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TW200814308A - Arrayed imaging systems and associated methods - Google Patents

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TW200814308A
TW200814308A TW096113560A TW96113560A TW200814308A TW 200814308 A TW200814308 A TW 200814308A TW 096113560 A TW096113560 A TW 096113560A TW 96113560 A TW96113560 A TW 96113560A TW 200814308 A TW200814308 A TW 200814308A
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detector
array
optical
imaging system
electromagnetic energy
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TW096113560A
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TWI397995B (zh
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Edward R Dowski Jr
Miodrag Scepanovic
Satoru Tachihara
Christopher J Linnen
Dennis W Dobbs
Regis S Fan
Kenneth S Kubala
Paulo E X Silveira
George C Barnes Iv
Vladislav V Chumachenko
Mark A Meloni
Brian T Schwartz
Michael Hepp
Kenneth Ashley Macon
John J Mader
Goran M Rauker
Gregory E Johnson
Robert H Cormack
Inga Tamayo
Donald Combs
Gary L Duerksen
Howard E Rhodes
James He
Original Assignee
Cdm Optics Inc
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Description

200814308 九、發明說明： 【先前技術】 在先削技術中的晶圓級成像系統陣列提供垂直（沿光車由） 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5〇〇4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5〇〇4 部分之各配對可稱為一成像系統5〇〇5。此類光學元件之範 ^ 例包括折射式光學元件、繞射式光學元件、光柵、遞級折 射率（GRIN) το件、次波長光學結構、抗反射塗層及濾光 許夕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 光於電磁此里之後，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 ° ，域）。剩餘光阻結構可保持原樣，藉由一蝕刻製程或在 咼達200t溫度下的熱熔融（即"回流”）傳遞至下面共同基底 内，以使該結構形成-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姓刻光罩，用 於定義可姓刻在下面共同基底内之特徵。此外，仔細控制 蝕刻選擇性（即光阻钱刻料與共同基底钱刻速率之比率）
可允許額外的彈性來控制該等特徵（例如透鏡或棱鏡）之表 面形式。 X 120300.doc 200814308 i製法可能涉及使用-製作母版，其包括所需表面之__ 負輪廓（jr能已得到收縮補償）。該製作母版接合一材料（例 如液體單體），該材料可經處理（例如紫外線固化）以硬化 (例如聚合）並保持該製作母版之形狀。模製方法一般涉及 引入一流動材料至一模具内，然後冷卻或固化該材料，於 是該材料保持該模具之形狀。壓花法類似於複製法，但涉 及接合該製作母版與-柔軟、成形材料，然後光學處理該 、材料以保持表面形狀。該些方法之各方法之許多變更存在 ( 於先則技術之中且可在適當時開拓以滿足所期望光學器件 设計之設計及品質約束。儘管本文中結合特定聚合物材料 來進行說明，但可理解為在光學元件之形成過程中可利用 低溫玻璃及其他可成形材料。 一旦產生，晶圓級光學元件5002陣列5〇〇〇便可對齊並結 。至頟外陣列，以形成圖155所示之陣列成像系統Μ%。 視需要或額外地，光學元件·2可形成於共縣底测之 兩側上。共同基底5。。4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可在遠成像系統之焦平面處包括一固態影像谓 測器5008陣列，例如互補型金屬氧化物半導體（(：1^〇^影 像偵測器。-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，由於一共同基底内的厚度不均 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 120300.doc 200814308 系統錯位可能會遍及陣列而劣化—或多個成像系統之整體 性。即’儘管目前技術可在數微米之機械容限内致動對 齊，但其不提供用於精確成像系統製造所需之光學容 齊準確性（即在感興趣電磁能量之波長級別上卜 摘測器（例如但不限於互補型金屬氧化物半導體（CM 偵測器)可受益於使用小透鏡陣列來增加填充因數與 器中各㈣器像素之制敏感度。而且，制料能要求
C 額外的遽光片用於各種用途，例如债測不同色彩並阻擋紅 外線電磁能量。前述任務雲 、 j 11士撈而要添加光學元件（例如小透鏡 及濾光片）至現有偵測器。 偵測器係一般使用—料旦彡i少丨也丨 用u衫餘刻製程來製作，並因此包括 相容於微影敍刻製程之材料。例如，目前CMOS須測器係 使用CMOS製程及相容材料（例如晶財、氮切及二氧化 矽)來製作、然而，添加至偵測器之光學元件通常可能在 :同設施内與偵測器分開製作，並可能使用不一定相容特 Ο 疋CMOS製程之材料（例如告右 、 右嫉,一 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 叙不W為此類材料相容 CMOS製程）。該些額外的萝 I作及刼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。 【發明内容】 在一具體實施例中，提供瞌 . ^仏陣列成像糸統。一偵測器陣列 係使用一共同基底來形成。 ^ ^ Μ荨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 係連接該偵測器陣列中的 ，、予 Ν Τ的一偵測器。 120300.doc 200814308 、—在具體實加例中，_種方法形成複數個成像系統，該 禝數個成像系統之各成像系統具有一偵測器，纟包括：藉 由t成（例如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。 Ο 在具體實施例中，一種方法使用-共同基底與至少-、、J器來$成列成像系統，其包括形成—層疊光學元 牛口車歹J 口亥等層豐光學元件之至少一元件光學連接於該積 ^ 〇形成步驟包括連續地施加一或多個製作母版，使 得該等_成料統係分成複數個成像系統。 、^體實鈿例中，一種方法使用一共同基底來形成陣 列成像糸統，盆句拓·餘 /、 ·藉由連縯地施加一或多個對齊該共 同基底之I作母版來形成_複數個層疊光學元件陣列。 在一具體實施例中，提供_種方法用於藉由以下步驟來 =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、统，二者均連接一_器子系統：⑷產生一 :車列成像系統設計’包括—光學器件子系統設計、一制 為子域料彡㈣理η “設計；⑻频該等子 糸統叹#之至少—設計以決定該等子系駿計之至少一設 収否符合預定義參數；若料子系統設計之至少一料 等預定義參數，則：⑷使用—組潛在參數修改來 子:、陣列成㈣統設計；⑷重複⑻及⑷，直到該等 子糸統設計之至少一設計符合該等預定義參數以產生一修 120300.doc 200814308 ==等光學：谓測器及影像處理器子系統；以及⑴ 乂 ；作㈣等子系統來裝配該等陣列成像系統。 取媒俨t體實施例中，一種軟體產品具有儲存在電腦可讀 “其中由一電腦執行時，該等指令執行用 . π成像系統設計之步驟，其包括：⑷用於產生一 Ο Ο =成料統料之指令，該設計包括—光學器件子系統 X ㈣@子系、統設計與-影像處理器子系、統設計； (㈣:試該等光學、_器及影像處理器子系統設計之 —X十以决疋s亥等子系統設計之至少一設計是否符合 預^義，數之指令；若該等子系統設計之至少—者不符合 〜等預疋義參數’則.（e)用於使用—組參數修改來修改該 等陣列成像系統設計之指令；及⑷用於重複（b)及⑷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 有不同勺折射率，e亥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。 在具體只施例中，-種成像系統包括··用於形成一光 子〜像之光予n件，該光學H件包括—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 ’、有疋義折射率，該等體積區域之兩者具有不同的折射 120300.doc -12- 200814308 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··在一單石光學材料内形成複數個體積區 域，使得⑴該複數個體積區域之各體積區域具有一定義折 射率且（11)該等體積區域之兩者具有不同的折射率，其中 Γ 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0 在一具體實施例巾，-種方法藉由以下形成一影像：藉 由透過-I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—定㈣射率且至少兩
CJ 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，陣列成傻系试目士 』风彳冢糸統具有：一使用一共同 基底所形成的偵測器陣列；及一；聂本風-从土 層邊先學70件陣列，該等 層疊光學元件之各元件光學逯技认# ， 予連接於该偵測器陣列中的至少 一偵測器，以便形成陣列成像系统， T、兄各成像系統包括至少 一層疊光學元件，其光學連接於兮相 咬牧％这偵测器陣列中的至 摘測器。 在一具體實施例中，提供一 之方法，其包括：形成一第一 種用於形成複數個成像系統 光學元件陣列，該等光學元 120300.doc -13- 200814308 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 ( 兀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， "亥等光予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僧測器陣列中至少一伯測器 1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：使用一慢速刀具祠服方法、一 快速刀具伺服方法、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。 在具體實施例中，藉由以下步驟提供一種製造一包括 -光學元件樣板陣列定義其上之製作母版之方法之改良： 120300.doc .14- 200814308 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 光學兀件陣列之方法：使用一慢速刀具伺服方法、一快速 刀具伺服方法、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0
U 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—種製作—用於形成複數個光 學元件之製作母版之方法包括：使用一第一刀具在該 製作母版上形成複數個第一表面特徵；以及使用—第二^ 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-表面特m該等第第 二表面特徵之組合係組態成用以形成該複數個光學元件。 二施例中’提供—種製造一用於形成複數個光 複數個第-特徵，該複數個第—特 上形成 複數個光以紅-㈣n 各—相形成該 弟—特铽；以及平滑該複數個第一 120300.doc -15- 200814308 特被以形成該等第二特徵。 在”體κ知例中，藉由以下步驟提供一種製造一用於 形成複數個光學元件夕制从# t 之製作母版之方法··定義該複數個光 子兀件以。括至J兩種不同類型的光學元件；以及直接製 〜成用以在4製作母版之—表面上形成該複數個光學 元件之特徵。 在一具體實施例中，：^ ^ , T ^供一種製造一製作母版之方法，
C kj / t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 :、々表面之兀件，以及在該製作母版之一表面上直接製作 该專特徵。 、在一具體實施例中，藉由以下步驟提供—種製造一製作 母版之方法’ 4製作母版包括用於藉其形成光學元件之複 數個特徵··定義-第一製作常式用於在該製作母版之一表 面上幵v成違等特徵之一第一部分；使用該第一製作常式在 。亥表面上直接製造該等特徵之至少一特徵；測量該等特徵 ^至少一特徵之一表面特性；定義一第二製作常式用於在 ，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 ^面而 周正的第一製作常式；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。 具體實施例中，提供對製造一用於藉其形成複數個 光予W牛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刀具之刀具 120300.doc •16- 200814308 固疋益，5亥加工刀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’其係組悲、成用以協作該心軸與該刀具岐器用於測量 該表面之一特徵。 在一具體實施例中，提供―種製造—藉其形成複數個光 學元件之製作母版之方法，#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冑；以及在 該表面上直接製造至少—對齊特徵，㈣齊特徵係組態成 用以協作在—分離物件上的—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-具體實施例中，藉由以下步驟提供—種製造一用於 化成光學70件陣列之製作母版之方法：在該等基板特徵 之-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—對齊特徵，該對齊特徵係組態成用 以協作在-分離物件上的—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-種用於使用一 多轴加工刀具修改—基板來形成—用於-光學元件陣列之 製作母版之方法··將該基㈣定至—基板固定^ ;在該基 板上執行預備加工操作；在該基板之—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，造至少 —對齊特徵，1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。 120300.doc -17· 200814308 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，I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70件層，以便在該共同基底上形成該層疊光學元件陣 列，忒第一製作母版具有一第二母版基板，其包括形成於 其上的弟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 側與遠離該第一侧之一第二側的共同基底；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 120300.doc -18 - 200814308 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内的可移動光學器 件、及用於移動該可移動光學之配置。 〆 在-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··⑷製備該丘同 基底用於沈積該層疊光學元件陣列；（_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= Γ ^共同基底之間沈積一第一可模製材料；⑷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 底來成形忒第一模製材料；以及⑴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 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内形成至少一光學 元件’该光學元件係組態用於影響在一波長範圍内的電磁 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 120300.doc -19- 200814308 態用於影響在一波長範圍内的電磁能量。 在一具體實施例中，—種電磁能量㈣系統偵測在一波 長範圍内入射於其上的電磁能量，並包括··一谓測器，盆 包括複數㈣測器像素，該等债測器像素之各像素包括二 至少一電磁能量偵測區域；及至少一光學元件，其埋入該 複數個摘測器像素之至少―者内，以選擇性地重㈣n 一波長砣圍内的電磁能量至該至少一偵測器像素之電磁能 量偵測區域。 ί 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内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 / \ 々日印 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内形成一薄膜濾光片； 以及組態該薄膜濾光片用於執行帶通過濾、邊緣過遽、色 彩過濾、高通過濾、低通過濾、抗反射、陷波過濾、阻障 過渡及主光線（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内 的至少一偵測器像素，該改良包括：一主光線角校正器， 120300.doc -20- 200814308 其在該補測器像音> 像素之入射瞳處與該偵測器像素整體形 以向該光偵測區域番軿八 量 匕次重冑分佈入射其上的至少、_部分電磁能 在一具體實施例中’-種電磁能量偵測系統具有：複數 個制器像素、及—薄膜濾'光片，其在該等偵測器像素之 至少-者處整體形成並組態用於帶通過濾、邊緣過滹、色 彩過遽、高通過據、低通關、抗反射、陷波過濾、阻障 過慮及主光線角校正之至少一選定者。
