CN105008969B - 用于高分辨率无透镜光学传感的具有奇对称的相位光栅 - Google Patents

用于高分辨率无透镜光学传感的具有奇对称的相位光栅 Download PDF

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Abstract

图像传感设备包括奇对称光栅，该奇对称光栅将干涉图案投射到光电检测器阵列上。光栅特征对入射光的波长提供相当大的不敏感性，并且还对光栅和光电检测器阵列之间的制造距离也提供相当大的不敏感性。照片和其它图像信息可以从光电检测器阵列所捕获的干涉图案中提取。图像可以在没有透镜的情况下被捕获，并且照相机可以制得小于那些依赖于透镜和射线‑光学聚焦的照相机。

Description

用于高分辨率无透镜光学传感的具有奇对称的相位光栅
背景技术
平面傅立叶捕获阵列(PFCA)为图像传感设备，该图像传感设备采用角度敏感像素阵列来消除对于反射镜、透镜、焦距、或移动部件的需要。像素阵列可以使用标准集成电路制作工艺制成。由于这些优点，因此PFCA可以制得比最小聚焦照相机小得多并且便宜得多。
一些PFCA使用被称为“塔宝(Talbot)效应”的近场衍射效应来产生角度敏感像素。这种图像传感器包括在光电传感器阵列上进行图案化的并且平行于该光电传感器阵列的两个衍射光栅。光栅之间的间隔很重要，并且可能难以使用廉价且容易获得的制作工艺来可靠地获得。而且，光栅对感兴趣的波长带中的入射光的波长敏感，从而使其难以准确地重现彩色图像。
附图说明
图1A和图1B是具有奇对称光栅105的传感设备100的剖视图，该奇对称光栅105覆盖在光电检测器阵列110上面并且模拟相应的入射平面115和160的光。
图2描绘了根据一个实施例的二元奇对称光栅200。
图3描绘了根据实施例的传感设备300，其中二元奇对称相位光栅305由两种不同折射率的材料之间的界面形成。
图4A是根据另一实施例的传感器400的平面图。
图4B是图4A的传感器400的三维透视图。
图5A、5B、5C、和5D每个均描绘了二维光电二极管阵列505上的三个奇对称边界500。
图6描绘了三个奇对称光栅600、620、和630，每个均具有不同相对宽度的特征段。
图7A是根据实施例的相位光栅700的剖面图，相位光栅700使用两个以上的水平来产生奇对称。
图7B是相位光栅710的剖面图，相位光栅710与图7A的相位光栅700光学上类似但使用较少的层。
图8是相位光栅800的剖面图，其图示如何能够将奇对称扩展成曲面函数。
图9是根据实施例的光栅900的平面视图，其中奇对称边界905沿径向从光栅的中心延伸，并且其中特征段的宽度随着远离中心而逐渐加宽。
图10是根据实施例的具有同中心的奇对称边界1005的光栅1000的平面视图，并且包括沿线A-A的剖视图。
图11是根据实施例的类似于图9的光栅900的光栅1100的平面视图。
图12是根据另一实施例的光栅1200的平面视图。
图13描绘了根据另一实施例的光栅1300。
图14描绘了光栅1400和所关联的光电二极管阵列1405。
图15描绘了光栅1500和所关联的光电二极管阵列1505。
图16是根据实施例的具有五边形的奇对称边界1605的光栅1600的平面视图。
图17A是根据另一实施例的光栅1700的平面视图。
图18描绘了设置在光电二极管阵列(未示出)上的光栅1805的二维阵列1800。
图19是详述如何根据图17的光栅1700来捕获并解析图像1905的流程图1900。
图20描绘了根据一个实施例的用于形成图像传感器2000的光刻工艺。
附图是以示例的方式进行说明，而非限制性的方式。附图中相同附图标记指代相似元件。
具体实施方式
