KR20090012240A - 배열 이미징 시스템 및 관련 방법 - Google Patents

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미오드래그 세파노빅
사토루 타치하라
크리스토퍼 제이. 리넨
데니스 더블유 돕스
레지스 에스. 팬
케네스 에스. 쿠발라
파울로 이.엑스. 실베이라
조지 씨 4세 반즈
브라디스라브 5세 추마첸코
마크 에이. 멜로니
브라이언 티. 슈바르쯔
마이클 헵
케네스 애쉴리 매콘
존 제이. 메이더
고란 엠. 로커
그레고리 이. 존슨
로버트 에이치. 콜맥
잉가 타마요
도널드 콤즈
게리. 엘. 덕센
하워드 이. 로즈
제임스 히
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Abstract

배열 이미징 시스템은 공통 베이스를 이용하여 형성되는 검출기 어레이 및 제1 적층 광학 요소를 포함한다. 각 광학 요소는 상기 배열 이미징 시스템 내의 하나의 이미징 시스템을 형성하도록 상기 검출기 어레이 내의 검출기와 광학적으로 연결된다.
Figure P1020087028083
배열, 이미지, 시스템, 검출기, 어레이, 광학, 요소

Description

배열 이미징 시스템 및 관련 방법{ARRAYED IMAGING SYSTEMS AND ASSOCIATED METHODS}
<관련 출원들과의 교차 참조>
본 출원은 2006/04/17에 출원된 미국 임시 출원 번호 60/792,444, "IMAGING SYSTEM WITH NON-HOMOGENOUS WAVEFRONT CODING OPTICS"; 2006/05/18에 출원된 미국 임시 출원 번호 60/802,047, "IMPROVED WAFER-SCALE MINIATURE CAMERA SYSTEM"; 2006/06/16에 출원된 미국 임시 출원 번호 60,814,120, "IMPROVED WAFER-SCALE MINIATURE CAMERA SYSTEM"; 2006/07/21에 출원된 미국 임시 출원 번호 60/832,677, "IMPROVED WAFER-SCALE MINIATURE CAMERA SYSTEM"; 2006/10/10에 출원된 미국 임시 출원 번호 60,850,678, "FABRICATION OF A PLURALITY OF OPTICAL ELEMENTS ON A SUBSTRATE"; 2006/11/14에 출원된 미국 임시 출원 번호 60,865,736, "FABRICATION OF A PLURALITY OF OPTICAL ELEMENTS ON A SUBSTRATE"; 2006/12/26에 출원된 미국 임시 출원 번호 60,871,920, "FABRICATION OF A PLURALITY OF OPTICAL ELEMENTS ON A SUBSTRATE"; 2006/12/26에 출원된 미국 임시 출원 번호 60,871,917, "FABRICATION OF A PLURALITY OF OPTICAL ELEMENTS ON A SUBSTRATE"; 2006/08/10에 출원된 미국 임시 출원 번호 60,836,739, "ELECTROMAGETIC ENERGY DETECTION SYSTEM INCLUDING BURIED OPTICS"; 2006/08/24에 출원된 미국 임시 출원 번호 60,839,833, "ELECTROMAGETIC ENERGY DETECTION SYSTEM INCLUDING BURIED OPTICS"; 2006/10/10에 출원된 미국 임시 출원 번호 60,850,429, "ELECTROMAGETIC ENERGY DETECTION SYSTEM INCLUDING BURIED OPTICS"를 우선권으로 주장한다. 상기 모든 출원들은 여기서 참조문헌으로 반영된다.
종래 이미징 시스템의 웨이퍼 규모 어레이(wafer-scale arrays)는 수직(즉, 광축을 따라) 통합 능력(vertical integration capability)과 병렬 조립(parallel assembly)에 이점이 있다. 도 154는 여러 광학 요소(optical elements)들이, 8인치나 12인치의 공통 베이스(common base)(예를 들면, 실리콘 웨이퍼 또는 유리 기판)와 같은, 공통 베이스(5004) 위에 배열된 광학 요소(5002)의 종래 어레이(5000)의 예를 보여준다. 광학 요소(5002)의 각 패어링(pairing) 및 공통 베이스(5004)의 그와 관련된 부분은 이미징 시스템(5005)으로 언급될 수 있다.
리소그래피 공정(lithographic method), 복제 공정(replication method), 성형 공정(molding method)과 엠보싱 공정(embossing method)을 포함하여 많은 제작 공정(fabrication method)들이 광학 요소 어레이의 생산에 사용될 수 있다. 리소그래피 공정은, 예를 들면, 감광성 레지스트로 짝지어진, 패턴화된(무늬를 넣은) 전자기 에너지 차단 마스크의 사용을 포함한다. 전자기 에너지에 노출(exposure)된 다음에, 레지스트의 마스크되지 않은 영역은 현상액(develop solution)을 사용하여 화학적으로 용해시킴으로써 세척된다. 남아있는 레지스트 구조는, 구조가 부드럽고, 연속적이며 구면 및/또는 비구면 표면을 형성하도록, 식각 공정(etch process) 에 의해 밑에 놓인(underlying) 공통 베이스로 옮겨지고, 열적으로 200℃까지 녹여진("환류된(reflown)") 채로 남겨질 수 있다. 남아있는 레지스트는, 환류 전이나 환류 후에, 밑에 놓인 공통 베이스로 식각될 수 있는 특징의 규정을 위한 에칭 마스크로서 이용될 수 있다. 더욱이, 식각 선택비(etch selectivity)(즉, 공동 베이스 식각 비율에 대한 레지스트 식각비율의 비)는, 렌즈나 프리즘과 같은 특징들의 표면 형태의 제어에 있어서 추가적인 유연성을 허용한다.
광학 요소(5002)의 웨이퍼 규모 어레이(500)는, 일단 생성되면, 도 155에 도시된 바와 같이, 배열 이미징 시스템(5006)을 형성하도록 부가적인 배열에 결합되고, 정렬될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 광학 요소(5002)는 공통 베이스(5004)의 양쪽 면 모두에 형성될 수 있다. 공통 베이스(5004)는 직접적으로 함께 결합되거나, 스페이서(spacer)가 그 사이에 공간을 가지는 공통 베이스(5004)를 결합시키는데 사용될 수 있다. 결과로서 생기는 배열 이미징 시스템(5006)은, 이미징 시스템의 초점면(focal plane)에 있는 CMOS(complementary-metal-oxide-semiconductor) 이미지 검출기와 같은, 고체 상태 이미지 검출기(5008)의 배열을 포함할 수 있다. 일단 웨이퍼 규모의 조립이 완료되면, 배열 이미징 시스템은 복수의 이미징 시스템으로 분리될 수 있다.
종래 웨이퍼 규모 이미징 시스템 통합의 주요한 단점은 병렬 조립과 관련된 정밀도(precision)가 부족하다는 것이다. 예를 들면, 공통 베이스 내부의 두께가 일정하지 않고, 광축에 관한 광학 요소의 규칙적인 부정렬(misalignment)로 인한 광학 요소 내의 수직 방향의 이미지 조정(vertical offset)은 배열 전체에 걸쳐 하 나 이상의 이미징 시스템의 통일성을 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 종래 기술에 따른 광학 요소의 웨이퍼 규모 어레이는, 공통 베이스 위에 있는 몇몇 광학 요소들을 동시에 찍어내거나(stamp out) 성형하기 위하여, 배열 내의 하나 혹은 몇몇 광학 요소를 동시에 규정하기 위한 특징을 포함하는, 부분 제작 마스터(fabrication master)를 사용함으로써 일반적으로 생성된다. 결과적으로, 종래 기술에 따른 광학 요소의 웨이퍼 규모 어레이의 제작 정밀도는 공통 베이스와 관련된 부분 제작 마스터를 움직이는 기계적 시스템의 정밀도에 의해 제한된다. 즉, 현재 사용되는 기술들이 여러 미세한(micron) 기계적 허용오차(mechanical tolerance)에서 정렬될 수 있게 하는 반면에, 그것들은 정밀한 이미징 시스템의 제조에 필요한 광학 허용오차(즉, 관심 있는 전자기 에너지의 파장의 순서에)정렬 정확성(optical tolerance alignment accuracy)을 제공하지 않는다. 현재 사용되는 웨이퍼 규모 이미징 시스템 통합의 또 다른 중요한 단점은 종래 시스템에 사용되는 광학 재료들이 환류 공정 온도를 견딜 수 없다는 것이다.
제한되지는 않지만, CMOS 검출기와 같은 검출기들은 검출기 내의 각 검출기 픽셀의 수광면적 효율(fill factor)과 검출 감도를 증가시키기 위한 렌즈렛(lenslet: 소형 렌즈) 어레이를 사용함으로써 이득을 볼 수 있다. 더욱이, 검출기들은 예를 들면, 다른 색상들의 검출과 적외선 전자기 에너지의 차단과 같은 다양한 사용을 위해 부가적인 필터들을 필요로 할 수 있다. 전술한 작업들은 기존의 검출기들에 광학 요소(예를 들면, 렌즈렛과 필터)를 추가하는 것을 필요로 한다. 그것은 종래 기술을 사용함에 있어서의 단점에 해당한다.
검출기들은 일반적으로 리소그래피 공정을 사용하여 제작되며, 따라서 리소그랙 공정에 접합한 재료들을 포함한다. 예를 들면, CMOS 검출기들은 현재 CMOS 공정 및 결정 실리콘, 질화 실리콘, 이산화 실리콘과 같은 그와 양립할 수 있는 재료를 사용하여 제작된다. 그러나, 종래 기술을 이용하는, 검출기에 부가되는 광학 요소들은 보통 검출기로부터 분리되어, 아마 다른 시설에서, 제작되며, 일정한 CMOS 제작 공정(예를 들면, 유기 염료가 색상 필터에 사용될 수 있고, 유기 고분자가 렌즈렛에 사용될 수 있는 반면에, 이러한 재료들은 일반적으로 CMOS 제작 공정에 양립가능하지 않은 것으로 고려된다.)에 양립할 수 있는 재료들을 반드시 사용해야 하는 것은 아니다. 이러한 별도의 제작 및 취급 단계는 결과적으로 전체 비용의 증가로 이어지며, 검출기 제작의 전체적인 수율을 감소시킬 수 있다. 이 안에 개시된 시스템, 방법, 공정 및 응용은 종래 웨이퍼 규모 이미징 시스템 통합과 검출기 설계 및 제작과 관련된 불편들을 극복하기 위한 것이다.
일 실시예로서, 배열 이미징 시스템이 제공된다. 검출기 어레이는 공통 베이스를 이용하여 형성된다. 상기 배열 이미징 시스템은 각 적층 광학 요소가 상기 검출기 어레이 내의 검출기와 광학적으로 연결되어 있는 제1 적층 광학 요소 어레이를 포함한다.
일 실시예로서, 각각의 복수의 이미징 시스템이 검출기를 갖는 복수의 이미징 시스템을 형성하는 방법은, 상기 복수의 이미징 시스템 각각에 대하여, 그것의 검출기와 광학적으로 연결된 적어도 한 세트의 적층 광학 요소를 형성함으로써 공통 베이스를 갖는 배열 이미징 시스템을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 형성 단계는 하나 이상의 제작 마스터의 순차적인 적용을 포함한다.
일 실시예로서, 공통 베이스와 적어도 하나의 검출기를 갖는 배열 이미징 시스템을 형성하는 방법은 적어도 하나의 적층 광학 요소가 상기 검출기와 광학적으로 연결되어 있는 적층 광학 요소 어레이를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 형성 단계는 상기 배열 이미징 시스템이 복수의 이미징 시스템으로 분리될 수 있도록 하나 이상의 제작 마스터를 순차적으로 적용하는 것을 포함한다.
일 실시예로서, 공통 베이스를 갖는 배열 이미징 광학계를 형성하는 방법은 상기 공통 베이스에 정렬된 하나 이상의 제작 마스터를 순차적으로 적용함으로써 복수의 적층 광학 요소 어레이를 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 양쪽 모두 검출기 서브시스템과 연결된, 적어도 하나의 광학계 서브시스템과 이미지 처리기 서브시스템을 포함하는 배열 이미징 시스템 제조방법이 제공된다. (a) 광학계 서브시스템 설계, 검출기 서브시스템 설계 및 이미지 처리기 서브시스템 설계를 포함하는, 초기 배열 이미징 시스템 설계를 산출(産出)하는 단계; (b) 상기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나가 미리 정해진 파라미터들 내에 합치하는지를 판정하기 위하여 상기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나를 테스트하는 단계; (c) 일련의 잠재 파라미터 변경을 이용하여 상기 초기 배열 이미징 시스템 설계를 수정하는 단계; (d) 상기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나가 상기 미리 정해진 파라미터들 내에 합치할 때까지 상기 단계 (b)와 (c)를 반복하여, 수정된 배열 이미징 시스템 설계를 산출하는 단계; (e) 상기 수정된 배열 이미징 시스템 설계에 따라 상기 광학, 검출기 및 이미지 처리기 서브시스템들을 제작하는 단계; 및 (f) 단계 (e)에서 제작된 상기 서브시스템들로부터 상기 배열 이미징 시스템을 만드는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 소프트웨어 제품은 컴퓨터로 읽을 수 있는 미디어에 저장된 명령들을 포함한다. 상기 명령들은 컴퓨터에 의해 실행될 때 배열 이미징 시스템 설계를 산출(産出)하며, 상기 명령들은, (a) 광학계 서브시스템 설계, 검출기 서브시스템 설계 및 이미지 처리기 서브시스템 설계를 포함하여, 상기 배열 이미징 시스템 설계를 산출하기 위한 명령; (b) 상기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나가 미리 정해진 파라미터 내에 합치하는지를 판정하기 위하여 상기 광학, 검출기 및 이미지 처리기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나를 테스트하기 위한 명령; 만일, 상기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나가 상기 미리 정해진 파라미터 내에 합치하지 않으면, (c) 일련의 파라미터 변경을 이용하여, 상기 배열 이미징 시스템 설계를 수정하기 위한 명령; 및 (d) 상기 배열 이미징 시스템 설계를 산출하기 위하여 상기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나가 상기 미리 정해진 파라미터 내에 합치할 때까지 (b) 및 (c)를 반복하기 위한 명령을 포함한다.
일 실시예로서, 다지수(multi-index) 광학 요소는 복수의 체적측정(volumetric) 영역들로 나누어지는 단일체(monolithic) 광학 재료를 포함하며, 상기 복수의 체적측정 영역들의 각각은 정해진 굴절률을 갖고, 상기 복수의 체적측정 영역들 중의 적어도 두 개는 서로 다른 굴절률을 가지며, 상기 복수의 체적측정 영역들은 상기 단일체 광학 재료를 통하여 전달된 전자기 에너지의 위상을 미리 정해진 대로 변경하도록 구성되어 있다.
일 실시예로서, 이미징 시스템은 광학 이미지를 형성하기 위한 광학계; 상기 이미지를 전자 데이터로 변환하기 위한 검출기; 및 상기 전자 데이터를 처리하여 출력을 산출(産出)하는 처리기를 포함하며, 상기 광학계는 복수의 체적측정 영역들을 갖는 다지수 광학 요소를 포함하고, 상기 복수의 체적측정 영역들의 각각은 정해진 굴절률을 가지며, 상기 복수의 체적측정 영역들 중의 적어도 두 개는 서로 다른 굴절률을 갖고, 상기 복수의 체적측정 영역들은 그것을 통하여 전달된 전자기 에너지의 위상을 미리 정해진 대로 변경하도록 구성된다.
일 실시예로서, 다지수 광학 요소를 제조하는 방법은 (i)복수의 체적측정 영역들의 각 영역이 정해진 굴절률을 갖고, (ii)상기 체적측정 영역들 중의 적어도 두 개가 서로 다른 굴절률을 가지며, 상기 복수의 체적측정 영역들이 그것을 통해 전달된 전자기 에너지의 위상을 미리 정해진 대로 변경하도록, 상기 복수의 체적측정 영역들을 단일체 광학 재료 내에 형성한다.
일 실시예로서, 이미지를 형성하는 방법은, 각 체적측정 영역이 정해진 굴절률을 갖고, 체적측정 영역들 중의 적어도 두 개는 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 체적측정 영역을 갖는 단일체 광학 재료를 통하여 전자기 에너지를 전달함으로써 광학 이미지에 기여하는 전자기 에너지의 위상을 미리 정해진 대로 변경하는 단계; 상기 광학 이미지를 전자 데이터로 변환하는 단계; 및 상기 전자 데이터를 처리하여 상기 이미지를 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 배열 이미징 시스템은 공통 베이스를 이용하여 형성되는 검출기 어레이; 및 배열 이미징 시스템을 형성하도록 각 적층 광학 요소가 상기 검출기 어레이 내의 적어도 하나의 검출기와 광학적으로 연결되어 있는 적층 광학 요소 어레이를 가지며, 각 이미징 시스템은 상기 검출기 어레이 내의 적어도 하나의 검출기와 광학적으로 연결된 적어도 하나의 적층 광학 요소를 포함한다.
일 실시예로서, 복수의 이미징 시스템 형성방법은, 각 광학 요소가, 공통 베이스를 갖는 검출기 어레이 내의 적어도 하나의 검출기와 광학적으로 연결되어 있는 제1 광학 요소 어레이를 형성하는 단계; 각 적층 광학 요소가 상기 검출기 어레이 내의 검출기들 중의 하나와 광학적으로 연결되어 있는 적층 광학 요소 어레이를 집합적으로 형성하도록 상기 제1 광학 요소 어레이와 광학적으로 연결된 제2 광학 요소 어레이를 형성하는 단계; 및 상기 검출기 어레이와 상기 적층 광학 요소 어레이를, 각 이미징 시스템이 적어도 하나의 검출기와 연결된 적어도 하나의 적층 광학 요소를 포함하는 복수의 이미징 시스템으로 분리하는 단계를 포함하며, 상기 제1 광학 요소 어레이를 형성하는 단계는 상기 제1 광학 요소 어레이와 상기 검출기 어레이 사이에 평면 경계면을 구성하는 단계를 포함하여 제공된다.
일 실시예로서, 배열 이미징 시스템은, 공통 베이스 상에 형성된 검출기 어레이; 복수의 광학 요소 어레이; 및 상기 복수의 광학 요소 어레이를 분리하는 복수의 산적(散積) 재료 층을 포함하며, 상기 복수의 광학 요소 어레이와 상기 복수의 산적 재료 층은 협력하여 하나의 광학계 어레이를 형성하고, 상기 각 광학계 중의 하나는 상기 배열 이미징 시스템을 형성하도록 상기 검출기 어레이의 검출기들 중의 적어도 하나와 광학적으로 연결되고, 상기 각 이미징 시스템은 상기 검출기 어레이 내의 검출기들 중의 적어도 하나와 광학적으로 연결되는 적어도 하나의 광학계를 포함하며, 상기 복수의 산적 재료 층의 각 재료 층은 인접한 광학 요소 어레이들 사이에서 거리를 한정한다.
일 실시예로서, 광학 요소용 템플릿 어레이 제조방법은 느린 공구 서보 접근, 빠른 공구 서보 접근, 다축 밀링 접근 및 다축 그라인딩 접근 중의 적어도 하나를 이용하여 상기 템플릿 어레이를 제작함으로써 제공된다.
일 실시예로서, 그것에 관하여 규정된 광학 요소용 템플릿 어레이를 포함하는 제작 마스터의 제조방법은 상기 템플릿 어레이를 직접 제작함으로써 제공된다.
일 실시예로서, 광학 요소 어레이 제조방법은, 느린 공구 서보 접근, 빠른 공구 서보 접근, 다축 밀링 접근 및 다축 그라인딩 접근 중에서 선택된 적어도 하나를 이용하여 상기 광학 요소 어레이를 직접 제작함으로써 제공된다.
일 실시예로서, 광학 요소 어레이 제조방법은 직접 조립에 의해 상기 광학 요소 어레이를 형성함으로써 제공된다.
일 실시예로서, 복수의 광학 요소의 형성에 사용되는 제작 마스터의 제조방법은 상기 복수의 광학 요소를 형성하기 위한 특징들을 포함하는 제1 표면을 결정하는 단계; (a) 상기 제1 표면과 (b)상기 제작 마스터의 재료 특성에 관한 함수에 따라 제2 표면을 결정하는 단계; 및 상기 제작 마스터로 상기 제1 표면을 형성하기 위하여 상기 제2 표면에 기초하여 제작 루틴을 수행하는 단계를 포함하여 제공된다.
일 실시예로서, 복수의 광학 요소를 형성하는데 사용하기 위한 제작 마스터의 제조방법은 복수의 제1 표면 특징을 제1 공구를 사용하여 상기 제작 마스터 상에 형성하는 단계; 및 복수의 제2 표면 특징을 제2 공구를 사용하여 상기 제작 마스터 상에 형성하는 단계를 포함하여 제공되며, 상기 제2 표면 특징은 상기 제1 표면 특징과 다르고, 상기 제1 및 제2 표면 특징의 조합은 복수의 광학 요소를 형성하도록 구성된다.
일 실시예로서, 복수의 광학 요소를 형성하는데 사용하기 위한 제작 마스터의 제조방법은 각 제1 특징이 상기 복수의 광학 요소들 중의 하나를 형성하는 제2 특징과 비슷한 복수의 제1 특징을 상기 제작 마스터 상에 형성하는 단계; 및 상기 제2 특징을 형성하기 위하여 상기 복수의 제1 특징을 매끄럽게 하는 단계를 포함하여 제공된다.
일 실시예로서, 복수의 광학 요소를 형성하는데 사용하기 위한 제작 마스터의 제조방법은 상기 복수의 광학 요소가 적어도 두 개의 다른 형태의 광학 요소를 포함하도록 한정하고, 상기 복수의 광학 요소를 형성하기 위해 구성된 특징들을 상기 제작 마스터의 표면 상에 직접 제작함으로써 제공된다.
일 실시예로서, 광학 요소들을 형성하기 위한 복수의 특징을 포함하는 제작 마스터를 광학 요소와 함께 제조하기 위한 방법은 상기 복수의 특징이 비구면 표면을 갖는 적어도 하나의 형태의 광학 요소를 포함하도록 한정하는 단계; 및 상기 특징들을 상기 제작 마스터의 표면 상에 직접 제작하는 단계를 포함하여 제공된다.
일 실시예로서, 광학 요소들을 형성하기 위한 복수의 특징을 포함하는 제작 마스터를 광학 요소와 함께 제조하기 위한 방법은 상기 특징들의 제1 부분을 상기 제작 마스터의 표면 상에 형성하기 위한 제1 제작 루틴을 규정하는 단계; 상기 제1 제작 루틴을 이용하여 상기 특징들 중의 적어도 하나를 상기 표면상에 직접 제작하는 단계; 상기 특징들 중의 적어도 하나의 표면 특성을 측정하는 단계; 상기 특징들의 제2 부분을 상기 제작 마스터의 표면 상에 형성하기 위한 제2 제작 루틴을 규정하는 단계; 및 상기 제2 제작 루틴을 이용하여 상기 특징들 중의 적어도 하나를 상기 표면상에 직접 제작하는 단계를 포함하며, 상기 제2 제작 루틴은 상기 측정된 표면 특성에 따라 적어도 하나의 양상 (aspect)으로 조정된 상기 제1 제작 루틴을 포함하여 제공된다.
일 실시예로서, 복수의 광학 요소를 형성하기 위한 제작 마스터를 광학 요소와 함께 제조하기 위한 기계장치가 제공된다. 상기 기계장치는 상기 제작 마스터를 지지하기 위한 축(spindle) 및 상기 복수의 광학 요소를 상기 제작 마스터의 표면 상에 형성하기 위한 특징들을 제작하는 기계 공구를 지지하기 위한 공구 홀더를 포함하고, 상기 표면의 특성을 측정하기 위해 상기 축 및 상기 공구 홀더와 협력하도록 구성된 계측(metrology) 시스템을 더 포함한다.
일 실시예로서, 복수의 광학 요소를 형성하기 위한 제작 마스터를 광학 요소와 함께 제조하기 위한 방법은 상기 복수의 광학 요소를 형성하기 위한 특징들을 상기 제작 마스터의 표면 상에 직접 제작하는 단계; 및 적어도 하나의 정렬 특징을 상기 표면 상에 직접 제작하는 단계를 포함하여 제공되며, 상기 정렬 특징은 개별 물체에 대해 상응하는 정렬 특징과 협력하여 상기 표면과 상기 개별 물체 사이의 이격 거리를 규정하도록 구성된다.
일 실시예로서, 광학 요소 어레이를 형성하기 위한 제작 마스터를 광학 요소 어레이와 함께 제조하기 위한 방법은 상기 광학 요소 어레이를 형성하기 위한 특징들을 기판의 표면 상에 직접 제작하고, 적어도 하나의 정렬 특징을 상기 표면 상에 직접 제작함으로써 제공된다. 상기 정렬 특징은 개별 물체에 대해 상응하는 정렬 특징과 협력하여 상기 표면과 상기 개별 물체 사이에서 병진(竝進), 회전 및 분리 중의 적어도 하나를 표시하도록 구성된다.
일 실시예로서, 다축 공작 기계(machine tool)를 이용하여 광학 요소 어레이용 제작 마스터를 형성하기 위한 기판을 개조하기 위한 방법은 상기 기판을 기판 홀더에 장착하고, 예비 기계 가공 동작을 상기 기판상에서 수행하며, 상기 기판의 표면 상에 상기 광학 요소 어레이를 형성하기 위한 특징들을 직접 제작하고, 상기 기판의 표면 상에 적어도 하나의 정렬 특징을 직접 제작함으로써 제공된다. 상기 기판은 상기 수행 및 직접 제작하는 단계 동안에 상기 기판 홀더에 장착된 상태로 유지된다.
일 실시예로서, 적층 광학 요소 어레이 제조방법은, 제1 제작 마스터를 이용하여 공통 베이스 상에 제1 광학 요소층을 형성하는 단계; 및 제2 제작 마스터를 이용하여 상기 공통 베이스 상에 상기 적층 광학 요소 어레이를 형성하기 위하여 상기 제1 광학 요소층에 인접한 제2 광학 요소층을 형성하는 단계를 포함하여 제공된다. 상기 제1 제작 마스터는 그 위에 형성된 상기 제1 광학 요소층의 네거티브 (negative)를 포함하는 제1 마스터 기판을 갖고, 상기 제2 제작 마스터는 그 위에 형성된 상기 제2 광학 요소층의 네거티브를 포함하는 제2 마스터 기판을 갖는다.
일 실시예로서, 제작 마스터는, 성형가능한 재료를 복수의 광학 요소를 규정하는 미리 정해진 형상으로 성형하기 위한 장치; 및 상기 성형 장치가 2파장 이하의 오차를 갖는 반복가능성 및 정밀도로 상기 공통 베이스와 정렬될 수 있도록, 상기 제작 마스터가 공통 베이스와 조합하여 사용될 때 공통 베이스에 대하여 미리 설정된 방향으로 상기 성형 장치를 정렬하기 위한 장치를 갖는다.
일 실시예로서, 배열 이미징 시스템은, 제1면 및 제1면으로부터 멀리 떨어진 제2면을 갖는 공통 베이스; 상기 공통 베이스의 상기 제1면 상에 일직선으로 구성되고 배치된 복수의 제1 광학 요소를 포함한다.
일 실시예로서, 배열 이미징 시스템은, 제1 공통 베이스; 복수의 제1 광학 요소; 상기 제1 공통 베이스에 부착되는 제1 표면을 갖고, 상기 제1 표면으로부터 떨어져 있는 제2 표면을 제공하며, 그 홀을 통해 상기 복수의 제1 광학 요소와 일직선으로 배치된, 그리고 그 홀을 통해 전자기 에너지를 전달하기 위한 복수의 홀을 형성하는 스페이서; 상기 복수의 제1 광학 요소와 일직선으로 정렬된 각각의 간격(gap)을 한정하기 위하여 상기 제2 표면에 부착되는 제2 공통 베이스; 상기 적어도 하나의 간격에 위치되는 이동가능한 광학계; 및 상기 이동가능한 광학계를 이동시키기 위한 장치를 포함한다.
일 실시예로서, 공통 베이스 상에 적층된 광학 요소 어레이를 제조하기 위한 방법은 (a) 상기 적층된 광학 요소 어레이를 놓기 위한 상기 공통 베이스를 준비하는 단계; (b) 제1 제작 마스터와 상기 공통 베이스 사이에 적어도 2파장의 정밀 정렬이 존재하도록 상기 공통 베이스와 상기 제1 제작 마스터를 설치하는 단계; (c) 제1 성형가능한 재료를 상기 제1 제작 마스터와 상기 공통 베이스 사이에 두는 단계; (d) 상기 제1 제작 마스터와 상기 공통 베이스를 정렬하여 맞물리게 함으로써 상기 제1 성형가능한 재료를 모양짓는 단계; (e) 상기 제1 성형가능한 재료를 경화시켜 상기 공통 베이스 상에 제1 광학 요소층을 형성하는 단계; (f) 상기 제1 제작 마스터를 제2 제작 마스터와 교체하는 단계; (g) 제2 성형가능한 재료를 상기 제2 제작 마스터와 상기 제1 광학 요소층 사이에 두는 단계; (h) 상기 제2 제작 마스터와 상기 공통 베이스를 정렬하여 맞물리게 함으로써 상기 제2 성형가능한 재료를 모양짓는 단계; 및 (i) 상기 제2 성형가능한 재료를 경화시켜 상기 공통 베이스 상에 제2 광학 요소층을 형성하는 단계를 포함하여 제공된다.
일 실시예로서, 일련의 프로세스에 의해 형성되는 검출기 픽셀을 제조하는 방법은 상기 일련의 프로세스 중의 적어도 하나를 이용하여 적어도 하나의 광학 요소를 상기 검출기 픽셀 내에 형성함으로써 제공된다. 상기 광학 요소는 하나의 파장 범위를 넘어 전자기 에너지에 영향을 미치도록 구성된다.
일 실시예로서, 전자기 에너지 검출 시스템은 복수의 검출기 픽셀을 포함하는 검출기; 및 상기 복수의 검출기 픽셀 중의 적어도 하나와 일체로 형성되는 광학 요소를 포함하며, 상기 광학 요소는 하나의 파장 범위를 넘어 전자기 에너지에 영향을 미치도록 구성된다.
일 실시예로서, 그 위에 입사되는 파장 범위를 넘어 전자기 에너지를 검출하기 위한 전자기 에너지 검출 시스템은, 검출기 픽셀이 적어도 하나의 전자기 에너지 검출 영역을 포함하는 복수의 검출기 픽셀을 포함하는 검출기; 및 상기 적어도 하나의 검출기 픽셀의 상기 전자기 에너지 검출 영역 위에 상기 파장 범위를 넘어 전자기 에너지를 선택적으로 다시 보내도록 상기 복수의 검출기 픽셀 중의 적어도 하나의 내부에 매립된 적어도 하나의 광학 요소를 포함한다.
일 실시예로서, 전자기 에너지 검출기는 상기 검출기와 일체로 형성되고, 파장 범위를 넘어 그위에 입사되는 전자기 에너지를 재분배하기 위한 복수의 반파장 특징을 포함하는 구조를 포함하여 제공된다.
일 실시예로서, 전자기 에너지 검출기는 대역통과 필터링, 가장자리 필터링, 색상 필터링, 고역통과 필터링, 저역통과 필터링, 반사 방지, 노치(notch) 필터링 및 차단(blocking) 필터링 중의 적어도 하나를 제공하기 위하여 검출기와 일체로 형성되는 박막 필터를 포함하여 제공된다.
일 실시예로서, 일련의 프로세스에 의해 전자기 에너지 검출기를 형성하기 위한 방법은 상기 프로세스 중의 적어도 하나를 이용하여 상기 검출기 내에 박막 필터를 형성하고, 상기 박막 필터가 대역통과 필터링, 가장자리 필터링, 색상 필터링, 고역통과 필터링, 저역통과 필터링, 반사 방지, 노치(notch) 필터링, 차단(blocking) 필터링 및 주광선 각도 보정 중에서 선택된 적어도 하나를 수행하도록 구성함으로써 제공된다.
일 실시예로서, 그 내부에 형성된 광검출 영역을 갖는 적어도 하나의 검출기 픽셀을 포함하는 전자기 에너지 검출기는 그 위에 입사되는 전자기 에너지의 적어도 일부를 상기 광검출 영역 쪽으로 재분배하기 위하여, 상기 검출기 픽셀의 입사(入射) 눈동자(entrance pupil)에 상기 검출기 픽셀과 일체로 형성되는 주광선 각도 보정기를 포함하여 제공된다.
일 실시예로서, 전자기 에너지 검출 시스템은 복수의 검출기 픽셀; 및 상기 검출기들 중의 적어도 하나와 일체로 형성되고, 대역통과 필터링, 가장자리 필터링, 색상 필터링, 고역통과 필터링, 저역통과 필터링, 반사 방지, 노치(notch) 필터링, 차단 필터링 및 주광선 각도 보정 중에서 선택된 적어도 하나용으로 구성된다.
일 실시예로서, 전자기 에너지 검출 시스템은 복수의 검출기 픽셀을 포함하며, 상기 복수의 검출기 픽셀의 각각은 광검출 영역 및 상기 검출기 픽셀의 입사 눈동자(entrance pupil)에 상기 검출기 픽셀과 일체로 형성되는 주광선 각도 보정기를 포함하고, 상기 주광선 각도 보정기는 그위에 입사되는 전자기 에너지의 적어도 일부를 상기 검출기 픽셀의 광검출 영역 쪽으로 보내도록 구성된다.
일 실시예로서, 적어도 제1 및 제2 필터 설계들을 동시에 산출하기 위한 방법으로서, 상기 제1 및 제2 필터 설계들의 각각은 복수의 박막층을 규정하고, 상기 방법은, a) 상기 제1 필터 설계에 대한 제1 세트의 필요 조건 및 상기 제2 필터 설계에 대한 제2 세트의 필요 조건을 규정하는 단계; b) 상기 제1 필터 설계에 대한 제1 비구속성 설계 및 상기 제2 필터 설계에 대한 제2 비구속성 설계를 산출하기 위하여, 상기 제1 및 제2 세트의 필요 조건들에 따라 상기 제1 및 제2 필터 설계들의 각각에 있어서 상기 박막층들을 특징짓는 적어도 하나의 선택된 파라미터를 최적화하는 단계; c) 제1 세트의 짝지워진 층들이 아닌 층들은 짝이 없는 층들인 상기 제1 세트의 짝지워진 층들을 규정하기 위하여, 상기 제1 필터 설계에서의 상기 박막층들 중의 하나를 상기 제2 필터 설계에서의 상기 박막층들 중의 하나와 짝을 지우는 단계; d) 상기 제1 세트의 짝지워진 층들로부터 선택된 파라미터를 제1 공통값으로 설정하는 단계; 및 e) 상기 제1 필터 설계에 대해 제1의 부분적으로 구속된 설계 및 상기 제2 필터 설계에 대해 제2의 부분적으로 구속된 설계를 산출하기 위하여, 상기 제1 및 제2 필터 설계들에서의 상기 짝이 없는 층들 중에서 선택된 파라미터를 다시 최적화하는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2의 부분적으로 구속된 설계들은 상기 제1 및 제2 세트의 필요 조건들의 적어도 일부를 각각 충족시킨다.
일 실시예로서, 적어도 제1 및 제2 검출기 픽셀을 포함하는 전자기 에너지 검출기를 형성하기 위한 방법은 제1 및 제2 박막 필터가 적어도 공통 층을 공유하도록, 상기 제1 검출기 픽셀을 갖는 상기 제1 박막 필터와 상기 제2 검출기 픽셀을 갖는 상기 제2 박막 필터를 일체로 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 적어도 제1 및 제2 검출기 픽셀을 포함하는 전자기 에너지 검출기는 상기 제1 및 제2 검출기 픽셀과 각각 일체로 형성되는 제1 및 제2 박막 필터를 포함하며, 상기 제1 및 제2 박막 필터는 그 위에 입사되는 전자기 에너지를 변경하도록 구성되고, 적어도 하나의 층을 공통으로 공유한다.
일 실시예로서, 복수의 검출기 픽셀을 포함하는 전자기 에너지 검출기는 상기 검출기 픽셀들 중에서 선택된 적어도 하나와 일체로 형성되는 전자기 에너지 변경 요소를 포함하며, 상기 전자기 에너지 변경 요소는 그위에 입사되는 전자기 에너지의 적어도 일부를 상기 선택된 검출기 픽셀의 범위내로 보내도록 구성되고, 상기 전자기 에너지 변경 요소는 상기 검출기를 형성하기 위해 사용되는 프로세스와 양립할 수 있는 재료로 구성된다.
일 실시예로서, 한 세트의 프로세스에 의해 전자기 에너지 검출기를 형성하기 위한 방법에서 상기 전자기 에너지 검출기는 복수의 검출기 픽셀을 포함하고, 상기 방법은, 그위에 입사되는 전자기 에너지의 적어도 일부를 상기 선택된 검출기 픽셀의 범위내로 보내도록 구성되는 적어도 하나의 전자기 에너지 변경 요소를 상기 검출기 픽셀들 중에서 선택된 적어도 하나와 그리고 상기 프로세스 세트 중의 적어도 하나에 의해 일체로 형성하는 단계를 포함하며, 상기 일체로 형성하는 단계는, 제1층을 침전하는 단계; 상기 제1층 내에 실제로 평면으로 특징지워지는 적어도 하나의 완화 영역을 형성하는 단계; 그 제1층이 적어도 하나의 비평면 특징을 갖도록 상기 완화 영역의 상부에 제1층을 침전하는 단계; 그 제2층이 적어도 부분적으로 상기 비평면 특징이 되도록 상기 제1층의 상부에 제2층을 침전하는 단계; 및 상기 전자기 에너지 변경 요소를 형성하면서, 상기 제1층의 상기 비평면 특징을 채우는 상기 제2층의 일부를 남겨 놓도록 상기 제2층을 평탄화하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 한 세트의 프로세스에 의해 전자기 에너지 검출기를 형성하기 위한 방법에서 상기 검출기는 복수의 검출기 픽셀을 포함하고, 상기 방법은, 그위에 입사되는 전자기 에너지의 적어도 일부를 상기 선택된 검출기 픽셀의 범위내로 보내도록 구성되는 적어도 하나의 전자기 에너지 변경 요소를 상기 복수의 검출기 픽셀들 중의 적어도 하나와 그리고 상기 프로세스 세트 중의 적어도 하나에 의해 일체로 형성하는 단계를 포함하며, 상기 일체로 형성하는 단계는, 제1층을 침전하는 단계; 상기 제1층 내에 실제로 평면으로 특징지워지는 적어도 하나의 돌출부를 형성하는 단계; 및 그 제1층이 적어도 하나의 비평면 특징을 상기 전자기 에너지 변경 요소로 규정하도록 상기 평면 특징의 상부에 제1층을 침전하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 전자기 에너지 검출기를 설계하기 위한 방법은, 복수의 입력 파라미터를 특정화하는 단계; 및 상기 입력 전자기 에너지를 상기 검출기의 범위 내로 보내기 위하여, 상기 복수의 입력 파라미터에 근거하여, 반파장 구조의 기하하적 배열을 산출하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 배열 이미징 시스템을 제작하기 위한 방법은 적층 광학 요소 어레이를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 적층 광학 요소들의 각 광학 요소는 배열 이미징 시스템을 형성하도록 공통 베이스를 이용하여 형성된 검출기 어레이 내의 적어도 하나의 검출기와 광학적으로 연결되고, 상기 적층 광학 요소 어레이를 형성하는 단계는, 제1 제작 마스터를 이용하여 제1 광학 요소 층을 상기 검출기 어레이 상에 형성하는 단계; 제2 제작 마스터를 이용하여 상기 제1 광학 요소 층에 인접하는 제2 광학 요소 층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 제작 마스터는 그위에 형성된 상기 제1 광학 요소 층의 네거티브 (negative)를 포함하는 제1 마스터 기판을 갖고, 상기 제2 제작 마스터는 그위에 형성된 상기 제2 광학 요소 층의 네거티브 (negative)를 포함하는 제2 마스터 기판을 포함한다.
일 실시예로서, 배열 이미징 광학계는 적층 광학 요소 어레이를 포함하고, 상기 적층 광학 요소 어레이의 각 광학 요소는 검출기 어레이 내의 검출기와 광학적으로 연결되며, 상기 적층 광학 요소 어레이는 적층 광학 요소 어레이를 그위에 한정하기 위한 특징들을 포함하는 하나 이상의 제작 마스터의 연속 애플리케이션에 의해 적어도 부분적으로 형성된다.
일 실시예로서, 적층 광학 요소 어레이 제조방법은 그위에 형성된 제1 광학 요소 층의 네거티브를 포함하는 제1 마스터 기판을 갖는 제1 제작 마스터를 준비하는 단계; 상기 제1 제작 마스터를 이용하여 상기 제1 광학 요소 층을 공통 베이스 상에 형성하는 단계; 그위에 형성된 제2 광학 요소 층의 네거티브를 포함하는 제2 마스터 기판을 갖는 제2 제작 마스터를 준비하는 단계; 상기 적층 광학 요소 어레이를 상기 공통 베이스 상에 형성하도록, 상기 제2 제작 마스터를 이용하여 상기 제1 광학 요소 층에 인접하는 상기 제2 광학 요소 층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 제작 마스터를 준비하는 단계는 상기 제1 광학 요소 층의 네거티브를 상기 제1 마스터 기판 상에 직접 제조하는 단계를 포함한다.
일 실시예로서, 배열 이미징 시스템은 공통 베이스; 한 세트의 프로세스에 의해 상기 공통 베이스 상에 형성되며, 각 검출기 픽셀이 감광성 영역을 갖는 검출기 픽셀들을 갖는 검출기 어레이; 및 그것에 의해 배열 이미징 시스템을 형성하는 상기 검출기 픽셀들 중의 대응하는 검출기 픽셀의 상기 감광성 영역과 광학적으로 연결되는 광학계 어레이를 포함하며, 파장 범위를 넘어 상기 검출기 상에 입사하는 전자기 에너지에 영향을 미치기 위하여, 상기 검출기 픽셀들 중의 적어도 하나는 거기에 합성된 적어도 하나의 광학 특징을 포함한다.
일 실시예로서, 배열 이미징 시스템은 공통 베이스; 상기 공통 베이스 상에 형성되며, 각 검출기 픽셀이 감광성 영역을 갖는 검출기 픽셀들을 갖는 검출기 어레이; 및 그것에 의해 배열 이미징 시스템을 형성하는, 상기 검출기 픽셀들 중의 대응하는 검출기 픽셀의 상기 감광성 영역과 광학적으로 연결되는 광학계 어레이를 포함한다.
일 실시예로서, 배열 이미징 시스템은 공통 베이스 상에 형성되는 검출기 어레이; 및 각 이미징 시스템이 상기 검출기 어레이 내의 적어도 하나의 검출기와 광학적으로 연결되는 광학계를 포함하는 배열 이미징 시스템을 형성하도록, 각 광학계가 상기 검출기 어레이 내의 검출기들 중의 적어도 하나의 검출기와 광학적으로 연결되는 광학계 어레이를 포함한다.
일 실시예로서, 적층 광학 요소 어레이 제조방법은 제1 제작 마스터를 이용하여 제1 광학 요소 어레이를 공통 베이스 상에 형성하는 단계; 및 상기 적층 광학 요소 어레이를 상기 공통 베이스 상에 형성하도록, 제2 제작 마스터를 이용하여 상기 제1 광학 요소 어레이에 인접하는 제2 광학 요소 어레이를 상기 공통 베이스 상에 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 제작 마스터는 그위에 직접 제조된 제1 광학 요소 어레이의 네거티브를 포함하는 제1 마스터 기판을 포함하고, 상기 제2 제작 마스터는 그위에 형성된 상기 제2 광학 요소 어레이의 네거티브를 포함하는 제2 마스터 기판을 포함하며, 상기 제2 마스터 기판 상의 상기 제2 광학 요소 어레이는 상기 제1 마스터 기판 상의 상기 제1 광학 요소 어레이에 위치적으로 대응한다.
일 실시예로서, 배열 이미징 시스템은 공통 베이스; 상기 공통 베이스 상에 형성되며, 각 검출기 픽셀이 감광성 영역을 포함하는 검출기 픽셀들을 갖는 검출기 어레이; 및 그것에 의해 배열 이미징 시스템을 형성하는, 상기 검출기 픽셀들 중의 대응하는 검출기 픽셀의 상기 감광성 영역과 광학적으로 연결되는 광학계 어레이를 포함하며, 상기 광학계 중의 적어도 하나는 제1 및 제2 배율에 각각 대응하는 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환될 수 있다.
일 실시예로서, 적층 광학 요소는 반사 방지층을 갖는 공통면을 형성하는 제1 및 제2 광학 요소 층을 포함한다.
일 실시예로서, 이미지 형성용 카메라는 배열 이미징 시스템을 포함하고, 상기 배열 이미징 시스템은, 공통 베이스 및 적층 광학 요소 어레이를 이용하여 형성되는 검출기 어레이; 및 이미지 형성을 위한 신호 처리기를 포함하며, 상기 적층 광학 요소들의 각 광학 요소는 상기 검출기 어레이 내의 검출기와 광학적으로 연결된다.
일 실시예로서, 작업 수행에 이용하기 위한 카메라는 배열 이미징 시스템을 포함하고, 상기 배열 이미징 시스템은, 공통 베이스 및 적층 광학 요소 어레이를 이용하여 형성되는 검출기 어레이; 및 작업을 수행하기 위한 신호 처리기를 포함하며, 상기 적층 광학 요소들의 각 광학 요소는 상기 검출기 어레이 내의 검출기와 광학적으로 연결된다.
본 개시는 이하에 간단하게 설명되는 도면에 관해 취해진 다음의 상세한 설명에 대한 참조에 의해 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 이미징 시스템 및 그것의 관련된 배치의 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 시스템의 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 시스템의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배열 이미징 시스템의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 도 3의 배열 이미징 시스템의, 하나의 이미징 시스템의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 시스템의 광학 레이아웃(optical layout)과 광선 추적(raytrace)을 나타내는 도면이다.
도 6은 배열 이미징 시스템으로부터 격자무늬가 넣어진 후의, 도 5의 이미징 시스템의 단면도이다.
도 7은 도 5의 이미징 시스템에 대해 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수(modulation transfer function)의 플롯을 보여준다.
도 8a 내지 8c는 도 5의 이미징 시스템의 광 경로 차이(optical path differences)의 플롯을 보여준다.
도 9a는 도 5의 이미징 시스템의 왜곡(distortion) 플롯을 보여준다.
도 9b는 도 5의 이미징 시스템의 상면 만곡(field curvature)의 플롯을 보여준다.
도 10은 광학 요소의, 중심화(centering)와 두께 변화에 있어서의 허용오차를 고려하는, 도 5의 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 시스템의 광학 레이아웃과 광선 추적을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 배열 이미징 시스템으로부터 격자 무늬가 넣어진, 도 11의 이미징 시스템의 단면도이다.
도 13은 도 11의 이미징 시스템에 대해 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 14a 내지 도 14c는 도 11의 이미징 시스템의 광 경로 차이의 플롯을 보여준다.
도 15a는 도 11의 이미징 시스템의 왜곡의 플롯을 보여준다.
도 15b는 도 11의 이미징 시스템의 상면 만곡의 플롯을 보여준다.
도 16은 광학 요소의, 중심화와 두께 변화에 있어서의 허용오차를 고려하는, 도 11의 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 시스템의 광학 레이아웃과 광선 추적을 보여준다.
도 18은 도 17의 이미징 시스템의 적층 렌즈(layered lens)의 파면 부호화 형상(wavefront encoding profile)의 컨투어(contour) 플롯을 보여준다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 배열 이미징 시스템으로부터 격자 무늬가 넣어진, 도 17의 이미징 시스템의 사시도이다.
도 20a, 20b 및 21은 도 17의 이미징 시스템에 대해 다른 물체의 컨쥬게이트(object conjugates)에서 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 22a, 22b 및 23은 프로세싱 전과 프로세싱 후의, 도 17의 이미징 시스템에 대해 다른 물체의 컨쥬게이트(object conjugates)에서 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 24는 도 5의 이미징 시스템에 대해 초점 어긋남(defocus)의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 25는 도 17의 이미징 시스템에 대해 초점 어긋남(defocus)의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 26a 내지 도 26c는 프로세싱 전의, 도 17의 이미징 시스템의 점 퍼짐 함수(point spread function)의 플롯을 보여준다.
도 27a 내지 도 27c는 필터링 후의, 도 17의 이미징 시스템의 점 퍼짐 함수의 플롯을 보여준다.
도 28a는 본 발명의 실시예에 따라, 도 17의 이미징 시스템에 이용될 수 있는 필터 핵(filter kernel)의 3D 플롯 표현을 보여준다.
도 28b는 도 28a에 도시된 필터 핵을 표로 나타낸 것을 보여준다.
도 29는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 시스템의 광학 레이아웃 및 광선 추적을 나타내는 도면이다.
도 30은 본 발명의 실시예에 따른 배열 이미징 시스템으로부터 격자 무늬가 넣어진 후의, 도 29의 이미징 시스템의 단면도이다.
도 31a, 31b, 32a, 32b, 33a 및 33b는 다른 물체의 컨쥬게이트에서, 도 5 및 도 29의 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 34a 내지 34c, 35a 내지 35c 및 36a 내지 36c는 다른 물체의 컨쥬게이트에서, 도 5의 이미징 시스템의 트랜스버스 레이 팬(transverse ray fan) 플롯을 보여준다.
도 37a 내지 37c, 38a 내지 38c, 39a 내지 39c는 다른 물체의 컨쥬게이트에서, 도 29의 이미징 시스템의 트랜스버스 레이 팬(transverse ray fan) 플롯을 보여준다.
도 40은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미징 시스템의 설계(layout)의 단면도이다.
도 41은 도 40의 이미징 시스템에 대해 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 42a 내지 42c는 도 40의 이미징 시스템의 광 경로 차이의 플롯을 보여준다.
도 43a는 도 40의 이미징 시스템의 왜곡 플롯을 보여준다.
도 43b는 도 40의 이미징 시스템의 상면 만곡 플롯을 보여준다.
도 44는 본 발명의 실시예에 따른 광학 요소의, 중심화와 두께 변화에 있어서의 허용오차를 고려하는, 도 40의 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 45는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 이미징 시스템의 광학 레이아웃 및 광선 추적을 나타내는 도면이다.
도 46a는 파면 부호화(wavefront coding) 없이, 도 45의 이미징 시스템에 대해 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수 플롯을 보여준다.
도 46b는 필터링 전과 필터링 후에 파면 부호화(wavefront coding)를 한, 도 45의 이미징 시스템에 대해 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 47a 내지 도 47c는 파면 부호화 없는, 도 45의 이미징 시스템의 트랜스버스 레이 팬 플롯을 보여준다.
도 48a, 48b 및 48c는 파면 부호화를 한, 도 45의 이미징 시스템의 트랜스버스 레이 팬 플롯을 보여준다.
도 49a 및 49b는 파면 부호화를 포함하는, 도 45의 이미징 시스템의 점 퍼짐 함수의 플롯을 보여준다.
도 50a는 본 발명의 실시예에 따른, 도 45의 이미징 시스템에 이용될 수 있는 필터 핵의 3D 플롯을 보여준다.
도 50b는 도 50a에 도시된 필터 핵을 표로 나타낸 것을 보여준다.
도 51a 및 51b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 두 가지 구성의 줌(zoom) 이미징 시스템의 광학 레이아웃 및 광선 추적을 나타내는 도면이다.
도 52a 및 52b는 도 51의 두 가지 구성의 이미징 시스템에 대해 공간 주파수 의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 53a 내지 53c와 도 54a 내지 54c는 도 51a 및 51b의 두 가지 구성의 이미징 시스템에 대한 광 경로 차이 플롯을 보여준다.
도 55a 및 55c는 도 51a 및 51b의 두 가지 구성의 이미징 시스템에 대한 왜곡 플롯을 보여준다.
도 55b 및 55d는 도 51a 및 51b의 두 가지 구성의 이미징 시스템에 대한 상면 만곡 플롯을 보여준다.
도 56a 및 56b는 본 발명에 따른 두 가지 구성의 줌 이미징 시스템의 광학 레이아웃 및 광선 추적을 보여준다.
도 57a 및 57b는 도 56a와 56b의 두 가지 구성의 이미징 시스템에 대해 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 58a 내지 58c와 도 59a 내지 59c는 도 56a 및 56b의 두 가지 구성의 이미징 시스템에 대한 광 경로 차이의 플롯을 보여준다.
도 60a 및 60c는 도 56a 및 56b의 두 가지 구성의 이미징 시스템에 대한 왜곡 플롯을 보여준다.
도 60b 및 60d는 도 56a 및 56b의 두 가지 구성의 이미징 시스템에 대한 상면 만곡 플롯을 보여준다.
도 61a, 62b 및 62는 본 발명의 실시예에 따른, 세 가지 구성의 줌 이미징 시스템에 대한 광학 레이아웃 및 광선 추적을 보여준다.
도 63a, 63b 및 64는 도 61a, 61b 및 62의 세 가지 구성의 이미징 시스템에 대해 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 65a 내지 65c, 도 66a 내지 66c, 도 67a 내지 67c는 도 61a, 61b 및 62의 세 가지 구성의 이미징 시스템에 대한 광 경로 차이 플롯을 보여준다.
도 68a 내지 68d와 도 69a 및 69b는 도 61a, 61b 및 62의 세 가지 구성의 이미징 시스템에 대한 왜곡 플롯과 상면 만곡 플롯을 보여준다.
도 70a, 70b 및 도 71은 본 발명의 실시예에 따른 세 가지 구성의 줌 이미징 시스템의 광학 레이아웃과 광선 추적을 보여준다.
도 72a, 72b 및 도 73은 미리 결정되는 위상 변경(phase modification) 없는, 도 70a, 70b 및 도 71의 세 가지 구성의 이미징 시스템에 대해 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 74a, 74b 및 도 75는 프로세싱 전과 프로세싱 후의, 미리 설정된 위상 변경이 있는, 도 70a, 70b 및 도 71의 이미징 시스템에 대해 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 76a 내지 76c는 프로세싱 전의, 도 70a, 70b 및 도 71의 세 가지 구성의 이미징 시스템에 대한 점 퍼짐 함수 플롯을 보여준다.
도 77a 내지 77c는 프로세싱 후의, 도 70a, 70b 및 도 71의 세 가지 구성의 이미징 시스템에 대한 점 퍼짐 함수 플롯을 보여준다.
도 78a는 본 발명의 실시예에 따른, 도 70a, 70b 및 도 71의 이미징 시스템에 이용될 수 있는 필터 핵의 3D 플롯을 보여준다.
도 78b는 도 78a에 도시된 필터 핵을 표로 나타낸 것을 보여준다.
도 79는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 이미징 시스템의 광학 레이아웃 및 광선 추적을 보여준다.
도 80은 도 79의 이미징 시스템에 대해 공간 주파수의 함수로서 단색의(monochromatic) 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 81은 도 79의 이미징 시스템에 대해 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 82a 내지 82c는 도 79의 이미징 시스템의 광 경로 차이의 플롯을 보여준다.
도 83a는 도 79의 이미징 시스템의 왜곡 플롯을 보여준다.
도 83b는 도 79의 이미징 시스템의 상면 만곡 플롯을 보여준다.
도 84는 본 발명의 실시예에 따른, 도 79의 이미징 시스템의 변경된 구성에 대해 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수의 플롯을 보여준다.
도 85a 내지 85c는 도 79의 이미징 시스템의 변경된 버전(version)에 대한 광 경로 차이 플롯을 보여준다.
도 86은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다중 조리개(multiple aperture) 이미징 시스템의 광학 레이아웃 및 광선 추적을 나타내는 도면이다.
도 87은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 다중 조리개(multiple aperture) 이미징 시스템의 광학 레이아웃 및 광선 추적을 나타내는 도면이다.
도 88은 본 발명의 실시예에 따른 배열 이미징 시스템의 제조에 대한 대표적인 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 89는 본 발명의 실시예에 따른, 배열 이미징 시스템의 구현(realization)에 있어 수행되는, 대표적인 단계들의 흐름도이다.
도 90은 도 88의 설계 단계의 세부사항을 보여주는 대표 흐름도이다.
도 91은 본 발명의 실시예에 따른, 검출기 서브시스템(subsystem)의 설계를 위한 대표 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 92는 본 발명의 실시예에 따른, 검출기 픽셀로 일체로 형성되는 광학 요소의 설계를 위한 대표 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 93은 본 발명의 실시예에 따른, 광학계(optics) 서브시스템을 설계하기 위한 대표 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 94는 도 93의 구현 프로세스의 모델링을 위한 대표 단계를 보여주는 흐름도이다.
도 95는 본 발명의 실시예에 따른, 제작 마스터(fabrication master)의 제조(manufacture)를 모델링 하기 위한 대표 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 96은 본 발명의 실시예에 따른, 제작 마스터의 제조가능성을 평가하기 위한 대표 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 97은 본 발명의 실시예에 따른, 공구 파라미터(tool parameter)의 분석을 위한 대표 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 98은 본 발명의 실시예에 따른, 공구 파라미터(tool parameter)의 분석을 위한 대표 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 99는 본 발명의 실시예에 따른, 공구 파라미터(tool parameter)의 생성을 위한 대표 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 100은 본 발명의 실시예에 따른, 제작 마스터의 제조를 위한 대표 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 101은 본 발명의 실시예에 따른, 수정된 광학계 설계(design)를 산출하기 위한 대표 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 102는 본 발명의 실시예에 따른, 배열된 광학계를 형성하기 위한 대표적인 복제 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 103은 본 발명의 실시예에 따른, 복제 가능성을 평가하기 위한 대표 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 104는 도 103의 프로세스의 세부사항을 보여주는 흐름도이다.
도 105는 본 발명의 실시예에 따른, 축소 효과(shrinkage effect)를 고려한, 변경된 광학계 디자인(설계)을 생성하기 위한 대표 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 106은 본 발명의 실시예에 따른, 광학 요소 상에서 검출기를 인쇄(print)하거나 이동(transfer)시키는 능력에 근거하여, 배열 이미징 시스템을 제조하기 위한 대표 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 107은 본 발명의 실시예에 따른, 체인(chain)을 처리하는 이미징 시스템의 도식도이다.
도 108은 본 발명의 실시예에 따른, 색상 처리를 하는 이미징 시스템의 도식도이다.
도 109는 전술한 '371 특허에 개시된 것과 같은, 위상 변경 요소를 포함하는 종래 이미징 시스템의 도식도이다.
도 110은 본 발명의 실시예에 따른, 다지수(multi-index) 광학 요소를 포함하는 이미징 시스템의 도식도이다.
도 111은 본 발명의 실시예에 따른, 이미징 시스템에 있어서 사용이 적합한 다지수(multi-index) 광학 요소를 포함하는 이미징 시스템의 도식도이다.
도 112는 본 발명의 실시예에 따라, 디지털 신호 처리기(DSP)를 더 포함하는 이미징 시스템, 검출기 상에 직접 붙어 있는 다지수 광학 요소의 도식도이다.
도 113 내지 117은 본 발명의 실시예에 따라, 그 안에서 본 발명에 개시된 다지수 광학 요소가 제조되고, 조립될 수 있는 프로세스를 보여주는 일련의 도식도이다.
도 118은 종래의 그린 렌즈(GRIN lens)를 보여준다.
도 119 내지 123은 도 118의 그린 렌즈에 대해, 수직 입사(normal incidence)하고 다른 값의 미스 포커스(misfocus)를 가지는 일련의 스루 포커스(thru-focus) 점묘도(spot diagram)(즉, 점 퍼짐 함수 또는 "PSFs")이다.
도 124 내지 128은 도 118의 그린 렌즈에 대해, 수직으로부터 5°기울어져 입사하는 전자기 에너지에 대한 일련의 스루 포커스(thru-focus) 점묘도(spot diagram)이다.
도 129는 도 118의 그린 렌즈에 대한 일련의 변조 전달 함수("MTFs")를 보여주는 플롯이다.
도 130은 도 118의 그린 렌즈에 대해, 밀리미터 당 120 사이클(cycle)의 공간 주파수에서, 밀리미터 단위 초점(focus) 이동의 함수로서 스루 포커스 MTF를 보여주는 플롯이다.
도 131은 본 발명의 실시예에 따라, 다른 입사각에 대한 광선 경로를 예시하는, 다지수 광학 요소의 광선 추적 모델을 보여준다.
도 132 내지 136은 도 131의 요소에 대해, 수직 입사 및 다른 값의 미스 포커스에 대한 일련의 PSF이다.
도 137 내지 141은 도 131의 요소에 대해, 수직으로부터 5°기울어져 입사하는 전자기 에너지에 대한 일련의 스루 포커스 PSF이다.
도 142는 도 131의 위상 변경 요소에 대한 일련의 MTF를 보여주는 플롯이다.
도 143은 도 131 내지 141과 관련하여 논의된 바와 같은 미리 설정된 위상 변경 요소에 대해, 밀리미터 당 120 사이클(cycle)의 공간 주파수에서, 밀리미터 단위 초점(focus) 이동의 함수로서 스루 포커스 MTF를 보여주는 플롯이다.
도 144는 수직 입사와 수직으로부터 20°입사를 갖는 전자기 에너지의 조정을 예시하는, 본 발명의 실시예에 따른, 다지수 광학 요소의 광선 추적 모델을 보여준다.
도 145는 도 143과 관련하여 논의된 바와 같은, 미리 설정된 위상 변경 요소가 없는 동일한 비 동질적(non-homogeneous) 요소에 대해, 밀리미터 당 120 사이클(cycle)의 공간 주파수에서, 밀리미터 단위 초점(focus) 이동의 함수로서 스루 포커스 MTF를 보여주는 플롯이다.
도 146는 도 143 및 144와 관련하여 논의된 바와 같은, 미리 설정된 위상 변경 요소가 있는 동일한 비 동질적(non-homogeneous) 요소에 대해, 밀리미터 당 120 사이클(cycle)의 공간 주파수에서, 밀리미터 단위 초점(focus) 이동의 함수로서 스루 포커스 MTF를 보여주는 플롯이다.
도 147은 본 발명의 실시예에 따라, 다지수 광학 요소가 제조될 수 있는 또 다른 방법에 대해 예시한다.
도 148은 본 발명의 실시예에 따른 다지수 광학 요소 어레이를 포함하는 광학 시스템을 보여준다.
도 149 내지 153은 다양한 시스템과 결합된 다지수 광학 요소를 포함하는 광학 시스템을 보여준다.
도 154는 광학 요소의 종래 웨이퍼 규모 어레이를 보여준다.
도 155는 종래 웨이퍼 규모 어레이의 조립을 보여준다.
도 156은 본 발명의 실시예에 따른, 배열 이미징 시스템과 단일화된(singulated) 이미징 시스템의 발생(break out)을 보여준다.
도 157은 도 156의 이미징 시스템의 세부 사항을 예시하는 도식 단면도이다.
도 158은 다른 필드 위치(field position)에 대해, 도 156 및 157의 이미징 시스템을 통해 광선 도파(ray propagation)를 설명하는 도식 단면도이다.
도 159 내지 162는 도 156 및 157의 이미징 시스템의 수치 모델링의 결과를 보여준다.
도 163은 본 발명의 일 실시예에 따른, 대표 이미징 시스템의 도식 단면도이 다.
도 164는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 대표 이미징 시스템의 도식 단면도이다.
도 165는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 대표 이미징 시스템의 도식 단면도이다.
도 166는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 대표 이미징 시스템의 도식 단면도이다.
도 167 내지 171은 도 166의 대표 이미징 시스템의 수치 모델링 결과를 보여준다.
도 172는 본 발명의 실시예에 따른, 대표 이미징 시스템의 도식 단면도이다.
도 173a 및 173b는 각각, 본 발명의 실시예에 따른, 통합된 스탠드 오프(standoff)를 포함하는 광학 요소의 단면도와 평면도를 보여준다.
도 174a 및 174b는 본 발명의 실시예에 따른, 이미징 시스템에 사용하기에 적합한 두 직사각형 조리개의 평면도를 보여준다.
도 175는 각 광학 요소에 대해 원형 조리개를 가진 설계를 설명하기 위하여 여기에 도시된, 도 165의 대표 이미징 시스템의 광선 추적 평면도를 보여준다.
도 176은 광학 요소가 직사각형 조리개를 포함하는 경우에, 이미징 시스템을 통한 광선 도파를 설명하기 위하여 여기에 도시된, 도 165의 대표 이미징 시스템의 광선 추적 평면도를 보여준다.
도 177은 이미지 품질에 영향을 줄 수 있는 결함 있는 잠재적 요 소(potential source)를 표시하기 위하여 도시된, 웨이퍼 규모 이미징 시스템의 일부의 어레이에 대한 도식 단면도를 보여준다.
도 178은 본 발명의 실시예에 따른, 신호 처리기를 포함하는 이미징 시스템을 보여주는 도식도이다.
도 179 및 180은 도 178의 이미징 시스템에 사용하기에 적합한 대표적인 출사 동공(exit pupils)의 위상에 대한 3D 플롯을 보여준다.
도 181은 다른 필드 포지션에 대해 도 178의 대표 이미징 시스템을 통한 광선 도파를 셜명하는 도식 단면도이다.
도 182 및 183은 도 178의 이미징 시스템에 대해 신호 처리가 없는 수치 모델링 수행 결과를 보여준다.
도 184 및 185는 구경 조리개(aperture stop) 근처에서 위상 변경 표면을 추가하는 경우와 추가하지 않는 경우의 광선 추적에서의 차이를 설명하기 위하여 도시된, 각각, 도 158 및 181의 이미징 시스템의 구경 조리개 근처에서의 광선 추적을 설명하는 도식도이다.
도 186 및 187은 각각, 도 163 및 178의 이미징 시스템으로부터 광학 요소의 표면 형상(surface profile)의 컨투어 맵(contour map)을 보여준다.
도 188 및 189는 도 157의 이미징 시스템에 대해, 조립 오차(assembly error)가 있는 경우와 없는 경우 및 신호 처리 전과 신호 처리 후의 변조 전달 함수(MTFs)를 보여준다.
도 190 및 191은 도 178의 이미징 시스템에 대해, 조립 오차(assembly error)가 있는 경우와 없는 경우 및 신호 처리 전과 신호 처리 후의 MTFs를 보여준다.
도 192는 도 178의 이미징 시스템의 신호 처리기에 이용되는 2D 디지털 필터의 3D 플롯을 보여준다.
도 193 및 194는 각각, 도 157과 178의 이미징 시스템에 대한 스루 포커스 MTFs를 보여준다.
도 195는 본 발명의 실시예에 따른, 배열 광학계의 도식도이다.
도 196은 도 195의 이미징 시스템을 형성하는 광학 요소의 하나의 어레이를 보여주는 도식도이다.
도 197 및 198은 본 발명의 실시예에 따른, 광학 요소 및 검출기 어레이를 포함하는 배열 이미징 시스템의 도식도를 보여준다.
도 199 및 200은 본 발명의 실시예에 따른, 에어 갭(air gaps) 없이 형성된 배열 이미징 시스템의 도식도를 보여준다.
도 201은 본 발명의 실시예에 따른, 대표 이미징 시스템을 통한 광선 도파를 설명하는 도식 단면도이다.
도 202 내지 205는 도 201의 대표 이미징 시스템의 수치 모델링 결과를 보여준다.
도 206은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 대표 이미징 시스템을 통한 광선 도파를 설명하는 도식 단면도이다.
도 207 및 208은 도 206의 대표 이미징 시스템의 수치 모델링 결과를 보여준 다.
도 209는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 대표 이미징 시스템을 통한 광선 도파를 설명하는 도식 단면도이다.
도 210은 그것을 가지고 광학 요소를 형성하기 위한 복수의 특징을 포함하는 대표적인 실장 제작 마스터(populated fabrication master)를 보여준다.
도 211은 그것을 가지고 광학 요소를 형성하기 위한 복수의 특징 일부의 세부사항을 설명하는, 도 210의 대표적인 실장 제작 마스터의 삽입도(inset)를 보여준다.
도 212는 본 발명의 실시예에 따른, 제작(fabrication) 프로세스 내에서 가공하는 방향(tooling direction)을 규정하는데 이용되는 축(axes)들을 설명하는, 대표적인 작업공간(workspace)(예를 들면, 제작 마스터)를 보여준다.
도 213은 통상의 다이아몬드 터닝 공구(diamond turning tool) 내의 다이아몬드 끝(diamond tip)과 공구 손잡이(tool shank)를 보여준다.
도 214는 가장자리를 자르는 공구 끝(tool tip)을 포함하고, 다이아몬드 끝의 세부 사항을 보여주는 정면(elevation) 도식도이다.
도 215는 제 1 여유각(primary clearance angle)을 포함하고, 다이아몬드 끝의 세부 사항을 보여주는, 도214의 215-215' 선에 따른 측면 도식도이다.
도 216은 축(spindle)과 공구대(tool post)에 관하여 다양한 축들을 설명하는, 대표적인 다축 공작 구성(multi-axis machining configuration)을 보여준다.
도 217은 본 발명의 실시예에 따른, 제작 마스터 상에 광학 요소를 형성하기 위한 복수의 특징의 제작(fabrication)에 사용되는 대표적인 "STS/FTS"(느린 공구 서보(slow tool servo)/빠른 공구 서보(fast tool servo))를 보여준다.
도 218은 본 발명의 실시예에 따른, 가공 프로세싱의 좀 더 세부적인 사항을 설명하는, 도 217의 삽입물의 세부 사항을 보여준다.
도 219는 219-219' 라인을 따라서 취해진, 도 218에 도시된 삽입 세부사항의 도식 단면도이다.
도 220a는 본 발명의 실시예에 따른, 제작 마스터 상에 광학 요소를 형성하기 위한 복수의 특징들의 제작에 있어서, 사용할 수 있는 대표적인 다축 밀링/그라인딩(milling/grinding) 구성을 보여주고, 도 220b는 가공물(workpiece)에 대한 공구의 회전에 관하여 추가적인 세부 내용을 제공하고, 도 220c는 공구가 생산하는 구조를 보여준다.
도 221a 및 221b는 본 발명의 실시예에 따른, 제작 마스터 상에 광학 요소를 형성하기 위한 복수의 특징들의 제작에 있어서, 사용할 수 있는 형성 공구(form tool)를 포함하는, 대표적인 가공 구성을 보여주며, 도 221b는 도 221a의 221B-221B' 라인을 따라서 취해진다.
도 222a 내지 222G는 본 발명의 실시예에 따른, 광학 요소를 형성하기 위한 특징들의 제작에 있어서 사용될 수 있는 대표적인 형성 공구 프로필(form tool profile)의 단면도이다.
도 223은 본 발명의 실시예에 따른, 의도적인 가공 표시(intentional machining marks)를 포함하는, 대표적인 가공된 표면의 정면 부분도를 보여준다.
도 224는 도 223의 대표적인 가공 표면을 형성하는 것에 적합한 공구 끝(tool tip)의 정면 부분도를 보여준다.
도 225는 본 발명의 실시예에 따른, 의도적인 가공 표시를 포함하는, 또 다른 대표적인 가공 표면의 정면 부분도를 보여준다.
도 226은 도 225의 대표적인 가공 표면을 형성하는데 적합한 공구 끝의 정면 부분도를 보여준다.
도 227은 본 발명의 실시예에 따른, 의도적인 가공 표시를 포함하는, 하나의 가공 표면을 생성하는데 적합한 외경 선삭용 공구(turning tool)의 정면 도식도이다.
도 228은 도 227에 도시된 외경 선삭용 공구의 일부에 대한 측면도를 보여준다.
도 229는 다축 밀링 구성 내에, 도 227 및 228의 외경 선삭용 공구를 사용함으로써 형성된, 부분적으로 정면의, 대표적인 가공 표면을 보여준다.
도 230은 C축모드 밀링(milling) 구성 내에, 도 227 및 228의 외경 선삭용 공구를 사용함으로써 형성된, 부분적으로 정면의, 대표적인 가공 표면을 보여준다.
도 231은 제작 마스터 표면상에 가공될 수 있는 다양한 특징들을 설명하는, 본 발명의 실시예에 따라, 제작된 실장 제작 마스터를 보여준다.
도 232는 실장 제작 마스터 상에 있는 광학 요소를 형성하기 위한 복수의 특징들의 세부 내용을 설명하는, 도 231의 실장 제작 마스터의 삽입 세부사항을 더 보여준다.
도 233은 도 232의 233-233' 라인을 따라서 취해진, 도 231 및 232의 실장 제작 마스터 상에 형성되는 광학 요소를 형성하기 위한 특징들 중의 하나의 단면도를 보여준다.
도 234는 본 발명의 실시예에 따라, 그 위에 정사각형 조리개를 형성하는데 이용될 수 있는 정사각형 보스(boss)들이 제작되어 있는, 대표적인 제작 마스터를 설명하는 정면 도식도이다.
도 235는 본 발명의 실시예에 따라, 정사각형 보스들이 가공되어 있는 볼록면을 가진 광학 요소를 형성하기 위한 복수의 특징을 설명하는, 도 234의 대표적인 제작 마스터의 처리 상태를 더 보여준다.
도 236은 도 235의 대표 제작 마스터와 관련되어 형성된, 짝지어진 종속 표면(mating daughter surface)을 보여준다.
도 237 내지 239는 본 발명의 실시예에 따라, 네거티브 가상 기준 프로세스(negative virtual datum process)를 이용하여 광학 요소를 형성하기 위한 특징(feature)을 제작하는 프로세스를 설명하는, 일련의 단면도이다.
도 240 내지 242는 본 발명의 실시예에 따라, 포지티브 가상 기준 프로세스(positive virtual datum process)를 이용하여 광학 요소를 형성하기 위한 특징을 제작하는 프로세스를 설명하는, 일련의 도면이다.
도 243은 본 발명의 실시예에 따른, 공구 표시(tool marks)를 포함하는 광학 요소를 형성하기 위한 대표적인 특징의 부분 단면 도식도이다.
도 244는 도시된 공구 표시의 대표적인 세부 사항을 설명하기 위하여, 도 243의 광학 요소를 형성하기 위한 대표적인 특징들의 표면의 일부에 대한 설명을 보여준다.
도 245는 에칭 공정(etching process) 이후에, 도 243의 광학 요소를 형성하기 위한 대표 특징들을 보여준다.
도 246은 본 발명의 실시예에 따라, 형성된 실장 제작 마스터의 도면을 보여준다.
도 247 내지 254는 도 246의 실장 제작 마스터 상에 선택된 광학 요소와 관련하여 기록된 광학 요소를 형성하기 위한 특징들의 측정된 표면 오차들의 대표적인 컨투어 플롯(contour plot)을 보여준다.
도 255는 본 발명의 실시예에 따른, 본래의(in situ) 측정 시스템에 대한 추가적인 장착(mount)을 더 포함하는 도 216의 다축 공작 기계(multi-axis machine tool)의 평면도를 보여준다.
도 256은 본 발명의 실시예에 따른, 다축 공작 기계 내부의 광학 표준 시스템의 통합을 설명하는, 도 255의 본래의 측정 시스템의 세부사항을 더 보여준다.
도 257은 본 발명의 실시예에 따른, 진공 척(vacuum chuck) 위에, 정렬 특징(alignment feature)들의 포함을 설명하는, 제작 마스터를 지지하기 위한 진공 척의 정면 도식도이다.
도 258은 본 발명의 실시예에 따른, 도 257의 진공 척 상에 있는 정렬 특징에 대응하는 정렬 특징을 포함하는 실장 제작 마스터의 정면 도식도이다.
도 259는 도 257의 진공 척의 부분 단면 도식도이다.
도 260 및 261은 본 발명의 실시예에 따른, 도 257의 진공 척을 이용하기에 적합한 다른 정렬 특징들의 부분 단면도를 보여준다.
도 262는 본 발명의 실시예에 따른, 정렬 특징들의 기능을 설명하는, 제작 마스터, 공통 베이스, 진공 척의 대표적인 배열의 단면 도식도이다.
도 263 내지 266은 본 발명의 실시예에 따른, 광학 요소를 형성하기 위한 제작 마스터 상에 있는 특징들의 제작에 이용될 수 있는 대표적인 다축 기계의 구성을 보여준다.
도 267은 본 발명의 실시예에 따른, 의도적인 가공 표시를 포함하는, 가공 표면(machined surface)을 형성하는데 적합한 대표적인 플라이 커팅(fly-cutting) 구성을 보여준다.
도 268은 도 267의 플라이 커팅 구성을 이용하여 형성할 수 있는 대표적인 가공 표면의 부분 정면 모습을 보여준다.
도 269는 본 발명의 일 실시예에 따른 제작 마스터의 이용에 의해 적층 광학 요소를 생산하는 것에 대한 도식도 및 흐름도를 보여준다.
도 270a 및 270b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제작 마스터의 이용에 의해 적층 광학 요소를 생산하는 것에 대한 흐름도를 보여준다.
도 271a 내지 271c는 공통 베이스 상의 적층 광학 요소 어레이를 만드는데 이용되는 복수의 순차적인 단계를 보여준다.
도 272a 내지 272e는 적층 광학 요소 어레이를 만드는데 이용되는 복수의 순차적인 단계를 보여준다.
도 273은 도 271a 내지 271c에 따른 순차적인 단계에 의해 제조된 적층 광학 요소를 보여준다.
도 274는 도 272a 내지 272e에 따른 순차적인 단계에 의해 만들어지는 적층 광학 요소를 보여준다.
도 275는 위상 변경 요소를 형성하기 위한 복수의 특징들이 그 위해 형성된, 제작 마스터의 부분 정면도를 보여준다.
도 276은 위상 변경 요소를 형성하기 위해 선택된 특징 중의 하나에 대한 부가적인 세부사항을 제공하는, 도 275의 276-276' 라인을 따라 취해진 단면도를 보여준다.
도 277a 내지 277d는 공통 베이스의 두 측면에 광학 요소를 형성하기 위한 순차적 단계를 보여준다.
도 278은 광학계를 분리하는데 이용될 수 있는 대표적인 스페이서(spacer)를 보여준다.
도 279a 및 279b는 도 278의 스페이서를 사용하여 광학계의 어레이(array)를 형성하는 순차적 단계를 보여준다.
도 280은 광학계 어레이를 보여준다.
도 281a 및 281b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 웨이퍼 규모 줌 광학계(wafer-scale zoom optics)의 단면을 보여준다.
도 282a 및 282b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 웨이퍼 규모 줌 광학계(wafer-scale zoom optics)의 단면을 보여준다.
도 283a 및 283b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 웨이퍼 규모 줌 광학계(wafer-scale zoom optics)의 단면을 보여준다.
도 284는 제작 마스터와 진공 척의 위치에 대해 비전 시스템(vision system) 및 로봇공학(robotics)을 사용하는 대표적인 정렬 시스템(alignment system)을 보여준다.
도 285는 그 안의 세부사항을 설명하기 위한, 도 284에 도시된 시스템의 단면도를 보여준다.
도 286은 투명(transparent) 또는 반투명(translucent) 시스템 구성 요소의 사용을 설명하는 도 284에 도시된 시스템의 평면도이다.
도 287은 공통 베이스에 대한 척(chuck)의 이동 측량(kinematic positioning)을 위한 대표적인 구조를 보여준다.
도 288은 고정된(engaged) 제작 마스터를 포함하는 도 287의 구조의 단면도이다.
도 289는 본 발명의 일 실시예에 따른 제작 마스터의 구성(construction)을 설명한다.
도 290는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제작 마스터의 구성(construction)을 설명한다.
도 291a 내지 291c는 주-종(mother-daughter) 프로세스에 따른, 도 290의 제작 마스터의 구성에 있어서의 연속하는 단계를 보여준다.
도 292는 광학 요소를 형성하기 위한 특징들의 선택된 배열을 가진 제작 마 스터를 보여준다.
도 293은 도 292에 도시된 것과 같은 제작 마스터의 사용에 의해 생산된 적층 광학 요소 어레이를 포함하는 배열 이미징 시스템의 분리된 부분을 보여준다.
도 294는 도 293의 294-294' 라인을 따라서 취해진 단면도이다.
도 295는 본 발명의 실시예에 따른, 각각이 매립 광학계를 가지는, 복수의 검출기 픽셀을 포함하는 검출기의 부분을 보여준다.
도 296은 도 295의 검출기의 단일(single) 검출기 픽셀을 보여준다.
도 297 내지 304는 본 발명의 실시예에 따른, 검출기 픽셀 내부에 포함될 수 있는 다양한 광학 요소를 설명한다.
도 305 및 306은 본 발명의 실시예에 따른, 매립 광학 요소로서 광 도파로를 포함하는, 검출기 픽셀의 두 가지 구성을 보여준다.
도 307은 본 발명의 실시예에 따른, 광학적 릴레이(relay) 구성을 포함하는 대표적인 검출기 픽셀을 보여준다.
도 308 및 309는 각각 0.5미크론, 0.25미크론 파장에 대한 검출기 픽셀 내의 감광성 영역에서의 전기장 진폭의 단면을 보여준다.
도 310은 사다리꼴의 광학 요소를 근사화하는데 이용되는 이중의 판상(dual-slab) 구성의 도식도를 보여준다.
도 311은 다양한 형상을 가지는 사다리꼴 광학 요소에 대한 전력 결합 효율(power coupling efficiency)의 수치 모델링 결과를 보여준다.
도 312는 파장 범위에 따른 렌즈렛(lenslet, 소형렌즈)과 이중 판상 구성의 전력 결합 효율의 비교를 보여주는 복합 플롯(composite plot)이다.
도 313은 본 발명의 실시예에 따른, 주광선 각도(chief ray angle. CRA) 보정을 위한 매립 광학 요소 구성의 도식도를 보여준다.
도 314는 본 발명의 실시예에 따른, 파장 선택 필터링(wavelength-selective filtering)을 위한 매립 광학 요소를 포함하는 검출기 픽셀 구성의 도식도를 보여준다.
도 315는 도 314의 픽셀 구성에 있어서 다른 층의 조합(different layer combination)에 대한 파장의 함수로서 전달(transmission)의 수치 모델링 결과를 보여준다.
도 316은 레인(lane)을 분리하는 것을 설명하기 위하여 도시된, 본 발명의 실시예에 따른, 복수의 검출기를 포함하는 대표적인 웨이퍼의 도식도를 보여준다.
도 317은 접합 패드(bonding pads)를 설명하기 위하여 도시된, 개개의 검출기의 저면도를 보여준다.
도 318은 평탄화층(planarization layer)과 덮개판(cover plate)의 부가를 설명하기 위하여 도시된, 본 발명의 실시예에 따른, 다른 검출기의 일부의 도식도를 보여준다.
도 319는 본 발명의 실시예에 따른, 메타렌즈(metalens)의 역할을 하는 한 세트의 매립 광학 요소를 포함하는, 검출기 픽셀의 단면도를 보여준다.
도 320은 도 319의 메타렌즈의 평면도를 보여준다.
도 321은 도 319의 검출기 픽셀에 사용하기에 적합한 또 다른 메타렌즈의 정 면도를 보여준다.
도 322는 본 발명의 실시예에 따른 메타렌즈로서 동작하는 다층 세트(multilayered set)의 매립 광학 요소를 포함하는 검출기 픽셀의 단면도를 보여준다.
도 323은 본 발명의 실시예에 따른 메타렌즈로서 동작하는 비대칭 세트(asymmetric set)의 매립 광학 요소를 포함하는 검출기 픽셀의 단면도를 보여준다.
도 324는 본 발명의 실시예에 따른, 검출기 픽셀 구성을 가지고 사용하기에 적합한 또 다른 메타렌즈의 평면도를 보여준다.
도 325는 도 324의 메타렌즈의 단면도를 보여준다.
도 326 내지 330은 본 발명의 실시예에 따른, 검출기 픽셀 구성을 가지고 사용하기에 적합한 다른 광학 요소의 평면도를 보여준다.
도 331은 그 안에 포함될 수 있는 추가적인 특징을 설명하기 위하여 도시된, 본 발명에 따른, 검출기 픽셀의, 단면 도식도를 보여준다.
도 332 내지 335는 본 발명의 실시예에 따른, 검출기 픽셀 구성에 반영될 수 있는 추가적인 광학 요소의 예를 보여준다.
도 336은 CRA 보정용 비대칭 특징을 가진 검출기 픽셀을 포함하는 검출기의 부분 단면 도식도를 보여준다.
도 337은 본 발명의 실시예에 따른, 코팅되지 않은 검출기 픽셀의 실리콘 감광성 영역과 반사방지(AR) 코팅된 검출기 픽셀의 실리콘 감광성 영역과의 계산된 반사율을 비교한 플롯을 보여준다.
도 338은 본 발명의 실시예에 따른, 적외선 차단 필터(IR-cut filter)의 계산된 전달 특성의 플롯을 보여준다.
도 339는 본 발명의 실시예에 따른, RGB 색상 필터의 계산된 전달 특성의 플롯을 보여준다.
도 340은 본 발명의 실시예에 따른, CMY 색상 필터의 계산된 반사 특성의 플롯을 보여준다.
도 341은 층 광학 지수(layer optical index)의 맞춤화(customization)를 가능하게 하는 특징들을 설명하기 위하여 도시된, 검출기 픽셀 배열의 부분적 단면을 보여준다.
도 342 내지 344는 본 발명의 실시예에 따른, 매립 광학 요소에 결합될 수 있는 비 평면적 표면(non-planar surface)을 산출하는 일련의 처리 단계를 설명한다.
도 345는 이미징 시스템의 최적화를 위한 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 346은 본 발명의 실시예에 따른, 시스템 전반에 걸친 공통 최적화(system-wide joint optimization)를 수행하기 위한 대표적인 최적화 과정(process)을 보여주는 흐름도이다.
도 347은 본 발명의 실시예에 따른, 박막 필터 세트 설계(thin film filter set design)를 생성하고 최적화하기 위한 프로세스의 흐름도를 보여준다.
도 348은 본 발명의 실시예에 따른, 입력과 출력을 갖는 연산 시스 템(computational system)을 포함하는 박막 필터 세트 설계의 블록도를 보여준다.
도 349는 본 발명의 실시예에 따른, 박막 색상 필터(thin film color filters)를포함하는 검출기 픽셀의 배열의 단면도를 보여준다.
도 350은 본 발명의 실시예에 따른, 박막 필터에 있어서, 박막 층 구조의 세부사항을 설명하기 위하여 도시된 도 349의 하위 섹션(subsection)을 보여준다.
도 351은 본 발명의 실시예에 따른, 독립적으로 최적화된 CMY 색상 필터 설계의 전달 특성 플롯을 보여준다.
도 352는 본 발명의 실시예에 따른, 마젠타(magenta) 색상 필터의 최적화를 위한 수행목표(performance goals)와 허용오차(tolerances)의 플롯을 보여준다.
도 353은 본 발명의 실시예에 따라, 도 347에 도시된 프로세스의 단계 중의 하나의 세부사항을 더 설명하는 흐름도이다.
도 354는 본 발명의 실시예에 따른 공통 저 지수 층(common low index layers)을 가지는 CMY 색상 필터 설계(디자인)의 부분적으로 구속된 세트의 전달 특성의 플롯을 보여준다.
도 355는 본 발명의 실시예에 따른, 공통 저 지수 층 및 짝지어진 고 지수 층(paired high index layer)을 가지는 CMY 색상 필터 설계(디자인)의 부분적으로 더 구속된 세트의 전달 특성의 플롯을 보여준다.
도 356은 본 발명의 실시예에 따른, 공통 저 지수 층 및 다중으로 짝지어진 고 지수 층을 가지는 CMY 색상 필터 설계의 완전히 구속된 세트의 전달 특성의 플롯을 보여준다.
도 357은 본 발명의 실시예에 따른, 최종 설계를 형성하기 위하여 더 최적화된 공통 저 지수 층 및 다중으로 짝지어진 고 지수 층을 가지는 CMY 색상 필터 설계의 완전히 구속된 세트의 전달 특성의 플롯을 보여준다.
도 358은 본 발명의 실시예에 따른, 박막 필터의 제조 공정에 대한 흐름도를 보여준다.
도 359는 본 발명의 실시예에 따른, 비 평면 전자기 에너지 변경 요소의 제조 공정에 대한 흐름도를 보여준다.
도 360 내지 364는 도 359에 도시된 제조 공정을 설명하기 위하여 도시된, 제작(fabrication)에 있어서의 비평면 전자기 에너지 변경 요소의 대표적인 일련의 단면을 보여준다.
도 365는 도 359에 도시된 제조 공정과 일치하도록 형성되는 비평면 전자기 에너지 변경 요소의 대표적인 다른 실시예를 보여준다.
도 366 내지 368은 도 359에 도시된 제조 공정의 또 다른 버전을 설명하기 위하여 도시된, 제작에 있어서의 비평면 전자기 에너지 변경 요소의 또 다른 대표적인 일련의 단면을 보여준다.
도 369 내지 372는 도 359에 도시된 제조 공정의 선택적인 실시예를 설명하기 위하여 도시된, 제작에 있어서의 비평면 전자기 에너지 변경 요소의, 또 다른 대표적인 일련의 단면을 보여준다.
도 373은 본 발명의 실시예에 따른, 비평면 요소를 포함하는 단일 검출기 픽셀을 보여준다.
도 374는 본 발명의 실시예에 따른, 실버 층(silver layers)을 포함하는 마젠타 색상 필터의 전달 특성의 플롯을 보여준다.
도 375는 검출기 픽셀을 통하여 수직 입사되는 전자기 에너지의 전력 밀도(power density)를 설명하기 위하여 도시된, 그것을 통한 전자기 전력 밀도의 모의 실험 결과와 겹쳐 놓여진, 전력 집속 요소나 CRA 보정 요소가 없는 종래 검출기 픽셀 배열의 부분 단면 도식도를 보여준다.
도 376은 렌즈렛(lenslet)을 가진 검출기 픽셀 배열을 통하여 수직 입사되는 전자기 에너지의 전력 밀도(power density)를 설명하기 위하여 도시된, 그것을 통한 전자기 전력 밀도의 모의 실험 결과와 겹쳐 놓여진, 전력 집속 요소나 CRA 보정 요소가 없는 또 다른 종래 검출기 픽셀 배열의 부분 단면 도식도를 보여준다.
도 377은 본 발명의 실시예에 따른, 메타렌즈를 가진 검출기 픽셀 배열을 통하여 수직 입사되는 전자기 에너지의 전력 밀도(power density)를 설명하기 위하여 도시된, 그것을 통한 전자기 전력 밀도의 모의 실험 결과와 겹쳐 놓여진, 검출기 픽셀 배열의 부분적인 단면 도식도를 보여준다.
도 378은 이동된 금속 흔적을 가지지만 전자기 에너지 전달에 영향을 미치는 다른 부가적인 요소는 가지지 않는, 검출기 픽셀 상에 35°의 CRA에서 입사하는 전자기 에너지의 전력 밀도를 설명하기 위하여 도시된, 그것을 통한 전자기 전력 밀도의 모의 실험 결과와 겹쳐 놓여진, 전력 집속 요소나 CRA 보정 요소가 없는 또 다른 종래 검출기 픽셀 배열의 부분 단면 도식도를 보여준다.
도 379는 전자기 에너지를 감광성 영역으로 향하게 하기 위해 이동된 금속 흔적 및 렌즈렛을 가지는 검출기 픽셀 상에 35°의 CRA에서 입사하는 전자기 에너지의 전력 밀도를 설명하기 위하여 도시된, 그것을 통한 전자기 전력 밀도의 모의 실험 결과와 겹쳐 놓여진, 종래 검출기 픽셀 배열의 부분적인 단면 도식도를 보여준다.
도 380은 전자기 에너지를 감광성 영역으로 향하게 하기 위해 이동된 금속 흔적 및 메타렌즈를 가지는 검출기 픽셀 상에 35°의 CRA에서 입사하는 전자기 에너지의 전력 밀도를 설명하기 위하여 도시된, 그것을 통한 전자기 전력 밀도의 모의 실험 결과와 겹쳐 놓여진, 본 발명의 개시와 일치하는 검출기 픽셀 배열의 부분 단면 도식도를 보여준다.
도 381은 본 발명의 실시예에 따른, 메타렌즈를 설계하기 위한 대표 설계 공정의 흐름도를 보여준다.
도 382는 본 발명의 실시예에 따른, 메타렌즈를 포함하는 검출기 픽셀과 렌즈렛을 가지는 종래 검출기 픽셀에 대해 CRA의 함수로서 감광성 영역에서 결합된 전력의 비교를 보여준다.
도 383은 본 발명의 실시예에 따른, 검출기 픽셀로 통합하기에 적합한, 반파장 프리즘 격자(subwavelength prism grating, SPG)의 단면 도식도를 보여준다.
도 384는 본 발명의 실시예에 따른, 검출기 픽셀 배열로 통합된 SPG 배열의 부분 단면 도식도를 보여준다.
도 385는 본 발명의 실시예에 따른, 제조 가능한 SPG의 설계를 위한 대표적인 설계 공정의 흐름도를 보여준다.
도 386은 본 발명의 실시예에 따른, SPG의 설계에 이용될 수 있는 기하학적 구조물을 보여준다.
도 387은 본 발명의 실시예에 따른, 동등한 SPG의 파라미터를 계산하는데 있어 이용될 수 있는 대표적인 프리즘(prism) 구조의 단면 도식도를 보여준다.
도 388은 본 발명의 실시예에 따른, 동등한 프리즘 구조의 면적(dimensions)으로부터 계산될 수 있는 SPG의 다양한 파라미터들을 설명하기 위하여 도시된, 프리즘 구조에 대응하는 SPG의 단면 도식도를 보여준다.
도 389는 CRA 보정에 이용되는 제조할 수 있는 SPG의 성능을 추정하는, 맥스웰 방정식에 대한 수치 해를 이용하여 계산된 플롯을 보여준다.
도 390은 CRA 보정에 이용되는 SPG의 성능을 추정하는, 기하광학적 근사(geometrical optics approximations)를 이용하여 계산된 플롯을 보여준다.
도 391은 다른 파장의 s-편광된 전자기 에너지에 대한 제조할 수 있는 SPG에 의해 수행되는 CRA 보정의 모의 실험된 결과를 컴퓨터로 비교하는 플롯을 보여준다.
도 392는 다른 파장의 p-편광된 전자기 에너지에 대한 제조할 수 있는 SPG에 의해 수행되는 CRA 보정의 모의 실험 결과를 컴퓨터로 비교하는 플롯을 보여준다.
도 393은 경사면(tilted surface)에 더해진 포물면(parabolic surface)의 예를 설명하기 위하여 도시된, 전자기 에너지를 모으고(focusing), CRA 보정을 수행하는 것을 동시에 할 수 있는 광학 장치의 대표적인 위상 형상(phase profile)의 플롯을 보여준다.
도 394는 본 발명의 실시예에 따라, SPGr가 그 위에 입사되는 전자기 에너지의 집속과 CRA 보정을 동시에 제공하도록 도 393에 도시된, 대표 위상 형상에 대응하는 대표 SPG를 보여준다.
도 395는 본 발명의 실시예에 따른, 반사방지(anti-reflection) 코팅을 포함하는 하나의 적층(layered) 광학 요소의 단면도이다.
도 396은 본 발명의 실시예에 따른, 반사방지 층이 있고 반사방지 층이 없는 두 적층 광학 요소로 규정되는 면의 파장의 함수로서 반사율의 플롯을 보여준다.
도 397은 본 발명의 실시예에 따른 광학 요소의 표면에 적용될 수 있는 반파장 특징의 네거티브(negative)를 포함하는 표면을 가지는 하나의 제작 마스터를 예시한다.
도 398은 도 268의 가공면의 하위 섹션(subsection)의 수치 격자 모델(numerical grid model)을 보여준다.
도 399는 도 268의 가공면을 가지는 제작 마스터를 이용하여 생성된 반파장 특징을 가지는 평면 상에 수직 입사하는 전자기 에너지의 파장의 함수로서 반사율의 플롯을 나타낸다.
도 400은 도 268의 가공면을 가지는 제작 마스터를 이용하여 생성된 반파장 특징을 가지는 평면 상에 수직 입사하는 전자기 에너지의 입사각의 함수로서 반사율의 플롯이다.
도 401은 대표 광학 요소 상에 입사하는 전자기 에너지의 입사각의 함수로서 반사율의 플롯이다.
도 402는 축소 효과(shrinkage effect)를 보여주는, 성형되고 경화되는 광학 요소의 단면의 플롯이다.
도 403은 축소 효과의 조정(accommodation)을 보여주는, 성형되고 경화되는 광학 요소의 단면의 플롯이다.
도 404는 본 발명의 실시예에 따른, 다른 타입의 후면 박층화(backside-thinned) 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 두 검출기 픽셀의 단면도를 보여준다.
도 405는 본 발명의 실시예에 따른, 검출기 픽셀에 사용될 수 있는 3기둥(three-pillar) 메타렌즈와 층 구조 및 후면 조명(backside illumination)용으로 구성된 검출기 픽셀의 단면도를 보여준다.
도 406은 후면 조명용으로 구성된 검출기 픽셀을 가지고 사용하기 위해 제작될 수 있는 조합 색상 및 적외선 차단 필터에 대해 파장의 함수로서 투과율의 플롯을 보여준다.
도 407은 본 발명의 실시예에 따른, 후면 조명용으로 구성된 검출기 픽셀의 단면도이다.
도 408은 본 발명의 실시예에 따른, 후면 조명용으로 구성된 검출기 픽셀의 다른 단면도이다.
도 409는 도 408의 검출기 픽셀에 대해 파장의 함수로서 양자 효율(quantum efficiency)의 플롯이다.
본 개시는 배열 이미징 시스템 및 관련 프로세스에 관한 다양한 면에 대해 논의한다. 상세하게는, 설계 공정 및 관련 소프트웨어, 다지수(multi-index) 광학 요소, 광학계의 웨이퍼 규모 어레이, 복수의 광학계를 형성하거나 성형하기 위한 제작 마스터, 배열 이미징 시스템의 복제 및 실장, 그 안에 형성되는 광학 요소를 가지는 검출기 픽셀, 및 전술한 시스템과 프로세스의 부가적인 실시예들이 개시된다. 다시 말하면, 본 개시 내에 기술되는 실시예들은 그 다양한 쓰임에 대해 설계 생성과 최적화부터 제작과 응용에 이르기까지 배열 이미징 시스템의 세부 사항을 제공한다.
예를 들면, 본 개시는 대량 생산 규모로 광학적 정밀도를 가지고 제조할 수 있는, 소비자와 제조자를 위한 카메라와 같은, 이미징 시스템의 제작(fabrication)에 대해 논의한다. 본 개시에 따라 제조되는 그러한 카메라는 종래의 카메라보다 뛰어난 광학계, 고품질 이미지 프로세싱, 유일한 전자 센서와 정밀 패키징(packaging)을 제공한다. 이하에 상세하게 논의되는 제조 기술은 예를 들면, 마이크로칩 산업의 현대 생산 능력과 필적할만한 대량 생산 규모에서, 나노미터 정밀 제작과 조립이 가능하게 한다. 정밀 반도체 제조 및 조립 기술과 협력하여 진보된 광학 재료를 사용함으로써, 대량 생산 이미징 시스템에 있어서 최적의 성능과 비용을 위하여 이미지 검출과 이미지 신호 처리가 정밀 광학 요소와 결합될 수 있다. 본 개시에서 논의되는 기술들은 일반적으로 검출기 제작에 사용되는 프로세스와 양립할 수 있는 광학계의 제작을 가능하게 한다. 예를 들면, 본 개시의 정밀 광학 요소들은 예를 들면, 검출기 제작에 이용되는 환류 공정과 관련된, 고온 프로세싱에 견딜 수 있도록 구성될 수 있다. 본 제작과, 결과로서 카메라의 뛰어난 성능으로 인해 이러한 이미징 시스템이 다양한 기술 분야에 응용될 수 있다. 예를 들면, 여기 개시된 이미징 시스템은 손에 들거나 착용하는 카메라와 전화기와 같은 모바일 이미징 시장, 자동차 및 선박 산업과 같은 운송 부문에 사용하기에 적합하다. 더욱이, 본 개시에 따라서 제조되는 이미징 시스템은 가정 및 전문 보안 응용, 산업 제어 및 감시, 장난감과 게임, 의료 장치와 정밀 기구, 취미, 전문 사진에 이용될 수 있거나, 그 안에 통합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라서, 다중 카메라는 결합 유닛으로 제조될 수 있거나, 개별 카메라 유닛은 카메라의 멀티 뷰 시스템(multi-view system)으로서 OEM 통합기로 통합될 수 있다. 멀티 뷰 시스템 내의 모든 카메라가 동일할 필요는 없고, 여기에 개시된 고 정밀 제작 및 조립 기술에 의해 많은 구성들이 대량 생산될 수 있다. 다중 카메라 시스템 내의 몇몇 카메라들은 해상도가 낮을 수 있고, 간단한 작업들을 수행할 수 있다. 반면에 인접지나 그 외 장소에 있는 다른 카메라들은 고품질 이미지를 형성하도록 협력할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 이미지 신호 처리, 기계 작업, I/O 서브시스템 용 처리기(processor)는 또한 정밀 제작 및 조립 기술을 사용한 카메라로 통합될 수 있거나 통합 시스템 전반에 걸쳐 분산될 수 있다. 예를 들면, 단일 처리기는 처리기가 각 카메라와 통신할 때 유사하거나 다른 작업을 수행하는, 일정 수의 카메라에 의존될 수 있다. 다른 응용에 있어서, 단일 이미징 시스템으로 통합되는 단일 카메라나 다중 카메라는 작업을 수행하고, 정보 또는 제어 큐(queue)를 제공하기 위하여 다양한 외부 처리기 및 I/O 서브시스템에 입력을 제공할 수 있고, 그에 대한 처리 를 제공할 수 있다. 카메라의 고 정밀 제작 및 조립에 의해 고품질 대량 생산에 대하여 전자 처리와 광학 성능이 최적화될 수 있다.
본 개시에 따른 카메라의 패키징(packaging)은 또한 재고 사용에 대해 완전한 카메라 유닛을 형성하기 위하여 필요한 모든 패키징을 통합시킬 수 있다. 패키징은 통상 전자 장치, 반도체 및 칩 셋과 관련된 현대 조립 기술을 사용한 대량 생산을 허용하도록 맞춤화될 수 있다. 패키징은 또한 공정 제어, 모니터링, 바코드 및 라벨 판독, 보안 및 감독, 협력 작업과 같은 산업적이고 상업적인 용도를 조정하도록 구성될 수 있다. 진보된 광학 재료, 정밀 제작 및 조립은 종래 시스템을 저하시킬 수 있는 엄격한 환경에서의 사용을 위한 확고한 해결책을 제공하고, 협력하도록 구성될 수 있다. 통일된 조립라인과 결합된 열 및 기계적 스트레스에 대한 증가된 내성 덕분에 스트레스의 넓은 범위를 통하여 안정된 이미지 품질이 제공된다.
전화기, GPS 유닛과 착용할 수 있는 카메라와 같은 소형 장치에 사용하는 것을 포함하여, 본 발명의 실시예에 따른 이미징 시스템에 대한 응용은 향상된 이미지 품질과 정밀 패키징 내의 울퉁불퉁한 물건에 이점이 있다. 소형 장치 용 통합기는 유연성을 얻을 수 있고, "칩 상의 광학 시스템(optical system-on-a-chip)"을 제공하기 위하여, 정밀 제작을 이용하는 단일 유닛에 결합된 광학계, 검출기 및 신호 처리를 갖는 능력을 강화시킬 수 있다. 손에 들고 찍는 카메라 사용자들은 낮은 전력 처리로 인해 더 긴 배터리 수명을 얻을 수 있고, 더 작고 더 얇으며 정보를 관리하기 위한 바코드 판독 및 광학 문자 인식과 같은 새로운 기능이 개발된 장치를 얻을 수 있다. 보안은 또한 카메라에 들어가 있거나 네트워크를 통해 통신하여 식별 및/또는 보안 처리를 하는 소형 장치를 사용하는, 홍채 식별과 같은 생물학적 분석을 통하여 제공될 수 있다.
자동차, 무거운 트럭, 철도나 바다에 의한 운송, 항공 여행과 모바일 보안을 포함하는 수송과 같은 모바일 시장에 대한 응용은 모두, 대량 생산될 수 있는 값싸고 고품질의 카메라를 가짐으로써 이익을 볼 수 있다. 예를 들면, 자동차 운전자는 시각적 반응 및/또는 경고를 제공하는 자동차 뒤나 옆의 이미지와 같은, 자동차의 외부에 대한 감시 능력이 증가하는 이익을 볼 수 있고, "맹점(blind spot)" 시각화 또는 선반이나 트럭 짐칸에 실린 화물의 감시에 대한 도움을 받을 수 있다. 더욱이, 자동차 제조자들은 점유자의 행동과 위치, 안전 배치 장치(safety deployment devices)에 대한 입력 제공과 같은, 내부 움직임을 감시하는데 카메라를 이용할 수 있다. 다수의 협력 카메라를 통한, 화물, 운송 컨테이너나 항공 이용 및 장비에 대한 보안과 감시는 개시된 이미징 시스템의 대량 생산성의 결과로서 낮은 가격으로 달성할 수 있다.
개시된 본 발명의 맥락 내에서, 광학 요소는 몇몇 방식으로 그것을 통해 전달되는 전자기 에너지에 영향을 미치는 단일 요소가 될 수 있다는 것이 이해된다. 예를 들면, 광학 요소는 회절 요소(diffractive element), 굴절 요소(rafractive element), 반사 요소(reflcetive element)나 홀로그래픽 요소(holographic element)일 수 있다. 광학 요소 어레이는 공통 베이스에 의해 지지되는 복수의 광학 요소로 생각될 수 있다. 적층 광학 요소는 다른 광학적 특성(예를 들면, 굴절률)을 가지는 2 이상의 층들을 포함하는 통일 구조이고, 복수의 적층 광학 요소들 은 적층 광학 요소 어레이를 형성하기 위하여 공통 베이스 상에서 지지될 수 있다. 이러한 적층 광학 요소들의 설계와 제작의 세부사항에 대한 것은 이하에서 적당한 시기에 논의된다. 이미징 시스템은 이미지를 형성하기 위하여 협력하는 광학 요소들과 적층 광학 요소들의 조합으로 생각될 수 있고, 복수의 이미징 시스템들은, 이하에서 좀 더 상세하게 논의되는 것과 같이, 배열 이미징 시스템을 형성하기 위하여 공통 기판(common substrate)상에 배열될 수 있다. 게다가, 광학계라는 용어는 광학 요소, 적층 광학 요소, 이미징 시스템, 검출기, 덮개판(cover plates), 스페이서(spacers) 등을 망라하는 것으로 의도되며, 그것들은 협동 방식으로 함께 조립될 수 있다.
예를 들면, 휴대 전화 카메라, 장난감, 게임 내에 사용하는 것과 같은 이미징 시스템에 대한 최근의 관심은 이미징 시스템을 구성하는 요소들을 더욱 소형화하는 것에 박차를 가하고 있다. 이 점에 있어서, 정렬 및 제조가 쉽고, 수차와 관련되어 초점이 어긋나는 것이 줄어든, 낮은 가격의 작고 쓸모 있는 이미징 시스템이 바람직할 것이다.
여기에 기술된 실시예들은 배열 이미징 시스템과 그러한 이미징 시스템을 제조하는 방법을 제공한다. 본 개시는 고성능 광학계의 특정 구성, 증가된 수율의 웨이퍼 규모 이미징 시스템의 제작 방법, 주어진 웨이퍼 규모 이미징 시스템의 이미지 품질과 제조가능성 중의 적어도 하나를 향상시키기 위하여 디지털 이미지 신호 처리 알고리즘과 함께 사용될 수 있는 조립 구성들을 유리하게 제공한다.