在-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_器像素之各㈣器像素包括 -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 之各设汁定義複數層薄膜層：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 來特彳政化該等第一及第二濾光片設計内的該等薄膜層以產 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 二渡光片設計之一第二無約束設計；幻配對該第一渡光片 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 120300.doc -21 - 200814308 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。 在具體實施例中，提供對一包括複數個侦測器像素之 -電磁能量偵測器之方法的一改良，#包括：一電磁能量 修改元件，其與該等制器像素之至少—者整體形成，該 電磁能量修改元件係組態用於在該選定债測器像素内引導 \射其上的至少-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—不平坦表 120300.doc -22· 200814308 面0
C Ο 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 像素内引導入射其上的至少一部分電磁能量，其中整體S 成包含：沈積-第-層；在該第一層内形成至少一釋放區 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-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-具體實施例中，提供對—用於藉由—組製程來形成 一電磁能量價測器之方法的-改良，該備測器包括複數個 制器像素包括：與該複數個偵測ϋ像素之至少一者 及藉由该組製程之至少一者來 一 I木正體形成，一電磁能量修改 元件組態成用於在該遲中扁、丨口 牡巧選疋偵測裔像素内引導入射其上的至 少一部分電磁能量，盆中琴 一 τ整體形成包含沈積一第一層，在 該第一層内形成至少一穸ψ 处 、 大出该犬出之特徵在於實質平坦 表面’並在該平坦特徵頂 域頂^上沈積-苐-層，使得該第一 層將至一不平土曰转料令# 一符铽疋義為該電磁能量修改元件。 在一具體實施似φ 妨丄 猎由以下步驟提供一種用於設計一 120300.doc •23 · 200814308 電磁能量债測器之方法：指定複數個輸入參數；並基於該 複數個輸人參數來產生—次波長結構之幾何形狀，用於在 該谓測器内引導射入電磁能量。 在-具體實施例中…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 各兀件光學連接於使用-共同基底形成的—偵測器陣列内 的至少-損測器’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，在一共心 底上形成一第一光學元件層，該第一製作母版具有一第二 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-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，料層疊光學元件之各元件光學連接於該價測器 陣列内的-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叠^ 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，其具有一第二母版義 板，該第二母版基板在其上包括一第二光學元件層之— 120300.doc -24- 200814308 —_使用》亥第一製作母版，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，纟中提供該第—製作母版包含在該第-母版基板 上直接製造該第—光學元件層之負片。 在-具體實施例中’陣列成像系統包括：一共同基底； 14:陣列’其具有藉由—組製程形成於該共同基底上 ^ 寻頂，則裔像素之各像素包括一感光區 Ο ϋ :二―光學器件陣列，其光學連接該等_器像素之-對應者之感光區域，怂 ^占 4 κ而形成該等陣列成像系統，其中該 專偵測器像素之至少一者句 ^ , 匕括八内整合並使用該組製程之 至父一者所形成的至少一光$ it# ^ χ ^ , 九予特欲，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，陵別〆 ^1 車〗成像糸統包括：一共同基底； 夸 /…、y成於該共同基底上的偵測器像 素，忒#偵測器像素之各债彳 _ , ^ w ^ ± 分制益像素包括-感光區域；及 2讀陣列’其光學連接該等偵測器像素之—對應者 感光區域，從而形成該等陣列成像系統。 在一具體實施例中，陳列#你/ 暉歹j成像糸統具有：一在一共同美 底上形成的偵測器陣列；及一 土 件之各光學器件光學 予口口 ..y 於該偵測器陣列中的至少一偵測 益，以便形成陣列成像系統， 谓測 Α # ^ ^ ^各成像系統包括光學器件， 其先子連接該偵測器陣列中 如a ^ 叼至少一偵測器。 疊==施例中’一種方法藉由以下步驟來製造-層 干 歹】.使用一弟—製作母版’在一共同基底上 120300.doc -25- 200814308 形成一第_元件陣
^ ^ 茨弟製作母版包含一第一母版A 板，其包括製造於其上的一第弟母版基 並使用一筮-制 先學凡件陣列之一負片； 光學元件陳ϊ 母版’在該共同基底上形成相鄰該第一 幵）:卞^列之弟二光學元件陣列，以便在該共同基底上 版ίΓΓ件陣列’該第二製作母版包含一第二母 版基板纟包括形成於其上 μ ^ ^ 弟一先學7L件陣列之一負 ，在〜弟二母版基板上的 - — 、 雁於力兮梦 先學70件陣列位置上對 應於在遠弟—母版基板上的該第_光學元件陣列。 在一具體實施例中，ρ表万丨士、多 伯η 成像糸統包括：-共同基底； 一伯測裔陣列，其具有形 ， ^ 同基底上的偵測器像 素，遠4偵測器像素之各俏钏 谷制則象素包括一感光區域，·及 一光予器件陣列，其光學連接 ^ 4寺偵測杰像素之一對應者 之感先區域’從㈣成該轉列成像“ 器件之至少一者係 寺九予 卜 刀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。
U 在-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：具體實施例中’―種相機形成—影像並具有·陣列 成像系統’其包括使用一丘ρη f…、 使用共冋基底形成的一偵測器陣列； 及一層疊光學元件陣列，該等芦聂 斧層$九學疋件之各元件光學 連接於該"ί貞測器陣列内的一债測· 田枝 消列為，及一用於形成一影像 之信號處理器。 在-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—共同基底形成的一 120300.doc -26- 200814308 债測器陣列；及一声聶弁- U…牛陣列’該等層疊光學元件
2 +學連接於該偵測器陣列内的—偵㈣U ;執行該任務之信號處理器。 【實施方式】 本揭㈣討論與㈣成像“及相關聯製 面言之’揭示設計製程及相關軟體、多折射率= Γ件之ΓΗ級光學器件配置、用於形成或模製複數個光學 一 象糸、、先之複製及封裝、具有光學 元件形成於其内的偵測器像 具體實施例。 像素及上述糸統及製程之額外 在本揭示案之背景下，—光學元件應理解為—以某此方 式影響透過其之電磁能量之單-it件。例如，-光學元件 :乂係％射式兀件、—折射式元件、一反射式元件或一 王像TL件《學70件陣列係視為在-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 ϋ 性（例如折射率）之雨個& )雨個戍兩個以上層之單石結構，而複數 個層S光予7G件可在一共同基底上加以支撲以形成一層疊 光予兀件陣列。下文中在適當處討論此類層疊光學元件之 。又。十及裝作細即。-成像系統係視為協作以形成一影像的 光子兀件與層豐光學元件組合，而複數個成像系統可配 置在-共同基底上以形成陣列成像系统，下文將進一步對 此洋細虎日月Jt外’術語光學器件係用於涵蓋可以一協作 方式装配纟^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。 120300.doc -27- 200814308 最近對諸如用於行動電話相機、玩具及遊戲之類之成像 糸統之興趣已進m组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。木描干查& & 局不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、可級聯數值影像錢處理演算法用时卜給定晶 圓級成料、統之影像品f與可製造性之至少__者的裝配組 圖1係成像系統40之—方塊圖，包括與偵測器^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），it可包括一 或多個相位修改^件以在成像系統40内引人預定相位效 應，下文將在適當處作詳細說明。儘管圖！中說明四個光 f子兀件j旦光予益件42可具有一不同數目的光學元件。成 I’ 像糸統4 0還可包括併人居：日,丨t ^ 、 偵測裔1 6内或作為光學器件偵測器 w面14之邛刀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内的教導來形成個別單 元。 成像系統40包括-電連接偵測㈣的處理以6。處理器 46運作以依據人射在成像系統4()上並透射至該等们則器像 素之電磁能量18來處理偵測器16之谓測器像素所產生^電 120300.doc -28- 200814308 子資料，以產生影像48。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 輸出操作。在一具體實施例中，處理器牝實施一解碼 廣#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内的-相位修改元件所編碼之—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㉟。一範例性任務可以係一物件識別任務。
ϋ 成像系統40可獨立地或與—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—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、统。該等成像系統可包括 在一更大應用50中，例如還可包括—或多個成像系統的一 包裝分類系統或汽車中。 圖2Α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1〇因而可運作以從 -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-影像（採用電子影像資料之形式）。成像系統^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1G包括-偵測器丄6、—光學器件債測器介面丄* 及協作產生電子影像資料之光學器件12。例如，偵則器^ 係- CMOS❹】器或_ cc關測器貞測器Μ具有複數個 福測器像素（未顯示）；各像素可操作以依據人射其上的部 120300.doc -29- 200814308 分電磁能量18來產生部分電子影像資料。在如圖2人所示之 具體實施例中，偵測器16係一具有2.2微米像素大小、64〇 乘480偵測器像素之VGA偵測器；此類偵測器可操作以提 供3 07,160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。
U 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: 之上，使得-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至相關聯制器像素上。在—具體實施例中， 小透鏡係包括於光學器件偵測器介面14内以提供主光線角 校正，如下所述。 光學器件12可形成於光學器件偵測ϋ介面14上並可㈣ 以將電磁能量18引導至光學器件谓測器介面14及偵職 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 ^ ^ - X 般匕括一硬孔徑光闌 (抽後所不)’並可包覆一不透明材料以減輕漫射光。 儘管在圖2Α中說明成像系.統1〇 枝I 、一夫 獨立成像系統，但其 係取初作為陣列成像系統之一而 丘π发十 灰作此陣列係形成於一 冋基底上並（例如）可藉由"切斷 分離以產生複數個單片化 —刀割或分離）來 座生複數個早片化或聚焦成像系統 2Α所不。或者，成像系統1()可保 了1卞马一成像系統陣列ι 〇 120300.doc -30· 200814308 (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i 〇之子陣列。 陣列成像系統ίο可按如下製作。使用諸如CM〇s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Μ。 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谓測器介面_ 成一光學器件12。因此，可平行製作成像系統陣列10之組 ί 牛例如彳同時在遠共同半導體晶圓上形成各谓測器 16，然後可同時形成光學器件12之各光學元件。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1〇内包括額外元件（未顯示）。 例如’可在成像系統1G内包括—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1〇之像差及/ 或在成像系統10内設施變焦功能性。光學器件12還可包括 或夕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侦測器 处所捕捉之-對應影像，在m丨6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 、皮^、扁瑪’其可用於（例如）增加成像系統10之-景深及/ 或實施一連續變焦。 —A在的話，5亥一或多個相位修改元件藉由選擇性修改 迫月匕里18之—波前之相位來在其被偵測器16積測到之前 、、牙過光學器件12之電磁能量丄^之一波前。例如，債測 所捕捉到的結果影像可能作為編碼該波前之結果而展 12030〇.d〇e -31 - 200814308 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。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 120300.doc -32- 200814308 光學器件22之一具體實施例中，第一層疊光學元件24(丨）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2〇之色差。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 向上延伸之父又影線來指示，而一第二材料係由從左向右 向下延伸之父又影線來指示。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=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—數量可減小成像系統默 複雜性及/或成本n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2〇之效能及/或成像系統2〇 之設計彈性。例如’在成像系統2G之具體實施例中，可藉 由增加用於形成層疊光學㈣24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％⑴及 上。視需要地，孔徑可置放於—或多個層疊光學元件 上’例如，孔徑可置放於分離層疊光學元件Μ⑺及 120300.doc -33 - 200814308 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3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。儘管陣列6〇 係說明具有五個成像系統62，但陣列6〇可具有一不同數量 的成像系統62而不脫離其範疇。此外，儘管陣列6〇之各成 像系統係說明為相同，但陣列6〇之各成像系統62可以不同 (或任一者可以不同）。可同樣分離陣列6〇以產生子陣列及/ 或一或多個獨立成像系統62。儘管陣列6〇顯示一群組均勻 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。 分解64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，其係光學器件 12之一具體實施例。偵測器16包括偵測器像素(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78之一斷面可能會具有至少數百偵測器像素。 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； 學元件68可由兩個以上材料來形成。應注意 施例中，層疊光學元件68之直徑隨層疊光學 但是，層疊光 ’在此具體實 元件68離偵測 120300.doc -34 - 200814308 益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68⑴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 層豐光學兀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，f分離製作母版時，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7〇所形成，如所示。在通光孔徑 Μ外部的光學器件66之區域係由參考數字74來表示並可稱 ;、、、圍劳即因為孔徑70而禁止電磁能量（例如18，圖1)穿 過該等闈場。區域74不用於成像人射電磁能量，因此能夠 調適以適配設計約束。類似於孔徑7〇之實體孔徑可置放於 任一層豐光學元件68上，並可按上面關於圖⑼所述來形 成光學裔件62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；該保護層還會防止 /又射或％境光（例如由於來自層疊光學元件68(2)與之 間介面的多個反射所引起之漫射光或從光學器件62側面洩 漏之環境光）到達該偵測器。 在一具體實施例中，在成像系統62之間的間隔物％係填 120300.doc -35- 200814308 充有-填充物材料，例如一 物材料放置於間隔物76内 ：5物。例如，將該填充 填充物材料在㈣物76内均:地以旋轉陣列6G，使得該 向成像系統i。提供支撐及剛性自身。填充物材料可 則其可在分離之後隔離各成料2填充物材料不透明， 環境)電磁能量。 “統62與不需要的(漫射或 圖4係圖3之成像系統62 實例之一斷面圖，包括（未 比例細放）偵測器像素78
