TW202309581A - 超透鏡系統和技術 - Google Patents

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Abstract

提供了用於超透鏡相機的系統和技術。例如，裝置可以包括第一基板和第二基板，第一基板包括第一孔，並且第二基板包括第一超透鏡。第一基板和第二基板機械地耦合，使得第一孔的至少第一部分設置在第一超透鏡的至少第二部分上方。

Description

超透鏡系統和技術
本專利申請案主張於2021年7月7日提出申請的第63/219,321美國臨時申請案的權益，其揭示內容經由引用整體併入本文並且用於所有目的。
本案大體上係關於利用超透鏡（meta-lens）的光學系統。在一些實例中，本案的態樣係關於與超透鏡組裝件（assemblies）相關的系統和技術。
許多設備和系統包括光學元件，諸如用於將光聚焦到圖像感測器上的透鏡。例如，具有此種光學元件的相機或包括該相機的設備可以擷取場景的訊框或訊框序列（例如，場景的視訊）。為了實現期望的光學特性（例如，包括但不限於銳度、寬視場等），相機或相機設備可以利用折射透鏡將入射光聚焦到光學感測器上。在一些情況下，用於相機設備的透鏡可以是包括堆疊在一起的多個折射透鏡元件的複合透鏡。在一些情況下，複合透鏡堆疊的整體厚度會使包括複合透鏡堆疊的設備增加附加的尺寸。
超透鏡可以作為折射透鏡的替代物。超透鏡可以經由在基板材料上製造奈米尺度（本文亦稱為奈米級）幾何結構來形成。奈米級幾何結構可以基於奈米級幾何結構的物理特性（例如，高度、寬度、長度、直徑等）來控制穿過奈米級幾何結構的光的透射、偏振和相位。在一些情況下，超透鏡可以使用諸如電子束（e-beam）光刻的製造技術來製造。
在一些實例中，描述了用於超透鏡相機的系統和技術。根據至少一個說明性實例，提供了一種裝置。該裝置包括第一基板和第二基板，第一基板包括第一孔（aperture），並且第二基板包括第一超透鏡。第一基板和第二基板機械地耦合，使得第一孔的至少第一部分設置在第一超透鏡的至少第二部分上方。
在另一實例中，提供了一種組裝光學系統的方法。該組裝光學系統的方法包括以下步驟：機械地耦合包括第一孔的第一基板和包括第一超透鏡的第二基板。在機械地耦合第一基板和第二基板之後：第一孔的至少第一部分設置在第一超透鏡的至少第二部分上方。
在另一實例中，提供了一種裝置。該裝置包括用於提供第一孔的構件和用於提供第一超透鏡的構件。用於提供第一孔的構件和用於提供第一超透鏡的構件機械地耦合，使得第一孔的至少第一部分設置在第一超透鏡的至少第二部分上方。
在一些態樣，第一基板包括第二孔；第二基板包括第二超透鏡；並且第一基板和第二基板機械地耦合，使得第二孔的第三部分設置在第二超透鏡的第四部分上方。
在一些態樣，第一超透鏡模組包括第一孔和第一超透鏡。
在一些態樣，第二超透鏡模組包括第二孔和第二超透鏡。
在一些態樣，第一基板包括第一晶圓和複數個孔；複數個孔包括第一孔；第二基板包括第二晶圓和複數個超透鏡；並且複數個超透鏡包括第一超透鏡。
在一些態樣，以上所描述的方法和裝置亦包括：第三基板，第三基板包括光學感測器，其中第一基板、第二基板和第三基板機械地耦合，使得：第一孔的至少第一部分設置在第一超透鏡的至少第二部分上方；第一超透鏡的至少第三部分與光學感測器的至少第四部分隔開；並且第一超透鏡的至少第二部分設置在光學感測器的至少第五部分上方。
在一些態樣，第三基板包括第三晶圓和複數個光學感測器，其中複數個光學感測器包括該光學感測器。
在一些態樣，複數個孔以第一間距設置在第一基板上；複數個超透鏡以第二間距設置在第二基板上；複數個光學感測器以第二間距設置在第三基板上；並且第一間距和第二間距相等。
在一些態樣，複數個光學感測器以第三間距設置在第三基板上；並且第一間距、第二間距和第三間距相等。
在一些態樣，第四晶圓包括設置在第一晶圓與第二晶圓之間的間隔結構，並且其中第一晶圓、第二晶圓和第四晶圓機械地耦合。
在一些態樣，第一超透鏡和光學感測器以第一超透鏡的焦距間隔開。
在一些態樣，以上所描述的方法和裝置亦包括設置在第一基板與第二基板之間的濾光器。
在一些態樣，以上所描述的方法和裝置亦包括設置在第一基板與第二基板之間的間隔結構。
在一些態樣，濾光器設置在第一基板與間隔結構之間。
在一些態樣，濾光器設置在第二基板與間隔結構之間。
在一些態樣，濾光器包括帶通濾波器。
在一些態樣，第一基板包括第一矽基板，並且第二基板包括第二矽基板。
在一些態樣，第一基板包括第一玻璃基板，並且第二基板包括第二玻璃基板。
在一些態樣，間隔結構包括第三矽基板。
在一些態樣，間隔結構包括設置在第一基板上的結構。
在一些態樣，設置在第一基板上的結構包括位於第一超透鏡的周邊的外部的複數個柱。
在一些態樣，設置在第一基板上的結構包括圍繞第一超透鏡的周邊的連續結構。
在一些態樣，設置在第一基板上的結構包括圍壩（dam）結構。
在一些態樣，設置在第一基板上的結構包括聚醯亞胺材料。
在一些態樣，設置在第一基板上的結構包括開口，並且其中第一超透鏡位於開口內。
在一些態樣，第五基板機械地耦合到第一基板和第二基板，其中第五基板包括可重配置指令單元陣列（RICA）。
在一些態樣，RICA被配置為從光學感測器接收圖像資料。
在一些態樣，RICA亦被配置為對圖像資料執行一或多個圖像處理操作。
在一些態樣，一或多個圖像處理操作包括產生深度圖、產生合成圖像或將第一圖像的至少一部分與第二圖像的至少一部分拼接在一起。
在一些態樣，以上所描述的方法和裝置亦包括：不同於第二基板的第六基板，第六基板包括設置在其上的第三超透鏡，其中第一超透鏡的至少第八部分設置在第三超透鏡的至少第九部分上方。
在一些態樣，第一超透鏡和第三超透鏡包括複合透鏡。
在另一實例中，提供了一種光學偵測方法。該光學偵測方法包括以下步驟：在孔處接收光，其中第一基板包括該孔，並且該孔允許光的至少第一部分穿過第一基板，並且阻止光的至少第二部分穿過第一基板；在超透鏡處接收光的至少第一部分，其中第二基板包括超透鏡，並且超透鏡將光的至少第一部分聚焦在焦平面處；及由光學感測器偵測由超透鏡聚焦的光的至少第一部分，其中第三基板包括光學感測器。
在一些態樣，第一基板、第二基板和第三基板機械地耦合。
在一些態樣，超透鏡和光學感測器以與超透鏡的焦距相等的分隔間隔開。
在一些態樣，間隔結構提供分隔的至少一部分。
在一些態樣，以上所描述的方法和裝置亦包括基於偵測光的第一部分來產生圖像的至少一部分。
在一些態樣，以上所描述的方法和裝置亦包括在RICA處接收圖像的至少一部分。
在一些態樣，第四基板包括RICA，並且第一基板、第二基板、第三基板和第四基板機械地耦合。
在一些態樣，RICA被配置為對圖像的至少一部分執行一或多個圖像處理操作。
在一些態樣，以上所描述的方法和裝置亦包括基於圖像的至少一部分產生深度圖，基於圖像的至少一部分產生合成圖像，或將圖像的至少一部分和另一圖像的至少一部分拼接在一起。
在一些態樣，以上所描述的裝置中的一或多個是相機或多個相機、行動設備（例如，行動電話或所謂的「智慧型電話」或其他行動設備）、可穿戴設備（例如，智慧手錶、健身追蹤設備等）、擴展現實設備（例如，虛擬實境（VR）設備、增強現實（AR）設備或混合現實（MR）設備）、個人電腦、膝上型電腦、伺服器電腦、車輛（例如，車輛的計算設備）或其他設備，或為該等設備中的一部分，或包括該等設備。在一些態樣，該裝置亦包括用於顯示一或多個圖像、通知及/或其他可顯示資料的一或多個顯示器。在一些態樣，該裝置可以包括一或多個感測器，該一或多個感測器可以用於決定該裝置的位置及/或姿態、該裝置的狀態及/或用於其他目的。
此概述既不意圖辨識所主張保護的標的的關鍵或必要特徵，亦不意圖孤立地用於決定所主張保護的標的的範疇。本標的應經由參考本專利的整個說明書的適當部分、任何或所有附圖以及每項請求項來理解。
參考以下說明書、申請專利範圍和附圖，上述內容以及其他特徵和實施例將變得更加明顯。
下文提供了本案的某些態樣和實施例。該等態樣和實施例中的一些可以獨立應用，並且其中的一些可以組合應用，此舉對於熟習此項技術者而言是顯而易見的。在以下描述中，出於解釋的目的，闡述了具體細節，以便提供對本案的實施例的全面理解。然而，顯而易見的是，各種實施例可以在沒有該等具體細節的情況下實施。附圖和描述不意圖為限制性的。
接下來的描述僅提供示例性實施例，並且不意圖限制本案的範疇、適用性或配置。相反，接下來對示例性實施例的描述將為熟習此項技術者提供實施示例性實施例的賦能描述。應理解，在不脫離所附請求項中闡述的本案的精神和範疇的情況下，可以對元件的功能和佈置進行各種改變。
許多設備和系統包括光學元件，該等光學元件可以包括用於將光聚焦到圖像感測器上的透鏡。例如，具有光學元件的相機或包括該相機的設備（例如，行動設備、擴展現實（XR）設備等）可以擷取場景的訊框或訊框序列（例如，場景的視訊）。為了實現期望的光學特性（例如，清晰度、寬視場等），相機或相機設備可以利用折射透鏡將入射光聚焦在圖像感測器上。在一些情況下，用於相機設備的透鏡可以包括複合透鏡，該等複合透鏡包括堆疊在一起的多個折射透鏡元件。在一些情況下，複合透鏡堆疊的整體厚度會使包括作為相機系統的一部分的相機透鏡堆疊的設備增加附加的尺寸。
與折射透鏡相比，超透鏡是用超表面技術製成的透鏡。超表面是在奈米（nm）尺度上設計的平坦光學元件，其表面具有小幾何特徵。在一些情況下，小幾何特徵可以控制穿過超透鏡的光的透射、偏振和相位。在一個說明性實例中，構成超透鏡的小幾何特徵可以包括柱或柱體（有時稱為奈米柱）。在一些情況下，對穿過柱的光的影響可能取決於柱的幾何形狀，諸如柱的高度、柱的直徑和柱的間距。在一些實施方式中，柱可以具有恆定的高度，並且對穿過柱的光的影響可以經由提供具有不同直徑的柱來改變。
在一些情況下，超透鏡可以使用電子束（e-beam）光刻技術以逐片方式製造。在用於製造超透鏡的電子束光刻技術中，聚焦的電子束可以在基板的表面上掃瞄，以產生對應於期望的超表面結構的圖案。在一些情況下，基板的表面可以塗覆抗蝕劑材料，當暴露於電子束能量時，該抗蝕劑材料改變特性。根據所使用的抗蝕劑材料的類型，暴露的抗蝕劑材料或未暴露的抗蝕劑材料可以被選擇性地移除，而另一部分保留在基板的表面上。在抗蝕劑材料被選擇性移除的情況下，基板可以被暴露並且可以被蝕刻（例如，經由濕法蝕刻、幹法蝕刻、反應離子蝕刻（RIE）等），以移除基板材料的一部分。在一些情況下，蝕刻過程可以在基板材料的表面上產生超表面的幾何特徵，以形成超透鏡。在一些情況下，因為超表面的幾何特徵必須經由將聚焦的電子束導向抗蝕劑材料而被圖案化到抗蝕劑材料上，所以製造過程可能耗時並且成本高。
