TWI397995B - 陣列成像系統及其相關方法 - Google Patents

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Satoru Tachihara
Christopher J Linnen
Dennis W Dobbs
Regis S Fan
Kenneth S Kubala
Paulo E X Silveira
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Brian T Schwartz
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Kenneth Ashley Macon
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Description

陣列成像系統及其相關方法
在先前技術中的晶圓級成像系統陣列提供垂直(沿光軸)整合能力與平行裝配之好處。圖154顯示一先前技術光學元件5002陣列5000，其中在一共同基底5004上配置若干光學元件，例如一8英吋或12英吋共同基底(例如一矽晶圓或一玻璃平板)。一光學元件5002及其相關聯共同基底5004部分之各配對可稱為一成像系統5005。
許多製造方法可用於產生陣列光學元件，包括微影蝕刻法、複製法、模製法及壓花法。微影蝕刻法包括(例如)使用一耦合一感光光阻的圖案化、電磁能量阻障光罩。在曝光於電磁能量之後，藉由使用一顯影劑溶液之化學分解來洗除未遮罩的光阻區域(或已使用一負色調光阻時的遮罩區域)。剩餘光阻結構可保持原樣，藉由一蝕刻製程或在高達200℃溫度下的熱熔融(即"回流")傳遞至下面共同基底內，以使該結構形成一平滑、連續、球面及/或非球面表面。在回流之前或之後的剩餘光阻可用作一蝕刻光罩，用於定義可蝕刻在下面共同基底內之特徵。此外，仔細控制蝕刻選擇性(即光阻蝕刻速率與共同基底蝕刻速率之比率)可允許額外的彈性來控制該等特徵(例如透鏡或稜鏡)之表面形式。
一旦產生，晶圓級光學元件5002陣列5000便可對齊並結合至額外陣列，以形成圖155所示之陣列成像系統5006。視需要或額外地，光學元件5002可形成於共同基底5004之 兩側上。共同基底5004可直接一起加以結合或可使用間隔物來結合共同基底5004，其間具有空間。所產生的陣列成像系統5006可在該成像系統之焦平面處包括一固態影像偵測器5008陣列，例如互補型金屬氧化物半導體(CMOS)影像偵測器。一般完成該晶圓級裝配件，便可將陣列成像系統分成複數個成像系統。
目前晶圓級成像系統整合之一關鍵缺點在於，與平行裝配相關聯之精度不足。例如，由於一共同基底內的厚度不均勻性所引起之光學元件垂直偏移與光學元件相對於光軸之系統錯位可能會遍及陣列而劣化一或多個成像系統之整體性。而且，先前技術之晶圓級光學元件陣列一般係藉由一部分製作母版之使用而產生，包括用於一次界定在該陣列中一或一些光學元件之特徵以在該共同基底上一次「壓製」或「模製」一些光學元件；因此，先前技術之晶圓級光學元件陣列之製造精度受限於關於該共同基底移動該部分製作母版的該機械系統之精度。即，儘管目前技術可在數微米之機械容限內致動對齊，但其不提供用於精確成像系統製造所需之光學容限對齊準確性(即在感興趣電磁能量之波長級別上)。現今晶圓級成像系統整合之另一關鍵缺點在於使用於先前技術系統中使用之該光學材料無法忍受該等回流處理溫度。
偵測器(例如但不限於互補型金屬氧化物半導體(CMOS)偵測器)可受益於使用小透鏡陣列來增加填充因數與偵測器中各偵測器像素之偵測敏感度。而且，偵測器可能要求 額外的濾光片用於各種用途，例如偵測不同色彩並阻擋紅外線電磁能量。前述任務需要添加光學元件(例如小透鏡及濾光片)至現有偵測器，此為使用現今技術之一缺點。
偵測器係一般使用一微影蝕刻製程來製作，並因此包括相容於微影蝕刻製程之材料。例如，目前CMOS偵測器係使用CMOS製程及相容材料(例如晶體矽、氮化矽及二氧化矽)來製作。然而，添加使用先前技術的光學元件至偵測器通常可能在不同設施內與偵測器分開製作，並可能使用不一定相容特定CMOS製程之材料(例如當有機染料可用於彩色濾光片而有機聚合物可用於小透鏡時，一般不認為此類材料相容CMOS製程)。該些額外的製作及操作步驟可因此增加整體成本並減小偵測器製作之整體良率。此處所揭示之系統、方法、處理及應用克服相關於現今晶圓級成像系統整合與偵測器設計及製造之缺點。
在一具體實施例中，提供陣列成像系統。一偵測器陣列係使用一共同基底來形成。該等陣列成像系統具有一第一陣列的層疊光學元件，該等層疊光學元件之各元件係光學係連接該偵測器陣列中的一偵測器。
在一具體實施例中，一種方法形成複數個成像系統，該複數個成像系統之各成像系統具有一偵測器，其包括：藉由形成(例如)該複數個成像系統之各成像系統，使用一共同基底來形成陣列成像系統，至少一組層疊光學元件光學連接其偵測器，該形成步驟包括連續地施加一或多個製作 母版。
在一具體實施例中，一種方法使用一共同基底與至少一偵測器來形成陣列成像系統，其包括：形成一層疊光學元件陣列，該等層疊光學元件之至少一元件光學連接於該偵測器，該形成步驟包括連續地施加一或多個製作母版，使得該等陣列成像系統係分成複數個成像系統。
在一具體實施例中，一種方法使用一共同基底來形成陣列成像系統，其包括藉由連續地施加一或多個對齊該共同基底之製作母版來形成一複數個層疊光學元件陣列。
在一具體實施例中，提供一種方法用於藉由以下步驟來製造陣列成像系統，其包括至少一光學器件子系統與一影像處理器子系統，二者均連接一偵測器子系統：(a)產生一陣列成像系統設計，包括一光學器件子系統設計、一偵測器子系統設計與一影像處理器子系統設計；(b)測試該等子系統設計之至少一設計以決定該等子系統設計之至少一設計是否符合預定義參數；若該等子系統設計之至少一設計不符合該等預定義參數，則：(c)使用一組潛在參數修改來修改該等陣列成像系統設計；(d)重複(b)及(c)，直到該等子系統設計之至少一設計符合該等預定義參數以產生一修改後陣列成像系統設計；(e)依據該修改後陣列成像系統設計來製作該等光學、偵測器及影像處理器子系統；以及(f)根據在(e)製作的該等子系統來裝配該等陣列成像系統。
在一具體實施例中，一種軟體產品具有儲存在電腦可讀取媒體上的指令，其中由一電腦執行時，該等指令執行用 於產生陣列成像系統設計之步驟，其包括：(a)用於產生一陣列成像系統設計之指令，該設計包括一光學器件子系統設計、一偵測器子系統設計與一影像處理器子系統設計；(b)用於測試該等光學、偵測器及影像處理器子系統設計之至少一設計以決定該等子系統設計之至少一設計是否符合預定義參數之指令；若該等子系統設計之至少一者不符合該等預定義參數，則：(c)用於使用一組參數修改來修改該等陣列成像系統設計之指令；及(d)用於重複(b)及(c)直到該等子系統設計之至少一設計符合該等預定義參數以產生該等陣列成像系統設計之指令。
在一具體實施例中，一種多折射率光學元件具有一分成複數個體積區域之單石光學材料，該複數個體積區域之各體積區域具有一定義折射率，該等體積區域之至少兩者具有不同的折射率，該複數個體積區域係組態成用以預定地修改透射過該單石光學材料之電磁能量之相位。
在一具體實施例中，一種成像系統包括：用於形成一光學影像之光學器件，該光學器件包括一具有複數個體積區域之多折射率光學元件，該複數個體積區域之各體積區域具有一定義折射率，該等體積區域之兩者具有不同的折射率，該複數個體積區域係組態成用以預定地修改透射過其之電磁能量之相位；一用於將該光學影像轉換成電子資料之偵測器；以及一用於處理該電子資料以產生輸出之處理器。
在一具體實施例中，一種方法藉由以下步驟來製造一多 折射率光學元件：在一單石光學材料內形成複數個體積區域，使得：(i)該複數個體積區域之各體積區域具有一定義折射率，且(ii)該等體積區域之兩者具有不同的折射率，其中該複數個體積區域預定地修改透射過其之電磁能量之相位。
在一具體實施例中，一種方法藉由以下形成一影像：藉由透過一具有複數個體積區域之單石光學材料來透射電磁能量，預定修改貢獻於該光學影像之電磁能量之相位，該複數個體積區域之各體積區域具有一定義折射率且至少兩個體積區域具有不同的折射率；將該光學影像轉換成電子資料；並處理該電子資料以形成影像。
在一具體實施例中，陣列成像系統具有：一使用一共同基底所形成的偵測器陣列；及一層疊光學元件陣列，該等層疊光學元件之各元件光學連接於該偵測器陣列中的至少一偵測器，以便形成陣列成像系統，各成像系統包括至少一層疊光學元件，其光學連接於該偵測器陣列中的至少一偵測器。
在一具體實施例中，提供一種用於形成複數個成像系統之方法，其包括：形成一第一光學元件陣列，該等光學元件之各光學元件光學連接於在一具有一共同基底之偵測器陣列中的至少一偵測器；形成一第二光學元件陣列，其光學連接於該第一光學元件陣列，以便集體形成一層疊光學元件陣列，該等層疊光學元件之各元件光學連接於該偵測器陣列中的該等偵測器之一；以及將該偵測器陣列與該層 疊光學元件偵測分成複數個成像系統，該複數個成像系統之各成像系統包括光學連接至少一偵測器的至少一層疊光學元件，其中形成該第一光學元件陣列包括在該第一光學元件陣列與該偵測器陣列之間組態一平坦介面。
在一具體實施例中，陣列成像系統包括：一形成在一共同基底上的偵測器陣列；複數個光學元件陣列；及分離該複數個光學元件陣列之複數個塊狀材料層，該複數個光學元件陣列與該複數個塊狀材料層協作以形成一光學陣列，該等光學之各光學光學連接於該偵測器陣列之該等偵測器之至少一偵測器，以便形成陣列成像系統，該等成像系統之各成像系統包括光學連接該偵測器陣列中至少一偵測器的至少一光學器件，該複數個塊狀材料層之各層定義相鄰光學元件之間的一距離。
在一具體實施例中，提供一種用於藉由以下步驟加工一光學元件樣板陣列之方法：使用一慢速工具伺服方法、一快速工具伺服方法、一多軸銑製方法及一多軸研磨方法之至少一者來製造該樣板陣列。
在一具體實施例中，藉由以下步驟提供一種製造一包括一光學元件樣板陣列定義其上之製作母版之方法之改良：直接製作該樣板陣列。
在一具體實施例中，藉由以下步驟提供一種用於製造一光學元件陣列之方法：使用一慢速工具伺服方法、一快速工具伺服方法、一多軸銑製方法及一多軸研磨方法之至少一選定者來直接製作該樣板陣列。
在一具體實施例中，藉由以下步驟提供一種用於製造一光學元件陣列之方法：藉由直接製作來形成該光學元件陣列。
在一具體實施例中，提供一種製造一用於藉其形成複數個光學元件之製作母版之方法，其包括：決定一第一表面，其包括用於形成該複數個光學元件之特徵；決定一第二表面作為(a)該第一表面與(b)該製作母版之材料特性的一函數；以及基於該第二表面執行一製作常式，以便在該製作母版上形成該第一表面。
在一具體實施例中，提供一種製作一用於形成複數個光學元件之製作母版之方法，其包括：使用一第一工具在該製作母版上形成複數個第一表面特徵；以及使用一第二工具在該製作母版上形成複數個第二表面特徵，該等第二表面特徵係不同於該等第一表面特徵，其中一該等第一及第二表面特徵之組合係組態成用以形成該複數個光學元件。
在一具體實施例中，提供一種製造一用於形成複數個光學元件之製作母版之方法，其包括：在該製作母版上形成複數個第一特徵，該複數個第一特徵之各特徵近似形成該複數個光學元件之一的第二特徵；以及平滑該複數個第一特徵以形成該等第二特徵。
在一具體實施例中，藉由以下步驟提供一種製造一用於形成複數個光學元件之製作母版之方法：定義該複數個光學元件以包括至少兩種不同類型的光學元件；以及直接製造組態成用以在該製作母版之一表面上形成該複數個光學 元件之特徵。
在一具體實施例中，提供一種製造一製作母版之方法，該製作母版包括用於藉其形成光學元件之複數個特徵，該方法包括：定義該複數個特徵為包括至少一類型具有一非球面表面之元件；以及在該製作母版之一表面上直接製作該等特徵。
在一具體實施例中，藉由以下步驟提供一種製造一製作母版之方法，該製作母版包括用於藉其形成光學元件之複數個特徵：定義一第一製作常式用於在該製作母版之一表面上形成該等特徵之一第一部分；使用該第一製作常式在該表面上直接製造該等特徵之至少一特徵；測量該等特徵之至少一特徵之一表面特性；定義一第二製作常式用於在該製作母版之表面上形成該等特徵之一第二部分，其中該第二製作常式包含依據所測量之表面特性在至少一方面而調整的第一製作常式；以及使用該第二製作常式在該表面上直接製造該等特徵之至少一特徵。
在一具體實施例中，提供對製造一用於藉其形成複數個光學元件之製作母版之一機器的一改良，該機器包括一用於保持該製作母版的心軸與一用於保持一加工工具之工具固定器，該加工工具製造用於在該製作母版之一表面上形成該複數個光學元件之特徵，一種改良具有：一度量系統，其係組態成用以協作該心軸與該工具固定器用於測量該表面之一特徵。
在一具體實施例中，提供一種製造一藉其形成複數個光 學元件之製作母版之方法，其包括：在該製作母版之一表面上直接製造用於形成該複數個光學元件之特徵；以及在該表面上直接製造至少一對齊特徵，該對齊特徵係組態成用以協作在一分離物件上的一對應對齊特徵來定義該表面與該分離物件之間的一分離距離。
在一具體實施例中，藉由以下步驟提供一種製造一用於形成一光學元件陣列之製作母版之方法：在該等基板特徵之一表面上直接製造用於形成該光學元件特徵；以及在該表面上直接製造至少一對齊特徵，該對齊特徵係組態成用以協作在一分離物件上的一對應對齊特徵來指示在該表面與該分離物件之間的一平移、一旋轉及一分離之至少一者。
在一具體實施例中，藉由以下步驟提供一種用於使用一多軸加工工具修改一基板來形成一用於一光學元件陣列之製作母版之方法：將該基板固定至一基板固定器；在該基板上執行預備加工操作；在該基板之一表面上直接製造用於形成該光學元件陣列；在該基板之表面上直接製造至少一對齊特徵；其中在該執行及直接製造步驟期間，該基板保持固定至該基板固定器。
在一具體實施例中，提供一種用於製造一層疊光學元件陣列之方法，其包括：使用一第一製作母版在一共同基底上形成一第一光學元件層，該第一製作母版具有一第一母版基板，其包括形成於其上的第一光學元件層之一負片；使用一第二製作母版形成相鄰該第一光學元件層的一第二 光學元件層，以便在該共同基底上形成該層疊光學元件陣列，該第二製作母版具有一第二母版基板，其包括形成於其上的第二光學元件層之一負片。
在一具體實施例中，一種製作母版具有：一用於將一模製材料模製成一定義複數個光學元件之預定形狀之配置；以及一用於在組合一共同基底使用該製作母版時相對於該共同基底在一預定方位對齊該模製配置，使得該模製配置可對齊該共同基底以獲得可重複性及低於兩個波長誤差之精度之配置。
在一具體實施例中，陣列成像系統包括：一具有一第一側與遠離該第一側之一第二側的共同基底，以及在該共同基底之第一側上對齊構造並配置的一第一複數個光學元件，其中該對齊誤差係小於兩個波長。
在一具體實施例中，陣列成像系統包括：一第一共同基底、在該第一共同基底上精確對齊構造並配置的一第一複數個光學元件、一具有一第一表面黏附至該第一共同基底之間隔物，該間隔物提供一遠離該第一表面之第二表面，該間隔物形成透過其對齊該第一複數個光學元件的複數個孔，以用於透射電磁能量透過其中、一第二共同基底，其係結合至該第二表面以定義對齊該第一複數個光學元件之各別間隙、位於該等間隙之至少一者內的可移動光學器件、及用於移動該可移動光學之配置。
在一具體實施例中，藉由以下步驟提供一種用於在一共同基底上製造一層疊光學元件陣列之方法：(a)製備該共同 基底用於沈積該層疊光學元件陣列；(b)固定該共同基底及一第一製作母版，使得至少兩個波長之精確對齊存在於該第一製作母版與該共同基底之間；(c)在該第一製作母版與該共同基底之間沈積一第一可模製材料；(d)藉由對齊並接合該第一製作母版與該共同基底來成形該第一模製材料；(e)固化該第一模製材料以在該共同基底上形成一第一光學元件層，(f)使用一第二製作母版替代該第一製作母版；(g)在該第二製作母版與該第一光學元件層之間沈積一第二模製材料；(h)藉由對齊並接合該第二製作母版與該共同基底來成形該第二模製材料；以及(i)固化該第二模製材料以在該共同基底上形成一第二光學元件層。
在一具體實施例中，藉由以下步驟提供對一用於製造由一組製程所形成之一偵測器像素之方法的一改良：使用該組製程之至少一製程來在該偵測器像素內形成至少一光學元件，該光學元件係組態用於影響在一波長範圍內的電磁能量。
在一具體實施例中，一種電磁能量偵測系統具有：一偵測器，其包括複數個偵測器像素；及一光學元件，其與該複數個偵測器像素之至少一者整體形成，該光學元件係組態用於影響在一波長範圍內的電磁能量。
在一具體實施例中，一種電磁能量偵測系統偵測在一波長範圍內入射於其上的電磁能量，並包括：一偵測器，其包括複數個偵測器像素，該等偵測器像素之各像素包括一至少一電磁能量偵測區域；及至少一光學元件，其埋入該 複數個偵測器像素之至少一者內，以選擇性地重新引導在一波長範圍內的電磁能量至該至少一偵測器像素之電磁能量偵測區域。
在一具體實施例中，提供一電磁能量偵測器的一改良，其包括：一結構，其與該偵測器整體形成並包括次波長特徵用於重新分佈在一波長範圍內入射其上的電磁能量。
在一具體實施例中，提供一電磁能量偵測器的一改良，其包括：一薄膜濾光片，其與該偵測器整體形成以提供至少一帶通過濾、邊緣過濾、色彩過濾、高通過濾、低通過濾、抗反射、陷波過濾及阻障過濾。
在一具體實施例中，藉由以下步驟提供對一用於藉由一組製程來形成一電磁能量偵測器之方法的一改良：使用該組製程之至少一製程來在該偵測器內形成一薄膜濾光片；以及組態該薄膜濾光片用於執行帶通過濾、邊緣過濾、色彩過濾、高通過濾、低通過濾、抗反射、陷波過濾、阻障過濾及主光線(chief ray)角校正之至少一選定者。
在一具體實施例中，提供對一電磁能量偵測器之一改良，該電磁能量偵測器包括具有一光偵測區域形成於其內的至少一偵測器像素，該改良包括：一主光線角校正器，其在該偵測器像素之入射瞳處與該偵測器像素整體形成，以向該光偵測區域重新分佈入射其上的至少一部分電磁能量。
在一具體實施例中，一種電磁能量偵測系統具有：複數個偵測器像素、及一薄膜濾光片，其在該等偵測器像素之 至少一者處整體形成並組態用於帶通過濾、邊緣過濾、色彩過濾、高通過濾、低通過濾、抗反射、陷波過濾、阻障過濾及主光線角校正之至少一選定者。
在一具體實施例中，一種電磁能量偵測系統具有：複數個偵測器像素，該複數個偵測器像素之各偵測器像素包括一光偵測區域與一在偵測器像素之一入射瞳處與偵測器像素整體形成之主光線角校正器，該主光線角校正器係組態用於向偵測器像素之光偵測區域引導入射其上的至少一部分電磁能量。
在一具體實施例中，一種方法藉由以下步驟同時產生至少一第一及第二濾光片設計，該等第一及第二濾光片設計之各設計定義複數層薄膜層：a)為該第一濾光片設計定義一第一組要求及為該第二濾光片設計定義一第二組要求；b)最佳化至少一選定參數，其依據該等第一及第二組要求來特徵化該等第一及第二濾光片設計內的該等薄膜層以產生用於該第一濾光片設計之一第一無約束設計與用於該第二濾光片設計之一第二無約束設計；c)配對該第一濾光片設計中的該等薄膜層之一與該第二濾光片設計中的該等薄膜濾光片之一以定義一第一組配對層，非該第一組配對層的該等層係未配對層；d)將該第一組配對層之選定參數設定為一第一共同值；以及e)重新最佳化在該等第一及第二濾光片設計中的該等未配對層之選定參數以產生用於該第一濾光片設計之一第一部分約束設計與用於該第二濾光片設計之一第二部分約束設計，其中該等第一及第二部分 約束設計分別滿足該等第一及第二組之至少一部分。
在一具體實施例中，提供對一用於形成包括至少第一及第二偵測器像素之一電磁能量偵測器之方法的一改良，其包括：整體形成一第一薄膜濾光片與該第一偵測器像素及整體形成該第二薄膜濾光片與該第二偵測器像素，使得該等第一及第二薄膜濾光片共用至少一共同層。
在一具體實施例中，提供對一包括至少第一及第二偵測器像素之一電磁能量偵測器之方法的一改良，其包括：分別與該等第一及第二偵測器像素整體形成的第一及第二薄膜濾光片，其中該等第一及第二薄膜濾光片係組態用於修改入射其上的電磁能量，且其中該等第一及第二濾光片共同共用至少一層。
在一具體實施例中，提供對一包括複數個偵測器像素之一電磁能量偵測器之方法的一改良，其包括：一電磁能量修改元件，其與該等偵測器像素之至少一者整體形成，該電磁能量修改元件係組態用於在該選定偵測器像素內引導入射其上的至少一部分電磁能量，其中該電磁能量修改元件包含一與用於形成該偵測器之製程相容的材料，且其中該電磁能量修改元件係配置成用以包括至少一不平坦表面。
在一具體實施例中，提供對一用於藉由一組製程來形成一電磁能量偵測器之方法的一改良，該電磁能量偵測器包括複數個偵測器像素，該改良包括：與該等偵測器像素之至少一選定者一起並藉由該組製程之至少一者來整體形 成，至少一電磁能量修改元件組態成用於在該選定偵測器像素內引導入射其上的至少一部分電磁能量，其中整體形成包含：沈積一第一層；在該第一層內形成至少一釋放區域，該釋放區域特徵化為實質平坦表面；在該釋放區域頂部沈積一第一層，使得該第一層定義至少一不平坦特徵；在該第一層頂部上沈積一第二層，使得該第二層至少部分地填充該不平坦特徵；以及平坦化該第二層，以便留下填充該第一層之該等不平坦特徵的該第二層之至少一部分，形成該電磁能量修改元件。
在一具體實施例中，提供對一用於藉由一組製程來形成一電磁能量偵測器之方法的一改良，該偵測器包括複數個偵測器像素，其包括：與該複數個偵測器像素之至少一者及藉由該組製程之至少一者來整體形成，一電磁能量修改元件組態成用於在該選定偵測器像素內引導入射其上的至少一部分電磁能量，其中整體形成包含沈積一第一層，在該第一層內形成至少一突出，該突出之特徵在於實質平坦表面，並在該平坦特徵頂部上沈積一第一層，使得該第一層將至少一不平坦特徵定義為該電磁能量修改元件。
在一具體實施例中，藉由以下步驟提供一種用於設計一電磁能量偵測器之方法：指定複數個輸入參數；並基於該複數個輸入參數來產生一次波長結構之幾何形狀，用於在該偵測器內引導射入電磁能量。
在一具體實施例中，一種方法藉由以下步驟製造陣列成像系統：形成一層疊光學元件陣列，該等層疊光學元件之 各元件光學連接於使用一共同基底形成的一偵測器陣列內的至少一偵測器，以便形成陣列成像系統，其中形成該層疊光學元件偵測包括：使用一第一製作母版，在一共同基底上形成一第一光學元件層，該第一製作母版具有一第一母版基板，其包括形成於其上的第一光學元件層之一負片，使用一第二製作母版，形成相鄰該第一光學元件層的一第二光學元件層，該第二製作母版包括一第二母版基板，其包括形成於其上的第二光學元件層之一負片。
在一具體實施例中，陣列成像系統包括：一層疊光學元件陣列，該等層疊光學元件之各元件光學連接於該偵測器陣列內的一偵測器，其中該層疊光學元件陣列係藉由連續地施加一或多個製作母版(在其上包括用於定義該層疊光學元件陣列之特徵)來至少部分地形成。
在一具體實施例中，提供一種用於製造一層疊光學元件陣列之方法，其包括：提供一第一製作母版，其具有一第一母版基板，該第一母版基板在其上包括一第一光學元件層；使用該第一製作母版，在一共同基底上形成該第一光學元件層；提供一第二製作母版，其具有一第二母版基板，該第二母版基板在其上包括一第二光學元件層之一負片；使用該第二製作母版，形成相鄰該第一光學元件層的第二光學元件層，以便在該共同基底上形成該層疊光學元件陣列，其中提供該第一製作母版包含在該第一母版基板上直接製造該第一光學元件層之負片。
在一具體實施例中，陣列成像系統包括：一共同基底； 一偵測器陣列，其具有藉由一組製程形成於該共同基底上的偵測器像素，該等偵測器像素之各像素包括一感光區域；及一光學器件陣列，其光學連接該等偵測器像素之一對應者之感光區域，從而形成該等陣列成像系統，其中該等偵測器像素之至少一者包括其內整合並使用該組製程之至少一者所形成的至少一光學特徵，以影響在一波長範圍入射在偵測器上的電磁能量。
在一具體實施例中，陣列成像系統包括：一共同基底；一偵測器陣列，其具有形成於該共同基底上的偵測器像素，該等偵測器像素之各偵測器像素包括一感光區域；及一光學器件陣列，其光學連接該等偵測器像素之一對應者之感光區域，從而形成該等陣列成像系統。
在一具體實施例中，陣列成像系統具有：一在一共同基底上形成的偵測器陣列；及一光學器件陣列，該等光學器件之各光學器件光學連接於該偵測器陣列中的至少一偵測器，以便形成陣列成像系統，各成像系統包括光學器件，其光學連接該偵測器陣列中的至少一偵測器。
在一具體實施例中，一種方法藉由以下步驟來製造一層疊光學元件陣列：使用一第一製作母版，在一共同基底上形成一第一元件陣列，該第一製作母版包含一第一母版基板，其包括製造於其上的一第一光學元件陣列之一負片；並使用一第二製作母版，在該共同基底上形成相鄰該第一光學元件陣列之第二光學元件陣列，以便在該共同基底上形成該層疊光學元件陣列，該第二製作母版包含一第二母 版基板，其包括形成於其上的一第二光學元件陣列之一負片，在該第二母版基板上的該第二光學元件陣列位置上對應於在該第一母版基板上的該第一光學元件陣列。
在一具體實施例中，陣列成像系統包括：一共同基底；一偵測器陣列，其具有形成於該共同基底上的偵測器像素，該等偵測器像素之各偵測器像素包括一感光區域；及一光學器件陣列，其光學連接該等偵測器像素之一對應者之感光區域，從而形成該等陣列成像系統，其中該等光學器件之至少一者係可在分別對應於第一及第二放大倍率之第一及第二狀態之間切換。
在一具體實施例中，一層疊光學元件具有第一及第二光學元件層，其形成具有一抗反射層之一共同表面。
在一具體實施例中，一種相機形成一影像並具有：陣列成像系統，其包括使用一共同基底形成的一偵測器陣列；及一層疊光學元件陣列，該等層疊光學元件之各元件光學連接於該偵測器陣列內的一偵測器；及一用於形成一影像之信號處理器。
在一具體實施例中，提供一種相機用於執行一任務，且其具有：陣列成像系統，其包括使用一共同基底形成的一偵測器陣列；及一層疊光學元件陣列，該等層疊光學元件之各元件光學連接於該偵測器陣列內的一偵測器；及一用於執行該任務之信號處理器。
本案揭示可藉由參考以下詳細說明並結合圖式簡單說明而可理解。應注意，為了清楚說明的目的，在圖式中之某 些元件可不繪成與實物相同大小。
本揭示案討論與陣列成像系統及相關聯製程相關之各方面。特定言之，揭示設計製程及相關軟體、多折射率光學元件、晶圓級光學器件配置、用於形成或模製複數個光學器件之製作母版、陣列成像系統之複製及封裝、具有光學元件形成於其內的偵測器像素、及上述系統及製程之額外具體實施例。換言之，在本案揭示所敘述之具體實施例提供設計生產之陣列式成像系統之細節以及對各種使用之製造最佳化及應用。
例如，本案揭示所討論成像系統之製造，例如用於消費者及整合者之照相機，在一大量生產規模下可以光學精度製造。此照相機，根據本案揭示所製造，提供比現存照相機較佳的光學、高品質影像處理、獨特之電子感測器及精度封裝。在其後詳細討論的製造技術允許在一大量生產規模下之奈米精度製造及裝配，而與例如微晶片工業之現代生產能力競爭。先進光學材料與精度半導體製造及裝配技術之合作利用致使影像偵測器及影像信號處理與在大量生產之成像系統中最佳化性能及成本之精度光學元件相結合。本案揭示所討論之技術允許光學之製造與一般使用於偵測器製造之處理相容；例如，本案揭示之精度光學元件可經配置以承受與諸如使用於偵測器製造之回流處理相關之高溫處理。該精度製造，及該產生之照相機的較佳性能致使此成像系統在各種技術領域中之應用；例如，此處揭 示之成像系統適合於行動成像市場之利用，例如手持式或穿帶式照相機及手機，以及在如汽車及運輸工業之運輸部門。此外，根據本案揭示所製造之成像系統可用於或整合至家庭及專業保全應用，工業控制及監測，玩具及遊戲，醫療裝置及精度儀器，以及嗜好及專業攝影。
根據一具體實施例，多個照相機可被製造作為耦接單元，或個別照相機單元可藉由一原設備製造商(OEM)整合者整合為多個照相機之一多檢視器系統。在多檢視系統中之所有照相機不需要相同，以及此處所討論之該高精度製造及裝配技術允許許多的配置而被大量製造。在一多照相機系統中某些照相機可為低解析度且執行簡單的任務，而在緊鄰附近區域內或別處之其他照相機可結合以形成高品質影像。
在另一具體實施例中，用於影像信號處理之處理器、機器的任務及輸入/輸出(I/O)子系統也可使用該精度製造及裝配技術與該等照相機整合，或可經由一整合系統分配。例如，任何數目之照相機可依靠一單一處理器，當該處理器與每一照相機通信時，執行類似或不同之任務。在其他應用中，一單一照相機，或多個照相機整合成一單一成像系統，可提供輸入至或處理更多種外部處理器及輸入/輸出子系統以執行任務及提供資訊或控制佇列。該照相機之高精度製造及裝配致使電子處理及光學性能以用於大量生產之高品質而最佳化。
用於該照相機之封裝，根據本案揭示，也可整合所有必 須之封裝而形成現成使用之完整照相機單元。可客制化封裝以允許使用代表性地與電子裝置、半導體及晶片組相關之現代裝配技術的態樣之大量生產。封裝也可經配置以提供例如處理控制及監測、條碼及標籤讀取、保全及監視、及合作任務之工業及商業使用。先進光學材料與精度製造及裝配可經配置以合作及提供在可能降級習知系統之嚴厲環境中使用之健全解決方案。增加對熱及與整體裝配耦接的機械應力之容限透過一寬廣範圍的應力提供穩定的影像品質。
用於成像系統之應用，根據一具體實施例，包括於手持式裝置，例如手機、全球定位系統(GPS)單元及穿帶式照相機，之使用，得益於在一精度封裝中經改良之影像品質及堅固效用。手持式裝置之整合者得到彈性且可利用該能力以使光學、偵測器及信號處理使用精度製造而結合於一單一單元中，而提供一「光學單晶片系統」。手持式照相機使用者由於低功率處理、較小且較薄的裝置及新的性能，如條碼讀取及用於管理資訊之光學性質識別，可得益於較長的電池壽命。經由生物統計學分析，例如使用具有內建於該照相機中或在網路上通信之識別及/或保全處理的手持式裝置之虹膜識別，可提供保全。
用於行動市場之應用，例如包括汽車及重型卡車、鐵路及海路運輸、空中運輸及行動保全之運輸，均可得益於具有低廉及大量生產之高品質照相機。例如，汽車的駕駛將得益於對汽車外部增加的監測能力，例如在汽車背後及側 面的圖像、提供視覺回饋及/或警告、協助盲點視覺化、或貨物依附在托架或托板之監測。此外，汽車製造商可使用該照相機用以監測內部活動，乘車者的行為及位置，以及提供輸入至安全部署裝置。由於本案揭示之成像系統的可大量生產能力，可以低成本而達成貨物及運輸貨櫃，或航空公司的活動及設備之以許多配合的照相機之保全及監測。
在本揭示案之背景下，一光學元件應理解為一以某些方式影響透過其之電磁能量之單一元件。例如，一光學元件可以係一繞射式元件、一折射式元件、一反射式元件或一全像元件。一光學元件陣列係視為在一共同基底上支撐的複數個光學元件。一層疊光學元件係包括具有不同光學特性(例如折射率)之兩個或兩個以上層之單石結構，而複數個層疊光學元件可在一共同基底上加以支撐以形成一層疊光學元件陣列。下文中在適當處討論此類層疊光學元件之設計及製作細節。一成像系統係視為協作以形成一影像的一光學元件與層疊光學元件組合，而複數個成像系統可配置在一共同基底上以形成陣列成像系統，下文將進一步對此詳細說明。此外，術語光學器件係用於涵蓋可以一協作方式裝配在一起的任何光學元件、層疊光學元件、成像系統、偵測器、蓋板、間隔物等。
最近對諸如用於行動電話相機、玩具及遊戲之類之成像系統之興趣已進一步刺激組成成像系統之組件之微型化。在此方面，期望一容易對齊並製造的具有減小離焦相關像 差之低成本、緊密型成像系統。
本文所述之具體實施例提供陣列成像系統及此類成像系統之製造方法。本揭示案較為有利地提供致動高效能的特定光學器件組態、製作致動增加良率之晶圓級成像系統之方法、可級聯數值影像信號處理演算法用以改良一給定晶圓級成像系統之影像品質與可製造性之至少一者的裝配組態。
圖1A顯示與成像系統40通信之一應用50。圖1B係一如成像系統40之一方塊圖，包括與偵測器16光學通信之光學器件42。光學器件42包括複數個光學元件44(例如由聚合物材料連續形成為層疊光學元件)，並可包括一或多個相位修改元件以在成像系統40內引入預定相位效應，下文將在適當處作詳細說明。儘管圖1B中說明四個光學元件，但光學器件42可具有一不同數目的光學元件。成像系統40還可包括併入偵測器16內或作為光學器件偵測器介面14之部分的下述埋入式光學元件(未顯示)。光學器件42係與可以相互相同或不同的許多額外成像系統一起形成，然後可加以分離以依據本文內的教導來形成個別單元。
成像系統40包括一電連接偵測器16的處理器46。處理器46運作以依據入射在成像系統40上並透射至該等偵測器像素之電磁能量18來處理偵測器16之偵測器像素所產生之電子資料，以產生影像48。圖1C係一處理器46之一方塊圖，處理器46可與任一數目的操作47相關聯，包括處理、任務、顯示操作、信號處理操作及輸入/輸出操作。在一具 體實施例中，處理器46實施一解碼演算法(例如使用一濾波器核心反捲積資料)以修改藉由包括在光學器件42內的一相位修改元件所編碼之一影像。或者，處理器46還可實施(例如)色彩處理、以任務為主的處理或雜訊移除。一範例性任務可以係一物件識別任務。
成像系統40可獨立地或與一或多個其他成像系統協作地工作。例如，三個成像系統可工作以從三個不同角度查看一物件體積，以能夠完成在該物價體積中識別一物件之一任務。各成像系統可包括一或多個陣列成像系統，例如參考圖293詳細所述之陣列成像系統。該等成像系統可包括在一更大應用50中，例如還可包括一或多個成像系統的一包裝分類系統或汽車中。
圖2A係依據入射其上之電磁能量18來產生電子影像資料之一成像系統10之一斷面圖。成像系統10因而可運作以從一關注場景所發射及/或反射之電磁能量18捕捉該關注場景之一影像(採用電子影像資料之形式)。成像系統10可用於成像系統應用，包括但不限於數值相機、行動電話、玩具及汽車後視相機。
成像系統10包括一偵測器16、一光學器件偵測器介面14及協作產生電子影像資料之光學器件12。例如，偵測器16係一CMOS偵測器或一電荷耦合裝置(CCD)偵測器。偵測器16具有複數個偵測器像素(未顯示)；各像素可操作以依據入射其上的部分電磁能量18來產生部分電子影像資料。在如圖2A所示之具體實施例中，偵測器16係一具有2.2微 米像素大小、640乘480偵測器像素之VGA偵測器；此類偵測器可操作以提供307,160個電子資料元素，其中各電子資料元素表示入射在其個別偵測器像素上的電磁能量。
光學器件偵測器介面14可形成於偵測器16上。光學器件偵測器介面14可包括一或多個濾光片，例如一紅外線濾光片與一彩色濾光片。光學器件偵測器介面14還可包括光學元件，例如一小透鏡陣列，置放於偵測器16之偵測器像素之上，使得一小透鏡係置放於偵測器16之各偵測器像素之上。例如，該些小透鏡可操作以引導部分電磁能量18穿過光學器件12至相關聯偵測器像素上。在一具體實施例中，小透鏡係包括於光學器件偵測器介面14內以提供主光線角校正，如下所述。
光學器件12可形成於光學器件偵測器介面14上並可操作以將電磁能量18引導至光學器件偵測器介面14及偵測器16上。如下所述，光學器件12可包括複數個光學元件並可採用不同組態來形成。光學器件12一般包括一硬孔徑光闌(稍後所示)，並可包覆一不透明材料以減輕漫射光。
儘管在圖2A中說明成像系統10為一獨立成像系統，但其係最初作為陣列成像系統之一而製作。此陣列係形成於一共同基底上並(例如)可藉由"切斷"(即實體切割或分離)來分離以產生複數個單片化或聚焦成像系統，其中之一如圖2A所示。或者，成像系統10可保持作為一成像系統陣列10(例如協作置放的9個成像系統)，如下所述；即，該陣列係保持完整或分成複數個成像系統10之子陣列。
陣列成像系統10可按如下製作。使用諸如CMOS之一製程在一共同半導體晶圓(例如矽)上形成複數個偵測器16。隨後在各偵測器16頂部上形成光學器件偵測器介面14，然後(例如)透過一模製製程來在各光學器件偵測器介面14形成一光學器件12。因此，可平行製作成像系統陣列10之組件；例如，可同時在該共同半導體晶圓上形成各偵測器16，然後可同時形成光學器件12之各光學元件。用於製造陣列成像系統10之組件的複製方法涉及一包括該所欲表面之負分佈及可能地收縮補償的製造母版之使用。該製造母版係使用一可被處理(例如，紫外光(UV)固化)以硬化(例如，聚合)且保留該製造母版形狀之材料(例如，液態單體)。模製方法，一般而言，涉及一可流動材料流入至一模製之採用，然後冷卻或固化該材料，藉此該材料保留該模製之形狀。壓花法係相似於複製方法，但涉及使用具有可彎及可成形材料，然後選擇性地處理該材料以保留該表面形狀之該製造母版。習知技藝中存在這些方法的每一者的多種變化，且可適當的利用以符合該所欲光學設計之設計及品質限制。下面更詳細地討論用於形成此類成像系統陣列10之製程。
如下所述，可在成像系統10內包括額外元件(未顯示)。例如，可在成像系統10內包括一變焦光學器件裝配件；此類變焦光學器件裝配件可用於校正成像系統10之像差及/或在成像系統10內設施變焦功能性。光學器件12還可包括一或多個相位修改元件以修改透過其之電磁能量18之波前 之相位，使得比較在不帶一或多個相位修改元件之偵測器16處所捕捉之一對應影像，在偵測器16處所捕捉之一影像對(例如)像差較低敏感。此類相位修改元件用途可包括(例如)波前編碼，其可用於(例如)增加成像系統10之一景深及/或實施一連續變焦。
若存在的話，該一或多個相位修改元件藉由選擇性修改電磁能量18之一波前之相位來在其被偵測器16偵測到之前編碼穿過光學器件12之電磁能量18之一波前。例如，偵測器16所捕捉到的結果影像可能作為編碼該波前之結果而展現成像效果。在對此類成像效果不敏感的應用中，例如在要由一機器來分析影像，可不作進一步處理地使用偵測器16所捕捉之影像(包括成像效果)。然而，在需要一聚焦影像時，可由於一執行解碼演算法之處理器(未顯示)來進一步處理捕捉的影像(本文中有時表示為"後處理"或"過濾")。
圖2B係成像系統20之一斷面圖，其係圖2A之成像系統10之一具體實施例。成像系統20包括光學器件22，其係成像系統10之光學器件12之一具體實施例。光學器件22包括在光學器件偵測器介面14上形成的複數個層疊光學元件24；因而光學22可視為一非均質光學或多折射率光學元件之一例子。各層疊光學元件24直接鄰接至少一其他層疊光學元件24。儘管光學器件22係說明為具有七個層疊光學元件24，但光學器件22可具有一不同數量的層疊光學元件24。明確而言，層疊光學元件24(7)係形成於光學器件偵測器介面14上；層疊光學元件24(6)係形成於層疊光學元件 24(7)上；層疊光學元件24(5)係形成於層疊光學元件24(6)上；層疊光學元件24(4)係形成於層疊光學元件24(5)上；層疊光學元件24(3)係形成於層疊光學元件24(4)上；層疊光學元件24(2)係形成於層疊光學元件24(3)上；以及層疊光學元件24(1)係形成於層疊光學元件24(2)上。層疊光學元件24可藉由模製(例如一紫外線固化聚合物或一熱固化聚合物)來製作。下面更詳細地討論製作層疊光學元件。
相鄰層疊光學元件24具有一不同折射率，例如層疊光學元件24(1)具有一不同於層疊光學元件24(2)之折射率。在光學器件22之一具體實施例中，第一層疊光學元件24(1)可具有一比第二層疊光學元件24(2)更大的阿貝數或更小的散佈，以便減小成像系統20之色差。由形成一有效係數層或次波長厚度的複數個層之次波長特徵所製成之抗反射塗層可施加於相鄰光學元件之間。或者，一具有一第三折射率之第三材料可施加於相鄰光學元件之間。圖2B說明具有不同折射率之二不同材料之使用：一第一材料係由從左向右向上延伸之交叉影線來指示，而一第二材料係由從左向右向下延伸之交叉影線來指示。因此，在此範例中，層疊光學元件24(1)、24(3)、24(5)及24(7)係由該第一材料形成，而層疊光學元件24(2)、24(4)及24(6)係由該第二材料形成。
儘管層疊光學元件係在圖2B中顯示為由兩種材料形成，但層疊光學元件24可由兩個以上的材料來形成。減少用於形成層疊光學元件24之材料之一數量可減小成像系統20之 複雜性及/或成本；然而，增加用於形成層疊光學元件24之材料之數量可增加成像系統20之效能及/或成像系統20之設計彈性。例如，在成像系統20之具體實施例中，可藉由增加用於形成層疊光學元件24之材料之數目來減小包括軸向色彩之像差。
光學器件22可包括一或多個實體孔徑(未顯示)。例如，此類孔徑可置放於光學器件22之頂部平坦表面26(1)及26(2)上。視需要地，孔徑可置放於一或多個層疊光學元件24上；例如，孔徑可置放於邊界層疊光學元件24(2)及24(3)之平坦表面28(1)及28(2)上。作為範例，一孔徑可藉由將金屬或其他不透明材料低溫沈積在一特定層疊光學元件24上來形成。在另一範例中，一孔徑係使用微影蝕刻術而形成在一細薄金屬片上，然後將該金屬片置放在一層疊光學元件24上。
圖3A係成像系統62之一陣列60之一斷面圖，各成像系統係(例如)圖2A之成像系統10之一具體實施例。圖3B更詳細地顯示一成像系統62。儘管陣列60係說明具有五個成像系統62，但陣列60可具有一不同數量的成像系統62而不脫離其範疇。此外，儘管陣列60之各成像系統係說明為相同，但陣列60之各成像系統62可以不同(或任一者可以不同)。可同樣分離陣列60以產生子陣列及/或一或多個獨立成像系統62。儘管陣列60顯示一群組均勻間隔的成像系統62，但可注意到，可使一或多個成像系統62仍未形成，從而留下一沒有光學器件之區域。
圖3B表示一成像系統62之一實例之一特寫圖。成像系統62包括在偵測器16上製作的光學器件66，其係圖2A之光學器件12之一具體實施例。偵測器16包括偵測器像素78(其按比例繪製)，為了清楚說明，放大偵測器像素78之大小。偵測器16之一斷面可能會具有至少數百偵測器像素78。
光學器件66包括複數個層疊光學元件68，其可類似於圖2B之層疊光學元件24。層疊光學元件68係說明為由二不同類型交叉影線所指示的二不同材料來形成；但是，層疊光學元件68可由兩個以上材料來形成。應注意，在此具體實施例中，層疊光學元件68之直徑隨層疊光學元件68離偵測器16之距離增加而減小。因而，層疊光學元件68(7)具有最大直徑，而層疊光學元件68(1)具有最小直徑。此類層疊光學元件68組態可稱為一"層糕"組態；此類組態可較有利地用於一成像系統以減小在一層疊光學元件與一用於製作該層疊光學元件之間的一表面面積數量，如下文所述。在一層疊光學元件與製作母版之間的廣闊表面面積接觸可能不合需要，因為用於形成層疊光學元件之材料可能會黏附至製作母版，當分離製作母版時，潛在地會從共同基底(例如，一基板或支撐偵測器陣列之晶圓)撕開層疊光學元件陣列。
光學器件66包括一通光孔徑72，電磁能量希望透過其行進到達偵測器16；在此範例中的通光孔徑係由一置放於光學元件68(1)上之實體孔徑70所形成，如所示。在通光孔徑 72外部的光學器件66之區域係由參考數字74來表示並可稱為"圍場"，即因為孔徑70而禁止電磁能量(例如18，圖1B)穿過該等闈場。區域74不用於成像入射電磁能量，因此能夠調適以適配設計約束。類似於孔徑70之實體孔徑可置放於任一層疊光學元件68上，並可按上面關於圖2B所述來形成。光學器件66之該等側面可採用一不透明保護層來塗布，其防止實體損壞或灰塵污染光學66；該保護層還會防止漫射或環境光(例如由於來自層疊光學元件68(2)與68(3)之間介面的多個反射所引起之漫射光或從光學器件66側面洩漏之環境光)到達偵測器16。
在一具體實施例中，在成像系統62之間的間隔物76係填充有一填充物材料，例如一旋塗聚合物。例如，將該填充物材料放置於間隔物76內，然後高速旋轉陣列60，使得該填充物材料在間隔物76內均勻地分佈自身。填充物材料可向成像系統62提供支撐及剛性；若該填充物材料不透明，則其可在分離之後隔離各成像系統62與不需要的(漫射或環境)電磁能量。
圖4A係圖3B之成像系統62之一實例之一斷面圖，包括(未比例縮放)偵測器像素78之一陣列。圖4B顯示一偵測器像素78之一放大斷面圖。偵測器像素78包括埋入的光學元件90及92、感光區域94及金屬互連96。感光區域94以及入射其內的電磁能量來產生一電子信號。埋入式光學元件90及92將入射在一表面98上的電磁能量引導至感光區域94。在一具體實施例中，埋入式光學元件90及/或92可進一步 組態乘用以執行主光線角校正，如下所述。電性互連96係電連接至感光區域94並用作電連接點用於連接偵測器像素78至一外部子系統(例如圖1B之處理器46)。
本文中討論成像系統10之多個具體實施例。表1及2概述所述具體實施例之各種參數。下文即詳細地討論各具體實施例之規格。在表1及2中，視場係標示為「FOV」以及主光線角標示為「CRA」。
圖5係一成像系統110之一光學佈局及光線軌跡圖，其係圖2A之成像系統110之一具體實施例。在本文中，「VGA」表示「視頻圖形陣列」。成像系統110同樣係陣列成像系統之一；此類陣列可分成複數個子陣列及/或單片化成像系統，如上面關於圖2A及圖4所述。成像系統110可在下文稱為"VGA成像系統"。該VGA成像系統110包括與一偵測器112光學通信的一光學器件114。一光學器件偵測器介面(未顯示)係還提供於光學器件114與偵測器112之間。VGA成像系統110具有一1.50毫米("mm")的一焦距、一62度的視場、一1.3的光圈數、一2.25 mm的總軌跡長度、及一31度的最大主光線角。該交叉影線區域顯示圍場區域或在該通光孔徑外部的區域，電磁能量不會透過該區域傳播，如先前所述。
偵測器112具有一"VGA"格式，意味著其包括一640行及480列之偵測器像素矩陣(未顯示)。因而，偵測器112可認為具有一640×480之解析度。當從入射電磁能量方向觀察時，各偵測器像素具有一般方形形狀，各邊具有一2.2微 米之長度。偵測器112具有一1.408 mm之標稱寬度與一1.056 mm之標稱高度。橫跨近接光學器件114之偵測器112之一表面之對角線距離長度為標稱1.76 mm。
光學器件114具有七個層疊光學元件116。層疊光學元件116係由兩個不同材料形成，而相鄰層疊光學元件係由不同材料形成。層疊光學元件116(1)、116(3)、116(5)及116(7)係由具有一第一折射率之該第一材料形成，而層疊光學元件116(2)、116(4)及116(6)係由具有一第二折射率之該第二材料形成。在光學器件114之具體實施例中，在光學元件之間不存在任何空氣間隙。光線118表示VGA成像系統110所成像之電磁能量；光線118係假定源自無限遠處。用於馳垂度之等式係由等式(1)給出，光學器件114之規定係概述於表3及4內，其中半徑、厚度及直徑係以毫米為單位給出。
其中n=1,2,...,8； c=1/半徑；k=圓錐常數；直徑=2 * max(r)；以及Ai=非球面係數。
從圖5可觀察到，在層疊光學元件116(1)與116(2)之間的表面113係相對較淺(導致較低光學功率)；使得使用一下述慢速工具伺服系統(STS)方法來較有利地產生此類較淺表面。反之，可觀察到，在層疊光學元件116(5)與116(6)之間的表面124係相對較陡(導致更高地光學功率)；使得使用一下述XYZ銑製方法來較有利地產生此類較陡表面。
圖6係分離一類似成像系統陣列所獲得之圖5之VGA成像系統110之一斷面圖。相對較直側146指示VGA成像系統 110已從陣列成像系統分離。圖6說明偵測器112包括複數個偵測器像素140。如在圖3中，偵測器像素140係未按比例縮放來繪製，其大小係為了說明清楚而放大。此外，為說明清楚，僅標注三個偵測器像素140。
光學器件114係顯示具有一通光孔徑142，其對應於電磁能量透過該部分行進達到偵測器112的光學器件114之該部分。在通光孔徑142外部的圍場144係在圖6中由暗影來表示。為說明清楚，在圖6中僅標注層疊光學元件116(1)及116(6)。VGA成像系統110可包括一(例如)置放在層疊光學元件116(1)上之光學孔徑148。
圖7至10顯示該VGA成像系統之效能圖。圖7顯示調變轉換函數("MTF")作為該VGA成像系統之空間頻率之一函數的一曲線圖160。該等MTF曲線係在從470至650奈米("nm")之波長上平均化。圖7說明在偵測器112之一對角線軸上與真實影像高度相關聯的三個不同場點之MTF曲線。該等三個場點係一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點、一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點及一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。在圖7及本案揭示之其餘部分中，"T"係指切向場而"S"係指弧矢場。
圖8A至8C分別顯示VGA成像系統110之光程差或波前誤差之曲線圖對182、184及186。在各方向上的最大尺度係+/-5個波。該等實線對應於具有一470 nm波長的電磁能量(藍光)。該等短虛線對應於具有一550 nm波長的電磁能量(綠光)。該等長虛線對應於具有一650 nm(紅光)之波長的 電磁能量。各對曲線圖表示在圖6之偵測器112之對角線上在一不同真實高度下的光程差。曲線圖182對應於一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點；曲線圖184對應於一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點；及曲線圖186對應於一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。在曲線圖對182、184及186中，左曲線顯示用於切向光線集合之波前誤差而右曲線顯示用於弧矢光學集合之波前誤差。
圖9A及9B分別顯示該VGA成像系統之一畸變曲線圖200與場曲曲線圖202。最大半場角係31.101度。實線對應於具有一470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有一550 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一650 nm波長之電磁能量。
圖10顯示在將光學器件114之光學元件之對中及厚度容限考慮在內，MTF作為該VGA成像系統之空間頻率之一函數的一曲線圖250。。曲線圖250包括軸上場點(0.7場點)與在10個蒙特卡羅容限分析執行過程中產生的全場點弧矢及切向場MTF曲線。光學器件114之光學元件之對中及厚度容限係假定具有一在+2與-2微米之間取樣的正常分佈且如表5中所述。因此，期望曲線252及254界定成像系統110之MTF。
圖11係一3百萬畫素(3MP)之成像系統300之一光學佈局及光線軌跡，其係圖2A之成像系統10之一具體實施例。3MP成像系統300可以係陣列成像系統之一；此類陣列可分成複數個子陣列及/或獨立成像系統，如上面關於圖2A所述。3MP成像系統300包括偵測器302及光學器件304。一光學器件偵測器介面(未顯示)係還提供於光學器件304與偵測器302之間。3MP成像系統300具有一4.91毫米的焦距、一60度的視場、一2.0的光圈數、一6.3 mm的總軌跡長度、及一28.5度的最大主光線角。交叉影線區域顯示圍場區域(即在通光孔徑外部的區域)，電磁能量不會透過該區域傳播，如先前所述。
偵測器302具有三百萬像素"3MP"格式，意味著其包括一2,048行及1,536列之偵測器像素矩陣(未顯示)。因而，偵測器302可認為具有一2,048×1,536之解析度，其明顯高於圖5之偵測器112。各偵測器像素具有一方形形狀，各側具有一2.2微米之長度。偵測器302具有一4.5 mm之標稱寬度與一3.38 mm之標稱高度。橫跨近接光學器件304之偵測器302之一表面之對角線距離標稱為5.62 mm。
光學304具有在層疊光學元件306內的四層光學元件層與在層疊光學元件309內的五層光學元件層。層疊光學元件306係由兩個不同材料形成，且相鄰光學元件係由不同材料形成。明確而言，光學元件306(1)及306(3)係由具有一第一折射率之一第一材料形成；光學元件306(2)及306(4)係由具有一第二折射率之一第二材料形成。層疊光學元件 309係由兩個不同材料形成，且相鄰光學元件係由不同材料形成。明確而言，光學元件309(1)、309(3)及309(5)係由具有一第一折射率之一第一材料形成；光學元件309(2)及309(4)係由具有一第二折射率之一第二材料形成。此外，光學器件304包括在光學304內協作形成空氣間隙312的一中間共同基底314(例如由一玻璃平板形成)。一空氣間隙312係由光學元件306(4)與共同基底314來定義，而另一空氣間隙312係由共同基底314與光學元件309(1)來定義。空氣間隙312有利地增加光學304之光學功率。光線308表示3MP成像系統300所成像之電磁能量；光線308係假定源自無限遠處。用於光學304之馳垂度係由方程(1).給出。光學器件304之規定係概述於表6及7中，其中半徑、厚度及直徑係以毫米為單位給出。
圖12係分離一類似成像系統陣列所獲得之圖11之3MP成像系統300之一斷面圖(相對較直側336指示3MP成像系統300已分離)。圖12說明包括複數個偵測器像素330之偵測器302。如在圖3B中，偵測器像素330係未按比例縮放來繪製，其大小係為了說明清楚而放大。此外，為了促進說明清楚，僅標注三個偵測器像素330。
為了促進說明清楚，在圖12中僅標注各層疊光學元件306及309之一光學元件。光學器件304同樣具有一對應於光學器件304之該部分的通光孔徑332，電磁能量透過該部分行進達到偵測器302。在通光孔徑332外部的圍場334係在圖12中由暗影來表示。例如，該3MP成像系統可包括置放於光學元件306(1)上的實體孔徑338，但該些孔徑可放置在另外地方(例如相鄰一或多個其他層疊光學元件306)。如關於圖2B所述來形成孔徑。
圖13至16顯示3MP成像系統300之效能曲線圖。圖13係MTF之模數作為3MP成像系統300之空間頻率之一函數之 一曲線圖350。該等MTF曲線係在從470至650 nm之波長範圍上平均化。圖13說明用於與在偵測器302之一對角軸上的真實影像高度相關聯的三個不同場點之MTF曲線；該等三個場點係具有座標(0 mm,0 mm)之一軸上場點、一具有座標(1.58 mm,1.18 mm)之0.7場點、及一具有座標(2.25 mm,1.69 mm)之全場點。
圖14A、14B及14C分別顯示3MP成像系統300之光程差之曲線圖對362、364及366。在各方向上的最大尺度係+/-5個波。實線對應於具有一470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有一550 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一650 nm波長之電磁能量。各對曲線圖表示在偵測器302之對角線上在一不同真實高度下的光程差。曲線圖362對應於一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點；曲線圖364對應於一具有座標(1.58 mm,1.18 mm)之0.7場點；而曲線圖366對應於一具有座標(2.25 mm,1.69 mm)之全場點。在曲線圖對362、364及366中，左曲線顯示用於切向光線集合之波前誤差，而右曲線顯示用於弧矢光學集合之波前誤差。
圖15A及15B分別顯示3MP成像系統300之一畸變曲線圖380與一場曲曲線圖382。最大半場角係30.063度。實線對應於具有一470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有一550 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一650 nm波長之電磁能量。
圖16顯示在將光學器件304之光學元件之對中及厚度容 限考慮在內，MTF作為3MP成像系統300之空間頻率之一函數的一曲線圖400。。曲線圖400包括軸上場點(0.7場點)與在10個蒙特卡羅容限分析執行過程中產生的全場點弧矢及切向場MTF曲線，具有一從+2至-2微米取樣之正常分佈。該軸上場點具有座標(0 mm,0 mm)；該0.7場點具有座標(1.58 mm,1.18 mm)；而該全場點具有座標(2.25 mm,1.69 mm)。光學器件304之光學元件之對中及厚度容限係假定在圖16之蒙特卡羅執行中具有一正常分佈。因此，期望曲線402及404界定成像系統300之MTF。
圖17係一VGA_WFC成像系統420之一光學佈局及光線軌跡，其係圖2A之成像系統10之一具體實施例。在本文中，「WFC」表示波前編碼。成像系統420不同於圖5之VGA成像系統110，在於成像系統420包括一實施一預定相位修改(例如波前編碼)之相位修改元件116(1')。波前編碼係指在一成像系統中引入一預定相位修改以實現各種有利效果(例如像差減小及延伸景深)之技術。例如，授予Cathey、Jr.等人美國專利案第5,748,371號(下文稱為‘371專利案)揭示一種插入一用於延伸成像系統景深之成像系統之相位修改元件。例如，一成像系統可用於透過影像光學器件及一相位修改元件將一物件成像在一偵測器上。相位修改元件可組態用於編碼來自物件之電磁能量之一波前以將一預定成像效果引入偵測器處的產生影像。此成像效果係由該相位修改元件來控制，使得比較一不帶此類修改元件之傳統成像系統，減小離焦相關的像差及/或延伸成像系統之景 深。該相位修改元件可配置成用於(例如)在該相位修改元件表面之平面內引入一相位調變，其係空間變數x及y之一分離、立方函數(如在‘371專利案中所述)。在本揭示案之背景下，將此類預定相位修改引入一般稱為波前編碼。
VGA_WFC成像系統420具有一1.60mm的一焦距、一62度的視場、一1.3的光圈數、一2.25 mm的總軌跡長度、及一31度的最大主光線角。如先前所述，交叉影線區域顯示圍場區域或在通光孔徑外部的區域，電磁能量不會透過該區域傳播。
VGA_WFC成像系統420包括一光學器件424，其具有七個層疊光學元件116。光學器件424包括一光學元件116(1')，其包括預定的相位修改。即，形成光學元件116(1')之一表面432，使得光學元件116(1')額外用作一相位修改元件，用於實施預定相位修改以延伸VGA_WFC成像系統420中的景深。光線428表示該VGA_WFC成像系統420所成像之電磁能量；光線428係假定源自無限遠處。可使用等式(2)及(3)來表述光學器件424之馳垂度。光學器件424之詳細規定係概括於表8至11內，其中半徑、厚度及直徑係以毫米為單位給出。
其中Amp=Oct形式之振幅及 其中 對於所有區，區1：區2：區3：區4：
圖18顯示層疊光學元件116(1')之表面432作為層疊光學元件116(1')之X座標及Y座標之一函數的一等高線圖440。 等高線係由實線442來表示；此類等高線表示表面432之高度變更之對數。如虛線444所表示，表面432因而小面化，僅標注一虛線以促進說明清楚。圖432之一範例性說明係由等式(3)來給出，對應參數如圖18所示。
圖19係從分離陣列成像系統所獲得之圖17之VGA_WFC成像系統之一透視圖。圖19未按比例縮放來繪製；特定言之，光學元件116(1')之表面432之等高線係放大以便說明如在表面432上所實施之相位修改表面。應注意，表面432形成該成像系統之一孔徑。
圖20至27比較VGA_WFC成像系統420與VGA成像系統110之效能。如上所述，VGA_WFC成像系統420不同於VGA成像系統110，在於VGA_WFC成像系統420包括一相位修改元件，用於實施一預定相位修改，從而將延伸該成像系統之景深。特定言之，圖20A及20B分別顯示曲線圖450及452，而圖21為VGA成像系統110顯示MTF作為各種物件共軛下的空間頻率之一函數的曲線圖454。曲線圖450對應於一無限物件共軛距離；曲線圖452對應於一20釐米("cm")的物件共軛距離；而曲線圖454對應於一離VGA成像系統110，10 cm之物件共軛距離。一物件共軛距離係物件離成像系統之第一光學元件(例如光學元件116(1)及/或116(1'))之距離。該等MTF係在從470至650 nm之波長範圍上平均化。圖20A、20B及21指示VGA成像系統110對於位於無限遠之一物件表現最佳，因為其係設計用於一無限物件共軛距離；曲線圖452及454之該等MTF曲線之遞減數量 顯示VGA成像系統110之效能由於離焦隨著物件變得越靠近VGA成像系統110而劣化，從而產生一模糊影像。此外，如可從曲線圖454可觀察到，該VGA成像系統之該MTF可在特定條件下下降為零；當該MTF到達零時會丟失影像資訊。
圖22A及22B分別顯示曲線圖470及472，而圖23顯示該等MTF作為該VGA_WFC成像系統420之空間頻率之一函數的曲線圖474。曲線圖470對應於一無限遠的物件共軛距離；曲線圖472對應於一20 cm的物件共軛距離；曲線圖474對應於一10 cm的物件共軛距離。該等MTF係在從470至650 nm之波長範圍上平均化。
各曲線圖470、472及474包括帶或不帶後處理該VGA_WFC成像系統420所產生之電子資料的VGA_WFC成像系統420之MTF曲線。明確而言，曲線圖470包括未過濾的MTF曲線476及過濾的MTF曲線482；曲線圖472包括未過濾的MTF曲線478及過濾的MTF曲線484；而曲線圖474包括未過濾的MTF曲線480及過濾的MTF曲線486。過濾的MTF曲線482、484及486表示帶後處理VGA_WFC成像系統420之效能。如可藉由比較圖22A、22B及23與圖20A、20B及21來觀察到，在一無限遠的物距上，VGA_WFC成像系統420之未過濾MTF曲線476、478及480一般具有小於VGA成像系統110之MTF曲線的數量。然而，VGA_WFC成像系統420之未過濾MTF曲線476、478及480較為有利的係不到達零數量；因此，VGA_WFC成像系統420可在接近10 cm 之一物件共軛距離上操作而不損失影像資料。此外，即便在物件共軛距離變化時，VGA_WFC成像系統420之該等未過濾MTF曲線476、478及480亦類似。此MTF曲線類似性允許一執行一解碼演算法之處理器(未顯示)使用一單一濾波器核心，如下在一適當連接處所述。
如上面相對於圖2A之成像系統10所述，可由一執行一解碼演算法之處理器(未顯示)來處理相位修改(即光學元件116(1'))所引入之編碼，使得VGA_WFC成像系統420產生一比在沒有此類後處理下更銳利的影像。如可藉由比較圖22A、22B及23與圖20A、20B及21所觀察到的，具有後處理之VGA_WFC成像系統420在一物件共軛距離範圍內表現勝過VGA成像系統110。因此，該VGA_WFC成像系統420之景深大於該VGA成像系統110之景深。