阵列。圖4包括一偵測器像素 78之一放大斷面圖。偵 、 1貝利裔像素78包括埋入的光學元件9〇 及92、感光區域94及金屬万洁t /鸯互連96。感光區域94以及入射其 内的電磁能量來產生_雷；&咕 , ' 王寬子仏唬。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料。在一 具體只施例中，埋入式光學元件9〇及/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1之處理器46)。 本文中討論成像系統1 〇之多個具體實施例。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。 120300.doc -36 _ 200814308 設計 焦距 (mm) FOV (°) 光圈 數 總執跡 (mm) 最大 CRA (°) 層數 VGA 1.50 62 1.3 2.25 31 7 3MP 4.91 60 2.0 6.3 28.5 9+玻璃平板+空氣 間隙 VGA WFC 1.60 62 1.3 2.25 31 7 VGA AF 1.50 62 1.3 2.25 31 7+可熱調整透鏡 VGA_W 1.55 62 2.9 2.35* 29 6+蓋板+偵測器 蓋板 VGA S WFC 0.98 80 2.2 2.1* 30 NA VGA_0/VGA_01 1.50/ 1.55 62 1.3 2.45 28/26 7 *包括0.4 mm厚蓋板
表1 設計 焦距 (mm) 遠距/寬 FOV (°) 遠距/ 寬 光圈數 遠距/ 寬 總軌跡 (mm) 遠距/ 寬 最大 CRA (°) 遠距/寬 變焦比 群 組 數 Z—VGA—W 4.29/ 2.15 24/50 5.56/ 3.84 6.05*/ 6.05* 12/17 2 2 Z一VGA—LL 3.36/ 1.68 29/62 1.9/ 1.9 8.25/ 8.25 25/25 2 3 Z_VGA_LL_AF 3.34/ 1.71 28/62 1.9/ 1.9 9.25/ 9.25 25/25 連續變 焦。最 大變焦 比係 1.95。 3+可 熱調 整透 鏡 Z_VGA_LL—WFC 3.37/ 1.72 28/60 1.7/ 1.7 8.3/8.3 22/22 連續變 焦。最 大變焦 比係 1.96。 3 *包括0.4 mm厚蓋板 表2 120300.doc -37- 200814308 圖5係成像系統110之一光學佈局及光線執跡圖，其係圖 2A之成像系統11()之—具體實施例。成像系統iiq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2人及圖4所述。成像系統ιι〇 可在下文稱為，，VGA成像系統，，。該VGA成像系統包括與一 積測器112光學通信的一光學器件114。一光學器件债測器 介面（未顯示）係還提供於光學器件114與偵測器丨12之間。 該VGA成像系統具有一15〇毫米〇，，）的一焦距、一62度 f 的視場、一 i·3的光圈數、一2.25 mm的總執跡長度、及一 3 1度的最大主光線角。該交又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 64〇行及 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 640x480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 L 米之長度。偵測器112具有一 1 ·4〇8 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176 。 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(丨）、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 120300.doc •38- 200814308 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表示該VGA成 像系統所成像之電磁能量；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内，其中半徑、厚度及直徑係以毫米 為單位給出。
Sag =
cr2 1 + 0-(1 +作 V ΤΑ〆， i-2n 等式（1) 其中
11=1，2，·8; r = ^x2+y2 ； c=l/半徑； k=圓錐常數； 直徑=2 * max (r);以及 Ai=非球面係數。 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐 常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 光闌 0.8531869 0.2778449 1.370 92.00 1.21 0 3 0.7026177 0.4992371 1.620 32.00 1.192312 0 4 0.5827148 0.1476905 1.370 92.00 1.089324 0 5 1.07797 0.3685015 1.620 32.00 1.07513 0 6 2.012126 0.6051814 1.370 92.00 1.208095 0 7 -0.93657 0.1480326 1.620 32.00 1.284121 0 8 4.371518 0.1848199 1.370 92.00 1.712286 0 影像 無限 0 1.458 67.82 1.772066 0 120300.doc -39- 200814308 表面號 a2 A4 a6 As Αι〇 a12 A14 Ai6 1(物件） 0 0 0 0 0 0 0 0 2(光闌） 0 0.2200 -0.4457 0.6385 -0.1168 0 0 0 3 0 -1.103 0.1747 0.5534 -4.640 0 0 0 4 0.3551 •2.624 -5.929 30.30 •63.79 0 0 0 5 0.8519 -0.9265 -1.117 -1.843 •54.39 0 0 0 6 0 1.063 11.11 -73.31 109.1 0 0 0 7 0 -7.291 39.95 -106.0 116.4 0 0 0 — 8 0.5467 -0.6080 -3.590 10.31 -7.759 0 0 0 表4 (、 從圖5可觀察到，在層疊光學元件116(1)與116(2)之間的 表面11 3係相對較淺（導致較低光學功率）；使得使用一下述 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ι24係相對 較陡（導致更高地光學功率）；使得使用一下述χγζ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$之成像 系統之一斷面圖。相對較直側146指示VGA成像系統已從 G陣列成像系統分離。圖6說明债測器112包括複數個制器 像素140。如在圖3中，谓測器像素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，為了促進說 明清楚，僅標注三個偵測器像素14〇。 j學器件m係顯示具有—通光孔徑142，其對應於電磁 ^篁透過該部分行進達到债測器112的光學器件ιΐ4之該部 分。在通光孔徑142外部的圍場144係在圖6中纟暗影來表 為了促進說明清楚，在圖6中僅標注兩個層疊光學元 120300.doc 200814308 件116。該VGA成像系統可包括—（例如）置放在層疊光學元 件116(1)上之光學孔徑146。
圖7至1〇顯示該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47〇至65〇奈米 ("nm”）之波長上平均化。圖7說明在偵測器ιι2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Μ”曲線。 該等三個場點係一具有座標（〇 mm，〇 之軸上場點、— 具有座標（0.49 mm，〇.37賴）之〇7場點及一具有座標 (0.704 mm, 0.528 mm)之全場點。在圖7，”τ"係指切向場 而nsn係指弧矢場。 圖8A至8C分別顯不該VGA成冑系統之光程差或波前誤 差之曲線圖182、184及186。在各方向上的最大尺度係+/巧 個波。該等實線表示具有一 47〇 11瓜波長的電磁能量（藍 光）。該等短虛線表示具有一55〇 11111波長的電磁能量（綠 光）。該等長虛線表示具有一 65〇脑(紅光）之波長的電磁能 量。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182對應於一具有座標（〇瓜叫 〇 mm)之軸上場點；曲線圖184對應於一具有座標（0.49 mm，0·37 mm)之〇.7場點；及曲線圖186對應於一具有座標 (〇·704 mm，0·528 mm)之全場點。在曲線圖 182、184及 186 中，左订係用於切向光線集合之波前誤差之一曲線圖，而 右行係用於弧矢光學集合之波前誤差之一曲線圖。 圖9A及9B分別顯示該VGA成像系統之一畸變曲線圖2〇〇 120300.doc •41 - 200814308 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_65〇nm波長之 電磁能量。 圖1 〇顯示在將光學器件114之光學元件之對中及厚度容 限考慮在内，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（〇·7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 ί、 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ιι〇 之 MTF。 參數 在X與y上的表面 中心偏離(mm) 在X與y上的表面傾 斜(度） 元件厚度變更(mm) 值 ±0.002 士 0.01 ±0.002 表5 圖11係成像系統300之一光學佈局及光線執跡，其係圖 2Α之成像系統10之一具體實施例。成像系統3〇〇可以係陣 列成像系統之一；此類陣列可分成複數個子陣列及/或獨 ϋ 立成像系統，如上面關於圖2八所述。成像系統3〇〇可在下 文稱為”豐成像系統”。該3ΜΡ成像系統包括偵測器如及 光學器件3〇4。_光學器件偵測器介面（未顯示）係還提供於 光學器件，與偵測器3〇2之間。該着成像系統具有一 4.91毫米的焦距、一6〇度的視場、一2 〇的光圈數、一㈠ 120300.doc -42- 200814308 mm的總執跡長度、及一28·5度的最大主光線角。交又影線 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，如先前所述。 偵測器302具有三百萬像素”3ΜΡ”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 2,048xl，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112具有一 4.5 mm之標稱寬度 Γ 與一 3·38 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3〇6内的四層光學元件層與 在層疊光學元件309内的五層光學元件層。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3〇6(1)及3〇6(3)係由具有一 弟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 I’ 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^)、3〇9(3)及3〇9(5)係由 具有一第一折射率之一第一材料形成；光學元件3〇9(2)及 3 09(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3〇4内協作形成空氣間隙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3〇9(1)來定義。空 120300.doc -43- 200814308 氣間隙3 12有利地增加光學3 04之一光學功率。光線3〇8表 示該3MP成像系統所成像之電磁能量；光線3〇8係假定源 自無限遠處。用於光學304之馳垂度係由方程（丨）.給出。光 學器件3 0 4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。 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐 常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 光闌 1.646978 0.7431315 1.370 92.000 2.5 0 3 2.97575 0.5756877 1.620 32.000 2.454056 0 4 1.855751 1.06786 T370 92.000 2.291633 0 5 3.479259 0.2 ΓΙ620 32.000 2.390627 0 6 9.857028 0.059 空氣 2.418568 0 7 無限 0.2 1.520 64.200 2.420774 0 8 無限 0.23 空氣 2.462989 0 9 -9.140551 1.418134 1.620 32.000 2.474236 0 10 -3.892207 0.2 1.370 92.000 3.420696 0 11 -3.874526 0.1 1.620 32.000 3.557525 0 12 3.712696 1.04 1.370 92.000 4.251807 0 13 -2.743629 0.4709611 1.620 32.000 4.323436 0 影像 無限 0 1.458 67.820 5.718294 0 表6 表面數 a2 A4 α6 As Αι〇 Αΐ2 Αΐ4 Αΐ6 1(物件） 0 0 0 0 0 0 0 0 2(光闌） 0 -1.746x10'3 1.419χ1〇·3 -1.244χ10'3 0 0 0 0 3 0 -1.517χ10-2 •2.777x10-3 7.544x10'3 0 0 0 0 4 -0.1162 1.292x10'2 •3.760x10-2 5.075χ10-2 0 0 0 0 5 0 -4.789x10-2 -2.327x10'3 -6.977x10-3 0 0 0 0 6 0 -7.803χ10'3 -3.196x1 Ο·3 9.558χ10·4 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 9 0 -3·542χ10·2 -4.762x10-3 -1.991Χ10'3 0 0 0 0 10 0 2.230x1 (Τ2 -1.528χ10-2 2.399χ10-3 0 0 0 0 11 0 -1.410χ10"2 1.866χ10'3_^ 6.690x10'4 0 0 0 0 12 0 -1.908χ10'2 -2.251χ10'3 4.750χ10'4 0 0 0 0 13 0 -4.800χ10'4 1.650x10'3 3.881χ10'4 0 0 0 0
表7 120300.doc -44- 200814308 圖12係分離_ ^ ^ 員似成像系統陣列所獲得之圖11之3MP成 =-斷面圖（相對較直側㈣指示該着成像系統已 刀離）°圖12說明包括複數個偵測器像素330之债測器 302。如在_ 〇盆 。中，偵測器像素330係未按比例縮放來繪 :/、彳係為了說明清楚而放大。此外，為了促進說明 mb三個_器像素33〇。 :、、、促進。兒明清楚，在圖12中僅標注各層疊光學元件 、>與及3〇9之一光學元件。《學器件304同樣具有一對應於 光子w件304之该部分的通光孔徑332，電磁能量透過該部 分行進達到偵測器3〇2。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 放於光予元件3〇6(丨）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顯示該3Mp成像系統之效能曲線圖。圖㈠係 MTF之模數作為該3Mp成像系統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3〇2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（〇 mm，〇 mm)之一軸上場點、一具有座 標（1.58 mm，1.18 mm)之 〇·7場點、及一具有座標（2.25 mm， 1·69 mm)之全場點。在圖13中，”τ，，係指切向場，而，，s，，係 指孤矢場。 圖14A、14B及14C分別顯示該3MP成像系統之光程差之 120300.doc -45· 200814308 曲線圖362、364及366。在各方向上的最大尺度係+/_5個 波。實線表示具有一 470 nm波長之電磁能量；短虛線表示 具有一 550 nm波長之電磁能量；而長虛線表示具有一 65〇 nm波長之電磁能量。各對曲線圖表示在偵測器3〇2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)之〇.7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 362、364及366中，左行係用於切向光線集合之波前誤差 之一曲線圖，而右行係用於弧矢光學集合之波前誤差之一 曲線圖。 圖15A及15B分別顯示該3MP成像系統之一畸變曲線圖 3 80與一場曲曲線圖382。最大半場角係3〇〇63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一65〇 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 限考慮在内，MTF作為該3MP成像系統之空間頻率之一函 數的一曲線圖400。。曲線圖400包括軸上場點（〇·7場點）與 在1 〇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。 "亥轴上場點具有座標（0 mm，0 mm);該0.7場點具有座標 (15 8 mm，1.18 mm);而該全場點具有座標（2 25 mm，1.69 m)光學器件304之光學元件之對中及厚度容限係假定 120300.doc -46- 200814308 在圖16之蒙特卡羅執行中 ^ 、隹钒仃中具有-正常分佈。因此，期望曲 線402及404界定成像系統300之MTF。 圖1 7係成像系統42〇 一 2Α^ ,^ 之先予佈局及光線㈣，#_ 之具體實施例。成像系統420不同於圖5 成像糸統’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。下 420可稱為VGA WFC忐德会从 廿丄 厂成像糸統，其中”wFC”表示波前編 碼。波刖編碼係指在一成俊糸 — 风像糸統中引入一預定相位修改以 貫現各種有利效果（例如像差诘 1豕是减小及延伸景深）之技術。例 如，授予Cathey、jr.等人美國鼻 夭闼寻利案弟5,748,371號（下文 稱為3 71專利案）揭示一種插人一田^^ 、/ 禋猶入一用於延伸成像系統景深之 成像糸統之相位修改元件。存丨 汁例如，一成像系統可用於透過 影像光學器件及-相位修改元件將一物件成像在一债測器 上。相位修改元件可組態用於編碼來自物件之電磁能量之 -波前以將-預定成像效果引入谓測器處的產生影像。此 Ο 成像效果係由該相位修改元件爽 几1干木控制，使得比較一不帶此 類修改元件之傳統成像系絡，# ,私> 1 1豕糸、统，減小離焦相關的像差及/或 延伸成像糸統之景深。該相你你+ — 茨相位修改兀件可配置成用於（例 如）在該相位修改元件表面之巫 衣匈之千面内引入一相位調變，其 係空間變數X及y之一分離、立古垂 離立方函數（如在‘371專利案中所 述）。在本揭示案之背景下，將μ + Ρ將此類預定相位修改引入一 般稱為波前編碼。 該VGA WFC成像系統罝右 ,^ — 凡丹有一 UOmm的一焦距、一 62度 的視場、-U的光圈數、_2.25麵的總軌跡長度、及一 120300.doc •47- 200814308 3 1度的取大主光線角。如先前所述，交又影線區域顯示圍 %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。 忒VGA一WFC成像系統包括一光學器件424，其具有七個 層璺光學το件117。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，形成光學元件丨丨6(丨，）之一表 面432，使得光學元件116〇，）額外用作一相位修改元件， 用於實施預定相位修改以延伸該vga_wfc成像系統中的 ί 景深。光線428表示該VGA—WFC成像系統所成像之電磁能 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之規定係列於表 8至11内，其中半徑、厚度及直徑係以毫米為單位給出。