图1A是具有覆盖在光电检测器阵列110上面的奇对称光栅105的传感设备100的剖视图。光栅105的特征提供对感兴趣的波长带中的入射光的波长相当大的不敏感性，并且提供对光栅105和光电检测器阵列110之间的制造距离相当大的不敏感性。光栅105产生干涉图案用于被阵列110捕获。然后，照片和其它图像信息可以从该图案中提取。因此，图像可以在没有透镜的情况被捕获，照相机可以制得小于那些依赖于透镜和射线-光学聚焦的照相机。
感兴趣的波长带中的光(诸如可见光谱)从与光栅105的横向平面120正交的方向115入射到光栅105。虚线125突出显示周期性的基本上奇对称边界。这些边界中的每个边界是奇对称的特征130和135的结果，并且产生由相邻特征130和135之间的相消相位干涉所产生的最小强度的正常布置的幕帘140。幕帘140通过聚焦145分离，并且幕帘140和聚焦145(最大光强度的幕帘)的集合从光栅105延伸穿过设备100的本体150，以在光电检测器阵列110上产生干涉图案。阵列110内的一个光敏元件155在聚焦145下方被遮蔽以便作为后续讨论设备100对入射光的角度的敏感性的参考。
图1A的图像是从使用以下参数并且假定特定参数模拟传感设备得到的。本体150是由熔融石英制成，并且与具有间隔为2.2μm的光敏元件的常规的光电检测器阵列110接触。光栅105的顶部在本示例中为空中界面。特征130和135的相对较小的段大约为1μm，并且相对较大的段大约为4μm。这些段通常形成横向平面120，该横向平面120与阵列110分离大约25μm。对于532nm的入射光，幕帘140和聚焦145为相消干涉图案和相长干涉图案。
尽管选择532nm的光用于模拟，但是对于400nm的光，本体150的厚度被优化。因此，最紧密的聚焦发生在阵列110上(在20μm的标记处)大约5μm处。然而，所得幕帘140清楚地分离远在20μm的标记上方和下方的聚焦145，从而说明对感兴趣的带内的波长鲁棒的不敏感性。幕帘140的相对深的且连续渗透还为本体150的厚度提供了相当大的制造公差。
图1B描绘了呈锐角160模拟光入射平面120来图示幕帘140和聚焦145对入射角的敏感性的图1A的传感器100。使用元件155作为参考点，我们看到，在图1B中，照在图1A中的元件155上的聚焦145已经显著向右移动。幕帘140和聚焦145以锐角延伸，根据斯涅耳定律该锐角与角度160有关。维持通过幕帘140来分离聚焦145。因此，传感器100对入射角敏感。
图2描绘了根据一个实施例的二元奇对称光栅200。三个奇对称边界中的每个边界使用垂直虚线表示。光栅200的上部特征相对于下部特征的高度足以引起感兴趣的带中的二分之一的迟延波长、或π弧度的相对相位延迟。每个边界的任一侧上的特征205和210使用三个不同大小的段W0、Wl和W2来展现奇对称。通过这种布置，配对的段(例如，特征205和210内的W0)引起相应的相位延迟，该相位延迟在感兴趣的波长带上相差大约半个波长。
图3描绘了根据实施例的传感设备300，其中二元奇对称相位光栅305由两种不同折射率的材料之间的界面形成，在本示例中为聚碳酸酯层315和光学重镧火石玻璃320。四个奇对称边界325中的每个边界使用垂直虚线来表示。如在前述示例中，光栅310的上部特征相对于下部特征引起半个波长(π弧度)的相位迟延。每个边界的任一侧上的特征330和335均展现奇对称。通过这种布置，配对的特征引起相应的相位延迟，该相位延迟在感兴趣的波长带上相差大约半个波长。