圖24為VGA成像系統110顯示MTF作為散焦之一函數的一曲線圖500。曲線圖500包括用於與偵測器112處真實影像高度相關聯的三個不同場點之MTF曲線；該等三個場點係一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點、一具有座標(0.704 mm,0 mm)之在y上的全場點、及一具有座標(0 mm,0.528 mm)之在x上的全場點。軸上MTF 502在大約±25微米時到達零。
圖25為VGA_WFC成像系統420顯示MTF作為散焦之一函數的一曲線圖520。曲線圖520包括用於與曲線圖500相同的三個不同場點之MTF曲線。軸上MTF 522在大約±50微米處接近零；因此，VGA_WFC成像系統420具有大約VGA成 像系統110兩倍大的一景深。
圖26A、26B及26C顯示在過濾之前VGA_WFC成像系統420之點散佈函數("PSF")之曲線圖。曲線圖540對應於一無限遠的物件共軛距離；曲線圖542對應於一20 cm的物件共軛距離；而曲線圖544對應於一10 cm的物件共軛距離。
圖27A、27B及27C顯示在一執行一解碼演算法之處理器(未顯示)(例如圖1B之處理器46)過濾之後VGA_WFC成像系統420之軸上點散佈函數"PSF"之曲線圖。下面關於圖28A及28B來論述此類濾波器。曲線圖560對應於一無限遠的物件共軛距離，曲線圖562對應於一20 cm的物件共軛距離，而曲線圖564對應於一10 cm的物件共軛距離。如可藉由比較曲線圖560、562及564觀察到，在過濾之後的該PSF係比在過濾之前的該等PSF更緊密。由於使用相同的濾波器來後處理該等PSF用於顯示的物件共軛，該等過濾PSF係略微相互不同。一可使用明確設計用以為該物件共軛之每一者後處理該PSF之濾波器核心，在此情況下，可使用於各物件共軛之PSF相互類似。
圖28A係一圖示法而圖28B係可配合VGA_WFC成像系統420使用的一濾波器核心之一表格表示法。此類濾波器核心可供一處理器使用以執行一解碼演算法，以移除一相位修改元件(例如光學元件116(1')之相位修改表面432)在影像中所引起之一成像效應。曲線圖580係濾波器核心之一三維曲線圖，而該等濾波器系數值係概述於圖28B中。該濾波器核心在廣度上為9×9元件。該濾波器係設計用於軸上 無限遠物件共軛距離PSF。
圖29係一VGA_AF成像系統600之一光學佈局及光線軌跡，其係圖2A之成像系統10之一具體實施例，其中「AF」表示「自動對焦」。成像系統600類似於圖5之VGA成像系統110，如下所述。成像系統600可以係陣列成像系統之一；此類陣列可分成複數個子陣列及/或獨立成像系統，如上面關於圖2A所述。如先前所述，交叉影線區域顯示圍場區域，亦即，在通光孔徑外部的區域，電磁能量不會透過該區域傳播。成像系統600包括光學604。用於光學604的每一元件之馳垂度係由方程(1)給出。光學器件604之一規定係如表12至14所示。半徑及直徑係以毫米為單位。
應注意，表面2之厚度及係數A2之值隨物距變化而變化，如表13所示：
成像系統600包括偵測器112及光學器件604。光學器件604包括形成於一共同基底614上的一變焦光學器件616與層疊光學元件607(1)至607(7)。一共同基底614(例如一玻璃平板)與光學元件607(1)界定一空氣間隙612。間隔物(圖30中未顯示)促進形成空氣間隙612。偵測器112具有一VGA格式。因此，VGA_AF成像系統600之結構不同於圖5之VGA成像系統110之結構，在於比較該VGA成像系統110，該VGA_AF成像系統600具有一略微不同的規定，且該VGA_AF成像系統600進一步包括在共同基底614上形成的變焦光學器件616，其係藉由空氣間隙612與層疊光學元件607(1)分離。如顯示之VGA_AF成像系統600具有一1.50 mm的焦距、一62度的視場、一1.3的光圈數、一2.25 mm的總軌跡長度、及一31度的最大主光線角。光線608表示VGA_AF成像系統600所成像之電磁能量；光線608係假定源自無限遠處。
可改變變焦光學器件616之焦距以部分或全部地校正該VGA_AF成像系統600中的散焦。例如，可改變變焦光學器件616之焦距來調整成像系統600之焦點用於不同的物距。在一具體實施例中，該VGA_AF成像系統600之一使用者手動調整變焦光學器件616之焦距；在另一具體實施例中，該VGA_AF成像系統600自動改變變焦光學器件616之焦距來校正像差，例如散焦。
在一具體實施例中，變焦光學器件616係由沈積於共同基底614上的具有一足夠大熱膨脹係數(CTE)，如聚二甲基矽氧烷(PDMS)，其具有近乎3.1×10-4/K之一CTE，之一材料來形成。可藉由改變材料之溫度來此變焦光學器件616之焦距，引起該材料膨脹或收縮；引起該變焦光學器件616改變焦距。該材料之溫度可既有使用一電加熱元件來改變，該元件可能形成於場區域內。例如，一加熱元件可由於一環繞變焦光學器件616周邊之多晶矽材料環來形成。在一具體實施例中，該加熱器具有一內徑("ID")1.6 mm，一外徑("OD")2.6 mm與一厚度0.6435 mm。該加熱器環繞的變焦光學器件616並具有一OD 1.6mm、一邊緣厚度("ET")0.645 mm及一大於0.645 mm的中心厚度("CT")，從而形成一正光學元件。形成該加熱器環之多晶矽具有大 約700 J/Kg．K的一熱容量、一大約6.4×102 ΩM的電阻率及一大約2.6×10-6/K的CTE。
假定多晶矽加熱器環之膨脹相對於該PDMS變焦光學器件616之膨脹可忽略不計，則採用一活塞狀方式來約束變焦光學器件616之體積膨脹。該PDMS變焦光學器件616係依附至該加熱器環之共同基底614及該ID而藉此受到約束。變焦光學器件616之一頂部表面615之曲率係因此受到該聚合物之膨脹的直接控制。一馳垂度變化△h係定義為：△h=3α△Th，其中h係最初下限(CT)值，△T係溫度變化，而α係變焦光學器件616之線性膨脹係數。對於上述尺寸之一PDMS變焦光學器件616，一10℃的溫度變化將會提供一6微米的馳垂度變化。此計算可提供多達一33%的馳垂度變化之過大估計(例如比較球面體積0.66πr3，圓柱體積πr3)，但是由於僅假定軸向膨脹，故該材料之模數將會約束運動並改變表面曲率並因此改變光學功率。
對於一由多晶矽所形成之一範例性加熱器，1秒大約0.3毫安培的一電流足夠將該環之溫度升高10度。然後，假定大多數熱係傳到至該變焦光學器件616，則此熱流量會驅動膨脹。其他熱將會失去至傳導及輻射，但該環可固定在一200微米玻璃板(例如共同基底614)上並進一步熱隔離以最小化傳導。其他加熱器環可由用於製作厚膜或薄膜電阻器之材料及製程所形成。或者，變焦光學器件616可經由一透明層(例如氧化銦錫("ITO"))來從頂部或底部表面加熱。此外，對於適當的聚合物，可透過該聚合物自身來引 導一電流。在其他具體實施例中，變焦光學器件616包括一液體透鏡或一液體晶體透鏡。
圖30係分離成像系統陣列所獲得之圖29之VGA_AF成像系統600之一斷面圖。相對較直側630指示已從陣列成像系統分離之VGA_AF成像系統600。為說明清楚，在圖30中僅標注層疊光學元件607(1)及607(7)。間隔物632係用於分離層疊光學元件607(1)及共同基底614用以形成空氣間隙612。
光學器件604形成一對應於光學器件604之該部分的通光孔徑634，電磁能量透過該部分行進達到偵測器112。在通光孔徑634外部的圍場636係在圖30中由暗影來表示。
圖31至39比較VGA_AF成像系統600與圖5之VGA成像系統110之效能。如上述，VGA_AF成像系統600不同於VGA成像系統110，在於VGA_AF成像系統600具有一略微不同的規定並包括在共同基底614上形成的變焦光學器件616，該光學共同基底614藉由一空氣間隙612與層疊光學元件607分離。特定言之，圖31至33顯示該等MTF作為VGA成像系統110及VGA_AF成像系統600之空間頻率之一函數的曲線圖。該等MTF係在從470至650 nm之波長範圍上平均化。各曲線圖包括用於與偵測器112之一對角線軸上真實影像高度相關聯的三個不同場點之MTF曲線；該等三個場點係一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點、一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點、及一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。圖31A及31B顯示在一無限遠物件共 軛距離處的MTF曲線之曲線圖650及652；曲線圖650對應於VGA成像系統110而曲線圖652對應於VGA_AF成像系統600。曲線圖650與652之一比較顯示VGA成像系統110與VGA_AF成像系統600在一無限遠物件共軛距離處表現類似。
圖32A及32B分別顯示在一40 cm物件共軛距離處的MTF曲線之曲線圖654及656；曲線圖654對應於VGA成像系統110而曲線圖656對應於VGA_AF成像系統600。同樣地，圖33A及33B分別顯示在一10 cm物件共軛距離處的MTF曲線之曲線圖658及660；曲線圖658對應於VGA成像系統110而曲線圖660對應於VGA_AF成像系統600。圖31A及31B與33A及33B之一比較顯示VGA成像系統110之效能隨著物件共軛距離減小，由於散焦而劣化；但是，該VGA_AF成像系統600之效能由於在VGA_AF成像系統600內包括變焦光學器件616而在從10 cm至無限遠處範圍內的一物件共軛距離處保持相對恆定。此外，如可從曲線圖658觀察到，相比VGA_AF成像系統600，VGA成像系統110之MTF可在較小的物件共軛距離處下降為零，從而導致影像資訊丟失。
圖34至36顯示VGA成像系統110之橫向光線扇形圖，而圖37至39顯示VGA_AF成像系統600之橫向光線扇形圖。在圖34至39中，最大尺度係+/-20微米。實線對應於一470 nm波長；短虛線對應於一550 nm波長；而長虛線對應於一650 nm波長。特定言之，圖34至36包括對應於在無限(曲線圖對682、684及686)、40 cm(曲線圖對702、704及706) 及10 cm(曲線圖對722、724及726)遠物距下的VGA成像系統110之曲線圖對。圖37至39包括對應於在無限(曲線圖對742、744及746)、40 cm(曲線圖對762、764及766)及10 cm(曲線圖對782、784及786)遠物距下的VGA_AF成像系統600之曲線圖對。曲線圖682、702、722、742、762及782對應於一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點，曲線圖684、704、724、744、764及784對應於一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點，而曲線圖686、706、726、746、766及786對應於一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。在各對曲線圖中，左手曲線顯示切向光線扇形，而右手曲線顯示弧矢光線扇形。
圖34至36之比較顯示光線扇形變化作為物件共軛距離之一函數；特定言之，圖36A至36C之光線扇形曲線圖對應於一10 cm物件共軛距離，明顯不同於對應於一無限遠物件共軛距離的圖34A至34C之光線扇形曲線圖。因此，VGA成像系統110之效能作為物件共軛距離之一函數而明顯變化。相比之下，圖37至39之比較顯示隨著物件共軛距離從無限遠變化至10 cm，VGA_AF成像系統600改變很少；因此該VGA_AF成像系統600之效能隨著物件共軛距離從無限遠變化至10 cm改變很少。
圖40係VGA_W成像系統800之一佈局之一斷面圖，其係圖2A之成像系統10之一具體實施例。「W」指示該VGA_W成像系統800之部分可使用晶圓級光學("WALO")製造技術來製作，如下所述。在本案揭示中，「WALO樣式光學器 件」係指在一共同基底上分佈的兩個或兩個以上光學器件(在該術語之一般意義上，係指一或多個光學元件、光學元件之組合、層疊光學元件及成像系統)；同樣地，"WALO製造技術"或同義而言"WALO技術"係指藉由裝配複數個支撐WALO樣式光學器件之共同基底來同時製造複數個成像系統。成像系統800可以係陣列成像系統之一；此類陣列可分成複數個子陣列及/或獨立成像系統，如上面關於圖2A所述。成像系統800包括VGA格式偵測器112及光學器件802。成像系統800可在下文稱為"VGA_W成像系統"。VGA_W成像系統800具有一1.55毫米焦距、一62度視場、一2.9光圈數、一2.35 mm總軌跡長度(包括光學元件、光學元件蓋板及偵測器蓋板以及在偵測器蓋板與偵測器之間的一空氣間隙)、及一29度最大主光線角。交叉影線區域顯示圍場區域或在該通光孔徑外部的區域，電磁能量不會透過該區域傳播，如先前所述。
光學器件802包括藉由一空氣間隙812與偵測器112之一表面814分離的偵測器蓋板810。在一具體實施例中，空氣間隙812具有一0.04 mm厚度以容納表面814之小透鏡。可選光學元件蓋板808可相鄰偵測器蓋板810而定位。在一具體實施例中，偵測器蓋板810係0.4 mm厚。層疊光學元件804(6)係形成於光學元件蓋板808上；層疊光學元件804(5)係形成於層疊光學元件804(6)上；層疊光學元件804(4)係形成於層疊光學元件804(5)上；層疊光學元件804(3)係形成於層疊光學元件804(4)上；層疊光學元件804(2)係形成 於層疊光學元件804(3)上；而層疊光學元件804(1)係形成於層疊光學元件804(2)上。在此範例中，層疊光學元件804係由兩個不同材料形成，而各相鄰層疊光學元件804係由不同材料形成。明確而言，層疊光學元件804(1)、804(3)及804(5)係由具有一第一折射率之一第一材料形成；而層疊光學元件804(2)、804(4)及804(6)係由具有一第二折射率之一第二材料形成。光線806表示由VGA_W成像系統800所成像之電磁能量。光學器件802之一規定係如表15至16所示。用於光學器件802之馳垂度係由等式(1)給出，其中半徑、厚度及直徑係以毫米為單位給出。
圖41至44顯示VGA_W成像系統800之效能曲線圖。圖41顯示對於一無限遠共軛物件，MTF作為該VGA_W成像系統800之空間頻率之一函數的一曲線圖830。該等MTF曲線係在從470至650 nm之波長範圍上平均化。圖41說明各曲線圖包括用於與圖40之偵測器112之一對角線軸上真實影像高度相關聯的三個不同場點之MTF曲線；該等三個場點係一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點、一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點、及一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。
圖42A、42B及42C分別顯示VGA_W成像系統800之光程差之曲線圖對852、854及856。在各方向上的最大尺度係+/-2個波。實線對應於具有一470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有一550 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一650 nm波長之電磁能量。各曲線圖表示在偵測器112之對角線上的一不同真實高度下的光程差。曲線圖852對應於一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點；曲線圖854對應於一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點；而曲線圖856對應於一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。在各對曲線圖中，左曲線顯示用於切向光線集合之波前誤差，而右曲線顯示係用於弧矢光學集合之波前誤差。
圖43A顯示一畸變曲線圖880而圖43B顯示對於一無限遠共軛物件，VGA_W成像系統800之一場曲曲線圖882。最大半場角係31.062度。實線對應於具有一470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有一550 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一650 nm波長之電磁能量。
圖44顯示在將光學器件802之光學元件之對中及厚度容限考慮在內，MTF作為VGA_W成像系統800之空間頻率之一函數的一曲線圖900。曲線圖900包括軸上場點(0.7場點)與在10個蒙特卡羅容限分析執行過程中產生的全場點弧矢及切向場MTF曲線。該軸上場點具有座標(0 mm,0 mm)；該0.7場點具有座標(0.49 mm,0.37 mm)；而該全場點具有座標(0.704 mm,0.528 mm)。該等光學元件之對中容限及厚度係假定具有一從+2至-2微米取樣的正常分佈。因此，期望曲線902及904界定VGA_W成像系統800之MTF。
圖45係一VGA_S_WFC成像系統920之一光學佈局及光線軌跡，其係圖2A之成像系統10之一具體實施例，其中「S」表示「短」。VGA_S_WFC成像系統920具有一0.98毫米的焦距、一80度視場、一2.2光圈數、一2.1 mm總軌跡長度(包括偵測器蓋板)、及一30度最大主光線角。
VGA_S_WFC成像系統920包括VGA格式偵測器112及光學器件938。光學器件938包括一光學元件922(其可能係一玻璃平板)、具有光學元件928及930形成於其相對側的光學元件924(其同樣可能係一玻璃平板)與偵測器蓋板926。光學元件922及924形成空氣間隙932用於在光學元件928處 的一高功濾光線轉變；光學元件924及偵測器蓋板926形成空氣間隙934用於在光學元件930處的一高功濾光線轉變，而偵測器112之表面940與偵測器蓋板926形成空氣間隙936。光學元件928及930可使用下述WALO技術形成在元件924上。
VGA_S_WFC成像系統920包括一相位修改元件，用於將一預定成像效果引入影像內。此類相位修改元件可實施於光學元件928及/或光學元件930之一表面上或該相位修改效應可分佈在光學元件928及930之中。在成像系統920中，主像差包括場曲與像散；因而，可在成像系統920中採用相位修改來有利地減小此類像散之效應。可在下文將其他方面相同於系統920但不帶一相位修改元件之成像系統稱為"VGA_S成像系統"(未示出)。光線942表示由VGA_S_WFC成像系統920所成像之電磁能量。
用於光學938之馳垂度等式係由等式(4)之一更高階可分離多項式相位函數來給出。
其中 k=2,3,4及5。應注意，該VGA_S成像系統不會具有等式(4)中的馳垂度等式之MFC部分，但VGA_S_WFC成像系統920會包括附著 至該馳垂度等式之WFC表述。用於光學器件938之規定係概述於表17至18中，其中半徑、厚度及直徑係以毫米為單位給出。如等式(4)中該WFC項所述之相位修改函數係一更高階可分離多項式。此特定相位函數較為方便，由於其視覺化相對簡單。可替代等式(4)之更高階可分離多項式相位函數來使用oct相位函數以及許多其他相位函數。
表17之表面號3係配置用於提供一預定相位修改，參數如 表19所示。
圖46A及46B分別包括曲線圖960及962；曲線圖960係該VGA_S成像系統之MTF作為空間頻率之一函數額曲線圖，而曲線圖962係VGA_S_WFC成像系統920之該等MTF作為空間頻率之一函數的一曲線圖，各曲線圖用於一無限遠物件共軛距離。該等MTF曲線係在從470至650 nm之波長範圍上平均化。曲線圖960及962說明與偵測器112之一對角線軸上真實影像高度相關聯的三個不同場點之MTF曲線；該等三個場點係一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點、一具有座標(0.704 mm,0 mm)之在x上的全場點、及一具有座標(0 mm,0.528 mm)之在y上的全場點。
曲線圖960顯示該VGA_S成像系統展現相對較差的效能；特定言之，該等MTF具有相對較小的值並在特定條件下到達零。如上所述，不期望一MTF值為零，因為當指示到達零時此導致影像資料之損失。曲線圖962之曲線966表示不後過濾VGA_S_WFC成像系統920所產生之電子資料之VGA_S_WFC成像系統920之該等MTF。如可藉由比較曲線圖960及962觀察到，VGA_S_WFC成像系統920之該等未過濾MTF曲線966具有比VGA_S成像系統920之該等MTF曲線之某些曲線更小的數量。然而，VGA_S_WFC成像系統920之該等未過濾MTF曲線966較有利地不到達零，其意味著 VGA_S_WFC成像系統920橫跨整個關注空間頻率範圍來保持影像資訊。此外，VGA_S_WFC成像系統920之該等未過濾MTF曲線966均極為類似。此MTF曲線類似性允許一執行一解碼演算法之處理器(未顯示)使用一單一濾波器核心，如下所述。
如上述，由圖45之光學器件938內(例如在光學元件928及/或930內)的一相位修改元件所引入之編碼可進一步由一執行一解碼演算法之處理器(例如參見圖1C之處理器46)來處理，使得VGA_S_WFC成像系統920產生一比沒有此類後處理情況更銳利的影像。圖46B之曲線圖962之MTF曲線964表示具有此類後處理之VGA_S_WFC成像系統920之效能。如可藉由比較曲線圖960及962可觀察到，具有後處理之VGA_S_WFC成像系統920表現好於該VGA_S成像系統。
圖47A、47B及47C分別顯示該VGA_S成像系統之橫向光線扇形曲線圖對992、994及996，而圖48A、48B及48C分別顯示VGA_S_WFC成像系統920之橫向光線扇形曲線圖對1012、1014及1016，各曲線圖用於一無限物件共軛距離。在圖47至48中，實線對應於一470 nm波長；短虛線對應於一550 nm波長；而長虛線對應於一650 nm波長。曲線圖992、994及996之最大比例縮放係+/-50微米；且曲線圖對1012、1014及1016之最大尺度係+/-50微米。值得注意的係，在圖47A、47B及47C中的橫向光線扇形曲線圖指示VGA_S成像系統內的像散及場曲。在各對光學扇形曲線圖內的左手曲線顯示切向光學集合，而每一右手曲線顯示弧 矢光線集合。
圖47至48各包含三對曲線圖，而各對包括用於與偵測器112表面上真實影像高度相關聯的一不同場點之光線扇形圖。曲線圖對992及1012對應於一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點；曲線圖對994及1014對應於一具有座標(0 mm,0.528 mm)之在y上全場點；而曲線圖對996及1016對應於一具有座標(0.704 mm,0 mm)之在x上全場點。可從圖47A、47B及47C觀察到，該等光線扇形曲線圖作為場點之一函數而變化；因此，該VGA_S成像系統展現作為場點之一函數的變化效能。相比之下，可從圖48A、48B及48C觀察到，VGA_S_WFC成像系統920展現在場點變更過程中相對恆定的效能。
圖49A及49B分別顯示該VGA_S_WFC成像系統920之軸上PSF之曲線圖1030及1032。曲線圖1030係在一執行一解碼演算法之處理器進行後處理之前的一PSF之一曲線圖，而曲線圖1032係在一使用圖50A及50B之核心來執行一解碼演算法之處理器進行後處理之後的一PSF之一曲線圖。特定言之，圖50A係一濾波器核心之一圖示法1050而圖50B係濾波器係數之一表格，其可用以實施在VGA_S_WFC成像系統920中之該濾波器核心。該濾波器核心在廣度上為21×21元件。此類濾波器核心可供一執行一解碼演算法之處理器使用以移除該相位修改元件所引入之一影像效應(例如模糊)。
圖51A及51B係二組態的Z_VGA_W變焦成像系統1070之 光學佈局及光線軌跡，其中「Z」表示「變焦」，其係圖2A之成像系統10之一具體實施例。Z_VGA_W成像系統1070係具有二變焦組態之一二群組、離散變焦成像系統。該第一變焦組態(可稱為遠距組態)係說明為Z_VGA_W成像系統1070(1)。在該遠距組態中，Z_VGA_W成像系統1070具有一相對較長的焦距。該第二變焦組態(可稱為寬組態)係說明為成像系統1070(2)。在該寬組態中，Z_VGA_W成像系統1070具有一相對較寬的視場。成像系統1070(1)具有一4.29毫米的焦距、一24度的視場、一5.56的光圈數、一6.05 mm的總軌跡長度(包括偵測器蓋板與在偵測器蓋板與偵測器之間的一空氣間隙)、及一12度的最大主光線角。Z_VGA_焦成像系統1070(2)具有一2.15毫米的焦距、一50度的視場、一3.84的光圈數、一6.05 mm的總軌跡長度(包括偵測器蓋板)、及一17度的最大主光線角。可將成像系統1070稱為"Z_VGA_W成像系統"。
該Z_VGA_W成像系統1070包括一第一光學器件群組1072，其包括一共同基底1080。負光學元件1082係形成在共同基底1080之一側上，而負光學元件1084係形成在共同基底1080之另一側上。例如，共同基底1080可以係一玻璃板。固定成像系統1070中的光學器件群組1072之位置。第一光學器件群組1072可使用下述WALO技術來形成。
Z_VGA_W成像系統1070包括一第二光學器件群組1074，其具有共同基底1086。正光學元件1088係形成在共同基底1086之一側上，而平光學元件1090係形成在共同基 底1086之一相對側上。例如，共同基底1086可以係一玻璃板。可沿兩個位置之間的直線1096所指示之一軸，在Z_VGA_W成像系統1070中平移第二光學器件群組1074。在光學器件群組1074(顯示於成像系統1070(1)內)之第一位置內，成像系統1070具有一遠距組態。在光學器件群組1074(顯示於成像系統1070(2)內)之第二位置內，Z_VGA_W成像系統1070具有一寬組態。第二光學器件群組1074可使用下述WALO技術來形成。用於遠距組態及寬組態之規定係概述於表20至22中。Z_VGA_W成像系統1070之每一光學元件之馳垂度係由等式(1)給出，其中半徑、厚度及直徑係以毫米為單位給出。
遠距：
寬：
球面係數對於遠距組態與寬組態均相同。
該Z_VGA_W成像系統1070包括VGA格式偵測器112。一空氣間隙1094分離一偵測器蓋板1076與偵測器112以在近接偵測器蓋板1076之偵測器112之一表面上提供用於小透 鏡之空間。
光線1092表示該Z_VGA_W成像系統1070所成像之電磁能量；光線1092源自無限遠處。
圖52A及52B分別顯示該等MTF作為Z_VGA_W成像系統1070之空間頻率之一函數的曲線圖1120及1122。該等MTF係在從470至650 nm之波長範圍上平均化。各曲線圖包括用於與偵測器112之一對角線軸上真實影像高度相關聯的三個不同場點之MTF曲線；該等三個場點係一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點、一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點、及一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。曲線圖1120對應於成像系統1070(1)，其表示具有一遠距組態之成像系統1070，而曲線圖1122對應於成像系統1070(2)，其表示具有一寬組態之成像系統1070。
圖53A、53B及53C顯示曲線圖對1142、1144及1146而圖54A、54B及54C顯示Z_VGA_W成像系統1070之光程差之曲線圖對1162、1164及1166。曲線圖對1142、1144及1146係用於具有一遠距組態之Z_VGA_W成像系統1070(1)，而曲線圖對1162、1164及1166係用於具有一寬組態之Z_VGA_W成像系統1070(2)。用於曲線圖對1142、1144及1146之最大尺度係+/-1個波，而用於曲線圖對1162、1164及1166之最大尺度係+/-2個波。實線對應於具有一470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有一550 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一650 nm波長之電磁能量。
在圖53及54中的各對曲線圖表示在偵測器112之對角線 上在一不同真實高度下的光程差。曲線圖1142及1162對應於一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點；曲線圖1144及1164對應於一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點；而曲線圖1146及1166對應於一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。各對曲線圖之左曲線係用於切向光線集合之波前誤差之一曲線圖，而右曲線係用於弧矢光學集合之波前誤差之一曲線圖。
圖55A、55B、55C及55D顯示Z_VGA_W成像系統1070之畸變曲線圖1194及1996與場曲曲線圖1190及1192。曲線圖1190、1194對應於Z_VGA_W成像系統1070(1)，而曲線圖1192及1996對應於Z_VGA_W成像系統1070(2)。對於該遠距組態，最大半場角係11.744度而對於該寬角度組態係25.568。實線對應於具有一470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有一550 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一650 nm波長之電磁能量。
圖56A及56B顯示Z_VGA_LL成像系統1220之兩種組態之光學佈局及光線軌跡，其係圖2A之成像系統10之一具體實施例，其中「LL」在本文中表示「層疊鏡面」。Z_VGA_LL成像系統1220係一具有兩種變焦組態之三群組、離散變焦成像系統。該第一變焦組態(可稱為遠距組態)係說明為Z_VGA_LL成像系統1220(1)。在該遠距組態中，成像系統1220具有一相對較長的焦距。該第二變焦組態(可稱為寬組態)係說明為Z_VGA_LL成像系統1220(2)。在該寬組態中，Z_VGA_LL成像系統1220具有一相對較寬 的視場。可注意到，光學器件群組(例如光學器件群組1224)之繪製大小對於遠距及寬組態不同。繪製大小不同係由於在用於產生此設計之光學軟體(例如ZEMAX®)之繪製比例縮放所引起。現實中，該等光學器件群組或個別光學元件之大小對於不同變焦組態不會變化。還應注意，此問題出現在下列全部變焦設計中。Z_VGA_LL成像系統1220(1)具有一3.36毫米的焦距、一29度的視場、一1.9的光圈數、一8.25 mm的總軌跡長度、及一25度的最大主光線角。成像系統1220(2)具有一1.68毫米的焦距、一62度的視場、一1.9的光圈數、一8.25 mm的總軌跡長度、及一25度的最大主光線角。
Z_VGA_LL成像系統1220包括一第一光學器件群組1222，其具有一光學元件1228。正光學元件1230係形成於元件1228之一側上，而正光學元件1232係形成於元件1228之相對側上。例如，元件1228可以係一玻璃板。固定Z_VGA_LL成像系統1220中的第一光學器件群組1222之位置。第一光學器件群組1222可使用下述WALO技術來形成。
該Z_VGA_LL成像系統1220包括一第二光學器件群組1224，其具有一光學元件1234。負光學元件1236係形成於元件1234之一側上，而負光學元件1238係形成於元件1234之另一側上。例如，元件1234可以係一玻璃板。第二光學器件群組1224可沿直線1244所指示之一軸在兩個位置之間平移。在光學器件群組1224(顯示於成像系統1220(1)內)之 第一位置內，Z_VGA_LL成像系統1220具有一遠距組態。在光學器件群組1224(顯示於成像系統1220(2)內)之第二位置內，Z_VGA_LL成像系統1220具有一寬組態。應注意，由於比例縮放，ZEMAX®使光學元件在該等寬及遠距組態中顯得不同。
該Z_VGA_LL成像系統1220包括形成於VGA格式偵測器112上的一第三光學器件群組1246。一光學器件偵測器介面(未顯示)分離第三光學器件群組1246與偵測器112之一表面。層疊光學元件1226(7)係形成於偵測器112上；層疊光學元件1226(6)係形成於層疊光學元件1226(7)上；層疊光學元件1226(5)係形成於層疊光學元件1226(6)上；層疊光學元件1226(4)係形成於層疊光學元件1226(5)上；層疊光學元件1226(3)係形成於層疊光學元件1226(4)上；層疊光學元件1226(2)係形成於層疊光學元件1226(3)上；而層疊光學元件1226(1)係形成於層疊光學元件1226(2)上。層疊光學元件1226係由兩個不同材料形成，相鄰層疊光學元件1226係由不同材料形成。明確而言，層疊光學元件1226(1)、1226(3)、1226(5)及1226(7)係由具有一第一折射率之一第一材料形成；而層疊光學元件1226(2)、1226(4)及1226(6)係由具有一第二折射率之一第二材料形成。光線1242表示該Z_VGA_LL成像系統1220所成像之電磁能量；光線1242源自無限遠處。用於遠距組態及寬組態之規定係概述於表23至25中。用於該些組態之每一光學元件之馳垂度係由等式(1)給出，其中半徑、厚度及直徑係以毫米為單 位給出。
遠距：
寬：
非球面係數對於遠距組態與寬組態均相同，且其係列於表25內。
圖57A及57B顯示對於一無限遠共軛物件，MTF作為Z_VGA_LL成像系統1220之空間頻率之一函數的一曲線圖1270及1272。該等MTF係在從470至650 nm之波長範圍上平均化。各曲線圖包括用於與偵測器112之一對角線軸上真實影像高度相關聯的三個不同場點之MTF曲線；該等三個場點係一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點、一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點、及一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。曲線圖1270對應於成像系統1220(1)，其表示具有一遠距組態之Z_VGA_LL成像系統1220，而曲線圖1272對應於成像系統1220(2)，其表示具有一寬組態之Z_VGA_LL成像系統1220。
圖58A、58B及58C顯示曲線圖對1292、1294及1296而圖59A、59B及54C分別顯示對於一無限共軛物件，Z_VGA_LL成像系統1220之光程差之曲線圖對1322、1324及1326。曲線圖對1292、1294及1296係用於具有一遠距組態之Z_VGA_LL成像系統1220(1)，而曲線圖對1322、1324及1326係用於具有一寬組態之Z_VGA_LL成像系統1220(2)。用於曲線圖1292、1294、1296、1322、1324及1326之最大尺度係+/-5個波。實線對應於具有一470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有一550 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一650 nm波長之電磁能量。
在圖58及59中的各對曲線圖表示在偵測器112之對角線上在一不同真實高度下的光程差。曲線圖1292及1322對應於一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點；第二列曲線圖 1294及1324對應於一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點；而第三列曲線圖1296及1326對應於一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。各對之左曲線係用於切向光線集合之波前誤差之一曲線圖，而右曲線係用於弧矢光學集合之波前誤差之一曲線圖。
圖60A、60B、60C及60D顯示Z_VGA_LL成像系統1220之畸變曲線圖1354及1356與場曲曲線圖1350及1352。曲線圖1350、1354對應於具有一遠距組態之Z_VGA_LL成像系統1220(1)，而曲線圖1352及1356對應於具有一寬組態之Z_VGA_LL成像系統1220(2)。對於該遠距組態，最大半場角係14.374度而對於該寬角度組態係31.450度。實線對應於具有一470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有一550 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一650 nm波長之電磁能量。
圖61A、61B及62顯示Z_VGA_LL_AF成像系統1380之三組態之光學佈局及光線軌跡，其係圖2A之成像系統10之一具體實施例。Z_VGA_LL_AF成像系統1380係一三群組、變焦成像系統，其具有多大一1.95最大比率之連續變焦比率。一般而言，為了具有一連續變焦，需移動該變焦成像系統中的多個光學器件群組。在此情況下，連續變焦係藉由僅移動第二光學器件群組1384，級聯地調整一可變光學器件1408，在下文討論，之功率來實現。在圖29中詳細說明可變光學器件1408。一變焦組態(可稱為遠距組態)係說明為Z_VGA_LL_AF成像系統1380(1)。在該遠距組態中， Z_VGA_LL_AF成像系統1380具有一相對較長的焦距。另一變焦組態(可稱為寬組態)係說明為Z_VGA_LL_AF成像系統1380(2)。在該寬組態中，Z_VGA_LL_AF成像系統1380具有一相對較寬的視場。另一變焦組態(可稱為中間組態)係說明為Z_VGA_LL_AF成像系統1380(3)。該中間組態具有在該遠距組態與該寬組態之間的該等焦距與視場之間的焦距與視場。
成像系統1380(1)具有一3.34毫米的焦距、一28度的視場、一1.9的光圈數、一9.25 mm的總軌跡長度、及一25度的最大主光線角。成像系統1380(2)具有一1.71毫米的焦距、一62度的視場、一1.9的光圈數、一9.25 mm的總軌跡長度、及一25度的最大主光線角。
該Z_VGA_LL_AF成像系統1380包括一第一光學器件群組1382，其具有一元件1388。正光學元件1390係形成於元件1388之一側上，而負光學元件1392係形成於元件1388之另一側上。例如，元件1388可以係一玻璃板。該Z_VGA_LL_AF成像系統1380中的第一光學器件群組1382之位置係固定。
Z_VGA_LL_AF成像系統1380包括一第二光學器件群組1384，其具有一元件1394。負光學元件1396係形成於元件1394之一側上，而負光學元件1398係形成於元件1394之相對側上。例如，元件1394可以係一玻璃板。第二光學器件群組1384可在末端1410與1412之間沿直線1400所指示之一軸連續地平移。若光學器件群組1384(其係顯示在成像系 統1380(1)內)係定位在直線1400之末端1412處，則Z_VGA_LL_AF成像系統1380具有一遠距組態。若光學器件群組1384(其係顯示在成像系統1380(2)內)係定位在直線1400之末端1410處，則Z_VGA_LL_AF成像系統1380具有一寬組態。若光學器件群組1384(其係顯示在成像系統1380(3)內)係定位在直線1400之中間處，則Z_VGA_LL_AF成像系統1380具有一中間組態。在遠距與寬之間的任何其他變焦位置係藉由移動光學器件群組2並調節該可變光學器件1408，在下文討論，之功率來實現。用於遠距組態、中間組態及寬組態之規定係概述於表26至30中。各組態之每一光學元件之馳垂度係由等式(1)給出，其中半徑、厚度及直徑係以毫米為單位給出。
遠距：
中間：
寬：
所有非球面係數(除了在作為該可變光學器件1408之表面的表面10上的A2)對於遠距組態、中間組態及寬(或任何其他在遠距與寬組態之間的其他組態)均相同，且其係列於表29內。
用於不同變焦組態之表面10上的非球面係數A2係概述於表30內。
該Z_VGA_LL_AF成像系統1380包括形成於VGA格式偵測器112上的第三光學器件群組1246。上面參考圖56已說明第三光學器件群組1246。一光學器件偵測器介面(未顯示)分離第三光學器件群組1246與偵測器112之一表面。在圖61及62中僅標注第三光學器件群組1246之某些層疊光學元件1226以促進說明清楚。
Z_VGA_LL_AF成像系統1380進一步包括接觸層疊光學元建立1226(1)之一光學元件1406。一可變光學器件1408係形成於與層疊光學元件1226(1)相對的元件1406之一表面上。可變光學器件1408之焦距可依據第二光學器件群組1384之一位置而變化，使得Z_VGA_LL_AF成像系統1380隨其變焦位置變化而保持聚焦。可變光學器件1408之焦距(功率)變化以在第二光學群組1384之移動所引起之變焦期間校正散焦。可變光學器件1408之焦距變更不僅可用於如上所述在第二光學群組1384之移動所引起之變焦期間校正散焦，而且還可連結如前面VGA_AF成像系統600所述調整不同共軛距離之焦點。在一具體實施例中，可變光學器件1408之焦距可藉由(例如)該成像系統之一使用者來手動調整；在另一具體實施例種類，該Z_VGA_LL_AF成像系統1380依據第二光學器件群組1384之位置來自動地改變可變光學器件1408之焦距。例如，Z_VGA_LL_AF成像系統1380可包括對應於第二光學器件群組1384之位置的可變光學器件1408之焦距之一查找表；該Z_VGA_LL_AF成像系統可根據該查找表來決定可變光學器件1408之正確焦距並相應地調整可變光學器件1408之焦距。
例如，可變光學器件1408係一具有一可調整焦距之光學元件。其可能係沈積在光學元件1406上的具有一足夠大熱膨脹係數之一材料。可變光學器件1408之此類具體實施例之焦距係藉由改變形成該可變光學器件1408之該材料之溫度來改變，從而引起該材料膨脹或收縮；此類膨脹或收縮 引起可變光學器件1408之焦距變化。該材料之溫度可藉由使用一電加熱元件(未顯示)來改變。作為額外範例，可變光學器件1408包括一液體透鏡或一液晶透鏡。
因此，在操作中，可配置一處理器(例如參見圖1B之處理46)來控制一線性傳感器，例如移動群組1384，同時施加電壓或加熱以控制可變光學器件1408之焦距。
光線1402表示Z_VGA_LL_AF成像系統1380所成像之電磁能量；光線1402源自無限遠處；但Z_VGA_LL_AF成像系統1380可更靠近系統1380來成像光線。
圖63A及63B分別顯示曲線圖1440及1442而圖64顯示用於無限物件共軛，該等MTF作為Z_VGA_LL_AF成像系統1380之空間頻率之一函數的曲線圖1460。該等MTF係在從470至650 nm之波長範圍上平均化。各曲線圖包括用於與偵測器112之一對角線軸上真實影像高度相關聯的三個不同場點之MTF曲線；該等三個場點係一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點、一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點、及一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。曲線圖1440對應於Z_VGA_LL_AF成像系統1380(1)，其表示具有一遠距組態。曲線圖1442對應於Z_VGA_LL_AF成像系統1380(2)，其表示具有一寬組態。曲線圖1460對應於Z_VGA_LL_AF成像系統1380(3)，其表示具有一中間組態。
圖65A、65B及65C顯示曲線圖對1482、1484及1486而圖66A、66B及66C顯示曲線圖對1512、1514及1516，而圖 67A、67B及67C分別顯示Z_VGA_LL_AF成像系統1380之光程差，各在無限物件共軛處之曲線圖1542、1544及1546。曲線圖1482、1484及1486係用於具有一遠距組態之Z_VGA_LL_AF成像系統1380(1)。曲線圖1512、1514及1516係用於具有一寬組態之Z_VGA_LL_AF成像系統1380(2)。曲線圖1542、1544及1546係用於具有一中間組態之Z_VGA_LL_AF成像系統1380(3)。用於所有曲線圖之最大尺度係+/-5波。實線對應於具有一470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有一550 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一650 nm波長之電磁能量。
在圖65及67中的各對曲線圖表示在偵測器112之對角線上的一不同真實高度下的光程差。曲線圖1482、1512及1542對應於一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點；曲線圖1484、1514及1544對應於一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點；而曲線圖1486、1516及1546對應於一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。各對曲線圖之左曲線係用於切向光線集合之波前誤差之一曲線圖，而右曲線係用於弧矢光學集合之波前誤差之一曲線圖。
圖68A及68C顯示曲線圖1570及1572而圖69A顯示Z_VGA_LL_AF成像系統1380之場曲曲線圖1600；圖68A及68D顯示曲線圖1574及1576而圖69B顯示Z_VGA_LL_AF成像系統1380之畸變曲線圖1602。曲線圖1570及1574對應於具有一遠距組態之Z_VGA_LL_AF成像系統1380(1)；曲線圖1572及1576對應於具有一寬組態之Z_VGA_LL_AF成像 系統1380(2)；曲線圖1600及1602對應於具有一中間組態之Z_VGA_LL_AF成像系統1380(3)。對於該遠距組態，最大半場角係14.148度，對於該寬角度組態係31.844度，對於該中間組態為20.311度。實線對應於具有一470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有一550 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一650 nm波長之電磁能量。
圖70A、70B及71顯示一Z_VGA_LL_WFC成像系統1620之三組態之光學佈局及光線軌跡，其係圖2A之成像系統10之一具體實施例。Z_VGA_LL_WFC成像系統1620係一三群組、變焦成像系統，其具有多達一1.96最大比率之連續變焦比。一般而言，為了具有一連續變焦，需移動該變焦成像系統中的多個光學器件群組。在此情況下，連續變焦係藉由僅移動一第二光學器件群組1624，並使用一相位修改元件來延伸該Z_VGA_LL_WFC成像系統1620之焦深來實現。一變焦組態(可稱為遠距組態)係說明為Z_VGA_LL_WFC成像系統1620(1)。在該遠距組態中，Z_VGA_LL_WFC成像系統1620具有一相對較長的焦距。另一變焦組態(可稱為寬組態)係說明為Z_VGA_LL_WFC成像系統1620(2)。在該寬組態中，Z_VGA_LL_WFC成像系統1620具有一相對較寬的視場。另一變焦組態(可稱為中間組態)係說明為Z_VGA_LL_WFC成像系統1620(3)。該中間組態具有在該遠距組態與該寬組態之間的該等焦距與視場之間的焦距與視場。
成像系統1620(1)具有一3.37毫米的焦距、一28度的視 場、一1.7的光圈數、一8.3 mm的總軌跡長度、及一22度的最大主光線角。成像系統1620(2)具有一1.72毫米的焦距、一60度的視場、一1.7的光圈數、一8.3 mm的總軌跡長度、及一22度的最大主光線角。
Z_VGA_LL_WFC成像系統1620包括一第一光學器件群組1622，其具有一元件1628。正光學元件1630係形成於元件1628之一側上，而波前編碼表面係形成於1646(1)之第一表面上。例如，元件1628可以係一玻璃板。在該Z_VGA_LL_WFC成像系統1620中的第一光學器件群組1622之位置係固定。
Z_VGA_LL_WFC成像系統1620包括第二光學器件群組1624，其具有一元件1634。一負光學元件1636係形成於元件1634之一側上，而一負光學元件1638係形成於元件1634之一相對側上。例如，元件1634可以係一玻璃板。第二光學器件群組1624可在末端1648與1650之間沿直線1640所指示之一軸連續地平移。若第二光學器件群組1624(其係顯示在成像系統1620(1)內)係定位在直線1640之末端1650處，則Z_VGA_LL_WFC成像系統1620具有一遠距組態。若光學器件群組1624(其係顯示在成像系統1620(2)內)係定位在直線1648之末端1650處，則Z_VGA_LL_WFC成像系統1620具有一寬組態。若光學器件群組1624(其係顯示在成像系統1620(3)內)係定位在直線1640之中間處，則Z_VGA_LL_WFC成像系統1620具有一中間組態。
Z_VGA_LL_WFC成像系統1620包括形成於VGA格式偵 測器112上的一第三光學器件群組1626。一層疊光學元件1646(7)係形成於偵測器112上；一層疊光學元件1646(6)係形成於層疊光學元件1646(7)上；一層疊光學元件1646(5)係形成於層疊光學元件1646(6)上；一層疊光學元件1646(4)係形成於層疊光學元件1646(5)上；一層疊光學元件1646(3)係形成於層疊光學元件1646(4)上；一層疊光學元件1646(2)係形成於層疊光學元件1646(3)上；而一層疊光學元件1646(1)係形成於層疊光學元件1646(2)上。層疊光學元件1646係由兩個不同材料形成，相鄰層疊光學元件1646係由不同材料形成。明確而言，層疊光學元件1646(1)、1646(3)、1646(5)及1646(7)係由具有一第一折射率之一第一材料形成；而層疊光學元件1646(2)、1646(4)及1646(6)係由具有一第二折射率之一第二材料形成。一波前編碼表面係形成於層疊光學元件1646(1)之一第一表面1674上。
用於遠距組態、中間組態及寬組態之規定係概述於表31至36中。用於所有三個組態之每一光學元件之馳垂度係由等式(2)給出。相位修改元件所實施之相位功能係oct形式，其參數係由等式(3)給出並說明於圖18內，其中半徑、厚度及直徑係以毫米為單位給出。
遠距：
中間：
寬：
用於oct形式之非球面係數及表面規定對於遠距、中間及寬組態均相同，並概述於表34至36中。
Z_VGA_LL_WF成像系統1620包括一相位修改元件用於實施一預定相位修改。在圖70A及70B中，光學元件1646(1)之一第一表面1674係配置為一相位修改元件；但是，Z_VGA_LL_WFC成像系統1620之任一光學元件或一光學元件組合可用作一相位修改元件以實施一預定相位修改。使用預定相位修改允許Z_VGA_LL_WFC成像系統1620支援連續變焦比，因為該預定相位修改延伸Z_VGA_LL_WFC成像系統1620之焦深。光線1642表示由該Z_VGA_LL_WFC成像系統1620從無限遠所成像之電磁能量。
該Z_VGA_LL_WFC成像系統1620之效能可藉由比較其效能與圖56之Z_VGA_LL成像系統1220之效能來瞭解，因為該等二成像系統係類似；在Z_VGA_LL_WFC成像系統1620與Z_VGA_LL成像系統1220之間的一差異在於Z_VGA_LL_WFC成像系統1620包括一預定相位修改，而Z_VGA_LL成像系統1220不包括。圖72A及72B顯示曲線圖1670及1672而圖73顯示在一無限共軛物距處，該等MTF作為Z_VGA_LL成像系統1220之空間頻率之一函數的曲線圖1690。該等MTF係在從470至650 nm之波長範圍上平均化。各曲線圖包括在偵測器112之一對角線軸上用於與真實影像高度相關聯的三個不同場點之MTF曲線；該等三個 場點係一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點、一具有座標(0 mm,0.528 mm)之在y上的全場點、及一具有座標(0.704 mm,0 mm)之在x上的全場點。在圖72A及72B及73中，"T"係指切向場，而"S"係指弧矢場。曲線圖1670對應於成像系統1220(1)，其表示具有一遠距組態之Z_VGA_LL成像系統1220。曲線圖1672對應於成像系統1220(2)，其表示具有一寬組態之Z_VGA_LL成像系統1220。曲線圖1690對應於具有一中間組態之Z_VGA_LL成像系統1220(未顯示該Z_VGA_LL成像系統1220之此組態)。如可藉由比較曲線圖1670、1672及1690觀察到，Z_VGA_LL成像系統1220之效能作為變焦位置之一函數而變化。此外，正如曲線圖1690MTF之較低數量與零值所指示，Z_VGA_LL成像系統1220在該中間變焦組態表現相對較差。
圖74A及74B顯示曲線圖1710及1716而圖75顯示對於無限共軛物距，該等MTF作為Z_VGA_LL_WFC成像系統1620之空間頻率之一函數的曲線圖1740。該等MTF係在從470至650 nm之波長範圍上平均化。各曲線圖包括在偵測器112之一對角線軸上用於與真實影像高度相關聯的三個不同場點之MTF曲線；該等三個場點係一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點、一具有座標(0 mm,0.528 mm)之在y上的全場點、及一具有座標(0.704 mm,0 mm)之在x上的全場點。曲線圖1710對應於具有一遠距組態之Z_VGA_LL_WFC成像系統1620(1)；曲線圖1716對應於具有一寬組態之Z_VGA_LL_WFC成像系統1620(2)；而曲線 圖1740對應於具有一中間組態之Z_VGA_LL_WFC成像系統1620(3)。
虛線所指示之未過濾曲線表示未後過濾Z_VGA_LL_WFC成像系統1620所產生之電子資料的MTF。如可從曲線圖1710、1716及1740觀察到，該未過濾MTF曲線具有一相對較小數量。然而，該未過濾的MTF曲線較有利的係不到達零數量，其意味著Z_VGA_LL_WFC成像系統1620在整個關注空間頻率範圍內保持影像資訊。此外，該未過濾的MTF曲線彼此係相類似。此MTF曲線類似性允許一執行一解碼演算法之處理器使用一單一濾波器核心，如下所述。例如，一相位修改元件(例如形成於表面1674上之光學元件1646(1))所引入之編碼係經執行一解碼演算法之處理器46(圖1B)來處理，使得Z_VGA_LL_WFC成像系統1620產生一比不帶此類後處理情況更清楚的影像。實線所指示的未過濾MTF曲線表示具有此類後處理之Z_VGA_LL_WFC成像系統1620之效能。如可從曲線圖1710、1716及1740觀察到，Z_VGA_LL_WFC成像系統1620由於此後處理而橫跨變焦比展現相對較恆定的效能。
圖76A、76B及76C顯示在經該執行解碼演算法之處理器後處理之前Z_VGA_LL_WFC成像系統1620之軸上PSF之曲線圖1760、1762及1764。曲線圖1760對應於具有一遠距組態之Z_VGA_LL_WFC成像系統1620(1)；曲線圖1762對應於具有一寬組態之Z_VGA_LL_WFC成像系統1620(2)；而曲線圖1764對應於具有一中間組態之Z_VGA_LL_WFC成 像系統1620(3)。如從圖76可觀察到，在後處理之前的該等PSF作為變焦組態之一函數而變化。
圖77A、77B及77C顯示在經該執行解碼演算法之處理器後處理之後Z_VGA_LL_WFC成像系統1620之軸上PSF之曲線圖1780、1782及1784。曲線圖1780對應於具有一遠距組態之Z_VGA_LL_WFC成像系統1620(1)；曲線圖1782對應於具有一寬組態之Z_VGA_LL_WFC成像系統1620(2)；而曲線圖1784對應於具有一中間組態之Z_VGA_LL_WFC成像系統1620(3)。如從圖77可觀察到，在後處理之後的該等PSF相對獨立於變焦組態。由於相同濾波器核心係用於處理，故PSF將對於不同物件共軛而輕微不同。
圖78A係在該處理器所實施之解碼演算法(例如捲積)中可配合該Z_VGA_LL_WFC成像系統1620使用的一濾波器核心及其值之一圖示法。例如，圖78A之該濾波器核心係用於產生圖77A、77B及77C之曲線圖之PSF或圖74A、74B及75之過濾MTF曲線。此類濾波器核心可供該處理器來用於執行該解碼演算法以處理受到引起波前編碼元件影響的電子資料。曲線圖1800係該濾波器核心之一三維曲線圖，而該等濾波器係數係概述於圖78B之表1802中。
圖79係一VGA_O成像系統1820之一光學佈局及光線軌跡，其係圖2A之成像系統10之一具體實施例。「O」表示可用以形成彎曲影像平面之有機偵測器的「有機」。成像系統1820可以係陣列成像系統之一；此類陣列可分成複數個子陣列及/或獨立成像系統，如上面關於圖2A所述。可 將成像系統1820稱為"VGA_O成像系統"。該VGA_O成像系統1820包括光學器件1822與由彎曲表面所表示的一彎曲影像平面1826。該VGA_O成像系統具有一1.50 mm的一焦距、一62度的視場、一1.3的光圈數、一2.45 mm的總軌跡長度、及一28度的最大主光線角。
光學器件1822具有七個層疊光學元件1824。層疊光學元件1824係由兩個不同材料形成，而相鄰層疊光學元件係由不同材料形成。層疊光學元件1824(1)、1824(3)、1824(5)及1824(7)係由具有一第一折射率之該第一材料形成，而層疊光學元件1824(2)、1824(4)及1824(6)係由具有一第二折射率之該第二材料形成。可用於本背景之兩個範例性聚合物材料係：1)ChemOptics分佈的一高折射率材料(n=1.62)；以及2)Optical Polymer Research,Inc.分佈的一低折射率材料(n=1.37)。應注意，在光學器件1822中不存在任何空氣間隙。光線1830表示由VGA_O成像系統1820從無限遠所成像之電磁能量。
用於光學器件1822之一規定係概述於表39至40內。用於光學器件1822之每一者之馳垂度係由等式(1)給出，其中半徑、厚度及直徑係以毫米為單位給出。
偵測器1832係施加至彎曲表面1826上。光學1822可獨立於偵測器1832來製造。偵測器1832可由一有機材料來製造。例如，偵測器1832係(例如)藉由一噴墨印表機來形成於或直接施加在表面1826上；或者，偵測器1832可施加至一表面(例如一聚乙烯片)，該表面隨之接合至表面1826。
在一具體實施例中，偵測器1832具有一2.2微米像素大小的VGA格式。在一具體實施例中，偵測器1832包括超出該偵測器之解析度所需之該等像素的額外偵測器像素。此類額外像素可用於鬆弛偵測器1832之中心相對於一光軸1834之對位要求。若偵測器1832不相對於光軸1834精確對位，則該等額外像素可允許重新定義偵測器1832之輪廓，使得偵測器1832相對光軸1834而對中。
VGA_O成像系統1820之彎曲影像平面提供另一設計自由度，其可有利地用於VGA_O成像系統1820。例如，彎曲影像平面1820可配置以符合實際任何表面形狀，以校正像差，例如場曲及/或像散。由此，可鬆弛光學器件1822之容限，從而減小製造成本。
圖80顯示在無限物件共軛距離處，在一550奈米波長下單色MTF曲線作為該VGA_O成像系統1820之空間頻率之一函數的一曲線圖1850。圖80包括各曲線圖用於與偵測器1832之一對角線軸上真實影像高度相關聯的三個不同場點之MTF曲線；該等三個場點係一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點、一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點、及一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。因為彎曲影像平面1826，較佳地校正像散及場曲，且該等MTF係幾乎受到繞射限制。圖80還顯示該繞射限制，如圖中"DIFF.LIMIT"所指示。
圖81顯示對於一無限物件共軛距離，白光MTF作為該VGA_O成像系統1820之空間頻率之一函數的一曲線圖1870。該等MTF係在從470至650 nm之波長範圍上平均化。圖81說明各曲線圖包括用於與偵測器1832之一對角線軸上真實影像高度相關聯的三個不同場點之MTF曲線；該等三個場點係一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點、一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點、及一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。圖81還顯示該繞射限制，如圖中"DIFF.LIMIT"所指示。
可藉由比較圖80及81觀察到，圖81之該等彩色MTF一般具有一小於圖80之單色MTF之數量。此類數量差異顯示該VGA_O成像系統1820展現一像差，一般稱為軸色。軸色可透過一預定相位修改來校正；然而，使用一預定相位修改來校正軸色可減小一預定相位修改鬆弛光學器件1822之光學機械容限之能力。鬆弛該等光學機械容限可減小製造光學器件1822之成本；因此，在此情況下較為有利的係盡可能多地使用該預定相位修改鬆弛光學機械容限之效果。由此，較為有利的係藉由在一或多個層疊光學元件1824中使用一不同聚合物材料來校正軸色，如下所述。
圖82A、82B及82C分別顯示VGA_O成像系統1820之光程差之曲線圖對1892、1894及1896。在各方向上的最大尺度係+/-5波。實線對應於具有一470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有一550 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一650 nm波長之電磁能量。各對曲線圖1892、1894及1896表示在偵測器1832之對角線上在一不同真實高度下的光程差。曲線圖1892對應於一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點；曲線圖1894對應於一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點；而曲線圖1896對應於一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。各對曲線圖之左手曲線係用於切向光線集合之波前誤差之一曲線圖，而右手曲線係用於弧矢光學集合之波前誤差之一曲線圖。從該等曲線圖可觀察到，在系統中的最大像差係軸色。