도 1은 검출기(16)와 광학 통신하는 광학계(42)를 포함하는 이미징 시스 템(40)의 볼록도이다. 광학계(42)는, 이후 적당한 시기에 상세하게 기술되는 바와 같이, 복수의 광학 요소(44)(예를 들면, 고분자 재료로부터 적층 광학 요소로서 순차적으로 형성된)를 포함하고, 이미징 시스템(40) 내에 미리 설정된 위상 효과(phase effect)를 도입하기 위하여 하나 이상의 위상 변경 요소를 포함할 수 있다. 4개의 광학 요소가 도 1에 예시되어 있지만, 광학계(42)는 이와는 다른 수의 광학 요소를 가질 수도 있다. 이미징 시스템(40)은 또한 이하에 검출기(16)나 광학 계-검출기 경계면(14)의 부분으로 반영되어 기술되는 바와 같이, 매립 광학 요소(미도시)를 포함할 수 있다. 광학계는 많은 부가적인 이미징 시스템으로 형성되고, 그것들은 서로서로 동일하거나 다를 수 있으며, 여기에서의 가르침에 따라 개개의 유닛을 형성하기 위하여 분리될 수 있다.
이미징 시스템(40)은 검출기(16)와 전기적으로 연결되는 처리기(46)를 포함한다. 처리기(46)는 이미지(48)를 산출하기 위하여, 이미징 시스템(40)에 입사하는 전자기 에너지(18)에 따라 검출기(16)의 검출기 픽셀에 의해 생성되고, 검출기 픽셀에 전송되는 전자 데이터를 처리하도록 동작한다. 처리기(46)는 공정, 작업, 디스플레이 동작, 신호 처리 동작, 입력/출력 동작을 포함하는 많은 동작(47)들과 관련될 수 있다. 일 실시예로서, 처리기(46)는 광학계(42) 내에 포함되는 위상 변경 요소에 의해 부호화되는 이미지를 수정하기 위하여 복호화 알고리즘(decoding algorithm)(예를 들면, 필터 핵을 이용한 데이터의 역 컨볼루션)을 실행한다. 선택적으로, 처리기(46)는 또한, 예를 들면, 색상 처리, 작업 기반 처리 또는 노이즈 제거를 실행할 수 있다. 대표적인 작업은 물체 인식(object recognition) 작업이 될 수 있다.
이미징 시스템(40)은 독립적으로 작동하거나 하나 이상의 다른 이미징 시스템과 협력하여 작동할 수 있다. 예를 들면, 세 개의 이미징 시스템이 오브젝트 볼륨(object volume) 내의 물체를 식별하는 작업을 완벽히 수행할 수 있도록 세 개의 다른 시각에서의 오브젝트 볼륨과 뷰 볼륨(view volume)에 따라 작동할 수 있다. 각 이미징 시스템은, 도 293과 관련하여 상세히 기술되는 바와 같이, 하나 이상의 배열 이미징 시스템을 포함할 수 있다. 이미징 시스템은, 또한 하나 이상의 다른 이미징 시스템을 포함할 수 있는 많은 포장 분류 시스템(package sorting system)이나 자동차와 같은, 더 큰 어플리케이션(50) 내부에 포함될 수 있다.
도 2a는 그 위에 입사하는 전자기 에너지(18)에 따라 전자 이미지 데이터를 생성하는 이미징 시스템(10)의 단면도이다. 이미징 시스템(10)은 따라서 관심있는 장면에서 방출 및/또는 반사되는 전자기 에너지(18)로부터 관심있는 장면의 이미지(전자 이미지 데이터의 형태로)를 획득하도록 작동할 수 있다. 이미징 시스템(10)은 디지털 카메라, 모바일 폰, 장난감, 차랑용 자동 후방 카메라를 포함하는, 이에 제한되지는 않지만, 이미징 시스템의 응용에 이용될 수 있다.
이미징 시스템(10)은 협력하여 전자 이미지 데이터를 생성하는 검출기(16), 광학계-검출기 경계면(14), 광학계(12)를 포함한다. 검출기(16)는, 예를 들면, CMOS 검출기 또는 CCD 검출기이다. 검출기(16)는 복수의 검출기 픽셀(미도시)을 갖는다. 각 픽셀은 그 위에 입사하는 전자기 에너지(18)의 부분에 따라서 전자 이미지 데이터의 부분을 생성하도록 작동한다. 도 2a에 예시된 실시예에서, 검출기(16) 는 2.2 미크론의 픽셀 사이즈로서 640×480 검출기 픽셀을 갖는 VGA 검출기이다. 이러한 검출기는 307,160 요소의 전자 데이터를 제공하도록 작동한다. 여기에서, 전자 데이터의 각 요소는 각각의 검출기 픽셀에 입사하는 전자기 에너지를 나타낸다.
광학계-검출기 경계면(14)은 검출기(16) 위에 형성될 수 있다. 광학계-검출기 경계면(14)은 적외선 필터, 색상 필터와 같은 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다. 광학계-검출기 경계면(14)은 또한 광학 요소, 예를 들면 렌즈렛(lenslet, 소형렌즈)이 검출기(16)의 각 검출기 픽셀 위에 배치되도록, 검출기(16)의 검출기 픽셀 위에 배치된 렌즈렛(lenslet, 소형렌즈) 어레이를 포함할 수 있다. 이 렌즈렛들은 예를 들면 관련된 검출기 픽셀 상에 광학계(12)를 통과하는 부분의 전자기 에너지(18)를 인도하도록 작동한다. 일 실시예에서, 렌즈렛들은 이 후에 기술되는 바와 같이, 주광선 각도(chief ray angle, CRA) 보정을 제공하는 광학계-검출기 경계면(14) 내에 포함된다.
광학계(12)는 광학계-검출기 경계면(14) 위에 형성될 수 있고, 전자기 에너지(18)를 광학계-검출기 경계면(14) 및 검출기(16) 상에 인도하도록 작동할 수 있다. 이하에서 논의되는 바와 같이, 광학계(12)는 복수의 광학 요소를 포함할 수 있고, 다른 구성 내에 형성될 수 있다. 광학계(12)는 일반적으로, 나중에 도시되는, 단단한 구경조리개(aperture stop)를 포함하고, 미광(stray light)을 완화하도록 불투과성 재료로 패키징될 수 있다.
이미징 시스템(10)은 독립형 이미징 시스템으로서 도 2a에 도시되어 있지만, 그것은 처음에 배열 이미징 시스템 중의 하나로 제작된다. 이 배열은 공통 베이스 위에 형성되고, 예를 들면, 복수의 단일화되고 무리지어진 시스템을 생성하도록 "dicing(다이싱)"(즉, 물리적 절단이나 분리)에 의해 분리된다. 또는 선택적으로, 이미징 시스템(10)은, 이하에 기술되는 바와 같이, 이미징 시스템(10) 배열의 일부로 남을 수 있다. 즉, 배열은 그대로 유지되거나 이미징 시스템(10)의 복수의 부배열(sub-array)로 분리된다.
배열 이미징 시스템(10)은 다음과 같이 제작될 수 있다. 복수의 검출기(16)는 CMOS와 같은 공정을 이용하여 공통 반도체 웨이퍼(예를 들면, 실리콘) 위에 형성된다. 광학계-검출기 경계면(14)이 이어서 각 검출기의 위에 형성되고, 그 후에 광학계(12)가 광학계-검출기 경계면(14) 위에, 예를 들면 성형 공정을 통하여, 형성된다. 따라서, 배열 이미징 시스템(10)의 구성 요소들은 동시에 제작될 수 있다. 예를 들면, 각 검출기(16)는 공통 반도체 웨이퍼 위에 동시에 형성될 수 있고, 그 후 광학계(12)의 각 광학 요소는 동시에 형성될 수 있다. 배열 이미징 시스템의 구성요소들을 제작하기 위한 복제 방법은 희망하는 면에 대한, 어쩌면 축소 보상될 수 있는, 네거티브 프로필(negative profile)을 포함하는 제작 마스터의 사용을 수반할 수 있다. 제작 마스터는 제작 마스터의 형상을 단단하게(예를 들면, 중합시키는 것)하고 그것을 유지하도록 처리(예를 들면, UV 경화)될 수 있는 재료(예를 들면, 액체 저분자(liquid monomer))을 가지고 사용된다.
성형 방법(molding method)은 일반적으로, 틀에 흐르는 재료를 도입하고, 그 후에, 그 위에서 재료가 틀의 형상을 유지하는, 재료를 냉각시키거나 응고시킨다. 양각 방법(embossing method)은 복제 방법과 유사하지만, 유연한, 형성력 있는 재료로 제작 마스터를 맞물리게 하고, 그 후에 선택적으로 표면 형상을 유지하도록 재료를 처리한다. 이러한 각각의 방법들의 다양한 변화가 종래 기술에 존재하며, 의도한 광학 설계의 설계 및 품질의 제한을 충족시키기 위하여 적당히 이용될 수 있다. 이러한 이미징 시스템(10)의 배열을 형성하기 위한 공정들의 상세 사항들은 이하에서 더 자세하게 논의된다.
이하에 논의되는 바와 같이, 부가 요소(미도시)들이 이미징 시스템(10) 내에 포함될 수 있다. 예를 들면, 가변 광학 요소들이 이미징 시스템(10) 내에 포함될 수 있다. 그러한 가변 광학 요소는 이미징 시스템(10)의 수차(aberrations)의 보정 및/또는 이미징 시스템(10) 내의 줌 기능성을 실행하는데 있어서 유용할 수 있다. 광학계(12)는 또한 검출기(16)에서 획득되는 이미지가, 예를 들면 하나 이상의 위상 변경 요소가 없는 검출기(16)에서 획득되는 대응 이미지와 비교하여 수차에 덜 민감하도록 그것을 통하여 전달되는, 전자기 에너지(18)의 파면 위상을 변경하기 위하여 하나 이상의 위상 변경 요소를 포함할 수 있다. 위상 변경 요소들의 그러한 이용은, 예를 들면, 이미징 시스템(10)의 심도(depth of field)를 증가시키고/또는 연속적으로 변할 수 있는 줌을 실행하는데 이용될 수 있는, 예를 들면, 파면 부호화(wavefront coding)를 포함할 수 있다.
만약 있다면, 하나 이상의 위상 변경 요소들은 전자기 에너지(18)의 파면의 위상을 선택적으로 변경함으로써 검출기에 의해 검출되기 전에 광학계(12)를 통과하는 전자기 에너지(18)의 파면을 부호화한다. 예를 들면, 검출기(16)에 의해 획득 되는 결과 이미지는 파면 부호화의 결과로 이미징 효과를 보여줄 수 있다. 이미지가 기계에 의해 분석될 수 있는 때와 같은, 그러한 이미징 효과에 민감하지 않은 응용에 있어서, 검출기(16)에 의해 획득되는 이미지(이미징 효과를 포함)는 추가 처리 없이 이용될 수 있다. 그러나, 또렷한(in-focus) 이미지가 요청된다면, 획득되는 이미지는 복호화 알고리즘(여기에서는 가끔 "전처리(post processing)"나 " 필터링(filtering)"으로 표시된다.)을 실행하는 처리기(미도시)에 의해 추가 처리될 수 있다.
도 2b는 이미징 시스템(20)의 단면도이고, 이미징 시스템(20)은 도 2a의 이미징 시스템(10)의 일 실시예이다. 이미징 시스템(20)은 광학계(22)를 포함하는데, 광학계(22)는 이미징 시스템(10)의 광학계(12)의 일 실시예이다. 광학계(22)는 광학계-검출기 경계면(14) 위에 형성되는 복수의 적층 광학 요소(24)를 포함한다. 따라서, 광학계(22)는 비균질(non-homogenous) 또는 다지수(multi-index) 광학 요소의 예라고 생각될 수 있다. 각 적층 광학 요소(24)는 적어도 하나의 다른 적층 광학 요소(24)와 직접적으로 접촉한다. 광학계(22)가 7개의 적층 광학 요소(24)를 갖는 것으로 예시된다 해도, 광학계(22)는 다른 양의 적층 광학 요소(24)를 가질 수 있다. 특히, 적층 광학 요소 24(7)은 광학계-검출기 경계면(14) 위에 형성된다. 적층 광학 요소 24(6)은 적층 광학 요소 24(7) 위에 형성된다. 적층 광학 요소 24(5)는 적층 광학 요소 24(6) 위에 형성된다. 적층 광학 요소 24(4)는 적층 광학 요소 24(5) 위에 형성된다. 적층 광학 요소 24(3)는 적층 광학 요소 24(4) 위에 형성된다. 적층 광학 요소 24(2)는 적층 광학 요소 24(3) 위에 형성된다. 그리고 적층 광 학 요소 24(1)는 적층 광학 요소 24(2) 위에 형성된다. 적층 광학 요소(24)는, 예를 들면, 자외선 경화 고분자(ultraviolet light curable polymer)나 열 경화 고분자를 성형함으로써 제작될 수 있다. 적층 광학 요소의 제작은 이하에 더 상세하게 논의된다.
인접한 적층 광학 요소(24)들은 다른 굴절률을 가진다. 예를 들면, 적층 광학 요소 24(1)은 적층 광학 요소 24(2)와는 다른 굴절률을 가진다. 광학계(22)의 일 실시예에 있어서, 제 1 적층 광학 요소 24(1)는 이미징 시스템(20)의 색수차(chromatic aberration)를 감소시키기 위하여 제 2 적층 광학 요소 24(2)보다 더 큰 아베 상수, 또는 더 작은 분산을 가진다. 유효 굴절률 층(effective index layer)이나 복수의 반파장(subwavelength) 두께 층을 형성하는 반파장 특징으로부터 만들어지는 반사방지 코팅(Anti-reflection coating)은 인접한 광학 요소들 간에 적용될 수 있다. 또한 선택적으로, 제 3의 굴절률을 가지는 제 3의 재료가 인접한 광학 요소들 간에 적용될 수 있다. 다른 굴절률을 가지는 다른 두 재료들의 사용이 도 2b에 예시된다. 제 1 재료는 왼쪽에서 오른쪽 윗 방향에 이르는 교차 해칭(cross hatching)으로 표시되고, 제 2 재료는 왼쪽에서 오른쪽 아래 방향에 이르는 교차 해칭으로 표시된다. 따라서, 이 예에서, 적층 광학 요소 24(1), 24(3), 24(5), 24(7)은 제 1 재료로 형성되고, 적층 광학 요소 24(2), 24(4), 24(6)은 제 2 재료로 형성된다.
두 재료로 형성된 적층 광학 요소가 도 2b에 예시되어 있지만, 적층 광학 요소(24)는 2 이상의 재료로 형성될 수 있다. 적층 광학 요소(24)를 형성하는데 이용 되는 재료들의 양을 감소시킴으로써 이미징 시스템(20)의 복잡도(complexity) 및/또는 비용을 줄일 수 있다. 그러나, 적층 광학 요소(24)를 형성하는데 이용되는 재료들의 양을 증가시킴으로써 이미징 시스템(20)의 성능 및/또는 이미징 시스템(20)의 설계에 있어서의 유연성을 늘릴 수 있다. 예를 들면, 이미징 시스템(20)의 실시예에 있어서, 축색(axial color)을 포함하는 수차는 적층 광학 요소(24)를 형상하는데 이용되는 재료들의 숫자를 증가시킴으로써 감소될 수 있다.
광학계(22)는 하나 이상의 물리적 구경(apertures)(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 구경은, 예를 들면, 광학계(22)의 상면 곡면(top planar surface) 26(1) 및 26(2) 위에 배치될 수 있다. 선택적으로, 구경은 하나 이상의 적층 광학 요소(24) 위에 배치될 수 있다. 예를 들면, 구경은 적층 광학 요소 24(2)와 24(3)을 분리하는 평면 곡면 28(1) 및 28(2) 위에 배치될 수 있다. 예로써, 구경은 금속의 저온 증착(deposition)이나 특정 적층 광학 요소(24) 상에 있는 다른 불투과성(opaque) 재료에 의해 형성될 수 있다. 또 다른 예에서, 구경은 리소그래피를 이용한 금속 박판 위에 형성되고, 그 금속판은 그리고나서 적층 광학 요소(24) 위에 배치된다.
도 3은 이미징 시스템(62)의 배열(60)의 단면도이고, 각각의 이미징 시스템 62는 예를 들면, 도 2a의 이미징 시스템 10의 실시예이다. 배열(60)은 5개의 이미징 시스템(62)을 가지는 것으로 예시되지만, 배열(60)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다면, 다른 양의 이미징 시스템(62)을 가질 수 있다. 더욱이, 배열(60)의 각 이미징 시스템이 동일한 것으로 예시되어 있지만, 배열(60)의 각 이미징 시스 템(62)은 다를 수 있다(또는 어떤 것이라도 다를 수 있다). 배열(60)은 다시 부 배열(sub-array) 및/또는 하나 이상의 독립 이미징 시스템(62)을 생성하도록 분리될 수 있다. 배열(60)은 균등한 간격(space)의 이미징 시스템(62) 그룹을 보여주지만, 하나 이상의 이미징 시스템(62)이 부정형으로(unformed) 남아 있을 수 있고, 그로 인해 광학계가 없는 영역이 남을 수 있다는 것을 주목할 필요가 있다.
부분단면(64)(Breakout)은 이미징 시스템의 일 예의 클로즈 업 보기(close up view)를 나타낸다. 이미징 시스템(62)은 검출기(16) 위에 제작된, 광학계 12의 일 실시예인 광학계 66를 포함한다. 검출기(16)는 검출기 픽셀(78)을 포함하고, 검출기 픽셀(78)은 본래 크기로 도시되지 않는다. 검출기 픽셀(78)의 크기는 도시의 명확성을 위해 확대되어 있다. 검출기(78)의 단면은 아마 적어도 수백 개의 검출기 픽셀을 가질 것이다.
광학계(66)는 복수의 적층 광학 요소(68)를 포함하고, 적층 광학 요소(68)는 도 2b의 적층 광학 요소(24)와 유사할 수 있다. 적층 광학 요소(68)는 두 개의 다른 스타일의 교차 해칭으로 표시된 것과 같이, 두 개의 다른 재료로 형성되는 것으로 예시된다. 그러나 적층 광학 요소(68)은 2 이상의 재료로 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 적층 광학 요소(68)의 직경은 검출기(16)로부터 적층 광학 요소(68)의 거리가 증가함에 따라 감소한다는 것을 유의해야 한다. 따라서, 적층 광학 요소 68(7)는 가장 큰 직경을 가지고, 적층 광학 요소 68(1)은 가장 작은 직경을 가진다. 이러한 적층 광학 요소(68)의 구성은 "레이어 케이크(layer cake)" 구성으로 언급될 수 있다. 이러한 구성은, 이하에 기술되는 것과 같이, 적층 광학 요소를 제 작하는 데 이용되는 제작 마스터와 적층 광학 요소 간의 표면적의 양을 줄이기 위한 이미징 시스템에유리하게 이용될 수 있다. 적층 광학 요소와 제작 마스터 간의 넓은 표면적 접촉은, 적층 광학 요소를 형성하는데 이용되는 재료가 제작 마스터에 부착될 수 있고, 제작 마스터가 떨어질 때 공통 베이스(예를 들면, 검출기의 배열을 지지하는 기판이나 웨이퍼)로부터 적층 광학 요소 어레이를 잠재적으로 찢어놓을 수 있기 때문에 바람직하지 않을 수 있다.
광학계(66)는 그것을 통하여 전자기 에너지가 검출기(16)에 도달하도록 통과시키기 위한 광학 구경(clear aperture)(72)을 포함한다. 이 예에서, 광학 구경은 도시된 바와 같이, 광학 요소 68(1) 위에 배치된 물리적 구경(70)에 의해 형성된다. 광학 구경(72) 외부의 광학계(66)의 면적(area)은 참조번호 74로 나타내어지고, "야드(yards)"로 언급될 수 있으며, 전자기 에너지(예를 들면, 도 1의 18)는 구경(70) 때문에 야드를 통해 통과하는 것이 금지된다. 면적(74)은 입사하는 전자기 에너지의 이미지화에 이용되지 않고, 따라서 설계 제한에 적합하도록 맞출 수 있다. 구경 70과 같은 물리적 구경은 어느 하나의 적층 광학 요소(68) 위에 배치될 수 있고, 도 2b에 관하여 전술한 바와 같이 형성될 수 있다. 광학계(62)의 측면은 광학계에 대한 물리적 손상 또는 먼지 오염을 막아주는 불투과성 보호층(opaque protective layer)으로 덮일 수 있다. 보호층은 또한, 예를 들면, 적층 광학 요소 68(2)와 68(3) 간의 경계면에서의 다중 반사로 인한 미광이나 광학계(62)의 측면을 통해 새어나오는 주변광 같은 미광(stray light)이나 주변광(ambient light)이 검출기에 도달하는 것을 막아준다.
일 실시예로서, 이미징 시스템(62)들 간의 공간(76)은 스핀 온 고분자(spin-on polymer)와 같은 충전재(filler material)로 채워진다. 충전재는 예를 들면 공간(76) 내에 위치하고, 배열(60)은 그러면 충전재가 공간(76) 내부에 균등하게 분배될 수 있도록 높은 속도로 회전된다. 충전재는 이미징 시스템(10)에 지지와 단단함(rigidity)을 제공한다. 만약 충전재가 불투과성이라면, 분리 후의 바람직하지 않은 전자기 에너지로부터 각 이미징 시스템(62)을 고립시킬 수 있다.
도 4는 검출기 픽셀(78)의 배열을 포함(실제 척도에 따라 그리지 않음)하는 도 3의 이미징 시스템(62)의 예의 단면도이다. 도 4는 검출기 픽셀(78) 하나의 확대 단면도를 포함한다. 검출기 픽셀(78)은 매립 광학 요소 90과 92, 감광성 영역(94), 금속 배선(metal interconnects)(96)을 포함한다. 감광성 영역(94)은 그 위에 입사하는 전자기 에너지에 따라 전자 신호를 생성한다. 매립 광학 요소 90과 92는 감광성 영역(94)에 대한 표면(98) 위에 입사하는 전자기 에너지를 인도한다. 일 실시예로서, 매립 광학 요소 90 및/또는 92는, 이하에 기술되는 바와 같이, 주광선 각도 보정을 수행하도록 더 구성될 수 있다. 전기 배선(96)은 감광성 영역(94)에 전기적으로 연결되고, 외부 서브 시스템(예를 들면, 도 1의 처리기(46))에 대해 검출기 픽셀(78)을 연결시키기 위한 전기적 연결점(electrical connection points)의 역할을 한다.
이미징 시스템(10)의 다양한 실시예가 여기에서 논의된다. 표 1과 2는 기술되는 실시예들의 다양한 파라미터들을 요약한다. 각 실시예의 상세내용에 대해서는 바로 이 다음에 자세하게 논의된다.
설계(DESIGN) 초점거리(mm) FOV (°) F/# 전체 트랙(mm) 최대 CRA(°) 레이어들의 # (# of Layers)
VGA 1.50 62 1.3 2.25 31 7
3MP 4.91 60 2.0 6.3 28.5 9 + 유리판 + 에어갭
VGA_WFC 1.60 62 1.3 2.25 31 7
VGA_AF 1.50 62 1.3 2.25 31 7 + 열 적응 렌즈
VGA_W 1.55 62 2.9 2.35* 29 6 + 덮개판 + 검출기 덮개판
VGA_S_WFC 0.98 80 2.2 2.1 30 NA
VGA_O/VGA_O1 1.50/1.55 62 1.3 2.45 28/26 7
* 0.4mm 두께의 덮개판을 포함한다.
표 1
설계(DESIGN) 초점거리 (mm) Tele/ Wide FOV (°) Tele/ Wide F/# Tele/Wide 전체 트랙(mm) Tele/ Wide 최대 CRA(°) Tele/ Wide 줌 비율 (Zoom Raito) 그룹들의 # (# of groups)
Z_VGA_W 4.29/2.15 24/50 5.56/3.84 6.05*/ 6.05* 12/17 2 2
Z_VGA_LL 3.36/1.68 29/62 1.9/ 1.9 8.25/ 8.25 25/25 2 3
Z_VGA_LL_AF 3.34/1.71 28/62 1.9/ 1.9 9.25/ 9.25 25/25 연속 줌. 최대 줌 비율 1.95 3 + 열 적응 렌즈
Z_VGA_LL_WFC 3.37/1.72 28/60 1.7/ 1.7 8.3/8.3 22/22 연속 줌. 최대 줌 비율 1.96 3
* 0.4mm 두께의 덮개판을 포함한다.
표 2
도 5는 이미징 시스템(110)의 광학 레이아웃(optical layout)과 광선 추적(raytrace)을 나타내고, 이미징 시스템(110)은 도 2a의 이미징 시스템(10)의 실시예이다. 이미징 시스템(110)은 다시, 배열 이미징 시스템 중의 하나이다. 이러한 배열은, 도 2a 및 도 4에 관하여 전술한 바와 같이, 복수의 부 배열 및/또는 단일화된 이미징 시스템으로 분리될 수 있다. 이미징 시스템(110)은 이후에 "VGA 이미징 시스템"으로 언급될 수 있다. VGA 이미징 시스템은 검출기(112)와 광학 통신하는 광학계(114)를 포함한다. 광학계-검출기 경계면(미도시)은 또한 광학계(114)와 검출기(112) 사이에 존재한다. VGA 이미징 시스템은 1.5 밀리미터("mm")의 초점 거리, 62°의 시야각, 1.3의 F/#, 2.25mm의 전체 트랙 길이, 31°의 최대 주광선 입사각을 가진다. 교차 해칭된 구역은, 전술한 바와 같이, 그것을 통해서는 전자 에너지가 전달될 수 없는, 야드(yard) 영역이나 광학 구경 바깥 구역을 보여준다.
검출기(112)는 "VGA" 포맷을 가지고, 그것은 검출기 픽셀(미도시)의 행렬이 640열과 480행이라는 것을 의미한다. 따라서, 검출기(112)는 640×480의 해상도를 가진다고 일컬어질 수 있다. 입사하는 전자기 에너지의 방향에서 관찰할 때, 각 검출기 픽셀은 일반적으로 각 측면이 2.2 미크론의 길이를 가지는 정사각형 형상을 가진다. 검출기(112)는 1.408 mm의 공칭 너비(nominal width)와 1.056 mm의 공칭 높이를 가진다. 광학계(114)에 가장 가까운 검출기(112)의 표면을 가로지르는 대각선 거리는 명목상(nominally) 1.76 mm이다.
광학계(114)는 7개의 적층 광학 요소(116)를 가진다. 적층 광학 요소(116)은 두 개의 다른 재료로 형성되고, 인접한 적층 광학 요소는 다른 재료로 형성된다. 적층 광학 요소 116(1), 116(3), 116(5), 116(7)은 제 1 굴절률(refractive index)을 갖는 제 1 재료로 형성되고, 적층 광학 요소 116(2), 116(4), 116(6)은 제 2 굴절률을 갖는 제 2 재료로 형성된다. 어떤 에어 갭(air gaps)도 광학계(114)의 실시예 내에 있는 광학 요소들 간에 존재할 수 없다. 광선(118)은 VGA 이미징 시스템에 의해 이미지화되는 전자기 에너지를 나타낸다. 광선(118)은 무한히 먼 곳으로부터 시작되는 것으로 가정한다. 식(1)에 주어진 새그(sag)에 대한 방정식과 광학계(114)에 대한 조율(prescription)이 표 3과 4에 요약되어 있고, 거기에 주어진 반지름, 두께, 지름은 밀리미터 단위이다.
Figure 112008079270940-PCT00001
, ..................(식 1)
여기서,
n=1,2,...,8;
Figure 112008079270940-PCT00002
;
c=1/반지름;
k=원추 상수(Conic);
지름 = 2 * max(r); 및
Ai = 비구면 계수(aspheric coefficients)
표면(surface) 반지름 (Radius) 두께 (Thickness) 굴절률 아베# (Abbe) 지름 (Diameter) 원추 상수 (Conic)
물체(object) 무한대 무한대 공기 무한대 0
스톱(stop) 0.8531869 0.2778449 1.370 92.00 1.21 0
3 0.7026177 0.4992371 1.620 32.00 1.192312 0
4 0.5827148 0.1476905 1.370 92.00 1.089324 0
5 1.07797 0.3685015 1.620 32.00 1.07513 0
6 2.012126 0.6051814 1.370 92.00 1.208095 0
7 -0.93657 0.1480326 1.620 32.00 1.284121 0
8 4.371518 0.1848199 1.370 92.00 1.712286 0
이미지(image) 무한대 0 1.458 67.82 1.772066 0
표 3
표면# A2 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
1(물체) 0 0 0 0 0 0 0 0
2(스톱) 0 0.2200 -0.4457 0.6385 -0.1168 0 0 0
3 0 -1.103 0.1747 0.5534 -4.640 0 0 0
4 0.3551 -2.624 -5.929 30.30 -63.79 0 0 0
5 0.8519 -0.9265 -1.117 -1.843 -54.39 0 0 0
6 0 1.063 11.11 -73.31 109.1 0 0 0
7 0 -7.291 39.95 -106.0 116.4 0 0 0
8 0.5467 -0.6080 -3.590 10.31 -7.759 0 0 0
표 4
적층 광학 요소 116(1)과 116(2) 사이의 표면(113)은 비교적 얕다(낮은 광전력의 결과로)는 것이 도 5로부터 관찰될 수 있다. 이러한 얕은 표면은 이하에서 논의되는 바와 같이, STS 방법을 이용하여 유리하게 생성된다. 거꾸로 말하면, 적층 광학 요소 116(5)와 116(6) 사이의 표면(124)는 비교적 가파르다(높은 광전력의 결과로)는 것이 관찰될 수 있다. 이러한 가파른 표면은 이하에서 설명되는 바와 같은 XYZ 밀링 방법을 이용하여 유리하게 생성된다.
도 6은 이미징 시스템과 같은 배열을 분리하여 얻어지는 더 5의 VGA 이미징 시스템의 단면도이다. 상대적으로 수직인 측면(146)은 VGA 이미징 시스템이 배열 이미징 시스템으로부터 분리되었다는 것을 나타낸다. 도 6은 복수의 검출기 픽셀(140)을 포함하는 검출기(112)를 예시한다. 도 3에서와 같이, 검출기 픽셀(140)은 본래 크기로 도시되지 않는다. 그것들의 크기는 도시의 명확성을 위해 조금 과장된다. 더욱이, 도시의 명확성을 증진시키기 위하여 3개의 검출기 픽셀(140)만이 호칭된다.
광학계(114)는 그것을 통하여 전자기 에너지가 검출기(112)에 도달하도록 통과시키는, 광학계(114)의 그 부분에 상응하는 광학 구경(142)으로 도시된다. 광학 구경(142) 바깥의 야드(144)는 도 6에서 짙은 음영으로 나타내어진다. 도시의 명확성을 높이기 위하여, 두 개의 적층 광학 요소(116)만이 도 6에 이름 붙여진다. VGA 이미징 시스템은, 예를 들면, 적층 광학 요소 116(1) 위에 배치되는 물리적 구경(146)을 포함할 수 있다.
도 7 내지 도 10은 VGA 이미징 시스템의 성능 플롯을 보여준다. 도 7은 VGA 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수(modulation transfer function, "MTF")의 플롯(160)을 보여준다. MTF 곡선은 470 나노미터("nm")에서 650 나노미터까지의 파장에 걸쳐 평균화된다. 도 7은 검출기(112)의 사축(diagonal axis) 위에 실제 이미지 높이(real image height)와 관련된 세 개의 다른 장점(field point)에 대한 MTF 곡선을 예시한다. 이 세 장점들은 (0mm, 0mm)의 좌표를 갖는 축 상의 장점, (0.49mm, 0.37mm)의 좌표를 갖는 0.7 장점, (0.704mm, 0.528mm)의 좌표를 갖는 전 장점(full field point)이다. 도 7에서, "T"는 자오 상면(tangential field)을 의미하고, "S"는 구결 상면(sagittal field)을 의미한다.
도 8a 내지 8c는 VGA 이미징 시스템의 광 경로 차이(optical path differences) 또는 파면 오차(wavefront error)의 플롯 182, 184, 186을 각각 보여준다. 각 방향의 최대 크기는 +/- 5 파장이다. 실선(solid lines)은 470 nm(청색광)의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타낸다. 짧은 파선(short dashed line)은 550 nm(녹색광)의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타낸다. 긴 파선(long dashed line)은 650 nm(적색광)의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타낸다. 플롯의 각각의 쌍은 검출기의 대각선 상에 있는 다른 실제 이미지 높이에서의 광 경로 차이를 나타낸다. 플롯 182는 (0mm, 0mm)의 좌표를 갖는 축 상의 장점에 대응하고, 플롯 184는 (0.49mm, 0.37mm)의 좌표를 갖는 0.7 장점에 대응하며, 플롯 186은 (0.704mm, 0.528mm)의 좌표를 갖는 전 장점에 대응한다. 플롯 182, 184, 186에서, 왼쪽 열은 광선의 자오 세트(tangential set)에 대한 파면 오차의 플롯이고, 오른쪽 열은 구 결 세트(sagittal set)에 대한 파면 오차의 플롯이다.
도 9a 및 9b는 VGA 이미징 시스템의 왜곡 플롯(200)과 상면 만곡(field curvature) 플롯(202)을 각각 보여준다. 최대 반 시야각(half-field angle)은 31.101°이다. 실선은 470nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하고, 짧은 파선은 550nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하며, 긴 파선은 650nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응한다.
도 10은 광학계(114)의 광학 요소의 중심과 두께에 있어서의 허용오차(tolerance)를 고려하는, VGA 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 MTF의 플롯(250)을 보여준다. 플롯(250)은 Monte Carlo 허용오차 분석을 실행하여 생성된 구결 상면 및 자오 상면 MTF 곡선의 축 상의 장점, 0.7 장점, 전 장점을 포함한다. 광학계(114)의 광학 요소의 중심과 두께에 있어서의 허용오차(tolerance)는 +2 미크론과 -2 미크론 사이에서 샘플링된 정규 분포를 가지는 것으로 가정되며, 표 5에 기술되어 있다. 따라서, 이미징 시스템(110)의 MTFs는 곡선 252 및 254에 의해 경계지워지는 것으로 기대된다.
파라미터 (PARAMETER) x, y 방향의 표면 어긋남(Surface decenter)(mm) x, y 방향의 표면 기울기(Surface tilt)(°) 요소 두께 변화 (Element thickness variation)(mm)
값 (VALUE) ±0.002 ±0.01 ±0.002
표 5
도 11은 이미징 시스템(300)의 광학 레이아웃 및 광선 추적을 나타내고, 이미징 시스템(300)은 도 2a의 이미징 시스템(100)의 실시예이다. 이미징 시스 템(300)은 배열 이미징 시스템들 중의 하나일 수 있고, 이러한 배열은 도 2a에 관하여 전술한 바와 같이, 복수의 부 배열 및/또는 독립 이미징 시스템으로 분리될 수 있다. 이미징 시스템(300)은 이후, "3MP 이미징 시스템" 으로 불리워진다. 3MP 이미징 시스템은 검출기(302) 및 광학계(304)를 포함한다. 광학계-검출기 경계면(미도시)은 또한 광학계(304)와 검출기(302) 사이에 존재한다. 3MP 이미징 시스템은 4.91mm의 초점 거리, 60°의 시야각, 2.0의 F/#, 6.3mm의 전체 트랙 길이, 28.5°의 최대 주광선 입사각을 가진다. 전술된 바와 같이, 교차 해칭된 구역은 그것을 통하여 전자기 에너지가 전달되지 않는 야드 영역을 보여준다.
검출기(302)는 3 메가픽셀 "3MP" 포맷을 가지고, 이것은 2048열과 1536행의 검출기 픽셀(미도시) 행렬을 포함한다는 것을 의미한다. 따라서, 검출기(302)는 2,048×1,536의 해상도를 갖는 것으로 일컬어질 수 있으며, 이것은 도 5의 검출기(112)의 해상도보다 충분히 높다. 각 검출기 픽셀은 각 변이 2.2 미크론 길이를 가지는 정사각형 형상을 갖는다. 검출기(112)는 4.5mm의 공칭 너비와 3.38mm의 공칭 높이를 가진다. 광학계(304)에 가장 가까운, 검출기(302)의 표면을 가로지르는 대각선 거리는 명목상 5.62 mm이다.
광학계(304)는 적층 광학 요소 306 내에 4 층의 광학 요소를 갖고, 적층 광학 요소 309 내에 5 층의 광학 요소를 갖는다. 적층 광학 요소 306은 두 개의 다른 재료로 형성되고, 인접한 광학 요소들은 다른 재료들로 형성된다. 상세하게는, 광학 요소 306(1)과 306(3)은 제 1 굴절률을 갖는 제 1 재료로 형성되고, 광학 요소 306(2)과 306(4)은 제 2 굴절률을 갖는 제 2 재료로 형성된다. 적층 광학 요소 309 는 두 개의 다른 재료로 형성되고, 인접한 광학 요소들은 다른 률을 갖는 제 1 재료로 형성되고, 광학 요소 309(2)과 309(4)은 제 2 굴절률을 갖는 제 2 재료로 형성된다. 더욱이, 광학계(304)는, 광학계(304) 내부에 에어갭(312)을 협력하여 형성하는, 중간 공통 베이스(314)(예를 들면 유리판으로 형성되는)를 포함한다. 하나의 에어갭(312)은 광학 요소 306(4)와 공통 베이스(314)로 규정되고, 또 다른 에어갭(312)은 공통 베이스(314)와 광학 요소 309(1)로 규정된다. 에어 시스템에 의해 이미지화되는 전자기 에너지를 나타낸다. 광선(308)은 무한히 먼 지점으로부터 시작되는 것으로 가정된다. 광학계(304)에 대한 새그(sag) 방정식은 식 1에 주어진다. 광학계(304)의 조율(prescription)은 표 6 및 표 7에 요약되며, 반지름, 두께, 지름은 밀리미터 단위로 주어진다.
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추상수 (Conic)
물체 무한대 무한대 공기 무한대 0
스톱 1.646978 0.7431315 1.370 92.000 2.5 0
3 2.97575 0.5756877 1.620 32.000 2.454056 0
4 1.855751 1.06786 1.370 92.000 2.291633 0
5 3.479259 0.2 1.620 32.000 2.390627 0
6 9.857028 0.059 공기 2.418568 0
7 무한대 0.2 1.520 64.200 2.420774 0
8 무한대 0.23 공기 2.462989 0
9 -9.140551 1.418134 1.620 32.000 2.474236 0
10 -3.892207 0.2 1.370 92.000 3.420696 0
11 -3.874526 0.1 1.620 32.000 3.557525 0
12 3.712696 1.04 1.370 92.000 4.251807 0
13 -2.743629 0.4709611 1.620 32.000 4.323436 0
이미지 무한대 0 1.458 67.820 5.718294 0
표 6
표면# A2 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
1(물체) 0 0 0 0 0 0 0 0
2(스톱) 0 -1.746×10-3 1.419×10-3 -1.244×10-3 0 0 0 0
3 0 -1.517×10-2 -2.777×10-3 7.544×10-3 0 0 0 0
4 -0.1162 1.292×10-2 -3.760×10-2 5.075×10-2 0 0 0 0
5 0 -4.789×10-2 -2.327×10-3 -6.977×10-3 0 0 0 0
6 0 -7.803×10-3 -3.196×10-3 9.558×10-4 0 0 0 0
7 0 0 0 0 0 0 0 0
8 0 0 0 0 0 0 0 0
9 0 -3.542×10-2 -4.762×10-3 -1.991×10-3 0 0 0 0
10 0 2.230×10-2 -1.528×10-2 2.399×10-3 0 0 0 0
11 0 -1.410×10-2 1.866×10-3 6.690×10-4 0 0 0 0
12 0 -1.908×10-2 -2.251×10-3 4.750×10-4 0 0 0 0
13 0 -4.800×10-4 1.650×10-3 3.881×10-4 0 0 0 0
표 7
도 12는 이미징 시스템(비교적 수직인 측면(336)은 3MP 이미징 시스템이 분리되었음을 나타낸다)과 같은 배열의 분리로 얻어지는 도 11의 3MP 이미징 시스템의 단면도이다. 도 12는 복수의 검출기 픽셀(330)을 포함하는 검출기(302)를 예시한다. 도 3에서와 같이, 검출기 픽셀(330)은 본래의 크기로 도시되지 않는다. 그것들의 크기는 도시의 명확성을 위하여 과장된다. 더욱이 도시의 명확성을 높이기 위하여 3개의 검출기 픽셀만 호칭된다.
도시의 명확성을 증진시키기 위하여, 적층 광학 요소 306과 309의 각각 하나의 광학 요소만이 도 12에 표시된다. 광학계(304)는 다시, 그것을 통하여 전자기 에너지가 검출기(302)에 도달하도록 통과시키는, 광학계(304)의 그 부분에 상응하는 광학 구경(332)을 가진다. 광학 구경(332) 바깥의 야드(334)는 도 12에서 짙은 음영으로 나타내어진다. 구경들은 다른 곳(인접한 하나 이상의 다른 적층 광학 요소 306)에 위치할 수 있지만, 3MP 이미징 시스템은, 예를 들면, 적층 광학 요소 306(1) 위에 배치되는 물리적 구경(338)을 포함할 수 있다. 구경들은 도 2b에 관하여 전술한 바대로 형성될 수 있다.
도 13 내지 도 16은 3MP 이미징 시스템의 성능 플롯을 보여준다. 도 13은 3MP 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 변조 전달 함수(modulation transfer function, "MTF")의 플롯(350)을 보여준다. MTF 곡선은 470 나노미터("nm")에서 650 나노미터까지의 파장에 걸쳐 평균화된다. 도 13은 검출기(302)의 사축(diagonal axis) 상에 실제 이미지 높이(real image height)와 관련된 세 개의 다른 장점(field point)에 대한 MTF 곡선을 예시한다. 이 세 장점들은 (0mm, 0mm)의 좌표를 갖는 축 상의 장점, (1.58mm, 1.18mm)의 좌표를 갖는 0.7 장점, (2.25mm, 1.69mm)의 좌표를 갖는 전 장점(full field point)이다. 도 13에서, "T"는 자오 상면(tangential field)을 의미하고, "S"는 구결 상면(sagittal field)을 의미한다.
도 14a, 14b, 14c는 3MP 이미징 시스템의 광 경로 차이(optical path differences) 또는 파면 오차(wavefront error)의 플롯 182, 184, 186을 각각 보여준다. 각 방향의 최대 크기는 +/- 5 파장이다. 실선(solid lines)은 470 nm(청색광)의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타낸다. 짧은 파선(short dashed line)은 550 nm(녹색광)의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타낸다. 긴 파선(long dashed line)은 650 nm(적색광)의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타낸다. 플롯의 각각의 쌍은 검출기의 대각선 상에 있는 다른 실제 이미지 높이에서의 광 경로 차이를 나타낸다. 플롯 362는 (0mm, 0mm)의 좌표를 갖는 축 상의 장점에 대응하고, 플롯 364 는 (1.58mm, 1.18mm)의 좌표를 갖는 0.7 장점에 대응하며, 플롯 366은 (2.25mm, 1.69mm)의 좌표를 갖는 전 장점에 대응한다. 플롯 362, 364, 366에서, 왼쪽 열은 광선의 자오 세트(tangential set)에 대한 파면 오차의 플롯이고, 오른쪽 열은 구결 세트(sagittal set)에 대한 파면 오차의 플롯이다.
도 15a 및 15b는 3MP 이미징 시스템의 왜곡 플롯(380)과 상면 만곡(field curvature) 플롯(382)을 각각 보여준다. 최대 반 시야각(half-field angle)은 30.063°이다. 실선은 470nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하고, 짧은 파선은 550nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하며, 긴 파선은 650nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응한다.
도 16은 광학계(304)의 광학 요소의 중심과 두께에 있어서의 허용오차(tolerance)를 고려하는, 3MP 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 MTF의 플롯(400)을 보여준다. 플롯(400)은 +2 미크론과 -2 미크론 사이에서 샘플링된 정규 분포를 가지는, Monte Carlo 허용오차 분석을 실행하여 생성된 구결 상면 및 자오 상면 MTF 곡선의 축 상의 장점, 0.7 장점, 전 장점을 포함한다. 축 상의 장점은 (0mm, 0mm)의 좌표를 갖고, 0.7 장점은 (1.58mm, 1.18mm)의 좌표를 가지며, 전 장점은 (2.25mm, 1.69mm)의 좌표를 갖는다. 광학계(114)의 광학 요소의 중심과 두께에 있어서의 허용오차(tolerance)는 도 16의 Monte Carlo 실행 내에서의 정규 분포를 가지는 것으로 가정된다. 따라서, 이미징 시스템(300)의 MTFs는 곡선 402 및 404에 의해 경계지워지는 것으로 기대된다.
도 17은 이미징 시스템(420)의 광학 레이아웃 및 광선 추적을 나타내고, 이 미징 시스템(420)은 도 2a의 이미징 시스템(10)의 실시예이다. 이미징 시스템(420)은, 이미징 시스템(420)이 파면 부호화와 같은, 미리 설정된 위상 변경을 실행하는 위상 변경 요소를 포함한다는 점에서, 도 5의 VGA 이미징 시스템과 다르다. 이미징 시스템(420)은 이후, VGA_WFC 이미징 시스템으로 불리워질 수 있으며, "WFC"는 파면 부호화를 의미한다. 파면 부호화는 수차 감소 및 확장된 피사계 심도와 같은 다양한 유리한 효과를 달성하기 위하여 이미징 시스템 내에 미리 설정된 위상 변경을 도입하는 기술을 언급한다. 예를 들면, 미국 특허 5,748,371 Cathey, Jr., etal(이후 '371 특허라고 한다.)는 이미징 시스템의 피사계 심도의 확장을 위하여 이미징 시스템 내에 삽입되는 위상 변경 요소를 개시한다. 예를 들면, 이미징 시스템은 검출기 상에서 이미징 광학계(imaging optics)와 위상 변경 요소를 통하여 물체를 이미지화하는데 이용될 수 있다. 위상 변경 요소는 미리 설정된 이미징 효과(imaging effect)를 검출기에서의 결과 이미지에 도입하기 위하여 물체로부터 전자기 에너지의 파면을 부호화하도록 구성될 수 있다. 이 이미징 효과는, 이러한 위상 변경 요소가 없는 종래의 이미징 시스템과 비교하여, 초점 어긋남과 관련된 수차가 줄어들고/또는 이미징 시스템의 피사계 심도가 확장되도록, 위상 변경 요소에 의하여 제어된다. 위상 변경 요소는, 예를 들면, 위상 변경 요소 면('371 특허 내에 논의된 것처럼)의 평면 내에 있는 공간 변수 x, y의 가분 3차 함수인 위상 변조(phase modulation)를 도입하도록 구성될 수 있다. 그러한 미리 설정된 위상 변경의 도입은 본 개시의 맥락 내에서 일반적으로 파면 부호화로 불리워진다.
VGA_WFC 이미징 시스템은 1.60mm의 초점 거리, 62°의 시야각, 1.3의 F/#, 2.25mm의 전체 트랙 길이, 31°의 최대 주광선 입사각을 가진다. 전술된 바와 같이, 교차 해칭된 구역은 그것을 통하여 전자기 에너지가 전달되지 않는 야드 영역을 보여준다.
VGA_WFC 이미징 시스템은 7개 요소 적층 광학 요소(117)를 가지는 광학계(117)를 포함한다. 광학계(424)는 미리 설정된 위상 변경을 포함하는 광학 요소 116(1')을 포함한다. 즉, 광학 요소 116(1')의 표면(432)은, 광학 요소 116(1')가 VGA_WFC 이미징 시스템 내에서 피사계 심도를 확장하기 위하여 미리 설정된 위상 변경을 실행하는 위상 변경 요소로서 부가적으로 기능하도록, 형성된다. 광선(428)은 VGA_WFC 이미징 시스템에 의해 이미지화되는 전자기 에너지를 나타낸다. 광선(428)은 무한히 먼 곳으로부터 시작되는 것으로 가정한다. 광학계(424)의 새그(sag)는 식 2, 식 3을 사용하여 표현될 수 있다. 광학계(424)에 대한 조율(prescription)의 세부사항은 표 8 내지 11에 요약되어 있고, 거기에 주어진 반지름, 두께, 지름은 밀리미터 단위이다.
Figure 112008079270940-PCT00003
(식 2)
여기서,
Amp = oct 폼의 크기(Amplitude of the oct form) 이고,
Figure 112008079270940-PCT00004
.............................(식 3)
여기서,
Figure 112008079270940-PCT00005
;
Figure 112008079270940-PCT00006
Figure 112008079270940-PCT00007
Figure 112008079270940-PCT00008
Figure 112008079270940-PCT00009
Figure 112008079270940-PCT00010
Figure 112008079270940-PCT00011
Figure 112008079270940-PCT00012
Figure 112008079270940-PCT00013
Figure 112008079270940-PCT00014
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추상수 (Conic)
물체 무한대 무한대 공기 무한대 0
스톱 0.8531869 0.2778449 1.370 92.00 1.21 0
3 0.7026177 0.4992371 0.620 32.00 1.188751 0
4 0.5827148 0.1476905 1.370 92.00 1.078165 0
5 1.07797 0.3685015 1.620 32.00 1.05661 0
6 2.012126 0.6051814 1.370 92.00 1.142809 0
7 -0.93657 0.1480326 1.620 32.00 1.186191 0
8 4.371518 0.2153112 1.320 92.00 1.655702 0
이미지 무한대 0 1.458 67.82 1.814248 0
표 8
표면# A2 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
1(물체) 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0 0 0
2(스톱) -0.01707 0.2018 -0.2489 0.6095 -0.3912 0 0 0
3 0.000 -1.103 0.1747 0.5534 -4.640 0 0 0
4 0.3551 -2.624 -5.929 30.30 -63.79 0 0 0
5 0.8519 -0.9265 -1.117 -1.843 -54.39 0 0 0
6 0.000 1.063 11.11 -73.31 109.1 0 0 0
7 0.000 -7.291 39.95 -106.0 116.4 0 0 0
8 0.5467 -0.6080 -3.590 10.31 -7.759 0 0 0
표 9
표면# Amp C N RO NR
2(스톱) 0.34856×10-3 -227.67 10.613 0.48877 0.605
표 10
α 1.0127 6.6221 -4.161 -16.5618 -20.381 -14.766 -5.698 46.167 200.785
β 1 2 3 4 5 6 7 8 9
표 11
도 18은 적층 광학 요소(116(1'))의 X 좌표 및 Y 좌표의 함수(function)로서의 적층 광학 요소(116(1'))의 표면(432)의 윤곽선 플롯(440)을 보여준다. 윤곽선(contours)들은 실선(solid line)들(442)로 표시된다. 그런 윤곽선들은 표면(432)의 높이변화의 대수(logarithm)를 나타낸다. 그래서, 표면(432)은 설명의 명확성을 촉진하기 위해 번호 표시된 것 중 단지 하나인 점선(444)에 의해 나타나는 바와 같이 작은 면이 있다. 도 18에 나타나는 대응하는 파라미터들을 갖는 표면(432)의 하나의 예시적인 설명은 식(3)에 의해 주어진다.
도 19는 배열 이미징 시스템들을 분리함으로써 얻어지는 도 17의 VGA_WFC 이미징 시스템의 투시도이다. 도 19는 크기(scale)에 대해 고려되어 작성된 것이 아니다. 특히, 광학 요소(116(1'))의 표면(432)의 윤곽선은 표면(432)상에 실시된 바와 같이 위상 변경 표면(phase modifying surface)을 설명하기 위해 과장되었다. 주목할 것은 층(432)이 이미징 시스템의 조리개(aperture)를 형성한다는 것에 있다.
도 20 내지 도 27은 도 5의 VGA 이미징 시스템에 대해 VGA_WFC 이미징 시스템의 성능을 비교한다. 앞서 진술된 바와 같이, VGA_WFC 이미징 시스템은 VGA_WFC 이미징 시스템이 그 이미징 시스템의 피사계 심도(Depth of field)를 연장할 미리 설정된 위상 변경을 실행하기 위한 위상 변경 요소를 포함한다는 점에서 VGA 이미징 시스템과 다르다. 특히, VGA 이미징 시스템에 대한 여러가지 물체 켤레들(object conjugates)에서 공간 주파수의 함수로서 MTFs에 대한, 도 20A 및 도 20B는 각각 플롯 450과 플롯 452를 보여주고, 도 21은 플롯(454)을 보여준다. 플롯(450)은 무한대(무한 거리)의 물체 켤레 거리에 대응하고, 플롯(452)는 20 센치미터("cm")의 물체 켤레 거리에 대응하며, 플롯(454)는 VGA 이미징 시스템에서 10cm의 물체 켤레 거리에 대응한다. 물체 켤레 거리(object conjugate distance)는 이미징 시스템(예로써, 광학 요소들(116(1) 및/또는 116(1'))의 제1 광학 요소로부터의 물체의 거리이다. 그 MTFs은 470 nm 에서 650nm 까지의 파장들에 걸쳐 평균내어 진다. 도 20A, 도 20B, 및 도 21은 VGA 이미징 시스템이 무한대의 물체 켤레 거리를 위해 설계되어 졌기 때문에 무한대에 배치된 물체에 대해서 최상으로 작동한다는 것을 나타낸다. 플롯 452 및 454의 MTF 커브들의 감소 크기(decreasing magnitude)는 흐릿한 이미지를 생산하는 디포커스(defocus)로 인해 물체가 그 VGA 이미징 시스템에 더 가까워지는 것과 같이 VGA 이미징 시스템의 성능을 악화시킨다는 것을 보여준다. 게다가, 플롯(454)로부터 알 수 있는바와 같이, VGA 이미징 시스템의 MTFs은 특정 조건(certain condition)하에서 제로로 떨어질 수 있다. 이미지 정보는 MTF가 제로(zero)에 도달할 때 잃게 된다.
도 22A 및 도 22B 는 각각 플롯(470) 및 플롯(472)를 보여주고, 도 23은 VGA_WFC 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서, MTFs의 플롯(474)을 보여준다. 플롯(470)은 무한대의 물체 켤레 거리에 대응하고, 플롯(472)는 20cm의 물체 켤레 거리에 대응하며, 플롯(474)는 10cm의 물체 켤레 거리에 대응한다. MTFs은 470nm 에서 650nm 까지의 파장들에 걸쳐 평균내어 진다.
플롯들(470, 472 및 474)의 각각은 VGA_WFC 이미징 시스템에 의해 생성된 전자 데이터의 후처리(post processing)를 갖거나 갖지 않는 VGA_WFC 이미징 시스템의 MTF 커브들을 포함한다. 특히, 플롯(470)은 여과되지 않은 MTF 커브들(476)을 포함하고, 플롯(472)는 여과되지 않은 MTF 커브들(478)을 포함하며, 플롯(474)는 여과되지 않은 MTF 커브들(480)을 포함한다. 도 20A, 도 20B 및 도 21에 대해 도 22A, 도 22B 및 도 23을 비교함으로써 알수 있는 바와 같이, VGA_WFC 이미징 시스템의 여과되지 않은 MTF 커브들은 일반적으로 무한대의 물체 거리에서 VGA 이미징 시스템의 MTF 커브들 보다 더 작은 크기를 갖는다. 그러나, VGA_WFC 이미징 시스템의 여과되지 않은 MTF 커브들 유리하게도 제로 크기에 도달하지 않는다. 따라서, VGA_WFC 이미징 시스템은 이미지 데이터의 손실없이 10cm만큼 가까운 물체 켤레 거리에서 작동할 수 있다. 게다가, 물체 켤레 거리가 바뀔 때에 VGA_WFC 이미징 시스템의 여과되지 않은 MTF 커브들은 유사하다. 그런 MTF 커브들에서의 유사성은 단일 필터 커널(filter kernel)이 다음의 적절한 시기에 기재될 디코딩 알고리듬(decoding algorithm)을 실행하는 프로세서(미도시)에 의해 사용되도록 하게 한다.
도 2A의 이미징 시스템(10)에 관하여 앞서 설명된 바와 같이, 위상 변경(즉, 광학 요소 116(1'))에 의해 도입된 인코딩(encoding)은 디코딩 알고리듬을 실행하 는 프로세서(미도시)에 처리될 수 있다. 그 결과 VGA_WFC 이미징 시스템이 그런 후처리 없이 이미지를 생성하는 것보다 더 선명한 이미지를 생성할 수 있다. 여과된 MTF 커브들(482, 484 및 486)은 그런 후처리를 갖는 VGA_WFC 이미징 시스템의 성능을 나타낸다. 도 20A, 도 20B 및 도 21에 대해 도 22A, 도 22B 및 도 23을 비교함으로써 알수 있는 바와 같이, 후처리(post processing)를 갖는 VGA_WFC 이미징 시스템이 물체 켤레 거리의 범위에 걸쳐 VGA 이미징 시스템보다 더 나은 동작수행을 한다. 그러므로, VGA_WFC 이미징 시스템의 피사계 심도는 VGA 이미징 시스템의 피사계 심도보다 더 크다.
도 24는 VGA 이미징 시스템에 대한 디포커스(defocus)의 함수로서 MTF의 플롯(500)을 보여준다. 플롯(500)은 검출기(112)에서 실제 이미지 높이(real image heights)에 관련된 3개의 다른 필드 포인트(field point)들에 대한 MTF 커브들을 포함한다. 그 3개의 필드 포인트들은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온 축 필드 포인트, (0.704mm, 0mm)좌표를 갖는 y에서의 풀(full) 필드 포인트, 및 (0mm, 0.528 mm)좌표를 갖는 x에서의 풀 필드 포인트이다. 도 24에서, "T"는 접선 필드(tangential field)를 지시하고, "S"는 화살모양 필드(sagittal field)를 지시한다. 온축(on axis)MTF(502)는 대략 ±25 미크론에서 제로(zero)에 접한다.
도 25는 VGA_WFC 이미징 시스템에 대한 디포커스의 함수로서 MTF의 플롯(520)을 보여준다. 플롯(520)은 플롯(500)처럼 동일한 3개의 다른 필드 포인트들에 대한 MTF 커브들을 포함한다. 온축 MTF(522)는 대략 ±50 미크론에서 제로(zero)에 접한다. 따라서, VGA_WFC 이미징 시스템은 VGA 이미징 시스템의 피사계 심도보다 약 2배 큰 피사계 심도를 갖는다.
도 26A, 도 26B 및 도 26C는 필터링전에 VGA_WFC 이미징 시스템의 포인트 확산 함수들("PSFs")의 플롯들을 보여준다. 플롯(540)은 무한대의 물체 켤레 거리에 대응하고, 플롯(542)는 20cm의 물체 켤레 거리에 대응하며, 플롯(544)는 10cm의 물체 켤레 거리에 대응한다.
도 27A, 도 27B 및 도 27C는 디코딩 알고리듬을 실행하는 도 1의 프로세서(46)와 같은, 프로세서(미도시)에 의한 필터링 후에 VGA_WFC 이미징 시스템의 온축 PSFs의 플롯들을 보여준다. 그런 필터링은 도 28과 관련하여 이후에 논의된다. 플롯(560)은 무한대의 물체 켤레 거리에 대응하고, 플롯(562)는 20cm의 물체 켤레 거리에 대응하며, 플롯(564)는 10cm의 물체 켤레 거리에 대응한다. 플롯들(560, 562, 564)을 비교함으써 알수 있는 바와 같이, 필터링 후에 PSFs는 필터링 전의 것보다 더 콤팩트(compact)하다. 동일한 필터 커널이 보여지는 물체 켤레들에 대한 PSFs를 후처리하도록 사용되기 때문에, 여과된 PSFs는 서로 약간 다르다. 어떤 것은 각 물체 켤레에 대한 PSF를 후처리하도록 특별히 설계된 필터 커널들을 사용할 수 있다. 그런 경우에 각 물체 켤레들에 대한 PSFs는 서로 더 유사하게 될 수 있다.
VGA_WFC 이미징 시스템과 함께 사용될 수 있는 필터 커널에 대한 도 28A는 회화적 표시(pictorial representation)이고, 도 28B는 표에 의한 표시(tabular representation)이다. 그런 필터 커널은 위상 변경 요소(예를 들면, 광학 요소(116(1'))의 위상 변경 표면)에 의해 이미지에 도입된 이미징 효과(imaging effect)를 제거하기 위해 디고딩 알고리듬을 실행하기 위해 프로세서를 통해 사용될 수 있다. 플롯(580)은 필터 커널의 3 차원 플롯(dimensional plot)이고, 필터 계수값(coefficient value)들은 테이블 12에 요약되어 있다. 그 필터 커널은 크기에서 9×9 요소들이 있다. 그 필터는 온축 무한대 물체 켤레 거리 PSF를 위해 설계되어 졌다.
도 29는 도 2A의 이미징 시스템(10)을 구현하는 이미징 시스템(600)의 광학 레이아웃(layout) 및 레이트레이스(raytrace)이다. 이미징 시스템(600)은, 아래에서 설명되는 바와 같이, 도 5의 VGA 이미징 시스템과 유사하다. 이미징 시스템(600)은 배열 이미징 시스템들 중 하나일 수 있다. 그런 배열(array)은 도 2A에 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 복수의 서브 어레이(sub-array)들 및/또는 독립된 이미징 시스템들로 나뉠 수 있다. 이미징 시스템(600)은 VGA_AF 이미징 시스템으로서 후단에서 설명될 것이다. 이전에, 크로스 해칭된 영역(cross hatched area)은 야드(yard) 영역을 보여주거나, 그것을 통해 전자기 에너지가 전파되지 않는 광학 조리개(clear aperture) 밖의 영역을 보여준다. 광학계(604)를 위한 새그(sag)는 식(1)에 의해 주어진다. 광학계(604)를 위한 예시적인 규칙은 테이블 12 ~ 14에서 요약된다. 반지름 및 지름 단위는 밀리미터이다.
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추(conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
2 무한대 0.06 1.430 60.000 1.6 0
무한대 0.2 1.526 62.545 1.6 0
4 무한대 0.05 에어 1.6 0
스톱(stop) 0.8414661 0.3366751 1.370 92.000 1.21 0
6 0.7257141 0.4340219 1.620 32.000 1.184922 0
7 0.6002909 0.2037323 1.370 92.000 1.103418 0
8 1.128762 0.3617095 1.620 32.000 1.082999 0
9 1.872443 0.65 1.370 92.000 1.263734 0
10 -6.776813 0.03803262 1.620 32.000 1.337634 0
11 2.223674 0.2159973 1.370 92.000 1.709311 0
이미지 무한대 0 1.458 67.820 1.793165 0
TABLE 12
주목할 것은 표면(2)의 두께 및 A2는 테이블 13에서 보여지는 바와 같이, 물체 거리와 함께 바뀐다는 것이다.
물체 거리(mm) 무한대 400 100
표면(2)상의 두께(mm) 0.06 0.0619 0.063
A2 0.04 0.0429 0.0493
TABLE 13
표면# A2 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
1(물체) 0 0 0 0 0 0 0 0
2 0.040 0 0 0 0 0 0 0
3 0 0 0 0 0 0 0 0
4 0 0 0 0 0 0 0 0
5(스톱) 0 0.2153 -0.4558 0.5998 0.01651 0 0 0
6 0 -1.302 0.3804 0.2710 -3.341 0 0 0
7 0.3325 -2.274 -5.859 25.50 -50.31 0 0 0
8 0.7246 -0.5474 -1.793 0.6142 -70.88 0 0 0
9 0 1.017 9.634 -62.33 81.79 0 0 0
10 0 -11.69 56.16 -115.0 85.75 0 0 0
11 0.6961 -2.400 0.5905 6.770 -7.627 0 0 0
TABLE 14
이미징 시스템(600)은 검출기(112)와 광학계(604)를 포함한다. 광학계(604) 는 공통 베이스(614)상에 형성된 가변성 광학계(616)와 적층 광학 요소(607)를 포함한다. 공통 베이스(614)(예로써, 판유리) 및 광학 요소(607(1))는 광학계(604)에서 에어갭(공극)을 형성한다. 도 30에 도시되어 있지 않은 스페이서(spacer)들은 에어갭(612)의 형성을 용이하게 한다. 그밖에 광학계 검출기 인터페이스(미도시)는 광학계(604)와 검출기(602) 사이에 존재한다. 검출기(112)는 VGA 포맷을 갖는다. 따라서, VGA_AF 이미징 시스템의 구조는 VGA_AF 이미징 시스템이 VGA 이미징 시스템과 비교하여 약간 다른 규칙을 갖고, VGA_AF 이미징 시스템이 에어갭(612)에 의해 적층 광학 요소(607(1))로부터 분리된, 공통 베이스(614) 상에 형성된 가변성 광학계(616)를 더 포함한다는 점에서 도 5의 VGA 이미징 시스템의 구조와 다르다. VGA_AF 이미징 시스템은 1.50mm의 초점 거리, 62°의 시계(field of view), 1.3의 F/#, 2.25mm의 총트랙길이, 및 31°의 최대 주광선각도(chief ray angle)를 갖는다. 광선들(608)은 VGA_AF 이미징 시스템에 의해 이미지화되는 전자기 에너지를 나타낸다. 광선들(608)은 무한대로부터 발생되는 것으로 가정한다.
가변성 광학계(616)의 초점 거리는 VGA_AF 이미징 시스템에서 디포커스에 대한 부분적 또는 완전 보정(correct)을 위해 바뀔수 있다. 예를 들면, 가변성 광학계(616)의 초점 거리는 다른 물체 거리들에 대한 이미징 시스템(600)의 초점을 조절하도록 바뀔 수 있다. 실시예로서, VGA_AF 이미징 시스템의 사용자가 가변성 광학계(616)의 초점 거리를 수동적으로 조절한다. 다른 예로써, VGA_AF 이미징 시스템이 이런 경우에 디포커스와 같은 수차(aberration)에 대한 보정을 하도록 가변성 광학계(616)의 초점 거리를 자동적으로 바꾼다.
일실시예에서, 가변성 광학계(616)는 공통 베이스(614)에 놓인 매우 큰 열팽창 계수를 갖는 재료(material)로부터 형성된다. 이 가변성 광학계(616)의 초점 거리는 그 재료를 팽창하거나 수축하도록 하게 하는 재료의 온도를 변경함으로써, 바뀔수 있다. 그런 팽창이나 수축은 재료로 형성된 광학 요소를 초점 거리가 바뀌도록 하게 한다. 그 재료 온도는 아마도 야드 영역에 형성될 수 있는 전기 열요소의 사용에 의해 변경될 수 있다. 열요소는 가변성 광학계(616)의 바깥둘레를 감싸는 폴리실리콘 재료의 링으로부터 형성될 수 있다. 일실시예로서, 히터는 1.6mm의 내경(Inner Diameter; ID), 2.6mm의 외경(Outer diameter; OD) 및 0.6435mm의 두께를 갖는다. 그 히터는 가변성 광학계(616)를 둘러싸고, 그것이 PDMS(polydimeth ylsiloxane)로 형성되고, 1.6mm의 외경(OD), 0.645mm의 가장자리 두께(edge thickness; ET) 및 0.645mm보다 더 큰 중앙 두께(Center thickness; CT)를 가짐으로써 포지티브(positive) 광학 요소(positive)를 형성한다. 폴리실리콘은 대략 700J/Kg·K의 열용량(heat capacity), 대략 6.4e2ΩM의 저항률(resistivity) 및 대략 2.6×10-6/K의 CTE를 갖는다. PDMS는 대략 3.1×10-4/K의 CTE를 갖는다.
폴리실리콘 히터 링의 팽창이 PDMS 가변성 광학계와 관련하여 무시해도 좋다고 가정하면, 부피팽창은 피스톤 같은 방식으로 일어나게 한다. PDMS는 바닥유리나 링의 내경(ID)에 들러붙으며 그 결과 억제된다. 상부 표면의 곡률(curvature)은 폴리머의 확산에 의해 직접 제어된다. 새그(sag)에서 변경은 h가 오리지날 새그(CT)값이고, 알파(alpha)가 선형팽창계수일 때에 Δh = 3αh로서 정의 된다. 앞서 언급한, 차원의 PDMS 광학 요소에 대해서, 10℃의 온도 변경은 6미크론의 새그 변경을 제공할 것이다. 이 계산은 단지 축의 팽창(axial expansion)만 고려되므로, 33% 만큼의 과대평가를 제공할 수 있다(예로써, 구형의(spherical) 부피 0.66πr3 에 비교되는 원통형의 부피 πr3 ). 그러나, 그 재료의 계수(modulus)는 동작을 억제하게 하고, 표면 곡률을 바꾸고, 그 결과 광학 전력을 바뀌게 한다.
폴리실리콘으로부터 형성된 예시적인 히터 링(heater ring)에 대해서, 1초당 대략 0.3mA의 전류는 10°에 의한 링의 온도를 올리기에 충분하다. 이어서, 그 열의 대부분이 폴리머 광학 요소에 전도되는 것으로 가정하면, 이 열 흐름은 그 팽창을 이끈다. 다른 열은 전도 및 방열의 손실일 것이지만, 그 링은 200미크론 유리기판(예로써, 공통 베이스(614))까지 설치될 수 있고, 추가적으로 전도율을 최소화하기 위해 온도적으로 고립될 수도 있다. 다른 히터 링들은 후막(thick) 또는 박막 레지스터들의 제작에 사용된 재료들 및 프로세스들로부터 형성될 수 있다. 또는 폴리머 광학 요소는 ITO(indium tin oxide)과 같은 투명한 저항층을 통해 상부 또는 바닥 표면들로부터 가열될 수 있다. 또한, 알맞은 폴리머들에 대해, 전류는 그 폴리머 자체를 통해 직접 흐를 수 있다. 다른 예로써는 가변성 광학계(616)는 액체 렌즈(liquid lens)나 액정렌즈(liquid crystal lens)를 포함한다.
도 30은 배열 이미징 시스템들을 분리하는 것으로부터 얻어지는 도 29의 VGA_AF 이미징 시스템의 단면도이다. 비교적 곧은 측면들(630)은 배열 이미징 시스템들로부터 분리된 VGA_AF 이미징 시스템을 나타낸다. 이해를 돕기 위해, 단지 2개의 적층 광학 요소(116)가 도 30에 번호표시되었다. 스페이서들(632)은 에어 갭(612)을 형성하도록 적층 광학 요소(116(1))와 공통 베이스(614)를 분리하기 위해 사용된다.
광학계(604)는 광학계(604)의 일부분에 대응하는 광학 조리개(634)를 형성하고, 그 광학계(604)의 일부분을 통해 전자기 에너지가 검출기(112)에 도달하도록 이동한다. 광학 조리개(634)의 외부의 야드(636)는 도 30에서 어둡게 명암을 줌으로써 표현된다.
도 31 내지 도 39는 도 5의 VGA 이미징 시스템에 대한 VGA_AF 이미징 시스템의 성능을 비교한다. 앞서 진술한 바와 같이, VGA_AF 이미징 시스템은 VGA_AF 이미징 시스템이 약간 다른 규칙을 갖고, 에어캡(612)에 의한 적층 광학 요소들(116)로부터 분리된 광학 공통 베이스(614) 상에 형성된 가변성 광학계(616)를 포함한다는 점에서 VGA 이미징 시스템과 다르다. 특히, 도 31 내지 도 33은 VGA 및 VGA_AF 이미징 시스템들의 공간 주파수의 함수로서 MTFs의 플롯을 보여준다. MTFs은 470nm에서 650nm 까지의 파장에 걸쳐 평균내어 진다. 각 플롯은 검출기(112)의 대각 축(diagonal axis) 상에 실제 이미지 높이와 관련된 3개의 다른 필드 포인트들에 대한 MTF 커브들을 포함한다. 3개의 필드 포인트들은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트, (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7필드 포인트 및 (0.704mm, 0.528mm) 좌표를 갖는 풀 필드 포인트이다. 도 31A, 도 31B, 도 32A, 도 32B, 도 33A 및 도 33B에 있어서, "T"는 접선 필드(tangential field)를 지시하고, "S"는 화살모양 필드(sagittal field)를 지시한다. 도 31A 및 도 31B는 무한대의 물체 켤레 거리에서 MTF 커브들의 플롯들(650 및 652)을 보여준다. 플롯(650)은 VGA 이미징 시스템에 대응하고, 플롯(652)는 VGA_AF 이미징 시스템에 대응한다. 플롯(650)과 플롯(652)의 비교는 VGA 이미징 시스템과 VGA_AF 이미징 시스템이 무한대의 물체 켤레 거리에서 유사하게 작동한다는 것을 보여준다.
도 32A 및 도 32B는 각각 40cm의 물체 켤레 거리에서 MTF 커브들의 플롯들(654 및 656)을 보여준다. 플롯(654)은 VGA 이미징 시스템에 대응하고, 플롯(656)는 VGA_AF 이미징 시스템에 대응한다. 유사하게, 도 33A 및 도 33B는 각각 10cm의 물체 켤레 거리에서 MTF 커브들의 플롯들(658 및 660)을 포함한다. 플롯(658)은 VGA 이미징 시스템에 대응하고, 플롯(660)는 VGA_AF 이미징 시스템에 대응한다. 도 33A 및 도 33B에 대해 도 31A 및 도 31B의 비교는 물체 켤레 거리가 감소하는 것과 같은 디포커스로 인해 VGA 이미징 시스템의 성능이 떨어지는 것을 보여준다. 그러나, VGA_AF 이미징 시스템내에 가변성 광학계(616)의 포함으로 인해 VGA_AF 이미징 시스템의 성능은 10cm에서 무한대까지의 물체 켤레 거리 범위에서 비교적 일정하게 유지된다. 게다가, 플롯(658)로부터 알수 있는 바와 같이, VGA 이미징 시스템의 MTF는 VGA_AF 이미징 시스템과 비교하여, 이미지 정보의 손실을 초래하는 작은 물체 켤레 거리들에서 제로(0)로 떨어질 수 있다.
도 34 내지 도 36은 VGA 이미징 시스템의 가로광선팬 플롯(transverse ray fan plot)들을 보여주고, 도 37 내지 도 39는 VGA_AF 이미징 시스템의 가로광선팬 플롯들을 보여준다. 도 34 내지 도 39에서, 최대 크기는 +/-20 미크론이다. 실선들은 470nm의 파장에 대응하고, 짧은 점선들은 550nm의 파장에 대응하며, 긴 점선들은 650nm의 파장에 대응한다. 특히, 도 34 내지 도 36은 무한대(플롯들 682, 684, 686), 40cm(플롯들 702, 704, 706) 및 10cm(플롯들 722, 724, 726)의 켤레 물체 거리들에서 VGA 이미징 시스템에 대응하는 플롯들을 포함한다. 도 37 내지 도 39는 무한대(플롯들 742, 744, 746), 40cm(플롯들 762, 764, 766) 및 10cm(플롯들 782, 784, 786)의 켤레 물체 거리들에서 VGA_AF 이미징 시스템에 대응하는 플롯들을 포함한다. 플롯들(682,702,722,742,762 및 782)은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트에 대응하고, 플롯들(684,704,724,744,764,784)은 (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7 필드 포인트에 대응하며, 플롯들(686,706,726,746,766,786)은 (0.704mm, 0.528mm)좌표를 갖는 풀필드 포인트에 대응한다. 플롯들의 각 쌍에서, 왼쪽 열(left hand column)은 접선 광선 팬들을 보여주고, 오른쪽 열(right hand column)은 시상 광선 팬들을 보여준다.
도 34 내지 도 36의 비교는 물체 켤레 거리의 함수로서 광선 팬 플롯들이 바뀐다는 것을 보여준다. 특히, 10cm 물체 켤레 거리에 대응하는 도 36A 내지 도 36C의 광선 팬 플롯들은, 무한대의 물체 켤레 거리에 대응하는 도 34A 내지 도 34C의 광선 팬 플롯들과 상당히 다르다. 따라서, VGA 이미징 시스템의 성능은 물체 켤레 거리의 함수로서 상당히 변경된다. 반대로, 도 37 내지 도 39의 비교는 VGA_AF 이미징 시스템의 광선 팬 플롯들은 물체 켤레 거리가 무한대에서 10cm까지 바뀔 때, 거의 변경되지 않는다는 것을 보여준다. 따라서, VGA_AF 이미징 시스템의 성능은 물체 켤레 거리가 무한대에서 10cm까지 바뀔때 거의 변경되지 않는다.
도 40은 도 2A의 이미징 시스템(10)을 구현한 이미징 시스템(800)의 레이아웃의 단면도이다. 이미징 시스템(800)은 배열 이미징 시스템들 중 어느 하나일 수 있다. 그런 배열은 도 2A에 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 복수의 서브 어레이(sub-array)들 및/또는 독립한 이미징 시스템들로 나뉠 수 있다. 이미징 시스템(800)은 VGA 포맷 검출기(112)와 광학계(802)를 포함한다. 이미징 시스템(800)은 이하에서 VGA_W 이미징 시스템으로서 지시될 수 있다. "W"는 아래에서 논의될 웨이퍼 레벨 광학계(wafer-level optics; WALO) 제작 기술을 이용하여 제작될 수 있는 VGA_W 이미징 시스템의 일부분을 가리킨다. 본 명세서의 기술에 있어서, "WALO 형식 광학계"는 공통 베이스의 표면 위로 분배된 두 개 이상의 광학계(그것의 일반적인 생각으로, 하나 이상의 광학 요소들, 광학요소들의 조합, 적층 광학 요소들 및 이미징 시스템들에 관련되는 것)를 나타낸다. 유사하게, "WALO 가공 기술" 또는 대응하는 "WALO 기술"은 WALO 형식 광학계를 지지하는 복수의 공통 베이스의 어셈블리에 의해 복수의 이미징 시스템의 동시 가공을 나타낸다. VGA_W 이미징 시스템은 1.55mm의 초점 거리, 62°의 시계(field of view), 2.9의 F/#, 2.35mm의 총트랙길이(광학 요소, 광학 요소 커버 플레이트 및 검출기 커버 플레이트, 뿐만 아니라 검출기 커버 플레이트와 검출기 사이의 에어갭도 포함), 및 29°의 최대 주광선각도(chief ray angle)를 갖는다. 크로스 해칭된 영역(cross hatched area)은 야드(yard) 영역을 보여주거나, 앞서 언급한 바와 같이, 그것을 통해 전자기 에너지가 전파되지 않는 광학 조리개(clear aperture) 밖의 영역을 보여준다.
광학계(802)는 에어갭(812)을 통해 검출기(112)의 표면(814)로부터 분리된 검출기 커버 플레이트(810)를 포함한다. 일실시예에서, 에어갭(812)은 표면(814)의 렌즈릿(lenslets)을 수용하도록 0.04mm의 두께를 갖는다. 선택적 광학 요소 커버 플레이트(808)은 검출기 커버 플레이트(810)에 인접하여 위치될 수 있다. 일실시예로서, 검출기 커버 플레이트(810)는 0.4mm두께이다. 적층 광학 요소(804(6))는 광학 요소 커버 플레이트(808) 상에 형성된다. 적층 광학 요소(804(5))는 적층 광학 요소(804(6)) 상에 형성된다. 적층 광학 요소(804(4))는 적층 광학 요소(804(5)) 상에 형성된다. 적층 광학 요소(804(3))은 적층 광학 요소(804(4)) 상에 형성된다. 적층 광학 요소(804(2))는 적층 광학 요소(804(3)) 상에 형성된다. 그리고 적층 광학 요소(804(1))은 적층 광학 요소(804(2)) 상에 형성된다. 이런 예에서, 적층 광학 요소들(804)은 2개의 다른 재료들로 형성되며, 또한 각 인접한 적층 광학 요소(804)는 다른 재료로 형성된다. 특히, 적층 광학 요소들(804(1), 804(3) 및 804(5))은 제1 굴절률을 갖는 제1 재료로 형성되며, 적층 광학 요소들(804(2), 804(4) 및 804(6))은 제2 굴절률을 갖는 제2 재료로 형성된다. 광선들(806)은 VGA_W 이미징 시스템에 의해 이미지화되는 전자기 에너지를 나타낸다. 광학계(802)에 대한 규칙은 테이블 15 및 테이블 16에서 요약된다. 광학계(802)에 대한 새그(sag)는 반지름, 두께 및 지름이 밀리미터 단위로 주어지는 식(1)에 의해 주어진다.
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추(conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
스톱(stop) 5.270106 0.9399417 1.370 92.000 0.5827785 0
3 4.106864 0.25 1.620 32.000 0.9450127 0
4 -0.635388 0.2752138 1.370 92.000 0.9507387 0
스톱 -0.492543 0.07704269 1.620 32.000 0.9519911 0
6 6.003253 0.07204369 1.370 92.000 1.302438 0
7 무한대 0.2 1.520 64.200 1.495102 0
8 무한대 0.4 1.458 67.820 1.581881 0
9 무한대 0.04 에어 1.754418 0
이미지 무한대 0 1.458 67.820 1.781543 0
TABLE 15
표면# A2 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
1(물체) 0 0 0 0 0 0 0 0
2(스톱) 0.09594 0.5937 -4.097 0 0 0 0 0
3 0 -1.680 -4.339 0 0 0 0 0
4 0 2.116 -26.92 26.83 0 0 0 0
5 0 -1.941 24.02 -159.3 0 0 0 0
6 -0.03206 0.3185 -5.340 0.03144 0 0 0 0
7 0 0 0 0 0 0 0 0
8 0 0 0 0 0 0 0 0
9 0 0 0 0 0 0 0 0
TABLE 16
도 41 내지 도 44는 VGA_W 이미징 시스템의 성능 플롯들을 보여준다. 도 41은 무한대의 켤레 물체에 대한 VGA_W 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 MTF의 플롯(830)을 보여준다. 그 MTF 커브들은 470nm에서 650nm 까지의 파장에 걸쳐 평균내어 진다. 도 41은 검출기(112)의 대각 축(diagonal axis) 상에 실제 이미지 높이와 관련된 3개의 다른 필드 포인트들에 대한 MTF 커브들을 나타낸다. 3개의 필드 포인트들은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트, (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7필드 포인트 및 (0.704mm, 0.528mm) 좌표를 갖는 풀 필드 포인트이다. 도 7에서, "T"는 접선 필드(tangential field)를 지시하고, "S"는 화살모양 필드(sagittal field)를 지시한다.
도 42A, 도 42B 및 도 42C는 각각 VGA_W 이미징 시스템의 광학경로차들(Optical path differences)의 플롯들(852, 854 및 856)을 보여준다. 각 방향(direction)에서 최대 크기는 +/- 2 파동(wave)이다. 실선들은 470nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타내고, 짧은 점선들은 550nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타내며, 긴 점선들은 650nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타낸다. 각 플롯은 검출기(112)의 대각(diagonal) 상의 다른 실제 이미지 높이에서의 광학경로차를 나타낸다. 플롯들(852)은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트에 대응하고, 플롯들(854)은 (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7 필드 포인트에 대응하며, 플롯들(856)은 (0.704mm, 0.528mm)좌표를 갖는 풀필드 포인트에 대응한다. 플롯들의 각 쌍에서, 좌측 열(left column)은 광선들의 접선 세트(tangential set)에 대한 파면 에러(wavefront error)의 플롯이고, 우측 열(right column)은 광선들의 화살모양 세트(sagittal set)에 대한 파면 에러의 플롯이다.
무한대의 켤레 물체에 대한 VGA_W 이미징 시스템의 필드 곡률에 대한, 도 43A는 왜곡의 플롯(880)을 보여주고, 도 43B는 플롯(882)을 보여준다. 최대 반시계각(half-field angle)은 31.062°이다. 실선들은 약 470nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하고, 짧은 점선들은 550nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하며, 긴 점선들은 650nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응한다.
도 44는 광학계(802)의 광학요소의 두께 및 중심맞추기(centering)의 허용오차(tolerances)를 고려한 VGA_W 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 MTFs의 플롯(900)을 보여준다. 플롯(900)은 온축 필드 포인트, 0.7 필드 포인트 및 풀 필드 포인트를 포함한다. 시상(sagittal) 및 접선 필드 MTF 커브들은 텐 몬테 카를로 허용오차 분석(ten Monte Carlo tolerance analysis) 실행을 통해 생성된다. 온축 필드 포인트는 (0mm, 0mm)좌표를 가지며, 0.7 필드 포인트는 (0.49mm, 0.37mm)좌표를 가지고, 풀필드 포인트는 (0.704mm, 0.528mm)좌표를 갖는다. 광학요소의 두께 및 중심맞추기의 허용오차는 +2 에서 -2 미크론까지 표본화된 정규 분포를 갖도록 가정한다. 따라서, VGA_W 이미징 시스템의 MTFs는 커브들(902 및 904)를 통해서 묶일 것으로 예상된다.
도 45는 도 2A의 이미징 시스템(10)을 구현하는 이미징 시스템(920)의 광학 레이아웃 및 레이트레이스(raytrace)이다. 이미징 시스템(920)은 0.98mm의 초점 거리, 80°의 시계(field of view), 2.2의 F/#, 2.1mm의 총트랙길이(검출기 커버 플레이트 포함), 및 30°의 최대 주광선각도(chief ray angle)를 갖는다.
이미징 시스템(920)은 VGA 포맷 검출기(112)와 광학계(938)를 포함한다. 광학계(938)는 유리 판일수 있는 광학 요소(922), 광학 요소(928) 및 그것의 맞은 편상에 형성된 광학요소(930)를 갖는 광학 요소(924)(이것 또한 유리판일 수 있다.) 및, 검출기 커버 플레이트(926)를 포함한다. 광학 요소들(922, 924)는 광학 요소(928)에서 고전력 광선 변이(ray transition)에 대한 에어갭(932)을 형성한다. 광학 요소(924) 및 검출기 커버 플레이트(926)은 광학 요소(930)에서 고전력 광선 변이에 대한 에어갭(934)를 형성한다. 그리고, 검출기(112) 및 검출기 커버 플레이트(926)의 표면(940)은 에어갭(936)을 형성한다.
이미징 시스템(900)은 이미지에 미리 설정된 이미징 효과를 도입하기 위해 위상 변경 요소를 포함한다. 그런 위상 변경 요소는 광학 요소(928) 및/또는 광학 요소(930)의 표면 상에서 실시될 수 있고 또는, 위상 변경 효과는 광학 요소들(928 및 930) 사이에서 분산될 수 있다. 이미징 시스템(920)에서, 주요 수차(primary aberrations)는 필드 곡률 및 비점수차(astigmatism)를 포함한다. 그결과, 위상 변경은 그런 수차의 효과를 유리하게 감소시키도록 이미징 시스템(920)에서 사용될 수 있다. 위상 변경 요소를 포함하는 이미징 시스템(920)은 이하에서 "VGA_S_WFC 이미징 시스템"으로서 언급될 수 있다. 위상 변경 요소가 없는 이미징 시스템(920)은 이하에서 "VGA_S 이미징 시스템"으로서 언급될 수 있다. 광선들(942)은 VGA_S 이미징 시스템을 통해 이미지화된 전자기 에너지를 나타낸다.
광학계(938)에 대한 새그 방정식은 식(4)의 고차 가분(higher order separable)의 다항위상함수(polynomial phase function)에 의해 주어진다.
Figure 112008079270940-PCT00015
식(4)
여기서,
Figure 112008079270940-PCT00016
k=2,3,4 및 5
주목할 것은 VGA_S 이미징 시스템은 식(4)에서 새그 방정식의 WFC 부분을 갖지 않는 것이고, 반면에 VGA_S_WFC 이미징 시스템은 그 새그 방정식에 첨부된 WFC 표현을 포함한다는 것이다. 광학계(938)에 대한 규칙은 반지름, 두께 및 지름이 밀리미터 단위로 주어지는 테이블 17 및 테이블 18에 요약된다. 식(4)에서 WFC 용어를 통해 기술된 위상 변경 함수는 가분의 고차 다항식이다. 이전 특허 출원 들(2006.5.23. 출원된 미국 가출원번호 60/802,724 및 2006.5.26. 출원된 미국 가출원번호 60/808,790)에서 상세하게 기술된 이러한 특정 위상 함수는 시각화를 위해서 그것이 비교적 간단하므로 사용하기 좋다. 많은 다른 위상 함수들 뿐만 아니라 옥트 폼(oct form)은 식(4)의 고차 가분의 다항위상함수를 대신하여 사용될 수 있다.
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추(conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
스톱(stop) 무한대 0.04867617 에어 92.000 0.5827785 0
3 0.7244954 0.05659412 1.481 32.000 0.9450127 1.438326
4 무한대 0 1.481 92.000 0.9507387 0
스톱 무한대 0.7 1.525 32.000 0.9519911 0
6 무한대 0.1439282 1.481 92.000 1.302438 0
7 -0.1636462 0.296058 에어 0.898397 -1.367766
8 무한대 0.4 1.525 62.558 1.759104 0
9 무한대 0.04 에어 1.759104 0
이미지 무한대 0 1.458 67.820 1.76 0
TABLE 17
표면# A2 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
1(물체) 0 0 0 0 0 0 0 0
2 0 0 0 0 0 0 0 0
3 -0.1275 -0.9764 0.8386 -21.14 0 0 0 0
4(스톱) 0 0 0 0 0 0 0 0
5 0 0 0 0 0 0 0 0
6 0 0 0 0 0 0 0 0
7 2.330 -6.933 19.49 -20.96 0 0 0 0
8 0 0 0 0 0 0 0 0
9 0 0 0 0 0 0 0 0
TABLE 18
테이블 17의 표면 #3은 테이블 19에서 보여지는 파라미터들과 함께, 미리 설정된 위상 변경을 제공하도록 구성된다.
B3 B5 B7 B9
6.546×10-3 2.988×10-3 -7.252×10-3 7.997×10-3
TABLE 19
도 46A 및 도 46B는 각각 플롯(960) 및 플롯(962)를 포함한다. 플롯(960)은 공간 주파수의 함수로서 VGA_S 이미징 시스템(위상 변경 요소가 없는 VGA_S_WFC 이미징 시스템)의 MTFs의 플롯이고, 플롯(962)는 각 물체 켤레 거리에 대해서, 공간 주파수의 함수로서 VGA_S_WFC 이미징 시스템의 MTFs의 플롯이다. 그 MTF 커브들은 470nm 에서 650 nm 까지의 파장에 걸쳐 평균내어 진다. 플롯들(960, 962)는 검출기(112)의 대각 축(diagonal axis) 상에 실제 이미지 높이와 관련된 3개의 다른 필드 포인트들에 대한 MTF 커브들을 나타낸다. 3개의 필드 포인트들은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트, (0.704mm, 0mm)좌표를 갖는 x에서의 풀 필드 포인트 및 (0mm, 0.528mm)좌표를 갖는 y에서의 풀 필드 포인트이다. 플롯(960)에서, "T"는 접선 필드(tangential field)를 지시하고, "S"는 화살모양 필드(sagittal field)를 지시한다.
플롯(960)은 VGA_S 이미징 시스템이 비교적 나쁜 성능을 나타내는 것을 보여준다. 특히, MTFs는 비교적 작은 값들을 가지며, 특정 조건하에서 제로에 도달한다. 앞서 진술한 바와 같이, MTF가 제로에 도달하는 것은 이미지 데이터의 손실을 초래하기 때문에 바람직하지 않다. 커브들(966, 962)은 VGA_S_WFC 이미징 시스템에 의해 생성된 전자 데이터의 후 필터링(post filtering)을 갖지 않는 VGA_S_WFC 이미징 시스템의 MTFs를 나타낸다. 플롯(960)과 플롯(962)를 비교함으로써 알수 있는 바와 같이, VGA_S_WFC 이미징 시스템의 여과되지 않은 MTF 커브들(966)은 VGA_S 이 미징 시스템의 일부 MTF 커브들보다 더 작은 크기를 갖는다. 그러나, VGA_S_WFC 이미징 시스템의 여과되지 않은 MTF 커브들(966)은, 이롭게도 제로에 도달하지 않으며, 그것은 VGA_S_WFC 이미징 시스템이 중요한 공간 주파수들의 전체 범위에 걸쳐서 이미지 정보를 유지한다는 것을 의미한다. 또한, VGA_S_WFC 이미징 시스템의 여과되지 않은 MTF 커브들(966)은 모두 매우 유사하다. 그런 MTF 커브들에서의 유사성은 단일 필터 커널이, 이하에서 설명되어질, 디코딩 알고리듬을 실행하는 프로세서(미도시)에 의해 사용되게 한다.
앞서 진술한 바와 같이, 광학계(938)(예로서, 광학 요소들(928 및/또는 930))에서 위상 변경 요소에 의해 도입된 인코딩은, VGA_S_WFC 이미징 시스템이 그런 후처리 없이 이미지를 생성하는 것보다 더 선명한 이미지를 생성하도록 디코딩 알고리듬을 실행하는 프로세서(예로써, 도 1 참조)에 의해 더 처리될 수 있다. 플롯(962)의 MTF 커브들(964)는 그런 후처리를 갖는 VGA_S_WFC 이미징 시스템의 성능을 나타낸다. 플롯들(960 및 962)을 비교함으로써 알수 있는 바와 같이, 후처리를 갖는 VGA_S_WFC 이미징 시스템은 VGA_S 이미징 시스템 보다 더 나은 수행을 한다.
각 무한대의 물체 켤레 거리에 대해서, 도 47A, 도 47B, 및 도 47C는 각각 VGA_S 이미징 시스템의 가로광선 팬 플롯들(992,994 및,996)을 보여주고, 도 48A, 도 48B, 및 도 48C는 각각 VGA_S_WFC 이미징 시스템의 가로광선 팬 플롯들(1012,1014 및,1016)을 보여준다. 도 47 내지 도 48에서, 실선들은 470nm의 파장에 대응하고, 짧은 점선들은 550nm의 파장에 대응하며, 긴 점선들은 650nm의 파장에 대응한다. 플롯들(992,994 및,996)의 최대 크기는 +/-50 미크론이다. 플롯 들(1012,1014 및,1016)의 최대 크기는 +/-50 미크론이다. 주목할만한 것은 도 47A, 도 47B, 및 도 47C에서 가로광선 팬 플롯들이 VGA_S 이미징 시스템에서 필드 곡률 및 비점수차(astigmatism)를 나타낸다는 것이다. 광선 팬플롯들의 각각의 쌍에서 오른쪽 열은 광선들의 접선 세트를 보여주고, 왼쪽 열은 광선들의 화살모양 세트를 보여준다.
도 47 - 48의 각각은 3쌍의 플롯들을 포함하며, 각 쌍은 검출기(112)의 표면상에 실제 이미지 높이와 관련된 다른 필드 포인트에 대한 광선 팬 플롯들을 포함한다. 플롯들(992, 1012)은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트에 대응하고, 플롯들(994, 1014)는 (0mm, 0.528mm)좌표를 갖는 y에서의 풀 필드 포인트에 대응하며, 플롯들(996, 1016)은 (0.704mm, 0mm)좌표를 갖는 x에서의 풀 필드 포인트에 대응한다. 광선 팬 플롯들이 필드 포인트의 함수로서 변경될 수 있다는 것은 도 47A, 도 47B, 및 도 47C로부터 알 수 있다. 따라서, VGA_S 이미징 시스템은 필드 포인트의 함수로서 변경된 성능을 나타낸다. 반대로, VGA_S_WFC 이미징 시스템이 필드 포인트에서의 변경을 통해 비교적 일정한 성능을 나타낸다는 것을 도 48A, 도 48B, 및 도 48C로부터 알 수 있다.
도 49A 및 도 49B는 각각 VGA_S_WFC 이미징 시스템의 온축 PSFs의 플롯들(1030,1032)를 보여준다. 플롯(1030)은 디코딩 알고리듬을 실행하는 프로세서에 의한 후처리 전의 PSF의 플롯이고, 플롯(1032)는 도 50A 및 도 50B의 커널을 사용하여 디코딩 알고리듬을 실행하는 프로세서에 의한 후처리 후의 PSF의 플롯이다. 특히, VGA_S_WFC 이미징 시스템과 함께 사용될 수 있는 도 50A는 필터 커널의 회화 적 표시(pictorial representation)이고, 도 50B는 필터 계수들의 표(1052)이다. 필터 커널은 크기에서 21×21 요소들이 있다. 그런 필터 커널은 위상 변경 요소에 의해 도입된 이미징 효과(예로써, 블러(blur))를 제거하기 위해 디코딩 알고리듬을 실행하는 프로세서에 의해 사용될 수 있다.
도 51A 및 도 51B는 도 2A의 이미징 시스템(10)을 구현하는 줌 이미징 시스템(1070)의 두개의 구성들의 광학 레이아웃 및 레이트레이스들이다. 이미징 시스템(1070)은 두개의 줌 구성을 갖는 개별의 줌 이미징 시스템인 두 개의 그룹이 있다. "텔레(tele)"구성으로 지시될 수 있는 제1 줌 구성은 이미징 시스템(1070(1))으로 나타난다. 텔레 구성에서, 이미징 시스템(1070)은 비교적 긴 초점 거리를 갖는다. "와이드(wide)"구성으로 지시될 수 있는 제2 줌 구성은 이미징 시스템(1070(2))으로 나타난다. 와이드 구성에서 이미징 시스템(1070)은 비교적 넓은 시계를 갖는다. 이미징 시스템(1070(1))은 4.29mm의 초점 거리, 24°의 시계(field of view), 5.56의 F/#, 6.05mm의 총트랙길이(검출기 커버 플레이트 및, 검출기 커버 플레이트와 검출기간의 에어갭 포함) 및, 12°의 최대 주광선각도(chief ray angle)를 갖는다. 이미징 시스템(1070(2))은 2.15mm의 초점 거리, 50°의 시계(field of view), 3.84의 F/#, 6.05mm의 총트랙길이(검출기 커버 플레이트 포함) 및, 17°의 최대 주광선각도(chief ray angle)를 갖는다. 이미징 시스템(1070)은 Z_VGA_W 이미징 시스템으로 지시될 수 있다.
Z_VGA_W 이미징 시스템은 공통 베이스(1080)을 포함하는 제1 광학계 그룹(1072)를 포함한다. 네거티브(negative) 광학 요소(1082)는 공통 베이스(1080)의 어느 한 측에 형성되고, 네거티브 광학 요소(1084)는 공통 베이스(1080)의 다른 한 측에 형성된다. 예를 들면, 공통 베이스(1080)는 판유리일 수 있다. 이미징 시스템(1070)에서 광학계 그룹(1072)의 위치는 고정된다.
Z_VGA_W 이미징 시스템은 공통 베이스(1086)를 갖는 제2 광학계 그룹(1074)를 포함한다. 포지티브(positive) 광학 요소(1088)는 공통 베이스(1086)의 어느 한 측에 형성되고, 평면(plano)의 광학 요소(1090)는 공통 베이스(1086)의 반대측에 형성된다. 예를 들면, 공통 베이스(1086)는 판유리일 수 있다. 제2 광학계 그룹(1074)는 2개의 위치 사이에서 라인(1096)에 의해 지시된 축을 따라 Z_VGA_W 이미징 시스템 내에서 이동 가능하다. 이미징 시스템(1070(1))내에 보여지는 광학계 그룹(1074)의 제1 위치에서, 이미징 시스템(1070)은 텔레 구성을 갖는다. 이미징 시스템(1070(2))내에 보여지는 광학계 그룹(1074)의 제2 위치에서, Z_VGA_W 이미징 시스템은 와이드 구성을 갖는다. 텔레 구성과 와이드 구성에 대한 규칙은 테이블 20-22에 요약된다. 광학계 어셈블리(1070)의 새그는 반지름, 두께 및 지름이 밀리미터 단위로 주어지는 식 (1)에 의해 주어진다.
텔레(TELE):
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추(conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
2 -2.587398 0.02 에어 60.131 1.58 0
3 무한대 0.4 1.481 62.558 1.58 0
4 무한대 0.02 1.481 60.131 1.58 0
5 3.530633 0.044505 1.525 62.558 1.363373 0
6 1.027796 0.193778 1.481 60.131 0.9885556 0
7 무한대 0.4 1.525 1.1 0
8 무한대 0.07304748 1.481 62.558 1.1 0
스톱(STOP) -7.719257 3.955 에어 0.7516766 0
10 무한대 0.4 1.525 62.558 1.723515 0
11 무한대 0.04 에어 1.786427 0
이미지 무한대 0 1.458 67.821 1.776048 0
TABLE 20
와이드(WIDE):
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추(conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
2 -2.587398 0.02 1.481 60.131 1.58 0
3 무한대 0.4 1.525 62.558 1.58 0
4 무한대 0.02 1.481 60.131 1.58 0
5 3.530633 1.401871 에어 1.36 0
6 1.027796 0.193778 1.481 60.131 1.034 0
7 무한대 0.4 1.525 62.558 1.1 0
8 무한대 0.07304748 1.481 60.131 1.1 0
스톱 -7.719257 2.591 에어 0.7508 0
10 무한대 0.4 1.525 62.558 1.694 0
11 무한대 0.04 에어 1.786 0
이미지 무한대 0 1.458 67.821 1.78 0
TABLE 21
표면# A2 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
1(물체) 0 0 0 0 0 0 0 0
2 0 -0.04914 0.5497 -4.522 14.91 -21.85 11.94 0
3 0 0 0 0 0 0 0 0
4 0 0 0 0 0 0 0 0
5 0 -0.1225 1.440 -12.51 50.96 -95.96 68.30 0
6 0 -0.08855 2.330 -14.67 45.57 -51.41 0 0
7 0 0 0 0 0 0 0 0
8 0 0 0 0 0 0 0 0
9(스톱) 10 11 0 0 0 0.4078 0 0 -2.986 0 0 3.619 0 0 -168.3 0 0 295.6 0 0 0 0 0 0 0 0
TABLE 22
비구면 계수들은 텔레 구성 및 와이드 구성에 대하여 동일하다.
Z_VGA_W 이미징 시스템은 VGA 포맷 검출기(112)를 포함한다. 에어갭(1094)은 검출기 커버 플레이트(1076)에 인접한 검출기(112)의 표면 상에 렌즈릿(lenslets) 을 위한 공간을 제공하기 위해 검출기(112)로부터 검출기 커버 플레이트(1076)를 분리시킨다.
광선들(1092)은 Z_VGA_W 이미징 시스템에 의해 이미지화된 전자기 에너지를 나타낸다. 광선들(1092)은 무한대(infinity)로부터 발생한다.
도 52A 및 도 52B는 각각 Z_VGA_W 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 MTFs의 플롯들(1120 및 1122)를 보여준다. MTFs는 470nm 에서 650nm 까지의 파장들에 걸쳐 평균내어 진다. 각 플롯은 검출기(112)의 대각 축(diagonal axis) 상에 실제 이미지 높이와 관련된 3개의 다른 필드 포인트들에 대한 MTF 커브들을 포함한다. 3개의 필드 포인트들은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트, (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7필드 포인트 및 (0.704mm, 0.528mm) 좌표를 갖는 풀 필드 포인트이다. 도 52A 및 도 52B에 있어서, "T"는 접선 필드(tangential field)를 지시하고, "S"는 화살모양 필드(sagittal field)를 지시한다. 플롯(1120)은 텔레 구성을 갖는 이미징 시스템(1070)을 나타내는 이미징 시스템(1070(1))에 대응하고, 플롯(1122)는 와이드 구성을 갖는 이미징 시스템(1070)을 나타내는 이미징 시스템(1070(2))에 대응한다.
Z_VGA_W 이미징 시스템의 광학 경로차에 대한 도 53A, 도 53B 및 도 53C는 플롯들(1142, 1144 및 1146)을 보여주고, 도 54A, 도 54B 및 도 54C는 플롯들(1162, 1164 및 1166)을 보여준다. 플롯들(1142, 1144 및 1146)은 텔레 구성을 갖는 Z_VGA_W 이미징 시스템에 대한 것이고, 플롯들(1162, 1164 및 1166)은 와이드 구성을 갖는 Z_VGA_W 이미징 시스템에 대한 것이다. 플롯들(1142, 1144 및 1146)에 대한 최대 크기는 +/- 1 파동(wave)이고, 플롯들(1162, 1164 및 1166)에 대한 최대 크기는 +/- 2 파동(wave)이다. 실선들은 470nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타내고, 짧은 점선들은 550nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타내며, 긴 점선들은 650nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타낸다.
도 53 및 도 54에서 플롯들의 각 쌍은 검출기(112)의 대각(diagonal) 상의 다른 실제 이미지 높이에서의 광학경로차를 나타낸다. 플롯들(1142,1162)은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트에 대응하고, 플롯들(1144,1164)은 (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7 필드 포인트에 대응하며, 플롯들(1146,1166)은 (0.704mm, 0.528mm)좌표를 갖는 풀필드 포인트에 대응한다. 플롯들의 각 쌍의 좌측 열(left column)은 광선들의 접선 세트(tangential set)에 대한 파면 에러(wavefront error)의 플롯이고, 우측 열(right column)은 광선들의 화살모양 세트(sagittal set)에 대한 파면 에러의 플롯이다.
도 55A, 도 55B, 도 55C 및 도 55D는 Z_VGA_W 이미징 시스템의 필드 곡률(field curvature)의 플롯들(1190,1192) 및 왜곡(distortion)의 플롯들(1194, 1196)을 보여준다. 플롯들(1190 및 1194)은 텔레 구성을 갖는 Z_VGA_W 이미징 시스템에 대응하고, 플롯들(1192 및 1196)은 와이드 구성을 갖는 Z_VGA_W 이미징 시스템에 대응한다. 최대 반시계각(half-field angle)은 텔레 구성에 대해서 11.744° 및 와이드 앵글 구성(wide-angle)에 대해서 25.568이다. 실선들은 470nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하고, 짧은 점선들은 550nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하며, 긴 점선들은 650nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응한다.
도 56A 및 도 56B는 도 2A의 이미징 시스템(10)을 구현한 줌 이미징 시스템(1220)의 두 개의 구성의 광학 레이아웃 및 레이트레이스(raytrace)를 보여준다. 이미징 시스템(1220)은 두개의 줌 구성을 갖는 개별의 줌 이미징 시스템인 세 개의 그룹이 있다. "텔레(tele)"구성으로 지시될 수 있는 제1 줌 구성은 이미징 시스템(1220(1))으로 나타난다. 텔레 구성에서, 이미징 시스템(1220)은 비교적 긴 초점 거리를 갖는다. "와이드(wide)"구성으로 지시될 수 있는 제2 줌 구성은 이미징 시스템(1220(2))으로 나타난다. 와이드 구성에서 이미징 시스템(1220)은 비교적 넓은 시계를 갖는다. 주목할 것은 광학계 그룹들(예를 들면 광학계 그룹(1224))의 그림크기(drawing size)는 텔레 및 와이드 구성에 대해서 다르다는 것이다. 그림 크기에서의 이런 차이는 이 설계를 생성하는데 사용된 광학 소프트웨어인 ZEMAX®에서의 도면크기조정에 기인한 것이다. 실제로, 광학 그룹들의 크기 또는, 개별적인 광학 요소들은 다른 줌 구성들에 대하여 변경되지 않는다. 그 밖에, 이런 논점이 이하의 모든 줌 설계들 및 그 이하에서 기재된다. 이미징 시스템(1220(1))은 3.36mm의 초점 거리, 29°의 시계(field of view), 1.9의 F/#, 8.25mm의 총트랙길이 및, 25°의 최대 주광선각도(chief ray angle)를 갖는다. 이미징 시스템(1220(2))은 1.68mm의 초점 거리, 62°의 시계, 1.9의 F/#, 8.25mm의 총트랙길이 및, 25°의 최대 주광선각도(chief ray angle)를 갖는다. 이미징 시스템(1220)은 Z_VGA_LL 이미징 시스템으로 지시될 수 있다.
Z_VGA_LL 이미징 시스템은 광학 요소(1228)를 갖는 제1 광학계 그룹(1222)을 포함한다. 포지티브 광학 요소(1230)는 광학 요소(1228)의 한 측에 형성되고, 포지 티브 광학 요소(1232)는 광학 요소(1228)의 그 반대측에 형성된다. 광학 요소(1228)은 예를 들면, 판유리이다. Z_VGA_LL 이미징 시스템에서 제1 광학계 그룹(1222)의 위치는 고정된다.
Z_VGA_LL 이미징 시스템은 광학 요소(1234)를 갖는 제2 광학계 그룹(1224)을 포함한다. 네거티브 광학 요소(1236)이 광학 요소(1234)의 한 측에 형성되고, 네거티브 광학 요소(1238)은 광학 요소(1234)의 다른 측에 형성된다. 광학 요소(1234)는 예를 들면, 판유리이다. 제2 광학계 그룹(1224)은 라인(1244)에 의해 지시된 축을 따라 두개의 위치사이에서 이동 가능하다. 이미징 시스템(1220(1))에서 보여지는 광학계 그룹(1224)의 제1 위치에 있어서, Z_VGA_LL 이미징 시스템은 텔레 구성을 갖는다. 이미징 시스템(1220(2))에서 보여지는 광학계 그룹(1224)의 제2 위치에 있어서, Z_VGA_LL 이미징 시스템은 와이드 구성을 갖는다. 주목해야 할 것은 ZEMAX®가 광학 요소들의 그룹이 크기조정으로 인해 와이드 및 텔레 구성에서 차이가 있도록 나타나게 한다는 것이다.
