/O 인터페이스(1115)에 명령어를 전달하여 상기 콘솔(1190)이 작업을 수행할 때 상기 I/O 인터페이스(1115)로 하여금 햅틱 피드백을 생성하게 한다.

상기 콘솔(1190)은: IMU(1110), DCA(1111), 눈 추적 시스템(1114), 및 I/O 인터페이스(1115) 중 하나 이상으로부터 수신된 정보에 따라 처리하기 위해 상기 HMD(1100)에 콘텐츠를 제공할 수 있다. 도 11b에 도시된 예에 있어서, 상기 콘솔(1190)은 애플리케이션 스토어(1155), 추적 모듈(1160), 및 처리 모듈(1165)을 포함한다. 상기 콘솔(1190)의 일부 실시예들은 도 11b와 관련하여 설명된 것과는 상이한 모듈 또는 구성 요소들을 가질 수 있다. 유사하게도, 아래에서 추가로 설명되는 기능은 도 11a 및 도 11b와 관련하여 설명된 것과는 상이한 방식으로 상기 콘솔(1190)의 구성 요소들 사이에 분배될 수 있다.

상기 애플리케이션 스토어(1155)는 상기 콘솔(1190)에 의한 실행을 위해 하나 이상의 애플리케이션을 저장할 수 있다. 애플리케이션은 프로세서에 의해 실행될 때 사용자에게 제시하기 위한 콘텐츠를 생성하는 명령어들의 그룹이다. 애플리케이션에 의해 생성된 콘텐츠는 상기 HMD(1100) 또는 I/O 인터페이스(1115)의 움직임을 통해 사용자로부터 수신된 입력에 반응할 수 있다. 애플리케이션의 예로는: 게임 애플리케이션, 프레젠테이션 및 회의 애플리케이션, 비디오 재생 애플리케이션 또는 기타 적절한 애플리케이션이 있다.

상기 추적 모듈(1160)은 하나 이상의 교정 매개변수를 사용하여 AR/VR 시스템(1150)을 교정할 수 있으며, 상기 HMD(1100) 또는 I/O 인터페이스(1115)의 위치를 결정할 때 오류를 감소시키기 위해 하나 이상의 교정 매개변수를 조정할 수 있다. 상기 추적 모듈(1160)에 의해 수행된 교정은 또한, 만약 있는 경우, 상기 HMD(1100)의 IMU(1110) 및/또는 상기 I/O 인터페이스(1115)에 포함된 IMU로부터 수신된 정보를 고려한다. 추가적으로, 상기 HMD(1100)의 추적이 손실되면, 상기 추적 모듈(1160)은 상기 AR/VR 시스템(1150)의 일부 또는 전부를 재조정할 수 있다.

상기 추적 모듈(1160)은 상기 HMD(1100) 또는 I/O 인터페이스(1115), IMU(1110), 또는 이들의 일부 조합의 움직임을 추적할 수 있다. 예를 들어, 상기 추적 모듈(1160)은 상기 HMD(1100)로부터의 정보에 기초하여 국부적 영역의 매핑에서 상기 HMD(1100)의 기준점의 위치를 결정할 수 있다. 상기 추적 모듈(1160)은 또한 각각 상기 IMU(1110)로부터 상기 HMD(1100)의 위치를 지시하는 데이터를 이용하거나 상기 I/O 인터페이스(1115)에 포함된 IMU로부터 상기 I/O 인터페이스(1115)의 위치를 지시하는 데이터를 이용하여 상기 HMD(1100)의 기준점이나 또는 상기 I/O 인터페이스(1115)의 기준점의 위치를 결정할 수 있다. 또한, 일부 실시예들에 있어서, 상기 추적 모듈(1160)은 상기 HMD(1100)의 미래 위치를 예측하기 위해 상기 DCA(1111)로부터의 국부적 영역의 표현뿐만 아니라 상기 IMU(1110)로부터의 위치 또는 HMD(1100)를 나타내는 데이터의 일부를 사용할 수 있다. 상기 추적 모듈(1160)은 상기 HMD(1100) 또는 I/O 인터페이스(1115)의 추정 또는 예측된 미래 위치를 상기 처리 모듈(1165)에 제공한다.

상기 처리 모듈(1165)은 상기 HMD(1100)로부터 수신된 정보에 기초하여 상기 HMD(1100)의 일부 또는 전부를 둘러싸는 영역("국부적 영역")의 3D 매핑을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 처리 모듈(1165)은 깊이 계산에 사용되는 기술과 관련된 DCA(1111)로부터 수신된 정보를 기반으로 하는 상기 국부적 영역의 3D 매핑에 대한 깊이 정보를 결정한다. 다양한 실시예들에 있어서, 상기 처리 모듈(1165)은 상기 국부적 영역의 모델을 업데이트하고 부분적으로 상기 업데이트된 모델에 기초하여 콘텐츠를 생성하기 위해 상기 깊이 정보를 사용할 수 있다.