圖83A顯示一場曲曲線圖1920而圖83B顯示該VGA_O成 像系統1820之一畸變曲線圖1922。最大半場角係31.04度。實線對應於具有一470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有一550 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一650 nm波長之電磁能量。
圖84顯示MTF作為在層疊光學元件1824內使用一選定聚合物減小軸色之VGA_O成像系統1820之空間頻率之一函數的一曲線圖1940。具有該選定聚合物之此類成像系統可稱為VGA_O1成像系統。該VGA_O1成像系統具有一1.55 mm的一焦距、一62度的視場、一1.3的光圈數、一2.45 mm的總軌跡長度、及一26度的最大主光線角。用於使用該選定聚合物之光學器件1822之規定係概述於表39及40內。用於該VGA_O1成像系統之光學器件的每一者之馳垂度係由等式(1)給出，其中半徑、厚度及直徑係以毫米為單位給出。
在圖84中，該等MTF係在從470至650 nm之波長範圍上平均化。圖84說明各曲線圖包括用於與偵測器1832之一對角線軸上真實影像高度相關聯的三個不同場點之MTF曲線；該等三個場點係一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點、一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點、及一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。藉由比較圖81及84可觀察到，該VGA_O1之彩色MTF一般高於該VGA_O成像系統1820之彩色MTF。
圖85A、85B及85C分別顯示該VGA_O成像系統之光程差之曲線圖對1962、1964及1966。在各方向上的最大尺度係+/-2波。實線對應於具有一470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有一550 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一650 nm波長之電磁能量。各對曲線圖表示在偵測器1832之對角線上在一不同真實高度下的光程差。曲線圖1962對應於一具有座標(0 mm,0 mm)之軸上場點；曲線圖1964對應於一具有座標(0.49 mm,0.37 mm)之0.7場點；而曲線圖1966對應於一具有座標(0.704 mm,0.528 mm)之全場點。藉由比較圖82及85之曲線圖可觀察到，比較VGA_O成像系統1820之聚合物，該VGA_O1成像系統之第三聚合物將軸向色彩減小大約1.5倍。各對曲線圖之左手曲線係用於切向光線集合之波前誤差之一曲線圖，而右手曲線係 用於弧矢光學集合之波前誤差之一曲線圖。
圖86係一WALO樣式成像系統1990之一光學佈局及光線軌跡，其係圖2A之成像系統10之一具體實施例。WALO樣式成像系統1990可以係陣列成像系統之一；此類陣列可分成複數個子陣列及/或獨立成像系統，如上面關於圖2A所述。WALO樣式成像系統1990分別具有第一及第二孔徑1992及1994，各孔徑將電磁能量引導至偵測器1996上。
第一孔徑1992捕捉影像而第二孔徑1994係用於整合式光位準偵測。此類光位準偵測可用於在使用成像系統1990來捕捉一影像之前來依據一環境光強度調整成像系統1990。成像系統1990包括具有複數個光學元件之光學器件2022。一光學元件1998(例如一玻璃平板)係與偵測器1996一起形成。一光學器件偵測器介面(例如一空氣間隙)可分離元件1998與偵測器1996。因此元件1998可以係偵測器1996之一蓋板。
一第一空氣間隙2000分離一光學元件2002與元件1998。正光學元件2003隨之形成於近接偵測器1996之一光學元件2004(例如一玻璃平板)之一側上，而一負光學元件2006係形成於元件2004之一相對側上。一第二空氣間隙2008分離負光學元件2006與一負光學元件2010。負光學元件2010係形成於近接偵測器1996之一元件2012(例如一玻璃平板)之一側上，正光學元件2016及2014係形成於元件2012之一相對側上。正光學元件2016與第一孔徑1992光學通信，而光學元件2014與第二孔徑1994光學通信。一元件2020(例如 一玻璃板)係藉由第三空氣間隙2018與光學元件2016及2014分離。
從圖86可觀察到，光學2022包括四個與第一孔徑1992光學通信的光學元件2002、2006、2010及2016及唯一與第二孔徑1994光學通信的光學元件2014。需要更少的光學元件以配合第二孔徑1994使用，因為孔徑1994係僅用於電磁能量偵測。
圖87係一替代性WALO樣式成像系統2050之一光學佈局及光線軌跡，此處顯示以說明進一步的細節或替代性元件。出於清楚起見，關於圖86僅編號添加或修改的元件。替代性WALO樣式成像系統2050可包括實體孔徑元件，例如元件2086、2088、2090及2092，其有助於在第一及第二孔徑1992及1994中分離電磁能量。
繞射式光學元件2076及2080可取代圖86之元件2014使用。此類繞射式元件可具有一相對較大的視場，但受限於電磁能量之一單一波長；或者此類繞射式元件可具有一相對較小的視場，但可操作以在一相對較大波長光譜內成像。若光學元件2076及2080係繞射式元件，則可依據所需設計目標來選擇其屬性。
實現先前章節之偵測成像系統需要小心協調組成該等陣列成像系統之各組件之設計、最佳化及製造。例如，參考圖3A片刻，製造陣列成像系統62之陣列60在各方面必需光學器件66及偵測器16之設計、最佳化及製造之間的合作。例如，可考量在實現特定成像及偵測目標中光學器件66及 偵測器16之相容性，以及最佳化形成光學器件66之製造步驟之方法。此類相容性及最佳化可增加良率並解決各種製程之限制。此外，訂製所捕捉影像資料之處理來改良影像品質可減輕某些現有製造及最佳化約束。儘管瞭解到陣列成像系統之不同組件可分離最佳化，但可藉由以一協作方式從頭到尾控制該實現之全部方面來從概念到製造改良實現陣列成像系統所需之步驟(例如上述該等步驟)。將各組件之目標及限制考慮在內，實現本揭示案之陣列成像系統之製程係隨即說明於下文中。
圖88係顯示用於實現諸如圖1B之成像系統40之一具體實施例之一範例性製程3000之一流程圖。如圖88所示，在一步驟3002，製造在一共同基底上製程的一偵測器陣列。在一步驟3004，一光學陣列係還形成於該共同基底上，其中該等光學器件之各光學器件與該等偵測器之至少一者光學通信。最終，在一步驟3006，該組合偵測器及光學陣列係分成成像系統。應注意，可在一給定共同基底上製造不同影像組態。圖88所示之各步驟需要設計、最佳化及製造控製程式之協調，如下文隨即所述。
圖89係依據一具體實施例在實現陣列成像系統中所執行之一範例性製程3010之一流程圖。儘管範例性製程3010突出用於製造上述陣列影像感測器之一般步驟，但該些一般步驟之細節稍後適當時在本揭示案中加以論述。
如圖89所示，最初在步驟3011，產生用於該偵測成像系統之各成像系統之一成像系統設計。在成像系統設計產生 步驟3011內，可使用軟體來模型化並最佳化成像系統設計，如稍後詳細所述。然後該成像系統設計可藉由(例如)使用商用軟體之數值模型化來在步驟3012進行測試。若在步驟3012內測試的成像系統設計不符合預定參數，則製程3010返回至步驟3011，其中使用一組潛在設計參數修改來修改該影線系統設計。例如，預定義參數可包括MTF值、斯特列爾比(Strehl)比、使用光程差曲線圖及光線扇形圖之像差及主光線角值。而且可在步驟3011將要成像物件之類型及其典型設定考量在內。潛在設計參數修改可包括變更(例如)光學元件曲率及厚度、光學元件數目及在一光學器件子系統設計內的相位修改、在一影像處理器子系統設計內處理電子資料之濾波器核心以及在一偵測器子系統設計內的次波長特徵寬度及高度。重複步驟3011及3012，直到該成像系統設計保持在預定參數內。
仍參考圖89，在步驟3013，依據成像系統設計來製造成像系統之組件；即，依據各別子系統設計來製造至少光學器件、影像處理器及偵測器子系統。然後在步驟3014測試該等組件。若該等成像系統組件之任一者不符合預定義參數，則可使用該組潛在設計參數修改來再次修改該成像系統設計，並使用一進一步修改的設計來重複步驟3012至3014，直到該等製造的成像系統元件符合該等預定義參數。
繼續參考圖89，在步驟3015，該等成像系統組件係裝配以形成該成像系統，並在步驟3016接著測試該裝配成像系 統。若該裝配成像系統不符合該等預定義參數，則可使用該組潛在設計參數修改來再次修改該成像系統設計，並使用一進一步修改的設計來重複步驟3012至3016，直到該等製作的成像系統符合該等預定義參數。在該等測試步驟之各步驟內，還可決定效能度量。
圖90顯示一流程圖3020，顯示成像系統設計產生步驟3011與成像系統設計測試步驟3012之進一步細節。如圖90所示，在步驟3021，一組目標參數係最初指定用於該成像系統設計。目標參數可包括(例如)設計參數、製程參數及度量。度量可以特定(例如在成像系統之MTF內的一所需特徵)或更一般地定義，例如景深、焦深、影像品質、可偵測性、低成本、較短製造時間或低製造誤差敏感度。在一步驟3022，接著建立設計參數用於該成像系統設計。設計參數可包括(例如)f數(F/#)、視場(FOV)、光學元件數目、偵測器格式(例如VGA或640×480偵測器像素)、偵測器像素大小(例如2.2 μm)及濾波器大小(例如7×7或31×31係數)。其他設計參數可以係總光學軌跡(optical track)、個別光學元件之曲率及厚度、一變焦透鏡內的變焦比、任一相位修改元件之表面參數、整合在偵測器子系統設計內的光學元件之次波長特徵寬度及厚度、最小慧差及最小雜訊增益。
步驟3011還包括步驟以產生用於成像系統之各種組件之設計。即，步驟3011包括步驟3024以產生一光學器件子系統設計，包括步驟3026以產生一光學機械子系統設計，包 括步驟3028以產生一偵測器子系統設計，包括步驟3030以產生一影像處理器子系統設計並包括步驟3032以產生一測試常式。步驟3024、3026、3028、3030及3032將用於成像系統設計之設計參數集合考慮在內，且這些步驟可平行、以任一次序串列或共同地執行。此外，步驟3024、3026、3028、3030及3032之特定者可選；例如一偵測器子系統設計可藉由以下事實來約束：一非訂制偵測器係正在用於成像系統，使得不需要步驟3028。而且，該測試常式可由可用資源來指示，使得步驟3032係無關。
繼續參考圖90，說明成像系統設計測試步驟3012之經一步細節。步驟3012保步驟3037以分析該成像系統設計是否滿足特定目標參數，同時符合該等預定義設計參數。若該成像系統設計不符合該等預定義參數，則使用各別組潛在設計參數修改來修改該等子系統設計之至少一者。分析步驟3037可將來自設計步驟3024、3026、3038、3030及3032之一或多個步驟之個別設計參數或設計參數組合作為目標。例如，可在一特定目標參數上執行分析，例如所需MTF特徵。作為另一範例，還可分析包括在偵測器子系統設計內的一次波長光學元件之主光線角校正特徵。同樣地，可藉由檢查該等MTF值來分析一影像處理器之效能。分析還可包括與可製造性相關的評估參數。例如，可分析製造母版之加工時間或可評估光學機械設計裝配件之容限。在由於緊密容限或增加製造時間而決定可製造性過於昂貴之情況下，一特定光學器件子系統設計可能無用。
步驟3012進一步包括一決策3038以決定該成像系統是否滿足該等目標參數。若目前成像系統設計不滿足該等目標參數，則可在一步驟3039，使用該組潛在設計參數修改來修改設計參數。例如，可使用MTF特徵之數值分析來決定該等陣列成像系統是否滿足特定規格。例如，用於MTF特徵之規格可藉由一特定應用之要求來指示。若一成像系統設計不滿足該等特定規格，則可改變特定設計參數，例如個別光學元件之曲率及厚度。作為另一範例，若主光線角校正不滿足規格，則可藉由改變次波長特徵寬度或厚度來修改一偵測器像素結構內的次波長光學元件之一設計。若信號處理不滿足規格，則可修改一濾波器之一核心大小，或可選擇一來自另一級別或度量之濾波器。
如參考圖89先前所述，使用一進一步修改設計來重複步驟3011及3012，直到該等子系統設計之各子系統設計(以及因此的成像系統設計)符合相關預定義參數。可個別地(即分離地測試並修改各子系統)或共同地(即在測試及修改程式中耦合兩個或兩個以上子系統)實施不同子系統設計之測試。必需時，使用一進一步修改設計來重複上述適當設計程式，直到該成像系統設計符合該等預定義參數。
圖91係說明圖90之偵測器子系統設計產生步驟3028之細節的一流程圖。在步驟3045中(如下更詳細所述)，設計、模型化並最佳化在該偵測器像素結構內及近接其的光學元件。在步驟3046，如此項技術中所熟知，設計、模型化並最佳化該等偵測器像素結構。可分離或共同地執行步驟 3045及3046，其中耦合偵測器像素結構之設計及與該等偵測器像素結構相關聯光學元件之設計。
圖92係顯示圖91之光學元件設計產生步驟3045之進一步細節之一流程圖。如圖92所示，在步驟3051，選擇一特定偵測器像素。在步驟3052，指定與偵測器像素相關聯之光學元件相對於偵測器像素結構之一位置。在步驟3054，評估在目前位置內用於光學元件之功率耦合。在步驟3055，若決定未充分最大化光學元件之目前位置之功率耦合，則在步驟3056修改光學元件之位置，並重複步驟3054、3055及3056，直到獲得一最大功率耦合值。
當決定目前位置之計算功率耦合充分接近一最大值時，則在仍有剩餘偵測器像素待最佳化(步驟3057)之情況下，從步驟3051開始，重複上述程式。應明白，可最佳化其他參數，例如可朝向一最小值來最佳化功率串擾(一相鄰偵測器像素不適當接受到的功率)。下文在適當時說明步驟3045之進一步細節。
圖93係顯示圖90之光學器件子系統設計產生步驟3024之進一步細節之一流程圖。在步驟3061中，從圖90之步驟3021及3022中接受用於光學器件子系統設計之一組目標參數及設計參數。在步驟3062指定基於目標參數及設計參數之一光學器件子系統設計。在步驟3063，該光學器件子系統設計之實現程序(例如製造及度量學)係模型化以決定可行性及對光學器件子系統設計的影響。在步驟3064中，分析光學器件子系統設計以決定是否滿足該等參數。一決策 3065係作出以決定目前光學器件子系統設計是否滿足該等目標及設計參數。
若該等目標及設計參數不滿足目前光學器件子系統設計，則一決策3066係作出以決定是否可修改該等實現製程參數以獲得在該等目標參數內的效能。若在該實現製程內的一製程修改可行，則基於步驟3064內的分析、最佳化軟體(即一"最佳化程式")及/或使用者知識來在步驟3067修改實現製程。是否可修改製程參數之決策可逐個參數或使用多個參數地作出。上述模型實現製程(步驟3063)及後續製程可重複，直到滿足目標參數或直到製程參數修改係決定為不可行。若在決策3066決定製程參數修改不可行，則在步驟3068，修改光學器件子系統設計參數，並在步驟3062使用修改後光學器件子系統設計。可能的話，重複上述後續步驟，直到滿足目標參數。或者，在修改製程參數(步驟3067)以獲得多個健固設計最佳化的同時，可修改設計參數(步驟3068)。對於任一給定參數，可由一使用者或一最佳化程式來作出決策3066。作為一範例，工具半徑可由該最佳化程式之一使用者設定在一固定值(即無法修改)作為一約束。在問題分析之後，可修改該最佳化程式內的特定參數及/或該最佳化程式內的變數上的權重。
圖94係顯示模型化圖93之步驟3063所示之實現製程之細節之一流程圖。在步驟3071，將光學器件子系統設計分成陣列光學器件設計。例如，可分離分析在一層疊光學配置內的各陣列光學器件設計及/或晶圓機光學器件設計。在 步驟3072中，模型化為各陣列光學器件設計製造一製作母版之可行性及相關聯誤差。在步驟3074中，模型化從該製作母版複製陣列光學器件設計之可行性及相關聯誤差。該些步驟之各步驟稍後在適當時更詳細地論述。在模型化所有陣列光學器件設計(步驟3076)之後，在步驟3077將該等陣列光學器件設計重新組合成在步驟3077的光學器件子系統設計，用於預測光學器件子系統設計之自然構建效能。所產生的光學器件子系統設計係關於圖93之步驟3064。
圖95係用於模型化一給定製作母版之製造之步驟3072(圖94)之進一步細節之一流程圖。在步驟3081，評估該給定製作母版之可製造性。在一決策3082中，決定使用目前陣列光學器件設計，製造該製作母版是否可行。若決策3082的答案係是，可製造該製作母版，則在步驟3084產生用於輸入設計之工具路徑及相關聯數值控制部分程式與用於製造機器之目前製程參數。考量該製作母版之製程所固有的變化及/或誤差，還可在步驟3085產生一修改後陣列光學器件設計。若決策3082之結果係否，假定建立的設計約束或製程參數限制下，不可製造使用當前陣列光學器件設計之製作母版，則在步驟3083，產生一報告，其詳細說明在步驟3081決定的限制。例如，該報告可指示製程參數(例如機器組態或加工)修改或光學器件子系統設計自身是否可能必需。此類報告可由一使用者查看或輸出至軟體或一組態成用於評估該報告之機器。
圖96係用於評估一給定製作母版之可製造性之步驟 3081(圖95)之進一步細節之一流程圖。如圖96所示，在步驟3091，該陣列光學器件設計係定義為一解析方程或插值。在步驟3092，曲率之第一及第二導數及區域半徑係計算用於該陣列光學器件設計。在步驟3093，最大傾斜度及傾斜角係計算用於該陣列光學器件設計。分別在步驟3094及3095分析加工光學器件所需之工具及工具路徑參數，並如下面詳細所述。
圖97係顯示用於分析一工具參數之步驟3094(圖96)之進一步細節之一流程圖。範例性工具參數包括工具尖半徑、一工具包括角度及工具間隙。分析工具參數使一工具之使用可行或可接受可包括(例如)決定工具尖半徑是否小於製作一表面所需之曲率之最小區域半徑、是否滿足工具窗口及是否滿足工具主及側間隙。
如圖97所示，在一決策3101處，若決定不可接受一特定工具參數用於製造一給定製作母版，則執行額外的評估以決定是否可藉由使用一不同工具(決策3102)、藉由改變工具定位或方位(例如工具旋轉及/或傾斜)(決策3103)來執行期望功能或是否允許表面形式劣化，以便可容忍製程異常(決策3104)。例如，在金剛石車削中，若在半徑座標內一工具之工具尖半徑大於表面設計中最小曲率半徑，則該偵測光學器件設計之特徵將不會由該工具來忠實地製作且可能留下及/或移除額外的材料。若決策3101、3102、3103及3104均不指示討論中的工具之工具參數可接受，則在步驟3105可產生一報告，其詳細說明該等先前決策中決定的 相關限制。
圖98係說明用於分離工具路徑參數之步驟3095之進一步細節之一流程圖。如圖98所示，可在決策3111決定對於一給定工具路徑是否有足夠的角取樣以在該陣列光學器件設計中形成所需特徵。決策3111可能設計(例如)頻率分析。若決策3111之結果係是，角取樣係足夠，則在一決策3112中，決定預定光學表面粗度是否低於一預定可接受值。若決策3112之結果係是，該表面粗度較令人滿意，則在步驟3113中執行用於該等工具路徑參數之第二導數之分析。在一決策3114中，決定在製作母版製程期間是否會超過該等製作加工加速度限制。
繼續參考圖98，若決策3111之結果係否，則工具路徑不具有足夠的角取樣，接著在一決策3115決定是否可允許由於不充分角取樣所引起之陣列光學器件設計劣化。若決策3115之結果係是，則允許陣列光學器件設計劣化，接著該製程進行至前述決策3112。若決策3115之結果係否，則不允許陣列光學器件設計劣化，接著在步驟3116可產生一報告，其詳細說明當前工具路徑參數之相關限制。
仍參考圖98，若決策3112之結果係否，則表面粗度大於預定可接受值，接著作出一決策3117決定是否可調整製程參數(例如製造機器之橫向進給間隔)以充分減小表面粗度。若決策3117之結果係是，則可調整該等製程參數，接著在步驟3118調整該等製程參數。若決策3117之結果係否，則可不調整該等製程參數，接著該製程可進行至報告 產生步驟3116。
進一步參考圖98，若決策3114之結果係否，則在製程期間會超過機器加速度限制，接著作出一決策3119以決定是否可減小工具路徑之加速度而不劣化該製作母版超出一可接受限制。若決策3119之結果係是，則可減小減小工具路徑加速度，接著認為工具路徑參數在可接受限制內且製程進行至圖95之決策3082。若決策3119之結果係否，則可減小工具路徑加速度而不劣化製作母版，該製程進行至報告產生步驟3116。或者，可做一隨動決定以判定是否可調整該角取樣以減少該陣列式光學器件設計，以及，若該隨動決定之結果為是，則可執行在該角取樣中之此一調整。
圖99係顯示用於產生一工具路徑之步驟3084(圖95)之進一步細節之一流程圖，該工具路徑係一給定工具沿導致工具尖(例如用於金剛石工具尖)或工具表面(例如用於研磨器)在材料中切割所需表面之工具補償表面的實際定位路徑。如圖99所示，在一步驟3121，在工具交叉點計算表面法線。在一步驟3122，計算位置偏移。接著在步驟3123重新定義工具補償表面解析方程或內插值，並在一步驟3124定義工具路徑光柵。在一步驟3125，在光柵點取樣工具補償表面。在一步驟3126，隨著製程繼續至一步驟3085(圖95)，輸出數值控制部分程式。
圖100係顯示用於製造製作母版以實施陣列光學器件設計之一範例性製程3013A之一流程圖。如圖100所示，最初，在步驟3131，組態用於製造該製作母版之機器。下文 中適當時將更詳細地論述配置步驟之細節。在步驟3132，將數值控制部分程式(例如來自圖99之步驟3126)載入機器內。在步驟3133，接著製造一製作母版。作為一可選步驟，在步驟3134，可在該製作母版上執行度量學。步驟313至3133係重複，直到已製造所有所需製作母版(按步驟3135)。
圖101係顯示考量製作母版之製程所固有之變化及/或誤差，用於產生一修改後光學元件設計之步驟3085(圖95)之細節之一流程圖。如圖101所示，在步驟3141，選擇在光學元件上的一取樣點((r,θ)，其中r係相對於製作母版中心的半徑而θ係與交叉該取樣點之一參考點之角度)。在步驟3142，接著決定在各方向上的界定光柵點對。在步驟3143，執行在方位角方向上的內插以找到的正確值。在步驟3144，接著根據θ來決定正確的r值及定義的光柵對。在步驟3145，假定r、θ及工具形狀，接著計算適當Z值。接著對於關於一待取樣光學元件相關的所有點執行步驟3141至3145(步驟3146)，以產生製作後的光學元件設計之一表示。
圖102係顯示用於製作成像系統組件之步驟3013B之進一步細節之一流程圖；明確而言，圖102顯示將陣列光學元件複製在一共同基底上之細節。如圖102所示，最初，在步驟3151，製備一共同基底用於支撐其上的陣列光學元件。在步驟3152，製備用於形成陣列光學元件之製作母版(例如藉由上述及圖95至101所述之製程)。在步驟3153，將 一適當材料(例如一透明聚合物)施加至其，同時使製作母版接合該共同基底。在步驟3154，接著固化適當材料，以在該共同基底上形成該等光學元件陣列之一。接著重複步驟3152至3154，直到完成層疊光學陣列(通過步驟3155)。
圖103係用於模型化使用製作母版之複製製程之步驟3074(圖94)之額外細節之一流程圖。如圖103所示，在步驟3153評估重制製程可行性。在決策3152，決定該重複製程是否可行。若決策3152之輸出係是，則使用該製作母版之重複製程係可行，接著在步驟3153產生一修改後的光學器件子系統設計。否則，若決策3152之結果係否，則該重複製程係不可行，接著可在步驟3154產生一報告。以類似於圖103之流程圖所定義之製程，可執行一用於評估度量可行性之製程，其中使用適當度量可行性評估來取代步驟3151。例如，度量學可行性可包括一欲製作光學元件之曲率及一機器(例如一干涉儀)之能力的一決定或分析，以特徵化該等曲率。
圖104係顯示用於評估複製製程可行性之步驟3151之額外細節之一流程圖。如圖104所示，在一決策3161中，決定希望用於複製光學元件之材料是否適合成像系統；可根據(例如)材料屬性(例如黏度、折射率、固化時間、黏著力與釋放特性)、散射、在關注波長下一給定材料之收縮及透明度、操作及固化容易程度、與用於成像系統之其他材料的相容性及產生光學元件之健固度來評估一給定材料之適用性。另外範例係評估玻璃轉變溫度及其是否合適地超 過光學器件子系統設計之複製製程溫度與操作及儲存溫度。若一紫外光可固化聚合物(例如)具有一大約室溫之轉變溫度，則此材料可能不可用於一層疊光學器件設計，由於其可能受到作為偵測器焊接製作步驟之部分的100℃溫度的影響。
若決策3161之輸出係是，則該材料適合用於使用其複製光學元件，接著該製程進行至一決策3162，其中決定該陣列光學器件設計是否與在步驟3161選擇的材料相容。決定陣列光學器件設計相容性可包括(例如)檢查固化程序，尤其檢查固化一共同基底陣列光學之哪一側。若透過先前形成的光學來固化該陣列光學器件，則可能明顯增加固化時間並可能產生先前形成光學器件之劣化或變形。儘管此效應可能在具有較少的對過固化及溫度增加不甚敏感之層及材料的某些設計中可以接受，但可能在具有許多層及溫度敏感材料之設計中不能接受。若任一決策3161或3162指示期望複製製程係超出可接受限制之外，則在步驟3163產生一報告。
圖105係顯示用於產生一修改後光學器件設計之步驟3153(圖103)之額外細節之一流程圖。如圖105所示，在步驟3171，可施加一收縮模型至所製作的光學。收縮可能會改變一複製光學元件之表面形狀，從而影響光學器件子系統記憶體在的潛在像差。該些像差可能將負面影響(例如散焦)引入該裝配的陣列成像系統之效能。接著，在步驟3172，考量相對於該共同基底之X、Y及Z軸未對齊。在步 驟3173，將中間劣化及形狀一致性考慮在內。接著，在步驟3174，模型化由於黏著力所引起之變形。最終，在步驟3175，模型化聚合物批次不一致性，在步驟3176產生一修改過的光學器件設計。在此段落中所討論之所有參數均係可引起陣列成像系統表現地比其所設計得更差之主要複製問題。在光學器件子系統設計中越多地最小化該些參數及/或將其考慮在內，光學器件子系統將更接近其規格地表現。
圖106係顯示用於基於將偵測器印刷或轉移至光學器件之能力來製作陣列成像系統之一範例性製程3200之一流程圖。如圖106所示，最初在一步驟3201，製造該等製作母版。接著，在一步驟3202，使用該等製作母版，將陣列光學器件形成於一共同基底上。在一步驟3203，將一偵測器陣列印刷或轉移至該等陣列光學器件上(該等偵測器印刷製程之細節稍後在本揭示案適當處論述)。最後，在一步驟3204，可將該共同基底及陣列光學器件分成複數個成像系統。
圖107說明一成像系統處理鏈。系統3500包括與一偵測器3520合作以形成一電子資料3525之光學器件3501。偵測器3520可包括埋入式光學元件與次波長特徵。特定言之，來自偵測器3520之電子資料3525係經一系列處理組塊3522、3524、3530、3540、3552、3554及3560處理以產生一處理過的影像3570。處理組塊3522、3524、3530、3540、3552、3554及3560表示可(例如)由執行本文所述功 能之電子邏輯裝置所實施之影像處理功能性。此類組塊可藉由(例如)執行軟體指令之一或多個數值信號處理器來實施；或者，此類組塊可包括離散邏輯電路、特定應用積體電路("ASIC")、閘極陣列、場可程式化閘極陣列("FPGA")、電腦記憶體及其部分或組合。
處理組塊3522及3524操作以預處理電子資料3525以獲得雜訊減小。特定言之，一固定圖案雜訊("FPN")組塊3533校正偵測器3520之固定圖案雜訊(例如像素增益及偏壓、及回應非線性)；一預濾波器3524進一步減小來自電子資料3525之雜訊及/或準備電子資料3525用於後續處理組塊。一色彩轉換組塊3530將色彩成分(來自電子資料3525)轉換成一新色彩空間。此類色彩成分轉換可能係(例如)一紅綠藍("RGB")色彩空間之個別紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)通道至一亮度色度("YUV")色彩空間之對應通道；視需要而定，還可利用其他色彩空間(例如青藍深紅黃("CMY"))。一模糊及過濾組塊3540藉由過濾該等新色彩空間通道之一或多個色彩空間通道來從新色彩空間影像移除模糊。組塊3552及3554操作以後處理來自組塊3540之資料，例如以同樣減小雜訊。特定言之，單通道("SC")組塊3552使用組塊3540內的數值過濾之知識來過濾電子資料之各單通道內的雜訊；多通道("MC")組塊3554使用模糊及過濾組塊3540內的數值過濾之知識來過濾來自多個資料通道之雜訊。在處理電子資料3570之前，例如另一色彩轉換組塊3560可將色彩空間影像成分轉換回到RGB色彩成分。
圖108示意性說明具有色彩處理之一成像系統3600。成像系統3600從在一偵測器3605處形成的捕捉電子資料3625產生一處理過的三色影像3660，偵測器3605包括一彩色濾光片陣列3602。彩色濾光片陣列3602及偵測器3605可包括埋入式光學元件與次波長特徵。成像系統3600採用光學器件3601，其包括一相位修改元件編碼透過光學器件3601傳輸的電磁能量之一波前之相位以在偵測器3605處產生捕捉到的電子資料3625；由所捕捉電子資料3625表示的一影像係有意地藉由受光學器件3601中之該相位修改元件影響的相位改變來模糊。光學器件3601可包括一或多個層疊光學元件。偵測器3605產生捕捉到的電子資料3625，其係由雜訊減小處理("NRP")及色彩空間轉換組塊3620來處理。例如，NRP用於移除偵測器非線性及附加雜訊，同時該等色彩轉換用於移除複合影像之間的空間相關性以減小邏輯數量及/或模糊移除處理(其稍後將在組塊3642及3644中執行)所需之記憶體資源。NPR及色彩空間轉換組塊3620之輸出係採用分成二通道的一電子資料之形式：1)一空間通道3632；及2)一或多個色彩通道3634。在本文中，通道3632及3634有時稱為一電子資料之"資料集"。空間通道3632具有比色彩空間3634更多的空間細節。因此，空間通道3632可能需要在一模糊移除組塊3642內的多數模糊移除。色彩通道3634可能實質上需要模糊移除組塊3644內的較少模糊移除。在經模糊移除組塊3642及3644處理之後，通道3632及3634係再次組合用於在NRP及色彩空間轉換組塊3650內 的處理。NRP及色彩空間轉換組塊3650進一步移除模糊移除所強調之影像雜訊，並將組合影像轉換回到RGB格式以形成處理過的三色影像3660。如上述，處理組塊3620、3632、3634、3642、3644及3650可包括執行軟體指令之一或多個數值信號處理器及/或離散邏輯電路、ASIC、閘極陣列、FPGA、電腦記憶體及其部分及組合。
圖109顯示利用一預定相位修改(例如‘371專利案中所揭示之波前編碼)之一延伸景深(EDoF)成像系統。EDoF成像系統4010包括透過一相位修改元件4014及一光學元件4016成像在一偵測器4018上的一物件4012。相位修改元件4014係組態成用於編碼來自物件4012之電磁能量4020之一波前以將一預定成像效果引入偵測器4018處的產生影像。此成像效果受到相位修改元件4014控制，使得比較一不帶此類相位修改元件之傳統成像系統，減小離焦相關的像差及/或延伸EDoF成像系統4010之景深。相位修改元件4014可組態成用於(例如)在該相位修改元件表面之平面內引入一相位調變，其係空間變數x及y之一可分離、立方函數(如在‘371專利案中所述)。
如本文所述，一非均質或多折射率光學元件應理解為一在其三維體積內具有可定制屬性之光學元件。例如，一非均質光學元件可能遍及其體積而具有一非均勻折射率或吸收率輪廓。或者，一非均質光學元件可以係一具有一或多個施加或嵌入層之光學元件，該等層具有非均勻的折射率或吸收率。非均勻折射率輪廓之範例包括遞級折射率 (GRIN)透鏡或購自LightPath Technologies的GRADIUM®材料。具有非均勻折射率及/或吸收率之範例包括利用(例如)光微影術、戳記、蝕刻、沈積、離子植入、磊晶或擴散來選擇性改變之施加膜或表面。
圖110顯示一成像系統4100，其包括一非均質相位修改元件4104。EDoF成像系統4100類似於成像系統4010(圖109)，除了替代相位修改元件4014(圖109)，相位修改元件4104提供一規定相位調變。相位修改元件4104可以係(例如)一GRIN透鏡，其包括一內部折射率輪廓4108用於影響來自物件4012之電磁能量4020之一預定相位修改。例如，內部折射率輪廓4108係設計用於修改透過其的電磁能量之相位，減小成像系統內的離焦相關像差。相位修改元件4104可以係(例如)一繞射結構，例如一層疊繞射式元件、一體積全像圖或一多孔徑元件。相位修改元件4104還可以係具有一空間隨機或變化折射率輪廓的一三維結構。圖110所示之原理可促進在緊密、健固封裝內實施光學器件設計。
圖111顯示一非均質相位修改元件4114之一微結構組態之一範例。應瞭解，此處所示之微結構組態類似於圖3及6所示之組態。如所示，相位修改元件4114包括複數個層4118A至4118K。層4118A至4118K可以係(例如)展現不同折射率(及因此的相位功能)之材料層，其組態使得總體上相位修改元件4114將一預定成像效果引入一產生影像內。各層4118A至4118K可展現一固定折射率或吸收率(例如在 一膜層疊之情況下)，且替代性地或此外，各層之折射率或吸收率可藉由(例如)微影蝕刻圖案化、戳記、傾斜蒸發、離子植入、蝕刻、磊晶或擴散而成為在層內空間非均勻性。可使用(例如)一電腦執行模擬軟體來組態層4118A至4118K之組合以在透過其之電磁能量上實施一預定相位修改。此類模擬軟體已參考圖88至106詳細論述。
圖112顯示包括非均質相位修改元件之一相機4120。相機4120包括一具有一前表面4128之非均質相位修改元件4124，前表面4128具有一折射率輪廓形成於其上。在圖112中，前表面4128係顯示以包括一非球面、相位修改表面用於控制像差及/或減小捕捉影像對離焦相關像差的敏感度。或者，可修整該前表面4128以便提供光學功率。非均質相位修改元件4124係附著至一偵測器4130，其包括複數個偵測器像素4132。在相機4120中，非均質相位修改元件4124係直接固定至具有一結合層4136之偵測器4130。在偵測器4130處所捕捉之影像資訊可傳送至一數值信號處理器(DSP)4138，其對影像資訊執行後處理。例如，DSP 4138可數值移除該影像資訊之相位修改所產生的成像效果，以便產生一具有減小離焦相關像差的最終影像4140。
圖112所示之範例性、非均質相位修改元件組態可能特別有利，因為非均質相位修改元件4124係(例如)設計成用以將在一入射角範圍內的射入電磁能量引導至偵測器4130上，同時具有一可直接附著至偵測器4130之至少一平坦表面。依此方式，用於非均質相位修改元件之額外固定硬體 變得多餘，而非均質相位修改元件可相對於偵測器像素4132容易地對齊。例如，比較現有相機組態，包括大小調整至大約1毫米直徑及大約5毫米長度之非均質相位修改元件4124之相機4120可能極為緊密且健固(由於缺少用於光學元件之固定硬體)。
圖113至117說明用於諸如本文所述之非均質相位修改元件之一可性製作方法。以一類似於光纖或GRIN透鏡之製作的方式，一束4150包括具有不同折射率之複數個桿4152A至4152G。可決定用於各桿4152A至4152G之個別折射率值，以便在斷面內提供一非球面相位輪廓。接著可加熱並拉伸束4150以產生一複合桿4150'，斷面內具有一非球面相位輪廓，如圖114所示。如圖115所示，接著可將複合桿4150'分成複數個晶圓4155，各在斷面內具有一非球面相位輪廓，各晶圓4155之一厚度係依據在一特定應用中所需之相位調變之一數量來決定。該非球面相位輪廓可訂製以提供特定應用之一所需之相位修改並可包括各種輪廓，例如但不限於一立方相位輪廓。或者可藉由一接合層4162先將一組件4160(例如一GRIN透鏡或另一光學元件或用於接受輸入電磁能量之任何其他適當元件)黏著至複合桿4150'，如圖116所示。如圖117所示，隨後可從複合桿4150'之其餘部分分離一所需厚度(依據所需相位調變數量)之一晶圓4165。
圖118至130顯示用於一先前技術GRIN透鏡之數值模型化組態及結果，而圖131至143顯示用於依據本揭示案而設 計之一非均質相位修改元件之數值模型化組態及結果。
圖118顯示一先前技術GRIN透鏡組態4800。特徵化組態4800之透焦PSF及MTF係如圖119至130所示。在組態4800中，GRIN透鏡4802具有一隨離光軸4803之半徑r之一函數而變化之折射率，用於成像一物件4804。來自物件4804之電磁能量透射經過一前表面4810並聚焦在GRIN透鏡4802之一後表面4812處。在圖118中還顯示一XYZ座標系統。下文將立即詳細說明在一商用光學器件設計程式上執行的數值模型化之細節。
GRIN透焦4802具有下列3D折射率輪廓： 並具有焦距=1.76 mm、光圈數=1.77、直徑=1.00 mm及長度=5.00 mm。
圖119至123顯示對於一法線入射之電磁能量及對於從-50 μm至+50 μm範圍變化之不同離焦值(即離GRIN透鏡4802之最佳焦點之物距)，用於GRIN透鏡4802之PSF。同樣地，圖124至128顯示對於相同離焦範圍，但對於在一5度入射角下的電磁能量，用於GRIN透鏡4802之PSF。表41顯示在PSF值、入射角及圖119至128之參考數字之間的對應性。
藉由比較圖119至128可看出，GRIN透鏡4802所產生之PSF之大小及形狀對於不同入射角及離焦值而明顯變化。因此，僅具有聚焦能力之GRIN透鏡4802作為一成像透鏡具有效能限制。該些效能限制進一步如圖129所示，圖29顯示用於圖119至128所示之PSF之離焦範圍及入射角之MTF。在圖129中，一虛線橢圓4282指示對應於一繞射限制系統的一MTF曲線。一虛橢圓4284包括對應於一零微米(即焦點內)成像系統之MTF曲線，該等零微米成像系統對應於PSF 4254及4264。另一虛線橢圓4286指示用於(例如)PSF 4250、4252、4256、4258、4260、4262、4266及4268之MTF曲線。在圖129中可看出，GRIN透鏡4802之該等MTF在特定空間頻率下展現零(即具有一值為零)，指示在該等特定空間頻率下一不可挽回的影像資訊損失。圖130顯示對於一每毫米120循環之空間頻率，作為以毫米為單位的焦點偏移之一函數的GRIN透鏡4802之一透焦MTF的一曲線圖4290。同樣，在圖130中的MTF內的零指示不可挽回的影像資訊損失。
特定非均質相位修改元件折射輪廓可視為二項式與一恆定常數n0之一和： 其中
因而，變數X、Y、Z及r係依據圖118所示之相同座標系 統來定義。在等式(6)中，r多項式可用於指定一GRIN透鏡內的聚焦能力，而X、Y及Z三元多項式可用於指定一預定相位修改，使得一產生的出射瞳展現引起減小的離焦及離焦相關像差敏感度之特性。換言之，一預定相位修改可藉由一GRIN透鏡之一折射率輪廓來實施。因而在此範例中，該預定相位修改係整合該GRIN聚焦功能並延伸透過該GRIN透鏡之體積。
圖131顯示在一具體實施例中的非均質多折射率光學配置4200。一物件4204透過多折射率相位修改光學元件4202來成像。法線入射電磁能量光線4206(電磁能量光線在相位修改元件4202之一前表面4210處以法線入射入射在相位修改元件4202上)與軸外電磁能量光線4208(電磁能量光線在相位修改元件4202之前表面4210處與法線成5度入射)係如圖131所示。法線入射電磁能量光線4206及軸外電磁能量光線4208透過相位修改元件4202透射並分別帶到在光點4220及4222處聚焦在相位修改元件4202之一後表面4212處。
相位修改元件4202具有下列3D折射率輪廓：I=1.8+[-0.8914r 2-3.0680．10-3 r 3+1.0064．10-2 r 4-4.6978．10-3 r 5] +[1.2861．10-2(X 3+Y 3)-5.5982．10-3(X 5+Y 5)] ,等式(7)其中，類似於GRIN透鏡4802，r係離光軸4203之半徑而X、Y及Z係如所示。同樣，類似於GRIN透鏡4802，相位修改元件4202具有焦距=1.76 mm、光圈數=1.77、直徑=1.00 mm及長度=5.00 mm。
圖132至141顯示特徵化相位修改元件4202之PSF。在圖132至141所示之相位修改元件4202之數值模型化中，受等式(4)中X及Y項影響的一相位修改係透過相位修改元件4202均勻地累積。圖132至136顯示對於法線入射及對於從-50 μm至+50 μm範圍變化之不同離焦值(即離GRIN透焦4202之最佳焦點之物距)，用於相位修改元件4202之PSF。同樣地，圖137至141顯示對於相同離焦範圍，但對於在一5度入射角下的電磁能量，用於相位修改元件4202之PSF。表42顯示在PSF值、入射角及圖132至141之參考數字之間的對應性。
圖142顯示特徵化元件4202之MTF曲線之一曲線圖4320。對應於一繞射限制情況之一預定相位修改效應係以一虛橢圓4322來顯示。一虛橢圓4326指示用於對應於圖132至141所示之PSF之離焦值的MTF。MTF4326在形狀上全部類似，並對於曲線圖4320所示之空間頻率範圍不展現任何零。
比較圖132至141可看出，用於相位修改元件4202之PSF形式在形狀上均類似。而且，圖142顯示用於不同離焦值 之MTF一般恰好超過零。比較圖119至130所示之該等PSF及MTF，圖132至143之該等PSF及MTF顯示相位修改元件4202具有特定優點。此外，儘管其三維相位輪廓使相位修改元件4202之該等MTF不同於一繞射限制系統之該等MTF，但應瞭解，相位修改元件4202之該等MTF對於離焦像差以及相位修改元件4202自身可能固有的像差也相對不甚敏感。
圖143顯示一曲線圖4340，比較GRIN透鏡4802之MTF(圖130)，其進一步說明光學器件4200之正規化透焦在形狀上更寬廣，在曲線圖4340所示之焦點偏移範圍內沒有任何零。利用半寬高("FWHM")之一測量來定義一離焦像差不敏感度範圍，曲線圖4340指示光學器件4200具有一大約5 mm的離焦像差不敏感度範圍，而圖130之曲線圖4290顯示GRIN透鏡4802具有一僅大約1mm的離焦像差不敏感度範圍。
圖144顯示非均質多折射率光學配置4400，其包括一非均質相位修改元件4402。如圖144所示，一物件4404透過相位修改元件4402來成像。法線入射電磁能量光線4406(電磁能量光線在相位修改元件4402之一前表面4410處以法線入射入射在相位修改元件4402上)與軸外電磁能量光線4408(電磁能量光線在相位修改元件4402之前表面4410處與法線成20度入射)係如圖144所示。法線入射電磁能量光線4406及軸外電磁能量光線4408透過相位修改元件4402透射並分別帶到在光點4420及4422處聚焦在相位修改元件 4420之一後表面4412處。
相位修改元件4402實施一利用一折射率變更之預定相位修改，該折射率變更沿相位修改元件4402之一長度作為位置之一函數而變化。在相位修改元件4402中，如同在相位修改元件4202中，一折射輪廓係由二項式與一恆定折射率n0之和來說明，但在相位修改元件4402中，對應於該預定相位修改之一項目係乘以一因數，該因數沿從表面4410至後表面4412之一路徑(例如如圖144所示從左向右)衰減至零。
其中r係如等式(6)中定義，而Zmax係相位修改元件4402之最大長度(例如5 mm)。
在等式(5)至(8)中，r多項式係用於指定相位修改元件4402內的聚焦能力，而X、Y及Z三元多項式係用於指定該預定相位修改。然而，在相位修改元件4402中，該預定相位修改效應在振幅上隨相位修改元件4402之長度而衰減。因此，如圖144所示，捕捉更寬的場角(例如在圖144所示之情況下遠離法線20度)，同時賦予各場角一類似的預定相位修改。對於相位修改元件4402，焦距=1.61 mm、光圈數=1.08、直徑=1.5 mm及長度=5 mm。
圖145顯示對於一每毫米120循環之空間頻率，一GRIN透鏡(外部尺寸等於相位修改元件4402之該等外部尺寸)之一透焦MTF作為焦點偏移(以毫米為單位)之一函數的一曲 線圖4430。如圖130所示，在曲線圖4430內的零指示不可挽回的影像資訊損失。
圖146顯示相位修改元件4402之一透焦MTF之一曲線圖4470。類似於圖142與圖130之比較，曲線圖4470(圖146)之MTF曲線具有一比曲線圖4430(圖145)之MTF曲線更低但更寬廣的強度。
圖147顯示用於在一單一光學材料內實施一折射率範圍之另一組態。在圖147中，一相位修改元件4500可以係(例如)一感光乳劑或與電磁能量反應的另一光學材料。一對紫外線光源4510及4512係組態成用以將電磁能量照耀在一乳劑4502上。該等電磁能量源係組態使得從該些源所發散之電磁能量在該乳劑內干擾，從而在乳劑4502內產生複數個袋狀物的不同折射率。依此方式，乳劑4502係到處賦予三維變化折射率。
圖148顯示一成像系統4550，其包括組合一負光學元件4570的GRIN透鏡4564之一多孔徑陣列4560。系統4550可有效地用作一GRIN陣列"魚眼"。由於各GRIN透鏡4564之視場(FOV)係藉由負光學元件4570傾向一略微不同的方向，故成像系統4550類似於具有一較寬、複合視場之一複眼(例如在節肢動物中較普遍)。
圖149顯示一汽車4600，其具有一成像系統4602固定在汽車4600前面。成像系統4602包括上述的一非均質相位修改元件。成像系統4602可組態成用以數值記錄汽車4600正在行駛中的任何時候的影像，以便一旦(例如)與另一汽車 4610相撞，成像系統4602提供碰撞情形之一影像記錄。或者，汽車4600可配備一第二成像系統4612，其包括上述的一非均質相位修改元件。系統4612可執行影像指紋識別或汽車4600之授權使用者之虹膜圖案，並可除了或取代汽車4600之一門鎖來利用。由於整體構造之緊密度及健固度並由於對預定相位修改所提供之離焦之減小敏感度，包括一非均質相位修改元件之一成像系統可能在此類汽車應用中較為有利，如上所述。
圖150顯示一視訊遊戲控制板4650，其具有複數個遊戲控制按鈕4652以及包括非均質相位修改元件之一成像系統4655。成像系統4655可用作一使用者識別系統(例如透過指紋或虹膜識別)之一部分用於使用者授權。同樣，可(例如)藉由提供影像資料用於一使用者之循跡運動，在視訊遊戲自身內利用成像系統4655，以提供輸入或控制視訊遊戲之控制方面。由於整體構造之緊密度及健固度及由於對預定相位修改所提供之離焦之減小敏感度，成像系統4655可能在遊戲應用中較為有利。
圖151顯示一泰迪熊4670，其包括偽裝成(或併入)一泰迪熊眼睛的一成像系統4672。成像系統4672隨之包括多折射率光學元件。類似於上述成像系統4612及4655，成像系統4672可組態成用以使用者識別目的，使得(例如)當一授權使用者係由成像系統4672識別時，連接成像系統4672之一答錄機系統4674可回應一自訂使用者問候。
圖152顯示一行動電話4690。行動電話4690包括具有一 非均質相位修改元件的一相機4692。如上述應用，緊密大小、堅固構造及對離焦不敏感係相機4692之有利屬性。
圖153顯示一條碼閱讀器4700，其包括一非均質相位修改元件4702用於影像捕捉一條碼4704。
在圖149至153所示之範例中，在成像系統4602、4612、4655、4672、4692及4700中使用一非均質相位修改元件較為有利，因為其使成像系統緊密並健固。即，該等組件之緊密大小以及裝配件之健固本質(例如一平坦表面與一平坦表面的固定接合而不需要額外固定硬體)使包括其相關之非均質相位修改元件之每一成像系統理想地用於諸如上述之苛刻、潛在較高緊密性的應用。此外，比較其他目前可用的緊密成像系統，併入一預定相位修改使該些成像系統能夠提供高品質的影像品質，減小的離焦相關像差。而且，當添加數值信號處理至成像系統(例如參見圖112)之每一者，可取決於一特定應用之要求來執行進一步的影像增強。例如，當具有一非均質相位修改元件之一成像系統係用作行動電話相機4692時，在其一偵測器處所捕捉的一影像上執行的後處理可從一最終影像移除離焦相關像差，從而提供一高品質影像用於查看。作為另一範例，在成像系統4602(圖149)中，後處理可包括(例如)物件識別，其在一碰撞發生之前警告駕駛員一潛在碰撞危險。
本揭示案之多折射率光學元件實際上可用於包含如圖109之均質光學器件與非均質(例如，多折射率)元件二者的系統內。因而，可藉由在相同成像系統內的一表面及體積 集合來實施非球面相位及/或吸收組件。非球面表面可整合在一多折射率光學元件之該等表面之一者上或形成在一均質元件上。可組合此類多折射率光學元件之集合來形成晶圓級光學器件(WALO)樣式結構，如下文立即將詳細論述。
WALO結構可包括兩個或兩個以上共同基底(例如玻璃平板或半導體晶圓)，其具有光學元件陣列形成於其上。該等共同基底係沿一光軸依據當前揭示的方法對齊並裝配，以形成可作為成像系統之一晶圓級陣列保持的較短軌跡長度成像系統，或者分成複數個成像系統。
較有利的係該等揭示手段相容於陣列影像製作技術及用於晶片級封裝(CSP)製程的回流溫度。特定言之，本文所述之該等陣列成像系統之光學元件係由可承受在CSP處理中可能的溫度及機械變形(例如完全超過200℃的溫度)之材料來製作。用於製造該等陣列成像系統之共同基底材料可研磨或修整成平坦(或幾乎平坦)薄圓盤，其具有一能夠支撐一光學元件陣列之橫向尺寸。此類材料包括特定固態光學材料(例如玻璃、矽等)、溫度穩定聚合物、陶瓷聚合物(例如凝膠)及高溫塑膠。儘管該該些材料之各材料可個別地能夠承受高溫，但該等揭示陣列成像系統還能夠在CSP回流製程期間承受材料之間熱碰撞變更。例如，可藉由在表面之間的接合介面處使用一低模數黏附劑來避免膨脹效應。
圖156及157說明一成像系統陣列5100及陣列5100之單片 化以形成一個別成像系統5101。陣列成像系統及其單片化也說明於圖3A中，故在陣列5100與陣列60之間的類似性較明顯。儘管本文中下面相對於單片化成像系統5101來加以說明，但應明白，成像系統5101之任一或全部元件可形成為諸如陣列5100所示之陣列元件。如圖157所示，具有兩個平凸光學元件(即分別為光學元件5106及5108)形成於其上的共同基底5102及5104係背靠背接合一接合材料5110，例如一折射率匹配環氧。用於阻障電磁能量之一孔徑5112係在光學元件5106周圍的區域內加以圖案化。一間隔物5114係固定在共同基底5104與5106之間，而一第三光學元件5118係包括在共同基底5116上。在此範例中，共同基底5116之一平表面5120係用於接合一偵測器5124之一蓋板5122。此配置較為有利，因為在偵測器5124與成像系統5101之光學之間的接合表面區域以及成像系統5101之結構完整性係由於該平-平方位而增加。在此範例中所演示之另一特徵係使用至少一具有負光學曲率之表面(例如光學元件5118)以致動校正(例如)影像平面處的場曲。蓋板5122係可選且無法取決於裝配製程來使用。因而，共同基底5116可同時用作光學元件5118之一支撐物並用作偵測器5124之一蓋板。一光學器件偵測器介面5123可界定於偵測器5124與蓋板5122之間。
成像系統5101之一範例性分析係如圖158至162所示。圖158至162所示之分析假定具有一3.6 μm像素大小之偵測器5124之400×400像素解析度。用於此分析之所有共同基底 厚度係選擇自一列成品8"，如肖特公司以「AF45」為名所販售之玻璃樣式。共同基底5102及5104係假定為0.4 mm厚，而共同基底5116係假定為0.7 mm厚。選擇該些厚度較為明顯，由於使用商用共同基底可減小製造成本、供應分險及成像系統5101之研發週期時間。間隔物5114係假定為一成品、0.400 mm玻璃組件，在各光學元件孔徑處具有圖案化的透孔。需要時，一薄膜濾光片可添加至一或多個光學元件5106、5108及5118(圖157)或一或多個共同基底5102、5104及5116，以便阻障近紅外線電磁能量。或者，一紅外線阻障濾光片可定位在一不同共同基底上，例如一前蓋板或偵測器蓋板。光學元件5106、5108及5118(圖157)可藉由均勻非球面係數來說明，而用於各光學元件之規定係在表43中給出。在此範例中，假定具有一折射率nd=1.481053及一阿貝數(Vd)=60.131160之一光學透明聚合物，模型化各光學元件。
如圖157至158所示及表43中所指定之範例性設計滿足表44中所給出之所有期望最小規格。
來自表44的對成像系統5101的關鍵約束係一較寬的全視場(FFOV>70°)，一較小的全部光學軌跡(TOTR<2.5 mm)及一最大主光線角約束(例如在全影像高度下的CRA<30°)。由於較小的全部光學軌跡及較低的主光線角約束以及成像系統5101具有一相對較小數目的光學表面，成像系統5101之影像特徵係明顯場相依性；即，成像系統5101在影像中心處比在影像角落處更好地成像。
圖158係成像系統5101之一光線軌跡圖。該光線軌跡圖說明電磁能量透過已在共同基底5116之平側固定至蓋板5122及偵測器5124之一三群組成像系統之傳播。本文中關於WALO結構所使用的一"群組"係指具有至少一光學元件固定其上的一共同基底。
圖159顯示在從軸上至全場之範圍內變化的複數個場點 處，對於½尼奎斯特(其係一貝爾圖案偵測器之偵測器中斷)，成像系統5101之MTF作為空間頻率之一函數。曲線5140對應於軸上場點，而曲線5142對應於弧矢全場點。從圖159可觀察到，成像系統5101在軸上表現好於在全場處。
圖160顯示對於每毫米70線對(lp/mm)、用於一3.6微米像素大小之½尼奎斯特頻率，成像系統5101之MTF作為影像高度之一函數。在圖160中可看出，由於現有像差，在此空間頻率下的該等MTF橫跨影像場而劣化超過一因數6。
圖161顯示圖127之成像系統5101用於七個場位置之透焦MTF。可裝配多個光學元件陣列以形成陣列成像系統，各陣列形成於具有厚度變更並潛在包含數千光學元件之一共同基底上。此裝配件之複雜性及其內變更使最佳化整體設計MTF使之盡可能對離焦不敏感對於晶圓劑成像系統較為關鍵。圖162顯示一CRA之線性作為正規化場高度之一函數。在一成像系統內的CRA之線性係一較佳特性，由於其允許在一光學器件偵測器介面內的一確定性照明衰減，其可針對一偵測器佈局加以補償。
圖163顯示一成像系統5200。成像系統5200之組態包括一雙面光學元件5202，其係圖案化在一單一共同基底5204上。相對於圖157所示之組態，此類組態提供一成本降低並減小接合需要，因為在系統內的共同基底數目減小1。
圖164顯示用於一晶圓級成像系統5300之一四光學元件設計。在此範例中，用於阻障電磁能量之一孔徑遮罩5312 係置放於該成像系統之最外表面(即離偵測器5324最遠)上。圖164所示之範例之一關鍵特徵係兩個凹光學元件(即光學元件5308及光學元件5318)係相互相對定向。此組態執行在最小場曲下致動較寬視場之一晶圓級雙高斯設計變化。圖164之成像系統5300之一修改版本係如圖165之成像系統5400所示。圖165所示之具體實施例提供一額外優點，在於凹光學元件5408及5418係經由一支座特徵來接合，該特徵排除使用圖164之間隔物5314之需要。
可加入至成像系統5300及5400之該等設計之一特徵係使用一主光線焦校正器(CRAC)作為第三及/或第四光學元件表面(例如光學元件5418(2)或5430(2)，圖166)之一部分。使用一CRAC使得能夠配合可能限制一允許主光線角之偵測器(例如5324、5424)使用具有較短總軌跡之成像系統。CRAC實施方案之一特定範例係如圖166所示之成像系統5400(2)。該CRAC元件係設計成用以在主光線較佳地匹配偵測器之數值孔徑的場中心附近具有較小的光學功率。在場邊緣處，其中該CRA接近或超過該偵測器之允許CRA，該CRAC之表面斜率增加以使該等光線偏回成該偵測器之接受錐形內。一CRAC元件可特徵化為一較大曲率半徑(即在一光軸附近的較低光學功率)在該光學元件周邊耦合較大球面偏差(反映為較大高階非球面多項式)。此類設計可最小化場相依之敏感度衰減，但可能在產生影像之一週邊附近添加明顯畸變。因此，應訂製此類CRAC以匹配用於光學耦合之偵測器。此外，該偵測器之一CRA可共同地設 計以與該成像系統之CRAC一起工作。在成像系統5300中，一光學器件偵測器介面5323可界定於一偵測器5324與一覆蓋板5322之間。相似地，成像系統5400，一光學器件偵測器介面5423可界定於一偵測器5424與一覆蓋板5422之間。
圖167至171說明圖166所示之範例性成像系統5400(2)之分析。用於此範例之四個光學元件表面可藉由在表45中給出的均勻非球面多項式來說明並使用一具有一折射率nd=1.481053與一阿貝數(Vd)=60.131160之光學聚合物來設計，但可容易地替代其他材料，從而對光學器件設計產生微妙的變更。用於所有共同基底之玻璃係假定為成品8吋AF45肖特玻璃。在此設計中在光學元件5408與5418(2)之間的邊緣間隔(在間隔物或支座特徵所提供之共同基底之間的間隔)係175 μm而在光學元件5430(2)與蓋板5422之間的間隔係100 μm。必要時，可在光學元件5406、5408、5418(2)及5430(2)之任一者處或，例如，在一前蓋板上添 加一用以阻障近紅外電磁能量之薄膜濾光片。
圖166顯示用於使用一具有一1.6 mm對角線影像場之VGA偵測器之成像系統5400(2)之一光線軌跡圖。圖167係對於一具有2.0 μm像素之偵測器，成像系統5400(2)之OTF模數作為多達½尼奎斯特頻率(125 lp/mm)之空間頻率之一函數的一曲線圖5450。圖168顯示成像系統5400(2)之一MTF 5452作為影像高度之一函數。MTF 5452係已遍及影像場而平均最佳化成大致均勻。此設計特徵"視窗化"影像或在場內任何其他子取樣而無影像品質劇烈變化。圖169顯示用於成像系統5400(2)之一透焦MTF分佈5454，其相對於由於晶圓級製造容限所引起之期望焦點偏移較大。圖170顯示CRA斜率(表示為虛線5457(1))及主光線角(表示為實線5457(2))二者作為正規化場之函數之一曲線圖5456，以便演示該CRAC。在圖170中可觀察到，該CRA幾乎線性，直到影像高度之大約60%，其中該CRA開始超過25°。該CRA爬升至一最大值28°，然後在全影像高度處下降回到低於25°。該CRA之斜率係關於相對於各偵測器之感光區域的所需小透焦及金屬互連位置偏移。
圖171顯示由於實施CRAC所引起之設計中固有的光學畸變之一格柵曲線圖5458。交叉點表示最佳焦點，而X指示用於該格柵所循跡之各別場的估計實際焦點。應注意，在此設計中的畸變滿足顯示於表46中之一目標光學規格。然而，可藉由晶圓級整合製程來減小該畸變，該製程允許補償偵測器5424之佈局內地軛光學器件設計(例如藉由偏移 作用感光區域)。可藉由調整偵測器5424內的一像素/微透鏡/彩色濾光片陣列之空間及角度幾何以匹配該光學器件設計之期望畸變及CRA輪廓來改良設計。用於成像系統5400(2)之光學效能規格係在表46中給出。
圖172顯示一範例性成像系統5500，其中使用雙面、晶圓級光學元件5502(1)及5502(2)將所需共同基底數目減小至總計兩個(即共同基底5504及5516)，從而減小接合及裝配中的複雜性及成本。一光學偵測器介面5523可在一偵測器5524及一覆蓋板5522之間被界定。
圖173A及173B分別顯示具有一凸表面5554及一整合支座5552之一光學元件5550之斷面圖及俯視圖。支座5552具有一斜壁5556，其連接凸表面5554。元件5550可採用一單一步驟而複製在一光學透明材料內，相對於間隔物之使用 (例如圖157及163之間隔物5114；圖164之間隔物5314及5336；圖165之間隔物5436；及圖172之間隔物5514及5536)改良對齊，該等間隔物具有實際上受到硬化間隔物材料所需之時間限制的尺寸。光學元件5550係形成在一共同基底5558上，共同基底5558還可由一光學透明材料形成。具有支座5552之複製光學器件可用於所有前述設計以取代使用間隔物；從而減小製造及裝配複製性及容限。
用於所揭示晶圓級陣列之複製方法還容易地調適用於實施非圓形孔徑光學元件，其具有超過傳統圓形孔徑幾何形狀之若干優點。矩形孔徑幾何形狀排除一光學表面上不必要的區域，從而最大化在給定一直線型幾何形狀之一接合製程下可接觸放置之一表面區域，而不影響一成像系統之光學效能。此外，大多數偵測器係設計使得一作用區域(即偵測器像素所處之偵測器區域)係最小化，以便減小封裝尺寸並最大化每共同基底(例如矽晶圓)的一有效晶粒數。因此，作用區域周圍的區域在尺寸上受到限制。圓形孔徑光學元件侵佔作用區域周圍的區域，對成像模組之光學效能沒有任何好處。實施矩形孔徑模組因而最大化一偵測器作用區域用於一成像系統之接合。
圖174A及174B提供在具有圓形及非圓形孔徑光學元件之成像系統內影像區域5560(由一虛線界定)之一比較。圖174A顯示參考圖166最初所述之成像系統之一俯視圖，其包括具有斜壁5556之一圓形孔徑5562。圖174B所示之成像系統與圖174A所示的相同，除了光學元件5430(2)(圖166) 具有一矩形孔徑5566。圖174B顯示一矩形孔徑光學元件5566所促使之增加接合區域5564之一範例。已定義該系統，使得最大場點係在一2.0 μm像素VGA解析度偵測器之垂直、水平及對角線廣度上。在垂直尺寸上，在一直線幾何形狀之修改中重新獲得略微超過500 μm(光學元件各側上259 μm)的可使用接合表面。在水平尺寸上，重新獲得略微超過200 μm。應注意，矩形孔徑5566應相對於圓形孔徑5562過大以避免影像角落內的虛光照。在此範例中，在角落處的光學元件大小增加在各對角線為41 μm。同樣，由於作用區域及晶片尺寸一般為矩形，故當考量封裝大小時，在垂直及水平尺寸上的區域減小價值超過在對角線尺寸增加。此外，可能有利地方便控制及/製造以圓整光學元件之以方形為主幾何形狀之角落。