Z_VGA_LL 이미징 시스템은 VGA 포맷 검출기(112)상에 형성된 제3 광학계 그룹(1246)을 포함한다. 광학계-검출기 인터페이스(미도시)는 검출기(112)의 표면으로부터 제3 광학계 그룹(1246)을 분리시킨다. 적층 광학 요소(1226(7))은 검출기(112) 상에 형성된다. 적층 광학 요소(1226(6))은 적층 광학 요소(1226(7)) 상에 형성된다. 적층 광학 요소(1226(5))은 적층 광학 요소(1226(6)) 상에 형성된다. 적층 광학 요소(1226(4))은 적층 광학 요소(1226(5)) 상에 형성된다. 적층 광학 요소(1226(3))은 적층 광학 요소(1226(4)) 상에 형성된다. 적층 광학 요소(1226(2)) 은 적층 광학 요소(1226(3)) 상에 형성된다. 그리고 적층 광학 요소(1226(1))은 적층 광학 요소(1226(2)) 상에 형성된다. 적층 광학 요소들(1226)은 2개의 다른 재료들로 형성됨과 동시에, 인접한 적층 광학 요소들(1226)은 다른 재료로 형성된다. 특히, 적층 광학 요소들(1226(1), 1226(3), 1226(5) 및 1226(7))은 제1 굴절률을 갖는 제1 재료로 형성되며, 적층 광학 요소들(1226(2), 1226(4) 및 1226(6))은 제2 굴절률을 갖는 제2 재료로 형성된다. 광선들(1242)은 Z_VGA_LL 이미징 시스템에 의해 이미지화되는 전자기 에너지를 나타낸다. 광선들(1242)은 무한대로부터 발생한다. 텔레 및 와이드 구성들에 대한 규칙은 테이블 23 - 테이블 25에서 요약된다. 이들 구성에 대한 새그(sag)는 반지름, 두께 및 지름이 밀리미터 단위로 주어지는 식(1)에 의해 주어진다.
텔레(TELE):
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추 (conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
2 21.01981 0.3053034 1.481 60.131 4.76 0
3 무한대 0.2643123 1.525 62.558 4.714341 0
4 무한대 0.2489378 1.481 60.131 4.549862 0
5 -6.841404 3.095902 에어 4.530787 0
6 -3.589125 0.02 1.481 60.131 1.668737 0
7 무한대 0.4 1.525 62.558 1.623728 0
8 무한대 0.02 1.481 60.131 1.459292 0
9 5.261591 0.04882453 에어 1.428582 0
스톱 0.8309022 0.6992978 1.370 92.000 1.294725 0
11 7.037158 0.4 1.620 32.000 1.233914 0
12 0.6283516 0.5053543 1.370 92.000 1.157337 0
13 -4.590466 0.6746035 1.620 32.000 1.204819 0
14 -0.9448569 0.5489904 1.370 92.000 1.480335 0
15 36.82564 0.1480326 1.620 32.000 1.746687 0
16 3.515415 0.5700821 1.370 92.000 1.757716 0
이미지 무한대 0 1.458 67.821 1.79263 0
TABLE 23
와이드(WIDE):
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추 (conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
2 21.01981 0.3053034 1.481 60.131 4.76 0
3 무한대 0.2643123 1.525 62.558 4.036723 0
4 무한대 0.2489378 1.481 60.131 3.787365 0
5 -6.841404 0.1097721 에어 3.763112 0
6 -3.589125 0.02 1.481 60.131 3.610554 0
7 무한대 0.4 1.525 62.558 3.364582 0
8 무한대 0.02 1.481 60.131 3.021448 0
9 5.261591 3.03466 에어 2.70938 0
스톱 0.8309022 0.6992978 1.370 92.000 1.296265 0
11 7.037158 0.4 1.620 32.000 1.234651 0
12 0.6283516 0.5053543 1.370 92.000 1.157644 0
13 -4.590466 0.6746035 1.620 32.000 1.204964 0
14 -0.9448569 0.5489904 1.370 92.000 1.477343 0
15 36.82564 0.1480326 1.620 32.000 1.74712 0
16 3.515415 0.5700821 1.370 92.000 1.757878 0
이미지 무한대 0 1.458 67.821 1.804693 0
TABLE 24
비구면 계수들은 텔레 구성 및 와이드 구성에 대하여 동일하고, 그것들은 테이블 25에 열거된다.
표면# A2 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
1 (물체) 0 0 0 0 0 0 0 0
2 0 -2.192×10-3 -1.882×10-3 1.028×10-3 -9.061×10-5 0 0 0
3 0 0 0 0 0 0 0 0
4 0 0 0 0 0 0 0 0
5 0 -3.323×10-3 1.121×10-4 8.006×10-4 -8.886×10-5 0 0 0
6 0 0.02534 -1.669×10-4 -2.207×10-4 -2.233×10-5 0 0 0
7 0 0 0 0 0 0 0 0
8 0 0 0 0 0 0 0 0
9 0 3.035×10-3 0.02305 -2.656×10-3 1.501×10-3 0 0 0
10 (스톱) 0 -0.07564 -0.1525 0.2919 -0.4144 0 0 0
11 0 0.6611 -1.267 6.860 -12.86 0 0 0
12 -0.9991 1.145 -4.218 21.14 -34.56 0 0 0
13 -0.2285 -0.4463 -2.304 8.371 -18.33 0 0 0
14 0 -0.7106 -1.277 5.748 -6.939 0 0 0
15 0 -1.852 3.752 -2.818 0.9606 0 0 0
16 0.4195 0.1774 -0.8167 1.600 -1.214 0 0 0
TABLE 25
도 57A 및 도 57B는 무한대의 켤레 거리 물체에 대하여, Z_VGA_LL 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 MTFs의 플롯들(1270 및 1272)를 보여준다. MTFs는 470nm 에서 650nm 까지의 파장들에 걸쳐 평균내어 진다. 각 플롯은 검출기(112)의 대각 축(diagonal axis) 상에 실제 이미지 높이와 관련된 3개의 다른 필드 포인트들에 대한 MTF 커브들을 포함한다. 3개의 필드 포인트들은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트, (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7필드 포인트 및 (0.704mm, 0.528mm) 좌표를 갖는 풀 필드 포인트이다. 도 57A 및 도 57B에 있어서, "T"는 접선 필드(tangential field)를 지시하고, "S"는 화살모양 필드(sagittal field)를 지시한다. 플롯(1270)은 텔레 구성을 갖는 Z_VGA_LL 이미징 시스템을 나타내는 이미징 시스템(1220(1))에 대응하고, 플롯(1272)는 와이드 구성을 갖는 Z_VGA_LL 이미징 시스템을 나타내는 이미징 시스템(1220(2))에 대응한다.
무한대의 켤레 물체에 대한 Z_VGA_LL 이미징 시스템의 광학 경로차에 대해 각각, 도 58A, 도 58B 및 도 58C는 플롯들(1292, 1294 및 1296)을 보여주고, 도 59A, 도 59B 및 도 59C는 플롯들(1322, 1324 및 1326)을 보여준다. 플롯들(1292, 1294 및 1296)은 텔레 구성을 갖는 Z_VGA_LL 이미징 시스템에 대한 것이고, 플롯들(1322, 1324 및 1326)은 와이드 구성을 갖는 Z_VGA_LL 이미징 시스템에 대한 것이다. 플롯들(1292,1294,1296,1322,1324 및 1326)에 대한 최대 크기는 +/- 5 파동(wave)이다. 실선들은 470nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타내고, 짧은 점선들은 550nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타내며, 긴 점선들은 650nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타낸다.
도 58 및 도 59에서 플롯들의 각 쌍은 검출기(112)의 대각(diagonal) 상의 다른 실제 높이에서의 광학경로차를 나타낸다. 플롯들(1292,1322)은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트에 대응하고, 플롯들(1294,1324)의 두번째 열은 (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7 필드 포인트에 대응하며, 플롯들(1296,1326)의 세번째 열은 (0.704mm, 0.528mm)좌표를 갖는 풀필드 포인트에 대응한다. 각 쌍의 좌측 열(left column)은 광선들의 접선 세트(tangential set)에 대한 파면 에러(wavefront error)의 플롯이고, 우측 열(right column)은 광선들의 화살모양 세트(sagittal set)에 대한 파면 에러의 플롯이다.
도 60A, 도 60B, 도 60C 및 도 60D는 Z_VGA_LL 이미징 시스템의 필드 곡률(field curvature)의 플롯들(1350,1352) 및 왜곡(distortion)의 플롯들(1354, 1356)을 보여준다. 플롯들(1350 및 1354)은 텔레 구성을 갖는 Z_VGA_LL 이미징 시스템에 대응하고, 플롯들(1352 및 1356)은 와이드 구성을 갖는 Z_VGA_LL 이미징 시스템에 대응한다. 최대 반시계각(half-field angle)은 텔레 구성에 대해서 14.374° 및 와이드 앵글 구성(wide-angle)에 대해서 31.450이다. 실선들은 약 470nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하고, 짧은 점선들은 550nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하며, 긴 점선들은 650nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응한다.
도 61A, 도 61B 및 도 62는 도 2A의 이미징 시스템(10)을 구현한 줌 이미징 시스템(1380)의 세 개의 구성의 광학 레이아웃 및 레이트레이스(raytrace)를 보여준다. 이미징 시스템(1380)은 최대 1.95 비율까지 연속적으로 가변성 줌 비율을 갖 는 줌 이미징 시스템인 세개의 그룹이 있다. 일반적으로, 연속적인 주밍(zooming)을 갖기 위해서, 줌 이미징 시스템에서 하나 이상의 광학계 그룹이 이동해야만 한다. 이 경우에, 연속적인 주밍은 가변성 광학 요소의 전력(power)을 조절하는 것과 함께, 오직 제2 광학계 그룹(1384)만을 이동시킴으로써 이루어질 수 있다. 가변성 광학 요소는 이런 내용에 있어서, 도 29에서부터 시작하여 상세하게 기술된다. 텔레 구성으로 지시될 수 있는 하나의 줌 구성이 이미징 시스템(1380(1))으로 예시된다. 텔레 구성에서, 이미징 시스템(1380)은 비교적 긴 초점 거리를 갖는다. 와이드 구성으로 지시될 수 있는 다른 줌 구성이 이미징 시스템(1380(2))으로 예시된다. 와이드 구성에서 이미징 시스템(1380)은 비교적 넓은 시계를 갖는다. 그런데도, 중간 구성(middle configuration)으로 지시될 수 있는 또 다른 줌 구성이 이미징 시스템(1380(3))으로 예시된다. 그 중간 구성은 텔레 구성 및 와이드 구성의 것(초점거리 및 시계)들 사이 내에서 초점 거리 및 시계를 갖는다.
이미징 시스템(1380(1))은 3.34mm의 초점 거리, 28°의 시계(field of view), 1.9의 F/#, 9.25mm의 총트랙길이 및, 25°의 최대 주광선각도(chief ray angle)를 갖는다. 이미징 시스템(1380(2))은 1.71mm의 초점 거리, 62°의 시계, 1.9의 F/#, 9.25mm의 총트랙길이 및, 25°의 최대 주광선각도(chief ray angle)를 갖는다. 이미징 시스템(1380)은 Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템으로 지시될 수 있다.
Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템은 광학 요소(1388)를 갖는 제1 광학계 그룹(1382)을 포함한다. 포지티브 광학 요소(1390)는 광학 요소(1388)의 한 측에 형성되고, 네거티브 광학 요소(1392)는 광학 요소(1388)의 다른 측에 형성된다. 광학 요소(1388)은 예를 들면, 판유리이다. Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템에서 제1 광학계 그룹(1382)의 위치는 고정된다.
Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템은 광학 요소(1394)를 갖는 제2 광학계 그룹(1384)을 포함한다. 네거티브 광학 요소(1396)이 광학 요소(1394)의 한 측에 형성되고, 네거티브 광학 요소(1398)은 광학 요소(1394)의 반대 측에 형성된다. 광학 요소(1394)는 예를 들면, 판유리이다. 제2 광학계 그룹(1384)은 끝부분들(1410 및 1412) 사이에서의 라인(1400)에 의해 지시된 축을 따라 연속적으로 이동 가능하다. 만일, 광학계 그룹(1384)이 이미징 시스템(1380(1))에서 보여지는 라인(1400)의 끝부분(1412)에 위치되면, Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템은 텔레 구성을 갖는다. 만일, 광학계 그룹(1384)이 이미징 시스템(1380(2))에서 보여지는 라인(1400)의 끝부분(1410)에 위치되면, Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템은 와이드 구성을 갖는다. 만일, 광학계 그룹(1384)이 이미징 시스템(1380(3))에서 보여지는 라인(1400)의 중앙에 위치되면, Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템은 중간 구성을 갖는다. 텔레 및 와이드 사이에서의 어느 다른 줌 위치는, 제2 광학계 그룹을 이동하고, 가변성 광학 요소의 전력을 조절함으로써 이루어질 수 있다. 텔레 구성, 중간 구성 및 와이드 구성에 대한 규칙은 테이블 26 - 테이블 30에서 요약된다. 각 구성의 새그(sag)는 반지름, 두께 및 지름이 밀리미터 단위로 주어지는 식(1)에 의해 주어진다.
텔레(TELE):
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추 (conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
2 10.82221 0.5733523 1.48 60.131 4.8 0
3 무한대 0.27 1.525 62.558 4.8 0
4 무한대 0.06712479 1.481 60.131 4.8 0
5 -14.27353 3.220371 에어 4.8 0
6 -3.982425 0.02 1.481 60.131 1.946502 0
7 무한대 0.4 1.525 62.558 1.890202 0
8 무한대 0.02 1.481 60.131 1.721946 0
9 3.61866 0.08948048 에어 1.669251 0
10 무한대 0.0711205 1.430 60.000 1.6 0
11 무한대 0.5 1.525 62.558 1.6 0
12 무한대 0.05 에어 1.6 0
스톱 0.8475955 0.7265116 1.370 92.000 1.397062 0
14 6.993954 0.4 1.620 32.000 1.297315 0
15 0.6372614 0.4784372 1.370 92.000 1.173958 0
16 -4.577195 0.6867971 1.620 32.000 1.231435 0
17 -0.9020605 0.5944188 1.370 92.000 1.49169 0
18 -3.290065 0.1480326 1.620 32.000 1.655433 0
19 3.024577 0.6317016 1.370 92.000 1.690731 0
이미지 무한대 0 1.458 67.821 1.883715 0
TABLE 26
중간(MIDDLE):
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추 (conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
2 10.82221 0.5733523 1.48 60.131 4.8 0
3 무한대 0.27 1.525 62.558 4.8 0
4 무한대 0.06712479 1.481 60.131 4.8 0
5 -14.27353 1.986417 에어 4.8 0
6 -3.982425 0.02 1.481 60.131 2.596293 0
7 무한대 0.4 1.525 62.558 2.491135 0
8 무한대 0.02 1.481 60.131 2.289918 0
9 3.61866 1.331717 에어 2.183245 0
10 무한대 0.06310436 1.430 60.000 1.6 0
11 무한대 0.5 1.525 62.558 1.6 0
12 무한대 0.05 에어 1.6 0
스톱 0.8475955 0.7265116 1.370 92.000 1.397687 0
14 6.993954 0.4 1.620 32.000 1.299614 0
15 0.6372614 0.4784372 1.370 92.000 1.177502 0
16 -4.577195 0.6867971 1.620 32.000 1.237785 0
17 -0.9020605 0.5944188 1.370 92.000 1.504015 0
18 -3.290065 0.1480326 1.620 32.000 1.721973 0
19 3.024577 0.6317016 1.370 92.000 1.707845 0
이미지 무한대 0 1.458 67.821 1.820635 0
TABLE 27
와이드(WIDE):
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추 (conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
2 10.82221 0.5733523 1.48 60.131 4.8 0
3 무한대 0.27 1.525 62.558 4.8 0
4 무한대 0.06712479 1.481 60.131 4.8 0
5 -14.27353 0.3840319 에어 4.8 0
6 -3.982425 0.02 1.481 60.131 3.538305 0
7 무한대 0.4 1.525 62.558 3.316035 0
8 무한대 0.02 1.481 60.131 3.051135 0
9 3.61866 2.947226 에어 2.798488 0
10 무한대 0.05 1.430 60.000 1.6 0
11 무한대 0.5 1.525 62.558 1.6 0
12 무한대 0.05 에어 1.6 0
스톱 0.8475955 0.7265116 1.370 92.000 1.396893 0
14 6.993954 0.4 1.620 32.000 1.298622 0
15 0.6372614 0.4784372 1.370 92.000 1.176309 0
16 -4.577195 0.6867971 1.620 32.000 1.235759 0
17 -0.9020605 0.5944188 1.370 92.000 1.499298 0
18 -3.290065 0.1480326 1.620 32.000 1.699436 0
19 3.024577 0.6317016 1.370 92.000 1.705313 0
이미지 무한대 0 1.458 67.821 1.786772 0
TABLE 28
가변성 광학 요소의 표면인 표면 10상에 A2 를 제외한, 모든 비구면 계수들은 텔레 구성, 중간 구성 및 와이드 구성(또는, 텔레 및 와이드 구성의 사이 내에서 어느 다른 줌 구성)에 대하여 동일하고, 그것들은 테이블 29에 열거된다.
표면# A2 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
1 (물체) 0 0 0 0 0 0 0 0
2 0 6.752 ×10-3 -1.847 ×10-3 6.215 ×10-4 -4.721 ×10-5 0 0 0
3 0 0 0 0 0 0 0 0
4 0 0 0 0 0 0 0 0
5 0 5.516 ×10-3 -8.048 ×10-4 6.015 ×10-4 -6.220 ×10-5 0 0 0
6 0 0.01164 1.137 ×10-3 -5.261 ×10-4 3.999 ×10-5 1.651 ×10-5 -5.484 ×10-6 0
7 0 0 0 0 0 0 0 0
8 0 0 0 0 0 0 0 0
9 0 3.802 ×10-3 4.945 ×10-3 1.015 ×10-3 7.853 ×10-4 -1.202 ×10-4 -1.338 ×10-4 0
10 0.05908 0 0 0 0 0 0 0
11 0 0 0 0 0 0 0 0
12 0 0 0 0 0 0 0 0
13 (스톱) 0 -0.05935 -0.2946 0.5858 -0.7367 0 0 0
14 0 0.7439 -1.363 6.505 -10.39 0 0 0
15 -0.9661 1.392 -4.786 21.18 -29.59 0 0 0
16 -0.2265 0.2368 -2.878 8.639 -13.07 0 0 0
17 0 -0.06562 -1.303 4.230 -4.684 0 0 0
18 0 -1.615 4.122 -4.360 2.159 0 0 0
19 0.4483 -0.1897 0.001987 0.6048 -0.6845 0 0
TABLE 29
다른 줌 구성들에 대한 표면 10 상의 비구면 계수들 A2 는 테이블 30에서 요약된다.
줌 구성 텔레 중간 와이드
A2 0.05908 0.04311 0.02297
TABLE 30
Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템은 VGA 포맷 검출기(112)상에 형성된 제3 광학계 그룹(1246)을 포함한다. 제3 광학계 그룹(1246)은 도 56과 관련하여 앞서 기술되어 있다. 광학계-검출기 인터페이스(미도시)는 검출기(112)의 표면으로부터 제3 광학계 그룹(1246)을 분리시킨다. 제3 광학계 그룹(1246)의 일부 적층 광학 요소 들(1226)만 설명적인 명확성을 높이기 위해서 도 61 및 도 62에 번호 표시되어 있다.
Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템은 적층 광학 요소(1226(1))에 접촉하는 광학 요소(1406)을 더 포함한다. 가변성 광학계(1408)는 적층 광학 요소(1226(1))의 맞은 편인 광학 요소(1406)의 표면상에 형성된다. 가변성 광학계(1408)의 초점 거리는 제2 광학계 그룹(1384)의 위치에 따라 변경될 수 있다. 그 결과 이미징 시스템(1380)은 그것의 줌 위치가 변경됨에 따라 초점을 맞추게 된다. 광학계(1408)의 초점 거리(전력)는 제2 광학계 그룹(1384)의 이동에 의해 발생되는 주밍(zooming)동안 디포커스를 보정하도록 바뀐다. 가변성 광학계(1408)의 초점 거리 변화는 앞서 기술한 바와 같이, 요소(1384)의 이동에 의해 발생된 주밍 동안 디포커스를 보정하기 위해서 뿐만 아니라, "VGA AF" 광학 요소와 함께 기술되었던 것 처럼, 다른 켤레 거리들에 대한 초점을 조절하기 위해서 사용될 수 있다. 실시예로서, 가변성 광학계(1408)의 초점 거리는, 예를 들면, 이미징 시스템의 사용자에 의해서 수동적으로 조절될 수 있다. 다른 실시예로서, Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템은 제2 광학계 그룹(1384)의 위치에 따라 가변성 광학계(1408)의 초점 거리를 자동적으로 변경한다. 예를 들면, Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템은 제2 광학계 그룹(1384)의 위치에 대응하는 가변성 광학계(1408)의 초점 거리들의 룩업테이블(lookup table)을 포함할 수 있다. Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템은 그 룩업테이블로부터 가변성 광학계(1408)의 정확한 초점 거리를 결정할 수 있고, 따라서, 가변성 광학계(1408)의 초점 거리를 조절할 수 있다.
가변성 광학계(1408)는 예를 들면, 조절가능한 초점 거리를 갖는 광학 요소 이다. 그것은 광학 요소(1406)상에 놓인 상당히 큰 열 팽창 계수를 갖는 재료일 수 있다. 가변성 광학계(1408)의 그런 실시 형태의 초점 거리는 그 재료의 온도가 변경되는 것, 및 그로 인해 재료가 팽창 또는 축소되게 하는 것에 의해 바뀐다. 그런 팽창 또는 수축은 가변성 광학 요소들의 초점 거리를 변경되게 한다. 그 재료의 온도는 전기 열 요소(미도시)의 사용에 의해 변경될 수 있다. 추가적인 예로써, 가변성 광학계(1408)는 액체 렌즈 또는 액정 렌즈일 수 있다.
그러므로, 동작에 있어서, 프로세서(예로써, 도 1의 프로세서(46) 참조)는 예를 들면, 동시에 전압을 인가하고 가변성 광학계(1408)의 초점거리를 제어하도록 가열하는 동안, 제2 광학계 그룹(1384)을 이동하기 위해 선형 변환기(linear transducer)를 제어하도록 구성될 수 있다.
광선들(1402)은 Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템에 의해 이미지화된 전자기 에너지를 나타낸다. 비록 Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템이 시스템(1380)에 가까운 광선들을 이미지화할 지라도, 광선들(1402)은 수직 라인(1404)에 의해 나타나는 무한대로부터 발생한다.
무한대의 물체 켤레에서, Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 MTFs에 대한 도 63A 및 도 63B는 플롯들(1440 및 1442)를 보여주고, 도 64는 플롯(1460)을 보여준다. MTFs는 470nm 에서 650nm 까지의 파장들에 걸쳐 평균내어 진다. 각 플롯은 검출기(112)의 대각 축(diagonal axis) 상에 실제 이미지 높이와 관련된 3개의 다른 필드 포인트들에 대한 MTF 커브들을 포함한다. 3개의 필드 포인 트들은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트, (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7필드 포인트 및 (0.704mm, 0.528mm) 좌표를 갖는 풀 필드 포인트이다. 도 63A, 도 63B 및 도 64에 있어서, "T"는 접선 필드(tangential field)를 지시하고, "S"는 화살모양 필드(sagittal field)를 지시한다. 플롯(1440)은 텔레 구성을 갖는 Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템을 나타내는 이미징 시스템(1380(1))에 대응한다. 플롯(1442)은 와이드 구성을 갖는 Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템을 나타내는 이미징 시스템(1380(2))에 대응한다. 플롯(1460)는 중간 구성을 갖는 Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템을 나타내는 이미징 시스템(1380(3))에 대응한다.
각 무한대의 물체 켤레에서, Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템의 광학 경로차에 대한, 각각 도 65A, 도 65B 및 도 65C는 플롯들(1482, 1484 및 1486)을 보여주고, 도 66A, 도 66B 및 도 66C는 플롯들(1512, 1514 및 1516)을 보여주며, 도 67A, 도 67B 및 도 67C는 플롯들(1542, 1544 및 1546)을 보여준다. 플롯들(1482, 1484 및 1486)은 텔레 구성을 갖는 Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템에 대한 것이다. 플롯들(1512, 1514 및 1516)은 와이드 구성을 갖는 Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템에 대한 것이다. 플롯들(1542, 1544 및 1546)은 중간 구성을 갖는 Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템에 대한 것이다. 모든 플롯들에 대한 최대 크기는 +/- 5 파동(wave)이다. 실선들은 470nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타내고, 짧은 점선들은 550nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타내며, 긴 점선들은 650nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타낸다.
도 65 - 도 67에서 플롯들의 각 쌍은 검출기(112)의 대각(diagonal) 상의 다 른 실제 높이에서의 광학 경로차를 나타낸다. 플롯들(1482, 1512 및 1542)은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트에 대응하고, 플롯들(1484, 1514 및 1544)은 (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7 필드 포인트에 대응하며, 플롯들(1486, 1516 및 1546)은 (0.704mm, 0.528mm)좌표를 갖는 풀필드 포인트에 대응한다. 플롯들의 각 쌍의 좌측 열(left column)은 광선들의 접선 세트(tangential set)에 대한 파면 에러(wavefront error)의 플롯이고, 우측 열(right column)은 광선들의 화살모양 세트(sagittal set)에 대한 파면 에러의 플롯이다.
Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템의 필드 곡률에 대한, 도 68A 및 도 68C는 플롯들(1570 및 1572)을 보여주고, 도 69A는 플롯(1600)을 보여준다. Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템의 왜곡에 대한, 도 68B 및 도 68D는 플롯들(1574 및 1576)을 보여주고, 도 69B는 플롯(1602)을 보여준다. 플롯들(1570 및 1574)은 텔레 구성을 갖는 Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템에 대응하고, 플롯들(1572 및 1576)은 와이드 구성을 갖는 Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템에 대응하며, 플롯들(1600 및 1602)은 중간 구성을 갖는 Z_VGA_LL_AF 이미징 시스템에 대응한다. 최대 반시계각(half-field angle)은 텔레 구성에 대해서 14.148°, 와이드 앵글 구성(wide-angle)에 대해서 31.844° 및 중간 구성에 대해서 20.311°이다. 실선들은 470nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하고, 짧은 점선들은 550nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하며, 긴 점선들은 650nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응한다.
도 70A, 도 70B, 및 도 71은 도 2A의 이미징 시스템(10)을 구현한 줌 이미징 시스템(1620)의 3개 구성들의 광학 레이아웃 및 레이트레이스를 보여준다. 이미징 시스템(1620)은 최대 1.96 비율까지 연속적인 가변성 줌 비율을 갖는 줌 이미징 시스템인 세개의 그룹이 있다. 일반적으로, 연속적인 주밍(zooming)을 갖기 위해서, 줌 이미징 시스템에서 하나 이상의 광학계 그룹이 이동해야만 한다. 이 경우에, 연속적인 주밍은 줌 이미징 시스템의 초점 심도(depth of focus)를 연장하도록 위상 변경 요소를 사용하고, 제2 광학계 그룹(1624)만을 이동시킴으로써 이루어질 수 있다. 텔레 구성으로 지시될 수 있는 하나의 줌 구성이, 이미징 시스템(1620(1))으로 예시된다. 텔레 구성에서, 이미징 시스템(1620)은 비교적 긴 초점 거리를 갖는다. 와이드 구성으로 지시될 수 있는 다른 줌 구성이 이미징 시스템(1620(2))으로 예시된다. 와이드 구성에서 이미징 시스템(1620)은 비교적 넓은 시계를 갖는다. 그런데도, 중간 구성(middle configuration)으로 지시될 수 있는 또 다른 줌 구성이 이미징 시스템(1620(3))으로 예시된다. 그 중간 구성은 텔레 구성 및 와이드 구성의 것(초점거리 및 시계)들 사이 내에서 초점 거리 및 시계를 갖는다.
이미징 시스템(1620(1))은 3.37mm의 초점 거리, 28°의 시계(field of view), 1.7의 F/#, 8.3mm의 총트랙길이 및, 22°의 최대 주광선각도(chief ray angle)를 갖는다. 이미징 시스템(1620(2))은 1.72mm의 초점 거리, 60°의 시계, 1.7의 F/#, 8.3mm의 총트랙길이 및, 22°의 최대 주광선각도(chief ray angle)를 갖는다. 이미징 시스템(1620)은 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템으로 지시될 수 있다.
Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템은 광학 요소(1628)를 갖는 제1 광학계 그룹(1622)을 포함한다. 포지티브 광학 요소(1630)는 광학 요소(1628)의 한 측에 형성되고, 파면 코딩된 표면(wavefront coded surface)은 적층 광학 요소(1646(1))의 제1 표면상에 형성된다. 광학요소(1628)는 예를 들면, 판유리이다. Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템에서 제1 광학계 그룹(1622)의 위치는 고정된다.
Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템은 광학 요소(1634)를 갖는 제2 광학계 그룹(1624)을 포함한다. 네거티브 광학 요소(1636)이 광학 요소(1634)의 한 측에 형성되고, 네거티브 광학 요소(1638)은 광학 요소(1634) 반대 측에 형성된다. 광학 요소(1634)는 예를 들면, 판유리이다. 제2 광학계 그룹(1624)은 끝부분들(1648 및 1650) 사이에서의 라인(1640)에 의해 지시된 축을 따라 연속적으로 이동 가능하다. 만일, 제2 광학계 그룹(1624)이 이미징 시스템(1620(1))에서 보여지는 라인(1640)의 끝부분(1650)에 위치되면, Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템은 텔레 구성을 갖는다. 만일, 광학계 그룹(1624)이 이미징 시스템(1620(2))에서 보여지는 라인(1640)의 끝부분(1648)에 위치되면, Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템은 와이드 구성을 갖는다. 만일, 광학계 그룹(1624)이 이미징 시스템(1620(3))에서 보여지는 라인(1640)의 중앙에 위치되면, Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템은 중간 구성을 갖는다.
Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템은 VGA 포맷 검출기(112)상에 형성된 제3 광학계 그룹(1626)을 포함한다. 광학계-검출기 인터페이스(미도시)는 검출기(112)의 표면으로부터 제3 광학계 그룹(1626)을 분리시킨다. 적층 광학 요소(1646(7))은 검출기(112)상에 형성된다. 적층 광학 요소(1646(6))는 적층 광학 요소(1646(7))상에 형성된다. 적층 광학 요소(1646(5))는 적층 광학 요소(1646(6))상에 형성된다. 적층 광학 요소(1646(4))는 적층 광학 요소(1646(5))상에 형성된다. 적층 광학 요소(1646(3))는 적층 광학 요소(1646(4))상에 형성된다. 적층 광학 요소(1646(2))는 적층 광학 요소(1646(3))상에 형성된다. 그리고 적층 광학 요소(1646(1))는 적층 광학 요소(1646(2))상에 형성된다. 적층 광학 요소들(1646)은 2개의 다른 재료들로 형성됨과 동시에, 인접한 적층 광학 요소들(1646)은 다른 재료로 형성된다. 특히, 적층 광학 요소들(1646(1), 1646(3), 1646(5) 및 1646(7))은 제1 굴절률을 갖는 제1 재료로 형성되며, 적층 광학 요소들(1646(2), 1646(4) 및 1646(6))은 제2 굴절률을 갖는 제2 재료로 형성된다.
텔레 구성, 중간 구성 및 와이드 구성에 대한 규칙은 테이블 31 - 테이블 36에서 요약된다. 모든 3개의 구성들에 대한 새그(sag)는 식(2)에 의해 주어진다. 위상 변경 요소에 의해 실행되는 위상 함수(phase function)는 옥트 폼(oct form)이며, 그것의 파라미터들은 도 18에서 예시되고, 반지름, 두께 및 지름이 밀리미터 단위로 주어지는 식 (3)에 의해 주어진다.
텔레(TELE):
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추 (conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
2 11.5383 0.52953 1.481 60.131 4.76 0
3 무한대 0.24435 1.525 62.558 4.76 0
4 무한대 0.10669 1.481 60.131 4.76 0
5 -9.858 3.216 에어 4.76 0
6 -4.2642 0.02 1.481 60.131 1.67671 0
7 무한대 0.4 1.525 62.558 1.63284 0
8 무한대 0.02 1.481 60.131 1.45339 0
9 4.29918 0.051 에어 1.41536 0
스톱 0.82831 0.78696 1.370 92.000 1.28204 0
11 -22.058 0.4 1.620 32.000 1.23414 0
12 0.68700 0.23208 1.370 92.000 1.15930 0
13 3.14491 0.57974 1.620 32.000 1.21734 0
14 -1.1075 0.29105 1.370 92.000 1.29760 0
15 -1.3847 0.14803 1.620 32.000 1.34751 0
16 2.09489 0.96631 1.370 92.000 1.37795 0
이미지 무한대 0 1.458 67.821 1.90899 0
TABLE 31
중간(MIDDLE):
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추 (conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
2 11.5383 0.52953 1.481 60.131 4.76 0
3 무한대 0.24435 1.525 62.558 4.76 0
4 무한대 0.10669 1.481 60.131 4.76 0
5 -9.858 1.724 에어 4.76 0
6 -4.2642 0.02 1.481 60.131 2.55576 0
7 무한대 0.4 1.525 62.558 2.45598 0
8 무한대 0.02 1.481 60.131 2.22971 0
9 4.29918 3.015 에어 2.12385 0
스톱 0.82831 0.78696 1.370 92.000 1.2997 0
11 -22.058 0.4 1.620 32.000 1.24488 0
12 0.687 0.23208 1.370 92.000 1.16685 0
13 3.14491 0.57974 1.620 32.000 1.22431 0
14 -1.1075 0.29105 1.370 92.000 1.30413 0
15 -1.3847 0.14803 1.620 32.000 1.35771 0
16 2.09489 0.96631 1.370 92.000 1.39178 0
이미지 무한대 0 1.458 67.821 1.89533 0
TABLE 32
와이드(WIDE):
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추 (conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
2 11.5383 0.52953 1.481 60.131 4.76 0
3 무한대 0.24435 1.525 62.558 4.7 0
4 무한대 0.10669 1.481 60.131 4.7 0
5 -9.858 1.724 에어 4.7 0
6 -4.2642 0.02 1.481 60.131 3.57065 0
7 무한대 0.4 1.525 62.558 3.36 0
8 무한대 0.02 1.481 60.131 3.04903 0
9 4.29918 1.543 에어 2.76124 0
스톱 0.82831 0.78696 1.370 92.000 1.28128 0
11 -22.058 0.4 1.620 32.000 1.23435 0
12 0.687 0.23208 1.370 92.000 1.16015 0
13 3.14491 0.57974 1.620 32.000 1.21875 0
14 -1.1075 0.29105 1.370 92.000 1.29792 0
15 -1.3847 0.14803 1.620 32.000 1.34937 0
16 2.09489 0.96631 1.370 92.000 1.38344 0
이미지 무한대 0 1.458 67.821 1.89055 0
TABLE 33
옥트 폼에 대한 비구면 계수들 및 표면 규칙은 텔레, 중간 및 와이드 구성들에 대해 동일하며, 테이블 34 - 테이블 36에서 요약된다.
A2 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
0 0 0 0 0 0 0 0
0 6.371 ×10-3 -2.286 ×10-3 8.304 ×10-4 -7.019 ×10-5 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 4.805 ×10-3 -3.665 ×10-4 5.697 ×10-4 -6.715 ×10-5 0 0 0
0 0.01626 1.943 ×10-3 -1.137 ×10-3 1.220 ×10-4 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 3.980 ×10-3 0.0242 -9.816 ×10-3 2.263 ×10-3 0 0 0
-0.001508 -0.1091 -0.3253 1.115 -1.484 0 0 0
0 0.9101 -1.604 5.812 -9.733 0 0 0
-0.9113 1.664 -5.057 22.32 -30.98 0 0 0
0.1087 0.04032 -2.750 9.654 -10.45 0 0 0
0 -0.4609 -0.3817 6.283 -7.484 0 0 0
0 -0.8859 4.156 -3.681 0.6750 0 0 0
0.5526 -0.1522 -0.5744 1.249 -1.266 0 0 0
TABLE 34
표면# 앰프(Amp) C N RO NR
10(스톱) 1.0672×10-3 -225.79 11.343 0.50785 0.65
TABLE 35
α -1.0949 6.2998 5.8800 -14.746 -21.671 -20.584 -11.127 37.153 199.50
β 1 2 3 4 5 6 7 8 9
TABLE 36
Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템은 미리 설정된 위상 변경을 실행하기 위해 위상 변경 요소를 포함한다. 도 70에서, 광학 요소(1646(1))의 좌측 표면은 위상 변경 요소이다. 그러나, Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템의 어느 하나의 광학요소 또는 광학 요소들의 조합은 미리 설정된 위상 변경을 실시하기 위해 위상 변경 요소로서 역할을 할 수 있다. 미리 설정된 위상 변경의 사용은, Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템이 연속적인 가변성 줌 비율을 지원하게 한다. 왜냐하면, 그 미리 설정된 위상 변경은 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템의 초점 심도를 연장하기 때문이다. 광선들(1642)은 무한대로부터 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템에 의해 이미지화되는 전자기 에너지를 나타낸다.
Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템의 성능은, 그것의 성능을 도 56의 Z_VGA_LL 이미징 시스템의 성능에 대해 비교함으로써 식별할 수 있다. 왜냐하면, 두 이미징 시스템들은 유사하기 때문이다. Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템과 Z_VGA_LL 이미징 시스템간의 주된 차이는, Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템이 미리 설정된 위상 변경을 포함하는 반면에 Z_VGA_LL 이미징 시스템은 미리 설정된 위상 변경을 포함하지 않는다는 것이다. 무한대의 켤레 물체 거리에서의 Z_VGA_LL 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서, MTFs에 대한 도 72A 및 도 72B는 플롯들(1670 및 1672)를 보여주고, 도 73은 플롯(1690)을 보여준다. MTFs는 470nm 에서 650nm 까지의 파장들에 걸쳐 평균내어 진다. 각 플롯은 검출기(112)의 대각 축(diagonal axis) 상에 실제 이미지 높이와 관련된 3개의 다른 필드 포인트들에 대한 MTF 커브들을 포함한다. 3개의 필드 포인트들은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트, (0mm, 0.528mm)좌표를 갖는 y에서의 풀 필드 포인트 및, (0.704mm, 0mm) 좌표를 갖는 x에서의 풀 필드 포인트이다. 도 72A, 도 72B 및 도 73에 있어서, "T"는 접선 필드(tangential field)를 지시하고, "S"는 화살모양 필드(sagittal field)를 지시한다. 플롯(1670)은 텔레 구성을 갖는 Z_VGA_LL 이미징 시스템을 나타내는 이미징 시스템(1220(1))에 대응한다. 플롯(1672)은 와이드 구성을 갖는 Z_VGA_LL 이미징 시스템을 나타내는 이미징 시스템(1220(2))에 대응한다. 플롯(1690)은 중간 구성(Z_VGA_LL 이미징 시스템의 이 구성은 도시되지 않았다.)을 갖는 Z_VGA_LL 이미징 시스템에 대응한다. 플롯들(1670, 1672 및 1690)을 비교함으로써 알수 있는 바와 같이, Z_VGA_LL 이미징 시스템의 성능은 줌 위치의 기능에 따라 바뀐다. 또한, Z_VGA_LL 이미징 시스템은 플롯(1690)의 MTFs의 제로 값들 및 낮은 크기에 의해 지시되는 중간 줌 구성에서 비교적 불완전하게 작동한다.
무한대의 켤레 물체 거리에 대해서, Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 MTFs에 대한 도 74A 및 도 74B는 플롯들(1710 및 1716)을 보여주고, 도 75는 플롯(1740)을 보여준다. MTFs는 470nm 에서 650nm 까지의 파장들에 걸쳐 평균내어 진다. 각 플롯은 검출기(112)의 대각 축(diagonal axis)상에 실제 이미지 높이와 관련된 3개의 다른 필드 포인트들에 대한 MTF 커브들을 포함한다. 3개의 필드 포인트들은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트, (0mm, 0.528mm)좌표를 갖는 y에서의 풀 필드 포인트 및, (0.704mm, 0mm) 좌표를 갖는 x에서의 풀 필드 포인트이다. 도 74A, 도 74B 및 도 75에 있어서, "T"는 접선 필드를 지시하고, "S"는 화살모양 필드를 지시한다. 플롯(1710)은 텔레 구성을 갖는 Z_VGA_LL_WFC 이미 징 시스템에 대응한다. 플롯(1716)은 와이드 구성을 갖는 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템에 대응한다. 그리고, 플롯(1740)은 중간 구성을 갖는 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템에 대응한다.
점선에 의해 지시되는 여과되지 않은 커브들은, Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템에 의해 생성된 전자 데이터의 후 필터링(post filtering)을 갖지 않는 MTFs를 나타낸다. 플롯들(1710, 1716 및 1740)로부터 알수 있는 바와 같이, 여과되지 않은 MTF 커브들(1714, 1720 및 1744)은 비교적 작은 크기를 갖는다. 그러나, 여과되지 않은 MTF 커브들(1714, 1720 및 1744)은 이롭게도 제로 크기에 도달하지 않으며, 그것은 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템이 관심(interest)의 공간 주파수들의 전체 범위에 걸쳐서 이미지 정보를 유지한다는 것을 의미한다. 또한, 여과되지 않은 MTF 커브들(1714, 1720 및 1744)은 매우 유사하다. 그런 MTF 커브들에서의 유사성은 단일 필터 커널이, 이하에서 설명되어질, 디코딩 알고리듬을 실행하는 프로세서에 의해 사용되게 한다. 예를 들면, 광학계(예로서, 광학 요소 1646(1))에서 위상 변경 요소에 의해 도입된 인코딩은, Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템이 그런 후처리 없이 이미지를 생성하는 것보다 더 선명한 이미지를 생성하도록, 디코딩 알고리듬을 실행하는 도 1의 프로세서(46)에 의해 처리된다. 실선에 의해 지시된 여과된 MTF 커브들은 그런 후처리를 갖는 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템의 성능을 나타낸다. 플롯들(1710, 1716 및 1740)로부터 알수 있는 바와 같이, Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템은 그런 후처리(post processing)를 갖는 줌 비율들에 걸쳐 비교적 일정한 성능을 나타낸다.
도 76A, 도 76B 및 도 76C는 디코딩 알고리듬을 실행하는 프로세서에 의한 후처리 전의 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템의 온축 PSFs의 플롯들(1760, 1762 및 1764)을 보여준다. 플롯(1760)은 텔레 구성을 갖는 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템에 대응한다. 플롯(1762)은 와이드 구성을 갖는 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템에 대응한다. 그리고, 플롯(1764)은 중간 구성을 갖는 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템에 대응한다. 도 76으로부터 알수 있는 바와 같이, 후 처리전의 PSFs는 줌 구성의 기능에 따라 변한다.
도 77A, 도 77B 및 도 77C는 디코딩 알고리듬을 실행하는 프로세서에 의한 후처리 후의 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템의 온축 PSFs의 플롯들(1780, 1782 및 1784)을 보여준다. 플롯(1780)은 텔레 구성을 갖는 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템에 대응한다. 플롯(1782)은 와이드 구성을 갖는 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템에 대응한다. 그리고, 플롯(1784)은 중간 구성을 갖는 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템에 대응한다. 도 77로부터 알수 있는 바와 같이, 후 처리후의 PSFs는 줌 구성으로부터 비교적 독립적이다. 동일한 필터 커널이 처리(processing)를 위해 사용되기 때문에, PSFs는 다른 물체 켤레들에 대해서 약간 다를 것이다.
도 78A는 프로세서에 의해 실행된 디코딩 알고리듬(예로써, 콘볼루션(convolution))에서 Z_VGA_LL_WFC 이미징 시스템과 함께 사용될 수 있는 필터 커널 및 그것의 값들의 회화적 표시이다. 도 78A의 이런 필터 커널은 예를 들면, 도 77A, 도 77B, 및 도 77C의 플롯들의 PSFs나, 도 74A, 도 74B 및 도 75의 여과된 MTF 커브들을 생성하도록 사용된다. 그런 필터 커널은 파면 코딩 요소의 도입에 의 해 영향을 받은 전자 데이터를 처리하기 위해서, 디코딩 알고리듬을 실행하도록 프로세서에 의해 사용될 수 있다. 플롯(1800)은 필터 커널의 3차원 플롯이고, 필터 계수들은 도 78B 내의 테이블 1802에서 보여진다.
도 79는 도 2A의 이미징 시스템(10)을 구현한 이미징 시스템(1820)의 광학 레이아웃 및 레이트레이스이다. 이미징 시스템(1820)은 배열 이미징 시스템들 중 어느 하나일 수 있다. 그런 배열은 도 2A에 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 복수의 서브 어레이(sub-array)들 및/또는 독립한 이미징 시스템들로 나뉠 수 있다. 이미징 시스템(1820)은 VGA_O 이미징 시스템으로 지시될 수 있다. VGA_O 이미징 시스템은 광학계(1822) 및 만곡한 표면(curved surface)(1826)에 의해 표시된 만곡한 이미지 평면(curved image plane)을 포함한다. VGA_O 이미징 시스템은 1.50mm의 초점 거리, 62°의 시계(field of view), 1.3의 F/#, 2.45mm의 총트랙길이 및 28°의 최대 주광선각도(chief ray angle)를 갖는다.
광학계(1822)는 7개의 적층 광학 요소들(1824)을 갖는다. 적층 광학 요소들(1824)는 2개의 다른 재료들로 형성되며, 인접한 적층 광학 요소들은 다른 재료로 형성된다. 적층 광학 요소들(1824(1), 1824(3), 1824(5) 및 1824(7))은 제1 굴절률을 갖는 제1 재료로 형성되며, 적층 광학 요소들(1824(2), 1824(4) 및 1824(6))은 제2 굴절률을 갖는 제2 재료로 형성된다. 현재의 문맥에서 유용할 수 있는 그 두개의 예시적인 폴리머 재료들(polymer materials)은 : 1) 켐옵틱스(ChemOptics)에 의한 높은 지표재료(index material)(n=1.62); 및 옵티컬 폴리머 리서치(Optical Polymer Research, Inc)에 의한 낮은 지표재료(n=1.37)이다. 주목 해야할 것은 거기에는 광학계(1822) 내에 에어 갭들이 없다는 것이다. 광선들(1830)은 무한대로부터 VGA_O 이미징 시스템에 의해 이미지화되는 전자기 에너지를 나타낸다.
광학계(1822)에 대한 규칙의 세부사항들은 테이블 37 및 테이블 38에서 요약된다. 새그는 반지름, 두께 및 지름이 밀리미터 단위로 주어지는 식 (1)에 의해 주어진다.
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추 (conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
스톱 0.87115 0.2628 1.370 92.000 1.21 0
3 0.69471 0.49072 1.620 32.000 1.19324 0
4 0.59367 0.09297 1.370 92.000 1.09178 0
5 1.07164 0.3541 1.620 32.000 1.07063 0
6 1.8602 0.68 1.370 92.000 1.15153 0
7 -1.1947 0.14803 1.620 32.000 1.26871 0
8 43.6942 0.19416 1.370 92.000 1.70316 0
이미지 -8.9687 0 1.458 67.821 1.77291 0
TABLE 37
표면# A2 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
1(물체) 0 0 0 0 0 0 0 0
2(스톱) 0 0.2251 -0.4312 0.6812 -0.02185 0 0 0
3 0 -1.058 0.3286 0.5144 -5.988 0 0 0
4 0.4507 -2.593 -6.754 30.26 -61.12 0 0 0
5 0.8961 -1.116 -1.168 -0.6283 -51.10 0 0 0
6 0 1.013 11.46 -68.49 104.9 0 0 0
7 0 -7.726 39.23 -105.7 121.0 0 0 0
8 0.5406 -0.4182 -3.808 10.73 -8.110 0 0 0
TABLE 38
검출기(1832)는 만곡한 표면(1826) 상으로 적용된다. 광학계(1822)는 검출기(1832)로부터 독립적으로 만들어질 수 있다. 검출기(1832)는 유기 재료(organic material)로 제조될 수 있다. 예를 들면, 검출기(1832)는 잉크젯 프린터를 사용함 으로써, 표면(1826) 상에 직접적으로 형성되거나, 적용될 수 있다. 대안으로, 검출기(1832)는 표면(1826)에 차례로 접착되는 기판(예로써, 폴리에틸렌의 시트)에 적용될 수 있다.
실시예로서, 검출기(1832)는 2.2 미크론 픽셀 크기를 갖는 VGA 포맷을 갖는다. 실시예로서, 검출기(1832)는 그 검출기의 해상도(resolution)를 위해 요구되는 것들 이상으로 추가적인 검출기 픽셀들을 포함한다. 그런 추가적인 픽셀들은 광학 축(optical axis)(1834)에 대하여 검출기(1832)의 중심의 등록 요건(registration requirements)을 완화시키도록 사용될 수 있다. 만일 검출기(1832)가 광학 축(1834)에 대하여 정확하게 등록되지 않으면, 추가적인 픽셀들은 검출기(1832)의 윤곽이 재정의되게 한다. 그결과, 검출기(1832)는 광학 축(1834)에 대하여 중심에 있게 된다.
VGA_O 이미징 시스템의 만곡한 이미지 평면은, VGA_O 이미징 시스템에서 이롭게 사용될 수 있는 설계 자유(design freedom)의 또 다른 정도를 제공한다. 예를 들면, 이미지 평면은 필드 곡률 및/또는 비점수차와 같은 수차들(aberrations)에 대해 보정하기 위해, 실제로는 어떤 표면 모양에 따라 휘어질 수 있다. 결과적으로, 광학계(1822)의 허용오차를 줄이는 것이 가능하고, 그것에 의해 제조 비용을 줄이는 것이 가능하다.
도 80은 무한대의 물체 켤레 거리에서 VGA_O 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서, 0.55 마이크로미터(㎛)의 파장에서의 단색(monochromatic) MTFs의 플롯(1850)을 보여준다. 도 80은 검출기(1832)의 대각 축상에 실제 이미지 높이와 관 련된 3개의 다른 필드 포인트들에 대한 MTF 커브들을 설명한다. 3개의 필드 포인트들은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트, (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7 필드 포인트 및, (0.704mm, 0.528mm) 좌표를 갖는 풀 필드 포인트이다. 만곡한 이미지 평면 때문에, 비점수차 및 필드 곡률은 충분히 보정되고, MTFs는 거의 제한된 회절(diffraction)이다. 도 80에 있어서, "T"는 접선 필드를 지시하고, "S"는 화살모양 필드를 지시한다. 그 밖에 도 80은 그림에서 "DIFF.LIMIT"로서 지시된 회절 한계(diffraction limit)를 보여준다.
도 81은 무한대의 물체 켤레 거리에 대한, VGA_O 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서, 백색광(white light)MTFs의 플롯(1870)을 보여준다. MTFs는 470nm 에서 650nm 까지의 파장들에 걸쳐 평균내어 진다. 도 81은 검출기(1832)의 대각 축상에 실제 이미지 높이와 관련된 3개의 다른 필드 포인트들에 대한 MTF 커브들을 설명한다. 3개의 필드 포인트들은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트, (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7 필드 포인트 및, (0.704mm, 0.528mm) 좌표를 갖는 풀 필드 포인트이다. 또한, 도 81에 있어서도, "T"는 접선 필드를 지시하고, "S"는 화살모양 필드를 지시한다. 그 밖에 도 81은 그림에서 "DIFF.LIMIT"로서 지시된 회절 한계(diffraction limit)를 보여준다.
도 81의 컬러(color) MTFs는 일반적으로 도 80의 단색 MTFs 보다 더 작은 크기를 갖는다는 것을 도 80 및 도 81을 비교함으로써 알수 있다. 크기에서의 그런 차이는, VGA_O 이미징 시스템이 종색수차(axial color)로서 일반적으로 지시된 수차를 표시한다는 것을 보여준다. 종색수차는 미리 설정된 위상 변경을 통해 보정될 수 있다. 그러나, 종색수차에 대한 보정을 위해 미리 설정된 위상 변경의 사용은, 광학계(1822)의 광학-기계식 허용오차들을 완화하기 위한 미리 설정된 위상 변경의 능력을 감소시킬 수 있다. 광학-기계식 허용오차들의 완화(Relaxation)는 광학계(1822)를 제작 비용을 줄일 수 있다. 그러므로, 그것은 이런 경우에, 가능한 한 광학-기계 허용오차를 완화하기 위해 미리 설정된 위상 변경의 효과 만큼 사용하는 것이 유익할 것이다. 결과적으로, 그것은 아래에서 논의되는 바와 같이, 하나 이상의 적층 광학 요소들(1824)에서 다른 폴리머 재료을 사용함으로써 종색수차를 보정하는 것에 대해 유리할 것이다.
도 82A, 도 82B 및 도 82C는 각각 VGA_O 이미징 시스템의 광학 경로차들의 플롯들(1892, 1894 및 1896)을 보여준다. 각 방향(direction)에서 최대 크기는 +/- 5 파동(wave)이다. 실선들은 470nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타내고, 짧은 점선들은 550nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타내며, 긴 점선들은 650nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타낸다. 플롯들의 각 쌍은 검출기(1832)의 대각(diagonal) 상의 다른 실제 이미지 높이에서의 광학 경로차를 나타낸다. 플롯들(1892)은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트에 대응하고, 플롯들(1894)은 (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7 필드 포인트에 대응하며, 플롯들(1896)은 (0.704mm, 0.528mm)좌표를 갖는 풀필드 포인트에 대응한다. 플롯들의 각 쌍의 좌측 열(left column)은 광선들의 접선 세트(tangential set)에 대한 파면 에러(wavefront error)의 플롯이고, 우측 열(right column)은 광선들의 화살모양 세트(sagittal set)에 대한 파면 에러의 플롯이다. 그 시스템에서 가장 큰 수차는 종 색수차(axial color)인 것을 플롯들로부터 알수 있다.
VGA_O 이미징 시스템에 대한, 도 83A는 필드 곡률의 플롯(1920)을 보여주고, 도 83B는 왜곡의 플롯(1922)을 보여준다. 최대 반시계각(half-field angle)은 31.04°이다. 실선들은 470nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하고, 짧은 점선들은 550nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하며, 긴 점선들은 650nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응한다.
도 84는 종색수차를 줄이기 위해서 적층 광학 요소들(1824)에서 사용된 선택된 폴리머(selected polymer)를 갖는 VGA_O 이미징 시스템의 공간 주파수의 함수로서 MTFs의 플롯(1940)을 보여준다. 선택된 폴리머를 갖는 그런 이미징 시스템은, VGA_Ol 이미징 시스템으로 지시될 수 있다. VGA_Ol 이미징 시스템은 1.55mm의 초점 거리, 62°의 시계(field of view), 1.3의 F/#, 2.45mm의 총트랙길이 및 26°의 최대 주광선각도(chief ray angle)를 갖는다. 선택된 폴리머를 이용한 광학계(1822)에 대한 규칙의 세부사항들은 테이블 39 및 테이블 40에서 요약된다. 새그는 반지름, 두께 및 지름이 밀리미터 단위로 주어지는 식 (1)에 의해 주어진다.
표면 반지름 두께 굴절률 아베# 지름 원추 (conic)
물체 무한대 무한대 에어(air) 무한대 0
스톱 0.86985 0.26457 1.370 92.000 1.2 0
3 0.69585 0.49044 1.620 32.000 1.18553 0
4 0.59384 0.09378 1.370 92.000 1.09062 0
5 1.07192 0.35286 1.620 32.000 1.07101 0
6 1.89355 0.68279 1.370 92.000 1.14674 0
7 -1.2097 0.14803 1.620 32.000 1.26218 0
8 -54.165 0.19532 1.370 92.000 1.69492 0
이미지 -8.3058 0 1.458 67.821 1.76576 0
TABLE 39
표면# A2 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16
1(물체) 0 0 0 0 0 0 0 0
2(스톱) 0 0.2250 -0.4318 0.6808 -0.02055 0 0 0
3 0 -1.061 0.3197 0.5032 -5.994 0 0 0
4 0.4526 -2.590 -6.733 30.26 -61.37 0 0 0
5 0.8957 -1.110 -1.190 -0.6586 -51.21 0 0 0
6 0 1.001 11.47 -68.45 104.9 0 0 0
7 0 -7.732 39.18 -105.8 120.9 0 0 0
8 0.5053 -0.3366 -3.796 10.64 -8.267 0 0 0
TABLE 40
도 84에서, MTFs는 470nm 에서 650nm 까지의 파장들에 걸쳐 평균내어 진다. 도 84는 검출기(1832)의 대각 축상에 실제 이미지 높이와 관련된 3개의 다른 필드 포인트들에 대한 MTF 커브들을 설명한다. 3개의 필드 포인트들은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트, (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7 필드 포인트 및, (0.704mm, 0.528mm) 좌표를 갖는 풀 필드 포인트이다. 또한, 도 84에 있어서도, "T"는 접선 필드를 지시하고, "S"는 화살모양 모양 필드다. VGA_Ol 이미징 시스템의 컬러(color) MTFs는, 일반적으로 VGA_O 이미징 시스템의 컬러 MTFs 보다 더 높다는 것을 도 81 및 도 84을 비교함으로써 알수 있다.
도 85A, 도 85B 및 도 85C는 각각 VGA_Ol 이미징 시스템의 광학 경로차들의 플롯들(1962, 1964 및 1966)을 보여준다. 각 방향에서 최대 크기는 +/- 2파동이다. 실선들은 470nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타내고, 짧은 점선들은 550nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타내며, 긴 점선들은 650nm의 파장을 갖는 전자기 에너지를 나타낸다. 플롯들의 각 쌍은 검출기(1832)의 대각(diagonal) 상의 다른 실제 높이에서의 광학 경로차를 나타낸다. 플롯들(1962)은 (0mm, 0mm)좌표를 갖는 온축 필드 포인트에 대응하고, 플롯들(1964)은 (0.49mm, 0.37mm)좌표를 갖는 0.7 필드 포인트에 대응하며, 플롯들(1966)은 (0.704mm, 0.528mm)좌표를 갖는 풀필드 포인트에 대응한다. VGA_Ol 이미징 시스템의 제3 폴리머가, VGA_O 이미징 시스템의 것과 비교하여 대략 1.5 배만큼 종색수차를 감소시킨다는 것은 도 82 및 도 85의 플롯들을 비교함으로써 알 수 있다. 플롯들의 각 쌍의 좌측 열(left column)은 광선들의 접선 세트(tangential set)에 대한 파면 에러(wavefront error)의 플롯이고, 우측 열(right column)은 광선들의 화살모양 세트(sagittal set)에 대한 파면 에러의 플롯이다.
도 86은 도 2A의 이미징 시스템(10)을 WALO 형식으로 구현한 이미징 시스템(1990)의 광학 레이아웃 및 레이트레이스 이다. 이미징 시스템(1990)은 배열 이미징 시스템들 중 어느 하나일 수 있다. 그런 배열은 도 2A에 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 복수의 서브 어레이(sub-array)들 및/또는 독립한 이미징 시스템들로 나뉠 수 있다. 이미징 시스템(1990)은 다중 조리개들(1992 및 1994)를 갖는다. 그것들의 각각은 전자기 에너지를 검출기(1996) 상으로 향하게 한다.
조리개(aperture)(1992)는, 조리개(1994)가 통합된 광레벨(light level) 검출을 위해 사용되는 동안 이미지를 포착(capture)한다. 그런 광레벨 검출은 이미징 시스템(1990)과 함께 이미지를 캡처링하기 전에, 주위의 광 강도(light intensity)에 따라 이미징 시스템(1990)을 조절하도록 사용될 수 있다. 이미징 시스템(1990)은 복수의 광학 요소들을 갖는 광학계(2022)를 포함한다. 광학 요소(1998)(예로써, 판유리)는 검출기(1996)과 함께 형성된다. 에어갭과 같은 광학계-검출기 인터페이스는 검출기(1996)로부터 광학 요소(1998)를 분리시킬 수 있다. 그러므로, 광학 요소(1998)는 검출기(1996)을 위한 커버 플레이트(cover plate)일 수 있다.
에어 갭(2000)은 광학 요소(1998)로부터 광학 요소(2002)를 분리시킨다. 포지티브 광학 요소(2002)는 검출기(1996)에 가까운 광학 요소(2004)(예로써, 판유리)의 일 측에 차례로 형성되고, 네거티브 광학 요소(2006)은 광학 요소(2004)의 반대 측에 형성된다. 에어 갭(2008)은 네거티브 광학 요소(2010)으로부터 네거티브 광학 요소(2006)를 분리시킨다. 네거티브 광학 요소(2010)은 검출기(1996)에 가까운 광학 요소(2012)(예로써, 판유리)의 일측에 형성된다. 포지티브 광학 요소들(2016 및 2014)은 그 광학 요소(2012)의 반대측에 형성된다. 광학 요소(2016)은 조리개(aperture)(1992)와 광학통신을 하고, 광학 요소(2014)는 조리개(1994)와 광학통신을 한다. 광학 요소(2020)(예로써, 판유리)는 에어 갭(2018)에 의해 광학 요소들(2016 및 2014)로부터 분리된다.
광학계(2022)는 조리개(1992)과 광학 통신하는 4개의 광학 요소들과, 조리개(1994)과 광학 통신하는 오직 하나의 광학 요소를 포함한다는 것을 도 86으로부터 알수 있다. 조리개(1994)이 전자기 에너지 검출을 위해 단독으로 사용되기 때문에, 보다 적은 광학 요소들이 조리개(1994)과 함께 사용되도록 요구된다.
도 87은 추가적인 세부사항들 또는 대안적인 요소들을 설명하기 위해 보여지는, WALO 형식 이미지 시스템(1990)의 광학 레이아웃 및 레이트레이스이다. 도 86에 대하여 추가되거나, 변경된 요소들만 명확성을 위해 번호표시되었다. 시스 템(1990)은 조리개들(1992 및 1994) 사이에서 전자기 에너지를 분리시키도록 돕는 요소들(2086, 2088, 2090 및 2090)과 같은 물리적 조리개 요소들(aperturing elements)을 포함한다.
회절성의 광학 요소들(2076 및 2080)은 광학 요소(2014) 대신에 사용될 수 있다. 그런 회절성의 광학 요소들은 비교적 큰 시계(field of view)를 가질 수 있지만, 전자기 에너지의 단일 파장으로 제한될 수 있다. 대안으로, 그런 회절성의 요소들은 비교적 작은 시계를 가질 수 있지만, 파장들의 비교적 큰 스펙트럼에 걸쳐 이미지화하도록 동작가능하다. 만일 광학 요소들(2076 및 2080)이 회절성의 요소들이면, 그것들의 특성들은 고안된 설계목표에 따라 선택될 수 있다.
앞선 부분의 배열 이미징 시스템들의 구현은, 배열 이미징 시스템들을 구성하는 각각의 요소들의 설계, 최적화 및 제작(fabrication)의 신중한 조정이 요구된다. 예를 들면, 간단히 도 3으로 돌아가서, 배열 이미징 시스템(62)의 배열(60)의 제작은 다양한 관점에서 광학계(66) 및 검출기(16)의 설계, 최적화 및 제작 사이에서의 협력이 요구된다. 예를 들어, 특정 이미징 및 검출 목표를 성취하는데 있어서, 광학계(66)와 검출기(16)의 호환성(compatibility)이 고려될 수 있을 뿐만 아니라, 광학계(66)를 형성하기 위한 조립 단계들을 최적화하는 방법이 고려될 수 있다. 그런 호환성 및 최적화는 생산량(yield)을 증가시킬 수 있고, 여러가지 제조 공정의 한정을 기대할 수 있다. 추가적으로, 이미지 품질을 향상시키기 위해 포착된 이미지 데이터 처리의 테일러링(tailoring)은 존재하는 제조 및 최적화 제약들의 일부를 완화시킬 수 있다. 배열 이미징 시스템들의 다른 요소들은 개별적으로 최적화되도록 알려진 반면, 제조를 통한 개념으로부터 배열 이미징 시스템들의 구현을 위해 요구된 공정들(steps)은 앞서 기술된 바와 같이, 시작부터 끝까지 협력적인 방법으로 그 구현의 모든 관점을 제어함으로써, 개선될 수 있다. 각 요소의 목표 및 제한사항을 고려하여, 현재 개시된 배열 이미징 시스템의 구현을 위한 프로세스는 아래에서 기술된다.
도 88은 도 1에서 보여지는 것처럼, 배열 이미징 시스템들의 일 실시형태의 구현을 위해 예시적인 공정(3000)을 보여주는 순서도이다. 도 88에서 보여지는 바와 같이, 단계 3002에서, 공통 베이스 상에 지지된, 검출기들의 배열(Array)이 만들어진다. 또한, 광학계의 각각이 적어도 검출기들 중 어느 하나와 광학통신을 하는 단계 3004에서, 광학계의 배열은 공통 베이스 상에 형성된다. 마지막으로, 단계 3006에서, 결합된 검출기들 및 광학계의 배열은 이미징 시스템들로 분리된다. 주목해야 할 것은, 다른 이미징 시스템 구성들은 주어진 공통 베이스 상에 만들어 질 수 있다는 것이다. 도 88에서 보여지는 각 단계들은, 바로 아래에서 논의되어 지는 바와 같이, 설계, 최적화(optimization) 및 제작 제어 공정들의 조정을 요구한다.
도 89는 실시형태에 따른 배열 이미징 시스템들의 구현에 있어서, 동작되는 예시적인 공정(3010)의 순서도이다. 예시적인 공정(3010)이 앞서 기술된 바와 같이, 배열 이미징 시스템들을 제작하는 것에 사용된 일반적인 단계들이 강조된 반면, 이러한 일반적인 단계들 각각의 세부사항들은 적절한 시기에 아래에서 논의 되어질 것이다.
도 89에서 보여지는 바와 같이, 처음에, 단계 3011에서, 배열 이미징 시스템 들의 각 이미징 시스템에 대한 이미징 시스템 설계가 생성된다. 이미징 시스템 설계 생성(단계 3011) 범위 내에서, 소프트웨어는 다음의 적절한 시기에 자세하게 논의 되어지는 바와 같이, 이미징 시스템 설계를 만들고, 최대한 활용하도록 사용될 수 있다. 그 다음에, 이미징 시스템 설계는 예를들면, 상업적으로 이용가능한 소프트웨어를 이용하여 수치 모델링(numerical modeling)함으로써, 단계 3012에서 테스트될 수 있다. 만일 단계 3012에서 테스트된 이미징 시스템 설계가 미리 정의된 파라미터들에 따르지 않으면, 그 때의 공정(3010)은 이미징 시스템 설계가 가능한 설계 파라미터 변경 세트를 이용하여 변경되는 단계 3011로 돌아간다. 미리 정의된 파라미터들은 예를 들면, MTF 값, 스트레일 비율(Strehl ratio), 광학 경로차 플롯들와 광선 팬 플롯들을 이용한 수차 분석 및 주광선각도 값을 포함할 수 있다. 게다가, 이미지화 되기 위한 물체 타입의 인식(knowledge) 및 그것의 전형적인 세팅은 단계 3011에서 고려될 수 있다. 가능한 설계 파라미터 변경들은 예를 들면, 광학 요소 곡률과 두께의 변경, 광학계 서브 시스템 설계에서 위상 변경과 광학 요소들의 수, 이미지 프로세서 서브시스템 설계내의 전자 데이터 처리에서의 필터 커널 뿐만아니라, 검출기 서브시스템 설계 내에서 부분파장(subwavelength)특징 넓이 및 높이를 포함할 수 있다. 단계 3011 및 단계 3012는 그 이미징 시스템 설계가 미리 정의된 파라미터들에 따를 때까지 반복된다.
도 89에 관하여, 단계 3013에서, 이미징 시스템의 구성요소들은 이미징 시스템 설계에 따라 제작된다. 즉, 최소한 광학계, 이미지 프로세서 및 검출기 서브시스템들은 각각의 서브시스템 설계에 따라 제작된다. 그 다음에, 그 구성요소들은 단계 3014에서 테스트된다. 만일, 어느 이미징 시스템 요소들이 미리 정의된 파라미터들에 따르지 않으면, 그 때에 그 이미징 시스템 설계는 가능한 설계 파라미터 변경 세트를 이용하여 다시 변경될수 있고, 제작된 이미징 시스템 요소들이 미리 정의된 파라미터들에 따를 때까지, 추가적 변경된 설계를 이용하여 단계 3012 에서 단계 3014가 반복된다.
도 89에 대해, 이어서, 단계 3015에서, 이미징 시스템 구성요소들은 이미징 시스템을 형성하도록 조립된다. 그리고, 이어서 조립된 이미징 시스템은 단계 3016에서 테스트된다. 만일 조립된 이미징 시스템이 미리 정의된 파라미터들에 따르지 않으면, 그때에, 이미징 시스템 설계는 가능한 설계 파라미터 변경 세트를 이용하여 다시 변경될 수 있다. 그리고, 제작된 이미징 시스템이 미리 정의된 파라미터들에 따를 때까지, 추가적 변경된 설계를 이용하여 단계 3012에서 단계 3016이 반복된다. 그 밖에, 각각의 테스트 단계들에서, 성능미터법들(performance metrics)이 결정될 수 있다.
도 90은 이미징 시스템 설계 생성 단계(3011) 및 이미징 시스템 설계 테스팅 단계(3012)의 추가적인 세부사항들을 보여주는 순서도(3020)을 포함한다. 도 90에서 보여지는 바와 같이, 단계 3021에서, 목표 파라미터들의 세트는 처음에 이미징 시스템 설계를 위해 특정된다. 목표 파라미터들은 예를 들면, 설계 파라미터들, 프로세스 파라미터들 및 미터법들을 포함할 수 있다. 미터법(Metrics)은 이미징 시스템의 MTF에서 원하는 특성과 같이 특정할 수 있고, 또는 피사계 심도, 초점 심도, 이미지 품질, 검출능력(detectability), 저비용, 짧은 제조시간이나 제조 에러들에 대한 저감도와 같이 더 전체적으로 정의될 수 있다. 그 다음에, 단계 3022에서 설계 파라미터들은 이미징 시스템 설계를 위해 확립된다. 설계 파라미터들은 예를 들면, f 넘버(f-number; F/#), 시계(field of view; FOV), 광학요소들의 수, 검출기 포맷(예로써, 640×480 검출기 픽셀들), 검출기 픽셀 크기(예로써, 2.2㎛) 및 필터 크기(예로써, 7×7 또는 31×31 계수들)를 포함할 수 있다. 다른 설계 파라미터들은 개별적 광학 요소들의 총 광학 트랙 길이, 곡률 및 두께, 줌 렌즈에서의 줌 비율, 어느 위상 변경 요소들의 표면 파라미터들, 검출기 서브시스템 설계들로 통합된 광학 요소들의 부분파장특성 넓이 및 두께, 최소 코마(coma) 및 최소 잡음이득(noise gain)일 수 있다.
또한, 단계 3011은 이미징 시스템의 여러가지 요소들을 위한 설계들을 생성하도록 단계들을 포함한다. 다시 말해, 단계 3011은 광학계 서브시스템 설계를 생성하기 위해 단계 3024, 광학 기계(opto-mechanical) 서브시스템 설계를 생성하기 위해 단계 3026, 검출기 서브시스템 설계를 생성하기 위해 단계 3028, 이미지 프로세서(처리기) 서브시스템 설계를 생성하기 위해 단계 3030 및 테스팅 루틴(testing routine)을 생성하기 위해 단계 3032를 포함한다. 단계 3024, 3026, 3028, 3030 및 3032는 이미징 시스템 설계를 위한 설계 파라미터 세트들을 고려한다. 그리고, 이들 단계들은 어떤 순서에 따라 연속적으로 또는 공동으로 병행하여 동작할 수 있다. 또한, 단계들(3024, 3026, 3028, 3030 및 3032) 중 어떤 것은 선택적일 수 있다. 예를 들면, 검출기 서브시스템 설계는, 단계 3028이 요구되지 않도록 재고품의 검출기(off-the-shelf detector)가 이미징 시스템에 사용되는 사실(fact)에 의해 억제될 수 있다. 추가적으로, 테스팅 루틴은 스텝 3032가 외부에서 발생하도록 이용가능한 자원들(resources)에 의해 지시될 수 있다.
도 90에 대해, 이어서, 이미징 시스템 설계 테스팅 단계 3012의 추가적인 세부사항들이 설명된다. 단계 3012는 이미징 시스템 설계가 미리 정의된 설계 파라미터들에 따르면서, 특정된 목표 파라미터들을 만족하는지 여부를 분석하기 위한 단계 3037을 포함한다. 만일 이미징 시스템 설계가 미리 정의된 파라미터들에 따르지 않으면, 그때에는 서브시스템 설계들 중 적어도 하나가, 가능한 설계 파라미터 변경들의 각 세트를 이용하여 수정된다. 분석 단계 3037는 개개의 설계 파라미터들 또는 설계 단계들(3024, 3026, 3028, 3030 및 3032)의 하나 이상으로부터의 설계 파라미터들의 조합을 대상으로 할 수 있다. 예를 들면, 분석은 원하는 MTF 특성들과 같이, 특정 목표 파라미터로 수행될 수 있다. 또 다른 예로서, 검출기 서브시스템 설계 내에 포함된 부분파장 광학 요소의 주광선 각도 보정특성들이 또한 분석될 수 있다. 유사하게, 이미지 프로세서의 성능은 MTF 값들의 정밀 검사(inspection)에 의해 분석될 수 있다. 분석은 또한, 제조능력(manufacturability)에 관련한 평가 파라미터들(evaluating parameters)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제작 마스터들(fabrication masters)의 기계가공 시간(machining time)이 분석되거나, 광학-기계식 설계 조립의 허용오차가 평가될 수 있다. 만일,제조능력이 엄격한 허용오차나 증가된 제조시간으로 인해 너무 비용이 많이 들도록 결정되면, 특정 광학 서브시스템 설계는 쓸모없을 수도 있다.
단계 3012는 목표 파라미터들이 이미징 시스템에 의해 만족되는지 여부를 결 정하도록 결정(3038)을 포함한다. 만일 목표 파라미터들이 현 이미징 시스템 설계에 의해 만족되지 않으면, 그 때에, 설계 파라미터들은 가능한 설계 파라미터 변경 세트를 사용하여 단계 3039에서 수정될 수 있다. 예를 들면, MTF 특성들의 수치 분석(numerical analysis)은 배열 이미징 시스템들이 어떤 규격들(specifications)과 결합할지 여부를 결정하도록 사용될 수 있다. MTF 특성들에 대한 규격은 예를 들면, 특정 애플리케이션의 요건들(requirements)에 의해 지시될 수 있다. 만일 이미징 시스템 설계가 어떤 규격들과 결합되지 않으면, 개개의 광학 요소들의 곡률 및 두께와 같이, 특정한 설계 파라미터들은 변경될 수 있다. 다른 예로써, 만일 주광선각도 보정이 규격에 대한 것이 아니면, 검출기 픽셀 구조내의 부분 파장 광학 요소들의 설계는 부분 파장 특성 넓이 또는 두께를 수정함으로써, 변경될 수 있다. 만일 신호 처리가 규격에 대한 것이 아니면, 필터의 커널 크기는 수정될 수 있고 또는 또다른 클래스 또는 미터법으로부터 필터가 선택될 수 있다.
도 89에 대해 앞서 논의된 바와 같이, 각각의 서브시스템 설계들(및, 그 결과로서, 이미징 시스템 설계)이 관련된 미리 정해진 파라미터들에 따를 때까지 추가 변경된 설계를 이용하여, 단계 3011 및 3012는 반복된다. 다른 서브시스템 설계들의 테스팅은 개별적으로(즉, 각 서브시스템은 개별적으로 테스팅되고, 변경된다.) 또는 공동으로(즉, 두개 이상의 서브시스템들은 테스팅 및 변경 공정들이 연결된다.) 실행될 수 있다. 만일 필요하다면, 이미징 시스템 설계가 미리 정의된 파라미터들에 따를 때까지 추가 변경된 설계를 이용하여, 앞서 기술된 적절한 설계 공정들이 되풀이 된다.
도 91은 도 90의 검출기 서브시스템 설계 생성 단계 3028의 세부사항들을 설명하는 순서도이다. (아래에 추가 세부적으로 기술된) 단계 3045에 있어서, 검출기 픽셀 구조의 범위내에서 및 근접하여 광학 요소들이 설계되고, 모형화되며, 최적화된다. 단계 3046에서, 검출기 픽셀 구조들은 종래 기술에 잘 알려진 바와 같이, 설계되고, 모형화되며, 최적화된다. 검출기 픽셀 구조들의 설계 및 그 검출기 픽셀 구조들과 관련된 광학 요소들의 설계가 연결되는, 단계 3045 및 3046은 개별적으로 또는 공동으로 수행될 수 있다.
도 92는 도 91의 광학 요소 설계 생성 단계(3045)의 추가 세부사항을 보여주는 순서도이다. 도 92에 보여지는 바와 같이, 단계 3051에서, 특정 검출기 픽셀이 선택된다. 단계 3052에서, 검출기 픽셀 구조에 관하여 그 검출기 픽셀과 관련된 광학 요소들의 위치가 특정된다. 단계 3054에서, 현 위치에서 광학 요소들에 대한 파워 커플링(power coupling)이 산정(evaluate)된다. 단계 3055에서, 만일 광학 요소들의 현 위치에 대한 파워 커플링이 충분히 최대화한 것으로 결정되지 않으면, 그 때에 그 광학 요소들의 위치는 단계 3056에서 수정되고, 최대 파워 커플링 값이 얻어질 때까지 단계 3054, 3055 및 3056이 되풀이 된다.
현 위치형성(positioning)을 위한 계산된 파워 커플링이 최대 값에 충분히 접근한 것으로 결정될 때, 만일 검출기 픽셀들이 최적화되도록 존재하면(단계 3057), 단계 3051을 시작으로 하여 앞서 기술된 공정들이 반복된다. 그것은 다른 파라미터들이 최적화될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들면, 파워 크로스토크(power crosstalk)(이웃한 검출기 픽셀에 의해 부적절하게 수신되는 파워)가 최 소값을 향해 최적할 될 수 있다. 단계 3045의 추가 세부사항들은 다음의 적절한 시기에 기술된다.
도 93은 도 90의 광학계 서브시스템 설계 생성 단계(3024)의 추가 세부사항들을 보여주는 순서도이다. 단계 3061에서, 광학계 서스시스템 설계에 대한 목표 파라미터들 및 설계 파라미터들의 세트가 도 90의 단계 3021 및 3022로부터 수신된다. 목표 파라미터들 및 설계 파라미터들에 기초한 광학계 서브시스템 설계는 단계 3062에서 특정화된다. 단계 3063에서, 광학계 서브시스템 설계의 실현 프로세스(예로써, 제작 및 계측(metrology))은 광학계 서브시스템 설계에 실행 가능성(feasibility) 및 효과(impact)를 결정하도록 설계된다. 단계 3064에서, 광학계 서브시스템 설계는 그 파라미터들이 만족되는지 여부를 결정하도록 분석된다. 결정(3065)은 목표 및 설계 파라미터들이 현 광학계 서브시스템 설계에 의해 만족되는지 여부를 결정하게 한다.
만일, 목표 및 설계 파라미터들이 현 광학계 서브시스템 설계에 만족되지 않으면, 그 때에, 결정(3066)은 그 실현 프로세스 파라미터들이 목표 파라미터들 내에서의 성능을 이루기 위해 수정될 수 있는지 여부를 결정하게 한다. 만일 실현 프로세스에서 프로세스 수정이 실행가능성 있다면, 그 때에 실현 프로세스 파라미터들은 단계 3064에서의 분석, 최적화 소프트웨어(즉, 옵티마이저(optimizer)) 및/또는 사용자 지식에 기초하여 단계 3067에서 수정된다. 프로세스 파라미터들이 수정될 수 있는지 여부에 대한 결정은, 파라미터 베이시스(basis)에 의해서, 또는 다중 파라미터들을 이용하여, 파라미터에 만들어 질 수 있다. 모델 실현 프로세스(단계 3063) 및 이어지는 단계들은 앞서 기술된 바와같이, 목표 파라미터들이 만족될 때까지 또는 프로세스 파라미터 수정이 실행가능하도록 결정되지 않을 때까지 반복될 수 있다. 만일 프로세스 파라미터 수정이 결정(3066)에서, 실행가능하도록 결정되지 않으면, 광학계 서브시스템 설계 파라미터들은 단계 3068에서 수정된다. 그리고, 수정된 광학계 서브시스템 설계는 단계 3062에서 사용된다. 이어지는 단계들은 앞서 기술된 바와 같이, 가능하다면 목표 파라미터들이 만족될 때까지 반복된다. 대안으로, 설계 파라미터들이 더 강건한 설계 최적화를 위해 프로세스 파라미터들의 수정(단계 3067)과 함께 동시에, 수정(단계 3068)될수 있다. 어느 주어진 파라미터에 대해, 결정(3066)이 사용자 또는 옵티마이저에 의해 만들어 질 수 있다. 하나의 예로써, 공구 반지름(tool radius)은 제약(constraint)으로서, 옵티마이저의 사용자에 의해 고정된 값으로 정해질 수 있다(즉, 수정될 수 없다). 문제 분석 후에, 옵티마이저에서의 특정 파라미터들 및/또는 옵티마이저에서의 변수들 가중(weighting)은 변경될 수 있다.
도 94는 도 93의 단계 3063에서 보여지는 실현 프로세스 모델링의 세부사항을 보여주는 순서도이다. 단계 3071에서, 광학계 서브시스템 설계는 배열 광학계 설계들로 분리될 수 있다. 예를 들면, 적층 광학계 배열 및/또는 웨이퍼 레벨 광학계 설계들에서 각 배열 광학계 설계는 개별적으로 분석될 수 있다. 단계 3072에서, 각 배열 광학계 설계에 대한 제작 마스터(fabrication master)를 제조하는 것의 관련 에러들 및 실행가능성이 만들어 진다. 단계 3074에서, 제작 마스터로부터 배열 광학계 설계를 반복하는 것(replicating)의 관련 에러들 및 실행가능성이 만들어 진다. 이들 단계의 각각은 이후 적절한 시기에 더 자세하게 논의 된다. 모든 배열 광학계 설계들이 만들어 진 후(단계 3076), 배열 광학계 설계들은 광학계 서브시스템 설계의 완성된 성능(as-built performance)을 예견하기 위해 사용되도록 단계 3077에서의 광학계 서브시스템 설계로, 단계 3077내에서 재결합된다. 그 결과적인 광학계 서브시스템 설계는 도 93의 단계 3064로 지시된다.
도 95는 주어진 제작 마스터의 제조를 모델링하기 위한 단계 3072(도 94)의 추가 세부사항들을 보여주는 순서도이다. 단계 3081에서, 주어진 제작 마스터의 제조가능성(또는 양산성)이 평가된다. 결정 3082에서, 결정은 제작 마스터의 제조가 현 배열 광학계 설계를 가지고 실현가능한지 여부로서 이루어진다. 만일 결정(3082)에 대한 답이, 제작 마스터가 제조가능하다는 "예(YES)"이면, 입력 설계에 대한 공구 경로(tool path) 및 관련된 수치 제어부 프로그램 및, 제조 기구를 위한 현 프로세스 파라미터들이 단계 3084에서 생성된다. 또한, 수정된 배열 광학계 설계는 제작 마스터의 제조공정에 대한 고유의 변경 및/또는 에러들을 고려하여 단계 3085에서 생성될수 있다. 만일, 결정(3082)의 결과가, 현 배열 광학계 설계를 이용한 제작 마스터가 프로세스 파라미터들의 제한들(limits) 또는 주어진 확립된 설계 제약들을 제조할 수 없다는 "아니오(NO)"이면, 단계 3081에서 결정된 제한사항을 열거하는 보고(report)가 단계 3083에서 생성된다. 예를 들면, 보고는 만일 프로세스 파라미터들(예를 들면, 기계 구성 및 보조 공구(tooling)) 또는 광학계 서브시스템 설계 자체의 변경들이 필요하다면, 표시될 수 있다. 그런 보고는 사용자에 의해 검토되거나, 또는 그 보고를 평가하기 위해 구성된 소프트웨어나 기계에 출력될 수 있다.
도 96은 주어진 제작 마스터의 제조 능력을 평가하기 위한 단계 3081(도 95)의 추가 세부사항들을 보여주는 순서도이다. 도 96에서 보여지는 바와 같이, 단계 3091에서, 배열 광학계 설계는 분해 방정식(analytical equation) 또는 보간함수(interpolant)로서 정의될 수 있다. 도 3092에서, 곡률의 로컬 반지름들과 제1 및 제2 미분 계수들(derivatives)이 배열 광학계 설계를 위해 계산된다. 단계 3093에서 최대 경사(slope) 및 경사 범위가 배열 광학계 설계를 위해 계산된다. 광학계를 기계화하기 위해 요구된 공구(tool)와 공구 경로 파라미터들이,각각 단계 3094 및 단계 3095에서 분석되며, 아래에서 상세하게 논의된다.
도 97은 공구 파라미터를 분석하기 위한 단계 3094(도 96)의 추가 세부사항들을 보여주는 순서도이다. 예시적인 공구 파라미터들은 공구 팁 반지름(tool tip radius) 및, 각도와 공구간격(tool clearance)이 포함된 공구를 포함한다. 실행가능하거나 수용가능하도록 공구의 사용을 위한 공구 파라미터들의 분석은, 예를 들면, 공구팁 반지름이 표면의 제조를 위해 요구되는 곡률의 최소 로컬 반지름보다 더 작은지 여부와, 공구 창(tool window)이 만족되는지 여부와, 제1 공구(tool primary)와 측면 간격들이 만족되는지 여부의 결정을 포함할 수 있다.
도 97에서 보여지는 바와 같이, 결정(3101)에서, 만일, 특정 공구 파라미터가 주어진 제작 마스터의 제조에 사용하기 위해 수용될만 하지 않은 것으로 결정되면, 의도된 함수가 다른 공구를 사용함으로써(결정 3102) 및, 공구 위치나 공구 회전 및/또는 기울기와 같은 방향을 바꿈으로써(결정 3103) 수행될 수 있는지 여부, 또는 제조공정에서 예외사항들(anomalies)이 허용되도록 표면폼 성능저하(surface form degradation)가 허용되는지 여부(결정 3104)를 결정하도록 추가적인 평가들이 수행된다. 예를 들면, 다이아몬드 터닝(diamond turning)에서, 공구의 공구 팁 반지름이, 반지름 좌표(radial coordinate)에서 표면설계내의 곡률의 가장 작은 반지름보다 더 크면, 배열 광학계 설계의 특징들은 공구와 여분의 재료가 뒤에 남아 있거나 및/또는 제거될 수 있다는 것에 의해, 신뢰할만하게 제조되지 않을 것이다. 만일, 어떤 결정들(3101, 3102, 3103, 3104)도 문제에서 공구의 공구 파라미터들이 수용가능하다라는 것을 지시하지 않으면, 단계 3105에서, 그러한 이전 결정들에서 결정된 관련 제한사항을 열거하는 보고가 생성될 수 있다.
도 98은 공구 경로 파라미터들을 분석하기 위한 단계 3095의 추가 세부사항들을 설명하는 순서도이다. 도 98에서 보여지는 바와 같이, 결정(determination)이, 배열 광학계 설계에서 요구된 특징들을 형성하기 위해 주어진 공구 경로에 대한 충분한 각샘플링(angular sampling)이 있는지 여부를 결정하는 단계(3111)가 만들어 진다. 결정(3111)은 예를들면, 주파수 분석(frequency analysis)을 포함할 수 있다. 만약, 결정(3111)의 결과가 각샘플링이 충분하다는 "예(YES)"이면, 결정 3112에서, 예상된 광학 표면 거칠기(roughness)가 미리 설정된 수용가능한 값보다 작은지 여부가 결정된다. 만일, 결정(3112)의 결과가 표면 거칠기에 만족한다는 예(YES)이면, 공구 경로 파라미터들을 위한 제2 미분계수의 분석이 단계 3113에서 수행된다. 결정 3114에서, 제작기계 가속제한들(acceleration limits)이 제작 마스터 제조공정동안 초과될지 여부에 대한 결정이 만들어 진다.
도 98에 대해 이어서, 만일, 결정(3111)의 결과가 공구 경로가 충분한 각샘플링을 갖지 않는다는 "아니오(NO)"이면, 결정 3115에서 불충분한 각도 샘플링으로 인해 배열 광학계 설계 성능저하가 허용될 수 있는지 여부가 결정된다. 만일, 결정(3115)의 결과가 배열 광학계 설계 성능저하가 허용되는 "예"이면, 그 공정은 앞서 기술된 결정(3112)로 간다. 만일, 결정(3115)의 결과가 배열 광학계 설계 성능저하가 허용되지 않는 "아니오"이면, 단계 3116에서 현 공구 경로 파라미터들의 관련 제한사항을 열거하는 보고가 생성될 수 있다. 대안으로, 각도 샘플링이 배열 광학계 설계 성능저하를 줄이도록 조절될 수 있는지 여부를 결정하도록 추적 결정(follow-up decision)이 만들어 질 수 있다. 그리고, 만일 추적 결정의 결과가 예이면, 각도 샘플링의 그런 조절이 수행될 수 있다.
도 98에 대해 이어서, 만일 결정(3112)의 결과가 표면 거칠기가 미리 설정된 수용가능한 값보다 더 크다인 "아니오"이면, 프로세스 파라미터들(예로써, 제조기계의 교차 공급 간격(cross-feed spacing))이 표면의 거칠기를 충분히 줄이도록 조절될 수 있는지 여부를 결정하도록 결정(3117)이 만들어 진다. 만일, 결정(3117)의 결과가 프로세스 파라미터들이 조절될 수 있다는 "예"이면, 프로세스 파라미터들에 대한 조절이 단계 3118에서 만들어 진다. 만일, 결정(3117)의 결과가 프로세스 파라미터들이 조절될 수 없다는 "아니오"이면, 그 공정은 단계 3116의 생성을 보고하도록 진행될 수 있다.
도 98에 대해, 추가로, 만일, 결정(3114)의 결과가 기계 가속 제한들이 제조 공정동안 초과될 것이라는 "아니오"이면, 수용가능한 제한범위를 넘어서 제작 마스 터 성능 저하시키는 것 없이 공구 경로의 가속(acceleration)을 줄일수 있는지 여부를 결정하도록 결정(3119)이 만들어 진다. 결정(3119)의 결과가 공구 경로 가속을 줄일수 있다는 "예"이면, 공구 경로 파라미터들은 도 95의 결정(3082)에 대한 프로세스 진행 및 수용가능한 제한들 내에 있도록 고려되어 진다. 만일 결정(3119)의 결과가 제작 마스터 성능저하없이 공구 경로 가속을 줄일수 없다는 "아니오"이면, 그 프로세스는 단계 3116의 생성을 보고하도록 진행된다.
도 99는 재료에서 원하는 표면을 자르는 공구 포인트(예로써, 다이아몬드 공구에 대해) 또는 공구 표면(예로써, 연삭기들에 대해)으로 남는 공구 보상면을 따라 주어진 공구의 실제 위치형성 경로(positioning path)인 공구 경로를 생성하기 위한 단계 3084(도 95)의 추가 세부사항을 보여주는 순서도이다. 도 99에 보여지는 바와 같이, 단계 3121에서, 표면 표준들이 공구 교차점들에서 계산된다. 단계 3122에서, 위치 오프셋들(position offsets)이 계산된다. 그 다음 공구 보상면 분해 방정식(surface analytical equation) 또는 보간 함수(interpolant)가 단계 3123에서 재정의된다. 그리고, 공구 경로 래스터(tool path raster)가 단계 3124에서 정의된다. 단계 3125에서, 공구 보상면은 래스터점들에서 표본화된다. 단계 3126에서, 수치 제어부 프로그램(numerical control part program)은 단계 3085(도 95)로 이어지는 공정으로 출력된다.
도 100은 배열 광학계 설계를 실행하기 위한 제작 마스터들을 제조하기 위한 예시적인 프로세스(3013A)를 보여주는 순서도이다. 도 100에서 보여지는 바와 같이, 처음에, 단계 3131에서, 제작 마스터들을 제조하기 위한 기계가 구성된다. 구 성 단계의 세부사항은 이후의 적절한 시기에 추가적으로 논의될 것이다. 단계 3132에서, 수치 제어부 프로그램(예로써, 도 99의 단계 3126으로부터)이 기계에 장착된다. 그 다음에 단계 3133에서 제작 마스터(fabrication master)가 제조된다. 선택적 단계로서, 단계 3134에서, 제작 마스터에 계측(metrology)이 수행될 수 있다. 모두 원하는 제작 마스터들이 제조될 때(단계 3135를 통해)까지 단계 3131 -3133은 반복된다.
도 101은 제작 마스터의 제조 공정에 대한 고유의 변경들 및/또는 에러들을 고려하여 변경된 광학 요소 설계를 생성하기 위한 단계 3085(도 95)의 세부사항을 보여주는 순서도이다. 도 101에서 보여지는 바와 같이, 단계 3141에서, 광학 요소상에 표본점(sample point)((r, θ), 여기서, r은 제작 마스터의 중심에 대한 반지름이고, θ는 표본점을 교차하는 기준점(reference point)으로부터의 각도이다)이 선택된다. 그 다음, 단계 3142에서, 각 방향에서 래스터 점들(raster points)의 묶음 쌍(bounding pair)이 결정된다. 단계 3143에서, 방위각 방향에서의 보간법(interpolation)이 θ에 대한 보정값을 찾도록 수행된다. 그 다음에, 단계 3144에서, r의 보정값이 θ 및 정의하는 래스터 쌍으로부터 결정된다. 그 다음에 단계 3145에서, 적절한 Z 값, 주어진 r, θ 및 공구 모양이 계산된다. 그 다음에, 제작 후에 광학 요소 설계의 표시를 생성하기 위해, 표본화되도록(단계 3146) 광학 요소에 관련된 모든 점들에 대해서 단계 3141 ~ 3145가 수행된다.
도 102는 이미징 시스템 요소들을 제작하기 위한 단계 3013B의 추가 세부사항을 보여주는 순서도이다. 특히, 도 102는 공통베이스 상으로 배열 광학 요소들을 복제하는 세부사항을 보여준다. 도 102에서 보여지는 바와 같이, 처음에 단계 3151에서, 공통베이스는 그 위로 배열 광학 요소들을 지지하기 위해 준비된다. 배열 광학 요소들을 형성하도록 사용된 제작 마스터가 단계 3152에서 준비된다(예로써, 앞서 기술된 및 도 95-101에서 설명된 프로세스들을 사용함으로써). 단계 3153에서, 제작 마스터가 공통 베이스와 결합되는 동안, 투명한 폴리머와 같이, 알맞은 재료가 거기에 적용된다. 그 다음에 단계 3154에서, 알맞은 재료가 공통베이스 상에 광학 요소들의 배열 중 어느 하나를 형성하도록 경화(cure)된다. 그 다음에, 적층 광학계의 배열이 완전해질 때(단계 3155를 통해)까지 단계 3152-3154가 반복된다.
도 103은 제작 마스터들을 이용하여 복제 프로세스(replication process)를 모델링하기 위한 단계 3074(도 94)의 추가 사항들을 보여주는 순서도이다. 도 103에서 보여지는 바와 같이, 단계 3151에서, 복제 프로세스 실행가능성이 평가된다. 결정 3152에서, 복제 프로세스가 실행가능한지 여부가 결정된다. 만일 결정 3152의 결과가 제작 마스터를 이용하여 복제 프로세스가 실행가능하다는 "예"이면, 단계 3153에서 변경된 광학계 서브시스템 설계가 생성된다. 그렇지 않고, 만약, 결정 3152의 결과가 복제 프로세스이 실행가능하지 않다는 "아니오"이면, 단계 3154에서 보고가 생성될 수 있다. 도 103의 순서도에 의해 정의된 프로세스에 대한 방식처럼, 계측 실행 가능성을 평가하기 위한 프로세스는 계측 실행가능성의 적절한 평가를 대체하는 단계 3151에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 계측 실행가능성은 제조되기 위한 광학 요소의 곡률들의 결정이나 분석 및, 그런 곡률들을 특징짓기 위해 간섭계와 같은 기계 능력을 포함할 수 있다.
도 104는 복제 프로세스 실행가능성을 평가하기 위한 단계 3151 및 3152의 추가 세부사항을 보여주는 순서도이다. 도 104에서 보여지는 바와 같이, 결정 3161에서, 광학 요소들의 복제를 위해 의도된 재료들이 이미징 시스템에 대해 적합한지 여부가 결정된다. 주어진 재료의 적합성은 예를 들면, 관심의 파장들에서 주어진 재료의 점성(viscosity), 굴절률, 경화 시간(curing time), 점착(adhesion) 및 릴리스 특성들(release properties), 산란(scattering), 수축(shrinkage), 반투명(translucency)과, 핸들링 및 경화의 용이함, 그 이미징 시스템에서 사용되는 다른 재료와의 호환성 및, 그 결과적인 광학 요소의 강건성(robustness)과 같은 재료 특성들에 관하여 평가될 수 있다. 또다른 예는 유리 변이온도(glass transition temperature) 및 그것이 광학계 서브시스템 설계의 복제공정 온도들과 동작(operating)과 저장 온도들이 적절한가 여부를 평가하는 것이 있다. 만일, UV에 경화되는 폴리머(UV curable polymer)가 예를 들어, 대충 방 온도의 변이온도를 가지면, 이런 재료는 검출기 납땜(soldering) 제조 단계의 일부로서 100℃의 온도를 조건으로 할 수 있는 적층 광학 요소 설계에서 사용하기 위해 실행가능하지 않은지도 모른다.
만일, 결정(3161)의 결과가 재료가 그것과 함께 광학 요소들의 복제에 적합하다는 "예"이면, 그 프로세스는 배열 광학계 설계가 단계 3161에서 선택된 재료와 호환(양립)되는지 여부에 대한 결정이 만들어지는 결정 (3162)로 진행된다. 배열 광학계 설계 호환성(compatibility)의 결정은 예를들면, 특히 배열 광학계가 처리되는 공통 베이스의 측면으로부터, 경화 절차(curing procedure)의 시 험(examination)을 포함할 수 있다. 만일, 배열 광학계가 이전에 형성된 광학계를 통하여 처리되면, 경화 시간(curing time)은 확실하게 증가될 수 있고, 이전에 형성된 광학계의 성능저하(degradations) 및 변형(deformations)이 생길수 있다. 이런 효과는 오버 경화 및 온도 증가에 영향을 받지 않는 재료들 및 몇몇 층들을 갖는 일부 설계들에 수용될 있지만, 온도에 민감한 재료들 및 많은 층들을 갖는 설계들에는 수용가능하지 않을 수 있다. 만일, 결정 3161 이나 3162는 의도된 복제 프로세스이 수용가능한 제한의 범위 밖에 있는 것으로 지시되면, 단계 3163에서 보고가 생성된다.
도 105는 변경된 광학계 설계를 생성하기 위한 단계 3153(도 103)의 추가 세부사항을 설명하는 순서도이다. 도 105에서 보여지는 바와 같이, 단계 3171에서, 수축 모델(shrinkage model)이 제작된 광학계에 적용된다. 수축은 복제된 광학 요소의 표면 모양을 변경시킬 수 있고, 그것에 의해, 광학계 서스시스템 내에 존재하는 잠재적인 수차들에 영향을 끼칠 수 있다. 이런 수차들은 결집한 배열 이미징 시스템들의 성능에 대해, 내거티브 효과(예로써, 디포커스)를 창출할 수 있다. 다음으로, 단계 3172에서, 공통 베이스에 대한 X, Y 및 Z축 오정렬(misalignments)이 고려된다. 단계 3173에서, 중간발생의 격하 및 형상 일치가 고려된다. 다음에, 단계 3174에서, 점착력(adhesion forces)으로 인한 변형(deformation)이 만들어진다. 마지막으로, 단계 3176에서 변경된 광학계 설계가 산출되도록, 단계 3175에서 폴리머 일괄 불일치가 만들어 진다. 이번 단락에서 설명된 모든 파라미터들은, 배열 이미징 시스템들이 그것들이 설계되는 것보다 더 나쁜 수행을 하도록 하게 할 수 있 는 주된 복제 문제들(replication issues)이다. 이들 파라미터들이 더 최소화되거나 및/또는 광학계 서브시스템의 설계가 더 고려될 수록, 그 광학계 서브시스템은 그것의 설계서(specification)에 더 가깝게 수행될 것이다.
도 106은 광학계 상으로 검출기들의 프린트 또는 이동에 대한 능력에 기초하여 배열 이미징 시스템들을 제작하기 위한 예시적인 프로세스(3200)를 보여주는 순서도이다. 도 106에 보여지는 바와 같이, 처음에 단계 3201에서, 제작 마스터들이 제조된다. 다음에 단계 3202에서 배열 광학계는 제작 마스터들을 이용하여 공통 베이스상에 형성된다. 단계 3203에서, 검출기들의 어레이는 배열 광학계 위에 프린트되거나 이동된다(그 검출기의 프린팅 공정의 세부사항은 본 명세서에서 이후의 적절한 시기에 논의된다.). 마지막으로, 단계 3204에서 그 어레이는 복수의 어레이 시스템으로 분리될 수 있다.
도 107은 연쇄 처리되는 이미징 시스템을 설명한다. 시스템(3500)은 전자 데이터(3525)를 형성하기 위해 검출기(3520)와 협력한다. 검출기(3520)은 매장된(buried) 광학 요소들과 부분 파장특징들을 포함한다. 특히, 검출기(3520)로부터 전자 데이터(3525)는 처리된 이미지(3570)를 생성하기 위해서, 일련의 처리블록들(3522, 3524, 3530, 3540, 3552, 3554, 3560)에 의해 처리된다. 처리블록들(3522, 3524, 3530, 3540, 3552, 3554, 3560)은 예를 들면, 여기에 기술된 기능들을 수행하는 전자 논리 장치들(logic devices)에 의해 실행될 수 있는 이미지 처리 기능성을 나타낸다. 그런 블록들은 예를 들면, 소프트웨어 명령들을 실행하는 하나 이상의 디지털 신호 처리기들에 의해 실행될 수 있다. 대안으로, 그런 블록들 은 개별의 논리 회로들, ASICs(application, specific integrated circuits), 게이트 어레이들(gate arrays), FPGAs(field programmable gate arrays), 컴퓨터 메모리 및, 그것들의 조합 또는 일부분을 포함할 수 있다.
처리 블록(3522, 3524)는 노이즈 감소를 위해 전자 데이터(3525)를 처리하도록 동작한다. 특히, 고정 패턴 노이즈(fixed pattern noise : FPN)블록(3522)는 검출기(3520)의 고정된 패턴 노이즈(예로써, 픽셀 이득과 바이어스(bias) 및, 응답에서의 비선형성(nonlinearity))에 대해서 보정한다. 프리필터(3524)는 전자 데이터(3525)로부터 노이즈를 추가로 감소시키고, 및/또는 연속하는 처리 블록들을 위해 전자 데이터(3525)를 준비한다. 색상 변환 블록(3530)은 색상 요소들(전자 데이터(3525)로부터)을 새로운 색공간(colorspace)으로 변환한다. 색상 요소들의 그런 변환은 예를 들면, YUV(luminance-chrominance)색공간의 채널들에 대응하는 RGB(red-green-blue) 색공간의 개별적인 적색(red; R), 녹색(green; G) 및 파랑(blue; B) 채널들일 수 있다. 선택적으로, CMY(cyan-magenta-yellow)와 같은 다른 색공간들이 이용될 수 있다. 블러 및 필터링 블록(3540)은 하나 이상의 색공간 채널들을 필터링함으로써, 새로운 색공간 이미지들로부터 블러(blur)를 제거한다. 블록들(3552 및 3554)은 한번더 노이즈를 줄이기 위해 블록(3540)으로부터 데이터를 후처리하도록 동작한다. 특히, 단일 채널(single channel; SC)블록(3552)은 블록(3540)내에서의 디지털 필터링 지식을 이용하여, 전자 데이터의 각각의 단일 채널 내에서 노이즈를 필터처리한다. 다중 채널(multiple channel; MC)블록(3554)는 블러 및 필터링 블록(3540)내에서의 디지털 핑터링 지식을 이용하여 데이터의 다중 채널들로부터 노이즈를 필터처리한다. 처리된 전자 데이터(3570)에 앞서, 또다른 색상 변환 블록(3560)은 예를 들면, 색공간 이미지 요소들을 다시 RGB 색 요소들로 변환시킬 수 있다.
도 108은 색상 처리를 갖는 이미징 시스템(3600)를 도식적으로 설명한다. 이미징 시스템(3600)은 컬러필터어레이(3602)를 포함하는 검출기(3605)에서 형성된 포착된 전자 데이터(3625)로부터 처리된 3색 이미지(3660)을 생성한다. 컬러 필터 어레이(3602) 및 검출기(3605)는 매장된 광학 요소들 및 서브파장(sub-wavelength) 특징들을 포함할 수 있다. 시스템(3600)은 검출기(3605)에서 포착된 전자 데이터(3625)를 생성하도록 광학계(3601)를 통해 전송된 전자기 에너지의 파면의 위상을 코드화하도록 위상 변경 요소를 포함할 수 있는 광학계(3601)를 사용할 수 있다. 포착된 전자 데이터(3625)에 의해 표시되는 이미지는 광학계(3601) 내의 위상 변경 요소에 의해 이루어진 위상 변경을 포함할 수 있다. 광학계(3601)는 하나이상의 적층 광학 요소들을 포함할 수 있다. 검출기(3605)는 노이즈 감소 처리(noise reduction processing; NRP) 및 색공간 변환블록(3620)에 의해 처리되는 포착된 전자 데이터(3625)를 생성한다. NRP 는 예를 들면, 검출기 비선형성 및 추가적인 노이즈를 제거하도록 작용하는 반면, 색공간 변환은 (블록들(3642 및 3644)에서 나중에 수행될) 블러 제거 처리를 위해 요구된 논리 양 및/또는 메모리 자원들을 줄이도록 합성 이미지들 사이에서 공간적 상관도(spatial correlation)를 제거하도록 작용한다. NRP 및 색공간 변환 블록(3620)으로부터의 출력은 1)공간 채널(3632) 및 2)하나 이상의 색상 채널(3634)의 두 채널들로 분리되는 전자 데이터의 형태로 존 재한다. 채널들(3632 및 3634)는 때때로, 여기에서, 전자 데이터의 "데이터 세트"로 불린다. 공간 채널(3632)는 색상 채널들(3634)보다 더 공간적인 세부사항을 갖는다. 따라서, 공간 채널(3632)는 블러 제거 블록(3642) 내에서 대부분의 블러 제거를 요구할 수 있다. 색상 채널들(3634)는 블러 제거 블록(3644) 내에서 대체로 더 적은 블러 제거 처리를 요구할 수 있다. 블러 제거 블록들(3642 및 3644)에 의한 처리 후에, 채널들(3632 및 3634)는 NRP 및 색공간 변환 블록(3650)내에서 처리를 위해 다시 결합된다. NRP 및 색공간 변환 블록(3650)은 블러 제거 및 변환에 의해 강조된 이미지 노이즈를 더 제거한다. 그 결합된 이미지는 처리된 3색 이미지(3660)을 형성하기 위해 RGB 포맷으로 다시 돌아간다. 위에서와 같이, 처리블록들(3620,3632,3634,3642,3644,3650)은 소프트웨어 명령들을 실행하는 하나 이상의 디지털 신호 처리기들 및/또는 개별의 논리 회로들, ASICs(application, specific integrated circuits), 게이트 어레이들(gate arrays), FPGAs(field programmable gate arrays), 컴퓨터 메모리 및, 그것들의 조합 또는 일부분을 포함할 수 있다.