这些元件以结合图1A和1B详述的方式在检偏器层325(例如，常规的光电二极管阵列)上产生干涉图案。本示例假设入射到光栅300的光界面的光与相位光栅310的横向平面正交，在这种情况下，与其中一个奇对称边界325(诸如位置(-X，0)和(X，0)处)等距离的进入光栅310的光束在阵列310(例如，点(0，Z))下方的点处是异相的，并且因此相消干扰来产生最小强度的幕帘(例如，图1的幕帘140)。深度Z和光的波长基本上均不影响这种相消干涉。类似地，相长干涉产生最大强度的聚焦(例如，图1的聚焦145)。高和低这两种特征都允许光进入，其相对于选择性地阻挡光的光栅提供了相对高的量子效率。
图4A是根据另一实施例的传感器400的平面视图。八个奇对称边界415中的每个边界的任一侧上的相对高的段405和相对低的段410产生光栅，其中段的宽度随着离开传感器中心的距离而增加。对于给定的焦深，较高频率的光趋向产生具有较窄的特征宽度的更清晰的聚焦。因此，可以最优化传感器400，以使光栅的中心部分被优化用于收集相对较高频率的光，而外周区域用于收集相对较低频率的光。下文结合其他附图对本主题进行详述。
图4B是图4A的传感器400的三维透视图，并且示出了来自与光栅表面正交的方向的光420如何将干涉图案425投射到位于下面的光电二极管阵列430上。如先前详细描述的，幕帘和聚焦分别投射阴影435和明亮形状440以被阵列430的单个的感光元件445感测。阵列430捕获图案425的数字表示。
图5A、5B、5C、和5D每个都描绘了二维光电二极管阵列505上的三个奇对称边界500。幕帘510将阴影515投射到位于下面的光电检测器520上，并且由此产生的图案依据入射光的角度而不同。因此，阵列505可以取样所得干涉图案以获得关于入射角的信息。
图6描绘了三个奇对称光栅600、620、和630，每个均具有不同相对宽度的特征段。如图所示，可以用于产生具有多个宽度比的传感器，来补偿影响光栅特征的相对高度的制造公差。例如，假设光栅600的宽度被优化用于感兴趣的制造工艺，但是该工艺产生40％的相对相位延迟而非理想的50％以在所需的位置处形成最小强度的幕帘。对于第一顺序，如在光栅630中所描绘的，相对宽的段的宽度增加能够改善由误差相位偏移导致的失真。如在光栅620中所描绘的，大于50％的相位偏移可以通过收窄相对宽的段而被校正。一些实施例包括覆盖光电二极管阵列的不同区域的相对段宽度的混合，以适应制造公差。与提供最清晰的聚焦、或针对波长范围的波长的最清晰的聚焦的光栅相关联的图像可以被选择或组合以获得所需的图像数据。对于不同波长或入射角的光，不同的光栅还可以执行的更好，因此对于除制造公差以外的变量，可以优化选择使用哪个光栅用于给定的图像。
图7A是根据实施例的相位光栅700的剖面图，其使用两个以上的水平来产生奇对称。附加的水平可以允许更清晰的聚焦，但是可能需要更复杂的制造工艺。如果要使用光刻法来制作光栅，则例如，附加的水平需要附加的掩膜步骤。每个奇对称边界的任一侧上的配对的表面引入相应的配对的相位延迟，该相位延迟在感兴趣的波长带上相差大约半个波长，外加整数倍的波长。
图7B是与图7A的相位光栅700光学上类似的但使用更少的层的相位光栅710的剖面图。所得较大的突然不连续性715可以引入不希望的图像伪像或可能难以准确制造，但是数量减少的水平可以降低制造成本。
图8是图示如何将奇对称扩展成曲面函数的相位光栅800的剖面图。
图9是根据实施例的光栅900的平面图，其中奇对称边界905沿径向从光栅的中心延伸，并且其中特征段的宽度随着远离中心而逐渐加宽。光栅900利用连续的各种宽度集来捕获16个离散角度处的图像信息。尽管方便将光栅900画为圆形，但是也可以使用其他形状。在一些实施例中，例如，光栅的集合排列在光电二极管阵列上。在这种情况下，共享公共边界(例如，诸如六边形、正方形、或三角形边界)的栅格更有效的利用位于下面的光电二极管。