圖175顯示圖165之範例性成像系統之某些元件之一俯視光線軌跡圖5570，此處顯示以說明具有用於各光學元件之一圓形孔徑之一設計。從圖175可觀察到，光學元件5430侵佔入一環繞VGA偵測器5424之一作用區域5574之區域5572；此類侵佔減小接合共同基底5432經由間隔物5436用於覆蓋平板5422之表面區域。
為了減小一具有一圓形孔徑之光學元件在環繞VGA偵測器5424之作用區域5574之區域5572內的侵佔，此類光學元件可使用一具有一矩形孔徑之光學元件來取代。圖176顯示圖165之範例性成像系統之某些元件之一俯視光線軌跡圖5580，其中光學元件5430已由光學5482取代，光學元件 5482具有裝入VGA偵測器5424之作用區域5574內的一矩形孔徑。應明白，一光學元件應適當過大以確保無任何偵測器之影像區域內的電磁能量係虛光照，在圖176內該等電磁能量由垂直、水平及對角線場之一束光線表示。因此，最大化可用於接合蓋板5422之共同基底5432之表面區域。
實用晶圓級成像系統所需類型之對較短光學軌跡長度、受控主光線角之許多約束已引起無法如期望成像之成像系統。即便在高準確性地製作及裝配，此類較短成像系統之影像品質不一定如期望地高，由於較短成像系統根本的各種像差。當光學器件係依據先前晶圓級方法製作並裝配時，潛在製作及裝配誤差進一步貢獻於減小影像效能之光學像差。
例如考量圖158所示之一成像系統5101。儘管滿足所有設計約束，但此成像系統5101可能不可避免地受到系統設計中固有的像差。效果上，存在過多光學元件要適當控制成像參數以確保最高品質的成像。此類不可避免的光學像差可用以減小作為場角或影像位置之一函數的MTF，如圖158至160所示。同樣地，圖165所示之成像系統5400可展現此類場相依之MTF表現。即，軸上MTF可能由於場相依之像差而相對於繞射限制要高於軸外MTF。
當考量諸如圖177所示之晶圓級陣列時，額外的非理想效應可能會影響一成像系統之根本像差，因此影響其影像品質。實際上，共同基底表面並非完美平坦；某些波動或彎曲始終存在。此彎曲可能在成像系統陣列內的各成像系 統內引起個別光學元件傾斜及高度變更。而且，共同基底並非始終均勻厚，且將共同基底組合在一成像系統內之動作可能會引入額外的厚度變更，其可能橫跨成像系統陣列而變化。例如，接合層(例如圖157之5110、圖164之5310及5334；及圖165之5410及5434)、間隔物(例如圖157及163之間隔物5114；圖164之間隔物5314及5336；圖165之間隔物5436；及圖172之間隔物5514及5536)、及支座可能在厚度上變化。實用晶圓級光學之該些許多變更可能會在圖177所示之成像系統之一裝配陣列內的個別光學元件之厚度及XYZ位置引起相對較松的容限。
圖177顯示可能在具有一非均勻厚度之一彎曲共同基底5616及一共同基底5602之一晶圓級陣列5600記憶體在的非理想效應之一範例。共同基底5616之翹彎導致光學元件5618(1)、5618(2)及5618(3)傾斜；此傾斜以及共同基底5602之不均勻厚度可能導致偵測器5624所偵測之成像電磁能量之像差。減小該些容限可能引起嚴重的製作挑戰及更高的成本。期望使用特定製作方法、容限及成本來鬆弛整個成像系統之容限及設計作為設計過程之整體組成。
考量圖178之成像系統方塊圖，其顯示一成像系統5700，其類似於圖1B所示之成像系統40。成像系統5700包括一偵測器5724及一信號處理器5740。偵測器5734及信號處理器5740可整合在相同製作材料5742(例如矽晶圓)內，以便提供一低成本、緊密型實施方案。可訂製一專用相位修改元件5706、偵測器5724及信號處理器5740以控制一般 限制短軌跡長度成像系統之基本像差之影響以及控制晶圓級光學之製作及裝配容限之影響。
圖178之專用相位修改元件5706形成該成像系統之一同等專用出射瞳，使得該出射瞳形成對焦點相關像差不敏感的影像。此類焦點相關像差之範例包括(但不限於)色差、像散、球面像差、場曲、慧差、溫度相關像差及裝配相關像差。圖179顯示來自成像系統5700之出射瞳5750之一表示法。圖180顯示來自圖157之成像系統5101之出射瞳5752之一表示法，其具有一非球面光學元件5106。出射瞳5752不需要形成一影像5744。相反，需要時，出射瞳5752形成一模糊影像，其可藉由信號處理器5740來操縱。由於成像系統5700形成一具有明顯數量物件資訊之影像，故可能對於某些應用不需要移除所導致的成像效果。然而，信號處理器5740之後處理可用以在諸如條碼讀取、物件之定位及/或偵測、生物識別及影像品質及/或影像對比度非主要關注之極低成本成像的應用中從模糊影像接取物件資訊。
在圖178之成像系統5700與圖158之成像系統5101之間的唯一光學差異係分別在專用相位修改元件5706與光學元件5106之間。儘管在實際中由於系統約束，對於成像系統5101之光學元件存在極少數的組態選擇，但對於成像系統5700之各種光學元件之各元件存在大量的不同選擇。儘管成像系統5101之一要求可(例如)用以在影像平面處產生一高品質影像，但成像系統5700之唯一要求係用以產生一出射瞳，使得該等形成影像具有一足夠高的MTF，以便在沾 染偵測器雜訊過程中不會丟失資訊內容。儘管在成像系統5700之範例中的一MTF隨場而恆定，但不需要MTF隨諸如場、色彩、溫度、裝配變更及/或偏振而恆定。各光學元件可取決於選定以在影像平面處獲得MTF及/或影像資訊用於一給定應用之一出射瞳之一特定組態而為一般或獨特。
比較成像系統5101，考量成像系統5700。圖181係說明對於不同主光線角，透過成像系統5700之光線傳播之一示意性斷面圖。出於說明目的，圖182至183顯示不帶信號處理之成像系統5700之效能。如圖182所示，成像系統5700展現MTF 5750，比較圖159所示之資料，其作為場角之一函數極少變化。圖183還顯示在70 lp/mm下作為場角之一函數的MTF僅變化大約一1/2因數。此變化在影像上在此空間頻率下在效能要比圖158至160所示之系統大約低12倍。取決於圖178之系統之特定設計，可能在此範例中使MTF變化範圍更大或更小。實際上，實際成像系統設計作為在所需效能、製作容易程度及所需信號處理數量之間的一系列折衷而決定。
以光線為主地說明如何在成像系統5700之一孔徑光闌5712附近添加用於影響一預定相位修改之一表面影響圖184及185所示之光學系統5700，其顯示光學焦散透過場之一比較。圖184係在偵測器5124附近圖156至157之成像系統5101之一光線軌跡分析。圖184顯示光線延伸過影像平面5125以在獲得最高電磁能量濃度(由箭頭5760指示)時顯 示離影像平面5125之距離變更。沿光束5762、5764、5766及5768之一寬度最小的一光軸(Z軸)之位置係用於一光束之最佳聚焦影像平面之一測量。光束5762表示軸上成像條件，而光束5764、5766及5768表示不斷增大的軸外場角。用於軸上光束5762之最高電磁能量5760濃度係觀察到在影像平面5125之前。電磁能量5760之集中區域隨著角場增加而向影像平面5125移動並然後超出其，演示場曲及像散之一經典組合。即對於成像系統5101，此移動引起一MTF下降作為場角之一函數。本質上，圖184及185顯示用於成像系統5101的一最佳聚焦影像平面作為影像平面位置之一函數而變化。
作為比較，在用於成像系統5700之影像平面5725附近的光束5772、5774、5776及5778如圖185所示。光束5772、5774、5776及5778不會聚成一狹窄寬度。實際上，難以為該些光束找到一最高電磁能量濃度，由於一最小光束寬度似乎沿Z軸存在於一較寬範圍內。不存在顯著的光束5772、5774、5776及5778之一寬度或作為場角之一函數的最小寬度位置之變化。圖185之光束5772至5778顯示類似於圖182及183之資訊，即存在很少的圖178之系統之場相依效能。換言之，用於成像系統5700之一最佳聚焦影像平面非影像平面位置之一函數。
專用相位修改元件5706可以係一可矩形分離表面輪廓之一形式，其可與光學元件5106之最初光學表面組合。一可矩形分離形式係由等式(9)給出： P(x,y)=p x (x)* p y (y), 等式(9)其中在此範例中px=py。用於圖178所示之特定的相位修改元件5706的px(x)等式係由等式(10)給出：p x (x)=-564x 3+3700x 5-(1.18×104)x 7-(5.28×105)x 9, 等式(10)其中px(x)單位為微米而空間參數x係當以mm單位使用時與光學元件5106之(x,y)座標相關的一正規化、無單位空間參數。可使用許多其他類型的專用表面形式，包括不可分離及圓形對稱的。
從圖179及180之出射瞳可看出，比較成像系統5101，此專用表面添加大約13個波至成像系統5700之一波峰至波谷出射瞳光程差"OPD"。圖186及187分別顯示來自成像系統5101及5700之光學元件5106及專用相位修改元件5706之2D表面輪廓之等高線圖。在圖186及187所示之情況中，專用相位修改元件5706(圖178)之表面輪廓僅略微不同於光學元件5106(圖158)之表面輪廓。此事實暗示著，在形成用於圖178之專用相位修改元件5706之製作母版中的整體高度及困難程度不比來自圖158之5106大得多。若使用一圓形對稱出射瞳，則形成圖178之專用相位修改元件5706之一製作母版仍將更容易。取決於所使用晶圓級控制之一類型，可能需要不同形式的出射瞳。
晶圓級光學之實際裝配容限可能較傳統光學器件裝配之實際裝配容限較大。例如，諸如圖177所示之共同基底5602及5616，共同基底之厚度變更可能為5至20微米，視共同基底之成本及大小而定。各接合層可具有在5至10微 米級別上的一厚度變更。間隔物可能具有在數十微米級別上的額外變更，視所使用間隔物類型而定。共同基底之彎曲或翹曲可能容易地達數百微米。當一起添加時，在一晶圓級光學的一總厚度變更可能達到50至100微米。若完整成像系統係接合至完整偵測器，則可能無法聚焦各個別成像系統。在沒有一重新聚焦步驟之情況下，此類較大厚度變更可能會劇烈地劣化影像品質。
圖188及189說明當將在離焦中所導致之150微米裝配誤差引入成像系統5101時在圖157之系統內由於裝配誤差所引起之影像劣化之一範例。圖188顯示當沒有任何裝配誤差存在於成像系統5101內時的MTF 5790及5792。MTF 5790及5792係圖159所示之曲線5140及5142之一子集。圖189顯示在存在150微米裝配誤差之情況下的MTF 5794及5796，模型化為成像系統5101內之影像平面移動150微米。在此較大誤差之情況下，存在一嚴重離焦且MTF 5796顯示零。在用於圖157之一晶圓級裝配製程中的此類較大誤差將會引起極低的良率。
可透過實施圖178之成像系統5700所演示之一專用相位修改元件及圖190及191所示之相關改良MTF來減小裝配誤差在成像系統5700上的影響。圖190顯示當沒有任何裝配誤差存在於成像系統內時分別在信號處理之前及之後的MTF 5798及5800。MTF 5798係圖182所示之該等MTF之一子集。在圖190中可觀察到，在信號處理之後，來自所有影像場之MTF 5800較高。圖191顯示存在150微米裝配誤差 時分別在信號處理之前及之後的MTF 5802及5804。可觀察到，比較MTF 5798及5800，MTF 5802及5804減小一較小數量。來自圖178之成像系統5700之影像5744因此僅少數受到晶圓級裝配所固有的較大裝配誤差的影響。因而，在晶圓級光學器件中使用專用、相位修改元件及信號處理可提供一重要優點。即便在較大晶圓級裝配容限之情況下，圖178之成像系統5700之良率可能較高，暗示著來自此系統之影像解析度將一般會優於成像系統5101(即便沒有製作誤差)。
如上述，成像系統5700之信號處理器5740可執行信號處理以從一影像移除一成像效果，例如由專用相位修改元件5706所引入的一模糊。信號處理器5740可使用一2D線性濾波器來執行此類信號處理。圖192顯示一2D線性濾波器之一3D等高線圖。該2D線性數值濾波器具有如此小的核心，使得可實施在與偵測器相同矽電路上產生最終影像所需之全部信號處理，如圖178所示。此增加的整合允許最低成本與最緊密實施方案。
如圖192所示之相同濾波器係用於圖190及191所示之特徵在於MTF 5800及5804之信號處理。在一晶圓級陣列中不必使用唯一濾波器用於各成像系統。實際上，在特定情形中可能較有利的係使用一組不同信號處理用於一陣列中的不同成像系統。替代一重新聚焦步驟，如同傳統光學器件現在的做法，可使用一信號處理步驟。例如，此步驟可招致來自專用目標影像的不同信號處理。該步驟還可包括選 擇特定信號處理用於一給定成像系統，視該特定系統之誤差而定。可再次使用測試影像來決定使用該等不同信號處理參數或集合之哪個參數或集合。藉由選擇信號處理用於各晶圓級成像系統，在單片化之後，取決於該系統之特地誤差，整體良率可增加超過在信號處理係在一共同基底上的所有系統上均勻時可能的良率。
參考圖193及194說明成像系統5700對於裝配誤差比成像系統5101更不敏感之原因。圖193顯示對於圖157之成像系統5101，在70 lp/mm下的透焦MTF 5806。圖194顯示用於圖178之成像系統5700相同類型的透焦MTF 5808。用於成像系統5101的透焦MTF 5806之波峰寬度甚至關於一50微米偏移仍較狹窄。此外，該等透焦MTF作為影像平面位置之一函數而偏移。圖193係圖159及184所示之場曲之另一演示。在僅50微米的影像平面移動下，成像系統5101之該等MTF明顯地變化並產生一較差品質的影像。因此成像系統5101對影像平面移動及裝配誤差具有一較大敏感度。
作為比較，圖194顯示來自成像系統5700之透焦MTF 5808極為寬廣。對於50、100或甚至150微米的影像平面偏移或裝配誤差，可以看出，MTF 5808變化極少。場曲也在一極低值下，色差及溫度相關像差亦如此(儘管在圖193中未顯示後兩種現象)。藉由具有寬廣的MTF，較大程度地減小裝配誤差的敏感度。除了圖179所示的出射瞳5750之外，各種不同出射瞳可產生此類型的不敏感度。許多特定光學組態可用於產生該些出射瞳。由圖179之出射瞳所表 示的成像系統5700僅為一範例。存在若干組態，其平衡所需規格及一產生的出射瞳以一般在晶圓級光學器件中發現的一較大場及裝配誤差上獲得較高影像品質。
如先前部分所述，晶圓級裝配包括放置包含多個相互疊加光學元件之共同基底之層。如此裝配的成像系統還可直接放置在一包含多個偵測器之共同基底頂部上，從而提供在一分離操作期間分離的許多完整成像系統(例如每一系統包括光學器件及偵測器)。
然而，此方法受到需要設計用以控制個別光學元件之間且可能在光學裝配件與偵測器之間間距之元件的影響。該些元件通常稱為間隔物且其通常(但不一定始終)在光學元件之間提供一空氣間隙。該等間隔物增加成本，並減小所產生成像系統之良率及可靠性。下列具體實施例排除對間隔物之需要，並提供實體健固、容易對齊並由於可實施的更高數目的光學表面而提供一潛在減小總軌跡長度及更高影像效能之成像系統。該些具體實施例向光學系統設計者在可精確獲得之光學元件之間提供一更寬距離範圍。
圖195顯示裝配的晶圓級光學元件5810(1)及5810(2)之一斷面圖，其中間隔物已由位於該裝配件之任一側(或兩側)的塊狀材料5812來取代。塊狀材料5812必需具有實質上不同於用於複製光學元件5810之一材料之折射率的一折射率，且在使用軟體工具最佳化一光學設計時將其存在考慮在內，如先前所述。塊狀材料5812用作一單石間隔物，因而排除對元件之間個別間隔物之一需要。塊狀材料5812可 旋塗於一共同基底5814之上，共同基底5814包含光學元件5810以獲得高均勻度與低成本製造。接著相互接觸地放置個別共同基底，簡化對齊程序，使其較少受失效及程序誤差的影響，並增加一總製造良率。此外，塊狀材料5812可能具有實質上大於空氣之折射率的一折射率，潛在地減小完整成像系統之總軌跡。在一具體實施例中，一複製光學元件5810及塊狀材料5812係類似膨脹係數、剛性及硬度但不同折射率之聚合物。
圖196顯示來自一晶圓級成像系統之一區段。該區段包括一共同基底5824，其具有塊狀材料5822所密封之複製光學元件5820。共同基底5824之一或二表面可包括具有或不具有複製光學元件5820。複製元件5820可形成在共同基底5824之一表面上或其內。明確而言，若表面5827定義共同基底5824之一表面，則可視元件形成在共同基底5824內。明確而言，若表面5826定義共同基底5824之一表面，則可視元件5820形成在共同基底5824之表面5826內。可使用習知此項技術者所瞭解的技術來產生複製光學元件，且其可以係會聚或發散元件，視其形狀及材料之間的折射率之一差而定。複製光學元件還可以係圓錐形、波前編碼、旋轉不對稱，或其可以係任一形狀及形式的光學元件，包括繞射式元件與全像元件。該等光學元件還可以係分離(例如5810(1))或連接(例如5810(2))。複製光學元件還可整合在一共同基底內及/或其可以係該塊狀材料之一延伸，如圖196所示。在一具體實施例中，一共同基底係由可見波長 下透明但在紅外及可能紫外波長下吸收的玻璃製成。
上述具體實施例不需要在元件之間使用間隔物。相反，間隔係受構成光學系統之若干組件之厚度的控制。再參考圖195，該系統內元件間之間隔係受(共同基底5814之)厚度ds、(重疊光學元件5810(2)的塊狀材料之)d1、(複製光學元件5810(2)之基底之)dc及(重疊光學元件5810(1)之塊狀材料之)d2的控制。應注意，距離d2還可表示為個別厚度da與db之一和，分別即光學元件5810(1)之一厚度與光學元件5810上的塊狀材料5812之一厚度。而且，此處表示的厚度例示可控制的不同厚度，且不一定表示可用於總間隔控制的所有可能厚度之一詳盡列表。該等構成元件之任一者可分成兩個元件，例如向一設計者提供額外的厚度控制。習知此項技術者應瞭解，元件之間的額外垂直精度可藉由使用嵌入高及低折射率材料的直徑受控球形、柱狀物或圓柱體(例如纖維)來獲得。
圖197顯示包括偵測器5838的一晶圓級成像系統之陣列5831，顯示可遍及整個成像系統延伸間隔物之一移除至支撐偵測器5838之一共同基底5834(2)。在圖195中，複製光學元件5810之間的間隔物係由共同基底5814之厚度ds來控制。圖197顯示一替代性具體實施例，其中在光學元件5830頂上可出現的最近垂直間隔係由一塊狀材料5832之一厚度d2控制。可注意到，圖197中的元件之一次序多個排列係可行，且隔離光學元件5810(1)及5830曾用於圖195及197之範例，但還可使用連接元件(例如光學元件圖195之 5810(2))，且還可使用共同基底5834(1)之一厚度來控制間隔。可進一步注意到，在該成像系統記憶體在的光學元件可包括如圖166所示及本文先前所述之一CRAC元件。最終，光學元件5830、塊狀材料5831或共同基底5834不一定需要在該等晶圓級元件之任一者處存在。可避免該些元件之一或多個元件，視光學器件設計之需要而定。
圖198顯示一晶圓級成像系統之陣列5850，其包括形成於一共同基底5860上的偵測器5862。陣列5850不需要使用間隔物。光學元件5854係形成在一共同基底5852上且在光學元件5854之間的區域係填充有一塊狀材料5856。塊狀材料5866之厚度d2控制從光學元件5854之一表面至偵測器5862之一距離。
複製光學元件聚合物之使用進一步致動新型組態，其中(例如)在光學元件之間不需要任何空氣間隙。圖199及200說明兩個具有不同折射率之聚合物係形成以產生一沒有空氣間隙之成像系統之組態。可選擇用於該等交替層之材料，使得在其折射率之間的一差足夠大以提供各表面之所需光學功率，集中最小化各介面處的菲涅耳損失及反射。圖199顯示一晶圓級成像系統陣列5900之一斷面圖。各成像系統包括形成在一共同基底5903上的層疊光學元件5904。層疊光學元件5904之一陣列可連續地形成在共同基底5903上(例如首先層疊光學元件5904(1)而層疊光學元件5904(7)最後)。接著層疊光學元件5904及共同基底5903可接合在一共同基底(未顯示)上所形成的偵測器。或者，共 同基底5903可以係一共同基底，其包括一偵測器陣列。層疊光學元件5904(5)可以係一彎月面元件，元件5904(1)及5904(3)可以係雙凸元件而元件5902可以係繞射式或菲涅耳元件。此外，元件5904(4)可以係一平/平元件，其唯一功能係允許足夠的光路徑長度來成像。或者，層疊光學元件5904可採用相反次序來直接形成在一共同基底5906上(例如層疊光學元件5904(7)在先而層疊光學元件5904(1)最後)。
圖200顯示可能已形成為陣列成像系統之部分的一單一成像系統5910之一斷面圖。成像系統5910包括形成於共同基底5914上的層疊光學元件5912，其包括一固態影像偵測器，例如一CMOS影像器。層疊光學元件5912可包括任一數目的替代性折射率的個別層。各層可由從最靠近共同基底5914之光學元件開始連續形成光學元件來形成。將具有不同折射率之聚合物裝配在一起的光學裝配之範例包括層疊光學元件，包括上面關於圖1B、2、3、5、6、11、12、17、29、40、56、61、70及79所述之該等光學元件。下文關於圖201及106隨即論述額外範例。
圖199及200所述之一設計概念如圖201所示。在此範例中，兩種材料係選擇以具有折射率nhi=2.2及nlo=1.48而阿貝數Vhi=Vlo=60。用於nlo之值1.48係商用於光學品質的紫外線固化凝膠並可低吸收且高機械完整性地實施在層厚度從1至數百微米範圍變化的設計中。用於nhi之值2.2係選擇作為一合理上限，其與藉由將TiO2奈米顆粒嵌入一聚合物 基材所獲得之高折射率聚合物之文獻報告相一致。圖201所示之成像系統5920在個別層5924(1)至5924(8)之間包含八個折射率轉變。使用表47所列之該等係數來說明該些轉變之非球面曲率。層疊光學元件5924(1)至5924(8)係形成在共同基底5925上，共同基底5925可用作偵測器5926之一蓋板。應注意，上面放置一孔徑光闌5922之一第一表面不具有任何曲率。因為此點，成像系統5920具有一完全矩形的幾何形狀，從而可促進封裝容易程度。層5924(1)係成像系統5920中的一主要聚焦元件。剩餘層5924(2)至5924(7)允許藉由致動場曲校正、主光線控制及色差控制以及其他效應來改良成像。在各層可能無限細薄之限制下，此類結果可能接近一連續遞級折射率，從而允許極精確地控制影像特徵，甚至可能焦闌成像。選擇用於層5924(3)之間的一低折射率材料允許在一視場內更快速地散佈光學扇形以匹配影像偵測器5926之一區域。在此意義上，此處使用一低折射率材料允許光學軌跡之更大壓縮性。
圖202至205顯示用於圖201之成像系統5920各種光學效能度量之數值模型化結果，如下文將隨即更詳細地說明。表48突出某些關鍵光學度量。明確而言，寬視場(70°)、短光學軌跡(2.5 mm)及低光圈數(f/2.6)使此系統理想地用於(例如)行動電話應用中所使用的相機模組。
圖202顯示成像系統5920之MTF之一曲線圖5930。一空間頻率截止係選擇以與使用一3.6 μm像素大小之貝爾截止(即灰階尼奎斯特頻率的一半)。曲線圖5930顯示圖159中所示之成像系統5920之空間頻率回應勝過圖158之成像系統5101所示之相當回應。該改良效能可主要歸屬於使用圖201相關聯之製作方法實施比使用裝配共同基底之方法所可能獲得之光學表面更高數目之光學表面之容易度，在該 使用裝配共同基底方法中，由於較大直徑之機械完整性、如成像系統5101內的細薄共同基底，存在對可能使用的一共同基底之最小厚度的一基本約束。圖203顯示用於成像系統5920之MTF透過場之變更之一曲線圖5935。圖204顯示透焦MTF之一曲線圖5940而圖205顯示成像系統5920之格柵畸變之一地圖5945。
如先前所述，選擇具有較大折射率差異之聚合物之一優點係在各表面內所需的最小曲率。然而，缺點存在於使用具有較大△n之材料，包括在各介面處的較大菲涅耳損失及具有一超過1.9之折射率之聚合物典型的較高吸收率。低損失、高折射率聚合物具有在1.4與1.8之間的折射率值。圖206顯示一成像系統5960，其中所使用的材料具有折射率nlo=1.48及nhi=1.7。成像系統960包括形成於層疊光學元件5964之一層5964(1)之一表面上的一孔徑光闌5962。層疊光學元件5964包括形成在可用作一偵測器5968之一蓋板的一共同基底5966上的光學元件5941(1)至5964(8)之個別層。使用表49內所列之該等係數來說明該些光學元件之非球面曲率且在表50中列出用於成像系統5960之規格。
在圖206中可觀察到，轉變介面之曲率相對於圖201內的該等介面較大程度地放大。此外，相對於圖202及203之曲線圖5930及5935中之MTF，在圖207之一透過場MTF曲線圖5970及圖208之透焦MTF曲線圖5975內所示之該等MTF記憶體在一略微減小。然而，成像系統5960提供超過圖158之成像系統5101的一顯著影像效能改良。
應注意到，在成像系統5920及5960之設計係與晶圓級複製技術相容。使用具有交替折射率之層疊材料允許一不具有任何空氣間隙之完全成像系統。使用複製層進一步允許在該等產生元件中比使用玻璃供應基底可能的更薄且更動態的非球面曲率。應注意，對於使用的材料數目沒有限制，且可能較為有利的係選擇折射率，從而進一步從透過該等聚合物之散射中減小色差。
圖209說明電磁能量阻障或吸收層5980(1)至5980(9)之使用，其可在一成像系統5990內用作非透明檔板及/或孔徑，以控制漫射電磁能量以及源自一視場外物件所發射或反射之電磁能量的一影像中假影。該些層之組成可以係金屬、聚合物或以染料為主。層5980(1)至5980(9)之各層將衰減反射或吸收來自視場外物件(例如太陽)或來自先前表面之反射的不需要漫射光。
系統5101、5400(2)、5920、5960及5990之任一系統可藉由利用可變透射率材料來併入一可變直徑。此組態之一範例將會使用在一孔徑光闌(例如圖209之元件5962)處的一電致變色材料(例如WO3或普魯士藍(PB))，該孔徑光闌在存在一電場之情況下會具有一可變透射率。例如，在存在一施加電場WO3之情況下，將會開始劇烈地徹底吸收大多數紅光及綠光頻帶，從而產生一藍色材料。一圓形電場可在該孔徑光闌處施加至該材料之一層。所施加電場之強度將決定孔徑光闌之直徑。在亮光條件下，一較強電場將會減小一透射區域之直徑，其具有減小孔徑光闌之效應，從而增加影像解析度。在一低光照環境下，可空乏該電場以允許最大的孔徑光闌直徑，從而最大化一影像器之一聚光能力。此類電場空乏將會減小影像銳利度，但一般在低照明條件下期望此類效應，由於在肉眼中會發生相同的現 象。而且，由於該孔徑光闌之一邊緣現在將會鬆軟(相對於一金屬或染料會發生的一銳利轉變)，該孔徑光闌會有些被切趾，從而最小化由於該孔徑光闌周圍繞射所引起之影像假影。
在製作諸如上述該等陣列成像系統之陣列成像系統中，可能需要製作用於形成光學元件(即樣板)的複數個特徵作為(例如)在一製作母版之一正面上的一陣列，例如八英吋或十二英吋製作母版。光學元件之範例可以併入至包括折射式元件、繞射式元件、反射式元件、光柵、GRIN元件、次波長結構、抗反射塗層及濾光片之一製作母版中。
圖210顯示一包括複數個用於形成光學元件之範例性製作母版6000(即用於形成光學元件之樣板)，其一部分係有一虛矩形6002來識別。圖211提供關於用於在矩形6002內用於形成光學元件之特徵的額外細節。用於形成光學元件之複數個特徵6004可採用一範例性精確的行列關係形成在製作母版6000上。在一範例中，特徵6004之位置對齊可在X、Y及/或Z方向上從理想精度變化不超過數十奈米，如下所界定。
圖212顯示相對於製作母版6000之運動軸之一般定義。對於一製作母版表面6006，X及Y軸對應於在一平行於製作母版表面6006之平面內的線性平移。一Z軸對應於在一正交於製作母版表面6006之方向上的一線性平移。此外，一A軸對應於圍繞X軸之旋轉，一B軸對應於圍繞Y軸之旋轉，而一C軸對應於圍繞Z軸之旋轉。
圖213至215顯示可用於加工在一基板上形成一單一光學元件之特徵的一傳統金剛石車削組態。明確而言，圖213顯示一傳統金剛石車削組態6008，其包括在配置用於在一基板6016上製作一特徵6014之一工具柄6012上的一工具尖6010。一虛線6018指示基板6016之旋轉軸，而一直線6020指示形成特徵6014所採取之工具尖6010之路徑。圖214顯示工具尖6010之一工具尖切削刃6022之細節。對於工具尖切削刃6022，一主間隙角Θ(參見圖215)限制可使用工具尖6010切割的可能特徵之陡峭度。圖215顯示工具尖6010之一側視圖與工具柄6012之一部分。
利用如圖213至215所示之一組態的一金剛石車削製程可用於製作(例如)一單一、軸上、軸向對稱表面，例如一單一折射元件。如先前技術所提及，一八英吋製作母版之一習知範例係藉由使用一或一些(例如三或四個)此類光學元件形成一部分製作母版，接著使用該部分製作母版來橫跨整個八英吋製作母版"戳記"用於形成光學元件之一特徵陣列來形成。然而，此類先前技術僅產生數個微米級別的製作精度與定位容限，不足以獲得用於晶圓級成像系統之光學容限對齊。實際上，可能難以使該製程適應製作用於橫跨一製作母版來形成一光學元件陣列之複數個特徵。例如，難以精確地指標製作母版，以獲得該等特徵相互相對的適當定位精度。當試圖遠離該製作母版之中心來製作特徵時，無法在保持並旋轉該製作母版的卡盤上平衡該製作母版。卡盤上的此不平衡負載效應可能會惡化定位精度問 題並減小該等特徵之製作精度。使用該些技術，僅可能在數十微米級別上獲得決定為相互相對並在製作母版上之特徵的定位精度。在製造用於形成光學元件之特徵過程中所需的精度係在數十奈米級別上(例如在關注電磁能量之波長級別上)。換言之，無法使用傳統技術，橫跨整個製作母版，在光學容限下，具有定位準確性及製作精度地板上組裝一較大(例如八英吋或更大)製作母版。然而，可依據本文所述之手段改良製造精度。
依據各種具體實施例，下列說明提供用於製造在一製作母版上形成光學元件之複數個特徵的方法及組態。晶圓級成像系統(例如圖3A所示之該等成像系統)一般要求在一Z方向上層疊並在X及Y方向上橫跨一製作母版分佈的多個光學元件(也稱為一"正規陣列")。例如，參考圖212以獲得相對於一製作母版的X、Y及Z方向之一定義。該等層疊光學元件可形成於(例如)單面玻璃晶圓、雙面玻璃晶圓上及/或形成為具有連續層疊光學元件之一群組。提供大量用於在一製作母版上形成光學元件之特徵的改良精度可藉由使用一高精度製作母版來提供，如下所述。例如，在四個層之各層內的一±4微米Z方向變更(假定一零平均數，對應於一四西格瑪變更)將會為該群組導致一±16微米Z方向變更。當施加於一具有較小像素(例如小於2.2微米)及快速光學器件(例如f/2.8或更快)之成像系統，對於從四個層裝配的大多數晶圓級成像系統而言，此類Z變更將會導致焦點丟失。此焦點丟失難以在晶圓級相機內校正。類似良率及 影像品質問題產生自在X及Y方向上的製作容限問題。
先前用於晶圓級光學元件裝配之製作方法不允許在獲得較高影像品質所需之光學精度下裝配；即儘管當前製作母版在機械容限下允許裝配(在多個波長下測量)，其仍不允許在需要用於陣列成像系統(例如一晶圓級相機陣列)之光學容限下(在波長級別上)進行製作及裝配。
可能較為有利的係直接製作在其上包括用於形成複數個光學元件之特徵的一完全板上組裝製作母版，以排除(例如)需要一戳記製程來板上組裝該製作母版。此外，可能較為有利的係製作用於在一構造中形成光學元件的所有特徵，使得以一較高程度(例如奈米)相互相對地控制特徵定位。可能進一步較為有利的係利用目前方法，更少時間內產生更高良率製作母版係可行。
在下列揭示內容中，術語"光學元件"係可互換地用以表示透過利用製作母版及製作母版自身上的該等特徵要形成的最終元件。例如，引用"形成於一製作母版上之光學元件"文字上不意味著光學元件自身係在製作母版上；此類引用表示期望用於形成該等光學元件之特徵。
用於一傳統金剛石車削製程之該等軸係如圖216所示以獲得一範例性多軸加工組態6024。多軸加工組態6024可能(例如)配合一慢速工具伺服("STS")方法與一快速工具伺服("FTS")方法來使用。該慢速工具伺服或快速工具伺服("STS/FTS")方法可在一多軸金剛石車削車床(例如圖216所示之一在X、Z、B及/或C軸上可控制運動的車床)上完成。 例如，在授予Bryan的標題為"用於形成工件之非旋轉對稱部分之系統及方法"的美國專利案第7,089,835號中說明一慢速工具伺服之一範例。
可將一工件固定在一卡盤6026上，其可圍繞C軸旋轉，同時在一心軸6028上在X軸上致動。同時，將一切削工具6030在一工具柱6032上固定並旋轉。反之，可取代工具柱6032固定卡盤6026並在Z軸上致動其，同時在心軸6028上放置並旋轉切削工具6030。此外，各卡盤6026及切削工具6030可圍繞B軸旋轉並定位。
現在結合圖217參考圖218，一製作母版6034包括一前表面6036，在其上製作用於形成光學元件之複數個特徵6038。切削工具6030橫跨各特徵6038掠過並挖掘，隨著製作母版6034圍繞一旋轉軸(由一虛線6040指示)而旋轉，在前表面6036上製作複數個特徵6038。橫跨整個製作母版6034之前表面6036的特徵6038之一製作流程可程式化為一自由形式表面。或者，在製作母版6034之上預形成之各類型6038之一可分離定義，且製作母版6034可藉由為欲形成的各特徵6038指定座標及角方位來板上組裝。依此方式，在一設置內製造所有特徵6038，使得可在一奈米位準上維持各特徵6038之位置及方位。儘管顯示製作母版6034包括特徵6038之一規則陣列(例如以二維形式均勻間隔)，但應明白，特徵6038之不規則陣列(例如以至少一維形式不均勻間隔)可同時或交替地包括在製作母版6034上。
在圖217內的一工具片6042(由一虛圓指示)之細節係如 圖218及219所示。切削工具6030包括一支撐在一工具柄6046上的工具尖6044，可沿圓鑿軌跡6050，在一方向6048上重複地掠過，以便在製作母版6034內形成各特徵6038。
依據一具體實施例，使用一STS/FTS可在3 nm Ra級別上產生一較佳的表面拋光。而且，用於STS/FTS之單點金剛石車削(SPDT)切削工具可能較低廉且具有足夠的加工壽命以切割一整個製作母版。在一範例性具體實施例中，一八英吋製作母版6034可在1小時至3天內板上組裝超過兩千個特徵6038，視在設計程式過程中所指定的Ra要求而定，如圖94至100所示。在某些應用中，工具容限可能會限制軸外特徵之最大表面斜率。
在一具體實施例中，可使用多軸銑製/研磨來形成用於在一製作母版6052上形成光學元件之複數個特徵，例如圖220A至220C所示。在圖220A至200C之範例中，使用一旋轉切削工具6056(例如一金剛石球端銑鑽頭及/或研磨鑽頭)加工製作母版6052之一表面6054。旋轉切削工具6056係在一螺旋狀工具路徑內，在X、Y及Z軸上相對於表面6054來致動，從而產生複數個特徵6058。儘管圖220B及220C中顯示一螺旋狀工具路徑，但還可使用其他工具路徑形狀，例如一系列S狀或徑向工具路徑。
如圖220A至220C所示之多軸銑製製程可允許加工陡峭斜率多達90°。儘管一給定幾何形狀之內部角落可能具有一等於工具半徑之半徑或圓角，該多軸銑製允許產生非圓形或自由形式的幾何形狀，例如矩形孔徑幾何形狀。類似 於使用STS或FTS，特徵6058係在一設置內製作，故多軸定位係維持至一奈米位準上。然而，多軸銑製可能一般比使用STS或FTS花費更長時間以板上組裝一八英吋製作母版6052。
比較使用STS/FTS及多軸銑製，該STS/FTS可能更佳適合於製作具有較低斜率之淺表面，而多軸銑製可能更適合於製作更深表面及/或具有更高斜率之表面。由於表面幾何形狀直接與工具幾何形狀相關，故光學器件設計指導方針可鼓勵更有效的加工參數之規格。
儘管已使用具有特定個別方位之各種組件說明前述具體實施例之各具體實施例，但應明白，在本揭示案內所述之具體實施例可採取各種特定組態，各種組件係位於各種位置及相互方位內且仍不脫離本揭示案之精神及範疇。例如，在加工用於形成一光學元件之一實際特徵之前，可使用(例如)金剛石車削或研磨之外的傳統切割方法來"大致作出"類似於該特徵之一形狀。此外，可使用除了金剛石切削工具的切削工具(例如，鋸條、碳化矽、及氮化鈦)。
作為另一範例，可訂製一旋轉切削工具至欲製作的一用於形成一光學元件之特徵之一所需形狀；即，如圖221A及221B所示，一專用形成工具可用於製作各特徵(例如採用亦稱為"柱塞"之一製程)。圖221A顯示一組態6060，其說明用於在一製作母版6064之前表面6066上形成一光學元件之一特徵6062之形成。特徵6062係使用一專用形成工具6068而形成在製作母版6064之前表面6066上。在組態6060 中，專用形成工具6068圍繞一軸6070而旋轉。在圖221B中可看出(組態6060之一俯視圖，以部分斷面形式)，專用形成工具6068包括在一工具柄6074上支撐的一非圓形切削刃6072，使得一在製作母版6064之前表面6066上應用專用形成工具6068時，將特徵6062形成於其上，在釋放時，具有一非球面形狀。藉由裁減切削刃6072，可依此方式形成各種自訂特徵6062。此外，使用專用形成工具可在各種製作方法期間減小切割時間並允許多達90°之切割斜率。
作為上述"草圖"流程之一範例，可使用一具有一適當直徑之商用切削工具先加工一最佳適配球面表面，接著可使用一具有專用切削刃(例如切削刃6072)來形成特徵6062。此"草圖"程序可藉由減小必須由一專用形成工具切割之一材料數量來減小處理時間及工具磨損。
若使用一具有一適當幾何形狀之成型工具，則可使用一切削工具的一單一直進切削來產生非球面光學元件幾何形狀。在工具製作中目前可用的技術允許使用一系列直線及弧度片斷來近似真實的非球面形狀。若一給定成型工具之幾何形狀不完全按照一所需非球面光學元件幾何形狀，則可測量一切割特徵，接著在一後續製作母版上修整其以解決偏差。儘管可改變其他光學元件裝配變數(例如一模製光學元件之層厚度)以容納成型工具幾何形狀偏差，但可能較為有利地係使用一非近似、確切成型工具幾何形狀。目前金剛石修整方法限制直線及弧度片斷之一數目；即，可能難以製造具有三個以上直線或弧度片斷之成型工具， 由於該等片斷之一的誤差之可能性。圖222A至222D分別顯示形成工具6076A至6076D之範例，其分別包括凸出切削刃6078A至6078D。圖222E顯示一形成工具6076E之一範例，其包括一凹入切削刃6080。在工具製作技術中的目前限制可為凹入切削刃施加一最低半徑大約350微米，但可能由於製作技術改良而消除此類限制。圖222F顯示一形成工具6076F，其包括成角切削刃6082。具有凹入及凸出切削刃之一組合的工具亦可行，如圖222G所示。一形成工具6076G包括一切削刃6092，其包括凸出切削刃6086與凹入切削刃6088之一組合。在圖222A至222G之各圖中，該形成工具之旋轉6090A至6090G之對應軸係由一點虛線與一彎箭頭來指示。
形成工具6076A至6076G之各形成工具僅併入所需光學元件幾何形狀之一部分(例如一半)，由於工具旋轉6090A至6090G產生一完整光學元件幾何形狀。可能較為有利的係使形成工具6076A至6076G之形成工具之邊緣品質足夠高(例如750×至1000×邊緣品質)，使得可直接切割光學表面，而不需要後處理及/或拋光。一般而言，形成工具6076A至6076G可在每分鐘5,000至50,000旋轉(RPM)級別上旋轉並以此速率直進切削，使得可使用該工具之各旋轉來移除1微米厚的晶片；此製程可允許產生一完整特徵用於在數秒間形成一光學元件並在二或三小時內形成一板上組裝製作母版。形成工具6076A至6076G還可提供優點，即其沒有斜率限制；即，可獲得包括多達90°之斜率的光學 元件幾何形狀。此外，形成工具6076A至6076G之工具壽命可能由於為製作母版選擇一適當的製作母版材料而大大地延長。例如，工具6076A至6076G可在一由一諸如黃銅之材料所製成之製作母版內產生數萬至數十萬用於形成個別光學元件之特徵。
形成工具6076A至6076G可使用聚焦離子束(FIB)加工來修整。可使用金剛石修整製程來獲得具有曲率變化(例如凸出/凹入)之真實非球面形狀，例如形成工具6076G之切削刃6092。在邊緣6092上的期望曲率可能(例如)小於250奈米(波峰至波谷)。
用於藉由直接製作所製造形成光學元件之特徵之表面可在該等特徵表面包括希望工具標記來提高。例如，在C軸模式切割(例如慢速工具伺服)，一抗反射(AR)光柵可藉由利用一修改後切削工具而製作在加工表面上。參考圖223至224來說明在加工特徵製作希望加工標記用於影響電磁能量之進一步細節。
圖223以部分正面圖顯示一製作母版6096之一部分6094之一特寫圖。製作母版6096包括一特徵6096，其用於使用形成在其表面上的複數個期望加工標記6100形成一光學元件。可設計希望加工標記6100之尺寸，使得除了特徵6098之電磁能量導引功能，期望加工標記6100提供功能性(例如抗反射)。例如，抗反射層之概述見諸於授予Gaylord等人之美國專利案第5,007,708號、授予Ophey等人的美國專利案第5,694,247號及授予Hikmet等人的美國專利案第 6,366,335號，各項專利案以引用方式併入本文。例如，在形成用於形成光學元件之特徵期間整體成形此類期望加工標記係藉由使用一專用工具尖(如圖224所示)來獲得。
圖224以正面部分圖6102顯示一工具尖6104，其已經修改以在一切削刃6108上形成複數個切口6106。可使用(例如)FIB法或此項技術中習知的其他適當方法來依此方式修整一金剛石切削工具。作為一範例，組態工具尖6104，使得在製作特徵6098期間，切削刃6108形成特徵6098之整體形狀而切口6106期望形成加工標記6100(參見圖223)。切口6106之一間隔(即週期6110)可(例如)大約為要影響之電磁能量之波長之一半(或更小)。切口6106之一深度6121可大約(例如)為相同波長之四分之一。儘管顯示切口6106具有矩形斷面，但可使用其他幾何形狀來提供類似的抗反射屬性。此外，可修改切削刃6108之整個掠過以提供切口6106，或者該加工組態之B軸定位能力可用於工具正常加工，其中工具尖6104之相同部分始終接觸切割中的表面.
圖225及226說明用於影響電磁能量之另外組期望加工標記之製作。在C軸模式切割下(例如使用一STS法)，可藉由使用一般稱為一"半徑工具"之一工具來形成抗反射光柵(以及菲涅耳狀表面)。圖225以部分近視圖顯示一製作母版6116之一部分6114之一特寫圖。製作母版6116包括一特徵6118，其用於使用形成在其表面上包括的複數個期望加工標記6120形成一光學元件。期望加工標記6120可藉由一專用工具尖(如圖226所示)與光學元件6118同時形成。
圖226以正面圖顯示一切削工具6124之一部分圖示6122。切削工具6124包括一工具柄6126，其支撐一工具尖6128。工具尖6128可以係(例如)具有一切削刃6130之一半徑金剛石工具片，切削刃6130具有匹配期望加工標記6120之尺寸(圖225)。對於要影響的電磁能量之一給定波長，期望加工標記6120之間隔與深度可以(例如)在週期上大約為一波長的一半而在高度上為一波長之四分之一。
圖227至230說明適用於以多軸銑製與C軸銑製模式銑製二者製作其他期望加工標記之一切削工具。圖227顯示一切削工具6128，其包括一組態用於圍繞一旋轉軸6132旋轉之工具柄6130。工具柄6130支撐一工具尖6134，其包括一切削刃6136。切削刃6136係具有一突出6140之一金剛石工具片6138之部分。圖228顯示工具尖6134之一部分之一斷面圖。
可在多軸銑製下使用切削工具6128來產生一抗反射光柵，如圖229所示。用於形成一光學元件之一特徵6144之一部分6142包括一螺旋工具路徑6146，當組合切削工具6128之旋轉時，產生複雜螺旋標記6148。在工具尖6134(如圖227所示)上包括一或多個切口及/或突出6140可用於在表面上產生正及/或負標記之一圖案。該些期望加工標記之一空間平均週期可以大約係要影響之電磁能量之一波長之一半，同時深度大約係相同波長之四分之一。
現在結合圖230參考圖227至228，切削工具6128可用於一C軸模式銑製或加工(例如具有取代一SPDT之一旋轉切 削工具的慢速工具伺服)。在此情況下，具有一或多個切口或突出6140之修改切削刃6136可產生期望加工標記，其可用作一抗反射光柵。用於形成一光學元件之另一特徵6150之一部分係如圖230所示。特徵6150包括線性工具路徑6152與螺旋標記6154。該些期望加工標記之空間平均週期可以大約係一波長之一半，而深度大約係要影響之電磁能量之一波長之四分之一。
依據一具體實施例，圖231至233說明製造的一板上組裝製作母版之一範例。如圖231所示，一製作母版6156形成具有用於形成光學元件之複數個特徵6160形成於其上的一表面6158。製作母版6156可進一步包括識別標記6162與對齊標記6164及6166。所有特徵6160、識別標記6162及對齊標記6164及6166可直接加工在製作母版6156之表面6158上。例如，可在產生特徵6160之相同構造期間加工對齊標記6164及6166以保留相對於特徵6160之對齊。可藉由各種方法來添加識別標記6162，例如但不限於，銑製、雕版及FTS，並可包括諸如日期碼或序列號之識別特徵。此外，可使製作母版6156之多個區域未加板上組裝(例如由一虛橢圓所指示之一空白區域6168)，用於包括額外對齊特徵(例如運動學支架)。而且，還可包括一文書對齊光6170；此類對齊特徵可促進板上組裝製作母版相對於(例如)後續複製製程中所使用之其他裝置的對齊。此外，還可在特徵6160的同時在製作母版上直接製作一或多個機械間隔物。
圖232顯示製作母版6156之一工具片6172(圖231中由一 虛圓圈指示)之進一步細節。在圖232中可看出，製作母版6156包括以一陣列組態形成其上的複數個特徵6160。
圖233顯示一特徵6160之一斷面圖。如圖233所示，可將某些額外的特徵併入特徵6160之形狀內以在後續複製製程中輔助產生製作母版6156之"子"(一製作母版之一"子"係在本文中定義為藉由使用一製作母版所形成之一對應物件)。該些特徵可與特徵6160同時或在一第二加工製程(例如平頭銑鑽頭加工)。在如圖233所示之範例中，特徵6160形成一凹表面6174以及一圓柱特徵6176用於該複製製程。儘管一圓柱幾何形狀如圖233所示，但可包括額外特徵(例如肋條、台階等)(例如用於在該複製製程期間建立一密封)。
可能較為有利的係使一光學元件包括一非圓形孔徑或自由形式/形狀幾何形狀。例如，一方形孔徑可促進一光學元件與一偵測器之匹配。實現此方形孔徑之一方法係除了產生一凹表面6174外在製作母版上執行一銑製操作。此銑製操作可在小於整個部分直徑之某些直徑上發生並可移除一定深度的材料以留下包含所需方形孔徑幾何形狀之凸面或島狀物。圖234顯示一製作母版6178，其上已藉由銑去方形凸面6180之間的材料形成方形凸面，從而僅留下方形凸面6180與一環面6182，其係顯示以在製作母版6178周邊延伸。儘管圖234顯示方形凸面6180，但其他幾何形狀(例如圓形、矩形、八邊形及矩形)亦可行。儘管可能使用具有次微米位元準容限與光學品質表面拋光之一金剛石銑製 工具來執行此銑製，但在需要一粗糙、不透射表面時該銑製製程可有意留下粗糙加工標記。
可在產生用於形成光學元件之特徵之前執行用以產生凸面6180之一銑製操作，但該處理次序不會影響最終製作母版之品質。在執行完該銑製操作之後，可平面切削整個製作母版，從而切割凸面及環面6182。在平面切削製作母版6178之後，可使用該等先前所述製程之一來直接製作所需光學元件幾何形狀，從而允許環面6182與光學元件高度之尖的光學精度容限。此外，可在凸面6180之間產生支座特徵，需要時，其將促進相對於一複製裝置之Z對齊。圖235顯示製作母版6178之一進一步處理狀態；一製作母版6178'包括具有凸表面6184、6186形成於其上的複數個修改方形凸面6180'。
可施加一模製材料(例如一紫外線固化聚合物)至製作母版6178'以形成一匹配子部分。圖236顯示由圖235之製作母版6178'形成的一匹配子部分6188。模製子部分6188包括一環面6190及複數個用於形成光學元件之特徵6192。各特徵6192包括一凹入特徵6194，其凹陷至一般方形孔徑6196內。
儘管顯示複數個特徵6192大小及形狀上均勻，但可藉由在製作母版中改變製作母版6178'之修改後方形凸面6178'之形狀來改變凹入特徵6194。例如，可藉由改變銑製製程來將修改後方形凸面6180'之一子集加工至不同厚度或形狀。此外，可在已形成修改後方形凸面6180'以進一步調整 修改後方形凸面6180'之高度之後添加一填充材料(例如一可流動且可固化塑膠)。例如，可旋塗此類填充材料以獲得可接受的平坦規格。凸表面6184可另外或替代性地具有各種表面輪廓。此技術可能對於在一較大基材中直接加工凸光學元件幾何形狀較為有利，由於抬高凸面6180'提供提高的工具容限。
加工一製作母版可將製作母版之材料特性考量在內。相關的材料特性可包括(但不限於)材料硬度、易碎性、密度、切割容易度、晶片形成、材料模數及溫度。還可根據材料特性來考量加工常式之特性。此類加工常式特性可包括(例如)工具材料、大小及形狀、切割速率、進給速率、工具軌跡、FTS、STS、製作母版每分鐘旋轉次數(RPM)與程式化(例如G碼)功能性。拋光製作母版之一表面之產生特性依賴於製作母版材料特性以及加工常式之特性。例如，表面特性可包括表面Ra、尖端大小及形狀、存在毛邊、角落半徑及/或用於形成一光學元件之一製作特徵之形狀及大小。
當加工不平坦幾何形狀(在光學元件經常會發現)時，一切削工具與一加工工具之動力學及相互作用可能會引起影響板上組裝製作母版之光學品質及/或製作速度。一普遍問題係切削工具對製作母版表面之衝擊可能會引起機械變更，從而可能導致產生特徵之表面形狀誤差。此問題之解決方案係結合圖237至239來說明，該等圖式顯示在一用於形成用於使用一負虛擬資料製程來形成一光學元件之特徵 之製程中在各種狀態下的一製作母版之一部分之一系列說明。
圖237顯示一製作母版6198之一部分之一斷面圖。製作母版6198包括不加工的一第一材料部分6200與要加工的一第二材料部分6202。一劃線6204之所需形狀之一輪廓分離第一及第二區域6200、6202。劃線6204包括一光學元件之一所需形狀之一部分6208。在圖237所示之範例中，一虛擬基準平面6206(由一粗虛線表示)係定義為與直線6204之部分共面。虛擬基準平面6206係定義為在位於製作母版6198內，使得遵循劃線6204之一切削工具始終接觸製作母版6198。由於在此情況下該切削工具相對於製作母版6198而恆定地偏置，故實質上消除由於間歇接觸製作母版6198之工具所引起之衝擊與震動。
圖238顯示一加工製程之結果，利用虛擬基準平面6206，需要時，虛擬基準平面具有已產生的部分6208，但相對於一所需最終表面6212(由一粗虛線指示)留有過多材料6210、6210'。可磨光過多材料6210、6210'(例如藉由研磨、金剛石車削或打磨)以獲得所需馳垂度值。
圖239顯示包括一最終特徵6214之製作母版6198之一修改後第一部分6200'之最終狀態。特徵6214之馳垂度可另外藉由改變在平面切削操作期間移除的材料數量來調整。在特徵6214之上部邊緣處所形成的角落6216可能較銳利，由於此特徵係形成在用於已產生部分6208(參見圖237及圖238)之切割操作與用以產生最終表面6212之平面切削操作 之交叉處。角落6216之銳利度可能會超過單獨由一單一加工工具所形成之對應角落之銳利度，該加工工具必須重複接觸製作母版6198並因此可能每次在製作母版6198之材料接觸該工具時震動或"哢嗒作響"。
現在參考圖240至242，說明使用各種正虛擬基準表面之一製作母版之處理。在正常操作期間在製作母版6218上製造一用以形成一光學元件之特徵中，一切削工具可沿著或平行於製造母版6218之一頂部表面6220。當接近一銳利軌跡變化(例如相對於製作母版6218之一表面的一工具軌跡斜率之一較大變化或不連續變化)時，由於預料一銳利軌跡變化及減速旋轉之控制器內的"預見"功能，一製作機器可自動減小製作母版6218之RPM，以試圖減小由於銳利軌跡變化(如分別由虛圓6228、6230及6232所指示)所產生的加速度。
繼續參考圖240至242，可在圖240至242所示之範例中應用一虛擬基準技術(例如相對於圖237至239所述者)，以便減輕銳利軌跡變化之影響。在圖240至242所示之範例中，在製作母版6218之頂部表面6220上方定義一虛擬基準平面6234；在此情況下，可將虛擬基準平面6234稱為一正虛擬基準。圖240包括一範例性工具軌跡6222，較切削工具遵循頂部表面6220而非虛擬基準平面6234之情況，其在轉變成一彎曲特徵表面6236過程中更自然。圖241顯示另一範例性工具軌跡6224，較從虛擬基準平面6234向特徵表面6236之工具軌跡6222，其轉變更銳利。圖242顯示圖240所 示之工具軌跡6222之一離散形式6226。
使用如圖240至242所示之一正虛擬基準可減小工具衝擊動力學之嚴重性並禁止一加工工具減慢旋轉製作母版6218之RPM。因此，比較不使用正虛擬基準之製作，可在更少時間內(例如3小時而非14小時)來加工製作母版6218。如正虛擬基準技術所定義，工具軌跡6222、6224及6226可內插從虛擬基準平面6234至特徵表面6236之工具軌跡。在特徵表面6236外部的工具軌跡6222、6224及6226可採用任何適當數學形式來表述，例如但不限於正切弧、樣條函數及任何階的多項式。使用一正虛擬基準可消除在使用一負虛擬基準期間所需要之一部分之平面切削之需要，如圖237至239所示，同時仍獲得一特徵之一所需馳垂度。而且，使用一正虛擬基準允許程式化減小銳利工具軌跡變化發生軛虛擬工具軌跡。
在實施虛擬基準技術中定義工具軌跡過程中，可能較有利的係使插值虛擬軌跡以具有平滑、較小且連續的導數，以便最小化加速度(一軌跡之第二導數)及衝擊(該軌跡之第三及更高導數)。最小化此類工具軌跡突然變化可產生具有改良拋光度(例如較低Ra)與對一所需特徵馳垂度的更佳保形度。此外，除了(或取代)使用STS之外，可採用FTS加工。FTS加工可能比STS提供一更大的帶寬(例如大十倍或更大)，由於其沿Z軸震動地少得多的重量(例如小於1磅而非大於100磅)，但具有一潛在缺點，即減小的拋光品質(例如更高Ra)。然而，使用FTS加工，工具衝擊動力學因為更 快的加工速度而相當程度不同，且一工具可更容易地回應銳利軌跡變化。
如圖242所示，可將工具軌跡6226離散成一系列個別點(由沿軌跡6226的點所表示)。一點可表示為一XYZ笛卡爾座標三元組或一類似圓柱(r,θ,z)或球形(ρ,θ,Φ)座標表示法。取決於離散之一密度，用於一完整自由形式製作母版6218之工具軌跡6226可具有數百萬點定義於其上。例如，分成10×10平方微米的各八英吋製作母版可包括大約300百萬個軌跡點。在更高離散度下的12英吋製作母版可包括大約十億個軌跡點。此類資料集之較大規模可能引起一機器控制器之問題。在特定情況下可能藉由添加更多記憶體或遠端緩衝至機器控制器或電腦來解決此資料集規模問題。
一替代性方案係藉由減小該離散之解析度來減小使用的軌跡點數目。減小的離散解析度可藉由改變加工工具之軌跡插值來補償。例如，線性插值(例如G碼G01)一般需要大量點來定義一般非球面表面。藉由使用一更高階的參數化，例如立方樣條函數插值(例如G碼G01.1)或圓弧插值(例如G碼G02/03)，可能需要更少的點來定義相同的工具軌跡。一第二解決方案係不將該製作母版之表面視為一單一自由形式表面，而作為離散成用於形成光學元件之類似特徵之一或多個陣列的一表面。例如，可將在上面欲形成複數個一類型光學元件的一製作母版視為施加適當平移及旋轉的該類型元件之一陣列。因此，僅需要定義該一類型元件。使用此表面離散化，可減小該資料集之規模；例 如，在具有一千個特徵的一製作母版上，各特徵要求一千個軌跡點，該資料集包括一百萬個點，同時利用該離散化及線性變換方案僅要求三千個點的等效物(例如一千個用於該特徵而兩千個用於平移及旋轉三元組)。
一加工操作可在加工部分表面上留下工具標記。對於光學元件，特定類型的工具標記可能會增加散射並導致有害的電磁能量損失或引起像差。圖243顯示一製作母版6238之一部分之一斷面圖，具有用於形成一光學元件之一特徵6240形成於其上。特徵6240之一表面6244包括扇形工具標記。在圖244中放大表面6244之一子區段(由一虛圓6246指示)。
圖244顯示在虛圓6246內的區域內表面6244之一部分之一放大圖。利用特定近似，此表面6244之一形狀可由下列工具及機器等式與參數來定義： 其中：Rt=單晶鑽石切削(SPDT)工具尖半徑=0.500 mm；h=波峰至波谷尖點/扇形高度("工具壓印")=10 nm； Xmax=特徵6240之半徑=100 mm；RPM=估計的心軸速度=150 rev/min(估計的心軸速度)；f=橫跨特徵的橫向進給速度(在慢速工具伺服模式下非直接控制)，以mm/min定義；w=扇形間隔(即每心軸旋轉的橫向進給)，以mm定義；以及t=分鐘(切削時間)。
繼續參考圖244，一尖點6284可能不規則地形成並可另外包含複數個毛邊6250，其係重疊工具路徑與該變形而非從製作母版6238移除材料之結果。毛邊6250及不規則狀尖點6248可能會增加表面6244之Ra且不利地影響其所形成之光學元件之光學效能。可藉由移除毛邊6250及/或圓整尖點6248使特徵6240之表面6244更平滑。作為一範例，可使用各種蝕刻製程來移除毛邊6250。比較表面6244之其他部分，毛邊6250係較高表面面積比(即表面面積除以封閉體積)的特徵，並因此會蝕刻地更快。對於由鋁或黃銅所形成的一製作母版6238，可使用一蝕刻劑(例如氯化鐵、具有鹽酸與硝酸的氯化鐵、具有磷酸及硝酸的氯化鐵、過硫酸銨、硝酸)或一商品(例如購自Transene Co.的鋁蝕刻劑類型A)。作為另一範例，若製作母版6238係由鎳形成或由其塗佈，則可使用由(例如)一混合物所形成的一蝕刻劑，例如5份HNO3+5份CH3COOH+2份H2SO4+28份H2O。此外，可組合攪拌使用一蝕刻劑，以確保各向同性的蝕刻動作(即 蝕刻速率在各方向上相等)。對於特定金屬及蝕刻能需要後續清洗或除汙操作。一典型除污或增亮蝕刻可以係(例如)水中的硝酸、鹽酸及氫氟酸之一稀釋混合物。對於塑膠及玻璃製作母版，可藉由機械刮削、火焰拋光及/或熱回流來處理毛邊及尖點。圖245顯示在蝕刻之後的圖244之一斷面；可看出，已移除毛邊6250。儘管濕式蝕刻製程可更普遍地用於蝕刻金屬，但還可使用諸如電漿蝕刻製程之乾式蝕刻製程。
可藉由該等特徵之特定特性之測量來評估用於形成光學元件之製作特徵之效能。利用該等測量可訂製用於此類特徵之製作常式，以改良該等特徵之品質及/或準確度。可藉由使用(例如)白光干涉度量來執行該等特徵之測量。圖246係一板上組裝製作母版6252之一示意圖，此處顯示以說明如何可測量特徵並可決定一製作常式之校正。一實際製作母版之選定特徵6254、6256、6258、6260、6262、6264、6266、6268(統稱為特徵6254至6268)係測量以特徵化其光學品質，並因此特徵化所採用之加工方法之效能。圖247至254顯示個別特徵6254至6268之測量表面誤差(即與一期望表面高度之偏差)之等高線圖6270、6272、6274、6276、6278、6280、6282及6284。在個別等高線圖上的深黑色箭頭6286、6288、6290、6292、6294、6296、6298及6300指示從一製作母版旋轉中心指向製作母版6252上之特徵位置的向量；即用以製作特徵6254至6268之一工具在一正交於此向量之方向上橫跨每一特徵而移動。在圖 247至254中可看出，最大表面誤差之區域位於工具入口及出口處，對應於與該等向量(由深黑色箭頭指示)正交的一直徑。各等高線表示大約40 nm的一等高線位準偏移；如圖247至254所示的測量特徵6254至6268具有與離期望值大約200 nm範圍的馳垂度偏差。與各等高線圖相關聯的係測量表面相對於理想表面之一均方根(RMS)值(在上述各等高線圖指示)。在如圖247至254所示之範例中，該RMS值從大約200 nm變化至300 nm。
圖247至254指示與該等加工製程相關的至少兩種系統效應。首先，該等製作特徵之偏差一般圍繞切削方向對稱(即可認為偏差與切削方向"順時針旋轉")。其次，儘管低於使用其他目前可用製作方法可獲得之RMS，但在該些圖示中所指示之該等RMS值仍大於一製作母版內可能需要的該等RMS值。此外，該些圖示顯示該等RMS值與對稱性二者似乎對對應特徵相對於該製作母版的一徑向及方位角位置敏感。該表面誤差之該等對稱性及RMS值係可測量之該等製作特徵之特性之範例與用以校準或校正產生該等特徵之製作常式之該等產生測量。該些效應可能削弱該等製作特徵之效能，使得需要重做(例如平面切削)或刮削一板上組裝製作母版。儘管可能無法重做製作母版(由於重新對齊極為困難)，故刮削一製作母版可能浪費時間與成本。
為了減輕圖247至254所示之系統效應，可能有利的係在製作期間測量該等特徵並執行校準或校正此類效應。例如，為了在製作期間測量該等特徵(現場)，可添加額外能 力至一加工工具。現在結合圖216參考圖255，顯示加工組態6024之一修改。一多軸加工工具6302包括一現場測量子系統6304，其可用於度量及校準。可固定測量子系統6304以一協調方式與(例如)固定在夾工具柱6032上的工具6030一起移動。加工工具6302可用於執行校準子系統6304相對於夾工具柱6032之位置。
作為一校準程序之一範例，可暫停一製作常式之執行，以便測量切削特徵用於核實幾何形狀。或者，可執行此類測量，同時該製作常式繼續。接著可使用測量來實施一回授程序，以校正該等剩餘特徵所需之製作常式。此類回授程序可(例如)補償切削工具磨損及可能影響良率的其他製程變數。可藉由(例如)一接觸式鐵筆(例如一線性差動變壓器(LVDT)探針)來執行測量，該接觸鐵筆係相對於要測量的表面致動並橫跨該製作母版執行單一或多個旋刮。作為一替代方案，可使用一干涉儀橫跨一特徵之孔徑來執行測量。可(例如)藉由利用一接觸已產生特徵之LVDT探針，與切削製程同步執行測量，同時該切削工具正在產生新特徵。
圖256顯示一現場測量系統在圖255之多軸加工工具內的一範例性整合。在圖256中，清楚起見未顯示夾工具柱6032。儘管工具6030在一製作母版6306上形成一特徵(例如用於使用其形成一光學元件)，但測量子系統6304(以虛框包圍)測量工具6030在製作母版6306上先前形成的其他特徵(或其部分)。如圖256所示，測量子系統6304包括一電 磁能量源6308、一分光器6311及一偵測器配置6310。可視需要添加一鏡面6312，(例如)用以重新引導從製作母版6306散射的電磁能量。