本文描述了用於以可擴展的方式製造超透鏡和包括超透鏡的光學系統的系統、裝置、過程（亦稱為方法）和電腦可讀取媒體（統稱為「系統和技術」）。例如，半導體製造技術用於在單個矽晶圓上同時生產多個設備（例如，微處理器、特殊應用積體電路等）。與上文所描述的電子束光刻技術相反，在矽晶圓的表面上製造的特徵不是單獨畫出的。相反，設備的特徵（或特徵的負像表示（negative representation））可以被圖案化到遮罩上。單個設備的特徵可以在陣列中重複，以用多個設備填充矽晶圓的表面的區域（或區域的一部分）。經由單次暴光，遮罩上的圖案可以轉移到光敏抗蝕劑（光致抗蝕劑）材料上。在半導體製造的情況下，多個遮罩可以用來製造設備的不同特徵，諸如金屬層、電晶體、鈍化層、機械結構等。因此，若用於製造半導體的光刻過程亦可以用於製造超透鏡，則此舉將是有利的。
在一些態樣，在許多半導體製造應用中使用的矽材料對某些波長的光是透通的。在一些情況下，光學應用可以偵測矽對於其是透通的光波長的光。因此，矽可以是用於製造用於圖像感測應用的超透鏡的合適基板材料，其中矽對於所偵測的光的波長是透通的。例如，使用短波紅外（SWIR）的應用。在一些情況下，SWIR敏感圖像感測器可以使用半導體製造技術來製造。例如，SWIR敏感成像器可以使用基於鍺矽（GeSi）的互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術在矽晶圓上製造。在一些情況下，以上所描述的半導體製造技術可以用於在矽晶圓上製造超透鏡。
對於一些光學應用，矽可能不是製造超透鏡的合適基板，因為與光學應用相關的光的波長可能不能穿過矽。例如，矽對於可見光波長是不透通的。許多光學應用偵測可見光波長的光。在此種情況下，在可見光波長下透通的材料可以是用於製造超透鏡的合適基板。在一個說明性實例中，超透鏡可以在玻璃基板上製造。以上所描述的半導體製造技術目前還不能用於玻璃基板。在一些情況下，用於玻璃基板的製造技術可能無法製造構成超透鏡的奈米級幾何特徵。在一些情況下，奈米壓印光刻技術可以用於在玻璃基板上製造超透鏡。在一些情況下，奈米壓印光刻技術可以利用具有包括超透鏡或任何超透鏡陣列的圖案的印模在聚合物層中進行壓印。在一些情況下，壓印後留下的聚合物層部分可以在蝕刻過程中充當抗蝕劑材料。在一些情況下，在蝕刻過程之後，構成超透鏡或超透鏡陣列的幾何特徵可以在設置在玻璃基板的頂部的設備層中形成。在一個說明性實例中，設備層可以包括二氧化鈦（TiO 2）材料。
下文將參考附圖論述本文所描述的技術的各態樣。圖1A至圖1C圖示示例性超透鏡的視圖。在圖1A所示的實例中，超透鏡100包括具有多個柱118的基板102（亦稱為基部），柱118包括設置在基板102表面上的柱104、106、108。在一些情況下，柱118可以是形成超表面的奈米級幾何結構的實例。柱104、106、108可以是具有奈米尺度高度的奈米結構。在一些實施方式中，奈米結構（例如，柱118）的高度可以是與特定應用相關的光波長的數量級。在一個說明性實例中，1100奈米（nm）與1200 nm之間的柱高度可以用於SWIR應用中的超透鏡（例如，對於1380 nm與1550 nm之間的波長）。在另一說明性實例中，300 nm與400 nm之間的柱高度可以用於可見光應用中的超透鏡（例如，對於350 nm與800 nm之間的波長）。在一些實施方式中，柱104、106和108可以具有共同的高度H。在圖1A所示的實例中，柱104、106、108可以具有不同的直徑，其中柱104被示為具有最小的直徑，所圖示的柱106的直徑大於柱104的直徑，所圖示的柱108的直徑大於柱104和柱106的直徑。在圖1A的圖示中，亦圖示設置在基板102上的不同尺寸的附加的柱。圖1A圖示入射到超透鏡100上的光柱110。如下文將更詳細解釋的，包括柱104、106、108的超透鏡100的柱可以移動光柱110的光線的相位，使得入射光柱110的光線以共同的相位會聚到焦點112。在一些情況下，光柱是準直的。在一些情況下，超透鏡100與焦點112之間的距離可以被稱為超透鏡100的焦距。儘管本案的實例包括將柱118用作形成超表面（該超表面形成超透鏡）的幾何特徵的示例性超透鏡，但是在不脫離本案的範疇的情況下，本文所描述的系統和技術可以用於包括除了柱之外的特徵的超透鏡。
圖1B圖示示例性超透鏡130的側視圖，超透鏡130可以被配置為將光聚焦在焦點132處。在一些情況下，超透鏡130可以包括在超透鏡130的一個表面上的複數個柱131（其可以對應於圖1A所示的柱118）。圖1B所示的柱118是為了說明而圖示的，沒有按比例圖示。此外，圖1B所示的柱118的數量、高度、直徑及/或間距僅作為實例提供。在不脫離本案的範疇的情況下，其他超透鏡配置可以被使用。例如，圖1B所示的柱118之每一者單獨的柱可以代表超透鏡中的柱組。在圖1B所示的實例中，柱136A、136B、136C可以對入射光提供不同的相位延遲。例如，穿過柱136B的光將經歷比柱136A或柱136C更大的相位延遲。在一些情況下，柱136A、136B、136C可以代表向入射光提供不同相位延遲的柱組。在圖1B所示的實例中，光線134A、134B、134C可以入射到超透鏡130上。在圖1B所示的實例中，光線134A穿過第一柱136A，光線134B穿過第二柱136B，並且光線134C穿過第三柱136C。光線138A、138B、138C表示光線134A、134B、134C在穿過相應的柱136A、136B、136C之後的路徑。如圖1B所示，光線138A和138C從超透鏡130的邊緣傳播，並且可以比光線138B傳播更長的距離，隨後到達焦點132。在一些實施方式中，柱136A、136B、136C之每一者可以被配置有相移，使得光線138A、138B、138C之每一者以相同的相位到達焦點132。如下文將參考圖1C至圖1E更詳細解釋的，穿過柱136A、136B、136C的光線（例如，134A、134B、134C）所經歷的相移可以作為柱136A、136B、136C的幾何形狀的函數受到控制。在一些情況下，穿過柱118的光所經歷的相移量可以取決於高度H、直徑D、光的波長、入射角以及穿過柱的光的偏振。
圖1C圖示可以用於設計具有所期望的光學特性的超透鏡（諸如超透鏡100）的單位單元的透視圖，並且圖1D圖示其俯視圖。在圖1C和圖1D的圖示中，單位單元114可以包括基部116，基部116可以是圖1A所示的超透鏡100的基板102的一部分。在一些情況下，基部116包括設置在基部116上並且以單位單元114的中心為中心的柱118。在一些態樣，單位單元可以是寬度為U的正方形。在一些實施方式中，單位單元的寬度U可以基於超透鏡針對其設計的光的波長（λ）來決定。在一些情況下，寬度U可以小於λ/2*NA，其中NA是超透鏡的數值孔徑。在一些情況下，單位單元的寬度U可以在300 nm與600 nm之間。柱118可以具有高度H和直徑D。在一些情況下，每個單位單元114的光學特性可以基於為每個單位單元的值D選擇的值來配置。在一些情況下，超透鏡可以經由佈置具有不同直徑的柱118的單位單元陣列（亦稱為晶格）來構造，以實現期望的光學特性。在單位單元之每一者皆具有相同的U值的情況下，柱118可以具有均勻的間距。儘管本文參考圖1C和圖1D描述了正方形單位單元和相關聯的晶格，但是在不脫離本發明範疇的情況下，亦可以使用其他單位單元形狀和晶格結構。在一個說明性實例中，六邊形單位單元可以用於形成六邊形或三角形晶格。
圖1E圖示穿過不同直徑D的柱的光的相移的多條曲線150。圖1E的說明性實例圖示了穿過柱118的橫電（TE）偏振光的直徑與相位之間的關係。在圖1E所示的實例中，橫軸表示單位單元114中的柱118的直徑D，單位為微米（µm），並且縱軸表示穿過柱118的光所經歷的相移量。多條曲線150圖示不同入射角theta下光經歷的相移量。如圖1E所示，對於固定的柱高度H，穿過柱118的光的相移可以隨著柱118的直徑D的增加而增加。
圖2A圖示距超透鏡（例如，圖1A所示的超透鏡100）的中心的距離與兩個示例性正超透鏡的相移量之間的示例性關係的曲線圖202。在圖2A和圖2B所示的實例中，超透鏡可以由具有固定高度和寬度U的單位單元陣列（例如，上文圖1C和圖1D所示的單位單元114）和均勻高度的柱形成。在一個說明性實例中，單位單元中包括的柱的直徑D之間的關係對應於上文圖1E所示的曲線150。在圖2A所示的實例中，橫軸表示距超透鏡的中心的距離，並且縱軸表示在每個距離處要施加的相移，以實現特定的期望超透鏡光學特性。示例性曲線206表示被設計成具有雙曲（hyperbolic）折射透鏡的光學特性的超透鏡的柱尺寸的實例。在一個說明性實例中，示例性曲線206所示的相位與距透鏡的中心的距離之間的雙曲折射透鏡關係可以表示為垂直入射光提供精確聚焦的雙曲透鏡。示例性曲線204圖示具有期望的光學特性集合的最佳化的超透鏡的實例。在一些情況下，超透鏡的最佳化特性可以使用光學光線追蹤軟體來決定。例如，示例性曲線204可以表示被最佳化為在0度與25度之間的入射角範圍內最小化光程差（OPD）的透鏡。在一個說明性實例中，由示例性曲線204表示的透鏡可以是以下方程（1）的最佳化結果。
Figure 02_image001
（1）
其中r是超透鏡的半徑，f是超透鏡的焦距，並且 a m 是被調整以決定最佳化的OPD的係數。如下文將參考圖2C至圖2F所示，最佳化OPD可以改良對於不垂直入射到超透鏡的光線角度的聚焦。
如以上參考圖1A至圖1E所描述，示例性超透鏡可以被配置為使得穿過超透鏡的柱（例如，柱118）的任何入射光線可以以相同的相位到達焦點。在圖2A的圖示中，曲線圖202的橫軸表示距超透鏡的中心的距離，單位為毫米（mm），並且曲線圖202的縱軸表示實現示例性超透鏡的期望光學特性所需的弧度相移量。
圖2B圖示所繪製的超透鏡柱直徑相對於距超透鏡的中心的距離的曲線圖212。在圖2B所示的實例中，橫軸表示距超透鏡的中心的距離，並且縱軸表示實現特定超透鏡光學特性的柱的直徑。圖2B所示的示例性柱直徑對應於上文參考圖2A所描述的最佳化的超透鏡的曲線圖202。因為光的傳播可以描述為正弦曲線，所以光的相位可以以光波長的每個週期重複（例如，每360度或每2×pi（π）弧度）。結果，例如，當期望的相移是180度時，以及當期望的相移是540度時，相同的柱直徑可以被使用。因此，曲線圖212圖示可以提供對應於最佳化的超透鏡的示例性曲線圖204的相移的柱直徑範圍。在所示實例中，直徑D可以在超透鏡的中心214處具有最大值。在一些情況下，隨著距超透鏡的中心214的距離增加，單位單元中柱的直徑D可以減小，直到達到最小直徑216。在距超透鏡的中心214的對應於最小直徑216的距離處，柱的期望相移可以與超透鏡的中心214處的柱的期望相移相差2π弧度。在一些情況下，在期望相移是與在超透鏡的中心214處的柱以相移間隔開2π弧度的倍數的每個點處，柱的直徑D可以被重置為最大尺寸。在一些情況下，柱直徑D重置為最大值的位置可以被稱為相位重置點218。