Sag=^J^W7+lA/+Amp*0ctSag, 等式（2) 其中
Amp=Oct相位函數之振幅 U 及
OctSdgUdkf^a，+CdN , 等式（3) /=1 其中 V =」X2 + y2 , 對方卜戶斤有區，-π<θ<π,θ = arctan ；
UJ 區ί :、子<ki u〔|啦宇夕； 區2: U 8 J I 8 8 ， 120300.doc -48- 200814308 區3 區4 : '<θ 土 5上<θ上 d(XJ,Zone\)-- d(X,Y, Zone 4)-- ί-5π -3π u -<θ <-I 8 8 u 土 <θ<1 X /
NRcqs d(XJ,Zone2)-~ x+r 4lNR cos ’7Γ) liJ
d(X,Y,Zone3)-- Y NRoos UJ Y- -X 及
4lNR cos 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐 常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 光闌 0.8531869 0.2778449 1.370 92.00 1.21 0 3 0.7026177 0.4992371 1.620 32.00 1.188751 0 4 0.5827148 0.1476905 1.370 92.00 1.078165 0 5 1.07797 0.3685015 1.620 32.00 1.05661 0 6 2.012126 0.6051814 1.370 92.00 1.142809 0 7 -0.93657 0.1480326 1.620 32.00 1.186191 0 8 4.371518 0.2153112 1.370 92.00 1.655702 0 影像 無限 0 1.458 67.82 1.814248 0 表8 120300.doc -49- 200814308 表面號 a2 A4 Αό As Αι〇 a12 A14 Ai6 1(物件） 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0 0 0 2(光闌） -0.01707 0.2018 -0.2489 0.6095 -0.3912 0 0 0 3 0.000 -1.103 0.1747 0.5534 -4.640 0 0 0 4 0.3551 -2.624 -5.929 30.30 •63.79 0 0 0 5 0.8519 -0.9265 -1.117 -1.843 -54.39 0 0 0 6 0.000 1.063 11.11 -73.31 109.1 0 0 0 7 0.000 •7.291 39.95 -106.0 116.4 0 0 0 8 0.5467 -0.6080 -3.590 10.31 -7.759 0 0 0 表面數 Amp C N RO NR 2(光闌） 0.34856x10-3 -227.67 10.613 0.48877 0.605 表ίο a 1.0127 6.6221 4.161 -16.5618 -20.381 -14.766 -5.698 46.167 200.785 β 1 2 3 4 5 6 7 8 9 表11 圖18顯示層疊光學元件116(Γ)之表面432作為層疊光學 元件116(Γ)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 120300.doc -50- 200814308 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，層432形 成該成像系統之一孔徑。 圖20至27比較該VGA—WFC成像系統與圖5之VGA成像系 統之效能。如上所述，該VGA_WFC成像系統不同於該 VGA成像系統，在於該VGA_WFC成像系統包括一相位修 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為該VGA成像系統顯示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（”cmn) 的物件共軛距離；而曲線圖454對應於一離該VGA成像系 統1 0 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 I 化。圖20A、20B及21指示該VGA成像系統對於位於無限 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該 VGA成像系統之效能由於離焦隨著物件變得越靠近該VGA 成像系統而劣化，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 120300.doc -51 - 200814308 等MTF作為該VGA—WFC成像系統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成像系統所產生之電子資料的VGA—WFC成像系 統之MTF曲線。明確而言，曲線圖470包括未過濾的MTF f、 曲線476 ;曲線圖472包括未過濾的MTF曲線478 ;而曲線 圖474包括未過濾的MTF曲線480。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，該VGA—WFC成像系統之該等MTF曲線一般具有小於 該VGA成像系統之該等MTF曲線的數量。然而，該 VGA—WFC成像系統之該等未過濾MTF曲線較為有利的係 不到達零數量；因此，VGA_WFC成像系統可在接近10 cm 之一物件共輛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，該VGA_WFC成像系統之該等未 過濾、MTF曲線亦類似。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 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，使得該VGA_WFC成像系統產生一 比在沒有此類後處理下更銳利的影像。過濾的MTF曲線 120300.doc -52- 200814308 482、484及486表示具有此類後處理之VGA—WFC成像系統 之效能。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成像系統在一物 件共輊距離範圍内表現勝過該VGA成像系統。因此，該 VGA—WFC之景深大於該VGA之景深。 圖24為該VGA成像系統顯示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（〇 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。在圖24，”T”係指切向場，而”S"係 指弧矢場。軸上MTF 502在大約±25微米時到達零。 圖25為該VGA—WFC成像系統顯示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在大約士50微米 處接近零；因此，該VGA_WFC成像系統具有大約該VGA 成像系統兩倍大的一景深。 圖26A、26B及26C顯示在過濾之前該VGA—WFC成像系 統之點散佈函數（"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 輛距離；而曲線圖544對應於一 1〇 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1之處理器46)過濾之後該VGA—WFC成像 系統之軸上點散佈函數’’PSF"之曲線圖。下面關於圖28來 120300.doc •53- 200814308
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的物件共輛距離；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56〇、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用於顯示的物件共輛，該等過濾PSF係略微相互 不同。一可使用明確設計用以為各物件共輛後處理該p S F
U 之濾波器核心，在此情況下，可使用於各物件共輛之PM 相互類似。 圖28A係一圖示法而圖28B係可配合該VGA—WFC成像系 、、先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）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表12中。該渡波器核 心在廣度上為9x9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係成像系統600之一光學佈局及光線轨跡，其係圖 2A之成㈣統1()之—具體實施例。成像_6_似於^ 之遍成像系統，如下所述。成像系統6⑽可以係陣列成 像系統之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2八所述。成像系統6〇〇可在下文稱 為’’VGA一AF成像系統”。如先前所述， 冉 θ 、 又衫線區域顯示 圍％區域或在通光孔徑外部的區域，電旦 把垔不會透過該 120300.doc -54- 200814308 區域傳播。用於光學604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。半徑及直徑單位係 以毫米為單位。 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐 常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 2 無限 0.06 1.430 60.000 1.6 0 無限 0.2 1.526 62.545 1.6 0 4 無限 0.05 空氣 1.6 0 光闌 0.8414661 0.3366751 1.370 92.000 1.21 0 6 0.7257141 0.4340219 1.620 32.000 1.184922 0 7 0.6002909 0.2037323 1.370 92.000 1.103418 0 8 1.128762 0.3617095 1.620 32.000 1.082999 0 9 1.872443 0.65 1.370 92.000 1.263734 0 10 -6.776813 0.03803262 1.620 32.000 1.337634 0 11 2.223674 0.2159973 1.370 92.000 1.709311 0 影像 無限 0 1.458 67.820 1.793165 0 表12
應注意，表面2及A2之厚度隨物距變化而變化，如表13 所示： 物距(mm) 無限遠 400 100 表面2上的厚度(mm) 0.06 0.0619 0.063 a2 0.04 0.0429 0.0493 表13 120300.doc -55 - 200814308 表面號 a2 a4 Αό Ag Ai〇 a12 Ai4 Ai6 1(物件） 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0.040 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 5(光闌） 0 0.2153 -0.4558 0.5998 0.01651 0 0 0 6 0 -1.302 0.3804 0.2710 -3.341 0 0 0 7 0.3325 -2.274 5.859 25.50 -50.31 0 0 — 0 8 0.7246 •0.5474 -1.793 0.6142 -70.88 0 0 0 9 0 1.017 9.634 -62.33 81.79 0 0 0 10 0 •11.69 56.16 -115.0 85.75 0 0 0 11 0.6961 -2.400 0.5905 6.770 •7.627 0 0 0 表14 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器件 616與層疊光學元件607。共同基底614(例如一玻璃平板）與 光學元件607(1)在光學604内形成一空氣間隙612。間隔物 (圖30中未顯示）促進形成空氣間隙612。一光學器件摘測器 介面（未顯示）係還提供於光學器件6〇4與偵測器602之間。 偵測器112具有一 VGA格式。因此，該VGA—AF成像系統 之結構不同於圖5之VGA成像系統之結構，在於比較該 VGA成像系統，該VGA一AF成像系統具有一略微不同的規 定，且該VGA 一 AF成像系統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6丨2與層疊光 學元件607(1)分離。該VGA一AF成像系統具有一 15〇 mm的 焦距、一62度的視場、一 1.3的光圈數、一2·25 mm的總執 跡長度、及一 31度的最大主光線角。光線6〇8表示該 120300.doc -56- 200814308 光線6 0 8係假定源 VGA—AF成像系統所成像之電磁能量 自無限遠處。 可改變變焦光學器 …、距以部分或全部地校正兮 VGA—AF成像系統中的散隹。 μ 幻欣…、例如，可改變變焦光學器件 616之焦距來調整成像系統6〇〇 4件 、居、點用於不同的物距。在 一具體實施例中，該VGA—AF成像“之—制 整變焦光學器件616之焦距；在另一具體實施例中，；
VG、AF成像系統自動改變變焦光學器件616之焦距來校 正像差，例如在此情況下的散焦。 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；此類膨脹或收縮引起由該材料所引 起之光學元件改變焦距。該等材料溫度可既有使用一電加 熱7L件來改變，該元件可能形成於場區域内。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，該加熱器具有一内徑（"ID") 16 mm ’ 一外徑（”0D”）2·6 mm與一厚度〇 6435 mm。該加熱 器環繞由聚甲基矽烷（PDMS)形成的變焦光學器件616並具 有一 〇D 1.6mm、一邊緣厚度（，，ET，，）0.645 mm及一大於
〇·645 mm的中心厚度（"CT”），從而形成一正光學元件。多晶 石夕具有大約700 J/Kg.K的一熱容量、一大約6.4e2 ΩΜ的電 阻率及一大約2·6χ 10-6 /K的CTE。PDMS具有大約3.1x10-4 /K 的一 CTE 〇 120300.doc -57- 200814308 假定多晶矽加熱器環之膨脹相對於該PDMS變數光學可 忽略不計，則採用一活塞狀方式來約束體積膨脹。該 PDMS係黏附至該環之底部玻璃及ID而因此受到約束。該 頂部表面之曲率係因此受到該聚合物之膨脹的直接控制。 驰垂度變化係定義為：Ah=3ah，其中h係最初下限（CT)值 而阿爾法係線性膨脹係數。對於上述尺寸之一 pdms光學 兀件’一 10 °C的溫度變化將會提供一 6微米的馳垂度變 化。此汁异可提供多達一 33%的過大估計（例如比較球面體 積〇.66τγγ ’圓柱體積πΓ3)，但是由於僅假定軸向膨脹，故 该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秒大約〇.3 笔女培的一電流足夠將該環之溫度升高丨〇度。然後，假定 大多數熱係傳到至該聚合物光學元件，則此熱流量會驅動 膨脹。其他熱將會由於傳導及輻射而丟失，但該環可固定 在一 200微米玻璃板（例如共同基底61句上並進一步熱隔離 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，該聚合物光學元件可經 由一透明層（例如氧化銦錫（"^0”））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 V電/;,L。在其他具體實施例中，變焦光學器件6丨6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“之成像 系統之-斷面圖。相對較直侧’指示已從陣列成像系統 120300.doc -58- 200814308 分離之VGA—AF成像系統。& 了促進說明清楚，在圖3〇中 僅標注兩個層疊光學元件116。間隔物632係用於分離層疊 光學元件116(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6〇4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ιΐ2。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比較該VGA一AF成像系統與圖5之VGA成像系 統之效能。如上述，該VGA—AF成像系統不同於該VGA成 (、 像系統，在於該VGA -AF成像系統具有一略微不同的規定 並包括在一光學共同基底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 116分離。特定言之，圖31至33顯示該等乂叮作為該等 VGA及VGA—AF成像系統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 'J 有座標（0 mm，0 mm)之軸上場點、一具有座標（0·49 mm， 〇·37 mm)之 〇·7 場點、及一具有座標（〇 7〇4 mm，0.528 mm) 之全場點。在圖31A、31B、32A、32B、33A及33B中， "Τπ係指切向場，而”s”係指弧矢場。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對應於該VGA成像系統而曲線圖652對應於該 VGA—AF成像系統。