繼續參考圖256，電磁能量源6308產生透過分光器6310傳播的電磁能量之一凖直光束6314，從而部分反射為一反射部分6316與一透射部分6318。在一第一方法中，反射部分6316用作一參考光束而透射部分6318訊問製作母版6306(或其上的一特徵)。透射部分6318係藉由製作母版6306之訊問來改變，製作母版將透射部分6318之部分透過分光器6310並向鏡面6312散射回去。鏡面6312將此部分透射部分6318作為一資料光束6320重新引導。反射部分6316及資料光束6320接著干涉以產生一干涉圖，其由偵測器配置6311記錄。
仍參考圖256，在一第二方法中，分光器6310係順時針或逆時針旋轉90度，使得不產生任何參考光束，且測量子系統6304僅捕捉來自透射部分6318之資訊。在此第二方法中，不需要鏡面6312。使用該第二方法捕捉到的資訊可僅包括振幅資訊，或可在製作母版6306係透明時包括干涉度量資訊。
由於C軸(及其他軸)係編碼在製作常式內，故相對於測量子系統6304之一中心軸的一特徵之一位置係已知，或可決定。可觸發測量子系統6304以在一特定位置測量製作母版6306或可設定以連續地取樣製作母版6306。例如，為了允許連續處理製作母版6306，測量子系統6304可使用一適 當快速脈動(例如截斷或頻閃)雷射或一具有數毫秒持續時間的閃光燈，以有效地凍結製作母版6306相對於測量子系統6304之運動。
分離測量系統6304關於製作母版6306之特徵所記錄之資訊之分析可藉由(例如)圖案切削至一已知結果或藉由校正製作母版6306上的多個相同類型特徵來執行。適當參數化該資訊及相關聯相關性或圖案匹配優值函數可允許使用一回授系統控制並調整加工操作。一第一範例涉及在一金屬製作母版內測量一球形凹面特徵之特性。忽略繞射，從此類特徵所反射之電磁能量之一影像應強度均勻並圓形界定。若該特徵係橢圓形畸變，則在偵測器配置6311處的影像將會顯示像散並橢圓形界定。因此，強度及像散(或其缺失)指示製作母版6306之特定特性。一第二範例關於表面拋光及表面瑕疵。當表面拋光較差時，該等影像之強度可能由於來自表面瑕疵之散射而減小且在偵測器配置6310處記錄的一影像可能不均勻。可根據測量系統6304所記錄之資訊決定並用於控制的參數包括(例如)強度、縱橫比及捕捉資料之均勻度。接著可在二不同特徵之間、在相同特徵之二不同測量之間或在一製作特徵與一預定參考參數(例如基於特徵之一先前計算模擬)之間比較該些參數之任一參數以決定製作母版6306之特性。
在一具體實施例中，在二不同波長下組合來自二不同感測器或來自一光學系統之資訊幫助將許多相關測量轉換成絕對量。例如，結合一光學測量系統使用一LVDT可有助 於提供一實體距離(例如從一製作母版至光學測量系統)，其可用於決定捕捉影像之適當比例縮放。
在採用該製作母版以從其複製特徵過程中，可能較為重要的係該板上組裝製作母版精確地相對於一複製裝置對齊。例如，在製造層疊光學元件過程中對齊一製作母版可決定不同特徵相互之間及相對於偵測器之對齊。在製作母版自身上製作對齊特徵可促進製作母版相對於該複製裝置之精確對齊。例如，上述高精度製作方法(例如金剛石車削)可用於同時或在與製作母版上的該等特徵相同的製作常式期間產生該些對齊特徵。在本申請案之背景內，一對齊特徵係理解為在製作母版表面上的一特徵，該製作母版係配置成用以與在一分離物件上的一對應對齊特徵協作以定義或指示一分離距離、在製作母版表面與分離物件之間的一平移及/或一旋轉。
對齊特徵可包括(例如)機械定義該製作母版表面與該分離物件之間相對位置及/或方位的特徵或結構。運動學對齊特徵係可使用上述方法製作的對齊特徵之範例。當運動軸數目與物件之間施加的實體約束數目總計6(即三平移與三旋轉)時，可滿足二物件之間的真實運動學對齊。當存在小於6個軸時，產生偽運動學對齊，故對齊受到約束。已顯示運動學對齊特徵在光學容限內(例如在數十奈米級別上)具有對齊可重複性。對齊特徵可製作在該板上組裝製作母版自身上，但在用於形成光學元件之特徵所板上組裝之區域之外。此外或視需要地，對齊特徵可包括指示製 作母版表面與分離物件之間的相對放置及方位之特徵或結構。例如，可配合視覺系統(例如顯微鏡)與運動系統(例如機器人)使用此類對齊特徵以相對定位製作母版表面與分離物件以致動陣列成像系統之自動裝配。
圖257顯示其上支撐一製作母版6324的一真空卡盤6322。製作母版6324可由(例如)玻璃或在特定關注波長下不透明的其他材料來形成。真空卡盤6322包括圓柱形元件6326、6326'及6326"，其用作一偽運動學對齊特徵組合之一部分。真空卡盤6322係組態成用以匹配一製作母版6328(參見圖258)。製作母版6328包括凸出元件6330、6330'及6330"，其形成該等偽運動學對齊特徵之一互補部分以匹配真空卡盤6322上的圓柱形元件6326、6326'及6326"。圓柱形元件6326、6326'及6326"與凸出元件6330、6330'及6330"提供偽運動學對齊而非真實運動學對齊，如所示，由於在真空卡盤6322與製作母版6328之間的旋轉運動未完全受到約束。一真實運動學配置會具有圓柱形元件6326、6326'及6326"相對於真空卡盤6322之圓柱形軸徑向對齊(即所有圓柱形元件旋轉90度)。各凸出元件6330、6330'及6330"可以係(例如)加工在製作母版6328上的半球形或可放入精確鑽孔內的精確加工球。其他運動學對齊特徵組合範例包括(但不限於)球體嵌套圓錐與球體嵌套球體。或者，圓柱形元件6326、6326'及6326"及/或凸出元件6330、6330'及6330"係區域近似圍繞真空卡盤6322及/或製作母版6328之一周邊形成的連續環。該些運動學對齊特徵 可使用(例如)一超高精度金剛石車削機來形成。
不同對齊特徵組合係如圖259至261所示。圖259係卡盤6322之一斷面圖，顯示圓柱形元件6326之一斷面。圖260及261顯示可適用於取代圓柱形元件6326與凸出元件6330之組合的替代性運動學對齊特徵組態。在圖260中，一真空卡盤6332包括組態成用以匹配凸出元件6330的一v形槽口6334。在圖261中，凸出元件6330在一平坦表面6338處匹配一真空卡盤6336。圖260及261所示之運動學對齊特徵組態同時允許控制真空卡盤6332及6336與製作母版6328之間的Z方向高度(即垂直於製作母版6328之平面)。凸出元件6330可(例如)與形成在製作母版6328上的用於形成光學元件之特徵之陣列相同的構造來形成，因此在真空卡盤6332及6336與製作母版6328之間的Z方向對齊可控制在次微米容限內。
參考圖257及258，構思形成額外的對齊特徵。例如，儘管如圖257及258所示之偽運動學對齊特徵組合可幫助製作母版6328相對於真空卡盤6322對齊，並因此幫助製作母版6324相對於Z方向平移之對齊，但真空卡盤6322及製作母版6328可保持相互旋轉。
作為一解決方案，可藉由在製作母版6328及/或真空卡盤6322上使用額外基準以獲得旋轉對齊。在本申請案之背景內，基準應理解為形成在一製作母版上以指示該製作母版相對於一分離物件之對齊的特徵。該些基準可包括(但不限於)徑向劃線(例如直線6340及6340'，參見圖258)、同 心環(例如環6342，圖258)及游標6344、6346、6348及6350(參見圖257及258)。例如，徑向線特徵6340可藉由在一~0.5 μm深度，在一徑向線上橫跨製作母版6328拖曳工具，同時保持心軸固定(不旋轉)，使用一金剛石切削工具來產生。分別位於真空卡盤6322及製作母版6328之一外部周邊上的游標6344及6348可藉由在一~0.5 μm深度下，在一徑向線上，橫跨真空卡盤6322或製作母版6328反複拖曳工具，同時保持心軸固定；接著脫離工具並旋轉心軸，使用一金剛石切削工具來產生。分別位於真空卡盤6322及製作母版6328之一匹配表面上的游標6346及6350可藉由在一~0.5 μm深度下，在一徑向線上，橫跨製作母版6328重複拖曳工具，同時保持心軸固定；接著脫離工具並旋轉心軸，使用一金剛石切削工具來產生。同心環可藉由直進一切削工具至製作母版一極小數量(~0.5 μm)同時旋轉支撐製作母版6328的心軸來產生。接著從製作母版6328收回工具，留下一精細、圓形線。可使用一顯微鏡或干涉儀來識別該些徑向及圓形線之交叉。使用基準之對齊可藉由(例如)使用一透明卡盤或一透明製作母版來提升。
圖257至261所示之對齊特徵組態係尤其有利，由於該等對齊特徵之位置及功能係獨立於製作母版6324，由此製作母版6324之特定實體尺寸及特性(例如厚度、直徑、平坦度及應力)對於對齊變得無關緊要。大於製作母版6324之厚度容限的在製作母版6324與製作母版6328之表面之間的間隙可藉由添加額外高度至對齊元件(例如環6324)來有意 形成。在製作母版偏離標稱厚度時，則一複製聚合物可僅填充在此厚度內。
圖262顯示一複製系統6352之一範例性具體實施例之一斷面圖，此處顯示以說明在將光學元件複製在一共同基底上期間各種組件之對齊。一製作母版6354、一共同基底6356及一真空卡盤6358係藉由對齊元件6360、6362及6364之組合來相互對齊。例如，可使用一壓力感應伺服壓機6366來將真空卡盤6358與製作母版6354壓制在一起。藉由精細地控制一夾力，在X、Y及Z方向上系統6352之重複性係在微米級別上。一旦正確對齊並壓制，可將一複製材料(例如一紫外線固化聚合物)注入在製作母版6354與共同基底6356之間定義的體積6368內；或者，可在對齊並壓制之前，將該複製材料注入於製作母版6354與共同基底6356之間。隨後，一紫外線固化系統6370可將該聚合物曝露於紫外線電磁能量並將該聚合物凝固成子光學元件。在凝固該聚合物之後，可藉由釋放壓機6366所施加之力來從真空卡盤6358移走製作母版6354。
可使用多個不同加工工具組態來製造用於形成光學元件之製作母版。各加工工具組態可具有促進在製作母版上形成特定類型特徵的特定優點。此外，特定加工工具組態允許利用可用於形成特定類型特徵的特定類型工具。此外，使用多個工具及/或特定加工工具組態促進在極高準確性及精度下進行所有形成一製作母版所需之加工操作而不需要從加工工具移除一給定製作母版之能力。
較為有利的係為了維持光學精度，使用一多軸加工工具形成包括用於形成一光學元件陣列之特徵的一製作母版可包括下列步驟序列：1)將製作母版固定至一固定器(例如一卡盤或其一適當等效物)；2)在製作母版上執行預備加工操作；3)在用於形成光學元件陣列之製作母版特徵之一表面上直接製作；及4)在製作母版表面上直接製作至少一對齊特徵；其中在該等執行及直接製作步驟期間，該製作母版仍保持固定在該製作母版固定器。此外或視需要地，一用於支撐製作母版之固定器之預備加工操作可在將製作母版固定其上之前執行。預備加工操作之範例係車削外直徑或"平面切削"(加工平坦化)製作母版以最小化卡盤夾力(及在部分脫落時產生的"彈起")所引發之任何偏轉/變形。
圖263至266顯示範例性多軸加工組態，其可用於製作用於形成光學元件之特徵。圖263顯示一組態6372，其包括多個工具。顯示第一及第二工具6374及6376，但可包括額外工具，視各工具之大小與Z軸級之組態。第一工具6374在軸XYZ具有多個運動度，如標注X、Y及Z的箭頭所示。如圖263所示，第一工具6374係定位用於利用(例如)一STS方法在製作母版6378之一表面上形成特徵。第二工具6376係定位用於車削製作母版6378之外徑(OD)。第一及第二工具6374及6376可同時係SPDT工具或任一工具可以係一不同類型，例如用於形成更大、更低精度特徵(例如島凸面元件)的高速鋸條，如本文上面結合圖234及235所述。
圖264顯示一加工工具6380，其包括一工具6382(例如一 SPDT工具)與一第二心軸6384。加工工具6380與加工工具6372(圖263)相同，除了用第二心軸6384交換該等工具之一。加工工具6380較為有利地用於包括銑製及車削二者的加工操作。例如，工具6382可表面切削製作母版6368或切削有意的加工標記或對齊游標；但是，第二心軸6384可利用一形成工具或球頭銑工具用於在用於形成光學元件之製作母版6368之一表面上產生陡峭或較深的特徵。製作母版6368可固定在第一心軸或第二心軸6384上或固定在一固定物品(例如直角槓桿)上。第二心軸6384可能係以50,000或100,000 RPM旋轉的一高速心軸。一100,000 RPM心軸提供較低準確性的心軸運動，但更快的材料移除。第二心軸6384實施工具6382，由於心軸6384能夠(例如)加工自由形式的陡峭斜坡並利用形成工具，但工具6382可用於(例如)形成對齊標記與基準。
圖265顯示一加工工具6388，其包括第二心軸6390與B軸旋轉運動。加工工具6388可有利地用於(例如)在正在加工的一製作母版之表面之外旋轉一切削工具之未移動中心並用於使用一翼形工具或平頭銑工具來連續地刻面凸表面。如所示，第二心軸6390係一慢速5,000或10,000 RPM心軸，其適合於固定一製作母版。或者，可使用諸如顯示附著至圖264之加工工具6380的一高速心軸。
圖266顯示一包括B軸運動的加工工具6392、多個夾工具柱6394及6396、及一第二心軸6398。夾工具柱6394及6396可用於固定SPDT、高速鋸條切削工具、度量系統及/或其 任一組合。加工工具6392可較為有利地用於更複雜的加工操作，其需要(例如)車削、銑製及度量或SPDT、粗糙車削及銑製。在一具體實施例中，加工工具6392包括黏附至夾工具柱6394的一SPDT工具(未顯示)、黏附至夾工具柱6396的一干涉儀度量系統(未顯示)及夾持在心軸6398上的一形成工具(未顯示)。旋轉B軸可提供額外空間以容納額外的夾工具柱或比不使用B軸可能提供的一更大範圍的工具及工具位置。
儘管現今不常見，但可利用併入懸臂心軸之加工工具，該懸臂心軸垂直懸掛於一工件之上。在一懸臂組態下，一心軸係經由一臂從XY軸懸掛而一工件係固定在一Z軸級上。此組態之一加工工具可有利地用於銑製極大的製作母版。此外，當加工較大工件時，可能較為重要的係測量並特徵化軸滑動之筆直度及偏差(筆直度偏差)。滑動偏差可能一般小於一微米，但還受溫度、工件重量、工具壓力及其他刺激物的影響。此點對於較短行程可能不足為慮；但是在加工較大部件之情況下，一具有一校正值之查找表可併入軟體或一控制器內用於任一軸，不論一線性軸或一旋轉軸。磁滯還可引起加工移動偏差。在一完整加工操作期間可藉由單向操作一軸來避免磁滯。
多個工具可藉由執行一系列加工操作及所形成特徵之測量來位置相關。例如，對於各工具：1)設定一初始加工座標集；2)使用該工具在一表面上形成一第一特徵，例如一半球形；及3)可使用一測量配置(例如一工具上或工具外干 涉儀)來決定所形成測試表面之一形狀及其任何偏差。例如，若切削一半球形，則可使該半球形之一規定之任何偏差(例如一半徑及/或深度偏差)與該初始加工座標集與"真實"工具加工座標之間的一偏移相關。使用該偏差之分析，可決定用於工具之一校正切削座標集，然後加以設定。此流程可執行用於任一數目的工具。利用G碼命令G92("座標系統集")，可儲存並程式化座標系統偏移用於各工具。還可藉由利用該工具內測量子系統而非利用一工具外干涉儀決定所形成測試表面之形狀，使工具內測量子系統(例如圖255之子系統6304)與任一工具相關。對於具有多個心軸之加工組態，例如一C軸心軸與固定在一B或Z軸上的一第二心軸，固定其上的該等心軸或工件可藉由測量一總指示偏搖度("TIR")，同時在其軸上旋轉心軸並隨後在XY移動C軸來位置(例如同軸)相關。上述方法可能導致在任一方向上決定加工工具子系統、軸及工具之間的位置關優於1微米。
圖267顯示一適用於形成一加工表面之一範例性翼形工具組態6400，其包括期望加工標記。翼形工具組態6400可藉由選擇一二心軸加工組態(例如圖265之組態6388)來實現。翼形工具6402係附著至一C軸心軸且接合製作母版6404並相對其旋轉。翼形工具6402相對於製作母版6404之旋轉在製作母版6404之一表面上產生一系列溝槽6406。製作母版6404可在一第二心軸6408上旋轉一第一120度，接著一第二120度並可每次執行該開槽操作。所產生的溝槽 圖案係如圖268所示。除了形成溝槽圖案外，一翼形工具組態可較有利地用於使製作母版表面平坦化並垂直於心軸軸。
圖268以部分正面圖形式顯示藉由使用圖267之翼形工具組態所形成的一範例性加工表面6410。藉由每次順時針旋轉第二心軸120度，可在一表面之上形成一三角或六邊形系列的期望加工標記6412。在一範例中，可使用期望標記6412來在一由一製作母版所形成之光學元件內形成一抗反射釋放圖案。例如，一具有一120 nm工具尖之SPDT可用於切削分開大約400 nm及100 nm深的溝槽。該等形成溝槽形成一抗反射釋放結構，當形成在一適當材料(例如一聚合物)內時，其將為從大約400至700 nm的波長提供一抗反射效應。
可用於在一製作母版上製作光學元件之另一製程係購自QED Technologies,Inc的Magnetorheological Finishing(MRF®)。而且，除了光學元件之外，製作母版還可藉由STS/FTS、多軸銑製及多軸研磨方法或另外方法一起來標記額外特徵，例如方位標記、對齊及識別。
本揭示案之教導允許在(例如)一八英吋或更大製作母版上直接製作複數個光學元件。即，在一製作母版上的光學元件可藉由直接製作而不需要(例如)複製製作母版之較小區段以形成一全完板上組裝製作母版來形成。直接製作可藉由(例如)加工、銑製、研磨、金剛石車削、打磨、拋光、翼形切削及/或使用一專用工具來執行。因而，複數 個光學元件可在至少一尺度上(例如至少一X、Y及Z方向)至次微米精度並在其相互相對的位置上次微米準確性地形成在一製作母版上。本揭示案之加工組態係彈性，使得可高位置準確性地製作一具有各種旋轉對稱性、旋轉不對稱性及非球面表面的製作母版。即，不同於先前製作母版製造方法，其涉及形成若干光學元件之一或一群組並橫跨一晶圓複製其，本文所揭示加工組態允許以一製作步驟橫跨整個製作母版製作複數個光學元件以及各種其他特徵(例如對齊標記、機械間隔物及識別特徵)。此外，依據本揭示案之特定加工組態提供影響穿過其傳播之電磁能量之表面特徵，從而提供一額外自由度給光學元件之設計者以將期望加工標記併入該等光學元件之設計。特定言之，本文所揭示之加工組態包括C軸定位模式切削、多軸銑製、及多軸研磨，如上所詳述。
圖269至272顯示所示層疊光學元件之三個不同製作方法。應注意，儘管用於說明之層疊光學元件包括三個或更少的層，但使用該些方法而可產生之層數沒有任何上限。
圖269說明一製程流程8000，其中一共同基底係圖案化有交替高及低折射率材料層以在一共同基底上形成層疊光學元件。如上述，一層疊光學元件包括至少一光學元件，其光學連接於至一共同基底之一區段。出於說明清楚，圖269顯示一層疊光學元件之二層8014A及8014B之形成；但是製程流程8000可(且可能會)用於在一共同基底8006上形成一層疊光學元件陣列。共同基底8006可以係(例如)形成 在一矽晶圓上的一CMOS偵測器陣列；在此情況下，該層疊光學元件陣列與該偵測器陣列之組合將會形成陣列成像系統。製程流程8000開始於一共同基底8006與一製作母版8008A，其可分別使用黏著劑或表面釋放劑來處理。在此製程流程8000中，將模製材料8004A珠沈積在製作母版8008A或共同基底8006上。模製材料8004A，其可以係本文所揭示之任一模製材料，係選擇用於保形地填充製作母版8008A，但應能夠在處理之後固化或硬化。例如，模製材料8004A可以係一商用光學聚合物，其可藉由曝光於紫外線電磁能量或高溫來固化。模製材料8004A還可藉由真空作用來消磁，之後將其施加至該共同基底，以便減輕可能由於夾帶氣泡所引起之光學瑕疵之一可能性。
圖269說明依據一具體實施例之一用於製作層疊光學元件之製程流程8000。在步驟8002，模製材料8004A(例如一紫外線固化聚合物)係沈積在共同基底8006之間，共同基底8006可以係一矽晶圓，其包括一CMOS偵測器陣列與晶圓級製作母版8008A。製作母版8008A係在精確容限內加工以提供特徵用於定義一可使用模製材料8004A模製之層疊光學元件陣列。接合製作母版8008A與共同基底8006藉由設計成用於定義製作母版8008A之一光學元件陣列的內部空間或特徵，將模製材料8004A模製成一預定形狀。模製材料8004A可選擇以在模製材料8004A之一未固化或一固化狀態下提供與設計考量相關的一所需折射率及其他材料屬性(例如黏度、黏著力及楊氏模數)。一微量吸管陣列 或受控體積噴射分注器(未顯示)可用於在需要時遞送精確數量的模製材料8004A。儘管本文中結合模製材料與相關固化步驟來說明，但形成光學元件之製程可藉由利用諸如熱壓花模製材料之技術來執行。
步驟8010需要固化模製材料8004A，使用本文中已一般說明的此類技術使製作母版8008A在精確對齊下接合共同基底8006。可光學或熱固化模製材料8004A以硬化製作母版8008A所修整之模製材料8004A。取決於模製材料8004A之一反應性，諸如一紫外線燈8012之催化劑可(例如)用作一紫外線電磁能量之來源，該紫外線電磁能量可透射過一半透明或透明製作母版8008A。下文中將說明半透明及/或透明製作母版。應瞭解，藉由固化模製材料8004A而起始之一化學反應可能會引起模製材料8004A在體積及/或線性尺寸上各向同性(異性)地收縮。例如，許多常見紫外線固化聚合物在固化時展現3%至4%的線性收縮。因此，可設計並加工製作母版8008A以提供容納此收縮之額外體積。所產生固化模製材料依據製作母版8008A保持一預定設計之形狀。如步驟8016所示，在製作母版8008A脫離以形成一層疊光學元件8014之一第一光學元件8014A之後，固化模製材料保留在共同基底8006上。
在步驟8018，製作母版8008A係使用一第二製作母版8008B來取代。製作母版8008B可在用於定義一層疊光學元件陣列之特徵之預定形狀上不同於製作母版8008A。一第二模製材料8004B係沈積在該層疊光學元件之第一光學 元件8014A上或在製作母版8008B上。第二模製材料8004B可選定以產生不同於模製材料8004A所提供之材料屬性，例如折射率。為此層"B"重複步驟8002、8010、8016產生一固化模製材料層，其形成該層疊光學元件8014之一第二光學元件8014B。可盡可能多地對在預定設計之一層疊光學元件中定義所有光學(光學元件、間隔物、孔徑等)所必需之光學元件層重複此製程。
模製材料係針對硬化之後的材料光學特性與同時在硬化期間與固化之後的材料機械特性二者來選擇。一般而言，當用於一光學元件時，遍及關注一波長頻帶，一材料應具有較高透射率、較低吸收率及較低散射。若用於形成孔徑或其他光學(例如間隔物)，一材料可具有較高吸收率或通常不適用於透射光學元件的其他光學特性。機械上還應選擇一材料，使得在一成像系統之一操作溫度及濕度範圍內，該材料之膨脹不會減小成像效能超過可接受的度量。 一材料應選擇以在一固化程序期間獲得可接受的收縮度及揮發量。此外，一材料應能夠承受諸如在一成像系統之封裝期間可使用之回焊及凸塊接合之製程。
一旦已圖案化該等層疊光學元件之所有個別層，必要時，可將一層施加至一頂層(例如由光學元件8014B所表示之層)，該層具有保護性屬性並可以係一其上圖案化一電磁能量阻障孔徑之所需表面。此層可以係一剛性材料，例如一玻璃、金屬或陶瓷材料，或可以係一膠封材料以促進該等層疊光學元件之更佳結構整體性。在使用一間隔物 下，一間隔物陣列可接合共同基底或該層疊光學元件之任一層之一圍場區域，注意確保該間隔物陣列內的透孔適當對齊該等層疊光學元件。在使用囊封材料下，該囊封材料可以一液體形式圍繞該等層疊光學元件而散佈。接著可硬化該囊封材料且必要時可跟隨一平坦化層。
圖270A及270B提供如圖269所示之製程8000之一變更。製程8020開始於步驟8022，其中一製作母版、一共同基底及一真空卡盤係配置成用以極精確地對齊。此對齊可藉由被動或主動對齊特徵及系統來提供。主動對齊系統包括視覺系統及機器人用於定位該製作母版、該共同基底及該真空卡盤。被動對齊系統包括運動學固定配置。形成在該製作母版、共同基底及真空卡盤上的對齊特徵可用於以任一次序相對定位該些元件或可用於相對於一外部座標系統或參考來定位該些元件。可藉由執行諸如在步驟8024使用一表面釋放劑處理該製作母版、在步驟8026將一孔徑或對齊特徵圖案化在該共同基底(或其上形成的任何光學元件)、及在步驟8028使用一黏著促進劑來調節該共同基底，來處理該共同基底及/或製作母版。步驟8030需要將諸如固化聚合物材料之模製材料沈積在該製作母版及該共同基底之任一者或二者上。該製作母版及該共同基底在步驟8032精確對齊並使用一確保精確定位之系統在步驟8034接合。
一起始源(例如一紫外線燈或熱源)在步驟8036將該模製材料固化成一硬度狀態。該模製材料可以係(例如)一紫外線固化丙烯酸聚合物或共聚物。應瞭解，該模製材料還可 由一冷卻便硬化的塑膠熔融樹脂或由一低溫玻璃來沈積及/或形成。在低溫玻璃之情況下，該玻璃係在沈積之前加熱並一冷卻便硬化。該製作母版及共同基底係在步驟8038脫離以在共同基底上留下模製材料。
步驟8040檢查以決定是否已製作所有層疊光學元件層。若否，則可在步驟8042視需要地施加抗反射塗層、孔徑或光阻障層至最後形成的層疊光學元件層，然後該製程在步驟8044進行下一製作母版或其他製程。一般已硬化該模製材料並將其接合在該共同基底上，該製作母版便從該共同基底及/或真空卡盤脫離。選擇下一製作母版，並重複該製程，直到已產生所有期望層。
如下面將更詳細地說明，可用於產生除了緊隨上文所述之層疊光學元件外具有空氣間隙或移動部件之成像系統。在此類實例中，可能使用一間隔物陣列來容納該等空氣間隙或移動部件。若步驟8040決定已製作所有層，則可能在步驟8046決定一間隔物類型。若不需要任何間隔物，則在步驟8048產生一產品(即一層疊光學元件陣列)。若需要一玻璃間隔物，則玻璃間隔物之一陣列係在步驟8050接合至該共同基底，且必要時在步驟8052可將孔徑放置在該等層疊光學元件頂部，以在步驟8048產生一產物。若需要一聚合物間隔物，則一填充聚合物可在步驟8054沈積在該等層疊光學元件頂部上。該填充聚合物係在步驟8056固化並可在步驟8058加以平坦化。必要時，可放置8060一孔徑在該等層疊光學元件頂部，以產生一產物8048。
圖271A至C說明用於一製程之一製作母版幾何形狀，其中一層疊光學元件之連續層之外部尺寸係設計使得其可連續地形成，各形成層減小與各採用製作母版之表面接觸並允許可用的圍場區域用於各連續層。儘管在圖271A至C中顯示製作母版位於一層疊光學元件、一共同基底及一真空卡盤之"頂部"，但可能較為有利的係逆反此配置。該逆反配置尤其適用於低黏度聚合物，當未固化時，其可保持在製作母版之一凹陷部分內。
圖271A至271C顯示描述一層疊光學元件陣列之形成的一系列斷面，各層疊光學元件包括形成一"層糕"設計之三層光學元件，其中各後續形成光學元件具有一小於前面光學元件之外徑。斷面不同於該層糕設計之組態(如圖273及274所示)可藉由與形成該層糕組態相同之製程來形成。一組態之一產生斷面可能與此處所述圍場特徵中之變化相關聯。可以係一偵測器陣列的一共同基底8062係固定在一真空卡盤8064上，其包括先前已說明之運動學對齊特徵8065A及8065B。為了促進精確對齊製作母版8066A、8066B及8066C，共同基底8062可先相對於真空卡盤8064精確對齊。隨後，個別製作母版8066A、8066B及8066C之運動學對齊特徵8067A、8067B、8067C、8067D、8067E及8067F接合真空卡盤8064之運動學特徵以精確對齊該等製作母版而放置真空卡盤8064，從而精確地對齊製作母版8066A、8066B及8066C與共同基底8062之任一者。在形成層疊光學元件8068、8070及8072之後，在該層疊光學元件 之間的區域可填充一可固化聚合物或用於平坦化、光阻障、EMI遮蔽或其他用途的其他材料。因此，一第一沈積在共同基底8062頂部形成光學元件層8068。一第二沈積在光學元件8068頂部形成層疊光學元件層8070，而一第三沈積在光學元件8070頂部形成光學元件層8072。應瞭解，在通光孔徑外部(在該等圍場區域內)，該模製製程可將小量過多材料推入開發空間8074內。斷線8076及8078係說明以顯示圖271A至271C所示之元件未按比例縮放繪製，可以係任一尺寸，並可包括一任意數目層疊光學元件陣列。
圖272A至272E說明用於形成一層疊光學元件陣列之一替代性製程。一模製材料可沈積在一母版模具之一腔內，接著一製作母版接合該母版模具且成形該模製材料至該腔，從而形成一第一層的一層疊光學元件。一旦接合該製作母版，便固化該模製材料，且隨後從該結構脫離該製作母版。接著重複該製程用於如圖272E所示之一第二層。一共同基底(未顯示)可施加至一最後形成的光學元件層，從而形成一層疊光學元件陣列。儘管圖272A至272E顯示一三、二層層疊光學元件陣列之形成，但如圖272A至272E所示之製程可用於形成任意數量的任意數目層層疊光學元件之一陣列。
在一具體實施例中，組合一可選剛性基板8086來使用一母版模具8084以使母版模具8084變硬。例如，一由PDMS所形成之母版模具8084可藉由一金屬、玻璃或塑膠基板8086來支撐。如圖272A所示，一不透明材料之環狀孔徑 8088、8090及8092(例如一金屬或電磁能量吸收材料)係同心放置於各井8094、8096、8098中。如相對於圖272B中井8096所示，可藉由微量吸管或受控容積噴射分注器在井8096內放置一預定數目的模製材料8100。如圖272C所示，一製作母版8102與井8096精確地定位。製作母版8102與母版模具8084之接合修整模製材料8100並強迫過多材料8014進入在製作母版特徵8108與母版模具8084之間的一環形空間8106內。例如藉由紫外線電磁能量及/或熱能量來固化該模製材料8100，隨後從母版模具8084脫離製作母版8102留下如圖272D所示之固化光學元件8107。一第二模製材料8109(例如一液體聚合物)係沈積在光學元件8107頂部，如圖272E所示，以準備使用一第二製作母版(未顯示)進行模製。在一層疊光學元件陣列中形成額外層疊光學元件之此製程可重複任意次數。
出於說明性、非限制性目的，如圖273及274所示之範例性層疊光學元件組態係用於提供由圖271A至271C與圖272A至272E之替代性方法所產生之層疊光學元件組態之間的一比較。應明白，本文所述之任一製作方法或其部分之組合可用於製作任意層疊光學元件組態或其部分。圖273對應於圖271A至271C所示之方法，而圖274對應於圖272A至272E所示者。儘管該等模製技術產生極不同的整體層疊光學元件組態8110及8112，但在直線8116及8116'內的結構8114係相同的。直線8116及8116'定義個別層疊光學元件組態8110及8112之一通光開放孔徑，然而徑向在直線 8116及8116'外側的材料構成過多材料或圍場。如圖273所示，層8118、8120、8121、8122、8124、8126及8128係按其連續形成次序來編號，以指示其係已連續沈積至一共同基底。該些層之相鄰層可具有(例如)從1.3至1.8範圍內變化的折射率。層疊光學元件組態8110不同於圖271及3之"層糕"設計，在於連續層係形成有交錯直徑而非依序變小的直徑。層疊光學元件之圍場區域之不同設計可用於協調處理參數，例如光學元件大小及模製材料屬性。相比之下，如圖274所示之層疊光學元件組態8112中，連續編號的層8130、8132、8134、8136、8138、8140及8142指示層8130係先依據圖272A至272E之方法形成。層疊光學元件組態8112可能在最靠近一偵測器之影像區域的光學元件之直徑在直徑上小於該等更遠離該偵測器者之情況下較佳。此外，在依據圖272A至272E之方法形成時，層疊光學元件組態8112可提供一用於圖案化孔徑(例如孔徑8088)之方便方法。儘管緊接上文所述之範例性組態與特定層疊光學元件之層形成次序相關聯，但應明白，該些形成次序可(例如)藉由相反次序、重編號、替代及/或省略來修改。
圖275以透視圖顯示一製作母版8144之一斷面，其包含用於形成可用於波前編碼應用之相位修改元件之複數個特徵8146及8148。如所示，各特徵之表面具有八折疊對稱性"八角式"刻面表面8150及8152。圖276係沿圖275之直線276至276'所截取之製作母版8144之一斷面圖並顯示相位修改元件8148之進一步細節，包括一圍場形成表面8154所環 繞之刻面表面8152。
圖277A至277D顯示關於在一共同基底8156之一側或兩側上形成層疊光學元件8180、8182及8190之一系列斷面圖。可分別將此類層疊光學元件稱為單面或雙面晶圓級光學元件(WALO)裝配件。圖277A顯示如圖271A所示之共同基底8062以類似方式已處理的共同基底8156。可以係一包括一偵測器陣列(包括小透鏡)之矽晶圓的共同基底8156係固定在一真空卡盤8158上，其包括先前已說明之運動學對齊特徵8160。一製作母版8164之運動學對齊特徵8165接合真空卡盤8158之對應特徵8160以精確對齊製作母版8164而定位共同基底8156。在該等複製層疊光學元件之間的區域可填充一固化聚合物或用於平坦化、光阻障、EMI遮蔽或其他使用之其他材料。一第一沈積在共同基底8156之一側8174上形成光學元件層8166。在光學元件8166之間的區域可填充一固化聚合物或用於平坦化、光阻障、EMI遮蔽或其他用途的其他材料。圖277B顯示脫離真空卡盤8158的共同基底8156，其中共同基底8156係還保持在製作母版8164內。在圖277C中，一第二沈積使用製作母版8168來在共同基底8156之一第二側8172上形成一光學元件層8170。此第二沈積係藉由使用運動學對齊特徵8176來促進。運動學對齊特徵8176，與對應之運動學對其特徵8165合作，還定義層8166及8170之層之間的距離，因此共同基底8156之厚度變更或厚度容限可使用運動學對齊特徵8176及8165來補償。圖 277D顯示脫離製作母版8164之共同基底8156上的一產生結構8178。一光學元件層8166包括光學元件8180、8182及8190。額外層可形成在任一或二層光學元件8166及及8170之頂部上。由於共同基底8156及一或二層8166及8170保持固定至真空卡盤8158或製作母版8164及8168之一者，故可相對於運動學對齊特徵8176及8165來維持共同基底8156之對齊。
圖278顯示一間隔物陣列8192，其包括因此形成之複數個圓柱形開口8194、8196及8198。間隔物陣列8192可由玻璃、塑膠或其他適當材料形成並可具有大約100微米至1 mm或更多的一厚度。圖279A顯示一陣列結構8199包括間隔物陣列8192相對於圖277D之產生結構8178上對齊並定位且附著至共同基底8156。圖279B顯示附著至間隔物陣列8192頂部的一第二共同基底8156'。一光學元件陣列可能使用相似於圖277A至277D所述之一流程已形成在第二共同基底8156'上。
圖280顯示層疊光學元件之一所得陣列8204，其包括連接於間隔物8192的共同基底8156及8156'。層疊光學元件8206、8208及8210係各由光學元件與一空氣間隙形成。例如，層疊光學元件8206係由光學元件8180、8180'、8207、8207'所形成，該等光學元件係構造並配置以提供一空氣間隙8212。空氣間隙可用於改良其個別成像系統之光學功率。
圖281至283顯示晶圓級變焦成像系統之斷面，該晶圓級 變焦成像系統可由光學器件集合形成，連同使用一間隔物(如圖278之間隔物陣列8192)為一或多個光學器件之移動提供移動。該成像系統之各組光學器件可在一共同基底之兩側上具有一或多個光學元件。
圖281A至281B顯示具有兩個移動雙面WALO裝配件8216及8218之一成像系統8214。WALO裝配件8216及8218係用作一變焦組態之中心及第一移動群組。中心及第一群組移動係藉由利用比例彈簧8220及8222來支配，使得WALO裝配件8216及8218之運動可分別藉由位移△(X1)及△(X2)之變化而描述，其中△(X1)/△(X2)對於X1/X2為一常數比例。變焦移動係藉由調整一力F(藉由一大箭號表示)作用在WALO裝配件8218所引起之距離X1、X2之相對移動來獲得。
圖282A、282B、283A及283B顯示利用一由一雙面WALO裝配件8226所形成之中心群組的一晶圓級變焦成像系統之斷面圖。在圖282A至282B中，在該晶圓級變焦成像系統中，一WALO裝配件8226之至少一部分充滿鐵磁材料，使得來自一螺線管8228之電動力能夠在圖282A所示在一第一狀態8224之一第一位置8230與圖282B所示一第二狀態8224'之一第二位置8232之間移動WALO裝配件8226。在圖283A至283B中，一WALO裝配件8236分離耦合個別孔8242及8244之貯藏器8238及8240允許流入物8246及8248與流出物8250及8252。因此，例如藉由液壓或氣壓作用，WALO裝配件8236可從一第一狀態8234移動至一第二狀態8234'。
圖284顯示一對齊系統8254之一正面圖，其包括一真空卡盤8256、一製作母版8258及一視覺系統8260。一球及圓柱特徵8262包括一彈簧偏置球，其係固定於黏附至真空卡盤8256之固定塊8264內的一圓柱形鑽孔內部。在一受控接合方法中，球及圓柱特徵8262接觸附著至製作母版8258之一鄰接塊8266，由於製作母版8258及真空卡盤8256係在製作母版8258與真空卡盤8256之間接合之前在θ方向上相互定位。可電子感應此接合，於是視覺系統8260決定在製作母版8258上的索引標記8268與真空卡盤8256上的索引標記8270之間的相對位置對齊。索引標記8268及8270還可以係游標或基準。視覺系統8260產生一信號，其係傳送至一電腦處理系統(未顯示)，該系統解譯該信號以提供機器人位置控制。該等解譯結果在Z及θ方向上驅動一偽運動學對齊(如本文所述，可藉由在真空卡盤8256與製作母版8258之間形成的環形偽運動學對齊特徵控制半徑R對齊)。在緊隨上文所述之範例中，協作地使用被動機械對齊特徵及視覺系統以用於定位製作母版8258及真空卡盤8256。或者，可個別地使用被動機械對齊特徵及視覺系統以用於定位。圖285係一斷面圖，其顯示形成於製作母版8258與真空卡盤8256之間的一共同基底8272及層疊光學元件之一陣列8274。
圖286顯示對齊系統8254之一俯視圖以說明透明或半透明系統組件之使用。在一不透明或不半透明製作母版8258之情況下，特定通常隱藏的特徵係顯示為虛線。圓形虛線 表示共同基底8272之特徵，其包括具有一索引標記8278與層疊光學元件8274之一圓周。製作母版8258具有至少一圓形特徵8276並提供可用於對齊之索引標記8268。真空卡盤8256提供索引標記8270。索引標記8278係對齊索引標記8270，由於共同基底8272係定位於真空卡盤8256內。視覺系統8260感應索引標記8268及8270之對齊至奈米級精度以藉由θ旋轉來驅動對齊。儘管在圖286中顯示定向於一垂直於共同基地8272之表面之法線的平面內，但視覺系統8260可採用其他方式定向以能夠觀察到任何必要對齊或索引標記。
圖287顯示具有一共同基底8292固定其上的一真空卡盤8290之一正面圖。共同基底8292包括一層疊光學元件陣列8294、8296及8298。(未標注所有層疊光學元件以促進說明清楚。)儘管顯示層疊光學元件8294、8296及8298具有三層，但應明白一實際共同基底可保持具有多個層之層疊光學元件。如一範例，大約兩千個適用於VAG解析度CMOS偵測器之層疊光學元件可形成在一直徑為八英吋的共同基底上。真空卡盤8290具有去頂圓錐特徵8300、8302及8304，其形成一運動學支架之一部分。圖288係固定在真空卡盤8290內的共同基底8292之一斷面圖，球8306提供分別駐留在真空卡盤8290與製作母版8313上的去頂圓錐特徵8304及8310之間的對齊。
圖289及290顯示構造一製作母版之二替代性方法，該製作母版可包括結合圖286所示之系統8254使用的透明、半 透明或導熱區域。圖289係一製作母版8320之一斷面圖，製作母版8320包含一透明、半透明或導熱材料8322，其黏附至一具有其表面運動學特徵8326定義其上之不同環繞特徵8324。材料8322包括用於形成陣列光學元件之特徵8334。材料8322可以係玻璃、塑膠或其他透明或半透明材料。或者，材料8322可以係一高導熱性金屬。環繞特徵8324可由一金屬(例如黃銅)或一陶瓷形成。圖290係由一三部分構造形成的一製作母版8328之一斷面圖。一圓柱形插入物8330可以係支撐一低模數材料8332(例如PDMS)之玻璃，併入用於形成陣列光學元件之特徵8334。
可加工、模製或鑄造材料8332。在一範例中，材料8332係使用一金剛石加工母版而模製在一聚合物內。圖291A顯示在插入並模製一三部分母版8338之一第三部分(未示出)之前的一金剛石加工母版8336與一三部分母版8338之斷面。一環繞特徵8340包圍一圓柱形插入物8342。一模製材料8343係添加至體積8346，然後金剛石加工母版8336利用運動學對齊特徵8348接合模製材料8343及如圖291B所示之三部分母版8338。金剛石母版8336之脫離留下金剛石母版8336之子複本圖案8350，如圖291C所示。
圖292以俯視透視圖顯示一製作母版8360。製作母版8360包括複數個用於形成光學元件之特徵之組織陣列。一此類陣列8361係由一虛線輪廓來選擇。儘管在許多實例中，陣列成像系統可單片化成個別成像系統，但成像系統之特定配置可集中在一起而不加以單片化。因此，製作母 版可調適以支撐非單片化成像系統。
圖293顯示一包括一3X3之層疊光學元件陣列之分離陣列8362，其包括結合用於形成圖292之製作母版8360之光學元件之特徵之陣列8361已形成的元件8364、8366及8368。分離陣列8362之各層疊光學元件可與一個別偵測器相關聯，或者各層疊光學元件可與一共同偵測器之一部分相關聯。已填充在個別光學元件之間的間隔8370，從而給分離陣列8362增加強度，分離陣列8362係已藉由鋸割或劈開而與一更大的層疊光學元件陣列(未顯示)分離。該陣列形成一"超級相機"結構，其中該等光學元件之任一光學元件(例如光學元件8364、8366及8368可相互不同或可具有相同結構)。該些差異係說明於圖294之斷面圖內，其中層疊光學元件8366、8364及8368均彼此不同。層疊光學元件8364、8366及8368可包含本文所述之該等光學元件之任一者。此類超級相機模組可用於具有多個變焦組態而不涉及光學之機械移動，從而簡化成像系統設計。或者，一超級相機模組可用於立體成像及/或距離修正。
藉由使用相容現有用於製造埋入一偵測器之偵測器像素內之光學元件之製程(例如CMOS製程)的材料及方法，本文所述具體實施例提供超過現有電磁偵測系統及其製作方法之優點。即，在本揭示案之背景下，"埋入式光學元件"應理解為整合於一偵測器像素結構用於以預定方式在該偵測器像素內重新分佈電磁能量並由材料形成並使用可用於製造偵測器像素自身之流程的特徵。該等產生偵測器具有 潛在低成本、更高良率及更佳效能之優點。特定言之，效能改良可行，因為光學元件係使用像素結構之知識(例如金屬層位置與感光區域)來設計。此知識允許一偵測器像素設計者最佳化專用於一給定偵測器像素之一光學元件，從而允許(例如)為各特定色彩自訂用於偵測不同色彩(例如紅、綠及藍)之像素。而且，整合埋入式光學元件製作與偵測器製程可提供額外優點，例如但不限於更佳的製程控制、更少的污染、更少的製程中斷及減小的製作成本。
關注圖295，顯示一偵測器10000，包括複數個偵測器像素10001，其還參考圖4A論述過。通常，複數個偵測器像素10001係藉由習知半導體製程(例如CMOS製程)來同時產生以形成偵測器10000。圖295之偵測器像素10001之一之細節係說明於圖296中。在圖296中可看出，偵測器像素10001包括一感光區域10002，其與一共同基底10004(例如一晶體矽層)整體形成。由用於半導體製造之一傳統材料(例如電漿增強型氧化物(PEOX))所形成之一支撐層10006在其內支撐複數個金屬層10008以及埋入光學元件。如圖296所示，在偵測器像素10001內的埋入式光學元件包括一金屬透鏡10010與一繞射式元件10012。在本揭示案之背景下，一金屬透鏡係理解為配置成用以影響透射過其之電磁能量之傳播的一結構集合，其中該結構在至少一尺寸上比特定關注波長更小。繞射式元件10012係顯示伴隨置放於偵測器像素10001頂部之一鈍化層10014之沈積而整體形成。鈍化層10014及因此的繞射式元件10012可由一般用於 半導體製造之一傳統材料形成，例如氮化矽(Si3N4)或電漿增強型氮化矽(PESiN)。其他適當材料包括(但不限於)碳化矽(SiC)、四乙基氧化矽(TEOS)、磷矽玻璃(PSG)、硼磷矽玻璃(BPSG)、氟摻雜矽玻璃(FSG)及BLACK DIAMOND®(BD)。
繼續參考圖295，埋入式光學元件10010及10012係使用用於形成(例如)感光區域10002、支撐層10006、金屬層10008及鈍化層10014之相同製程(例如微影術)，在偵測器像素製造期間形成。埋入式光學元件10010及10012還可藉由在製程層10006內修整另一材料(例如碳化矽)而整合在偵測器像素10001內。例如，該等埋入式光學元件10010及10012可在該偵測器像素10001之製程期間微影蝕刻地形成，從而在已形成偵測器像素之後排除添加光學元件所需之額外製程。或者，可藉由層結構之毯覆式沈積來形成埋入式光學元件10010及10012。在一範例中，埋入式光學元件10010可配置為一金屬透鏡，而埋入式光學元件10012可配置為一繞射式元件，埋入式光學元件10012可合作以執行(例如)入射其上之電磁能量之主光線角校正。在本背景下，一PESiN及PEOX之組合尤其具有吸引力，因為其提供一較大折射率差，此點在製作薄膜(例如)薄膜濾光片中較為有利，將參考圖303在下文適當處加以說明。
圖297顯示配合圖295及296之偵測器像素10001使用的金屬透鏡10010之進一步細節。金屬透鏡10010可藉由複數個次波長結構10040來形成。作為一範例，對於一給定目標 波長λ，次波長結構10040之各結構可以係一側具有一λ/4波長並間隔λ/2之一立方體。金屬透鏡10010還可包括集體形成光晶體的週期性介電結構。次波長結構10040可由(例如)PESiN、SiC或該等二材料之一組合所形成。
圖298至304說明依據本揭示案適合包括於偵測器像素10001內作為埋入式光學元件之額外光學元件。圖298顯示一壓電元件10045。圖299顯示一折射式元件10050。圖300顯示一閃光光柵10052。圖301顯示一共振腔10054。圖302顯示一次波長、頻擾光柵10056。圖303顯示一薄膜濾光片10058，其包括組態成用以(例如)波長選擇過濾之複數個層10060、10062及10064。圖304顯示一電磁能量圍阻腔10070。
圖305顯示一偵測器像素10100之一具體實施例，其包括用於向感光區域10002引導入射電磁能量10112之一波導10110。波導10110係組態使得形成波導10110之材料之折射率從一中心線10115在一方向r上徑向向外變化；即波導10110之折射率n係依賴於r，使得折射率n=n(r)。可(例如)藉由植入並熱處理形成波導10110之材料或(例如)藉由先前所述用於製造非均質光學元件之方法(圖113至115、131及144)來產生折射率變更。波導10110提供一優點，即可更有效率地向感光區域10002引導電磁能量10112，在該區域內將電磁能量轉換成一電子信號。此外，波導10110允許在偵測器像素10001內較深地放置感光區域10002，允許(例如)使用更大數目的金屬層10008。
圖306顯示一偵測器像素10120之另一具體實施例，其包括一波導10122。波導10122包括一由一低折射率材料10126所包圍的高折射率材料10124，低折射率材料10126係組態成用以相互協作以便向感光區域10002引導入射電磁能量10112，類似於在一光纖內的一核心及包覆配置。可取代低折射率材料10126來使用一空洞空間。如同先前者，此具體實施例提供優點，即即便該感光區域係較深地埋入偵測器像素10001內時，仍有效率地將電磁能量10112引向感光區域10002。
圖307顯示一偵測器像素10150之另一具體實施例，此時分別包括第一及第二組金屬透鏡10152及10154，其協作以形成一替續組態。由於金屬透鏡可較強地展現波長依賴行為，該第一及第二組金屬透鏡10152及10154之一組合可配置成用以有效地進行波長依賴過濾。儘管金屬透鏡10152及10154係顯示為個別元件陣列，但該些元件可由一單一統一元件形成。例如，圖308顯示沿一空間s軸，在感光區域10002處用於一0.5 μm波長之電場振幅之一斷面，如圖307內一虛雙箭頭所示。如圖308中明顯所示，該電場振幅係在此波長下圍繞感一光區域10002(圖307)之中心而中心定位。相比之下，圖309顯示沿s軸在感光區域10002處在一0.25 μm波長下該電場振幅之一斷面；此時，由於第一及第二組金屬透鏡10152及10154之第一及第二組之波長依賴性，透過此替續組態之電磁能量之電場振幅在感光區域10002之中心周圍展現一零。因此，藉由訂製形成金屬透 鏡10152及10154之次波長結構之大小及間隔，該替續器可配置成用以執行色彩過濾。而且，可替續多個光學元件且其組合效應可用於改良一過濾操作或增加其功能性。例如，使用多個通帶之濾光片可藉由組合替續光學元件與互補過濾通帶來組態。
圖310顯示依據本揭示案用作一埋入式光學元件之一雙厚平板近似組態10200(例如如在圖295及296內的繞射式元件10012)。該雙厚平板組態藉由分別使用第一及第二厚平板10220及10230之一組合來分別近似一高度h且底部及頂部寬度b1及b2之梯形光學元件10210。為了最佳化該雙厚平板幾何形狀，可改變該厚平板高度，以便最佳化功率耦合。分別具有寬度W1=(3b1+b2)/4及W2=(3b2+b1)/4，具有寬度h1=h2=h/2之一雙厚平板組態係在功率耦合方面加以數值評估。
圖311顯示對於525 nm與575 nm之間的波長，用於一台形光學元件作為高度h及頂部寬度b2之一函數的分析結果。所有光學元件具有一2.2 μm底部寬度。在圖311中可看出，一具有頂部寬度b2=1600之台形光學元件比具有頂部寬度1400 nm及1700 nm之梯形光學元件將更多電磁能量遞送至感光區域(元件10002)。此資料指示具有在該些二值之間一頂部寬度之一台形光學元件可提供一區域耦合效率最大值。
可進一步採取該多厚平板組態並使用(例如)一雙厚平板來取代一傳統小透鏡。由於複數個偵測器之各偵測器之特 徵在於一像素敏感度，故可進一步最佳化一多厚平板組態用於在一給定偵測器像素之操作波長下改良敏感度。在一波長範圍內用於一小透鏡及雙厚平板之功率耦合效率之一比較係圖312所示。用於各色彩之雙厚平板幾何形狀係概述於表51內。依據用於上述W1及W2之表述，用於各波長頻帶之一最佳化梯形光學元件可用於決定該厚平板寬度。一雙厚平板光學元件可藉由改變高度來進一步最佳化以最大化功率耦合。例如，計算用於綠光波長之W1及W2可對應於如圖310所示之幾何形狀，但該高度能不一定理想。
圖313顯示使用一偏移嵌入式光學元件及一替續金屬透鏡之主光角校正之一範例。一系統10300分別包括一偵測器像素10302(由一方框邊界所指示)、金屬層10308及第一及第二埋入式光學元件10310及10312，其均相對於偵測器像素10302之一中心線10314偏移。圖313中的第一埋入式光學元件10310係圖296之繞射式元件10012或如圖298所示之繞射式元件10045之一偏移變更。第二埋入式光學元件10312係顯示為一金屬透鏡。在一由箭頭10317所示之方向上行進的電磁能量10315遇到第一埋入式元件10310，隨後 遇到金屬透鏡10308及第二埋入式光學元件10312，使得從該金屬透鏡開始，在一方向10317'之方向上行進的電磁能量10315'係現在法線入射在偵測器像素10302之一底部表面1032上(其上將定位一感光區域)。依此方式，該第一及第二埋入式光學元件10310及10312之組合因此增加偵測器像素10302之敏感度超過不帶埋入式光學元件10310及10312的一類似像素。
該偵測器系統之一具體實施例可包括額外薄膜層，如圖314所示，其係配置成用於不同彩色像素特定的波長選擇性過濾。該些額外層可由(例如)在整個晶圓上的毯覆式沈積形成。微影蝕刻光罩可用於定義上層(即自訂、波長選擇性層)，且可另外包括額外波長選擇性層(例如金屬透鏡)作為埋入式光學元件。
圖315顯示針對不同波長範圍，用於該等波長選擇性薄膜濾光片層之數值模型化結果。取決於色彩，如圖315之曲線圖10355所示之結果假定七個共同層(構成一部分反射鏡)，三或四個波長選擇性層居於頂部。曲線圖10355僅包括在該等偵測器像素頂部處所形成之該等層疊結構之效應；即該等埋入式金屬透鏡之效果未包括於該等計算內。 一實線10360對應於對於一配置成用於在紅光波長範圍內透射之層疊結構，透射作為波長之一函數。一實線10365對應於對於一配置成用於在綠光波長範圍內透射之層疊結構，透射作為波長之一函數。最後，一點線10370對應於對於一配置成用於在藍光波長範圍內透射之層疊結構，透 射作為波長之一函數。
可個別或組合地使用此處所表示的具體實施例。例如，可使用一嵌入式小透鏡並享受到改良像素敏感度之好處，同時仍使用傳統彩色濾光片，或可使用一薄膜濾光片用於一傳統小透鏡所覆蓋之紅外線截止過濾。但是，當傳統彩色濾光片及小透鏡係由埋入式光學元件取代時，但實現將所有偵測器製作步驟潛在整合在一單一制作設施內的額外優點，從而減小偵測器操作與可能的顆粒污染，並因此潛在地增加製作良率。
本揭示案之具體實施例還提供一優點，即由於缺少外部光學元件而簡化一偵測器之最後封裝。在此方面，圖316顯示一範例性晶圓10375，其包括複數個偵測器10380，還顯示複數個分離車線道10385，伴隨其將會切削該晶圓，以便將複數個偵測器10380分成個別器件。即，複數個偵測器10380之各偵測器已包括埋入式光學元件，例如小透鏡及波長選擇性濾光片，使得僅可隨同該等分離車線道分離該等偵測器以產生完整的偵測器而不需要額外的封裝。圖317顯示從底部顯示的偵測器10380之一，其中可看見複數個接合墊10390。換言之，可在各偵測器10380之底部製備接合墊10390，使得不需要用以提供電連接之額外封裝步驟，從而潛在地減小生產成本。圖318顯示偵測器10380之一部分10400之一示意圖。在圖318所示之具體實施例中，部分10400包括複數個偵測器像素10405，各偵測器像素包括至少一埋入式光學元件10410與一薄膜濾光片 10415(由相容偵測器像素10405製作的材料形成)。各偵測器像素10405係使用一鈍化層10420覆頂，接著使用一平坦化層10425及一覆蓋板10430塗佈整個偵測器。在此具體實施例之一範例中，鈍化層10420可由PESiN形成；鈍化層10420、平坦化層10425及覆蓋板10430之組合執行以(例如)進一步保護偵測器10380不受環境影響並允許分離並直接使用偵測器而不需額外的封裝步驟。當(例如)偵測器10380之頂部表面不水平時，可僅使用平坦化層10425。此外，在使用一蓋板10430之情況下可不需要鈍化層10425。
圖319顯示包括一組用作一金屬透鏡10470之埋入光學元件10472、10476及10478之一偵測器像素10450之一斷面圖。一感光區域10455係製作在一半導體共同基底10460內或其上。半導體共同基底10460可由(例如)晶體矽、砷化鎵、鍺或有機半導體所形成。複數個金屬層10465提供偵測器像素之元件之間的電接觸，例如在感光區域10455與讀取電子器件(未顯示)之間。偵測器像素10450包括一金屬透鏡10470，其包括外部、中間及內部元件10472、10476及10478。在圖319所示之範例中，外部、中間及內部元件10472、10476及10478係對稱性配置；特定言之，外部、中間及內部元件10472、10476及10478均具有相同高度並由金屬透鏡10470內的相同材料形成。外部、中間及內部元件10472、10476及10478可由一CMOS處理相容材料(例如PESiN)製成。外部、中間及內部元件10472、10476及10478可(例如)使用一單一遮罩步驟，隨後進行蝕刻並接著 沈積所需材料來定義。此外，可在沈積之後拋光一化學機械拋光。儘管在一特定位置內顯示金屬透鏡10470，但可修改該金屬透鏡10010以獲得類似效能並(例如)類似於圖296內的透鏡而定位。由於金屬透鏡10470之元件10472、10476及10478均相同高度，故其均同時鄰接一層群組10480之介面。因此，可在進一步處理期間直接添加層群組10480而不添加處理步驟，例如平坦化步驟。層群組10480可包括用於金屬化、鈍化、過濾或固定外部組件之部分或層。金屬透鏡10470之對稱性提供電磁能量之方位角均勻方向而不論偏振如何。在圖319之背景下，方位角係定義為圍繞垂直於偵測器像素10450之感光區域10455的角方位。電磁能量係在箭頭10490一般所示之方向上入射在該偵測器上。此外，顯示由金屬透鏡10470所引導之電磁功率密度10475之模擬結果(由一虛橢圓所指示之陰影)。在圖319中可看出，電磁功率密度10475係藉由金屬透鏡10470而遠離金屬層10465引導至感光區域10455之一中心。
圖320顯示用作圖319所示之偵測器像素10450之一具體實施例10500之一俯視圖。具體實施例10500分別包括外部、中間及內部元件10505、10510及10515，其係圍繞具體實施例10500之一中心而對稱組織。外部、中間及內部元件10505、10510及10515分別對應於圖319之元件10472、10476及10478。在圖320所示之範例中，外部、中間及內部元件10505、10510及10515係由PESiN製成並具有 一360 nm之共同高度。內部元件10515係490 nm寬，而中間元件10510係在各邊緣附近對稱定位並與內部元件10515共面。中間元件10510之筆直片斷係220 nm寬。外部元件10505之筆直片斷係150 nm寬。
圖321顯示來自圖319之偵測器像素10450之另一具體實施例10520之一俯視圖。對比圖320之元件10505、10510及10515，元件10525、10530及10535係陣列結構。然而，應注意，圖320及321所示之組態在其對透射過電磁能量之效果而言實質上等效。由於該些元件之特徵大小相對於關注電磁能量之一波長更小，故忽略繞射效應(在該等元件之最小特徵大小不小於關注波長一半時會導致該效應)。在圖320及321內的該等元件之相對大小及位置可(例如)藉由一反抛物線數學關係來定義。例如，元件10525之尺寸可能與元件10535之中心至元件10525之中心的距離平方成反比。
圖322顯示包括一組用作一金屬透鏡10545之多層埋入光學元件之一偵測器像素10540之一斷面。金屬透鏡10545包括兩列元件。該第一列包括元件10555及10553。該第二列包括元件10550、10560及10565。在如圖322所示之範例中，該些元件列之各列係在圖319內顯示為金屬透鏡10470之等效結構一半厚。雙層金屬透鏡10545展現與金屬透鏡10470等效的電磁能量引導效能。由於金屬透鏡10470可更簡單地構造，在許多情形下，金屬透鏡10470可更具成本效益。但是，由於其更高複雜性，金屬透鏡10545具有更 多參數用於適應特定用途，因此提供更多自由度用於特定應用。金屬透鏡10545可調適以(例如)提供特定波長依賴行為、主光線角校正、偏振多樣性或其他效應。
圖323顯示一偵測器像素10570之一斷面，包括用作一金屬透鏡10575的一組不對稱埋入式光學元件10580、10585、10590、10595及10600。使用不對稱元件組的金屬透鏡設計(例如金屬透鏡10575)具有比對稱設計大得多的設計參數空間。藉由關於在一偵測器像素陣列內的金屬透鏡之位置改變金屬透鏡之屬性，可針對主光線角變更或可配合偵測器像素陣列使用之成像系統之其他空間(例如橫跨陣列)變化方面來校正該陣列。金屬透鏡10575之各元件10580,、10585、10590、10595及10600係藉由其空間、幾何形狀、材料及光學折射率參數之一規定來說明。
圖324及325顯示一組埋入式光學元件10605之一俯視圖及一斷面圖。一組軸(由直線10610及10615所指示)係疊加在埋入式光學元件10605之上。可分別相對於原點10620來定義左邊、中心及右邊元件10625、10630及10635之規 定，如表52所示(以正規單位顯示位置、長度、寬度及高度)。儘管此範例使用一正交笛卡爾軸系統，但可使用其他軸系統，例如圓柱形或球形的。儘管顯示軸10610及10615在位於中心元件10630之一中心處的一原點10620處交叉，但可將該原點放置在其他相對位置，例如埋入式光學元件10605之一邊緣或角落。
埋入式光學元件10605之一部分之一斷面圖係如圖325所示。箭頭10645及10650指示在左邊、中心及右邊元件10625、10630及10635之間的高度差。應注意，儘管左邊、中央及右邊元件10625、10630及10635顯示為方形並對齊該等軸，但其可採取任一形狀(圓形、三角形等)並在相對於該等軸以任一角度定位。
圖326至330顯示類似於圖320之埋入式光學元件之替代性2D投射。一埋入式光學元件10655包括具有圓形對稱性之元件10665、10675、10680及10685。該些元件係顯示為同軸對稱。還可在該金屬透鏡之邊界10660內定義一區域10670。在此範例中，元件10670、10675及10685可由TEOS製成而元件10665及10680可由PESiN製成。在圖327中，一埋入式光學元件10690包括一金屬透鏡組態，其等效於使用一組同軸對稱方形元件之埋入式光學元件10655。在圖328中，一埋入式光學元件10695包括該金屬透鏡之一邊界10700，其係不對稱地修改以執行一特定類型的電磁能量引導或匹配相關聯偵測器像素之感光區域之不規則邊界。
圖329顯示一埋入式光學元件10705，其包括具有混合對稱性之一般化金屬透鏡組態。元件10710、10715、10720及10725(例如)在圖327所示之埋入式光學元件10690內均具有方形斷面，但不完全同軸對稱。元件10710及10720係對齊並同軸，但是元件10715及10725係在至少一方向上不對稱。一不對稱或混合對稱金屬透鏡用於在特定波長、方向或角度上引導電磁能量，以校正設計參數，例如可能由於使用波長選擇性過濾所引起之主光線角變更或角依賴變更，例如圖314所示。作為一額外考量，儘管由於實際製程之實用性，一金屬透鏡之一所需組態可以係一具有銳利邊緣之方形形狀，如圖327所示，但可圓整該等角落。具有圓整角落之一埋入式光學元件10730之一範例係如圖330所示。在此情況下，一邊界10735無法精確匹配偵測器像素之感光區域之邊界，但對入射其上電磁能量之整體效應等效於埋入式光學元件10690之效應。