图10是根据实施例的具有同中心的奇对称边界1005的光栅1000的平面图，并且包括沿线A-A的剖视图。在本示例中，特征段的宽度是离散的，并且角度是连续的。光栅1000的间隔似乎一致，但是可以发生变化，以允许对一定范围的波长、入射角、或制造偏差的精确聚焦。
图11是根据实施例的类似于图9的光栅900的光栅1100的平面视图。光栅900的两个半部提供本质上相同的信息。光栅1100添加具有垂直取向的半圆偏振滤波器1105和1110。因此，光栅1100的每个半部均产生特定于两个偏振之一的图像数据，并且这些数据可以分离地或一起使用。在其它实施例中，可以使用具有相同或不同取向的更多或更少的滤波器。不同类型的滤波器也可以用来覆盖所有或部分的本文所述类型的光栅。
图12是根据另一实施例的光栅1200的平面视图。弯曲的奇对称边界1205从光栅的中心径向延伸，并且特征段的宽度随着远离中心而逐渐加宽。在保留了图9的光栅900的连续变化的间隔的同时，边界1205的曲率提供了与可从图10的光栅1000获得的类似的连续变化的角度信息。
图13描绘了根据另一实施例的光栅1300。如先前所述，光栅特征的不同宽度向感兴趣的波长带内的不同颜色的光提供精确的聚焦。光栅1300具有图9的光栅900的相同的径向对称，但是针对其中间隔被优化用于蓝光、绿光和红光的那些区域提供有滤波器，以允许它们相应的波长进入。省略在位于下面的检偏器上提供模糊的干涉图案的波长可以改善图像清晰度。光栅1300由限定孔径的极限的不透明掩模1305界定。
图14描绘了光栅1400和所关联的光电二极管阵列1405。光栅1400具有平行的奇对称边界1410，该平行的奇对称边界1410可能具有相同或不同宽度的特征、或沿一个或多个边界宽度变化的特征。具有必要的多样的宽度和间隔来采样足够数量的空间频率的平行边界可以成像例如条形码。阵列1405沿着光栅1400的侧边而非是下方显示，以突出显示边界1410的方向和阵列1405中的光敏元件的列之间的角度θA。因为线性阴影覆盖不同行中的像素的不同百分比，所以角度θA产生更多测量多样性。在一个实施例中，选择角度θA以使每个边界的顶部与底部偏移大约为阵列1405的一个像素。
图15描绘了光栅1500和所关联的光电二极管阵列1505。光栅1500具有平行的直角边界1510，该平行的直角边界1510可以具有相同或不同宽度的特征、或沿一个或多个边界宽度变化的特征。具有沿着两个维度的必要的多样的宽度和间隔以采样足够数量的空间频率的平行边界可以成像例如点源(诸如以识别太阳的位置)。出于结合图14上文所提出的原因，可以引入角度θA。
图16是根据实施例的具有五边形的奇对称边界1605的光栅1600的平面视图。在本示例中，特征段的宽度是离散的，但是它们在其它实施例中可以沿着一个或多个边界变化。因为线段可以更容易地提供精确的奇对称，所以直边界可以比弯曲边界更有利。
光栅1600提供五个不同取向处的信息。其它边界形状(诸如其它多边形)用于其它实施例中，通常，具有奇数个侧面的多边形比具有类似的但为偶数个侧面的多边形相比提供更多取向多样性(例如，五边形比正方形或六边形提供更多的取向多样性)。
图17A是根据另一实施例的光栅1700的平面视图。回顾相对窄(宽)的段间隔对于相对高(低)频率工作得更好，特征间隔随着远离中心的距离沿着奇对称(暗区域和亮区域之间的)边界增加。弯曲的奇对称边界1705从光栅的中心径向地延伸到外周，在中心附近的暗臂(抬高的)和亮臂(凹陷的)之间辐射出。在图17A中，弯曲的边界被光栅特征遮蔽，因此，边界1705的形状在图17B中被描绘用于方便察看。
因为针对给定的感兴趣的波长带，存在最大所需宽度(例如，最宽可以与可见红光的最低频率相对应)，所以段宽度不随半径继续增加。因此，当它们朝向光栅1700的外周延伸时，限定边界1705的特征展现不连续性。在本示例中，光栅1700具有三个离散区域，每个区域调谐到感兴趣的带中波长的子集或全部。