曲線圖650與652之一比較顯示該VGA 成像系統與該VGA_AF成像系統在一無限遠物件共軛距離 120300.doc •59- 200814308 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對應於該VGA成像系 統而曲線圖656對應於該VGA_AF成像系統。同樣地，圖 33 A及33B分別顯示在一 1 〇 cm物件共輛距離處的MTF曲線 之曲線圖658及660 ;曲線圖658對應於該VGA成像系統而 曲線圖660對應於該VGA—AF成像系統。圖31A及31B與 33A及33B之一比較顯示該VGA成像系統之效能隨著物件 共軛距離減小，由於散焦而劣化；但是，該VGA_AF成像 系統之效能由於在該VGA—AF成像系統内包括變焦光學器 件61 6而在從1 0 cm至無限遠處範圍内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，相比該 VGA—AF成像系統，該VGA成像系統之MTF可在較小的物 件共輛距離處下降為零，從而導致影像資訊丟失。 圖34至36顯示該VGA成像系統之橫向龙線扇形圖，而圖 37至39顯示該VGA_AF成像系統之橫向光線扇形圖。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 5 5 0 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 682、684及 686)、40 cm(曲線圖 702、704及 706)及 10 cm(曲線圖722、724及726)遠物距下的VGA成像系統之曲 線圖。圖37至39包括對應於在無限（曲線圖742、744及 746)、40 cm(曲線圖 762、764及 766)及 10 cm(曲線圖 782、 784及786)遠物距下的VGA_AF成像系統之曲線圖。曲線圖 120300.doc -60- 200814308 6 82、702、722、742、7 62 及 782 對應於一具有座標（〇 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（〇·49 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 行顯示切向光線扇形，而右手行顯示弧矢光線扇形。 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 f 於一 10 物件共軛距離，明顯不同於對應於一無限遠物 件共輛距離的圖34A至34C之光線扇形曲線圖。因此，該 VGA成像系統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3 7至3 9之比較顯示隨著物件共輛距離從 無限遂變化至10 cm，該VGA一AF成像系統改變很少；因此 該VGA一AF成像系統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係成像系統800之一佈局之一斷面圖，其係圖2八之 G 成像系統10之一具體實施例。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2八所述。成像系統8〇〇包括VGA格 式偵測器112及光學器件8〇2。成像系統8〇〇可在下文稱為 "VGA_W成像系統”。，▼指示該VGA—W成像系統之部分 可使用晶圓級光學（"WAL〇”）製造技術來製作，如下所 述。在本揭示案之背景中，” WAL〇樣式光學器件”係指在 共同基底上刀佈的兩個或兩個以上光學器件(在該術語 120300.doc -61 - 200814308 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。該VGA—W成像系統具有一 1.55毫米焦距、一 62度視 場、一2.9光圈數、一2.3 5 mm總執跡長度（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8 10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 120300.doc •62- 200814308 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。 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐 常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 光闌 5.270106 0.9399417 1.370 92.000 0.5827785 0 3 4.106864 0.25 1.620 32.000 0.9450127 0 4 -0.635388 0.2752138 1.370 92.000 0.9507387 0 光闌 -0.492543 0.07704269 1.620 32.000 0.9519911 0 6 6.003253 0.07204369 1.370 92.000 1.302438 0 7 無限 0.2 1.520 64.200 1.495102 0 8 無限 0.4 1.458 67.820 1.581881 0 9 無限 0.04 空氣 1.754418 0 影像 無限 0 1.458 67.820 1.781543 0 表15 表面數 a2 a4 Αό As Αι〇 Αΐ2 Ai4 Αΐ6 1(物件） 0 0 0 0 0 0 0 0 2(光闌） 0.09594 0.5937 -4.097 0 0 0 0 0 3 0 -1.680 -4.339 0 0 0 0 0 4 0 2.116 -26.92 26.83 0 0 0 0 5 0 -1.941 24.02 -159.3 0 0 0 0 6 -0.03206 0.3185 -5.340 0.03144 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0
表16 圖41至44顯示該像系統之效能曲線圖。圖41 120300.doc -63 - 200814308 顯不對於一無限遠共軛物件，MTF作為該Vga—w成像系 統之空間頻率之一函數的一曲線圖83〇。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 圖包括用於與偵測器112之一對角線軸上真實影像高度相 關聯的二個不同場點之MTF曲線；該等三個場點係一具有 座標（〇 mm5 0 mm)之軸上場點、一具有座標（〇·49 mm，〇.37 mm)之〇·7場點、及一具有座標（〇7〇4 mm，〇 528 m叫之全 %點。在圖7，”T”係指切向場，而”s"係指弧矢場。 f \ 圖42A、42B及42C分別顯示該VGA—w成像系統之光程 差之曲線圖852、854及856。在各方向上的最大尺度係+/_2 個波。實線表示具有- 470 nm波長之電磁能量；短虛線表 示具有一 550 nm波長之電磁能量；而長虛線表示具有一 650 nm波長之電磁能量。各曲線圖表示在领測器μ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 具有座標（0 mm，〇 mm)之軸上場點；曲線圖對 一具有座則㈣随^—之⑺場點：而曲線圖㈣對 應於一具有座標(〇·7〇4 _，〇 528随)之全場點。在各對 曲線圖中，左行係用於切向光線集合之波前誤差之―曲線 圖，而右行係用於孤矢光學集合之波前誤差之一曲線圖。 圖43A顯示一冑變曲線圖88〇而圖伽顯示對於一無限遠 二輛物件省VGA—W成像系統之一場曲曲線圖882。最大 半場角係31.〇62度。實線對應於具有一 47〇 波長之電磁 能量；短虛線對應於具有一 55〇㈣波長之電磁能量；而長 虛線對應於具有-65〇nm波長之電磁能量。 120300.doc -64 - 200814308 圖44顯示在將光學器件802之光學元件之對中及厚度容 限考慮在内，MTF作為該乂0八_界成像系統之空間頻率之 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1 0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界定該VGA—W成像系統之MTF。 圖45係成像系統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。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 執跡長度（包括偵測器蓋板）、及一 30度最大主光線角。 成像系統920包括VGA格式偵測器112及光學器件938。 光學器件93 8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 I 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。 成像系統900包括一相位修改元件，用於將一預定成像 效果引入影像内。此類相位修改元件可實施於光學元件 120300.doc -65 - 200814308 928及/或光學元件93〇之一表面上或該相位修改效應可分 佈在光學7L件928及930之中。在成像系統92〇中，主像差 包括场曲與像散；目而，可在成像系統·中採用相位修 改來有利地減小此類像散之效應。可在下文將包括一相位 修改7G件之成像系統92〇稱為，，VGA—S-Wfc成像系統”；可 在下文將不帶-相位修改元件之成像系、統稱為，，vga—s 成像系統’’。：¾線942表示由VGA—s成像㈣所成像之電磁 能量。 用於光學938之馳垂度等式係由等式⑷之—更高階可分 離多項式相位函數來給出。 驰垂度 cr 命、呼c， 等式(4) 其中 WFC = Y BJ j=2k~\
X v y 丄 max(r)J +[^nax(r)
V 及 k=2，3, 4，5。 應注意，VGA—S不會具有等式（4)中的馳垂度等式之㈣ 部分’但VGA 一 S_WFC會包括附著至該驰垂度等式之-a 表述。用於光學器件938之規定係概述於表以㈣，並 中半徑、厚度及直徑係以毫来為單位給出。如等式(4” WFC項所述之相位修改函數係_可八 J分離更尚階多項式。在 先前申請案（參見2006年5月23日φ & M、， ㈡甲睛的Λ國臨時申請案序 列號 60/802,724 與 2006年 5 月 26 日 φ 、， 八 〒明的吴國臨時申請案序 列號60/808，790)中詳細說明過的 W此特定相位函數較為方 120300.doc •66- 200814308 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〇ct相位函數以及許多其他相位 函數。 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 光闌 無限 0.04867617 空氣 92.000 0.5827785 0 3 0.7244954 0.05659412 1.481 32.000 0.9450127 1.438326 4 無限 0 1.481 92.000 0.9507387 0 光闌 無限 0.7 1.525 32.000 0.9519911 0 6 無限 0.1439282 1.481 92.000 1.302438 0 7 -0.1636462 0.296058 0.898397 -1.367766 0 8 無限 0.4 1.525 62.558 1.759104 0 9 無限 0.04 空氣 1.759104 0 影像 無限 0 1.458 67.820 1.76 0 表17 表面數 a2 a4 A6 As Ai〇 a12 Ai4 Ai6 1(物件） 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 3 -0.1275 -0.9764 0.8386 -21.14 0 0 0 0 4(光闌） 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 7 2.330 -6.933 19.49 -20.96 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0 表18 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。 b3 b5 B7 b9 6.546χΐσ3 2.988xl0-3 -7.252x1 O'3 7.997x1 O'3 表19 120300.doc -67- 200814308 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（不帶一相位修改元件之VGA—S—WFC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係該VGA—S_WFC成像系統之該等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輛距 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（〇 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。在曲線圖960中，’’Τ’’係指切 向場，而nSn係指弧矢場。 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到達零，因為此點導 致損失影像資料。曲線圖962之曲線966表示不後過濾該 I VGA—S—WFC成像系統所產生之電子資料之VGA—S—WFC成 像系統之該等MTF。如可藉由比較曲線圖960及962觀察 到，該VGA—S—WFC成像系統之該等未過濾MTF曲線966具 有比該乂0八_8成像系統之該等MTF曲線之某些曲線更小的 數量。然而，該VGA_S_WFC成像系統之該等未過濾MTF 曲線966較有利地不到達零，其意味著該VGA_S_WFC成像 系統橫跨整個關注空間頻率範圍來保持影像資訊。此外， 該VGA_S_WFC成像系統之該等未過濾MTF曲線966均極為 120300.doc -68- 200814308 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，由光學器件938内（例如在光學元件928及/或930 内）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1)來處理，使得該 VGA—WFC成像系統產生一比沒有此類後處理情況更銳 利的影像。曲線圖962之MTF曲線964表示具有此類後處理 之VGA一S—WFC成像系統之效能。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992、994及996，而圖48A、48B及48C分別 顯示該VGA一S-WFC成像系統之橫向光線扇形曲線圖 1012、1014及1016’各曲線圖用於一無限物件共輛距離。 在圖47至48中，實線對應於一 470 nm波長；短虛線對應於 一 5 5 0 nm波長，而長虛線對應於一 6 5 0 nm波長。曲線圖 992、994及996之最大比例縮放係+/·50微米；曲線圖 1012、1014及1016之最大尺度係+/·5〇微米。值得注意的 係，在圖47Α、47Β及47C中的橫向光線扇形曲線圖指示 VGA一S成像系統内的像散及場曲。在各對光學扇形曲線圖 内的右手行顯示切向光學集合，而左手行顯示狐矢光線集 合0 圖47至48各包含三對曲線圖，而各對包括用於與债測器 112表面上真實影像高度相關聯的一不同場點之光線扇形 120300.doc •69- 200814308 圖。曲線圖992及1012對應於一具有座標（〇 mm，0 mm)之 軸上場點；曲線圖994及1014對應於一具有座標（〇 mm， 0.528 mm)之在y上全場點；而曲線圖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，該VGA-S一WFC成像系統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成像系統之轴上 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係濾波器核心之一圖示法而圖5〇b係可配 合VGA-S一WFC成像系統使用的濾波器係數之一表格。該 濾波器核心在廣度上為21x21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一相位修改元件 所引入之一影像效應（例如模糊）。 圖51A及51B係變焦成像系統1〇7〇之二組態之光學佈局 及光線執跡，其係圖2A之成像系統10之一具體實施例。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）係說明為成像系 統1070(1)。在該遠距組態中，成像系統1〇7〇具有一相對較 120300.doc -70- 200814308 長的焦距n變焦組態（可稱為寬組態）係言兒明為成像 系統107G(2)。在该寬組態中’成像系統具有—相對較 寬的視場。成像系統1070⑴具有一4.29毫米的焦距、一24 度的視場、-5.56的光圈數、一6〇5顧的總軌跡長度（包 括偵測器蓋板與在谓測器蓋板與谓測器乂間的一空氣間 隙）及12度的最大主光線角。成像系統1070(2)具有一 2.15笔米的焦距、一 5〇度的視場、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 口度的最大 ' 主光線角。可將成像系統1070稱為，，Z_VGA一W成像系統”。 4 Z—VGA—W成像系統包括一第一光學器件群組1〇72， 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1〇8〇可以係一玻璃板。 固定成像系統1070中的光學器件群組1〇72之位置。第一光 學器件群組1072可使用下述WALO技術來形成。 该Z—VGA一W成像系統包括一第二光學器件群組1〇74，
I / 其具有共同基底1086。正光學元件1088係形成在共同基底 1086之侧上，而平光學元件1090係形成在共同基底1〇86 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1〇96所指示之一軸，在該 Z一VGA一W成像系統中平移第二光學器件群組1〇74。在光 學器件群組1074(顯示於成像系統1070(1)内）之第一位置 内’成像系統1070具有一遠距組態。在光學器件群組 1〇74(顯示於成像系統1070(2)内）之第二位置内，該 120300.doc -71 - 200814308 Z—VGA—W成像系統具有一寬組態。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。光學元件1070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： 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐 常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 2 -2.587398 0.02 空氣 60.131 1.58 0 3 無限 0.4 1.481 62.558 1.58 0 4 無限 0.02 1.481 60.131 1.58 0 5 3.530633 0.044505 1.525 62.558 1.363373 0 6 1.027796 0.193778 1.481 60.131 0.9885556 0 7 無限 0.4 1.525 1.1 0 8 無限 0.07304748 1.481 62.558 1.1 0 光闌 -7.719257 3.955 空氣 0.7516766 0 10 無限 0.4 1.525 62.558 1.723515 0 11 無限 0.04 空氣 1.786427 0 影像 無限 0 1.458 67.821 1.776048 0