도 109는 '371 특허에 개시된 파면 코딩과 같이, 미리 설정된 위상 변경을 이용하여 연장된 파사계 심도 이미징 시스템을 보여준다. 이미징 시스템(4010)은 위상 변경 요소(4014)를 통해 이미지화된 물체(4012)와 검출기(4018)상에 광학 요소(4016)를 포함한다. 위상 변경 요소(4014)는 검출기(4018)에서 결과적인 이미지에 미리 설정된 이미징 효과를 도입하도록 물체(4012)로부터 전자기 에너지(4020)의 파면을 부호화하기 위해 구성된다. 이 이미징 효과는 위상 변경 요소를 갖지 않는 종래의 이미징 시스템과 비교할 때, 미스포커스(misfocus) 관련 수차들이 감소 되도록 및/또는 이미징 시스템의 피사계 심도가 확장되도록 위상 변경 요소(4014)에 의해 제어된다. 위상 변경 요소(4014)는 예를 들면, 위상 변경 요소 표면('371 특허에 설명된 바와 같이)의 평면에서 공간적인 변수 x 및 y의 가분(可分)의 3차함수인 위상 변조를 도입하도록 구성될 수 있다.
여기서 이용된 바와 같이, 비 동질(non-homogeneous) 또는 다중 지표(multi-index) 광학 요소는 3차원 크기 내에서 커스터마이즈 가능한 속성들을 갖는 광학 요소로서 이해될 수 있다. 비 동질 광학 요소는 예를 들면, 그것의 크기를 통해 흡수 또는 굴절률의 비균일 프로파일을 가질 수 있다. 대안으로, 비 동질 광학 요소는 흡수 또는 비균일 굴절률을 갖는 하나 이상의 적용된 또는 내장된 층들(layers)를 갖는 광학 요소일 수 있다. 비균일 굴절률 프로파일들의 예는, GRIN(graded index) 렌즈들 또는 광로기술(LightPath Technologies)로부터 이용가능한 GRADIUM® 재료을 포함한다. 비균일 굴절률 및/또는 흡수를 갖는 층들의 예는 사진제판(photolithography) 이용, 스탬핑, 에칭, 증착(deposition), 이온 주입법, 에피택시(epitaxy) 또는 확산(diffusion)이 선택적으로 변경되는 표면들이나 응용된 막들(films)을 포함한다.
도 110은 비 동질 위상 변경 요소(4104)를 포함하는 이미징 시스템(4100)을 보여준다. 이미징 시스템(4100)은 위상 변경 요소(4104)가 위상 변경 요소(4014)(도 109)를 대신하여 미리 정해진 위상 변경을 제공하는 것을 제외하면 이미징 시스템(4010)(도 109)과 닮았다. 위상 변경 요소(4104)는 예를 들면, 물체(4012)로부터 전자기 에너지(4020)의 미리 설정된 위상 변경을 이루기 위한 내부 의 굴절률 프로파일(4108)을 포함하는 GRIN 렌즈일 수 있다. 내부의 굴절률 프로파일(4108)은 예를 들면, 이미징 시스템에서 미스포커스에 관련된 수차들을 줄이기 위해 그것을 통해 전송된 전자기 에너지의 위상을 변경하도록 설계된다. 위상 변경 요소(4104)는 예를들면, 적층 회절요소, 볼륨 홀로그램이나, 다중 조리개(multi aperture) 요소와 같이, 회절성의 구조일 수 있다. 위상 변경 요소(4104)는 공간적으로 임의의 또는 다양한 굴절률 프로파일을 갖는 3차원 구조일 수 있다. 도 110에서 설명된 원리는 콤팩트하고 튼튼한 패키지들에서 광학 설계의 실행을 용이하게 할 수 있다.
도 111은 비동질 위상 변경 요소들(4114)의 미세구조 구성의 일례를 보여준다. 그것은 여기서 보여지는 미세구조 구성이 도 3 및 도 6에서 보여지는 구성들과 닮은 것으로 인식될 것이다. 위상 변경 요소(4114)는 보여지는 바와 같이, 복수의 층들(4118A-4118K)을 포함한다. 층들(4118A-4118K)은 예를 들면, 전체적으로, 위상 변경 요소(4114)가 결과적인 이미지로 미리 설정된 이미지 효과를 도입하도록, 구성된 다른 굴절률들(및 그로 인한 위상 함수들)을 나타내는 재료들의 층들일 수 있다. 층들(4118A-4118K)의 각각은 고정된 굴절률이나 흡수(예로써, 단계적 막들의 경우에 있어서)를 나타낼 수 있다. 그리고, 대안으로 또는 추가적으로, 각 층의 굴절률이나 흡수는 예를 들면, 리소그래픽 패터닝(lithographic patterning), 스탬핑, 사방 증착법(oblique evaporation), 이온 주입법, 에칭, 에피택시 또는 확산에 의해 층 내에서 공간적으로 비균일할 수 있다. 층들(4118A-4118K)의 조합은 예를 들면, 그것을 통해 전송된 전자기 에너지상에 미리 설정된 위상 변경을 실행하도 록, 모델링 소프트웨어가 실행되는 컴퓨터를 이용하여 구성될 수 있다. 그런 모델링 소프트웨어는 도 88-106을 참조하여 자세하게 설명되었다.
도 112는 비 동질 위상 변경 요소들의 카메라(4120) 실행을 보여준다. 카메라(4120)은 그 위에 통합된 굴절률 프로파일과 함께 앞 표면(front surface)(4128)를 갖는 비동질 위상 변경 요소(4124)를 포함한다. 도 112에서, 앞 표면(4128)은 수차들을 제어 및/또는 미스포커스에 관련된 수차들에 대한 포착된 이미지들의 감도 줄임을 위해 위상 변경 표면을 포함도록 보여진다. 대안으로, 앞 표면은 광 출력(optical power)을 제공하도록 형성될 수 있다. 비 동질 위상 변경 요소(4124)는 복수의 검출기 픽셀들(4132)를 포함하는 검출기(4130)에 부착된다. 카메라(4120)에서, 비동질 위상 변경 요소(4124)는 본딩 층(4136)과 함께 검출기(4130)상에 직접적으로 설치된다. 검출기(4130)에서 포착된 이미지 정보는 이미지 정보에 후처리(post-processing)를 수행하는 디지털 신호 처리기(DSP)로 전송될 수 있다. DSP(4138)는 예를 들면, 감소된 미스 포커스 관련 수차들과 함께 이미지(4140)를 생성하도록 검출기(4130)에서 포착된 이미지의 위상 변경에 의해 생성된 이미징 효과들을 디지털적으로 제거할 수 있다.
도 112에서 보여지는 예시적, 비 동질 위상 변경 요소 구성은, 비동질 위상 변경 요소(4124)가 예를 들면, 검출기(4130)에 직접 부착될 수 있는 적어도 하나의 편평한 표면(flat surface)을 갖는 동안 검출기(4130) 상으로 입사각의 범위를 통해 전자기 에너지가 직접 입력되도록 설계되기 때문에, 특히 유리할 수 있다. 이렇게 하여, 비 동질 위상 변경 요소에 대한 추가적인 설치 하드웨어는 불필요하게 되 는 반면, 비 동질 위상 변경 요소는 검출기 픽셀들(4132)에 대하여 쉽게 정렬될 수 있다. 예를 들면, 약 1mm 지름과 약 5mm 길이의 크기로 만들어진 비동질 위상 변경 요소(4124)를 포함하는 카메라(4120)는 종래의 카메라 구성들과 비교할 때, 매우 콤팩트하고 튼튼할 수 있다(광학 요소 등에 대한 설치 하드웨어의 결여 때문에).
도 113-117은 본 명세서에서 기술된 바와 같이, 비동질 위상 변경 요소들에 대한 가능한 제작방법을 설명한다. 광섬유들 또는 GRIN 렌즈들의 제작과 유사한 방법으로, 도 113의 번들(bundle)(4150)은 다른 굴절률을 갖는 복수의 봉들(rods)(4152A-4152G)를 포함한다. 각 봉들(4152A-4152G)에 대한 굴절률의 개별적인 값들은 단면도(cross-section)에서 비구면 위상 프로파일을 제공하도록 구성될 수 있다. 번들(4150)은 도 114의 단면도에서 보여지는 바와 같이, 가열되어 비구면 위상 프로파일을 갖는 합성의 로드(4150')을 생성하도록 할 수 있다. 도 115에서 보여지는 바와 같이, 합성의 로드(4150')는 특정 애플리케이션으로 요구된 위상 변조의 양에 따라 결정되는 각각의 웨이퍼의 두께를 갖는 단면도(cross section)에서 각각이 비구면 위상 프로파일을 가지는 복수의 웨이퍼들(4155)로 분리될 수 있다. 비구면 위상 프로파일은 특정 애플리케이션에 대한 원하는 미리 설정된 위상 변경을 제공하도록 맞춰질 수 있고, 3차원 위상 프로파일(cubic phase profile)에 제한되지 않도록 다양한 프로파일드을 포함할 수 있다. 대안으로, 요소(4160)(예로써, 전자기 에너지 입력을 수용하기 위한 GRIN렌즈, 또다른 광학요소 또는 어느 다른 적합 요소)는 도 116에서 보여지는 바와 같이, 본딩 층(4162)에 의해 합성 로드(4150')에 첫번 째로 부착될 수 있다. 도 117에서 보여지는 바와 같이, (원하는 위상 변조의 양에 따라) 희망하는 두께의 웨이퍼(4165)는 합성 로드(4150')의 나머지로부터 연속적으로 분리될 수 있다.
도 118-130은 종래의 GRIN 렌즈에 대한 수치 모델링 구성들(numerical modeling configurations) 및 결과들을 보여준다. 그리고, 도 131-143은 본 발명에 따라 설계된 비동질 위상 변경 요소에 대한 수치 모델링 구성들 및 결과들을 보여준다.
도 118은 종래 기술 GRIN렌즈 구성(4800)을 보여준다. 구성(4800)을 특징지우고 있는 초점을 통한 PSF(포인트 전개 함수) 및 MTF(변조전달함수)는 도 119 내지 도 130에 나타낸다. 구성(4800)에 있어서, GRIN렌즈(4802)는, 물체(4804)를 이미지화하기 위해, 광축(4803)으로부터의 반경(r)의 함수로서 변화하는 굴절률을 갖는다. 물체(4804)로부터의 전자기 에너지는 전면(4810)을 통해 보내지고, GRIN렌즈(4802)의 뒷면(4812)에서 초점을 맞춘다. XYZ 좌표계(coordinate system)는 또한 도 118에 참조를 위해 나타낸다. 상업적으로 이용가능한 광학설계 프로그램에서 실행된 대로, 수치 모델링의 상세를 이하에 바로 상술한다.
GRIN렌즈(4802)는 다음의 3차원 지수 특성을 가지며:
Figure 112008079270940-PCT00017
그리고, 초점거리=1.76mm, F/#=1.77, 직경=1.00mm 및 길이=5.00mm를 갖는다.
도 119 내지 도 123은 정상 입사의 전자기 에너지에 대한, 그리고, -50μm에서 +50μm까지 범위의 오류초점(misfocus)(즉, GRIN렌즈(4802)의 최적 초점(best focus)으로부터의 물체 거리)의 다른 값에 대한 GRIN렌즈(4802)에 대한 포인트 전개 함수를 보여준다. 유사하게, 도 124 내지 도 128은 오류초점의 같은 범위에 대한 그러나 5°의 입사각에서의 전자기 에너지에 대한 GRIN렌즈(4802)에 대한 포인트 전개 함수를 보여준다. TABLE 41은, 도 119 내지 도 128의 포인트 전개 함수값들, 입사각 및 참조번호 사이의 상관관계를 보여준다.
오류초점 (Misfocus) 정상입사 포인트전개함수 에 대한 참조번호 5°입사 포인트전개함수 에 대한 참조번호
-50μm 4250 4260
-25μm 4252 4262
0μm 4254 4264
+25μm 4256 4266
+50μm 4258 4268
TABLE 41
도 119 내지 도 128을 비교함으로써 볼 수 있는 바와 같이, GRIN렌즈(4802)에 의해 산출된 포인트 전개 함수(PSF)의 사이즈와 형태는 입사각과 오류초점의 다른 값에 대해 많이 다르다. 따라서, 오로지 초점을 맞추는 파워를 갖는 GRIN렌즈(4802)는 이미징 렌즈로서 성능한계를 갖는다. 이러한 성능한계는 도 119 내지 도 128에 도시된 포인트 전개 함수의 오류초점과 입사각의 범위에 대한 변조전달함수(MTF)를 보여주는 도 129에 도시된다. 도 129에서, 대시선 타원형은 회절한계시스템에 해당하는 변조전달함수 곡선을 나타낸다. 대시선 타원형(4284)는 PSF(4254 및 4264)에 해당하는 제로-미크론(즉, 초점이 맞고 있는)이미징 시스템에 해당하는 MTF 곡선을 나타낸다. 또 하나의 대시선 타원형(4286)은, 예를 들면, PSF(4250, 4252, 4256, 4258, 4260, 4262, 4266, 4268)의 MTF 곡선을 나타낸다. 도 129에서 볼 수 있는 바와 같이, GRIN렌즈(4802)의 MTF는, 그들의 특정한 공간주파수에서 이 미지 정보의 회복할 수 없는 손실을 나타내는 어떤 공간주파수에서 제로를 나타낸다. 도 130은 밀리미터당 120사이클의 공간주파수에 대한 밀리미터의 초점이동의 함수로서 GRIN렌즈(4802)의 초점을 통한 MTF를 보여준다. 다시 말하면, 도 130에서 MTF의 제로는 이미지정보의 회복할 수 없는 손실을 나타낸다.
요소 굴절 특성을 변경하는 특정의 비균질(non-homogeneous) 위상은 두 개의 다항식(polynomials)과 상수(n0)의 합계로서 고려될 수 있다.
Figure 112008079270940-PCT00018
여기에서,
Figure 112008079270940-PCT00019
따라서, 변수 X, Y, Z와 r은, 도 118에 도시된대로, 같은 좌표계에 따라 정의된다. r의 다항식은 GRIN렌즈에 초점을 맞추는 배율을 기술하는데 이용될 수 있고, 그리고 X, Y 및 Z의 3변수(trivariate)인 다항식은, 사출동공(exit pupil)이 오류초점과 오류초점과 관련된 수차들에 대해 줄어든 감도로 이끄는 특징을 나타내는 미리 정해진 위상 변화를 기술하는데 이용될 수 있다. 바꾸어 말하면, 미리 정해진 위상 변화는, GRIN렌즈의 지수 특성에 의해 실행될 수 있다. 따라서, 이 예에 있어서, 미리 정해진 위상 변화는 함수를 초점화하는 GRIN렌즈와 함께 통합되고, GRIN렌즈량을 통해 확장한다.
도 131은 일실시예로서 비균질 다중-지수 광학계(4200)를 보여준다. 물 체(4204)는 다중-지수 광학요소(4202)를 통해 이미지화된다. 통상적으로, 입사 전자기 에너지 광선(4206)(위상 변경 요소(4202)를 전면(4210)에서 정상 입사로 위상 변경 요소(4202)의 전자기 에너지 광선 입사)과, 오프-축 전자기 에너지 광선(4208)(위상 변경 요소(4202)의 전면(4210)에서 수직으로부터 5°의 전자기 에너지 광선 입사)은 도 131에 보여진다. 통상적으로, 입사 전자기 에너지 광선(4206)과 오프-축 전자기 에너지 광선(4208)은 위상 변경 요소(4202)를 통해 보내고, 각각 점(4220, 4222)에서 위상 변경 요소(4202)의 뒷면(4212)에서 초점을 맞춘다.
위상 변경 요소(4202)는 다음의 3차원 지수 특징을 가지며:
Figure 112008079270940-PCT00020
여기에서, GRIN렌즈(4802)와 같이, r은 광학축(4203)으로부터의 반경이고, X, Y 및 Z는 보여지는 것과 같다. 추가적으로, GRIN렌즈(4802)와 같이, 위상 변경 요소(4202)는 초점거리=1.76mm, F/#=1.77, 직경=1.00mm 및 길이=5.00mm를 갖는다.
도 132 내지 도 141은 위상 변경 요소(4202)를 특징지우는 PSF를 보여준다. 위상 변경 요소(4202)의 수치모델링은 도 132 내지 도 141에 도시되고, Eq.(4)의 X 및 Y에 의해 수행된 위상 변화는 위상 변경 요소(4202)를 통해 균일하게 축적된다. 도 132 내지 도 136은 위상 변경 요소(4202)에 대한, 정상 입사에 대한, 그리고 -50μm에서 +50μm까지 범위의 오류초점(즉, 위상 변경 요소(4202)의 최적 초점으로부터의 물체 거리)의 다른 값에 대한 PSF를 보여준다. 유사하게, 도 137 내지 도 141은 위상 변경 요소(4202)에 대한, 오류초점의 같은 범위에 대한 PSF를 보여주 고, 그러나 5°의 입사각에서 전자기 에너지에 대한 PSF를 보여주지 못한다. TABLE 42는, 도 132 내지 도 141의 입사각의 PSF값들과 참조번호 사이의 상관관계를 보여준다.
오류초점 (Misfocus) 정상입사 포인트전개함수 에 대한 참조번호 5°입사 포인트전개함수 에 대한 참조번호
-50μm 4300 4310
-25μm 4302 4312
0μm 4304 4314
+25μm 4306 4316
+50μm 4308 4318
TABLE 42
도 142는 요소(4202)를 특징지우는 MTF 곡선의 도면(4320)을 보여준다. 회절한계시스템과 대응하는 미리 정해진 위상 변화 결과가 대시선 타원형(4322)에 나타낸다. 대시선 타원형(4326)은 도 132 내지 도 141에 도시된 PSF에 해당하는 오류초점값에 대한 MTF를 나타낸다. MTF(4326)은 도면(4320)에 도시된 공간주파수의 범위에 대해 형태가 모두 유사하고, 0이 아님을 나타낸다.
도 132 내지 도 141을 비교하며 볼 수 있는 바와 같이, 위상 변경 요소(4202)에 대한 PSF 형태는 모양이 유사하다. 추가적으로, 도 142는 오류초점의 다른 값에 대한 MTF가 전체적으로 0위에 있는 것을 보여준다. 도 119 내지 도 130에 도시된 PSF와 MTF가 비교된 바와 같이, 도 132 내지 도 143의 PSF와 MTF는 위상 변경 요소(4202)이 특정한 이점을 갖는 것을 보여준다. 게다가, 3차원 위상 특성이 회절한계시스템의 MTF로부터 다른 위상 변경 요소(4202)의 MTF를 만드는 동시에, 요소(4202)의 MTF는 광학(4200) 자체로 내재될 수 있는 수차들 뿐만 아니라, 또한 오류초점 수차에 상대적으로 영향을 받지 않는 것을 인지하게 되었다.
도 143은 도 130에 GRIN렌즈(4802)의 MTF와 비교되는 바와 같이, 광학(4200)의 정상화된 초점을 통한 MTF가 도면(4340)에 도시된 초점 이동의 범위상에 0이 아닌 형태의 보다 넓은 것을 나타내는 도면(4340)을 보여준다. 오류초점 수차 무감각의 범위를 정하기 위해 반폭치(FWHM:full width at half maximum)의 측정을 이용하여, 도면(4340)은 광학(4200)이 약 5mm의 오류초점 수차 무각각의 범위를 갖는 것을 나타내고, 반면에 도면(4290)은 GRIN렌즈(4802)가 단지 약 1mm의 오류초점 수차 무감각의 범위를 갖는 것을 보여준다.
도 144는 요소(4402)를 변경하는 비균질 위상을 포함하는 비균질 다중-지수 광학(4400)을 보여준다. 도 144에 나타낸 바와 같이 물체(4404)는 위상 변경 요소(4402)를 통해 이미지화한다. 통상적으로, 입사 전자기 에너지 광선(4406)(위상 변경 요소(4402)의 전면(4410)에서 정상 입사에 위상 변경 요소(4402)의 전자기 에너지 광선 입사)과, 오프-축 전자기 에너지 광선(4408)(위상 변경 요소(4402)의 전면(4410)에서 수직으로부터 20°의 전자기 에너지 광선 입사)은 도 144에 보여진다. 통상적으로, 입사 전자기 에너지 광선(4406)과 오프-축 전자기 에너지 광선(4408)은 위상 변경 요소(4402)를 통해 보내고, 각각 점(4420, 4422)에서 위상 변경 요소(4402)의 뒷면(4412)에서 초점을 맞춘다.
위상 변경 요소(4402)는, 위상 변경 요소(4402)의 길이를 따라 위치의 함수로서 변화하는 굴절률 변화를 이용하여 미리 정해진 위상 변화를 실행한다. 위상 변경 요소(4402)에 있어서, 굴절 특성은, 위상 변경 요소(4202)(4402)를 변경하는 위상에 있어서는, 미리 정해진 위상 변화에 대응하는 조건은 전면(4410)으로부터 뒷면(4412)(예를 들면, 도 144에 나타낸 바와 같은 왼쪽에서 오른쪽)까지의 경로를 따라서 0으로 감속하는 요인에 의해 배가된다.
Figure 112008079270940-PCT00021
여기에서 r은 Eq.(6)의 경우와 같이 정의되고, Zmax는 요소(4402)(예를 들어, 5mm)를 변경하는 위상의 최대 길이이다.
Eq.(5) 내지 (8)에 있어서, r의 다항식은 위상 변경 요소(4402)의 초점을 맞추는 배율을 기술하기 위해 이용되며, 그리고 X, Y 및 Z의 3변수인 다항식은 미리 정해진 위상 변화를 기술하기 위해 이용된다. 그러나, 위상 변경 요소(4402)에 있어서, 미리 정해진 위상 변화 결과는 위상 변경 요소(4402)의 길이상의 진폭으로 감속한다. 따라서, 도 144에 나타낸 바와 같이, 유사한 미리 정해진 위상 변화를 각각의 시야각으로 분배하는 동시에 보다 넓은 시야각이 포착된다(예를 들면, 도 144에 도시된 경우에 있어서의 수직으로부터 떨어진 20°). 위상 변경 요소(4402)에 대해, 초점거리=1.61mm, F/#=1.08, 직경=1.5mm 및 길이=5mm이다.
도 145는 밀리미터당 120주기의 공간주파수에 대한, 밀리미터당 초점이동의 함수로서 GRIN렌즈(위상 변경 요소(4402)의 그들과 같은 외형 치수를 갖는)의 초점을 통한 MTF의 도면(4430)을 보여준다. 도 130의 경우와 같이, 도면(4430)의 0은 이미지 정보의 회복할 수 없는 손실을 나타낸다.
도 146은 위상 변경 요소(4402)의 초점을 통한 MTF의 도면(4470)을 보여준 다. 도 130과 도 142를 비교하여 유사하고, 도 146의 도면(4470)의 MTF굴곡은 더 낮은 효력을 가지지만, 도 145의 도면(4430)의 MTF굴곡보다 더 넓다.
도 147은 하나의 광학기구 내에 굴절지수(refractive indices)의 범위를 수행하기 위한 또 하나의 구성을 보여준다. 도 147에 있어서, 요소(4500)를 변경하는 위상은, 예를 들면, 전자기 에너지와 반응하는 빛에 민감한 에멀션(emulsion) 또는 또 하나의 광학기구일 수 있다. 한 쌍의 자외선 광원(4510, 4512)은, 에멀션(4502) 위에 전자기 에너지를 빛추도록 구성된다. 전자기 에너지원은, 이러한 근원으로부터 발산하고 있는 전자기 에너지가 에멀션 내에 간섭하도록 구성되며, 이에 따라 에멀션(4502) 내에 다른 굴절지수의 복수의 포켓(pockets)을 만드는 것이다. 이 방법에 있어서, 에멀션(4502)은 도처에 변화된 굴절지수를 3차원적으로 부여된다.
도 148은 음의(negative) 광학요소(4570)로 결합된 GRIN렌즈(4564)의 다중-구경 배열(4560)을 포함하는 이미징 시스템(4550)을 보여준다. 시스템(4550)은 "피쉬아이(fisheye)" GRIN배열로서 효과적으로 기능할 수 있다. 각 GRIN렌즈(4564)의 시야(FOV:field of view)가 음의 광학요소(4570)에 의해 다소 다른 방향으로 기울어지므로, 이미징 시스템(4550)은 넓은 시야 구성을 갖는 겹눈(compound eye:곤충의 복안(複眼))(예를 들면, 절지동물들 사이에서 흔한)과 같이 작용한다.
도 149는 차량의 앞면 부근에 설치한 이미징 시스템(4602)을 구비한 자동차(4600)를 보여준다. 이미징 시스템(4602)은 위에 서술된 것처럼 비균질 위상 변경 요소를 포함한다. 이미징 시스템(4602)은, 자동차(4600)가 달리고 있을 때 만일 또 하나의 자동차(4610)와 충돌할 때마다 이미지를 디지털적으로 기록하도록 구성 될 수 있고, 충돌의 상황의 이미지 기록을 제공한다. 또는, 자동차(4600)는 위에 서술된 것처럼 비균질 위상 변경 요소를 포함하는 제2 이미징 시스템(4612)과 함께 설치될 수 있다. 시스템(4612)은 지문의 이미지인식 또는 자동차(4600)의 허가된 유저의 홍채(iris) 패턴을 실행할 수 있고, 자동차(4600)의 진입 잠금(entry lock), 또는, 진입 잠금의 장소를 추가로 이용될 수 있다. 비균질 위상 변경 요소를 포함하는 이미징 시스템은, 소형성 및 통합된 구성의 튼튼함으로 인해, 그리고, 위에 서술된 것처럼, 미리 정해진 위상 변화에 의해 제공된 오류초점으로 줄어든 감도로 인해 이러한 자동차 기구에 이점이 될 수 있다.
도 150은 비균질 위상 변경 요소를 포함하는 이미징 시스템(4655) 뿐만 아니라 복수의 게임 제어 버튼(4652)를 갖는 비디오게임 제어 패드(pad)(4650)를 보여준다. 이미징 시스템(4655)은 사용자 허가를 위한 사용자 인지 시스템(예를 들면, 지문 또는 홍채 패턴 인식을 통한)의 부분으로서 기능할 수 있다. 또한, 이미징 시스템(4655)은 입력을 제공하기 위해 또는 비디오게임 놀이를 제어하기 위해, 예를 들어 사용자의 움직임을 추정하기 위한 이미지 데이터를 제공함으로써 자체의 비디오게임 내에 이용될 수 있다. 이미징 시스템(4655)은 소형성 및 통합된 구성의 튼튼함으로 인해, 그리고, 위에 서술된 것처럼, 미리 정해진 위상 변화에 의해 제공된 오류초점으로 줄어든 감도로 인해 게임 기구에 이점이 될 수 있다.
도 151은 테디베어(teddy bear)의 눈으로 위장된(또는 혼합된) 이미징 시스템(4672)을 포함하는 테디베어(4670)를 보여준다. 이번에는 이미징 시스템(4672)이 다중-지수 광학요소를 포함한다. 위에 서술된 이미징 시스템(4612, 4655)와 같이, 이미징 시스템(4672)은, 인가된 사용자가 이미징 시스템(4672)에 의해 인지됐을 때와 같은 사용자 인지 목적으로 구성될 수 있고, 이미징 시스템(4672)과 연결된 보이스 레코더 시스템(4674)은, 예를 들어 사용자 인사말이 주문제작되어 응답할 수 있다.
도 152는 핸드폰(4690)을 보여준다. 핸드폰(4690)은 비균질 위상 변경 요소를 갖는 카메라(4692)를 포함한다. 위에 서술된 기구들의 경우와 같이, 경량 사이즈, 튼튼한 구성 및 오류초점에 무감각은 카메라(4692)의 유리한 특징이다.
도 153은 바코드(4704)의 이미지 포착에 대한 요소(4702)를 변경하는 비균질 위상을 포함하는 바코드 리더기(4700)를 보여준다.
도 149 내지 도 153에 나타된 예에 있어서, 이미징 시스템에서 비균질 위상 변경 요소의 이용은, 이미징 시스템이 경량이고 튼튼함을 인정하기 때문에 이점이 있다. 즉, 구성의 경량 사이즈 뿐만 아니라 조립의 튼튼한 성질(예를 들면, 별도로 하드웨어를 설치하는 일 없이 평평한 표면으로의 안전한 결합)은, 위에 서술된 바와 같은 잠재적으로 높은 임팩트 기구들의 요구에 있어서 이용되는 이상적인 비균질 위상 변경 요소를 포함하는 이미징 시스템을 만든다. 게다가, 미리 결정된 위상 변화의 결합이, 다중-지수 광학요소를 갖는 이러한 이미징 시스템을, 현재 이용가능한 다른 경량 이미징 시스템과 비교하여 감소된 오류초점 관련 수차들을 갖는 고품질 이미지를 제공하는 것을 가능케 한다. 더욱이, 디지털 신호 처리가 이미징 시스템(예를 들면, 도 112 참조)에 추가될 때, 한층 더 이미지 강조(image enhancement)는 특정한 기구의 요구조건에 따라 실행될 수 있다. 예를 들면, 비균 질 위상 변경 요소를 갖는 이미징 시스템이 핸드폰 카메라로서 이용될 때, 그것의 검출기에서 포착된 이미지에 형성된 후처리기는, 조망을 위한 고품질 이미지를 제공하는 것에 의해, 오류초점 관련 수차들을 최종이미지로부터 제거할 수 있다. 또 하나의 예로서, 도 149의 이미징 시스템(4602)에 있어서, 후처리기는 예를 들어 충돌이 발생하기 전에 운전자에게 잠재적인 충돌 위험을 알리는 물체 인식 시스템을 포함할 수 있다.
본 출원의 일반화된 다중-지수 광학요소는 도 109와 같은 균질광학과 비균질(즉, 다중-지수)요소를 다 포함하는 시스템에 실제로 이용될 수 있다. 따라서, 비구면 위상 및/또는 흡수 성분들은 동일한 이미징 시스템 내의 표면 및 양의 수집물에 의해 수행될 수 있다. 비구면 표면은 다중-지수 광학요소 또는 균질요소에 형성된 표면 중 하나로 흡수될 수 있다. 이러한 다중-지수 광학요소의 수집물은, 이하에 바로 상세히 서술되는 바와 같이, WALO-스타일로 결합될 수 있다.
WALO 구조는 그 위에 형성된 광학요소의 배열을 갖는 둘 이상의 공통 주재료(예를들면, 유리판 또는 반도체 웨이퍼)를 포함할 수 있다. 본원의 방법에 의해서, 공통 주재료는 웨이퍼-축적 배열 또는 이미징 시스템 또는 다른 방안으로 복수의 이미징 시스템으로 분리되어 유지될 수 있는 쇼트 트랙 길이 이미징 시스템을 형성하는 광학축을 따라 할당되고 조립된다.
이와 같은 수단은 배열된 이미징 시스템 제조기술 및 칩 규모 패키징(CSP: chip scale packaging) 프로세스에 이용된 역류온도를 조화롭게 융화한다. 특히, 여기에 서술된 배열된 이미징 시스템의 광학요소는 예를 들어 200°C의 훨씬 초과 하는 CSP처리로 가능한 온도 및 기계가공 변형을 견딜 수 있는 재료로 구성된다. 배열된 이미징 시스템의 제조에 이용된 공통 기본 재료들은 지면이거나 또는 광학요소의 지지하는 배열의 유능한 측면 치수를 갖는 편평한(또는 거의 편평한) 얇은 디스크로 형성될 수 있다. 이러한 재료는 특정 고체 광학요소(예를들면, 유리, 실리콘 등), 온도, 안정된 중합체, 세라믹 중합체 (예를들면, sol-gels) 및 고온 플라스틱을 포함한다. 이들 재료들 각각은 개별적으로 고온을 견딜 수 있는 반면에, 본원의 배열된 이미징 시스템은 CSP 역류 프로세스동안에 재료들 사이의 열팽창의 변화를 또한 견디어 낼 수 있다. 예를 들면, 팽창 영향은 표면들 사이에 본딩(bonding)인터페이스에 낮은 계수 점착성을 이용함으로써 피할 수 있다.
도 156 및 157은 이미징 시스템의 배열(5100) 및 개별의 이미징 시스템(5101)을 형성하는 배열(5100)의 싱귤레이션(singulation)을 보여준다. 이 배열된 이미징 시스템 및 싱귤레이션은 또한 도 3에 도시되어 지며, 그리고 배열(5100)과 배열(60) 사이의 유사점이 명백해질 것이다. 개별적으로 분리된 이미징 시스템(5101)에 대해서는 하기에 서술되겠지만, 이미징 시스템(5101)의 몇몇 또는 모든 요소들은 배열(5100)에 나타낸 바와 같은 배열된 요소들로서 형성될 수 있다는 사실을 이해해야만 한다. 도 157에 보여진 바와 같이, 그 위에 형성된 두 개의 평철(平凸:plano convex)의 광학요소(즉, 광학요소(5106 및 5108) 각각)를 갖는 공통 베이스(5102 및 5104)는, 굴절율 정합 에폭시(index matching epoxy)와 같은 본딩재료(5110)와 함께 연속적으로 결합된다. 전자기 에너지를 차단하기 위한 구경(5112)은 광학요소(5106) 주변 지역에 본떠서 만들어진다. 스페이서(5114)는 공 통 베이스(5104 및 5116)사이에 설치되고, 제3 광학요소(5118)은 공통 베이스(5116)에 포함된다. 이 실시예에 있어서, 공통 베이스(5116)의 평면 표면(5120)은 검출기(5124)의 커버플레이트(cover plate)(5122)로의 결합에 이용된다. 이 배열은 검출기(5124)와 이미징 시스템(5101)의 광학 사이의 결합하는 표면과, 이미징 시스템(5101)의 구조적 보전이 플라노-플라노(plano-plano) 방위(orientation)에 의해 증가된다는 이점이 있다. 이 실시예에서 또 하나의 증명된 특징은, 예를 들어 이미지판에서 시야굴곡(field curvature)의 보정을 가능케하는 음의 광학 굴곡(예를 들면, 광학요소(5118)을 갖는 표면을 적어도 하나 이용하는 것이다. 커버플레이트(5122)는 선택적이고, 조립 공정에 따라서 이용되지 않을 수 있다. 따라서, 공통 베이스(5116)는 광학요소(5118)를 위한 서포트로서 그리고 검출기(5124)를 위한 커버플레이트로서 동시에 충족시킬 수 있다. 광학 검출기 인퍼페이스(5123)는 검출기(5124)와 커버플레이트(5122)사이에 한정될 수 있다.
이미징 시스템(5101)의 분석 일실시예가 도 158 내지 도 162에 도시된다. 도 158 내지 도 162에 도시된 분석은 3.6μm 픽셀 사이즈를 갖는 검출기(5124)의 400x400 픽셀 해상도를 나타낸다. 이 분석에 있어서 이용된 모든 공통 베이스 두께는 저장품 8" AF45 Schott glass의 목록에서 선택된다. 공통 베이스(5102 및 5104)는 0.4mm 두께가 되도록 하여 나타내고, 공통 베이스(5116)은 0.7mm 두께가 되도록 하여 나타낸다. 상업적으로 이용가능한 공통 베이스의 이용으로서 중요한 이러한 두께의 선택은, 이미징 시스템(5101)을 위한 제조 비용, 공급위험(supply risk) 및 개발 사이클 타임을 감소시킬 수 있다. 스페이서(5114)는 각 광학요소 구경에서 패 턴된 스루-홀(thru-holes)을 갖는 0.400mm 유리 구성요소인 저장품이 되도록 나타낸다. 원하면, 박막 필름 필터(thin film filter)가, 근적외선 전자기 에너지를 막기 위해서, 하나 이상의 광학요소(5106, 5108 및 5118) 또는 하나 이상의 공통 베이스(5102, 5104 및 5116)를 추가할 수 있다. 다른 방안으로, 적외선 차단 필터(infrared blocking filter)는 앞면 커버플레이트 또는 검출기 커버플레이트와 같은 다른 공통 베이스 위에 위치될 수 있다. 광학요소(5106, 5108 및 5118)는 심지어 비구면 계수에 의해 묘사될 수 있고, 그리고 각 광학요소에 대한 규정은 TABLE 43에 주어진다. 이 실시예에 있어서, 각 광학요소는 nd=1.481053 그리고 아베수(Abbe number)(Vd)=60.131160의 굴절율을 갖는 광학적으로 투명한 중합물을 나타내도록 설계된다.
반직경 (mm) 공통 베이스 두께(mm) 굴곡반경 (ROC) (mm) K Al(r2) A2(r4) A3(r6) A4(r8) A5(r10) Sag (μm)
광학요소 (5106) 0.380 0.400 1.227 2.741 - 0.1617 0.1437 -9.008 -16.3207 64.22
광학요소 (5108) 0.620 0.400 1.181 -16.032 - -0.6145 1.5741 -0.2670 -0.5298 111.26
광학요소 (5118) 0.750 0.700 -652.156 -2.587 - -0.2096 0.1324 0.0677 -0.2186 -48.7
TABLE 43
도 157 및 도 158에 도시된 그리고 TABLE 43에 명기된 바와 같은 전형적인 도안은, TABLE 44에 주어진 의도된 최소 열거들 중 모두를 충족시킨다.
광학적 세부사항 (Optical Specifications) 타겟 (Target) 도 158에 도시된 실시예
Avg.MTF @ Nyquist/2, 온축 > 0.3 0.718
Avg.MTF @ Nyquist/2, 수평 > 0.2 0.274
Avg.MTF @ Nyquist/4, 온축 > 0.4 0.824
Avg.MTF @ Nyquist/4, 수평 > 0.4 0.463
Avg.MTF @ 35 lp/mm, 온축 > 0.5 0.869
Avg.MTF @ 35 lp/mm, 수평 > 0.5 0.577
Avg.MTF @ Nyquist/2, 코너 > 0.1 0.130
관련 묘사 @ 코너 45% 50.5%
최대 광학 왜곡 ±5% -3.7%
총 광학 트랙(TOTR) < 2.5mm 2.48mm
작업 F/# 2.5-3.2 2.82
유효 초점 거리 - 1.447
풀시야각(FFOV) > 70° 73.6°
TABLE 44
TABLE 44로부터 이미징 시스템(5101) 상의 주요 제약은 넓은 풀시야각(FFOV > 70°), 작은 광학 트랙 길이(TOTR < 2.5mm) 및 최대 주요 광학각도 제약(constraint)(풀 이미지 높이에서 CRA < 30°)이다. 작은 광학트랙길이 및 낮은 주요광학각도 제약 뿐만 아니라 이미징 시스템(5101)이 관련하는 작은 다수의 광학 표면을 갖는 이유로, 이미징 시스템(5101)의 이미징 특성은 상당히 시야 의존적이며, 즉, 이미징 시스템(5101)은 이미지의 코너에서 보다 이미지의 중심에 훨씬 더 많이 이미지화한다.
도 158은 이미징 시스템(5101)의 광선추적(raytrace) 도면이다. 광선추적 도면은 커버플레이트(5122) 및 검출기(5124)로 공통 베이스(5166)의 평평한 면에서 설치된 세 그룹 이미징 시스템을 통해서 전자기 에너지 광선의 전파를 나타낸다. WALO구조와 관련하여 여기에 이용된 바와 같이, 그룹(group)은 그 위에 설치된 적어도 하나의 광학요소를 갖는 공통 베이스를 참조한다.
도 159는 온-축에서 풀필드로의 범위에 있는 복수의 필드포인트에서 1/2 나이퀴스트(Bayer 패턴 검출기를 위한 검출기 차단장치)의 공간주파수의 함수로서 이미징 시스템(5101)의 MTF를 보여준다. 곡면(5140)은 온-축 필드포인트에 해당되고, 곡면(5142)은 화살모양 풀필드포인트에 해당된다. 도 159로부터 관찰될 수 있는 바와 같이, 이미징 시스템(5101)은 풀필드에서보다 온-축을 더 잘 수행한다.
도 160은 3.6미크론 픽셀사이즈에 대한 1/2 나이퀴스트 주파수, 밀리미터당 70라인쌍((lp/mm)에 대한 이미지 높이의 함수로서 이미징 시스템(5101)의 MTF를 보여준다. 기존 수차들로 인해, 이 공간주파수에서 MTF는 이미지필드를 걸쳐서 여섯개 요소이상으로 선명도를 떨어뜨리는 것을, 도 160에서 볼 수 있다.
도 161은 몇개의 필드 위치에 대한 초점을 통한 MTF를 보여준다. 각 배열은 두께 변화를 갖는 공통 베이스에 형성되고, 수천개의 광학요소를 잠재적으로 포함하는 광학요소의 복합배열은, 배열된 이미징 시스템을 형성하도록 구성될 수 있다. 이 점에 있어 구성 및 변화의 복잡성은, 전반적으로 도면 MTF는 가능한 초점이 흐리는데 영향을 받지 않도록 활용되는 웨이퍼-스케일 이미징 시스템에 대해 비판적이다. 도 162는 정상화된 필드 높이의 함수로서 CRA의 선형을 보여준다. 이미징 시스템에 있어서 CRA의 선형은 검출기 설계에 대해 보정할 수 있는 광학검출기 인터페이스의 결정적인 조명 롤 오프(roll-off)에 대해 허용하므로 특징적으로 선호된다.
도 163은 이미징 시스템(5200)의 또 하나의 실시예를 보여준다. 이미징 시스템(5200)의 구성은 단일 공통 베이스(5204) 위에 패턴형성된 이중-면 광학요 소(5202)를 포함한다. 이와 같은 구성은, 시스템에서 공통 베이스의 수가 하나에 의해 감소되기 때문에, 도 157에 나타낸 구성과 관련하여 비용 감소를 제공하고, 본딩에 대한 필요를 감소한다.
도 164는 웨이퍼-스케일 이미징 시스템(5300)에 대한 네 개의 광학요소 도안을 보여준다. 이 실시예에 있어서, 전자기 에너지를 차단하는 것에 대한 구경 마스크(5312)는 이미징 시스템의 맨 꼭대기 표면(즉, 검출기(5324)로부터 가장 먼)에 배치된다. 도 164에 도시된 실시예의 하나의 주요 특징은, 두 개의 오목면 광학요소(즉, 광학요소(5308) 및 광학요소(5318))가 서로 반대로 향하고 있다는 것이다. 이 구성은 최소 필드 곡률을 갖는 광시야각을 가능케하는 이중 가우스 도안(double Gauss design)의 다른 웨이퍼-스케일을 구체적으로 표현한다. 도 164의 실시예의 수정된 버젼은 도 165에 나타낸다. 도 165에 도시된 실시예는, 오목면 광학요소(5408 및 5418)가 스페이서(5314)의 이용에 대한 요구를 제거하는 격리요소를 통해 결합된다는 점에서 추가적인 혜택을 제공한다.
도 164 및 165의 도안의 새로운 특징은, 제3 및/또는 제4 광학요소 표면(예를 들면, 도 166의 광학요소 5418(2) 또는 5430(2))의 일부로서의 주광선각도 보정기(CRAC)의 이용이다. CRAC의 이용은, 짧은 전체의 트랙을 갖는 이미징 시스템을 허용가능한 주광선각도에 제한을 가질 수 있는 검출기(예를 들면, 5324, 5424)로 이용되는 것을 가능하게 한다. CRAC 실시의 특정의 예는 도 166에 나타낸다. CRAC 요소는, 주광선이 검출기의 개구수(numerical aperture)와 잘 조화를 이루고 있는 필드의 중심의 근처에서 거의 광파워가 없게 설계되고 있다. CRA가 검출기의 허용 가능한 CRA에 접근하거나 또는 초과하는 필드의 구석(엣지)에서, CRAC의 표면 경사는 검출기의 수광원뿔(acceptance cone)로 되돌리는 광선을 구부리기 위해 증가한다. CRAC 요소는 광학요소(큰 고차원 비구면 다항식에 의해서 반영되는)의 주변에서 구형으로부터의 큰 굴곡과 결합된 큰 곡율반경(즉, 광학축 근처의 저광파워)에 의해서 특징지워질 수 있다. 이러한 도안은, 필드에 의존하는 감도 롤-오프를 최소화 할 수 있지만, 결과적으로 생기는 이미지의 주변거리 근처에서 중요한 왜곡을 더할 수 있다. 결과적으로, 이러한 CRAC은 이것이 광학적으로 결합되는 것을 목적으로 하는 검출기에 매치하도록 맞춰져야 한다. 게다가, 검출기의 CRA는 이미징 시스템의 CRAC과 함께 작용되도록 공동으로 도안될 수 있다. 이미징 시스템(5300)에 있어서, 광학-검출기 인터페이스(5323)는, 검출기(5324)와 커버플레이트(5322)의 사이에 정해질 수 있다. 따라서 이미징 시스템(5400)을 위해서, 광학-검출기 인터페이스(5423)는 검출기(5424)와 커버플레이트(5422)의 사이에 정해질 수 있다.
반직경 (mm) 서브두께(mm) ROC (mm) K Al(r2) A2(r4) A2(r6) A2(r8) Sag (μ,P-V)
광학요소 (5406) 0.285 0.300 0.668 -0.42 0.0205 -0.260 6.79 -40.1 64
광학요소 (5408) 0.400 0.300 2.352 25.3 -0.0552 0.422 -2.65 5.1 40
광학요소 (5418(2)) 0.425 0.300 -4.929 129.3 0.2835 -1.318 7.26 -36.3 26
광학요소 (5430(2)) 0.710 0.300 -22.289 -25.9 0.1175 0.200 -0.63 -0.86 61
TABLE 45
도 167 내지 도 171은, 도 166에 도시된 전형적인 이미징 시스템(5400(2))의 분석을 나타낸다. 이 예에 있어서 이용된 4개의 광학요소 표면은 표45에 주어진 비구면 다항식에 의해서 조차 기재될 수 있고, nd = 1.481053 및 Abbe number(Vd) = 60.131160의 굴절률로 광학 중합물를 이용하여 도안될 수 있지만, 다른 재료들은 광학 도안으로 결과적으로 생기는 미묘한 변화로 쉽게 대체될 수 있다. 모든 공통베이스를 위해서 이용되는 유리들은 8인치의 AF45 Schott glass를 저장하도록 구성된다. 이 도안에서 광학요소 5408과 5418(2) 사이의 갭에서 엣지 간격(스페이서 또는 고립 특징에 의해 제공된 공통베이스 사이의 간격)은 175μm이고, 광학요소(5430(2))와 커버플레이트(5422) 사이는 100μm이다. 필요에 따라서, 근적외선 전자기 에너지를 막기 위한 박막 필름 필터는 광학요소(5406, 5408, 5418(2) 및 5430(2) 중 어느 하나 또는 예를 들어 정면 커버플레이트에 추가될 수 있다.
도 166은 1.6mm의 기울기 이미지 필드와 함께 VGA해상도 검출기를 이용하는 이미징 시스템(5400(2))에 대한 광선추적 도면을 보여준다. 도 167은 2.0μm픽셀을 갖는 검출기에 대한 1/2나이퀴스트 주파수(125lp/mm)까지의 공간주파수의 함수로서 이미징 시스템(5400(2))의 OTF의 계수의 도면(5450)이다. 도 168은 이미지 높이의 함수로서 이미징 시스템(5400(2))의 MTF(5452)를 보여준다. MTF(5452)는 대개 이미지 필드를 통해서 대략 균일하도록 최적화된다. 이 도안의 이 특징은 이미지를 윈도우에 표시되도록 하거나 또는 이미지 질의 극적인 변화 없이 필드의 어디에서라도 서브 견본이 된다. 도 169는 웨이퍼-스케일 제조 허용공차로 인해 기대되는 초점이동과 크게 관련되는 이미징 시스템(5400(2))에 대한 초점을 통한 MTF분배(5454)를 보여준다. 도 170은 CRAC를 증명하기 위해서 정상화된 필드의 함수로서 CRA(점선(5457(1))에 의해 표현된)와 주광선각도(실선(5457(2))에 의해 표현된)의 경사의 도면(5456)을 보여준다. CRA가 25°를 초과하기 시작하는 이미지 높이의 대 략 60%에 달하는 거의 선형인 CRA를 도 170에서 관찰할 수 있다. CRA는 28°의 최고점까지 오르고나서 풀 이미지 높이에서 25°아래로 떨어진다. CRA의 경사는 요구된 소형렌즈(lenslet)와 각 검출기의 감광성 지역에 관하여 금속 상호연결 위치의 이동과 관련한다.
도 171은 CRAC의 실시로 인해 도안에서 본래의 광학 왜곡의 격자 도면(5458)을 보여준다. 교차점은 광학 초점 포인트를 나타내고, 그리고 X는 격자(grid)에 의해 비롯된 각각의 필드에 대한 추정된 실제 초점 포인트를 나타낸다. 이 도안에 있어서 왜곡은 표적 광학 사양을 충족시키는 것에 주의해야 한다. 그러나, 왜곡은 검출기(5424)(예를 들면, 활발한 광검파(photodetection) 지역을 이동함으로써)의 배치에 있어서 광학 도안의 보정을 허용하는 웨이퍼-스케일 통합 프로세스에 의해 감소될 수 있다. 도안은, 의도된 왜곡과 광학 도안의 CRA 분석표를 매치하기 위해 검출기(5424) 내에 픽셀/마이크로렌즈/칼라필터배열의 공간적이고 각을 이룬 기하학적 배열을 조정하는 것에 의해서 한층 더 개선될 수 있다. 이미징 시스템(5400(2))에 대한 광학 성능 사양은 TABLE 46에 주어진다.
광학적 세부사항 (Optical Specifications) 타겟 (Target) 온축 (On axis)
Avg. MTF @ 125 1p/mm, 온축 > 0.3 0.574
Avg. MTF @ 125 1p/mm, 수평 > 0.3 0.478
Avg. MTF @ 88 1p/mm, 온축 > 0.4 0.680
Avg. MTF @ 88 1p/mm, 수평 > 0.4 0.633
Avg. MTF @ 63 1p/mm, 온축 > 0.5 0.768
Avg. MTF @ 63 1p/mm, 수평 > 0.5 0.747
Avg. MTF @ 125 1p/mm, 코너 > 0.1 0.295
관련 묘사 @ 코너 > 45% 90%
최대 광학 왜곡 ±5% -3.02%
총 광학 트랙 < 2.5mm 2.06mm
작업 F/# 2.5-3.2 3.34
유효 초점 거리 - 1.39
사선(대각선) 시야각 > 60° 60°
TABLE 46
도 172는 전형적인 이미징 시스템(5500)을 보여주고, 여기에서 이중면으로 된 웨이퍼-스케일 광학요소(5502)의 이용은 두 개(즉, 5504, 5516)의 합으로 요구된 공통 베이스의 수를 감소시키며, 그것에 의해 복잡성과 결속과 조립에 있어서의 비용을 감소시킨다. 광학 검출기 인터페이스(5523)는 검출기(5524)와 커버플레이트(5522) 사이에서 정해질 수 있다.
도 173a 및 173b는 볼록렌즈 표면(5554)과 통합 스탠드오프(standoff)(5552)를 갖는 광학요소(5550)의 각각 횡단면과 위쪽면(top view)을 보여준다. 스탠드오프(5552)는 볼록렌즈 표면(5554)을 잇는 경사면(sloped wall)(5556)을 갖는다. 요소(5550)는 스페이서(예를 들면, 도 157 및 163의 스페이서(5114), 도 164의 스페이서(5314 및 5336), 도 165의 스페이서(5436), 그리고 도 172의 스페이서(5514 및 5536))의 이용과 관련하여 개선된 조정과 함께 단일스텝의 광학적으로 투명한 재료로 복제될 수 있고, 그리고 이것은 스페이서 재료를 딱딱하게 하는 요구된 시간까지 실제로 제한되는 국면이 있다. 광학요소(5550)는 또한 광학적으로 투명한 재료로부터 형성될 수 있는 공통 베이스(5558)에 형성된다. 스탠드오프(5552)를 갖는 복제 광학은 스페이서의 이용을 대체하도록 앞서 서술된 도안의 모두에 이용될 수 있고, 그것에 의해서 제조 및 조립 복잡성 및 허용공차를 감소할 수 있다.
서술된 웨이퍼스케일 배열에 대한 복제 방법은, 비원형 구경 광학요소의 실현을 위해 또한 바로 적용되고, 그리고 이것은 종래의 원형 구경 기하학적 배열상에 몇가지 이점을 가지고 있다. 장방형 구경 기하학적 배열은 광학표면에 불필요한 구역을 제거하고, 그리고 이것은 번갈아 이미징 시스템의 광학 성능에 영향을 미치는 일 없이 직선 기하학적 구조를 주어진 결속 프로세스에서 접촉하여 놓여질 수 있는 표면 구역을 최대로 한다. 게다가, 대부분의 검출기들은, 활성 구역(즉, 검출기 픽셀이 위치하는 검출기의 구역)의 외측 구역이 패키지 치수를 줄이도록 최소화하고, 공통 베이스(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)당 효율적인 다이카운트(die count)를 최대화 하도록 설계된다. 따라서, 활발한 구역을 둘러싸고 있는 구역은 치수에 제한된다. 원형 구경 광학요소는 이미징 모듈의 광학성능에 이득이 없는 것과 함께 활성 구역을 둘러싸고 있는 구역으로 침입한다. 따라서 장방형 구경 모듈의 실시는 검출기 활성 구역을 이미징 시스템의 결속에 이용하기 위해 최대화되도록 허용한다.
도 174a 및 174b는 원형 및 비원형 조리개 광학요소를 구비하고 있는 이미징 시스템에서 이미지 영역(5560)(대시선에 의해 둘러싸인)의 비교를 제공한다. 도 174a는 경사면(5556)과 함께 원형 구경(5562)을 포함하는, 도 166에 관련하여 처음에 기술된 이미징 시스템의 표면도(top view)를 보여준다. 도 174b에 도시된 이미징 시스템은 도 166의 광학요소(5430(2))가 장방형 구경(5566)을 갖는 것 이외에는 도 174a의 것과 동일하다. 도 174b는 장방형 구경 광학요소(5566)에 의해 용이해진 증가된 결속 영역(5564)의 예를 보여준다. 시스템은, 최대 필드 포인트가 2.0μm 픽셀 VGA해상도 검출기의 수직, 수평 및 대각선 넓이(크기)이도록 정해졌다. 수직 치수에 있어서, 이용가능한 결속 표면의 약간 많은 500μm(광학요소의 각 면 259μm)는 직선 기하학적 배열에 변화로 회복된다. 수평 치수에 있어서, 약간 많은 200 μm는 회복된다. 장방형 구경(5566)은 이미지코너에서 비네트(vignette)를 붙이는 것을 피하기 위해 원형 구경(5562)과 관련하여 특대사이즈여야 하는 것을 명심해야 한다. 이 예에 있어서, 코너에서 광학요소의 증가는 각 대각선에서 41μm이다. 또, 활성 구역과 칩 치수는 전형적으로 장방형이므로, 패키지 사이즈를 고려할 때, 수직과 수평의 치수에서 영역의 축소는 대각선 치수의 증가를 능가한다. 게다가, 통제 및/또는 제조의 용이함이 광학요소의 정사각형 바스(bas) 기하학적 배열의 코너를 도는 이점이 될 수 있다.
도 175는 도 165의 전형적인 이미징 시스템의 표면도 광선추적 도면(5570)을 보여주고, 각 광학요소에 대한 원형 구경을 갖는 도안을 나타내기 위해 여기에 보여진다. 도 175에서 관찰할 수 있는 바와 같이, 광학요소(5430)는 VGA 검출기(5424)의 활성 영역(5574)을 둘러싸고 있는 구역(5572)으로 침입하고, 이러한 침입은 스페이서(5436)를 통해 커버플레이트(5422)로 공통 베이스(5432)를 결속하는데 이용할 수 있는 표면영역을 감소한다.
검출기(5424)의 활성 영역(5574)을 둘러싸고 있는 구역(5572)으로 원형 구경을 구비하는 광학요소의 침입을 감소하기 위해, 이러한 광학요소는 장방형 구경을 구비하는 광학요소와 대체될 수 있다. 도 176은 도 165의 전형적인 이미징 시스템의 표면도 광선추적 도면(5580)을 보여주고, 여기에서 광학요소(5430)는 VGA 검출기(5424)의 활성 영역(5574) 내에 적합한 장방형 구경을 구비하는 광학요소(5482)로 대체된다. 광학요소가 검출기의 이미지 영역 내의 전자기 에너지가 비네트를 붙이지 않게 되는 것을 확실히하기 위해 충분히 특대사이즈여야 하는 것을 이해해야 하며, 그리고, 수직, 수평 및 대각선 필드의 광속에 의해 도 176에 나타낸다. 따라서, 커버플레이트(5422)를 결속하는데 이용할 수 있는 공통 베이스(5432)의 표면 영역은 최대화 된다.
실용적인 웨이퍼-스케일 이미징 시스템을 위해 필요한 타입의 제어된 주광선 각도와 함께 짧은 광학 트랙 길이를 갖는 시스템의 다수의 제약은, 요망대로 뿐만 아니라 이미지화할 수 없는 이미징 시스템으로 이끈다. 심지어 높은 정확성과 함께 가공되고 조립될 때, 이러한 짧은 이미징 시스템의 이미지 품질이 짧은 이미징 시스템의 기본이 되는 다양한 수차들로 인해 요구되는 만큼 반드시 높지는 않다. 광학은, 종래 기술 웨이퍼-스케일 방식에 따라 가공되고 조립될 때, 가공 및 조립에 있어서 잠재적 에러는, 이미징 성능을 감소하는 광학적 수차들에 한층 더 공헌한다.
예를 들어 도 158에 도시된 이미징 시스템을 고려해본다. 비록 모든 도안 제약을 충족시키지만, 이 이미징 시스템은 시스템의 도안에 있어서 본래의 수차들로부터 불가피하게 고생할 수 있다. 실질적으로, 너무 적은 광학요소가 있어서 최고 품질의 이미징을 보장하기 위해 이미징 파라미터를 적절히 제어할 수 있다. 따라서 피할 수 없는 광학 수차들은, 도 158 내지 도 160에 도시된 바와 같이, 이미지 위치 또는 시야각의 함수로서 MTF를 감소하는데 작용할 수 있다. 유사하게, 도 165에 도시된대로 이미징 시스템은 이러한 필드 의존 MTF작용을 나타낼 수 있다. 즉, 온-축 MTF는 필드 의존 수차로 인해 오프-축 MTF보다 회절한계에 비례하여 더 많이 높을 수 있다.
도 177에 도시된 것과 같은 웨이퍼-스케일 배열을 고려해 볼 때, 추가적인 비이상적 효과는 이미징 시스템의 근본적인 수차들에 그리고 결과적으로 이미징 품질에 영향을 줄 수 있다. 실제로, 공통 베이스 표면은 완전하게 평평하지는 않으며, 약간의 파동성 또는 뒤틀림이 항상 존재한다. 이 뒤틀림은 배열된 이미징 시스템 내의 각 이미징 시스템 내에 개개의 광학요소 및 높이 수차들의 기우는 것을 일으킬 수 있다. 추가적으로, 공통 베이스는 항상 한결같이 두껍지 않고, 그리고, 이미징 시스템에 결합하는 공통 베이스의 작용은 배열된 이미징 시스템을 걸쳐 변화할 수 있는 추가적 두께 변화를 도입할 수 있다. 예를 들면, 결속층(bonding layers)(도 157의 5110, 도 164의 5310 및 5334, 도 165의 5410 및 5434), 스페이서(예를 들면, 도 157 및 163의 스페이서(5114), 도 164의 스페이서(5314 및 5336), 도 165의 스페이서(5436), 도 172의 스페이서(5514 및 5536)), 및 스탠드오프는 두께로 변화할 수 있다. 도 177에 나타낸 바와 같이, 이러한 실제적인 웨이퍼-스케일 광학의 다수의 변화는 조립되어 배열된 이미징 시스템 내에 개개의 광학요소의 두께 및 XYZ위치 상에 허용공차를 상대적으로 느슨하게 이끌 수 있다.
도 177은 구부러진 공통 베이스(5616) 및 한결같지 않은 두께의 공통 베이스(5602)을 구비하는 웨이퍼-스케일 배열(5600)에 나타낼 수 있는 비이상적인 효과의 예를 보여준다. 공통 베이스(5616)의 뒤틀림은 광학요소(5618(1), 5618(2) 및 5618(3))의 기우는 결과를 초래하고, 공통 베이스(5602)의 한결같지 않은 두께는 검출기(5624)에 의해 검출된 이미지화된 전자기 에너지의 수차로의 결과를 초래할 수 있을 뿐만 아니라 기우는 결과를 초래한다. 이러한 허용공차의 감소는 용이치 않은 구성 도전 및 더 높은 비용을 이끌 수 있다. 허용공차의 완화 및 특별한 조립 방법을 갖는 전체 이미징 시스템의 도안, 도안 프로세스의 없어서는 안될 구성요소로서의 허용공차 및 비용은 바람직하다.
도 1에 도시된 시스템(40)과 유사점을 갖는 이미징 시스템(5700)을 보여주는 도 178의 이미징 시스템 블록도를 고려해보자. 이미징 시스템(5700)은 검출기(5724) 및 신호처리기(5740)를 포함한다. 검출기(5724) 및 신호처리기(5740)는 저비용, 경량 실행을 제공하기 위해서 같은 구성 재료(5742)(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)에 융화될 수 있다. 요소(5706), 검출기(5724) 및 신호처리기(5740)를 변경하는 특수화된 위상은 웨이퍼-스케일 광학의 구성 및 조립 허용공차의 효과를 제어할 뿐만 아니라 쇼트 트랙 길이 이미징 시스템의 성능을 전형적으로 제한하는 기본적인 수차들의 효과를 제어하도록 맞춰질 수 있다.
도 178의 요소(5706)를 변경하는 특수화된 위상은, 초점 관련 수차들을 위해 무감각한 이미지를 형성하는 출구 동공과 같이, 이미징 시스템의 특수화된 출구 동공을 동일하게 형성한다. 이러한 초점 관련 수차들의 예는 색수차, 난시, 구면 수차, 시야굴곡, 콤마, 온도 관련 수차 및 조립 관련 수차를 포함하지만 한정되지 않는다. 도 179는 이미징 시스템(5700)으로부터 출구 동공(5750)의 표현을 보여준다. 도 180은 구면 광학요소(5106)를 갖는, 도 157의 이미징 시스템(5101)으로부터 출구 동공(5752)의 표현을 보여준다. 출구 동공(5752)은 이미지(5744)를 형성할 필요는 없다. 대신에, 희망한다면, 출구 동공(5752)은 신호처리기(5740)에 의해 조작될 수 있는 희미해진 이미지를 형성한다. 이미징 시스템(5700)은 물체 정보의 상당한 양과 함께 이미지를 형성하고, 유도된 이미징 효과의 제거는 약간의 응용을 위해 요구되지 않을 수 있다. 그러나, 신호처리기(5740)에 의한 후처리는, 바코드 판독, 위치 및/또는 물체의 검출, 생물학적 식별 및 매우 낮은 비용 이미징(여기에서 이미지 품질 및/또는 이미지 명암대비는 주요 염려가 아닌)과 같은 응용에 있어서 희미해진 이미지로부터 물체 정보를 되찾기 위해 기능할 수 있다.
도 178의 전형적인 시스템과 도 158의 것의 유일한 광학 차이는, 각각, 요소(5706)를 변경하는 특수화된 위상과 광학요소(5106)이다. 반면에, 실제로 시스템의 제약으로 인해 도 157의 광학요소에 대한 구성들의 지극히 적은 선택이 있고, 도 178의 다양한 광학요소의 각각에 대한 다수의 다른 선택이 있다. 도 157의 이미징 시스템의 필요조건이, 예를 들어, 이미지면에서 고품질 이미지를 만들 수 있는 동시에, 도 178의 시스템의 유일한 필요 조건은, 형성된 이미지가 높고 충분한 MTF를 갖는 것과 같은 출구 동공을 만드는 것이고, 그래서 정보 내용이 검출기 잡음과 함께 오염을 통해 없어지지 않는다. 도 178의 예에 있어서 MTF는 필드상에 일정한 동시에, MTF는 필드, 색, 온도, 조립 변화 및/또는 분극화와 같은 파라미터 상에 일정하도록 요구되지 않는다. 각각의 광학요소는 특정 응용에 대한 이미지면에서 MTF 및/또는 이미지 정보를 완수하는 출구 동공을 생산하기 위해 선택된 특정 구성에 따라 전형적이거나 또는 독특할 수 있다.
도 158 내지 160에 의해 서술된 시스템의 비교에 있어서, 도 181 내지 도 183에 의해 서술된 대로 시스템을 고려해보자. 도 181은 다른 주광선각도에 대한 도 178의 전형적인 이미징 시스템을 통해서 광선 전달을 나타내는 개략 단면도이 다. 도 182 내지 도 183은 설명적인 목적을 위한 신호처리없는 도 178의 시스템의 성능을 보여준다. 도 182에서 표시된 대로, 이 시스템은 도 159에 도시된 데이터와 비교한 시야각의 함수로서 거의 변하지 않는 MTF(5750)를 나타낸다. 도 183은 또한 70lp/mm에서 시야각의 함수로서의 MTF가 약 1/2의 지수에 의해서만 변화하는 것을 보여준다. 이 변화는 도 158 내지 도 160에 나타낸 시스템보다 이미지 상에 이 공간주파수의 성능에 있어서 대략 12배 적다. 도 178의 시스템의 특정 도안에 따라, MTF 변화의 범위는 이 예에 있어서 보다 더 크거나 또는 더 작게 만들 수 있다. 실제로, 실제 이미징 시스템 도안은, 요구된 성능과 조립의 용이함 및 요구된 신호처리의 양 사이의 일련의 절충안으로서 결정된다.
도 178의 시스템의 구경 조리개(aperture stop) 근처에서 미리 정해진 위상 변화를 일으키기 위한 표면의 추가가 어떻게 시스템에 영향을 미치는가 하는 광선에 거점을 두는 구체적인 예가 도 184 및 185에 보여지고, 그리고 이것은 필드를 통해서 광선 부식제의 비교를 보여준다. 도 184는 도 156 및 도 157 근처 검출기(5124)의 이미징 시스템(5101)의 광선추적 분석이다. 도 184는 전자기 에너지(화살(5760)로 나타낸)의 가장 높은 집중을 완수했을 때, 이미지면(5125)으로부터의 거리에 있어서의 변화를 보여주기 위해 과거 이미지면(5125)을 펼치고 있는 광선을 보여준다. 광선다발의 폭이 최저인 광학축(Z축)을 따른 위치는 광선다발에 대한 최적의 초점 이미지면의 측정 중 하나이다. 광선다발(5764, 5766 및 5768)이 오프-축 시야각을 점점 더 크게 나타내는 반면에, 광선다발(5762)은 온-축 이미징 상태를 나타낸다. 온-축 다발(5762)에 대한 전자기 에너지(5760)의 가장 높은 집중은, 이 미지면의 전에 있는 것을 볼 수 있다. 전자기 에너지(5760)의 집중된 영역을 향해 이동하고, 그리고나서 시야 굴곡 및 난시의 고전적인 조합을 표현하면서, 증가하는 시야각만큼 이미지면(5125)을 초월한다. 이 움직임은 도 157 내지 도 162의 시스템에 대한 시야각의 함수로서 MTF저하를 유도한다. 본질적으로, 도 184 및 도 185는, 도 157 내지 도 162의 시스템에 대한 최적 초점 이미지면이 이미지면 위치의 함수로서 변화하는 것을 보여준다.
비교로서, 도 178의 시스템에 대한 이미지면(5725)의 부근에 있어서의 광선다발은, 도 185에 보여진다. 광선다발(5772, 5774, 5776 및 5778)은 좁은 넓이로 한점에 모이지 않는다. 실제로, 광선다발의 최소 폭이 Z축을 따라 폭넓은 범위에 존재하는 것처럼 보이고, 이러한 광선다발에 대한 전자기 에너지의 가장 높은 집중을 찾아내는 것은 어렵다. 또한, 시야각의 함수로서 광선다발의 폭 또는 최소 폭의 위치에 있어서 눈에 뛰는 변화는 없다. 도 185의 광선다발(5772 내지 5778)은, 도 182 및 도 183에 유사한 정보를 보여준다. 즉, 그것은, 도 178의 시스템의 필드에 의존하는 성능은 거의 없다. 바꾸어 말하면, 도 178의 시스템에 대한 최적 초점 이미지면은, 이미지면 위치의 함수가 아니다.
요소(5706)를 변경하는 특수화된 위상은, 광학요소(5106)에서 최초 광학 표면과 함께 결합될 수 있는 직각으로 분리가능한 표면 분포의 형태일 수 있다. 직각으로 분리가능한 형태는 Eq. (9)식에 의해서 주어진다.
Figure 112008079270940-PCT00022
여기에서, 이 예에 있어서 Px=Py이다. 도 178에 도시된 예에 대한 Px(x)의 방정식은, Eq.(10)에 의해서 주어진다.
Figure 112008079270940-PCT00023
여기에서 px(x)의 단위는 미크론이고, 공간 파라미터 x는 mm의 단위로 이용될 때, 광학요소(5106)의 x, y좌표와 관련된 단위없는 공간 파라미터가 정상화된다. 특수화된 표면 형태의 많은 다른 타입들은, 비가분 및 원형대칭을 포함하여 이용될 수 있다.
도 179 및 180의 출구 동공으로부터 보여지는 바와 같이, 이 특수화된 표면은, 도 158의 시스템과 비교된 도 178의 시스템의 peak-to-valley 출구 동공 광경로차(optical path difference) "OPD" 에 약 13파동(waves)을 추가한다. 도 186 및 187은, 광학요소(5106)의 2D 표면 분포 및 각각의 도 158 및 도 178의 시스템으로부터 요소(5706)를 변경하는 특수화된 위상의 등고선도를 보여준다. 도 186 및 187에 나타낸 경우에 있어서, 도 178의 요소(5706)를 변경하는 특수화된 위상의 표면 분포는, 도 158의 광학요소(5106)의 것으로부터 조금 다를 뿐이다. 이 사실은, 도 178의 요소(5706)를 변경하는 특수화된 위상에 대한 제작 마스터 형성에 있어서의 전체적인 높이와 어려움의 정도가, 도 158로부터 5106의 것보다 그만큼 크지 않다는 것을 의미한다. 원형으로 대칭형 출구 동공이 이용된다면, 도 178의 요소(5706)를 변경하는 특수화된 위상에 대한 제작 마스터를 형성하는 것은 여전히 더 쉽다. 출구 동공의 다른 형태에 이용된 웨이퍼 스케일 제작 마스터의 타입에 따라 요구될 수 있다.
웨이퍼 스케일 광학의 실제 어셈블리 허용공차는, 종래의 광학 어셈블리의 것들과 비교하여 클 수 있다. 예를 들면, 도 177에 도시된 바와 같은 공통 베이스의 두께 변화는, 공통 베이스의 비용 및 사이즈에 따라 적어도 5~20미크론이 될 수 있다. 각 결속층은 5~10미크론의 차수 위에 두께 변화를 가질 수 있다. 스페이서는, 이용되는 스페이서의 타입에 따라 몇십 미크론의 차수 위에 추가적으로 변화를 가질 수 있다. 공통 베이스의 구부림 또는 뒤틀림은 간단하게 수백 미크론이 될 수 있다. 함께 추가될 때, 웨이퍼-스케일 광학의 총 두께변화는 50~100미크론에 이를 수 있다. 만약 완전한 이미징 시스템이 완전한 검출기로 결속된다면, 그 때는 각 개개의 이미징 시스템을 재초점을 맞추는 것은 가능하지 않을 수 있다. 재초점을 맞추는 단계 없이, 두께에 있어서의 이러한 큰 변화는 이미지 품질을 큰폭으로 저하시킬 수 있다.
도 188 및 도 189는 오류초점에서 기인하는 150미크론의 조립오차가 이미징 시스템(5101)로 도입되었을 때, 도 157의 시스템상에서 조립오차로 인해 이미지 분해의 예를 나타낸다. 도 188은 조립오차가 이미징 시스템으로 존재하지 않을 때, MTF(5790 및 5792)를 보여준다. 도 188에 도시된 MTF는 도 159에 도시된 것들의 부분집합입니다. 도 189는 150미크론에 의한 도 157의 이미지면의 움직임으로서 모델화된 조립오차의 150미크론의 실재에 있어서의 MTF(5794 및 5796)를 보여준다. 이와 같은 큰 에러와 함께, 심각한 오류초점은 존재하고, MTF(5796) 출력 제로이다. 도 157의 이미징 시스템에 대한 웨이퍼-스케일 조립 프로세스에 있어서 이와같은 큰 오차는, 매우 낮은 산출고로 연결된다.
도 178의 시스템상에 조립오차의 영향은, 도 178의 이미징 시스템(5700)에 의해 설명된대로 변경 요소를 특수화된 위상의 실현을 통해서 감소될 수 있고 그리고 도 190 및 도 191에 도시된대로 개량된 MTF와 관련된다. 도 190은 조립오차가 이미징 시스템에 나타나지 않을 때, 각각의 신호처리 전후의 MTF(5798 및 5800)를 보여준다. MTF(5798)는 도 182에 도시된 MTF의 부분집합이다. 신호 처리 후의 모든 이미지 필드로부터의 MTF(5800)는 높다는 것을 도 190에서 관찰할 수 있다. 도 191은 조립오차의 150미크론 앞에서 각각의 신호처리 전후의 MTF(5802 및 5804)를 보여준다. MTF(5802 및 5804)는 MTF(5798 및 5800)와 비교하여 소량으로 감소하는 것을 관찰할 수 있다. 그러므로, 도 178의 이미징 시스템(5700)으로부터의 이미지(5744)는 단지 웨이퍼-스케일 조립에 있어서 본래의 큰 조립 오차에 의해 하찮게 영향을 받을 것이다. 따라서, 위상 변경 요소 및 웨이퍼-스케일 광학에 있어서의 신호처리의 특수화된 이용은, 중요한 이점을 제공할 수 있다. 심지어 큰 웨이퍼-스케일 조립 허용오차와 함께, 도 178의 이미징 시스템(5700)의 산출고는, 이 시스템으로부터의 이미지 해상도가 도 158에 묘사된 종래 시스템보다 일반적으로 우수하다는 것을, 심지어 제조에러가 없는 것을 높이 제안할 수 있다.
위에서 서술된 것처럼, 이미징 시스템(5700)의 신호처리기(5740)는, 이미지로부터의 요소(5706)를 변경하는 특수화된 위상에 의해 도입된 얼룩(blur)과 같은 이미징 효과를 없애기 위해 신호처리를 실행할 수 있다. 신호처리기(5740)는 2D 선형필터를 이용하는 이러한 신호처리를 실행할 수 있다. 도 192는 하나의 2D 선형필 터의 3D 등고선 도면을 보여준다. 2D 선형디지털필터는 도 178에 도시된 것처럼 검출기와 같은 실리콘 회로로 최종이미지를 생산하기 위해 필요한 모든 신호처리를 실행하는 것이 가능한 이와같은 작은 핵(kernel)을 갖는다. 이 증가된 통합은 가장 낮은 비용과 가장 조밀한 실행을 허락한다.
이 같은 필터는 도 190 및 도 191에 도시된 이미징 시스템(5700)의 수의 표현으로 이용된다. 웨이퍼-스케일 배열에 있어서의 모든 이미징 시스템에 대한 하나의 필터만의 사용은 요구되지 않는다. 실제로, 배열에 있어서 다른 이미징 시스템에 대한 신호처리의 다른 세트를 이용하는 것은 특정 상황에 있어서 이점이 될 수 있다. 종래 광학계와 함께, 지금 행해진 것처럼 재초점을 맞추는 단계 대신에, 신호처리단계가 이용될 수 있다. 이 단계는 예를 들어 특수화된 목표물 이미지로부터의 다른 신호처리를 수반할 수 있다. 또한 단계는 그 특정 시스템의 오차에 따른 주어진 이미징 시스템에 대한 특정 신호처리의 선택을 포함할 수 있다. 테스트 이미지는, 다른 신호처리 파라미터를 결정하는데 또는 사용을 위해 세트하는데 다시 이용될 수 있다. 그 시스템의 특정오차에 따라, 싱귤레이션(singulation)후, 각 웨이퍼-스케일 이미징 시스템에 대한 선택적 신호처리를 함으로써, 전반적인 산출은 신호처리가 공통 베이스상에 모든 시스템 위에 균일할 때, 가능한 이상으로 증가할 수 있다.
도 178의 이미징 시스템이 도 158의 이미징 시스템보다 조립오차에 더 무감각한 이유는, 도 193 및 도 194와 관련하여 기술된다. 도 193은 도 157의 이미징 시스템(5101)에 대한 70lp/mm에서 초점을 통한 MTF(5806)를 보여준다. 도 194는 도 178의 이미징 시스템(5700)에 대한 초점을 통한 MTF(5808)의 같은 타입을 보여준다. 도 157의 시스템에 대한 초점을 통한 MTF(5806)는 한결같은 50미크론 이동에 대해서 좁다. 게다가, 초점을 통한 MTF는 이미지면 위치의 함수로서 이동한다. 도 194는 도 159 및 184에 도시된 시야굴곡의 또 하나의 실시예이다. 이미지면 움직임의 단지 50미크론과 함께, 이미징 시스템(5101)의 MTF는 상당히 변화하고, 질이 안좋은 이미지를 생산한다. 이미징 시스템(5101)은 이미지면 움직임 및 조립오차에 감도의 상당한 정도를 가지고 있다.
도 178의 시스템으로부터의 초점을 통한 MTF(5808)는 비교적 매우 넓다. 50, 100, 150미크론 이미지면 이동 또는 조립오차에 대해, MTF(5808)는 아주 조금 변하는 것을 볼 수 있다. 시야굴곡은 또한 색수차와 온도 관련 수차(후의 두 개의 현상은 도 193에 도시되지 않지만)로 매우 낮은 값이다. 넓은 MTF를 갖는 것에 의해, 조립오차의 감도는 크게 감소한다. 도 179에 도시된 것 외에 다양한 다른 출구 동공은 무감각한 이런 타입을 생산할 수 있다. 다수의 특정 광학 구성은, 이러한 출구 동공을 생산하는데 이용될 수 있다. 도 179의 출구 동공에 의해 보여진 도 178의 특정 이미징 시스템은 단지 일실시예이다. 몇몇의 구성은, 요구된 사양조건의 균형을 잡고, 큰 시야와 조립오차상에 높은 이미지 품질을 이루기 위해초래하는 출구 동공은 웨이퍼-스케일 광학에서 흔히 발견되는 것을 나타낸다.
이전 단락에서 서술된 것처럼, 웨이퍼-스케일 조립은 서로의 꼭대기 상에 복수의 광학요소를 포함하는 공통 베이스의 층을 두는 것을 포함한다. 그렇게 조립된 이미징 시스템은, 또한 복수의 검출기를 포함하는 공통 베이스의 꼭대기상에 직접 놓여질 수 있고, 그것에 의해 분리하는 동작동안에 분리된 몇개의 완전한 이미징 시스템(광학 및 검출기)을 제공한다.
그러나, 이 접근은 아마도 개개의 광학요소 및 광학 조립과 검출기 사이에서 간격을 제어하도록 설계된 요소에 대한 필요로부터 나빠진다. 이러한 요소는 통상 스페이서라 불리고 있고, 그리고 이들은 통상 광학요소 사이의 에어 갭을 제공한다(그러나 항상 그렇다고는 할 수 없다). 스페이서는 비용을 추가하고, 결과적으로 생기는 이미징 시스템의 산출고 및 신뢰성을 감소한다. 다음의 실시예는 스페이서의 필요를 없애고, 물리적으로 강한 이미징 시스템을 제공하고, 조정을 쉽게, 그리고 실행될 수 있는 광학 표면의 수보다 높으므로 잠재적으로 감소된 총 트랙 길이와 보다 높은 이미징 성능을 나타낸다. 이러한 실시예는 광학 시스템 설계자에게 정밀하게 얻어질 수 있는 광학요소들 사이의 거리보다 더 넓은 범위를 제공한다.
도 195는 스페이서가 조립의 한쪽 면(또는 양쪽 면)에 위치한 벌크재료(5812)로 대체된 조립된 웨이퍼-스케일 광학요소(5810)의 단면도를 보여준다. 벌크재료(5812)는 광학요소(5810)를 복제하는데 이용된 재료의 지수로부터 상당히 다른 굴절률을 가져야 하고, 상기 서술한 것처럼, 소프트웨어 툴을 사용하는 광학 도안을 최적화할 때 그 존재는 고려되어야 한다. 벌크재료(5812)는 단일결정으로 된 스페이서로서 작용하고, 따라서 요소의 사이에서 개개의 스페이서에 대한 수요를 제거한다. 벌크재료(5812)는 높은 균일성과 저비용 제조를 위해 광학요소(5810)를 포함하는 공통 베이스(5814) 상에 스핀코트(spin-coated)될 수 있다. 개개의 공통 베이스는 그리고 서로 직접 접촉하여 놓여지고, 조정 프로세스를 단순화 하고, 그 것을 실패와 절차적 에러에 의해 덜 영향을 받게 하고, 총 제조 산출고를 증가시킨다. 게다가, 벌크재료(5812)는 완전한 이미징 시스템의 총 트랙을 잠재적으로 감소시키는 공기의 것보다 상당히 더 크게 굴절률을 가질 수 같다. 실시예에 있어서, 복제된 광학요소(5810)와 벌크재료(5812)는 열팽창, 응결과 딱딱함, 그러나 다른 굴절 지수인, 동일한 계수의 중합물이다.
도 196은 앞서 서술된 웨이퍼-스케일 이미징 시스템으로부터의 섹션 중 하나를 보여준다. 섹션은 벌크재료(5822)에 의해 둘러싸인 복제된 광학요소(5820)를 구비하는 공통 베이스(5824)를 포함한다. 공통 베이스(5824)의 한쪽 면 또는 양쪽 면은, 벌크재료(5822)의 유무에 관계없이 복제된 광학요소(5820)를 포함할 수 있다. 복제된 요소(5820)는 공통 베이스(5824)의 표면으로 또는 위로 형성될 수 있다. 구체적으로는, 표면(5827)이 공통 베이스(5824)의 표면을 정의한다면, 그 때 요소는 공통 베이스(5824)를 형성된 것처럼 고려될 수 있다. 선택적으로, 표면(5826)이 공통 베이스(5824)의 표면을 정의한다면, 그 때 요소(5820)는 공통 베이스(5824)의 표면(5826) 위에 형성되고 있는 것처럼 고려될 수 있다. 복제된 광학 요소는, 예술에서의 스킬로 알려져 있는 기술을 이용하여 만들어질 수 있고, 그리고 이들은 형태 및 재료 사이의 굴절 지수에 있어서의 차이점에 따라 요소를 모으거나 분기할 수 있다. 또한 광학요소는 원뿔, 파면코딩, 주기적 비대칭일 수 있고, 또는 이들은 회절요소 및 홀로그래픽요소를 포함하는 임의의 모양과 형태의 광학요소일 수 있다. 또한 광학요소는 분리될 수 있고(예를 들면, 5810(1)) 또는 결속될 수 있다(예를 들면, 5810(2)). 또한 광학요소는 공통 베이스로 통합될 수 있고 그리고/또는 이들은 도 196에 도시된 것처럼 벌크재료의 확장일 수 있다. 실시예에 있어서, 공통 베이스는 눈에 띄는 파장에서 투명한 유리로 구성되어 있지만 적외선 및 아마도 자외선 파장에서도 흡수적이다.
상기 실시예는 요소들 사이의 스페이서의 사용을 요구하지 않는다. 실제로, 스페이싱은 광학 시스템을 구성하는 몇 개의 구성요소들의 두께에 의해 제어된다. 도 195로 돌아가 참조하면, 시스템의 스페이싱은, 두께 ds(공통 베이스), d1(광학요소(5810(2)를 겹치는 벌크재료), dc(복제된 광학요소(5810(2)의 베이스) 및 d2(광학요소(5810(1)를 겹치는 벌크재료)에 의해 제어된다. 거리 d2는 각각의 광학 요소상에 광학요소(5810(1))의 두께 및 벌크재료(5812)의 두께인 da 및 db 개개의 두께의 합으로서 또한 나타낼 수 있다. 게다가, 여기에 나타낸 두께는 제어될 수 있는 다른 두께의 전형적인 것이고, 총 스페이싱 제어를 위해 이용될 수 있는 모든 가능한 두께의 소모적인 리스트를 반드시 나타내지는 않는다. 어떤 구성하는 요소들 중 하나는, 예를 들면, 두께상에 추가 제어와 함께 디자이너를 제공하는 두 개의 요소로 분리될 수 있다. 요소들 사이에서 수직 간격에 있어서 추가적인 정밀도는, 기술에 있어서 능숙한 것으로 잘 알려진 것처럼, 높고 낮은 굴절률 재료로 포함된 원주 또는 실린더(예를 들면, 섬유)의, 제어된 직경 구면의 이용에 의해 성취될 수 있다.
도 197은 검출기(5838)를 포함하는 웨이퍼스케일 이미징 시스템(5831)의 배열을 보여주고, 스페이서의 제거가 검출기(5838)를 지원하는 공통베이스(5834(2))를 위한 이미징 시스템(5831)을 도처에 확장할 수 있는 것을 보여준다. 도 195에 있어서, 복제된 광학요소(5810) 사이의 스페이싱은 공통 베이스 두께인 ds에 의해 제어된다. 도 198은 광학요소(5830)사이에 발생할 수 있는 가장 가까운 수직 스페이싱이 벌크재료(5832)의 두께 d2에 의해 제어되는 대체 실시예를 보여준다. 도 197에서 요소의 지수 중 다중 치환이 가능하고, 격리된 광학요소(5830)는 도 195 및 도 197의 예에 있어서 이용되는 것을 명심하길 바란다. 그러나 광학요소(5820)와 같이 결속된 요소는 이용될 수 있고, 공통 베이스(5834(1))의 두께는 스페이싱을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 이미징 시스템에서 광학요소 존재는, 도 166에 도시된 그리고 상기에 서술된 것처럼 주요 광선 각도 정정자(CRAC:chief ray angle corrector) 요소를 포함할 수 있는 것을 더욱이 명심하길 바란다. 결국, 광학요소(5830), 벌크재료(5832), 공통베이스(5834)는 어떤 웨이퍼스케일 요소에서 반드시 존재할 필요는 없다. 이러한 요소들의 하나 이상은, 광학 도안의 요구에 따라 빠질수 있다.
도 198은 공통 베이스(5860)상에 형성된 검출기(5862)를 포함하는 웨이퍼스케일 이미징 시스템(5850)의 배열을 보여준다. 웨이퍼스케일 배열된 이미징 시스템(5850)은 스페이서의 이용을 요구하지 않는다. 광학요소(5854)는 공통베이스(5852)상에 형성되고, 광학요소(5852) 사이의 영역은 벌크재료(5856)와 함께 채워진다. 벌크재료(5856)의 두께 d2는, 광학요소(5854)의 표면으로부터 검출기(5860)까지의 거리를 제어한다.
복제된 광학 중합물의 이용은, 예를 들면, 에어 갭이 광학요소 사이에서 요 구되지 않는 새로운 구성을 더욱 더 가능하게 한다. 도 199 및 도 200은 다른 굴절 지수를 갖는 두 개의 중합물이 에어 갭이 없는 것을 갖는 이미징 시스템을 만들도록 형성되는 구성을 나타낸다. 교차하는 층을 위해 이용된 재료들은, 이들의 굴절 지수 사이에서의 차이가, 각 인터페이스에서 프레넬(Fresnel)손실 및 반사를 최소화하기 위해 주어진 주의와 함께 각 표면의 요구된 광파워를 제공하기에 충분히 크게 선택될 수 있다. 도 199는 웨이퍼스케일 이미징 시스템의 배열(5900)의 단면도를 보여준다. 각 이미징 시스템은 공통베이스(5903)상에 형성된 층을 이룬 광학요소(5904)를 포함한다. 층을 이룬 광학요소(5904)의 배열은 공통베이스(5903)상에 순차적으로(즉, 처음으로 층을 이룬 광학요소(5904(1)) 및 마지막으로 층을 이룬 광학요소(5904(7)) 형성될 수 있다. 그 때 층을 이룬 광학요소(5904) 및 공통베이스(5903)는 공통베이스(미도시) 상에 형성된 검출기로 결속될 수 있다. 이와는 달리, 공통베이스(5903)는 검출기의 배열을 포함하는 공통베이스 일 수 있다. 층을 이룬 광학요소(5904(5))는 요철렌즈(meniscus) 요소일 수 있고, 요소(5904(1) 및 5904(3))는 양면볼록(biconvex) 요소일 수 있고, 요소(5902)는 회절 또는 프레넬(Fresnel) 요소일 수 있다. 추가적으로, 요소(5904(4))는 평면/평면 요소일 수 있고 평면요소의 유일한 함수는 이미징을 위한 적절한 광학 경로 길이에 대해 허용하는 것이다. 이와는 달리, 층을 이룬 광학요소(5904)는 공통베이스(5903)상에 직접 역순으로(즉, 처음의 광학요소 5904(7) 및 마지막 광학요소 5904(1)) 형성될 수 있다.
도 200은 배열된 이미징 시스템의 부분으로서 형성된 단일 이미징 시스 템(5910)의 단면 설명도를 보여준다. 이미징 시스템(5910)은, CMOS촬영장치와 같은 고체소자 이미지 검출기를 포함하는 공통베이스(5914)상에 형성된 층을 이룬 광학요소(5912)를 포함한다. 층을 이룬 광학요소(5912)는 대체 굴절 지수의 개별 층의 몇개의 수를 포함한다. 각 층은 공통베이스(5914)와 가장 가까운 광학요소로부터 시작하는 광학요소의 순차적 구성에 의해 형성될 수 있다. 다른 굴절 지수를 갖는 중량물은 함께 조립되는 광학 조립의 예로서, 도 1B, 2, 3, 5, 6, 11, 12, 17, 29, 40, 56, 61, 70, 79에 대하여는 상기 서술된 것들을 포함하면서 층을 이룬 광학요소를 포함한다. 추가적인 예로 도 201 및 도 206에 대하여는 바로 이후에 서술된다.
도 199 및 도 200에 나타낸 도안 개념은 도 201에 도시된다. 이 예에 있어서, 두 개의 재료는 nhi=2.2, 및 nlo=1.48, 및 Vhi=Vlo=60 인 아베수의 굴절 지수를 가지도록 선택된다. nlo 에 대한 1.48의 값은, 광학 품질 UV 치료가능한 졸-겔(sol-gels)에 대해 상업적으로 이용가능하고, 즉시 도안으로 실행될 수 있으며, 층 두께는 낮은 흡수 및 높은 기계가공 통합과 함께 일미크론에서 몇백 미크론까지의 범위에 이른다. nhi 에 대한 2.2의 값은, 중합물 행렬에 있어서의 TiO2 나노입자를 끼워 넣음으로써 이뤄진 높은 지수 중합물의 문헌 보고서와 일치된 논리적인 상한으로서 선택되었다. 도 201에 도시된 이미징 시스템(5920)은, 층을 이룬 광학요소(5924)의 개별 층 5924(1)과 5924(8) 사이의 8개 굴절 지수 변화를 포함한다. 이들 변화의 비구면 곡률은, TABLE 47 에 리스트된 계수를 이용해 기술된다. 층을 이룬 광학요 소(5924)는 검출기(5926)에 대해 카버플레이트로서 이용될 수 있는 공통베이스(5925)상에 형성된다. 제1 표면에 주목해보면, 구경조리개(5922)는 곡면을 가지지 않는 것으로 대체되고, 결과적으로, 나타낸 이미징 시스템은 패키징을 용이하게 할 수 있는 완전히 직각의 기하학적 배열을 갖는다. 층 5924(1)은 이미징에 있어서 주요 초점을 맞추는 요소이다. 나머지 층 5924(2)~5924(7)은 다른 효과들 가운데 시야 곡면 보정, 주요 광선 제어 및 색수차 제어를 가능케 함으로써 개량된 이미징에 대해 허용한다. 각 층은 극미하게 얇은 수 있는 한계에 있어서, 이와같은 구조는 이미지 특성 및 텔레센트릭(telecentric) 이미징조차도 매우 정확한 제어를 허용하는 연속적으로 선별된 지수에 접근할 수 있다. 벌크층(층 5924(2) 및 5924(3) 사이)에 대한 낮은 지수 소재의 선택은 시야각 내에 광선의 팬(fan)이 더 빠르게 퍼져나가는 것을 이미지 검출기 영역에 매치하는 것을 허용한다. 이 의미에 있어서, 여기서 낮은 지수 소재의 사용은 광학 트랙의 압출률을 더 크게 허용한다.
도 202 내지 205는 이후에 더 상세히 서술되는 바와 같이 도 201에 도시된 이미징 시스템(5920)에 대한 다양한 광학 성능 매트릭스의 수적인 모델링 결과를 보여준다. TABLE 48은 몇개의 주요한 광학 매트릭스를 강조한다. 특별히, 광 시야각(70°), 짧은 광학 트랙(2.5mm) 및 낮은 f/#(f/2.6)는, 예를 들면, 핸드폰 기구에 이용된 카메라 모듈을 위해 이 시스템은 이상적으로 만든다.
굴절률 반 직경 (mm) 층 중심두께(mm) A1(r2) A2(r4) A3(r6) A4(r8) A5(r10) Sag (μm, P-V)
5924(1) 1.48 0.300 0.110 0 0 0 0 0 0
5924(2) 2.2 0.377 0.095 0.449 0.834 -1.268 -5.428 -35.310 73
5924(3) 1.48 0.381 1.224 0.035 0.370 1.288 -10.063 -52.442 9
5924(4) 2.2 0.593 0.135 0.077 -0.572 -0.535 -0.202 -3.525 90
5924(5) 1.48 0.673 0.290 -0.037 0.109 -0.116 -0.620 0.091 29
5924(6) 2.2 0.821 0.059 -0.009 0.057 0.088 -0.004 -0.391 16
5924(7) 1.48 0.821 0.128 0.019 -0.071 -0.115 -0.101 0.057 67
5924(8) 2.2 0.890 0.025 -0.178 0.091 0.093 0.006 0 54
TABLE 47
광학적 세부사항 (Optical Specifications) 타겟 (Target) 온축 (On axis)
Avg. MTF @ Nyquist/2, 온축 > 0.3 0.624
Avg. MTF @ Nyquist/2, 수평 > 0.3 0.469
Avg. MTF @ Nyquist/4, 온축 > 0.4 0.845
Avg. MTF @ Nyquist/4, 수평 > 0.4 0.780
Avg. MTF @ Nyquist/2, 코너 > 0.1 0.295
관련 묘사 @ 코너 > 45% 52.8%
최대 광학 왜곡 ±5% -5.35%
총 광학 트랙 < 2.5mm 2.50mm
작업 F/# 2.5-3.2 2.60
유효 초점 거리 - 1.65
사선(대각선) 시야각 > 70° 70.0°
최대 주요 광선 각도(CRA) < 30° 30°
TABLE 48
도 202는 이미징 시스템(5920)의 MTF의 도면(5930)을 보여준다. 공간주파수 차단은 3.6μm픽셀사이즈를 이용하는 층 차단(즉, 그레이스케일(grayscale) 나이퀴스트(Nyquist) 주파수의 절반)과 함께 구성되도록 선택된다. 도면(5930)은, 이미징 시스템(5920)의 공간주파수 반응이, 도 158의 이미징 시스템(5101)에 도시된 것과 비교되는 반응보다 우수하다는 것을 보여준다. 개량된 성능은, 도 158에 예시된 시스템의 경우와 같이, 얇은 공통베이스의 넓은 직경의 기계가공 보전때문에 이용될 수 있는, 공통베이스의 최소 두께상에 근본적인 제약이 있는, 조립된 공통베이스를 이용하는 방법을 가지고 이룰 수 있는 것보다, 도 201과 관련된 구성 방법을 이용 하는 광학 표면의 더 높은 수의 실행의 용이함을 위해 우선 분배될 수 있다. 도 203은 이미징 시스템(5920)에 대한 시야를 통한 MTF의 변화의 도면(5935)을 보여준다. 도 204는 초점을 통한 MTF의 도면(5940)을 보여주고, 도 205는 이미징 시스템(5920)의 격자 왜곡의 도면(5945)을 보여준다.
상기 서술된 바와 같이, 굴절 지수의 큰 차이를 갖는 중합물을 선택하는 이점은, 각 표면에 요구된 최소 곡면이다. 그러나, 결점은, 1.9를 초과하는 굴절 지수를 갖는 중합물의 전형적인 높은 흡수와 각 인터페이스에서 큰 프레넬 손실을 포함하는 큰 △n 을 갖는 재료를 이용하는데 있다. 낮은 손실은, 높은 지수 중합물이 1.4 및 1.8 사이의 굴절 지수 값을 갖는데 있다. 도 206은 nlo=1.48 및 nhi=1.7의 굴절 지수를 갖는 재료를 이용한 이미징 시스템(5960)을 보여준다. 이미징 시스템(5960)은 층을 이룬 광학요소(5964)의 표면층 5964(1)상에 형성된 조리개(5962)를 포함한다. 층을 이룬 광학요소(5964)는 검출기(5968)에 대한 커버플레이트로서 이용될 수 있는 공통베이스(5966)상에 형성된 광학요소(5964(1)~5964(8))의 개별의 층 8개를 포함한다. 이러한 광학요소의 비구면 굴곡은, TABLE 49에 리스트된 계수 및 TABLE 50에 리스트된 이미징 시스템(5960)에 대한 상세사항을 이용하는데 기술된다.
이동 인터페이스의 굴곡은, 도 201의 것들과 비례하여 매우 비대해진 것을 도 206에서 관찰할 수 있다. 게다가, 도 207의 시야를 통한 MTF 도면(5970) 및 도 208의 초점을 통한 MTF 도면(5975)에 도시된 MTF에 있어서 약간 감소해 있다. 그러 나, 이미징 시스템(5960)은, 도 158의 조립된 이미징 시스템(5101)의 공통베이스 상에 이미징 성능에 있어서 두드러진 개량을 제공한다.
도 201 내지 도 205 및 도 206 내지 도 208에 나타낸 도안은, 웨이퍼스케일 복제 기술과 함께 양립할 수 있다는 사실에 주목할 만하다. 대처하는 굴절 지수를 갖는 층을 이룬 재료의 이용은, 에어갭을 갖지 않는 완전한 이미징 시스템을 허용한다. 복제된 층의 이용은 유리 공통베이스의 이용이 가능한 것보다 만들어진 요소에서 더 얇고 더 동적인 비구면 굴곡을 허용한다. 명심할 것은 이용된 재료의 수에 제한이 없다는 것이고, 중합물을 통한 분산으로부터의 색수차를 더 감소하는 굴절율을 선택하는 이점이 될 수 있다.
굴절률 반 직경 (mm) 층 중심두께 (mm) A1 (r2) A2 (r4) A3 (r6) A4 (r8) A5 (r10) A6 (r12) A7 (r14) A8 (r16) Sag (μm, P-V)
5964 (1) 1.48 0.300 0.043 0.050 -0.593 -2.697 -7.406 230.1 2467 6045 -2.7e5 0
5964 (2) 1.7 0.335 0.191 0.375 0.414 3.859 -10.22 -520.8 -4381 1.55e4 2.8e5 73
5964 (3) 1.48 0.354 0.917 -0.538 -1.22 2.58 -17.15 -260.5 -1207 2529 -9.96e4 9
5964 (4) 1.7 0.602 0.156 -0.323 0.023 -0.259 -2.57 1.709 8.548 7.905 -19.1 90
5964 (5) 1.48 0.614 0.174 -0.674 0.125 -0.038 0.308 -3.03 -7.06 3.07 45.76 29
5964 (6) 1.7 0.708 0.251 0.0716 -0.0511 -0.568 0.182 1.074 0.159 -0.981 -7.253 16
5964 (7) 1.48 0.721 0.701 -0.491 0.019 0.124 -0.061 0.103 -0.735 -0.296 1.221 67
5964 (8) 1.7 0.859 0.025 -1.028 0.731 0.069 0.037 -0.489 0.132 0.115 0.161 54
TABLE 49
광학적 세부사항 (Optical Specifications) 타겟 (Target) 온축 (On axis)
Avg. MTF @ Nyquist/2, 온축 > 0.3 0.808
Avg. MTF @ Nyquist/2, 수평 > 0.3 0.608
Avg. MTF @ Nyquist/4, 온축 > 0.4 0.913
Avg. MTF @ Nyquist/4, 수평 > 0.4 0.841
Avg. MTF @ Nyquist/2, 코너 > 0.1 0.234
관련 묘사 @ 코너 > 45% 73.4%
최대 광학 왜곡 ±5% -12.7%
총 광학 트랙 < 2.5mm 2.89mm
작업 F/# 2.5-3.2 2.79
유효 초점 거리 - 1.72
사선(대각선) 시야각 > 70° 70.0°
최대 주요 광선 각도(CRA) < 30° 30°
TABLE 50
도 209는, 시야각 외측 물체로부터 방사된 또는 반사된 것처럼 전자기 에너지로부터 발생하는 이미지에 있어서의 인공물 뿐만 아니라 빗나간 전자기 에너지를 제어하기 위해, 시스템(5960)과 같은 이미징 시스템의 비투명 차폐판 및 조리개로서 이용될 수 있는 층(5980)을 차단하고 또는 흡수하는 전자기 에너지의 이용을 나타낸다. 이러한 층의 구성은 금속을 함유한, 중합의, 염료에 베이스을 둔 것일 수 있다. 이러한 각 차폐는 반사를 약화시키거나, 시야 밖의 물체(예를 들면, 태양)로부터 원하지 않는 빗나간 빛을 흡수하거나 또는 이전 표면으로부터의 반사를 흡수한다.
가변 직경은 가변 투과율 소재를 활용함으로써, 예를 들면, 도 158, 166, 201, 206 및 209에 도시된 어떤 시스템으로 조직될 수 있다. 이 구성의 일실시예로서, 예를 들면, 전계의 면전에서 가변의 투과율을 갖을 수 있는 구경조리개(예를 들면, 도 206의 요소(5962))에서 전자기 소재(예를 들면, 텅스텐 산화물(WO3) 또는 감청색 안료(PB)의 조합)를 이용할 수 있다. 적용된 필드의 면전에서 WO3는, 예를 들면, 청색 소재를 만드는 대부분의 적색 및 녹색 밴드를 통해 대량으로 흡수하기시작할 것이다. 원형의 전계는 구경조리개에서 소재의 층을 적용할 수 있다. 적용된 필드의 강점은 흡수하는 조리개의 직경을 결정할 수 있다. 밝은 빛 조건에 있어서, 강한 필드는 이미지 해상도를 증가시키는 것에 의해 감소하는 구경조리개의 영향을 가질 수 있는 전송 구역의 직경을 감소시킬 것이다. 낮은 빛의 환경에 있어서, 필드는 이미징의 용량을 모으는 빛을 최대화하는 것에 의해, 최적 구경조리개 직경을 허용하도록 격감될 수 있다. 이러한 필드 격감은 이미지 선명도를 감소시키지만, 이러한 영향은 인간의 눈에서 발생하는 현상과 같이 낮은 조명 조건에서 전형적으로 기대된다. 또한, 구경조리개의 엣지는 현재 소프트(금속 또는 염료에서 발생하는 날카로운 변이와는 대조적으로)하기 때문에, 조리개는 구경조리개 주변의 회절로 인해 이미지 인공물을 최소화하도록 다소 애포다이즈(apodize)될 것이다.
상기 서술된 바와 같이 배열된 이미징 시스템의 구성에 있어서, 예를 들면, 8인치 또는 12인치 제작 마스터와 같은 제작 마스터의 표면상의 배열로서, 광학요소(즉, 템플릿(template))를 형성하는 것에 대한 복수의 특징들을 구성하는 것이 바람직 할 수 있다. 제작 마스터로 조직될 수 있는 광학요소의 예로는 굴절 요소, 회절 요소, 반사 요소, 회절 격자, GRIN 요소, 서브파장 구조, 무반사 코팅 및 필터를 포함한다.
도 210은 점선 직사각형(6002)으로 확인되는 일부로서, 광학요소(즉, 광학요 소를 형성하기 위한 템플릿)를 형성하기 위한 복수의 특징을 포함하는 전형적인 제작 마스터(6000)를 보여준다. 도 211은 직사각형(6002)내에 광학요소를 형성하기 위한 특징에 관해서 추가적인 상세를 제공한다. 광학요소를 형성하기 위한 복수의 특징(6004)은 매우 정밀한 행열 관계의 제작 마스터(6000) 상에 형성될 수 있다. 일예로서, 행열 요소의 위치적 정렬은 X, Y, Z 방향의 단지 10나노미터로 이상적인 정밀도로 변화할 수 있다.
도 212는 제작 마스터(6000)에 관련하는 축의 움직임의 일반적인 정의를 보여준다. 주어진 제작 마스터 표면에 대해, X 및 Y축은 제작 마스터 표면(6006)과 평행의 면에서 직선 이동에 해당한다. Z축은 제작 마스터 표면(6006)과 직각인 방향에서 직선 이동에 해당한다. 추가적으로, A축은 X축에 대해 회전에 해당하고, B축은 Y축에 대해 회전에 해당하고, C축은 Z축에 대해 회전에 해당한다.
도 213 내지 도 215는 기판상에 단일 광학요소를 형성하기 위한 기계 특징에 이용될 수 있는 종래의 다이아몬드 회전 구성을 보여준다. 특히, 도 213은 기판(6016)상에 특징(6014)을 구성하기 위해 구성된 공구기둥(6012)상에 공구팁(tool tip:첨단에 붙이는 물건)을 포함하는 종래의 다이아몬드 회전 구성(6008)을 보여준다. 대시선(6018)은 기판(6016)의 회전축을 나타내고, 라인(6020)은 특징(6014)을 형성하는데 있어서 취해진 공구팁(6010)의 경로를 나타낸다. 도 214는 공구팁(6010)의 공구팁 절단 엣지(6022)의 상세를 보여준다. 공구팁 절단 엣지(6022)에 대해, 본래의 유극 각도(Θ)(도 215 참조)는 공구팁(6010)을 이용하여 절단할 수 있는 가능한 특징의 가파름을 제한한다. 도 215는 공구팁(6010)의 측면도 및 공구 기둥(6012)의 일부를 보여준다.
도 213 내지 도 215에 도시된 것처럼 구성을 이용하는 다이아몬드 회전 프로세스는, 예를 들면, 단일 굴절요소와 같은 축으로 대칭인 표면, 단일 온축의 구성을 위해 이용될 수 있다. 배경 기술에서 언급한 것처럼, 8인치 제작 마스터의 알려진 일실시예는 광학요소와 같은 하나 또는 몇개(예를 들어 3개 또는 4개)를 갖는 부분적 제작 마스터를 형성하는 것에 의해 형성되고, 그 때 전체의 8인치 제작 마스터에 걸쳐서 광학요소를 형성하기 위한 특징의 배열을 "스탬프(stamp)"를 위해 부분적 제작 마스터를 이용하는 것이다. 그러나, 이와 같은 종래 기술 기법은 미크론의 배수의 지수상에 구성 정밀도 및 허용공차 위치조정을 초래하고, 이것은 웨이퍼스케일 이미징 시스템에 대한 광학 허용공차 조정을 이루는 것에 불충분하다. 실제로, 제작 마스터를 걸쳐서 광학요소의 배열을 형성하기 위한 복수의 특징의 구성을 위해 프로세스를 채택하는 것은 어려울 수 있다. 예를 들면, 서로에 대하여 특징의 적절한 위치조정 정확성을 이루기 위해 정확하게 제작 마스터를 지적하는 것은 어렵다. 제작 마스터의 중심으로부터 떨어진 특징을 구성하기 위해 시도할 때, 제작 마스터는 제작 마스터를 붙잡고 회전하는 척(손잡이) 상에 균형이 잡히지 않는다. 이 척 상에 비균형 하중의 영향은, 위치적 정확성 문제를 악화시킬 수 있고, 특징의 구성 정밀도를 감소시킬 수 있다. 이러한 기술을 이용하면, 서로에 관련하는 특징들로서 결정된 그리고 제작 마스터 상에, 수십 미크론 지수 상에, 위치조정 정확성을 이루는 것이 오로지 가능하다. 광학요소를 형성하기 위한 특징의 제조에 있어서의 요구된 정밀도는 수십 나노미터(예를 들면, 전자기 에너지 세력의 파장 지수 상에)의 지수 상에 있다. 바꾸어 말하면, 종래 기술을 사용하여 전체 제작 마스터에 걸쳐서 광학 허용공차에 위치조정 정확성 및 구성 정밀도를 갖는 큰(예를 들면, 8인치 또는 더 큰) 제작 마스터를 차지하는 것은 가능하지 않다. 그러나, 여기에 서술된 수단을 따라서 제조의 정밀도를 향상시키는 것은 가능하다.