图18描绘了设置在光电二极管阵列(未示出)上的光栅1805的二维阵列1800。光栅1805中的每个均是相同的，但是任何数量的参数(其中多数是先前讨论过的)可以在光栅1805内和在光栅1805之间变化。例如，不同形状和类型的光栅可以用来产生并且成像不同类型的干涉图案，该干涉图案可以组合或分离地使用以获得一些所需结果。可以在诸如制造时做出一个考虑由一个或多个所构成的光栅所生成的所有或特定的子集的信息的决定以适应工艺变化，或可以动态地做出决定以突出显示场景的不同方面。不同图案的强调的方面可以用来例如突出显示不同极性、波长、或入射角的光。
面向相同方向的隔开的光栅(特别是当它们的特点被良好匹配时)可以用来感测移动物体。假定具有固定分隔的所匹配的光栅接收来自同一场景的光，相应的检偏器层的光电流之间的差异对相对接近该配对的物体敏感。进一步的，该差异的时间导数对附近的移动物体敏感，而对相对远的移动或静止物体不敏感。
图19是详述如何根据图17的光栅1700来捕获并解析图像1905的流程图1900。首先，呈现图像1910，以使来自图像1910的光入射到光栅1700。入射光通过相位光栅1700以在位于下面的二维光电传感器阵列(未示出)上产生强度图案1920，其捕获了图案(1915)。所捕获的图案1920可能对于人类来说显得难以理解；然而，因为光栅1700在其点扩散函数(PSF)中具有明显的特征，所以图案包含丰富的关于图像的信息。
可能与位于下面的阵列组合的光栅1700的PSF从现有校准或者高保真模拟中获知。类似地，也可以确定其中PSF作为入射角和颜色的函数而变化的方式。该信息由响应1930表示。因此，基于该响应的数学转换可以用来从图案1920中重构图像1910。
为了恢复原始图像，响应1920和1930被组合以形成逆问题(1925)，该逆问题被求解(1935)以恢复原始图像的版本1940。一个实施例采用公知的Tikhonov正则化反演技术来完成步骤1925和1935。取a)光栅1700的PSF的详细知识、b)在当前照明条件下，系统的噪声水平的知识、和c)针对该图像(图案1915)观察到的特定读数作为起点。把未知图像表达成N×1向量x，其中N是希望重构的像素的总数。把来自光电传感器的读数表达为M×1矢量y，其中M是阵列中的光电传感器的总数。把PSF的详细知识表达为M×N矩阵A，以使对于任何图像x，公式预期所观察到的信号(y属于x)为Y＝Ax，称为“前向方程”。
为了重构图像，其足以使用用于未知的图像x的已知的测量向量y求解前向方程，如下所述。用前向方程的两边乘以A(AT)的转置矩阵，以获得ATy＝ATAx。矩阵ATA是正方形并且原则上可以被直接反演以恢复x；然而，当噪声存在时并且当并非所有的ATA的特征向量均具有同样大小的相关联的特征值时，通常这种反演较差地受条件制约。因此，实际上，Tikhonov正则化(如下所述)通常得出优选的结果。
接着，在当前照明条件下基于噪声水平选择正则化参数λ＞0。最后，反演矩阵(ATA+λI)(其中I为单位矩阵)，假设(ATA+λI)≈(ATA)并且乘以前述方程的左边以得到x≈(ATA+λI)-1ATy。因此，对于给定的正则化参数λ，通过Tikhonov正则化恢复的图像为来自光电传感器的读数的线性组合。如果PSF在空间上具有充足的不变性，达到其空间相关性可以被忽略的程度，则这些计算可以在傅立叶域中进行，允许更加快速的数字。