表20 120300.doc -72- 200814308 寬： 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐 常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 2 -2.587398 0.02 1.481 60.131 1.58 0 3 無限 0.4 1.525 62.558 1.58 0 4 無限 0.02 1.481 60.131 1.58 0 5 3.530633 1.401871 空氣 1.36 0 6 1.027796 0.193778 1.481 60.131 1.034 0 7 無限 0.4 1.525 62.558 1.1 0 8 無限 0.07304748 1.481 60.131 1.1 0 光闌 -7.719257 2.591 空氣 0.7508 0 10 無限 0.4 1.525 62.558 1.694 0 11 無限 0.04 空氣 1.786 0 影像 無限 0 1.458 67.821 1.78 0 表21 表面號 a2 A4 Αό As Αι〇 A,2 A14 Ai6 1(物件） 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 -0.04914 0.5497 -4.522 14.91 -21.85 11.94 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 -0.1225 1.440 42.51 50.96 -95.96 68.30 0 6 0 -0.08855 2.330 -14.67 45.57 -51.41 0 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 9(光闌） 0 0.4078 -2.986 3.619 -168.3 295.6 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 0 0 0 表22 球面係數對於遠距組態與寬組態均相同。 該Z一 VGA-W成像系統包括VGA格式偵測器112。一空氣 間隙1094分離一偵測器蓋板ι〇76與偵測器n2以在近接偵 120300.doc •73- 200814308 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作為該Ζ-VGA—W成像系 統之空間頻率之一函數的曲線圖112〇及1122。該等MTF* 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（〇 mm，0 mm)之軸上場點、一具有座標（〇 49 mni，0.37 mm)之 〇·7場點、及一具有座標（0·7〇4 mm，0.528 mm)之全場點。 在圖52A及52B中，”T”係指切向場，而”s，，係指弧矢場。曲 線圖1120對應於成像系統1〇7〇(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1〇7〇(2)， 其表示具有一寬組態之成像系統1〇7〇。 圖53A、53B及53C顯示曲線圖1142、1144及1146而圖 54A、54B及54C顯示該像系統之光程差之曲 線圖1162、1164及1166。曲線圖1142、1144及1146係用於 具有一遠距組態之Z一VGA—W成像系統，而曲線圖1162、 1164及1166係用於具有一寬組態之2：—¥(3八—|成像系統。 用於曲線圖1142、1144及1146之最大尺度係+/_1個波，而 用於曲線圖1162、1164及1166之最大尺度係+/_2個波。實 線表示具有一 470 nm波長之電磁能量；短虛線表示具有一 5 50 nm波長之電磁能量；而長虛線表示具有一 65〇 波長 120300.doc -74* 200814308 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（〇_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（0·7〇4 mm，0.528 mm)之全場點。各對曲線圖之左行係用於切向光線集合之 波前誤差之一曲線圖，而右行係用於弧矢光學集合之波前 誤差之一曲線圖。 圖55A、55B、5 5C及55D顯示該Z—VGA—W成像系統之畸 變曲線圖1194及1996與場曲曲線圖1190及1192。曲線圖 1190、1194對應於具有一遠距組態之z—VGA—W成像系 統，而曲線圖1192及1996對應於具有一寬組態之 Z一VGA一W成像系統。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5 6B顯示變焦成像系統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。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 120300.doc -75- 200814308 明為成像系統1220(2)。在該寬組態中，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®)之緣製比例縮放戶斤引起。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。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％、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。可將成像系統122〇稱為 ”Z—VGA jL成像系統”。 該Z—VGA一LL成像系統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123〇係形成於元件 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。固定該 Z一VGA_LL成像系統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|八匕〇技術來形成。 该Z—VGA一LL成像系統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之一侧上，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 120300.doc -76- 200814308 移。在光學器件群組1224(顯示於成像系統1220(1)内）之第 —位置内，該Z—VGA—LL成像系統具有一遠距組態。在光 學器件群組1224(顯示於成像系統1220(2)内）之第二位置 内，該Z_VGA_LL成像系統具有一寬組態。第二光學器件 群組1224可使用下述WALO技術來形成。應注意，由於比 例縮放，ZEMAX⑧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 120300.doc -77- 200814308 於表23至25中。用於該些組態之馳垂度係由等式（1)給出， 其中半徑、厚度及直徑係以毫米為單位給出。 遠距： 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐 常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 2 21.01981 0.3053034 1.481 60.131 4.76 0 3 無限 0.2643123 1.525 62.558 4.714341 0 4 無限 0.2489378 1.481 60.131 4.549862 0 5 -6.841404 3.095902 空氣 4.530787 0 6 -3.589125 0.02 1.481 60.131 1.668737 0 7 無限 0.4 1.525 62.558 1.623728 0 8 無限 0.02 1.481 60.131 1.459292 0 9 5.261591 0.04882453 空氣 1.428582 0 光闌 0.8309022 0.6992978 1.370 92.000 1.294725 0 11 7.037158 0.4 1.620 32.000 1.233914 0 12 0.6283516 0.5053543 1.370 92.000 1.157337 0 13 -4.590466 0.6746035 1.620 32.000 1.204819 0 14 -0.9448569 0.5489904 1.370 92.000 1.480335 0 15 36.82564 0.1480326 1.620 32.000 1.746687 0 16 3.515415 0.5700821 1.370 92.000 1.757716 0 影像 無限 0 1.458 67.821 1.79263 0 表23 120300.doc -78- 200814308 寬： 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐 常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 2 21.01981 0.3053034 1.481 60.131 4.76 0 3 無限 0.2643123 1.525 62.558 4.036723 0 4 無限 0.2489378 1.481 60.131 3.787365 0 5 -6.841404 0.1097721 空氣 3.763112 0 6 -3.589125 0.02 1.481 60.131 3.610554 0 7 無限 0.4 1.525 62.558 3.364582 0 8 無限 0.02 1.481 60.131 3.021448 0 9 5.261591 3.03466 空氣 2.70938 0 光闌 0.8309022 0.6992978 1.370 92.000 1.296265 0 11 7.037158 0.4 1.620 32.000 1.234651 0 12 0.6283516 0.5053543 1.370 92.000 1.157644 0 13 -4.590466 0.6746035 1.620 32.000 1.204964 0 14 -0.9448569 0.5489904 1.370 92.000 1.477343 0 15 36.82564 0.1480326 1.620 32.000 1.74712 0 16 3.515415 0.5700821 1.370 92.000 1.757878 0 影像 無限 0 1.458 67.821 1.804693 0 表24 {, 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内。 120300.doc -79- 200814308 表面號 a2 A4 Αό Ag Αι〇 Αι2 Αΐ4 〇 1(物件） 0 0 0 0 0 0 0 —--- 0 2 0 -2.192xl0'3 -1.882xl〇·3 1.028x10-3 -9.061χ1〇-5 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 〇 5 0 -3.323xl〇·3 1·121χ1(Τ4 8.006x10'4 -8.886χ10'5 0 0 \J 0 6 0 0.02534 -1.669χ10'4 -2.207x10"4 -2·233χ1(Τ5 0 0 \J π 7 0 0 0 0 0 0 0 υ 〇 8 0 0 0 0 0 0 0 \J 0 9 0 3·035χ10·3 0.02305 -2.656x1 (Τ3 1·501χ10·3 0 0 0 1〇(光 闌） 0 -0.07564 -0.1525 0.2919 •0.4144 0 0 0 11 0 0.6611 -1.267 6.860 -12.86 0 0 0 12 •0.9991 1.145 -4.218 21.14 -34.56 0 0 A 13 -0.2285 -0.4463 -2.304 8.371 -18.33 0 0 w 0 14 0 -0.7106 -1.277 5.748 -6.939 0 0 \J 0 15 0 -1.852 3.752 -2.818 0.9606 0 0 \J 0 16 0.4195 0.1774 -0.8167 1.600 -1.214 0 0 ------ 表25 圖5 7A及5 7B顯示對於一無限遠共輛物件，mtf作為兮 Z—VGA—LL成像系統之空間頻率之一函數的一曲線圖127〇 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 影像咼度相關聯的三個不同場點之MTF曲線；該等二個場 點係一具有座標（〇 mm，〇 mm)之軸上場點、一具有座標 (0.49 mm，0.37 mm)之 〇·7 場點、及一具有座標（〇7〇4 0-528 mm)之全場點。在圖57A及57B中，，，τ，，係指切向場， 而”s”係指弧矢場。曲線圖1270對應於成像系統ι22〇(ι)， 其表示具有一遠距組態之Z_VGA_LL成像系統，而曲線圖 1272對應於成像系統122〇(2)，其表示具有一寬組態之 120300.doc -80 - 200814308 Z_VGA_LL成像系統。 圖58Α、58Β及58C顯示曲線圖1292、1294及1296而圖 59Α、59Β及54C分別顯示對於一無限共輛物件，該 Ζ一VGA—LL成像系統之光程差之曲線圖1322、1324及 1326。曲線圖1292、1294及1296係用於具有一遠距組態之 Z一VGA_LL成像系統，而曲線圖1322、1324及1326係用於 具有一寬組態之Z—VGA—LL成像系統。用於曲線圖1292、 1294、1296、1322、1324及 1326之最大尺度係+/_5個波。 實線表示具有一 470 nm波長之電磁能量；短虛線表示具有 一 55 0 nm波長之電磁能量；而長虛線表示具有一 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。各對之左行係用於切向光線集 合之波前誤差之一曲線圖，而右行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顯示該Z_VGA—LL成像系統之 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，而曲線圖1352及1356對應於具有一寬組態之 Z一VGA一LL成像系統。對於該遠距組態，最大半場角係 120300.doc -81 . 200814308 14.374度而對於4見角度組態係3 i相。實線對應於具有 - 470 nm波長之電磁能量；短虛線對應於具有—㈣⑽波 長^電磁能量；而長虛線對應於具有-㈣η讀長之電磁 能量。 圖61Α、61Β及62顯示參隹士、你< ”、貝不瓮焦成像糸統138〇之三組態之光 學佈局及光㈣跡’其_2Α之成❹制之—具體實施 例。成像系統1380係一三群組、變焦成像系統，其具有多 大- 1.95最大比率之連續變焦比率。一般而言，為了且有 一連續變焦’需移動該變焦成㈣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,級聯地調整該可變光學器件元件之功率來實現。 在本文中從圖29中開始詳細說明可變光學器件元件。一變 焦組態（可稱為遠距組態）係說明為成像系統測⑴。在該 遠距組態巾’成像系統_具有-相對較長的焦距。另- 變焦組態(可稱為寬組態)係說明為成像系統138〇(2)。在該 寬組態中，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）係說明為成像系統測⑺。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1380⑴具有一3·34毫米的焦距、一28度的視 場叫.9的光圈數、一9·25 _的總執跡長度、及一抑 的最大主光線角。成像1统138()⑺具有一171毫米的焦 距、一62度的視場、—w的光圈數、一9·25匪的總執跡 長度、及-25度的最大主光線角。可將成像系統138〇稱為 120300.doc • 82 - 200814308 "Z_VGA—LL—AF成像系統”。 該Z—VGA_LL__AF成像系統包括一第一光學器件群組 13 82，其具有一光學元件13 88。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13 8 8可以係一玻璃板。該 Z一VGA_LL-AF成像系統中的第一光學器件群組1382之位 置係固定。第一光學器件群組1382可使用下述WALO技術 來形成。 該Z—VGA一LL一AF成像系統包括一第二光學器件群組 1384，其具有一光學元件Π94。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141 〇與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13 84(其係顯示在成 像系統1380(1)内）係定位在直線14〇〇之末端丨412處，則該 Z—VGA一LL一AF成像系統具有一遠距組態。若光學器件群 組1384(其係顯示在成像系統138〇(2)内）係定位在直線14〇〇 之末端1410處，則該z—VGA一LL一AF成像系統具有一寬組 悲。若光學器件群組1384(其係顯示在成像系統138〇(3)内） 係定位在直線1400之中間處，則該Z—VGA一LL—AF成像系 統具有一中間組態。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元件之 功率來實現。第二光學器件群組1384可使用下述WAL〇技 術來形成。用於遠距組態、中間組態及寬組態之規定係概 120300.(J〇q -83- 200814308 述於表26至30中。各組態之馳垂度係由等式（1)給出，其中 半徑、厚度及直徑係以毫米為單位給出。 遠距： 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 2 10.82221 0.5733523 1.48 60.131 4.8 0 3 無限 0.27 1.525 62.558 4.8 0 4 無限 0.06712479 1.481 60.131 4.8 0 5 -14.27353 3.220371 空氣 4.8 0 6 -3.982425 0.02 1.481 60.131 1.946502 0 7 無限 0.4 1.525 62.558 1.890202 0 8 無限 0.02 1.481 60.131 1.721946 0 9 3.61866 0.08948048 空氣 1.669251 0 10 無限 0.0711205 1.430 60.000 1.6 0 11 無限 0.5 1.525 62.558 1.6 0 12 無限 0.05 空氣 1.6 0 光闌 0.8475955 0.7265116 1.370 92.000 1.397062 0 14 6.993954 0.4 1.620 32.000 1.297315 0 15 0.6372614 0.4784372 1.370 92.000 1.173958 0 16 -4.577195 0.6867971 1.620 32.000 1.231435 0 17 •0.9020605 0.5944188 1.370 92.000 1.49169 0 18 -3.290065 0.1480326 1.620 32.000 1.655433 0 19 3.024577 0.6317016 1.370 92.000 1.690731 0 影像 無限 0 1.458 67.821 1.883715 0