圖2C圖示雙曲超透鏡的示例性光線圖220。在一個說明性實例中，光線圖220所示的雙曲透鏡可以對應於以上圖2A的示例性曲線206所示的示例性雙曲透鏡相位特性。圖2C圖示孔222、超透鏡224和光線226、228、230、232、234、236。在圖2C所示的實例中，光線226的入射角為0度，光線228的入射角為5度，光線230的入射角為10度，光線232的入射角為15度，光線234的入射角為20度，並且光線236的入射角為25度。如圖2C所示，光線226、228、230、232、234、236在焦平面238上顯示出隨著入射角增大而增加擴散量。
圖2D圖示最佳化的超透鏡配置的示例性光線圖240。在所示實例中，透鏡配置可以針對廣角效能進行最佳化。在一個說明性實例中，光線圖240中圖示的最佳化透鏡244可以對應於以上圖2A中圖示的示例性曲線圖204中圖示的示例性最佳化透鏡相位特性。圖2D圖示孔242、超透鏡244和光線246、248、250、252、254、256。在圖2D所示的實例中，光線246可以具有0度的入射角，光線248可以具有5度的入射角，光線250可以具有10度的入射角，光線252可以具有15度的入射角，光線254可以具有20度的入射角，並且光線256可以具有25度的入射角。如圖2D所示，光線246、248、250、252、254、256在焦平面258上顯示出當與圖2C所示的光線226、228、230、232、234、236相比時相對減少的擴散量。
在一個說明性實例中，分別在圖2C和圖2D中圖示的示例性超透鏡224和244可以表示如下配置的超透鏡：超透鏡224和244可以被設計用於1380 nm或1550 nm的波長；孔222和242可以具有1 mm的直徑；孔222、242與相應的超透鏡224、244之間的間隔（spacing）可以是1.5 mm；超透鏡224、244可以製造在0.5 mm厚的晶體矽晶圓基板上；並且超透鏡224、244可以具有2 mm的焦距。
圖2E圖示光線226、228、230、232、234、236穿過如圖2C所示的超透鏡224時在焦平面238上的光斑圖。在光斑圖266、268、270、272、274、276中，所繪製的網格表示尺寸為200 µm×200 µm的區域，並且每個網格的中心可以對應於焦平面上的理想焦點（例如，圖2C所示的焦平面238）。在圖2E的圖示中，光斑圖266、268、270、272、274、276之每一者包括一個圓，表示將入射光聚焦在焦平面上的衍射極限。例如，圓278（其可以表現為點）圖示光斑圖266上所示的衍射極限。其餘光斑圖268、270、272、274、276之每一者皆包括類似的圓（未標記）。如圖2E所示，光斑圖266可以對應於入射角為0度的光線226，光斑圖268可以對應於入射角為5度的光線228，光斑圖270可以對應於入射角為10度的光線230，光斑圖272可以對應於入射角為15度的光線232，光斑圖274可以對應於入射角為20度的光線234，並且光斑圖276可以對應於入射角為25度的光線236。在所示的光斑圖266、268、270、272、274、276中，點代表穿過超透鏡224的不同部分的光線在焦平面（例如，圖2C所示的焦平面238）上的位置。如光斑圖266所示，雙曲超透鏡224可以在0入射角提供理想的聚焦。然而，如光斑圖268、270、272、274、276所示，隨著入射角的增大，擴散量亦增加。如光斑圖276所示，一些入射角為25度的光線可以到達距焦平面上的理想焦點超過100 µm的焦平面。
圖2F圖示光線246、248、250、252、254、256穿過如圖2D所示的超透鏡244時在焦平面上的光斑圖。在光斑圖286、288、290、292、294、296中，所繪製的網格表示尺寸為20 µm×20 µm的區域，並且每個網格的中心可以對應於焦平面的中心（例如，圖2D所示的焦平面258）。在圖2F的圖示中，光斑圖286、288、290、292、294、296之每一者包括代表聚焦入射光的衍射極限的圓。例如，圓298圖示光斑圖286上所示的衍射極限。其餘光斑圖288、290、292、294、296之每一者皆包括類似的圓（未標記）。如圖2F所示，光斑圖286可以對應於入射角為0度的光線246，光斑圖288可以對應於入射角為5度的光線248，光斑圖290可以對應於入射角為10度的光線250，光斑圖292可以對應於入射角為15度的光線252，光斑圖294可以對應於入射角為20度的光線254，並且光斑圖296可以對應於入射角為25度的光線256。在所示的光斑圖286、288、290、292、294、296中，點代表穿過超透鏡244的不同部分的光線在焦平面（例如，圖2D所示的焦平面258）上的位置。如光斑圖286所示，最佳化的透鏡244可以在0入射角提供理想的聚焦。如光斑圖288、290、292、294、296所示，隨著入射角的增大，當與圖2E中266、268、270、272、274、276所示的光斑圖雙曲透鏡光斑圖相比時，擴散量僅增加了很小的程度。如圖所示，在光斑圖288、290、292、294、296中，穿過最佳化的超透鏡244的光線可以聚焦在焦平面上在任何方向距理想焦點10 µm半徑內。
圖3圖示超透鏡300的示例性放大部分，該等部分圖示具有不同柱直徑的單位單元的圖案。在一個說明性實例中，超透鏡300的柱尺寸可以對應於圖2B中的曲線圖212所示的示例性超透鏡。如圖3所示，超透鏡300的低放大級視圖302圖示超透鏡300的柱318的圖案（其可以對應於上文圖1C和圖1D所示的柱118）可以具有從超透鏡300的中心延伸到超透鏡300的周邊的徑向對稱圖案。在圖3的圖示中，繪製了從超透鏡300的中心306徑向延伸的線段304。如圖2B的曲線圖212所示，在超透鏡300的中心306附近，柱318的直徑可以具有最大值。在一個說明性實例中，在超透鏡300的中心處的柱318的直徑可以大約等於或略小於單位單元（例如，如圖1C和圖1D所示的單位單元114）的寬度U。移向遠離超透鏡300的中心306，柱尺寸可以相對於在超透鏡的中心306處的柱而減小（提供對應地更小的相移），直到達到相位重置點308（例如，圖2B所示的相位重置點218）。在相位重置點308處，柱318的尺寸可以被重置為最大直徑。在一些情況下，柱318的不同直徑可以產生環狀外觀。中放大級310和高放大級312亦圖示單位單元內的柱的外觀。如圖所示，柱318可以以共同的間距為中心，並且大柱320的直徑可以略小於單位單元322的寬度U（圖示為白色正方形）。
圖4圖示可以具有相似光學特性的複合透鏡400和對應的超透鏡410的側視圖。在圖4的圖示中，複合透鏡400包括透鏡元件402A、402B、402C、402D、402E和感測器蓋玻璃402F，當上述各項堆疊在一起時，可以為特定應用提供期望的光學特性。例如，複合透鏡400可以被設計成具有特定的目標聚焦範圍、廣角視場、期望的球面像差和色差的上限量，以及其他特性。在複合透鏡400中，各種光學元件402A、402B、402C、402D、402E、402F可以各自以不同的方式折射入射光線406A、406B、406C、406D，使得光學元件402A、402B、402C、402D、402E、402F堆疊在一起時的整體效果提供期望的光學效能。在所示實例中，複合透鏡400可以操作來將入射光線406A、406B、406D、406D聚焦在焦平面404上。在一些實例中，光學感測器（本文亦稱為圖像感測器、圖像偵測器或光敏設備）可以位於焦平面404處，以偵測入射光。因為可能需要多個元件來實現複合透鏡400的期望特性，所以複合透鏡會顯著增加使用複合透鏡400的設備（例如，行動設備）的高度、重量及/或成本。在一些情況下，設備可以具有多於一個相機以及其他光學感測器，該等相機以及其他光學感測器之每一者可能需要多個單獨的複合透鏡。
在一些情況下，超透鏡410可以被配置為以與複合透鏡400相似的光學特性來執行。在一些實施方式中，單層超透鏡410可以為成像系統（例如，相機、距離成像器等）提供期望的光學特性。在此種情況下，相對於複合透鏡400，超透鏡410可以顯著較小重量和厚度。超透鏡410可以包括基板412和柱414（例如，圖1A、圖1C和圖1D所示的柱118）。在一些情況下，光線416A、416B和416C可以在穿過孔406之後從不同角度到達超透鏡410。如圖4所示，超透鏡410可以將光聚焦在焦平面418上。在一些實例中，光學感測器可以位於焦平面418處，以偵測入射光。在一些情況下，超透鏡410結構可以用電子束（e-beam）光刻技術製造。在一些態樣，電子束光刻可能是一個昂貴且耗時的過程，因為電子束光刻為每個超透鏡單獨繪製期望的結構。因此，使用電子束光刻大量製造超透鏡會變得非常昂貴和耗時。
圖5A至圖5E圖示使用晶圓堆疊技術來製造和組裝晶圓疊層550的示例性過程。圖5A圖示超透鏡晶圓502的透視圖，其中放大部分504圖示了在超透鏡晶圓502上製造的超透鏡506的陣列。在一些情況下，超透鏡506之每一者可以對應於圖1B所示的超透鏡130、圖3所示的超透鏡300、圖4所示的超透鏡410或任何其他超透鏡中的任何一個。在一些情況下，超透鏡晶圓502可以包括矽晶圓。例如，超透鏡晶圓502可以包括雙面拋光的矽晶圓。在一些情況下，超透鏡506可以使用諸如光刻、反應離子蝕刻（RIE）等半導體製造技術在矽晶圓上製造。在一些情況下，超透鏡晶圓502可以包括對可見光譜透通的材料（例如，玻璃）。在一些情況下，超透鏡506的柱（例如，圖1A所示的柱118）可以使用對可見光譜透通的材料製造。在一個說明性實例中，諸如二氧化鈦（TiO 2）的高折射率材料可以用於形成柱。
圖5B圖示孔晶圓512的透視圖，其中放大部分514圖示了在超透鏡晶圓上製造的多個孔516。在一些情況下，孔晶圓可以包括矽晶圓。在一些情況下，孔晶圓512可以包括對可見光譜透通的材料（例如，玻璃）。在一些情況下，多個孔516可以經由在孔晶圓512的表面上沉積不透通材料來製造。在一些情況下，不透通材料可以包括對用於特定光學偵測應用的波長（或波長範圍）不透通的任何材料。示例性光學偵測應用可以包括可見光應用、近紅外（NIR）應用、SWIR應用等。
圖5C圖示間隔晶圓（spacer wafer）522的透視圖，其中放大部分524圖示了在間隔晶圓522上製造的間隔結構526的圖案。在一些情況下，間隔晶圓522可以包括矽晶圓。在一些情況下，間隔晶圓522可以包括對可見光譜透通的材料（例如，玻璃）。在一些情況下，間隔結構526可以由介電材料（例如，聚醯亞胺）製造。在一些情況下，間隔結構526之每一者的尺寸和間距可以等於圖5A所示的超透鏡506的尺寸和間距。在一些情況下，間隔結構526可以在對應於超透鏡506的外部邊界的邊界區域中包括間隔材料。在一些情況下，每個間隔結構526可以在超透鏡晶圓502上的對應超透鏡506周圍形成邊界。在一些情況下，每個間隔結構526可以形成圍繞光學感測器晶圓532的對應光學感測器536的邊界。