圖331顯示一偵測器像素10740之一斷面，其類似於具有用於有效主光線角校正及過濾之額外特徵的圖307之偵測器像素。除了或組合先前關於圖307所述之元件，偵測器像素10740可包括一主光線角校正器(CRAC)10745、一過濾層群組10750及一過濾層群組10755。主光線角校正器10745可用於校正入射電磁能量之一主光線10760之入射角度。若不校正相對於感光區域10002之表面的其非法線入射，則主光線10760及相關聯光線(未顯示)將不會進入感光區域10002內且不會被偵測到。主光線10760及相關聯光線 之非法線入射還改變過濾層群組10750及10755之波長依賴過濾。如先前技術所習知，非法線入射電磁能量引起"藍偏移"(即減小濾光片之中心操作波長)並還可能引起濾光片變得對入射電磁能量之偏振狀態敏感。添加主光線角校正器10745可減輕該些效應。
濾光片層群組10750或10755可以係一紅綠藍(RGB)型彩色濾光片(如圖339所示)或可以係一青藍深紅黃(CMY)濾光片(如圖340所示)。或者，濾光片層群組10750或10755可包括一具有透射效能之紅外線截止濾光片(如圖338所示)。濾光片層群組10755還可包括一抗反射塗佈濾光片，如下面關於圖337所述。濾光片層群組10750及10755可將一或多個先前所述型濾光片之效應及特徵併入一多功能濾光片內，例如紅外線截止及RGB色彩過濾。可相對於偵測器像素內的任一或所有其他電磁能量引導、過濾或偵測元件，針對其過濾功能共同地最佳化濾光片層群組10705及10755。層群組10755可包括一緩衝或停止層，其輔助隔離感光區域10002與電子、電洞及/或離子施體遷移。一緩衝層可位於層群組10755與感光區域10002之間的介面10770處。
當一薄膜波長選擇性濾光片(例如層群組10750)係重疊一次波長CRAC 10745時，該CRAC修改一輸入光束之CRA，一般使其更靠近法線入射。在此情況下，該薄膜濾光片(層群組10750)對於各偵測器像素(或在薄膜濾光片用作一色彩選擇性濾光片之情況下每一相同色彩的偵測器像 素)幾乎相同，且僅該CRAC橫跨一偵測器像素陣列而空間變化。依此方式校正CRA變更提供以下優點：1)改良偵測器像素敏感度，因為所偵測電磁能量在一更靠近法線入射之角度下向感光區域10002行進，因此其較少地被導電金屬層10008阻擋、及2)偵測器像素對電磁能量之偏振狀態變得更不敏感，因為電磁能量入射角更靠近法線。
或者，過濾層群組10750及10755之波長依賴過濾之CRA變更可基於用於各偵測器像素之彩色濾光片回應，藉由空間改變色彩校正來減輕。Lim等人從HP實驗室的成像系統實驗室在"用於減小雜訊之空間改變色彩校正矩陣"中詳細說明一應用空間改變校正矩陣以允許基於各種因素進行色彩校正。空間改變CRA引起一空間改變色彩混合。由於此空間改變色彩混合可能對於任一偵測器像素為靜態，故可使用空間協調的信號處理來應用設計用於偵測器像素之一靜態色彩校正矩陣。
圖332至335顯示可用作CRAC之複數個不同光學元件。圖332之光學元件10310係來自圖313的一偏移或不對稱繞射型光學元件。圖333之一光學元件10775係一次波長、頻擾光柵結構，因為其空間變化間距，其可提供入射角依賴的主光線角校正。一光學元件10780將光學元件10310及10775之特定特徵組合在一複雜元件內，該複雜元件可提供一繞射及折射效應組合用於關注波長及角度。圖334之CRA校正器10780可說明為一次波長光學元件與一稜鏡之一組合；該稜鏡產生自次波長柱之一空間變化高度，且其 藉由提供一依據斯涅耳定律修改入射電磁能量傳播方向之傾斜有效折射率來執行CRA校正。類似地，該次波長光學元件10780係藉由一有效折射率輪廓來形成，該有效折射率輪廓引起入射電磁能量向一像素之感光區域聚焦。在圖335中，顯示一埋入式光學元件10785，其可構造以修改一或多層之光學折射率。可取代或組合濾光片10750，將埋入式光學元件10785設計成如圖331所示之偵測器像素10740。埋入式光學元件10785包括二類型材料10790及10795，其可整合在一複合結構內並產生一修改後光學折射率。材料10795可以係一材料(例如二氧化矽)而材料10790可以係一更高光學折射率材料(例如氮化矽)或一更低折射率材料(例如BD)或一實體間隙或空洞。材料層10795可沈積為一覆蓋層，接著加以遮罩並蝕刻以產生一組子特徵，接著使用材料10790填充該組子特徵。布魯格曼(Bruggeman)有效媒介近似表明，當混合二不同材料時，所產生介電函數εeff係定義為： 其中ε1係第一材料之介電函數而ε 2係第二材料之介電函數。一新有效光學折射率係由εeff之正均方根給出。變數f係由作為由介電函數ε2特徵化之第二材料之混合材料之分數部分。該等材料之一混合比係由比例(1-f)/f給出。使用次波長混合複合材料層或結構允許使用微影蝕刻技術空間改變一給定層或結構內的有效折射率，其中該混合比例係 藉由該等子特徵之混合比來決定。使用微影蝕刻技術用於決定一空間有效折射率極為強大，因為甚至一單一微影蝕刻光罩仍在一空間變化平面內提供足夠的自由度以允許：1)逐個偵測像素地改變波長選擇性(彩色濾光片回應)；及2)從一中心偵測器像素(例如CRA=0°)至一邊緣偵測器像素(例如CRA=25°)來空間校正主光線角變更。而且，可每層盡一單一微影蝕刻光罩地逐漸進行此有效折射率空間變更。儘管本文相對於修改一單一層進行論述，但可藉由蝕刻透過一系列層，隨後進行多個沈積來同時修改多個層。
現在參考圖336，顯示二偵測器像素10835及10835'之一斷面10800，其包括可用於主光線角校正之不對稱特徵。入射在偵測器像素10835上的一主光線角10820(其方向由一箭頭及一角度10825之方位來指示)可針對法線或近法線入射，藉由個別地或協同金屬透鏡10810動作主光線角校正器10805來校正。可相對於偵測器像素10835之感光區域10002之一中心法線軸10830，不對稱地定位(偏移)主光線角校正器10805。與一偵測器像素10835'相關聯的一第二主光線角校正器10805'可用於校正一主光線10820'之方向(其方向係藉由一箭頭之方位及角度10825'來表示)。可相對於偵測器像素10835'之感光區域10002'之一中心法線軸10830'，不對稱地定位(偏移)主光線角校正器10805'。
主光線角校正器10805(10805')、金屬透鏡10810(10810')及金屬軌跡10815(10815')對軸10830(10830')之相對位置可在一組陣列偵測器像素內獨立地空間改變。例如，對於在 一陣列內的各偵測器像素，該些相對位置可相對於該偵測器像素陣列之中心具有一圓形對稱性及徑向變化值。
圖337顯示比較一偵測器像素之未塗佈及抗反射(AR)塗佈矽感光區域之反射率之一曲線圖10840。曲線圖10840具有奈米單位的波長作為橫座標與在縱座標上百分比單位的反射率。一實線10845對應於當電磁能量從電漿增強型氧化物(PEOX)進入感光區域時一未塗佈矽感光區域之反射率。一點線10850對應於添加一抗反射塗層群組(如圖331內層群組10755所示)所改良之一矽感光區域之反射率。在表53中詳細說明線10850所表示之濾光片之設計資訊。一感光區域之低反射率允許該感光區域偵測到更多的電磁能量，從而增加與該感光區域相關聯的偵測器像素之敏感度。
表53顯示依據本揭示案用於一抗反射塗佈之層設計資訊。表53包括層數、層材料、材料折射率、材料消光係數、層全波光學厚度(FWOT)及層實體厚度。該些值係針對設計波長範圍400至900 nm。儘管表53說明用於六個層之特定材料，但可使用更大或更少數目的層且可替代材料，例如BLACK DIAMOND®可替代PEOX且厚度相應變化。
圖338顯示依據本揭示案設計的一紅外線截止濾光片之透射特性之一曲線圖。一曲線圖10855具有奈米單位的波長作為橫座標與在縱座標上以百分比為單位的透射率。一實線10860顯示表54內所示之濾光片設計資訊之一數值模型化結果。線10860顯示從400至700 nm之較高透射與從700至1100 nm之較低透射。由於在更長波長下以矽為主光偵測器之一低回應，紅外線截止設計可限制於低於1100 nm之波長。一白(即灰階)偵測器像素可藉由單獨使用紅外線截止濾光片而不使用一RGB或CMY彩色濾光片來產生。一灰階偵測器像素可組合RGB或CMY色彩過濾偵測器像素以產生紅綠藍白(RGBW)或青藍深紅黃白(CMYW)系統。
表54顯示依據本揭示案用於一紅外線截止濾光片之層設計資訊。表54包括層數、層材料、材料折射率、材料消光係數、層全波光學厚度(FWOT)及層實體厚度。一紅外線截止濾光片可併入一偵測器像素內，例如在圖331內顯示為層群組10750者。
圖339顯示依據本揭示案設計的一紅綠藍(RGB)彩色濾光片之透射特性之一曲線圖10865。在曲線圖10865中，實線表示法線入射(零度)下的濾光片效能而虛線表示在一25度入射角下的濾光片效能(假定平均偏振)。線10890及10895顯示一藍光波長選擇性濾光片之透射。線10880及10885顯示一綠光波長選擇性濾光片之透射。線10870及10875顯示一紅光波長選擇性濾光片之透射。諸如曲線圖10865所示之一RGB濾光片(或下述的一CMY濾光片)可最佳化以具有對主光線入射角變更最小的依賴性。此最佳化可藉由(例如)交迭並最佳化一在使用主光線角變更限制中間之入射角值的一濾光片設計來完成。例如，若主光線角從0變化至20度，則可使用10度的一初始設計角度。類似於關於圖336上面所述之主光線角校正器10805，一RGB濾光片(例如曲線圖10865所表示及圖331內層群組10750所示者)可相對於一相關聯感光區域而不對稱地定位。
表55至57顯示依據本揭示案用於一RGB濾光片之層設計資訊。表55至57包括層數、層材料、材料折射率、材料消光係數、層全波光學厚度(FWOT)及層實體厚度。可共同設計並最佳化該等個別紅色(表56)、綠色(表55)及藍色(表57)濾光片以藉由限制不共同層數目來提供有效率且具成本效益的製造。例如在表55中，層1至5係可針對一綠色濾光片明確最佳化之層。該些層在表55之"鎖住"行內由一"否"符號表示。在該設計及最佳化製程期間，允許該些層改變厚度。層6至19係可由RGB濾光片之所有三個個別濾 光片共同的層。該些層在表55之"鎖住"行內由一"是"符號表示。在此範例中，層19表示一10 nm緩衝或隔離PEOX層。表55之層14至18表示對於偵測器像素之感光區域用作一AR塗層之共同層。
圖340顯示依據本揭示案設計的一青藍深紅黃(CMY)彩色濾光片之反射特性之一曲線圖10900。曲線圖10900具有奈米單位的波長作為橫座標與在縱座標上以百分比單位的反射率。一實線10905表示針對黃光波長設計的一濾光片之反射特性。一虛線10910表示針對深紅光波長設計的一濾光片之反射特性。一點線10915表示針對黃光波長設計的一濾光片之反射特性。表58至60顯示依據本揭示案用於一CMY濾光片之層設計資訊。表58至60包括層數、層材料、材料折射率、材料消光係數、層全波光學厚度(FWOT)及層實體厚度。可共同設計並最佳化該等個別青藍色(表58)、深紅色(表59)及黃色(表60)濾光片以藉由限制不共同層數目來提供有效率且具成本效益的製造。
圖341顯示具有允許自訂一層光學折射率之二偵測器像素10935及10935'之一斷面10920。偵測器像素10935(10935')包括一使其光學折射率被修改之層10930(10930')與一輔助修改之層10925(10925')。層10930及10930'可包括該等先前所述濾光片或埋入式光學元件之任一者之一或多個層。層10925及10925'可包括單一或多種材料層，例如但不限於光阻(PR)及二氧化矽。層10925及10925'可變成一偵測器像素之一最終結構之部分，或其可在對層10930及10930'進行修改之後移除。層10925及10925'可分別提供相同或不同的修改給層10930及10930'。在一範例中，層10925及10925'可由光阻形成。層10930及10930'可由二氧化矽或PEOX製成。層10930及10930'可藉由使包括偵測器像素10935及10935'之一晶圓受到一離子植入製程來修改。如在此項技術中所習知，離子植入係一半導體製程，其中離子(例如但不限於氮、硼及磷)係在特定能量、離子電荷及劑量條件下植入一材料內。來自製程之離子穿過層10925及10925'並可部分受到阻擋及減速。
層10925及10925'之厚度、密度或材料組成變更可能會導致植入層10930及10930'之離子之數量及厚度變更。改變的植入導致一修改材料層之一光學折射率變化。例如，將 氮植入由二氧化矽所製成之層10930及10930'內導致將二氧化矽(SiO2)轉換成氧氮化矽(SiOxNy)。在圖341所示之範例中，當層10925'比層10925更薄時，將會修改層10930'之一光學折射率多於層10930之一光學折射率。取決於植入氮之數量，可增加光學折射率。在特定情況下，可獲得8%或更多的光學折射率增加(從~1.45至~1.6)。能夠連續及/或平滑地修改諸如10930及10930'之層之折射率允許依據折痕設計而非薄片狀設計來製作前述濾光片。折痕濾光片設計具有一連續變化光學折射率而非離散材料變化。折痕設計可更具成本效益地製造並可提供改良的濾光片設計。
圖342至344顯示一系列斷面，其與產生一可入作為光學元件之部分併的不平坦(逐漸變細)表面之半導體處理步驟相關。在先前技術流行半導體製程中，該些類型的不平坦特徵係視為問題；但是結合依據本揭示案之光學元件設計，該些不平坦特徵可較有利地用以產生所需元件。如圖342所示，一初始層10860係形成有一平坦上表面10940。初始層10860係微影蝕刻地遮罩並蝕刻以重新修整為一修改層10955，其包括一蝕刻區域10950，如圖343所示。接著藉由沈積一未平坦化、保形材料層10960來至少部分地填充蝕刻區域10950，如圖344所示。初始層10860、修改層10955及保形材料層10960可由相同或不同材料製成。儘管所述範例顯示一對稱性逐漸變細特徵，但額外的遮罩、蝕刻及沈積步驟可用於使用習知半導體材料處理方法來產生不對稱、傾斜及其他一般逐漸變細或不平坦特徵。一諸 如上述之不平坦特徵可用於產生主光線角校正器。具有專用波長依賴性之濾光片可由該些不平坦特徵形成或形成在其頂部上。
圖345顯示一方塊圖10965，其說明一最佳化方法，該方法可使用一給定參數(例如一優值函數)，以便依據本揭示案最佳化埋入式光學元件之設計。圖345實質上等同於E.R.Dowski、Jr.等人之共同待審及共同擁有美國專利申請案序列號11/000,819之圖1，且此處顯示以說明調適用於埋入式光學元件設計之一光學及數值系統設計最佳化之方案。設計最佳化系統10970可用於最佳化一光學系統設計10975。以範例方式，光學系統設計10975可關於一偵測器像素設計初始定義一偵測器像素，例如圖295至307、313至314、318至338及341所示之該等設計。
繼續參考圖345，光學系統設計10975及使用者定義目標10980係饋入設計最佳化系統10970內。設計最佳化系統10970包括一光學系統模型10985，其用於依據光學系統設計10975及其中所提供之其他輸入來提供一計算模型。光學系統模型10985產生第一資料10990，其係饋入在設計最佳化系統10970內的一分析器10995內。第一資料10990可包括(例如)光學系統設計10975之各種組件之光學元件、材料及相關幾何形狀之說明、及諸如在一先前定義體積(例如一偵測器像素)內的一電磁場之一能量密度矩陣的計算結果。分析器10995使用第一資料10990，例如用以計算一或多個度量1100以產生第二資料11005。一度量範例係一 優值函數計算，其相對於一預定值比較電磁能量於一感光區域內之耦合。第二資料11005可包括(例如)一百分比耦合值或相對於該優值函數特徵化光學系統設計10975之效能的一評分。
第二資料11005係饋入在設計最佳化系統10970內的一最佳化模組11010。最佳化模組11010比較第二資料11005與目標11015，目標11015可包括使用者定義目標10980，並提供一第三資料11020回到光學系統模型10985。例如，若最佳化模組11010總結得出，第二資料11005不滿足目標11015，則第三資料11020促進光學系統模型10985之精細化；即第三資料11020可促進光學系統模型10985之特定參數調整以導致更改第一資料10990及第二資料11005。設計最佳化系統10970評估一修改後光學系統模型10985以產生一新第二資料11005。設計最佳化系統10970繼續交迭地修改光學系統模型10985，直到滿足目標11015，在此時設計最佳化系統10970產生一最佳化光學系統設計11025，其係基於依據來自最佳化模組11010之第三資料11020修改的光學系統設計10975。目標11015之一可(例如)獲得入射在一給定光學系統內的電磁能量之一特定耦合值。設計最佳化系統10970還可產生一預定效能11030，其(例如)概述最佳化光學系統設計11025之所計算效能能力。
圖346係顯示用於執行一系統範圍共同最佳化之一範例性最佳化製程11035之一流程圖。最佳化製程11035考量一交易空間11040，將各種因素考慮在內，包括(在所示範例 中)物件資料11045、電磁能量傳播資料11050、光學資料11055、偵測器資料11060、信號處理資料11065及輸出資料11070。在交易空間11040內所考量的各種因素上的設計限制係共同視為一整體，使得可在複數個回授常式11075內的各種因素上強加折衷以最佳化系統設計為一整體。
例如，在包括前述埋入式光學元件之一偵測器系統內，可設計CRAC及彩色濾光片(貢獻於偵測器資料11060)中將一特定組成像光學之場角及光圈數(貢獻於光學資料11055)考量在內用於配合該特定組成像光學使用，此外可修改在一偵測器處所獲得之資訊之處理(貢獻於信號處理資料11065)以補償所產生的成像光學及偵測器設計組合。還可將其他設計方面(例如從一物件透過光學器件之電磁能量傳播)考慮在內。例如，要求一關注寬場(貢獻於物件資料11045)與一低光圈數(光學資料11055之部分)引起要使用較高入射角操作入射電磁能量之一需要。因此，最佳化製程11035可能需要一CRAC之配置以匹配一最壞情況或一入射電磁能量之抛物線分佈。在其他情況下，特定成像系統可包括光學(貢獻於光學資料11055)，其有意地畸變或"重映射"場點(例如經典魚眼透鏡或360度全景透鏡)，以便提供獨特CRAC要求。可結合對應於光學資料11055所表示之畸變的一期望重映射功能來設計用於此類畸變系統之一CRAC(及對應的偵測器資料11060)。此外，不同波長的電磁能量可藉由該光學來畸變，從而添加一波長依賴組件至光學資料11055。因此可在交易空間11040內將偵測器之彩 色濾光片及CRAC或能量引導特徵(偵測器11060之部分)考慮在內以解決從屬於波長之各種系統特性。色彩濾光片及CRAC及能量引導特徵可基於取樣影像之可用處理(即信號處理資料11065)而組合在像素設計內(且因此偵測器資料11060)。例如，信號處理資料11065可包括空間變化的色彩校正。包括色彩校正及畸變校正(信號處理資料11065之部分)、成像光學器件設計(光學資料11055之部分)、及強度及CRA變更(電磁能量傳播資料11050之部分)的空間變化處理均可在最佳化製程11035之交易空間11040內共同地最佳化，以便產生一最佳化設計11080。
圖347顯示用於產生並最佳化薄膜濾光片集合設計之一製程11085之一流程圖，該設計配合包括依據本揭示案之埋入式光學元件之一偵測器系統使用。由於一特定濾光片集合可包括兩個或兩個以上不同濾光片，則最佳化一濾光片集合設計可能需要同時最佳化兩個或兩個以上不同濾光片設計。例如，紅綠藍(RGB)與青藍深紅黃(CMY)濾光片集合設計各需要最佳化三個濾光片設計，而一紅綠藍白(RGBW)濾光片集合設計必需最佳化四個濾光片設計。
繼續參考圖347，製程11085開始於一製備步驟11090，其中可執行包含製程11085之計算系統之任一必需構造及組態。此外，在步驟11090，可定義各種要在製程11085期間考量的各種要求11095。要求11095可能包括(例如)約束11100、效能目標11105、優值函數11110、優化器值11115及關於一或多個濾光片設計的設計限制11120。此外，要 求11095可包括允許在製程11085期間修改的一或多個參數11125。可作為要求11095之一部分的約束11100之範例包括該製程在材料類型、材料厚度範圍、材料折射率、共同層數、處理步驟數目、遮罩操作數目及可用於製作最終濾光片設計之蝕刻步驟數目所強加之約束。效能目標11105可包括(例如)用於透射、吸收及反射之百分比目標與用於吸收、透射及反射之容限目標。優值函數11110可包括卡方和、加權卡方和及絕對差和。可在要求11095內指定的最佳化器資料11115之範例包括模擬退火最佳化常式、單純最佳化常式、共軛梯度最佳化常式及群體最佳化常式。可指定作為該要求之一部分的設計限制11120包括(例如)可用製程、允許材料及薄膜層序列。參數11125可包括(例如)層厚度、組成各種層之材料、層折射率、層透射率、光程差、層光學厚度、層數及層排序。
要求11095可基於一組規則藉由該計算系統由使用者輸入或從一資料庫自動選擇來定義。在特定情況，可使各種要求相關。例如，儘管一層厚度可能會受到一最大及最小厚度範圍之一製造限制以及一使用者定義厚度範圍約束，但在該最佳化製程期間所使用之層厚度值可藉由一使用一優值函數之最佳化器來修改以最佳化一效能目標。
在步驟11090，製程11085進行至一步驟11130，其中產生無約束薄膜濾光片設計11135。在本揭示案之背景內，一無約束薄膜濾光片設計應理解為不將需求11095內所指定之約束11100考慮在內，但考慮在步驟11090內所定義之 至少特定設計限制11120之薄膜濾光片設計。例如，可在產生無約束薄膜濾光片設計11135過程中包括設計限制11120(例如界定如二氧化矽層之某些層)，但是該等二氧化矽層之實際厚度可在步驟11130內留作一自由變化參數。無約束薄膜濾光片設計11135可在諸如ESSENTIAL MACLEOD®之一薄膜設計程式之輔助下產生。例如，可在一薄膜設計程式中指定用以產生一薄膜濾光片設計之一組材料及一已定義數目之層(即設計限制11120)。接著該薄膜設計程式最佳化一選定參數(即從參數11125)，例如在各定義層內選定材料之厚度，使得一濾光片設計之一計算透射效能接近用於該濾光片設計的一先前定義效能目標(即效能目標11105)。無約束薄膜設計11135可能已將各種因素考慮在內，例如與可變材料相關聯之限制、薄膜層序列(例如在一薄膜濾光片內高折射率及低折射率材料之序列)與在一組薄膜濾光片中共用一共同數目的層。可經由回授迴路11140交迭材料選擇及層數定義操作以提供替代性、無約束薄膜濾光片設計。此外，可設定該薄膜濾光片設計程式以獨立地最佳化該等替代性、無約束薄膜濾光片設計之至少特定設計。屬於"無約束設計"一般係指可將諸如厚度、折射率或層透射之薄膜層參數設定為最佳化設計效能所需之任一值的設計。在步驟11130內所產生之各無約束設計11135可表示為在該約束設計中的一排序材料列表及其相關聯厚度，下文適當處將更詳細地說明。
仍參考圖347，在一步驟11145，受約束薄膜濾光片設計 11150係藉由施加約束11100至無約束薄膜濾光片設計11135上而產生。可藉由一薄膜設計軟體或由使用者選擇性指定來自動施加約束11100。可交迭、連續或隨機地施加約束11100，使得漸進式約束設計繼續滿足用於設計之要求11095之至少一部分。
接著，在一步驟11155，一或多個受約束薄膜濾光片設計11150係最佳化以產生最佳化後的薄膜濾光片設計11160，比較無約束薄膜濾光片設計11135及受約束薄膜濾光片設計11150，其更好地滿足要求11095。
作為一範例，製程11085可用於同時最佳化各種組態中的兩個或兩個以上薄膜濾光片。例如，可最佳化多個薄膜濾光片設計以執行一集體功能，例如在一CMY偵測器內的色彩選擇性過濾，其中不同薄膜濾光片提供用於不同色彩之過濾。一旦已產生最佳化薄膜濾光片設計11160，該製程便結束於步驟11165。可將製程11085施加至薄膜濾光片設計之產生及最佳化用於各種功能，例如但不限於帶通過濾、邊緣過濾、色彩過濾、高通過濾、低通過濾、抗反射、陷波過濾、阻障過濾及其他波長選擇性過濾。
圖348顯示一範例性薄膜濾光片集合設計系統11170之一方塊圖。薄膜濾光片集合設計系統11170包括一計算系統11175，其隨之包括一包含軟體或韌體程式11185之處理器11180。適用於薄膜濾光片集合設計系統11170之程式11185包括(但不限於)諸如ZEMAX®、MATLAB®、ESSENTIAL MACLEOD®之軟體與其他光學設計及數學分 析程式。計算系統11175係配置成用以接收輸入11190，例如製程11085之要求11095，以產生輸出11195，例如無約束薄膜濾光片設計11135、約束薄膜濾光片設計11150及圖347之最佳化薄膜濾光片設計11160。計算系統11175執行操作，例如但不限於選擇層、定義層序列、最佳化層厚度及配對層。
圖349顯示一範例性偵測器像素陣列之一部分11200之一斷面圖。部分11200分別包括第一、第二及第三偵測器像素11205、11220及11235(由雙向箭頭所指示)。第一、第二及第三偵測器像素11205、11220及11235分別包括第一、第二及第三感光區域11210、11225及11240，其分別與第一、第二及第三支撐層11215、11230及11245整體形成。第一、第二及第三支撐層11215、11230及11245可由不同材料或由一單一材料之一連續層形成。第一、第二及第三感光區域11210、11225及11240可由相同材料及尺寸形成，或者可各組態成用以偵測一特定波長範圍。此外，第一、第二及第三偵測器像素11205、11220及11235分別包括第一、第二及第三薄膜濾光片11250、11255及11260(形成各薄膜之層係由虛橢圓指示)，其一起形成一濾光片集合11265(由一虛矩形所包圍)。各第一、第二及第三薄膜濾光片11250、11255及11260包括複數個層，其用作用於一特定波長範圍之彩色濾光片。在部分11200中，第一薄膜濾光片11250係組態成用以用作一青藍色濾光片，第二薄膜濾光片11255係設計成用以執行一黃色濾光片而第三薄 膜濾光片11260係組態成用以用作一深紅色濾光片，使得濾光片集合11265用作一CMY濾光片。第一、第二及第三薄膜濾光片11250、11255及11260(如圖349所示)係由交替高折射率層(如交叉影線所指示)與低折射率層(即沒有交叉影線之層)的11層組合形成。用於低折射率層之適當材料係(例如)一低損材料，例如Black Diamond®，其相容於現有CMOS矽製程。同樣地，該等高折射率層可由相容於現有CMOS矽製程(例如SiN)之一低損、高折射率材料形成。
圖350顯示圖349之一區域11270之另一細節(由一虛矩形指示)。區域11270包括第一及第二薄膜濾光片11250及11255之部分(同樣由虛橢圓指示)。如圖350所示，分別由最低兩層的第一及第二薄膜濾光片11250及11255所組成之一第一層對11275及一第二層對11276係共同層。即，該層對11277及11289係由一具有相同厚度之共同材料製成，同樣地，該層對11278及11290係由具有相同厚度之另外共同材料所形成。一第一層群組11279(即層11280至11288)與一第二層群組11300(即層11291至11299)可在對應索引層內具有具有一共同厚度之對應層(例如層11281及11292)以及具有不同厚度之對應層(例如層11282及11293)。在各第一及第二層群組11279及11300內的層組合係已分別最佳化用於青藍及深紅色過濾，而第一及第二層對11275及11276在相對於圖349之部分11200所述之濾光片設計之最佳化中提供額外的設計彈性。
例如可藉由一設計表來說明一薄膜濾光片，該表列出使 用材料、濾光片內的材料排序及濾光片各層之厚度。用於一最佳化薄膜濾光片之一設計表可藉由最佳化(例如)材料排序及一給定薄膜濾光片內各層之厚度來產生。例如，此類設計表可產生用於圖349之各第一、第二及第三薄膜濾光片11250、11255及11260。
表61係用於一範例性CMY濾光片集合設計之一設計表，其中用於第一、第二及第三薄膜濾光片11250、11255及11260(圖349)之該等設計均已個別最佳化(即，在該濾光片之不同濾光片之間沒有共同最佳化)。三個個別濾光片設計之一模擬效能曲線圖11305係如圖351所示。一虛線11310表示用作已個別最佳化之一青藍色濾光片的第一薄膜濾光片11250之透射。一點線11315表示用作一個別最佳化、深紅色濾光片之第二薄膜濾光片11255之透射。一實線11320表示用作已個別最佳化之一黃色濾光片的第三薄膜濾光片11260之透射。用於產生曲線圖11305之設計規格 係推導自表61所示之資訊。在圖351內可看出，所有三色彩CMY產生滿意的效能用於其個別設計波長範圍；即所有通帶係接近90%透射，所有停止帶均接近10%透射且所有帶邊緣均在波長500 nm及600 nm周圍。
使用此項技術中所習知之薄膜濾光片設計原理，決定具有交替高(H)及低(L)折射率層之一9層薄膜濾光片(即HLHLHLHLH)將會產生一組滿意的CMY濾光片，個別滿足要求11095(圖347)。在任一數目層內利用兩個或兩個以上材料的其他用於層配列之組態亦可行。例如，一法布立-拍若狀結構可由三個不同材料形成，其具有一諸如HLHL-M-LHLH之序列，其中M係一中間折射率材料。選擇一定數目的不同材料及配列類型可能取決於濾光片之要求或設計者之經驗。對於表61所示之範例，選擇自可用製造材料調色板之適當材料係一高折射率折射率PESiN材料(n2.0)與一低折射率(BD)材料(n1.4)。由於各薄膜濾光片具有相同數目的層，故該等層可對應地編索引。例如，在表61中，索引層1分別列出用於青藍、深紅及黃色濾光片之對應PESiN薄膜層厚度232.78、198.97及162.958 nm。
下文立即詳細說明用於在一給定薄膜濾光片集合內共同最佳化不同薄膜濾光片之一範例性並由此產生滿足要求11095，同時提供在不同薄膜濾光片之間之特定相關性之最佳化設計表。
結合圖347及349參考圖352，使用製程11085產生一薄膜濾光片集合設計需要一組要求11095之規格。參考圖352論 述用於一範例性深紅濾光片之要求11095之特定特定範例。圖352顯示用於最佳化一範例性深紅色濾光片(例如圖349之薄膜濾光片11260)之效能目標及容限之一曲線圖11325。一點曲線11330顯示用於第三偵測器像素11235之一代表性波長依賴敏感度。偵測器像素之敏感度可能係(例如)併入偵測器像素及其相關聯一感光區域之一組態內的任一埋入式光學元件及濾光片(例如紅外線截止及抗反射濾光片)。假定此偵測器像素敏感度，一有效深紅色濾光片應在電磁頻頻譜之紅及藍光區域內通光電磁能量，而阻障近綠光波長的電磁能量。一效能目標(例如圖347之效能目標11105之一)之一範例性定義係在400至900與610至700 nm之波長頻帶(即通帶)內使一薄膜濾光片通過90%或更多的電磁能量。在圖352中，實線11335及11340表示用於濾光片之通帶(例如在紅及藍光波長範圍內)的90%臨界透射目標。對應地，在500及600 nm下，一範例性效能目標可使濾光片在頻帶邊緣處為25至65%透射。垂直線11345指示用於曲線圖11325內頻帶邊緣之對應效能目標。最終，另外效能目標可在一停止頻帶區域(例如510至590 nm波長)內具有小於10%的一透射。一直線11350表示在圖352之範例性曲線圖內的停止頻帶效能目標。
繼續參考圖349及352，一粗實線11355表示滿足上面所示範例性效能目標之一理想化深紅色濾光片回應。對應地，可在最佳化一濾光片設計過程中用於滿足該些效能目標之一優值函數可併入波長依賴函數，例如但不限於一感 光區域之量子效率、肉眼之光子回應、三色回應區域及偵測器像素敏感度之光譜依賴性。此外，指定作為要求11095之一部分的一範例性製造約束可以係在薄膜濾光片製作過程中必須存在不超過5個的遮罩操作。
在使用圖347之製程11085設計一濾光片集合過程中，可利用諸如ESSENTIAL MACLEOD®之一薄膜設計程式作為一工具以基於要求11095來計算各種薄膜濾光片設計，例如選定材料、在各薄膜濾光片內的層數、層材料(即高及低折射率)排序與各參數之初始值。可指示該薄膜濾光片設計程式以藉由改變(例如)該等薄膜層之至少特定層之厚度來最佳化各薄膜濾光片。儘管ESSENTIAL MACLEOD®及此項技術中所習知之其他類似程式擅長將單一薄膜濾光片最佳化成一單一目標，但應注意，此類程式僅作為計算工具；特定言之，該些程式既未設計成用以共同最佳化多個薄膜濾光片至不同要求，亦未設計成用以容納複雜約束、在設計內或橫跨設計連續添加約束或層配對。本揭示案致動此類共同最佳化以產生相關的薄膜濾光片集合設計。
圖353係顯示圖347之步驟11145之進一步細節之一流程圖。如圖353所示，用於體系施加約束之一範例性連續製程係在一範例性CMY濾光片集合設計之背景下加以論述。步驟11145開始於從圖347之步驟11130接收無約束薄膜濾光片設計11135。在一步驟11365，共同性係指派給低折射率層(即在圖349及350內沒有交叉影線之層)。即，在該無 約束設計中的該等對應層(例如層11278及11290、層11281及11292等)之至少特定層之厚度及/或材料組成均設定為共同值。例如，在最佳化圖349所示之範例性CMY濾光片集合時，第一及第二薄膜濾光片11250及11255之低折射率層之材料類型及厚度係設定等於第三薄膜濾光片11260之對應層之對應材料及厚度(例如，如上面表61所示)。比較該等青藍及黃色濾光片設計，該深紅色濾光片設計由於其複雜性而選為一參考(即將匹配其他濾光片設計之低折射率層材料及厚度之濾光片設計)。即，如圖352所示，該深紅濾光片係設計為一具有兩組邊界條件(對於垂直線11345所示之各頻帶邊緣一個邊界條件)之切口濾光片。相比之下，該等青藍及黃色濾光片設計各僅需要一頻帶邊緣，因此具有較低複雜的要求用於其薄膜濾光片結構。該深紅濾光片設計還表示在用於該濾光片集合設計的中間波長內的要求，並為了使該薄膜濾光片集合與深紅色濾光片一致，可在最終濾光片集合設計中獲得一對稱性。深紅色濾光片作為一參考之此選擇係前述體系施加一約束之一範例。在一範例性濾光片集合設計製程中，選擇深紅色濾光片作為一參考可作為最高階施加一約束而應用。
繼續參考圖353，在一步驟11370，該等高折射率層係獨立地重新最佳化，以試圖更佳地滿足要求11095，同時保持該等低折射率層之共同性。例如，在第一、第二及第三薄膜濾光片11250、11255及11260(圖349)內的所有高折射率層可依據結合該等個別濾光片設計之要求11095(圖347)來獨立地重新最佳化。表62顯示在圖353之步驟11370期間在重新最佳化之後用於一範例性CMY濾光片集合設計之相關聯設計厚度值。應明確注意，該等低折射率層(即Black Diamond®層2、4、6及8)係設定為用於所有三個薄膜濾光片之共同值。表64之濾光片集合設計之模擬效能係顯示於圖354內的一曲線圖11400內。相似於圖351，青藍色濾光片效能係表示為一虛線11405，深紅色濾光片係顯示為一點線11410，而黃色濾光片效能係表示為一實線11415。比較圖354與圖351可看出，透射下降與停止頻帶透射上升證實效能較個別最佳化濾光片輕微下降。然而，在曲線圖11400內模擬的設計確實表示由於為該等低折射率層所建立之共同性所引起之整體濾光片集合設計之一簡化。
參考圖353，可在至少特定層上在一步驟11375執行一配對程序。在圖353所示之範例中，可在高折射率層對上執 行一配對程序。在步驟11375內的配對程序包括計算在濾光片之該等對應高折射率層對之間的厚度差(例如在該等青藍及深紅色濾光片內的對應層之間的厚度差係在一標注"CM"之標題下指示；在該等深紅及黃色濾光片內的對應層之間的厚度差係以一標注"MY"之行內指示；在該等青藍及黃色濾光片內的對應高折射率層之間的厚度差係表62內在一"CY"標題下指示)。為各層選擇最小差異(例如用於層1之CM值33.81 nm係小於用於相同層1之對應MY及CY值)。依此方式，裝配用於不同高折射率層之一組厚度差(即33.81 nm用於層1，32.77 nm用層3，29.21 nm用於層5，24.02 nm用於層7而24.08 nm用於層9)。
根據在步驟11375發展的此組選定最小厚度差，接著在一步驟11380選擇最大的"最小差異"對及其相關聯層(即在表62所示之範例中33.81 nm用於層1)。在本範例中，選擇厚度差異值33.81 nm用於層1進一步限制來自該等青藍及深紅色濾光片設計之層1固定為一組配對層。在步驟11375及11380內執行的此配對程序係一體系排序程序步驟之另一範例。已決定該等最小差異之配對而非該等最大差異之配對提供對該濾光片設計集合之最佳化效能的一更小影響。
仍參考圖353，在一步驟11385執行一進一步獨立的最佳化製程，以依據相關聯青藍及深紅色濾光片設計之要求來共同地最佳化該等配對層之厚度，固定所有其他參數。如先前所述，該等配對層之一厚度可藉由一最佳化程式來修 改以產生青藍及深紅色濾光片設計，其具有共同並最緊密匹配要求11095之效能。
接著，在一步驟11390，為各濾光片設計最佳化剩餘高折射率層之厚度以更佳地獲得濾光片設計之效能目標，同時保留在步驟11385決定的最佳配對層厚度。表63顯示在完成步驟11390之後用於該範例性CMY濾光片集合設計之設計厚度資訊。在表63中可看出，用於該等青藍及深紅濾光片之層1的配對層厚度係決定為214 nm。圖355顯示在步驟11390之後具有共同低折射率層與一配對高折射率層(例如表63中的層1)之範例性CMY濾光片集合設計之模擬效能之一曲線圖11420。一虛線11425表示來自表63之青藍色濾光片之透射效能。一點線11430表示在表63中所執行之深紅色濾光片之透射效能。一實線11435表示來自表63之黃色濾光片之透射效能。如藉由比較曲線圖11420與圖354之曲線圖11400可看出，該等青藍及黃色濾光片之效能由於 在圖353之步驟11390中施加進一步約束而已進一步改變。
參考圖353，在步驟11390之後，針對是否有更多層待配對及最佳化，作出一決策11395。若決策11395之答案係"是"，則存在更多層待配對，接著製程11145返回步驟11375。若決策11395之答案係"否"，則不存在更多層待配對，接著製程11145產生受約束設計11150並進行至圖347之步驟11155。如表63中所示，該範例性CMY濾光片集合設計包括對應高折射率層的5個三元組。每次執行步驟11375至11390時，該等三元組之一係減小至一組配對層及一單元組。即，例如在一第一個穿過步驟11375至11390之後，四個層三元組仍保持配對及最佳化。
表64顯示在完成步驟11375至11390之5個配對及最佳化循環之後用於該範例性CMY濾光片集合設計之設計厚度資訊。圖356顯示具有如表64所定義之共同低折射率層與多個配對高折射率層之一組範例性青藍深紅黃(CMY)彩色濾光片之透射特性之一曲線圖11440。一虛線11445表示該青藍色濾光片之透射效能。一點線11450表示該深紅色濾光 片之透射效能。一實線11455表示該黃色濾光片之透射效能。該等青藍及黃色濾光片之效能同樣已從圖354及355所示之該等濾光片略微改變。
結合圖353簡略參考圖347，接著在步驟11155最佳化受約束11150(在如圖347所示之步驟11145中產生)以產生最佳化薄膜濾光片設計11160。視需要，作為步驟11155中的最後最佳化部分，還可將校正或修改考慮在內，例如1)用以改良過濾對比度之額外層及2)用於解決大於零之CRA之校正。例如，已知當入射電磁能量之CRA大於零時，濾光片效能不同於在法線入射下預測的效能。習知此項技術者應 瞭解，一非法線入射角導致濾光片透射光譜之一藍偏移。因此，為了補償此效應，該最終濾光片設計可適當加以紅偏移，此點可藉由輕微增加每一層之厚度來獲得。若所產生紅偏移足夠小，則可偏移整體濾光片光譜而不會不利地影響濾光片集合效能。
依據本揭示案之圖347及353所示之製程所產生之一範例性、最佳化CMY濾光片集合設計係顯示於表65內。圖357顯示具有如表65所述之共同低折射率層與多個配對高折射率層之該等青藍、深紅及黃彩色濾光片之透射特性之一曲線圖11460。如表65及圖357所示之最佳化CMY濾光片集合設計確實藉由添加至每層一1%的厚度增加來將法線外CRA考慮在內。一虛線11465表示該青藍色濾光片之透射效能。一點線11470表示該深紅色濾光片之透射效能。一實線11475表示該黃色濾光片之透射效能。該等個別青藍、深紅及黃色濾光片之效能表示在效能目標與所施加約束之間的最佳化折衷。比較曲線圖11460與圖351及354至356所示之曲線圖應注意到，儘管曲線圖11460不獲得與圖351所示之該等個別最佳化濾光片集合相同的效能，但其確實演示相當效能，具有增加的優點，即由於配對該等形成薄膜濾光片之層之若干層所引起之改良可製造性。
儘管顯示製程11085(圖347)結束於步驟11165，但應明白，取決於諸如一設計複雜性、一約束數目及一設計集合中之一濾光片數目之因素，製程11085可包括額外的迴路路徑、額外的製程步驟及/或修改後的製程步驟。例如， 當共同最佳化約束三個以上濾光片之一濾光片集合時，可能必需改變與配對操作或圖353之配對層相關聯之任一步驟。一配對操作或一配對層參考可代之以一類似"n元組"操作或參考。一"n元組"可定位為一整數n專案組合(例如三元組、六元組)。作為一範例，當共同最佳化一約束四個濾光片之濾光片集合時，可能複製所有配對操作，使得四個對應索引層係分成兩對而非如同用於該CMY濾光片之範例性製程中所進行地分成一對與一單元組。
此外，在圖353所示之範例性製程中，已藉由將專家知識與實驗考慮在內來決定步驟11365至11395之排序以決定並歸類依據各步驟處理該濾光片集合設計之影響。儘管在一範例背景下解釋圖353之步驟11365至11395，應瞭解，此類步驟可在類型、重複及次序上不同於圖353所示之該等步驟。例如，取代在步驟11365指派共同性給低折射率層，相反可選擇高折射率層。如在步驟11385，可為配對層而非在獨立層上執行配對層厚度之獨立最佳化。或者，不在如步驟11380所示之最大"最小差異"基礎上選擇配對層，可使用其他標準。此外，儘管如圖353所示之範例性CMY濾光片集合設計最佳化製程尋求最佳化該等濾光片內的薄膜層之實體厚度，但習知此項技術者應明白，該最佳化可代之改變(例如)光學厚度。如此項技術中所習知，光學厚度係定義為實體厚度與在一特定波長下一給定材料之折射率之乘積。為了最佳化光學厚度，該最佳化製程可改變該(等)材料或該等材料之折射率以獲得與一僅改變該等 層之實體厚度之最佳化器之情況相同或類似的結果。
現在參考圖358，顯示用於薄膜濾光片之一製程11480之一流程圖。製程11480開始於一準備步驟11485，其中執行任一設定及初始化製程，例如但不限於，材料製備及設備試運轉及驗證。步驟11485還可包括在添加該等薄膜濾光片之前的一偵測器像素陣列之任一處理。在一步驟11490，沈積一或多種材料層。接著，在一步驟11500，在步驟11490期間沈積的該(等)層係微影蝕刻或另外方式地圖案化並接著加以蝕刻，從而選擇性地修改該等沈積層。在一步驟11505，決定是否應沈積及/或修改更多層。若決策11505之答案係"是"，則應沈積及/或修改更多層，接著程式11480返回至步驟11490。若決策11505之答案係"否"，則不再沈積及/或修改更多層，接著程式11480結束於步驟11510。
表66及67列出用於製造薄膜彩色濾光片(例如表64內所述之範例性CMY濾光片集合)之二範例性方法之製程序列。在表66及67內所列出之個別半導體製程步驟在半導體處理技術中為人所熟知。可使用習知製程(例如電漿增強型化學汽相沈積(PEVCD))來沈積諸如SiN及BLACK DIAMOND®之介電材料。可將光阻旋塗在設計用於該些功能之設備上。可在商用微影術設備上執行光阻之遮罩曝光。光阻移除(還稱為"光阻剝離"或"灰化")可在商用設備上執行。可使用習知的濕式或乾式蝕刻化學製程來執行電漿蝕刻。
在表66及67內所定義之二製程式列在在各序列利用電漿蝕刻之方式上不同。在表66所列之序列中，包括配對厚度 之個別彩色濾光片之高折射率層係使用中間遮罩及蝕刻操作以二步驟沈積。材料係沈積至等於一配對層與一未配對層厚度之間的一差異的一厚度。接著選擇性地遮罩該沈積層。在一選定薄膜層係未受保護而受蝕刻影響之情況下，該層可使用一以一大於一下面層之速率蝕刻該選定層之選擇性蝕刻製程來向下移除至其與該下面層之介面。若將該層向下移除至其與一下面層之介面，則由於該等蝕刻製程之一選擇性，該下面層仍保持實質未蝕刻。實質未蝕刻表明在蝕刻製程中移除一忽略不計數目的該下面層。可根據一絕對厚度或一層之厚度之一相對百分比來測量此忽略不計數量。為了維持一濾光片之可接受效能，用於過蝕刻之典型值可能高至數奈米或10%，在特定情況下小得多。接著可執行一第二沈積以添加足夠的材料以在一對應層三元組內建立最厚層之厚度。在與範例性CMY濾光片集合設計之一製程中，SiN係正在蝕刻之材料而BD係用作一停止層。此"蝕刻停止"製程可(例如)使用習知的CF4/O2電漿蝕刻製程或藉由(例如)Padmapani之標題為"使用NH3或SF6及HBr及N2之混合物，在存在矽或二氧化矽之情況下選擇性電漿蝕刻氮化矽"之美國專利案第5,877,090號中所述之方法及裝置來執行。視需要，還可使用併入熱磷酸之濕式化學蝕刻，用於選擇性蝕刻SiN之H3PO4、或用於選擇性蝕刻BD/SiO2之HF或緩衝氧化物蝕刻劑(BOE)。
在表67內所列之製程式列說明一製程，其中沈積一對應層三元組之最大厚度，接著受控的蝕刻細薄化(但無法完 全移除)該三元組內的特定層。
表68列出在表66及67所述之製程中在各序列步驟中受各光罩保護的一序列遮罩操作及特定濾波器。例如在範例性CMY設計中，該青藍色濾光片始終受光罩保護，該黃色濾光片從未受光罩保護而該深紅色濾光片在交替遮罩操作期間受保護。
圖359係用於形成不平坦光學元件之一製程11515之一流程圖。製程11515開始於一準備步驟11520，其中執行任一設定及初始化製程，例如但不限於，材料製備及設備試運轉及驗證。步驟11520還可包括在添加該等不平坦光學元件之前的一偵測器像素陣列之任一處理。在一步驟11525，將一或多種材料層沈積在(例如)一共同基底上。在一步驟11530，在步驟11525期間所沈積的該(等)層係微影蝕刻或另外方式地加以圖案化並接著加以蝕刻，從而選擇性地修改該等沈積層。在一步驟11535，進一步沈積一或多種材料層。在一可選步驟11540中，該(等)沈積及蝕刻層之一最上表面可藉由一化學機械拋光製程加以平坦化。利用一組迴路路徑11545，需要時可記錄或重複形成製程 11515之該等步驟。製程11515結束於一步驟11550。應瞭解，製程11515可在其他製程之前或之後，以便組合其他特徵實施該等不平坦光學元件。
圖360至364顯示一不平坦光學元件之一系列斷面圖，此處顯示以說明圖359之製程11515。結合圖359參考圖360至364，在步驟11525沈積一第一材料以形成一第一層11555。接著在步驟11530蝕刻第一層11555以形成(例如)一包括實質平坦表面11565之釋放區域11560。在本揭示案之背景下，一釋放區域應理解為在一給定層(例如第一層11555)之最上表面下面延伸的一區域。此外，一實質平坦表面應理解為一表面，其具有比較該表面之一尺寸較大的一曲率半徑。釋放區域11560可由(例如)各向異性蝕刻所形成。在步驟11535，一第二材料係保形地沈積子第一層11555之上及釋放區域11560內以形成一第二層11570。在本揭示案之背景內，保形沈積應理解為一沈積製程，其中可將類似材料厚度沈積在接收該沈積之所有表面上而不管該等表面之方位如何。第二層11570包括關於釋放區域11560形成的至少一不平坦特徵11575。一不平坦特徵可能係一特徵，其至少一表面具有在大小上類似於該特徵之一尺寸的一曲率半徑。第二層11570還可包括一平坦區域11580。不平坦特徵11575之曲率半徑、寬度、深度及其他幾何特性可藉由修改釋放區域11560之一縱橫比(深度對寬度比)及/或藉由修改沈積以形成第二層11570之一材料之化學、實體或速率或沈積特性來修改。一第三材料係保形地 沈積在層1570之上，至少部分地填充不平坦特徵11575以形成一第三層11585。即，當第三層11585之一上表面11595之最低區域係在一對齊第二層11570之平坦區域11580之基準11605(由一虛線指示)處或其上方時，完全填充不平坦特徵11575。當一不平坦特徵11590係在基準11605下面時，視為部分填充不平坦特徵11575。第三層11585包括關於不平坦特徵11575所形成之至少一不平坦特徵11590。第三層11585之一上表面之其他區域(例如區域11600)可實質上平坦。視需要，可平坦化第三層11585以定義一填充不平坦特徵11610，如圖364所示。該等第一、第二及第三形成層11555、11570及11585可能係相同或不同材料。當該等形成該不平坦特徵之材料之至少一者之一折射率不同於(針對至少一電磁能量波長)其他材料時，形成一光學元件。視需要，若未藉由平坦化加以移除，則不平坦特徵11590及其藉由諸如蝕刻之製程之修改可用以形成額外不平坦特徵。
圖365顯示用於沈積第三材料層之一替代性製程。一填充不平坦特徵11630係在沈積一第三層11615期間形成。第三層11615包括不平坦表面11620以及實質平坦表面11625。第三層11615可(例如)藉由一非保形沈積(例如藉由使用一旋塗製程，並稍後固化該材料，使其變成一固體或半固體來沈積一液態或漿狀材料)來形成。若該形成第三層之材料不同於(針對至少一電磁能量波長)該第二層之材料，則填充的不平坦特徵11630形成一光學元件。
圖366至368說明圖359所示之一替代性製程。一第一材料係沈積以形成一層11635，接著蝕刻以形成一釋放區域11640及一可能具有實質平坦表面之突出11650。一突出可能定義成一區域，其在一層(例如蝕刻之後的層11635)之一區域表面11645上方延伸。釋放區域11640及突出11650可由各向異性蝕刻來形成。一第二材料係保形地沈積在層11635之上及釋放區域11640內以形成一層11655。層11655之一表面之部分11665係不平坦並形成一光學元件。該表面之另一部分11660係實質平坦。
圖369至372顯示依據圖359之製程11515之另一替代性製程之步驟。一第一材料係沈積以形成一層11670，接著蝕刻以形成一可能具有實質平坦表面之釋放區域11675。釋放區域11675可由(例如)各向同性蝕刻所形成。一第二材料係保形地沈積在層11670之上及釋放區域11675內以形成一層11680。層11680可定義一不平坦區域11685，其可用於產生一額外不平坦元件。或者，可平坦化層11680以產生一不平坦元件11690，其上表面實質上與層11670之一上表面共面。用於形成層11680之一替代性製程可包括一非保形沈積，其類似於用於形成圖365之第三層11615之沈積。
圖373顯示一單一偵測器像素11695，其包括不平坦光學元件11700及元件陣列11705。不平坦光學元件11700、11710及11715可用於將在偵測器像素11695內的電磁能量導向感光區域11720。將不平坦光學元件包括於偵測器像素設計內之能力增加僅使用平坦元件不可能的一額外設計 自由度。單元組或複數個光學元件可相鄰其他單元組或複數個光學元件直接置放，使得該光學元件群組之一複合表面可近似一彎曲輪廓(例如一球形或非球形光學元件之表面)或一傾斜輪廓(例如一梯形或圓錐形區段之表面)。
例如，可近似為先前所論述之雙厚平板組態10200的圖310之台形光學元件10210可使用一或多個不平坦光學元件而非所示平坦光學元件來替代性地近似。不平坦光學元件還可用於形成(例如)金屬透鏡、主光線角校正器、繞射式元件、折射式元件及/或類似於上面結合圖297至304所述之該等結構的其他結構。
圖374顯示使用銀及二氧化矽所形成之一深紅色濾光片之模擬透射特性之一曲線圖11725。曲線圖11725具有奈米單位的波長作為橫座標與在縱座標上百分比單位的反射 率。一實線11730表示一深紅色濾光片之透射效能，其設計表如表69所示。儘管銀無法視為與用於製造偵測器像素陣列之製程自訂相關聯之一材料，但其可用於形成在滿足特定條件之情況下與偵測器像素整體形成之濾波器。該些條件可包括但不限於1)使用低溫製程用於沈積銀及任何後續處理偵測器像素及2)使用適當鈍化及保護層用於偵測像素。若使用高溫與不合適的保護層，銀可能會遷移或擴散至一偵測器像素之一感光區域並將其損壞。
表375以部分斷面顯示覆蓋透過其之電磁功率密度之模擬結果之一先前偵測器像素11735之一示意圖。先前偵測器像素11735之各種規格係概述於表70內。電磁能量11740(由一大箭頭指示)係假定從氣體11750以法線入射而 入射在偵測器像素11735上。如圖375所示，偵測器像素11735包括複數個層，其對應於在商用偵測器記憶體在的層。電磁能量11740係透射過偵測器像素陣列11735，電磁功率密度由等高線輪廓所指示。在圖375中可看出，在像素11735內的金屬軌跡11745阻止電磁能量11740透過偵測器像素11735透射。即，在一不帶小透鏡之感光區域11790處的一功率密度相當大程度地擴散。
圖376顯示在另外先前技術偵測器像素11795之一具體實施例，此時包括一小透鏡11800。小透鏡11800係組態成用於聚焦透過電磁能量11740，使得當穿過偵測器像素11795時，電磁能量11740避開金屬軌跡11745並在感光區域11790處以更大功率密度聚焦。然而，先前技術偵測器像素11795需要在製作偵測器像素11795之其他組件之後分離製作並對齊小透鏡11800在偵測器像素11795之一表面上。
圖377顯示一偵測器像素11805之一範例性具體實施例，包括埋入式光學元件，其用作一小透鏡11810用於在感光區域11790處聚焦電磁能量。在圖377所示之範例中，小透鏡11810係形成為圖案化鈍化氮化物層，其相容於用於形成偵測器像素11805之其餘部分的現有製程。金屬透鏡118010包括一較寬中央柱側翼有兩個更小柱的一對稱設計。
在圖377中可看出，儘管提供一類似於小透鏡11800(圖376)之聚焦效果，但金屬透鏡11810包括埋入式光學元件固有的額外優點。特定言之，由於金屬透鏡11810係由相 容偵測器像素製程之材料形成，故其可整合在偵測器像素自身之設計內而不需要在製作偵測器像素之後添加一小透鏡所必需之額外製作步驟。
圖378顯示一先前技術偵測器像素11815及透過其之法線外電磁能量11820之傳播。應注意到，比較相對於感光區域11790中心定位的在圖375至377中之金屬軌跡11745已偏移金屬軌跡11841，以試圖容納法線外電磁能量11820之法線外入射角。如圖378所示，法線外電磁能量11820部分地被金屬軌跡11845阻障並大多數錯過感光區域11790。
圖379顯示在另一先前技術偵測器像素11825，此時包括一小透鏡11830。應注意到，小透鏡11830及金屬軌跡11841二者已相對於感光區域11790偏移，以試圖容納法線外電磁能量11820之法線外入射角。如圖379所示，儘管較沒有小透鏡11830更加密集，但法線外電磁能量仍集中於感光區域11790之一邊緣處。此外，先前技術偵測器像素11825需要另外考慮需要在偏離感光區域11790之一位置處定位小透鏡11830所強加之裝配複雜性。
圖380顯示一偵測器像素11835之一範例性具體實施例，包括埋入式光學元件，其用作一小透鏡11840用於在感光區域11790處引導法線外電磁能量11820。金屬透鏡11840具有一不對稱、三個柱設計，具有相對於感光區域11790輕微偏離之一單一較寬柱與一對更小柱。但是不同於圖379之小透鏡1830，金屬透鏡11840係伴隨感光區域11790與金屬軌跡11841與偵測器像素11835整體形成，使得可在 結合微影蝕刻製程之較高精度下決定金屬透鏡11840相對於感光區域11790與金屬軌跡11845之位置。即，金屬透鏡11840比包括小透鏡11830之先前技術偵測器像素11825更高精度地提供相當(若不勝過)的電磁能量引導效能。
圖381顯示用於設計並最佳化一金屬透鏡(例如圖377及380所示之金屬透鏡11810及11840)之一設計製程11845之一流程圖。設計製程11845開始於一開始步驟11850，其中可包括各種準備步驟，例如軟體初始化。接著，在一步驟11855，定義一偵測器像素之一般幾何形狀。例如，偵測器像素之各種組件之折射率及厚度、感光區域之位置及幾何形狀與形成該偵測器像素之各種層之排序係在步驟11855中指定。
一偵測器像素幾何形狀之範例性定義係概述於表71內(尺寸為公尺，除非另有註釋)。
在一步驟11860中，指定輸入參數及設計目標，例如電磁能量入射角、製程執行時間及設計約束。一組範例性輸入參數及設計目標係概述於表72內：
在一步驟11865中，指定用於金屬透鏡幾何形狀之一初 始猜測。一範例性幾何形狀係概述於表73內：
在一步驟11870，一最佳化常式修改金屬透鏡設計，以便增加透過偵測器像素遞送至感光區域之功率。在一步驟11875，評估修改後金屬透鏡設計以決定是否已滿足在步驟11860所指定之設計目標。在一決策11880中，決定是否已滿足設計目標。若決策11880之答案係是，則已滿足設計目標，接著設計製程11845結束於一步驟11883。若決策11880之答案係否，則未滿足設計目標，接著重複步驟11870及11875。耦合功率(任意單位)作為主光線角(單位度)之一函數之一範例性評估係如圖382所示，其顯示比較包括一三柱金屬透鏡(例如如圖377及380所示之該等金屬透鏡)整合其上的一偵測器像素之功率耦合效能，比較一包括一小透鏡(例如如圖376及379所示之該等小透鏡)之功率耦合效能之一曲線圖11885。在圖382中可看出，使用設計製程11845所最佳化之三柱金屬透鏡設計在一CRA值範圍內在感光區域一致地提供相當或勝出包括一小透鏡之偵測器像素系統的功率耦合效能。
用於提供CRA校正整合在一偵測器像素結構內作為一埋入式光學元件之另一方法係使用一次波長稜鏡光柵 (SPG)。在本揭示案之背景下，一次波長光柵係理解為一光柵週期小於一波長之光柵，即<，其中△係一光柵週期，λ係一設計波長而n1係形成次波長光柵之材料之折射率。一次波長光柵一般僅透射第零繞射級，而所有其他級均有效地逐漸消失。藉由橫跨次波長光柵修改工作比(定義為W/△，其中W係在光柵內的柱寬)，有效媒介理論可用於設計一用作透鏡、稜鏡、偏振片等之次波長光柵。為了在一偵測器像素中校正CRA，一次波長稜鏡光柵(SPG)可能較為有利。
圖383顯示在一偵測器像素組態中適用作一埋入式光學元件之一範例性SPG 11890。SPG 11890係由一具有一折射率n1之材料所形成。SPG 11890包括具有不同柱寬W1、W2等之柱11895。且光柵週期△1、△2等之不同柱寬，使得工作比(即W1/△1、W2/△2等)橫跨SPG 11890變化。此類SPG之效能可使用(例如)Farn"增加效率之二進位光柵"(應用光學，卷31，第22號，第4453至4458頁)與Prather"用於整合紅外光偵測器之次波長繞射式元件之設計及應用"(光學工程，卷38，第5號，第870至878頁)中所述之方法來特徵化。在本揭示案中，考量具有特定製造限制之專用於一偵測器像素內CRA校正的SPG設計。
圖384顯示整合在一偵測器像素偵測11905內的SPG 11900之一陣列。偵測器像素陣列11905包括複數個偵測器像素11910(各由一虛矩形所指示)。各偵測器像素11910包括形成在一共同基底11920上或其內的一感光區域11915與 可在相鄰偵測器像素之間共同的複數個金屬軌跡11925。入射在偵測器像素11910之一者上的電磁能量11930(由一箭頭所指示)係透過SPG陣列11900，SPG陣列11900將電磁能量11930引向感光區域11915用於其上的偵測。在圖384中可注意到，已偏移金屬軌跡11925以在偵測器像素11910內容納16°或更小的θout值。
在如圖384所示之範例中，已將特定製造約束考慮在內。特定言之，假定電磁能量11930從空氣(折射率nair=1.0))入射在SPG11900(由折射率n1=2.0之Si3N4形成)上並透過一支撐材料11935(由折射率n0=1.45之SiO2形成)。此外，假定最小柱寬與柱之間的最小距離為65 nm，一最大縱橫比(即柱高與柱寬之比率)為10。該些材料及幾何形狀可容易地在現今的CMOS微影蝕刻製程中得到。
圖385顯示概述用於設計一適合在一偵測器像素內用作一埋入式光學元件之SPG之一設計製程11940之一流程圖。設計製程11940開始於一步驟11942。在一步驟11944，指定各種設計目標；設計目標可包括(例如)所需輸入範圍及輸出角度值(根據該SPG所需之CRA校正效能)與在偵測器像素之一感光區域處的輸出功率。在一步驟11946，執行一幾何光學分析以產生一幾何光學設計；即，使用一幾何光學方法，決定一能夠提供CRA校正效能之等效傳統稜鏡之特性(如在步驟11944中所指定)。在一步驟11948中，使用一基於耦合波分析的方法將該幾何光學設計轉譯成一初始SPG設計。儘管該初始SPG設計提供一理想SPG之屬 性，但此類設計無法使用目前可用製造技術來製造。因此，在一步驟11950，指定各種製造約束；相關製造約束可包括(例如)最小柱寬、最大柱高、最大縱橫比(即柱高與柱寬之比率)與用於形成該SPG之材料。接著，在一步驟11952，依據步驟11950中所指定之製造約束修改該初始SPG設計，以產生一可製造SPG設計。在一步驟11954，相對於在步驟11944所執行之設計目標來評估可製造SPG設計之效能。步驟11954可包括(例如)在一商用軟體封裝(例如FEMLAB®)中模擬可製造SPG設計之效能。接著，作出一決策11956，即該可製造SPG設計是否滿足步驟11944之設計目標。若決策11956之結果係"否-該可製造SPG設計不滿足該等設計目標"，則設計製程11940返回至步驟11952以再次修改該SPG設計。若決策11956之結果係"是-該可製造SPG設計滿足該等設計目標"，接著該可製造SPG設計係指明為一最終SPG設計，且設計製程11940結束於一步驟11958。下文隨即進一步詳細地論述在設計製程11940中的各步驟。