表26 120300.doc -84- 200814308 中間 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 2 10.82221 0.5733523 1.48 60.131 4.8 0 3 無限 0.27 1.525 62.558 4.8 0 4 無限 0.06712479 1.481 60.131 4.8 0 5 -14.27353 1.986417 空氣 4.8 0 6 -3.982425 0.02 1.481 60.131 2.596293 0 7 無限 0.4 1.525 62.558 2.491135 0 8 無限 0.02 1.481 60.131 2.289918 0 9 3.61866 1.331717 空氣 2.183245 0 10 無限 0.06310436 1.430 60.000 1.6 0 11 無限 0.5 1.525 62.558 1.6 0 12 無限 0.05 空氣 1.6 0 光闌 0.8475955 0.7265116 1.370 92.000 1.397687 0 14 6.993954 0.4 1.620 32.000 1.299614 0 15 0.6372614 0.4784372 1.370 92.000 1.177502 0 16 -4.577195 0.6867971 1.620 32.000 1.237785 0 17 -0.9020605 0.5944188 1.370 92.000 1.504015 0 18 -3.290065 0.1480326 1.620 32.000 1.721973 0 19 3.024577 0.6317016 1.370 92.000 1.707845 0 影像 無限 0 1.458 67.821 1.820635 0 i./ 表27 120300.doc -85- 200814308 寬： 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 2 10.82221 0.5733523 1.48 60.131 4.8 0 3 無限 0.27 1.525 62.558 4.8 0 4 無限 0.06712479 1.481 60.131 4.8 0 5 -14.27353 0.3840319 空氣 4.8 0 6 -3.982425 0.02 1.481 60.131 3.538305 0 7 無限 0.4 1.525 62.558 3.316035 0 8 無限 0.02 1.481 60.131 3.051135 0 9 3.61866 2.947226 空氣 2.798488 0 10 無限 0.05 1.430 60.000 1.6 0 11 無限 0.5 1.525 62.558 1.6 0 12 無限 0.05 空氣 1.6 0 光闌 0.8475955 0.7265116 1.370 92.000 1.396893 0 14 6.993954 0.4 1.620 32.000 1.298622 0 15 0.6372614 0.4784372 1.370 92.000 1.176309 0 16 -4.577195 0.6867971 1.620 32.000 1.235759 0 17 •0.9020605 0.5944188 1.370 92.000 1.499298 0 18 -3.290065 0.1480326 1.620 32.000 1.699436 0 19 3.024577 0.6317016 1.370 92.000 1.705313 0 影像 無限 0 1.458 67.821 1.786772 0 所有非球面係數（除了在作為該可辯論光學元件之表面的 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内。 120300.doc -86- 200814308 表面號 a2 a4 Αό A8 Ai〇 A12 Aj4 A]6 1(物件） 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 6.752 xlO·3 -1.847 xlO-3 6.215x i〇·4 -4.721 xlO'5 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 5.516 xlO·3 -8.048 xlO-4 6.015x 10·4 -6.220 xlO·5 0 0 0 6 0 0.01164 1.137 xlO·3 -5.261 x 10·4 3.999 xlO·5 1.651 xlO'5 -5.484x 10.6 0 7 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 0 0 9 0 3.802 xlO-3 4.945xl0_3 1.015x l〇-3 7.853 xl〇-4 -1.202x i〇·4 -1.338 xlO·4 0 10 0.05908 0 0 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 0 0 〇 12 0 0 0 0 0 0 0 〇 13(光闌） 0 -0.05935 -0.2946 0.5858 -0.7367 0 0 0 14 0 0.7439 1.363 6.505 -10.39 0 0 0 15 -0.9661 1.392 -4.786 21.18 -29.59 0 0 〇 16 -0.2265 0.2368 -2.878 8.639 -13.07 0 0 0 17 0 -0.06562 -1.303 4.230 -4.684 0 0 0 18 0 -1.615 4.122 -4.360 2.159 0 0 0 19 0.4483 -0.1897 0.001987 0.6048 -0.6845 0 0 0 表29 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内0 變焦組態 遠距 中間 寬 a2 0.05908 0.04311 0.02297 表30 該Z—VGA一 LL-AF成像系統包括形成於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 -87- 120300.doc 200814308 三光學器件群組1246。-光學器件摘測器介面（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 及62中僅;^注第二光學器件群組1246之某些層疊光學2件 1226以促進說明清楚。 該Z一VGA一LL一AF成像系統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14〇8係形 成於與層疊光學元件1226(1)相對的元件14〇6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元件13料之移動所 引起之變焦期間校正散焦，而且還可如對”VGA AF”光學 元件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 I Z-VGA-LL-AF成像系統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，該 Z一VGA一LL一AF成像系統可包括對應於第二光學器件群組 13 84之位置的可變光學器件1408之焦距之一查找表；該 Z 一 VGA 一 LL 一 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14〇8之焦距。 例如，可變光學器件14〇8係一具有一可調整焦距之光學 元件。其可能係沈積在元件1406上的具有一足夠大熱膨脹 120300.doc -88 - 200814308 係數=-材料。可變光學器件_之此類具體實施例之焦 距係藉由改變該材料之溫度來改變，彳& @ ^ 攸而引起該材料膨脹 $ 、、、5，只員膨脹或收縮引起該可變光學器件元 變：。該材料之溫度可藉由使用-電加熱元件(未顯示、)來 改艾作為料範例，可變光學器们彻包括—液體透鏡 或一液晶透鏡。 因此，在操作中，可配置-處理器（例如參見圖！之處理 / %
46)β來控制—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14〇8之焦距。 光線1402表示該Z-VGA-LL-AF成像系統所成像之電磁 能量；光線丨402源自無限遠（由一垂直直線“⑽來表示） 处^ Z-VGA_LL_AF影像可更靠近系統138〇來成像光 線0 圖63A及63B为別顯示曲線圖144〇及1442而圖64顯示在 一無限物件共軛處，該等MTF作為該z—VGA—ll—af成像 系統之空間頻率之一函數的曲線圖146〇。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 積測器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（〇 0 mm)之軸上場點、一具有座標（〇49 mm，〇·37 mm)2〇 7 場點、及一具有座標（0.704 mm，〇·528 mm)之全場點。在 圖63A及63B及64中，”Τπ係指切向場，而，，s”係指弧矢場。 曲線圖1440對應於成像系統138〇(1)，其表示具有一遠距組 態之z—VGA一LL一AF成像系統。曲線圖1442對應於成像系 120300.doc -89- 200814308 統138〇(2)，其表示具有-寬組態之Z—VGA—LL—AF成像系 統。曲線圖1460對應於成像系統1380(3)，其表示具有一中 間組態之Z—VGA—LL一AF成像系統。 圖 65A、65B 及 65C 顯示 1482、1484 及 1486 而圖 66A、 66B及66C顯示曲線圖1512、1514及1516，而圖67A、67B 及67C分別顯示該Z—VGA—LL—AF成像系統之光程差，各在 無限物件共軛處之曲線圖1542、1544及1546。曲線圖 1482、1484及I486係用於具有一遠距組態之 Z一VGA—LL一AF成像系統。曲線圖1512、1514及1516係用 於具有一寬組態之Z—VGA一LL一AF成像系統。曲線圖 1542 、 1544及1546係用於具有一中間組態之 Z一VGA一LL一AF成像系統。用於所有曲線圖之最大尺度係 +/-5波。實線表不具有一47〇 nm波長之電磁能量；短虛線 表示具有一 550 nm波長之電磁能量；而長虛線表示具有一 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 上的一不同真實咼度下的光程差。曲線圖1482、1512及 1542對應於一具有座標mm，〇 mm)之軸上場點；曲線圖 1484、1514 及 1544 對應於一具有座標（〇49 mm，〇37 mm) 之〇·7場點；而曲線圖丨486、1516及1546對應於一具有座 標（0.704 mm，0.528 mm)之全場點。各對曲線圖之左行係 用於切向光線集合之波前誤差之一曲線圖，而右行係用於 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157〇及1572而圖69A顯示該 120300.doc • 90 - 200814308 ί
Z—VGA—LL—AF成像系統之場曲曲線圖16〇〇 ;圖68α及68D 顯示曲線圖1574及15 76而圖698顯示該2_¥0八_1^—八？成像 系統之畸變曲線圖1602。曲線圖1570及1574對應於具有一 遠距組態之Z—VGA一LL一AF成像系統；曲線圖1572及1576 對應於具有一寬組態之2：一¥(3八一11^八17成像系統；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。對於該遠距組態，最大半場角係14148度，對於該 寬角度組態係31.844度，對於該中間組態為2〇·311度。實 線對應於具有-47G nm波長之電磁能量；短虛線對應於具 有一 55〇 nm波長之電磁能量；而長虛線對應於具有一 650 波長之電磁能量。 圖7 0 A、7 0 B及71 _示綈隹士、你# “ ’、、 “、、成像系統1620之三組態之光 學佈局及光線執跡’其係圖2A之成像系㈣之__具體實施 例。成像系統1620係-三群組、變焦成像系統，其具有多 般而言，為了具有 達一 1 · 9 6最大比率之連續變焦比 連續變焦，需移動該變隹忐德金 欠…、成像糸統中的多個光學器件群 組。在此情況下，連續變焦係藉 ^1694 , 曰由僅移動弟二光學器件群 組1624，並使用一相位修改元朱 又疋件來延伸該變焦成像系統 焦珠來實現。一變焦組態（可稱土… 為您距組悲）係說明為忐 系統162〇(1)。在該遠距組態中， 兄月為成像 較長的焦距。另一變焦組態（可 對 糸統1620(2)。在該寬組態中， 月為成像 成像糸統1620具有_相料 寬的視場。另一變焦組態（可 ,相對較 糸統1620(3)。該中間組態具有 兄月為成像 在忒遢距組態與該寬組態之 120300.doc -91. 200814308 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、—28度的視 %、一 1.7的光圈數、一 8·3 _的總軌跡長度、及一 ^度 的最大主光線角。成像“ 162()⑺具有^ 72毫米的焦 距、一6〇度的視場、一 U的光圈數、一8.3 mm的總執跡 長度A 22度的最大主光線角。可將成像系統丨㈣稱為 ”Z一VGA—LL一WFC成像系統”。 u亥Z—VGA—LL—WFC成像系統包括一第一光學器件群組 1622,其具有一光學元件1628。正光學元件163〇係形成於 元件1628之側上而波如編碼表面係形成於1646(1)之第 一表面上。例如，元件1628可以係一玻璃板。在該 Z一VGA一LL—WFC成像系統中的第一光學器件群組1622之 位置係固定。第一光學器件群組1622可使用下述1八乙〇技 術來形成。 該Z—VGA—LL一WFC成像系統包括一第二光學器件群組 1624，其具有一光學元件1634。負光學元件1636係形成於 元件1634之一側上，而負光學元件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165〇之間沿直線164〇所指 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)内）係定位在直線164〇之末端165〇 處，則該Z_VGA—LL一WFC成像系統具有一遠距組態。若 光學器件群組1624(其係顯示在成像系統ι62〇(2)内）係定位 在直線1648之末端1650處，則該z—VGA一LL—WFC成像系 120300.doc -92- 200814308 統具有一寬組態。若光學器件群組1624(其係顯示在成像 系統1620(3)内）係定位在直線1640之中間處，則該 Z—VGA—LL—WFC成像系統具有一中間組態。第二光學器 件群組1624可使用下述WALO技術來形成。 該Z—VGA—LL·—WFC成像系統包括形成於VGA格式偵測 器112上的第三光學器件群組1626。一光學器件偵測器介 面（未顯示）分離第三光學器件群組1626與偵測器112之一表 面。層疊光學元件1646(7)係形成於偵測器112上；層疊光 學元件1646(6)係形成於層疊光學元件1646(7)上；層疊光 學元件1646(5)係形成於層疊光學元件1646(6)上；層疊光 學元件1646(4)係形成於層疊光學元件1646(5)上；層疊光 學元件1646(3)係形成於層疊光學元件1646(4)上；層疊光 學元件1646(2)係形成於層疊光學元件1646(3)上；而層疊 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。 用於遠距組態、中間組態及寬組態之規定係概述於表3 1 至36中。用於所有三個組態之馳垂度係由等式（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内，其中半徑、厚度及直徑係以毫 米為單位給出。 120300.doc -93 - 200814308 遠距： 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐 常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 2 11.53833 0.5295333 1.481 60.131 4.76 0 3 無限 0.2443508 1.525 62.558 4.76 0 4 無限 0.1066903 1.481 60.131 4.76 0 5 -9.858014 3.216 空氣 4.76 0 6 -4.264158 0.02 1.481 60.131 1.676708 0 7 無限 0.4 1.525 62.558 1.632835 0 8 無限 0.02 1.481 60.131 1.453385 0 9 •4.299183 0.051 空氣 1.415361 0 光闌 0.8283067 0.7869623 1.370 92.000 1.282037 0 11 -22.05826 0.4 1.620 32.000 1.23414 0 12 0.6870033 0.232084 1.370 92.000 1.159302 0 13 3.144908 0.5797416 1.620 32.000 1.217335 0 14 1.10748 0.2910526 1.370 92.000 1.297596 0 15 -1.384657 0.1480326 1.620 32.000 1.347508 0 16 2.094888 0.9663066 1.370 92.000 1.377949 0 影像 無限 0 1.458 67.821 1.908988 0 表31 中間： 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐 常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 2 11.53833 0.5295333 1.481 60.131 4.76 0 3 無限 0.2443508 1.525 62.558 4.76 0 4 無限 0.1066903 1.481 60.131 4.76 0 5 -9.858014 1.724 空氣 4.76 0 6 -4.264158 0.02 1.481 60.131 2.555761 0 7 無限 0.4 1.525 62.558 2.455983 0 8 無限 0.02 1.481 60.131 2.229711 0 9 4.299183 1.543 空氣 2.123851 0 光闌 0.8283067 0.7869623 1.370 92.000 1.299699 0 11 -22.05826 0.4 1.620 32.000 1.244879 0 12 0.6870033 0.232084 1.370 92.000 1.166845 0 13. 