圖5D圖示光學感測器晶圓532的透視圖，其中放大部分534圖示了設置在光學感測器晶圓532上的光學感測器536。在一些情況下，光學感測器晶圓532可以包括矽晶圓。在一些情況下，光學感測器536可以用GeSi CMOS過程在矽晶圓上製造。在一些情況下，光學感測器536可以包括光敏區域538。在一些情況下，光學感測器536可以包括附加的電路系統540。在一些情況下，附加的電路系統540可以包括讀出電路系統，該讀出電路系統可以用於讀取由光學感測器擷取的信號。
圖5E圖示包括孔晶圓512、超透鏡晶圓502、間隔晶圓522和光學感測器晶圓532的晶圓疊層550。在一些情況下，孔晶圓512可以耦合到超透鏡晶圓502的第一側。在一些情況下，超透鏡晶圓502上的超透鏡506可以設置在超透鏡晶圓502的與第一側相對的第二側上。在一些情況下，多個孔516之每一者孔與超透鏡506中的對應的超透鏡506之間的距離可以等於孔晶圓512的厚度與超透鏡晶圓502的厚度之和。在一些應用中，多個孔516與超透鏡506之間的距離會影響光學效能，諸如景深。在一些情況下，基於孔516與超透鏡506之間的期望距離，孔晶圓512及/或超透鏡晶圓502可以被拋光以獲得期望的厚度。
在一些情況下，間隔晶圓522的第一側可以耦合到超透鏡晶圓502的第二側（例如，其上設置有超透鏡506的一側）。在一些實例中，間隔晶圓522的第二側可以耦合到光學感測器晶圓532。在一些情況下，間隔晶圓522上的間隔結構526可以被設計成與間隔晶圓522的第一側上的超透鏡506鄰接（border）。在一些情況下，間隔晶圓522上的間隔結構526可以被設計成與光學感測器536鄰接。在一些情況下，超透鏡506和光學感測器可以位於間隔結構中的腔528內。在一些情況下，超透鏡506與光學感測器536之間的期望距離可以等於超透鏡506的後焦距（BFL）。在一些情況下，間隔結構526的厚度可以用於將超透鏡506和光學感測器536以超透鏡506的焦距間隔開。在一些情況下，晶圓疊層可以產生具有共同間距的超透鏡506、孔516、間隔結構526和光學感測器536的陣列。在一些情況下，經由對準晶圓502、512、522和532，可以形成各自包括超透鏡、孔、間隔結構和光學感測器的模組。在一些情況下，孔516之每一者孔可以位於超透鏡506的對應的超透鏡上方。在一些情況下，每個超透鏡模組的超透鏡、孔和光學感測器可以對準光軸。例如，超透鏡、孔和光學感測器的光敏區域可以各自以超透鏡506的光軸為中心。在一些情況下，晶圓502、512、522和532可以使用環氧樹脂機械地耦合。在一些情況下，對相關波長的光透通的環氧樹脂可以被選擇。例如，液體光學透通黏合劑（LOCA）可以用於可見光、NIR和SWIR應用。在一些情況下，環氧樹脂可以僅設置在光不需要穿過的晶圓502、512、522和532的區域中。
圖5F圖示圖5E所示的晶圓疊層550的截面圖。如圖所示，多個孔516中的孔562可以形成為設置在孔晶圓512上的不透通層564中的開口。在一些情況下，在參考圖5E所描述的晶圓堆疊過程中，孔晶圓512可以耦合到超透鏡晶圓502。在一些情況下，孔晶圓512和超透鏡晶圓502的組合厚度可以在孔晶圓512上的孔516與超透鏡晶圓502上的對應的超透鏡506之間產生間隔660。在一些實施方式中，間隔晶圓522的間隔結構526可以包括腔528。在一些情況下，超透鏡506和光學感測器536可以包含在腔528內。在一些情況下，間隔結構526的高度可以被配置為提供將每個光學感測器536放置在對應的超透鏡506的焦平面處的間隔566。在一些情況下，光學感測器536可以包括如以上所描述的光敏區域538和附加的電路系統540。在一些情況下，光敏區域538和附加的電路系統540可以在光學感測器晶圓532的表面上製造。
圖6A至圖6E圖示不同示例性晶圓堆疊配置的截面圖。圖6A至圖6E的圖示包括上文參考圖5A至圖5F所描述的用元件符號標記的元件，並且圖6A至圖6E所示的元件可以類似於圖5A至圖5F中相同編號的元件並且執行類似的功能。圖6A圖示包括濾光器665的晶圓疊層670。在一些情況下，濾光器665可以是帶通濾光器。在一個說明性實例中，濾光器665可以被配置為通過SWIR波長（例如，在大約1400 nm的窄頻中）的光，同時衰減所有其他波長的光。在圖6A的實例中，濾光器665設置在孔晶圓512與超透鏡晶圓502之間。在此種配置中，孔516與光學感測器536之間的間隔660可以等於孔晶圓512、濾光器665和超透鏡晶圓502的組合厚度。
圖6B圖示示例性晶圓疊層672，其包括設置在超透鏡晶圓502與間隔晶圓522之間的濾光器665。在一些情況下，將濾光器665放置在疊層672中的超透鏡晶圓502之後可以使得光線垂直入射到濾光器665上。因此，在一些情況下，將濾光器665放置在疊層672中的超透鏡晶圓502之後可以減少濾光器665的藍移（blue-shift），並且較窄頻的濾光器665可以被使用。在一些情況下，超透鏡晶圓502可以包括附加的間隔結構673，間隔結構673可以耦合到濾光器665，以在超透鏡506的柱（例如，以上圖1A、圖1C和圖1D所示的柱118）與濾光器665之間提供間隔。在一些情況下，附加的間隔結構673可以作為用於在超透鏡晶圓上製造超透鏡506的相同製造過程的一部分在超透鏡晶圓上製造。在一些情況下，超透鏡506與光學感測器536之間的距離675可以是間隔晶圓522的附加間隔結構673、濾光器665和間隔結構526的高度之和。在圖6B的示例性配置中，超透鏡506與對應的光學感測器536之間的距離675可以被配置為等於超透鏡506的後焦距。
圖6C圖示示例性晶圓疊層674。晶圓疊層674可以包括孔晶圓512、濾光器665、超透鏡晶圓502和間隔晶圓522，其結構類似於圖6A所示的晶圓疊層670的結構。在示例性晶圓疊層674中，光學感測器晶圓532可以從疊層670中省略。在一些情況下，晶圓疊層674可以用於製造超透鏡模組，隨後，該等超透鏡模組可以單獨地耦合到光學感測器。例如，單獨的超透鏡模組可以經由沿著切割線677切割晶圓疊層674來形成。
圖6D圖示超透鏡相機模組676的實例。如本文所使用的，超透鏡相機模組可以包括將超透鏡併入作為元件的任何光學系統。在一些情況下，超透鏡相機模組676可以經由切割圖6A所示的晶圓疊層670來形成。在一些情況下，超透鏡相機模組676可以經由將參考圖6C所描述的超透鏡模組與基板680上的光學偵測器678耦合來形成。
圖6E圖示超透鏡相機模組682的另一實例。在一些情況下，超透鏡模組682可以經由切割圖6B所示的晶圓疊層672來形成。在一些實例中，超透鏡相機模組682可以由從類似於省略了光學感測器晶圓532的晶圓疊層672的晶圓疊層切割的超透鏡模組形成。在此種實例中，超透鏡相機模組682可以經由將超透鏡模組與基板680上的光學偵測器678耦合來形成。
圖7A至圖7D圖示用於製造超透鏡（例如，圖5A所示的超透鏡晶圓502）的示例性奈米壓印光刻過程。在所示實例中，模具可以由超透鏡形成，諸如如以上所描述在矽晶圓上使用電子束光刻過程製造的超透鏡。在一些情況下，遮罩或模型可以使用超透鏡來形成。在一些情況下，超透鏡的遮罩可以被複製到超透鏡陣列中，並且形成印模（stamp）702。在一些情況下，印模702可以用於將超透鏡陣列的圖案轉移到設置在基板708上方的設備層706。在一些情況下，基板708可以是對可見波長光透通的材料，諸如玻璃。在一些情況下，設備層706可以包括透通材料，該透通材料可以用於在基板708上形成超透鏡的柱。在一些情況下，設備層706可以包括高折射率材料。例如，在一些情況下，設備層706可以包括折射率大於2的材料。在一些情況下，設備層706可以包括折射率大於2.5的材料。在一些情況下，設備層706可以包括對可見波長光透通的材料。在一個說明性實例中，設備層706可以包括二氧化鈦（TiO 2）。
圖7B圖示製造超透鏡的過程的壓印步驟。在一些情況下，印模702可以被壓在聚合物層704上，以產生壓印到聚合物層中的印模702的負像圖案（negative pattern）710。在一些情況下，負像圖案710亦可以被稱為奈米壓印。圖7C圖示在移除印模702的移除之後設置在設備層706的頂部的負像圖案710。在一些情況下，聚合物層704可以被加熱直到其變軟，此舉可以允許印模702使聚合物層704變形。在一些情況下，移除熱量後，聚合物可以冷卻直到硬化。在一些情況下，在聚合物704冷卻後，印模702可以被移除，導致負像圖案710壓印到聚合物層704中。在一些情況下，在印模702的移除之後，聚合物層704可以暴露於光及/或烘焙，以使聚合物材料硬化並且變得抗蝕刻。在印模702的移除之後，設備層706可以被蝕刻（例如，經由濕法蝕刻、幹法蝕刻、RIE或其他蝕刻技術），並且設備層706的未被負像圖案710覆蓋和保護的部分可以被蝕刻和移除。在設備層的蝕刻完成之後，剩餘的聚合物層704可以被移除。例如，聚合物層704可以經由有機剝離、無機剝離、幹剝離或任何其他合適的技術來移除。
圖7D圖示在聚合物層704的移除之後蝕刻到設備層706中的超透鏡圖案712。在一些情況下，單個超透鏡可以在基板708上形成。在一些情況下，超透鏡陣列可以在設備層706中形成。圖7A至圖7D所示的示例性過程可以被稱為奈米壓印光刻過程。當使用半導體製造技術來製造超透鏡時，奈米壓印光刻過程可以用作製造超透鏡的替代方法。在一些情況下，使用奈米壓印光刻技術製造的超透鏡可以包括在類似於圖5A至圖5F以及圖6A至圖6E所示的晶圓疊層的晶圓疊層中。
圖8圖示另一示例性晶圓疊層800，其可以用於製造包括超透鏡（例如，超透鏡相機模組）的光學系統。在一些情況下，超透鏡晶圓802（例如，上文圖5A和圖5E所示的超透鏡晶圓502）可以包括超透鏡的陣列803。在一些情況下，間隔結構804可以直接在超透鏡晶圓802上製造，而不是利用單獨的間隔晶圓（例如，上文圖5C和圖5E所示的間隔晶圓522）。在圖8所示的實例中，間隔結構804可以被配置為圍壩結構，在設置在超透鏡晶圓802上的每個超透鏡周圍形成四個壁。在一些情況下，間隔結構804可以類似於圖6A至圖6E所示的間隔結構526，並且執行類似的功能。晶圓疊層800亦可以包括偵測器元件晶圓806以及控制和處理元件晶圓808。如以上所論述，超透鏡晶圓802、偵測器元件晶圓806以及控制和處理元件晶圓808可以用晶圓堆疊技術組裝。儘管圖8中未圖示，但是晶圓疊層800亦可以包括孔晶圓（例如，圖5B所示的孔晶圓512）及/或濾光器（例如，圖6A至圖6E所示的濾光器665）。在一些情況下，補充間隔結構（未圖示）可以被設置在偵測器陣列上，以提供濾光器與偵測器陣列之間的分隔（separation）。在一些情況下，間隔結構804的高度可以被調整，以確保包括在偵測器元件晶圓806中的偵測器元件與超透鏡晶圓802以超透鏡晶圓802上的對應的超透鏡803的焦距間隔開。
圖9A至圖9C圖示可以用於製造超透鏡相機模組的示例性晶圓疊層900的透視圖。圖9A圖示疊層900，其包括設置在基板902上的超透鏡904、設置在基板902上的圍壩結構906、偵測器元件908以及控制和處理元件914。在一些情況下，圍壩結構906可以對應於圖8所示的間隔結構804。在一些情況下，圍壩結構906的高度可以被配置為將超透鏡904與偵測器元件908間隔開，以將偵測器元件908放置在超透鏡904的焦平面處。