다음의 기재는, 다양한 실시예에 따른, 제작 마스터 상에 광학요소를 형성하기 위한 복수의 특징을 제조하기 위한 방법 및 구성을 제공한다. 웨이퍼스케일 이미징 시스템(예를 들면, 도 3에 도시된 것들)은, Z방향의 층을 이룬 다중 광학요소를 일반적으로 요구하고, X, Y방향(또한 "보통 배열"로 불리는)의 제작 마스터에 걸쳐서 분포된다. 예를 들면, 제작 마스터에 관련하여 X, Y, Z방향의 해상도에 대해 도 212를 보길 바란다. 층을 이룬 광학요소는, 예를 들면, 단면 글라스 웨이퍼, 양면 글라스 웨이퍼 및/또는 순차적으로 층을 이룬 광학요소를 갖는 그룹(군)으로서 형성될 수 있다. 하기 서술된 것처럼, 제작 마스터 상에 광학요소를 형성하기 위해 다수의 특징을 제공하는 개량된 정밀도는, 높은 정밀도 제작 마스터의 이용에 의해 제공될 수 있다. 예를 들면, 4개 층의 각각에 있어서 ±4미크론(제로 수단을 취하는 4시그마 변화에 대응하는)의 Z방향에 있어서의 변화는, 그룹에 대한 ±16미크론 의 Z변화의 결과를 초래한다. 작은 픽셀(예를 들면, 2.2미크론보다 적은) 및 빠른 광학(예를 들면, f/2.8 또는 더 빠른)을 갖는 이미징 시스템을 적용했을 때, 이와 같은 Z변화는 4개의 층으로부터 조립된 웨이퍼스케일 이미징 시스템의 큰 분수에 대한 초점 손실의 결과를 초래한다. 이와 같은 초점 손실은 웨이퍼스케일 카메라의 보정을 어렵게 한다. 산출 및 이미지 품질의 유사한 문제는 X 및 Y치수에 있어서의 구성 허용공차 문제로부터 기인한다.
광학요소의 웨이퍼스케일 조립들에 대한 종래 구성 방법은, 높은 이미지 품질을 이루기 위해 요구된 광학 정밀도에서 조립을 허용하지 않는다. 즉, 본 구성 시스템은 기계가공 허용공차(다중의 파장에 있어서 측정된)에서 조립을 허용하는 동시에, 이들은 웨이퍼스케일 카메라들의 배열과 같은 배열된 이미징 시스템에 대해 요구된, 광학 허용공차(파장의 지수 상에)에서 구성 및 조립을 허용하지 않는다.
예를 들면, 제작 마스터를 차지하기 위해 스탬핑 프로세스에 대한 요구를 제거하는 복수의 광학요소를 형성하는 것을 위해 그것의 위에 특징을 포함하는 완전히 조밀한 제작 마스터를 직접 구성하는데 이점이 될 수 있다. 게다가, 하나의 셋업에 있어서 광학요소를 형성하는 것에 대한 모든 특징을 구성하는데 이점이 될 수 있고, 결과로 또 하나에 관련하는 특징의 위치조정은 높은 정도(예를 들면, 나노미터)로 콘트롤된다. 본 방법을 이용하여 가능한 것보다 더 적은 시간 내에 더 높은 산출고 제작 마스터를 산출하는 것이 더 이점이 될 수 있다.
다음의 기재에 있어서, "광학요소" 용어는 제작 마스터의 이용 및 제작 마스터 자체의 특징들을 통해 형성되도록 하는 최종요소를 표시하기 위해 호환성 있게 이용된다. 예를 들면, "제작 마스터 상에 형성된 광학요소"와 관련하여 광학요소 자체는 제작 마스터 상에 있는 것을 글자 그대로 의미하지 않으며, 이러한 참조는 광학요소를 형성하는데 이용되도록 의도된 특징들을 표시한다.
종래의 다이아몬드 회전 프로세스에 정의된 축들은 전형적인 멀티축 기계가 공 구성(6024)에 대해 도 216에 보여진다. 이와 같은 멀티축 기계가공 구성은 예를 들어 느린 공구 서보(STS) 방식 및 빠른 공구 서보(FTS) 방식과 함께 이용될 수 있다. 느린 공구 서보 또는 빠른 공구 서보(STS/FTS) 방식은 도 216에 도시된 것처럼 멀티축 다이아몬드 회전 선반(예를 들면, X, Z, B 및/또는 C축의 콘트롤가능한 움직임을 갖는 선반) 상에 완성될 수 있다. 느린 공구 서보의 일실시예는, 예를 들면, "SYSTEM AND METHOD FOR FORMING A NON-ROTATIONALLY SYMMETRIC PORTION OF A WORKPIECE" 제하의 브라이언(Bryan)의 미국 특허 출원(출원번호 7,089,835)에 기재되고, 이것을 고려하여 완전하게 복제된 것처럼 같은 범위의 참조문헌에 의해 여기에 반영된다.
가공부재(workpiece)는 스핀들(6028) 상에 X축으로 작동되는 동시에 C축에 대해 회전가능한 척(6026) 상에 설치될 수 있다. 그 사이에, 절삭기(6030)는 절삭공구대(tool post)(6032) 상에 설치되거나 회전한다. 반대로, 척(6026)은 절삭공구대(6032)의 장소에 설치될 수 있고, Z축으로 작동되며, 절삭기(6030)는 스핀들(6028) 상에 놓이거나 회전한다. 추가적으로, 각각의 척(6026) 및 절삭기(6030)는 B축에 대해 회전하거나 위치조정될 수 있다.
도 217과 함께 도 218을 지금 참조하면, 제작 마스터(6034)는 광학요소 형성에 대한 복수의 특징(6038)이 구성되는 전면(6036)을 포함한다. 각 특징(6038)에 걸쳐서 청소하거나 파내거나 그리고 제작 마스터(6034)의 전면(6036) 상에 복수의 특징(6038)을 제작하는 절삭기(6030)는, 회전축(대시 점선(6040)에 의해 나타낸)에 대해 회전된다. 제작 마스터(6034)의 전체 전면에 걸친 특징(6038)에 대한 제작 절 차는, 하나의 자유형식 표면으로서 프로그램될 수 있다. 이와는 달리, 제작 마스터(6034) 상에 형성되도록 특징(6038)의 각 형태 중 하나가 분리되어 정해질 수 있고, 제작 마스터(6034)가 형성되도록 각 특징(6038)에 대해 동격자 및 각을 이룬 위치를 나열함으로써 차지될 수 있다. 이 방식에 있어서, 모든 특징(6038)은 같은 셋업으로 제작되고, 결과로 각 특징(6038)의 위치 및 위치확정은 나노미터 레벨로 유지할 수 있다. 비록 제작 마스터(6034)는 특징(6038)의 규칙적인 배열(즉, 2차원으로 고르게 구분된)을 포함하도록 도시되지만, 특징(6038)의 불규칙적인 배열(예를 들면, 적어도 1차원으로 고르지 않게 구분된)은 제작 마스터(6034) 상에 동시에 또는 교대로 포함될 수 있다는 사실을 이해해야만 한다.
도 217에서 삽입(6042)(원형 대시선으로 나타낸)의 상세는 도 218 및 도 219에 보여진다. 공구기둥(6046) 상에 지지된 공구팁(6044)을 포함하는 절삭기(6030)는 제작 마스터(6034)에서 각 특징(6038)을 형성하도록 가우지트랙(gouge track)(6050)을 따른 방향(6048)으로 반복해서 청소될 수 있다.
일실시예에 따른 STS/FTS의 이용은 3nm Ra의 등급으로 좋은 표면 마무리를 산출할 수 있다. 게다가, STS/FTS에 대한 단일포인트 다이아몬드회전(SPDT:single point diamond turning) 절삭기는 전체 제작 마스터를 절단하기 위해 충분한 공구 수명을 가질 수 있거나 가격에 비해 품질이 좋을 수 있다. 전형적인 일실시예에 있어서, 8인치 제작 마스터(6034)는, 도 94 내지 도 100에 도시된 것처럼, 도안 프로세스 동안에 열거된 Ra 요구조건에 따라, 1시간내에서 3일까지 2천개 이상의 특징(6038)을 차지할 수 있다. 몇개의 응용에 있어서, 공구 유극(틈)은 오프축 특징 의 최대 표면 경사를 제한할 수 있다.
일실시예에 있어서, 멀티축 연마(milling)/분쇄(grinding)는, 도 220a 내지 도 220c에 도시된 것처럼, 제작 마스터(6052) 상에 광학요소를 형성하는 것에 대한 복수의 특징을 형성하도록 이용될 수 있다. 도 220a 내지 도 220c의 예에 있어서, 제작 마스터(6052)의 표면(6054)은 회전 절삭기(6056)(예를 들면, 다이아몬드 볼 끝 연마 비트(diamond ball end mill bit) 및 분쇄 비트(grinding bit))를 이용하여 틀에 맞게 만들어진다. 회전 절삭기(6056)는 소용돌이 모양의 공구 경로에 X, Y, Z축으로의 표면(6054)에 관하여 작동되고, 따라서 복수의 특징(6058)을 만드는 것이다. 소용돌이 모양의 공구 경로는 도 220b 및 도 220c에 도시되는 동시에, 일련의 S모양 또는 광선 공구 경로와 같은 다른 공구 경로 모양도 또한 이용될 수 있다.
도 220a 내지 도 220c에 나타낸 멀티축 연마 프로세스는 90°까지 가파른 경사의 기계가공을 허용할 수 있다. 비록 주어진 기하학적 배열의 내부 모퉁이는 이것의 공구 반경과 같은 반경 또는 고리모양의 띠를 가질 수 있지만, 멀티축 연마는 비원형의 창조 또는 예를 들어 직사각형의 조리개 구조와 같은 자유형태 구조를 허용한다. STS 또는 FTS의 이용과 같은 특징(6058)은 같은 셋업으로 제작되고, 그래서 멀티축 위치조정은 나노미터 레벨로 유지된다. 그러나, 멀티축 연마는 8인치 제작 마스터(6052)를 차지하기 위해 STS 또는 FTS를 이용하는 것 보다 오래 일반적으로 취할 수 있다. STS/FTS 및 멀티축 연마의 이용을 비교해보면, STS/FTS는 낮은 경사와 함께 얕은 표면의 제작에 더 적절할 수 있고, 반면에 멀티축 연마는 더 높 은 경사와 함께 더 깊은 표면 및/또는 표면의 제작에 더 적절할 수 있다. 공구 기하학에 직접 관련하는 표면 기하학 때문에, 광학 도안 지침서는 더 효율적인 기계가공 파라미터의 발명을 촉진할 수 있다.
비록 상기 서술된 각 실시예는 특정 개개의 위치를 갖는 다양한 구성과 함께 나타내졌지만, 본 발명에 있어서 서술된 바와 같은 실시예는 다양한 위치 및 상호 위치에 위치되어 있는 다양한 구성과 함께 다양한 특정 구성을 취할 수 있고, 그리고 본 발명의 참뜻과 연구범위 내에 여전히 남아있다는 사실을 이해해야 한다. 예를 들면, 광학요소를 형성하기 위한 실제 특징은 기계가공되기 전에, 닮은 모양 특징은, 예를 들면, 다이아몬드 회전 또는 분쇄와 다른 종래 절삭 방식을 이용하는데 있어서 거칠어질 수 있다. 또, 다이아몬드 절삭공구(예를 들면, 고속강(high speed steel), 실리콘 탄화물, 티타늄 질화물)과 다른 절삭기가 이용될 수 있다.
또 하나의 실시예로서, 회전 절삭공구이 제작되기 위해 광학요소를 형성하는 것에 대해 요구된 모양의 특징으로 맞출 수 있다. 즉, 도 221a 및 221b에 도시된 것처럼, 특수화된 형태 공구는 각 특징(예를 들면, 프로세스에 있어서 또한 "찌르는 것(plunging)"으로서 알려진)을 제작하기 위해 이용될 수 있다. 도 221(A)은 제작 마스터(6064)의 전면(6066) 상의 광학요소를 형성하는 것에 대한 특징(6062)의 형상을 나타내는 구성(6060)을 보여준다. 특징(6062)은 특수화된 형상 공구(6068)을 이용하여 제작 마스터(6064)의 전면(6066) 상에 형성된다. 구성(6060)에 있어서, 특수화된 형상 공구(6068)은 축(6070)에 대해 회전한다. 도 221b(구성(6060)의 부분적 단면도에 있어서의 상면도)에서 볼 수 있는 바와 같이, 특수화된 형상 공 구(6068)은 제작 마스터(6064)의 전면(6066) 상에 특수화된 형상 공구(6068)의 응용상에서와 같은 공구기둥(6074)으로 지지된 비원형의 커팅날(6072)을 포함하고, 특징(6062)은 비구형의 모양을 가지고 부각되어 그 위에 형성된다. 다양하게 제작된 특징(6062)을 커팅날(6072) 제작함으로써 이 방식으로 형성될 수 있다. 게다가, 특수화된 형상 공구의 이용은 다른 제작 방식상에 절삭 시간을 감소할 수 있고, 90°까지의 경사 절삭을 허용한다.
상기 서술된 절차에 있어서 개략의 예로서, 적절한 직경을 갖는 상업적으로 이용할 수 있는 절삭기는 최고 적합한 구형 표면 최초 기계로 이용할 수 있고, 동시에 특수화된 커팅날(커팅날(6072)과 같은)을 갖는 맞춤 절삭기는 특징(6062)을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 이 개략의 프로세스는 특수화된 형상 공구에 의해 절삭되어야 하는 소재의 양을 감소함으로써 프로세싱 타임과 공구마모를 감소할 수 있다.
비구면 광학요소 기하학은, 적절한 기하학을 갖는 형성 공구가 이용된다면, 절삭기의 단일 수행을 가져올 수 있다. 공구제작에 있어서 현재 이용할 수 있는 기술들은 일련의 선(line)과 아크형(arc) 조각(segment)을 이용하여 정확한 비구면 모양의 근사치를 허용한다. 만약 주어진 형상 공구의 기하학이 요구된 비구면 광학요소 기하학을 정확하게 따르지 않았다면, 절삭 특징을 측정하고 그리고나서 이것을 굴곡에 대해 설명하기 위해 수반하는 제작 마스터 상에 형태를 취하는 것이 가능할 수 있다. 형성된 광학요소의 층 두께와 같은 다른 광학요소 조립변수는 형상공구 기하학에 있어서 편차(굴곡)를 조정하여 바꿀 수 있는 동시에, 비근사치와 정 확한 형상공구 기하학을 이용하는데 유리할 수 있다. 본 다이아몬드 모양의 방식은 선과 아크형 조각의 수를 제한한다. 즉, 선 또는 아크형 조각을 세 개 이상 갖는 형상 공구은 하나의 조각과 함께 오차의 가능성으로 인해 제조에 어려울 수 있다. 도 222a 내지 도 222d는, 각각의 볼록 커팅날(6078A 내지 6078D)을 포함하는, 각각의 형상 공구(6076A 내지 6076D)의 예를 보여준다. 도 222e는 오목한 커팅날(6080)을 포함하는 형상 공구(6076E)의 예를 보여준다. 공구제작 기술에 있어서 현재 한계점은 오목한 커팅날에 대해 대략 350미크론의 최소 반경을 부과할 수 있고, 비록 이와 같은 한계점은 제작 기술에 있어서 개량과 함께 제거될 수 있다. 도 222f는 각을 이룬 커팅날(6082)을 포함하는 형상 공구(6076F)을 보여준다. 볼록 및 오목 커팅날의 조합을 갖는 공구들은 또한 도 222g에 도시된 것처럼 가능하다. 형상 공구(6076G)은 볼록 커팅날(6086) 및 오목 커팅날(6088)의 조합을 포함하는 커팅날(6084)을 포함한다. 도 222a 내지 도 222g의 각각에 있어서, 형상 공구의 회전 6090A에서 6090G까지의 축에 대응하여 대시점선 및 굴곡화살로 나타낸다.
공구회전(6090A 내지 6090G)은 완전한 광학요소 기하학을 창조함으로서, 형상 공구(6076A 내지 6076G)의 각각 하나는 요구된 광학요소 기하학의 오로지 한 분할(예를 들면, 절반)로 조직된다. 이것은, 광학 표면이 요구하는 후처리 및/또는 광택(끝마무리) 없이 직접 절삭될 수 있는 것과 같은 충분히 높도록(예를 들면, 750× 에서 1000× 날(엣지) 품질) 형상 공구(6076A 내지 6076G)의 날 품질에 대해 이점이 될 수 있다. 전형적으로, 형상 공구(6076A 내지 6076G)은 분당 회전(RPM) 5,000에서 50,000의 차수로 회전할 수 있고, 1미크론 두께 칩은 공구의 각 회전과 함께 제거될 수 있는 이러한 비율로 착수되고, 이 프로세스는 또 하나의 문제로서 광학요소를 형성하는 것에 대해 완전한 특징의 창조를 위해 2~3시간내에 완전히 조밀한 제작 마스터를 허용할 수 있다. 형상 공구(6076A 내지 6076G)은 이들이 표면 경사 한계를 갖지 않는 이점을 또한 보여줄 수 있어, 즉, 90°까지 경사를 포함하는 광학요소 기하학들은 성취될 수 있다. 또, 형상 공구(6076A 내지 6076G)에 대한 공구수명은 제작 마스터에 대한 적절한 제작 마스터 소재의 선택에 의해 크게 연장될 수 있다. 예를 들면, 공구(6076A 내지 6076G)은 놋쇠와 같은 소재로 만들어진 제작 마스터에 개별 광학요소를 형성하는 것에 대해 수십 수백 수천개의 특징들을 창조할 수 있다.
형상 공구(6076A 내지 6076G)은, 예를 들면, 초점화된 이온 빔(FIB) 기계가공과 함께 형성될 수 있다. 다이아몬드 형체로 만드는 프로세스는 형상 공구(6076G)의 커팅날(6092)과 같은 굴곡(예를 들면, 볼록/오목)의 다중 변화를 갖는 정확한 비구면 모양을 얻는데 이용될 수 있다. 날(6092) 상에 기대되는 곡률은, 예를 들면, 250나노미터(골의 첨두(peak to valley))보다 적을 수 있다.
직접 제작에 의해 제조된 광학요소를 형성하는 것에 대한 특징들의 표면은 특징 표면상에 계획된 공구 마크의 포함과 함께 질을 높일 수 있다. 예를 들면, C축 모드 절삭(예를 들면, 느린 공구 서보)과 반사방지(AR) 회절격자에 있어서, 수정된 절삭기를 이용함으로써 기계화된 표면을 제작할 수 있다. 전자기 에너지에 영향을 미치는 것에 대해 기계화된 특징들 상에 제조의 계획된 기계가공 마크의 더 상세사항은 도 223 및 도 224에 관련하여 묘사된다.
도 223은 제작 마스터(6096)의 분할(6094)의 부분적 높이에 있어서의 클로즈업도를 보여준다. 제작 마스터(6096)는 표면에 형성된 복수의 계획된 기계가공 마크(6100)와 함께 광학요소를 형성하는 것에 대한 특징(6098)을 포함한다. 계획된 기계가공 마크(6100)의 치수는, 계획된 기계가공 마크(6100)가 기능성(예를 들면, 반사 방지)을 제공하는 특징(6098)의 함수를 가리키는 전자기 에너지를 추가하는 것처럼 도안될 수 있다. 반사 방지 층의 일반적인 서술은, 예를 들면, Gaylord 등에 의한 미국 특허(출원번호 5,007,708)과, Ophey 등에 의한 미국 특허(출원번호 5,694,247)과, Hikmet 등에 의한 미국 특허(출원번호 6,366,335)에 있어서 찾을 수 있고, 참조로서 여기에 각각 반영된다. 광학요소를 형성하는 것에 대한 특징들의 형성 동안에 이러한 계획된 기계가공 마크의 통합된 형성은 예를 들어 도 224에 도시된 바와 같은 특수화된 공구팁의 이용에 의해 얻어진다.
도 224는 커팅날(6108) 상에 복수의 벤 자리(6106)를 형성하도록 수정된 공구팁(6104)의 높이에 있어서의 부분도(6102)를 보여준다. 다이아몬드 절삭기는, 예를 들면, 종래 기술에서 알려진 FIB방식 또는 다른 적절한 방식을 이용하는 그러한 방식으로 형성될 수 있다. 일실시예로서, 공구팁(6104)은 특징(6098)을 제작하는 동안에, 커팅날(6108)은 특징(6098)의 전체적인 모양을 형성하고, 벤 자리(6106)는 계획적으로 공구세공 마크(tooling mark)(6100)(도 223 참조)를 형성하도록 구성된다. 벤 자리(6106)의 스페이싱(즉, 간격(6110))은, 예를 들면, 영향을 받는 전자기 에너지 파장의 대략 절반(또는 더 작은)일 수 있다. 벤 자리(6106)의 깊이(6121)는, 예를 들면, 같은 파장의 대략 1/4일 수 있다. 반면에 벤 자리(6106)는 직사각 형의 단면도를 갖는 것으로 도시되고, 다른 기하학은 유사한 반사방지 특성을 제공하는데 이용될 수 있다. 게다가, 전체적으로 가파른 커팅날(6108)은 벤 자리(6106)를 제공하기 위해 수정될 수 있고, 이와는 달리 기계가공 구성의 B축 위치조정 성능은 정상적인 기계가공 공구를 위해 이용될 수 있고, 여기에서 공구팁(6104)의 같은 분할은 항상 절삭되어 있는 표면과 접촉하고 있다.
도 225 및 도 226은 전자기 에너지에 영향을 미치는 것에 대해 계획된 기계가공 마크의 또 하나의 세트의 제작을 나타낸다. C축 모드 절삭(예를 들면, STS방식을 이용하는)에 있어서, AR 격자(뿐만 아니라 프레넬(Fresnel)과 같은 표면)는 "절반 반경 공구"라 흔하게 불리는 공구를 이용함으로써 형성될 수 있다. 도 225는 제작 마스터(6116)의 분할(6114)의 부분 높이에 있어서의 클로즈업도를 보여준다. 제작 마스터(6116)는 표면상에 포함된 복수의 계획된 기계가공 마크(6120)와 함께 광학요소를 형성하는 것에 대한 특징(6118)을 포함한다. 계획된 기계가공 마크(6120)는 도 226에 도시된 바와 같은 특수화된 공구팁에 의한 광학요소(6118)로서 같은 시간에 형성될 수 있다.
도 226은 절삭기(6124)의 높이에 있어서의 부분도(6122)를 보여준다. 절삭기(6124)는 공구팁(6128)을 지지하는 공구기둥(6126)을 포함한다. 공구팁(6128)은, 예를 들면, 계획된 기계가공 마크(6120)에 매치하는 치수를 갖는 커팅날(6130)을 삽입하는 반경 다이아몬드일 수 있다. 계획된 기계가공 마크(6120)의 스페이싱 및 깊이는, 예를 들면, 영향을 미치는 전자기 에너지의 주어진 파장에 대한 높이에 있어서의 1/4파장 및 간격에 있어서의 대략 절반 파장일 수 있다.
도 227 내지 도 230은 멀티축 평삭 및 C축 모드 평삭 둘다에 있어서의 다른 계획된 기계가공 마크의 제작에 적절한 절삭기를 나타낸다. 도 227은 회전축(6132)에 대해 회전을 위해 구성된 공구기둥(6130)을 포함하는 절삭기(6128)을 보여준다. 공구기둥(6130)은 커팅날(6136)을 포함하는 공구팁(6134)을 지지한다. 커팅날(6136)은 돌출부(6140)와 함께 다이아몬드 삽입(6138)의 부분이다. 도 228은 공구팁(6134)의 분할인 단면도를 보여준다.
반사방지 회절격자는 도 229에 도시된 것처럼 멀티축 평삭에 있어서의 절삭기(6128)를 이용하여 창조될 수 있다. 광학요소를 형성하는 것에 대한 특징(6144)의 분할(6142)은, 복잡한 소용돌이 마크(6148)를 창조할 때와 절삭기(6128)의 회전과 함께 결합될 때, 소용돌이 공구 경로(6146)를 포함한다. 공구팁(6134)(도 227에 도시된) 상에 하나 이상의 벤 자리 및/또는 돌출부(6140)의 포함은, 표면상에 음 및/또는 양의 마크의 패턴을 창조하는데 이용될 수 있다. 이러한 계획된 기계가공 마크의 공간적인 평균 간격은 영향을 미치는 전자기 에너지의 파장의 대략 절반일 수 있고, 동시에 깊이는 같은 파장의 대략 1/4이다.
도 230과 관련하여 도 227 및 도 228을 지금 참조하면, 절삭기(6128)는 C축 모드 평삭 및 기계가공(예를 들면, SPDT의 대신에 회전 절삭기를 갖는 느린 공구 서보)에 이용될 수 있다. 이 경우에 있어서, 하나 이상의 벤 자리 또는 돌출부(6140)를 갖는 변경하는 커팅날(6136)은 반사방지 회절격자로서 서브할 수 있는 계획된 기계가공 마크를 창조할 수 있다. 광학요소를 형성하는 것에 대한 또 하나의 특징(6150)의 분할은 도 230에 도시된다. 특징(6150)은 선형 공구 경로(6152) 및 소용돌이 마크(6154)를 포함한다. 이러한 계획된 기계가공 마크의 공간적인 평균 간격은 파장의 대략 절반일 수 있는 동시에 깊이는 영향이 미치는 전자기 에너지의 파장의 대략 1/4이다.
도 231 내지 도 233은 일실시예에 따라 제작된, 조밀한 제작 마스터의 예를 보여준다. 도 231에 도시된 것처럼, 제작 마스터(6156)는 그 위에 제작된 광학요소를 형성하는 것에 대한 복수의 특징(6160)을 갖는 표면(6158)을 형성한다. 제작 마스터(6156)는 식별마크(6162) 및 조정마크(6164 및 6166)를 더 포함할 수 있다. 특징(6160), 식별마크(6162) 및 조정마크(6164 및 6166) 모두는 제작 마스터(6156)의 표면(6158) 상에 직접 기계화될 수 있다. 예를 들면, 조정마크(6164 및 6166)은 특징(6160)과 관련하는 조정을 저장하기 위해 특징(6160)의 창조로서 같은 셋업 동안에 기계화될 수 있다. 식별마크(6162)는 평삭, 조각, FTS와 같은, 그러나 제한되지 않는, 다양한 방식으로 추가될 수 있다. 게다가, 제작 마스터(6156)의 영역은 추가적인 조정 특징(예를 들면, 운동학적인 마운트(mount))의 포함을 위해 차지되지 않은(대시된 타원형으로 나타낸 보이드 영역(6168)과 같은) 채로 남을 수 있다. 또한, 선을 그은 조정빛(6170)은 또한 포함될 수 있고, 이러한 조정 특징은, 예를 들면, 다음의 복제 프로세스에 이용된 다른 장치와 관련하여 조밀한 제작 마스터의 조정을 용이하게 할 수 있다. 게다가, 하나 이상의 기계가공인 스페이서는 또한 특징(6160)과 동시에 제작 마스터 상에 직접 제작될 수 있다.
도 232는 제작 마스터(6156)의 삽입(6172)(대시 원형으로 나타낸)의 더 상세를 보여준다. 도 232에서 볼 수 있는 바와 같이 제작 마스터(6156)는 배열 구성에 있어서의 그 위에 형성된 복수의 특징(6160)을 포함한다.
도 233은 하나의 특징(6160)의 단면도를 보여준다. 도 233에 도시된 것처럼, 몇개의 추가적인 특징은 제작 마스터(6156)(제작 마스터의 "소산(소산(daughter)s)"은 제작 마스터의 이용에 의해 형성된 물품에 대응하는 것으로서 여기에 정의된다)의 "소산(소산(daughter)s)"을 창조하는 다음의 복제 프로세스에 있어서 원조를 위해 특징(6160)의 모양으로 조직될 수 있다. 이러한 특징은 2차 기계가공 프로세스(예를 들면, 평판 끝 평삭 비트 기계가공) 동안에 또는 특징(6160)과 함께 동시 발생으로 창조될 수 있다. 도 233에 도시된 예에 있어서, 특징(6160)은 복제 프로세스의 이용에 대한 원통모양의 특징(6176) 뿐만 아니라 오목한 표면(6174)을 형성한다. 반면에 원통모양의 기하학은 도 233에 도시되고, 추가적인 특징(예를 들면, 립(ribs), 스탭(steps) 등)이 포함될 수 있다(예를 들면, 복제 프로세스 동안에 실(seal)을 설립하는 것).
광학요소는 비원형 조리개 또는 자유 형태/모양 기하학을 포함하는 이점이 될 수 있다. 예를 들면, 정사각형 조리개는 검출기를 위해 광학요소의 교배를 용이하게 할 수 있다. 이 정사각형 조리개의 성취를 위한 하나의 방식은 오목한 표면(6174)을 추가로 발생시키는 제작 마스터 상에 평삭 동작을 수행하는 것이다. 이 평삭 동작은 전체적인 요소 직경보다 덜 몇몇의 직경 상에 발생할 수 있고, 요구된 정사각형 조리개 기하학을 포함하는 보스(bosses) 또는 아일랜드(islands)를 남기기 위한 소재의 깊이를 제거할 수 있다. 도 234는 제작 마스터(6178)의 한도에 대해 확장하기 위해 도시된 오로지 정사각형 보스(6180) 및 고리(6182)를 남기는 것 에 의해, 정사각형 보스(6180) 사이에서 떨어진 소재를 평삭하는 것에 의해 형성된정사각형 보스(6180) 상에 제작 마스터(6178)를 보여준다. 반면에 도 234는 정사각형 보스(6180)를 보여주고, 다른 기하학(예를 들어, 둥근, 직사각형의, 팔각형의, 삼각형의)은 또한 가능하다. 반면에 서브 미크론 레벨 허용공차 및 광학 품질 표면 마무리를 갖는 다이아몬드 평삭 공구와 함께 이 평삭을 수행하는 것이 가능할 수 있고, 평삭 프로세스는 거칠고 비전도되는 표면이 요구된다면 거친 기계가공 마크를 의도적으로 남길 수 있다.
보스(6180)를 만드는 평삭 동작은, 비록 처리명령이 최종 제작 마스터의 품질에 영향을 미치지 않을 수 있더라도, 광학요소를 형성하는 것에 대한 특징의 창조에 앞서 수행될 수 있다. 평삭 동작이 수행된 후에, 전체 제작 마스터는 보스탑(boss top) 및 고리(6182)를 절삭하는 것에 의해 나란해질 수 있다. 제작 마스터(6178)를 을 나란히 한 후에, 요구된 광학요소 기하학은 고리(6182) 및 광학요소 높이 사이에서 광학 정밀도 허용공차에 대해 허용하는 상기 서술된 프로세스 중 하나를 이용하여 직접 제작될 수 있다. 추가적으로, 고립하여 있는 특징들은 만일 요구된다면 복제 장치와 관련하여 Z조정을 용이하게 하는 보스(6180)들 사이에서 만들어 질 수 있다. 도 235는 제작 마스터(6178)의 더 처리된 상태를 보여주고, 제작 마스터(6178')는 그 위에 형성된 볼록한 표면(6184, 6186)과 함께 복수의 수정된 정사각형 보스(6180')들을 포함한다.
UV 치료할 수 있는 중합물과 같은 주조가능한 소재는, 교배 소산 부분을 형성하기 위해 제작 마스터(6178')로 응용될 수 있다. 도 236은 도 235의 제작 마스 터(6178')로부터 형성된 교배 소산 부분(6188)을 보여준다. 주조된 소산 부분(6188)은 고리(6190) 및 광학요소를 형성하는 것에 대한 복수의 특징(6192)을 포함한다. 특징(6192)의 각각은 일반적으로 정사각형 조리개(6196)로 오목하게 된 오목 특징(6194)을 포함한다.
비록 복수의 특징(6192)은 사이즈 및 모양에 있어서 동일하게 나타나지만, 오목 특징(6194)은 제작 마스터에 있어서 수정된 정사각형 보스(6178')의 모양을 바꿈으로써 변화될 수 있다. 예를 들면, 수정된 정사각형 보스(6180')의 부분 집합은 평삭 프로세스를 바꿈으로써 두께 또는 모양을 바꾸기 위해 기계화될 수 있다. 게다가, 정사각형 보스(6180')를 수정한 후 추가될 수 있는 채우는 소재(순환할 수 있는, 치료할 수 있는 플라스틱)는, 수정된 정사각형 보스(6180')의 높이를 더 조절하기 위해 형성되었다. 이와 같은 채우는 소재는, 예를 들면, 접근가능한 평탄 사양을 이루기 위해 회전될 수 있다. 볼록한 표면(6184)은 추가적으로 또는 대안으로 표면 윤곽을 변화될 수 있다. 이 기술은 높아진 보스(6180')가 높인 공구 틈을 제공하므로 큰 배열에 있어서 볼록 광학요소 기하학을 직접 기계가공하는데 유익할 수 있다. 제작 마스터의 기계가공은 제작 마스터의 소재 특성들을 참작할 수 있다. 관련된 소재 특성들은 소재 견고함, 금속성, 밀도, 절삭 용이함, 칩 형성, 소재 계수 및 온도를 포함(그러나 제한되지 않는)할 수 있다. 기계가공 절차의 특성은 소재 특성들의 빛에 있어서 또한 고려될 수 있다. 이와 같은 기계가공 절차 특성들은, 예를 들면, 공구 소재, 사이즈 및 모양, 절삭 비율, 공급 비율, 공구 탄도(彈道), FTS, STS, 제작 마스터 RPM 및 프로그래밍(예를 들면, G코드) 기능성을 포함 할 수 있다. 마무리된 제작 마스터의 표면의 결과 특성들은 기계가공 절차의 특성들 뿐만 아니라 제작 마스터 소재 특성들에 의존한다. 표면 특성들은, 예를 들면, 표면 Ra, 첨두 사이즈 및 모양, 둥근 금속판의 존재, 코너 반경 및/또는 광학요소를 형성하는 것에 대해 제작된 특성의 모양 및 사이즈를 포함할 수 있다.
비평삭반(non-planar) 기하학(광학요소에서 자주 발견되는)을 기계가공할 때, 절삭기 및 기계공구의 기동성 및 상호작용은 조밀한 제작 마스터의 광학 품질 및/또는 제작 속도에 영향을 미칠 수 있는 문제들을 일으킬 수 있다. 하나의 공통 문제점은 제작 마스터의 표면을 갖는 절삭기의 영향은 결과 특징의 표면 형태에 있어서 에러를 초래하는 기계가공 진폭을 일으킬 수 있는 것이다. 이 문제의 하나의 해결책은 일실시예에 따른, 음의 가상 자료 프로세스를 이용하는 광학요소를 형성하는 것에 대한 특징을 형성하기 위한 프로세스에 있어서의 다양한 상태에 제작 마스터의 분할의 일련의 도면을 보여주는 도 237 내지 도 239와 관련하여 서술된다.
도 237은 제작 마스터(6198)의 분할의 단면도를 보여준다. 제작 마스터(6198)는 기계가공되지 않은 소재의 제1 구역(6200) 및 떨어져 기계가공되는 소재의 제2 구역(6202)을 포함한다. 분계라인(6204)의 요구된 모양의 윤곽은 제1 및 제2 구역(6200, 6202)으로 분리한다. 분계라인(6204)은 광학요소의 요구된 모양의 분할(6208)을 포함한다. 도 237에 도시된 예에 있어서, 가상 자료면(6202)(큰 대시선으로 나타낸)은 부분선(6204)과 함께 동일 평면으로서 정해진다. 가상 자료면(6206)은 절삭기를 따르는 분계라인(6204)이 항상 제작 마스터(6198)와 접촉되어 있는 제작 마스터(6198) 내에 놓이도록 정해진다. 절삭기는 이 경우에 있어서의 제 작 마스터(6198)에 대항하여 끈임없이 한쪽으로 치우치기 때문에, 제작 마스터(6198)와 간헐적으로 접촉하게 만드는 공구로 인한 영향 및 진폭이 상당히 제거된다.
도 238은 요구된대로 분할(6208)을 일으킨 가상 자료면(6206)을 이용하는 기계가공 프로세스의 결과를 보여주지만, 요구된 최종 표면(6212)(큰 대시선으로 나타낸)과 관련하는 여분의 소재(6210, 6210')가 남는다. 여분의 소재(6210, 6210')는 요구된 처짐값을 얻기 위해 페이스오프(face off)(예를 들면, 분쇄(갈기), 다이아몬드 회전 또는 겹침으로써) 될 수 있다.
도 239는 최종 특징(6214)을 포함하는 제작 마스터(6198)의 수정된 제1 구역(6200')의 최종 상태를 보여준다. 특징(6214)의 세그는 마주하는 동작 동안에 제거된 소재의 양을 바꿈으로서 추가적으로 조절될 수 있다. 이 특징은 분할(6208)(도 237 및 도 238 참조)을 만들기 위해 이용된 절삭 동작 및 최종 표면(6212)을 만들기 위해 이용된 마주하는 동작의 교차점에서 형성되기 때문에, 특징(6214)의 상위 날에 형성된 코너(6216)는 날카로울 수 있다. 코너(6216)의 날카로움은 단일 기계공구에 의해 형성된 코너에 대응하는 것을 초과할 수 있고, 다만, 그것은 제작 마스터(6198)와 반복적으로 접촉해야하며, 그 결과 제작 마스터(6198)의 소재가 공구와 접촉하여 매번 진동 또는 부딪치게 할 수 있다.
도 240 내지 도 242로 지금 돌아가면, 다양한 양의 가상 자료 표면을 이용하는 제작 마스터의 프로세싱이 기재된다. 정삭적인 운전 동안의 제작 마스터(6218) 상의 광학요소를 형성하는 것에 대한 특징을 제작하는데 있어서, 절삭기는 제작 마 스터(6218)의 상부표면(6220)을 따라 또는 평행하여 수행할 수 있다. 날카로운 탄도 변화(예를 들면, 제작 마스터의 표면과 관련하는 공구 탄도의 경사에 있어서의 큰 또는 불연속의 변화)는 접근되었을 때, 제작 기계는 날카로운 탄도 변화(각각의 대시 원형(6228, 6230, 6232)으로 나타낸)로부터 초래할 수 있는 가속도를 감소하기 위한 시도로 날카로운 탄도 변화 및 느린 회전을 예상하는 콘트롤러에 있어서의 통찰력 기능 때문에 제작 마스터의 RPM을 자동적으로 감소할 수 있다.
계속해서 도 240 내지 도 242를 참조하면, 가상 자료 기술(예를 들면, 도 237 내지 도 239와 관련하여 묘사된 것처럼)은 날카로운 탄도 변화의 영향을 완화하기 위해서 도 240 내지 도 242에 도시된 예로 적용될 수 있다. 도 240 내지 도 242에 도시된 예에 있어서, 가상 자료면(6234)은 제작 마스터(6218)의 상부표면(6220) 위에 정해지고, 이 경우에 있어서, 가상 자료는 양의 가상 자료로서 참조될 수 있다. 도 240은 만약 절삭기가 가상 자료면(6234)을 대신해 상부표면(6220)을 따르고 있는 것보다 굴곡된 특징 표면(6236)으로 이동에 있어서 덜 가파른 전형적인 공구 탄도(6222)를 포함한다. 도 241은 특징 표면(6236)을 향한 가상 자료면(6234)으로부터의 공구 탄도(6222)보다 더 급격하게 이동하는 또 하나의 전형적인 공구 탄도(6224)를 보여준다. 도 242는 도 240에 도시된 공구 탄도의 분리된 버전을 보여준다.
도 240 내지 도 242에 도시된 양의 가상 자료의 이용은, 회전하는 제작 마스터의 느린 RPM으로부터 기계공구를 억제하고, 공구 동적 거동(impact dynamics) 의 강도를 감소할 수 있다. 결과적으로, 제작 마스터는 양의 가상 자료의 이용이 없는 제작과 비교해 더 적은 시간(예를 들면, 14시간이기 보다 3시간)으로 기계가공될 수 있다. 양의 가상 자료 기술로 정의된 것처럼 공구 탄도는, 가상 자료면(6234)에서 특징 표면(6236)을 따라 공구의 탄도를 삽입할 수 있다. 특징 표면(6236)의 외측의 공구 탄도(6222, 6224, 6226)는 역탄젠트(tangent arcs), 스프라인(splines), 어떤 지수의 다항식을 포함하는, 그러나 제한되지 않는, 어떤 적절한 수학적 형태로 표현될 수 있다. 양의 가상 자료의 이용은, 도 237 내지 도 239에 나타낸 바와 같이, 음의 가상 자료의 이용 동안에 요구될 수 있는 접하는 부분에 대한 요구를 제거할 수 있는 동시에 특징의 요구된 세그(sag)를 여전히 이루고 있는 것이다. 양의 가상 자료의 이용은, 날카로운 공구 탄도 변화의 발생을 감소하는 가상 공구 탄도의 프로그래밍을 허용한다.
가상 자료 기술을 실행하는 공구 탄도를 정의하는데 있어서, 이것은 가속도(탄도의 제2 유도체) 및 충격량(탄도의 제3 및 더 높은 유도체)을 최소화하기 위해 평면에 작고 연속성을 가진 유도체를 갖도록 삽입된 가상 탄도에 대해 이점이 될 수 있다. 공구 탄도의 이와 같은 가파른 변화를 최소화하는 것은, 표면에 개량된 마무리(예를 들면, 더 낮은 Ra의 것) 및 요구된 특징 세그와 더 부합하는 결과를 초래할 수 있다. 게다가, FTS기계가공은 STS의 이용에 더해(또는 대신해) 사용될 수 있다. FTS 기계가공은, 비록 감소된 마무리 품질(예를 들면, 더 높은 Ra의 것)의 잠재적인 고장을 갖더라도, Z축(100파운드보다 더 큰 대신에 1파운드보다 적은)을 따라 훨씬 덜한 무게로 진동하는 만큼, STS보다 더 큰 대역폭(예를 들면, 10배 이상)을 제공할 수 있다. 그러나, FTS 기계가공과 함께, 공구 동적 거동은 더 빠른 기계가공 속도 때문에 상당히 다르고, 공구는 더 큰 용이함을 갖는 탄도의 날카로운 변화로 반응할 수 있다.
도 242에 도시된 것처럼, 공구 탄도(6226)는 일련의 개별포인트(탄도(6226)를 따라 점으로 나타낸)로 분별될 수 있다. 하나의 포인트는 XYZ 데카르트 좌표계 삼중항(Cartesian coordinate triplet) 또는 유사한 원통모양(rθz) 또는 구형(Pθφ) 좌표 표시로서 나타낼 수 있다. 분별의 조밀도 상에 의존하여, 완전한 자유형식 제작 마스터에 대한 공구 탄도는 그 위에 정해된 백만 포인트를 가질 수 있다. 예를 들면, 10×10 미크론 정사각형으로 분별된 8인치 직경 제작 마스터는, 대략 3억 탄도 포인트를 포함할 수 있다. 더 높은 분별에서 12인치 제작 마스터는 대략 1천만 탄도 포인트를 포함할 수 있다. 이와 같은 데이터 세트의 큰 사이즈는 기계 콘트롤러에 대해 문제를 일으킬 수 있다. 경우에 따라서는 더 많은 메모리 또는 기계 콘트롤러 또는 컴퓨터를 위한 리모트 버퍼링을 추가함으로써 이 데이터 세트 사이즈 문제를 해결하는 것이 가능할 수 있다.
하나의 대안은 분별의 해상도를 감소함으로써 이용된 탄도 포인트의 수를 감소하는 것이다. 분별에 있어서의 감소된 해상도는 기계 공구의 탄도 보간법(interpolation)을 바꿈으로써 보정될 수 있다. 예를 들면, 전형적으로 선형 보간법(예를 들면, G코드 GOI)은 일반적인 비구면 표면을 한정하기 위해 다수의 포인트를 요구한다. 3차원 박판 보간법(cubic spline interpolation)(예를 들면, G코드 GOI.1) 또는 원형 보간법(예를 들면, G코드 G02/G03)과 같은 더 높은 차원 파라미터(parameterization)를 사용함으로써, 더 적은 포인트는 같은 공구 탄도를 한정하 기 위해 요구될 수 있다. 제2 해결책은, 단일 자유형태 표면이 아닌 배열로 분할된 표면 또는 광학요소를 형성하는 것에 대한 유사한 특징의 배열로서의 제작 마스터의 표면을 고려하는 것이다. 예를 들면, 광학요소의 복수의 한 타입이 형성되도록 하는 제작 마스터는, 적절한 이동 및 적용된 회전과 함께 한 타입의 요소의 배열로서 보여질 수 있다. 그러므로, 단지 이것은 한 타입의 요소가 한정되도록 요구된다. 이 표면 분할을 이용하여, 데이터 세트의 사이즈는 감소될 수 있다. 예를 들면, 1천개 탄도 포인트를 요구하는 각 1천개 특징을 갖는 제작 마스터상에, 데이터 세트는 100만개 포인트를 포함하고, 반면에 분할 및 선형 변환 접근을 이용하는 것은, 단지 3천개 포인트(예를 들면, 특징에 대해 1천개 및 이동 및 회전 트리플릿(triplets)에 대해 2천개)의 동등함을 요구한다.
기계가공 동작은 기계가공된 부분의 표면상에 공구 마크를 남길 수 있다. 광학요소에 대한 공구세공 마크의 특정 타입은, 산란을 증가시킬 수 있고, 해로운 전자기 에너지 손실을 유발하거나 수차를 일으킬 수 있다. 도 243은 그 위에 한정된 광학요소를 형성하는 것에 대한 특징(6240)을 갖는 제작 마스터(6238)의 분할의 단면도를 보여준다. 특징(6240)의 표면(6244)은, 부채꼴 같은 공구 마크를 포함한다. 표면(6244)(대시 원형(6246)으로 나타낸)의 일부는 도 245에 확대하여 보여준다.
도 244는 대시 원형(6246) 내의 영역에 있어서의 분할 표면(6244)의 확대도를 보여준다. 특정 근사치를 이용하여, 이 전형적인 부채꼴 표면의 모양은 다음의 공구 및 기계오차 및 파라미터에 의해 한정될 수 있다.
Figure 112008079270940-PCT00024
여기에서
Rt = 단일포인트 다이아몬드회전(SPDT) 공구 팁 반경=0.500mm;
h = peak-to-valley첨두/부채꼴(scallop) 높이(공구 각인(imprint))=10nm;
Xmax = 특징(6240)의 반경=100mm;
RPM = 추측된 스핀들(spindle) 속도=150rev/min(추측된 스핀들 속도);
f = 특징에 걸친 교차공급(feed) 속도(STS모드에 직접 제어되지 않는),
mm/min 로 정의된;
w = 부채꼴(scallop) 스페이싱(spacing)(즉, 스핀들 해상도당 교차 공급), mm로 정의된;
t = minutes(절삭 시간)
계속해서 도 244를 참조하면, 첨두(6248)는 제작 마스터(6238)로부터의 소재의 제거보다 차라리 공구 경로 및 변형을 겹치는 것에서 생기는 복수의 절삭공구(6250)를 추가적으로 포함하고 불규칙적으로 형성할 수 있다. 이와 같은 절삭공구 및 불규칙적인 모양의 첨두는, 기인하는 표면의 Ra를 증가시킬 수 있고, 그것과 함께 형성된 광학요소의 광학적 실행을 부정적으로 영향을 미칠 수 있다. 특징(6240)의 표면(6244)은 절삭공구(6250)의 제거 및/또는 첨두(6248)를 회전하는 것에 의해 더 부드럽게 만들 수 있다. 일실시예로서, 다양한 에칭 프로세스는 절삭공구(6250)를 제거하는데 이용될 수 있다. 절삭공구(6250)는 표면의 다른 분할과 비교되는 높은 표면영역 비율(즉, 둘러싼 크기에 의해 나눈 표면영역) 특징이고, 따라서 더 빨리 에칭될 것이다. 알루미늄 또는 놋쇠로 형성된 제작 마스터(6238)에 대해, 염화 제2철과 같은 혼산(부식액), 염화 수소산을 갖는 염화 제2철, 인 및 질산을 갖는 염화 제2철, 과황산 암모늄, 질산 또는 Transene Co.사로부터의 알루미늄 혼산(부식액) 타입 A와 같은 상업적인 제품이 이용될 수 있다. 또 하나의 예로서, 제작 마스터(6238)가 니켈로 덮여지거나 형성된다면, 예를 들어 5 parts HNO3 + 5 parts CH3COOH + 2 parts H2SO4 + 28 parts H2O 와 같은 혼합물로부터 형성된 부식액이 이용될 수 있다. 추가적으로, 부식액은 등방성 식각 작용(isotropic etching action)(즉, 식각율은 모든 방향에 같다)을 안전하게 하기 위해 교반(뒤섞음)과 함께 조합하여 이용될 수 있다. 그 후의 크리닝 또는 스멋제거(desmutting) 작용은 약간의 금속들 및 식각에 대해 요구될 수 있다. 전형적인 스멋제거 또는 밝게 하는 식각은, 예를 들면, 질산의 희석한 혼합물, 염화 수소산 및 물안의 불화 수소산 일 수 있다. 플라스틱 및 글래스 제작 마스터에 대해, 절삭공구 및 첨두는 기계가공 스크래핑(scraping), 화염 연마(flame polishing) 및/또는 써멀 리플로우(thermal reflow)에 의해 처리될 수 있다. 도 245는 에칭후의 도 244의 단면도를 보여주며, 이것은 절삭공구(6250)가 제거되는 것을 볼 수 있다. 비록 습식 에칭 프 로세스(wet etching processes)는 에칭 금속에 대해 더 일반적으로 이용될 수 있지만, 플라즈마 에칭 프로세스와 같은 건식 에칭 프로세스 또한 이용될 수 있다.
광학요소를 형성하는 것에 대한 제작된 특징의 형성은, 어떤 특성을 가진 특징들의 측정에 의해 평가될 수 있다. 이러한 특징들에 대한 제작 과정은, 특징의 품질 및/또는 정밀성을 향상시키기 위한 측정을 이용하여 주문제작될 수 있다. 특징의 측정은, 예를 들면, 백색 간섭(white light interferometry)을 이용함으로써 형성될 수 있다. 도 246은 조밀한 제작 마스터(6252)의 개요도이고, 측정될 수 있는 특징 및 결정될 수 있는 제작 과정을 위한 보정 방법을 나타내기 위해 여기에 도시된다. 실제로 제작된 마스터의 선택된 특징들(6254, 6256, 6258, 6260, 6262, 6264, 6266, 6268 )(특징(6254 내지 6268)으로서 집합적으로 참조된)은, 이들의 광학 품질을 특징지우기 위해 측정되고, 결과적으로, 기계가공 방식의 형성이 사용된다. 도 247 내지 도 254는 각각의 특징들의 측정된 표면 오차(즉, 계획된 표면 높이로부터의 굴곡(편차))의 개략도(6270, 6272, 6274, 6276, 6278, 6280, 6282, 6284)를 보여준다. 각각의 개략도 상의 진한블랙 화살표(6286, 6288, 6290, 6292, 6294, 6296, 6298, 6300)는, 제작 마스터(6252)의 특징 위치를 위해 제작 마스터 회전의 중심으로부터의 벡터 포인트를 나타낸다. 즉, 공구는 이 벡터로 직각의 방향으로 특징을 걸쳐서 이동된다. 도 247 내지 도 254에 볼 수 있는 바와 같이, 가장 큰 표면 오차의 영역은 진한블랙 화살표로 나타낸 벡터로 직각의 직경에 대응하는 공구 입구 및 출구에 있다. 각 윤곽선은 대략 40 run의 윤곽 레벨 이동을 나타내고, 도 247 내지 도 254에 도시된 것처럼 측정된 특징들은 기대된 값으로부터 대 략 200 ran의 범위를 갖는 세그 굴곡(편차)을 갖는다. 관련된 각 윤곽도는 이상적인 표면과 관련하는 측정된 표면의 RMS 값(각 윤곽도 위에 나타낸)이다. RMS값은 도 246 내지 도 254에 도시된 예에 있어서의 대략 200nm 에서 300nm로 바뀐다.
도 247 내지 도 254는 기계가공 프로세스와 관련된 적어도 두 개의 조직적 효과를 나타낸다. 첫째로, 제작된 특징의 굴곡편차는 절삭(즉, 굴곡은 절삭의 방향 "clock with" 로 말할 수 있다) 방향에 대해 일반적으로 대칭적이다. 둘째로, 다른 현재 이용가능한 제작 방식과 함께 이룰 수 있는 것보다 더 낮은 동시에, 이러한 특징에 나타낸 RMS값은 제작 마스터에 요구될 수 있는 것들보다 여전히 더 크다. 게다가, 이러한 수치들은 제작 마스터와 관련하는 특징에 대응하는 반경 및 방위각 위치를 위해 감각적으로 나타나는 RMS값 및 대칭 모두를 보여준다. 표면 오차의 대칭 및 RMS값은 측정될 수 있는 제작된 특징의 특성들의 실시예이고, 측정 결과는 특징들을 생산하는 제작 과정을 보정 또는 조정을 위해 이용된다. 이러한 효과는 조밀한 제작 마스터의 스크랩 또는 재가공(예를 들면, 겉단장(facing))을 요구하는 제작된 특징들의 형성을 손상시킬 수 있다. 제작 마스터의 재가공은 재조정이 극히 어렵기 때문에 불가능한 동시에, 제작 마스터의 스크래핑은 비용과 시간의 점에서 보면 낭비적일 수 있다.
도 247 내지 도 254에 나타낸 조직적 영향을 완화하기 위해, 이러한 영향에 대한 보정 또는 조정을 제작 및 실행 동안의 특징들을 측정하기에 이점이 될 수 있다. 예를 들면, 제작(원위치에) 동안의 특징들을 측정하기 위해, 추가적인 용량들은 기계 공구을 위해 추가될 수 있다. 도 216에 관련하여 도 255를 지금 참조하여, 기계가공 구성(6024)의 변경이 도시된다. 멀티축 기계가공 공구(6302)는 계측학 및 조정에 대해 이용될 수 있는 원위치 측정 서브시스템(6304)을 포함한다. 측정 서브시스템(6304)은 예를 들어 날고정기(6032)에 설치된 공구(6030)와 함께 작용할 수 있는 방법으로 움직이도록 설치될 수 있다. 기계 공구(6302)은 날고정기(6032)와 관련하는 서브시스템(6304)의 위치의 조정을 수행하는데 이용될 수 있다.
조정 프로세스의 예로서, 제작 과정의 실행은 기하학의 증명에 대한 절삭 특징들을 측정하기 위해 중단될 수 있다. 다른 방안으로, 이러한 측정은 제작 과정을 계속하는 동시에 실행될 수 있다. 이때 측정은 나머지 특징들에 대해 요구된 만큼 제작 과정을 조정하기 위해 피드백 프로세스를 실행하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 피드백 프로세스는, 예를 들면, 절삭기 사용 및 산출에 영향을 미칠 수 있는 다른 프로세스 변수들에 대해 보상할 수 있다. 측정은, 예를 들면, 제작 마스터에 걸쳐서 단일 또는 다중 청소를 수행 및 측정되도록 표면과 관련하는 가동된 접촉 자동기록계(직선형 가변 차동변압기(Linear Variable Differential Transformer: LVDT) 프로브(probe))에 의해 수행될 수 있다. 다른 방안으로, 측정은 간섭관측기와 함께 특징의 조리개를 통해서 수행될 수 있다. 측정은, 예를 들면, 절삭기가 새로운 특징들을 형성하는 동시에 이미 형성된 특징들을 접촉하는 LVDT프로브를 이용함으로써 절삭 프로세스와 함께 동시 발생으로 수행될 수 있다.
도 256은 도 255의 멀티축 기계 공구(6302)로 원위치에 측정 시스템에 있어서의 전형적인 통합을 보여준다. 도 256에 있어서, 날고정기(6032)는 투명도에 대해 도시되지 않는다. 반면에 공구(6030)는 제작 마스터(6306) 상에 특징(예를 들 면, 그것과 함께 광학요소를 형성하는 것에 대해)을 형성하고, 측정 서브시스템(6304)(대시된 박스안에 둘러싼)은 제작 마스터(6306) 상에 공구(6030)에 의해 미리 형성된 다른 특징들(또는 그것의 분할)을 측정한다. 도 256에 도시된 것처럼, 측정 서브시스템(6304)은 전자기 에너지 소스(6308), 빔 분리기(6310) 및 검출기 장치(6310)를 포함한다. 밀러(6312)는, 예를 들면, 제작 마스터(6306)로부터 흩어진 전자기 에너지를 방향을 바꾸기 위해 선택적으로 추가될 수 있다.
계속해서 도 256을 참조하면, 전자기 에너지 소스(6308)는 빔 분리기(6310)를 통해서 전달하는 전자기 에너지의 콜리메이트빔(collimated beam)(6314)을 생산하고, 반사된 분할(6316) 및 전송된 분할(6318)로서 그것에 의해 부분적으로 반사된다. 첫번째 방법에 있어서, 반사된 분할(6316)은 기분빔(reference beam)으로서 보조함과 동시에 전송된 분할(6318)은 제작 마스터(6306)(또는 그 위의 특징)에 신호를 보낸다. 전송된 분할(6318)은, 빔스프리터(6310)를 통해 그리고 밀러(6312)를 향해 뒤로 전송된 분할(6318)의 부분을 확산시키는 제작 마스터(6306)의 신호보냄에 의해 변경된다. 밀러(6312)는 데이터빔(6320)으로서 전송된 분할(6318)의 이 부분을 초점을 바꾼다. 이 때 반사된 분할(6316) 및 데이터빔(6320)은 검출기 장치(6310)에 의해 레코드된 간섭도(interferogram)를 생산하기 위해 간섭한다.
여전히 도 256을 참조하면, 두번째 방식에 있어서, 빔스프리터(6310)는 레퍼런스빔(reference beam)이 만들어지지 않은 90°시계방향으로 도는 또는 역시계방향으로 도는 것에 의해 회전되고, 측정 서브시스템(6310)은 전송된 분할(6318)로부터 오로지 정보를 포획한다. 이 두번째 방식에 있어서, 밀러(6312)는 요구되지 않 는다. 두번째 방식을 이용하여 포획된 정보는, 단지 진폭 정보를 포함할 수 있고 또는 만일 제작 마스터(6306)가 투명하다면 간섭 정보를 포함할 수 있다.
C축(그리고 다른 축)은 제작 과정으로 부호화되기 때문에, 계측학 시스템의 중심축에 관련하는 특징의 위치는 알려지고 또는 결정될 수 있다. 측정 서브시스템(6304)은 제작 마스터(6306)를 연속적으로 샘플하기 위해 세트될 수 있고 또는 특정 위치에서 제작 마스터(6306)를 측정하기 위해 유발될 수 있다. 예를 들면, 제작 마스터(6306)의 계속적인 프로세싱을 허용하기 위해, 측정 서브시스템(6304)과 관련하는 제작 마스터(6306)의 움직임을 효과적으로 정지시키기 위해, 측정 서브시스템(6304)은 적절히 빠른 진동된(예를 들면, 개조된(chopped) 또는 섬광촬영장치의(stroboscopic)) 레이저 또는 약간의 마이크로초 기간을 갖는 프래쉬램프를 이용할 수 있다.
제작 마스터(6306)의 특성들에 대한 측정 시스템(6304)에 의해 레코드된 정보의 분석은, 예를 들면, 제작 마스터(6306) 상의 같은 타입의 다수 특징들 사이의 상관관계에 의해 또는 알려진 결과로 패턴매칭에 의해 수행될 수 있다. 정보의 적절한 파라미터 및 결합된 상관관계 또는 패턴매칭 장점 기능은, 피드백 시스템을 이용하는 기계가공 작동의 제어 및 조정을 허용할 수 있다. 첫번째 예는 금속 제작 마스터에 있어서의 구형 오목 특징의 특성들을 측정하는 것을 포함한다. 회절을 소홀히하는 이러한 특징으로부터 반사된 전자기 에너지의 이미지는, 원형으로 결박되고 동등한 강도여야만 한다. 만일 특징이 타원으로 왜곡된다면, 그 때 검출기 장치(6310)에서 이미지는 비점수차 및 타원형으로 결박되게 보일 것이다. 그러므로, 강도 및 비점수차 또는 그것의 결핍은 제작 마스터(6306)의 특정 특성들을 나타낼 수 있다. 두번째 예는 표면 마무리 및 표면 결함에 관한 것이다. 표면 마무리가 부족할 때, 이미지의 강도는 표면 검출로부터의 분산 및 검출기 장치(6310)에서 레코드된 이미지가 비균일할 수 있기 때문에 감소될 수 있다. 제어에 이용되고 측정 시스템(6304)에 의해 레코드된 정보로부터 결정될 수 있는 파라미터는, 예를 들면, 강도, 각도 비율, 및 포획된 데이터의 균일함을 포함한다. 이 때 이러한 파라미터의 몇몇은, 두 개의 다른 특징들 사이에서, 같은 특징 상의 두 개의 다른 특징들 사이에서, 또는 제작된 특징 및 제작 마스터(6306)의 특성들을 결정하기 위해 미리결정된 참조 파라미터(특징의 이전 컴퓨터의 시뮬레이션 상의 베이스의 하나와 같은)와 비교될 수 있다.
일실시예에 있어서, 두 개의 다른 파장에서 광학 시스템으로부터 또는 두 개의 다른 센서들로부터의 정보의 조합은, 절대량으로 많은 관련 측정을 변환하는 것을 절대량으로 도움이 된다. 예를 들면, 광학 측정 시스템과 관련하여 LVDT의 이용은 포획된 이미지에 대한 적절한 크기조정을 결정하는데 이용될 수 있는 물리적 거리(예를 들면, 제작 마스터에서 광학 측정 시스템까지)를 제공하는 것을 도울 수 있다.
그것으로부터 특징들을 복제하기 위해 제작 마스터를 사용하는데 있어서, 조밀한 제작 마스터가 복제 장치와 관련하여 정밀하게 정렬된다는 사실이 중요할 수 있다. 예를 들면, 층을 이룬 광학요소을 제조하는데 있어서의 제작 마스터의 조정은, 검출기 및 서로와 관련하는 다른 특징들의 조정을 결정할 수 있다. 제작 마스 터 자체의 조정 특징들의 제작은 복제 장치와 관련하는 제작 마스터의 정밀한 조정을 용이하게 할 수 있다. 예를 들면, 다이아몬드 회전과 같은 상기 서술된 고정밀도 제작 방식은, 제작 마스터 상의 특징들처럼 같은 제작 과정 동안 또는 동시에 이러한 조정 특징들을 함께 형성하는데 이용될 수 있다. 본 발명의 내용에 있어서, 조정 특징은 제작 마스터 및 분리된 물체의 표면 사이에서 분리거리, 이동 및/또는 회전을 정의하고 또는 나타내기 위해 분리된 물체상의 대응하는 조정 특징과 협력하기 위해 구성된 제작 마스터의 표면상의 특징으로서 이해된다.
조정 특징들은, 예를 들면, 제작 마스터의 표면과 분리된 물체 사이에서 관련 위치 및/또는 위치확정을 기계가공으로 정의하는 특징들 또는 구조들을 포함할 수 있다. 운동학적인 조정 특징들은 상기 서술된 방식을 이용하여 제작될 수 있는 조정 특징들의 예이다. 올바른 운동학적 조정은, 움직임 축의 수와 물리적 압박의 수가 물체들 총 6개(즉, 3개 이동 및 3개 회전) 사이에서 적용될 때, 두 물체들 사이에서 만족될 수 있다. 모조 운동학적 조정은 6개축 보다 적을 때 결과를 초래하고 그렇게 조정은 속박된다. 운동학적 조정은 광학 허용오차(예를 들면, 수십 나노미터의 차수)에서 반복 조정을 하기 위해 보여진다. 조정 특징들은 조밀한 제작 마스터 자체상에 제작될 수 있지만 광학요소를 형성하는 것에 대한 특징들에 의해 영역의 외측에 차지된다. 추가적으로 또는 선택적으로, 조정 특징들은 제작 마스터의 표면과 분리된 물체의 사이에서 관련한 배치 및 위치확정을 나타내는 특징들 또는 구조들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 이러한 조정 특징들은 배열된 이미징 시스템의 자동화된 조립을 가능하게 하기 위해 분리된 물체 및 제작 마스터의 표면을 상 대적인 위치로 시각 시스템(예를 들면, 현미경) 및 움직임 시스템(예를 들면, 로봇기술)과 함게 이용될 수 있다.
도 257은 그 위에 지지된 제작 마스터(6324)를 갖는 진공척(6322)을 보여준다. 제작 마스터(6324)는, 예를 들면, 중대한 몇몇 파장에서 불투명한 다른 재료들 또는 유리로 형성될 수 있다. 진공척(6322)은 모조 운동학적인 조정 특징들의 조합 일부로서 작용하는 원통모양의 요소(6326, 6326', 6326")를 포함한다. 진공척(6322)은 제작 마스터(6328)(도 258 참조)와 함께 일치시켜 구성된다. 제작 마스터(6328)는 진공척(6322) 상의 원통모양의 요소(6326, 6326', 6326")와 함께 일치시키기 위해 모조 운동학적인 조정 특징들의 보완적인 부분을 형성하는 볼록한 요소(6330, 6330', 6330")를 포함한다. 원통모양의 요소(6326, 6326', 6326") 및 볼록한 요소(6330, 6330', 6330")는, 진공척(6322)과 제작 마스터(6328) 사이의 회전적 움직임이 완전하게 속박되지 않기 때문에, 도시된 것처럼, 진짜 운동학적 조정보다 차라리 모조 운동학상의 조정을 제공한다. 진짜 운동학적 조정은 진공척(6322)(즉, 모든 원통모양의 요소들은 90°로 회전될 것이다)의 원통모양의 축과 관련하여 반경으로 조정된 원통모양의 요소(6326, 6326', 6326")를 가질 것이다. 볼록한 요소(6330, 6330', 6330")는, 예를 들면, 제작 마스터(6328) 상에 기계가공된 반구형 또는 정밀하게 뚫은 구멍으로 놓여진 정밀 공구세공볼 각각 일 수 있다. 운동학적 조정 특징들의 조합의 다른 예로서, 원뿔형안의 구형 둥지(nesting) 및 구형안의 구형 둥지를 포함한다. 그러나, 제한되지 않는다. 이와는 달리, 원통모양의 요소(6326, 6326', 6326") 및/또는 볼록한 요소(6330, 6330', 6330")는 진공 척(6322) 및 제작 마스터(6328)의 주위에 대해 형성된 연속적 링의 공간 근사치이다. 이러한 운동학상의 조정 특징들은, 예를 들면, 초정밀 다이아몬드 회전 기계를 이용하여 형성될 수 있다.
조정 특징들의 다른 조합들은 도 259 내지 도 261에 도시된다. 도 259는 원형모양의 요소(6326)의 단면도를 보여주는 척(6322)의 단면도이다. 도 260 및 도 261은 원형모양의 요소(6326) 및 볼록한 요소(6330)의 조합의 대신 이용하기에 적절할 수 있는 운동학적 조정 특징들의 대체 구성들을 보여준다. 도 260에 있어서, 진공척(6332)은 볼록한 요소(6330)와 함께 일치시키기 위해 구성된 V자형 벤 자리(6334)를 포함한다. 도 261에 있어서, 볼록한 요소(6330)는 평면 표면(6338)에서 진공척(6336)과 함께 일치시킨다. 도 260 및 도 261 둘다에 도시된 운동학적 조정 특징들의 구성들은 제작 마스터(6324) 및 제작 마스터(6328) 사이의 Z방향 높이(즉, 제작 마스터(6324)의 면으로 정상적인)의 제어를 허용한다. 볼록한 요소(6330)는, 예를 들면, 제작 마스터(6328) 상에 형성된 광학요소를 형성하는 것에 대한 특징들의 배열로서 같은 셋업으로 형성될 수 있고, 결과적으로, 제작 마스터(6324)와 제작 마스터(6328) 사이의 Z방향 조정은 서브 미크론 허용공차와 함게 제어될 수 있다.
도 257과 258로 돌아가서, 추가적인 조정 특징의 형태가 예상된다. 예를들어, 도 257 및 도 258에 도시된 의사동적(pseudo-kinematic) 조정 특징들의 조합은, 진공척(6322)과 관련된 제작 마스터(6328)의 조정을 도울 수 있고, 그리고 Z방향 이동, 진공척(6322)과 관련된 제작 마스터(6324)를 결과적으로 도울 수 있으며, 그리고 제작 마스터(6328)는 각각에 관련하여 회전가능하도록 유지될 수 있다.
한가지 해결책으로, 회전가능한 조정은 제작 마스터(6328)와 혹은 진공척(6322)과 관련된 추가적인 기준점의 사용에 의해 이루어 질 수 있다. 본 출원에 명시된 내용 내에서, 기준점은 분리 대상과 관련된 제작 마스터(6324)의 조정을 나타내기 위해 제작 마스터(6324)상에 특징들이 형성되도록 이해된다. 이들 기준점은 그어진 반경선(예를 들면, 선(6340, 6340'), 도 258 참조), 중심이 같은 원들(예를 들면, 도 258의 원(6342)) 및 버니어(verniers)(6344, 6346, 6348, 6350)를 포함되거나 제한하지 않는다. 반경선 특징물(6340)은 예를 들어 축이 고정되어져(회전없이) 있는 동안 0.5μm 깊이의 반경선에서 제작 마스터(6328)가 교차되어 공구가 끌리는 것에 의한 다이아몬드 커팅공구를 가지고 창출되어질 수 있다. 버니어(6344 및 6348) 이것은 진공축(6322)과 제작 마스터(6328)의 바깥 둘레에 각각 위치하고 축이 고정되어져 있는 동안(이 때 공구와 회전축은 떨어진다) 0.5μm 깊이의 축 선에서 공구는 진공축(6322) 혹은 제작 마스터(6328)가 교차되어 반복적인 끌림에 의해 다이아몬드 절단 공구로 만들어질 수 있다. 버니어(6346 및 6350) 이것은 각각 진공축(6322)과 제작 마스터(6328)의 결합면에 위치하고 축이 고정되어져 있는 동안(이 때 공구와 회전축은 떨어진다) 0.5μm 깊이의 반경선에서 공구는 제작 마스터(6328)가 교차되어 반복적으로 끌림에 의해 다이아몬드 절단 공구로 만들어질 수 있다. 중심이 같은 원들은 제작 마스터(6328)를 지지하는 축이 회전하는 동안 매우 작은 양(~0.5μm)의 제작 마스터 내부의 절단 공구의 묻힘에 의해 산출되어 질 수 있다. 이 때 공구는 미세물, 원형라인을 남기는 제작 마스터(6328)로부터 백아웃된 다. 이들 반경과 원형의 선들은 현미경 혹은 간섭계에 의해 확인되어질 수 있다. 기준선들을 사용한 조정은 투명 척 혹은 투명 제작 마스터 사용에 의해 촉진될 수 있다.
도 257 내지 도 261에 도시된 이 조정 특징 구성들은 그 위치와 조정요소들의 기능이 제작 마스터(6324)의 독립물이기 때문에 특히 유리하다. 결과적으로 특정 물리적 범위와 제작 마스터(6324)의 특징들(예를들어 두께, 반경, 평탄도, 압력)은 조정의 이치에 맞지 않게 된다. 제작 마스터의 두께의 허용오차보다 큰 제작 마스터(6324)와 제작 마스터(6328)의 표면사이 간격은 링(6342)같은 조정요소의 추가적인 높이의 추가에 의해 의도적으로 형성된다. 이 때 복제 중합체는 만약 그 제작 마스터가 근소한 두께에서 벗어난 경우 이 두께를 간단히 메운다.
도 262는 복제 시스템(6352)의 전형적인 실시예의 단면도를 보여준다. 여기에 나타내어진 것은 공통 베이스 위에 광학적 요소의 복제동안 다양한 요소의 조정을 설명한다. 제작 마스터(6354), 공통 베이스(6356), 그리고 진공척(6458)은 조정요소(6360, 6362, 6364)의 조합에 의해 각각에 관련하여 정렬된다. 진공척(6458)과 제작 마스터(6354)는 함께 예를들어 센싱 서보 프레스(6366)의 힘의 사용으로 압착되어진다. 잘 조절된 클램핑 압력에 의해, 시스템의 복제는 X, Y, 및 Z방향에서 미크론에 속한다. 일단 적절하게 배열되고 압착되면, UV 경화 중합물 같은 복제 물질은 제작 마스터(6354)와 공통 베이스(6356) 사이에 한정된 볼륨(6368)으로 주입된다. 대안으로, 그 복제물질은 배열과 압착이 함께 되기 전에 제작 마스터(6354)와 공통 베이스(6356) 사이에 주입될 수 있다. 연속적으로, UV 큐어링 시스템(6370)은 그 중합물을 UV 전자기 에너지와 소산(daughter) 광학 요소들의 응고 고분자에 노출시킨다. 고분자의 응고에 따라, 제작 마스터(6354)는 프레스(6366)에 의한 적용된 힘의 방출에 의해 진공척(6358)으로부터 이동하게 된다.
복합적인 상이한 기계 공구 구성들은 광학 요소들의 형성을 위한 제조 제작 마스터에 사용되어질 수 있다. 각각의 기계 공구 구성은 제작 마스터에 관련된 특정 종류의 특징의 형성에 용이한 특정 이점들을 가지고 있다. 더불어, 특정 기계 공구 구성들은 특정 종류의 특징들을 형성하는데에서 적용되어 질 수 있는 공구들의 특정한 종류의 이용을 가능하게 한다. 게다가, 복합적인 공구들과 혹은 특정 기계 공구 구성들의 사용은 매우 높은 정밀도와 기계 공구로부터 주어진 제작 마스터 제거의 요구가 없는 정확성에서 제작 마스터의 형성을 위해 요구되어지는 모든 기계 작동을 가능하게 하는데 용이하게 한다. 광학적 정밀도에 유리하게, 멀티축 장치 공구가 사용된 광학 요소들의 배열 형성을 위한 특징들을 포함하는 제작 마스터의 형성은 다음의 연속적인 단계를 포함한다. 1) 홀더(예를들어 척 혹은 그것에 적절하게 상응하는)에 제작 마스터를 설치하고, 2) 제작 마스터에 대해 예비 기계가공 작동 수행하고, 3) 광학 요소들의 배열 형성을 위한 제작 마스터 특징들의 표면위에 직접 제작하고, 4) 적어도 하나의 조정 특징 제작 마스터의 표면에 직접 제작하며, 그 중 제작 마스터는 실행과 직접 제작되는 과정동안 제작 마스터 홀더에 고정되는 것을 유지한다. 추가적으로 혹은 선택적으로,제작 마스터의 지지를 위한 예비 기계가공 작동은 제작 마스터위에 설치되는것 이전에 수행되어질 수 있다. 예비 기계가공 작동들의 예는 바깥지름을 회전시키거나 혹은 파악력(chucking forces)(그리고, 부속이 풀어졌을때 "스프링 장치" 결과)에 의해 야기된 최소한의 어떤 편향과 변형을 최소로 하는 제작 마스터로 향하는(기계가공 평면) 것이다.
도 263 내지 도 266은 광학적 요소의 형성을 위한 특정의 제작에서 사용된 멀티축 기계가공 구성의 전형을 보여준다. 도 263은 다중 공구를 포함하는 구성(6372)을 보여준다. Z축 범의의 배열과 각각 공구의 사이즈에 의존이 추가적인 공구들에 포함되어질 수 있지만 제1 제2 공구(6374 및 6376)를 나타낸다. 제1 공구(6374)는 화살표로 X,Y 및 Z로 나타내어진 X, Y, Z축에서 운동 범위를 갖는다. 도 263에 보여진, 제1 공구(6374)는 예를 들면 STS 방법으로 제작 마스터(6378) 이용의 표면의 특징 형성을 위해 위치되어진다. 제2 공구(6376)는 제작 마스터(6378)의 바깥지름 (OD)을 향하도록 놓여진다. 제1 제2 공구(6374 및 6376)는 모두 SPDT공구들이 되거나 다른 공구는 섬 보스 요소(island boss elements)와 같은 더 크거나 적은 정확한 특징 형성을 위한 고속 도강(high-speed steel)과 같은 다른 형태가 되고, 도 234 및 도 235과 연관하여 여기에 서술된다.
도 264는 공구(6382)(예를 들어 SPDT 공구)와 제2 축(6384)을 포함하는 공구(6380)와 기계 공구을 포함한다. 기계 공구(6380)은 제2 축(6384)에 대한 공구 중 하나의 교환을 제외하고는 기계 공구(6372)과 같다. 기계 공구(6380)은 분쇄와 회전 둘다를 포함하는 기계가공 작동에 유리하다. 예를 들어, 공구(6382)는 제작 마스터(6368)를 표면화시키거나 혹은 의도적인 기계가공 표시 혹은 정렬 버니어 절단을 한다. 반면에 제2 축(6384)은 공구의 형성 혹은 경사지거나 혹은 두꺼운 표면위의 광학 요소들의 형성을 위한 제작 마스터(6368)의 특징들 생성을 위한 볼엔드 밀(ball endmill)을 이용할 수 있다. 제작 마스터(6368)는 제1 축 혹은 제2 축 위에 설치하거나 혹은 앵글면 같은 아이템을 위에 설치한다. 제2 축(6384)은 RPM 50,000 혹은 100,000에서 회전하는 고속도강이다. 100,000 RPM 축은 낮은 정확도 축을 제공하지만 빠른 물질제거를 제공한다. 제2 축(6384)은 공구(6382)를 보완한다. 따라서, 축(6384)은 예를들어 프리폼 가파른 경사를 기계로 만들거나 형태공구를 이용할 수 있다.
도 265는 제2 축(6390)과 B축 회전운동을 포함하는 기계 공구(6388)을 보여준다. 기계 공구(6388)은 예를 들어 기계화 되어진 제작 마스터의 표면의 외부 절단 공구의 비움직임 중심회전과 플라이 커터 혹은 면 엔드밀을 가지는 볼록한 표면의 비연속면의 이용에 유리하다. 보여진 것처럼, 두번째 축(6390)은 제작 마스터의 설치에 적당한 낮은 속도 5,000 또는 10,000 RPM 축이다. 대안으로, 첨부되어 보여진 도 264의 기계 공구(6390)과 같은 고속 축도 사용되어질수 있다.
도 266은 B축 움직임, 복합 공구 기둥(6394 및 6396) 그리고 제2 축(6398)을 포함하는 기계 공구(6392)을 보여준다. 공구 기둥(6394 및 6396)은 고정 SPDTs, 고속강도 절단공구, 계측 시스템들과 혹은 그것의 조합에 사용되어질 수 있다. 기계 공구(6392)은 예를들어 회전, 평삭, 계측, SPDT, 개략의 회전 혹은 평삭이 요구되어지는 것보다 복잡한 기계가공 작동에 사용될 수 있다. B축의 회전은 수용가능한 공구 기둥 혹은 사용되지 않은 B축에 의해 제공되어진 것보다 넓은 범위의 공구와 공구위치에 추가적인 공간이 제공될 수 있다.
비록 오늘날 일반적이지는 않지만 제조 공정에 있는 제품에 수직으로 돌출되 어진 기계 공구들의 통합된 캔틸레버(cantilever) 축이 사용되어질 수도 있다. 캔티레버 구성에 있어서, 축은 가로대와 제조공정에 있는 제품을 통해 XY축으로부터 통해서 Z축 범위 위에 설치되어진다. 이 배열의 기계 공구은 매우 큰 제작 마스터 평삭에 유리하다. 더 나아가, 큰 제조공정에 있는 제품의 기계가공시, 직선화와 축 슬라이드의 편향(직선화의 오류)의 측정과 특성화에 중요하다. 슬라이드 편향은 일반적으로 미크론보다 작으나 온도, 제조공정에 있는 제품의 무게, 공구 압력과 다른 자극에 영향을 받는다. 이것은 짧은 이동에는 관여되지 않지만 그러나 만약 큰 부분의 제조공정의 경우, 보정값을 가지는 색인테이블은 소프트웨어 혹은 어떤 선형축 또는 회전축에대한 조절 제어장치에 통합되어져 있다. 이력현상(hysteresis) 역시 기계 이동에있어 편향의 원인이 된다. 이력현상은 완전한 기계가공 작동동안 축 단일 방향으로 작동함으로써 피할 수 있다.
다중 공구는 일련의 기계가공 수행과 형성된 특징들의 측정을 수행함으로써 위치적으로 관계될 수 있다. 예를 들어 각각의 공구에 대해, 1) 기계 좌표의 초기 세트가 세트되고, 2) 반구와 같은 첫번째 특징은 공구를 사용하는 표면상에 형성되고, 3) 공구 위 혹은 공구에서 벗어난 간섭계와 같은 측정배열은, 형성된 시험 표면의 모양 결정과 그것으로부터의 편향을 결정하는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 이 때 만일 반구체가 반구의 명령(예를들면, 반경 및/또는 깊이의 편향)으로부터 어떤 편향을 절삭 했다면, 공구의 기계 좌표의 초기 세트와 공구의“정확한”기계 좌표사이의 오프세트와 관계될 수 있다. 편향의 분석을 이용하여, 공구에 대한 기계 좌표의 보정된 세트는 결정되고 그리고나서 세트될 수 있다. 이 절차는 많은 공 구에 대해 수행될 수 있다. G코드 명령 G92(좌표시스템 세트)을 이용하여, 좌표시스템 오프셋은 각 공구에 대해 저장되고 프로그램 될 수 있다. 도 255의 서브시스템(6304)과 같은 온-공구 측정 서브시스템은 형성된 테스트 표면의 모양을 결정하기 위해 오프-공구 간섭계 대신에 온-공구 측정 서브시스템을 이용함으로써 특정 공구와 위치적으로 또한 관련될 수 있다. B 또는 Z축 상에 설치된 C축 스핀들 및 두 번째 스핀들과 같은 하나의 스핀들 이상을 갖는 기계 구성들에 대해, 그 위에 설치된 스핀들 또는 공정소재는, 그것의 축 상에 한 쪽 스핀들을 회전하고, 그 후에 XY에 C축을 움직이는 동시에, 총 나타낸 런아웃(TIR)을 측정함으로써 위치적으로 관련될 수 있다. 상기 서술된 방식은 기계 공구 서브시스템 축과 어떤 방향에 있어서의 1미크론 이상의 공구 사이에서 위치적 관계를 결정하는데 있어서 결과를 초래할 수 있다.
도 267은 의도된 기계가공 마크를 포함하는 하나의 기계화된 표면을 형성하는 것에 대해 적절한 전형적인 조종절삭 구성(6400)을 보여준다. 조종절삭 구성(6400)은 도 265의 구성(6388)과 같은 두 개의 스핀들 기계가공 구성을 선택함으로써 실현될 수 있다. 조종절삭공구(6402)은 C축 스핀들로 첨부되고, 제작 마스터(6404)에 대하여 착수되고 회전된다. 제작 마스터(6404)에 대하여 조종절삭공구(6402)의 회전은 제작 마스터(6404)의 표면상에 일련의 나선홈(6406)의 결과를 초래한다. 제작 마스터(6404)는 첫 번째 120°에 의해 두 번째 스핀들(6408) 상에 회전될 수 있고, 그리고 나서 두 번째 120°및 홈파는 동작은 매번 형성될 수 있다. 결과 홈 패턴은 도 268에 도시된다. 홈파는 패턴을 형성하는 것을 더하여, 조 종절삭 구성은 스핀들 축으로 정상적 및 제작 마스터 표면을 만드는 것에 대해 유리하게 이용될 수 있다.
도 268은 도 267의 조종절삭 구성을 이용함으로써 형성된 부분 높이의 전형적인 기계가공된 표면(6410)을 보여준다. 두 번째 스핀들 120°를 매번 기록함으로써, 삼각형 또는 육각형의 일련의 계획된 기계가공 마크(6412)는 표면상에 형성될 수 있다. 일예로서, 계획된 마크(6412)는 제작 마스터로부터 형성된 광학요소의 AR 인쇄 패턴을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 120nm 반경 절삭 첨두를 갖는 SPDT는 대략 400nm 떨어지고 100nm 깊은 절삭 홈들에 대해 이용될 수 있다. 중합물과 같은 적절한 소재로 형성됐을 때, 형성된 홈 형태 AR 인쇄 구조는 대략 400에서 700nm까지의 파장에 대해 AR 결과를 제공할 것이다.
제작 마스터 상의 광학요소의 제작에 유용할 수 있는 또 하나의 제작 프로세스는, QED Technologies Inc사로부터의 자기유동적 마무리(Magnetorheological Finishing:MRF®)이다. 게다가, 제작 마스터는 예를 들어 STS/FTS 중 하나, 멀티축 평삭 및 멀티축 분쇄 접근 또는 또 하나의 접근을 다 합하여 이용하는 위치확정, 조정 및 식별에 대한 마크들과 같은 광학요소들보다 다른 추가적인 특징들과 함께 마크될 수 있다.
본 발명의 기술들은 예를 들어 8인치 또는 더 큰 제작 마스터 상의 복수의 광학요소의 직접 제작을 허용한다. 즉, 제작 마스터 상의 광학요소들은 예를 들어 완전하게 차지된 제작 마스터를 형성하기 위해 제작 마스터의 작은 섹션의 복제를 요구하는 것보다 차라리 직접 제작에 의해 형성될 수 있다. 직접 제작은 예를 들어 기계가공, 평삭, 분쇄, 다이아몬드 회전, 래핑(lapping), 광택(polishing), 조종절삭(flycutting) 및/또는 특수화된 공구의 이용에 의해 실행될 수 있다. 따라서, 복수의 광학요소는 적어도 1차원(적어도 X, Y, Z방향 중 하나)에 있어서의 서브미크론 정밀도를 위해, 그리고 서로에 관련하는 이들의 관련 위치의 서브미크론 정확성과 함께 제작 마스터 상에 형성될 수 있다. 본 발명의 기계가공 구성들은 회전적으로 대칭, 회전적으로 비대칭, 비구면 표면의 다양함을 갖는 제작 마스터는 높은 위치적 정밀도와 함께 제작될 수 있는 것과 같이 유동적이다. 즉, 물을 걸쳐서 이들을 복제하는 것과 몇몇의 광학요소의 그룹 또는 하나를 형성하는 것을 포함하는 제작 마스터를 제조하는 종래 기술 방식과는 달리, 여기에 발표된 기계가공 구성들은 하나의 제작 단계에 있어서의 전체 제작 마스터에 걸쳐서 다양한 다른 특징들(예를 들어 조정 마크, 기계가공 스페이서, 식별 특징들) 뿐만 아니라 복수의 광학요소의 제작을 허용한다. 추가적으로, 본 발명에 따라서 특정 기계가공 구성들은 전자기 에너지 확대를 통해서 영향을 미치는 표면 특징들을 제공하고, 그것에 의해 광학요소의 도안으로 계획된 기계가공 마크를 조직하는 광학요소의 설계자를 위해 추가적인 자유도를 제공하는 것이다. 특히, 여기에 발표된 기계가공 구성들은 상기 상세히 서술된 것처럼, C축 위치조정 모드 기계가공, 멀티축 평삭(milling), 멀티축 분쇄(grinding)를 포함한다.
도 269 내지 도 272는 묘사적으로 층을 이룬 광학요소 제작의 세 개의 다른 방식을 보여준다. 묘사에서 이용된 층을 이룬 광학요소는 세 개 또는 더 적은 층을 포함하는 동시에, 이러한 방식에서 발생될 수 있는 층의 수에 상한은 없다는 것을 명심해야 한다.
도 269는 공통 베이스 상에서 다층(多層)의 광학 요소를 형성하기 위한 높고 낮은 인덱스 재료의 교호(交互)층으로 만들어진 공통 베이스 내의 흐름을 나타낸 도이다. 언급된 바와 같이, 다층의 광학 요소는 공통베이스의 섹션(section)과 광학상으로 연결된 최소한 하나의 광학 요소를 포함한다. 도 269는 다층의 광학요소에서 도시의 명확성을 위해 오직 한층의 구조만을 나타낸다. 그러나, 도 269의 과정은 공통 베이스 상의 다층의 광학 요소의 어레이를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 공통 베이스는 실리콘 웨이퍼에 형성되는 CMOS 검출기의 어레이일 수 있다. 이 경우에, 다층의 광학요소 어레이의 조합과 검출기의 어레이는 정렬된 이미징 시스템을 형성한다. 흐름도에 도시된 방법은 공통베이스에서 시작하고 제작 마스터는 점착 또는 표면으로 취급될 수 있는 작인(作因)을 각각 방출한다. 이러한 과정에서 주형가능한 재료의 비드(bead)는 제작 마스터(fabrication master) 또는 공통 베이스로 퇴적된다. 본 명세서에서 공개되는 주형가능한 재료는 모두, 제작 마스터를 정각(正角)으로 채우기 위해 선택되나, 이후의 과정에서 경화될 수 있다. 예를 들어, 주형가능한 재료는 공업용으로 이용가능한, 자외선 전자기 에너지나 고온의 노출에 의해 경화될 수 있는 광학 폴리머일 수 있다. 주형가능한 재료는 기포를 흡수함으로서 야기되는 광학상 결점의 가능성을 경감시키기 위해 공통 베이스에 그것이 적용되기 전에 진공 가동에 의해 가스가 제거될 수 있다.
도 269는 하나의 구체화와 부합하는 다층의 광학 요소를 제작하기 위한 단 계(8000)를 나타낸다. 스텝(8002)에서, 주형가능한 재료(8004A)(예로, UV 경화가능 폴리머)은 CMOS 검출기의 어레이를 포함하며 실리콘 웨이퍼일 수 있는 공통베이스(8006)와 웨이퍼 스케일 제작 마스터(8008A) 사이에 퇴적된다. 제작 마스터(8008A)는 정확한 허용범위 하에서 주형가능한 재료의 사용에 의해 주형되는 다층의 광학요소 어레이를 결정하는 특징을 나타내기 위해 가공된다. 제작 마스터(8008A)와 공통 베이스(8006)의 포용(包容)은 제작 마스터(8008A)의 광학요소어레이를 결정하는 내부공간의 디자인이나 특징에 의해 주형가능한 재료(8004A)을 미리정해진 형태로 변환시킨다. 주형가능한 재료(8004A)은 요구되는 굴정성의 인덱스 및 점착성 및 부착력이 있고 영률(Young's modulus)과 같은, 경화되거나 경화되지 않은 재료의 상태내에서 디자인 결정과 관련된 다른 재료를 제공하기 위해 선택된다. 마이크로 피펫(pipette)어레이나 통제되는 볼륨 분사 디스펜서(도시하지 않음)는 주형가능한 재료(8004)이 요구되는 곳에 정확한 양을 운반하기 위해 사용된다. 주형가능한 재료와 이와 관련된 경화 단계가 서술되어 있기는 하나 광학 요소를 형성하는 단계는 주형가능한 재료의 융기와 같은 기술을 이용하여 수행될 수 있다.
스텝(8010)은 이 명세서에 개시된 일반적인 기술 등을 이용하는 정확한 조정하에서 공통 베이스(8006)를 포용하는 제작 마스터(8008A)와 주형가능한 재료를 경화하는 단계를 포함한다. 주형가능한 재료(8004A)은 광학적으로 또는 열적으로 주형가능한 재료(8004)을 경화시키기 위해 제작 마스터(8008A)에 의해 형체지어지는 것처럼 경화될 수 있다. 예를 들어, 주형가능한 재료(8004A)의 반응성에 의존하는, 자외선 램프(8012)와 같은 활성제는 맑고 투명한 제작 마스터(8008A)를 통과하여 전송될 수 있는 자외선 전자기 에너지의 소스로 사용될 수 있다. 맑고 그리고/또는 투명한 제작 마스터는 하기에서 언급될 것이다. 주형가능한 재료(8004A)을 경화하는 것의 화학적인 반응은 주형가능한 재료(8004A)이 등방성(等方性)으로 또는 부피 그리고/또는 선형 차원에서 이방성으로 수축하는 것으로 평가될 수 있다. 예를 들어, 많은 일반적인 UV-경화가능한 폴리머는 경화에 따라 3%에서 4%의 선형 수축을 나타낸다. 따라서, 제작 마스터는 이러한 수축을 수용하는 부가적인 부피를 제공하기 위해 디자인되고 규격화된다. 결과로서 경화된 주형가능한 재료(8014A)은 제작 마스터(8008A)에 따라 미리 결정된 디자인의 형태를 유지한다. 단계(8016)에 나타난 바와 같이, 제작 마스터가 다층 광학 요소(8014)의 제1 광학 요소(8014A)를 형성하기 위해 분리된 이후에 경화된 주형가능한 재료는 공통 베이스(8006) 상에 남아있다.
단계(8018)에서, 제작 마스터(8008A)는 제2 제작 마스터(8008B)로 대체된다. 제작 마스터(8008B)는 제작 마스터(8008A)와 다층광학요소어레이를 결정하기 위한 특징의 미리결정된 형태의 면에서 상이하다. 제2 주형가능한 재료(8004B)은 다층광학요소의 단층(8014A) 또는 제작 마스터(8008B) 상에 퇴적된다. 제2 주형가능한 재료(8004B)은 굴절성의 인덱스와 같은 다른 재료특성을 산출하기 위하여 선택될 수 있고, 주형가능한 재료(8004B)에 의해 제공된다. "B"층에서 단계 (8002), (8010), (8016)을 반복하는 것은 다층 광학 요소(8014)의 제2 광학 요소를 형성하는 경화된 주형가능한 재료 층을 산출한다. 이러한 과정은 미리 결정된 디자인의 다층 광학 요소내에서 모든 광학 기기(예로, 광학 요소, 스페이서, 간격)를 정의하기 위해 필 요한 광학요소의 많은 층에서 반복될 수 있다.
주형가능한 재료는 경화후 재료의 광학 특성과 경화하는 중에서와 경화가 종료한 후의 재료의 기계적 특성과 관련하여 선택된다. 일반적으로, 재료가 광학요소로 사용될 때, 높은 투과율, 낮은 흡광도와 주요 파장 폭을 통해서 낮은 분광도의 성질이 있어야 한다. 구경이나 스페이서와 같은 다른 광학 기기를 형성하는데 사용된다면, 재료는 높은 흡광도 또는 전달가능한 광학 요소의 사용에 일반적으로 적합하지 않은 다른 광학 특성이 있을 수 있다. 기계적으로, 재료는 이미징 시스템의 온도 및 습도 범위의 동작에 있어서 재료의 팽창은 허용할 수 있는 측정 기준을 벗어난 이미징 실행을 감소시키지 않도록 선택되어야 한다. 재료는 경화과정동안 허용할 수 있는 축소와 배기를 고려하여 선택되어야 한다. 또한, 재료는 이미징시스템의 패키징동안 사용될 수 있는 솔더-리플로우(solder reflow)와 범프 본딩(bump-bonding) 과정을 견딜수 있어야 한다.
필요한 경우에는, 다층 광학 요소의 각각의 모든 층이 만들어지면, 한 층은 보호 특성을 띄고, 전자기의 에너지 차단 구경이 형성되어 있는 원하는 표면일 수 있는 가장 높은 층(예로, 광학 요소(8014B)로 나타내지는 층)에 적용될 수 있다. 이 층은 유리, 금속, 또는 세라믹 재료 등의 단단한 재료일 수 있고, 또는 다층 광학 요소의 구조 완전성을 촉진하는 보호 재료일 수 있다. 스페이서가 사용되는 영역의 경우에는, 스페이서의 어레이는 공통 베이스 또는 스페이서의 어레이에서 통과구멍들이 다층광학요소를 따라 정렬된 것임을 명확히 하기 위해 주어진 다층광학 요소에 형성된 임의의 층의 야드 지역과 이어질 수 있다. 보호층이 사용된 경우에 는, 보호층은 다층 광학요소에 액체형태로 분배될 수 있다. 그후 보호층은 경화될 수 있고, 필요한 경우에는 평탄화층의 다음에 위치할 수 있다.
도 270a 및 도270b는 도 269에 나타난 과정(8000)의 변화를 나타낸다. 과정(8020)은 제작 마스터, 공통 베이스 및 매우 정교한 어레이로 형성된 진공 척 (chuck)으로 단계(8022)를 시작한다. 이 어레이는 수동적이거나 능동적인 어레이특징 및 시스템에 의해서 제공된다. 능동적인 어레이 시스템은 비전(vision) 시스템 및 제작 마스터,공통 베이스 및 진공 척을 특정한 장소에 배치하는 로봇을 포함한다. 수동적인 어레이 시스템은 물리 운동학 상의 설치 정리를 포함한다. 제작 마스터, 공통 시스템 및 진공 척을 정렬시키는 어레이 특징은 다른 어레이에서 각각에 관련한 요소를 특정한 장소에 놓는데 사용될 수 있고, 또는 외부 좌표 시스템이나 기준에 관련하여 이들 요소를 특정한 장소에 놓는데 사용될 수 있다. 공통 베이스 그리고/또는 제작 마스터는 단계(8024)에서 표면 방출 작인의 제작 마스터를 취급하는 것과 같은 동작을 수행함으로서, 단계(8026)에서 공통 베이스(또는 그것에 관하여 형성된 다른 광학 요소)에의 구경 또는 어레이특징을 형성함으로서, 단계(8028)에서 점착 촉진물과 공통 베이스를 조절함으로서 처리될 수 있다. 단계(8030)는 제작 마스터 또는 공통 베이스의 한쪽 또는 양쪽을 경화 가능한 폴리머 재료와 같은 주형가능한 재료를 퇴적하는 과정을 수반한다. 제작 마스터와 공통베이스는 단계(8032)에서 정확히 어레이되고, 정확한 위치를 확인하는 시스템을 사용하는 단계(8034)와 관계한다.
단계(8036)에서 자외선 램프나 열원(熱元)과 같은 개시 원(元)은 주형가능한 재료를 견고한 상태로 경화한다. 주형가능한 재료는 예를 들어, UV-경화가능한 아크릴 폴리머 또는 혼성폴리머일 수 있고, 주형가능한 재료는 퇴적될 수 있고 그리고/또는 냉각에 의한 경화 또는 저온도유리로부터의 플라스틱 용해 수지일 수 있다. 저온도 유리의 경우, 유리는 퇴적이전에 가열되고 냉각시에 경화된다. 단계 (8038)에서 제작 마스터와 공통 베이스는 공통 게이트 상에서 주형가능한 재료로부터 분리된다.
단계(8040)는 다층 광학 요소의 모든 층이 제작되었는지를 판단하는 과정이다. 그렇지 않으면, 반(反) 반사 코팅 층, 구경 또는 광 차단 층은 단계(8042)에서 최근에 형성된 다층 광학 요소의 층으로 선택적으로 적용되고, 단계(8044)에서는 다음 제작 마스터 또는 다른 과정에서 절차가 진행된다. 주형가능한 재료가 경화되고 공통 베이스 내에서 결합되면, 제작 마스터는 공통 베이스 그리고/또는 진공 척으로부터 분리된다. 다음 제작 마스터가 선택되면, 절차는 모든 의도된 층이 생산될 때까지 반복된다.
하기에 더 설명되는 바와 같이, 상기에 언급된 다층 광학 요소에 더하여 에어 갭(air gap)이나 이동파트를 포함하는 이미징 시스템을 생산하는 것은 유용하다. 예를 들어, 에어갭이나 이동파트를 공급하기 위한 스페이서의 어레이를 사용하는 것은 가능하다. 단계(8040)에서 모든 층이 제조되었는지를 판단하면, 단계 (8046)에서 스페이서 유형을 결정하는 것이 가능하다. 스페이서가 필요치 않으면, 단계(8048) 내에서 생산물(예로, 다층 광학 요소의 어레이)의 생산이 있다. 유리 스페이서가 요구되면, 단계(8050)의 공통 베이스 내에서 유리 스페이서의 어레이가 결합되고, 필요한 경우 단계(8052)의 다층 광학 요소의 정상에 구경이 놓여지면, 단계(8048)내에서 생산물을 생산한다. 폴리머 스페이서가 필요하면, 단계(8054)의 다층 광학 요소의 정상에 충분한 폴리머가 퇴적될 수 있다. 상기 충분한 폴리머는 단계(8056)에서 경화되고 단계(8058)에서 평탄화될 수 있다. 구경이 다층 광학 요소의 정상에 놓이면(8060) 필요한 경우, 생산물(8048)을 생산한다.
도 271 a 내지 c는 다층 광학 요소의 연속하는 층의 외부의 부피에서 제작 마스터의 기하학적 어레이를 도시한다. 각각의 연속적인 층에서 이용가능한 층과 같이 각각 선택된 제작 마스터의 전위의 표면 접촉이 감소하는 층으로 연속하는 층은 디자인되어 연속하여 형성될 수 있다. 도 271 a 내지 c에 나타난 제작 마스터가 다층 광학 요소,공통 베이스와 진공 척의 최상층에 위치하고 있으나, 이러한 어레이를 반대로 하는 것이 유용하다. 경화되지 않은 것이 제작 마스터의 안쪽부분내에 남아있을 때, 반전된 어레이는 낮은 점도의 폴리머에서 사용하기에 부분적으로 적합하다.
도 271 a 내지 271 c는 다층 광학 요소 어레이의 구성을 묘사하는 교차부분의 시리즈를 나타내고 있고, 각각이 연속적으로 형성된 광학 요소인 "층 케이크 (layer cake)" 디자인 광학 요소의 세 층을 포함하는 각각의 다층 광학 요소는 외부 직경이 이전의 광학 요소에 비해 작다. 도 273 및 274에 나타난 바와 같이, 층 케이크 디자인으로부터 교차부분과 다른 층 케이크 구조를 형성하는 것과 구성은 같은 절차에서 형성된다. 결과로서의 구조의 교차 부분은 명세서에 언급된 바와 같이 특정 변화와 관련될 수 있다. 검출기의 어레이일 수 있는 공통 베이스(8062)가 상기 언급된 바와 같은 물리 운동학 상의 어레이 특징을 포함하는 진공 척(8064) 상에 배치될 수 있다. 제작 마스터(8066)와 같이 정확하게 어레이되기 위하여, 공통 베이스(8062)는 진공 척(8064)과 관련하여 첫째로 정확하게 어레이된다. 연속하여, 각 제작 마스터(8066A), (8066B), (8066C)의 물리 운동학 상의 어레이 특징은 제작 마스터와 정확히 정렬하는 진공 척(8064)에 배치하기 위한 진공 척(8064)의 물리 운동학 상의 특징과 관련있다. 그 때문에 제작 마스터(8066)와 공통베이스(8062)는 정확히 정렬한다. 하기의 다층 광학 요소(8068, 8070,8072)의 구조; 반복되는 다층 광학 구조사이의 층은 경화가능한 폴리머 또는 평탄화, 광 차단, 전자기 간섭 차단(EMI) 또는 다른 목적에 사용되는 다른 재료로 채워질 수 있다. 따라서, 제1 퇴적은 공통 베이스(8062)의 정상에 광학 요소(8068)의 층을 형성한다. 제2 퇴적층은 광학 요소(8068)의 정상에 광학 요소(8070)의 층을 형성하고, 제3 퇴적층은 광학 요소(8070)의 정상에 광학 요소(8072)의 층을 형성한다. 몰딩과정은 개방 공간(8074)내 초과재료의 작은양을 투명한 구경의 외부(야드 지역 내에서)로 배출한다. 브레이크 라인 (8076) 및(8078)은 도 271a 내지 도 271c에 나타난 요소가 기준화하기 위해 도시된 것이 아니고 임의 차원의 일부, 다층 광학 요소의 임의의 수의 어레이를 포함할 수 있고, 광학 요소(8080)와 같이 일반적으로 도시되어 있다.
도 272a 내지 도 272e는 다층 광학 요소 어레이를 형성하는 다른 과정을 나타내고 있다. 주형가능한 재료는 주(主)몰드의 구멍으로 퇴적되고 제작 마스터는 주몰드와 관련되고 주형가능한 재료는 구멍에 형성된다. 그러므로 다층광학 요소의 제1층을 형성한다. 제작 마스터가 관련되면, 주형가능한 재료는 경화되고 제작 마스터는 구조로부터 분리된다. 상기 과정은 도 272e에 나타난 바와 같이 제2 층에서 반복된다. 공통 베이스(도시하지 않음)는 광학 요소의 최근에 형성된 층에 적용되고 그러므로 다층 광학 요소의 어레이를 형성한다. 도 272a 내지 도 272e가 3, 2층, 다층 광학 요소어레이의 구성을 나타내고 있으나 도 272a 내지 도 272e에 도시된 과정은 다층 광학 요소 층의 임의의 수의 크기의 어레이를 형성하는데 사용될 수 있다.
한 구체화에서, 주 몰드(8084)는 임의의 경직된 기판(8086)과 경화된 주 기판(8084)의 조합에 사용된다. 예를 들어, 주 몰드(8084)는 금속,유리 또는 플라스틱 기판(8086)에 의해 지지된다. 도 272a에 나타난 바와 같이, 금속 또는 전자기 에너지 흡수 재료와 같은 부전도성 재료의 링 구경(8088, 8090, 8092)은 오목한 부분(8094,8096,8098)에 동심으로 배치된다. 도 272b에 오목한 부분(8096)과 관련하여 도시된 바와 같이, 미리 정해진 주형가능한 재료(8100)의 양은 오목한 부분(8096)내에 볼륨 분사 분배를 통제하거나 마이크로 피펫에 의해 배치된다. 도 272c에 나타난 바와 같이, 제작 마스터(8102)는 오목한 부분(8096)에 정확히 위치한다. 주 몰드(8084)와 제작 마스터(8102)의 관련은 주형가능한 재료(8100)과 재료(8104)을 형성하고 재료(8104)을 초과하는 힘이 제작 마스터 특징(8108)과 오목한 부분(8096) 사이의 환상(環狀)에 가해진다. 주형 가능한 재료의 경화는, 예를 들어, UV 자외선 전자기 에너지 그리고/또는 열 에너지의 동작에 의해 제작 마스터(8102)의 분리는 주 몰드(8084)로부터 도 272d에 나타난 경화된 광학 요소(8107) 와 분리한다. 제2 주형가능한 재료(8109)(예로, 액체 폴리머)은 도 272e에 나타난 바와 같이 광학 요소(8107)의 정상에 퇴적되고, 제2 제작 마스터(도시하지 않음)의 사용으로 몰딩을 준비한다. 다층 광학 요소 어레이내에서 부가적인 다층 광학 요소를 형성하는 과정은 몇번이고 반복될 수 있다.
도시를 위해, 제한하지 않고, 도 273 및 도274에 나타난 전형적인 다층 광학 요소 배치예의 목적은 도 271a-271c 및 도 272a-272e의 대안 방법론의 결과로 다층 광학 요소 어레이 사이에서 비교를 제공한다. 임의의 제조방법은 본 명세서에 언급되므로 이해될 수 있고, 또는 부분의 조합은 임의의 광학 요소 조합의 제조를 위해 사용될 수 있다. 도 273은 도 271a-271c 및 도 272a 및 도 272e의 도 274에 도시된 방법론과 대응한다. 주조 기술은 매우 다른 전체적인 다층 광학 요소 (8110) 및 (8112)를 생산하지만, 라인 (8116) 및 (8116')내 구조(8114)의 공통점은 존재한다. 라인 (8116) 및 (8116')은 상대적인 다층 광학 요소(8110) 및 (8112)의 개방된 구경을 선명히 규정한다. 라인 (8116) 및 (8116')의 방사 아웃보드(outboard)인 재료는 초과재료가나 야드를 구성한다. 도 273에 나타난 바와 같이, 층(8118, 8128, 8121,8122,8124,8126 및 8128)은 배치의 연속적인 순서대로 번호붙여졌고, 이는 공통베이스로부터 연속하여 퇴적되었음을 나타내기 위함이다. 이러한 층들과 인접하는 층은 예를 들어, 1.3에서 1.8 범위의 굴절하는 인덱스로 산출된다. 다층 광학 요소(8110)는 작은 배율보다 엇갈리게 어레이된 배율로 형성된 연속하는 층에서 도 3 및 271의 '층 케이크'와 다르다. 다층 광학 요소의 야드 지역의 다른 디자인은 광학 요소 크기 및 주형가능한 재료 특성과 같은 파라매터와 조정하는데 유용할 수 있다. 대조적으로, 도 274에 도시된 바와 같이, 층(8130, 8132, 8134, 8136, 8138, 8140 및 8142)의 연속하는 번호는 도 272a-e의 방법론에 따라서 층(8130)이 첫째로 형성되었음을 나타낸다. 이 구성은 검출기의 이미징 지역에 가까운 광학 요소의 직경이 검출기로부터 먼 직경보다 작은 경우에 유요하다. 부가적으로, 도 272a-272e의 방법론에 따라 형성된 경우, 도 274에 나타난 구성은 구경(8088)과 같은 구경의 패터닝에 편리한 방법을 제공한다. 묘사된 예시적인 구성이 다층 광학 요소 층 배치의 특정한 순서와 관련되어 있지만, 이러한 구조의 순서는 역순,재번호부여, 대체 그리고/또는 생략과 같은 수정에 의해서도 이해될 수 있다.