상기 처리 모듈(1165)은 상기 AR/VR 시스템(1150) 내의 애플리케이션을 실행하고, 상기 추적 모듈(1160)로부터 HMD(1100)의 위치 정보, 가속도 정보, 속도 정보, 예측된 미래 위치, 또는 이들의 일부 조합을 수신한다. 상기 수신된 정보에 기초하여, 상기 처리 모듈(1165)은 사용자에게 제시하기 위해 상기 HMD(1100)에 제공할 콘텐츠를 결정한다. 예를 들어, 상기 수신된 정보가 사용자가 좌측을 보았다는 것을 나타내면, 상기 처리 모듈(1165)은 가상 환경 또는 추가적인 콘텐츠로 국부적 영역을 증강시키는 환경에서 사용자의 움직임을 미러링하는, 상기 HMD(1100)에 대한 콘텐츠를 생성한다. 추가적으로, 상기 처리 모듈(1165)은 상기 I/O 인터페이스(1115)로부터 수신된 작업 요청에 응답하여 상기 콘솔(1190)상에서 실행되는 애플리케이션 내의 작업을 수행하고, 상기 작업이 수행되었다는 피드백을 사용자에게 제공한다. 상기 제공된 피드백은 상기 HMD(1100)를 통한 시각적 또는 청각적 피드백 또는 상기 I/O 인터페이스(1115)를 통한 햅틱 피드백일 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 눈 추적 시스템(1114)으로부터 수신된 눈 추적 정보(예를 들어, 사용자 눈의 방향)에 기초하여, 상기 처리 모듈(1165)은 사용자에게 제시하기 위해 상기 HMD(1100)에 제공된 전자 디스플레이(1125)상의 콘텐츠의 해상도를 결정한다. 상기 처리 모듈(1165)은 사용자 시선의 중심와 영역(foveal region)에서 상기 전자 디스플레이(1125)상의 최대 픽셀 해상도를 갖는 HMD(1100)에 컨텐츠를 제공할 수 있다. 상기 처리 모듈(1165)은 상기 전자 디스플레이(1125)의 다른 영역에 더 낮은 픽셀 해상도를 제공할 수 있고, 따라서 상기 AR/VR 시스템(1150)의 전력 소비를 감소시키고, 사용자의 시각적 경험을 손상시키지 않으면서 상기 콘솔(1190)의 컴퓨팅 리소스를 절약할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 처리 모듈(1165)은 추가로 상기 눈 추적 정보를 사용하여, 객체들이 상기 전자 디스플레이(1125)상에 디스플레이되는 위치를 조정하여 수렴-조절 충돌을 방지하고 그리고/또는 광학 왜곡 및 수차를 오프셋할 수 있다.

본원에 개시된 양태와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리, 논리 블록, 모듈 및 회로를 구현하기 위해 사용되는 하드웨어는 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 기타 프로그램 가능 논리 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 논리, 이산 하드웨어 구성요소, 또는 본원에 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수 있지만, 대안적으로, 상기 프로세서는 임의의 기존 프로세서, 제어기, 마이크로제어기 또는 상태 머신일 수 있다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 디바이스의 조합, 예를 들어 DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 그와 같은 임의의 다른 구성으로서 구현될 수 있다. 대안적으로, 일부 단계들 또는 방법들은 주어진 기능에 특정한 회로에 의해 수행될 수 있다.

본 발명은 본원에 설명된 특정 실시예들에 의해 범위가 제한되지 않는다. 실제로, 본원에 설명된 것에 추가하여 다른 다양한 실시예들 및 수정들이 상술된 설명 및 첨부 도면들로부터 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 그와 같은 다른 실시예들 및 수정들 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다. 또한, 본 발명이 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현의 맥락에서 설명되었지만, 당업자라면 그의 유용성이 이에 제한되지 아니하고 본 발명이 다양한 목적을 위해 다양한 환경에서 유익하게 구현될 수 있다는 사실을 인식할 것이다. 따라서, 하기에 기재된 청구범위는 본원에 기재된 바와 같은 본 발명의 전체 범위와 사상의 관점에서 해석되어야 한다.

Claims (15)