在圖9A所示的實例中，偵測器元件908可以包括偵測器陣列910和行掃瞄器912。在一些情況下，偵測器陣列910可以包括能夠偵測具有特定波長或波長範圍的光的光敏元件。例如，在一些情況下，偵測器陣列可以包括可以偵測SWIR波長的光的光敏元件。在一個說明性實例中，光敏元件可以偵測以大約1400 nm波長為中心的窄頻內的光。在一些態樣，偵測器陣列910可以包括可以偵測可見光的光敏元件。在一些情況下，行掃瞄器912可以被配置為以掃瞄圖案掃瞄光敏元件，以讀取對應於每個光敏元件在特定的時間段（例如，暴露時間段）期間偵測到的光量的電信號（例如，電壓、電流等）。
在圖9A所示的實例中，控制和處理元件914可以包括時序控制元件916、可重配置指令單元陣列（RICA）918和讀出積體電路（ROIC）920。在一些情況下，時序控制元件916可以向超透鏡疊層900的一或多個元件提供控制信號。例如，時序控制元件可以提供時序信號來控制行掃瞄器912、ROIC 920及/或超透鏡疊層900中包括的任何其他元件的操作。在一些態樣，時序控制元件916亦可以向併入了超透鏡疊層900的設備中的其他元件提供時序信號。
在一些情況下，RICA 918可以用於執行本端圖像處理操作，而不需要經由匯流排將圖像資料傳輸到處理單元。在一些情況下，RICA可以產生深度圖，將圖像資料的多個訊框（或部分訊框）拼接在一起，從多個擷取的圖像（或部分圖像）產生合成圖像，以及執行其他圖像處理操作。如以上所描述，在一些情況下，形成疊層900的所有元件可以使用半導體製造過程來製造，並且在單個晶圓堆疊過程中組裝。
圖9B和圖9C圖示可以用於製造超透鏡疊層900的示例性組裝步驟。在圖9B的圖示中，偵測器元件908和控制和處理元件914可以機械地和電氣地耦合在一起，以形成感測器晶片922。在一些情況下，電信號可以經由電連接在偵測器元件908與控制和處理元件914之間被傳輸和接收。圖9C圖示與感測器晶片922組裝在一起以形成超透鏡相機模組924的基板902。儘管未圖示，超透鏡相機模組924亦可以包括如本文所描述的孔、濾光器及/或附加的間隔結構。例如，補充間隔結構（未圖示）可以被設置在偵測器元件908上（或包括偵測器元件908的基板上），以提供濾光器與偵測器元件之間的分隔。在此種實例中，圍壩結構906的高度可以被調整（例如，經由補充間隔結構和濾光器的厚度來減小），以確保偵測器元件908與超透鏡904以超透鏡904的焦距間隔開。
圖10圖示示例性超透鏡疊層1000的透視圖。除了圖9A至圖9C所示的圍壩結構906可以用設置在基板902上的柱結構1022代替之外，超透鏡疊層1000可以與參考圖9A至圖9C所描述的超透鏡疊層900相同。
如前述，本文所描述的晶圓堆疊技術可以允許超透鏡、超透鏡模組和超透鏡相機模組的大規模製造。對於矽對相關波長的光透通的應用，可以使用標準半導體製造技術在矽晶圓上製造超透鏡。亦可以使用標準半導體技術在矽晶圓上製造附加的元件，諸如孔（例如，圖5B所示的孔516）、間隔結構（例如，圖5C所示的間隔結構526）和光學感測器（例如，圖5D所示的光學感測器536）。在一些情況下，晶圓可以被堆疊並且結合（例如，機械地耦合）在一起，以形成包括超透鏡相機模組陣列的晶圓疊層（例如，圖6D所示的超透鏡相機模組676或圖6E所示的超透鏡相機模組682）。超透鏡相機模組陣列可以從晶圓疊層切割成單獨的超透鏡相機。
如前述，在一些情況下，矽對於應用的相關光波長可能是不透通的。例如，矽對可見光是不透通的。在此種情況下，奈米壓印技術可以用來在基板上製造對（多個）相關波長的光（例如，可見光）透通的超透鏡。例如，在一些情況下，超透鏡可以在玻璃基板上製造。類似地，孔和間隔結構可以在玻璃基板上形成，並且類似的堆疊過程可以用來組裝適用於可見光波長的超透鏡相機模組或對特定應用的（多個）相關光波長透通的任何其他合適的超透鏡相機模組。
此外，在一些情況下，可能不需要單獨的間隔晶圓，而是間隔結構可以在超透鏡晶圓或基板上直接形成。在一些情況下，間隔結構亦可以在光學感測器晶圓（例如，光學感測器晶圓532）上形成。在一些情況下，疊層中可以包括附加的層，諸如濾光器。儘管上文所提供的許多實例描述了包括單個超透鏡及/或超透鏡晶圓的晶圓疊層，但是在一些情況下，在不脫離本案的範疇的情況下，兩個或更多個超透鏡及/或超透鏡晶圓可以被堆疊，以形成雙合透鏡及/或複合透鏡。
在一些情況下，光學感測器晶圓（例如，圖5D所示的光學感測器晶圓532）可以從超透鏡疊層中省略，並且超透鏡模組可以被製造。在此種情況下，超透鏡模組可以從晶圓疊層上切割，並且單獨地耦合到光學感測器。在一些情況下，超透鏡模組可以允許更靈活地使用具有不同光學感測器的超透鏡。
圖11是圖示組裝晶圓疊層的過程1100的實例的流程圖。在方塊1102處，過程1100包括在孔（例如，圖2C和圖2D所示的孔222、242及/或圖5F所示的孔516）處接收光。在一些情況下，第一基板（例如，圖5A和圖5E所示的孔晶圓512）包括孔。在一些情況下，第一基板可以包括矽材料。在一些情況下，第一基板可以包括雙面拋光的矽材料。在一些情況下，第一基板可以包括對可見光透通的材料（例如，玻璃）。在一些實例中，該孔允許光的至少第一部分穿過第一基板，並且阻止光的至少第二部分穿過第一基板。
在方塊1104處，過程1100包括在超透鏡（例如，圖1B所示的超透鏡130，圖2C和圖2D所示的超透鏡224、244，圖3所示的超透鏡300）處接收至少第一部分光。在一些情況下，第二基板（例如，圖5A和圖5E所示的超透鏡晶圓502）包括超透鏡。在一些情況下，第二基板可以包括矽材料。在一些實例中，第二基板可以包括雙面拋光的矽材料。在一些情況下，第二基板可以包括對可見光透通的材料（例如，玻璃）。在一些實例中，超透鏡將至少第一部分光聚焦在焦平面上（例如，圖2C和圖2D所示的焦平面238、258）。
在方塊1106處，過程1100包括經由光學感測器（例如，圖5C和圖5E所示的光學感測器536，圖6D所示的光學偵測器678）接收由超透鏡聚焦的光的至少第一部分。在一些實例中，在第三基板（例如，圖5D和圖5E所示的光學感測器晶圓532）中包括光學感測器。
在一些實施方式中，第一基板、第二基板和第三基板機械地耦合（例如，作為圖5E所示的晶圓疊層550的一部分，圖6A至圖6C所示的晶圓疊層670、672、674的一部分，及/或圖6D和圖6E所示的超透鏡相機模組676、682的一部分）。在一些實例中，超透鏡和光學感測器可以以等於超透鏡焦距的分隔間隔開。在一些情況下，間隔結構（例如，圖5C和圖5E所示的間隔結構526、圖6B所示的附加的間隔結構673、圖8所示的間隔結構804、圖9A至圖9C所示的圍壩結構906及/或圖10所示的柱結構1022）提供分隔的至少一部分。
在一些實施方式中，過程1100亦包括基於偵測光的第一部分來產生圖像的至少一部分。在一些情況下，過程1100亦包括在RICA處接收圖像的至少一部分。在一些實例中，第四基板包括RICA，並且第一基板、第二基板、第三基板和第四基板機械地耦合。在一些情況下，RICA被配置為對圖像的至少一部分執行一或多個圖像處理操作。例如，RICA可以基於該圖像的至少一部分產生深度圖，基於該圖像的至少一部分產生合成圖像，及/或將該圖像的至少一部分和另一圖像的至少一部分拼接在一起。
在一些實例中，本文所描述的過程（例如，過程1100及/或本文所描述的其他過程）可以由計算設備或裝置來執行。例如，圖12所示的計算系統1200可以實施圖11的過程1100及/或本文所描述的其他過程的一或多個操作。在一些實例中，圖12所示的計算系統1200可以包括本文所描述的超透鏡相機模組（例如，圖6D所示的超透鏡相機模組676和圖6E所示的超透鏡相機模組682）及/或與其通訊。
計算設備可以包括任何合適的設備，諸如車輛或車輛的計算設備（例如，車輛的駕駛員監控系統（DMS））、行動設備（例如，行動電話）、臺式計算設備、平板計算設備、可穿戴設備（例如，VR頭戴式耳機、AR頭戴式耳機、AR眼鏡、聯網手錶或智慧手錶，或其他可穿戴設備）、伺服器電腦、機器人設備、電視，及/或具有執行本文所描述的過程（包括過程1100及/或本文所描述的其他過程）的資源能力的任何其他計算設備。在一些情況下，計算設備或裝置可以包括各種元件，諸如一或多個輸入設備、一或多個輸出設備、一或多個處理器、一或多個微處理器、一或多個微型電腦、一或多個相機、一或多個感測器及/或被配置為執行本文所描述的過程的步驟的（多個）其他元件。在一些實例中，計算設備可以包括顯示器、被配置為傳達及/或接收資料的網路介面、其任何組合及/或（多個）其他元件。網路介面可以被配置為傳達及/或接收基於網際網路協定（IP）的資料或其他類型的資料。
計算設備的元件可以在電路系統中實施。例如，元件可以包括及/或可以使用電子電路或其他電子硬體來實施，電子電路或其他電子硬體可以包括一或多個可程式設計電子電路（例如，微處理器、圖形處理單元（GPU）、數位信號處理器（DSP）、中央處理單元（CPU）及/或其他合適的電子電路），及/或可以包括及/或使用電腦軟體、韌體或其任何組合來實施，以執行本文所描述的各種操作。
過程1100被示為邏輯流程圖，其操作表示可以用硬體、電腦指令或其組合來實施的操作序列。在電腦指令的上下文中，操作表示儲存在一或多個電腦可讀取儲存媒體中的電腦可執行指令，當由一或多個處理器執行時，執行所述操作。通常，電腦可執行指令包括執行特定功能或實施特定資料類型的常式、程式、物件、元件、資料結構等。描述操作的順序不意圖被解釋為限制，並且任何數量的所描述的操作可以以任何順序及/或並行組合來實施該等過程。
附加地，過程1100及/或本文所描述的其他過程可以在被配置有可執行指令的一或多個電腦系統的控制下執行，並且可以經由硬體或其組合實施為在一或多個處理器上共同執行的代碼（例如，可執行指令、一或多個電腦程式或一或多個應用程式）。如前述，代碼可以儲存在電腦可讀取或機器可讀取儲存媒體中，例如，以包括可由一或多個處理器執行的複數個指令的電腦程式的形式。電腦可讀取或機器可讀取儲存媒體可以是非暫時性的。
圖12是圖示用於實施本技術的某些態樣的系統的實例的圖。具體地，圖12圖示計算系統1200的實例，計算系統1200可以是例如構成內部計算系統的任何計算設備、遠端計算系統、相機或其任何元件，其中該系統的元件使用連接1205彼此通訊。連接1205可以是使用匯流排的實體連接，或諸如在晶片組架構中到處理器1210的直接連接。連接1205亦可以是虛擬連接、網路連接或邏輯連接。
在一些實施例中，計算系統1200是分散式系統，其中本案中所描述的功能可以分佈在資料中心、多個資料中心、同級網路等中。在一些實施例中，所描述的系統元件中的一或多個代表許多此種元件，每個元件執行描述該元件的功能中的一些或所有功能。在一些實施例中，元件可以是實體設備或虛擬設備。