도 275는 동위상 코딩 어플리케이션에 사용되는 요소를 수정하는 단계를 형성하는 특징(8146) 및 (8148)의 대부분을 포함하는 제작 마스터(8144)의 부분적인 정면도를 나타낸 것이다. 나타난 바와 같이, 각 특징의 표면은 8단 대칭의 '옥터 폼(oct form)' 요소 (8150) 및 (8152)를 포함한다. 도 276은 도 275의 라인 276-276'을 따라 제작 마스터(8144)의 단면도를 나타낸 것이고 표면(8154)을 형성하는 야드에 의해 둘러싸이는 마주한 표면(8152)을 포함하는 위상 수정 요소(8148)의 세부적인 사항을 도시한다.
도 277a-c는 공통 베이스의 하나 또는 두 측면의 다층 광학 요소를 형성하는 것과 관련한 단면도를 나타낸다. 그러한 다층 광학 요소는 상대적으로 하나 또는 두 측면의 WALO 어셈블 등으로 언급된다. 도 277a는 도 271에 나타난 공통 베이스(8062)와 관련된 방법으로 진행되는 공통 베이스(8156)를 나타낸다. 렌즈렛 (lenslets)을 포함하는 검출기의 어레이를 포함하는 실리콘 웨이퍼일 수 있는 공통 베이스(8156)는 상기 언급된 바와 같이 물리 운동학 상의 어레이 특징을 포함하는 진공 척(8158) 상에 퇴적된다. 제작 마스터(8164)의 물리 운동학 상의 어레이 특징 (8160)은 제작 마스터(8164)와 정확히 어레이된 공통 전극(8156)에 위치하는 진공 척(8158)의 상응하는 특징과 관련된다. 반복되는 다층 광학 요소 사이의 영역은 평탄화, 광 차단, EMI 차단 또는 다른 용도에 사용되는 경화된 폴리머 또는 다른 재료로 채워진다. 따라서, 제1 퇴적은 공통 베이스(8156)의 한 측면(8174)상에 광학 요소(8166)의 층을 형성한다. 도 277B는 공통 베이스(8156)와 분리되는 진공 척(8158)과 공통 베이스(8156)가 제작 마스터(8164)내에 유지되는 것을 나타낸다. 도 277c에서, 제2 퇴적은 공통 베이스(8156)의 제2 측면(8172) 상에 광학 요소(8170)의 층을 형성하기 위해 제작 마스터(8168)를 사용한다. 이러한 제2 퇴적은 물리 운동학 상의 어레이 특징(8176)의 사용에 의해서 용이하게 된다. 물리 운동학 상의 어레이 특징(8176)은 층(8166) 및 (8170)의 표면 사이의 거리를 결정하고 공통 베이스(8156)의 두께 변화 및 허용 오차는 물리 운동학 상의 어레이 특징(8176)으로 보상된다. 도 277d는 공통 베이스(8156) 상의 합성 구조(8178)가 제작 마스터(8164)와 분리되었음을 나타낸다. 광학 요소(8166)의 층은 광학 요소(8180, 8182 및 8190)를 포함한다. 부가되는 층은 광학 요소(8166) 그리고/또는 (8170)의 하나 또는 양쪽의 정상에 형성될 수 있다. 어셈블리가 진공척(8158)이나 제작 마스터 (8164) 중 한쪽에 설치되기 때문에 공통 베이스(8156)의 어레이는 물리 운동학 상의 어레이 특징(8176)과 관련하여 유지된다.
도 278은 원통형 오프닝 (8194), (8196) 및 (8198)을 통해 다량을 포함하는 스페이서(8192)의 실행된 어레이를 나타낸다. 스페이서(8192)의 어레이는 유리, 플라스틱 또는 다른 적합한 재료로 형성되고 대략 100마이크론에서 1미리미터 또는 그 이상의 두께이다. 도 279a에 나타난 바와 같이, 스페이서(8192)의 어레이는 공통 베이스(8156)에 접착하여 광학(8178)(도 277d)의 어레이에 정렬되고 위치될 수 있다. 도 279b는 스페이서(8192) 어레이의 정상에 밀착한 제2 공통 베이스(8156)를 나타낸다. 광학 요소의 어레이는 제작 마스터(8200)를 사용하는 공통 베이스(8156) 상에 형성되고 계속 유지된다. 제작 마스터(8200)는 물리 운동학 상의 어레이 특징(8202)을 사용함으로서 제작 마스터(8168)를 따라 어레이된다.
도 280은 공통 베이스(8156) 및 (8156')를 포함하고 스페이서(8192)에 연결된 다층 광학 요소의 합성 어레이된 이미징 시스템(8204)을 나타낸다. 다층 광학 요소(8206), (8208) 및 (8210)은 광학요소 및 에어 갭에 각각 형성된다. 예를 들어, 다층 광학 요소(8206)는 에어 갭(8212)을 제공하기 위해 어레이되고 조립되는 광학 요소(8166,8166',8170,8170')에 형성된다. 에어 갭은 각각 이미징 시스템의 광학 전력을 향상시키기 위해 사용된다.
도 281 에서 283은 하나 또는 그 이상 광학의 이동을 위한 공간을 제공하기 위해 스페이서 요소의 사용과 광학의 수집으로 형성될 수 있는 웨이퍼 규모 확대 이미징 시스템의 크로스 섹션을 나타낸다. 이미징 시스템의 각 광학 세트는 공통 베이스의 한쪽 또는 양쪽 상에 하나 또는 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다.
도 281a-281b는 두 개의 이동하는 양 측면의 WALO 어셈블리(8216), (8218)의 이미징 시스템(8214)을 나타낸다. WALO 어셈블리(8216), (8218)는 센터 및 확대 구 성의 제1 이동 그룹으로 이용된다. 센터 및 제1 그룹 이동은 △(x1)/△(x2)가 상수인 것에 비례하는 것과 같이 비례하는 스프링(8220), (8222)의 사용에 의해 통제된다. 확대 이동은 WALO 어셈블리(8218) 상의 힘 F의 동작에 의해 야기되는 거리(X1,X2)를 조정하는 상대적인 이동에 의해 달성된다.
도 282 및 283은 양 측면의 WALO 어셈블리로부터 형성된 센터 그룹을 이용하는 웨이퍼 스케일 확대 이미징 시스템의 단면도를 나타낸다. 도 282a-282b에서, WALO 어셈블리(8226)은 도 282a에 나타난 바와 같이, 위치(8230)와 도 282b에 나타난 위치(8232) 사이에서의 WALO 어셈블리(8226) 이동이 가능한 솔레노이드로부터 기전 힘과 같은 강자성 재료로 충만된다. 도 283a-283b에서, WALO 어셈블리(8236)는 수압식 또는 공기 역학상의 작용에 의해 센터 그룹(8236)의 재위치로 요구되는 유입(8246) 및 (8248)과 유출(8250) 및 (8252)를 허용하는 각각의 입구 (8242) 및 (8244)로 결합되는 저장소(8238) 및 (8240)을 분리시킨다.
도 284는 진공 척(8256), 제작 마스터(8258) 및 비전 시스템을 포함하는 어레이 시스템(8254)의 정면도를 나타낸다. 구 및 원주형 특징(8262)은 진공 척 (8256)에 부착된 장비 블록(8264) 내 원주형 구경내에 설치되는 스프링 구를 포함한다. 통제된 결합의 한 방법에서, 구 및 원주형 특징(8262)은 제작 마스터에 부착되는 접합점(8266)과 접촉한다. 제작 마스터(8258)와 진공 척(8256)사이에 의한 결합 전에 제작 마스터(8258)와 진공 척(8256)이 θ방향 내에서 다른 것과 상대적으로 위치한다. 이러한 결합은 전기적으로 감지될 수 있고, 비전 시스템(8260)은 제작 마스터(8258) 상의 표시마크(8268) 및 진공 척 상의 표시마크(8270) 사이에서 상대적인 어레이를 결정한다. 이러한 표시 마크(8268) 및 (8270)는 부척(副尺) 또는 기점(起點)이 될 수 있다. 비전 시스템(8260)은 로봇의 위치 제어를 제공하기 위한 신호를 번역하는 컴퓨터 처리 시스템(도시하지 않음)으로 전송되는 신호를 생산한다. 판독 결과는 Z 및 θ방향에서 유사한 물리 운동학 상의 어레이를 도출한다.(언급된 바와 같이, 반지름 R 어레이는 진공 척(8256) 및 제작 마스터(8258)상에 형성되는 고리의 유사한 물리 운동학 상의 특징에 의해서 제어될 수 있다.) 상기 언급된 예에서, 수동적인 기계 어레이 특징 및 비전 시스템은 제작 마스터와 진공 척을 위치시키기 위해 협력하여 사용된다. 아니면 수동적인 기계 어레이 특징 및 비전 시스템은 위치를 위해 독립하여 사용될 수 있다. 도 285는 제작 마스터(8258) 및 진공 척(8256)사이에서 형성되는 다층 광학 요소(8274)의 어레이과 공통 베이스(8272)를 나타내는 단면도이다.
도 286은 투명하거나 반투명한 시스템 구성요소의 사용을 나타내는 도 284의 어레이시스템의 평면도이다. 투명하거나 반투명의 제작 마스터의 경우에서, 특정한 숨겨진 특징은, 파선으로 나타나고 있다. 원형의 파선은 표시마크(8278) 및 다층광학요소(8274)와 원둘레를 포함하는 공통 베이스(8272)의 특징을 나타낸다. 제작 마스터(8258)는 최소 하나의 원형 특징(8276)을 가지고 있고 어레이에 사용될 수 있는 표시마크(8268)를 나타낸다. 진공 척(8256)은 표시마크(8270)를 나타낸다. 표시마크(8278)는 공통 베이스(8272)가 진공 척(8256)내에 위치하는 것과 같이 표시마크(8270)와 연결된다. 비전 시스템(8260)은 표시마크(8268) 및 (8270)의 어레이를 θ회전에 의해 어레이를 위해 나노미터 단위로 정확하게 감지한다. 도 286에 나타 난 바와 같이, 공통 베이스(8272) 표면에 수직을 향하게 되나, 비전 시스템(8260)은 다른 필요한 배열이나 표시 마크를 관찰할 수 있도록 다른 방향을 향하게 된다.
도 287은 공통 베이스(8292)가 퇴적된 진공 척(8290)의 평면도이다. 공통 베이스(8292)는 다층 광학 요소 (8294), (8296) 및 (8298)의 어레이를 포함한다.(모든 다층 광학 요소가 도시의 선명함을 개선시키기 위해 분류된 것은 아니다. 다층 광학 요소 (8294), (8296) 및 (8298)은 세개의 층으로 도시되었으나, 실제의 공통 베이스는 더 많은 층의 다층 광학 요소를 포함하는 것으로 이해할 수 있다. VGA 변환 CMOS 검출기를 위한 대략 2천 층의 광학 요소가 지름이 8인치의 공통 베이스 상에 형성된다. 진공 척(8290)은 물리 운동학 상의 마운트의 부분을 형성하는 원뿔특징(8300,8302 및 8304)을 가지고 있다. 도 288은 진공 척(8290)과 제작 마스터 (8313)에 상대적으로 귀속되는 원뿔특징(8304 및 8310) 사이에서 어레이를 제공하는 구(8306) 및 (8308)와 진공 척(8290)에 형성되는 공통베이스(8292)의 단면도이다.
도 289는 도 286에 나타난 시스템(8254)과 관련된 사용을 위한 투명하고, 반투명하고 또는 열전도성이 있는 지역을 포함하는 제작 마스터 구조의 두가지 다른 방법을 나타내고 있다. 도 289는 그것의 표면이 물리 운동학 상의 특징(8326)으로 다른 둘러싸는 특징(8324)에 부착되는 투명하고, 반투명하거나 또는 열전도성이 있는 재료(8322) 제작 마스터(8320)의 단면도이다. 재료(8322)는 어레이된 광학 요소를 형성하는 특징(8334)을 포함한다. 재료(8322)는 유리, 플라스틱 또는 다른 투명 또는 반투명 재료일 수 있다. 선택적으로, 재료(8322)는 고 열전도성 재료일 수 있 다. 둘러싸는 특징(8326)은 옐로우동 또는 세라믹과 같은 메탈로 형성될 수 있다. 도 290은 세 파트 구조에 형성되는 제작 마스터(8328)의 단면도이다. 둘러싸는 특징(8326)은 도 289에 나타난다. 원통 삽입(8330)은 광학 요소 어레이를 형성하는 결합특징(8334)인 PDMS와 같은 낮은 계수 재료(8332)을 지원하는 유리일 수 있다.
재료(8332)은 규격화되거나, 주형될 수 있다. 한 예에서, 만들어진 재료 (8332)은 다이아몬드 기계장치 마스터를 사용하는 폴리머로 주형된다. 도 291a는 세 파트(8338)에서 세번째 파트(8332)의 주형 및 삽입에 앞서 다이아몬드 기계장치 마스터 및 세파트 마스터(8338)의 단면도를 나타낸 도이다. 둘러싸는 특징(8340)은 원통삽입(8342)을 둘러싼다. 주형가능한 재료(8343)는 볼륨(8346)에 더해지고, 다이아몬드 기계장치 마스터(8336)는 도 291b에 나타난 바와 같이 물리 운동학 상의 특징(8348)을 이용하는 세파트 마스터(8338) 및 주형가능한 재료(8343)와 결합된다. 다이아몬드 마스터(8336)는 도 291c에 나타난 바와 같이 다이아몬드 마스터(8336)의 종속된 복사 패턴(8350)과 분리된다. 도 292는 위에서 투시한 제작 마스터(8360)를 나타낸다. 제작 마스터(8360)는 광학 요소를 형성하는 특징의 유기적 어레이의 다수를 포함한다. 하나의 어레이(8361)은 밑줄 친 아웃 라인에 의해 선택된다. 많은 예에서 어레이된 이미징 시스템은 각 이미징 시스템으로 특이성을 가질 수 있고, 이미징 시스템의 특정 어레이는 단독이 아닌 그룹이 될 수 있다. 따라서, 제작 마스터는 단독이 아닌 이미징 시스템을 지원하기 위해 적용될 수 있다.
도 293은 도 292의 제작 마스터(8360)의 광학 요소를 형성하는 특징의 어레이(8361)와 관계되어 형성된 다층 광학 요소(8363,8366 및 8368)의 3×3어레이를 포함하는 분리된 어레이(8362)를 나타낸다. 분리된 어레이(8362)의 각 다층 광학 요소는 각 검출기와 관련될 수 있고 또는 선택적으로, 각 다층 광학 요소는 공통 검출기의 부분과 관련될 수 있다. 각 광학 요소 사이에서 스페이서(8370)는 채워지고, 그래서 톱질 또는 찢어짐에 의해 다층 광학 요소(도시하지 않음)의 더 큰 어레이로부터 분리된 어레이(8362)에 내구력을 더한다. 어레이는 광학 요소 (8364, 8366,8368)와 같은 광학 요소의 하나인 '수퍼 카메라' 구조를 변형시키고 그들은 같거나 다른 구조를 가지고 있다. 이러한 차이는 단면도 294에 도시되어 있고, 다층 광학 요소(8366)는 다층 광학 요소(8364) 및 (8368)과 상이하다. 다층 광학 요소(8364,8366 및 8368)는 상기 언급된 다층 광학 요소의 일부를 포함할 수 있다. 수퍼 카메라 모듈은 광학 요소의 기계적 이동에 의한 영향없이 다중 확대 조작에 유용할 수 있고 그러므로 이미징 시스템 디자인을 간소화한다. 선택적으로 수퍼 카메라 모듈은 입체 이미징 그리고/또는 고리에 유용할 수 있다.
본문에 언급된 구성요소는 현존하는 전자기 검출 시스템 및 제조 방법에 검출기의 검출기 픽셀내에 묻힌 광학 요소의 생산을 위한 현존하는 제조과정(예로, CMOS 과정)과 양립가능한 재료와 방법을 이용하여 이점을 제공한다. 즉, 공지발명에서, '매립된 광학 요소' 는 미리 결정된 방법으로 검출기 픽셀 내에 전자기 에너지를 재분배하고 재료로 형성되고 검출기 픽셀의 제조에 사용될 수 있는 절차를 사용하는 검출기 픽셀 구조로 통합된 특징으로 이해될 수 있다. 결과 검출기는 잠재적인 저비용, 고 생산, 효율적인 실행의 이점이 있다. 부분적으로, 실행의 개선은 광학 요소가 픽셀 구조의 지식으로 고안되기 때문에 가능할 수 있다. (예로, 금속 층과 광전성 지역의 위치) 이러한 지식은 검출기 픽셀 디자이너로 하여금 주어진 검출기 픽셀에서 특히 광학 요소를 최적화하도록 한다. 예를 들어, 다른 색(예,빨,청,녹)을 검출하는 픽셀이 각 특정한 색상에서 사용자의 요구에 맞게 조정된다. 덧붙여서, 검출기 제조 과정과 매장된 광학 요소 제조의 집적은 개선된 절차제어,낮은 오염, 낮은 과정 중단 및 감소 제조 비용과 같은 이점이 있지만 이것에 제한되는 것은 아니다.
검출기 픽셀(10001)의 다수를 포함하는 검출기(10000)를 나타내는 도 295에 주의 사항이 나타나 있다. 이는 도 4에도 언급되어 있다. 통상적으로, 검출기 픽셀(10001)의 다수는 CMOS 과정과 같은 반도체 제조 공정으로 알려진 검출기(10000)로부터 동시에 생산된다. 도 295의 검출기 픽셀(10001) 중 하나의 세부사항이 도 296에 도시되어 있다. 도 296에 나타난 바와 같이, 검출기 픽셀(10001)은 공통 베이스(10004)(예,결정체로 된 실리콘 레이어)와 일체화하여 형성된 광전성의 지역(10002)을 포함한다. 플라즈마 강화 산화물과 같은 반도체 생산에 사용되는 통상적인 재료의 형성인 지지층은(10006), 매장된 광학 요소와 마찬가지로 금속 층(10008)의 다수를 지지한다. 도 296에 나타난 바와 같이, 검출기 픽셀(10001) 내의 매립된 광학 요소는 메타렌즈(10010) 및 회절성 요소(10012)를 포함한다. 현재 공개된 발명에서, 메타렌즈는 그것을 통해서 전달된 전자기 에너지의 보급에 영향을 미치도록 제작된 구조의 축적으로 이해될 수 있다. 구조는 최소 하나의 차원에서 특정한 주파수보다 작다. 물리 회절성 요소(10012)는 검출기 픽셀(10001)의 정상에 퇴적되는 보호층(10014)의 퇴적을 따라 완전하게 나타난다. 수동층(10014) 및 회절성 요소(10012)는 반도체 생산에 사용되는, 예를 들어, 질화 실리콘(Si3N4) 또는 플라즈마 강화 질화 실리콘(PESiN)과 같은 일반적인 재료가 사용될 수 있다. 다른 적합한 재료는 실리콘 카바이드(SiC), 4 에틸 올소 규산(tetraethyl orthosilicate-TEOS), phosphosilicate glass(PSG), borophosphosilicate glass (BPSG), fiuorine doped silicate glass(FSG) 및 BLACK DIAMOND(BD)를 포함하지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 295에 계속하여, 매립된 광학요소는 같은 제조과정(예,photolithography)을 사용하는 검출기 픽셀 제조과정, 예를 들어 광전성 층(10014), 지지층(10006), 메탈 층(10008) 및 수동층(10001)을 형성하기 위해 사용된다. 매립된 광학 요소는 지지층(10006)내에 실리콘 카바이드와 같이, 다른 재료를 형성함으로서 검출기 픽셀(10001)내에 통합된다. 예를 들어, 매립된 광학 요소는 검출기 픽셀 제조 과정에서 석판화되어 형성되고, 그 때문에 검출기 픽셀이 형성되고 난 후에 광학 요소를 부가하는데 요구되는 부가적인 제조 과정을 제거한다. 대안으로, 매립된 광학 요소는 층 구조의 단열퇴적에 의해 형성될 수 있다. 메타렌즈(10010) 및 회절성 요소(10012)는 실행을 위해 협력할 수 있고, 예를 들어, 자기 에너지의 주 광선 각도 교정은 부수적인 일이다. PESiN 및 PEOX는 그들이 예를 들어, 박막 필름 필터의 제조에 유용한 큰 굴절 지수 차이는 이하 도 303에 자세하게 언급되는 본 명세서에서 특히 흥미롭다.
도 297은 도 295 및 도 296의 검출기 픽셀(10001)에 사용되는 메타렌즈 (10010)의 더 세부적인 사항을 나타낸다. 메타렌즈(10010)는 반파장 구조(10040)의 다수에 의해 형성될 수 있다. 한 예에서, 주어진 표적 파장 λ, 반파장 구조(10040)의 각각은 측면에 λ/4 길이를 갖는 입방체일 수 있고, λ/2 길이만큼 떨어져 배치된다. 메타렌즈(10010)는 광학 크리스탈을 총체적으로 형성하는 주기적인 절연 구조를 포함한다. 반파장 구조(10040)는 예를 들어, PESiN, SiC 또는 두 재료의 조합으로 형성될 수 있다.
도 298-304는 공개된 발명에 따라서 매립된 광학 요소와 같이, 검출기 픽셀(10001)의 포함에 적합한 부가적인 광학 요소를 도시한다. 도 298은 사다리꼴 요소(10045)를 나타낸다. 도 299는 굴절성 요소(10050)를 나타낸다. 도 300은 블레이즈 격자(BLAZED GRATING)(10052)를 나타낸다. 도 301은 공명 요소(10050)를 나타낸다. 도 302는 파장, 단주기 격자(10056)를 나타낸다. 도 303은 예를 들어 파장 선택 필터링에 형성된 층(10060,10062 및 10064)의 다수를 포함하는 박막 필름 필터(10058)을 나타낸다. 도304는 자기 에너지 속박 강(腔)을 나타낸다.
도 305는 광전성 지역(10002)을 향해 들어오는 자기 에너지(10112)를 관리하는 도파관(導波管)을 포함하는 검출기 픽셀(10100)의 구성요소를 나타낸다. 도파관(10110)은 재료의 굴절성 지수가 센터라인(10115)으로부터 방사상 도로 바깥방향으로 변하는 도파관(10010)을 형성하는 물질의 굴절성 지표에 맞추어 형성된다. 즉, 굴절성 지수변화는 예를 들어, 도파관(1011)을 형성하는 재료의 주입에 의해 형성될 수 있고, 또는 예를 들어, 동종이 아닌 광학 요소의 제조를 위해 묘사된 방법에 의해 형성될 수 있다. (도 113-115,131 및 144) 도파관(10110)은 이점을 나타낸다. 전자기 에너지(10112)는 전자기 에너지가 전자신호로 변환되는 광감성 지 역(10002)을 향해 더 효율적으로 통제될 수 있다. 또한, 도파관(10110)은 광감성 지역(10002)이 예를 들어 금속 층(10008)의 더 큰수의 사용을 가능하게 하는 검출기 픽셀(10001) 내의 안쪽에 위치하도록 한다.
도 306은 도파관(10122)을 포함하는 검출기 픽셀(10120)의 다른 구성요소를 나타낸다. 도파관(10122)은 광감성 지역(10002)을 향해 들어오는 전자기 에너지 (10112)를 통제하도록 각각 협조하도록 배치되고,광학 섬유 내에서 코어 및 피복 어레이와 유사한 낮은 인덱스 재료(10126)에 의해 둘러싸이는 높은 인덱스 재료 (10124)을 포함한다. 빈 공간은 낮은 인덱스 재료(10126)의 공간으로 사용될 수 있다. 상기와 같이, 이 구성요소는 전자기 에너지(10112)가 광감응 지역이 검출기 픽셀(10001) 내에 깊게 매립되었다고 하여도, 광감응 지역(10002)을 향해 효과적으로 통제되는 이점을 나타낸다.
도 307은 검출기 픽셀(10150)의 다른 구성요소를 나타낸다. 이번에는 각각, 교체 조작을 형성하는 제1 및 제2 메타렌즈(10152 및 10154)의 세트를 포함한다. 메타렌즈는 파장에 강하게 좌우되는 작용을 나타내기 때문에, 메타렌즈(10152 및10154)의 제1및 제2세트의 조합은 효과적인 파장에 좌우되는 필터링을 위해 배치될 수 있다. 메타렌즈(10152) 및 (10154)는 각 요소의 어레이로 도시되고 있고, 이들 요소는 단수의 통일된 요소로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 308은 광감응 지역(10002)에서 s축(도 307의 화살표)을 따라 0.5μm의 파장의 전기 필드 진폭의 단면도를 나타낸다. 도 308에서와 같이 전기 필드 진폭은 이 파장에서 광감응 지역 (10002)의 가운데에 위치한다. 대조적으로 도 309는 s축을 따라 광감응 지역 (10002)에서 0.25μm의 파장에서 전기 필드 진폭의 단면도를 나타낸다. 이번에는, 메타렌즈(10152) 및 (10154)의 제1 및 제2세트의 파장 종속관계 때문에, 중계 구성을 통해 전송되는 전자기 에너지의 전기 필드 진폭은 광감응 지역(10002)의 중앙지역의 공백을 나타낸다. 따라서, 중계 내에서 메타렌즈를 형성하는 반파장 구조의 크기 및 공간을 조정함으로서, 중계는 컬러 필터링을 수행하도록 조종될 수 있다. 더구나, 다수의 광학 요소는 연장될 수 있고, 조합된 효과는 필터링 연산을 향상 시키거나 기능을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 복수의 통과 밴드를 가지고 있는 필터는 통과 밴드를 서로 보완하여 필터링하는 연장된 광학 요소를 조합함으로서 구성된다.
도 310은 공개된 발명과 같이 매립된 광학 요소와 같이 사용을 위한 듀얼 슬랩(dual slab)유사 설정(10200)을 나타낸다. (예로, 도295 및 도296의 굴절성 요소(10012)) 듀얼 슬랩 설정은 각각 제1 및 제2 슬랩(1022) 및 (10230)의 조합을 사용함으로서, 각각 높이 h, 밑변과 윗변의 폭이 b1,b2 인 사다리꼴 광학 요소와 비슷하다. 듀얼 슬랩의 기하학적 어레이를 최적화하기 위해서, 슬랩의 높이는 전력 결합을 최적화하기 위해 변화한다. 각각,폭 W1=(3b1+b2)/4 및 W2=(3b2+b1)/4 이고 높이 h1=h2=h/2인 듀얼 슬랩 조작은 전력 결합의 관점에서 수적으로 평가된다. 도 311은 파장이 525nm 및 575nm 사이에서 높이 h 및 윗변의 폭 b2의 함수와 같이 사다리꼴 광학 요소를 위한 전력결합의 분석적인 결과를 나타낸다. 모든 광학 요소는 2.2μm 베이스 폭을 갖는다. 도 311에 윗변의 폭 b2=1600인 사다리꼴 광학 요소는 윗변의 폭이 1400nm 및 1700nm의 사다리꼴 광학 요소보다 광감응 지역(요소10002)에 더 많은 전자기 에너지를 전달한다. 이 데이터는 이러한 두 값 사이의 사다리꼴 광학 요소는 결합 효율의 구역 내의 최대값을 제공함을 나타내고 있다.
복수의 슬랩 조작과 더 나아가 듀얼 슬랩과 같은 전형적인 렌즈렛(lenslet)을 교체하는 것도 가능하다. 픽셀 감도에 의해 검출기 픽셀 다수의 각각이 특징지어지고, 복수 슬랩 조작은 주어진 검출기 픽셀 연산의 파장에서 개선된 감도를 최적화 할 수 있다. 파장의 범위에서 렌즈렛과 듀얼 슬랩 조작을 위한 전력 결합 효율의 비교가 도 312에 도시되어 있다. 다양한 색상에서 듀얼 슬랩 기하학이 표51에 나타나 있다. 각 파장범위에서 최적화된 사다리꼴 광학 요소는 상기 W1,W2의 표현에 따라 슬랩폭을 결정하기 위해 사용된다. 듀얼 슬랩 광학 요소는 전력 결합을 최대화하기 위해 높이를 변화시킴으로서 최대화될 수 있다. 예를 들어, 녹(綠) 파장에서 계산되는 W1 및 W2는 도 311에 나타난 바와 같이, 기하학 체계에 대응하나, 높이는 이상적일 필요는 없다.
표 51
청 녹 적
폭 1(nm) 1975 2050 1950
폭 2(nm) 1525 1750 1450
폭 3(nm) 120 173 213
도 313은 이동된 임베디드(embedded) 광학요소 및 중계 메타렌즈(metalens) 를 이용하는 주 광선 각 교정의 예를 나타낸 도이다. 시스템(10300)은 검출기 픽셀(10302)(구획 경계로 나타내어진), 메탈 층(10308)과 제1 및 제2 매립된 광학 요소(10310) 및 (10312)를 나타내고, 각각은 검출기 픽셀(10302)의 센터 라인 (10314)과 관련된 오프셋(offset)이다. 도 313의 제1 매립된 광학 요소(10310)는 도 296의 굴절성 요소 또는 도 298에 나타난 굴절성 요소(10045)의 오프셋변화이다. 제2 매립된 광학 요소(10312)는 메타렌즈로 나타나 있다. 화살표(10317)로 나타난 방향을 순회하는 전자기 에너지(10315)는 제1 매립된 광학 요소(10310)와 조우하고 그러므로, 메타 렌즈로부터 발생한 메탈 층(10308) 및 제2 매립된 광학 요소(10312), 방향(10317')을 순회하는 전자기 에너지(10315')는 검출기 픽셀 (10302)(광감응 지역이 위치된다.)의 밑변표면(10320)에 입사한다. 이런 방법으로, 제1 및 제2 매립된 광학 요소의 조합은 매립된 광학 요소없이 유사한 픽셀의 감도를 초과한 검출기 픽셀의 감도를 결과적으로 증가시킨다.
도 314에 나타난 바와 같이, 검출기 시스템의 구성요소는 부가되는 박막 필름 층을 포함할 수 있고, 다른 색상의 픽셀에 일정한 필터링 선택파장으로 구성된다. 이러한 부가적인 층은 예를 들어, 전체 웨이퍼에 걸쳐 퇴적함으로서 형성될 수 있다. 석판 마스크는 상측의 층(예로, 제작된 파장 선택 층)을 정의하는데 사용될 수 있고, 메타 렌즈와 같은 부가적인 파장 선택 구조는 매립된 광학 요소와 같이 부가적으로 포함될 수 있다.
도 315는 다른 파장 범위에 최적화된, 박막 필름 필터 층 선택 파장의 결과 를 모델링하는 수를 나타내고 있다. 도 315의 도표(10355)에 나타난 결과는 색상에 좌우되는 3 또는 4 파장 선택 층에 의해 (부분적으로 반사하는 거울을 구성하는) 7 공통층(層)이 씌워짐을 간주한다. 표(10355)는 검출기 픽셀의 정상에 형성되는 층 구조의 효과만을 포함한다. 즉, 매립된 메타렌즈의 효과는 계산에 포함되지 않는다. 실선(10360)은 적(赤) 파장 범위에서 전송을 위해 구성된 층 구조에 대한 파장의 기능으로서 전송을 나타낸다. 파선(10365)은 녹(綠) 파장 범위에서 전송을 위해 구성된 층 구조에 대한 파장의 기능으로서 전송을 나타낸다. 마지막으로, 점선(10370)은 청(靑) 파장 범위에서 전송을 위해 구성된 층 구조에 대한 파장의 기능으로서 전송을 나타낸다.
나타낸 구체화는 각자 또는 조합으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 임베디드 렌즈셋을 사용하거나 전형적인 컬러 필터를 사용하는 개선된 픽셀 감도의 이점을 누리거나, 전형적인 렌즈셋에 의해 씌워지는 IR-분할 필터링에 대한 박막 필름 필터를 사용할 수 있다. 그러나, 전형적인 컬러 필터와 렌즈셋이 매립된 광학 요소에 의해 대체되면, 개개의 제조 수단에서의 검출기 제조의 모든 단계를 잠재적으로 통합하는 것의 부가적인 이점은 달성되고, 그러므로 검출기의 조정 및 가능한 부분 오염을 감소하는 것과, 결과적으로, 잠재적인 제조량의 증가가 이루어진다.
현재 공개된 구체화는 외부 광학 요소의 부재에 의해 간이화되는 검출기의 최종 포장의 이점을 나타낸다. 이러한 점에서, 도 316은 검출기(10380)의 다수를 포함하는 예시적인 웨이퍼(10375)를 나타내고, 분리 차선(10385)의 다수를 나타내며, 웨이퍼는 검출기(10380)의 다수를 각 장치로 분리하기 위해 분할될 수 있다. 즉, 검출기 (10380)의 다수의 각각은 렌즈셋 및 파장 선택 필터와 같은 매립된 광학 요소를 이미 포함하고, 검출기는 부가적인 포장을 요구하지 않고 완전한 검출기를 생산하기 위해 분리 통로를 따라 간단하게 분리될 수 있다. 도 317은 검출기(10380)의 하나를 나타내고, 본딩 패드(10390)의 다수가 밑변인 점에서 나타내어질 수 있다. 달리 말하면, 본딩 패드(10390)는 전기적 결합을 제공하기 위한 부가적인 포장 단계가 요구되지 않도록 하여 생산비용을 잠재적으로 감소시키도록 각 검출기(10380)의 밑변에 준비될 수 있다. 도 318은 검출기(10380) 일부(10400)의 개념도를 나타낸 것이다. 도 318에 나타난 구체화에서, 일부(10400)는 검출기 픽셀 (10405)의 다수를 포함하고, 각각은 최소 하나의 매립된 광학 요소(10410) 및 (검출기 픽셀(10405)의 제조와 양립할 수 있는 재료로 생성된) 박막 필름 필터(10415)를 포함한다. 각 검출기 픽셀(10405)은 보호층(10420)으로 덮이고, 전체 검출기는 평탄화 층(10425)과 커버 플레이트(plate)(10430)로 덮인다. 이 구체화의 예에서 평탄화 층(10420)은 PESiN으로 형성될 수 있다; 평탄화층(10420)의 조합, 평탄화 층(10425) 및 커버 플레이트(10430)는 예를 들어, 외부 환경 요소로부터 검출기를 보호하고, 부가적인 포장 단계없이 검출기를 분리되고 사용될 수 있도록 한다. 평탄화층(10420)은 예를 들어, 검출기의 최상 표면이 평탄하지 않을 때만 필요하다. 또한, 평탄화층은 커버 플레이트가 사용되면 필요로 되지 않는다.
도 319는 메타렌즈로 작용하는 매립된 광학 요소의 세트를 포함하는 검출기 픽셀(10450)의 단면도를 나타낸 것이다. 광감응 지역(10455)은 반도체 공통 베이스 (10460)의 내부 또는 상부에 제작된다. 반도체 공통 베이스(10460)는 예를 들어, 크리스탈 실리콘, 갈륨 비소화물, 게르마늄 또는 유기 반도체로 형성될 수 있다. 메탈층(10465)의 다수는 광감응 지역(10455)과 판독 일렉트로닉스(미도시) 사이와 같은 검출기 픽셀의 요소 사이에서 전기적 접촉을 제공한다. 검출기 픽셀(10450)은 외부,중간,내부 요소(10472,10476,10478)를 포함하는 메타렌즈(10470)를 포함한다. 도 319에 도시된 예에서, 외부,중간,내부 요소(10472,10476,10478)는 대칭하여 배치된다. 개개의 외부,중간,내부 요소(10472,10476,10478)는 모두 같은 높이이고, 메타렌즈(10470)내에 같은 재료로 형성된다. 외부,중간,내부 요소(10472,10476, 10478)는 PESiN과 같이 양립가능한 재료를 처리하는 CMOS로부터 만들어진다. 외부,중간,내부 요소 (10472,10476,10478)는 예를 들어, 에칭과 요구되는 재료의 퇴적에 의해 뒤따르는 단일 마스크 단계를 사용함으로서 정의될 수 있다. 또한 화학 기계 연마는 퇴적후에 적용될 수 있다. 메타렌즈(10470)가 특정 위치에 도시되어 있으나, 메타렌즈는 예를 들어, 도 296의 메타렌즈(10010)와 유사하게 유사한 실행을 달성하고 배치되기 위하여 변경된다. 메타렌즈(10470)의 요소(10472,10476,10478)가 모두 같은 높이이므로, 층 그룹(10480)의 경계면을 동시에 접촉한다. 그러므로, 층 그룹(10480)은 평탄화 단계와 같은 부가 절차 없이 즉시 추가될 수 있다. 층 그룹(10480)은 금속화, 패시베이션(passivation), 필터링 또는 외부 구성요소의 설치를 제공하는 부분 또는 층을 포함할 수 있다. 메타렌즈(10470)의 대칭은 분극에 관계없이 전자기 에너지의 방위각의 동일한 방향을 제공한다. 도 319에서, 방위각은 검출기 픽셀(10450)의 광감응 지역(10455)에 수직한 축에 대한 각의 배치로 정의된다. 전자기 에너지는 화살표(10490)에 의해 대략 도시된 방향 내에서 검출기 픽셀 에 입사한다. 또한, 메타렌즈(10470)에 의해 통제된 바와 같이, 전자기 전력 밀도(10475)(밑줄 친 타원형에 의해 나타난 그늘진 지역)의 가상 결과가 나타나 있다. 도 319에 나타난 바와 같이, 전자기 전력 밀도(10475)는 금속 층(10465)으로부터 광감응 지역(10455)의 가운데까지 떨어진 메타렌즈(10470)에 의해 통제된다.
도 320은 도 319E에 나타난 바와 같이 검출기 픽셀(10450)의 사용에 대해 한 구체화(10500)의 평면도를 나타낸 것이다. 구체화(10500)는 구체화의 기원에 대해 대칭적으로 조직된 외부, 중간, 내부 요소(10505, 10510 및 10515)를 포함한다. 외부, 중간, 내부 요소(10505, 10510 및 10515)는 도 319의 요소 (10472), (10476) 및 (10478)과 상응한다. 도 320에 나타난 예에서, 외부, 중간, 내부 요소(10505, 10510 및 10515)는 PESiN으로 만들어지고, 360nm의 동일한 높이를 갖는다. 내부 요소(10515)는 폭이 490nm이고, 중간 요소(10510)는 각 모서리에 인접하게 대칭적으로 위치하고, 내부 요소(10515)와 같은 평면에 있다. 중간 요소(10510)의 평행 세그먼트(segment)는 폭이 220nm이다. 외부 요소(10515)의 평행 세그먼트는 폭이 150nm이다.
도 321은 도 319에서 검출기 픽셀(10450)의 다른 구체화(10520)의 평면도를 나타낸 도이다. 도 320의 요소(10505, 10510 및 10515)와 대조적으로 요소(10525, 10530 및 10535)는 정렬된 구조이다. 그러나, 도 320 및 도321에 나타난 구성은 그것을 통해서 전달되는 전자기 에너지상의 효과와 실제적으로 동일하다. 이들 요소의 특징 규모는 전자기 에너지의 파장보다 작기 때문에 굴절성의 효과(요소의 최소값 특징 크기가 주요 파장보다 작지 않으면)는 무시할 수 있다. 도 320 및 도321에 서 요소의 상대적인 크기 및 위치는 예를 들어, 반대의 파라볼릭 수학적 관계에 의해 정의된다. 예를 들어, 요소(10525)의 치수는 요소(10535)의 중심으로부터 요소(10525)의 중심까지 거리의 제곱과 반대로 비례할 수 있다.
도 322는 메타렌즈와 같이 동작하는 매립된 광학 요소의 다층 세트를 형성하는 검출기 픽셀(10540)의 횡단면(10540)을 나타낸다. 메타렌즈(10545)는 2열의 요소를 포함한다. 제1열은 요소(10555) 및 (10553)을 포함한다. 제2열은 요소 (10550), (10560) 및 (10565)를 포함한다. 도 322에 나타난 예에서, 요소의 각 열은 메타렌즈(10470)처럼 도 319에 도시된 동일한 구조의 절반 두께이다. 2층 메타렌즈(10545)는 메타렌즈(10470)처럼 실행을 지시하는 동일한 전자기 에너지를 나타낸다. 메타렌즈(10470)는 조립하기 간단하므로, 메타렌즈(10470)는 많은 상황에서 비용면에서 효율적이다. 그러나 메타렌즈(10545)는 복잡하기 때문에, 특정한 사용의 적용에 많은 파라미터가 존재하므로, 특정한 어플리케이션에서의 사용에서 더 많은 자유의 범위를 제공한다. 예를 들어, 메타렌즈(10545)는 특정 파장 종속 작용, 주 광선 각도 교정, 분극 다양성 또는 다른 효과를 제공하기 위해 적합시킬 수 있다.
도 323은 메타렌즈(10575)처럼 동작하는 매립된 광학 요소(10580,10585, 10590,10595 및 10600)의 비대칭적인 세트를 포함하는 검출기 픽셀(10750)의 횡단면도를 나타낸 도이다. 메타렌즈(10575)처럼 요소의 비대칭적인 세트를 이용하는 메타렌즈 디자인은 대칭 디자인보다 더 큰 디자인 파라미터 공간을 필요로 한다. 검출기 픽셀 어레이에서 위치의 관계에 대하여 메타렌즈의 특성을 변경함으로서 주 광선 각 변화 또는 검출기 픽셀 어레이에서 사용될 수 있는 이미징 시스템의 상황을 변화시키는 공간적 특성(예로 어레이과 교차하는)에 의해 어레이는 교정될 수 있다. 메타렌즈(10575)의 각 요소(10580,10585,10590,10595 및 10600)는 공간적,기하학적, 재료 및 광학 지수 파라미터의 규칙에 의해 묘사될 수 있다.
표 52
요소 위치 재료 인덱스 형태 방위 길이 폭 높이
10625 (10715) -1,0 PESiN 1.7 정사각형 정렬 (Aligned) 0.2 0.2 0.6
10630 (10720) 0,0 PESiN 1.7 정사각형 정렬 0.2 0.2 0.7
10635 (10725) 1,0 PESiN 1.7 정사각형 정렬 0.2 0.2 0.55
도 324 및 도 325는 매립된 광학 요소(10605) 세트의 평면도 및 단면도를 나타낸 것이다. 축의 세트는 매립된 광학 요소(10605) 위에 놓여진다. 각 좌, 중, 우 요소(10625, 10630 및 10635)의 규정은 표 52(위치,길이,폭,높이가 표준화된 단위로 나타나있다.)에 나타난 바와 같이, 기점(10620)과 관련되어 정의된다. 이 예시가 직각의 평행축 시스템을 사용하고 있지만, 원통형이나 구 좌표계와 같은 시스템도 사용될 수 있다. 축(10610) 및 축(10615)이 중앙 요소(10630)의 가운데에 위치한 기원(10620)과 교차하는것을 나타내고 있고, 기원은 매립된 광학 요소(10605)의 모서리나 코너와 같은 다른 상대적인 위치에 놓여질 수 있다.
매립된 광학 요소(10605) 부분의 단면도(10640)는 도 325에 나타나 있다. 화살표(10645) 및 (10650)는 좌,중,우 요소(10625,10630 및 10635) 사이에서 높이의 차이를 나타내고 있다. 각각 좌,중,우 요소(10625,10630 및 10635)가 정사각형으로 도시되어 있고, 축을 따라 어레이되어 있으나, 다른 형태(예, 원, 삼각형)를 취할 수 있고, 축에 대하여 임의의 각도를 향하게 할 수 있다.
도 326-330은 도320과 유사한 매립된 광학 요소의 다른 2D 투영을 나타내고 있다. 매립된 광학요소(10655)는 원형의 대칭을 띄고 있는 요소(10665), (10675), (10680)를 포함한다. 이들 요소는 동축 대칭을 나타내고 있다. 영역(10670)은 메타렌즈의 경계(10660) 내에 정의될 수 있다. 이 예에서, 요소(10670, 10675 및 10660)는 TEOS로 만들어질 수 있고, 요소(10665) 및 (10680)은 PESiN으로 만들어질 수 있다. 도 327에서 매립된 광학 요소(10690)는 정사각형 요소의 동축 대칭 세트를 이용하는 매립된 광학 요소(10655)와 같은 메타렌즈 구성을 포함한다. 도 328에서, 매립된 광학 요소(10695)는 전자기 에너지 관리의 특정한 유형을 실행하거나 관련 검출기 픽셀의 광감응 지역의 불규칙한 경계를 정합시키기 위해 비대칭적으로 수정된 메타렌즈의 경계(10700)를 포함한다.
도 329는 혼합된 대칭으로 일반화된 메타렌즈 구성을 포함하는 매립된 광학 요소(10705)를 나타낸다. 요소 (10710), (10715), (10720) 및 (10725)는 모두 정사각형 단면을 취하나 도 327에 나타난 매립된 광학 요소(10690)와 같이 완전히 동축 대칭인 것은 아니다. 요소(10710) 및 (10720)는 정렬되고 동축인데 비해, 요소 (10715) 및 (10725)는 최소 하나의 방향에서 비대칭이다. 비대칭 또는 혼합된 대칭 메타렌즈는 도 314에 나타난 바와 같이, 파장 선택 필터링의 사용에 기인한 주 광선 각도 변화 또는 색 변화에 종속되는 각과 같은 디자인 파라미터를 교정하는 특정 파장, 방향 또는 각도 내에서 전자기 에너지를 통제하는데 유용할 수 있다.부가 적인 고려사항으로, 도 327에 나타난 바와 같이, 메타렌즈의 바람직한 조작이 가파른 모서리의 정사각형일 수 있고, 실제 제조 공정의 실용성에 의해 모퉁이는 원형일 수 있다. 원형 모퉁이의 매립된 광학 요소(10730)의 예는 도 330에 도시되어 있다. 이 예에서, 경계(10735)는 검출기 픽셀에서 광감응 지역의 경계와 정확히 대등하지는 않으나, 전자기 에너지의 전반적인 효과는 매립된 광학 요소(10690)의 그것과 사실상 동일하다.
도 331은 효과적인 주 광선 교정 및 필터링을 위한 부가적인 특징을 나타내는 도 307과 유사한 검출기 픽셀(10740)의 단면도를 나타낸 도이다. 도 307과 관련하여 언급된 요소의 부가 또는 조합으로, 검출기 픽셀(10740)은 주 광선 각 교정기(CRAC)(10745), 필터링 층 그룹(10750) 및 필터링 층 그룹(10755)을 포함할 수 있다. 주 광선 각 교정기(10745)는 부수하는 전자기 에너지에서 주 광선(10760)의 부수하는 각도 배치를 교정하기 위해 사용될 수 있다. 광감응 지역(10002)의 입사 표면에 관련된 비정규의 입사각이 교정되지 않으면, 주 광선(10760)과 관련된 광선(미도시)은 광감응 지역(10002)으로 진입하지 못하고 검출되지 않는다. 주 광선(10760)의 비정규의 입사각 및 관련 층은 층 그룹(10750) 및 (10755) 필터링의 파장 종속 필터링을 변화시킨다. 알려진 바와 같이, 비정규의 수반하는 전자기 에너지는 "블루 시프팅(blue shifting)"(예로, 필터에서 중앙 공정 파장의 감소) 및 필터가 수반하는 전자기 에너지의 분극 상태에 민감하게 될 수 있다. 주 광선 각 교정기(10745)의 부가는 이러한 효과를 완화시킬 수 있다.
필터 층 그룹(10750) 또는 (10755)은 도 341에 나타난 바와 같이, 컬러 필터 의 적-녹-청(RGB)유형이거나 도 342에 나타난 바와 같이 시안(cyan)-마젠타 (magenta)-옐로우(yellow) (CMY)필터일 수 있다. 선택적으로, 필터 층 그룹(10750) 또는 (10755)는 도 340에 나타난 바와 같이 전송 과정의 IR-차단 필터를 포함할 수 있다. 필터 층 그룹 (10755)은 도 339와 관련하여 언급된 반(反) 반사 코팅 필터를 포함할 수 있다. 필터 층 그룹(10750) 및 (10755)은 예를 들어 IR-차단 및 RGB컬러 필터링과 같은 다기능 필터의 언급된 유형의 하나 또는 이상의 특징 및 효과를 조합할 수 있다. 필터 층 그룹(10750) 및 (10755)은 검출기 픽셀 내에서 임의의 또는 모든 다른 전자기 에너지 통제, 필터링 또는 요소 검출에 대하여 필터링 기능에 대해 공통으로 최적화될 수 있다. 층 그룹(10755)은 전자, 정공 그리고/또는 이온의 도너 이동으로부터 광감응 지역(10002)분리시키는 것을 돕는 버퍼 또는 정지 층을 포함할 수 있다. 버퍼 층은 층 그룹(10755) 및 광감응 지역(10002) 사이의 경계면(10770)에 위치할 수 있다.
층 그룹(10750)과 같은 박막 필름 파장 선택 필터가 반파장 CRAC(10745)에 의해 놓여지면, CRAC는 입력빔의 CRA를 수정하고, 통상 정규 입사각에 가깝게 한다. 이 경우에서, 박막 필름 필터(층 그룹(10750))가 모든 검출기 픽셀(또는 박막 필름 필터가 색상 서낵 필터로 사용되는 경우에 동일 컬러의 모든 검출기 픽셀)과 거의 같고 오직 CRAC만이 검출기 픽셀의 어레이를 공간적으로 횡단하여 변화시킨다. 이런 방식의 CRA변화 교정은 1)정규 입사각에 가까운 각도에서 광감응 지역(10002)쪽으로 감지된 전자기 에너지가 이동하고 전도성 금속 층(10008)에 의해 차단되므로 검출기 픽셀 감도의 향상과, 2)검출기 픽셀은 전자기 에너지의 입사각 이 정규에 가까워지므로 전자기 에너지의 분극 상태에 덜 민감하게 된다는 이점이 있다.
선택적으로, 필터링 층 그룹(10750) 및 (10755)의 파장 종속 필터링 내에서 CRA변화는 각 검출기 픽셀에 대한 컬러 필터 반응에 근거를 둔 컬러 교정을 공간적으로 변화시킴으로서 경감될 수 있다. HP 실험에서 이미징 시스템 연구로부터 "감소된 노이즈에 대한 색상 교정 매트릭스의 공간적인 변화"는 요소의 다양성에 기반을 둔 생상 교정을 허용하기 위한 교정 매트릭스의 공간적인 변화의 어플리케이션을 상술한다. 공간적인 CRA변화는 생상 조합을 공간적을 다양화한다. 이 색상 조합의 공간적인 변화가 임의의 검출기 픽셀에서 정적이기 때문에, 검출기 픽셀에서 고안된 정적인 색상 교정 매트릭스는 공간적으로 동등한 신호 공정을 이용하여 적용될 수 있다.
도 332-335는 CRAC로 이용될 수 있는 다른 광학 요소의 다수를 나타낸다. 도 332의 광학 요소(10310)는 도 313의 광학 요소의 오프셋(offset) 또는 비대칭적인 회절성의 유형이다. 도 333의 광학 요소(10775)는 입사각 종속 주 광선 각도 교정의 각을 제공할 수 있는 공간적으로 다양한 피치(pitch)이므로 반파장이고, 회절격자 구조이다. 광학 요소(10780)는 파장 및 각도에 대한 회절성 및 굴절성 효과의 조합을 제공할 수 있는 복합요소내에 광학 요소(10310) 및 (10775)의 몇몇 특징을 조합한다. CRA교정기(10780)는 분광에 대한 반파장 광학 요소의 조합으로 묘사될 수 있다. 분광은 반파장 기둥의 공간적으로 변화하는 높이로부터 기인하고, 스넬의 공식에 따라 유입되는 전자기 에너지 보급의 방향을 수정하는 경사진 효과적인 지 수를 나타냄으로서 CRA교정을 수행한다. 유사하게, 반파장 광학 요소는 픽셀의 광감응 지역을 향해 유입되는 전자기 에너지를 집중시키는 효과적인 인덱스 윤곽에 의해 형성된다. 도 335에서, 단층 또는 복층의 광학 요소를 수정하기 위해 구성될 수 있는 매립된 광학 요소(10785)가 도시되어 있다. 매립된 광학 요소(10785)는 필터(10750) 대신에 또는 조합하여 도 331에 도시된 검출기 픽셀로 고안될 수 있다. 매립된 광학 요소(10785)는 복합구조로 통합될 수 있고 수정된 광학 인덱스를 생산하는 재료(10790) 및 (10795)의 두 유형을 포함한다. 재료(10795)은 실리콘 이산화물과 같은 재료일 수 있고, 재료(10790)은 실리콘 질화물 또는 BLACK DIAMOND 또는 재료적인 갭 또는 비어있는 재료와 같은 낮은 인덱스 재료와 같은 강한 광학 인덱스 재료일 수 있다. 재료 층(10795)은 덮개 층으로 퇴적되고 서브-피처(sub features)의 세트를 생산하기 위해 덮이고 에칭된 후 재료(10790)로 채워진다. 브루그만 이펙티브 미디엄 어프럭시메이션은 두 다른 재료가 혼합될 때 합성의 절연 함수 εeff는 다음과 같이 정의된다.
Figure 112008079270940-PCT00025
식(15)
ε1 은 제1 재료의 절연 함수이고 ε2는 제2 재료의 절연 함수이다. 새 효과적인 광학 지수는 εeff의 양의 스퀘어 루트에 의해 나타낸다. 변수 f는 절연함수 ε2에 의해 특징된 제2 재료인 혼합재료의 미소한 부분이다. 재료의 혼합비율은 비 (1-f)/f에 의해 주어진다. 혼합된 합성 재료 층 또는 구조인 반파장의 사용은 혼합비가 서 브피처의 피치에 의해 결정되는 점에서 인쇄 기술을 사용하는 주어진 층 또는 구조에서 효과적인 지수를 공간적으로 변화시키도록 한다. 공간적인 변화 이펙티브 지수를 결정하는데 있어서, 인쇄 기술의 사용은 매우 영향력있다. 단일의 인쇄 마스크는 1)검출기 픽셀로부터 검출기 픽셀에까지 파장선택(색상 필터 응답)의 변화; 2)중앙 검출기 픽셀(예, CRA=0°)로부터 모서리 검출기 픽셀(예, CRA=25°)의 주 광선 각 변화에 대한 공간적 교정을 허용하기 위해 공간적으로 변화하는 면에 있어서 자유의 충분한 범위를 제공한다. 또한, 효과적인 지수의 공간 변화는 층마다 적어도 단일 인쇄 마스크로 행해질 수 있다. 단일 층의 수정에 대해 언급되었으나, 복수 층은 복수 퇴적에 의해 일련의 층이 연속되는 동안 에칭에 의해 동시에 수정될 수 있다.
도 336에서, 주 광선 각 교정에 사용될 수 있는 비대칭 특징을 포함하는 두 검출기 픽셀 (10835) 및 (10835')의 단면(10800)을 나타낸다. 검출기 픽셀(10835) 상에 입사하는 주 광선(10820)(방향이 화살표 및 각(10825)에 의해 나타남)은 각각의 주 광선 각 교정기(10805) 또는 메타렌즈(10810)와 협동하여 실행됨으로서 표준 또는 표준에 가깝게 교정될 수 있다. 주 광선 각 교정기(10805)는 검출기 픽셀 (10835)의 광감응지역(10002)의 중심 축(10830)에 대해 비대칭적(오프셋)으로 위치될 수 있다. 검출기 픽셀(10835')과 관련된 제2 주 광선 각 교정기(10805')는 주 광선(10820')(방향이 화살표 및 각(10825')에 의해 나타남)의 방향을 교정하기 위해 사용될 수 있다. 주 광선 각 교정기(10805')는 검출기 픽셀 (10835')의 광감응지역(10002')의 중심 축(10830')에 대해 비대칭적(오프셋)으로 위치될 수 있다.
주 광선 각 교정기(10805)(10805'),메타렌즈(10810),(10810') 및 축(10830), (10830')의 메탈 트레이스(traces)(10815)(10815')의 상대적인 위치가 검출기 픽셀의 어레이된 세트내에 독립하여 공간적으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 상대적인 위치의 어레이내에서 각 검출기는 검출기 픽셀 어레이의 중앙에 대해 원형 대칭과 방사상으로 변하는 값을 갖는다.
도 337은 코팅되지 않은 반사율과 검출기 픽셀의 광감응 지역의 반사 방지(anti-reflection:AR) 코팅된 실리콘을 대조하는 표(10840)를 나타낸다. 표 (10840)는 종좌표상의 퍼센트내에서 가로좌표와 반사율로 나노미터의 파장을 갖는다. 실선(10845)은 전자기 에너지가 플라즈마 강화 옥사이드(PEOX)로부터 광감응 지역으로 들어갈 때, 코팅되지 않은 광감응지역 실리콘의 저항을 나타낸다. 점선(10850)은 광감응 지역 실리콘의 반사가 도 331의 층 그룹(10755)에 의해 나타난바와 같이 반사 방지 코팅 층 그룹의 부가에 의해 개선된다. 라인(10850)에 의해 나타난 필터에 대한 디자인 정보가 표 53에 상세히 나타나 있다. 광감응 지역으로부터의 낮은 반사는 광감응 지역과 관련된 검출기 픽셀의 감도를 증가시키는 것에 의하여 더 많은 전자기 에너지가 검출될 수 있도록 한다.
표 53은 현재 공개된 발명에 따라서 AR에 대한 층 디자인 정보를 나타낸다. 표 53은 층 번호, 층 재료, 재료 굴절 지수, 재료 소멸 계수, 층 전파 광학 두께(FWOT) 및 층의 물리적 두께를 포함한다. 이들 값은 400-900nm의 디자인 파장 범위에 대한 값이다. 표 53이 6 층에서 사용되는 특정 재료를 나타내고 있으나, 층의 수에 변화가 있을 수 있고 재료를 예를 들어, BLACK DIAMOND가 PEOX로 대체될 수 있고, 두께는 그에 따라 변할 수 있는 것처럼 대체될 수 있다.
표 53
층 재료 굴절 지수 소멸 계수 광학 두께 (FWOT) 물리적 두께(nm) 로크 (lock) 최소 물리적 두께
미디엄 PEOX 1.45450 0
1 PESiN 1.94870 0.00502 0.04944401 13.96 No 0.00
2 PEOX 1.45450 0 0.54392188 205.68 No 0.00
3 PESiN 1.94870 0.00502 0.47372846 133.70 No 0.00
4 PEOX 1.45450 0 0.20914491 79.09 No 0.00
5 PESiN 1.94870 0.00502 0.19365435 54.66 No 0.00
6 PEOX 1.45450 0 0.02644970 10.00 Yes 10.00
공통 베이스 Si (crystal) 4.03555 0.1
1.49634331 497.08
도 338은 현재 공개된 발명에 따라서 고안된 IR-차단 필터의 전송 특징의 도표를 나타낸 도이다. 플롯(10855)은 종좌표상의 퍼센트 내에서 가로좌표 및 전송으로 나노미터의 파장을 갖는다. 실선(10860)은 표 53에 나타난 필터 디자인 정보의 수적인 시물레이션의 결과를 나타낸다. 라인(10860)은 400-700nm에서 고 전송 및 700-1100nm에서 저 전송의 바라던 결과를 나타낸다. IR-차단 디자인은 긴 파장에서 실리콘 기반 광검출의 낮은 반응 때문에 1100nm이하의 파장으로 제한된다. 백색(회색스케일) 검출기 픽셀은 RGB 또는 CMY컬러 필터없이 IR-차단필터를 사용함으로서 생산될 수 있다. 회색 스케일 검출기 픽셀은 적-녹-청-백(RGBW) 또는 시안-마젠타-옐로우-백(CMYW)시스템을 형성하기 위해 RGB 또는 CMY로 여과된 검출기 픽셀로 조합될 수 있다.
표 54는 공개된 발명에 따라서, IR-차단필터에 대한 층 디자인 정보를 나타낸다. 표 54는 층 번호, 층 재료, 재료 굴절 지수, 재료 소멸 계수, 층 전파 광학 두께(FWOT) 및 층의 물리적 두께를 포함한다. IR-차단필터는 도 331에 층 그룹 (10750)과 같은 검출기 픽셀과 통합될 수 있다.
표 54
층 재료 굴절성 지수 소멸 계수 광학 두께 (FWOT) 물리적 두께 (nm)
미디엄 공기 1.00000 0
1 BD 1.40885 0.00023 0.15955076 62.29
2 SiC 1.93050 0.00025 0.32929623 93.82
3 BD 1.40885 0.00023 0.37906600 147.98
4 SiC 1.93050 0.00025 0.34953615 99.58
5 BD 1.40885 0.00023 0.34142968 133.29
6 SiC 1.93050 0.00025 0.35500331 101.14
7 BD 1.40885 0.00023 0.35788610 139.71
8 SiC 1.93050 0.00025 0.35536138 101.24
9 BD 1.40885 0.00023 0.36320577 141.79
10 SiC 1.93050 0.00025 0.36007781 102.59
11 BD 1.40885 0.00023 0.35506681 138.61
12 SiC 1.93050 0.00025 0.34443494 98.13
13 BD 1.40885 0.00023 0.34401518 134.30
14 SiC 1.93050 0.00025 0.35107128 100.02
15 BD 1.40885 0.00023 0.35557636 138.81
16 SiC 1.93050 0.00025 0.40616019 115.72
17 BD 1.40885 0.00023 0.48739873 190.28
18 SiC 1.93050 0.00025 0.07396945 21.07
19 BD 1.40885 0.00023 0.03382620 13.21
20 SiC 1.93050 0.00025 0.39837959 113.50
21 BD 1.40885 0.00023 0.42542942 166.08
22 SiC 1.93050 0.00025 0.37320789 106.33
23 BD 1.40885 0.00023 0.40488690 158.06
24 SiC 1.93050 0.00025 0.45969232 130.97
25 BD 1.40885 0.00023 0.49936328 194.95
26 SiC 1.93050 0.00025 0.42641059 121.48
27 BD 1.40885 0.00023 0.41200720 160.84
28 SiC 1.93050 0.00025 0.42563653 121.26
29 BD 1.40885 0.00023 0.47972623 187.28
30 SiC 1.93050 0.00025 0.47195352 134.46
31 BD 1.40885 0.00023 0.43059570 168.10
32 SiC 1.93050 0.00025 0.42911097 122.25
33 BD 1.40885 0.00023 0.46369294 181.02
34 SiC 1.93050 0.00025 0.48956915 139.48
35 BD 1.40885 0.00023 0.46739998 182.47
36 SiC 1.93050 0.00025 0.44564062 126.96
공통 베이스 BD 1.40885 0.00023
13.60463515 4589.08
도 339는 공개된 발명에 따라 고안된 적-녹-청(RGB) 컬러필터 전송 특징의 플롯(10865)을 나타낸다. 플롯(10865)에서 실선은 규정 입사각(예,0°입사각)에서 필터수행을 나타내고 점선은 25°의 입사각에서 필터수행(분극으로 가정)을 나타낸 다. 라인(10890) 및 (10895)은 청 파장 선택필터의 전송을 나타낸다. 라인(10880) 및 (10885)은 녹 파장 선택필터의 전송을 나타낸다. 라인(10870) 및 (10875)은 적 파장 선택필터의 전송을 나타낸다.플롯(10865)에 의해 나타나는것과 같은 RGB필터(또는 하기 언급되는 CMY필터)는 입사각 변화의 주 광선각에 의존하는 최소값을 위해 최적화된다. 이러한 최적화는 예를 들어, 주 광선 각 변화에 대한 한계를 중재하는 입사각을 사용하는 필터 디자인을 반복하고 최적화 함으로서 수행될 수 있다. 예를 들어,주 광선 각이 0°에서 20°으로 변하면, 10°의 초기 디자인 각이 사용될 수 있다. 도 336과 관련하여 언급된 주 광선 각 교정기(10805)와 유사한 방법으로, RGB필터(도 331에서 층 그룹(10750)으로 도시되고 플롯(10865)에 의해 묘사되는)는 관련된 광감응 지역에 대하여 비대칭적으로 위치된다.
표 55-57은 공개된 발명에 따라 RGB필터에 관한 층 디자인 정보를 나타내고 있다. 도 55-57은 층 번호, 층 재료, 재료 굴절 지수, 재료 소멸 계수, 층 전파 광학 두께(FWOT) 및 층의 물리적 두께를 포함한다. 개별적인 적(표 56),녹(표55) 및 청(표57) 컬러 필터는 비공통 층의 수를 제한함으로서 효과적이고 비용 효율적인 생산을 위해 공통으로 디자인되고 최적화된다. 예를 들어 표 55에서 층 1-5은 녹 색 필터를 위해 특히 최적화된 층일 수 있다. 이 층은 "거절"지시에 의해 표 55의 "로크"칼럼내에 표시될 수 있다. 디자인 및 최적화 과정에서 이 층은 두께가 변할 수 있다. 층 6-19은 RGB필터의 모든 세 각각의 필터에 공통되는 층일 수 있다. 이 층은 "승인"지시에 의해 표 55의 "로크"컬럼내에 표시될 수 있다. 이 예에서, 층(19)은 10nm버퍼나 PEOX의 고립 층을 나타낸다. 표 55의 층 14-18은 검출기 픽셀 의 광감응 지역에서 AR 코팅과 같이 사용되는 공통층을 나타낸다.
표 55
층 재료 굴절성 표시 소멸 계수 광학 두께 (FWOT) 물리적 두께 (nm) 로크 최소 물리적 두께
미디엄 공기 1.0000 0.00000
1 BD 1.40885 0.00023 0.74842968 292.18 No 0.00
2 PESiN 1.94870 0.00502 0.20512538 57.89 No 0.00
3 BD 1.40885 0.00023 0.22456184 87.67 No 0.00
4 PESiN 1.94870 0.00502 0.20988185 59.24 No 0.00
5 BD 1.40885 0.00023 0.52762161 205.98 No 0.00
6 PESiN 1.94870 0.00502 0.21796433 61.52 Yes 0.00
7 BD 1.40885 0.00023 0.22733524 88.75 Yes 0.00
8 PESiN 1.94870 0.00502 0.22283590 62.89 Yes 0.00
9 BD 1.40885 0.00023 0.22522496 87.93 Yes 0.00
10 PESiN 1.94870 0.00502 0.40188690 113.43 Yes 0.00
11 BD 1.40885 0.00023 0.34653670 135.28 Yes 0.00
12 PESiN 1.94870 0.00502 0.42388198 119.64 Yes 0.00
13 PEOX 1.45450 0.00000 7.91486037 2992.90 Yes 0.00
14 PESiN 1.94870 0.00502 0.04985349 14.07 Yes 0.00
15 PEOX 1.45450 0.00000 0.55014658 208.03 Yes 0.00
16 PESiN 1.94870 0.00502 0.47678155 134.57 Yes 0.00
17 PEOX 1.45450 0.00000 0.21139733 79.94 Yes 0.00
18 PESiN 1.94870 0.00502 0.19542167 55.16 Yes 0.00
19 PEOX 1.45450 0.00000 0.02644970 10.00 Yes 10.00
공통 베이스 Si (crystal) 4.03555 0.10000
13.40619706 4867.05
표 56
층 재료 굴절성 표시 소멸 계수 광학 두께 (FWOT) 물리적 두께 (nm) 로크 최소 물리적 두께
미디엄 공기 1.0000 0.00000
1 BD 1.40885 0.00023 0.00724416 2.83 No 0.00
2 PESiN 1.94870 0.00502 0.20071884 56.65 No 0.00
3 BD 1.40885 0.00023 0.22509108 87.87 No 0.00
4 PESiN 1.94870 0.00502 0.21322830 60.18 No 0.00
5 BD 1.40885 0.00023 0.20495078 80.01 No 0.00
6 PESiN 1.94870 0.00502 0.21796433 61.52 Yes 0.00
7 BD 1.40885 0.00023 0.22733524 88.75 Yes 0.00
8 PESiN 1.94870 0.00502 0.22283590 62.89 Yes 0.00
9 BD 1.40885 0.00023 0.22522496 87.93 Yes 0.00
10 PESiN 1.94870 0.00502 0.40188690 113.43 Yes 0.00
11 BD 1.40885 0.00023 0.34653670 135.28 Yes 0.00
12 PESiN 1.94870 0.00502 0.42388198 119.64 Yes 0.00
13 PEOX 1.45450 0.00000 7.91486037 2992.90 Yes 0.00
14 PESiN 1.94870 0.00502 0.04985349 14.07 Yes 0.00
15 PEOX 1.45450 0.00000 0.55014658 208.03 Yes 0.00
16 PESiN 1.94870 0.00502 0.47678155 134.57 Yes 0.00
17 PEOX 1.45450 0.00000 0.21139733 79.94 Yes 0.00
18 PESiN 1.94870 0.00502 0.19542167 55.16 Yes 0.00
19 PEOX 1.45450 0.00000 0.02644970 10.00 Yes 10.00
공통 베이스 Si (crystal) 4.03555 0.10000
12.34180987 4451.64
표 57
층 재료 굴절성 표시 소멸 계수 광학 두께 (FWOT) 물리적 두께 (nm) 로크 최소 물리적 두께
미디엄 공기 1.00000 0.00000
1 BD 1.40885 0.00023 0.00541313 2.11 No 0.00
2 PESiN 1.94870 0.00502 0.27924960 78.82 No 0.00
3 BD 1.40885 0.00023 0.24751375 96.63 No 0.00
4 PESiN 1.94870 0.00502 0.08224837 23.21 No 0.00
5 PESiN 1.94870 0.00502 0.21796433 61.52 Yes 0.00
6 BD 1.40885 0.00023 0.22733524 88.75 Yes 0.00
7 PESiN 1.94870 0.00502 0.22283590 62.89 Yes 0.00
8 BD 1.40885 0.00023 0.22522496 87.93 Yes 0.00
9 PESiN 1.94870 0.00502 0.40188690 113.43 Yes 0.00
10 BD 1.40885 0.00023 0.34653670 135.28 Yes 0.00
11 PESiN 1.94870 0.00502 0.42388198 119.64 Yes 0.00
12 PEOX 1.45450 0.00000 7.91486037 2992.90 Yes 0.00
13 PESiN 1.94870 0.00502 0.04985349 14.07 Yes 0.00
14 PEOX 1.45450 0.00000 0.55014658 208.03 Yes 0.00
15 PESiN 1.94870 0.00502 0.47678155 134.57 Yes 0.00
16 PEOX 1.45450 0.00000 0.21139733 79.94 Yes 0.00
17 PESiN 1.94870 0.00502 0.19542167 55.16 Yes 0.00
18 PEOX 1.45450 0.00000 0.02644970 10.00 Yes 10.00
공통 베이스 Si (crystal) 4.03555 0.10000
12.10500155 4364.87
도 340은 현재 공개된 발명에 따라 고안된 시안-마젠타-옐로우(CMY)컬러필터 반사특징의 플롯(10900)을 나타낸 것이다. 플롯(10900)은 종좌표상의 퍼센트내에서 가로좌표와 반사율로 나노미터의 파장을 갖는다. 실선(10905)은 옐로우 파장에 대해 고안된 필터의 반사 특징을 나타낸다. 파선(10910)은 마젠타 파장에 대해 고안된 필터의 반사 특징을 나타낸다. 점선(10915)은 시안 파장에 대해 고안된 필터의 반사 특징을 나타낸다. 표 58-60은 공개된 발명에 따라 CMY 필터에 대한 층 디자인 정보를 나타낸다. 표 58-60은 층 번호, 층 재료, 재료 굴절 지수, 재료 소멸 계수, 층 전파 광학 두께(FWOT) 및 층의 물리적 두께를 포함한다. 각 시안(표 58), 마젠타(표59), 옐로우(표 60) 컬러 필터는 비공통 층의 수를 제한함으로서 효과적이고 비용 효율적인 생산을 위해 공통으로 디자인되고 최적화된다.
표 58
층 재료 굴절성 표시 소멸계수 광학 두께 (FWOT) 로크
미디엄 공기 1.00000 0.0000
1 PESiN 1.94870 0.00502 0.36868504 No
2 BD 1.40885 0.00023 0.27238572 No
3 PESiN 1.94870 0.00502 0.29881664 No
4 BD 1.40885 0.00023 0.33657477 No
5 PESiN 1.94870 0.00502 0.24127519 No
6 BD 1.40885 0.00023 0.34909899 No
7 PESiN 1.94870 0.00502 0.27084130 No
8 BD 1.40885 0.00023 0.31788644 No
9 PESiN 1.94870 0.00502 0.34908992 No
공통 베이스 PEOX 1.45450 0.00000
2.80465401
표 59
층 재료 굴절성 표시 소멸계수 광학 두께 (FWOT) 로크
미디엄 공기 1.00000 0.0000
1 PESiN 1.94870 0.00502 0.68763199 No
2 BD 1.40885 0.00023 0.30382166 No
3 PESiN 1.94870 0.00502 0.16574009 No
4 BD 1.40885 0.00023 0.32146259 No
5 PESiN 1.94870 0.00502 0.22127414 No
6 BD 1.40885 0.00023 0.70844036 No
7 PESiN 1.94870 0.00502 0.22350715 No
8 BD 1.40885 0.00023 0.32083548 No
9 PESiN 1.94870 0.00502 0.67496963 No
공통 베이스 PEOX 1.45450 0.00000
3.62768309
표 60
층 재료 굴절성 표시 소멸계수 광학 두께 (FWOT) 로크
미디엄 공기 1.00000 0.0000
1 PESiN 1.94870 0.00502 0.10950665 No
2 BD 1.40885 0.00023 0.19960789 No
3 PESiN 1.94870 0.00502 0.18728215 No
4 BD 1.40885 0.00023 0.22017928 No
5 PESiN 1.94870 0.00502 0.18424423 No
6 BD 1.40885 0.00023 0.20640656 No
7 PESiN 1.94870 0.00502 0.15680853 No
8 BD 1.40885 0.00023 0.18277888 No
9 PESiN 1.94870 0.00502 0.16546678 No
공통 베이스 PEOX 1.45450 0.00000
1.61228094
도 341은 층 광학 표지의 변경을 허용하는 특징을 갖는 2 검출기 픽셀(10935) 및 (10935')의 단면(10920)을 나타낸 도이다. 검출기 픽셀(10935), (10935')은 수정된 광학 요소(10930),(10930') 및 수정을 돕는 층(10925),(10925')을 포함한다. 층 (10930) 및 (10930')은 상기 언급된 필터 또는 매립된 광학 요소의 하나 또는 이상의 층을 포함할 수 있다. 층(10925) 및 (10925')은 광경화성 수지(PR) 또는 실리콘 다이옥시드와 같은 재료의 하나 또는 복수의 층을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 층(10925) 및 (10925')은 검출기 픽셀 최종 구조의 부분이 될 수 있고, 또는 층(10930) 및 (10930')에 만들어지는 수정 후에 제 거될 수 있다. 층(10925) 및 (10925')은 각각의 층(10930) 및 (10930')에 대해 같거나 다른 수정을 제공할 수 있다. 한 예에서, 층(10925) 및 (10925')은 광경화성으로 제조될 수 있다. 층(10930) 및 (10930')은 실리콘 다이옥시드 또는 PEOX로 제조될 수 있다. 층(10930) 및 (10930')은 이온 주입 공정에서 검출기 픽셀(10935) 및 (10935')을 포함하는 웨이퍼를 종속시킴으로서 수정될 수 있다. 알려진 바와 같이, 이온 주입은 특정 에너지,이온 변화,주입 조건하에서 이식되는 재료인 니트로겐, 보론 및 3가 인과 같은 이온인 점에서 반도체 생산 공정이다. 과정에서의 이온은 통과하고 층 (10925) 및 (10925')에 의해 부분적으로 차단되거나 늦춰질 수 있다.
층(10925) 및 (10925')의 두께, 밀도, 재료 구성의 변화는 층(10930) 및 (10930')으로의 이온 주입의 양 또는 깊이의 변화를 야기한다. 다양한 주입은 수정된 재료층의 광학 표시의 변화를 야기한다. 예를 들어, 실리콘 다이옥시드로 만들어진 층(10930) 및 (10930')으로의 질소 주입은 실리콘 다이옥시드(SiO2)를 실리콘 옥시나이트라이드(SiOxNy)로 변하게 한다. 도 341의 예에서, 층(10925')이 층 (10925)보다 얇으면, 층(10930')의 광학 지수는 층(10930)의 광학지수보다 더 많이 수정된다. 주입된 질소의 양에 따라, 광학 지수는 증가할 수 있다. 몇 경우에서, 8% 또는 그 이상(~1.45부터 ~1.6까지)의 광학 지수의 증가가 달성될 수 있다. (10930) 그리고 (10930')과 같은 층의 지수를 연속적이고 그리고/또는 원만하게 수정하는 능력은 상기 언급된 필터가 박막 막 디자인 보다 루게이트(rugate) 디자인 에 따라서 제조되도록 한다. 루게이트 필터 디자인은 재료내에서 광학 지수를 연속적으로 변화시킨다. 루게이트 디자인은 생산에 있어서 더 비용 효율적이고 개선된 필터 디자인을 제공한다.
도 342-344는 광학 요소의 부분으로 통합될 수 있는 비평면의(점차 가늘어지는) 표면을 생산하는 반도체 진행 과정과 연관된 단면의 시리즈를 나타낸다. 현재 반도체 제조 과정의 공지기술에서, 비평면 특징이 문제가 된다. 그러나, 공개된 발명에 따른 광학 요소 디자인과 관련하여, 비평면 특징은 요구되는 요소를 생산하는데 이점으로 작용될 수 있다. 도 342에 나타난 바와 같이, 초기층(10860)은 상측 면(10940)이 평면으로 형성된다. 초기층(10860)은 에칭(蝕刻)된 지역(10950)을 포함하는 수정된 층(10955)과 같이 새로 만들어지기 위해 석판화하여 마스크되고 에칭된다. 에칭된 지역(10950)은 도 344에 나타난 바와 같이, 정각의 재료 층 (10960), 비 평면의 퇴적에 의해 적어도 부분적으로 채워진다. 초기 층(10860), 수정된 층(10955) 및 정각의 재료 층(10960)은 같거나 다른 재료로 만들어질 수 있다. 기술된 예는 대칭적으로 점차 가늘어지는 특징을 나타내고 있으나, 부가적인 마스킹, 에칭 및 퇴적단계는 비대칭이고, 경사지고 다른 일반적인 점차 가늘어지거나 비 평면인 알려진 반도체 재료 단계 방법을 사용하는 특징을 나타내기 위해 사용된다. 상기 언급된 비평면의 특징은 주 광선 각 교정기를 생산하기 위해 사용될 수 있다. 특화된 파장 종속 필터는 비평면 특징의 상층에 형성될 수 있다.
도 345는 공개된 발명에 따라 매립된 광학 요소의 디자인을 최적화하기 위하여 메리트(merit) 함수와 같이 주어진 파라미터를 이용할 수 있는 최적화 방법을 도시하는 블록 다이어그램(10965)을 나타낸다. 도 345는 함께 연결되고 소유된 U.S Patent Application Serial No.11/000,819 of E.R.Dowski,Jr., et al.,의 도 1과 사실상 동일하고 매립된 광학 요소 디자인에 적용되는 광학 및 디지털 시스템 디자인 최적화에 근사함을 설명하기 위해 나타낸다. 디자인 최적화 시스템(10970)은 광학 시스템 디자인(10975)을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 예로, 광학 시스템 디자인(10975)은 도 295-307,313-314,318-338 및 341에 나타난 바와 같이, 검출기 픽셀 디자인과 관련된 매립된 광학 요소의 초기 정의일 수 있다.
도 345에 계속하여, 광학 시스템 디자인(10975) 및 사용자 정의 목표(10980)는 시스템을 최적화하는 디자인(10970)으로 공급된다. 시스템을 최적화하는 디자인 (10970)은 광학 시스템 디자인(10975) 및 기술된 다른 입력에 따라 연산모델을 제공하는 광학 시스템 모델(10985)을 포함한다. 광학 시스템 모델(10985)은 시스템을 최적화하는 디자인(10970)내의 검광자(10995)로 공급되는 제1 데이터(10990)를 생산한다. 제1 데이터(10990)는 예를 들어, 광학 요소의 기술, 재료 및 광학 시스템 디자인(10975)의 다양한 구성요소의 관련된 기하학, 검출기 픽셀과 같은 정의된 부피내 전자기 필드의 에너지 밀도의 매트릭스와 같은 계산된 결과를 포함한다. 검광자(10995)는 예를 들어, 제2 데이터(11005)를 생성하는 하나 또는 이상의 측정기준(11000)을 평가하기 위해 제1 데이터(10990)를 사용한다. 측정기준의 한 예는 미리 정해진 값과 관련한 광감응 지역내 전자기 에너지의 결합을 비교하는 메리트 함수 계산이다. 제2 데이터(11005)는 예를 들어, 메리트 함수와 관련된 광학 시스템 디자인(10975)의 수행을 평가하는 백분율 결합 값 또는 기록을 포함할 수 있다.
제2 데이터(11005)는 시스템을 최적화하는 디자인(10970)내에 최적화 모듈(11010)로 입력된다. 최적화 모듈(11010)은 사용자 정의 목표(10980)를 포함하는 목표(11015)와 제2 데이터(11005)를 포함하고, 광학 시스템 모델(10985)로 돌아가 제3 데이터(11020)을 제공한다. 예를 들어, 최적화 모듈(11010)이 제2 데이터(11005)가 목표(11015)를 만족시키지 못한다고 결론을 내리면, 제3 데이터 (11020)는 광학 시스템 모델(10985)에서 정제를 유발한다. 즉, 제3 데이터(11020)는 제1 데이터(10990) 및 제2 데이터(11005)의 변경이 되는 광학 시스템 모델 (10985)에서 특정 파라미터의 조정을 유발한다. 시스템을 최적화하는 디자인 (10970)은 새로운 제2 데이터(11005)를 생성하기 위한 수정된 광학 시스템 모델 (10985)을 평가한다. 시스템을 최적화하는 디자인(10970)은 목표(11015)에 도달할 때까지 광학 시스템 모델(10985)을 반복하여 수정한다. 시스템을 최적화하는 디자인(10970)이 최적화 모듈(11010)로부터 제3 데이터(11020)에 따라 수정되는 광학 시스템 디자인(10975)에 근거하는 최적화된 광학 시스템 디자인(11025)을 생성한다. 목표(11015)의 하나는 예를 들어, 주어진 광학 시스템에서 부수하는 광학 에너지의 특정 결합값의 달성일 수 있다. 시스템을 최적화하는 디자인(10970)은 예상되는 수행(11030), 예를 들어 최적화된 광학 시스템 디자인(11025)의 계산된 실행 능력을 요약한다.
도 346은 시스템 와이드 공통 최적화를 수행하는 최적화 단계(11035)를 형성하는 예를 나타내는 흐름도이다. 최적화 단계(11035)는 교환 공간(11040)을 고려하고 오브젝트 데이터(11045), 전자기 에너지 전달 데이터(11050), 광학 데이터 (11055), 검출기 데이터(11060), 신호 진행 데이터(11065) 및 출력 데이터(11070)를 포함하는 요소의 다양함을 고려한다. 교환 공간(11040) 내 요소의 다양한 디자인 제약은 전체적으로 공통으로 고려되고 전체적으로 시스템의 디자인을 최적화하기 위해 교환이 피드백 루트(11075)의 다수 요소의 다양성에 부가된다.
예를 들어, 기술된 매립된 광학 요소를 포함하는 검출기 시스템내에서, 이미징 광학(광학 데이터(11055)를 제공하는)의 특정한 세트의 필드 각 및 f/#은 이미징 광학의 특정 세트의 사용을 위해 CRAC 디자인 및 컬러 필터(검출기 데이터(11060)를 제공하는)가 고려될 수 있고 검출기(신호 진행 데이터(11065)를 제공하는)에서 얻어진 정보의 진행은 이미징 광학 및 검출기 디자인의 결과 조합을 보완하기 위해 수정된다. 광학 내 오브젝트로부터 전자기 에너지 전달과 같은 디자인의 다른 국면도 고려될 수 있다. 예를 들어, 와이드 필드(오브젝트 데이터(11045)를 제공하는)의 자격 및 낮은 f/#(광학 데이터(11055)의 부분)는 높은 입사각의 전자기 에너지 광선을 통제하기 위한 필요를 이끌어낸다. 결과적으로, 최적화 단계(11035)는 입사하는 전자기 에너지의 확률적인 분배 또는 최악의 경우에 대응하는 CRAC의 설정을 필요로 할 수 있다. 다른 경우에서, 몇몇 이미징 시스템은 고유의 CRAC 요건을 나타내기 위해 고의적인 왜곡 또는 필드 포인트(클래식 피시-아이 렌즈 또는 360도 파노라마식 렌즈와 같은)를 "재배치"하는 광학(광학 데이터 (11055)를 제공하는)을 포함할 수 있다. 왜곡된 시스템에 대한 CRAC(및 검출기 데이터(11060)에 대응)는 광학 데이터(11055)에 의해 나타나는 왜곡에 상응하는 재배치 기능과 관련하여 디자인될 수 있다. 부가적으로, 다른 파장의 전자기 에너지는 광학에 의해 다르게 왜곡될 수 있고 그에 의하여 파장 종속 구성요소를 광학 데이터(11055)에 부가한다. 검출기(검출기 데이터(11060)의 부분)의 컬러 필터 및 CRAC 또는 에너지 통제 특징은 파장에 부속하는 다양한 시스템 특징에 대한 교환공간(11040)내에 고려될 수 있다. 컬러 필터 및 CRAC와 에너지 통제 특징은 예시된 형상의 이용가능한 과정(예,신호 과정 데이터(11065))에 근거하는 픽셀 디자인(그리고,그러므로,검출기 데이터 (11060))으로 조합될 수 있다.예를 들어, 신호 과정 데이터(11065)는 공간적으로 변화하는 컬러 교정을 포함할 수 있다. 공간적으로 변화하는 교정은 색상 교정 및 왜곡 교정(신호 과정 데이터(11065)의 부분),이미징 광학의 디자인(광학 데이터(11055)의 부분)을 포함하고, 강도 및 CRA 변화(전자기 에너지 전달 데이터의 부분)는 최적화 과정(11035)의 교환 공간(11040)내에 최적화된 디자인(11080)을 생산하도록 공통으로 최적화된다.
도 347은 공개된 발명에 따라 과정(11085)에서 박막 필름 필터를 생산하고 최적화하는 매립된 광학 요소를 포함하는 검출기 시스템의 사용에 적합한 흐름도를 나타낸다. 개개의 필터 세트는 둘 또는 이상의 전혀다른 필터를 포함하고 필터세트 디자인의 최적화는 둘 또는 이상의 전혀 다른 필터 디자인의 동시에 존재하는 최적화를 요구한다. 예를 들어, RGB 및 CMY필터 세트 디자인은 세 필터 디자인 각각의 최적화를 요구한다. RGBW필터 세트 디자인은 네 필터 디자인의 최적화를 필요로 한다.
도 347에 계속하여, 과정(11085)은 과정(11085)을 포함하는 연산 시스템의 조작과 필요한 기구인 준비단계(11090)로 시작한다. 또한, 단계(11090)에서, 필요 조건(11095)의 변화는 과정(11085)동안 검토되도록 규정될 수 있다. 필요조건(11095)은 예를 들어, 제한(11100), 수행목표(11105), 메리트 함수(11110), 최적화 데이터(11115) 및 하나 또는 이상의 필터 디자인과 관련된 디자인 제한(11120)을 포함할 수 있다. 또한, 필요조건(11095)은 과정(11085)동안 수정이 허용되는 하나 또는 이상의 파라미터(11125)를 포함할 수 있다. 필요조건(11095)의 부분으로 기술되는 제한(11100)의 예는 생산 과정에서 부가되는 제한; 재료 유형,재료 두게 범위, 재료 굴절성 지수,공통층의 수, 절차 단계의 수, 마스킹 공정의 회수, 마지막 필터 디자인의 제조에 사용되는 에칭 공정의 횟수를 포함한다. 수행목표(11105)는 예를 들어, 흡수,전송,반사에 대한 전송의 백분율비율, 흡수 및 반사, 허용 목표를 포함할 수 있다. 메리트 함수(11110)는 카이 제곱 합, 가중된 카이 제곱합 및 절대적인 차이의 합을 포함할 수 있다. 필요조건(11095)에 특정되는 최적화 데이터(11115)의 예는 모조의 어닐링(annealing) 최적화 루틴,단순한 최적화 루틴, 경사도 최적화 루틴 및 무리 최적화 루틴을 포함한다. 요구조건의 부분으로 정의되는디자인 제한(11120)은 예를 들어, 이용가능한 생산 공정, 허용된 재료 및 박막 필름 층의 어레이를 포함한다. 파라미터(11125)는 예를 들어, 층 두께, 다양한 층을 구성하는 재료, 층 굴절성 지수, 층 투과율, 광학 경로 차이, 층 광학 두께, 층 계산 및 층 오더링(ordering)을 포함할 수 있다.
필요조건(11095)은 사용자에 의해 정의되거나 규칙의 설정에 근거한 연산 시스템에 의해 데이터베이스로부터 자동적으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 층 두께는 최소 및 최대 두께 범위의 생산 제한으로 제시된다.
사용자 정의된 두께 범위 제한, 최적화 과정에 사용되는 층 두께 값은 수행 목표를 최적화 하기 위한 메리트 함수를 사용하는 보정기능(optimizer)에 의해 수정된다.
단계(11090)후에, 과정(11085)은 제한되지 않은 박막 필름 필터 디자인 (11135)이 생성되는 단계(11130)로 진행한다. 공개 발명의 문맥내에, 제한되지 않은 박막 필름 필터 디자인이 제한(11095)에서 언급된 바와 같이 제한(11100)을 고려하지 않으나 단계(11090)에서 정의된 디자인 제한(11120)의 최소한은 고려하는 박막 필름 필터 디자인으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 다이옥시드 층과 같은 디자인 제한(11120)은 제한되지 않는 박막 필름 필터 디자인(11135)의 생성에 포함될 수 있고, 실리콘 다이옥시드 층의 실제 두께는 단계(11130)에서 자유롭게 변하는 파라미터로 남겨질 수 있다. 제한되지 않는 박막 필름 필터 디자인(11135)은 ESSENTIAL MACLEOD와 같은 박막 필름 디자인 프로그램의 협조로 생성될 수 있다. 예를 들어, 박막 필름 필터 디자인을 생성하는 층(예,디자인 제한(11120))의 한정된 수 및 재료의 세트는 박막 필름 디자인 프로그램에서 특정될 수 있다. 박막 필름 디자인 프로그램은 각 정의된 층에서 선택된 재료의 두께와 같은 선택된 파라미터(예, 파라미터(11125)로부터)를 최적화하고, 필터 디자인(예, 수행 목표 (11105))에 대한 미리 정의된 수행 목표에 근접한다. 제한되지 않은 박막 필름 필터 디자인(11135)은 예를 들어, 이용가능한 재료, 박막 필름 층 어레이(예, 박막 필름 필터 내에서 높고 낮은 표시 재료의 어레이) 및 박막 필름 필터 세트 사이 층의 공통 수의 공유와 같은 다양한 요소를 고려할 수 있다. 층 수 정의 연산 및 재 료 선택은 피드백 루프(11140)를 따라 대안의, 제한되지 않은 박막 필름 필터 디자인을 제공하기 위해 반복될 수 있다. 부가적으로, 박막 필름 디자인 프로그램은 대안의,제한되지 않은 박막 필름 필터 디자인의 최소한을 독립하여 최적화하기 위해 설정될 수 있다. 용어 "제한되지 않은 디자인"은 디자인의 수행을 최적화하기 위해 요구되는 임의의 값으로 설정될 수 있는 두께, 굴절성 지수 또는 층의 전송과 같은 박막 필름 층의 파라미터를 디자인 하기 위해 일반적으로 언급한다. 단계(11130)에서 생성된 제한되지 않은 디자인(11135)의 각각은 재료의 정돈된 리스팅 및 제한되지 않은 디자인 내에서 관련된 두께로 나타낼 수 있고, 적절한 접합에 관한 세부사항은 하기에서 기술될 것이다.
도 347의 단계 (11145)에서 제한된 박막 필름 필터 디자인(11150)은 제한되지 않은 박막 필름 필터 디자인(11135) 상에 제한(11100)을 적용함으로서 생성된다. 제한은 박막 필름 디자인 소프트웨어에 의해 자동적으로 적용되거나 또는 사용자에 의해 선택적으로 특정될 수 있다. 제한(11100)은 반복적, 순차적 또는 무작위로 적용될 수 있고 진보적으로 제한된 디자인은 디자인에 있어서 필요조건(11095)의 최소부분에 부응하기 위해 계속된다.
다음으로 단계(11155)에서, 제한된 박막 필름 필터 디자인(11150)의 하나 또는 이상은 제한되지 않은 박막 필름 필터 디자인(11135) 및 제한된 박막 필름 필터 디자인 (11150)과 비교하여 필요조건(11095)을 더 많이 충족시키는 최적화된 박막 필름 필터 디자인(11160)을 생산하기 위해 최적화된다.
예에서, 과정(11085)은 구성의 변화로 둘 또는 그 이상의 박막 필름 필터가 동시에 최적화 되도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 복수의 박막 필름 필터 디자인은 다른 박막 필름 필터가 다른 색상에 대한 필터링을 제공하는 점에서 CMY검출기 내의 컬러 선택 필터링과 같은 총체적인 기능을 수행하기 위해 최적화된다. 최적화된 박막 필름 필터 디자인(11160)이 생성되면, 과정은 단계(11165)에서 종료한다. 단계(11085)는 대역통과 필터링, 에지 필터링, 컬러 필터링, 고역통과저역통과저역통과 필터링, 반사 방지, 노치(north) 필터링, 차단 필터링 및 다른 파장 선택 필터링과 같으나 한정되지 않는 기능의 변화에 대해 박막 필름 필터 디자인의 생성 또는 최적화에 적용될 수 있다.
도 348은 전형적인 박막 필름 필터 세트 디자인 시스템(11170)의 블록도를 나타낸다. 박막 필름 필터 세트 디자인 시스템(11170)은 연산 시스템(11175)을 포함하고 그로 인해 소프트웨어 또는 펌웨어프로그램(11185)을 내포하는 프로세서 (11180)를 포함한다. 박막 필름 필터 세트 디자인 시스템(11170)의 사용에 적합한 프로그램(11185)은 ZEMAX, MATRAB, ESSENTIAL MACLEOD 및 다른 광학 디자인 및 수학적인 해석 프로그램과 같은 소프트웨어 툴을 포함할 수 있지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 연산 시스템(11175)은 과정(11085)의 필요조건(11095)과 같은 입력(11190)을 수신하고, 통제되지 않은 박막 필름 필터 디자인(11135), 통제된 박막 필름 필터 디자인(11150) 및 도 347의 최적화된 박막 필름 필터 디자인(11160)과 같은 출력(11195)을 생산하기 위해 조작된다. 연산 시스템(11175)은 층 선택, 층 어레이 결정, 층 두께 최적화 및 층 페어링과 같은 동작을 수행하나 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 349는 전형적인 검출기 픽셀 어레이 부분(11200)의 단면도를 나타낸 것이다. 부분(11200)은 각각 제1, 제2 및 제3검출기 픽셀(11205,11220 및 11235)을 포함한다. 제1, 제2 및 제3검출기 픽셀(11205,11220 및 11235)은 각각 제1, 제2 및 제3 광감응 지역(11210,11225 및 11240)을 포함하고, 각각 제1, 제2 및 제3 지지층 (11215,11230 및 11245)에 통합되어 형성된다. 제1, 제2 및 제3 지지층 (11215, 11230 및 11245)은 별개의 재료 또는 단일재료의 연속적인 층으로 형성된다. 제1, 제2 및 제3 광감응 지역(11210,11225 및 11240)은 동일한 재료 및 요소로 형성되거나 또는 선택적으로, 특정 파장 범위의 검출에 적합하도록 구성된다. 또한, 제1, 제2 및 제3검출기 픽셀은 필터 세트(11265)(파선의 직사각형으로 둘러싸인)를 종합하여 형성하는 각각 제1, 제2 및 제3 박막 필름 필터(11250,11255 및 11260)을 포함한다.(각각을 형성하는 층은 파선의 타원형으로 나타내진다) 제1, 제2 및 제3 박막 필름 필터의 각각은 특정 파장 범위의 컬러필터로 동작하는 층의 다수를 포함한다. 도 349에 나타난 전형적인 검출기 픽셀 어레이에서 필터 세트(11265)가 CMY필터로 동작하도록 제1 박막 필름 필터(11250)는 시안 필터로 동작하도록 조작되고, 제2 박막 필름 필터(11255)는 옐로우 필터로 동작하도록 조작되며, 제3 박막 필름 필터(11260)는 마젠타 필터로 동작하도록 조작된다. 도 349에 나타난 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 박막 필름 필터 (11250,11255 및 11260)는 고 지수 층(사교(斜交)로 나타냄) 및 저 지수층(비 사교로 나타냄)교체의 11층 조합으로부터 형성된다. 저 지수층의 사용에 적합한 재료는 예를 들어, Black Diamond와 같은 저손실 재료로, 현존하는 CMOS 실리콘 공정과 호환할 수 있다. 유사하게, 고 지수층은 SiN과 같은 현존하는 CMOS 실리콘 공정과 양립할 수 있는 다른 저손실, 고지수재료로 형성된다.
도 350은 도349에 도시된 지역(11270)(장방형 파선으로 도시)의 더 세부적인 사항을 나타내고 있다. 지역(11270)은 제1 및 제2 박막 필름 필터(11250) 및 (11255)(타원형 파선으로 도시)의 부분을 포함한다. 도 350에 도시된 바와 같이, 각각 제1 및 제2 박막 필름필터(11250) 및 (11255)의 가장 낮은 두 층을 구성하는 제1 층 페어(11275) 및 제2 층 페어(11276)는 공통 층이다. 즉, 층(11277) 및 (11289)의 페어는 같은 두께의 공통 재료로 만들어져 있고, 마찬가지로 층(11278) 및 (11290)의 페어는 같은 두께의 다른 공통 재료로 만들어져 있다. 제1층 그룹(11279)(예로, 층 11280-11288) 및 제2층 그룹(11300)(예로, 층 11291-11299)은 상응하는 표지(index) 층 내에서 다른 두께(예로, 층 11282 및 11293)의 상응하는 층과 같이 공통 두께(층 11282 및 11293)에 상응하는 층을 가질 수 있다. 제1 및 제2 층 그룹 (11279) 및 (11300)에서 각 층의 조합은 각각 시안과 옐로우 필터링에 최적화되어 있고, 제1 및 제2층 페어 (11275) 및 (11276)가 도 349의 과정(11200)에 대하여 묘사된 바와 같이, 필터 디자인의 최적화내에서 부가적인 디자인 유연성을 제공한다.
박막 필름 필터 디자인은 예를 들어, 사용되는 재료, 필터내 재료의 어레이 및 필터 각 층의 두께를 나열하는 디자인 테이블에 의해 묘사된다. 최적화된 박막 필름 필터에 대한 디자인 테이블은 예를 들어, 재료의 어레이 및 주어진 박막 필름 필터 내에서 각 층의 두께를 최적화함으로서 생성될 수 있다. 예를 들어, 그러한 디자인 테이블은 도 349의 제1, 제2 및 제3 박막 필름 필터(11250),(11255) 및 (11260)에 대해 생성될 수 있다.
표 61
디자인: 시안 마젠타 옐로우
층 재료 물리적 두께(nm)
1 PESiN 230.15 198.97 164.03
2 BD 117.10 95.59 104.3
3 PESiN 106.72 70.55 26.28
4 BD 98.07 113.62 116.07
5 PESiN 104.8 62.19 34.39
6 BD 300.7 278.34 107.01
7 PESiN 93.65 52.85 24.05
8 BD 130.26 132.37 105.4
9 PESiN 104.15 76 161.66
표 61은 예시적인 CMY필터 세트 디자인에 대한 디자인 테이블이고, 제1, 제2 및 제3 박막 필름 필터(11250),(11255) 및 (11260)에 대한 디자인은 각각 최적화(예로, 필터 세트 내의 다른 필터 사이에서 공통의 최적화없이)되었다. 각각 세 필터 디자인의 가상 수행 플롯(11305)이 도 351에 나타나 있다. 파선(11310)은 각각 최적화된 시안필터로 동작하는 제1 박막 필름 필터(11250)에 의해 전송을 나타낸다. 점선(11315)은 각각 최적화된 마젠타 필터로 동작하는 제2 박막 필름 필터 (11255)에 의해 전송을 나타낸다. 실선(11320)은 각각 최적화된 옐로우 필터로 동작하는 제3 박막 필름 필터(11260)에 의해 전송을 나타낸다. 생성 플롯(11305)에 사용된 디자인의 특수성이 표 61에 나타난 정보로부터 얻어진다. 도 351에서 모든 세색상 CMY은 각각의 디자인 파장 범위에 대하여 만족스러운 수행을 실행한다. 즉, 모든 패스 밴드는 90% 전송에 가깝고, 모든 스톱 밴드는 10% 전송에 가까우며 모든 밴드 엣지(edges)는 파장 500nm 및 600nm 근처이다.
기술 내에서 박막 필름 필터 디자인 원칙의 사용은 고(H) 및 저(L) 굴절성 지수 층을 교체하는 9층 박막 필름 필터로 결정되고 필요조건(11095)을 각각 만족시키는 CMY필터의 만족스런 세트를 생산한다. 층의 임의의 번호에서 2 또는 이상의 재료를 이용하는 층 어레이에 관한 다른 구성도 역시 가능하다. 예를 들어, 구조와 같이 페브리 페롯(Fabry-Perot)은 HLHL-M-LHLH(M이 미디엄 지수 재료)과 같은 연속적인 다른 세 재료로부터 형성될 수 있다. 다른 재료의 수 및 어레이의 유형 선택은 설계자의 경험이나 필터의 필요조건에 좌우된다. 표 61에 나타난 예에서, 재료의 이용가능한 제조 조색판(調色板)(PALETTE)으로부터 선택된 적합한 재료는 높은 굴절성 지수 PESiN 재료(n≒2.0)이고 낮은 굴절성 지수 BLACK DIAMOND 재료(n≒1.4)이다. 각 박막 필름 필터는 같은 수의 층이므로, 층은 상응하여 지시될 수 있다. 예로, 표 61에서, 지시되는 층 1은 시안, 마젠타 및 옐로우 필터에 대하여 각각 232.78, 198.97 및 162.958의 상응하는 PESiN 박막 필름 층 두께를 나타낸다.
주어진 박막 필름 필터 세트, 다른 박막 필름 필터의 공통 최적화 및 다른 박막 필름 필터 사이에서 특정 대비를 산출하는 필요조건(11095)에 부합하는 최적화된 디자인 테이블의 생성에 대한 예시적인 절차는 하기에서 더 상세하게 기술될 것이다.
도 347 및 도 349와 관련한 도 352에서 절차(11085)를 이용하는 박막 필름 필터 세트 디자인의 생성은 필요조건(11095) 세트의 상기(詳記)를 필요로 한다. 예시적인 마젠타 필터에 대한 그러한 필요조건의 몇 구체적인 예는 도 352를 참조하여 기술된다. 도 352는 실행목표의 플롯(11325) 및 도 349의 박막 필름 필터(11260)와 같은 예시적인 마젠타 필터의 최적화를 위한 허용범위를 나타낸다. 점 선 커브(11330)는 제3 검출기 픽셀(11235)에서 파장 종속 감도 견본을 나타낸다. 검출기 픽셀의 감도는 괸련된 광감응 지역의 구성과 같이 예를 들어, 임의의 매립된 광학 요소 및 검출기 픽셀에 합체한 필터(IR 차단 필터 및 AR 필터)의 기능일 수 있다. 주어진 검출기 픽셀 감도에서, 효과적인 마젠타 필터는 녹색파장 근처의 전자기 에너지를 차단하는 동안 전자기 스펙트럼의 적 및 청 지역내 전자기 에너지를 통과하여야 한다. 수행 목표(수행 목표(11105)의 하나))의 예시적인 한 정의는 박막 필름 필터가 400에서 490 및 610에서 700nm(예, 패스 밴드)의 파장 폭 내에서 전자기 에너지의 90% 또는 이상을 통과하는 것이다. 도 352에서 실선(11335) 및 (11340)은 필터(적 및 청 파장범위)의 패스 밴드에 대해서 90%경계 전송 목표를 나타낸다. 이에 상응하여, 500 및 600 nm에서 예시적인 수행 목표는 필터에 대해 밴드 엣지에서 25 내지 65% 전송이다. 수직 라인(11345)은 플롯(11325)의 밴드엣지에서 상응하는 수행 목표를 나타낸다. 최종적으로, 다른 수행 목표는 스톱 밴드 지역(예로, 파장 510 에서 590nm) 내에서, 10% 미만의 전송일 수 있다. 라인(11350)은 도 352의 예시적인 플롯 내에서 스톱밴드 수행목표를 나타낸다.
도 349 및 도 352에 계속하여, 얇은 실선(11355)은 상기 언급된 예시적인 수행 목표를 만족시키는 이상화된 마젠타 필터반응을 나타낸다. 상응하여, 이러한 수행목표를 만족시키기 위한 필터 디자인의 최적화동안 사용될 수 있는 메리트 함수는 광감응 지역의 양자효율, 안구의 명소시(明所視), 삼자극치(tristimulus) 반응 곡선 및 검출기 픽셀 감도의 스펙트럼 종속과 같은 파장 종속 함수를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 요구조건(11095)의 부분과 같이 특정된 예 시적인 제조 제한은 박막 필름 필터의 제조동안 5 이상의 마스킹 공정일 수 있다.
도 347의 과정(11085)을 이용하는 필터세트 디자인에 있어서, ESSENTIAL MACLEOD와 같은 박막 필름 디자인 프로그램은 선택된 재료, 각 박막 필름 필터에서 층의 수, 층 재료(예,고 및 저지수)어레이 및 각 파라미터에 대한 초기값과 같은 필요조건(11095) 상의 다양한 박막 필름 필터 디자인을 계산하는 도구로서 사용될 수 있다. 박막 필름 필터 디자인 프로그램은 각 박막 필름 필터를 최대화하기 위해 예를 들어, 박막 필름 필터의 최소 몇몇의 두께를 변화시킴으로서 명령된다. ESSENTIAL MACLEOD 및 공개된 다른 유사한 프로그램이 단일 목표에서 단일 박막 필름 필터를 최적화하는데 능숙하면, 그러한 프로그램은 간단한 계산도구임을 뜻한다. 특히, 이들 프로그램은 다른 요구조건에 대해 복수의 다중 박막 필터를 공통으로 최적화하기 위해 제작되지 않고 복합적인 제한, 제한의 연속적인 부가 또는 디자인 내 또는 교차하는 층 페어링(pairings)에 적합하도록 디자인된것이 아니다. 공개된 발명은 관련된 박막 필름 필터 세트 디자인을 생성하기 위한 공통 최적화를 가능하게 한다.