另一个实施例使用压缩传感来恢复矩阵x。如果场景在一些基础上(诸如用于自然图像的的小波变换W)预期为稀疏的，则可以使用以下方法论。我们可以通过找到z来恢复稀疏场景分量z，其中x＝Wz，该z最小化以下成本函数：1/2rTr+λf(z)，其中r是残差(y-AWz)，λ＞0为正则化参数(不同于(5)中，但是还依赖噪声)，并且f(z)是非稀疏z的惩罚函数。如果f(z)是z的凸函数(诸如L1范数)，则该最优化问题可以使用凸优化技术进行有效地求解。惩罚函数f(z)也可以采用其它形式，包括惩罚所重构的图像x中的总变化的项或其它现有场景知识。
压缩传感优于线性途径(诸如Tikhonov正则化)的一些主要优点是：前者允许更多关于所预期的场景结构的现有信息以帮助成形最终图像。进一步的，如果ATA没有满秩或不能测量场景的某些方面(例如，由于PSF的2D傅里叶变换的一些近零区域)，则有时使用压缩传感克服了给定关于所预期的图像的正确的现有信息的这些限制。
前述Tikhonov和压缩传感技术可以包括迭代方法来降低问题复杂性。例如，Richardson-Lucy去卷积可以迭代地近似Tikhonov正则化反演，并且迭代小波阈值处理可以是数值上有效的方式以收敛到压缩传感类方案。
在一些实施例中，传感器的目的不在于重构图像，而在于执行一些光学传感任务。在这种情况下，向量x可以表示所寻求的测量而非图像像素域，并且前向变换A可以被适当地修改。
图20描绘了根据一个实施例的用于形成图像传感器2000的光刻工艺。首先，在感兴趣的波长带上透明的材料的晶片2005使用掩模2010进行图案化，该掩模限定了什么将变为本文详述的类型的奇对称光栅表面的相对高的特征。接着，晶片2005的所暴露的表面被蚀刻以产生凹陷区域2015。然后，去除掩模2010。最后，现在包括光栅的晶片2005被结合到光电二极管阵列2025。光刻和晶片结合工艺均是本领域的技术人员所熟知的，因此省略详细的讨论。
虽然结合具体实施例已经对本发明进行了描述，但是也预见了其它实施例。例如，虽然先前详述的每个光栅可以与光电接收器连接使用以收集入射光，根据这些和其它实施例的光栅可以更一般地用于投影来自光电发射器的图像而非或附加于感测它们之外的成像设备中。其它变化对于本领域的技术人员是显而易见的。因此，所附权利要求的精神和范围不应局限于前面的描述。只有那些要求特别说明“用于......的装置”或“用于......的步骤”的权利要求应以35U.S.C.§112的第六段所要求的方式进行解释。

Claims (20)

1.一种传感设备，包括：
光电检测器阵列；和
透射相位光栅，所述透射相位光栅覆盖在所述光电检测器阵列上面并且限定横向平面，所述透射相位光栅包括：
设置在所述横向平面上的多个奇对称的边界，每个边界由对称地设置在那个边界的任一侧上的奇对称的、相邻的并且透明的第一特征和第二特征进行限定，以便对于入射到所述透射相位光栅并且正交于所述光栅的所述横向平面的感兴趣的波长带中的光，在位于那个边界下面的所述光电检测器阵列上的位置处，针对通过所述相邻的透明的第二特征的所述光，引起通过所述透明的第一特征的光的半波长偏移。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一特征中的每一个特征和所述第二特征中的每一个特征包括：
与所述边界相邻的第一段，所述第一段在垂直于所述边界的维度中具有第一宽度；以及
与所述第一段相邻并且与所述边界相对的第二段，所述第二段在所述维度中具有第二宽度、与所述第一宽度不同。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一特征的所述第一段和所述第二特征的所述第二段相对于所述第一特征的所述第二段和所述第二特征的所述第一段在所述感兴趣的波长带中引起二分之一波长加整数倍的波长的迟延。
4.根据权利要求3所述的设备，其中与所述第一特征的所述第二段和所述第二特征的所述第一段相比，所述相位光栅在所述第一特征的所述第一段和所述第二特征的所述第二段中更厚。