示例性系統1200包括至少一個處理單元（CPU或處理器）1210和連接1205，連接1205將包括系統記憶體1215（諸如唯讀記憶體（ROM）1220和隨機存取記憶體（RAM）1225）的各種系統元件耦合到處理器1210。計算系統1200可以包括高速記憶體的快取記憶體1212，該高速記憶體直接與處理器1210連接、緊鄰處理器1210或整合為處理器1210的一部分。
處理器1210可以包括任何通用處理器和硬體服務或軟體服務（諸如儲存在儲存設備1230中、被配置為控制處理器1210的服務1232、1234和1236），以及專用處理器，其中軟體指令被併入實際的處理器設計中。處理器1210本質上可以是完全獨立的計算系統，包含多個核心或處理器、匯流排、記憶體控制器、快取記憶體等。多核處理器可以是對稱的或非對稱的。
為了實現使用者互動，計算系統1200包括輸入設備1245，輸入設備1245可以表示任何數量的輸入機制，諸如用於語音的麥克風、用於手勢或圖形輸入的觸敏螢幕、鍵盤、滑鼠、運動輸入、語音等。計算系統1200亦可以包括輸出設備1235，輸出設備1235可以是多個輸出機制中的一或多個。在一些情況下，多模態系統可以使使用者能夠提供多種類型的輸入/輸出來與計算系統1200通訊。計算系統1200可以包括通訊介面1240，通訊介面1240通常可以控制和管理使用者輸入和系統輸出。通訊介面可以使用有線及/或無線收發器來執行或促進有線及/或無線通訊的接收及/或傳輸，通訊介面包括使用以下各項的通訊介面：音訊插孔/插頭、麥克風插孔/插頭、通用串列匯流排（USB）埠/插頭、Apple® Lightning®埠/插頭、乙太網路埠/插頭、光纖埠/插頭、專有有線埠/插頭、BLUETOOTH®無線信號傳輸、BLUETOOTH®低能量（BLE）無線信號傳輸、IBEACON®無線信號傳輸、射頻辨識（RFID）無線信號傳輸，近場通訊（NFC）無線信號傳輸、專用短程通訊（DSRC）無線信號傳輸、802.11 Wi-Fi無線信號傳輸、無線區域網路（WLAN）信號傳輸、可見光通訊（VLC）、全球互通微波存取（WiMAX）、紅外（IR）通訊無線信號傳輸、公用交換電話網路（PSTN）信號傳輸、整合式服務數位網路（ISDN）信號傳輸、3G/4G/5G/LTE蜂巢資料網路無線信號傳輸、自組織網路信號傳輸、無線電波信號傳輸、微波信號傳輸、紅外信號傳輸、可見光信號傳輸、紫外光信號傳輸、沿電磁頻譜的無線信號傳輸或其一些組合。通訊介面1240亦可以包括一或多個全球導航衛星系統（GNSS）接收器或收發器，一或多個GNSS接收器或收發器用於基於從與一或多個GNSS系統相關聯的一或多個衛星接收的一或多個信號來決定計算系統1200的位置。GNSS系統包括但不限於美國的全球定位系統（GPS）、俄國的全球導航衛星系統（GLONASS）、中國的北斗導航衛星系統（BDS）和歐洲的伽利略GNSS。對於在任何特定硬體佈置上的操作沒有限制，並且因此本文的基本特徵可以很容易地被開發的改良的硬體或韌體佈置所替代。
儲存設備1230可以是非揮發性及/或非暫時性及/或電腦可讀取記憶體設備，並且可以是硬碟或可以儲存電腦可存取的資料的其他類型的電腦可讀取媒體，諸如磁帶盒、快閃記憶卡、固態記憶體設備、數位多功能光碟、盒式磁帶、軟碟、柔性碟、硬碟、磁帶、磁條、任何其他磁儲存媒體、快閃記憶體、憶阻器記憶體、任何其他固態記憶體、壓縮光碟唯讀記憶體（CD-ROM）光碟、可重寫光碟（CD）光碟、數位視訊碟（DVD）光碟、藍光光碟（BDD）光碟、全息光碟、另一光學媒體、安全數位（SD）卡、微型安全數位（microSD）卡、記憶棒®卡、智慧卡晶片、EMV晶片、用戶辨識模組（SIM）卡、迷你/微/奈米/微微SIM卡、另一積體電路（IC）晶片/卡、隨機存取記憶體（RAM）、靜態RAM（SRAM）、動態RAM（DRAM）、唯讀記憶體（ROM）、可程式設計唯讀記憶體（PROM）、可抹除可程式設計唯讀記憶體（EPROM）、電子可抹除可程式設計唯讀記憶體（EEPROM）、快閃記憶體EPROM（FLASHEPROM）、快取記憶體（L1/L2/L3/L4/L5/L#）、電阻式隨機存取記憶體（RRAM/ReRAM）、相變記憶體（PCM）、自旋轉移力矩RAM（STT-RAM）、另一記憶體晶片或盒，及/或其組合。
儲存設備1230可以包括軟體服務、伺服器、服務等，當處理器1210執行定義此種軟體的代碼時，該代碼使系統執行功能。在一些實施例中，執行特定功能的硬體服務可以包括儲存在電腦可讀取媒體中的軟體元件，以及必要的硬體元件，諸如處理器1210、連接1205、輸出設備1235等，以執行該功能。
如本文所使用的，術語「電腦可讀取媒體」包括但不限於可攜式或非可攜式儲存設備、光儲存設備以及能夠儲存、包含或承載（多個）指令及/或資料的各種其他媒體。電腦可讀取媒體可以包括非暫時性媒體，其中可以儲存資料，並且不包括無線地或經由有線連接傳播的載波及/或暫時性電子信號。非暫時性媒體的實例可以包括但不限於磁碟或磁帶、諸如壓縮光碟（CD）或數位多功能光碟（DVD）的光學儲存媒體、快閃記憶體、記憶體或記憶體設備。電腦可讀取媒體中可以儲存代碼及/或機器可執行指令，該等指令可以表示程序、函數、副程式、程式、常式、子常式、模組、套裝軟體、類，或指令、資料結構或程式語句的任何組合。經由傳遞及/或接收資訊、資料、引數、參數或記憶體內容，程式碼片段可以耦合到另一程式碼片段或硬體電路。資訊、引數、參數、資料等可以使用任何合適的手段來傳遞、轉發或傳輸，包括記憶體共享、訊息傳遞、符記傳遞、網路傳輸等。
在一些實施例中，電腦可讀取儲存設備、媒體和記憶體可以包括包含位元串流等的有線或無線信號。然而，當提及時，非暫時性電腦可讀取儲存媒體明確排除諸如能量、載波信號、電磁波和信號本身的媒體。
在上文的描述中提供了具體的細節，以提供對本文所提供的實施例和實例的全面理解。然而，一般技術者將理解，該等實施例可以在沒有該等具體細節的情況下實施。為了解釋清楚，在一些情況下，本技術可以被呈現為包括單獨的功能方塊，該等功能方塊包括設備、設備元件、以軟體或硬體和軟體的組合體現的方法中的步驟或常式。可以使用除了圖中所示及/或本文所描述的元件之外的附加的元件。例如，電路、系統、網路、過程和其他元件可以以方塊圖形式圖示為元件，以免不必要的細節造成實施例模糊。在其他情況下，為了避免造成實施例模糊，眾所周知的電路、過程、演算法、結構和技術可以在沒有不必要的細節的情況下圖示。
各個實施例可以在上文被描述為過程或方法，該過程或方法被圖示為流程圖、資料流程圖、結構圖或方塊圖。儘管流程圖可以將操作描述為順序過程，但是許多操作可以並行或同時執行。此外，操作的順序可以被重新安排。當過程的操作完成時，該過程被終止，但是可能有圖中沒有包括的附加的步驟。過程可以對應於方法、函數、程序、子常式、副程式等。當過程對應於函數時，其終止可以對應於函數返回到調用函數或主函數。
根據以上所描述的實例的過程和方法可以使用儲存在電腦可讀取媒體中或以其他方式從電腦可讀取媒體中獲得的電腦可執行指令來實施。例如，此種指令可以包括指令和資料，該等指令和資料使得或以其他方式配置通用電腦、專用電腦或處理設備來執行特定功能或功能群組。所使用的電腦資源中的部分可以經由網路存取。例如，電腦可執行指令可以是二進位、中間格式指令，諸如組合語言、韌體、原始程式碼等。可以用於儲存指令、所使用的資訊及/或在根據所描述的實例的方法期間建立的資訊的電腦可讀取媒體的實例包括磁碟或光碟、快閃記憶體、被配備有非揮發性記憶體的USB設備、網路儲存設備等。
實施根據該等揭示內容的過程和方法的設備可以包括硬體、軟體、韌體、中間軟體、微碼、硬體描述語言或其任何組合，並且可以採用各種形式因素中的任何一種。當以軟體、韌體、中間軟體或微碼實施時，執行必要任務的程式碼或程式碼片段（例如，電腦程式產品）可以儲存在電腦可讀取或機器可讀取媒體中。（多個）處理器可以執行必要的任務。形狀因素的典型實例包括膝上型電腦、智慧手機、行動電話、平板設備或其他小形狀因素個人電腦、個人數位助理、機架安裝設備、獨立設備等。本文所描述的功能亦可以在周邊設備或附加卡中體現。作為進一步的實例，此種功能亦可以在電路板上在單個設備中執行的不同晶片或不同過程中實施。
指令、用於傳送此種指令的媒體、用於執行此種指令的計算資源以及用於支援此種計算資源的其他結構是用於提供本案中所描述的功能的示例性構件。
在前面的描述中，參考本案的特定實施例描述了本案的各態樣，但是熟習此項技術者將認識到本案不限於此。因此，對然本文已經詳細描述了本案的說明性實施例，但是應理解，除了由現有技術限制的以外，本發明的概念可以以不同的方式體現和使用，並且所附請求項意欲被解釋為包括此種變化。以上所描述的應用的各種特徵和態樣可以單獨使用或聯合使用。進一步，在不脫離本說明書的更廣泛的精神和範疇的情況下，實施例可以用於本文所描述的環境和應用之外的任何數量的環境和應用中。因此，說明書和附圖應被視為說明性的而非限制性的。為了說明的目的，方法以特定的順序描述。應理解，在替代實施例中，該等方法可以以不同於所描述的順序來執行。
一般技術者將理解，在不脫離本說明書的範疇的情況下，本文使用的小於（「＜」）和大於（「＞」）符號或術語可以分別用小於或等於（「≤」）和大於或等於（「≥」）符號來替換。
在元件被描述為「被配置為」執行某些操作的情況下，此種配置可以例如經由設計電子電路或其他硬體來執行該操作、經由對可程式設計電子電路（例如，微處理器或其他合適的電子電路）進行程式設計來執行該操作或其任何組合來實現。
短語「耦合到」是指直接或間接實體地連接到另一元件的任何元件，及/或直接或間接與另一元件通訊（例如，經由有線或無線連接及/或其他合適的通訊介面連接到另一元件）的任何元件。
請求項語言或敘述集合中「至少一個」及/或集合中「一或多個」的其他語言表示該集合中的一個成員或該集合中的多個成員（以任何組合）滿足該請求項。例如，敘述「A和B中的至少一個」或「A或B中的至少一個」的請求項語言表示A、B，或A和B。在另一實例中，敘述「A、B和C中的至少一個」或「A、B或C中的至少一個」的請求項語言表示A、B、C，或A和B，或A和C，或B和C，或A和B和C。術語集合中的「至少一個」及/或集合中的「一或多個」並不將該集合限制為該集合中列出的專案。例如，敘述「A和B中的至少一個」或「A或B中的至少一個」的請求項語言可以表示A、B，或A和B，並且可以附加地包括沒有在A和B的集合中列出的專案。
結合本文所揭示的實施例所描述的各種說明性邏輯區塊、模組、電路和演算法步驟可以實施為電子硬體、電腦軟體、韌體或其組合。為了清楚地說明硬體和軟體的此種可互換性，各種說明性的元件、方塊、模組、電路和步驟已經在上文根據其功能進行了一般描述。此種功能是以硬體還是軟體實施取決於特定的應用和對整體系統的設計限制。熟習此項技術者可以針對每個特定應用以不同的方式實施所描述的功能，但是此種實施方式決策不應被解釋為導致脫離本案的範疇。