도 353은 도 347에서 단계(11145)의 세부사항을 나타내는 흐름도이다. 도 353에 나타난 바와 같이, 위계조직적인 제한의 적용에 대한 예시적인 순차적 과정이 예시적인 CMY필터 세트 디자인의 문맥내에 논의된다. 단계(11145)는 도 347의 단계(11130)로부터 제한되지 않은 박막 필름 필터 디자인(11135)의 수리(受理)로 시작된다. 단계(11365)에서, 공통점은 저 지수 층(예, 도 349 및 350에서 비사교층)에 할당된다. 즉, 제한되지 않은 디자인 내에서 상응하는 층(예로, 층 11278 및 11290, 층 11281 및 11292 등)의 최소 몇몇의 두께 그리고/또는 재료 구성은 공통값으로 설정된다. 예를 들어, 도 349에 나타난 예시적인 CMY필터세트의 최적화에서, 제1 및 제2박막 필름 필터(11250) 및 (11255)의 저 지수 층의 재료 유형 및 두께는 제3 박막 필름 필터(11260)(예로, 표 61에 도시)의 상응하는 층의 상응하는 재료 및 두께 값과 동일하게 설정된다. 마젠타 필터 디자인은 시안 및 옐로우의 필터 디자인과 비교한 복잡성 때문에 참조(예로, 다른 필터 디자인의 저 지수 층 재료 및 두께인 필터 디자인은 필적한다.)로 채택된다. 즉, 도 352에 도시된 바와 같이, 마젠타 필터는 경계 조건(각 밴드 엣지의 하나는 수직라인(11345)에 의해 나타내어진다)의 두세트를 갖는 노치 필터와 같이 디자인된다. 대조적으로, 시안 및 옐로우 필터 디자인은 각각 하나의 밴드 엣지만을 필요로 하고, 박막 필름 필터 구조에 있어서 요구조건은 덜 복잡하다. 마젠타 필터 디자인은 필터 세트 디자인에 대한 중간 파장에서 요구조건 및 마젠타 필터에 대한 박막 필름 필터세트의 규격화를 나타내고 있고, 대칭은 마지막 필터세트 디자인에서 달성될 수 있다. 참조로서의 마젠타 필터의 선택은 제한의 언급된 위계조직의 어플리케이션의 예를 나타낸다. 예시적인 필터세트 디자인 과정에서, 참조로서의 마젠타필터의 선택은 제한의 가장 높게 정렬된 어플리케이션과 같이 적용될 수 있다.
표 62
층 재료 물리적 두께(nm) 페어 차이(nm)
CM MY CY
1 PESiN 232.78 198.97 162.95 33.81 36.02 69.83
2 BD 95.59 95.59 95.59
3 PESiN 103.32 70.55 28.18 32.77 42.37 75.14
4 BD 113.62 113.62 113.62
5 PESiN 101.19 62.19 32.98 39 29.21 68.21
6 BD 178.34 278.34 278.34
7 PESiN 96.16 52.85 28.83 43.31 24.02 67.33
8 BD 132.37 132.37 132.37
9 PESiN 100.08 76 158.62 24.08 82.62 58.54
단계(11370)에서, 도 353에 계속하여, 고 지수 층은 저 지수 층의 공통성을 보전하는 동안 필요조건(11095)을 충족시키기 위한 시도에서 단계(11370)에서 독립적으로 재 최적화된다. 예를 들어, 제1, 제2 및 제3박막 필름 필터(11250,11255 및 11260)내에서 모든 고 지수 층은 각각의 필터 디자인과 관련된 필요조건(11095)에 일치하여 재 최적화된다. 표 62는 도353의 단계(11370)에서 재 최적화후의 예시적인 CMY필터 세트 디자인에 대한 관련된 디자인 두께 값을 나타낸다. 저 지수층(예로, Black Diamond층 2,4,6 및 8)은 모든 세 박막 필름 필터에 대한 공통 값으로 설정된다. 표 62에 필터세트 디자인의 가상 실행은 도 354내에 플롯 (11400)으로 나타내어진다. 도 351과 같이, 시안 필터 수행은 파선(11405)으로 나타내고, 마젠타 필터 실행은 점선(11410)으로 나타내고, 옐로우 필터 수행은 실선(11415)으로 나타내어진다. 도 354 및 도 351의 비교에서 나타난 바와 같이, 각 최적화된 필터 세트의 비교에서 실행의 약간의 감소는 전송의 감소 및 스톱 밴드 전송의 향상에 의해 입증된다. 그러나, 플롯(11400)에서 가상의 디자인은 저 지수 층에 대해 입증된 공통점에 의해 전반적인 필터 세트 디자인 내에서 간소화를 나타낸다.
도 353으로 돌아가서, 페어링 과정은 최소한 몇몇 층에서 단계(11375)에서 수행된다. 도 353에 나타난 예에서, 페어링 과정은 고 지수층의 페어에서 수행된다. 단계(11375)에서 페어링 과정은 필터의 상응하는 고지수층 페어 사이에서 두께 차이의 산출을 포함한다(예로, 시안 및 마젠타 필터에서 상응하는 층 사이의 두께 차이는 "CM"으로 분류된 선단(先端) 하에서 나타난다. 마젠타 및 옐로우 필터 내에서 상응하는 층사이의 두께 차이는 "MY"로 분류된 칼럼(column)하에서 나타난다. 시안 및 옐로우 필터내의 상응하는 고 지수 층 사이에서 두께 차이는 테이블 62내 선단 "CY"로 나타난다). 최소의 차이는 각 층에서 선택된다(예로, 층 1에서 CM 값 33.81은 같은 층 1에서 상응하는 MY 및 CY값보다 작다). 이런 식으로 다른 고 지수 층에 대해 두께 차이의 세트는 정리된다(예로, 층 1에서 33.81, 층 3에서 32.77, 층 5에서 29.21, 층 7에서 24.02, 층 9에서 24.08).
단계(11375)내에서 전개되는 선택된 최소 두께 차이의 세트로부터, 가장 큰 “최소 차이” 페어 및 관련된 층은 단계(11380) 내에서 선택된다(예로, 표 62에 나타난 예에서, 층 1에서 33.81). 현재 예에서, 층 1에 대한 두께 차이 값 33.81의 선택은 시안 및 마젠타 필터 디자인에서의 층 1이 층의 한 쌍의 세트로 고정되도록 제한한다. 단계(11375) 및 (11380) 내에서 실행되는 페어링 절차는 계층적으로 명령된 절차 단계의 다른 예이다. 최대 차이의 페어링보다 최소 차이의 페어링이 필터 디자인 세트의 최적화된 실행에서 작은 영향을 나타낸다.
도 353에서, 이후의 독립한 최적화 과정이 한 쌍의 층 두께를 공통으로 최적화하기 위해, 모든 다른 파라미터가 고정되고, 관련된 시안 및 마젠타 필터 디자인 의 필요조건에 따라 단계(11385)에서 실행된다. 상기와 같이, 한 쌍의 층 두께는 공통으로 및 필요조건(11095)에 가장 적합한 실행과 시안 및 마젠타 필터 디자인을 생산하기 위해 최적화 프로그램에 의해 수정된다.
표 63
디자인: 층 재료 시안 마젠타 옐로우
물리적 두께(nm)
1 PESiN 214 214 162.95
2 BD 95.59 95.59 95.59
3 PESiN 106.73 50.17 28.18
4 BD 113.62 113.62 113.62
5 PESiN 101 75 32.98
6 BD 278.34 278.34 278.34
7 PESiN 96.6 51.33 28.83
8 BD 132.37 132.37 132.37
9 PESiN 96.09 67.96 158.62
다음으로, 단계(11390)에서 잔존하는 고 지수 층의 두께는, 단계 (11385)에서 결정된 최적화된 한 쌍의 층 두께가 유지되는 동안, 필터 디자인의 수행 목표를 더 달성하기 위해 각 필터에서 최적화된다. 표 63은 단계(11390)의 종료에 연속하는 예시적인 CMY필터 세트 디자인에 대해 디자인 두께 정보를 나타낸다. 표 63에서시안 및 마젠타 필터 디자인의 층 1에 대해 한 쌍의 층 두께는 214nm으로 결정됨이 나타나 있다. 도 355는 공통 저 지수 층 및 단계 (11390) 후의 한 쌍의 고 지수 층(예로, 표 63의 층 1)과 예시적인 CMY필터 세트 디자인의 가상수행의 플롯 (11420)을 나타낸다. 파선(11425)은 표 63에서 시안 필터의 전송 수행을 나타낸다. 점선(11430)은 표 63에 특정된 바와 같이 마젠타의 전송 수행을 나타낸다. 실선 (11435)은 표 63에 특정된 바와 같이 옐로우의 전송 수행을 나타낸다. 도 354의 플롯 (11420) 과 (11400)의 비교에 의해 나타나는 바와 같이, 시안 및 옐로우 필터의 수행은 도 353의 단계(11390) 내에서 이 후 제한의 적용에 의해 변하게 된다.
도 353으로 돌아가서, 단계(11390) 후에, 결정(11395)은 짝지워지고 최적화되어야 할 다른 층에 의해 정해진다. 결정(11395)의 대답이 "Yes"이면, 짝 지워질 층이 더 존재한다는 것이고, 과정(11145)은 단계(11375)로 돌아간다. 결정(11395)의 대답이 "No"이면, 짝 지워질 층이 더 부재한다는 것이고, 과정(11145)은 제한된 디자인(11150)을 산출하고 도 347의 단계(11155)로 진행한다. 표 63에 나타난 바와 같이, 예시적인 필터 세트 디자인은 상응하는 고 지수 층의 53중 복합 렌즈(triplets)을 포함한다. 단계(11375)에서 (11390)이 수행될 때마다, 3중 복합렌즈의 하나는 한 쌍의 층 세트와 단일렌즈로 감소된다. 즉, 예를 들어, 첫번째가 단계(11375)에서 (11390)을 지나면, 4 층 3중 복합렌즈는 짝지워지고 최적화되기 위해 남아있다.
표 64
디자인: 층 재료 시안 마젠타 옐로우
물리적 두께(nm)
1 PESiN 214 214 160.35
2 BD 95.59 95.59 95.59
3 PESiN 106.69 42.94 42.94
4 BD 113.62 113.62 113.62
5 PESiN 90 90 22.39
6 BD 278.34 278.34 278.34
7 PESiN 100.7 32 32
8 BD 132.37 132.37 132.37
9 PESiN 95.93 95.93 158.16
표 64는 단계(11375) 에서 (11390)의5 페어링 및 최적화 순환의 이하의 종료인 예시적인 CMY 필터 세트 디자인에 대한 디자인 두께 정보를 나타낸다. 도 356은 표 64에 나타난 바와 같이 복수의 짝지워진 고 지수 층 및 공통 저 지수 층과 시 안, 마젠타 및 옐로우(CMY) 컬러 필터의 예시적인 세트의 전송 특징인 플롯(11440)을 나타낸다. 파선(11445)은 시안 필터의 전송 목표를 나타낸다. 점선(11450)은 마젠타 필터의 전송 목표를 나타낸다. 실선(11455)은 옐로우 필터의 전송 목표를 나타낸다. 시안 및 옐로우 필터의 수행은 도 354 및 355에 나타난 것으로부터 약간 변형된다.
표 65
층 재료 물리적 두께(Angstroms) 차이 마스크 ＃
시안 마젠타 옐로우
ref ＃ ref ＃
1 PESiN 1101.4 11288 410 410 11299 691.7 5
2 BD 878.7 11287 878.7 878.7 11298
3 PESiN 1055.5 11286 1055.5 421.5 11297 634 4
4 BD 900.8 11285 900.8 900.8 11296
5 PESiN 1073.3 11284 542.7 542.7 11295 530.6 3
6 BD 807.6 11283 807.6 807.6 11294
7 PESiN 1135.8 11282 1135.8 547.5 11293 588.3 2
8 BD 694.7 11281 694.7 694.7 11292
9 PESiN 1111.2 11280 414.8 414.8 11291 696.4 1
10 BD 972 11278 972 972 11290
11 PESiN 948.9 11277 948.9 948.9 11289
공통 베이스 PE-OX 11K 11215 11230
총 두께 10679.9 8761.5 7539.2
도 353과 관련하여 도 347로 돌아가, 제한된 디자인(11150)(도 347에 나타난 바와 같이 단계(11145)에서 생성된)는 최적화된 박막 필름 필터 디자인(11160)을 생성하기 위해 단계(11155)에서 최적화된다. 선택적으로, 단계(11155) 내에서 최종 최적화의 부분으로, 1)필터링 대비를 향상시키기 위한 부가적인 층 및 2)0보다 큰 CRA에 대한 교정 정산이 고려된다. 예를 들어, 입사 전자기 에너지의 CRA가 0보다 클때, 필터 수행은 정규 입사에서 예상되는 것으로부터 다양화된다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 비 정규 입사각은 필터 전송 스펙트럼의 청-이동 결과로 나타난 다. 그러므로, 이러한 효과를 보상하기 위해 최종 필터 디자인은 모든 층의 두께를 약간 증가시킴으로 인해 달성되는 적-이동 된다. 적-이동의 결과가 충분히 작으면, 전체의 필터 스펙트럼은 필터세트 실행에 대응하는 영향없이 이동된다.
공개 발명의 도 347 및 도 353에 도시된 과정에 따라 생성된 예시적인 최적화된 CMY 필터 세트 디자인은 표 65에 나타나 있다. 도 357은 표 65에 나타난 바와 같이 공통 저 지수 층 및 복수의 한 쌍의 고 지수 층과 시안, 마젠타 및 옐로우의 전송 특징의 플롯(11460)을 나타낸다. 표 65 및 도 357에 나타난 바와 같이 최적화된 CMA 필터 세트디자인은 각 층마다 1%의 두께 증가를 부가함으로서 OFF-normal CRA를 고려한다. 파선(11465)은 시안 필터의 전송 실행을 나타낸다. 점선(11475)은 마젠타 필터의 전송 실행을 나타낸다. 실선(11475)은 옐로우 필터의 전송 실행을 나타낸다. 시안, 마젠타 및 옐로우 필터의 실행은 실행 목표 및 적용된 제한 사이에서 최적화된 거래를 나타낸다. 도 351 및 354-356에 나타난 플롯과 플롯(11460)의 비교에서,플롯(11460)이 도351에 나타난 각각 최적화된 필터세트 디자인과 같이 동일한 수행을 달성하지 못하고, 박막 필름 필터를 형성하는 몇몇 층의 페어링으로 인해 향상된 생산성의 부가된 이점인 비교가능한 수행을 나타낸다.
절차(11085)가 단계(11165)에서 종료로 나타났으나, 디자인의 복잡성, 제한요소의 수 및 디자인 세트 내에서 필터의 수와 같은 요소에 의존하여, 과정(11085)은 부가적인 고리형의 통로, 부가적인 과정 단계 그리고/또는 수정된 과정 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 3 필터 이상을 포함하는 필터세트를 공통으로 최적화할때, 페어링 동작 또는 도 353의 한 쌍의 층과 관련된 임의의 단계를 변형하는 것 이 필요할 수 있다. 페어링 동작 또는 한 쌍의 층에 관한 언급은 유사한 "n-tuple" 동작 또는 참조에 의해 대체될 수 있다. "n-tuple"은 정수 n 항목의 배합(예로, triplet, sextet)과 같이 정의될 수 있다. 예로, 4 필터를 포함하는 필터 세트를 공통으로 최적화할 때, 모든 페어링 동작은 CMY 필터에 대한 예시적인 과정내에서 행해지는 바와 같이 한 쌍 및 단일 복합렌즈보다 두 쌍으로 분리되는 4개의 상응하는 표시된 층과 같이 중복될 수 있다.
또한, 도 353에 나타난 예시적인 과정에서, 단계(11365) 내지 (11395)의 순서가 각 단계에 따른 필터 세트 디자인 과정의 영향을 결정하고 분류하기 위한 전문화된 지식 및 실험을 고려함으로써 결정된다. 도 353의 단계(11365) 내지 (11395)가 한 예의 맥락에서 설명되고 있고, 그러한 단계는 유형, 반복 및 도 353에 나타난 것들로부터의 어레이를 변화시킬 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 단계(11365) 내에서 저 지수 층으로의 공통점 할당 대신에, 고 지수 층이 선택될 수 있다. 단계(11385)에서와 같이 짝 지워진 층 두께의 독립적인 최적화는 독립적인 층 대신에 한 쌍의 층에 대하여 수행될 수 있다. 선택적으로, 단계(11380)에 나타난 가장 큰 "최소 차이" 층에 근거하여 한 쌍의 층을 선택하는 것보다 다른 기준이 사용될 수 있다. 또한, 도 353에 나타난 바와 같이 예시적인 CMY 필터 세트 디자인 최적화 과정이 필터 내에서 박막 필름 필터의 물리적 두께를 최적화하려고 하지만, 당업자에게 있어서 최적화는 예를 들어 광학 두께를 변화시킬 수 있다. 종래 기술에서 알려진 바와 같이, 광학 두께는 특정 파장에서 주어진 재료의 굴절성 지수 및 물리적 두께의 생성물로 정의된다. 광학 두께를 최적화하기 위해 최적화 과 정은 재료 또는 재료의 굴절성 지수를 변화시킬 수 있고 같거나 유사한 결과를 얻기 위해 옵티마이저(optimizer)는 층의 물리적 두께만을 변화시킨다.
도 358로 돌아와서, 박막 필름 필터에 대한 제조 과정(11480)의 흐름도가 나타나 있다. 과정(11480)은 준비 단계(11480)로 시작하고 임의의 배치 및 재료 준비 및 비품 브레이크 인(break-in) 및 증명과 같은 초기화 과정이 실행될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 단계(11485)는 박막 필름 필터의 부가전에 검출기 픽셀 어레이의 임의의 과정을 포함한다. 단계(11490)에서, 재료의 하나 또는 이상의 층이 퇴적될 수 있다. 다음으로, 단계(11500)에서, 단계(11490)에서 퇴적되는 층은 리소그라피적으로(lithographically) 또는 다르게 패턴화되고 에칭되고, 그러므로 퇴적된 층을 선택적으로 수정한다. 단계(11505)에서, 더 많은 층이 퇴적 그리고/또는 수정되어야 하면 결정된다. 결정(11505)의 답변이 "Yes"면 더 많은 층은 퇴적 그리고/또는 수정되고, 과정(11480)은 단계(11490)으로 돌아온다. 결정(11505)의 답변이 "No"면 더 이상 층이 퇴적 그리고/또는 수정되지 않고, 과정(11480)은 단계(11510)에서 종료된다.
표 66
단계 ＃ 설명 재료 두께 (Angstroms) 마스크 ＃
퇴적 에칭 깊이
1 전면적인 퇴적 UV SiN 948.9
2 전면적인 퇴적 BD7800 972
3 전면적인 퇴적 UV SiN 696.4
4 스핀 코트 (spin coat) 포토레지스트
5 마스크를 이용한노출 (Masked exposure) 1
6 플라즈마 에칭 696.4
7 포토 레지스트 제거
8 전면적인 퇴적 UV SiN 414.8
9 전면적인 퇴적 BD7800 694.7
10 전면적인 퇴적 UV SiN 588.3
11 스핀 코트 포토레지스트
12 Masked exposure 2
13 플라즈마 에칭 588.3
14 포토 레지스트 제거
15 전면적인 퇴적 UV SiN 547.5
16 전면적인 퇴적 BD7800 807.6
17 전면적인 퇴적 UV SiN 530.6
18 스핀 코트 포토레지스트
19 Masked exposure 3
20 플라즈마 에칭 530.6
21 포토 레지스트 제거
22 전면적인 퇴적 UV SiN 542.7
23 전면적인 퇴적 BD7800 900.8
24 전면적인 퇴적 UV SiN 634
25 스핀 코트 포토레지스트
26 Masked exposure 4
27 플라즈마 에칭 634
28 포토 레지스트 제거
29 전면적인 퇴적 UV SiN 421.5
30 전면적인 퇴적 BD7800 878.7
31 전면적인 퇴적 UV SiN 691.4
32 스핀 코트 포토레지스트
33 Masked exposure 5
34 플라즈마 에칭 691.4
35 포토 레지스트 제거
36 전면적인 퇴적 UV SiN 410
표 67
단계 ＃ 설명 재료 두께(Angstroms)
퇴적 에칭 깊이 마스크 ＃
1 전면적인 퇴적 UV SiN 948.9
2 전면적인 퇴적 BD7800 972
3 전면적인 퇴적 UV SiN 1111.2
4 스핀 코트 포토레지스트
5 Masked exposure 1
6 플라즈마 에칭 696.4
7 포토 레지스트 제거
8 전면적인 퇴적 BD7800 694.7
9 전면적인 퇴적 UV SiN 1135.8
10 스핀 코트 포토레지스트
11 Masked exposure 2
12 플라즈마 에칭 588.3
13 포토 레지스트 제거
14 전면적인 퇴적 BD7800 807.6
15 전면적인 퇴적 UV SiN 1073.3
16 스핀 코트 포토레지스트
17 Masked exposure 3
18 플라즈마 에칭 530.6
19 포토 레지스트 제거
20 전면적인 퇴적 BD7800 900.8
21 전면적인 퇴적 UV SiN 1055.5
22 스핀 코트 포토레지스트
23 Masked exposure 4
24 플라즈마 에칭 634
25 포토 레지스트 제거
26 전면적인 퇴적 BD7800 878.7
27 전면적인 퇴적 UV SiN 1101.4
28 스핀 코트 포토레지스트
29 Masked exposure 5
30 플라즈마 에칭 691.4
31 전면적인 퇴적
표 66 및 67은 표 64에 나타난 예시적인 CMY 필터 세트와 같은 박막 필름 컬러 필터 제조에 대해 2 예시적인 방법에 관해 일련의 과정을 나타내고 있다. 표 66및 67에 나타난 각 반도체 과정 단계는 반도체 생산에서 공지의 기술이다. SiN 및 Black Diamond와 같은 스페이서는 예를 들어 플라즈마 화학증착장비(PECVD)와 같은 알려진 공정을 이용하여 퇴적될 수 있다. 광경화성 수지는 이러한 기능에 대하여 디자인된 장비 상에 스핀 코트될 수 있다. 광경화성 수지의 마스크된 노출은 상업 적으로 이용가능한 리소그라피 장비 상에 실행된다. "광감응성수지 박리" 또는"애싱(ashing)"으로 알려진 광감응성 수지 제거는 상업적으로 이용가능한 장비 상에 실행된다. 플라즈마 에칭은 공지의 습식(wet) 또는 건식 화학 공정을 이용하여 수행된다.
표 66 및 67에 정의된 2 일련의 과정은 플라즈마 에칭이 각 시퀀스에서 이용되는 방법이 다르다. 표 66에 나타난 시퀀스에서, 한 쌍의 두께를 포함하는 각 컬러필터의 고 지수 층은 중재하는 마스킹 및 에칭 동작의 두 단계에서 퇴적된다. 재료는 한 쌍의 층 두께 및 짝 지워지지 않은 층 두께 사이의 차이와 동일한 두께로 퇴적된다. 그 후 퇴적된 층은 선택적으로 마스크된다. 선택된 박막 필름 층이 에칭으로부터 보호되지 않으면, 필름은 밑에 놓인 층보다 큰 비율로 선택된 층을 에칭하는 선택적인 에칭과정을 사용하여 밑에 놓인 층과 결합되어 제거된다. 필름이 밑에 놓인 층과 결합되어 제거되면, 에칭 과정의 선택에 의해, 밑에 놓인 층은 충분히 에칭되지 않은 상태로 남아있게 된다. 충분히 에칭되지 않았다는 것은 에칭 단계에서 주어진 층이 무시할 만한 양만큼 제거되었다는 것을 의미한다. 이 무시할만한 양은 층의 절대적인 두께 또는 상대적인 두께의 백분율의 관점에서 측정될 수 있다. 필터의 수용가능한 수행을 유지하기 위해, 부가되는 에칭의 전형적인 값은 약간의 나노미터 또는 10%와 같은 크기일 수 있고 몇몇 예에서 그보다 작을 수 있다. 두 번째 퇴적은 상응하는 3중 복합렌즈 층 내에 가장 두꺼운 층의 두께를 설정하기 위한 충분한 재료를 포함시키기 위해 실행된다.
예시적인 CMY 필터 세트 디자인과 관련된 과정에서, SiN은 에칭되는 재료가 고, Black Diamond는 정지층으로서 동작한다. 이 "에칭 정지" 과정은 예를 들어, 공지된 CF4/O2 플라즈마 에칭 과정이나 기술된, 예를 들어 Padmapani et al "Selective plasma ecthing of silicon nitride in presence of silicon orsilicon oxides using mixture of NH3 or SF6 and HBr and N2"로 표제된 미국 특허 No.5,877,090의 방법 및 장치에 의해서 실행된다. 선택적으로, SiN 또는 HF의 선택적 에칭을 위한 강한 인산, H3PO4 를 결합하는 습식 화학 에칭 또는 Black Diamond의 선택적 에칭을 위한 BOE가 사용될 수 있다.
표 67에 나타난 과정순서는 상응하는 3중 복합 렌즈의 최대 두께가 퇴적되고, 에칭 박막이 퇴적되나 3중 복합 렌즈 내에 특정 층은 완전히 제거되지 않는다.
표 68
마스크 ＃ 마스크에 의해 보호되는 픽셀 주(註)
시안 마젠타 옐로우
1 P 0 0 마스크 1,3 및 5는 상호동일
2 P P 0 마스크 2 및 4는 상호동일
3 P 0 0 마스크 1,3 및 5는 상호동일
4 P P 0 마스크 2 및 4는 상호동일
5 P 0 0 마스크 1,3 및 5는 상호동일
표 68은 표 66 및 67에 나타난 과정 내에서 각 연속 단계에서 각 마스크에 의해 보호되는 특정 필터 및 마스킹 동작의 순서를 나타낸다. 예를 들어, 예시적인 CMY 디자인에서, 시안 필터는 마스크에 의해 항상 보호되고, 옐로우 필터는 전혀 보호되지 않으며, 마젠타 필터는 마스킹 동작이 교체되는 동안 보호된다.
도 359는 비 평면 광학요소 형성에 대한 제조 공정(11515)의 흐름도이다. 제조 공정(11515)은 준비단계(11520)에서 시작하고, 임의의 배치 및 재료 준비 및 비품 브레이크 인(break-in) 및 증명과 같은 초기화 과정이 실행될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 배치(11520)는 비 평면 광학 요소의 부가전에 검출기 픽셀 어레이의 임의의 과정을 포함한다. 단계(11525)에서 재료의 하나 또는 그 이상의 층이 예를 들어, 공통 베이스 상에 퇴적된다. 단계(11530)에서 단계(11525)동안 퇴적되는 층은 리소그라피적으로(lithographically) 또는 다르게 패턴화되고 에칭되고, 그러므로 퇴적된 층을 선택적으로 수정한다. 단계(11535)에서, 재료의 하나 또는 이상의 층이 퇴적된다. 선택적인 단계(11540)에서, 퇴적되고 에칭된 층의 최상층의 표면은 화학-기계 정제 과정에 의해 평면화된다. 고리 경로(11545)의 세트이용, 제조과정(11515)을 형성하는 단계는 요구되는 대로 기록되고 반복될 수 있다. 과정(11515)은 단계(11550)에서 종료된다. 과정(11515)은 다른 특징과 관련하여 비평형 광학요소를 수행하기 위한 다른 과정에 의해 선행되고 진행된다.
도 360-364는 도 359의 제조 공정(11515)을 나타내기 위해 비평면 광학 요소의 단면도를 나타낸 것이다. 도 359와 관련된 도 360-364를 참조하면, 제1 재료는 제1층(11555)을 형성하기 위해 퇴적된다. 제1층(11555)은 예를 들어, 견고한 평면 표면(11565)을 포함하는 절제된 영역(11560)을 형성하기 위해 단계(11530)에서 에칭된다. 공개 발명에서, 절제된 영역은 제1층(11555)과 같이 주어진 영역의 최상층 표면하를 연장하는 지역으로 이해될 수 있다. 또한, 견고한 평면 표면은 표면의 면적과 비교하여 큰 곡률의 반지름을 갖는 표면으로 이해될 수 있다. 절제된 영역 (11560)은 예를 들어, 이방성 에칭에 의해 형성될 수 있다. 단계(11535)에서, 제2 재료는 제1층(11555)상에, 그리고 절제된 영역(11560)은 제2층(11570)을 형성하기 위해 정각으로 퇴적된다. 공개발명에 따라, 정각의 퇴적은 재료의 유사한 두께는 표면의 방향에 관계없이 퇴적되는 모든 표면상에 퇴적되는 퇴적과정으로 이해될 수 있다. 제2층(11570)은 절제된 영역(11560)과 관련하여 형성되는 최소 하나의 비평형 특징(11575)을 포함한다. 비평형 특징은 지형 면적의 크기와 유사한 곡률 반지름을 갖는 최소 하나의 표면을 갖는 면적일 수 있다. 비평형 특징(11575)은 평면 지역(11580)을 포함할 수 있다. 곡률의 반지름, 깊이, 폭 및 비평면 특징(11575)의 다른 기하학적인 특성은 절제된 영역(11560)의 면 비율(깊이-폭 비율)을 수정함으로서 그리고/또는 물리적 화학적 또는 제2층(11570)을 형성하기 위해 퇴적되는 재료의 퇴적 특징의 비율을 수정함으로서 수정될 수 있다. 제3재료는 제3층(11585)을 형성하기 위해 비평형 특징(11575)을 부분적으로 채우는 층(11570)상에 정각으로 퇴적된다. 즉, 비평형 특징(11575)은 제3층(11585)의 상층 표면(11595)의 가장 낮은 지역이 제2층(11570)의 평면지역(11580)(파선으로 표시)과 연합된 기준면(11605)에 또는 그 위에 위치할 때 완전히 채워진다. 비평형 특징(11590)이 기준면(11605) 위치할 때, 비평형 특징(11575)은 부분적으로 채워지도록 고려된다. 제3층(11585)은 비평형 특징(11575)과 관련하여 형성되는 최소 하나의 비평형 특징 (11590)을 포함한다. 제3 지역(11585)의 상층 표면의 다른 지역(예로, 지역 (11600))은 견고한 평면일 수 있다. 선택적으로, 제3층(11585)은 도 364에 나타난 바와 같이, 메워진 비평형 특징(11610)을 정의하기 위해 평면화 될 수 있다. 층을 형성하는 제1, 2 및 3 재료(11555, 11570, 11585)은 같거나 다른 재료일 수 있다. 비평형 재료를 형성하는 최소 하나의 재료의 굴절성 지수가 다른 재료와 다를 때(전자기 에너지의 최소 하나의 파장에서) 광학 요소가 형성된다. 선택적으로, 평탄화에 의해서 제거되지 않으면, 비평형 특징(11590) 및 수정이 에칭과 같은 과정에 의해 부가적인 비 평면 특징을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
도 365는 재료의 제3층 형성에 관한 선택적인 과정을 나타낸다. 매립된 비평형 특징(11630)은 제3층(11615)이 퇴적하는 동안 형성된다. 제3층(11615)은 견고한 평면 표면(11625)과 같이 비평면 표면(11620)을 포함한다. 제3층(11615)은 예를 들어, 비 정각(正角)퇴적에 의해 형성될 수 있다. (예로, 스핀-온 절차를 사용하는 액체 또는 슬러리(slurry) 재료의 퇴적에 의해, 그리고 재료의 경화로 고체 또는 반고체가 된다) 제3층을 형성하는 재료가 제2층을 형성하는 재료와 다르면(전자기 에너지의 최소 하나의 파장에서),매립된 비평형특징(11630)은 광학 요소를 형성한다.
도 366-368은 도 359에 나타난 다른 제조 공정을 나타낸다. 제1 재료는 층(11635)을 형성하기 위해 퇴적되고 절제된 영역(11640) 및 견고한 평면 표면을 갖는 돌출부(11650)를 형성하기 위해 에칭된다. 돌출부는 에칭 후의 층(11635)과 같은 층의 장소에 관한 표면(11645)상에 연장되는 지역으로 정의될 수 있다. 절제된 지역(11640) 및 돌출부(11650)는 이방성 에칭에 의해 형성될 수 있다. 제2 재료는 층(11635) 상에 그리고 층(11655)을 형성하기 위한 절제된 지역(11640)내에 정각으로 퇴적될 수 있다. 층(11655)의 표면의 부분(11665)은 비평면이고 광학 요소 를 형성한다. 표면의 다른 부분(11660)은 견고한 평면이다.
도 369-372는 도 359의 절차(11515)에 따라 다른 제조과정의 단계를 나타낸다. 제1 재료는 층(11670)을 형성하기 위해 퇴적되고 견고한 비평명 표면을 갖는 절제된 영역(11675)을 형성하기 위해 에칭된다. 절제된 영역(11675)은 예를 들어, 등방성 에칭에 의해 형성된다. 제2 재료는 층(11670)상에 그리고 층(11680)을 형성하기 위한 절제된 지역(11675) 내에 정각으로 퇴적될 수 있다. 층(11680)은 부가적인 비평면 요소를 형성하기 위해 사용될 수 있는 비평면 지역(11685)을 정의할 수 있다. 선택적으로, 층(11680)은 요소의 상면 표면이 견고하게 층(111670)의 상면 표면과 공통 평면일 수 있는 비평면 요소(11690)를 형성하기 위해 평면화 될 수 있다. 층(11680)을 형성하기 위한 다른 과정은 도 363의 제3층(11585)을 형성하기 위해 사용되는 것과 유사한 비 정각 퇴적을 포함할 수 있다.
도 373은 비평면 광학 요소(11700) 및 요소 어레이(11705)를 포함하는 단일의, 검출기 픽셀(11695)을 나타낸다. 비평면 광학 요소(11700, 11710 및 11715)는 검출기 픽셀(11695) 내에서 광감응 지역(11720)을 향해 전자기 에너지를 관리하기 위해 사용된다. 검출기 픽셀내에서의 비평면 광학 요소를 포함하는 능력은 오직 평면 요소로는 가능하지 않은 디자인 자유의 여분의 정도를 제공한다. 광학 요소의 단일 또는 복수의 복합렌즈는 다른 광학 요소의 단일 또는 복수의 복합렌즈와 직접적으로 인접하도록 배치되고 따라서 광학 요소 그룹의 복합의 표면이 구 또는 렌즈의 광학 요소와 같은 굽은 윤곽 또는 사다리꼴 또는 원뿔 섹션과 같은 경사진 윤곽과 유사하다.
예를 들어, 상기 언급된 바와 같은 듀얼 슬랩 어레이에 의해 비슷한 도 310의 사다리꼴 광학 요소(10200)는, 묘사된 평면 광학 요소보다 하나 또는 이상의 비평면 광학 요소를 사용함으로서 비슷해진다. 비 평면 광학 요소는 예를 들어, 메타렌즈, 주 광선 각 교정기, 회절성 요소, 굴절성 요소 그리고/또는 도 297-304와 관련하여 상기 언급된 것들과 유사한 다른 구조를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
표 69
층 재료 굴절성 지수 소멸 계수 광학 두께 (FWOT) 물리적 두께 (nm)
미디엄 공기 1.00000 0.00000
1 SiO2 1.45654 0.00000 0.58508249 261.10
2 Ag 0.07000 4.20000 0.00288746 26.81
3 SiO2 1.45654 0.00000 0.30649839 136.78
4 Ag 0.07000 4.20000 0.00356512 33.10
5 SiO2 1.45654 0.00000 0.33795733 150.82
6 Ag 0.07000 4.20000 0.00186378 17.31
7 SiO2 1.45654 0.00000 0.31612296 141.07
8 Ag 0.07000 4.20000 0.00159816 14.84
공통 베이스 유리 1.51452 0.00000
1.55557570 781.83
도 374는 은 및 실리콘 이산화물의 층을 사용하는 마젠타 필터의 모조의 전송 특징의 플롯(11725)을 나타낸다. 플롯(11725)은 가로좌표와 같은 나노미터 단위의 파장 및 종좌표상의 백분율로 전송을 갖는다. 실선(11730)은 표 69에 나타난 디자인 테이블을 갖는 마젠타 필터의 전송 실행을 나타낸다. 은(Ag)이 검출기 픽셀 어레이를 만들기 위해 사용되는 실행과 관련된 재료로 고려되지 않으나, 특정 조건이 만족되면 검출기 픽셀에 대해 통합하여 형성될 수 있는 필터를 형성하기 위해 선택될 수 있다. 이러한 조건은 1)은의 퇴적에 대한 낮은 온도 과정의 사용 및 검출기 픽셀의 임의의 후속하는 과정 및 2)적절한 부동태화(不動態化) 및 검출기 픽 셀에 대한 보호층을 포함할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 고 온도 및 적합하지 않은 보호층에서는, 은은 바꾸거나 확산되고 검출기 픽셀의 광감응 지역에 손상을 입힌다.
파라미터 명칭 (Parameter Name) 참조번호# (Reference) 거리(dimensions) 비고(Notes)
픽셀(pixel) 11735 4.4×10-6 m 한 면에 2개의 1/2픽셀을 가지는 1 검출기 픽셀(2.2 미크론 너비)을 가정
공간(air) 11750 5×10-8 m 공간으로부터 입사하는 전자기 에너지를 가정
FOC 11755 2.498×10-7 m
ARC 6×10-8 m
질화물(Nitride) 2×10-7 m
이산화규소(SiO2) 3.0877×10-6 m
접합산화물 (junctionOxide) 3.5×10-8 m
접합질화물 (junctionNitride) 4×10-8 m
Si 6×10-6 m
접합너비 (junctionWidth) 1.6×10-6 m
가우시안 빔 직경 (1/e2) 3000 nm
관심 파장 (Wavelengths of interest) 455nm, 535nm, 630nm
표 70
도 375는 그것을 통한 전자기 전력 밀도의 모의 실험 결과와 겹쳐 놓여진, 종래 기술에 따른 검출기 픽셀(11735)의 부분 단면 도식도를 보여준다. 종래 기술에 따른 검출기 픽셀(11375)의 다양한 세부설명이 표 70에 요약되어 있다. 전자기 에너지(11740)(큰 화살표로 표시된)는 검출기 픽셀(11735) 상에 수직으로 입사한다고 가정한다. 도 375에 도시된 바와 같이, 검출기 픽셀(11735)은 상업적으로 이용 할 수 있는 검출기들에 존재하는 층(layer)들에 대응하는 복수의 층들을 포함한다. 전자기 에너지(11740)는 검출기 픽셀 배열(11735)를 통하여 컨투어 외곽선으로 표시된 전자기 에너지 전력 밀도로 전송된다. 도 375에 도시된 바와 같이, 픽셀 내부의 금속 배선(11745)은 검출기 픽셀(11735)을 통한 전자기 에너지(11740)의 전달을 막는다. 즉, 렌즈렛이 없는, 감광성 영역(11790)에서의 전력 밀도는 매우 발산된다.
도 376은, 이번에는 렌즈렛(11800)을 포함하는, 또 다른 종래의 검출기 픽셀(11795)의 일 실시예를 보여준다. 렌즈렛(11800)은 검출기 픽셀(11795)을 통하여 통과하는 동안에, 그것을 통하여 전자기 에너지(11740)가 금속 배선(11745)을 피하고 감광성 영역(11790)에서 매우 큰 전력 밀도로 모일 수 있도록, 전자기 에너지(111740)를 모으기 위해 구성된다. 그러나 종래의 검출기 픽셀(11795)은 검출기 픽셀(11795)의 다른 구성 요소의 제작에 따라, 검출기 픽셀(11795)의 표면 상에 렌즈렛(11800)의 분리 제작 및 정렬을 필요로 한다.
도 377은 감광성 영역(11790)에 전자기 에너지를 모으도록 메타렌즈(11810)로서 기능하는 매립 광학 요소를 포함하는 검출기 픽셀(11805)의 대표적인 실시예를 보여준다. 도 377에 도시된 예에서, 메타렌즈(11810)는 패턴화된 질화 보호층으로서 형성된다. 그것은 나머지 검출기 픽셀(11805)을 형성하는데 있어서 이용되는 기존 공정에 적합하다. 메타렌즈(11810)는 두 개의 더 작은 기둥에 의해 배치된, 넓은 중앙 기둥의 대칭 설계를 포함한다.
도 377에서, 렌즈렛(11800)과 유사한 집속 효과(focusing effect)를 제공하 는 동시에, 메타렌즈(11810)는 매립 광학 요소에 고유한 부가적인 이점들을 포함한다는 것을 볼 수 있다. 상세하게는, 메타렌즈(18810)가 검출기 픽셀 제작 공정과 양립할 수 있는 재료들로 형성되기 때문에, 검출기 픽셀의 제작 이후에 렌즈렛을 추가하기 위하여 필요한 부가적인 제작 단계들을 필요로 하지 않고, 그 자체로 검출기 픽셀의 설계에 통합될 수 있다.
도 378은 종래 검출기 픽셀(11815)과 그것을 통한 전자기 에너지의 수직이 아닌(off-normal) 전달을 보여준다. 금속 배선 11841은, 수직이 아닌 전자기 에너지(11820)의 수직이 아닌 입사각을 조정하기 위하여, 감광성 영역(11790)에 대하여 중심에 위치해 있었던, 금속 배선 11745과 비교하여 이동되었다는 것이 지적될 수 있다. 도 378에 도시된 바와 같이, 수직이 아닌 전자기 에너지(11820)는 금속 배선 11845에 의해 부분적으로 차단되고, 감광성 영역(11790)에 대부분 이르지 못한다.
도 379는, 이번에는 렌즈렛(11830)을 포함하는, 또 다른 종래 검출기 픽셀(11825)을 보여준다. 렌즈렛(11830)과 금속 배선(11841) 양쪽은 수직이 아닌 전자기 에너지(11820)의 수직이 아닌 입사각을 조정하기 위하여, 감광성 영역(11790)에 대하여 이동될 수 있다. 도 379에 도시된 바와 같이, 렌즈렛(11830)이 존재하지 않는 경우보다 더 집중되는 반면에, 수직이 아닌 전자기 에너지는 여전히 감광성 영역의 가장자리에서 집중된다. 게다가, 종래의 검출기 픽셀(11825)은 렌즈렛(11830)을 감광성 영역(11790)으로부터 상쇄되는 위치에 놓기 위한 요구로 인해 강요되는, 조립 복잡도에 대한 부가적인 고려를 필요로 한다.
도 380은 감광성 영역(11790)에 수직이 아닌 전자기 에너지를 인도하도록 하 는 메타렌즈(11810)로서 기능하는 매립 광학 요소를 포함하는 검출기 픽셀(11835)의 대표적인 실시예를 보여준다. 메타렌즈(11840)는 비대칭의, 하나의 넓은 기둥과 감광성 영역(11790)에 관하여 약간 상쇄되는 한 쌍의 작은 기둥으로 된 3기둥(pillar) 디자인을 갖는다. 그러나, 도 379의 렌즈렛(11830)과는 달리, 메타렌즈(11840)는 감광성 영역(11790)과 금속 배선(11845)에 관한 메타렌즈(11840)의 위치가 리소그래피 공정과 관련하여 높은 정밀도로 결정될 수 있도록, 감광성 영역(11790) 및 금속 배선(11845)과 함께 검출기 픽셀(11835)로 일체로 형성된다. 즉, 메타렌즈(11840)는, 더 우수하지는 않더라도, 렌즈렛(11830)을 포함하는 종래 검출기 픽셀(11825)보다 고정밀의, 비교할만한 전자기 에너지 인도 성능을 제공한다.
도 381은 도 377 및 380에 도시된 것과 같은 메타렌즈를 설계하고 최적화하기 위한 설계 공정(11845)의 흐름도를 보여준다. 설계 공정(11845)은, 소프트웨어의 개시와 같은, 그 안에 다양한 전파 단계가 포함될 수 있는, 시작 단계(11850)로부터 시작된다. 그리고나서, 단계 11855에서 검출기 픽셀의 일반적인 기하학적 배열(general geometry)이 규정된다. 예를 들면, 검출기 픽셀의 다양한 구성요소들의 굴절률과 두께, 위치, 감광성 영역의 기하학적 배열, 및 검출기 픽셀들을 형성하는 다양한 층들의 순서가 단계 11855에서 특정된다.
검출기 픽셀 형상의 대표적인 규정은 표 71에 요약되어 있다(표시가 없으면 차원은 미터이다).
픽셀 너비(pixelWidth) 2.2×10-6 픽셀 너비
픽셀(pixel) 4.4×10-6 각 면에 2개의 1/2 픽셀을 가진 1개의 2.2미크론 검출기 픽셀
공기(air) 5×10-8 공기를 통해 전자기 에너지를 내보낸다.
FOC 2.498×10-7 평탄화층에 입사하는 전자기 에너지, n=1.58
ARC 6×10-8 다음 층 = 반사방지 코팅, n=1.58
질화물(nitride) 2×10-7 다음 층 = 질화 실리콘 층
이산화규소(SiO2) 3.0877×10-6 다음 층 = 이산화 실리콘 층
접합산화물(junctionOxide) 3.5×10-8 다음 층 = 제 1 반사방지 코팅 층
접합질화물(junctionNitride) 4×10-8 다음 층=제 2 반사방지 코팅 층
Si 6×10-6 감광성 영역을 지지하는 실리콘 층
접합XY(junctionXY) [1.6×10-6 3.5×10-7] 감광성 영역의 차원
먼 금속 가장자리에 대한 접합 (juncToFarMetalEdge) 2.687×10-6 감광성 영역에서 먼 금속 배선 가장자리까지의 거리(알루미늄)
가까운 금속 가장자리에 대한 접합 (juncToCloseMetalEdge) 1.588×10-6 감광성 영역에서 가까운 금속 배선 가장자리까지의 거리
먼 금속 너비 높이 왼쪽 가장자리 (FarMetalWidthHeightLeftEdge) [4.09×10-7 6.5×10-7 -1.302×10-6] 먼 금속 배선 형상 및 위치
가까운 금속 너비 높이 왼쪽 가장자리 (CloseMetalWidthHeightLeftEdge) [5.97×10-7 3.5×10-7 -1.396×10-6] 가까운 금속 배선 형상 및 위치
표 71
단계 11860에서, 전자기 에너지 입사각, 공정 가동 시간, 설계 제약사항과 같은 입력 파라미터 및 설계 목표가 특정된다. 입력 파라미터 및 설계 목표의 대표적인 세트가 표 72에 요약된다.
FEM: 5 유한 요소 모델 내에서 물체의 최소 분리
온도최대최소(TempMaxMin):[1.1×10-10] 모의 실험된 냉각 최적화기의 온도 범위 [T < T최소일 때 최적화기 멈춤]
시간: 8 모의 실험 시간
트롬본(trombone): 0 최적화 시에 SiO2 너비를 변화시킬지 선택
이산화규소최소너비: 2.612×10-6 (SiO2widthMin) 기하학적으로 허용된 최소 너비
이산화규소최대너비: 7×10-6 (SiO2widthMax) 최적화기 추정용 최대 SiO2 너비
최소특징(minFeature): 1.1×10-7 제작 공정에서 허용되는 최소 특징 크기
최대렌즈높이제작: 7×10-7 (maxLensHeightFab) 제작 공정에서 허용되는 광학 요소의 최대 높이
최소렌즈높이: 4×10-8 (minLensHeight) 제작 공정에서 허용되는 광학 요소의 최소 높이, 광학 요소 재료에 의해 영향을 받음
오프셋(offset) = 0이 아닌 CRA로 인한 오프셋 값
실리콘베이스: 3.8×10-6 (SiBase) 유한 요소 모델 내의 실리콘 베이스 위치
진성 : 2.5×10-7 (intrinsic) 실리콘/산화물 경계면과 감광성 영역간의 거리
렌즈(lens) : 0 빔(beam) : 0 접합(junction) : 0 오프셋. 렌즈...오프셋. 0이 아닌 주광선 입사각으로 인한 아래 표시 오프셋. 이 값들은 검출기 픽셀을 통하여 감광성 영역에 전자기 에너지 전달 변경을 허용하도록 조정될 수 있다. (즉, "접합(junction)")
배선위(traceTop) : 0
배선아래(traceBottom) : 0
CRA공기Deg (CRAairDeg): 0 공기에서의 주광선 입사각
최소(Min) : 5.5×10-7 최소 파장
최대(Max) : 5.5×10-7 최대 파장
포인트(Points) : 3 파장 점들의 개수(#)
표 72
단계 11865에서, 메타렌즈의 기하학적 배열에 대한 초기 추정이 특정된다. 대표적인 기하학적 배열은 표 73에 요약된다.
메타렌즈.높이 1 124×10-9 마스크 1에 대한 전체 높이
메타렌즈.높이 2 124×10-9 마스트 2에 대한 전체 높이 (만약 사용된다면)
메타렌즈.기둥.너비1 [606 514 66]*1×10-9 3개의 기둥을 가정한 경우, [중심 오른쪽 왼쪽]에 대응하는 기둥 너비 엄버(umbers)
메타렌즈.기둥.가장자리1 [300 1580 -2.4]*1×10-9 기둥 위치
메타렌즈.재료 보호 질화물 (passivation nitride)
표 73
단계 11870에서, 최적화 루틴(routine)은 검출기 픽셀을 통하여 감광성 영역에 전달되는 전력(power)을 증가시키기 위하여 메타렌즈 설계를 수정하는 것으로 시작된다. 단계 11875에서, 수정된 메타렌즈 설계의 성능은, 단계 11860에서 특정된 설계 목표가 충족되었는지를 결정하도록 평가된다. 결정 11880에서, 설계 목표가 충족되었는지에 대해 결정이 이루어진다. 만약 결정(11880)에 대한 대답이 "예"라면, 설계 목표는 충족된 것이고, 설계 공정(11845)은 단계 11883에서 끝난다. 만약 결정(11880)에 대한 대답이 "아니오"라면, 설계 목표는 충족되지 않은 것이고, 단계 11870 과 11875가 반복된다. 주광선 입사각(°)의 함수로서 결합 전력(임의의 단위)의 대표적인 수치가 도 382에 도시되며, 그것은 도 377 및 380에 도시된 것과 같은, 그 안에 통합된 3기둥 메타렌즈를 포함하는 검출기 픽셀의 그것과 비교하여, 도 376 및 379에 도시된 것과 같은 렌즈렛을 포함하는 검출기 픽셀의 전력 결합 성능을 비교하는 플롯(11885)을 보여준다. 도 382에서 볼 수 있는 바와 같이, 설계 공정 11845를 이용하여 최적화되는 3기둥 메타렌즈 설계는, CRA 값의 범위에 결쳐 렌즈렛을 포함하는 검출기 픽셀 시스템과 같이 감광성 영역에서 필적하거나 우수한 전력 결합 성능을 일관되게 제공한다.
매립 광학 요소와 같이 검출기 픽셀 구조 내부에 통합되어 CRA 보정을 제공하는 것에 대한 또 다른 접근은 SPG(subwavlength prism grating)를 사용하는 것이다. 본 개시의 맥락에서, 반파장 격자는 파장보다 작은 격자 주기(grating period)를 가지는 격자가 되는 것으로 이해된다. 즉,
Figure 112008079270940-PCT00026
여기에서, Δ는 격자 주기, λ는 설계 파장, n1은 반파장 격자를 형성하는 재료의 굴절률이다. 반파장 격자는, 모든 다른 차수는 사실상 감지할 수 없는 반면에, 일반적으로 0차 회절로만 전파된다. 반파장 격자를 가로지르는 듀티 사이클(duty cycle)(W/Δ로 정의되며, W는 격자 내부의 기둥의 너비를 나타냄)을 변경함으로써, 유효 매질 이론(effective medium theory)이 렌즈, 프리즘, 편광자 등으로 기능하는 반파장 격자를 설계하는데 이용될 수 있다. 검출기 픽셀 내에서 CRA 보정을 하기 위해 SPG가 특히 유리할 수 있다.
도 383은 매립 광학 요소로서 검출기 픽셀 구성에 사용하기에 적합한 대표적인 SPG(11890)를보여준다. SPG 11890은 n1의 굴절률을 가지는 재료로 형성된다. SPG 11890은 듀티 사이클(즉, W1/Δ1, W2/Δ2 등)이 SPG 11890를 넘어 변하도록, 다른 기둥 너비 W1, W2 등을 갖는 일련의 기둥(11895)들과 격자 주기 Δ1, Δ2를 포함한다. 이러한 SPGs의 성능은 예를 들면, Farn, "Binary grating with increased efficiency,", Appl. Opt., vol.31, no.22, pp.4453-4458,과 Prather, "Design and application of subwavelength diffractive element for integration with infrared photodetectors," Opt. Eng., vol.38, no. 5, pp.870-878.에 기술된 방법을 이용하여 특징지워질 수 있다. 본 개시에서는, 개개의 제조 제한을 가진 검출기 픽셀 내에서의 특히 CRA 보정에 대한 SPGs의 설계가 고려된다.
도 384는 검출기 픽셀 배열(11905) 내에 통합된 SPGs(11900)의 배열을 보여준다. 검출기 픽셀 배열(11905)은 복수의 검출기 픽셀(11910)(각각 점선으로 된 사각형으로 표시되는)을 포함한다. 각 검출기 픽셀(11910) 중의 하나는 공통 베이스(11920) 위에 또는 내부에 형성된 감광성 영역(11915)과 인접한 검출기 픽셀들 간에 공유될 수 있는 복수의 금속 배선(11925)을 포함한다. 검출기 픽셀(11910)들 중의 하나에 입사하는 전자기 에너지(11930)(화살표로 표시됨)는 SPGs(11900)의 배열을 통하여 전달되고, SPGs(11900)의 배열은 그 위에서의 검출을 위하여 감광성 영역(11915)을 향하여 전자기 에너지(11930)를 인도한다. 도 384에서, 금속 배선(11925)은 검출기 픽셀(11910) 내부의 θout 값을 16°이하로 조정하기 위하여 이동될 수 있다는 것을 주목할 수 있다.
도 384에 도시된 예에서, 일정한 제조 제한이 고려되었다. 특히, 전자기 에너지는 SPGs(11900)(굴절률 n1=2.0을 가지는 Si3N4로 형성됨) 공기(굴절률 nair=1.0으로)로부터 배열상에 입사하고, 지지 재료(11935)(굴절률 n0=1.45를 가지는 SiO2로 형성됨)을 통하여 전파된다. 그 외에, 최소 기둥 너비와 기둥들 간의 최소 거리는 65nm로 가정되며 최대 가로세로 비(aspect ratio)(즉, 기둥 너비에 대한 기둥 높이 의 비율)는 10이다. 이 재료들과 형상들(geometries)은 오늘날 CMOS 리소그래피 공정에서 즉시 이용할 수 있다.
도 385는 검출기 픽셀 내부의 매립 광학 요소로 이용하기에 적합한 SPGs를 설계하기 위한 설계 공정(11940)을 요약하는 흐름도를 보여준다. 설계 공정(11940)은 단계 11942로 시작된다. 단계 11944에서, 다양한 설계 목표가 특정된다. 설계 목표는 예를 들면, 원하는 입력 범위 및 출력 각의 값(즉, SPG에서 필요로 하는 CRA 보정 성능), 검출기 픽셀의 감광성 영역에서의 출력 전력 등을 포함할 수 있다. 단계 11946에서, 기하학적 광학계 분석(geometrical optics analysis)은 기하학적인 광학계 설계를 산출하기 위하여 수행된다. 즉, 기하 광학적 접근을 이용하여, CRA 보정 성능(단계 11944에서 특정된)을 제공할 수 있는, 동등한 통상적인 프리즘의 특성이 결정된다. 단계 11948에서, 기하학적 광학계 설계는 결합파 해석(coupled-wave analysis)에 근거한 접근을 이용하여 초기 SPG 설계로 환언된다. 초기 SPG 설계는 이상적인 SPG의 특성을 제공하는 반면에, 그러한 설계들은 현재 이용할 수 있는 제조 기술을 이용하여 제조가능하지 않을 수 있다. 따라서, 단계 11950에서, 다양한 제조 제약사항들이 특정화된다. 적절한 제조 제약사항들에는, 예를 들면, SPG를 생성하는데 이용될 수 있는, 최소 기둥 너비, 최대 기둥 높이, 최대 가로세로 비(즉, 기둥 너비에 대한 기둥 높이의 비율), 재료 등이 포함될 수 있다. 그리고나서, 단계 11952에서, 초기 SPG 설계는, 제조가능한 SPG 설계를 산출하기 위하여, 단계 11950에서 특정된 제조 제약사항들에 따라 수정된다. 단계 11954에서, 제조가능한 SPG 설계의 성능은 단계 11944에서 특정된 설계 목표에 관 하여 평가된다. 단계 11954는, 예를 들면, FEMLAB®과 같은 상업 소프트웨어로, 제조가능한 SPG 설계의 성능을 시뮬레이션하는 것을 포함할 수 있다. 그리고나서, 제조가능한 SPG 설계가 단계 11944의 설계 목표들을 충족시키는지에 대하여 결정 11956이 이루어진다. 만약 결정(19956)의 결과가 "아니오 - 제조가능 SPG 설계는 설계 목표를 충족시키지 않는다." 라면, 설계 공정(11940)은 다시금 SPG 설계를 수정하기 위하여 단계 11952로 돌아간다. 만약 결정(11956)의 결과가 "예 - 제조가능 SPG 설계는 설계 목표를 충적시킨다." 라면, 제조가능 SPG 설계는 최종 SPG 설계로 지정되고, 설계 공정(11940)은 단계 11958로 끝난다. 설계 공정(11940) 내의 각 단계는 바로 다음에 더 상세하게 논의된다.
도 386은 도 385에 도시된 설계 공정(11940)의 단계 11944 및 11946에서 SPG를 설계하는데 이용되는 기하학 구조의 도식도를 보여준다. 단계 11944 및 11946에서, 단계는 원하는 양의 CRA 보정을 수행하는 통상적인 프리즘(11960)의 특성을 식별하는 것으로써 시작될 수 있다. 프리즘(11960)에 의해 규정되는 파라미터에는:
θin= 프리즘의 제 1 면에서 전자기 에너지의 입사각;
θout= 가상 SPG 면에서 전자기 에너지의 출력각(output angle);
θ'out= 프리즘의 제 2 면에을 빠져나오는 전자기 에너지의 출력각;
θA= 프리즘의 꼭지각(apex angle);
n1= 프리즘 재료의 굴절률;
n0= 지지 재료의 굴절률;
α= 제 1 중간각(intermediate angle); 및
β= 제 2 중간각.
도 386에 대한 언급을 계속하면, (식 16)에 나타난 바와 같이, 스넬의 법칙과 삼각법의 관계를 이용함으로써 출력각 θout은 θin, θA, n1, n0의 함수로 표현될 수 있다는 것이 보여질 수 있다.
Figure 112008079270940-PCT00027
(식 16)
예를 들면, 굴절률 n1= 2.0을 갖는 재료로 형성되는 프리즘을 사용하여, 주어진 입사각 θin = 35°에서 출력각 θout = 16°를 얻기 위하여, 프리즘의 꼭지각은 식 16에 따라, θA = 18.3°가 되어야 한다. 즉, 다양한 파라미터에 대해 이 값들이 주어지면, 통상적인 프리즘(11960)은 프리즘으로부터의 출력각이 θout = 16°가 되도록, 입사각 θin = 35°로 입사하는 전자기 에너지의 전달을 보정할 것이다. 이 각은 예를 들면, CMOS 검출기의 감광성 영역에 대한 수용뿔(cone of acceptance) 내부에 있다. 필요한 CRA 보정을 얻기 위하여 필요한 통상적인 프리즘의 꼭지각이 주어지면, 주어진 프리즘 베이스 차원에 대한 통상적인 프리즘의 프리즘 높이가 즉시 기하학적으로 계산된다.
이제 도 387로 방향을 바꾸면, SPG 설계에 근거하는 모형 프리즘(11962)이 도시된다. 모형 프리즘(11962)은 굴절률 n1을 갖는 재료로 형성된다. 모형 프리즘(11962)은 일반적인 검출기의 픽셀 너비에 대응하는 2.2 미크론 너비의 프리즘 베이스를 포함한다. 모형 프리즘(11962)은 또한 프리즘 높이 H와 꼭지각 θA를 포함하며, 이 경우에 그것은 식 16을 사용하여 18.3°상당하도록 계산될 수 있다. 도 387에서 볼 수 있는 바와 같이, 프리즘 높이 H는 식 17에 의해 기하학적으로 프리즘 베이스 너비 및 꼭지각 θA와 관련된다.
Figure 112008079270940-PCT00028
...............(식 17)
도 387과 관련된 도 388에는 치수(dimensions)를 포함하는 SPG(11964)의 도식도가 예시된다. SPG(11964)의 특성은 도 385에 도시된 설계 공정(11940) 단계(11948)의 결과이다. 즉, SPG(11964)는 기하 광학 설계(모형 프리즘(11962)에 의해 나타내어진 것과 같이)을 최초 SPG 설계로 환언한 결과를 나타낸다. SPG(11964)의 너비(즉, Sw)는 모형 프리즘(11962)(즉, 2.2 미크론)의 프리즘 베이스 너비가 되는 것으로 가정되고, 프리즘 높이 H에 대하여 상기 계산된 값은 SPG 기둥(Δ즉, PH)의 높이로서 취해질 것이다. SPG(11964)에 대한 설계 계산은 SPG(11964)가 Si3N4로 형성되고, 전자기 에너지는 공기로부터 SPG(11964) 위로 입사하며, SPG(11964)로부터 SiO2로 빠져나간다는 것을 가정한다. 간단하게 하기 위해, SPG(11964)내에서의 분산(dispersion) 및 손실(loss)은 무시할만한 것으로 간주된다. 결과적으로, SPG(11964)의 적절한 파라미터는 식 18을 이용하여 쉽게 계산될 수 있다.
Figure 112008079270940-PCT00029
................(식 18)
여기서,
Sw = 2.2μm;
PH = H = 0.68μm;
Figure 112008079270940-PCT00030
Figure 112008079270940-PCT00031
i = 1, 2, 3,..., 19.
기둥 번호 (Pillar Number) 너비 (Width)(nm)
1 5
2 11
3 16
4 22
5 27
6 33
7 38
8 44
9 49
10 55
11 60
12 66
13 71
14 77
15 82
16 88
17 93
18 99
19 104
표 74
본 발명의 예에서, i=1,2,3,...,19 값에 대해 기둥 너비 Wi의 계산값이 표 74에 요약되어 있다. 즉, 적절한 SPG 파라미터에 대한 상기 목록과 표 74는 도 385에 도시된 바와 같이, 설계 공정(11940) 내의 단계 11948의 결과를 요약한다.
상기 계산값들이 이상적인 SPG의 특성을 나타내는 반면에, 몇몇 기둥 너비 Wi들은 너무 작아서, 현재 이용할 수 있는 제조 기술을 사용하여 실제로 제조할 수가 없다. SPG의 최종 설계에 대한 제조가능성을 고려해서, 최소 기둥 너비는 65nm로 설정되고 기둥 높이 PH는 650nm로 설정된다. 왜냐하면 이 높이 값은 최대 가로세로 비율(즉, 기둥 너비 Pw에 대한 기둥 높이 PH의 비율)이 약 10이 되어야 하는 것으로 주어지는, 현재 이용할 수 있는 제조 공정의 상한을 나타내기 때문이다. 기둥 수 N과 주기는 따라서, 제조 제한들을 조정하는 동안에, SPG 구조를 간단하게 하도록 변경된다. 이러한 제한의 부과는 도 385에 도시된 설계 공정(11940)의 단계 11950내에 포함된다.
그리고나서, 최초 SPG 구조 설계는 설계 공정(11940)의 단계 11952 내의 제조 제한에 따라서 변경된다.
파라미터(Parameter) 값(Value)
SH 200nm
PH 650nm
SW 2200nm
Δ 183nm
기둥 수(Number of pillars) 12
최소 기둥 너비 (MInimum pillar width) 65nm
가로세로비율(Asepct ratio)(PH/PW) 4.6
n1 2.00
n0 1.45
θin 0°부터 50°
가우시안 빔 직경 (Gaussian beam diameter) (1/e2) 3000nm
관심 파장(Wavelength of interest) 455nm, 535nm, 630nm
표 75
도 75는 간소화 공정에 사용되는 파라미터들을 요약한다. 그리고나서, 이 파라미터들은 제조가능 SPG 내의 적절한 기둥 너비들을 결정하는데 이용된다.
기둥 번호 (Pillar Number) 기둥 너비 (Pillar Width)(nm)
1 65
2 67
3 68
4 70.5
5 70.5
6 84.6
7 98.7
8 107.8
9 112.9
10 115.3
11 118.3
12 118.3
표 76
제조가능 SPG 내의 변경된 기둥 너비들은 표 76에 요약된다.
설계 공정(11940)의 단계 11954는 제조가능 SPG 설계(예를 들면, 표 75 및 76에 요약된 것과 같이)의 성능 평가를 포함한다. 도 389는 파장 535nm에서 s-편광으로 입사하는 전자기 에너지를 수신하여, 도 388에 도시된 것과 같은 제조가능 SPG 설계에 대해, 0°부터 35°범위에 걸친 입사각에서, 입사각θin의 함수로서 출력각 θout의 수적인 계산 결과의 플롯(11966)을 보여준다. 플롯 11966은 표 76에 기술된 것과 같이, 제조 가능 SPG를 통한 전자기 에너지의 전달을 고려하여, FEMLAB®을 사용하여 생성되었다. 30°를 초과하는 입사각에서라도, 결과로서 나타나는 출력각은 16°주변이라는 것을 도 389에서 볼 수 있고, 그로 인해, 제조가능 SPG는 30°를 초과하여 입사하는 전자기 에너지를 가져오기 위하여, 관련된 검출기 픽셀의 감광성 영역에 대한 수용각의 뿔(cone of acceptance angle) 내부에 여전히 충분한 CRA 보정을 제공한다는 것을 표시한다.
도 390은 0°부터 35°범위에 걸친 입사각에 대해, 입사각θin(즉, 도 386에 도시된 바와 같이)의 함수로서 출력각 θout(다시, 도 386에 도시된 바와 같이)의 수적 계산 결과의 플롯(11968)이다. 하지만 이번에는, 계산이 도 386에 도시된 장치 내의 기하 광학계에 근거한다. 플롯 11968을 도 389의 플롯 11966과 비교함으로써, 기하 광학계가 제조가능 SPG보다 전체적으로 더 큰 CRA 보정을 한다는 것을 예측하는 동시에, 도 389 및 390에 도시된 선들의 기울기가 매우 비슷하다는 것을 볼 수 있다. 따라서, 도 389 및 390의 수적 계산 결과는, 실제 제조상 제한들이 그것들의 시간 조화 형태(time-harmonic form) 내의 맥스웰 방정식을 푸는 시뮬레이션 모델에 있어서 고려되기 때문에, 플롯 11966은 기대되는 장치 성능에 대해 더 믿을 수 있는 추정을 제공할 수 있는 동시에, 제조가능 SPG가 충분한 CRA 보정을 제공한다는 것에 일반적으로 동의한다. 다시 말하면, 도 389 및 390이 비교는, 도 385(즉, SPG의 특성을 생성하기 위하여 기하 광학 설계로 시작하는 것)의 설계 공정이 적합한 SPG 설계를 산출하는 그럴듯한 방법을 제공한다는 것을 보여준다.
도 391 및 392는 입사각 θin과 각각 s-편광, p-편광된 파장의 함수로서 제조가능 SPG 위에 입사하는 전자기 에너지에 대한 수적 계산 결과의 플롯 11970과 11972를 보여준다. 플롯 11970과 11972는 FEMLAB®를 사용하여 생성되지만, 다른 적합한 소프트웨어 역시 플롯을 생성하는데 사용될 수 있다. 플롯 11970과 11972를 비교하면, 표 76의 제조가능 SPG는 다른 편광에 대해서뿐만 아니라 관심 파장의 범위에 걸쳐 유사한 CRA 보정 성능을 제공한다는 것을 볼 수 있다. 게다가, 입사각이 30°보다 커도 출력각 θout은 16°주변에 있다. 즉, 본 개시에 따라 설계된 제조가능 SPG는, 편광과 파장 범위를 넘어, 일정한 CRA 보정 성능 및 제조가능성을 제공한다. 다시 말하면. 도 389-392에 대한 조사는 이 제조가능 SPG 설계가 정말로 설계 목표를 만족시킨다는 것을 나타낸다.
도 383 - 392는 CRA 보정을 수행하는 SPG의 설계에 관심이 있었지만, 도 380에 도시된 메타렌즈를 포함하는 검출기 픽셀 구성에 의해 제공되는 것과 같은, CRA 보정을 수행하는 동안에 입사하는 전자기 에너지를 모을 수 있는 SPG를 설계하는 것 또한 가능하다. 도 393 및 394는 CRA 보정을 제공하고, 동시에, 그 위에 입사하는 전자기 에너지를 모으기 위한, 대표적인 위상 형상(phase profile)(11974)과 대응하는 SPG(11979)의 플롯(11974)을 각각 보여준다. 위상 형상(11974)은 공간적 거리(임의 차원)의 함수로서 위상(라디안 단위)의 플롯으로 도시되고, 포물선 위상 면(parabolic phase surface)과 경사진 위상 면(tilted phase surface)의 조합으로 고려될 수 있다. 도 393에서, 공간 거리 0은 대표 광학 요소의 중심에 대응한다.
도 394는 위상 형상 11976과 동등한 위상 형상을 제공하는 대표적인 SPG(11979)를 보여준다. SPG(11979)는 복수의 기둥(11980)을 포함하며, SPG(11979)에 의해 영향받는 위상 형상은 기둥의 크기와 밀집에 비례한다. 즉, 도 393에 도시된 바와 같이, 기둥에 대한 더 낮은 밀집은 더 낮은 위상에 해당한다. 다시 말하면, 낮은 위상 영역 내에, 더 적은 기둥들이 있고, 따라서 그것을 통하여 전달되는 전자기 에너지의 파면을 변경할 수 있는 재료들은 감소된다. 거꾸로 말하면, 높은 위상 영역은 파면 위상에 영향을 미치는 재료를 더 많이 제공하는, 더 높은 밀집도의 기둥들을 포함한다. SPG(11979)의 설계시에, 기둥(11980)은 주변 매질보다 높은 굴절률을 가지는 재료로 구성된다는 것을 가정한다. 게다가, SPG(11979) 내에서, 기둥 너비와 피치(pitches)는 λ/(2n)이하가 된다고 가정하며, n은 기둥(11980)을 형성하는 재료의 굴절률이다.
전술한 각 실시예들이, 색상 필터를 포함하는, CMOS 검출기 픽셀 배열 및 일체로 형성되는 요소의 형성에 관련된, CMOS와 양립할 수 있는 공정들의 개개의 세트에 관하여 기술되었지만, 당업자에게는 전술된 방법, 시스템, 요소들이, BICMOS 프로세싱, GaAs 프로세싱, CCD 프로세싱과 같은, 다른 타입의 반도체 프로세싱에 대한 치환에 의해 쉽게 바뀔 수 있다는 것이 명확할 수 있다. 유사하게, 전술한 방법, 시스템, 요소들은 검출기를 대신하여 전자기 에너지의 방사체(emitters)로 쉽게 적합해질 수 있고, 이것은 여전히 본 발명의 범위 내에 해당한다는 것이 쉽게 이해될 수 있다. 더욱이, 적합한 균등물들이 다양한 구성 요소를 대신하여 혹은 다양한 구성 요소에 부가하여 사용될 수 있고, 그러한 치환물들 이나 부가적인 구성요소들의 기능 및 사용은 당업자에게 친근한 것으로 받아들여지며, 따라서 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
다른 굴절률을 가지는 두 매질로 형성되는 표면은 그 위에 입사하는 전자기 에너지를 부분적으로 반사시킨다. 예를 들면, 다른 굴절률을 가지는 두 개의 인접한 광학 요소들(예를 들면, 적층 광학 요소들)로 형성되는 표면은 그 표면에 입사하는 전자기 에너지를 부분적으로 반사시킬 것이다.
두 매질로 형성되는 표면에 의해 반사되는 저자기 에너지의 정도(degree)는 그 표면의 반사율("R")에 비례한다. 반사율은 식 19로 정의된다.
Figure 112008079270940-PCT00032
(식 19)
여기서,
a= (n2/n1)2
Figure 112008079270940-PCT00033
n1= 제 1 매질의 굴절률,
n2= 제 2 매질의 굴절률, 및
θ= 입사각.
따라서, n1과 n2의 차이가 커질수록, 표면 반사율이 커진다.
이미징 시스템에 있어서, 표면에서의 전자기 에너지의 반사는 종종 바람직하지 않다. 예를 들면, 이미징 시스템 내의 2 이상의 표면에 의한 전자기 에너지의 반사는 이미징 시스템의 검출기에서 바람직하지 않은 가상 이미지(ghost images)를 생성할 수 있다. 반사는 또한, 검출기에 도달하는 전자기 에너지의 양을 감소시킨다. 전술한, 이미징 시스템 내에서 전자기 에너지의 바람직하지 않은 반사를 막기 위하여, 반사방지 층은 전술된 배열 이미징 시스템 내의 광학계들(예를 들면, 적층 광학 요소들)의 임의의 표면에 또는 표면 위에 제작될 수 있다. 예를 들면, 상기 도 2b에서, 반사방지 층은 적층 광학 요소 24(1) 및 24(2)로 규정되는 표면과 같은, 적층 광학 요소(24)들의 하나 이상의 표면상에 제작될 수 있다.
반사방지 층은 그 표면에 또는 표면상의 굴절률 정합체(index matched material) 층을 응용하여 광학 요소의 표면에 또는 표면상에 제작될 수 있다. 굴절률 정합체는 이상적으로, 식 20에 정의된 굴절률과 동일한 굴절률("nmatched")을 갖는다.
Figure 112008079270940-PCT00034
........................................(식 20)
여기서, n1은 표면을 형성하는 제 1 매질의 굴절률이고, n2는 표면을 형성하는 제 2 매질의 굴절률이다. 예를 들면, n1 = 1.37 이고 n2 = 1.60 이면, nmatched는 1.48이 되고, 표면에 배치된 반사방지 층은 이상적으로 1.48의 굴절률을 갖는다.
굴절률 정합체 층은 이상적으로, 굴절률 정합체 내의 관심 있는 전자기 에너지의 파장의 1/4의 두께를 갖는다. 이러한 두께는, 정합체(matched material)의 표면에서 반사하는 관심 있는 전자기 에너지의 유해한 차단으로 귀결되고, 그로 인해 표면에서의 반사를 막기 때문에 바람직하다. 정합체 내의 전자기 에너지의 파장("λmatched")은 다음의 식 21로 정의된다.
Figure 112008079270940-PCT00035
.....................................(식 21)
여기서, λ0는 진공에서의 전자기 에너지의 파장이다. 예를 들면, 관심 있는 전자기 에너지는 녹색광 이고, 그것은 진공에서 550nm의 파장을 가지며, 정합체(matched material)의 굴절률은 1.26이라고 가정해라. 그러면 녹색광은 정합체 내에서 437nm의 파장을 갖고, 정합체는 이상적으로 이 파장의 1/4의 두께, 또는 109nm를 갖는다.
가능한 정합체 중의 하나는 저온 증착된 SiO2(low-temperature-deposited silicon dioxide)이다. 이러한 경우에, 기상(vapor) 또는 플라즈마(plasma) SiO2 증착 시스템이 정합체를 표면에 적용시키는데 이용될 수 있다. SiO2는 반사방지 층의 역할을 하는 것 외에 기계적 및/또는 화학적 외부 영향으로부터 표면을 유리하게 보호할 수 있다.
또 하나의 가능한 대응 재료는 중합체의(polymeric) 재료이다. 그러한 재료 는 표면 상에서 회전 코팅될 수 있거나 제작 마스터를 이용하여 성형함으로써 렌즈(예를 들면, 적층 광학 요소)의 표면에 적용될 수 있다. 예를 들면, 대응 재료층은 적층 광학 요소의 어떤 층을 형성하기 위해 사용되는 동일한 제작 마스터를 이용하여 적층 광학 요소의 표면에 적용될 수 있다. 상기 제작 마스터는 상기 적층 광학 요소 위에 상기 대응 재료층을 형성하기 위하여 Z축을 따라(즉, 광축을 따라) 적당한 거리(예를 들면, 대응 재료에 있어서의 중요한 파장의 1/4)로 이송된다. 이러한 프로세스는, 광학 요소의 곡률이 불균일한 두께를 갖는 프로세스에 의해 적용된 대응 재료 층에 귀착되기 때문에, 상대적으로 높은 곡률 반경을 갖는 광학 요소에 비해 상대적으로 낮은 곡률 반경을 갖는 광학 요소에 더 쉽게 적용된다. 다른 방안으로, 적층 광학 요소의 어떤 층을 형성하기 위해 사용된 것보다 다른 제작 마스터가 대응 재료 층을 적층 광학 요소에 적용하기 위하여 사용될 수 있다. 그러한 제작 마스터는 그것의 표면 특징 또는 외부 정렬 특징으로 설계된 그것의 Z축을 따라 필요한 이송(즉, 광축을 따라 대응 재료에 있어서의 중요한 파장의 1/4)을 갖는다.
대응 재료를 반사 방지층으로 사용하는 예가 도 395에 도시되어 있다. 도 395는 공통 베이스(12008)에 광학 요소층들(12004,12006)로 형성된 적층 광학 요소의 단면도(12000)이다. 반사방지층(12002)은 12004층과 12006층 사이에 배치된다. 반사방지층(12002)은 이상적으로는 식(21)에서 정의된 바와 같은 굴절률(nmatched)을 갖는 것을 의미하는, 하나의 대응 재료이다. 여기(도 395)에서 n1은 층 12004의 굴 절률이고, n2는 층 12006의 굴절률이다. 반사방지층(12002)의 두께(12014)는 반사방지층(12002)에서 중요한 전자기 에너지의 파장의 1/4과 같다. 공통 베이스(12008)는 검출기(예컨대, 도 2a의 검출기(16)) 또는 WALO형 광학계로 사용된 것과 같은 유리판일 수 있다. 도 12000의 두 개의 브레이크아웃(breakout)(12010)이 도 395에 또한 도시되어 있다. 브레이크아웃 12010(1)은 식(20)으로 정의된 굴절률을 갖는 지수 대응재료로 형성된 반사방지층(12002)을 나타낸다. 브레이크아웃 12010(2)는 이후에 바로 논의되는 바와 같이, 두 개의 서브층으로 구성되는 반사방지층(12003)을 나타낸다.
반사방지층은 또한 복수의 서브층들로 제작될 수 있고, 여기에서 복수의 서브층들은 식(21)로 정의된 바와 같은 이상적으로 nmatched에 상당하는 유효 굴절률 ("neff")을 총괄하여 갖는다. 또한, 반사방지층은 표면을 형성하는 두 개의 광학 요소를 제작하기 위하여 사용되는 동일한 재료를 이용하여 두 개의 서브층으로 편리하게 제작될 수 있다. 브레이크아웃 12010(2)는 요소들(12004,12006) 및 반사방지층(12003)의 상세를 보여준다. 제1 및 제2 서브층(12003(1),12003(2))은 각각 서브층에서 중요한 전자기 에너지의 파장의 대략 1/16에 상당하는 두께를 갖는다.
테이블 77은 도 395의 브레이크아웃 12010(2)에 도시된 바와 같은 적층 광학 요소의 2개의 층(아래에 "LL1" 및 "LL2"로 지칭된)으로 한정된 표면에 배치된 2개 층의 반사방지층의 전형적인 설계를 요약한다. 본 예에서, 반사방지층은 층 LL1 및 LL2를 제작하기 위해 사용되는 동일한 재료로 제작되는 층들인 "AR1" 및 "AR2"로 지칭된 두 개의 서브층을 포함한다. 테이블 77에서 주목할 수 있는 바와 같이, 제1 서브층은 층LL2와 동일한 재료로 제작되고, 제2 서브층은 층LL1과 동일한 재료로 제작된다. 테이블 77의 목적으로 중요한 전자기 에너지의 파장은 505nm이다.
층 재 료 굴절률 불투명도 물리적인 두께(nm)
LL1 저굴절률 폴리머 1.37363 0
AR1 고굴절률 폴리머 1.61743 0 25.3
AR2 저굴절률 폴리머 1.37363 0 29.9
LL2 고굴절률 폴리머 1.61743 0
총 두께 55.2
TABLE 77
도 396은 테이블 77에서 특정화된 반사방지층이 있는 경우와 없는 경우에 있어서의 테이블 77의 층 LL1 및 LL2로 규정된 표면의 파장 함수에 따른 반사율 도면을 보여준다. 곡선 12042는 층 LL1과 LL2 사이에 테이블 77에서 특정화된 반사방지층이 없는 표면에서의 반사율을 나타내고, 곡선 12044는 테이블 77에서 특정화된 반사방지층을 갖는 경우의 반사율을 나타낸다. 도면 12040으로부터 알 수 있는 바와 같이, 반사방지층은 층 LL1 및 LL2로 규정된 표면의 반사율을 감소시킨다.
반파장 특징들을 광학 요소의 표면 상에 제작함으로써(예를 들면, 성형 또는 에칭에 의해) 반사방지층은 광학 요소의 표면 상에 또는 표면에 형성될 수 있다. 그러한 반파장 특징들은 예를 들면 광학 요소의 표면에 오목한 곳들을 포함한다. 여기에서 상기 오목한 곳들 중의 적어도 하나의 크기(예컨대, 길이, 폭 또는 깊이)는 반사방지층에서 중요한 전자기 에너지의 파장보다 더 작다. 상기 오목한 곳들은 예를 들면 광학 요소를 제작하기 위해 사용되는 재료의 굴절률과 다른 굴절률을 갖 는 충전재로 채워진다. 이러한 충전재는 기존의 광학요소 위에 바로 다른 광학 요소를 형성하기 위해 사용되는, 폴리머와 같은 재료일 수 있다. 예를 들면, 반파장 특징들이 제1 적층 광학 요소 위에 형성되고, 제2 적층 광학 요소가 상기 제1 적층 광학 요소에 바로 적용될 경우, 상기 충전재는 상기 제2 적층 광학 요소를 제작하기 위해 사용되는 재료일 수 있다. 다른 방편으로, 만일 광학 요소의 표면이 다른 광학 요소와 접촉하지 않는다면 상기 충전재는 공기(또는 광학 요소의 주변환경에서의 다른 가스)일 수 있다. 결국은, 상기 충전재(예컨대, 폴리머 또는 공기)는 상기 광학 요소를 제작하기 위해 사용되는 재료의 굴절률보다 다른 굴절률을 갖는다.
따라서, 반파장 특징들, 충전재, 그리고 광학 요소의 변경되지 않은 표면(반파장 특징을 포함하지 않는 광학 요소의 표면의 부분)은 유효 굴절률(neff)을 갖는 유효 매개층을 형성한다. 유효 굴절률(neff)이 식(20)에서 정의된 바와 같은 "nmatched "에 대략 상당하는 경우, 이러한 유효 매개층은 반사방지층으로서 작용한다. 두 개의 서로 다른 재료의 조합으로부터 유효 굴절률을 정의하는 하나의 관계가 식(21)로 주어지는, 브러그만(Bruggeman) 방정식에 의해 주어진다.
Figure 112008079270940-PCT00036
........식(21)
여기서, p는 제1 구성요소 재료 A의 볼륨 프랙션(volume fraction), εA는 제1 구성요소 재료 A의 복합 유전함수, εB는 제2 구성요소 재료 B의 복합 유전함 수, εe는 유효 매개물의 소거식 복합 유전함수이다. 복합 유전함수(ε)는 굴절률 (n)과 관련되고, 흡수 상수(k)는 식(22)로 주어진다.
Figure 112008079270940-PCT00037
.............................식(22)
유효 굴절률은 상기 광학 요소의 표면의 필 팩터(fill factor)일 뿐만 아니라 반파장 특징의 크기 및 기하학적 배열에 관한 하나의 함수이고, 여기서 필 팩터는 전체 표면에 대한 변경되지 않은(즉, 반파장 특징을 갖지 않는) 표면 부분의 비율로서 정의된다. 만일 반파장 특징들이 중요한 전자기 에너지의 파장과 관련하여 충분히 작고 광학 요소의 표면을 따라 충분히 균일하게 분포되어 있다면, 유효 매개층의 유효 굴절률은 상기 광학 요소를 제작하기 위해 사용되는 충전재 및 재료의 굴절률들에 관한 거의 유일하게 하나의 함수이다.
상기 반파장 특징들은 주기적(예컨대, 사인파) 또는 비주기적(예컨대, 임의의)일 수 있다. 반파장 특징들은 평행하거나 평행하지 않을 수 있다. 평행한 반파장 특징들은 유효 매개층을 통과하는 전자기 에너지의 분극화 상태 선택으로 귀착될 수 있다. 그러한 분극화는 애플리케이션에 따라 바람직할 수도 있거나 바람직하지 않을 수도 있다.
위에서 서술된 바와 같이, 반파장 특징들이 유효 매개층에서의 중요한 전자기 에너지의 파장보다 더 작은 적어도 하나의 크기를 갖는다는 것은 중요하다. 일 실시예로, 반파장 특징들은 다음의 식(23)으로 정의되는, 크기 Dmax 보다 더 작거나 같은 적어도 하나의 크기를 갖는다.
Figure 112008079270940-PCT00038
............................식(23)
여기에서, λ0는 진공에서 중요한 전자기 에너지의 파장이고, neff는 유효 매개층의 유효 굴절률이다.
하나의 반파장 특징은 반파장 특징들의 네거티브(negative)를 규정하는 표면을 갖는 제작 마스터를 이용하여 광학 요소의 표면에서 성형될 수 있다. 그러한 네거티브는 반파장 특징들의 역(반대)이며, 여기에서 상기 네거티브 상에 도드라진 표면들은 광학 요소 위에 형성되는 반파장 특징들의 오목한 곳들에 대응한다. 예를 들면, 도 397은 공통 베이스(12080) 상에 광학 요소를 제작하기 위해 사용될 성형가능한 재료(12078)의 표면(12086)에 적용될 반파장 특징들의 네거티브(12076)를 포함하는 표면(12072)을 갖는 제작 마스터(12070)를 보여준다. 제작 마스터(12070)는 결과로서 생기는 광학 요소의 표면 상에 반파장 특징들을 성형하기 위하여 화살표(12084)로 표시된 바와 같이 성형가능한 재료(12078)와 맞물리게 된다.
네거티브(12076)는 너무 작아서 육안으로는 표면(12072) 상에서 볼 수 없다. 표면(12072)의 브레이크아웃(12074)은 네거티브(12076)의 전형적인 상세를 보여준다. 비록 네거티브(12076)가 도 397에서는 사인파로 도시되어 있다할지라도, 네거티브(12076)는 어떤 주기적인 또는 비주기적인 구조일 수 있다. 네거티브(12076)는 반파장 특징들이 성형된 표면(12086)에 의해 생성된 유효 매개층에서 중요한 전자기 에너지의 파장보다 더 작은 최대 "깊이"(12082)를 갖는다.
만일 다른 광학 요소가 상기 표면(12086)에 인접하여 형성될 경우, 표면 (12086)에 성형된 반파장 특징들은 렌즈(12078)를 제작하기 위해 사용되는 굴절률보다 다른 굴절률을 갖는 충전재로 채워진다. 충전재는 추가적인 광학 요소를 표면(12086) 상에 제작하기 위해 사용되는 재료일 수 있다. 그렇지 않으면, 충전재는 표면(12086)의 주위의 공기 또는 다른 가스일 수 있다. 제2 재료로 채워질 때의 성형가능한 재료(12078)에 형성되는 반파장 특징들은 총괄하여 반사방지층으로 작용하는 유효 매개층을 형성한다.
도 398은 도 268의 가공된 표면(6410)의 서브섹션(12110)의 숫자 표시의 격자 모델을 보여준다. 숫자 표시의 모델은 플라이-컷(fly-cut) 가공의 표면(6410)과 비슷하다는 점에 주목해야 한다. 서브섹션(12110)은 전자기적 모델링을 허용하도록 개별화되었다. 그러므로, 아래에 표시된, 상기 개별화된 모델에 근거하는 결과로서 생기는 성능 구상들은 또한 근사치이다. 가공된 표면(6410)은 네거티브를 형성하기 위한 제작 마스터의 표면 상에 포함될 수 있다. 예를 들면, 가공된 표면(6410)은 도 397의 제작 마스터(12070)의 네거티브(12076)를 형성할 수 있다. 공구가 제작 마스터의 표면으로부터 재료를 제거한 서브섹션(12110)의 영역들은 흑색 블록들 (12112)로 나타내어진다. 이러한 영역들은 오목한 곳들로 지칭될 수 있다. 표면의 최초의 재료가 남아 있는 서브섹션(12110)의 영역들은 백색 블록들(12114)로 나타내어 진다. 이러한 영역들은 기둥들로 지칭될 수 있다. 오직 하나의 오목한 곳과 기둥이 설명의 명확성을 위해 도 398에 라벨을 붙여서 분류된다.
서브섹션(12110)은 주기적 구조를 갖는 네거티브를 형성하기 위하여 가공 표면(6410)의 표면에 걸쳐 반복되는 4개의 단위 셀의 어레이를 포함한다. 서브섹션 (12110)의 하부 좌측 코너에 있는 단위 셀은 주기(12116)("W")와 높이(12118)("H")를 갖는다. W와 H 사이의 비율은 또는 단위 셀의 화상비는 식(24)로 정의된다.
Figure 112008079270940-PCT00039
........................................식(24)
가공 표면(6410)에 의해 정의된 네거티브는 W에 상당하는 주기를 갖는 것으로 생각될 수 있다. 단위 셀(예컨대, 도 398에 도시된 바와 같은 W)의 적어도 하나의 특징 또는 크기는 가공 표면(6410)을 갖는 제작 마스터에 의해 생성된 유효 매개층에서 중요한 전자기 에너지의 파장보다 더 작아야한다는 것은 중요하다. 가공 표면(6410)의 각 단위 셀은 다음의 특징을 갖는다: (1)0.444의 기둥 필 팩터(
Figure 112008079270940-PCT00040
); (2)0.556의 오목한 곳 필 팩터(
Figure 112008079270940-PCT00041
); 200nm의 주기(W); 및 (4)오목한 곳들(12112)의 깊이에 상당하는 104.5 nm의 두께.
도 399는 가공 표면(6410)을 갖는 제작 마스터를 이용하여 생성된 반파장 특징들을 갖는 평면 상에 정상적으로 입사되는 전자기 에너지의 파장의 함수에 따른 반사율의 도면(12140)이다. 곡선 12146은 400nm의 주기를 갖는 단위 셀에 대응하고, 곡선 12144는 200nm의 주기를 갖는 단위 셀에 대응하며, 곡선 12142는 600nm의 주기를 갖는 단위 셀에 대응한다. 단위 셀의 주기가 200nm 또는 400nm인 경우, 표면은 대략 0.5 마이크론의 파장에서 거의 0(zero)의 반사율을 갖는다는 것을 도 399로부터 알 수 있다. 하지만, 단위 셀이 600nm의 주기를 가질 때 표면의 반사율은 약 0.525 이하의 파장들에 대해서는 크게 증가한다. 왜냐하면 이러한 크기의 주기에서, 표면 돌출부(relief)는 메타머티리얼(metamaterial)로서 작용하는 것을 멈 추고 대신에 회절 구조가 되기 때문이다. 따라서, 도 399는 단위 셀의 주기가 충분히 작다는 것의 보증의 중요성을 보여준다.
도 400은 가공 표면(6410)을 갖는 제작 마스터를 이용하여 생성된 반파장 특징들을 갖는 평면 상에 입사하는 전자기 에너지의 입사각의 함수에 따른 반사율의 도면(12170)이다. 도면(12170)은 단위 셀들이 200nm의 주기를 갖는 것으로 가정한다. 곡선 12174는 500nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응하고, 곡선 12172는 700nm의 파장을 갖는 전자기 에너지에 대응한다. 곡선 12172와 12174의 비교는 반파장 특징들이 각도와 파장 양쪽 모두의 종속물이라는 것을 보여준다.
도 401은 500 마이크론의 곡률 반경을 갖는 전형적인 반구형 광학 요소 상에 입사하는 전자기 에너지의 입사각의 함수에 따른 반사율의 도면(12200)이다. 곡선 12204는 가공 표면(6410)을 갖는 제작 마스터를 이용하여 생성된 반파장 특징들을 갖는 광학 요소에 대응하고, 곡선 12202는 반파장 특징들을 갖지 않는 광학 요소에 대응한다. 반파장 특징들을 갖는 광학 요소가 반파장 특징들을 갖지 않는 광학 요소에 비해 낮아진 반사율을 갖는다는 것을 알 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 반사방지층으로서 작용하는 유효 매개층은 광학 요소 표면에 반파장 특징들을 성형함으로써 광학 요소의 표면에 형성될 수 있으며, 그러한 반파장 특징들은 그 반파장 특징들의 네거티브를 포함하는 표면을 갖는 제작 마스터를 이용하여 성형될 수 있다. 그러한 네거티브는 다양한 프로세스를 이용하여 제작 마스터의 표면 상에 형성될 수 있다. 그러한 프로세스의 예들이 이후에 곧 논의된다.
네거티브는 도 267-268에 관하여 위에서 논의된 것과 같은, 플라이 커팅 프로세스를 이용함으로써 제작 마스터의 표면 상에 형성될 수 있다. 플라이 커팅 프로세스를 이용하여 생성된 네거티브는 주기적일 수 있다. 예를 들면, 가공 표면 (6410)의 서브섹션(12110)(도 398)은 단위 셀의 폭의 크기로 만들어진 공구를 이용하여 플라이 커팅될 수 있다. 도 398의 경우에, 만일 단위 셀이 200nm의 폭과 340nm의 높이를 갖는다면, 공구는 대략 60nm의 폭을 가질 수 있다.
제작 마스터의 표면 상에 네거티브를 형성하는 다른 방법은 도 224에 도시된 공구와 같은, 특수화된 다이아몬드 공구를 이용하는 것이다. 다이아몬드 공구는 도 223에 도시된 바와 같은, 표면(예를 들면, 제작 마스터의 표면)에 홈(grooves)을 새길 수 있다. 그러나, 다이아몬드 공구는 평행하고 주기적인 반파장 특징들에 대응하는 네거티브를 형성하기 위해 오직 사용될 수 있다. 네거티브는 래스터화된 (rasterized) 나노-톱니 모양(nano-indentation) 패터닝을 이용하여 제작 마스터의 표면 상에 형성될 수 있다. 하나의 스탬핑(stamping) 프로세스인 그러한 패터닝은 주기적 또는 비주기적 네거티브를 생성하기 위하여 사용될 수 있다.
제작 마스터의 표면 상에 네거티브를 형성하는 또 다른 방법은 레이저 애블레이션(ablation)을 이용하는 것이다. 레이저 애블레이션은 주기적 또는 비주기적 네거티브를 형성하기 위하여 사용될 수 있다. KrF와 같은 고전력 펄스의 엑시머 (excimer) 레이저는 그러한 레이저 애블레이션을 제작 마스터의 표면 상에 수행하기 위하여, 수 마이크로-주울(micro-Joules)의 펄스 에너지를 산출하도록 특정 상태로 고정되거나 248nm에서 1 주울을 초과하는 산출된 펄스 에너지에 대해 Q-스위 치(Q-switch)될 수 있다. 예를 들면, 300nm보다 더 작은 특징 크기를 갖는 네거티브의 표면 돌출 구조가 다음과 같은 KrF 레이저를 이용한 엑시머 레이저 애블레이션을 이용하여 생성될 수 있다. 상기 레이저는 CaF2 광학계(렌즈)를 이용하여 회절-제한 점에 초점이 맞추어지고 제작 마스터의 표면을 가로질러 래스터된다. 레이저 펄스 에너지 또는 펄스의 수는 요구된 깊이로 특징(예를 들면, 피트(pit))을 제거하도록 조정될 수 있다. 특징의 간격은 네거티브 설계에 대응하는 필 팩터를 성취하도록 조정된다. 레이저 애블레이션에 적절할 수 있는 다른 레이저는 ArF 레이저 및 CO2 레이저를 포함한다.
네거티브는 에칭 프로세스를 이용하여 제작 마스터의 표면 상에 형성될 수 있다. 그러한 프로세스에서, 에칭용 시약이 제작 마스터의 표면에 피트를 에칭하기 위하여 사용된다. 피트는 제작 마스터의 표면의 재료의 낟알 크기 및 구성과 관련되고, 그러한 낟알 크기 및 구성은 제작 마스터의 표면의 재료(예를 들면, 금속 합금), 재료의 온도 및 재료의 기계적인 프로세싱에 관한 하나의 함수이다. 재료의 격자 평면 및 결함(예를 들면, 낟알 경계선 및 결정학상의 전위(轉位))은 피트들이 형성되는 비율에 영향을 미칠 것이다. 낟알 경계선 및 전위(轉位)는 종종 제멋대로 향하거나 낮은 결합력을 갖는다. 따라서, 피트들의 공간 분포 및 크기는 또한 임의적일 수 있다. 피트의 크기는 에칭액 화학적 성질, 제작 마스터의 온도, 에칭용 시약, 낟알 크기, 에칭 프로세스의 지속 시간과 같은 그러한 특징들에 의존한다. 가능한 에칭용 시약은 소금 및 산(acid)과 같은 부식성 물질을 포함한다. 일 예로, 놋쇠(brass) 표면을 갖는 제작 마스터를 생각해 볼 수 있다. 소우디엄 디크로메이트 디하이드레이트(sodium dichromate dihydrate)와 황산(sulfuric acid)의 용액으로 구성된 에칭용 시약이 정육면체의 그리고 정방정계(正方晶系)의 형태를 포함하는 형태를 갖는 피트로 귀착하는 놋쇠 표면을 에칭하기 위하여 사용될 수 있다.
반사방지층이 광학 요소의 표면 위에 또는 표면에 형성되는 경우, 반사방지층 또는 층들은 광학 요소의 중심에서보다는 광학 요소의 가장자리 근처에서 더 두꺼워질 필요가 있을 수 있다. 그러한 필요 조건은 광학 요소의 곡률로 인한 그것의 가장자리 근처의 광학 요소의 표면 상의 전자기 에너지의 입사각에 있어서의 증가때문이다.
공통 베이스 상에 제작되는 단일 광학 요소들 또는 적층 광학 요소들(예를 들면, 위의 도 2b의 적층 광학 요소(24))은 일반적으로 경화 동안에 수축한다. 도 402는 그러한 수축의 예를 설명하는 도면(12230)을 보여준다. 도면(12230)은 몰드(즉, 제작 마스터의 일 부분)와 경화된 광학 요소의 단면을 보여준다. 수직축은 몰드 및 경화된 광학 요소의 측면 크기를 나타내고, 수평축은 몰드 및 경화된 광학 요소의 반경방향의 크기를 나타낸다. 곡선 12232는 몰드의 단면을 나타내고, 곡선 12234는 경화된 광학 요소의 단면을 나타낸다. 경화로 인한 광학 요소의 수축은 곡선 12234가 곡선 12232보다 일반적으로 더 작다는 것을 주목함으로써 알 수 있다. 이러한 수축은 초점 오차와 같은 수차로 귀착할 수 있는 광학 요소의 높이, 폭 및 곡률에 있어서의 변경으로 귀착한다.
광학 요소 수축에 기인된 수차를 회피하기 위하여, 광학 요소를 형성하기 위 하여 사용되는 몰드는 광학 요소의 경화 동안의 광학 요소의 수축을 보상하기 위하여 광학 요소의 요구된 크기보다 더 크게 제작될 수 있다. 도 403은 도면(12260)을 보여주며, 이것은 몰드(즉, 제작 마스터의 일 부분) 및 경화된 광학 요소의 단면이다. 곡선 12262는 몰드의 단면을 나타내고, 곡선 12264는 경화된 광학 요소의 단면을 나타낸다. 도 403에서의 몰드는 경화 동안의 광학 요소의 수축을 보상하기 위한 크기로 만들어져 있다는 점에서 도면 12260(도 403)은 도면 12230(도 402)과 다르다. 따라서, 도 403의 곡선 12264는 도 402의 곡선 12232에 대응한다. 그러므로, 도 403의 광학 요소의 단면은 도 402의 몰드에 의해 나타내어진 바와 같은 광학 요소의 의도된 단면에 대응한다.
도 403의 코너 12266 및 12268과 같은, 광학 요소의 예리하게 굽은 표면들에서의 수축은 광학 요소를 형성하는 재료의 점도 및 계수에 의해 제어된다. 코너 12266 및 12268은 광학 요소의 선명한 구경(口徑) 위로 침입하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 코너 12266 및 12268의 광학 요소의 선명한 구경(口徑) 위로 침입할 가능성을 감소시키기 위하여, 코너 12266 및 12268의 곡률 반경은 광학 요소 몰드 내로 상대적으로 작게 제작될 수 있다.
도 4의 검출기 픽셀(78)과 같은 검출기 픽셀들은 공통적으로 "전면 조명(frontside illumination)"하도록 구성된다. 전면 조명의 검출기 픽셀에서, 전자기 에너지는 검출기 픽셀의 전방 표면(예를 들면, 검출기 픽셀(78)의 표면(98))으로 들어가서, 감광성 영역(예를 들면, 검출기 픽셀(78)의 감광성 영역(94))에 대한 금속 상호연결부를 지나친 곳에 있는 일련의 층들로 이동한다. 이미징 시스템은 통 상 전면 조명의 검출기 픽셀의 전방 표면 위에 제작된다. 추가로, 매립형 광학계가 위에서 논의된 바와 같은 전면 조명의 픽셀의 지지층에 인접하여 제작될 수 있다.
그러나, 여기에서의 어떤 실시예에 있어서, 검출기 픽셀들은 또한 "후면 조명"하도록 구성될 수 있고, 위에서 논의된 이미징 시스템은 그러한 후면 조명의 검출기 픽셀과 함께 사용하도록 구성될 수 있다. 후면 조명의 검출기 픽셀에서, 전자기 에너지는 검출기 픽셀의 후면으로 들어가서 감광성 영역에 바로 부딪친다. 따라서, 따라서 전자기 에너지는 감광성 영역에 도달하기 위하여 상기 일련의 층들을 통하여 편하게 이동하지 못한다. 층들 내부에 있는 금속 상호연결부는 전자기 에너지가 감광성 영역에 도달하는 것을 바람직하지 않게 방해할 수 있다. 위에서 논의된 것들과 같은 이미징 시스템은 후면 조명의 검출기 픽셀의 후방에 적용될 수 있다.
검출기 픽셀의 후면은 일반적으로 제조 동안에 두꺼운 실리콘 웨이퍼에 의해 덮힌다. 그러한 실리콘 웨이퍼는 전자기 에너지가 웨이퍼를 관통하여 감광성 영역에 도달할 수 있도록 하기 위하여, 에칭이나 그라인딩에 의한 것과 같이 얇게 되어야 한다. 도 404는 각각의 실리콘 웨이퍼(12308)(12310)를 포함하는 검출기 픽셀(12290)(12292)의 단면도를 보여준다. 실리콘 웨이퍼(12308)(12310)는 각각 감광성 영역(12298)을 포함하는 영역(12306)을 포함한다. 통상 SOI(silicon on insulator) 웨이퍼로 지칭되는 형태인, 실리콘 웨이퍼(12308)는 또한 과잉 실리콘 부분(12294) 및 매립된 산화물층(12304)을 포함하고, 실리콘 웨이퍼(12310)는 또한 과잉 실리콘 부분(12296)을 포함한다. 과잉 실리콘층(12294)(12296)은 전자기 에너 지(18)가 감광성 영역(12298)에 도달하도록 제거되어야 한다. 검출기 픽셀(12290)은 과잉 실리콘층(12294)이 제거된 뒤에 후면(12300)을 갖는다.
실리콘 디옥사이드(silicon dioxide)로 제작된 매립된 산화물층(12304)은 과잉 실리콘층(12294)의 제거 동안 영역(12306)에 대한 손상을 방지하는데 도움이 될 수 있다. 실리콘의 에칭 및 그라인딩을 정밀하게 제어하는 것은 종종 어렵다. 따라서, 영역(12306)이 과잉 실리콘층(12294)으로부터 분리되어 있지 않은 경우, 실리콘 웨이퍼(12308)의 에칭 및 그라인딩을 정밀하게 정지시키는 능력의 부재로 인해 영역(12306)이 손상될 수 있는 위험이 있다. 매립된 산화물층(12304)은 그러한 분리를 제공하고, 그에 의해 과잉 실리콘층(12294)의 제거 동안에 영역(12306)의 우발적인 제거를 방지하는데 도움이 된다. 매립된 산화물층(12304)은 또한, 아래에 설명된 바와 같이, 검출기 픽셀(12290)의 표면(12300)에 인접한 매립형 광학 요소의 형성을 위해 유리하게 이용될 수 있다.
도 405는 검출기 픽셀(12330)과 함께 사용될 수 있는 검출기 층구조(12338) 및 3개의 기둥 메타렌즈(12340) 뿐만 아니라 후면 조명하도록 구성된 검출기 픽셀(12330)의 단면도를 보여주는 도면이다. 모델링 목적으로, 감광성 영역(12236)은 영역(12342)의 중심에 거의 직사각형의 용적으로 될 수 있다. 층들(예를 들면, 필터들)이 전자기 에너지의 수집 성능을 향상시키기 위하여 검출기 픽셀(12330)에 부가될 수 있다. 또한, 검출기 픽셀(12330)의 기존의 층들은 그것의 성능을 개선하도록 변경될 수 있다. 예를 들면, 층 12232 및/또는 층 12234는, 이후에 바로 논의된 바와 같이, 검출기 픽셀(12330)의 성능을 개선하기 위하여 변경될 수 있다.
층 12232 및/또는 층 12234는 색상 필터 및/또는 적외선 차단 필터와 같은 하나 이상의 필터를 형성하도록 변경될 수 있다. 하나의 예로, 층 12234는 색상 필터로 작용하는 적층 구조(12338)로 변경 및/또는 적외선 차단 필터로 변경된다. 층 12232 및/또는 층 12234는 또한 그들이 전자기 에너지(18)를 감광성 영역(12236) 위로 보내는데 도움이 되도록 변경될 수 있다. 예를 들면, 층 12234는 전자기 에너지(18)를 감광성 영역(12236) 위로 보내는 메타렌즈로 형성될 수 있다. 메타렌즈의 일 예는 도 405에 도시된 3개의 기둥 메타렌즈(12340)이다. 다른 예로서, 층 12232및 12234의 재료는 층 12232 및 12234가 감광성 영역(12236)에 의한 전자기 에너지의 흡수를 증가시키는 공진기를 집합적으로 형성하도록 필름층으로 대체될 수 있다.
도 406은 후면 조명하도록 구성된 검출기 픽셀에 조립될 수 있는 색상 및 적외선 차단 필터의 조합에 대한 파장의 함수에 따른 전송(률)의 도면(12370)을 보여준다. 예를 들면, 필터는 도 405의 검출기 픽셀(12330)의 층 12234에 조립될 수 있다. 대시 라인(dashed line)으로 표시된 곡선(12374)은 시안(cyan)색상 광의 전송(률)을 나타내고, 점선으로 표시된 곡선(12376)은 황색(yellow)광의 전송(률)을 나타내며, 실선으로 표시된 곡선(12372)은 마젠타(magenta)색상 광의 전송(률)을 나타낸다. 550nm의 기준 파장 및 정상 입사에 대한 적외선 차단 CMY 필터에 대한 적형적인 설계가 테이블 78에 요약된다.
Figure 112008079270940-PCT00042
TABLE 78
도 407은 후면 조명하도록 구성된 검출기 픽셀(12400)의 도면을 보여준다. 검출기 픽셀(12400)은 1 미크론 길이의 변들을 갖는 정사각형의 단면을 갖는 감광성 영역(12402)을 포함한다. 감광성 영역(12402)은 반사방지층(12420)으로부터 500nm의 거리(12408) 만큼 분리된다. 반사방지층(12420)은 30nm의 두께(12404)를 갖는 실리콘 디옥사이드 서브층 및 40nm의 두께(12406)를 갖는 실리콘 나이트라이드(nitride) 서브층으로 구성된다.
전자기 에너지(18)를 감광성 영역(12402) 위로 보내기 위한 메타렌즈(12422)는 반사방지층(12420)에 인접하여 배치된다. 메타렌즈(12422)는 각각 실리콘 나이트라이드로 제작되는 큰 기둥(12410) 및 작은 기둥(12412)을 제외하고는 실리콘 디옥사이드로 제작된다. 큰 기둥(12410)은 1 미크론의 폭(12416)을 갖고, 작은 기둥 (12412)은 120nm의 폭(12428)을 갖는다. 큰 기둥(12410) 및 작은 기둥(12412)은 300nm의 깊이(12418)을 갖는다. 작은 기둥(12412)은 큰 기둥(12410)으로부터 90nm의 거리만큼 분리된다. 메타렌즈(12422)를 포함하는 검출기 픽셀(12400)은 메타렌즈(12422)를 포함하지 않는 검출기 픽셀(12400)의 실시예의 양자 효율(quantum efficiency)보다 33% 더 큰 양자 효율을 가질 수 있다. 등고선(12426)은 검출기 픽셀(12400)에서의 전자기 에너지 밀도를 나타낸다. 도 407로부터 알 수 있는 바와 같이, 등고선은 정상적으로 입사하는 전자기 에너지(18)가 메타렌즈(12422)에 의해 감광성 영역(12402)으로 보내지는 것을 보여준다.