圖386顯示用於在圖385所示之設計製程11940之步驟11944及11946中設計一SPG之一幾何構造之一示意圖。在步驟11944及11946中，可開始於識別執行CRA校正之所需數量的一傳統稜鏡11960之特性。稜鏡11960所定義之參數係：θin=在該稜鏡之一第一表面處的電磁能量之入射角；θout=在一假想SPG表面處的電磁能量輸出角； θ' out=在該稜鏡之一第二表面處存在的電磁能量輸出角；θA=稜鏡頂角；n1=稜鏡材料折射率；n0=支撐材料之折射率；α=一第一中間角；以及β=一第二中間角。
繼續參考圖386，可藉由使用斯涅耳定律與三角幾何關係顯示輸出角θout可表述為θin、θA、n1及n0的一函數，如等式(16)所示：
例如，為了獲得一輸出角θout=16°，假定一輸入角θin=35°，使用一由一具有折射率n1=2.0之材料所形成之稜鏡，依據等式(16)，該稜鏡之頂角應該為θA=18.3°。即，假定用於各種元件之該些值，傳統稜鏡11960將會校正輸入角θin=35°之入射電磁能量之傳播，使得來自該稜鏡之輸出角將會係θout=16°，其係在接受用於(例如)一CMOS偵測器之一感光區域之一圓錐體內。假定獲得必需CRA校正所需之傳統稜鏡11960之頂角，用於一給定稜鏡基底尺寸之傳統稜鏡11960之稜鏡高度係容易地由幾何學來計算。
現在參考圖387，顯示一模型稜鏡11962，該SPG設計基於此模型稜鏡。模型稜鏡11962係由一具有一折射率n1之材料形成。模型稜鏡11962包括對應於共同偵測器之像素 寬度的一2.2微米稜鏡基底寬度。模型稜鏡11962還包括一稜鏡高度H與一頂角θA，在此情況下，其可使用等式(16)計算為等於18.3°。在圖387中可看出，稜鏡高度H係藉由等式(17)與稜鏡基底寬度與頂角θ A相關：H=(2.2 μm)tan(θ A )=(2.2 μm)tan(18.3°)=0.68 μm。 等式(17)
結合圖387參考圖388，說明一SPG 11964之一示意圖，包括待計算之尺寸。SPG 11964之特性基本上係圖385所示之設計製程11940之步驟11948之結果；即，SPG 11964表示將一幾何光學設計(由圖387之模型稜鏡11962所表示)轉譯成一初始SPG設計之結果。將假定SPG 11964之寬度(即Sw)係模型稜鏡11962之稜鏡基底寬度(即2.2微米)，並將用於稜鏡高度H之上述計算值視為該等SPG柱之一高度(即PH)。用於SPG 11964之設計計算假定SPG 11964係由Si3N4形成且電磁能量(具有一0.45微米波長)係從空氣入射在SPG 11964上並從SPG 11964出射至SiO2內。出於簡化，將SPG 11964中的散佈及損失視為忽略不計。因此，可使用等式(18)容易地計算出SPG 11964之相關參數： 其中S W =2.2μm；P H =H=0.68μm； N=柱號；以及i=1,2,3,...,19。
在本範例中用於值i=1,2,3,...,19之柱寬Wi計算值係概述於表74內。即，上面相關SPG參數列表與表74概述設計製程11940中步驟11948之結果，如圖385所示。
儘管上述計算值表示一理想SPG之特性，但應認識到，特定柱寬Wi過小而無法使用目前可用製造技術來實際製造。在考量該SPG之最終設計之可製造性時，假定最大縱橫比(即柱高PH與柱寬PW之比率)為大約10，最小柱寬係設定為65 nm而柱高PH係設定為650 nm，由於此高度值表示用於目前可用製程之一上限。柱號N及週期係相應地修改 以簡化該SPG結構，同時容納該等製造約束。強加該些限制係包括於圖385所示之設計製程11940之步驟11950內。
依據設計製程11940之一步驟11952中的製造約束修改該初始SPG結構設計。
表75概述用於簡化製程之參數。接著該些參數用於在可製造SPG中決定適當柱寬。
在該可製造SPG中的修改柱寬係概述於表76中。
設計製程11940之步驟11954設計評估該製造SPG設計之效能(例如概述於表75及76中)。圖389顯示對於接收在一535 nm波長下具有s偏振之入射電磁能量的如圖388所示之可製造SPG設計，針對在一0°至35°範圍的輸入角，輸出角θout作為輸入角θ in之一函數的數值計算結果之一曲線圖11966。曲線圖11966係使用FEMLAB®來產生，將透過表76所述之可製造SPG之電磁能量傳播考慮在內。在圖389中可看出，即便在一超過30°之輸入角下，所產生輸出角係大約16°，從而指示該可製造SPG仍提供足夠的CRA校正用於使超過30°之入射電磁能量在接受角度之圓錐內用於相關聯偵測器像素之感光區域。
圖390係一曲線圖11968，其顯示在一0°至35°範圍內的輸入角，輸出角θou(即如圖386所示)作為輸入角θin(同樣，如圖386所示)之一函數的數值計算結果，但該等計算係基於圖386所示之該幾何構造中的幾何光學器件。藉由比較曲線圖11968與圖389之曲線圖11966可看出，儘管幾何光學總體上比該可製造SPG預測更大CRA校正，如圖389及390所示之直線之斜率係相當類似。因此，圖389及390之數值計算結果一般承認，該可製造SPG提供足夠的CRA校正，而曲線圖11966可提供期望器件效能之一更可靠估計，由於在以解答麥克斯韋爾方程時間協調方式解答麥克斯韋爾方程之一模擬模型中將實際製造約束考量在內。換言之，圖389與390之一比較顯示圖385之設計製程(即開始 於一幾何光學設計以產生該SPG之規格)提供一產生一適當SPG設計之可行方法。
圖391及392顯示入射在可製造SPG之電磁能量之數值計算結果分別作為輸入角θin與用於s及p偏振之波長之曲線圖11970及11972。儘管曲線圖11970及11972係使用FEMLAB®來產生，但也可使用其他適當軟體來產生該等曲線圖。比較曲線圖11970及11972，可看出表76之可製造SPG在關注波長範圍內並為不同偏振提供類似的CRA校正效能。同樣，甚至對於大於30°之輸入角，輸出角θout仍大約為16°。即，依據本揭示案所設計之可製造SPG在一波長範圍以及偏振內提供可製造性以及均勻的CRA校正效能。換言之，檢查圖389至392(即作出設計製程11940之決策11956)指示此可製造SPG設計確實滿足該等設計目標。
儘管圖383至392係關於一用於執行CRA校正之SPG之設計，但還可能設計一能夠聚焦入射電磁能量同時執行CRA校正之SPG，例如由包括一如圖380所示之金屬透鏡的偵測器像素組態所提供。圖393及394分別顯示一範例性相位輪廓11976及一對應SPG 11979之一曲線圖11974，用於同時提供CRA校正並聚焦入射其上的電磁能量。相位輪廓11974係顯示為相位(單位弧度)作為空間距離(任意單位)之一函數之一曲線圖並可視為一抛物線相位表面與一傾斜相位表面之一組合。在圖393中，空間距離零對應於範例性光學元件之一中心。
圖394顯示一範例性SPG 11979，其提供一等效於相位輪 廓11976之一相位輪廓。SPG 11979包括複數個柱11980，其中SPG 11979所實現之相位輪廓與該等柱之集中與大小成比例；即較低的柱集中對應於如圖393所示之較低相位。換言之，在較低相位區域內，存在更少的柱，因此存在一減小數目的能夠修改透過其之電磁能量之波前的材料；反之，更高相位區域包括一更高柱集中，其提供更多材料用於影響波前相位。SPG 11979之設計假定柱11980係由一折射率高於周圍媒介之材料所形成。同樣，在SPG 11979中，該等柱寬及間距係假定小於λ/(2n)，其中n係形成柱11980之材料之折射率。
儘管結合關於與一CMOS偵測器像素陣列與包括色彩濾光片之整體形成元件相關聯的一組特定CMOS相容製程已說明各前述具體實施例，但習知此項技術者可容易地明白，可藉由替代其他類型半導體處理(例如BICMOS處理、GaAs處理及CCD處理)容易地調適前述方法、系統及元件。同樣地，可容易地明白，前述方法、系統及元件可容易地調適成電磁能量發射器而取代偵測器且仍不脫離本揭示案之精神及範疇。此外，可取代各種組件或除此之外使用適當等效物，此類取代或額外元件之功能及用途為習知此項技術者所熟悉，因此視為不脫離本揭示案之範疇。
一由具有不同折射率之二媒介所形成之表面部分反射入射其上的電磁能量。例如，由具有不同折射率之二鄰接光學元件(例如在一層疊光學元件內)所形成之一表面將部分地反射入射在表面上的電磁能量。
一由二媒介所形成之表面所反射之電磁能量之程度與該表面之反射率("R")正比例。反射率係由等式(19)所定義： 其中 n1=第一媒介之折射率，n2=第二媒介之折射率，以及θ係入射角。
因而，在n1與n2之間的差越大，該表面之反射率越大。
在成像系統中，通常不需要在一表面處的電磁能量反射。例如，在一成像系統中藉由兩個或兩個以上表面反射電磁能量可在該成像系統之一偵測器處產生不需要的鬼影。反射還減小到達偵測器之電磁能量數量。為了放置在上述成像系統中不需要的電磁能量，可在上述陣列式成像系統中在光學(例如層疊光學元件)之任一表面處或其上製作一抗反射層。例如，在上述圖2B專用，可在層疊光學元件24之一或多個表面上製作一抗反射層，例如由層疊光學元件24(1)及24(2)所定義之表面。
可藉由在一光學元件之一表面處或其上施加一折射率匹配材料之一層來在該表面處或其上製作一抗反射層。該折射率匹配材料理想地(認為法線入射單色電磁能量)具有一折射率("nmatched")，其等於由等式(20)所定義之一折射 率： 其中n1係形成該表面之第一媒介之折射率，而n2係形成該表面之第二媒介之折射率。例如，若n1=1.37且n2=1.60，則nmatched將會等於1.48，而在該表面處所沈積之一抗反射層將理想地具有一折射率1.48。
該折射率匹配材料層理想地具有在該折射率匹配材料中關注電磁能量之波長之1/4之一厚度。此厚度合乎需要，因為其導致從該匹配材料之表面所反射之關注電磁能量之毀滅性干涉，從而防止該表面處的反射。在該匹配材料內的電磁能量波長("λ matched")係由如下等式(21)定義： 其中λ0係在一真空中的電磁能量波長。例如，假定關注電磁能量係綠光，其在真空中具有一550 nm波長，而該匹配材料之折射率係1.26。該綠光接著在該匹配材料中具有一437 nm波長，該匹配材料理想地具有此波長之1/4之一厚度或109 nm。
一可行匹配材料係一低溫沈積二氧化矽。在此情況下，可使用一汽相或電漿二氧化矽沈積系統來施加該匹配材料至一表面。除了用作一抗反射層外，二氧化矽可較有利地保護該表面不受機械及/或化學外部影響。
另一可行匹配材料係一聚合物材料。此類材料可旋塗在一表面上或可藉由使用一製作母版之模製來施加至一光學 (例如一層疊光學元件)之一表面。例如，一匹配材料層可使用用於形成該層疊光學元件之某一層之相同製作母版來施加至一層疊光學元件之一表面，即該製作母版係沿其Z軸(即沿光軸)而平移適當距離(例如在該匹配材料內的關注波長之1/4)以在該層疊光學元件上形成該匹配材料層。此類製程更容易地施加至一光學元件，其較一具有一相對高曲率半徑之光學元件具有一相對較低的曲率半徑，因為一光學元件之曲率導致該製程所施加之匹配材料層具有一不均勻的厚度。或者，除了用於形成該層疊光學元件之某層之製作母版外的一製作母版可用於施加該匹配材料層至該層疊光學元件。此類製作母版沿其Z軸(即沿光軸在該匹配材料內的關注波長之1/4)具有必要的平移，其係設計成其表面特徵或其外部對齊特徵。
使用一匹配材料用作一抗反射層之一範例係如圖395A所示，其係由在共同基底12008上的光學元件層12004及12006所形成之一層疊光學元件之一斷面圖12000。抗反射層12002係置放於層12004與12006之間。抗反射層12002係一匹配材料，意味著其理想地具有一如等式(20)所定義之一折射率nmatched，其中n1係層12004之折射率而n2係層12006之折射率。抗反射層12002之一厚度12014等於在抗反射層12002中關注電磁能量之一波長之1/4。圖12000之對應於一區域之二分解12010係如圖395B及395C所示。在圖395B中，分解12010(1)說明抗反射層12002由一與具有藉由等式(20)所界定之一折射率之一相符的折射率材料所 形成。在圖395C中，分解12010(2)說明抗反射層12003由二子層所形成，如下文所述。
還可由複數個子層來製作一抗反射層，其中該複數個子層集中具有一有效折射率("neff")，其理想地等於等式(20)所定義之nmatched。此外，一抗反射層可較有利地使用用於製作二形成該等表面之光學元件之相同材料，由二子層製成。在圖395C中，分解12010(2)顯示元件12004及12006及抗反射層12003之細節。該等第一及第二子層12003(1)及12003(2)之各層分別具有大約等於該子層內關注電磁能量波長之1/16的一厚度。
表77概述在諸如圖395C之分解12010(2)所示之一層疊光學元件之一二層(標題為"LL1"及"LL2")所定義之一表面處所置放之一雙層抗反射層之一範例性設計。該抗反射層由標題為層"AR1"及"AR2"之二層所組成，其係由用於製作該等光學元件之相同材料製成。在表77中應注意，第一子層AR1係由與該第二光學元件相同的材料製成，而第二子層AR2係由與層LL1相同的材料製成。用於表77用途之關注電磁能量之一波長係505 nm。
圖396顯示反射率作為由帶及不帶表77所指定之抗反射層的在圖77之層LL1及LL2所限制之表面處之波長之一函數的一曲線圖12040。曲線12042表示不具有表77中所指定之抗反射層之層LL1及LL2之間的反射率表面；曲線12044表示具有表77所指定之抗反射層之反射率。從曲線圖12040可觀察到，該抗反射層減小在層LL1及LL2所限制之該表面處之反射率。
一抗反射層可藉由在該光學元件之表面上製作(例如藉由模製或蝕刻)次波長特徵來形成在一光學元件之一表面上或處。例如，此類次波長特徵包括在光學元件表面內的溝槽，其中該等溝槽之至少一尺寸(例如長度、寬度或深度)係小於在該抗反射層內的關注電磁能量之波長。例如該等溝槽填充一填充物材料，其具有不同於用於製作光學元件之材料的一折射率。此類填充物材料可以係用於直接在現有光學上形成另一光學元件之一材料(例如一聚合物)。例如，若次波長特徵係形成在一第一層疊光學元件上且一第二層疊光學元件係直接施加至該第一層疊光學元件，則該填充物材料將係用於製作該第二層疊光學元件之材料。或者，若該光學元件表面不接觸另外光學元件，則該填充物材料可以係空氣(或在光學元件環境中的另外氣體)。不論何種方式，該填充物材料(例如一聚合物或空氣)具有一不同於用於製作該光學元件之材料之折射率。因此，該等次波長特徵、該填充物材料及該光學元件之未修改表面(不包括次波長特徵之光學元件表面部分)形成一有 效媒介層，其具有一有效折射率neff。若neff係大約等於等式(20)所定義之nmatched，則此有效媒介層用作一抗反射層。用於根據一二不同材料組合來定義一有效折射率之一關係係由布魯格曼方程給出，由方程(22)給出： 其中p係一第一組成材料A之體積分數，εA係第一組成材料A之複雜介電函數，εB係第二組成材料B之複雜介電函數，而εe係有效媒介之產生複雜介電函數。複雜介電函數ε與折射率n及吸收常數k有關，由等式(23)給出：ε=(n+ik)2 等式(23)
該有效折射率係次波長特徵之大小及幾何形狀以及光學元件表面之填充因數之一函數，其中一填充因數係定義為未加修改表面部分(即不具有次波長特徵)與整個表面之比率。若該等次波長特徵係關於關注電磁能量波長足夠小並充分均勻地沿光學元件表面分佈，則有效媒介層之有效折射率僅大約為填充物材料與用於製作光學元件之材料之折射率之一函數。
該等次波長特徵可以係週期性(例如一正弦波)或非週期性的(例如隨機)。該等次波長特徵可以係平行或不平行的。平行次波長特徵可能導致偏振狀態選擇穿過有效媒介層之電磁能量；此類偏振可能或可能不合需要，視應用而定。
如上所述，較重要的係次波長特徵具有一至少尺寸，其 係小於在有效媒介層內關注趣電磁能量之一波長。在一具體實施例中，該等次波長特徵具有至少一尺寸，其小於或等於大小Dmax，Dmax係由等式(24)定義： 其中λ0係在真空內關注電磁能量波長而neff係有效媒介層之有效折射率。
一次波長特徵可使用一製作母版模製在一光學元件之一表面內，該製作母版具有定義該等次波長特徵之一負片的一表面；此類負片係該等次波長特徵之一逆反，其中在該負片上的抬高表面對應於在該光學元件上所形成之該等次波長特徵之凹槽。例如，圖397A及397B說明一製作母版12070，其具有一表面12072，該表面包括要施加至模製材料12078之一表面12086的次波長特徵之一負片12076，模製材料12078將用於在共同基底12080上製作一光學元件。製作母版12070接合如箭頭12084所示之模製材料12078以在產生光學元件之表面12086上模製該等次波長特徵。
負片12076過小而無法在表面12072上由肉眼看見。在圖397B中之一區域之放大圖顯示負片12076之範例性細節。儘管在圖397B中負片12076係說明為一正弦波，但負片12076可以係任一週期性或非週期性結構。負片12076具有一最大"深度"12082，其小於次波長特徵模製表面12086所產生之有效媒介層內關注電磁能量波長。
若一額外光學元件係要近接表面12086而形成，模製於 表面12086內的該等次波長特徵填充有一填充物材料，其具有不同於用於從模製材料12078製作一光學元件之材料的一折射率。該填充材料可以係一用於在表面12086上製作額外光學元件之材料；否則該填充物材料係空氣或表面12086之環境之另外氣體。當填充一第二材料時採用模製材料12078所形成之該等次波長特徵集體形成作為一抗反射層運作的一有效媒介層。
圖398顯示圖268之加工表面6410之一子區段12110之一數值格柵模型。應注意到，該數值模型近似翼形切削的加工表面6410。子區段12110已被離散以允許電磁模擬。因此基於離散模型之所產生效能曲線圖(下面提供)近似。可將圖268之加工表面6410包括在一製作母版之一表面上以形成一負片。例如，加工表面6410可形成圖397之製作母版12070之負片12076。一工具已從一製作母版之表面移除材料之子區段12110之區域係由黑色塊12112表示；此類區域可稱為凹槽。仍保留最初表面材料之子區段12110之區域係由白色塊12114表示；此類區域可稱為支柱。出於說明清楚，在圖398中僅標識一凹槽及支柱。
子區段12110包括一四單元細胞陣列，其橫跨圖268之加工表面6410之表面而重複以形成一具有一週期性結構之負片。在區段12110之左下角的一單元細胞具有水平週期12116("W")與垂直週期12118("H")。在W與H之間的一比率或單元細胞縱橫比係藉由等式(25)定義：
加工表面6410所定義之負片可視為具有一等於W之週期。較重要的係單元細胞之至少一特徵或尺寸(例如如圖398所示之W)小於一具有加工表面6410之製作母版所產生之有效媒介層中關注電磁能量波長。加工表面6410之各單元細胞具有下列特性：(1)一支柱填充因數("fH")0.444；(2)一凹槽填充因數("fL")0.556；(3)一週期(W)200；及(4)一厚度104.5 nm，其等於凹槽深度12112。
圖399係反射率作為正常入射在一具有使用一具有圖268之加工表面6410之製作母版所產生之次波長特徵的平坦表面上之電磁能量波長之一函數的一曲線圖12140。點線曲線12146對應於具有一週期400 nm之單元細胞；虛線曲線12144對應於具有一週期200 nm之單元細胞；而實線曲線12142對應於具有一週期600 nm之單元細胞。從圖399可觀察到，若單元細胞之週期係200 nm或400 nm，則該表面在一大約0.5微米波長下具有一幾乎為零之反射率。然而，當單元細胞具有一600 nm週期時，該表面之反射率對於低於大約0.525微米之波長大大地增加，因為在該些尺寸之一週期下，表面釋放停止，表現為一金屬材料並代之變成一繞射結構。因而，圖399顯示確保單元細胞之一週期足夠小的重要性。
圖400係反射率作為正常入射在一具有使用一具有圖268之加工表面6410之製作母版所產生之次波長特徵的平坦表面上之電磁能量之入射角之一函數的一曲線圖12170。曲線圖12170假定加工表面6410之單元細胞具有一200 nm週 期。實線曲線12174對應於具有一500 nm波長之電磁能量，而虛線曲線12172對應於具有一700 nm波長之電磁能量。曲線12172與12174之比較顯示該等波長特徵均係角度及波長依賴性。
圖401係反射率作為入射在一具有曲率半徑500微米之範例性半球形光學元件上之電磁能量之入射角之一函數的一曲線圖12200。點線曲線12204對應於具有使用一具有圖268之加工表面6410之製作母版所產生之次波長特徵之一光學元件，而實線曲線12202對應於不具有次波長特徵之一光學元件。可觀察到，較不具有次波長特徵之光學元件，具有該等次波長特徵之光學元件具有降低的反射率。
如上所述，一用作一抗反射層之有效媒介層可藉由在光學元件表面內模製次波長特徵來形成在一光學元件之一表面上，且此類次波長特徵可使用一製作母版而加以模製，該製作母版具有一包括該等次波長特徵之一負片的表面。此類負片可使用各種製程形成在該製作母版表面上。下文隨即論述此類製程之範例。
一負片可藉由使用一翼形切削製程，例如上面相對於圖267至268所述者，形成在一製作母版之一表面上。使用一翼形切削製程所產生之一負片可以係週期性的。例如，圖268之加工表面6410之圖298之子區段12110可使用一針對一單元細胞之一寬度大小調整之工具來加以翼形切削。在圖398之情況下，若一單元細胞具有一200 nm寬度與一340 nm高度，則該工具可具有一大約60 nm之寬度。
在一製作母版之一表面上形成一負片之另一方法係藉由使用一專用金剛石工具，例如圖224所示之工具尖6104。該金剛石工具在諸如圖223所示之一表面(例如一製作母版之一表面)內切削溝渠。然而，該金剛石工具可能僅用於形成一負片，其對應於平行及週期性次波長特徵。或者，可使用光柵掃描縮排圖案化將一負片形成在一製作母版之一表面上。作為一戳記製程的此類圖案化可用於產生一週期性或非週期性的負片。
在一製作母版之一表面上形成一負片之另一方法係藉由使用雷射剝離。雷射剝離可用於形成一週期性或非週期性負片。高功率脈衝準分子雷射(例如KrF雷射)可模式鎖住以產生數微焦的脈衝能量或Q切換以在249 nm下產生超過1焦的脈衝能量以在一製作母版之一表面上執行此類雷射剝離。例如，具有小於300 nm之特徵大小的一負片之表面釋放結構可使用準分子雷射剝離(使用一KrF雷射)來產生，如下述。該雷射係使用CaF2光學而聚焦至一繞射限制點並橫跨該製作母版表面加以光柵掃描。可調整雷射脈衝能量或脈衝數目以將一特徵(例如一坑)剝離至所需深度。該特徵間隔係調整以獲得對應於負片設計之一填充因數。可能適用於雷射剝離之其他雷射包括一ArF雷射與一CO2雷射。
可使用一蝕刻製程將一負片而另外形成在一製作母版之一表面上。在此類製程中，使用一蝕刻劑來在該製作母版表面內蝕刻坑。坑係與該製作母版表面之材料之顆粒大小 及組態；此類大小及組態係該製作母版表面材料(例如一金屬合金)、該材料之溫度及該材料之機械處理之一函數。該材料之晶格平面與瑕疵(例如顆粒邊界與晶體學失排錯位)將會影響形成坑的速率。該等顆粒及失排錯位時常隨機地定位或具有較低的結合力；因此坑之空間分佈及大小還可能係隨機的。該些坑之大小取決於諸如蝕刻化學、製作母版及蝕刻劑溫度、顆粒大小及蝕刻製程持續時間之特性。可行蝕刻劑包括諸如鹽及酸之腐蝕性物質。作為一範例，考量一具有一黃銅表面之製作母版。由一重鉻酸鈉與硫酸溶液所組成之一蝕刻劑可用於蝕刻該黃銅表面，從而導致具有包括立方及正方形狀之形狀的坑。
若一抗反射層係形成在一光學元件之一表面上或處，則該抗反射層可能需要在該光學元件邊緣附近比該光學元件中心處更厚。此類要求歸因於由於光學元件曲率所引起的在其邊緣附近光學元件表面上的電磁能量入射角增加。
藉由模製所形成之光學，例如在一共同基底或層疊光學元件(例如上面圖2B之層疊光學元件24)上所製作之單一光學元件一般會在固化時收縮。圖402顯示一曲線圖12230，其說明此類收縮之一範例。曲線圖12230顯示一模具(即一製作母版之一部分)與一固化光學元件之一斷面；垂直軸表示該模具及該固化光學元件之輪廓尺寸而水準軸表示該模具及該固化光學元件之徑向尺寸。點線曲線12232表示該模具之斷面，而實線曲線12234表示該固化光學元件之斷面。由於固化所引起之光學元件之收縮可藉由注意到實 線曲線12234一般小於點線曲線12232。此類收縮導致光學元件之高度、寬度及曲率之變化，從而可能導致諸如聚焦誤差之像差。
為了避免光學元件收縮所引起之像差，可使用於形成一光學元件之一模具大於該光學元件之一所需大小，以便在其固化期間補償該光學元件之收縮。圖403顯示曲線圖12260，其說明一模具(即一製作母版之一部分)與一固化光學元件之一斷面。虛線曲線12262表示該模具之斷面，而實線曲線12264表示該光學元件之斷面。圖403之曲線圖12260不同於圖402之曲線圖12230，在於在圖403中的模具係大小調整以在固化期間補償光學元件收縮。因此，圖403之實線曲線12264對應於圖402之虛線曲線12232；因此圖403之光學元件之斷面對應於由圖402之模具所表示之光學元件之期望斷面。
在一光學元件之銳利彎曲表面處(例如圖403之角落12266及12268)的收縮係受形成該光學元件之材料之黏度及模數的控制。期望角落12266及12268不會侵入該光學元件之通光空間；因此可使角落12266及12268之曲率半徑在光學元件模具中相對較小以減小角落12266及12268侵入光學元件之通光孔徑的可能性。
偵測器像素(例如圖4A及4B之偵測器像素78)一般組態成用以"前側照明"。在一前側照明偵測器像素中，電磁能量進入該偵測器像素之一前表面(例如偵測器像素78之表面98)，在一系列層穿過金屬互連(例如偵測器像素78之金 屬互連96)至一感光區域(例如偵測器像素78之感光區域94)。一成像系統係一般製作在一前側照明偵測器像素之前表面上。此外，可近接一前側照明像素之支撐層來製作埋入式光學，如上所述。
然而，在本文特定具體實施例中，偵測器像素還可配置成用於"後側照明"，而上述成像系統還可配置成用於配合此類後側照明偵測器像素使用。在後側照明偵測器像素中，電磁能量進入偵測器像素後側並直接撞擊感光區域。因此，電磁能量較有利的係不穿過該系列層以到達該感光區域；在該等層內的該等金屬互連可不合需要地禁止電磁能量到達該感光區域。諸如上述該等成像系統之成像系統可施加至後照明偵測器像素之後側。
在製造期間，一偵測器像素後側一般係覆蓋有一厚矽晶圓。此矽晶圓必須加以細薄化，例如藉由蝕刻或研磨該晶圓，以便使電磁能量能夠穿透該晶圓而到達一感光區域。圖404A及404B分別顯示偵測器像素12290及12292之斷面圖，其包括個別矽晶圓12308及12310。矽晶圓12308及12310各包括一區域12306，其包括一感光區域12298。矽晶圓12308(一般稱為一絕緣體上矽(SOI)晶圓)還包括過多矽區段12294與埋入式氧化物層12304；矽晶圓12310還包括過多矽層12296。過多矽層12294及12296必須加以移除，使得電磁能量18可到達感光區域12298。偵測器像素12290將在移除過多矽層12294之後具有後表面12300，而偵測器像素12292將在移除過多矽層12296之後具有後表面 12302。
由二氧化矽所製成之埋入式氧化物層12304可有助於防止在移除過多矽層12294期間損壞區域12306。時常難以精確地控制矽蝕刻及研磨；因此存在一危險，即在區域12306未從過多矽層12294分離之情況下，由於無力精確停止蝕刻或研磨矽晶圓12308，區域12306將會遭到損壞。埋入式氧化物層12304提供此類分離並由此有助於防止在移除過多矽層12294期間意外移除區域12306。埋入式氧化物層12304還可有利地用於近接偵測器像素12290之表面12300，形成埋入式光學元件，如下所述。
圖405顯示配置用於後側照明之偵測器像素12330以及一層結構12338與可配合偵測器像素12330使用之三柱式金屬透鏡12340之一斷面圖。對於模擬目的，感光區域12336可在區域12342之中心近似為一矩形體積。可將層(例如濾光片)添加至偵測器像素12330以改良其電磁能量收集效能。此外，可修改偵測器像素12330之現有層以改良其效能。例如，可修改層12332及/或層12234以改良偵測器像素12330之效能，如下文隨即所述。
可修改層12332及/或12334以形成一或多個濾光片，例如一彩色濾光片及/或一紅外線截止濾光片。在一範例中，層12334係修改成一用作一彩色濾光片之層疊結構12338及/或修改成一紅外線截止濾光片。還可修改層12332及/或12334，使其有助於將電磁能量18引導至感光區域12336上。例如，層12334可形成一金屬透鏡，其將電 磁能量引導至感光區域12336上。一金屬透鏡之一範例係如圖405所示之一三柱金屬透鏡12340。作為另一範例，可使用膜層來取代層12332及12334之材料，使得層12332及12334集體形成一震盪器，其增加感光區域12336對電磁能量之吸收。
圖406顯示透射率作為用於在一可配置成用於後側照明之偵測器像素內所製作之一組合彩色及紅外阻障濾光片之波長之一函數的一曲線圖。例如，該濾光片可製作於圖405之偵測器像素12330之層12334內。由一虛線所表示之曲線12374表示青藍色光之透射率；由一點線所表示之曲線12376表示黃光之透射率；而由一實線所表示之曲線12372表示深紅色光之透射率。針對一550 nm參考波長與法線入射，用於紅外線截止CMY濾光片之一範例性設計係概述於表78內。
圖407顯示組態成用於後側照明之一偵測器像素12400之一斷面圖。偵測器像素12400包括感光區域12402，其具有邊長1微米之一方形斷面。感光區域12402與抗反射層12420分離500 nm的距離12408。抗反射層12420由具有一30 nm厚度12404之一二氧化矽子層與具有一40 nm厚度12406之一氮化矽子層所組成。
用於將電磁能量18引導至感光區域12402上的金屬透鏡12422係近接抗反射層12420來置放。金屬透鏡12422係由二氧化矽所製成，除了各由氮化矽所製成的較大柱12410與較小柱12412外。較大柱12410具有一1微米的寬度12416，而較小柱12412具有一120 nm的寬度12428。較大柱12416及較小柱12412具有一300 nm之深度12418。較小柱12412係與較大柱12410分離一90 nm距離。包括金屬透鏡12422之偵測器像素12400可具有大約33%的一量子效率，其大於不包括金屬透鏡12422之偵測器像素12400之一具體實施例的量子效率。等高線12426表示在偵測器像素12400內的電磁能量密度。從圖407可觀察到，該等等高線顯示法線入射電磁能量18係藉由金屬透鏡12422引導至感光區域12402。
可在從偵測器像素12400之後側移除一過多矽層之後，將抗反射層12420及金屬透鏡12422製作在偵測器像素 12400內或其上。例如，若偵測器像素12400係圖405之偵測器像素12330之一具體實施例，則可將抗反射層12400及金屬透鏡12422形成在偵測器像素12330之層12334內。
圖408顯示組態成用於後側照明之一偵測器像素12450之一斷面圖。偵測器像素12450包括一感光區域12452與一二柱金屬透鏡12454。金屬透鏡12454係藉由向下研磨掉或蝕刻掉偵測器像素12450之一後側上的過多矽至表面12470來製作。接著進一步將蝕刻區域12456蝕刻成偵測器像素12450之矽內。各蝕刻區域12456具有一600 nm寬度12472與一200 nm厚度12460。各蝕刻區域12456係距感光區域12452之一中心線1.1微米之一距離12464而中心定位。蝕刻區域12456係填充有一填充物材料，例如二氧化矽。該填充物材料還可產生層12458，其可用作一鈍化層，具有一600 nm之一厚度12468。因而，金屬透鏡12454包括矽未蝕刻區域12474與填充蝕刻區域12456。等高線12466表示在偵測器像素12450內的電磁能量密度。從圖408可觀察到，該等等高線顯示法線入射電磁能量18係藉由金屬透鏡12452引導至感光區域12454。圖409係對於圖408之偵測器像素12450，量子效率作為波長之一函數的一曲線圖12490。實線曲線12492表示具有金屬透鏡12454之偵測器像素12450，而點線曲線12494表示不帶金屬透鏡1245之偵測器像素12450。從圖409可觀察到，金屬透鏡12454將偵測器像素12450之量子效率增加大約15%。
10‧‧‧成像系統
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24(7)‧‧‧層疊光學元件
26(1)‧‧‧頂部平坦表面
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28(1)‧‧‧平坦表面
28(2)‧‧‧平坦表面
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70‧‧‧實體孔徑
72‧‧‧通光孔徑
74‧‧‧區域
76‧‧‧間隔物
78‧‧‧偵測器像素
90‧‧‧埋入式光學元件
92‧‧‧埋入式光學元件
94‧‧‧感光區域
96‧‧‧金屬互連
98‧‧‧表面
110‧‧‧成像系統
112‧‧‧偵測器
113‧‧‧表面
114‧‧‧光學器件
116‧‧‧層疊光學元件
116(1)‧‧‧層疊光學元件
116(1')‧‧‧光學元件
116(2)‧‧‧層疊光學元件
116(3)‧‧‧層疊光學元件
116(4)‧‧‧層疊光學元件
116(5)‧‧‧層疊光學元件
116(6)‧‧‧層疊光學元件
116(7)‧‧‧層疊光學元件
117‧‧‧層疊光學元件
118‧‧‧光線
124‧‧‧表面
140‧‧‧偵測器像素
142‧‧‧通光孔徑
144‧‧‧圍場
146‧‧‧相對較直側
300‧‧‧成像系統
302‧‧‧偵測器
304‧‧‧光學器件
306‧‧‧層疊光學元件
306(1)‧‧‧層疊光學元件
306(1)‧‧‧層疊光學元件
306(2)‧‧‧層疊光學元件
306(3)‧‧‧層疊光學元件
306(4)‧‧‧層疊光學元件
306(5)‧‧‧層疊光學元件
306(6)‧‧‧層疊光學元件
308‧‧‧光線
309‧‧‧層疊光學元件
309(1)‧‧‧層疊光學元件
309(2)‧‧‧層疊光學元件
309(3)‧‧‧層疊光學元件
309(4)‧‧‧層疊光學元件
309(5)‧‧‧層疊光學元件
309(6)‧‧‧層疊光學元件
309(7)‧‧‧層疊光學元件
312‧‧‧空氣間隙
314‧‧‧中間共同基底
330‧‧‧偵測器像素
332‧‧‧通光孔徑
334‧‧‧圍場
336‧‧‧相對較直側
338‧‧‧實體孔徑
420‧‧‧成像系統
424‧‧‧光學器件
428‧‧‧光線
432‧‧‧光學元件116(1')之一表面/層
440‧‧‧等高線圖
600‧‧‧成像系統
602‧‧‧偵測器
604‧‧‧光學器件
607‧‧‧層疊光學元件
607(1)‧‧‧層疊光學元件
607(2)‧‧‧層疊光學元件
607(3)‧‧‧層疊光學元件
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607(5)‧‧‧層疊光學元件
607(6)‧‧‧層疊光學元件
607(7)‧‧‧層疊光學元件
608‧‧‧光線
612‧‧‧空氣間隙
614‧‧‧共同基底
616‧‧‧變焦光學
617‧‧‧層疊光學元件
630‧‧‧相對較直側
632‧‧‧間隔物
634‧‧‧通光孔徑
636‧‧‧圍場
800‧‧‧成像系統
802‧‧‧光學器件
804‧‧‧層疊光學元件
804(1)‧‧‧層疊光學元件
804(2)‧‧‧層疊光學元件
804(3)‧‧‧層疊光學元件
804(4)‧‧‧層疊光學元件
804(5)‧‧‧層疊光學元件
804(6)‧‧‧層疊光學元件
804(7)‧‧‧層疊光學元件
806‧‧‧光線
808‧‧‧可選光學元件蓋板
810‧‧‧偵測器蓋板
812‧‧‧空氣間隙
814‧‧‧偵測器112之一表面
920‧‧‧成像系統
922‧‧‧光學元件
924‧‧‧光學元件
926‧‧‧偵測器蓋板
928‧‧‧光學元件
930‧‧‧光學元件
932‧‧‧空氣間隙
934‧‧‧空氣間隙
936‧‧‧空氣間隙
938‧‧‧光學器件
940‧‧‧偵測器112之表面
1070‧‧‧變焦成像系統
1070(1)‧‧‧成像系統
1070(2)‧‧‧成像系統
1072‧‧‧第一光學群組
1074‧‧‧第二光學群組
1076‧‧‧偵測器蓋板
1080‧‧‧共同基底
1082‧‧‧負光學元件
1084‧‧‧負光學元件
1086‧‧‧共同基底
1088‧‧‧正光學元件
1090‧‧‧平光學元件
1092‧‧‧光線
1094‧‧‧空氣間隙
1096‧‧‧直線
1220‧‧‧變焦成像系統
1220(1)‧‧‧成像系統
1220(2)‧‧‧成像系統
1222‧‧‧第一光學群組
1224‧‧‧第二光學群組
1226(1)‧‧‧層疊光學元件
1226(2)‧‧‧層疊光學元件
1226(3)‧‧‧層疊光學元件
1226(4)‧‧‧層疊光學元件
1226(5)‧‧‧層疊光學元件
1226(6)‧‧‧層疊光學元件
1226(7)‧‧‧層疊光學元件
1228‧‧‧光學元件
1230‧‧‧正光學元件
1232‧‧‧正光學元件
1234‧‧‧光學元件
1236‧‧‧負光學元件
1238‧‧‧負光學元件
1242‧‧‧光線
1244‧‧‧直線
1246‧‧‧第三光學群組
1380‧‧‧變焦成像系統
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1390‧‧‧正光學元件
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1406‧‧‧光學元件
1408‧‧‧可變光學器件
1410‧‧‧末端
1412‧‧‧末端
1620‧‧‧變焦成像系統
1620(1)‧‧‧成像系統
1620(2)‧‧‧成像系統
1620(3)‧‧‧成像系統
1622‧‧‧第一光學群組
1624‧‧‧第二光學群組
1626‧‧‧第三光學群組
1628‧‧‧元件
1630‧‧‧正光學元件
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1636‧‧‧負光學元件
1638‧‧‧負光學元件
1640‧‧‧直線
1642‧‧‧光線
1646(1)‧‧‧層疊光學元件
1646(2)‧‧‧層疊光學元件
1646(3)‧‧‧層疊光學元件
1646(4)‧‧‧層疊光學元件
1646(5)‧‧‧層疊光學元件
1646(6)‧‧‧層疊光學元件
1646(7)‧‧‧層疊光學元件
1648‧‧‧末端
1650‧‧‧末端
1820‧‧‧成像系統
1822‧‧‧光學器件
1824‧‧‧層疊光學元件
1824(1)‧‧‧層疊光學元件
1824(2)‧‧‧層疊光學元件
1824(3)‧‧‧層疊光學元件
1824(4)‧‧‧層疊光學元件
1824(5)‧‧‧層疊光學元件
1824(6)‧‧‧層疊光學元件
1824(7)‧‧‧層疊光學元件
1826‧‧‧彎曲表面
1830‧‧‧光線
1832‧‧‧偵測器
1834‧‧‧光軸
1990‧‧‧成像系統
1992‧‧‧孔徑
1994‧‧‧孔徑
1996‧‧‧偵測器
1998‧‧‧光學元件
2000‧‧‧空氣間隙
2002‧‧‧光學元件
2003‧‧‧正光學元件
2004‧‧‧光學元件
2006‧‧‧負光學元件
2008‧‧‧空氣間隙
2010‧‧‧負光學元件
2012‧‧‧光學元件
2014‧‧‧正光學元件
2016‧‧‧正光學元件
2018‧‧‧空氣間隙
2020‧‧‧光學元件
2022‧‧‧光學器件
2076‧‧‧繞射式光學元件
2080‧‧‧繞射式光學元件
2086‧‧‧元件
2088‧‧‧元件
2090‧‧‧元件
2092‧‧‧元件
3500‧‧‧系統
3520‧‧‧偵測器
3522‧‧‧處理組塊
3524‧‧‧處理組塊
3525‧‧‧電子資料
3530‧‧‧色彩轉換組塊
3533‧‧‧固定圖案雜訊("FPN")組塊
3540‧‧‧模糊及過濾組塊
3552‧‧‧單通道("SC")組塊
3554‧‧‧多通道("MC")組塊
3560‧‧‧色彩轉換組塊
3570‧‧‧影像
3600‧‧‧成像系統
3601‧‧‧光學器件
3602‧‧‧彩色濾光片陣列
3605‧‧‧偵測器
3620‧‧‧雜訊減小處理("NRP")及色彩空間轉換組塊
3625‧‧‧電子資料
3632‧‧‧空間通道
3634‧‧‧色彩通道
3642‧‧‧模糊移除組塊
3644‧‧‧模糊移除組塊
3650‧‧‧NRP&色彩空間轉換組塊
3660‧‧‧三色影像
4010‧‧‧成像系統
4012‧‧‧物件
4014‧‧‧相位修改元件
4016‧‧‧光學元件
4018‧‧‧偵測器
4020‧‧‧電磁能量
4100‧‧‧成像系統
4104‧‧‧非均質相位修改元件
4108‧‧‧內部折射率輪廓
4114‧‧‧非均質相位修改元件
4118A‧‧‧層
4118B‧‧‧層
4118C‧‧‧層
4118D‧‧‧層
4118E‧‧‧層
4118F‧‧‧層
4118G‧‧‧層
4118H‧‧‧層
4118I‧‧‧層
4118J‧‧‧層
4118K‧‧‧層
4120‧‧‧相機
4124‧‧‧非均質相位修改元件
4128‧‧‧前表面
4130‧‧‧偵測器
4132‧‧‧偵測器像素
4136‧‧‧結合層
4138‧‧‧數位信號處理器(DSP)
4150‧‧‧束
4150'‧‧‧複合桿
4152A‧‧‧桿
4152B‧‧‧桿
4152C‧‧‧桿
4152D‧‧‧桿
4152E‧‧‧桿
4152F‧‧‧桿
4152G‧‧‧桿
4155‧‧‧晶圓
4160‧‧‧組件
4162‧‧‧接合層
4160‧‧‧組件
4162‧‧‧接合層
4165‧‧‧晶圓
4200‧‧‧非均質多折射率光學
4202‧‧‧多折射率光學元件/相位修改元件
4203‧‧‧光軸
4204‧‧‧物件
4206‧‧‧法線入射電磁能量光線
4208‧‧‧軸外電磁能量光線
4210‧‧‧相位修改元件4202之前表面
4212‧‧‧相位修改元件4202之一後表面
4220‧‧‧光點
4222‧‧‧光點
4250‧‧‧PSF
4252‧‧‧PSF
4256‧‧‧PSF
4258‧‧‧PSF
4260‧‧‧PSF
4262‧‧‧PSF
4266‧‧‧PSF
4268‧‧‧PSF
4400‧‧‧非均質多折射率光學
4402‧‧‧非均質相位修改元件
4404‧‧‧物件
4406‧‧‧法線入射電磁能量光線
4408‧‧‧軸外電磁能量光線
4410‧‧‧相位修改元件4402之一前表面
4412‧‧‧相位修改元件4420之一後表面
4420‧‧‧光點
4422‧‧‧光點
4500‧‧‧相位修改元件
4502‧‧‧乳劑
4510‧‧‧紫外線光源
4512‧‧‧紫外線光源
4550‧‧‧成像系統
4560‧‧‧多孔徑陣列
4564‧‧‧GRIN透鏡
4570‧‧‧負光學元件
4600‧‧‧汽車
4602‧‧‧成像系統
4610‧‧‧汽車
4612‧‧‧第二成像系統
4650‧‧‧視訊遊戲控制板
4652‧‧‧遊戲控制按鈕
4655‧‧‧成像系統
4670‧‧‧泰迪熊
4672‧‧‧成像系統
4674‧‧‧答錄機系統
4690‧‧‧行動電話
4692‧‧‧相機
4700‧‧‧條碼閱讀器
4702‧‧‧非均質相位修改元件
4704‧‧‧條碼
4800‧‧‧GRIN透鏡組態
4802‧‧‧GRIN透鏡
4803‧‧‧光軸
4804‧‧‧物件
4810‧‧‧前表面
4812‧‧‧後表面
5000‧‧‧光學元件5002陣列
5002‧‧‧光學元件
5004‧‧‧共同基底
5005‧‧‧成像系統
5006‧‧‧陣列成像系統
5008‧‧‧固態影像偵測器
5100‧‧‧成像系統陣列
5101‧‧‧個別成像系統
5102‧‧‧共同基底
5104‧‧‧共同基底
5106‧‧‧光學元件
5108‧‧‧光學元件
5110‧‧‧接合材料/接合層
5112‧‧‧孔徑
5114‧‧‧間隔物
5116‧‧‧共同基底
5118‧‧‧第三光學元件
5120‧‧‧平表面
5122‧‧‧蓋板
5124‧‧‧偵測器
5215‧‧‧影像平面
5200‧‧‧成像系統
5202‧‧‧雙面光學元件
5204‧‧‧共同基底
5300‧‧‧晶圓級成像系統
5308‧‧‧光學元件
5310‧‧‧接合層
5312‧‧‧孔徑遮罩
5314‧‧‧間隔物
5318‧‧‧光學元件
5324‧‧‧偵測器
5334‧‧‧接合層
5336‧‧‧間隔物
5400‧‧‧成像系統
5400(2)‧‧‧成像系統
5406‧‧‧光學元件
5408‧‧‧凹光學元件
5410‧‧‧接合層
5418‧‧‧凹光學元件
5418(2)‧‧‧光學元件
5422‧‧‧蓋板
5424‧‧‧偵測器
5430‧‧‧光學元件
5430(2)‧‧‧光學元件
5432‧‧‧共同基底
5434‧‧‧接合層
5436‧‧‧間隔物
5452‧‧‧MTF
5454‧‧‧透焦MTF分佈
5482‧‧‧光學器件
5500‧‧‧成像系統
5502‧‧‧光學元件
5504‧‧‧共同基底
5514‧‧‧間隔物
5516‧‧‧共同基底
5536‧‧‧間隔物
5550‧‧‧光學元件
5552‧‧‧整合支座
5554‧‧‧凸表面
5556‧‧‧斜壁
5558‧‧‧共同基底
5560‧‧‧影像區域
5562‧‧‧圓形孔徑
5564‧‧‧接合區域
5566‧‧‧矩形孔徑
5570‧‧‧光線跡線圖
5572‧‧‧區域
5574‧‧‧作用區域
5580‧‧‧光線跡線圖
5600‧‧‧晶圓級陣列
5602‧‧‧共同基底
5604‧‧‧偵測器
5616‧‧‧彎曲共同基底
5618(1)‧‧‧光學元件
5618(2)‧‧‧光學元件
5618(3)‧‧‧光學元件
5624‧‧‧偵測器
5700‧‧‧成像系統
5706‧‧‧專用相位修改元件
5724‧‧‧偵測器
5740‧‧‧信號處理器
5742‧‧‧製作材料
5744‧‧‧影像
5750‧‧‧出射瞳
5760‧‧‧電磁能量
5762‧‧‧光束
5764‧‧‧光束
5766‧‧‧光束
5768‧‧‧光束
5772‧‧‧光束
5774‧‧‧光束
5776‧‧‧光束
5778‧‧‧光束
5790‧‧‧MTF
5792‧‧‧MTF
5794‧‧‧MTF
5796‧‧‧MTF
5798‧‧‧MTF
5800‧‧‧MTF
5802‧‧‧MTF
5804‧‧‧MTF
5806‧‧‧透焦MTF
5808‧‧‧透焦MTF
5810‧‧‧光學元件
5810(1)‧‧‧光學元件
5810(2)‧‧‧光學元件
5812‧‧‧塊狀材料
5814‧‧‧共同基底
5820‧‧‧光學元件
5822‧‧‧塊狀材料
5824‧‧‧共同基底
5826‧‧‧表面
5827‧‧‧表面
5830‧‧‧光學元件
5831‧‧‧晶圓級成像系統陣列
5832‧‧‧塊狀材料
5834(1)‧‧‧共同基底
5834(2)‧‧‧共同用基底
5838‧‧‧偵測器
5850‧‧‧晶圓級成像系統陣列
5852‧‧‧共同基底
5854‧‧‧光學元件
5856‧‧‧塊狀材料
5860‧‧‧共同基底
5862‧‧‧偵測器
5900‧‧‧晶圓級成像系統陣列
5902‧‧‧元件
5903‧‧‧共同基底
5904‧‧‧層疊光學元件
5904(1)‧‧‧層疊光學元件
5904(2)‧‧‧層疊光學元件
5904(3)‧‧‧層疊光學元件
5904(4)‧‧‧層疊光學元件
5904(5)‧‧‧層疊光學元件
5904(6)‧‧‧層疊光學元件
5904(7)‧‧‧層疊光學元件
5910‧‧‧單一成像系統
5912‧‧‧層疊光學元件
5914‧‧‧共同基底
5920‧‧‧成像系統
5922‧‧‧孔徑光闌
5924‧‧‧層疊光學元件
5924(1)‧‧‧層
5924(2)‧‧‧層
5924(3)‧‧‧層
5924(4)‧‧‧層
5924(5)‧‧‧層
5924(6)‧‧‧層
5924(7)‧‧‧層
5924(8)‧‧‧層
5925‧‧‧共同基底
5926‧‧‧偵測器
5945‧‧‧地圖
5960‧‧‧成像系統
5962‧‧‧孔徑
5964‧‧‧層疊光學元件
5964(1)‧‧‧光學元件
5964(2)‧‧‧光學元件
5964(3)‧‧‧光學元件
5964(4)‧‧‧光學元件
5964(5)‧‧‧光學元件
5964(6)‧‧‧光學元件
5964(7)‧‧‧光學元件
5964(8)‧‧‧光學元件
5966‧‧‧共同基底
5968‧‧‧偵測器
5980‧‧‧電磁能量阻障或吸收層
6000‧‧‧製作母版
6002‧‧‧虛矩形
6004‧‧‧特徵
6006‧‧‧製作母版表面
6008‧‧‧金剛石車削組態
6010‧‧‧工具尖
6012‧‧‧工具柄
6014‧‧‧特徵
6016‧‧‧基板
6018‧‧‧虛線
6020‧‧‧直線
6022‧‧‧工具尖切削刃
6024‧‧‧加工組態
6026‧‧‧卡盤
6028‧‧‧心軸
6030‧‧‧切削工具
6032‧‧‧工具柱
6034‧‧‧製作母版
6036‧‧‧前表面
6038‧‧‧特徵
6040‧‧‧虛線
6042‧‧‧工具片
6044‧‧‧工具尖
6046‧‧‧工具柄
6048‧‧‧方向
6050‧‧‧圓鑿軌跡
6052‧‧‧製作母版
6054‧‧‧表面
6056‧‧‧旋轉切削工具
6058‧‧‧特徵
6060‧‧‧組態
6062‧‧‧特徵
6064‧‧‧製作母版
6066‧‧‧製作母版6064之前表面
6068‧‧‧專用形成工具
6070‧‧‧軸
6072‧‧‧非圓形切削刃
6074‧‧‧工具柄
6076‧‧‧形成工具
6076A‧‧‧形成工具
6076B‧‧‧形成工具
6076C‧‧‧形成工具
6076D‧‧‧形成工具
6076E‧‧‧形成工具
6076F‧‧‧形成工具
6076G‧‧‧形成工具
6078A‧‧‧凸出切削刃
6078B‧‧‧凸出切削刃
6078C‧‧‧凸出切削刃
6078D‧‧‧凸出切削刃
6080‧‧‧凹入切削刃
6082‧‧‧成角切削刃
6084‧‧‧切削刃
6086‧‧‧凸出切削刃
6088‧‧‧凹入切削刃
6090A‧‧‧旋轉軸
6090B‧‧‧旋轉軸
6090C‧‧‧旋轉軸
6090D‧‧‧旋轉軸
6090E‧‧‧旋轉軸
6090F‧‧‧旋轉軸
6090G‧‧‧旋轉軸
6092‧‧‧邊緣
6094‧‧‧製作母版6096之一部分
6096‧‧‧製作母版
6198‧‧‧特徵
6100‧‧‧加工標記
6104‧‧‧工具尖
6106‧‧‧切口
6108‧‧‧一切削刃
6110‧‧‧週期
6114‧‧‧製作母版
6116‧‧‧製作母版6114之一部分
6118‧‧‧特徵
6120‧‧‧加工標記
6121‧‧‧深度
6122‧‧‧圖示
6124‧‧‧切削工具
6126‧‧‧工具柄
6128‧‧‧工具尖
6130‧‧‧切削刃/工具柄
6132‧‧‧旋轉軸
6134‧‧‧工具尖
6136‧‧‧切削刃
6138‧‧‧金剛石工具片
6140‧‧‧突出
6142‧‧‧特徵6144之一部分
6144‧‧‧特徵
6146‧‧‧螺旋工具路徑
6148‧‧‧螺旋標記
6150‧‧‧特徵
6152‧‧‧線性工具路徑
6154‧‧‧螺旋標記
6156‧‧‧製作母版
6158‧‧‧表面
6160‧‧‧特徵
6162‧‧‧識別標記
6164‧‧‧對齊標記
6166‧‧‧對齊標記
6168‧‧‧空白區域
6170‧‧‧文書對齊光
6172‧‧‧工具片
6174‧‧‧凹表面
6176‧‧‧圓柱特徵
6178‧‧‧製作母版
6178'‧‧‧製作母版
6180‧‧‧凸面
6180'‧‧‧方形凸面
6182‧‧‧環面
6184‧‧‧凸表面
6186‧‧‧凸表面
6188‧‧‧匹配子部分
6189‧‧‧方形凸面
6190‧‧‧環面
6192‧‧‧特徵
6194‧‧‧凹入特徵
6196‧‧‧一般方形孔徑
6198‧‧‧製作母版
6200‧‧‧第一材料部分
6200'‧‧‧修改後第一部分
6202‧‧‧第二材料部分
6204‧‧‧劃線
6206‧‧‧虛擬基準平面
6208‧‧‧部分
6210‧‧‧材料
6210'‧‧‧材料
6212‧‧‧最終表面
6214‧‧‧最終特徵
6216‧‧‧角落
6218‧‧‧製造母版
6220‧‧‧製造母版6218之一頂部表面
6222‧‧‧工具軌跡
6224‧‧‧工具軌跡
6226‧‧‧工具軌跡
6228‧‧‧虛圓
6230‧‧‧虛圓
6232‧‧‧虛圓
6234‧‧‧虛擬基準平面
6236‧‧‧彎曲特徵表面
6238‧‧‧製作母版
6240‧‧‧特徵
6244‧‧‧特徵6240之一表面
6246‧‧‧虛圓
6248‧‧‧尖點
6250‧‧‧毛邊
6252‧‧‧製作母版
6254‧‧‧特徵
6256‧‧‧特徵
6258‧‧‧特徵
6260‧‧‧特徵
6262‧‧‧特徵
6264‧‧‧特徵
6266‧‧‧特徵
6268‧‧‧特徵
6302‧‧‧多軸切削工具
6304‧‧‧現場測量子系統
6306‧‧‧製作母版
6308‧‧‧電磁能量源
6310‧‧‧分光器/偵測器配置
6312‧‧‧鏡面
6314‧‧‧準直光束
6316‧‧‧反射部分
6318‧‧‧透射部分
6320‧‧‧資料光束
6322‧‧‧真空卡盤
6324‧‧‧製作母版
6326‧‧‧圓柱形元件
6326'‧‧‧圓柱形元件
6326"‧‧‧圓柱形元件
6328‧‧‧製作母版
6330‧‧‧凸出元件
6330'‧‧‧凸出元件
6330"‧‧‧凸出元件
6332‧‧‧真空卡盤
6334‧‧‧v形槽口
6336‧‧‧真空卡盤
6338‧‧‧平坦表面
6340‧‧‧直線
6340'‧‧‧直線
6342‧‧‧環
6344‧‧‧游標
6346‧‧‧游標
6348‧‧‧游標
6450‧‧‧游標
6352‧‧‧複製系統
6354‧‧‧製作母版
6356‧‧‧共同基底
6358‧‧‧真空卡盤
6360‧‧‧對齊元件
6362‧‧‧對齊元件
6364‧‧‧對齊元件
6366‧‧‧壓力感應伺服壓機
6368‧‧‧體積
6370‧‧‧紫外線固化系統
6372‧‧‧組態
6374‧‧‧第一工具
6376‧‧‧第二工具
6378‧‧‧製作母版
6380‧‧‧切削工具
6382‧‧‧工具
6384‧‧‧第二心軸
6388‧‧‧切削工具
6390‧‧‧第二心軸
6392‧‧‧切削工具
6394‧‧‧夾工具柱
6396‧‧‧夾工具柱
6398‧‧‧第二心軸
6400‧‧‧翼形切削組態
6402‧‧‧翼形切削工具
6404‧‧‧製作母版
6406‧‧‧溝槽
6408‧‧‧第二心軸
6410‧‧‧加工表面
6412‧‧‧加工標記
8004A‧‧‧模製材料
8006‧‧‧共同基底
8008A‧‧‧晶圓級製作母版
8012‧‧‧紫外線燈
8014A‧‧‧模製材料
8062‧‧‧共同基底
8064‧‧‧真空卡盤
8066‧‧‧製作母版
8066A‧‧‧製作母版
8066B‧‧‧製作母版
8066C‧‧‧製作母版
8068‧‧‧層疊光學元件
8070‧‧‧層疊光學元件
8072‧‧‧層疊光學元件
8074‧‧‧開放空間
8076‧‧‧斷線
8078‧‧‧斷線
8084‧‧‧母版模具
8086‧‧‧剛性基板
8088‧‧‧環狀孔徑
8090‧‧‧環狀孔徑
8092‧‧‧環狀孔徑
8094‧‧‧井
8096‧‧‧井
8098‧‧‧井
8100‧‧‧模製材料
8102‧‧‧製作母版
8106‧‧‧環形空間
8107‧‧‧光學元件
8108‧‧‧製作母版特徵
8110‧‧‧層疊光學元件
8112‧‧‧層疊光學元件
8114‧‧‧結構
8116‧‧‧直線
8116'‧‧‧直線
8118‧‧‧層
8120‧‧‧層
8121‧‧‧層
8122‧‧‧層
8124‧‧‧層
8126‧‧‧層
8128‧‧‧層
8130‧‧‧層
8132‧‧‧層
8134‧‧‧層
8136‧‧‧層
8138‧‧‧層
8140‧‧‧層
8142‧‧‧層
8144‧‧‧製作母版
8146‧‧‧特徵
8148‧‧‧特徵
8150‧‧‧"八角式"元件
8152‧‧‧"八角式"元件
8154‧‧‧圍場形成表面
8156‧‧‧共同基底
8156'‧‧‧第二共同基底
8158‧‧‧真空卡盤
8160‧‧‧運動學對齊特徵
8164‧‧‧製作母版
8166‧‧‧光學元件層
8166'‧‧‧光學元件
8168‧‧‧製作母版
8170‧‧‧光學元件層
8170'‧‧‧光學元件
8172‧‧‧共同基底8156之一第二側
8176‧‧‧運動學對齊特徵
8177‧‧‧層
8178‧‧‧結構
8180‧‧‧光學元件
8182‧‧‧光學元件
8190‧‧‧光學元件
8192‧‧‧間隔物
8194‧‧‧通透圓柱形開口
8196‧‧‧通透圓柱形開口
8198‧‧‧通透圓柱形開口
8200‧‧‧製作母版
8202‧‧‧運動學對齊特徵
8204‧‧‧陣列成像系統
8206‧‧‧層疊光學元件
8208‧‧‧層疊光學元件
8210‧‧‧層疊光學元件
8212‧‧‧空氣間隙
8214‧‧‧成像系統
8216‧‧‧移動雙面WALO裝配件
8218‧‧‧移動雙面WALO裝配件
8220‧‧‧比例彈簧
8222‧‧‧比例彈簧
8226‧‧‧WALO裝配件
8228‧‧‧螺線管
8230‧‧‧位置
8232‧‧‧位置
8236‧‧‧WALO裝配件
8238‧‧‧貯藏器
8240‧‧‧貯藏器
8242‧‧‧孔
8244‧‧‧孔
8246‧‧‧流入物
8248‧‧‧流入物
8250‧‧‧流出物
8252‧‧‧流出物
8254‧‧‧對齊系統
8256‧‧‧真空卡盤
8258‧‧‧製作母版
8260‧‧‧視覺系統
8262‧‧‧球及圓柱特徵
8264‧‧‧固定塊
8266‧‧‧鄰接塊
8268‧‧‧索引標記
8270‧‧‧索引標記
8272‧‧‧共同基底
8274‧‧‧層疊光學元件陣列
8278‧‧‧索引標記
8290‧‧‧真空卡盤
8292‧‧‧共同基底
8294‧‧‧層疊光學元件陣列
8296‧‧‧層疊光學元件陣列
8298‧‧‧層疊光學元件陣列
8300‧‧‧去頂圓錐特徵
8302‧‧‧去頂圓錐特徵
8304‧‧‧去頂圓錐特徵
8306‧‧‧球
8308‧‧‧球
8310‧‧‧去頂圓錐特徵
8313‧‧‧製作母版
8320‧‧‧製作母版
8322‧‧‧透明、半透明或導熱材料
8324‧‧‧環繞特徵
8326‧‧‧表面運動學特徵
8328‧‧‧製作母版
8330‧‧‧圓柱形插入物
8332‧‧‧低模數材料
8334‧‧‧特徵
8336‧‧‧金剛石切削母版
8338‧‧‧三部分母版
8340‧‧‧環繞特徵
8342‧‧‧圓柱形插入物
8343‧‧‧模製材料
8346‧‧‧體積
8348‧‧‧運動學對齊特徵
8350‧‧‧子複製圖案
8360‧‧‧製作母版
8361‧‧‧陣列
8362‧‧‧分離陣列
8364‧‧‧層疊光學元件
8366‧‧‧層疊光學元件
8368‧‧‧層疊光學元件
8370‧‧‧間隔
10000‧‧‧偵測器
10001‧‧‧偵測器像素
10002‧‧‧感光區域
10004‧‧‧共同基底
10006‧‧‧支撐層
10008‧‧‧金屬層
10010‧‧‧金屬透鏡
10012‧‧‧繞射式元件
10014‧‧‧鈍化層
10040‧‧‧次波長結構
10045‧‧‧壓電元件
10050‧‧‧折射式元件
10052‧‧‧閃光光柵
10054‧‧‧共振腔
10056‧‧‧次波長、頻擾光柵
10058‧‧‧薄膜濾光片
10060‧‧‧層
10062‧‧‧層
10064‧‧‧層
10070‧‧‧電磁能量圍阻腔
10100‧‧‧偵測器像素
10110‧‧‧波導
10112‧‧‧入射電磁能量
10115‧‧‧中心線
10120‧‧‧偵測器像素
10122‧‧‧波導
10124‧‧‧高折射率材料
10126‧‧‧低折射率材料
10152‧‧‧第一金屬透鏡
10154‧‧‧第二組金屬透鏡
10200‧‧‧雙厚平板近似組態
10210‧‧‧梯形光學元件
10220‧‧‧第一厚平板
10230‧‧‧第二厚平板
10300‧‧‧系統
10302‧‧‧偵測器像素
10308‧‧‧金屬層
10310‧‧‧第一埋入式光學元件
10312‧‧‧第二埋入式光學元件
10314‧‧‧中心線
10315‧‧‧電磁能量
10315'‧‧‧電磁能量
10317‧‧‧箭頭
10317'‧‧‧方向
10320‧‧‧偵測器像素10302之一底部表面
10375‧‧‧晶圓
10380‧‧‧偵測器
10385‧‧‧車線道
10390‧‧‧接合墊
10400‧‧‧偵測器10380之一部分
10405‧‧‧偵測器像素
10410‧‧‧埋入式光學元件
10415‧‧‧薄膜濾光片
10420‧‧‧鈍化層
10425‧‧‧平坦化層
10430‧‧‧覆蓋板
10450‧‧‧偵測器像素
10455‧‧‧感光區域
10460‧‧‧半導體共同基底
10465‧‧‧金屬層
10470‧‧‧金屬透鏡
10472‧‧‧外部元件
10475‧‧‧電磁功率密度
10476‧‧‧中間元件
10478‧‧‧內部元件
10480‧‧‧鄰接層群組
10490‧‧‧箭頭
10500‧‧‧偵測器像素10450之一具體實施例
10505‧‧‧外部元件
10510‧‧‧中間元件
10515‧‧‧內部元件
10520‧‧‧偵測器像素10450之另一具體實施例
10525‧‧‧元件
10530‧‧‧元件
10535‧‧‧元件
10540‧‧‧偵測器像素
10545‧‧‧金屬透鏡
10550‧‧‧元件
10553‧‧‧元件
10555‧‧‧元件
10560‧‧‧元件
10565‧‧‧元件
10570‧‧‧偵測器像素
10575‧‧‧金屬透鏡
10580‧‧‧埋入式光學元件
10585‧‧‧埋入式光學元件
10590‧‧‧埋入式光學元件
10595‧‧‧埋入式光學元件
10600‧‧‧埋入式光學元件
10605‧‧‧埋入式光學元件
10610‧‧‧直線
10615‧‧‧直線
10620‧‧‧原點
10625‧‧‧左邊元件
10630‧‧‧中心元件
10635‧‧‧右邊元件
10655‧‧‧埋入式光學元件
10660‧‧‧邊界
10665‧‧‧元件
10670‧‧‧區域
10675‧‧‧元件
10680‧‧‧元件
10685‧‧‧元件
10690‧‧‧埋入式光學元件
10695‧‧‧埋入式光學元件
10700‧‧‧邊界
10705‧‧‧埋入式光學元件
10710‧‧‧元件
10715‧‧‧元件
10720‧‧‧元件
10725‧‧‧元件
10730‧‧‧埋入式光學元件
10735‧‧‧邊界
10740‧‧‧偵測器像素
10745‧‧‧主光線角校正器(CRAC)
10750‧‧‧過濾層群組
10755‧‧‧過濾層群組
10760‧‧‧主光線
10770‧‧‧介面
10775‧‧‧光學元件
10780‧‧‧光學元件
10785‧‧‧埋入式光學元件
10790‧‧‧材料
10795‧‧‧材料