本文所描述的技術亦可以經由電子硬體、電腦軟體、韌體或其任何組合實施。此種技術可以在多種設備中的任何一種中實施，諸如通用電腦、無線通訊設備手機或具有多種用途（包括在無線通訊設備手機和其他設備中的應用）的積體電路元件。被描述為模組或元件的任何特徵可以在整合邏輯設備中一起實施，或作為個別但可交互操作的邏輯設備單獨實施。若經由軟體實施，則該等技術可以至少部分地由包括程式碼的電腦可讀取資料儲存媒體來實施，該程式碼包括當被執行時執行一或多個以上所描述的方法的指令。電腦可讀取資料儲存媒體可以形成電腦程式產品的一部分，該電腦程式產品可以包括包裝材料。電腦可讀取媒體可以包括記憶體或資料儲存媒體，例如，諸如同步動態隨機存取記憶體（SDRAM）的隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、非揮發性隨機存取記憶體（NVRAM）、電子可抹除可程式設計唯讀記憶體（EEPROM）、快閃記憶體、磁或光資料儲存媒體等。附加地或替代地，該等技術可以至少部分地由電腦可讀取通訊媒體（諸如傳播的信號或波）來實現，該電腦可讀取通訊媒體承載或傳送指令或資料結構形式的程式碼，並且可以由電腦存取、讀取及/或執行。
程式碼可以由處理器執行，該處理器可以包括一或多個處理器，諸如一或多個數位信號處理器（DSP）、通用微處理器、特殊應用積體電路（ASIC）、現場可程式設計邏輯陣列（FPGA）或其他等效的整合或個別邏輯電路系統。此種處理器可以被配置為執行本案中所描述的任何技術。通用處理器可以是微處理器，但是可選地，處理器可以是任何習知的處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器亦可以被實施為計算設備的組合，例如，DSP和微處理器的組合、複數個微處理器、一或多個微處理器與DSP核心的結合，或任何其他此種配置。因此，本文所使用的術語「處理器」可以指任何上述結構、上述結構的任何組合，或適於實施本文所描述的技術的任何其他結構或裝置。
本案的說明性態樣包括：
態樣1：一種裝置，包括：第一基板和第二基板，第一基板包括第一孔，並且第二基板包括第一超透鏡；其中第一基板和第二基板機械地耦合，使得第一孔的至少第一部分設置在第一超透鏡的至少第二部分上方。
態樣2：根據態樣1的裝置，其中：第一基板包括第二孔；第二基板包括第二超透鏡；並且第一基板和第二基板機械地耦合，使得第二孔的第三部分設置在第二超透鏡的第四部分上方。
態樣3：根據態樣1或2的裝置，其中第一超透鏡模組包括第一孔和第一超透鏡。
態樣4：態樣2或3的裝置，其中第二超透鏡模組包括第二孔和第二超透鏡。
態樣5：態樣1至4中任一態樣的裝置，其中：第一基板包括第一晶圓和複數個孔；複數個孔包括第一孔；第二基板包括第二晶圓和複數個超透鏡；並且複數個超透鏡包括第一超透鏡。
態樣6：根據態樣1至5中任一態樣的裝置，亦包括：第三基板，第三基板包括光學感測器，其中第一基板、第二基板和第三基板機械地耦合，使得：第一孔的至少第一部分設置在第一超透鏡的至少第二部分上方；第一超透鏡的至少第三部分與光學感測器的至少第四部分隔開；並且第一超透鏡的至少第二部分設置在光學感測器的至少第五部分上方。
態樣7：根據態樣6的裝置，其中：第三基板包括第三晶圓和複數個光學感測器，其中複數個光學感測器包括該光學感測器。
態樣8：根據態樣5至7中任一態樣的裝置，其中：複數個孔以第一間距設置在第一基板上；複數個超透鏡以第二間距設置在第二基板上；並且第一間距和第二間距相等。
態樣9：根據態樣8的裝置，其中：複數個光學感測器以第三間距設置在第三基板上；並且第一間距、第二間距和第三間距相等。
態樣10：根據態樣7至9中任一態樣的裝置，其中第四晶圓包括設置在第一晶圓與第二晶圓之間的間隔結構，並且其中第一晶圓、第二晶圓和第四晶圓機械地耦合。
態樣11：態樣7至10中任一態樣的裝置，其中第一超透鏡和光學感測器以第一超透鏡的焦距間隔開。
態樣12：根據態樣1至11中任一態樣的裝置，亦包括設置在第一基板與第二基板之間的濾光器。
態樣13：根據態樣1至11中任一態樣的裝置，亦包括設置在第一基板與第二基板之間的間隔結構。
態樣14：根據態樣13的裝置，其中濾光器設置在第一基板與間隔結構之間。
態樣15：根據態樣14的裝置，其中濾光器設置在第二基板與間隔結構之間。
態樣16：根據態樣12至15中任一態樣的裝置，其中濾光器包括帶通濾波器。
態樣17：根據態樣1至15中任一態樣的裝置，其中第一基板包括第一矽基板，並且第二基板包括第二矽基板。
態樣18：根據態樣1至15中任一態樣的裝置，其中第一基板包括第一玻璃基板，並且第二基板包括第二玻璃基板。
態樣19：根據態樣10至18中任一態樣的裝置，其中間隔結構包括第三矽基板。
態樣20：根據態樣10至18中任一態樣的裝置，其中間隔結構包括第三玻璃基板。
態樣21：根據態樣10至18中任一態樣的裝置，其中間隔結構包括設置在第一基板上的結構。
態樣22：根據態樣21的裝置，其中設置在第一基板上的結構包括位於第一超透鏡的周邊的外部的複數個柱。
態樣23：根據態樣21的裝置，其中設置在第一基板上的結構包括圍繞第一超透鏡的周邊的連續結構。
態樣24：根據態樣21的裝置，其中設置在第一基板上的結構包括圍壩結構。
態樣25：根據態樣20至24中任一態樣的裝置，其中設置在第一基板上的結構包括聚醯亞胺材料。
態樣26：根據態樣20至25中任一態樣的裝置，其中設置在第一基板上的結構包括開口，並且其中第一超透鏡位於開口內。
態樣27：根據態樣1至26中任一態樣的裝置，其中第五基板機械地耦合到第一基板和第二基板，其中第五基板包括可重配置指令單元陣列（RICA）。
態樣28：根據態樣27的裝置，其中RICA被配置為從光學感測器接收圖像資料。
態樣29：根據態樣28的裝置，其中RICA亦被配置為對圖像資料執行一或多個圖像處理操作。
態樣30：根據態樣29的裝置，其中一或多個圖像處理操作包括產生深度圖、產生合成圖像或將第一圖像的至少一部分與第二圖像的至少一部分拼接在一起。
態樣31：根據態樣1至30中任一態樣的裝置，亦包括不同於第二基板的第六基板，第六基板包括設置在其上的第三超透鏡，其中第一超透鏡的至少第八部分設置在第三超透鏡的至少第九部分上方。
態樣32：一種組裝光學系統的方法，包括以下步驟：機械地耦合包括第一孔的第一基板和包括第一超透鏡的第二基板，其中在機械地耦合第一基板和第二基板之後，第一孔的至少第一部分設置在第一超透鏡的至少第二部分上方。
態樣33：根據態樣32的方法，其中：第一基板包括第二孔；第二基板包括第二超透鏡；並且第一基板和第二基板機械地耦合，使得第二孔的第五部分設置在第二超透鏡的第六部分上方。
態樣34：根據態樣32或33的方法，其中第一超透鏡模組包括第一孔和第一超透鏡。
態樣35：根據態樣33或34的方法，其中第二超透鏡模組包括第二孔和第二超透鏡。
態樣36：根據態樣32至35中任一態樣的方法，其中：第一基板包括第一晶圓；複數個孔，其中複數個孔包括第一孔；並且第二基板包括第二晶圓和複數個超透鏡，其中複數個超透鏡包括第一超透鏡。
態樣37：根據態樣32至36中任一態樣的方法，亦包括以下步驟：機械地耦合第一基板、第二基板和包括光學感測器的第三基板，使得第一孔的至少第一部分設置在第一超透鏡的至少第二部分上方，並且第一超透鏡的至少第二部分設置在光學感測器的至少第七部分上方。
態樣38：根據態樣37的方法，其中第三基板包括第三晶圓和複數個光學感測器，其中複數個光學感測器包括該光學感測器。
態樣39：根據態樣36至38中任一態樣的方法，其中第一超透鏡和光學感測器以第一超透鏡的焦距間隔開。
態樣40：根據態樣32至39中任一態樣的方法，亦包括以下步驟：在第一基板與第二基板之間設置濾光器。
態樣41：根據態樣32至40中任一態樣的方法，亦包括以下步驟：在第一基板與第二基板之間設置間隔結構。
態樣42：根據態樣41的方法，亦包括以下步驟：機械地耦合第四基板，第四基板包括在第一基板與第二基板之間的間隔結構。
態樣43：根據態樣40至42中任一態樣的方法，亦包括以下步驟：將濾光器設置在第二基板與間隔結構之間。
態樣44：根據態樣40至42中任一態樣的方法，亦包括以下步驟：將濾光器設置在第一基板與間隔結構之間。
態樣45：根據態樣40至42中任一態樣的方法，其中濾光器包括帶通濾波器。
態樣46：根據態樣32至45中任一態樣的方法，其中第一基板包括第一矽基板，並且第二基板包括第二矽基板。
態樣47：根據態樣32至45中任一態樣的方法，其中第一基板包括第一玻璃基板，並且第二基板包括第二玻璃基板。
態樣48：一種光學偵測方法，包括以下步驟：在孔處接收光，其中第一基板包括該孔，並且該孔允許光的至少第一部分穿過第一基板，並且阻止光的至少第二部分穿過第一基板；在超透鏡處接收光的至少第一部分，其中第二基板包括超透鏡，並且超透鏡將光的至少第一部分聚焦在焦平面處；及由光學感測器偵測由超透鏡聚焦的光的至少第一部分，其中第三基板包括光學感測器。
態樣49：根據態樣48的方法，其中第一基板、第二基板和第三基板機械地耦合。
態樣50：根據態樣48或49的方法，其中超透鏡與光學感測器以等於超透鏡的焦距的分隔間隔開。
態樣51：根據態樣50的方法，其中間隔結構提供分隔的至少一部分。
態樣52：根據態樣48至51中任一態樣的方法，亦包括以下步驟：基於偵測到光的第一部分來產生圖像的至少一部分。
態樣53：根據態樣52的方法，亦包括以下步驟：在RICA處接收圖像的至少一部分。
態樣54：根據態樣53的方法，其中第四基板包括RICA，並且第一基板、第二基板、第三基板和第四基板機械地耦合。
態樣55：根據態樣53或54的方法，其中RICA被配置為對圖像的至少一部分執行一或多個圖像處理操作。
態樣56：根據態樣53至55中任一態樣的方法，亦包括以下步驟：基於圖像的至少一部分產生深度圖，基於圖像的至少一部分產生合成圖像，或將圖像的至少一部分和另一圖像的至少一部分拼接在一起。
態樣57：一種非暫時性電腦可讀取儲存媒體，其中儲存有指令，當由一或多個處理器執行時，該等指令使一或多個處理器執行根據態樣1至56中的任何操作。
態樣58：一種裝置，包括用於執行根據態樣1至56的任何操作的構件。