반사방지층(12420) 및 메타렌즈(12422)는 검출기 픽셀(12400)의 후면으로부터 과잉 실리콘 층을 제거한 후 검출기 픽셀(12400) 내부에 또는 위에 제작될 수 있다. 예를 들면, 검출기 픽셀(12400)이 도 405의 검출기 픽셀(12330)의 실시예인 경우, 반사방지층(12420) 및 메타렌즈(12422)는 검출기 픽셀(12330)의 층(12234) 내에 형성될 수 있다.
도 408은 후면 조명하도록 구성된 검출기 픽셀(12450)의 단면도이다. 검출기 픽셀(12450)은 감광성 영역(12452) 및 두 개의 기둥 메타렌즈(12454)를 포함한다. 메타렌즈(12454)는 검출기 픽셀(12450)의 후면 상의 과잉 실리콘을 표면(12470)까지 아래로 그라인딩 또는 에칭하여 제거함으로써 제작된다. 그런 후 에칭된 영역(12456)은 검출기 픽셀(12450)의 실리콘 속으로 더 에칭된다. 에칭된 영역 (12456)은 600nm의 폭(12472)과 200nm의 두께(12460)를 갖는다. 각 에칭된 영역 (12456)은 감광성 영역(12452)의 중심선으로부터 1.1 마이크론의 거리(12464)에 중심이 두어진다. 에칭된 영역(12456)은 실리콘 디옥사이드와 같은 충전재로 채워진다. 충전재는 또한 600nm의 두께(12468)를 갖고, 패시베이션(passivation) 층으로서의 역할을 할 수 있는 층(12458)을 생성할 수 있다. 따라서, 메타렌즈(12454)는 실리콘이 에칭되지 않은 영역(12474) 및 실리콘으로 채워진 에칭된 영역(12456)을 포함한다. 도 408로부터 알 수 있는 바와 같이, 등고선은 정상적으로 입사한 전자기 에너지(18)가 메타렌즈(12454)에 의해 감광성 영역(12452)으로 보내지는 것을 보여준다. 도 409는 도 408의 검출기 픽셀(12450)에 대한 파장의 함수에 따른 양자 효율의 도면(12490)을 보여준다. 곡선 12492는 메타렌즈(12454)를 갖는 검출기 픽셀(12450)을 나타내고, 곡선 12494는 메타렌즈(12454)를 갖지 않는 검출기 픽셀(12450)을 나타낸다. 도 409로부터 알 수 있는 바와 같이, 메타렌즈(12454)는 검 출기 픽셀(12450)의 양자 효율을 약 15% 만큼 증가시킨다.
위에서 설명된 변경들 및 다른 것들은, 그 기술적 범위를 벗어남없이 여기에 설명된 이미징 시스템 내에서 만들어질 수 있다. 따라서 위의 설명에 포함된 또는 첨부된 도면에 도시된 사항들은 설명적인 것으로 해석되어야 하고 제한하는 의미로 해석되어서는 아니된다는 점을 주의해야 한다. 다음의 청구범위는 언어적 견지에서 볼 때, 그것들 사이에 속하는 것으로 말해질 수 있는 본 방법 및 시스템의 범위의 모든 서술 내용 뿐만 아니라, 여기에 설명된 모든 일반적인 그리고 특별한 특징들을 망라하도록 의도된다.

Claims (382)

  1. 배열 이미징 시스템으로서,
    공통 베이스를 이용하여 형성되는 검출기 어레이; 및
    각 광학 요소가 상기 배열 이미징 시스템 내의 하나의 이미징 시스템을 형성하도록 상기 검출기 어레이 내의 검출기와 광학적으로 연결되는 제1 적층 광학 요소 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 적층 광학 요소 어레이는 적어도 하나의 제작 마스터(master)의 순차적인 적용에 의해 적어도 부분적으로 형성되고, 상기 각 제작 마스터는 상기 제1 적층 광학 요소 어레이를 규정하는 특징들을 갖는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 특징들은 상기 검출기들에 의해 검출될 수 있는 전자기(電磁氣) 에너지의 두 파장 보다 더 작은 광학적 허용오차로 형성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 적층 광학 요소 어레이는 상기 공통 베이스 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 적층 광학 요소 어레이는 상기 적층 광학요소의 각 광학요소가 상기 검출기와 광학적으로 연결되도록 상기 공통 베이스에 대하여 위치된 개별 베이스 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    (a)상기 검출기용 덮개판(cover plate)과 (b)광학적 대역통과 필터 중의 적어도 하나를 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나의 구성요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 덮개판은 부분적으로 상기 제1 적층 광학 요소 어레이를 덮는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공통 베이스는 반도체 웨이퍼, 유리판, 수정(水晶)판, 폴리머 박판 및 금속판 중의 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    제조 과정 동안, 상기 공통 베이스, 상기 제작 마스터 및 척(chuck) 중의 적어도 두 개는 서로에 대하여 정렬되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공통 베이스, 상기 제작 마스터 및 상기 척 중의 상기 적어도 두 개는 그것에 관하여 규정된 정렬 특징을 이용하여 정렬되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 공통 베이스, 상기 제작 마스터 및 상기 척 중의 상기 적어도 두 개는 공통 좌표 시스템에 관하여 정렬되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 적층 광학 요소 어레이에 대하여 위치된 제2 적층 광학 요소 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 적층 광학 요소 어레이 사이에 배치된 적어도 하나의 스페 이서(spacer) 조정장치를 더 포함하고, 상기 스페이서 조정장치는 캡슐에 싸인 물질, 격리 특징 및 스페이서 판 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 적층 광학 요소 어레이 내의 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나는 적어도 두 위치에 따라 상기 검출기에서의 이미지의 가변 확대를 제공하도록 적어도 두 위치 사이에서 이동가능한 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 적층 광학 요소 어레이에 대하여 위치된 단일 광학 요소 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소 어레이와 상기 단일 광학 요소 어레이 사이에 배치된 스페이서 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 스페이서 장치는 캡슐에 싸인 물질, 격리 특징 및 스페이서 판 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 단일 광학 요소들 중의 적어도 하나는 적어도 두 위치에 따라 상기 검출기에서의 이미지의 가변 확대를 제공하도록 적어도 두 위치 사이에서 이동가능한 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들은 상기 검출기들에 의해 검출될 수 있는 전자기 에너지의 두 파장 보다 더 작은 광학적 허용오차로 서로에 대하여 정렬되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들의 각 광학 요소는 상기 검출기들, 상기 공통 베이스, 공통 좌표 시스템, 척 및 그위에 형성된 정렬 특징 중의 적어도 하나의 대응하는 것에 관한 광학적 허용오차로 정렬되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 이미징 시스템에 대한 초점 거리를 조정하기 위하여 상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나와 협력하기 위한 가변 초점 거리 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 가변 초점 거리 요소는 액체 렌즈, 액정(liquid crystal) 렌즈 및 열적으로 조정가능한 렌즈 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 광학 요소들 중의 적어도 하나는 상기 적층 광학 요소들 내의 다른 광학 요소들과 협력하도록 구성되고, 상기 검출기는 검출기에서의 이미지의 가변 확대를 제공하도록 광학 요소와 함께 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 배열 이미징 시스템의 적어도 하나에 대한 초점 거리를 조정하기 위한 가변 초점 거리 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나는 그것을 통해 전달된 전자기 에너지의 파면을 미리 설정된 대로(predeterministically) 부호화(encode)하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  26. 제1항에 있어서,
    복수의 검출기 픽셀들(pixels)을 포함하는 상기 검출기들 중의 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 검출기 픽셀 내의 전자기 에너지를 재분배하기 위한, 상기 검출기 화소들 중의 적어도 하나와 일체로 형성된 광학계(optics)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 광학계는 주광선(chief ray) 보정기, 필터 및 메타렌즈(metalens) 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 검출기들 중의 적어도 하나는 복수의 검출기 픽셀 및 렌즈렛 (lenslets:소형 렌즈) 어레이를 갖고, 상기 각 렌즈렛은 상기 복수의 검출기 픽셀 중의 적어도 하나와 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 검출기들 중의 적어도 하나는 복수의 검출기 픽셀 및 필터 어레이를 갖고, 상기 각 필터는 상기 복수의 검출기 픽셀 중의 적어도 하나와 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소 어레이는 성형가능한 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 성형가능한 재질은 저온 유리, 아크릴(acrylics), 우레탄 아크릴 (urethane acrylics), 에폭시(epoxies), 시클로-올레핀 공중합체(cyclo-olefin copolymers), 실리콘 및 브롬화된(brominated) 고분자 사슬을 갖는 재질 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 성형가능한 재질은 티타늄 이산화물(titanium dioxide), 알루미나 (alumina), 하프니아(hafnia), 지르코니아(zirconia) 및 하이 인덱스(high index) 유리 제품 중의 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 검출기 어레이는 상기 공통 베이스 상에 인쇄된 인쇄형 검출기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  34. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나의 표면 상에 형성되는 반사방지 (anti-reflection) 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 반사방지 층은 상기 적어도 하나의 적층 광학 요소의 표면에서 복수의 반파장(subwavelength) 특징을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  36. 제1항에 있어서,
    상기 각 쌍의 검출기와 적층 광학 요소는 그 사이에 평면 경계면을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  37. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소 어레이는 상기 공통 베이스 상에 복수의 소재를 적층함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  38. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들의 각각은 상기 공통 베이스 상에 복수의 광학 요소 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  39. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소 어레이는 웨이퍼 규모의(wafer-scale) 패키징 (packaging) 공정과 양립될 수 있는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  40. 제1항에 있어서,
    상기 배열 이미징 시스템은 복수의 개별 이미징 시스템으로 분리가능한 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  41. 제1항에 있어서,
    상기 검출기 어레이는 CMOS 검출기 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  42. 제1항에 있어서,
    상기 검출기 어레이는 CCD 검출기 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  43. 제1항에 있어서,
    상기 배열 이미징 시스템은 복수의 이미징 그룹으로 분리가능하고, 각 이미징 그룹은 두 개 이상의 이미징 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 각 이미징 그룹은 처리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  45. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나는, 스페이서(spacer)가 제1, 제2 및 제3 곡면 중의 적어도 2개를 분리하는 상태하의, 제1, 제2 및 제3 곡면을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 곡면은 양(positive), 양(positive) 및 음(negative)의 곡률을 각각 갖는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 각 이미징 시스템의 전체 광학 트랙은 3.0mm 이하인 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  48. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나는, 제1 스페이서가 제2 및 제3 곡면을 분리하고 제2 스페이서가 제4 곡면 및 그것과 광학적으로 연결된 상기 검출기를 분리하는 상태하의, 제1, 제2, 제3 및 제4 곡면을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 곡면은 양(positive), 음(negative), 음(negative) 및 양(positive)의 곡률을 각각 갖는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  50. 제49항에 있어서,
    상기 각 이미징 시스템의 전체 광학 트랙은 2.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  51. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나는 주광선 보정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  52. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 이미징 시스템의 상기 적층 광학 요소와 상기 검출기는 미리 선택된 공간 주파수 범위에 걸쳐서 실제로 균일한 변조 전달 함수(modulation transfer function)를 협력하여 나타내는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  53. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나는 통합 분리기(integrated standoff)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  54. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나는 직사각형 조리개, 정사각형 조리개, 원형 조리개, 타원형 조리개, 다각형 조리개 및 삼각형 조리개 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  55. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 적층 광학 요소를 통하여 전달된 전자기 에너지의 파면을 미리 설정된 대로 부호화하는 비구면 광학 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나와 광학적으로 연결된 상기 검출기는 그위에 입사되는 전자기 에너지를 전기적인 신호로 변환하도록 구성되고, 상기 비구면 광학 요소에 의해 상기 전자기 에너지 속으로 삽입된 이미징 효과(영향)를 제거하기 위하여 상기 전기적인 신호를 처리하기 위한, 상기 검출기와 전기적으로 연결된 처리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  57. 제56항에 있어서,
    상기 비구면 광학 요소 및 처리기는 비구면 광학 요소와 처리기를 갖지 않는 이미징 시스템과 비교하여, 상면 만곡(field curvature), 적층 광학 요소 높이 변경, 피사계 의존 수차(field-dependent aberration), 조립 관련 수차, 온도 의존 수차 및 상기 공통 베이스의 두께 및 편평도 변경 중의 적어도 하나에 의해 전자기 에너지 속으로 삽입된 인공물을 협력하여 감소시키도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  58. 제56항에 있어서,
    상기 처리기는 조정가능한 필터 핵(kernel)을 실행하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  59. 제56항에 있어서,
    상기 처리기는 검출기를 형성하는 회로와 통합되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  60. 제59항에 있어서,
    상기 검출기와 상기 처리기는 상기 공통 베이스에서 하나의 실리콘 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  61. 제55항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 이미징 시스템의 적어도 하나의 초점을 통한 MTF (modulation transfer function)는 상기 비구면 광학 요소를 갖지 않는 동일한 이미징 시스템의 피크(peak) 폭보다 더 넓은 피크 폭을 나타내는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  62. 제1항에 있어서,
    상기 각 이미징 시스템은 하나의 카메라를 형성하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  63. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나는 수색성인(achromatic) 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  64. 제1항에 있어서,
    상기 각 검출기는 복수의 검출기 픽셀을 포함하고, 상기 검출기의 광수집 능 력을 증대시키기 위하여, 적어도 하나의 검출기에 바로 인접하여 배치되고 그 검출기의 상기 검출기 픽셀에 지도로 그려진 복수의 렌즈렛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  65. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나는 반사, 흡수 및 분산 중의 적어도 하나에 의해 상기 적층 광학 요소를 통한 광경로의 외부로 벗어난 광을 차단하기 위한 방해물을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  66. 제65항에 있어서,
    상기 방해물은 착색된 폴리머, 복수의 필름 및 회절 격자 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  67. 제1항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나는 반사방지 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  68. 제67항에 있어서,
    상기 반사방지 요소는 복수의 필름과 회절 격자 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  69. 복수의 이미징 시스템 제조방법으로서,
    각 광학 요소가, 공통 베이스를 갖는 검출기 어레이 내의 적어도 하나의 검출기와 광학적으로 연결되어 있는 제1 광학 요소 어레이를 형성하는 단계;
    각 적층 광학 요소가 상기 검출기 어레이 내의 검출기들 중의 하나와 광학적으로 연결되어 있는 적층 광학 요소 어레이를 집합적으로 형성하도록 상기 제1 광학 요소 어레이와 광학적으로 연결된 제2 광학 요소 어레이를 형성하는 단계; 및
    상기 검출기 어레이와 상기 적층 광학 요소 어레이를, 각 이미징 시스템이 적어도 하나의 검출기와 연결된 적어도 하나의 적층 광학 요소를 포함하는 복수의 이미징 시스템으로 분리하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 광학 요소 어레이를 형성하는 단계는 상기 제1 광학 요소 어레이와 상기 검출기 어레이 사이에 평면 경계면을 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 이미징 시스템 제조방법.
  70. 배열 이미징 시스템 내의 각 이미징 시스템이 그것과 결합된 적어도 하나의 검출기를 갖는 배열 이미징 시스템 제조방법으로서,
    적어도 하나의 제작 마스터(master)의 순차적인 적용에 의해 적층 광학 요소 어레이를 조립하는 단계를 포함하며,
    상기 각 적층 광학 요소는 상기 이미징 시스템과 결합된 상기 적어도 하나의 검출기와 광학적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제 조방법.
  71. 제70항에 있어서,
    복수의 이미징 시스템을 형성하기 위하여 상기 배열 이미징 시스템을 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  72. 제70항에 있어서,
    단일 검출기로 다수의 시야를 제공하도록, 2개 이상의 상기 적층 광학 요소가 상기 검출기와 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  73. 제70항에 있어서,
    상기 조립하는 단계에 앞서, 상기 적층 광학 요소 어레이를 규정하는 특징들을 포함하는 상기 제작 마스터를 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  74. 제70항에 있어서,
    상기 조립하는 단계에 앞서, 상기 배열 이미징 시스템의 하나의 적층 부분인 광학 요소 어레이를 규정하는 특징들을 포함하는 상기 제작 마스터를 제조하는 단계를 더 포함하고,
    상기 조립하는 단계는, 각 광학 요소가 상기 검출기의 적어도 하나와 광학적으로 연결되는 상기 광학 요소 어레이를 동시에 형성하기 위하여, 상기 제작 마스터를 이용하여 재료를 검출기 어레이의 본을 떠서 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  75. 제74항에 있어서,
    상기 제작 마스터를 제조하는 단계는 상기 광학 요소 어레이를 규정하는 특징들을 마스터 기판 위에 직접적으로 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  76. 제75항에 있어서,
    상기 특징들을 직접적으로 제작하는 단계는 적어도 느린 공구 서보(servo) 접근, 빠른 공구 서보 접근, 다축 밀링 접근 및 다축 그라인딩 접근 중에서 선택된 하나를 이용하여 상기 특징들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  77. 제75항에 있어서,
    상기 특징들을 직접적으로 제작하는 단계는 상기 마스터 기판 상에 정렬 표시를 한정하기 위한 추가적인 특징들을 제작하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  78. 제70항에 있어서,
    제2 적층 광학 요소 어레이를 형성하는 단계; 및
    상기 제2 적층 광학 요소 어레이를 상기 제1 적층 광학 요소 어레이에 관하여 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  79. 제70항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소 어레이를 형성하는 단계는 상기 광학 요소들 중의 적어도 하나가 그것을 통해 전달된 전자기 에너지의 파면을 미리 설정된 대로 부호화 하도록 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  80. 제70항에 있어서,
    상기 광학 요소들 중의 적어도 하나가 가변 초점 거리를 갖도록 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  81. 제70항에 있어서,
    일련의 프로세스를 이용하여 형성된 복수의 검출기 픽셀을 갖는 상기 적어도 하나의 검출기는, 상기 검출기 픽셀들 중의 적어도 하나에, 상기 프로세스들 중의 적어도 하나를 이용하여, 상기 검출기 픽셀 내부의 에너지를 재분배하기 위한 광학계를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  82. 제81항에 있어서,
    상기 검출기 픽셀들 중의 적어도 하나에 상기 광학계를 형성하는 단계는 주광선(chief ray) 보정기, 박막 필터 및 메타렌즈(metalens) 중의 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  83. 제70항에 있어서,
    일련의 프로세스를 이용하여 형성된 복수의 검출기 픽셀을 갖는 상기 적어도 하나의 검출기는 렌즈렛 어레이를 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 각 렌즈렛은 상기 복수의 검출기 픽셀 중의 적어도 하나와 광학적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  84. 제70항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소 어레이를 형성하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 제작 마스터와 협력하여, 성형가능한 재료를 분배하는 단계; 및
    상기 적층 광학 요소 어레이를 형성하기 위하여 상기 성형가능한 재료를 가 공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  85. 제70항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제작 마스터를 순차적으로 적용하는 단계는 상기 공통 베이스와 상기 적어도 하나의 제작 마스터를 상기 공통 베이스를 지지하는 척에 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  86. 제70항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제작 마스터를 순차적으로 적용하는 단계는 상기 공통 베이스와 상기 적어도 하나의 제작 마스터를 그것에 관하여 규정된 정렬 특징을 이용하여 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  87. 제70항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제작 마스터를 순차적으로 적용하는 단계는 상기 공통 베이스와 상기 적어도 하나의 제작 마스터를 공통 좌표 시스템을 이용하여 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  88. 제70항에 있어서,
    단일 광학 요소 어레이를 상기 적층 광학 요소 어레이에 관하여 배치하는 단 계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  89. 제88항에 있어서,
    상기 단일 광학 요소 어레이를 배치하는 단계는, 캡슐에 싸인 물질, 격리 특징 및 스페이서 판 중의 적어도 하나로서 선택된 스페이서 장치를 이용하여 상기 적층 광학 요소 어레이로부터 상기 단일 광학 요소 어레이를 격리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  90. 제88항에 있어서,
    적어도 두 위치에 따라 상기 검출기에서의 이미지의 가변 확대를 제공하도록, 상기 단일 광학 요소들중의 적어도 하나가 상기 적층 광학 요소들 중의 대응하는 것에 관하여 적어도 두 위치 사이에서 이동가능하도록 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  91. 제70항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제작 마스터를 순차적으로 적용하는 단계는 상기 적어도 하나의 제작 마스터를 상기 공통 베이스에 서로에 관한 광학적 허용오차로 정렬하는 단계를 포함하며, 상기 광학적 허용오차는 상기 검출기에 의해 검출가능한 전자기 에너지의 두 파장 이하로 구성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  92. 제70항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소 어레이를 형성하는 단계는 상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나가 그것을 통하여 전달된 전자기 에너지의 파면을 미리 설정된 대로 부호화하도록 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  93. 제70항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나의 표면 상에 반사 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  94. 제93항에 있어서,
    상기 반사 방지층을 형성하는 단계는 반파장 특징을 상기 적층 광학 요소들 중의 적어도 하나의 표면에 넣어서 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  95. 공통 베이스를 갖는 배열 광학계의 형성방법으로서,
    상기 공통 베이스에 정렬된 적어도 하나의 제작 마스터를 순차적으로 적용함으로써 복수의 적층 광학 요소 어레이를 상기 배열 광학계로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 베이스를 갖는 배열 광학계의 형성방법.
  96. 양쪽 모두 검출기 서브시스템과 연결된, 적어도 하나의 광학계 서브시스템과 이미지 처리기 서브시스템을 포함하는 배열 이미징 시스템 제조방법으로서,
    (a) 광학계 서브시스템 설계, 검출기 서브시스템 설계 및 이미지 처리기 서브시스템 설계를 포함하는, 초기 배열 이미징 시스템 설계를 산출(産出)하는 단계;
    (b) 상기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나가 미리 정해진 파라미터들 내에 합치하는지를 판정하기 위하여 상기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나를 테스트하는 단계;
    (c) 일련의 잠재 파라미터 변경을 이용하여 상기 초기 배열 이미징 시스템 설계를 수정하는 단계;
    (d) 상기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나가 상기 미리 정해진 파라미터들 내에 합치할 때까지 상기 단계 (b)와 (c)를 반복하여, 수정된 배열 이미징 시스템 설계를 산출하는 단계;
    (e) 상기 수정된 배열 이미징 시스템 설계에 따라 상기 광학, 검출기 및 이미지 처리기 서브시스템들을 제작하는 단계; 및
    (f) 단계 (e)에서 제작된 상기 서브시스템들로부터 상기 배열 이미징 시스템을 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  97. 제96항에 있어서,
    상기 수정하는 단계는 상기 광학, 검출기 및 이미지 처리기 서브시스템 설계 들 중의 적어도 두 개를 함께 수정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  98. 제96항에 있어서,
    상기 배열 이미징 시스템은 상기 광학, 검출기 및 이미지 처리기 서브시스템 중의 적어도 하나와 연결된 적어도 광학기계적(opto-mechanical) 서브시스템을 더 포함하고, 상기 초기 배열 이미징 시스템 설계를 산출하는 단계는 상기 초기 배열 이미징 시스템 설계의 일부로서 광학기계적 서브시스템 설계를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  99. 제96항에 있어서,
    상기 서브시스템들 중의 적어도 하나를 테스트하는 단계는 상기 미리 정해진 파라미터에 따라 테스트 절차를 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  100. 제96항에 있어서,
    상기 광학 서브시스템을 제작하는 단계는, 느린 공구 서보(servo) 접근, 빠른 공구 서보 접근, 다축 밀링 접근 및 다축 그라인딩 접근 중의 적어도 하나를 이용하여, 상기 광학 서브시스템 설계에 따라, 제1 광학 요소를 위한 제1 템플릿 (template) 어레이를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  101. 제100항에 있어서,
    상기 제1 템플릿 어레이를 이용하여 상기 광학 서브시스템의 일부로서 공통 베이스 상에 지지되는 상기 제1 광학 요소를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  102. 제101항에 있어서,
    상기 광학 시스템 설계에 따라, 제2 광학 요소를 위한 제2 템플릿 어레이를 제작하는 단계; 및
    상기 공통 베이스 상에 또한 지지되고 상기 제1 광학 요소와 광통신하는 상기 제2 광학 요소를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  103. 제102항에 있어서,
    상기 제2 광학 요소를 형성하는 단계는 적층 광학 요소 어레이를 형성하기 위하여 상기 제2 광학 요소를 상기 제1 광학 요소 위에 바로 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  104. 제102항에 있어서,
    상기 제2 광학 요소를 형성하는 단계는 상기 제1 및 제2 광학 요소의 각 광학 요소가 서로로부터 격리되도록 상기 제1 및 제2 광학 요소들 사이에 스페이서 장치를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  105. 제100항에 있어서,
    상기 템플릿 어레이를 형성하는 단계는,
    상기 광학 서브시스템 설계를 제작 능력 및 제한사항에 대한 설명에 맞추는 단계;
    그렇게 맞추어진 상기 광학 서브시스템 설계를 제작 루틴(routine)에 따라 제작으로 프로그램하는 단계; 및
    상기 템플릿 어레이를 산출하기 위하여 상기 제작 루틴을 가동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  106. 제96항에 있어서,
    상기 광학, 검출기 및 이미지 처리기 서브시스템들을 제작하는 단계는,
    (e1) 상기 서브시스템들 중의 적어도 하나가 상기 미리 정해진 파라미터 내에 합치하는지를 판정하기 위하여 상기 서브시스템들 중의 적어도 하나를 테스트하는 단계;
    (e2) 만일 상기 서브시스템들 중의 적어도 하나가 상기 미리 정해진 파라미 터 내에 합치하지 않으면,
    (e3) 상기 서브시스템들 중의 적어도 하나를 다시 제작하는 단계; 및
    (e4) 상기 서브시스템들 중의 적어도 하나가 상기 미리 정해진 파라미터 내에 합치할 때까지 상기 (e1)∼(e3)를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  107. 제96항에 있어서,
    (g) 그렇게 만들어진 상기 배열 이미징 시스템을 테스트하여 상기 배열 이미징 시스템이 상기 미리 정해진 파라미터에 합치하는지의 여부를 판정하는 단계; 및
    만일, 상기 배열 이미징 시스템이 상기 미리 정해진 파라미터에 합치하지 않으면,
    (h) 상기 배열 이미징 시스템이 상기 미리 정해진 파라미터에 합치할 때까지(e)∼(g)를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  108. 제96항에 있어서,
    상기 검출기 서브시스템은 복수의 검출기 픽셀을 포함하고, 상기 검출기 서브시스템을 제작하는 단계는,
    상기 복수의 검출기 픽셀을 일련의 프로세스들에 의해 형성하는 단계; 및
    상기 일련의 프로세스들 중의 적어도 하나를 이용하여 상기 검출기 픽셀들 중의 적어도 하나의 내부에 광학 요소를 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 광학 요소는 그 검출기 픽셀 내부의 전자기 에너지를 파장의 범위에 걸쳐 작용시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  109. 제108항에 있어서,
    상기 광학 요소를 형성하는 단계는,
    광학 요소 설계를 산출하는 단계;
    상기 광학 요소 설계가 상기 미리 정해진 파라미터 내에 합치하는지를 판정하기 위하여 상기 광학 요소 설계를 테스트하는 단계;
    만일 상기 광학 요소 설계가 상기 미리 정해진 파라미터 내에 합치하지 않으면,
    일련의 파라미터 변경을 이용하여 상기 광학 요소 설계를 수정하는 단계;
    상기 광학 요소 설계가 상기 미리 정해진 파라미터 내에 합치할 때까지 상기 광학 요소 설계의 테스트 단계와 수정 단계를 반복하는 단계; 및
    상기 광학 요소 설계를 상기 검출기 서브시스템 설계 속에 통합하는 단계를포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  110. 제109항에 있어서,
    상기 검출기 서브시스템 설계가 상기 미리 정해진 파라미터 내에 합치하는지를 판정하기 위하여 상기 검출기 서브시스템 설계를 테스트하는 단계;
    만일 상기 검출기 서브시스템 설계가 상기 미리 정해진 파라미터 내에 합치하지 않으면,
    상기 일련의 파라미터 변경을 이용하여, 상기 검출기 서브시스템 설계를 수정하는 단계; 및
    상기 검출기 서브시스템 설계가 상기 미리 정해진 파라미터 내에 합치할 때까지 상기 검출기 서브시스템 설계의 테스트 단계와 수정 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  111. 제96항에 있어서,
    상기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나를 테스트하는 단계는 상기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나에 관한 수치적인 모델링을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제조방법.
  112. 컴퓨터로 읽을 수 있는 미디어에 저장된 명령들을 포함하는 소프트웨어 제품으로서, 상기 명령들은 컴퓨터에 의해 실행될 때 배열 이미징 시스템 설계를 산출(産出)하며, 상기 명령들은,
    (a) 광학계 서브시스템 설계, 검출기 서브시스템 설계 및 이미지 처리기 서브시스템 설계를 포함하여, 상기 배열 이미징 시스템 설계를 산출하기 위한 명령;
    (b) 상기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나가 미리 정해진 파라미터 내에 합치하는지를 판정하기 위하여 상기 광학, 검출기 및 이미지 처리기 서브시스템 설 계들 중의 적어도 하나를 테스트하기 위한 명령;
    만일, 상기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나가 상기 미리 정해진 파라미터 내에 합치하지 않으면,
    (c) 일련의 파라미터 변경을 이용하여, 상기 배열 이미징 시스템 설계를 수정하기 위한 명령; 및
    (d) 상기 배열 이미징 시스템 설계를 산출하기 위하여 상기 서브시스템 설계들 중의 적어도 하나가 상기 미리 정해진 파라미터 내에 합치할 때까지 (b) 및 (c)를 반복하기 위한 명령을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 미디어에 저장된 명령들을 포함하는 소프트웨어 제품.
  113. 제112항에 있어서,
    상기 배열 이미징 시스템 설계를 수정하기 위한 명령은 상기 광학, 검출기 및 이미지 처리기 서브시스템 설계들 중의 적어도 두 개를 함께 수정하기 위한 명령을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 미디어에 저장된 명령들을 포함하는 소프트웨어 제품.
  114. 다지수(multi-index) 광학 요소로서,
    복수의 체적측정(volumetric) 영역들을 포함하는 단일체(monolithic) 재료를 포함하며, 상기 복수의 체적측정 영역들의 각각은 정해진 굴절률을 갖고, 상기 복수의 체적측정 영역들 중의 적어도 두 개는 서로 다른 굴절률을 가지며, 상기 복수 의 체적측정 영역들은 상기 단일체 재료를 통하여 전달된 전자기 에너지의 위상을 미리 정해진 대로 변경하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다지수 광학 요소.
  115. 제114항에 있어서,
    상기 단일체 재료는 하나의 광축을 포함하고, 상기 복수의 체적측정 영역들은 상기 광축에 평행하게 배치된 막대들(rods)의 구성과 상기 광축을 따라 조립된 복수의 층들 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다지수 광학 요소.
  116. 제114항에 있어서,
    상기 단일체 재료는 그것을 통해 전달된 전자기 에너지를 초점에 모으도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다지수 광학 요소.
  117. 제116항에 있어서,
    상기 단일체 재료는 상기 전자기 에너지를 미리 정해진 위치에 모으도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 다지수 광학 요소.
  118. 제114항에 있어서,
    상기 단일체 재료는 굴절 구조, 회절 구조 및 체적 홀로그램(hologram) 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다지수 광학 요소.
  119. 제114항에 있어서,
    상기 단일체 재료는 복수의 다지수 광학 요소로 분할가능한 것을 특징으로 하는 다지수 광학 요소.
  120. 이미징 시스템으로서,
    이미지를 형성하기 위한 광학계;
    상기 이미지를 전자 데이터로 변환하기 위한 검출기; 및
    상기 전자 데이터를 처리하여 출력을 산출(産出)하는 처리기를 포함하며,
    상기 광학계는 복수의 체적측정 영역들을 갖는 다지수 광학 요소를 포함하고, 상기 복수의 체적측정 영역들의 각각은 정해진 굴절률을 가지며, 상기 복수의 체적측정 영역들 중의 적어도 두 개는 서로 다른 굴절률을 갖고, 상기 복수의 체적측정 영역들은 그것을 통하여 전달된 전자기 에너지의 위상을 미리 정해진 대로 변경하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이미징 시스템.
  121. 제120항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 전자기 에너지를 상기 검출기에 모으도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이미징 시스템.
  122. 제120항에 있어서,
    상기 처리기는 상기 다지수 광학 요소에 의해 상기 이미지에 야기된 이미징 효과(영향)를 제거하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이미징 시스템.
  123. 제120항에 있어서,
    상기 출력은 상기 이미지 보다 더 선명한 출력 이미지인 것을 특징으로 하는 이미징 시스템.
  124. 다지수 광학 요소 제조방법으로서,
    (i)복수의 체적측정 영역들의 각 영역이 정해진 굴절률을 갖고, (ii)상기 체적측정 영역들 중의 적어도 두 개가 서로 다른 굴절률을 가지며, (iii)상기 복수의 체적측정 영역들이 그것을 통해 전달된 전자기 에너지의 위상을 미리 정해진 대로 변경하도록, 상기 복수의 체적측정 영역들을 단일체 재료 내에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다지수 광학 요소 제조방법.
  125. 제124항에 있어서,
    상기 복수의 체적측정 영역들을 형성하는 단계는,
    a) 막대들 중의 적어도 두 개가 서로 다른 굴절률을 갖는, 한 다발의 막대 재료를 조립하는 단계;
    b) 재료들 중의 적어도 두 개가 서로 다른 굴절률을 갖는, 복수의 재료들을 적층하는 단계; 및
    c) 전자기 에너지원으로 상기 단일체 재료 부분을 선택적으로 조사(照射)하여 그렇게 조사된 상기 단일체 재료 부분의 굴절률을 변화시키는 단계; 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다지수 광학 요소 제조방법.
  126. 제124항에 있어서,
    상기 복수의 체적측정 영역들을 형성하는 단계는 그것(복수의 체적측정 영역들)을 통해 전달된 전자기 에너지를 미리 정해진 위치에 모으도록 상기 복수의 체적측정 영역들을 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다지수 광학 요소 제조방법.
  127. 제124항에 있어서,
    상기 단일체 재료를 복수의 다지수 광학 요소로 분할하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다지수 광학 요소 제조방법.
  128. 물체의 이미지 형성방법으로서,
    각 체적측정 영역이 정해진 굴절률을 갖고, 체적측정 영역들 중의 적어도 두 개는 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 체적측정 영역을 갖는 단일체 재료를 통하여 전자기 에너지를 전달함으로써 물체로부터의 전자기 에너지의 위상을 미리 정해진 대로 변경하는 단계;
    상기 전자기 에너지를 전자 데이터로 변환하는 단계; 및
    상기 전자 데이터를 처리하여 상기 이미지를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 이미지 형성방법.
  129. 제128항에 있어서,
    상기 미리 정해진 대로 변경하는 단계는 상기 전자기 에너지를 미리 정해진 위치에 모으는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 이미지 형성방법.
  130. 제128항에 있어서,
    상기 전자 데이터를 처리하는 단계는 미리 정해진 대로 위상을 변경함으로써 상기 전자기 에너지 내에 야기된 이미징 효과(영향)를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 이미지 형성방법.
  131. 배열 이미징 시스템으로서,
    공통 베이스 상에 형성된 검출기 어레이;
    복수의 광학 요소 어레이; 및
    상기 복수의 광학 요소 어레이를 분리하는 복수의 산적(散積) 재료 층을 포함하며,
    상기 복수의 광학 요소 어레이와 상기 복수의 산적 재료 층은 협력하여 하나의 광학계 어레이를 형성하고, 상기 각 광학계는 상기 배열 이미징 시스템들 중의 하나의 이미징 시스템을 형성하도록 상기 검출기 어레이의 검출기들 중의 적어도 하나와 광학적으로 연결되고,
    상기 복수의 산적 재료 층의 각 재료 층은 인접한 광학 요소 어레이들 사이에서 X, Y 및 Z축 중의 적어도 하나에 따라 하나의 거리를 한정하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  132. 제131항에 있어서,
    상기 광학 요소 어레이 중의 적어도 하나는 주광선 각도 보정을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  133. 제131항에 있어서,
    상기 복수의 광학 요소 어레이 및 상기 복수의 산적 재료 층은 유사한 열팽창, 강도(stiffness) 및 경도(hardness) 계수를 갖지만 다른 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  134. 제131항에 있어서,
    상기 복수의 광학 요소 어레이 및 상기 복수의 산적 재료 층은 중요한 파장 영역에 걸쳐 반투명한 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  135. 제134항에 있어서,
    상기 복수의 광학 요소 어레이 및 상기 복수의 산적 재료 층 중의 적어도 하 나는 상기 중요한 파장 영역 외부의 파장에 대해서는 흡수성인 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  136. 제131항에 있어서,
    파장 선택 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  137. 제131항에 있어서,
    상기 복수의 광학 요소 어레이 중의 적어도 하나는 상기 검출기 어레이 상에 직접 형성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  138. 제131항에 있어서,
    상기 복수의 광학 요소 어레이 중의 적어도 하나는 상기 복수의 산적 재료 층 중의 하나와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  139. 제131항에 있어서,
    상기 복수의 광학 요소 어레이의 각 어레이는 굴절 요소, 회절 요소, 홀로그래픽 요소 및 박막 필터 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  140. 제139항에 있어서,
    상기 박막 필터는 서로 다른 굴절률을 갖는 재료들의 교번층을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  141. 제140항에 있어서,
    상기 박막 필터는 고굴절률(nhi = 2.2)을 갖는 고지수 재료와 저굴절률(nlo = 1.48)을 갖는 저지수 재료의 교번층을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  142. 제141항에 있어서,
    상기 이미징 시스템 중의 적어도 하나는 검출기 차단 주파수까지 충분히 확장된 0.2 보다 더 큰 MTF를 나타내는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  143. 제140항에 있어서,
    상기 박막 필터는 고굴절률(nhi = 1.7)을 갖는 고지수 재료와 저굴절률(nlo = 1.48)을 갖는 저지수 재료의 교번층을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  144. 제143항에 있어서,
    상기 이미징 시스템 중의 적어도 하나는 검출기 차단 주파수까지 충분히 확 장된 0.1 보다 더 큰 MTF를 나타내는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  145. 제131항에 있어서,
    상기 공통 베이스는 실리콘 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  146. 제131항에 있어서,
    상기 복수의 광학 요소 어레이 및 상기 복수의 산적 재료 층 중의 적어도 하나는 중합체(polymer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  147. 광학 요소용 템플릿 어레이 제조방법으로서,
    느린 공구 서보 접근, 빠른 공구 서보 접근, 다축 밀링 접근 및 다축 그라인딩 접근 중의 적어도 하나를 이용하여 상기 템플릿 어레이를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 요소용 템플릿 어레이 제조방법.
  148. 그것에 관하여 규정된 광학 요소용 템플릿 어레이를 포함하는 제작 마스터의 제조방법으로서,
    상기 템플릿 어레이를 직접 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  149. 제148항에 있어서,
    상기 직접 제작하는 단계는 기계 가공(machining), 밀링(milling), 그라인딩(grinding), 다이아몬드 터닝(diamond turning), 랩핑(lapping), 폴리싱 (polishing), 플라이컷팅(flycutting) 및 상기 복수의 광학 요소들 중의 하나의 형태를 갖는 특수화된 공구의 사용 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  150. 제148항에 있어서,
    상기 직접 제작하는 단계는 상기 템플릿을 이용하여 순차적으로 형성된 광학 요소들이 적어도 일차원 내에서의 초미세한(sub-micron) 정밀도를 나타내도록 상기 각 템플릿을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  151. 광학 요소 어레이 제조방법으로서,
    느린 공구 서보 접근, 빠른 공구 서보 접근, 다축 밀링 접근 및 다축 그라인딩 접근 중에서 선택된 적어도 하나를 이용하여 상기 광학 요소 어레이를 직접 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 요소 어레이 제조방법.
  152. 광학 요소 어레이 제조방법으로서,
    직접 조립에 의해 상기 광학 요소 어레이를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 요소 어레이 제조방법.
  153. 복수의 광학 요소의 형성에 사용되는 제작 마스터의 제조방법으로서,
    상기 복수의 광학 요소를 형성하기 위한 특징들을 포함하는 제1 표면을 결정하는 단계;
    (a) 상기 제1 표면과 (b)상기 제작 마스터의 재료 특성에 관한 함수에 따라 제2 표면을 결정하는 단계; 및
    상기 제작 마스터로 상기 제1 표면을 형성하기 위하여 상기 제2 표면에 기초하여 제작 루틴을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  154. 제153항에 있어서,
    상기 특징들 중의 적어도 하나는 예리한 코너 특징 및 곡면 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  155. 제154항에 있어서,
    상기 특징들 중의 적어도 하나는 직사각형, 정사각형, 원, 타원, 다각형 및 삼각형 중의 하나인 광학 요소 조리개를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  156. 제153항에 있어서,
    상기 제작 루틴을 수행하는 단계는 상기 제작 루틴의 특성 함수에 따라 공구 궤적을 최적화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  157. 제156항에 있어서,
    상기 공구 궤적을 최적화하는 단계는 절삭 속도를 맞추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  158. 제153항에 있어서,
    상기 제2 표면을 결정하는 단계는 가상 데이터 평면을 특정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  159. 제158항에 있어서,
    상기 가상 데이터 평면은 상기 제작 루틴에 사용되는 공구가 상기 제작 루틴의 적어도 일 부분 동안에 상기 제작 마스터와 접촉하지 않도록 특정화되는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  160. 제158항에 있어서,
    상기 가상 데이터 평면은 상기 제작 루틴에 사용되는 공구가 상기 제작 루틴동안에 상기 제작 마스터와 일정한 접촉상태에 있도록 특정화되는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  161. 제153항에 있어서,
    상기 제작 루틴을 수행하는 단계는,
    상기 제작 마스터로 상기 제2 표면을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 표면을 형성하기 위하여 상기 제2 표면을 대면시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  162. 제153항에 있어서,
    상기 제작 루틴을 수행하는 단계는,
    상기 제2 표면을 상기 제작 마스터 상에 형성하는 단계; 및
    상기 제1 표면을 형성하기 위하여 상기 제2 표면을 에칭(etching)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  163. 제153항에 있어서,
    상기 제작 루틴을 수행하는 단계는,
    제1 공구를 사용하여 상기 제2 표면을 형성하는 단계; 및
    제2 공구를 사용하여 상기 제2 표면으로부터 상기 제1 표면을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  164. 복수의 광학 요소를 형성하는데 사용하기 위한 제작 마스터의 제조방법으로서,
    복수의 제1 표면 특징을 제1 공구를 사용하여 상기 제작 마스터 상에 형성하는 단계; 및
    복수의 제2 표면 특징을 제2 공구를 사용하여 상기 제작 마스터 상에 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 표면 특징은 상기 제1 표면 특징과 다르고, 상기 제1 및 제2 표면 특징의 조합은 복수의 광학 요소를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  165. 복수의 광학 요소를 형성하는데 사용하기 위한 제작 마스터의 제조방법으로서,
    각 제1 특징이 상기 복수의 광학 요소들 중의 하나를 형성하는 제2 특징과 비슷한 복수의 제1 특징을 상기 제작 마스터 상에 형성하는 단계; 및
    상기 제2 특징을 형성하기 위하여 상기 복수의 제1 특징을 매끄럽게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  166. 제165항에 있어서,
    상기 매끄럽게 하는 단계는 습식 에칭과 건식 에칭 중의 적어도 하나를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  167. 제165항에 있어서,
    상기 복수의 제1 특징을 형성하는 단계는 공구 표시와 결함 중의 적어도 하나로 귀착하고, 상기 매끄럽게 하는 단계는 상기 공구 표시와 결함 중의 적어도 하나를 수정하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  168. 복수의 광학 요소를 형성하는데 사용하기 위한 제작 마스터의 제조방법으로서,
    상기 복수의 광학 요소가 적어도 두 개의 다른 형태의 광학 요소를 포함하도록 한정하는 단계; 및
    상기 복수의 광학 요소를 형성하기 위해 구성된 특징들을 상기 제작 마스터의 표면 상에 직접 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  169. 광학 요소들을 형성하기 위한 복수의 특징을 포함하는 제작 마스터를 광학 요소와 함께 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 복수의 특징이 비구면 표면을 갖는 적어도 하나의 형태의 광학 요소를 포함하도록 한정하는 단계; 및
    상기 특징들을 상기 제작 마스터의 표면 상에 직접 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  170. 광학 요소들을 형성하기 위한 복수의 특징을 포함하는 제작 마스터를 광학 요소와 함께 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 특징들의 제1 부분을 상기 제작 마스터의 표면 상에 형성하기 위한 제1 제작 루틴을 규정하는 단계;
    상기 제1 제작 루틴을 이용하여 상기 특징들 중의 적어도 하나를 상기 표면상에 직접 제작하는 단계;
    상기 특징들 중의 적어도 하나의 표면 특성을 측정하는 단계;
    상기 특징들의 제2 부분을 상기 제작 마스터의 표면 상에 형성하기 위한 제2 제작 루틴을 규정하는 단계; 및
    상기 제2 제작 루틴을 이용하여 상기 특징들 중의 적어도 하나를 상기 표면상에 직접 제작하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 제작 루틴은 상기 측정된 표면 특성에 따라 적어도 하나의 양상 (aspect)으로 조정된 상기 제1 제작 루틴을 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  171. 복수의 광학 요소를 형성하기 위한 제작 마스터를 광학 요소와 함께 제조하기 위한 기계장치로서, 상기 기계장치는 상기 제작 마스터를 지지하기 위한 축(spindle) 및 상기 복수의 광학 요소를 상기 제작 마스터의 표면 상에 형성하기 위한 특징들을 제작하는 기계 공구를 지지하기 위한 공구 홀더를 포함하고,
    상기 표면의 특성을 측정하기 위해 상기 축 및 상기 공구 홀더와 협력하도록 구성된 계측(metrology) 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터 제조용 기계장치.
  172. 제171항에 있어서,
    상기 특성은 X, Y 및 Z 지점들 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터 제조용 기계장치.
  173. 제172항에 있어서,
    상기 계측(metrology) 시스템은,
    전자기 에너지를 발생하기 위한 소스(source);
    상기 전자기 에너지를 보내기 위한 광학계; 및
    검출기 장치를 포함하며,
    상기 전자기 에너지의 적어도 일 부분은 상기 제작 마스터의 표면으로부터 분산되어 전자기 에너지의 수신 부분으로서 상기 검출기 장치에 의해 수신되고, 상기 검출기 장치는 상기 전자기 에너지의 수신 부분에 따라 상기 표면의 특성의 측정을 산출(産出)하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터 제조용 기계장치.
  174. 제173항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 전자기 에너지를 기준 빔과 전송 빔으로 분리하기 위한 빔 스플리터(beam splitter)를 포함하고,
    상기 광학계는 상기 기준 빔이 상기 표면과 접촉함없이 상기 기준 빔을 상기 검출기 장치로 보내도록 구성되고,
    상기 광학계는 상기 전송 빔을 상기 표면으로 보내도록 구성되며,
    상기 검출기 장치는 상기 기준 빔과 상기 전자기 에너지의 수신 부분을 비교하여 측정을 산출하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터 제조용 기계장치.
  175. 제172항에 있어서,
    상기 계측 시스템은 상기 공구 홀더로 설비되는 것을 특징으로 하는 제작 마스터 제조용 기계장치.
  176. 복수의 광학 요소를 형성하기 위한 제작 마스터를 광학 요소와 함께 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 복수의 광학 요소를 형성하기 위한 특징들을 상기 제작 마스터의 표면 상에 직접 제작하는 단계; 및
    적어도 하나의 정렬 특징을 상기 표면 상에 직접 제작하는 단계를 포함하며,
    상기 정렬 특징은 개별 물체에 대해 상응하는 정렬 특징과 협력하여 상기 표면과 상기 개별 물체 사이의 이격 거리를 규정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  177. 제176항에 있어서,
    상기 개별 물체에 대하여 상기 제작 마스터의 정렬을 규정하기 위한 적어도 하나의 기준으로 상기 표면 상에 직접 제작하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  178. 제176항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 정렬 특징을 직접 제작하는 단계는 운동학적인 탑재 특징과 볼록 링 특징 중의 적어도 하나를 상기 제작 마스터 상에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  179. 제178항에 있어서,
    상기 개별 물체에 대해 상응하는 정렬 특징을 직접 제작하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  180. 제176항에 있어서,
    상기 정렬 특징을 직접 제작하는 단계는 볼록 링 특징을 상기 제작 마스터 상에 형성하는 단계를 포함하고, 상기 상응하는 정렬 특징을 직접 제작하는 단계는 "V" 홈(groove)을 상기 개별 물체 상에 형성하는 단계를 포함하며, 상기 "V" 홈은 상기 볼록 링 특징을 그 내부에 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  181. 광학 요소 어레이를 형성하기 위한 제작 마스터를 광학 요소 어레이와 함께 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 광학 요소 어레이를 형성하기 위한 특징들을 기판의 표면 상에 직접 제작하는 단계; 및
    적어도 하나의 정렬 특징을 상기 표면 상에 직접 제작하는 단계를 포함하며,
    상기 정렬 특징은 개별 물체에 대해 상응하는 정렬 특징과 협력하여 상기 표면과 상기 개별 물체 사이에서 병진(竝進), 회전 및 분리 중의 적어도 하나를 표시하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제작 마스터의 제조방법.
  182. 다축 공작 기계(multi-axis machine tool)를 이용하여 광학 요소 어레이용 제작 마스터를 형성하기 위한 기판을 개조하기 위한 방법으로서,
    상기 기판을 기판 홀더에 장착하는 단계;
    예비 기계 동작을 상기 기판 상에서 수행하는 단계;
    상기 기판의 표면 상에 상기 광학 요소 어레이를 형성하기 위한 특징들을 직접 제작하는 단계; 및
    상기 기판의 표면 상에 적어도 하나의 정렬 특징을 직접 제작하는 단계를 포함하며,
    상기 기판은 상기 수행 및 직접 제작하는 단계 동안에 상기 기판 홀더에 장착된 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 기판 개조방법.
  183. 제182항에 있어서,
    상기 기판을 상기 기판 홀더 상에 장착하기에 앞서 상기 기판 홀더에 관한 예비 기계 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 개조방법.
  184. 제182항에 있어서,
    상기 광학 요소 어레이를 형성하기 위한 특징들을 직접 제작하기 위한 하나 이상의 공구를 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 개조방법.
  185. 제182항에 있어서,
    상기 광학 요소 어레이를 형성하기 위한 특징들을 직접 제작하는 단계는 상기 공작 기계의 B-축 작동을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 개조방법.
  186. 적층 광학 요소 어레이 제조방법으로서,
    제1 제작 마스터를 이용하여 공통 베이스 상에 제1 광학 요소층을 형성하는 단계; 및
    제2 제작 마스터를 이용하여 상기 공통 베이스 상에 상기 적층 광학 요소 어레이를 형성하기 위하여 상기 제1 광학 요소층에 인접한 제2 광학 요소층을 형성하 는 단계를 포함하며,
    상기 제1 제작 마스터는 그 위에 형성된 상기 제1 광학 요소층의 네거티브 (negative)를 포함하는 제1 마스터 기판을 갖고,
    상기 제2 제작 마스터는 그 위에 형성된 상기 제2 광학 요소층의 네거티브를 포함하는 제2 마스터 기판을 갖는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소 어레이 제조방법.
  187. 제186항에 있어서,
    상기 제1 광학 요소층을 형성하는 단계는 제1 마운팅 시스템의 이용을 통해 상기 공통 베이스에 대하여 미리 정해진 장소에 상기 제1 제작 마스터를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소 어레이 제조방법.
  188. 제186항에 있어서,
    상기 제2 광학 요소층을 형성하는 단계는 제2 마운팅 시스템의 이용을 통해 상기 공통 베이스 및 상기 제1 광학 요소층에 대하여 미리 정해진 장소에 상기 제2 제작 마스터를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소 어레이 제조방법.
  189. 제186항에 있어서,
    상기 제1 광학 요소층을 형성하는 단계는,
    성형가능한 재료를 상기 제1 제작 마스터와 상기 공통 베이스 중의 적어도 하나 위에 침전시키는 단계;
    상기 공통 베이스, 상기 성형가능한 재료 및 상기 제1 제작 마스터를 맞물리게 하는 단계;
    상기 성형가능한 재료를 경화시키는 단계; 및
    상기 공통 베이스, 상기 경화된 성형가능한 재료 및 상기 제1 제작 마스터를 풀어서 상기 제1 광학 요소층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소 어레이 제조방법.
  190. 제작 마스터로서,
    성형가능한 재료를 복수의 광학 요소를 규정하는 미리 정해진 형상으로 성형하기 위한 장치; 및
    상기 성형 장치가 2파장 이하의 오차를 갖는 반복가능성 및 정밀도로 상기 공통 베이스와 정렬될 수 있도록, 상기 제작 마스터가 공통 베이스와 조합하여 사용될 때 공통 베이스에 대하여 미리 결정된 방향으로 상기 성형 장치를 정렬하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터.
  191. 제190항에 있어서,
    상기 성형 장치는 8인치 직경의 공통 베이스의 표면 상에 적어도 천개의 광학 요소를 나타내는 웨이퍼 규모의 밀도로 광학 요소의 제작을 위해 마련되는 것을 특징으로 하는 제작 마스터.
  192. 제190항에 있어서,
    상기 성형 장치는 비구면 광학 요소를 성형하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제작 마스터.
  193. 제190항에 있어서,
    상기 성형가능한 재료에 대한 구조적인 원조를 제공하도록 구성되고 정렬되는 원조 삽입물을 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터.
  194. 제193항에 있어서,
    상기 성형가능한 재료는 상기 성형 장치의 소산 카피(daughter copy)로 형성된 상기 복수의 광학 요소의 역 카피(inverse copy)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터.
  195. 제190항에 있어서,
    상기 공통 베이스는 상기 성형 장치와 상기 공통 베이스를 정렬 상태로 유지시키도록 각각 구성된 척(chucks)의 사용을 통해 상기 정렬 장치와 상호작용하도록 구성되는
    것을 특징으로 하는 제작 마스터.
  196. 제190항에 있어서,
    상기 정렬 장치는 눈금 표시(indexing mark), 부척(vernier) 및 기준점 (fiducial) 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작 마스터.
  197. 제190항에 있어서,
    상기 성형 장치는 적어도 하나의 광학 요소에 반파장 특징을 부여하기 위한 장치를 포함하고, 상기 반파장 특징은 상기 적어도 하나의 광학 요소 상에 반사방지 구조를 부여하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제작 마스터.
  198. 제190항에 있어서,
    상기 성형 장치는 상기 광학 요소를 만들기 위해 사용되는 상기 성형가능한 재료의 미리 결정된 수축량을 보상하는 크기로 구성되는 것을 특징으로 하는 제작 마스터.
  199. 제190항에 있어서,
    상기 성형 장치는, 상기 성형가능한 재료가 경화 반응에 노출될 때 상기 성형가능한 재료를 경화시키기 위한 반응을 시작하기 위한 전자기 에너지의 선택된 대역의 통과를 허용하는 광학적으로 전달가능한 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 제작 마스터.
  200. 배열 이미징 시스템으로서,
    제1면 및 제1면으로부터 멀리 떨어진 제2면을 갖는 공통 베이스;
    상기 공통 베이스의 상기 제1면 상에 일직선으로 구성되고 배치된 복수의 제1 광학 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  201. 제200항에 있어서,
    상기 공통 베이스의 상기 제2면 상에 구성되고 배치된 복수의 제2 광학 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  202. 제200항에 있어서,
    상기 공통 베이스의 상기 제1면 상에 부착되는 제1 표면을 갖는 스페이서를 더 포함하며,
    상기 스페이서는 상기 제1 표면으로부터 떨어져 있는 제2 표면을 제공하고 상기 복수의 제1 광학 요소와 일직선으로 배치된 복수의 홀(hole)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  203. 제202항에 있어서,
    상기 복수의 제1 광학 요소와 일직선으로 정렬된 각각의 간격(gap)을 한정하기 위하여 상기 스페이서의 상기 제2 표면에 부착되는 제2 공통 베이스를 더 포함 하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  204. 배열 이미징 시스템으로서,
    제1 공통 베이스;
    복수의 제1 광학 요소;
    상기 제1 공통 베이스에 부착되는 제1 표면을 갖고, 상기 제1 표면으로부터 떨어져 있는 제2 표면을 제공하며, 그 홀을 통해 상기 복수의 제1 광학 요소와 일직선으로 배치된, 그리고 그 홀을 통해 전자기 에너지를 전달하기 위한 복수의 홀을 형성하는 스페이서;
    상기 복수의 제1 광학 요소와 일직선으로 정렬된 각각의 간격(gap)을 한정하기 위하여 상기 제2 표면에 부착되는 제2 공통 베이스;
    상기 적어도 하나의 간격에 위치되는 이동가능한 광학계; 및
    상기 이동가능한 광학계를 이동시키기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  205. 공통 베이스 상에 적층된 광학 요소 어레이를 제조하기 위한 방법으로서,
    (a) 상기 적층된 광학 요소 어레이를 놓기 위한 상기 공통 베이스를 준비하는 단계;
    (b) 제1 제작 마스터와 상기 공통 베이스 사이에 적어도 2파장의 정밀 정렬이 존재하도록 상기 공통 베이스와 상기 제1 제작 마스터를 설치하는 단계;
    (c) 제1 성형가능한 재료를 상기 제1 제작 마스터와 상기 공통 베이스 사이에 두는 단계;
    (d) 상기 제1 제작 마스터와 상기 공통 베이스를 정렬하여 맞물리게 함으로써 상기 제1 성형가능한 재료를 모양짓는 단계;
    (e) 상기 제1 성형가능한 재료를 경화시켜 상기 공통 베이스 상에 제1 광학 요소층을 형성하는 단계;
    (f) 상기 제1 제작 마스터를 제2 제작 마스터와 교체하는 단계;
    (g) 제2 성형가능한 재료를 상기 제2 제작 마스터와 상기 제1 광학 요소층 사이에 두는 단계;
    (h) 상기 제2 제작 마스터와 상기 공통 베이스를 정렬하여 맞물리게 함으로써 상기 제2 성형가능한 재료를 모양짓는 단계; 및
    (i) 상기 제2 성형가능한 재료를 경화시켜 상기 공통 베이스 상에 제2 광학 요소층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소 어레이 제조방법.
  206. 제205항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광학 요소층 중의 적어도 하나 위에 반사방지 코팅을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소 어레이 제조방법.
  207. 제205항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소 어레이가 적어도 3개의 광학 요소층을 포함하도록 (f)∼(i)를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소 어레이 제조방법.
  208. 일련의 프로세스에 의해 형성되는 검출기 픽셀을 제조하는 방법으로서,
    상기 일련의 프로세스 중의 적어도 하나를 이용하여 적어도 하나의 광학 요소를 상기 검출기 픽셀 내에 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 광학 요소는 하나의 파장 범위를 넘어 전자기 에너지에 영향을 미치도록 구성되는 것을 특징으로 하는 검출기 픽셀 제조방법.
  209. 제208항에 있어서,
    상기 광학 요소가 가시(visible) 파장 범위를 넘어 전자기 에너지에 영향을 미치도록 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기 픽셀 제조방법.
  210. 제208항에 있어서,
    상기 검출기 픽셀은 주어진 파장 범위를 넘어 전자기 에너지를 수신하도록 구성되고, 상기 광학 요소가 주어진 파장 범위를 넘어 전자기 에너지에 영향을 미치도록 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기 픽셀 제조방법.
  211. 제208항에 있어서,
    상기 검출기 픽셀은 광감성 영역을 포함하고, 상기 광학 요소를 형성하는 단계는 상기 광학 요소가 상기 파장 범위를 넘어 전자기 에너지의 일부를 상기 대응하는 검출기 픽셀의 상기 광감성 영역 위에 보내도록 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기 픽셀 제조방법.
  212. 제211항에 있어서,
    상기 광학 요소가 주광선 각도 범위에 걸쳐 상기 전자기 에너지의 일부를 상기 감광성 영역 위에 보내도록 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기 픽셀 제조방법.
  213. 제208항에 있어서,
    상기 광학 요소를 형성하는 단계는 상기 광학 요소가 상기 파장 범위 밖의 전자기 에너지를 차단하면서 상기 파장 범위의 전자기 에너지를 전달하도록 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기 픽셀 제조방법.
  214. 제208항에 있어서,
    상기 광학 요소가 분극화 상태의 범위에 걸쳐 전자기 에너지에 영향을 미치도록 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기 픽셀 제조방법.
  215. 제208항에 있어서,
    상기 일련의 프로세스는 리소그라피(lithography), 레이저 제거(ablation), 스탬핑(stamping), 후면 그라인딩, 분자 패턴 전송 및 블랭킷(blanket) 침전 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기 픽셀 제조방법.
  216. 제208항에 있어서,
    상기 광학 요소를 형성하는 단계는 상기 검출기 픽셀을 형성하기 위하여 또한 사용된 재료들로 상기 광학 요소를 제작하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기 픽셀 제조방법.
  217. 제216항에 있어서,
    상기 광학 요소를 형성하는 단계는 보완적인 산화금속 반도체 재료로 상기 광학 요소를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기 픽셀 제조방법.
  218. 제217항에 있어서,
    상기 광학 요소를 형성하는 단계는 PESiN(plasma enhanced silicon nitride)및 PEOX(plasma enhanced oxide) 중에서 선택된 적어도 하나로 상기 광학 요소를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기 픽셀 제조방법.
  219. 제217항에 있어서,
    상기 광학 요소를 형성하는 단계는 복수의 반파장 구조를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기 픽셀 제조방법.
  220. 제219항에 있어서,
    상기 복수의 반파장 구조를 생성하는 단계는 상기 파장 범위의 적어도 일부보다 더 작은 구조를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기 픽셀 제조방법.
  221. 제208항에 있어서,
    상기 검출기 픽셀이 그것의 후면으로부터 전자기 에너지를 수신하도록 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기 픽셀 제조방법.
  222. 복수의 검출기 픽셀을 포함하는 검출기; 및
    상기 복수의 검출기 픽셀 중의 적어도 하나와 일체로 형성되는 광학 요소를 포함하며,
    상기 광학 요소는 하나의 파장 범위를 넘어 전자기 에너지에 영향을 미치도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  223. 제222항에 있어서,
    상기 복수의 검출기 픽셀 중의 적어도 하나는 상기 파장 범위를 넘어 전자기 에너지를 수신하도록 구성되고, 상기 광학 요소는 상기 파장 범위를 넘어 상기 전자기 에너지에 영향을 미치도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  224. 제222항에 있어서,
    상기 파장 범위는 가시(visible) 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  225. 제222항에 있어서,
    상기 광학 요소는 굴절 요소, 박막 필터, 공진 공동(resonant cavity), 전자기 에너지 봉쇄 공동(containment cavity) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  226. 제222항에 있어서,
    상기 광학 요소는 릴레이 서브시스템(relay subsystem)을 형성하는 복수의 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  227. 제226항에 있어서,
    상기 광학 요소는 파장 선택성 필터 사슬을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  228. 제227항에 있어서,
    상기 파장 선택성 필터 사슬은 대역통과 필터를 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  229. 제227항에 있어서,
    상기 파장 선택성 필터 사슬은 픽셀 색상을 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  230. 제222항에 있어서,
    상기 각 검출기 픽셀은 광감성 영역을 포함하고, 상기 광학 요소는 전자기 에너지를 상기 검출기 픽셀들 중의 하나의 광감성 영역쪽으로 다시 보내기 위한 도파로(waveguide)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  231. 제230항에 있어서,
    상기 도파로는 저지수(low index) 재료 내부에 에워싸인 고지수(high index) 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  232. 제230항에 있어서,
    상기 도파로는 세로(longitudinal) 축을 포함하고, 상기 도파로는 상기 세로 축과 직각을 이루는, 방사상으로 변하는 굴절률 윤곽(profile)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  233. 제222항에 있어서,
    상기 광학 요소는 메타머티리얼(metamaterial)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  234. 제233항에 있어서,
    상기 전자기 에너지 검출 시스템은 상기 파장 범위를 포함하는 전자기 에너지를 받아들이고, 상기 메타머티리얼은 상기 파장 범위 내의 파장들 중의 적어도 하나 보다 더 작은 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  235. 제222항에 있어서,
    상기 광학 요소는 보완적인 금속-산화물-금속 반도체(metal-oxide-metal semiconductor) 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  236. 제235항에 있어서,
    상기 광학 요소는 PESiN(plasma enhanced silicon nitride) 및 PEOX(plasma enhanced oxide) 중에서 선택된 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 기 에너지 검출 시스템.
  237. 제236항에 있어서,
    상기 광학 요소는 PESiN과 PEOX의 조합층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  238. 제237항에 있어서,
    상기 광학 요소는 PESiN과 PEOX의 교번층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  239. 제237항에 있어서,
    상기 광학 요소는 PESiN과 PEOX의 상호 배치(interleaved) 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  240. 제222항에 있어서,
    상기 광학 요소는 SiC(silicon carbide), TEOS(tetraethyl orthosilicate), PSG(phosphosilicate glass), FSG(fluorine doped silicate glass) 및 BLACK DIAMOND®(BD) 중에서 선택된 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  241. 제222항에 있어서,
    상기 검출기 픽셀 중의 적어도 하나는 그것의 후면으로부터 전자기 에너지를 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  242. 제241항에 있어서,
    상기 광학 요소는 상기 후면과 그것의 광감성 영역 사이에 상기 검출기 픽셀과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  243. 제242항에 있어서,
    상기 광학 요소는 전자기 에너지를 상기 감광성 영역쪽으로 보내기 위한 도파로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  244. 제241항에 있어서,
    상기 광학 요소는 감광성 영역과 상기 검출기 픽셀의 전면(front side) 사이에 상기 검출기 픽셀과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  245. 그위에 입사되는 파장 범위를 넘어 전자기 에너지를 검출하기 위한 전자기 에너지 검출 시스템으로서,
    각 검출기 픽셀이 적어도 하나의 감광성 영역을 포함하는 복수의 검출기 픽 셀을 포함하는 검출기; 및
    상기 복수의 검출기 픽셀 중의 적어도 하나와 일체로 형성되는 광학계를 포함하며,
    상기 광학계는 상기 적어도 하나의 검출기 픽셀의 상기 감광성 영역 위에 상기 파장 범위를 넘어 전자기 에너지를 선택적으로 다시 보내도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  246. 제245항에 있어서,
    상기 광학계는 분극화 상태 범위들 중의 하나를 갖는 전자기 에너지를 다시 보내는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  247. 제245항에 있어서,
    상기 광학계는 하나의 광축을 포함하고, 상기 복수의 검출기 픽셀의 각각은 픽셀 기준(normal)을 포함하며, 상기 적어도 하나의 광학계의 상기 광축은 그것의 상응하는 검출기 픽셀의 상기 픽셀 기준과 비동일선상인(non-collinear) 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  248. 제245항에 있어서,
    상기 복수의 검출기 픽셀의 각각은 픽셀 감도에 의해 특징지워지고, 상기 광학계는 광학계를 갖지 않는 픽셀의 픽셀 감도와 비교하여 그것(광학계)의 상응하는 검출기 픽셀의 픽셀 감도를 증대시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  249. 제245항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 파장 범위의 일 부분의 외부의 전자기 에너지를 차단하면서 상기 파장 범위의 일 부분의 전자기 에너지를 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  250. 제245항에 있어서,
    상기 복수의 검출기 픽셀 및 상기 복수의 검출기 픽셀의 각각에 대하여 상기 파장 범위의 일 부분을 선택하도록, 상기 복수의 검출기 픽셀의 각각에 대해 주문제작되는 복수의 파장 선택성 층에 걸쳐 형성되는 복수의 공통층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  251. 제250항에 있어서,
    상기 복수의 공통층은 전면적인 침전(blanket deposition)에 의해 형성되는것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  252. 제245항에 있어서,
    상기 광학계는 SiC(silicon carbide), TEOS(tetraethyl orthosilicate), PSG(phosphosilicate glass), FSG(fluorine doped silicate glass) 및 BLACK DIAMOND®(BD) 중에서 선택된 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  253. 제245항에 있어서,
    상기 검출기는 패시베이션(passivation)층, 평탄화층, 및 덮개판 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  254. 제245항에 있어서,
    상기 검출기 픽셀들 중의 적어도 하나는 그것의 후면으로부터 전자기 에너지를 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  255. 제254항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 검출기 픽셀의 상기 후면과 상기 감광성 영역 사이의 상기 검출기 픽셀 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  256. 제254항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 감광성 영역과 상기 검출기 픽셀의 전면 사이의 상기 검출기 픽셀 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  257. 전자기 에너지 검출기로서,
    상기 검출기와 일체로 형성되고, 파장 범위를 넘어 그위에 입사되는 전자기 에너지를 재분배하기 위한 복수의 반파장 특징을 포함하는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  258. 제257항에 있어서,
    상기 검출기는 적어도 하나의 검출기 픽셀을 포함하고, 상기 구조는 상기 파장 범위의 적어도 일 부분에 걸친 전자기 에너지를 상기 검출기 픽셀 내의 적어도 하나의 특정 장소 쪽으로 선택적으로 보내는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  259. 제258항에 있어서,
    상기 반파장 특징은 분극화 상태 범위에 걸친 전자기 에너지를 상기 하나의 특정 장소 쪽으로 보내는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  260. 제258항에 있어서,
    상기 검출기 픽셀은 감광성 영역을 포함하고, 상기 구조는 상기 전자기 에너지의 상기 파장 범위의 부분을 상기 검출기 픽셀의 감광성 영역 쪽으로 보내는것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  261. 제258항에 있어서,
    상기 검출기 픽셀은 감광성 영역을 포함하고, 상기 구조는 상기 검출기 픽셀의 상기 감광성 영역으로부터 떨어져 있는 상기 전자기 에너지의 상기 파장 범위의 부분을 분배하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  262. 제257항에 있어서,
    상기 반파장 특징들은 3차원 대칭, 혼합 대칭 및 비대칭 구성 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  263. 제262항에 있어서,
    상기 구성들의 대칭은 재료, 위치, 특징 크기, 방향 및 굴절률 중에서 선택된 적어도 하나에 의하여 규정되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  264. 제262항에 있어서,
    상기 반파장 특징들은 주광선 각도 보정을 위해 혼합 대칭 구성으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  265. 제257항에 있어서,
    상기 구조는 보완적인 산화금속 반도체 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  266. 제265항에 있어서,
    상기 구조는 검출기로부터 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  267. 제257항에 있어서,
    상기 검출기는 그것의 후면으로부터 전자기 에너지를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 검출기 픽셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  268. 전자기 에너지 검출기로서,
    대역통과 필터링, 가장자리 필터링, 색상 필터링, 고역통과 필터링, 저역통과 필터링, 반사 방지, 노치(notch) 필터링 및 차단(blocking) 필터링 중의 적어도 하나를 제공하기 위하여 검출기와 일체로 형성되는 박막 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  269. 제268항에 있어서,
    상기 박막 필터는 상기 검출기를 형성하는 적어도 두 개의 재료로 형성되는것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  270. 제268항에 있어서,
    상기 박막 필터는 주광선 각도 범위에 걸쳐 전자기 에너지를 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  271. 제268항에 있어서,
    상기 박막 필터는 보완적인 산화금속 반도체 제조와 양립할 수 있는 재료를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  272. 제268항에 있어서,
    이온 이동 및 도우너(donor) 증여 중 적어도 하나를 방지하기 위하여 상기 박막 필터에 인접하여 배치되는 버퍼(buffer) 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  273. 제268항에 있어서,
    상기 박막 필터는 RGB(red-green-blue) 필터, CMY(cyan-magenta-yellow) 필터, 적외선 차단 필터, RGBW(red-green-blue-white) 필터, CMYW(cyan-magenta-yellow-white) 필터, CMYG(cyan-magenta-yellow-green) 필터 및 반사 방지 필터 중의 적어도 하나를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  274. 제268항에 있어서,
    상기 전자기 에너지 검출기는 그것의 후면으로부터 전자기 에너지를 수신하 도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  275. 일련의 프로세스에 의해 전자기 에너지 검출기를 형성하기 위한 방법으로서,
    상기 프로세스 중의 적어도 하나를 이용하여 상기 검출기 내에 박막 필터를 형성하는 단계; 및
    상기 박막 필터가 대역통과 필터링, 가장자리 필터링, 색상 필터링, 고역통과 필터링, 저역통과 필터링, 반사 방지, 노치(notch) 필터링, 차단(blocking) 필터링 및 주광선 각도 보정 중에서 선택된 적어도 하나를 수행하도록 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  276. 제275항에 있어서,
    상기 박막 필터를 형성하는 단계는 리소그라피(lithography), 레이저 제거 (ablation), 스탬핑(stamping), 후면 그라인딩, 분자 패턴 전송, 블랭킷(blanket) 침전, 이온 주입 중에서 선택된 적어도 하나를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  277. 제275항에 있어서,
    상기 박막 필터를 형성하는 단계는 상기 검출기를 형성하기 위해 사용된 재료로 상기 박막 필터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  278. 그 내부에 형성된 감광성 영역을 갖는 적어도 하나의 검출기 픽셀을 포함하는 전자기 에너지 검출기로서,
    그위에 입사되는 전자기 에너지의 적어도 일부를 상기 감광성 영역쪽으로 재분배하기 위하여, 상기 검출기 픽셀의 입사 눈동자(entrance pupil)에 상기 검출기 픽셀과 일체로 형성되는 주광선 각도 보정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  279. 제278항에 있어서,
    상기 주광선 각도 보정기는 상기 검출기를 형성하는 적어도 하나의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  280. 제279항에 있어서,
    상기 검출기는 일련의 프로세스에 의해 형성되고, 상기 주광선 각도 보정기는 상기 프로세스 중의 적어도 하나를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  281. 제280항에 있어서,
    상기 주광선 각도 보정기는 리소그라피에 의해 한정된 공간적으로 변하는 박막층, 반파장 특징을 갖는 공간적으로 변하는 구조, 상기 검출기 픽셀의 입사 눈동 자에 리소그라피적으로 한정된 구조, 공간적으로 변하는 신호 처리와 협력하는 광학 요소 및 깔때기 구조 중에서 선택된 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  282. 제278항에 있어서,
    상기 검출기 픽셀은 그것의 후면으로부터 전자기 에너지를 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  283. 전자기 에너지 검출 시스템으로서,
    복수의 검출기 픽셀; 및
    상기 검출기들 중의 적어도 하나와 일체로 형성되고, 대역통과 필터링, 가장자리 필터링, 색상 필터링, 고역통과 필터링, 저역통과 필터링, 반사 방지, 노치(notch) 필터링, 차단 필터링 및 주광선 각도 보정 중에서 선택된 적어도 하나용으로 구성되는 박막 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  284. 제283항에 있어서,
    상기 박막 필터는 상기 검출기 픽셀을 형성하는 적어도 두 개의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  285. 제283항에 있어서,
    이온 이동 및 도우너 증여 중 적어도 하나를 방지하기 위하여 상기 박막 필터에 인접하여 배치되는 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  286. 제283항에 있어서,
    상기 박막 필터는 RGB(red-green-blue) 필터, CMY(cyan-magenta-yellow) 필터, 적외선 차단 필터, RGBW(red-green-blue-white) 필터, CMYW(cyan-magenta-yellow-white) 필터, CMYG(cyan-magenta-yellow-green) 필터 및 반사 방지 필터 중에서 선택된 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  287. 제283항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 검출기 픽셀은 그것의 후면으로부터 전자기 에너지를 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  288. 전자기 에너지 검출 시스템으로서,
    복수의 검출기 픽셀을 포함하며, 상기 복수의 검출기 픽셀의 각각은 감광성 영역 및 상기 검출기 픽셀의 입사 눈동자(entrance pupil)에 상기 검출기 픽셀과 일체로 형성되는 주광선 각도 보정기를 포함하고, 상기 주광선 각도 보정기는 그위 에 입사되는 전자기 에너지의 적어도 일부를 상기 검출기 픽셀의 감광성 영역쪽으로 보내도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  289. 제288항에 있어서,
    상기 주광선 각도 보정기는 중심을 벗어난 회절 구조, 처어프(chirped) 격자, 변하는 높이 구조, 공간적으로 변하는 유효 반사율을 나타내는 반파장 특징의 수집 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  290. 제288항에 있어서,
    상기 주광선 각도 보정기는 대칭의 중심을 포함하고, 상기 대칭의 중심은 상기 검출기 픽셀의 중심에 대하여 치우쳐 있는(offset) 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  291. 제288항에 있어서,
    상기 주광선 각도 보정기는 리소그라피에 의해 한정된 공간적으로 변하는 박막층, 반파장 특징을 갖는 공간적으로 변하는 구조, 상기 검출기 픽셀의 입사 눈동자에 리소그라피적으로 한정된 구조, 공간적으로 변하는 신호 처리와 협력하는 광학 요소 및 깔때기 구조 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  292. 제288항에 있어서,
    상기 검출기 픽셀 중의 적어도 하나는 그것의 후면으로부터 전자기 에너지를 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출 시스템.
  293. 적어도 제1 및 제2 필터 설계들을 동시에 산출하기 위한 방법으로서, 상기 제1 및 제2 필터 설계들의 각각은 복수의 박막층을 규정하고, 상기 방법은,
    a) 상기 제1 필터 설계에 대한 제1 세트의 필요 조건 및 상기 제2 필터 설계에 대한 제2 세트의 필요 조건을 규정하는 단계;
    b) 상기 제1 필터 설계에 대한 제1 비구속성 설계 및 상기 제2 필터 설계에 대한 제2 비구속성 설계를 산출하기 위하여, 상기 제1 및 제2 세트의 필요 조건들에 따라 상기 제1 및 제2 필터 설계들의 각각에 있어서 상기 박막층들을 특징짓는 적어도 하나의 선택된 파라미터를 최적화하는 단계;
    c) 제1 세트의 짝지워진 층들이 아닌 층들은 짝이 없는 층들인 상기 제1 세트의 짝지워진 층들을 규정하기 위하여, 상기 제1 필터 설계에서의 상기 박막층들 중의 하나를 상기 제2 필터 설계에서의 상기 박막층들 중의 하나와 짝을 지우는 단계;
    d) 상기 제1 세트의 짝지워진 층들로부터 선택된 파라미터를 제1 공통값으로 설정하는 단계; 및
    e) 상기 제1 필터 설계에 대해 제1의 부분적으로 구속된 설계 및 상기 제2 필터 설계에 대해 제2의 부분적으로 구속된 설계를 산출하기 위하여, 상기 제1 및 제2 필터 설계들에서의 상기 짝이 없는 층들 중에서 선택된 파라미터를 다시 최적화하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 및 제2의 부분적으로 구속된 설계들은 상기 제1 및 제2 세트의 필요 조건들의 적어도 일부를 각각 충족시키는 것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  294. 제293항에 있어서,
    f) 제2 세트의 짝지워진 층들을 규정하기 위하여, 상기 제1 필터 설계에서의 상기 짝이 없는 층들 중의 하나를 상기 제2 필터 설계에서의 상기 짝이 없는 층들 중의 하나와 짝을 지우는 단계;
    g) 상기 제2 세트의 짝지워진 층들로부터 선택된 파라미터를 제2 공통값으로 설정하는 단계; 및
    h) 상기 제1 필터 설계에 대해 제1의 한층 더 구속된 설계 및 상기 제2 필터 설계에 대해 제2의 한층 더 구속된 설계를 산출하기 위하여, 상기 제1 및 제2 필터 설계들에서의 남아 있는 상기 짝이 없는 층들 중에서 선택된 파라미터를 다시 최적화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  295. 제294항에 있어서,
    상기 제1 필터 설계에 대해 제1의 충분히 구속된 설계 및 상기 제2 필터 설 계에 대해 제2의 충분히 구속된 설계를 산출하도록, 상기 단계 f), g) 및 h)를 상기 제1 필터 설계에서의 상기 각 박막층이 상기 제2 필터 설계에서의 상기 박막층들 중의 대응하는 박막층과 짝지워질 때까지 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  296. 제295항에 있어서,
    상기 제1 필터 설계에 대한 제1 최종 설계 및 상기 제2 필터 설계에 대한 제2 최종 설계를 산출하기 위하여, 상기 제1 및 제2의 충분히 구속된 설계들을 다시 최적화하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제1 및 제2 최종 설계들은, 상기 제1 및 제2의 충분히 구속된 설계들과 각각 비교하여, 상기 제1 및 제2 세트의 필요 조건들을 각각 더 훌륭하게 충족시키는 것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  297. 제294항에 있어서,
    i) 복수의 박막층을 포함하는 제3 필터 설계에 대한 제3 세트의 필요 조건을 규정하는 단계;
    j) 상기 제3 필터 설계에 대한 제3 비구속성 설계를 산출하기 위하여, 상기 제3 세트의 필요 조건에 따라 상기 제3 필터 설계에서의 상기 박막층들을 특징짓는 적어도 상기 선택된 파라미터를 최적화하는 단계;
    k) 제3 세트의 짝지워진 층들을 규정하기 위하여, 상기 제3 필터 설계에서의 상기 박막층들 중의 하나를 상기 제1 및 제2 필터 설계들에서의 상기 짝이 없는 층들 중의 하나와 짝을 지우는단계;
    l) 상기 제3 세트의 짝지워진 층들로부터 선택된 파라미터를 제3 공통값으로 설정하는 단계; 및
    m) 상기 제1 필터 설계에 대해 제1의 한층 더 구속된 설계, 상기 제2 필터 설계에 대해 제2의 한층 더 구속된 설계 및 상기 제3 필터 설계에 대해 제3의 한층 더 구속된 설계를 산출하기 위하여, 상기 제1, 제2 및 제3 필터 설계들에서의 상기 짝이 없는 층들 중에서 선택된 파라미터를 다시 최적화하는 단계를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  298. 제297항에 있어서,
    상기 제1 필터 설계에 대해 제1의 충분히 구속된 설계, 상기 제2 필터 설계에 대해 제2의 충분히 구속된 설계 및 상기 제3 필터 설계에 대해 제3의 충분히 구속된 설계를 산출하도록, 상기 제1, 제2 및 제3 필터 설계들에서의 상기 각 박막층이 상기 제1, 제2 및 제3 필터 설계들 중의 하나에서의 상기 박막층들 중의 대응하는 박막층과 짝지워질 때까지 상기 단계 i)∼m)을 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  299. 제298항에 있어서,
    상기 제1 필터 설계에 대한 제1 최종 설계, 상기 제2 필터 설계에 대한 제2 최종 설계 및 상기 제3 필터 설계에 대한 제3 최종 설계를 산출하기 위하여, 상기 제1, 제2 및 제3의 충분히 구속된 설계들을 다시 최적화하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제1, 제2 및 제3 최종 설계들은, 상기 제1, 제2 및 제3의 충분히 구속된 설계들과 각각 비교하여, 상기 제1, 제2 및 제3 세트의 필요 조건들을 각각 더 훌륭하게 충족시키는 것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  300. 제293항에 있어서,
    상기 제1 필터 설계에 대한 제1 세트의 필요 조건 및 상기 제2 필터 설계에 대한 제2 세트의 필요 조건을 규정하는 단계는 상기 제1 필터 설계에 대한 제1 박막층들의 수 및 상기 제2 필터 설계에 대한 제2 박막층들의 수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  301. 제300항에 있어서,
    상기 제1 필터 설계에 대한 제1 박막층들의 수 및 상기 제2 필터 설계에 대한 제2 박막층들의 수를 결정하는 단계는 상기 제1 및 제2 수들을 공통수로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  302. 제293항에 있어서,
    상기 박막층들 중에서 선택된 파라미터는 층의 두께, 층의 광학적 두께, 층의 반사율 및 층의 투과율 중에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  303. 제293항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 세트의 필요 조건들의 각각은 상기 제1 및 제2 필터 설계 중의 대응하는 것에 대한 성취 목표, 한 세트의 구속 사항, 한 세트의 제한 사항, 선택된 파라미터를 최적화함에 있어서 사용할 장점 기능 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  304. 제303항에 있어서,
    상기 구속 사항 세트는 재료 형태, 재료 두께 범위, 재료 반사율, 처리 단계의 수 및 마스킹 운전 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  305. 제293항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 세트의 필요 조건들을 규정하는 단계는,
    적어도 상기 제1 필터 설계에 대한 제1 목표 파장 및 상기 제2 필터 설계에 대한 제2 목표 파장을 확인하는 단계; 및
    상기 제1 필터 설계에 대한 제1 목표 파장 및 상기 제2 필터 설계에 대한 제2 목표 파장의 각각에서의 전송 목표 및 흡수 목표 중의 적어도 하나를 특정화하는단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  306. 제293항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 비구속성 설계를 산출하는 단계와 상기 제1 및 제2 구속성 설계를 산출하는 단계는 모의실험된 풀림(annealing) 최적화 루틴, 단일 최적화 루틴, 켤레 경사(conjugate-gradients) 최적화 루틴 및 다수 최적화 루틴 중에서 선택된 적어도 하나를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  307. 제293항에 있어서,
    상기 짝지워진 층들 중에서 선택된 파라미터를 설정하는 단계는 상기 선택된 파라미터가 설정된 상기 공통값을 최적화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 설계들의 동시 산출방법.
  308. 적어도 제1 및 제2 검출기 픽셀을 포함하는 전자기 에너지 검출기를 형성하기 위한 방법으로서,
    제1 및 제2 박막 필터가 적어도 공통 층을 공유하도록, 상기 제1 검출기 픽셀을 갖는 상기 제1 박막 필터와 상기 제2 검출기 픽셀을 갖는 상기 제2 박막 필터를 일체로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  309. 제308항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 박막 필터를 일체로 형성하는 단계는 상기 검출기를 형성하기 위해 사용되는 한 세트의 프로세스와 양립할 수 있는 재료를 이용하여 상기 제1 및 제2 박막 필터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  310. 제308항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 박막 필터가 대역통과 필터링, 가장자리 필터링, 색상 필터링, 고역통과 필터링, 저역통과 필터링, 반사 방지, 노치(notch) 필터링, 차단 필터링 및 파장 선택 필터링 중의 적어도 하나로서 선택된 제1 및 제2 작업(task)을 각각 수행하도록 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  311. 제310항에 있어서,
    상기 구성하는 단계는 상기 제1 및 제2 박막 필터가 공통 목표 파장에서 서로 다른 작업을 수행하도록 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  312. 제310항에 있어서,
    상기 구성하는 단계는 상기 제1 및 제2 박막 필터가 서로 다른 목표 파장에 서 동일한 작업을 수행하도록 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  313. 제310항에 있어서,
    상기 구성하는 단계는 상기 제1 및 제2 박막 필터가 서로 다른 목표 파장에서 서로 다른 작업을 수행하도록 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  314. 제308항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 박막 필터의 각각을 레드(red) 필터, 그린(green) 필터, 블루(blue) 필터, 시안(cyan) 필터, 마젠타(magenta) 필터, 옐로우(yellow) 필터, 적외선(IR) 차단 필터 및 반사 방지(AR) 필터 중에서 선택된 적어도 하나로 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  315. 제308항에 있어서,
    상기 일체로 형성하는 단계는 선택적 에칭 프로세스, 선택적 마스킹 프로세스 및 제어성 에칭 프로세스 중에서 선택된 적어도 하나를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  316. 제308항에 있어서,
    상기 필터 응답은 매 층의 두께를 증가시킴으로써 비정상적인 입사(투사)에 대해 보정되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  317. 제308항에 있어서,
    상기 일체로 형성하는 단계는 상기 제1 및 제2 필터 중의 하나에 있어서의 적어도 제1층의 두께를 제어하기 위하여 선택적 에칭 프로세스를 이용하는 단계를 포함하고, 상기 선택적 에칭 프로세스는 제1층 위에 놓이는 제2층이 완전히 제거될 때까지 상기 제1층 위에 놓이는 제2층을 에칭하며, 상기 에칭 프로세스는 상기 제1층을 실제로 에칭되지 않은 상태로 남겨 놓는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  318. 적어도 제1 및 제2 검출기 픽셀을 포함하는 전자기 에너지 검출기로서,
    상기 제1 및 제2 검출기 픽셀과 각각 일체로 형성되는 제1 및 제2 박막 필터를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 박막 필터는 그위에 입사되는 전자기 에너지를 변경하도록 구성되고, 적어도 하나의 층을 공통으로 공유하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  319. 제318항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 박막 필터의 각각은 상기 제1 및 제2 검출기 픽셀을 형성하 기 위한 한 세트의 프로세스와 양립할 수 있는 재료로 형성되는 복수의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  320. 제319항에 있어서,
    상기 검출기는 상기 제1 및 제2 검출기 픽셀과는 다른 제3 검출기 픽셀을 포함하고, 상기 제3 검출기 픽셀과 일체로 형성되는 제3 박막 필터를 포함하며,
    상기 제3 박막 필터는 상기 세트의 프로세스와 양립할 수 있는 재료로 형성되는 복수의 층을 포함하고,
    상기 제3 박막 필터는 상기 제1 및 제2 박막 필터 중의 적어도 하나와 공통으로 적어도 하나의 층을 공유하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  321. 제318항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 박막 필터는 대역통과 필터링, 가장자리 필터링, 색상 필터링, 고역통과 필터링, 저역통과 필터링, 반사 방지, 노치(notch) 필터링 및 차단 필터링 중에서 선택된 적어도 하나의 작업을 제1 및 제2 파장에서 각각 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  322. 제321항에 있어서,
    상기 제3 박막 필터에 의해 수행되는 작업은 상기 제1 및 제2 박막 필터에 의해 수행되는 작업들 중의 적어도 하나와 다른 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  323. 제321항에 있어서,
    상기 제3 박막 필터의 목표 파장은 상기 제1 및 제2 박막 필터의 목표 파장중의 적어도 하나와 다른 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  324. 제321항에 있어서,
    상기 제3 박막 필터에 의해 수행되는 작업은 상기 제1 및 제2 박막 필터에 의해 수행되는 작업 중의 적어도 하나와 다르고, 상기 제3 박막 필터의 목표 파장은 상기 제1 및 제2 박막 필터의 목표 파장 중의 적어도 하나와 다른 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  325. 제318항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 박막 필터 중의 적어도 하나는 고지수 재료와 저지수 재료의 교번층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  326. 제318항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 박막 필터의 각각은 레드(red) 필터, 그린(green) 필터, 블루(blue) 필터, 시안(cyan) 필터, 마젠타(magenta) 필터, 옐로우(yellow) 필터, 적외선(IR) 차단 필터 및 반사 방지(AR) 필터 중의 적어도 하나로 구성되는
    것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  327. 복수의 검출기 픽셀을 포함하는 전자기 에너지 검출기로서,
    상기 검출기 픽셀들 중에서 선택된 적어도 하나와 일체로 형성되는 전자기 에너지 변경 요소를 포함하며, 상기 전자기 에너지 변경 요소는 그위에 입사되는 전자기 에너지의 적어도 일부를 상기 선택된 검출기 픽셀의 범위내로 보내도록 구성되고,
    상기 전자기 에너지 변경 요소는 상기 검출기를 형성하기 위해 사용되는 프로세스와 양립할 수 있는 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  328. 제327항에 있어서,
    복수의 전자기 에너지 변경 요소를 포함하고, 각 전자기 에너지 변경 요소는상기 복수의 검출기 픽셀들 중의 대응하는 검출기 픽셀과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  329. 제328항에 있어서,
    상기 복수의 전자기 에너지 변경 요소는 어레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  330. 제328항에 있어서,
    상기 복수의 전자기 에너지 변경 요소의 각각은, 상기 복수의 전자기 에너지 변경 요소의 합성면이 곡선 외형 및 경사 외형 중의 적어도 하나에 가까워지도록, 상기 복수의 전자기 에너지 변경 요소의 다른 것에 바로 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  331. 제327항에 있어서,
    상기 복수의 전자기 에너지 변경 요소는 메타렌즈, 주광선 각도 보정기, 회절 요소 및 반사 요소 중에서 선택된 적어도 하나를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  332. 제327항에 있어서,
    그것의 후면으로부터 전자기 에너지를 수신하도록 구성되는 상기 검출기 픽셀들 중에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기.
  333. 한 세트의 프로세스에 의해 전자기 에너지 검출기를 형성하기 위한 방법으로서, 상기 전자기 에너지 검출기는 복수의 검출기 픽셀을 포함하고, 상기 방법은,
    그위에 입사되는 전자기 에너지의 적어도 일부를 상기 선택된 검출기 픽셀의 범위내로 보내도록 구성되는 적어도 하나의 전자기 에너지 변경 요소를 상기 검출 기 픽셀들 중에서 선택된 적어도 하나와 그리고 상기 프로세스 세트 중의 적어도 하나에 의해 일체로 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 일체로 형성하는 단계는,
    제1층을 침전하는 단계;
    상기 제1층 내에 실제로 평면으로 특징지워지는 적어도 하나의 완화 영역을 형성하는 단계;
    그 제1층이 적어도 하나의 비평면 특징이 되도록 상기 완화 영역의 상부에 제1층을 침전하는 단계;
    그 제2층이 적어도 부분적으로 상기 비평면 특징이 되도록 상기 제1층의 상부에 제2층을 침전하는 단계; 및
    상기 전자기 에너지 변경 요소를 형성하면서, 상기 제1층의 상기 비평면 특징을 채우는 상기 제2층의 일부를 남겨 놓도록 상기 제2층을 평탄화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  334. 제333항에 있어서,
    상기 전자기 에너지 변경 요소를 상기 세트의 프로세스와 양립할 수 있는 재료로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  335. 한 세트의 프로세스에 의해 전자기 에너지 검출기를 형성하기 위한 방법으로 서, 상기 검출기는 복수의 검출기 픽셀을 포함하고, 상기 방법은,
    그위에 입사되는 전자기 에너지의 적어도 일부를 상기 선택된 검출기 픽셀의 범위내로 보내도록 구성되는 적어도 하나의 전자기 에너지 변경 요소를 상기 복수의 검출기 픽셀들 중의 적어도 하나와 그리고 상기 프로세스 세트 중의 적어도 하나에 의해 일체로 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 일체로 형성하는 단계는,
    제1층을 침전하는 단계;
    상기 제1층 내에 실제로 평면으로 특징지워지는 적어도 하나의 돌출부를 형성하는 단계; 및
    그 제1층이 적어도 하나의 비평면 특징을 상기 전자기 에너지 변경 요소로 규정하도록 상기 평면 특징의 상부에 제1층을 침전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  336. 제335항에 있어서,
    상기 전자기 에너지 변경 요소를 상기 세트의 프로세스와 양립할 수 있는 재료로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  337. 제335항에 있어서,
    상기 전자기 에너지 변경 요소를 상기 세트의 프로세스와 일반적으로 사용되 지 않는 재료로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 형성방법.
  338. 전자기 에너지 검출기를 설계하기 위한 방법으로서,
    복수의 입력 파라미터를 특정화하는 단계; 및
    상기 입력 전자기 에너지를 상기 검출기의 범위 내로 보내기 위하여, 상기 복수의 입력 파라미터에 근거하여, 반파장 구조의 기하하적 배열을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 설계방법.
  339. 제338항에 있어서,
    상기 복수의 입력 파라미터를 특정화하는 단계는 검출기의 기하학적 배열, 제작 제한사항, 재료, 입력 전자기 에너지의 파장 범위와 입사 각도 및 반파장 구조의 기하학적 배열 중의 적어도 하나를 상기 입력 파라미터로서 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 설계방법.
  340. 제338항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는 복수의 기둥(pillar)을 포함하는 메타렌즈 설계를
    확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 설계방법.
  341. 제340항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 입력 전자기 에너지를 상기 검출기의 범위 내로 보내기 위한 등가 프리즘의 파라미터들을 규정하는 단계;
    상기 입력 전자기 에너지를 상기 검출기의 범위 내로 보내기 위한 반파장 프리즘 회절격자를 형성하기 위하여, 상기 등가 프리즘의 파라미터들에 근거하여, 상기 반파장 구조의 파라미터들을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 설계방법.
  342. 제338항에 있어서,
    상기 모의실험된 풀림(annealing) 최적화 루틴, 단일 최적화 루틴, 켤레 경사(conjugate-gradients) 최적화 루틴 및 다수 최적화 루틴 중에서 선택된 적어도 하나를 이용하여 상기 기하학적 배열을 최적화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 에너지 검출기 설계방법.
  343. 배열 이미징 시스템을 제작하기 위한 방법으로서,
    적층 광학 요소 어레이를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 적층 광학 요소들의 각 광학 요소는 배열 이미징 시스템을 형성하도록 공통 베이스를 이용하여 형성된 검출기 어레이 내의 적어도 하나의 검출기와 광학적으로 연결되고,
    상기 적층 광학 요소 어레이를 형성하는 단계는,
    제1 제작 마스터를 이용하여 제1 광학 요소 층을 상기 검출기 어레이 상에 형성하는 단계;
    제2 제작 마스터를 이용하여 상기 제1 광학 요소 층에 인접하는 제2 광학 요소 층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 제작 마스터는 그위에 형성된 상기 제1 광학 요소 층의 네거티브 (negative)를 포함하는 제1 마스터 기판을 갖고,
    상기 제2 제작 마스터는 그위에 형성된 상기 제2 광학 요소 층의 네거티브 (negative)를 포함하는 제2 마스터 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  344. 제343항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광학 요소 층을 형성하는 단계 중의 적어도 하나는 적어도 하나의 요철 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  345. 제343항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광학 요소 층을 형성하는 단계 중의 적어도 하나는 1∼1000㎛의 두께를 갖는 적어도 하나의 광학 요소를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  346. 제343항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광학 요소 층을 형성하는 단계 중의 적어도 하나는 상기 광학 요소들 중의 적어도 하나를 수색성(收色性,achromatic)으로 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  347. 제343항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소 어레이를 형성하는 단계는 각 광학 요소를 상기 공통 베이스로부터 연속 진행으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  348. 제343항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소 어레이를 형성하는 단계는 상기 공통 베이스에 가장 가까운 층이 상기 적층 광학 요소 어레이의 모든 다른 층들 뒤에 형성되도록 각 광학 요소 층을 연속으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  349. 제343항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소 어레이를 형성하는 단계는 상기 공통 베이스에 접촉하도록 동작가능한 대응하는 제작 마스터에 있어서 격리(standoff) 구조를 사용함으로써 적어도 하나의 광학 요소 층의 두께 제어를 확실하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  350. 제343항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소 어레이를 수용하도록 배열된 관통홀들을 한정하는 스페이서 판을 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  351. 제350항에 있어서,
    다른 광학계에 추가하여, 상기 적층 광학 요소 어레이와 관통홀의 조합을 포함하는 배열 이미징 시스템을 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  352. 제350항에 있어서,
    적어도 하나의 줌 이미징 시스템을 형성하기 위하여 상기 관통홀들 중의 적어도 하나의 내부에 이동가능한 광학계를 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  353. 제350항에 있어서,
    상기 스페이서가 상기 적층 광학 요소 어레이와 제3 광학 요소 층 사이의 간격을 제어하도록 상기 스페이서의 꼭대기에 상기 제3 광학 요소 층을 첨가하는 단 계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  354. 제350항에 있어서,
    보호 유리 층을 상기 스페이서 판의 꼭대기에 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  355. 제343항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소 어레이의 기계적인 보전성을 증가시키기 위하여 캡슐제 (encapsulant)를 채용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  356. 제343항에 있어서,
    상기 적층 광학 요소 어레이 중의 적어도 하나의 적층 광학 요소 어레이 상에 구멍(aperture)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  357. 제356항에 있어서,
    상기 구멍을 형성하는 단계는 전자기 에너지를 흡수 및 차단하는 것 중의 하나에 대한 구조를 접촉프린팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  358. 제356항에 있어서,
    상기 구멍을 형성하는 단계는 상기 적어도 하나의 적층 광학 요소가 형성되는 고화상비(high aspect ratio) 몰드(mold)를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템 제작방법.
  359. 적층 광학 요소 어레이를 포함하고, 상기 적층 광학 요소 어레이의 각 광학 요소는 검출기 어레이 내의 검출기와 광학적으로 연결되며,
    상기 적층 광학 요소 어레이는 적층 광학 요소 어레이를 그위에 한정하기 위한 특징들을 포함하는 적어도 하나의 제작 마스터의 연속 애플리케이션에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 광학계.
  360. 적층 광학 요소 어레이 제조방법으로서,
    그위에 형성된 제1 광학 요소 층의 네거티브를 포함하는 제1 마스터 기판을 갖는 제1 제작 마스터를 준비하는 단계;
    상기 제1 제작 마스터를 이용하여 상기 제1 광학 요소 층을 공통 베이스 상에 형성하는 단계;
    그위에 형성된 제2 광학 요소 층의 네거티브를 포함하는 제2 마스터 기판을 갖는 제2 제작 마스터를 준비하는 단계;
    상기 적층 광학 요소 어레이를 상기 공통 베이스 상에 형성하도록, 상기 제2 제작 마스터를 이용하여 상기 제1 광학 요소 층에 인접하는 상기 제2 광학 요소 층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 제작 마스터를 준비하는 단계는 상기 제1 광학 요소 층의 네거티브를 상기 제1 마스터 기판 상에 직접 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소 어레이 제조방법.
  361. 공통 베이스;
    한 세트의 프로세스에 의해 상기 공통 베이스 상에 형성되며, 각 검출기 픽셀이 감광성 영역을 갖는 검출기 픽셀들을 갖는 검출기 어레이; 및
    그것에 의해 배열 이미징 시스템을 형성하는 상기 검출기 픽셀들 중의 대응하는 검출기 픽셀의 상기 감광성 영역과 광학적으로 연결되는 광학계 어레이를 포함하며,
    파장 범위를 넘어 상기 검출기 상에 입사하는 전자기 에너지에 영향을 미치기 위하여, 상기 검출기 픽셀들 중의 적어도 하나는 거기에 합성된 적어도 하나의 광학 특징을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  362. 공통 베이스;
    상기 공통 베이스 상에 형성되며, 각 검출기 픽셀이 감광성 영역을 갖는 검출기 픽셀들을 갖는 검출기 어레이; 및
    그것에 의해 배열 이미징 시스템을 형성하는, 상기 검출기 픽셀들 중의 대응 하는 검출기 픽셀의 상기 감광성 영역과 광학적으로 연결되는 광학계 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  363. 공통 베이스 상에 형성되는 검출기 어레이; 및
    각 이미징 시스템이 상기 검출기 어레이 내의 적어도 하나의 검출기와 광학적으로 연결되는 광학계를 포함하는 배열 이미징 시스템을 형성하도록, 각 광학계가 상기 검출기 어레이 내의 검출기들 중의 적어도 하나의 검출기와 광학적으로 연결되는 광학계 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  364. 제363항에 있어서,
    검출기와 광학계의 각 쌍은 그 사이의 경계면에 평면을 포함하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  365. 제363항에 있어서,
    상기 광학계 어레이는 적어도 제1 및 제2 공통 베이스를 조립함으로써 형성되고, 상기 제1 및 제2 공통 베이스는 제1 및 제2 광학 요소 어레이를 지지하는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  366. 제364항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 공통 베이스 사이에 배치되는 스페이서 장치를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  367. 제366항에 있어서,
    상기 스페이서 장치는 구멍 어레이를 포함하는 제3 공통 베이스를 포함하며, 상기 제1 및 제2 공통 베이스 사이의 이격 거리를 한정하는 동시에 상기 제1 및 제2 광학 요소 어레이 사이에 광학적인 통신을 제공하기 위하여, 상기 구멍들은 상기 제3 공통 베이스와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  368. 적층 광학 요소 어레이 제조방법으로서,
    제1 제작 마스터를 이용하여 제1 광학 요소 어레이를 공통 베이스 상에 형성하는 단계; 및
    상기 적층 광학 요소 어레이를 상기 공통 베이스 상에 형성하도록, 제2 제작 마스터를 이용하여 상기 제1 광학 요소 어레이에 인접하는 제2 광학 요소 어레이를 상기 공통 베이스 상에 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 제작 마스터는 그위에 직접 제조된 제1 광학 요소 어레이의 네거티브를 포함하는 제1 마스터 기판을 포함하고,
    상기 제2 제작 마스터는 그위에 형성된 상기 제2 광학 요소 어레이의 네거티브를 포함하는 제2 마스터 기판을 포함하며,
    상기 제2 마스터 기판 상의 상기 제2 광학 요소 어레이는 상기 제1 마스터 기판 상의 상기 제1 광학 요소 어레이에 위치적으로 대응하는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소 어레이 제조방법.
  369. 공통 베이스;
    상기 공통 베이스 상에 형성되며, 각 검출기 픽셀이 감광성 영역을 포함하는 검출기 픽셀들을 갖는 검출기 어레이; 및
    그것에 의해 배열 이미징 시스템을 형성하는, 상기 검출기 픽셀들 중의 대응하는 검출기 픽셀의 상기 감광성 영역과 광학적으로 연결되는 광학계 어레이를 포함하며,
    상기 광학계 중의 적어도 하나는 제1 및 제2 배율에 각각 대응하는 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환될 수 있는 것을 특징으로 하는 배열 이미징 시스템.
  370. 반사 방지층을 갖는 공통면을 형성하는 제1 및 제2 광학 요소 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소.
  371. 제370항에 있어서,
    상기 반사 방지층은 굴절률 정합(index matching) 유동체를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소.
  372. 제370항에 있어서,
    상기 반사 방지층은 상기 제1 광학 요소 층에 인접하는 제1 서브층 및 상기 제2 광학 요소 층에 인접하는 제2 서브층을 포함하고, 상기 제1 서브층은 상기 제2 광학 요소 층의 재료로 제작되고, 상기 제2 서브층은 상기 제1 광학 요소 층의 재료로 제작되는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소.
  373. 제372항에 있어서,
    상기 반사 방지층은 일정한 파장을 갖는 전자기 에너지의 반사를 실제로 방지하며, 상기 제1 서브층은 제1 서브층 내의 상기 일정한 파장의 약 1/16에 상당하는 두께를 갖고, 상기 제2 서브층은 제2 서브층 내의 상기 일정한 파장의 약 1/16에 상당하는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소.
  374. 제372항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 서브층은 상기 서브층들을 규정하는 특징들을 포함하는 적어도 하나의 제작 마스터의 애플리케이션에 의해 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소.
  375. 제370항에 있어서,
    상기 반사 방지층은 유효 매개 층을 형성하기 위하여 상기 제1 광학 요소 층 내에 복수의 반파장 특징을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소.
  376. 제375항에 있어서,
    상기 반파장 특징은 주기적인 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소.
  377. 제375항에 있어서,
    상기 반사 방지층은 일정한 파장을 갖는 전자기 에너지의 반사를 실제로 방지하고, 각 반파장 특징은 상기 일정한 파장보다 더 짧은 적어도 하나의 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소.
  378. 제375항에 있어서,
    상기 반파장 특징은 그위에 상기 반파장 특징을 규정하는 네거티브를 포함하는 적어도 하나의 제작 마스터의 애플리케이션에 의해 상기 제1 광학 요소 층 내에부분적으로 성형되는 것을 특징으로 하는 적층 광학 요소.
  379. 배열 이미징 시스템을 포함하는 이미지 형성용 카메라로서,
    상기 배열 이미징 시스템은,
    공통 베이스 및 제1 적층 광학 요소 어레이를 이용하여 형성되는 검출기 어레이; 및
    이미지 형성을 위한 신호 처리기를 포함하며,
    상기 적층 광학 요소들의 각 광학 요소는 상기 검출기 어레이 내의 검출기와 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 이미지 형성용 카메라.
  380. 제379항에 있어서,
    상기 카메라는 셀폰, 자동차 및 장난감 중의 하나에 포함되도록 구성되는
    것을 특징으로 하는 이미지 형성용 카메라.
  381. 배열 이미징 시스템을 포함하는 작업 수행에 이용하기 위한 카메라로서,
    상기 배열 이미징 시스템은,
    공통 베이스 및 제1 적층 광학 요소 어레이를 이용하여 형성되는 검출기 어레이; 및
    작업을 수행하기 위한 신호 처리기를 포함하며,
    상기 적층 광학 요소들의 각 광학 요소는 상기 검출기 어레이 내의 검출기와 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 작업 수행에 이용하기 위한 카메라.
  382. 제381항에 있어서,
    상기 신호 처리기는 미리 결정된 작업을 위해 상기 검출기 어레이로부터 데이터를 준비하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 수행에 이용하기 위한 카메라.
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