10800‧‧‧斷面
10805‧‧‧主光線角校正器
10805'‧‧‧第二主光線角校正器
10810‧‧‧金屬透鏡
10810'‧‧‧金屬透鏡
10815‧‧‧金屬跡線
10815'‧‧‧金屬跡線
10820‧‧‧主光線角
10820'‧‧‧主光線
10825‧‧‧角度
10825'‧‧‧角度
10830‧‧‧中心法線軸
10830'‧‧‧中心法線軸
10835‧‧‧偵測器像素
10835'‧‧‧偵測器像素
10860‧‧‧初始層
10920‧‧‧斷面
10925‧‧‧層
10925'‧‧‧層
10930‧‧‧層
10930'‧‧‧層
10935‧‧‧偵測器像素
10935'‧‧‧偵測器像素
10940‧‧‧平坦上表面
10950‧‧‧蝕刻區域
10955‧‧‧修改層
10960‧‧‧材料層
10970‧‧‧設計最佳化系統
10975‧‧‧光學系統設計
10980‧‧‧使用者定義目標
10985‧‧‧光學系統模型
10990‧‧‧第一資料
10995‧‧‧分析器
11000‧‧‧度量
11005‧‧‧第二資料
11010‧‧‧最佳化模組
11015‧‧‧目標
11020‧‧‧第三資料
11025‧‧‧最佳化光學系統設計
11030‧‧‧預定效能
11035‧‧‧最佳化製程
11040‧‧‧交易空間
11045‧‧‧物件資料
11050‧‧‧電磁能量傳播資料
11055‧‧‧光學資料
11060‧‧‧偵測器資料
11065‧‧‧信號處理資料
11070‧‧‧輸出資料
11075‧‧‧回授常式
11085‧‧‧製程
11095‧‧‧要求
11100‧‧‧約束
11105‧‧‧效能目標
11110‧‧‧優值函數
11115‧‧‧優化器值
11120‧‧‧設計限制
11125‧‧‧參數
11135‧‧‧無約束薄膜濾光片設計
11150‧‧‧受約束薄膜濾光片設計
11160‧‧‧薄膜濾光片設計
11170‧‧‧薄膜濾光片集合設計系統
11175‧‧‧計算系統
11180‧‧‧處理器
11185‧‧‧軟體或韌體程式
11190‧‧‧輸入
11195‧‧‧輸出
11200‧‧‧偵測器像素陣列之一部分
11205‧‧‧第一偵測器像素
11210‧‧‧第一感光區域
11215‧‧‧第一支撐層
11220‧‧‧第二偵測器像素
11225‧‧‧第二感光區域
11230‧‧‧第二支撐層
11235‧‧‧第三偵測器像素
11240‧‧‧第三感光區域
11245‧‧‧第三支撐層
11250‧‧‧第一薄膜濾光片
11255‧‧‧第二薄膜濾光片
11260‧‧‧第三薄膜濾光片
11265‧‧‧濾光片集合
11270‧‧‧區域
11275‧‧‧第一層對
11276‧‧‧第二層對
11277‧‧‧層對
11278‧‧‧層對
11279‧‧‧第一層群組
11280‧‧‧層
11281‧‧‧層
11282‧‧‧層
11288‧‧‧層
11289‧‧‧層對
11290‧‧‧層對
11291‧‧‧層
11292‧‧‧層
11293‧‧‧層
11299‧‧‧層
11300‧‧‧第二層群組
11515‧‧‧製程
11545‧‧‧迴路路徑
11555‧‧‧第一層
11560‧‧‧釋放區域
11565‧‧‧實質平坦表面
11570‧‧‧第二層
11575‧‧‧不平坦特徵
11580‧‧‧平坦區域
11585‧‧‧第三層
11590‧‧‧不平坦特徵
11595‧‧‧第三層11585之一上表面
11600‧‧‧區域
11605‧‧‧基準
11610‧‧‧填充不平坦特徵
11615‧‧‧第三層
11620‧‧‧不平坦表面
11625‧‧‧實質平坦表面
11630‧‧‧填充不平坦特徵
11635‧‧‧層
11640‧‧‧釋放區域
11645‧‧‧區域表面
11650‧‧‧突出
11655‧‧‧層
11660‧‧‧層11655之表面之部分
11665‧‧‧層11655之表面之部分
11670‧‧‧層
11675‧‧‧釋放區域
11680‧‧‧層
11685‧‧‧不平坦區域
11690‧‧‧不平坦元件
11695‧‧‧偵測器像素
11700‧‧‧不平坦光學元件
11705‧‧‧元件陣列
11710‧‧‧不平坦光學元件
11715‧‧‧不平坦光學元件
11720‧‧‧感光區域
11735‧‧‧偵測器像素
11740‧‧‧電磁能量
11745‧‧‧金屬跡線
11750‧‧‧空氣
11755‧‧‧FOC
11790‧‧‧感光區域
11795‧‧‧先前技術偵測器像素
11800‧‧‧小透鏡
11805‧‧‧偵測器像素
11810‧‧‧小透鏡
11815‧‧‧先前技術偵測器像素
11820‧‧‧法線外電磁能量
11825‧‧‧先前技術偵測器像素
11830‧‧‧小透鏡
11835‧‧‧偵測器像素
11840‧‧‧小透鏡
11841‧‧‧金屬跡線
11845‧‧‧金屬跡線/設計製程
11890‧‧‧SPG
11895‧‧‧柱
11900‧‧‧SPG
11905‧‧‧偵測器像素偵測
11910‧‧‧偵測器像素
11915‧‧‧感光區域
11920‧‧‧共同基底
11925‧‧‧金屬跡線
11930‧‧‧電磁能量
11935‧‧‧支撐材料
11940‧‧‧設計製程
11960‧‧‧傳統稜鏡
11962‧‧‧模型稜鏡
11964‧‧‧SPG
11976‧‧‧相位輪廓
11979‧‧‧SPG
11980‧‧‧柱
12002‧‧‧抗反射層
12003‧‧‧抗反射層
12003(1)‧‧‧抗反射層
12003(2)‧‧‧抗反射層
12004‧‧‧光學元件層
12006‧‧‧光學元件層
12008‧‧‧共同基底
12010‧‧‧分解
12010(1)‧‧‧分解
12010(2)‧‧‧分解
12070‧‧‧製作母版
12072‧‧‧表面
12074‧‧‧分解
12076‧‧‧負片
12078‧‧‧模製材料
12080‧‧‧共同基底
12082‧‧‧深度
12084‧‧‧箭頭
12086‧‧‧表面
12110‧‧‧加工表面6410之一子區段
12116‧‧‧週期
12118‧‧‧高度
12266‧‧‧角落
12268‧‧‧角落
12290‧‧‧偵測器像素
12292‧‧‧偵測器像素
12294‧‧‧矽區段
12296‧‧‧矽層
12298‧‧‧感光區域
12300‧‧‧後表面
12302‧‧‧後表面
12304‧‧‧埋入式氧化物層
12306‧‧‧區域
12308‧‧‧矽晶圓
12310‧‧‧矽晶圓
12330‧‧‧偵測器像素
12332‧‧‧層
12334‧‧‧層
12336‧‧‧感光區域
12338‧‧‧層結構
12340‧‧‧三柱式金屬透鏡
12342‧‧‧區域
12400‧‧‧偵測器像素
12402‧‧‧感光區域
12404‧‧‧厚度
12406‧‧‧厚度
12408‧‧‧距離
12410‧‧‧柱
12412‧‧‧柱
12416‧‧‧寬度
12420‧‧‧抗反射層
12422‧‧‧金屬透鏡
12426‧‧‧等高線
12428‧‧‧寬度
12450‧‧‧偵測器像素
12452‧‧‧感光區域
12454‧‧‧二柱金屬透鏡
12456‧‧‧蝕刻區域
12458‧‧‧層
12460‧‧‧寬度
12464‧‧‧距離
12468‧‧‧厚度
12470‧‧‧表面
12472‧‧‧寬度
12474‧‧‧矽未蝕刻區域
圖1A、1B及1C係依據一具體實施例一成像系統及其相關聯配置之方塊圖。
圖2A係依據一具體實施例一成像系統之一斷面圖。
圖2B係依據一具體實施例一成像系統之一斷面圖。
圖3A及3B係依據一具體實施例陣列成像系統之斷面圖。
圖4A及4B係依據一具體實施例圖3A之陣列成像系統之一成像系統之斷面圖。
圖5係依據一具體實施例一成像系統之一光學佈局及光線軌跡圖。
圖6係在從陣列成像系統切割之後圖5之成像系統之一斷面圖。
圖7顯示對於圖5之成像系統調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖8A至8C顯示圖5之成像系統之光程差之曲線圖。
圖9A顯示圖5之成像系統之畸變之一曲線圖。
圖9B顯示圖5之成像系統之場曲之一曲線圖。
圖10顯示將光學元件之對中容限與厚度變更考慮在內，調變轉換函數作為圖5之成像系統之空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖11係依據一具體實施例一成像系統之一光學佈局及光線軌跡圖。
圖12係依據一具體實施例從陣列成像系統已切割之圖11之成像系統之一斷面圖。
圖13顯示對於圖11之成像系統調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖14A至14C顯示圖11之成像系統之光程差之曲線圖。
圖15A顯示圖11之成像系統之畸變之一曲線圖。
圖15B顯示圖11之成像系統之場曲之一曲線圖。
圖16顯示將光學元件之對中容限與厚度變更考慮在內，調變轉換函數作為圖11之成像系統之空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖17顯示依據一具體實施例一成像系統之一光學佈局及光線軌跡。
圖18顯示圖17之成像系統之一層疊透鏡之一波前編碼輪廓之一等高線圖。
圖19係依據一具體實施例從陣列成像系統已切割之圖17之成像系統之一透視圖。
圖20A、20B及21顯示對於圖17之成像系統調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖22A、22B及23顯示在處理之前及之後，對於圖17之成像系統，在不同物件共軛下調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖24顯示對於圖5之成像系統，調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖25顯示對於圖17之成像系統，調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖26A至26C顯示在處理之前，圖17之成像系統之點散 佈函數之曲線圖。
圖27A至27C顯示在過濾之後，圖17之成像系統之點散佈函數之曲線圖。
圖28A顯示依據一具體實施例，可配合圖17之成像系統使用之一濾波器核心之一3D圖表示。
圖28B顯示圖28A所示之濾波器核心之一表格表示。
圖29係依據一具體實施例一成像系統之一光學佈局及光線軌跡。
圖30係依據一具體實施例，從陣列成像系統已切割之圖29之成像系統之一斷面圖。
圖31A、31B、32A、32B、33A及33B顯示在不同物件共軛下，調變轉換函數作為圖5及29之成像系統之空間頻率之一函數之曲線圖。
圖34A至34C、35A至35C及36A至36C顯示在不同物件共軛下，圖5之成像系統之橫向光線扇形圖。
圖37A至37C、38A至38C及39A至39C顯示在不同物件共軛下，圖29之成像系統之橫向光線扇形圖。
圖40係依據一具體實施例一成像系統之一佈局之一斷面圖。
圖41顯示對於圖40之成像系統調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖42A至42C顯示圖40之成像系統之光程差之曲線圖。
圖43A顯示圖40之成像系統之畸變之一曲線圖。
圖43B顯示圖40之成像系統之場曲之一曲線圖。
圖44顯示依據一具體實施例，將光學元件之對中容限與厚度變更考慮在內，調變轉換函數作為圖40之成像系統之空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖45係依據一具體實施例一成像系統之一光學佈局及光線軌跡。
圖46A顯示不具有波前編碼，對於圖45之成像系統，調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖46B顯示在過濾之前及之後，具有波前編碼，對於圖45之成像系統，調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖47A至47C顯示不具有波前編碼，圖45之成像系統之橫向光線扇形圖。
圖48A、48B及48C顯示具有波前編碼，圖45之成像系統之橫向光線扇形圖。
圖49A及49B顯示包括波前編碼，圖45之成像系統之點散佈函數之曲線圖。
圖50A顯示依據一具體實施例，可配合圖45之成像系統使用之一濾波器核心之一3D圖表示。
圖50B顯示圖50A所示之濾波器核心之一表格表示。
圖51A及51B顯示依據一具體實施例，一變焦成像系統之二組態之一光學佈局及光線軌跡。
圖52A及52B顯示對於圖51之成像系統調之二組態，調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖53A至53C及54A至54C顯示用於圖51A及51B之成像系 統之二組態之光程差曲線圖。
圖55A及55C顯示用於圖51A及51B之成像系統之二組態的場曲曲線圖。
圖55B及55D顯示用於圖51A及51B之成像系統之二組態的畸變曲線圖。
圖56A及56B顯示依據一具體實施例，一變焦成像系統之二組態之光學佈局及光線軌跡。
圖57A及57B顯示對於圖56A及56B之成像系統調之二組態，調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖58A至58C及59A至59C顯示用於圖56A及56B之成像系統之二組態的光程差曲線圖。
圖60A及60C顯示用於圖56A及56B之成像系統之二組態的場曲曲線圖。
圖60B及60D顯示用於圖56A及56B之成像系統之二組態的畸變曲線圖。
圖61A、61B及62顯示依據一具體實施例用於一變焦成像系統之三組態之光學佈局及光線軌跡。
圖63A、63B及64顯示對於圖61A及61B及62之成像系統調之三組態，調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖65A至65C、66A至66C及67A至67C顯示用於圖61A、61B及62之成像系統之三組態的光程差曲線圖。
圖68A至68D及69A及69B顯示用於圖61A、61B及62之成像系統之三組態的畸變圖及場曲圖。
圖70A、70B及71顯示依據一具體實施例用於一變焦成像系統之三組態之光學佈局及光線軌跡。
圖72A、72B及73顯示不帶預定相位修改，對於圖70A及70B及71之成像系統調之三組態，調變轉換函數作為空間頻率之一函數的曲線圖。
圖74A、74B及75顯示在處理之前及之後，帶預定相位修改，對於圖70A及70B及71之成像系統，調變轉換函數作為空間頻率之一函數的曲線圖。
圖76A至76C顯示在處理之前，用於圖70A、70B及71之成像系統之三組態的點散佈函數曲線圖。
圖77A至77C顯示在處理之後用於圖70A、70B及71之成像系統之三組態的點散佈函數曲線圖。
圖78A顯示依據一具體實施例可配合圖70A、70B及71之成像系統使用的一濾波器核心之一3D圖表示。
圖78B顯示圖78A所示之濾波器核心之一表格表示。
圖79顯示依據一具體實施例一成像系統之一光學佈局及光線軌跡。
圖80顯示對於圖79之成像系統，一單調調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖81顯示對於圖79之成像系統，調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖82A至82C顯示圖79之成像系統之光程差曲線圖。
圖83A顯示圖79之成像系統之一場曲曲線圖。
圖83B顯示圖79之成像系統之一畸變曲線圖。
圖84顯示依據一具體實施例用於圖79之成像系統之一修改組態，調變轉換函數作為空間頻率之一函數的一曲線圖。
圖85A至85C顯示用於圖79之成像系統之一修改形式之光程差曲線圖。
圖86係依據一具體實施例一多孔徑成像系統之一光學佈局及光線軌跡。
圖87係依據一具體實施例一多孔徑成像系統之一光學佈局及光線軌跡。
圖88係依據一具體實施例顯示一用於製造陣列成像系統之範例性製程之一流程圖。
圖89係依據一具體實施例在實現陣列成像系統中所執行之一組範例性步驟之一流程圖。
圖90係顯示圖88中設計步驟細節之一範例性流程圖。
圖91係依據一具體實施例顯示一用於設計一偵測器系統之範例性製程之一流程圖。
圖92係依據一具體實施例用於設計與偵測器像素整體形成之光學元件之一範例性製程之一流程圖。
圖93係依據一具體實施例顯示一用於設計一光學器件子系統之範例性製程之一流程圖。
圖94係用於模型化圖93中實現製程之一組範例性步驟之一流程圖。
圖95係顯示依據一具體實施例一用於模型化製作母版之製造之範例性製程之一流程圖。
圖96係顯示依據一具體實施例一用於評估製作母版可製作性之範例性製程之一流程圖。
圖97係顯示依據一具體實施例一用於分析一工具參數之範例性製程之一流程圖。
圖98係顯示依據一具體實施例一用於分析一工具路徑參數之範例性製程之一流程圖。
圖99係顯示依據一具體實施例一用於產生一工具路徑之範例性製程之一流程圖。
圖100係顯示依據一具體實施例一用於製造一製作母版之範例性製程之一流程圖。
圖101係顯示依據一具體實施例一用於產生一修改光學器件設計之範例性製程之一流程圖。
圖102係依據一具體實施例顯示一用於形成陣列光學之範例性製程之一流程圖。
圖103係顯示依據一具體實施例一用於評估複製可行性之範例性製程之一流程圖。
圖104係顯示圖103之進一步細節之一流程圖。
圖105係顯示依據一具體實施例，將收縮效應考慮在內，一用於產生一修改光學器件設計之範例性製程之一流程圖。
圖106係顯示依據一具體實施例一用於基於將偵測器印刷或轉移至光學元件上之能力來製作陣列成像系統之範例性製程之一流程圖。
圖107係依據一具體實施例一成像系統處理鏈之一示意 圖。
圖108係依據一具體實施例具有色彩處理之一成像系統之一示意圖。
圖109係包括諸如上述‘371專利案所揭示之一相位修改元件之一先前成像系統之一示意圖。
圖110係依據一具體實施例包括一多折射率光學元件之一成像系統之一示意圖。
圖111係依據一具體實施例用於一成像系統之一多折射率光學元件之一示意圖。
圖112係顯示依據一具體實施例直接黏附至一偵測器上之一多折射率光學元件之示意圖，該成像系統進一步包括一數值信號處理器(DSP)。
圖113至117係顯示依據一具體實施例一可製造並裝配本揭示案之多折射率光學元件之方法之一系列示意圖。
圖118顯示一先前遞級折射率(GRIN)透鏡。
圖119至123係對於圖118之GRIN透鏡，針對法線入射及不同離焦值的一系列透焦點圖(即點散佈函數或"PSF")。
圖124至128係對於圖118之GRIN透鏡，用於在遠離法線5度入射之電磁能量之透焦點圖。
圖129係顯示用於圖118之GRIN透鏡之一系列調變轉換函數("MTF")之一曲線圖。
圖130係用於圖118之GRIN透鏡，在每毫米120循環之一空間頻率下，一透焦MTF作為毫米單位的焦點偏移之一函數的一曲線圖。
圖131顯示依據一具體實施例一多折射率光學元件之一光線軌跡模型，說明用於不同入射角的光線路徑。
圖132至136係對於圖131之元件，用於法線入射及用於不同離焦值的一系列PSF。
圖137至141係對於圖131之元件，用於在遠離法線5度電磁能量的用於不同離焦值之一系列透焦PSF。
圖142係顯示用於圖131之相位修改元件之一系列MTF之一曲線圖。
圖143係對於具有關於圖131至141所述之預定相位修改之元件，在每毫米120循環之一空間頻率下，一透焦MTF作為毫米單位的焦點偏移之一函數之一曲線圖。
圖144顯示依據一具體實施例多折射率光學元件之一光學軌跡模型，說明容納具有法線入射並具有與法線成20度入射之電磁能量。
圖145係對於不帶關於圖143所述之預定相位修改之相同非均質元件，在每毫米120循環之一空間頻率下，一透焦MTF作為毫米單位的焦點偏移之一函數之一曲線圖。
圖146係用於帶關於圖143至144所述之預定相位修改之相同非均質元件，在每毫米120循環之一空間頻率下，一透焦MTF作為毫米單位的焦點偏移之一函數之一曲線圖。
圖147說明依據一具體實施例可製造一多折射率光學元件之另一方法。
圖148顯示依據一具體實施例包括一多折射率光學元件陣列之一光學系統。
圖149至153顯示包括併入各種系統之多折射率光學元件之光學系統。
圖154顯示一先前技術晶圓級光學元件陣列。
圖155顯示一先前技術晶圓級陣列之裝配件。
圖156顯示依據一具體實施例陣列成像系統及一單片化成像系統之一分解。
圖157係顯示圖156之成像系統之細節之一示意性斷面圖。
圖158係說明對於不同場位置透過圖156及157之成像系統之光線傳播之一示意性斷面圖。
圖159至162顯示圖156及157之成像系統之數值模型化結果。
圖163係依據一具體實施例一範例性成像系統之一示意性斷面圖。
圖164係依據一具體實施例一範例性成像系統之一示意性斷面圖。
圖165係依據一具體實施例一範例性成像系統之一示意性斷面圖。
圖166係依據一具體實施例一範例性成像系統之一示意性斷面圖。
圖167至171顯示圖166之範例性成像系統之數值模型化結果。
圖172係依據一具體實施例一範例性成像系統之一示意性斷面圖。
圖173A及173B分別顯示依據一具體實施例包括一整合支座之一光學元件之斷面圖及俯視圖。
圖174A及174B顯示依據一具體實施例適用於成像系統之二矩形孔徑之俯視圖。
圖175顯示圖165之範例性成像系統之一俯視光線軌跡圖，此處顯示以說明各光學元件一圓形孔徑之一設計。
圖176顯示圖165之範例性成像系統之一俯視光線軌跡圖，此處顯示以說明在一光學元件包括一矩形孔徑時透過該成像系統之光線傳播。
圖177顯示一晶圓級成像系統之一部分之一示意性斷面圖，此處顯示以指示可影響影像品質之潛在缺陷來源。
圖178係依據一具體實施例顯示包括一信號處理器之一成像系統之一示意圖。
圖179及180顯示適用於圖178之成像系統之範例性出射瞳之相位之3D圖。
圖181係說明對於不同場位置透過圖178之範例性成像系統之光線傳播之一示意性斷面圖。
圖182及183顯示用於圖178之成像系統之不帶信號處理之數值模型化效能結果。
圖184及185分別係圖158及181之成像系統之孔徑光闌附近的光線軌跡之示意圖，此處顯示以說明在孔徑光闌附近添加及不添加一相位修改表面之光線軌跡差異。
圖186及187分別顯示來自圖163及178之成像系統之光學元件之表面輪廓之等高線圖。
圖188及189顯示用於圖157之成像系統，在信號處理之前及之後且有及沒有裝配誤差的調變轉換函數(MTF)。
圖190及191顯示用於圖178之成像系統，在信號處理之前及之後且有及沒有裝配誤差的MTF。
圖192顯示用於圖178之成像系統之信號處理器之一2D數值濾波器之一3D圖。
圖193及194分別顯示用於圖157及178之成像系統之透焦MTF。
圖195係依據一具體實施例陣列光學之一示意圖。
圖196係顯示形成圖195之成像系統之一光學元件陣列之一示意圖。
圖197及198顯示依據一具體實施例包括光學元件陣列與偵測器之陣列成像系統之示意圖。
圖199及200顯示依據一具體實施例沒有空氣間隙之陣列成像系統之示意圖。
圖201係說明依據一具體實施例透過一範例性成像系統之光線傳播之一示意性斷面圖。
圖202至205顯示圖201之範例性成像系統之數值模型化結果。
圖206係說明依據一具體實施例透過一範例性成像系統之光線傳播之一示意性斷面圖。
圖207及208顯示圖206之範例性成像系統之數值模型化結果。
圖209係說明依據一具體實施例透過一範例性成像系統 之光線傳播之一示意性斷面圖。
圖210顯示包括用於藉其形成光學元件之複數個特徵之一範例性板上組裝製作母版。
圖211顯示圖210之範例性板上組裝母版之一工具片，說明用於形成藉其形成光學元件之複數個特徵之一部分之細節。
圖212顯示依據一具體實施例一範例性工件(例如製作母版)，說明用於在製作過程中定義加工方向之軸。
圖213顯示一傳統金剛石車削工具中的一金剛石工具尖與一工具柄。
圖214係正面顯示圖213之該金剛石工具尖之一示意圖，包括一工具尖切削刃。
圖215係圖213之該金剛石工具尖的一示意圖，依據圖214之直線215-215'側面顯示該金剛石工具尖之細節的，包括一主間隙角。
圖216顯示一範例性多軸加工組態，參照心軸與工具柱來說明各軸。
圖217顯示依據一具體實施例用於製作用於在一製作母版上形成光學元件之複數個特徵之一範例性慢速工具伺服/快速工具伺服("STS/FTS")組態。
圖218顯示依據一具體實施例圖217之一工具片之進一步細節，說明加工處理之進一步細節。
圖219係沿直線219至219'所截取之圖218所示之工具片細節之一概略圖(斷面形式)。
圖220A顯示依據一具體實施例，用於在一製作母版上製作用於形成光學元件之複數個特徵之一範例性多軸銑製/研磨組態，其中圖220B提供相對於工件之旋轉的工具之額外細節而圖220C顯示該工具所產生之結構。
圖221A及221B顯示依據一具體實施例包括用於在一製作母版上製作形成光學元件之複數個特徵之一形成工具之一範例性加工組態，其中圖221B之圖示係沿圖221A之直線221B至221B'所截取。
圖222A至222G係依據一具體實施例可用於製作用於形成光學元件之特徵之範例性形成工具輪廓之斷面圖。
圖223以正面圖形式顯示依據一具體實施例一包括期望加工標記之範例性加工表面之一部分圖。
圖224以正面圖形式顯示一適用於形成圖223之範例性加工表面之工具尖之一部分圖。
圖225以正面圖形式顯示依據一具體實施例另一包括期望加工標記之範例性加工表面之一部分圖。
圖226以正面圖形式顯示一適用於形成圖225之範例性加工表面之工具尖之一部分圖。
圖227係依據一具體實施例包括期望加工標記的一用於形成一加工表面之銑製工具之一概略圖(正面圖形式)。
圖228顯示圖227所示之車削工具之一部分之一側視圖。
圖229以部分正面圖顯示藉由在一多軸銑製組態下使用圖227及228之車削工具所形成之一範例性加工表面。
圖230以部分正面圖顯示藉由在一C軸模式銑製組態下使 用圖227及228之車削工具所形成之一範例性加工表面。
圖231顯示依據一具體實施例一製作的板上組裝製作母版，說明可加工在製作母版表面上的各種特徵。
圖232顯示圖231之板上組裝母版之一工具片之進一步細節，說明用於在該板上組裝母版上形成光學元件之複數個特徵之細節。
圖233顯示沿圖232之直線233至233'所截取的用於在圖231及232之板上組裝製作母版上形成光學元件之該等特徵之一特徵之一斷面圖。
圖234係依據一具體實施例說明一其上已製作用於形成方形孔徑之方形凸面的範例性製作母版之一概略圖(正面圖形式)。
圖235顯示依據一具體實施例圖234之範例性製作母版之另一處理後狀態，說明使用已加工在該等方形凸面上的凸起表面來形成光學元件之複數個特徵。
圖236顯示結合圖235之範例性製作母版所形成之一匹配子表面。
圖237至239係依據一具體實施例以斷面圖形式說明一種用於使用一負虛擬基準製程來製作用於形成一光學元件之特徵之製程之一系列圖式。
圖240至242係依據一具體實施例說明一種用於使用一正虛擬基準製程來製作用於形成一光學元件之特徵之製程之一系列圖式。
圖243係依據一具體實施例一用於形成一包括形成的工 具標記之光學元件之一範例性特徵之一概略圖(部分斷面圖形式)。
圖244顯示用於形成圖243之光學元件之範例性特徵之一部分表面之一圖式，此處顯示該等工具標記之範例性細節。
圖245顯示在一蝕刻製程之後用於形成圖243之光學元件之範例性特徵。
圖246顯示依據一具體實施例形成的一板上組裝製作母版之一平面圖。
圖247至254顯示用於形成結合圖246之板上組裝製作母版上的選定光學元件所述之光學元件之該等特徵之測量表面誤差之範例性等高線圖。
圖255顯示依據一具體實施例進一步包括一用於現場測量系統之額外支架的圖216之多軸加工工具之一俯視圖。
圖256顯示依據一具體實施例圖255之現場測量系統之進一步細節，說明一光學度量系統在該多軸加工工具內之整合。
圖257係依據一具體實施例一用於支撐一製作母版之真空卡盤之一示意圖(正面圖形式)，說明在該真空卡盤上包括對齊特徵。
圖258係依據一具體實施例包括對應於圖257之真空卡盤上對齊特徵之對齊特徵的一板上組裝製作母版之一示意圖(正面圖形式)。
圖259係圖257之真空卡盤之一示意圖(部分斷面圖形 式)。
圖260及261顯示依據一具體實施例適合配合圖257之真空卡盤使用之替代性對齊特徵之部分斷面圖。
圖262係依據一具體實施例一製作母版、一共同基底及一真空卡盤之一範例性配置之一斷面示意圖，說明該等對齊特徵之功能。
圖263至266顯示依據一具體實施例可用於在一製作母版上製作用於形成光學元件之特徵的範例性多軸加工組態。
圖267顯示依據一具體實施例包括期望加工標記之適合形成一加工表面之一範例性翼形切割組態。
圖268以部分正面圖形式顯示使用圖267之翼形切割組態可形成之一範例性加工表面。
圖269顯示一示意圖及一用於藉由使用依據一具體實施例之一製作母版來產生層疊光學元件之流程圖。
圖270A及270B顯示一用於藉由使用依據一具體實施例之一製作母版來產生層疊光學元件之流程圖。
圖271A至271C顯示用於在一共同基底上製造一層疊光學元件陣列之複數個連續步驟。
圖272A至272E顯示用於製造一層疊光學元件陣列之複數個連續步驟。
圖273顯示依據圖271A至271C之連續步驟所製造之一層疊光學元件。
圖274顯示依據圖272A至272E之連續步驟所製造之一層疊光學元件。
圖275顯示具有用於形成相位修改元件之複數個特徵形成於其上的一製作母版之一部分透視圖。
圖276顯示沿圖275之直線276至276'所截取之一斷面圖，以提供關於用於形成相位修改元件之該等特徵之一選定者之額外細節。
圖277A至277D顯示用於在一共同基底兩側上形成光學元件之連續步驟。
圖278顯示可用於分離光學之一範例性間隔物。
圖279A及279B顯示用於使用圖278之間隔物形成一光學陣列之連續步驟。
圖280顯示一光學陣列。
圖281A及281B顯示依據一具體實施例之晶圓級變焦光學器件之斷面。
圖282A及282B顯示依據一具體實施例之晶圓級變焦光學器件之斷面。
圖283A及283B顯示依據一具體實施例之晶圓級變焦光學器件之斷面。
圖284顯示使用一視覺系統及機器人技術來定位一製作母版及一真空卡盤之一範例性對齊系統。
圖285係圖284所示之系統之一斷面圖，以說明其內的細節。
圖286係圖284所示之系統之一俯視圖，以說明透明或半透明系統組件之用途。
圖287顯示用於為一共同基底運動學定位一卡盤之一範 例性結構。
圖288顯示包括一接合製作母版的圖287之結構之一斷面圖。
圖289說明依據一具體實施例之一製作母版之結構。
圖290說明依據一具體實施例之一製作母版之結構。
圖291A至291C顯示依據一母子製程構造圖290之製作母版之連續步驟。
圖292顯示具有用於形成光學元件之一選定特徵陣列之一製作母版。
圖293顯示陣列成像系統之一分離部分，其包含藉由使用類似圖292所示之製作母版已產生之層疊光學元件陣列。
圖294係沿圖293之直線294至294'之一斷面圖。
圖295顯示依據一具體實施例包括複數個偵測器像素(各具有埋入式光學)之一偵測器之一部分。
圖296顯示圖295之偵測器之一單一、偵測器像素。
圖297至304說明依據一具體實施例可包括在偵測器像素內的各種光學元件。
圖305及306顯示依據一具體實施之二偵測器像素組態例，其包括光學波導作為埋入式光學元件。
圖307顯示依據一具體實施例包括一光學替續組態之一範例性偵測器像素。
圖308及309分別顯示對於0.5及0.25微米波長，在一偵測器像素內一感光區域處的電場振幅之斷面。
圖310顯示用於近似一台式光學元件之一雙厚平板組態之一示意圖。
圖311顯示用於具有各種幾何形狀之台式光學元件之功率耦合效率之數值模型化結果。
圖312係顯示在一波長範圍內用於小透鏡及雙厚平板之功率耦合效率之一比較的一複合曲線圖。
圖313顯示依據一具體實施例用於主光線角(CRA)校正之一埋入式光學元件組態之一示意圖。
圖314顯示依據一具體實施例包括用於波長選擇性過濾之一偵測器像素組態之一示意圖。
圖315顯示用於在圖314之像素組態中不同層組態之透射作為波長之一函數之數值模型化結果。
圖316顯示依據一具體實施例包括複數個偵測器之一範例性晶圓之一示意圖，此處顯示以說明分道線。
圖317顯示一個別偵測器之一仰視圖，此處顯示以說明接合墊。
圖318顯示依據一具體實施一替代性偵測器之一部分之示意圖，此處顯示以說明添加一平面層與一蓋板。
圖319顯示依據一具體實施例包括用作一金屬透鏡之一組埋入式光學元件之一偵測器像素之一斷面圖。
圖320顯示圖319之金屬透鏡之一俯視圖。
圖321顯示適用於圖319之偵測器像素之另一金屬透鏡之一俯視圖。
圖322顯示依據一具體實施例包括一組用作一金屬透鏡 之多層埋入式光學元件之一偵測器像素之一斷面圖。
圖323顯示依據一具體實施例包括一組用作一金屬透鏡之不對稱埋入式光學元件之一偵測器像素之一斷面圖。
圖324顯示依據一具體實施例適合配合偵測器像素組態之另一金屬透鏡之一俯視圖。
圖325顯示圖324之金屬透鏡之一斷面圖。
圖326至330顯示依據一具體實施例適合配合偵測器像素組態之替代性光學元件之一俯視圖。
圖331以斷面形式顯示依據一具體實施例一偵測器像素之一示意圖，此處顯示以說明可包括其內的額外特徵。
圖332至335說明依據一具體實施例可併入偵測器像素內的額外光學元件之範例。
圖336以部分斷面形式顯示包括具有用於CRA校正之不對稱特徵之偵測器像素之一偵測器之一示意圖。
圖337顯示依據一具體實施例比較一偵測器像素之未塗布及抗反射(AR)塗布矽感光區域之計算反射率之一曲線圖。
圖338顯示依據一具體實施例一紅外線(IR)截止濾光片之計算透射特性之一曲線圖。
圖339顯示依據一具體實施例一紅綠藍(RGB)彩色濾光片之計算透射特性之一曲線圖。
圖340顯示依據一具體實施例一青藍深紅黃(CMY)彩色濾光片之計算透射特性之一曲線圖。
圖341顯示一偵測器像素之一陣列的二像素(斷面形 式)，以說明允許自訂一層光學係數之特徵。
圖342至344說明依據一具體實施例用以產生可併入埋入式光學元件之一不平坦表面之一系列處理步驟。
圖345係顯示一用於最佳化一成像系統之系統之一方塊圖。
圖346係依據一具體實施例顯示一用於執行一系統寬度接合最佳化之範例性最佳化製程之一流程圖。
圖347係依據一具體實施例顯示一用於產生並最佳化薄膜濾光片集合設計之製程之一流程圖。
圖348顯示依據一具體實施例包括一具有輸入及輸出之計算系統之一薄膜濾光片集合設計系統之一方塊圖。
圖349顯示依據一具體實施例包括薄膜彩色濾光片之一偵測器像素陣列之一斷面圖。
圖350依據一具體實施例顯示圖349之一子區段，此處顯示以說明薄膜濾光片內的薄膜層結構之細節。
圖351依據一具體實施例顯示獨立最佳化青藍深紅黃(CMY)彩色濾光片設計之透射特性之一曲線圖。
圖352依據一具體實施例顯示用於最佳話一青藍色濾光片之效能目標及容限之一曲線圖。
圖353係依據一具體實施例說明圖347所示之製程之該等步驟之一之進一步細節之一流程圖。
圖354依據一具體實施例顯示具有共同低折射率層之一組部分約束青藍深紅黃(CMY)彩色濾光片設計之透射特性之一曲線圖。
圖355依據一具體實施例顯示具有共同低折射率層與一配對高折射率層之一組進一步約束青藍深紅黃(CMY)彩色濾光片設計之透射特性之一曲線圖。
圖356依據一具體實施例顯示具有共同低折射率層與多個配對高折射率層之一組完全約束青藍深紅黃(CMY)彩色濾光片設計之透射特性之一曲線圖。
圖357依據一具體實施例顯示具有共同低折射率層與已進一步最佳化以形成一最終設計之多個配對高折射率層之一組完全約束青藍深紅黃(CMY)彩色濾光片設計之透射特性之一曲線圖。
圖358依據一具體實施例顯示用於一薄膜濾光片製程之一流程圖。
圖359依據一具體實施例顯示用於不平坦電磁能量修改元件製程之一流程圖。
圖360至364顯示製作中的一範例性、不平坦電磁能量修改元件之一系列斷面，此處顯示以說明圖359所示之製程。
圖365顯示依據圖359所示之製程所形成之範例性、不平坦電磁能量修改元件之一替代性具體實施例。
圖366至368顯示製作中的另一範例性、不平坦電磁能量修改元件之另一系列斷面，此處顯示以說明圖359所示之製程之另外形式。
圖369至372顯示製作中的另一範例性、不平坦電磁能量修改元件之另一系列斷面，此處顯示以說明圖359所示之 製程之一替代性具體實施例。
圖373依據一具體實施例顯示一包括不平坦元件之一單一偵測器像素。
圖374依據一具體實施例顯示一包括銀層之青藍色濾光片之透射特徵之一曲線圖。
圖375以部分斷面形式顯示重疊透過其之電磁功率密度之模擬結果，不帶功率聚焦元件或CRA校正元件之一先前技術偵測器像素陣列之一示意圖，此處顯示以說明透過一偵測器像素之正常入射電磁能量之功率密度。
圖376以部分斷面形式顯示重疊透過其之電磁功率密度之模擬結果之另一先前技術偵測器像素陣列之一示意圖，此處顯示以說明透過具有一小透鏡之偵測器像素之正常入射電磁能量之功率密度。
圖377依據一具體實施例以部分斷面顯示重疊透過其之電磁功率密度之模擬結果之一偵測器像素陣列之一示意圖，此處顯示以說明透過一具有一金屬透鏡之偵測器像素之正常入射電磁能量之功率密度。
圖378以部分斷面形式顯示重疊透過其之電磁功率密度之模擬結果，不帶功率聚焦元件或CRA校正元件之一先前技術偵測器像素陣列之一示意圖，此處顯示以說明在具有偏移金屬軌跡，但沒有額外元件影響電磁能量傳播之一偵測器像素上以一35°CRA入射之電磁能量之功率密度。
圖379以部分斷面形式顯示重疊透過其之電磁功率密度之模擬結果，不帶功率聚焦元件或CRA校正元件之一先前 技術偵測器像素陣列之一示意圖，此處顯示以說明以一35°CRA入射在具有偏移金屬軌跡，但沒有額外元件影響電磁能量傳播之一偵測器像素上之電磁能量之功率密度。
圖380以部分斷面形式顯示重疊透過其之電磁功率密度之模擬結果，依據本揭示案之一偵測器像素陣列之一示意圖，此處顯示以說明以一35°CRA入射在具有偏移金屬軌跡及一用於將電磁能量導向感光區域之金屬透鏡之一偵測器像素上之電磁能量之功率密度。
圖381依據一具體實施例顯示一用於設計一金屬透鏡之範例性設計製程之一流程圖。
圖382顯示依據一具體實施例對於一具有小透鏡之先前技術偵測器像素與一包括一金屬透鏡之偵測器像素，在感光區域處的耦合功率作為CRA之一函數之比較。
圖383依據一具體實施例以斷面顯示適合整合在一偵測器像素內之一次波長稜鏡光柵(SPG)之一示意圖。
圖384依據一具體實施例以斷面顯示顯示整合在一偵測器像素陣列內的一SPG陣列之一示意圖。
圖385顯示依據一具體實施例一用於設計一可製造SPG之範例性設計製程之一流程圖。
圖386顯示依據一具體實施例用於設計一SPG之一幾何形狀構造。
圖387以斷面形式顯示依據一具體實施例用於計算一等效SPG之參數之一範例性稜鏡結構之一示意圖。
圖388以斷面形式顯示依據一具體實施例對應於一稜鏡 結構之一SPG之一示意圖，此處顯示以說明可從等效稜鏡結構之尺寸計算的SPG之各種參數。
圖389顯示使用麥克斯韋方程之一數值解答計算的一曲線圖，估計用於CRA校正之一可製造SPG之效能。
圖390顯示使用幾何光學近似計算的一曲線圖，估計用於CRA校正之一稜鏡之效能。
圖391顯示比較藉由一用於不同波長之s偏振電磁能量之可製造SPG所執行之CRA校正之計算模擬結果之一曲線圖。
圖392顯示比較藉由一用於不同波長之p偏振電磁能量之可製造SPG所執行之CRA校正之計算模擬結果之一曲線圖。
圖393顯示一能夠同時聚焦電磁能量並執行CRA校正之光學器件之一範例性相位輪廓之一曲線圖，此處顯示以說明添加至一傾斜表面之一抛物線表面之一範例。
圖394依據一具體實施例顯示一對應於圖393所示之範例性相位輪廓之範例性SPG，使得該SPG同時提供CRA校正及聚焦入射於其上的電磁能量。
圖395A、395B及395C係依據一具體實施例包括一抗反射塗層之一層疊光學元件之斷面圖。
圖396依據一具體實施例顯示反射率作為帶及不帶一抗反射層之二層疊光學元件所定義之一表面之波長之一函數的一曲線圖。
圖397A及397B依據一具體實施例說明具有包括施加至 一光學元件之一表面之次波長特徵之一負片之一表面的一製作母版。
圖398顯示圖268之加工表面之一子區段之一數值格柵模型。
圖399係反射率作為法線入射在一具有使用一具有圖268之加工表面之製作母版所產生之次波長特徵的平坦表面上之電磁能量之波長之一函數的一曲線圖。
圖400係反射率作為法線入射在一具有使用一具有圖268之加工表面之製作母版所產生之次波長特徵的平坦表面上之電磁能量之入射角之一函數的一曲線圖。
圖401係反射率作為入射在一範例性光學元件上之電磁能量之入射角之一函數的一曲線圖。
圖402係一模具及一固化光學元件之一斷面圖，顯示收縮效應。
圖403係一模具及一固化光學元件之一斷面圖，顯示容納收縮效應。
圖404A及404B顯示依據一具體實施例在不同類型後側細薄化矽晶圓上所形成之二偵測器像素之斷面圖。
圖405顯示依據一具體實施例一配置成用於後側照明之偵測器像素以及一層結構與可配合偵測器像素使用之三柱式金屬透鏡之一斷面圖。
圖406顯示透射率作為一可配合一配置成用於後側照明之偵測器像素使用之組合色彩及紅外阻障濾光片之波長之一函數的一曲線圖。
圖407係依據一具體實施例一配置用於後側照明之偵測器像素之斷面圖。
圖408係依據一具體實施例一配置用於後側照明之偵測器像素之斷面圖。
圖409係量子效率作為用於圖408之偵測器像素之波長之一函數的一曲線圖。
16‧‧‧偵測器
60‧‧‧陣列
62‧‧‧成像系統
64‧‧‧分解
66‧‧‧光學器件
68‧‧‧層疊光學元件
68(1)‧‧‧層疊光學元件
68(2)‧‧‧層疊光學元件
68(3)‧‧‧層疊光學元件
68(4)‧‧‧層疊光學元件
68(5)‧‧‧層疊光學元件
68(6)‧‧‧層疊光學元件
68(7)‧‧‧層疊光學元件
70‧‧‧實體孔徑
72‧‧‧通光孔徑
74‧‧‧區域
76‧‧‧間隔物
78‧‧‧偵測器像素

Claims (117)

  1. 一種陣列成像系統，其包含：使用一共同基底形成的一偵測器陣列；以及一第一層疊光學元件陣列，該等層疊光學元件之各層疊光學元件光學連接於該偵測器陣列中的一偵測器，以形成該等陣列成像系統內的一成像系統。
  2. 如請求項1之陣列成像系統，其中該第一層疊光學元件陣列係至少部分地藉由連續施加至少一製作母版來形成，該等製作母版之各製作母版具有用於定義該第一層疊光學元件陣列之特徵。
  3. 如請求項2之陣列成像系統，其中該等特徵係以小於藉由該等偵測器可偵測之電磁能量之兩個波長的光學容限予以形成。
  4. 如請求項1之陣列成像系統，其中該第一層疊光學元件陣列係支撐在該共同基底上。
  5. 如請求項1之陣列成像系統，其中該第一層疊光學元件陣列係支撐在一分離基底上，該分離基底係相對於該共同基底予以定位，使得該等層疊光學元件之各層疊光學元件光學連接於該偵測器。
  6. 如請求項1之陣列成像系統，其進一步包含一組件，該組件係選自由(a)一用於該偵測器之蓋板與(b)一光學帶通濾光片所組成之一群組。
  7. 如請求項6之陣列成像系統，其中該蓋板部分覆蓋該第一光學元件陣列。
  8. 如請求項1之陣列成像系統，其中該共同基底包含一半導體晶圓、一玻璃平板、一晶體平板、一聚合物片與一金屬平板之一者。
  9. 如請求項1之陣列成像系統，其中在一製程期間，使該共同基底、一製作母版與一卡盤之至少兩者相互對齊。
  10. 如請求項9之陣列成像系統，其中使用其上定義的對齊特徵使該共同基底、該製作母版與該卡盤之至少兩者相互對齊。
  11. 如請求項9之陣列成像系統，其中相對於一共同座標系統使該共同基底、該製作母版與該卡盤之至少兩者對齊。
  12. 如請求項1之陣列成像系統，其進一步包含相對於該第一層疊光學元件陣列定位的一第二層疊光學元件陣列。
  13. 如請求項12之陣列成像系統，其進一步包含置放於該第一與第二層疊光學元件陣列之間的至少一間隔物配置，其中該間隔物配置包含一囊封材料、一支座特徵及一間隔物平板之至少一者。
  14. 如請求項12之陣列成像系統，其中在該第二層疊光學元件陣列內的該等層疊光學元件之至少一者可在至少兩個位置之間移動，以便依據該至少兩個位置，在該偵測器陣列中一相應偵測器處提供可變的影像放大倍率。
  15. 如請求項1之陣列成像系統，其進一步包含相對於該第一層疊光學元件陣列定位的一單一光學元件陣列。
  16. 如請求項15之陣列成像系統，其進一步包含在該層疊光 學元件陣列與該單一光學元件陣列之間放置的一間隔物配置。
  17. 如請求項16之陣列成像系統，其中該間隔物配置包含一囊封材料、一支座特徵及一間隔物平板之一者。
  18. 如請求項15之陣列成像系統，其中在該等單一光學元件之至少一者可在至少兩個位置之間移動，以便依據該至少兩個位置在該偵測器陣列中一相應偵測器處提供可變的影像放大倍率。
  19. 如請求項1之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件係在小於該等偵測器可偵測之電磁能量之兩個波長的光學容限內相互對齊。
  20. 如請求項19之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之各層疊光學元件係在光學容限內相對於該等偵測器、該共同基底、一共同座標系統、一卡盤及其上所形成之對齊特徵之一對應者之至少一者而對齊。
  21. 如請求項1之陣列成像系統，其進一步包含在該陣列成像系統之至少一者中之一可變焦距元件，用於與該等層疊光學元件之至少一者協作以調整該成像系統之一焦距。
  22. 如請求項21之陣列成像系統，其中該可變焦距元件包含一液體透鏡、一液晶透鏡及一可熱調整透鏡之至少一者。
  23. 如請求項21之陣列成像系統，其中該等光學元件之該至少一者係組態成用於與該等層疊光學元件的其他光學元 件及其所光學連接之偵測器協作，以在該偵測器處提供可變的影像放大倍率。
  24. 如請求項1之陣列成像系統，其進一步包含一可變焦距元件，用於調整該等陣列成像系統之至少一者之一焦距。
  25. 如請求項1之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之至少一者係組態成用於預定地編碼其所透射之電磁能量之一波前。
  26. 如請求項1之陣列成像系統，該等偵測器之至少一者包括複數個偵測器像素，進一步包含與該等偵測器像素之至少一者整體形成之光學器件，以重新分佈該至少一偵測器像素內的電磁能量。
  27. 如請求項26之陣列成像系統，其中該光學器件包含一主光線角校正器、一濾光片及一金屬透鏡之至少一者。
  28. 如請求項1之陣列成像系統，該等偵測器之至少一者具有複數個偵測器像素與一小透鏡陣列，該等小透鏡之各小透鏡光學連接於該複數個偵測器像素之至少一者。
  29. 如請求項1之陣列成像系統，該等偵測器之至少一者具有複數個偵測器像素與一濾光片陣列，該等濾光片之各濾光片光學連接於該複數個偵測器像素之至少一者。
  30. 如請求項1之陣列成像系統，其中該層疊光學元件陣列包含一模製材料。
  31. 如請求項30之陣列成像系統，其中該模製材料包含低溫玻璃、丙烯酸、聚胺酯丙烯酸、環氧、環烯共聚物、聚 矽氧及具有溴化聚合物鏈之至少一者。
  32. 如請求項31之陣列成像系統，其中該模製材料進一步包含二氧化鈦、氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯及高折射率玻璃顆粒中之一者。
  33. 如請求項1之陣列成像系統，其中該偵測器陣列包含印刷在該共同基底上的一印刷偵測器。
  34. 如請求項1之陣列成像系統，其進一步包含形成於該等層疊光學元件之至少一者之一表面上的一抗反射層。
  35. 如請求項34之陣列成像系統，該抗反射層在該至少一層疊光學元件之該表面內包含複數個次波長特徵。
  36. 如請求項1之陣列成像系統，其中各對偵測器與層疊光學元件在其間包含一平坦介面。
  37. 如請求項1之陣列成像系統，其中該層疊光學元件陣列係藉由在該共同基底上層疊複數種材料來形成。
  38. 如請求項1之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之各層疊光學元件在該共同基底上包含複數層光學元件層。
  39. 如請求項1之陣列成像系統，其中該層疊光學元件陣列係由相容於晶圓級封裝製程之材料予以形成。
  40. 如請求項1之陣列成像系統，其中該陣列成像系統係分成複數個不同成像系統。
  41. 如請求項1之陣列成像系統，其中該偵測器陣列包含一CMOS偵測器陣列。
  42. 如請求項1之陣列成像系統，其中該偵測器陣列包含一 CCD偵測器陣列。
  43. 如請求項1之陣列成像系統，其中該陣列成像系統係分成複數個成像群組，各成像群組包括兩個或兩個以上成像系統。
  44. 如請求項43之陣列成像系統，其中各成像群組進一步包含一處理器。
  45. 如請求項1之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之至少一者包括第一、第二及第三彎曲表面，一間隔物分離該等第一、第二及第三彎曲表面之至少兩者。
  46. 如請求項45之陣列成像系統，其中該等第一、第二及第三彎曲表面分別具有正、正及負曲率。
  47. 如請求項46之陣列成像系統，其中各成像系統之一總光學軌跡係小於3.0 mm。
  48. 如請求項1之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之至少一者包括第一、第二、第三及第四彎曲表面，一第一間隔物分離該等第二及第三彎曲表面，而一第二間隔物分離該第四彎曲表面與其所光學連接之偵測器。
  49. 如請求項48之陣列成像系統，其中該等第一、第二、第三及第四彎曲表面分別具有正、負、負及正曲率。
  50. 如請求項49之陣列成像系統，其中各成像系統之一總光學軌跡係小於2.5 mm。
  51. 如請求項1之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之至少一者包含一主光線角校正器。
  52. 如請求項1之陣列成像系統，其中該等成像系統之至少 一者之層疊光學元件與偵測器協作地展現一調變轉換函數，其係在一預選擇空間頻率範圍內實質上均勻。
  53. 如請求項1之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之至少一者包含一整合支座。
  54. 如請求項1之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之至少一者包含一矩形孔徑、一方形孔徑、一圓形孔徑、一橢圓形孔徑、一多邊形孔徑及一三角形孔徑之一者。
  55. 如請求項1之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之至少一者包含一非球面光學元件，其預定地編碼透射過該至少一層疊光學元件之電磁能量之一波前。
  56. 如請求項55之陣列成像系統，其中光學連接該等層疊光學元件之至少一者的偵測器係組態成用於將入射其上的電磁能量轉換成一電信號，並進一步包含一處理器，該處理器電連接於該偵測器，以用於處理該電信號，以移除藉由該非球面光學元件引入該電磁能量內的一成像效果。
  57. 如請求項56之陣列成像系統，其中與不帶一非球面光學元件及處理器之一成像系統相比較，該非球面光學元件與處理器係進一步組態成用於協作地減小由以下之至少一者引入該電磁能量之假影：場曲、層疊光學元件高度變化、場相依之像差、製作相關像差、溫度依之像差及該共同基底之厚度及平坦度變化。
  58. 如請求項56之陣列成像系統，其中該處理器實施一可調整濾波器核心。
  59. 如請求項56之陣列成像系統，其中該處理器係與形成該偵測器之電路一起整合。
  60. 如請求項59之陣列成像系統，其中該偵測器與該處理器係形成於該共同基底內的一矽層內。
  61. 如請求項55之陣列成像系統，其中至少一成像系統之至少一透焦MTF展現一比不帶該非球面光學元件之相同成像系統更寬廣的峰值寬度。
  62. 如請求項1之陣列成像系統，其中各成像系統形成一相機。
  63. 如請求項1之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之至少一者係消色。
  64. 如請求項1之陣列成像系統，其中各偵測器包含複數個偵測器像素，進一步包含相鄰至少一偵測器直接置放並映射至該偵測器之該等偵測器像素的複數個小透鏡，以增加該偵測器之一聚光能力。
  65. 如請求項1之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之至少一者包括一檔板，該檔板係用於藉由反射、吸收及散射之至少一者來阻障一光學路徑外部的漫射光透過該層疊光學元件。
  66. 如請求項65之陣列成像系統，其中該檔板包含一染色聚合物、複數個膜及一光柵之至少一者。
  67. 如請求項1之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之至少一者包含一抗反射元件。
  68. 如請求項67之陣列成像系統，其中該抗反射元件包含複 數個膜及一光柵之至少一者。
  69. 一種用於製作複數個成像系統之方法，其包含：形成一第一光學元件陣列，該等光學元件之各光學元件光學連接於在一具有一共同基底之偵測器陣列內的至少一偵測器；形成一第二光學元件陣列，其光學連接於該第一光學元件陣列，以便集體形成一層疊光學元件陣列，該等層疊光學元件之各層疊光學元件光學連接於該偵測器陣列內的該等偵測器之一者；以及將該偵測器陣列與該層疊光學元件陣列分成複數個成像系統，該複數個成像系統之各成像系統包含光學連接至少一偵測器的至少一層疊光學元件，其中形成該第一光學元件陣列包括在該第一光學元件陣列與該偵測器陣列之間組態一平坦介面。
  70. 一種用於製造陣列成像系統之方法，在該等陣列成像系統內的各成像系統具有與其相關聯之至少一偵測器，該方法包含：藉由連續施加至少一製作母版來形成在一共同基底上之一層疊光學元件陣列，該層疊光學元件之各層疊光學元件光學連接於與該成像系統相關聯之該至少一偵測器。
  71. 如請求項70之方法，其進一步包含分離該等陣列成像系統以形成複數個成像系統。
  72. 如請求項70之方法，其中該等層疊光學元件之兩個或兩 個以上層疊光學元件光學連接於該偵測器，以向一單一偵測器提供多個視場。
  73. 如請求項70之方法，其進一步包含，在形成之前，產生該至少一製作母版，其包含用於定義該層疊光學元件陣列之特徵。
  74. 如請求項70之方法，其進一步包含：在形成之前，產生該至少一製作母版，該至少一製作母版包括用於定義一光學元件陣列之特徵，該光學元件陣列係該等陣列成像系統之一層疊部分，其中形成進一步包含使用該至少一製作母版在一偵測器陣列上模製一材料以同時形成該光學元件陣列，該等光學元件之各光學元件光學連接於該等偵測器之至少一者。
  75. 如請求項74之方法，其中產生該至少一製作母版包含直接製作用於在一母版基板上定義該光學元件陣列之該等特徵。
  76. 如請求項75之方法，其中直接製作該等特徵包含使用一慢速工具伺服方法、一快速工具伺服方法、一多軸銑製方法及一多軸研磨方法之至少一選定者來形成該等特徵。
  77. 如請求項75之方法，其中直接製作該等特徵進一步包含製作額外特徵以用於在該母版基板上定義對齊標記。
  78. 如請求項70之方法，其進一步包含：形成一第二層疊光學元件陣列；以及 相對於該所述第一層疊光學元件陣列定位該第二層疊光學元件陣列。
  79. 如請求項70之方法，其中形成該層疊光學元件陣列進一步包含組態該等光學元件之至少一者以預定地編碼其所透射之電磁能量之一波前。
  80. 如請求項70之方法，其進一步包含組態該等光學元件之至少一者具有可變焦距。
  81. 如請求項70之方法，該至少一偵測器具有使用一組製程所形成之複數個偵測器像素，其進一步包含：在該等偵測器像素之至少一者內，使用該等製程之至少一者形成用於在該偵測器像素內重新分佈能量之光學器件。
  82. 如請求項81之方法，其中在該等偵測器像素之該至少一者內形成該光學器件包含形成一主光線角校正器、一薄膜濾光片及一金屬透鏡之至少一者。
  83. 如請求項70之方法，該至少一偵測器具有使用一組製程所形成之複數個偵測器像素，其進一步包含：形成一小透鏡陣列，該等小透鏡之各小透鏡光學連接於該複數個偵測器像素之至少一者。
  84. 如請求項70之方法，其中形成該層疊光學元件陣列包含：協同該至少一製作母版來分佈一模製材料，以及固化該模製材料以塑造該層疊光學元件陣列。
  85. 如請求項70之方法，其中連續地施加該至少一製作母版 包含將該共同基底與該至少一製作母版對齊至一支撐該共同基底之卡盤。
  86. 如請求項70之方法，其中連續地施加該至少一製作母版包含使用其上所定義之對齊特徵來對齊該共同基底與該至少一製作母版。
  87. 如請求項70之方法，其中連續地施加該至少一製作母版包含使用一共同座標系統來對齊該共同基底與該至少一製作母版。
  88. 如請求項70之方法，其進一步包含相對於該層疊光學元件陣列定位一單一光學元件陣列。
  89. 如請求項88之方法，其中定位該單一光學元件陣列包含使用一作為一囊封材料、一支座特徵及一間隔物平板之至少一者選擇的間隔物配置來將該單一光學元件陣列與該層疊光學元件陣列間隔開。
  90. 如請求項88之方法，其進一步包含組態置該等單一光學元件之至少一者以相對於該等層疊光學元件之一對應者在至少兩個位置之間可移動，以便依據該至少兩個位置在該偵測器處提供可變的影像放大倍率。
  91. 如請求項70之方法，其中連續地施加該至少一製作母版包含在光學容限內相互對齊該至少一製作母版與該共同基底，該等光學容限係小於藉由該偵測器可偵測之電磁能量之兩個波長。
  92. 如請求項70之方法，其中形成該層疊光學元件陣列進一步包含組態該等層疊光學元件之至少一者以預定地編碼 其所透射之電磁能量之一波前。
  93. 如請求項70之方法，其進一步包含在該等層疊光學元件之至少一者之一表面上形成一抗反射層。
  94. 如請求項93之方法，其中形成該抗反射層包含將次波長特徵模製在該等層疊光學元件之至少一者之表面內。
  95. 一種使用一共同基底形成陣列光學器件之方法，其包含：藉由連續地施加對齊該共同基底的至少一製作母版來形成複數個層疊光學元件之一陣列作為該陣列光學器件。
  96. 一種用於製作陣列成像系統之方法，其包含：形成一層疊光學元件陣列，該等層疊光學元件之各層疊光學元件光學連接於使用一共同基底形成的一偵測器陣列內的至少一偵測器，以便形成陣列成像系統，其中形成該層疊光學元件陣列包括：使用一第一製作母版，在該偵測器陣列上形成一第一光學元件層，該第一製作母版具有一第一母版基板，其包括形成於其上的該第一光學元件層之一負片，及使用一第二製作母版，相鄰該第一光學元件層形成一第二光學元件層，該第二製作母版包含一第二母版基板，其包括形成於其上的該第二光學元件層之一負片。
  97. 如請求項96之方法，其中形成該等第一及第二光學元件層之至少一者包含形成至少一彎月面透鏡。
  98. 如請求項96之方法，其中形成該等第一及第二光學元件 層之至少一者包含形成至少一光學元件，其具有在1與1000 μm之間的厚度。
  99. 如請求項96之方法，其中形成該等第一及第二光學元件層之至少一者包含：組態該等光學元件之至少一者為消色。
  100. 如請求項96之方法，其中形成該層疊光學元件陣列包括：從該共同基板依序形成各光學元件。
  101. 如請求項96之方法，其中形成該層疊光學元件陣列包括：以一序列形成各光學元件層，使得最靠近該共同基底之層係在該層疊光學元件陣列之所有其他層之後予以形成。
  102. 如請求項96之方法，其中形成該層疊光學元件陣列包括：藉由使用在可操作以接觸該共同基底之對應製作母版內的支座結構來確保控制至少一光學元件層之一厚度。
  103. 如請求項96之方法，其進一步包含施加結構之間隔物平板，該結構定義配置成用於容納該層疊光學元件陣列之穿透孔。
  104. 如請求項103之方法，其進一步包含構造陣列成像系統，除了其他光學器件之外，該等陣列成像系統包括該層疊光學元件陣列與穿透孔之一組合。
  105. 如請求項103之方法，其進一步包含組態該等穿透孔之至少一者內的可移動光學器件以形成至少一變焦成像系統。
  106. 如請求項103之方法，其進一步包含將一第三光學元件層附著在該間隔物板頂部，使得該間隔物板控制該層疊光學元件陣列與該第三光學元件層之間的間隔。
  107. 如請求項103之方法，其進一步包含將一保護玻璃層附著在該間隔物平板頂部。
  108. 如請求項96之方法，其進一步包含使用一囊封材料以增加該層疊光學元件陣列之機械整體性。
  109. 如請求項96之方法，其進一步包含在該層疊光學元件陣列之至少一層疊光學元件上圖案化一孔徑。
  110. 如請求項109之方法，其中圖案化該孔徑包含：接觸印刷一用於吸收及阻障電磁能量之一的結構。
  111. 如請求項109之方法，其中圖案化該孔徑包含利用一較高縱橫比模具，在其上圖案化該至少一層疊光學元件之一頂部表面。
  112. 陣列成像光學器件，其包含：一層疊光學元件陣列，該等層疊光學元件之各層疊光學元件光學連接於一偵測器陣列中的一偵測器，其中該層疊光學元件陣列係至少部分地藉由連續施加至少一製作母版來形成，該至少一製作母版其上包括用於定義該層疊光學元件陣列之特徵。
  113. 陣列成像系統，其包含：一共同基底；一偵測器陣列，其具有形成於該共同基底上的偵測器像素，該等偵測器像素之各偵測器像素包括一感光區 域；以及一光學器件陣列，其光學連接於該等偵測器像素之一對應者之感光區域，從而形成該陣列成像系統，其中該等光學器件之至少一者可在分別對應於第一及第二放大倍率之第一及第二狀態之間切換。
  114. 一種用於形成一影像之相機，其包含：陣列成像系統，其包括：一使用一共同基底形成的偵測器陣列，以及一第一層疊光學元件陣列，該等層疊光學元件之各層疊光學元件光學連接於該偵測器陣列中的一偵測器，用以形成該影像；以及一用於處理該影像之信號處理器。
  115. 如請求項114之相機，其中該相機係組態成用於包括於一行動電話、一汽車及一玩具之一者內。
  116. 一種用於執行一任務之相機，其包含：陣列成像系統，其包括：一使用一共同基底形成的偵測器陣列，以及一第一層疊光學元件陣列，該等層疊光學元件之各層疊光學元件光學連接於該偵測器陣列中的一偵測器；以及一用於執行該任務之信號處理器。
  117. 如請求項116之相機，其中該信號處理器係進一步組態成用於為一預定任務準備來自該偵測器陣列之資料。
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