1. 마이크로렌즈 어레이 소자로서,
   기판; 및
   나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography)에 의해 상기 기판상에 형성되는 마이크로렌즈 어레이를 포함하며,
   상기 마이크로렌즈 어레이의 각각의 마이크로렌즈는 상기 기판으로부터 연장되고 동심 홈들에 의해 분리되는 복수의 동심 융기부들을 포함하고, 상기 동심 융기부들의 피치(p)에 대한 상기 동심 융기부들의 폭의 비율(F)은 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 융기부들까지의 방사상 거리(r)의 함수인, 마이크로렌즈 어레이 소자.
2. 제1 항에 있어서, 상기 기판에 의해 지지되는 임프린트 레지스트층을 추가로 포함하고, 상기 마이크로렌즈 어레이는 상기 임프린트 레지스트층에 형성되는, 마이크로렌즈 어레이 소자.
3. 제1 항에 있어서, 상기 동심 홈들은 공기를 포함하는, 마이크로렌즈 어레이 소자.
4. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 동심 융기부들은 장방형 또는 사다리꼴 단면을 갖는 원형 융기부들을 포함하는, 마이크로렌즈 어레이 소자.
5. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 동심 융기부들의 동심 융기부들은 실질적으로 동일한 높이를 가지며, 선택적으로 상기 기판은 평평한, 마이크로렌즈 어레이 소자.
6. 제1 항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이의 각각의 마이크로렌즈의 유효 굴절률(n)은 상기 방사상 거리(r)의 함수
   n(r) = n _R F(r) + n _G (1-F(r)) 이고,
   여기서, n _R 은 상기 동심 융기부들의 굴절률이고, n _G 는 상기 동심 홈들의 굴절률이며, 선택적으로, 각각의 마이크로렌즈는 2π의 진폭을 가지며 포물선 위상 프로파일에 합산되는 복수의 동심 위상 프로파일 세그먼트들을 포함하는 위상 프로파일을 갖거나, 또는 각각의 마이크로렌즈는 다음의 위상 프로파일을 가지며
   

   

   

   
   여기서,

   

   는 상기 마이크로렌즈의 초점 거리, λ는 충돌광의 파장, φ(0)은 상기 마이크로렌즈 중심의 위상인, 마이크로렌즈 어레이 소자.
7. 제1 항에 있어서, 상기 동심 융기부들의 높이는 1700 nm 미만이거나, 또는 상기 동심 융기부들의 피치(p)는 600 nm 미만이거나, 또는 상기 마이크로렌즈 어레이의 각각의 마이크로렌즈는 0.1 mm 이하인, 마이크로렌즈 어레이 소자.
8. 마이크로렌즈 어레이 소자를 제조하기 위한 주형으로서,
   상기 주형은 반전 마이크로렌즈 어레이를 포함하고, 상기 반전 마이크로렌즈 어레이의 각각의 반전 마이크로렌즈는 상기 주형으로부터 연장되고 동심 주형 홈들에 의해 분리되는 동심 주형 융기부들을 포함하고, 상기 동심 주형 홈들의 피치(p')에 대한 상기 동심 주형 홈들의 폭의 비율(F')은 상기 반전 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 주형 홈들까지의 방사상 거리(r')의 함수인, 주형.
9. 제8 항에 있어서, 상기 동심 주형 융기부들은 실질적으로 동일한 높이를 갖는, 주형.
10. 마이크로렌즈 어레이 소자를 제조하는 방법으로서,
    기판상에 임프린트 레지스트층을 형성하는 단계;
    반전 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 주형을 획득하는 단계로서, 상기 반전 마이크로렌즈 어레이의 각각의 반전 마이크로렌즈는 상기 주형으로부터 연장되고 동심 주형 홈들에 의해 분리되는 동심 주형 융기부들을 포함하고, 상기 동심 주형 홈들의 피치(p')에 대한 상기 동심 주형 홈들의 폭의 비율(F')은 반전 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 주형 홈들까지의 방사상 거리(r')의 함수인, 상기 주형을 획득하는 단계; 및
    상기 임프린트 레지스트층에 마이크로렌즈 어레이를 형성하기 위해 상기 주형으로 상기 임프린트 레지스트층을 임프린팅하는 단계를 포함하며,
    상기 마이크로렌즈 어레이의 각각의 마이크로렌즈는 상기 기판으로부터 연장되고 상기 동심 임프린트 홈들에 의해 분리되는 복수의 동심 임프린트 융기부들을 포함하고, 상기 동심 임프린트 융기부들의 피치(p)에 대한 상기 동심 임프린트 융기부들의 폭의 비율(F)은 상기 마이크로렌즈 중심으로부터 상기 동심 임프린트 융기부들까지의 방사상 거리(r)의 함수이며,
    여기서, r' = r에서 F'(r') = F(r)인, 방법.
11. 제10 항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이의 각각의 마이크로렌즈의 유효 굴절률(n)은 상기 방사상 거리(r)의 함수
    n(r) = n _R F(r) + n _G (1-F(r))이고,
    여기서, n _R 은 상기 동심 융기부들의 굴절률이고, n _G 는 상기 동심 홈들의 굴절률인, 방법.
12. 제11 항에 있어서, 각각의 마이크로렌즈는 2π의 진폭을 가지며 포물선 프로파일에 합산되는 복수의 동심 위상 프로파일 세그먼트들을 포함하는 위상 프로파일을 갖는, 방법.
13. 제11 항에 있어서, 각각의 마이크로렌즈는 다음의 위상 프로파일을 가지며
    

    

    
    여기서,

    

    는 상기 마이크로렌즈의 초점 거리, λ는 충돌광의 파장, φ(0)은 상기 마이크로렌즈 중심의 위상인, 방법.
14. 제10 항에 있어서, 상기 복수의 동심 임프린트 융기부들은 원형 임프린트 융기부들을 포함하는, 방법.
15. 제10 항에 있어서, 상기 주형으로 임프린팅한 후에, 상기 임프린트 레지스트층을 반응성 이온 에칭하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.

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