5.根据权利要求3所述的设备，其中所述第一宽度和所述第二宽度中的至少一个沿着所述奇对称的边界而变化。
6.根据权利要求1所述的传感设备，其中所述边界中的每个沿远离螺旋图案中心的方向延伸，并且其中与所述边界中的每一个相关联的所述第一特征和配对的第二特征相对于所述螺旋图案的所述中心附近的所述光电检测器阵列上的红色波长优先聚焦蓝色波长，并且相对于远离所述中心的所述光电检测器阵列上的蓝色波长优先聚焦红色波长。
7.根据权利要求1所述的传感设备，其中所述奇对称的边界是不连续的。
8.根据权利要求1所述的传感设备，其中从正交于所述横向平面的视角看，所述奇对称的边界以对称的二维形状进行布置。
9.根据权利要求8所述的传感设备，其中从正交于所述横向平面的所述视角看，所述二维形状为两侧对称的。
10.一种成像设备，包括：
光电元件阵列，所述光电元件阵列可操作以传送入射到所述光电元件阵列并且在感兴趣的波长带中具有平均波长的光线集合；以及
透射相位光栅，所述透射相位光栅限定与所述光电元件阵列相对的横向平面，所述相位光栅与所述阵列隔开并且具有：
沿所述横向平面中的相应的边界延伸的透明的第一相位光栅特征，每个透明的第一相位光栅特征包括与所述边界相邻并且在垂直于所述边界的维度中具有第一宽度并在所述横向平面内的透明的第一段，和与所述透明的第一段相邻的并且与所述边界相对的透明的第二段，所述透明的第二段在所述维度中具有与所述第一宽度不同的第二宽度；以及
沿所述边界的与所述透明的第一相位光栅特征相对的对称地设置的透明的第二相位光栅特征，每个透明的第二相位光栅特征包括与所述边界相邻并且在垂直于所述边界的所述维度中具有所述第一宽度并在所述平面内的透明的第三段，和与所述透明的第三段相邻的并且与所述边界相对的透明的第四段，所述透明的第四段在所述维度中具有所述第二宽度。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述第一相位光栅特征的所述第一段和所述第二相位光栅特征的所述第四段相对于所述第一相位光栅特征的所述第二段和所述第二相位光栅特征的所述第三段引起二分之一的所述平均波长加整数倍的所述平均波长的延迟。
12.根据权利要求11所述的设备，其中与所述第一相位光栅特征的所述第二段和所述第二相位光栅特征的所述第三段相比，所述相位光栅在所述第一相位光栅特征的所述第一段和所述第二相位光栅特征的所述第四段中更厚。
13.根据权利要求10所述的设备，其中所述第一宽度和所述第二宽度中的至少一个沿着所述边界而变化。
14.根据权利要求10所述的设备，其中所述边界中的每个在所述横向平面中沿远离螺旋图案中心的方向延伸，并且其中所关联的所述第一相位光栅特征和配对的第二相位光栅特征相对于所述螺旋图案的所述中心附近的所述光电元件上的红色波长优先聚焦蓝色波长，并且相对于远离所述中心的所述光电元件上的蓝色波长优先聚焦红色波长。
15.根据权利要求10所述的设备，其中所述边界是不连续的。
16.根据权利要求10所述的设备，其中从正交于所述横向平面的视角看，所述边界以对称的二维形状进行布置。
17.根据权利要求16所述的设备，其中从所述视角看，所述形状是径向对称的。
18.根据权利要求10所述的设备，其中所述光电元件为光电发射器。
19.根据权利要求10所述的设备，其中所述第一相位光栅特征和对应的所述第二相位光栅特征中的每个限定所述边界为具有奇对称的。
20.根据权利要求10所述的设备，其中所述边界引起入射到所述横向平面的光以在所述阵列上产生相消干涉图案和相长干涉图案。
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