100:超透鏡 102:基板 104:柱 106:柱 108:柱 110:光柱 112:焦點 114:單位單元 116:基部 118:柱 130:超透鏡 131:柱 132:焦點 134A:光線 134B:光線 134C:光線 136A:第一柱 136B:第二柱 136C:第三柱 138A:光線 138B:光線 138C:光線 150:曲線 202:曲線圖 204:曲線 206:曲線 212:曲線圖 214:中心 216:最小直徑 218:相位重置點 220:光線圖 222:孔 224:超透鏡 226:光線 228:光線 230:光線 232:光線 234:光線 236:光線 240:光線圖 242:孔 244:超透鏡 246:光線 248:光線 250:光線 252:光線 254:光線 256:光線 258:焦平面 266:光斑圖 268:光斑圖 270:光斑圖 272:光斑圖 274:光斑圖 276:光斑圖 278:圓 286:光斑圖 288:光斑圖 290:光斑圖 292:光斑圖 294:光斑圖 296:光斑圖 298:圓 300:超透鏡 302:低放大級視圖 304:線段 306:中心 308:相位重置點 310:中放大級 312:高放大級 318:柱 320:大柱 322:單位單元 400:複合透鏡 402A:透鏡元件 402B:透鏡元件 402C:透鏡元件 402D:透鏡元件 402E:透鏡元件 402F:透鏡元件 404:焦平面 406:孔 406A:入射光線 406B:入射光線 406C:入射光線 406D:入射光線 410:超透鏡 412:基板 414:柱 416A:光線 416B:光線 416C:光線 418:焦平面 502:超透鏡晶圓 504:放大部分 506:超透鏡 512:孔晶圓 514:放大部分 516:孔 522:間隔晶圓 524:放大部分 526:間隔結構 528:腔 532:晶圓 534:放大部分 536:光學感測器 538:光敏區域 540:附加的電路系統 550:晶圓疊層 562:孔 564:不透通層 566:間隔 660:間隔 665:濾光器 670:晶圓疊層 672:晶圓疊層 673:附加的間隔結構 674:晶圓疊層 675:距離 676:超透鏡相機模組 677:切割線 678:光學偵測器 680:基板 682:超透鏡模組 702:印模 704:聚合物層 706:設備層 708:基板 710:負像圖案 712:超透鏡圖案 800:晶圓疊層 802:超透鏡晶圓 803:超透鏡的陣列 804:間隔結構 806:偵測器元件晶圓 808:控制和處理元件晶圓 900:晶圓疊層 902:基板 904:超透鏡 906:圍壩結構 908:偵測器元件 910:偵測器陣列 912:行掃瞄器 914:控制和處理元件 916:時序控制元件 918:可重配置指令單元陣列（RICA） 920:讀出積體電路（ROIC） 922:感測器晶片 924:超透鏡相機模組 1000:超透鏡疊層 1022:柱結構 1100:過程 1102:方塊 1104:方塊 1106:方塊 1200:計算系統 1205:連接 1210:處理器 1212:快取記憶體 1215:系統記憶體 1220:唯讀記憶體（ROM） 1225:隨機存取記憶體（RAM） 1230:儲存設備 1232:服務 1234:服務 1235:輸出設備 1236:服務 1240:通訊介面 1245:輸入設備 D:直徑 H:高度 U:寬度 x:軸 y:軸 z:軸
下文參考以下附圖詳細描述本案的說明性實施例：
圖1A是根據一些實例的示例性超透鏡的透視圖；
圖1B是根據一些實例的示例性超透鏡的側視圖；
圖1C是根據一些實例的示例性超透鏡單位單元的透視圖；
圖1D是根據一些實例的示例性超透鏡單位單元的俯視圖；
圖1E圖示根據一些實例的柱直徑相對於相位的曲線圖；
圖2A圖示根據一些實例的柱位置相對於相位的曲線圖；
圖2B圖示根據一些實例的柱位置相對於直徑的曲線圖；
圖2C圖示根據一些實例的雙曲超透鏡的示例性光線圖；
圖2D圖示根據一些實例的最佳化的超透鏡的示例性光線圖；
圖2E圖示根據一些實例的雙曲超透鏡的焦平面處的示例性光斑圖；
圖2F圖示根據一些實例的最佳化的超透鏡的焦平面處的示例性光斑圖；
圖3是圖示根據一些實例的超透鏡的示例性放大部分的圖；
圖4是圖示根據一些實例的複合透鏡和對應的超透鏡的側視圖的圖；
圖5A至圖5F是圖示根據一些實例的超透鏡晶圓疊層製造技術的圖；
圖6A至圖6E是圖示根據一些實例的示例性超透鏡疊層配置的橫截面的圖；
圖7A至圖7D是圖示根據一些實例的用於製造超透鏡的示例性奈米壓印技術的圖；
圖8是圖示根據一些實例的示例性超透鏡晶圓疊層的圖；
圖9A至圖9C是圖示根據一些實例的示例性超透鏡晶圓疊層的圖；
圖10是圖示根據一些實例的另一示例性超透鏡晶圓疊層的圖；
圖11是圖示根據一些實例的用於組裝超透鏡晶圓疊層的過程的實例的流程圖；
圖12是圖示用於實施本文所描述的某些態樣的計算系統的實例的圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
502:超透鏡晶圓
504:放大部分
506:超透鏡

Claims (41)

  1. 一種裝置，包括： 一第一基板，該第一基板包括一第一孔；及 一第二基板，該第二基板包括一第一超透鏡； 其中該第一基板和該第二基板機械地耦合，使得該第一孔的至少一第一部分設置在該第一超透鏡的至少一第二部分上方。
  2. 根據請求項1之裝置，其中： 該第一基板包括一第二孔； 該第二基板包括一第二超透鏡；及 該第一基板和該第二基板機械地耦合，使得該第二孔的一第三部分設置在該第二超透鏡的一第四部分上方。
  3. 根據請求項2之裝置，其中一第二超透鏡模組包括該第二孔和該第二超透鏡。
  4. 根據請求項2之裝置，亦包括不同於該第二基板的一第六基板，該第六基板包括設置在其上的一第三超透鏡，其中該第一超透鏡的至少一第八部分設置在該第三超透鏡的至少一第九部分上方。
  5. 根據請求項4之裝置，其中該第一超透鏡和該第三超透鏡包括一複合透鏡。
  6. 根據請求項1之裝置，其中一第一超透鏡模組包括該第一孔和該第一超透鏡。
  7. 根據請求項1之裝置，其中： 該第一基板包括一第一晶圓和複數個孔； 該等複數個孔包括該第一孔； 該第二基板包括一第二晶圓和複數個超透鏡；及 該等複數個超透鏡包括該第一超透鏡。
  8. 根據請求項7之裝置，其中： 該等複數個孔以一第一間距設置在該第一基板上； 該等複數個超透鏡以一第二間距設置在該第二基板上；及 該第一間距和該第二間距相等。
  9. 根據請求項8之裝置，亦包括： 一第三基板，該第三基板包括一光學感測器，其中該第一基板、該第二基板和該第三基板機械地耦合，使得： 該第一孔的至少該第一部分設置在該第一超透鏡的至少該第二部分上方； 該第一超透鏡的至少一第三部分與該光學感測器的至少一第四部分隔開；及 該第一超透鏡的至少該第二部分設置在該光學感測器的至少一第五部分上方。
  10. 根據請求項9之裝置，其中： 該第三基板包括一第三晶圓和複數個光學感測器，其中該等複數個光學感測器包括該光學感測器。
  11. 根據請求項10之裝置，其中： 該等複數個光學感測器以一第三間距設置在該第三基板上；及 該第一間距、該第二間距和該第三間距相等。
  12. 根據請求項10之裝置，其中該第一超透鏡和該光學感測器以該第一超透鏡的一焦距間隔開。
  13. 根據請求項10之裝置，其中一第四基板包括設置在該第一基板與該第二基板之間的一間隔結構，並且其中該第一基板、該第二基板和該第四基板機械地耦合。
  14. 根據請求項1之裝置，亦包括設置在該第一基板與該第二基板之間的一濾光器。
  15. 根據請求項14之裝置，其中該濾光器設置在該第一基板與一間隔結構之間，該間隔結構設置在該第一基板與該第二基板之間。
  16. 根據請求項14之裝置，其中該濾光器設置在該第二基板與一間隔結構之間，該間隔結構設置在該第一基板與該第二基板之間。
  17. 根據請求項14之裝置，其中該濾光器包括一帶通濾波器。
  18. 根據請求項1之裝置，其中該第一基板包括一第一矽基板，並且該第二基板包括一第二矽基板。
  19. 根據請求項1之裝置，其中該第一基板包括一第一玻璃基板，並且該第二基板包括一第二玻璃基板。
  20. 根據請求項1之裝置，亦包括設置在該第一基板與該第二基板之間的一間隔結構。
  21. 根據請求項20之裝置，其中該間隔結構包括一第三矽基板。
  22. 根據請求項20之裝置，其中該間隔結構包括一第三玻璃基板。
  23. 根據請求項20之裝置，其中該間隔結構包括設置在該第一基板上的一結構。
  24. 根據請求項23之裝置，其中設置在該第一基板上的該結構包括位於該第一超透鏡的一周邊的外部的複數個柱。
  25. 根據請求項23之裝置，其中設置在該第一基板上的該結構包括圍繞該第一超透鏡的一周邊的一連續結構。
  26. 根據請求項23之裝置，其中設置在該第一基板上的該結構包括一圍壩結構。
  27. 根據請求項23之裝置，其中設置在該第一基板上的該結構包括一聚醯亞胺材料。
  28. 根據請求項23之裝置，其中設置在該第一基板上的該結構包括一開口，並且其中該第一超透鏡位於該開口內。
  29. 根據請求項1之裝置，其中一第五基板機械地耦合到該第一基板和該第二基板，該第五基板包括一可重配置指令單元陣列（RICA）。
  30. 根據請求項29之裝置，其中該RICA被配置為從一光學感測器接收圖像資料。
  31. 根據請求項30之裝置，其中該RICA亦被配置為對該圖像資料執行一或多個圖像處理操作。
  32. 根據請求項31之裝置，其中該一或多個圖像處理操作包括產生一深度圖、產生一合成圖像或將一第一圖像的至少一部分與一第二圖像的至少一部分拼接在一起。
  33. 一種光學偵測方法，包括以下步驟： 在一孔處接收光，其中一第一基板包括該孔，並且該孔允許該光的至少一第一部分穿過該第一基板，並且阻止該光的至少一第二部分穿過該第一基板； 在一超透鏡處接收該光的至少該第一部分，其中一第二基板包括該超透鏡，並且該超透鏡將該光的該至少第一部分聚焦在一焦平面處；及 由一光學感測器接收由該超透鏡聚焦的該光的至少該第一部分，其中一第三基板包括該光學感測器。
  34. 根據請求項33之方法，其中該第一基板、該第二基板和該第三基板機械地耦合。
  35. 根據請求項33之方法，其中該超透鏡與該光學感測器以等於該超透鏡的一焦距的一分隔間隔開。
  36. 根據請求項35之方法，其中一間隔結構提供該分隔的至少一部分。
  37. 根據請求項33之方法，亦包括以下步驟： 基於偵測到該光的該第一部分來產生一圖像的至少一部分。
  38. 根據請求項37之方法，亦包括以下步驟： 在一RICA處接收該圖像的至少該一部分。
  39. 根據請求項38之方法，其中一第四基板包括該RICA，並且該第一基板、該第二基板、該第三基板和該第四基板機械地耦合。
  40. 根據請求項38之方法，其中該RICA被配置為對該圖像的至少該一部分執行一或多個圖像處理操作。
  41. 根據請求項38之方法，亦包括以下步驟：基於該圖像的至少該一部分產生一深度圖，基於該圖像的至少該一部分產生一合成圖像，或將該圖像的至少該一部分和另一圖像的至少一部分拼接在一起。
TW111125349A 2021-07-07 2022-07-06 超透鏡系統和技術 TW202309581A (zh)

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