3.144908 0.5797416 1.620 32.000 1.224307 0 14 -1.10748 0.2910526 1.370 92.000 1.304128 0 15 -1.384657 0.1480326 1.620 32.000 1.357705 0 16 2.094888 0.9663066 1.370 92.000 1.391782 0 影像 無限 0 1.458 67.821 1.895332 0 表32 120300.doc -94- 200814308 寬： 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐 常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 2 11.53833 0.5295333 1.481 60.131 4.76 0 3 無限 0.2443508 1.525 62.558 4.7 0 4 無限 0.1066903 1.481 60.131 4.7 0 5 -9.858014 0.252 空氣 4.7 0 6 -4.264158 0.02 1.481 60.131 3.57065 0 7 無限 0.4 1.525 62.558 3.360 0 8 無限 0.02 1.481 60.131 3.04903 0 9 4.299183 3.015 空氣 2.761238 0 光闌 0.8283067 0.7869623 1.370 92.000 1.281277 0 11 -22.05826 0.4 1.620 32.000 1.234345 0 12 0.6870033 0.232084 1.370 92.000 1.160151 0 13 3.144908 0.5797416 1.620 32.000 1.218752 0 14 -1.10748 0.2910526 1.370 92.000 1.29792 0 15 -1.384657 0.1480326 1.620 32.000 1.349366 0 16 2.094888 0.9663066 1.370 92.000 1.383436 0 影像 無限 0 1.458 67.821 1.890552 0 表33 用於oct相位函數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35至37中。 a2 A4 Αό Ag Αι〇 Αΐ2 Αΐ4 Αΐ6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6.371X10-3 -2.286x1 Ο·3 8.304x1 Ο·4 -7.019χ1〇·5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4.805χ10'3 -3.665Χ10'4 5.697x10-4 -6.715x10-5 0 0 0 0 0.01626 1.943x10'3 -1.137Χ10'3 1.220x10'4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3.98〇xl〇·3 0.0242 -9.816Χ10'3 2.263x10'3 0 0 0 -0.001508 -0.1091 -0.3253 1.115 -1.484 0 0 0 0 0.9101 -1.604 5.812 -9.733 0 0 0 -0.9113 1.664 -5.057 22.32 -30.98 0 0 0 0.1087 0.04032 -2.750 9.654 -10.45 0 0 0 0 -0.4609 -0.3817 6.283 -7.484 0 0 0 0 -0.8859 4.156 -3.681 0.6750 0 0 0 0.5526 -0.1522 -0.5744 1.249 -1.266 0 0 0 i 表34 120300.doc -95- 200814308 表面號 Amp C N RO NR 1〇(光闌） 1.0672X10-3 -225.79 11.343 0.50785 0.65 表35 α -1.0949 6.2998 5.8800 -14.746 -21.671 -20.584 -11.127 37.153 199.50 β 1 2 3 4 5 6 7 8 9 表36 該Z—VGA_LL_WF成像系統包括一相位修改元件用於實 施一預定相位修改。在圖70中，光學元件1646(1)之左表面 係一相位修改元件；但是，該Z—VGA—LL—WFC成像系統 之任一光學元件或一光學元件組合可用作非球面鏡頭以實 施一預定相位修改。使用預定相位修改允許該 Z—VGA—LL—WFC支援連續變焦比，因為該預定相位修改 延伸該Z—VGA—LL—WFC成像系統之焦深。光線1642表示 由該Z—VGA—LL—WFC成像系統從無限遠所成像之電磁能 量° 該Z—VGA—LL—WFC成像系統之效能可藉由比較其效能 與圖56之Z—VGA—LL成像系統之效能來瞭解，因為該等二 成像系統係類似；在該Z_VGA_LL_WFC成像系統與該 Z—VGA—LL成像系統之間的主要差異在於該 Z—VGA—LL—WFC成像系統包括一預定相位修改，而該 Z—VGA—LL成像系統不包括。圖72A及72B顯示曲線圖1670 及1672而圖73顯示在一無限共輛物距處，該等MTF作為該 Z一VGA—LL成像系統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 120300.doc •96- 200814308 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（〇 mm，0 mm)之軸上場點、一具有座標（〇 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，ΠΤΠ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。 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。曲線圖1690對應於具有一中間組 態之Z—VGA—LL成像系統（未顯示該Z_VGA—LL成像系統之 此組態）。如可藉由比較曲線圖1670、1672及1690觀察 到，該Z—VGA—LL成像系統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，該Z_VGA_LL成像系統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作為該Z—VGA—LL—WFC成像系統 之空間頻率之一函數的曲線圖1740。該等MTF係在從470 至6 5 0 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（〇 mm，0.528 mm)之在y上的 全場點、及一具有座標（〇·7〇4 mm，0 mm)之在X上的全場 點。在圖74A及74B及75中，’’T”係指切向場，而"S”係指弧 120300.doc -97- 200814308 矢場。曲線圖1710對應於具有一遠距組態之 Z—VGA—LL一WFC成像系統；曲線圖1716對應於具有一寬 組態之Z—VGA—LL一WFC成像系統；而曲線圖1740對應於 具有一中間組態之Z—VGA一LL_WFC成像系統。 虛線所指示之未過濾曲線表示未後過濾該 Z一VGA—LL一WFC成像系統所產生之電子資料的MTF。如 可從曲線圖1710、1716及1740觀察到，未過濾MTF曲線 1714、1720及1744具有一相對較小數量。然而，未過濾的 MTF曲線1714、1720及1744較有利的係不到達零數量，其 思味著該Z一VGA一LL—WFC成像系統在整個關注空間頻率 範圍内保持影像資訊。此外，未過濾的MTF曲線1 714、 1720及1744係極其類似。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，在光學器件内的一相位修改元件（例如光學元件 1646(1))所引入之編碼係經執行一解碼演算法之處理器 46(圖1)來處理，使得該z—vga一LL—WFC成像系統產生一 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之效 月匕。如可從曲線圖1710、1716及1740觀察到，該 Z一VGA一LL一WFC成像系統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 後處理之前該Z一VGA—LL一WFC成像系統之軸上psF之曲線 圖1760、1762及1764。曲線圖1760對應於具有一遠距組態 120300.doc -98- 200814308 之Z—VGA—LL—WFC成像系統；曲線圖1762對應於具有一 寬組態2Z_VGA_LL_WFC成像系統；而曲線圖1764對應 於具有一中間組態之Z_VGA_LL_WFC成像系統。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 後處理之後該Z_VGA_LL—WFC成像系統之軸上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一LL—WFC成像系統；曲線圖1782對應於具有一 寬組態之Z_VGA_LL_WFC成像系統；而曲線圖1784對應 於具有一中間組態之Z_VGA_LL_WFC成像系統。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成像系統使用的濾波器核心及 其值之一圖示法。例如，圖78A之此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1 800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係成像系統1820之一光學佈局及光線執跡，其係圖 2A之成像系統10之一具體實施例。成像系統1820可以係陣 120300.doc -99- 200814308 列成像系統之-;&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2八所述。可將成像系統: 為"VGA一Ο成像系、統”。該VGA—〇成像系统包括^ j 贈與由f曲表面1826所表示的—f曲影像平=兮 VGA—O成像系統具有—！ 5G咖的一焦距、—Q度的^ 場、一 1.3的光圈數、一 2 45 _的總執跡長度、及— a产 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== 不同材料形成。層疊光學元件1824(1卜1824(3)、18240> 及1824⑺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^ 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製造的高折射率材料（n=l62); 以及2) Optical P〇iymer Research，Inc製造的低折射率材料 (η=1·37)。 應注意，在光學器件1822中不存在任何空氣間隙。光線 1830表示由該VGA_〇成像系統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4〇内。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。 120300.doc -100- 200814308 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝 數 直徑 圓錐 常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 光闌 0.8711466 0.2628049 1.370 92.000 1.21 0 3 0.6947063 0.4907245 1.620 32.000 1.193243 0 4 0.5936684 0.09296653 1.370 92.000 1.091777 0 5 1.071638 0.3540986 1.620 32.000 1.070627 0 6 1.860199 0.6800026 1.370 92.000 1.151529 0 7 •1.194677 0.1480326 1.620 32.000 1.268709 0 8 43.69422 0.1941638 1.370 92.000 1.703157 0 影像 -8.968653 0 1.458 67.821 1.772912 0
表37 表面數 a2 A4 a6 As Αι〇 A12 A14 Ai6 1(物件） 0 0 0 0 0 0 0 0 2(光闌） 0 0.2251 -0.4312 0.6812 -0.02185 0 0 0 3 0 -1.058 0.3286 0.5144 -5.988 0 0 0 4 0.4507 -2.593 -6.754 30.26 -61.12 0 0 0 5 0.8961 -1.116 -1.168 -0.6283 -51.10 0 0 0 6 0 1.013 11.46 -68.49 104.9 0 0 0 7 0 -7.726 39.23 -105.7 121.0 0 0 0 8 0.5406 -0.4182 -3.808 10.73 -8.110 0 0 0 表38 偵測器1832係施加至彎曲表面1826上。光學1822可獨立 於偵測器1 832來製造。偵測器1 832可由一有機材料來製 造。例如，偵測器1832係（例如）藉由一喷墨印表機來形成 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 120300.doc -101 - 200814308 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， 使得伯測器1832相對光軸1834而對中。 該VGA—Q成像系統之f曲影像平面提供另—設計自由 度，其可有利地用於VGA一〇成像系統。例如，該影像平面 可琴曲以符合實際任何表面形狀，以校正像差，例如場曲
i 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。
圖顯示在無限物件共軛距離處，在一〇 55微米波長下 單色MTF作為該VGA-〇成像系統之以1頻率之-函數的一 曲線圖1850。圖80 s兒b月各曲線圖包括用於與摘測器⑻2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—具有座標（G醜，g麵）之轴上場 點具有座標（0.49 _，0.37 mm)之0.7場點、及一具有 座钛(0.704 mm, 0.528 mm)之全場點。因為該彎曲影像平 面，車又U权正像散及場曲，且該等mtf係幾乎受到繞射 限制。在圖8 〇，丨’ T，，在社i日 ^ Γ係才日切向場，而，，S”係指弧矢場。圖80 還顯示該繞射限制，如圖中，，DIFF LIMIT，，所指示。 圖8 1 ,、、、員不對於一無限物件共軛距離，白光MTF作為該 VGA—Ο成像系統之空間頻率之—函數的一曲線圖丄請。該 等MTF係在從47〇至65〇 nm之波長範圍上平均化。圖μ說 明各曲線圖包括用於與债測器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贿曲線；該等三個場點 120300.doc -102- 200814308 係一具有座標（〇 mm，〇 mm)之軸β ；竿由上％點、一具有座標（〇·49 0.37 mm)之〇·7場點、及一呈 有座標（0.704 mm，0.528 mm)之全場點。在圖8 1，”τ”從4匕 牡口 T係指切向場，而”S”係指弧矢 場。圖8 1還顯示該繞射限希| 町丨艮制如圖中"DIFF.LIMIT1，所指 示0 可藉由比較圖80及81觀察到，圖81之該等彩色MTF 一般 具有-小於圖80之單色MTF之數量。此類數量差異顯示該 VGA_0成像系統展現—像差，—般稱為軸色。軸色可透過 一預定相位修改來校正；“’使用—狀相位修改來校 正2色可減小一預定相位修改鬆弛光學器件1822之光學機 械今P艮之#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& ,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—或多個層疊光學元件18 2 4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分別顯示該VGA一〇成像系統之光程差 之曲線圖1892、1894及1896。在各方向上的最大尺度係+/·5 波。實線表不具有一 47〇 nm波長之電磁能量；短虛線表示 具有一 550 nm波長之電磁能量；而長虛線表示具有一 65〇 11111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（〇·704 mm，0.528 mm)之全場點。各對曲 120300.doc 200814308 線圖之左行係用於切向光線集合之波前誤差之一曲線圖， 而右行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83 A顯示一場曲曲線圖1920而圖83B顯示該VGA—0成 像系統之一畸變曲線圖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内使用一選定聚 合物減小軸色之VGA_0成像系統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—01成像系統。該VGA—01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 2.4 5 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内。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。 表面 半徑 厚度 折射率 阿貝數 直徑 圓錐 常數 物件 無限 無限 空氣 無限 0 光闌 0.869851 0.2645708 1.370 92.000 1.2 0 3 0.6958549 0.4904393 1.620 64.000 1.185526 0 4 0.5938446 0.09377613 1.370 92.000 1.09062 0 5 1.071924 0.3528606 1.620 64.000 1.071006 0 6 1.893548 0.6827883 1.370 92.000 1.146737 0 7 -1.209722 0.1480326 1.620 64.000 1.262179 0 8 -54.16463 0.1953158 1.370 92.000 1.69492 0 影像 -8.305801 0 1.458 67.821 1.765759 0 表39 120300.doc -104- 200814308 表面號 a2 a4 Αό α8 Αι〇 An Αΐ4 Αΐ6 1(物件） 0 0 0 0 0 0 0 0 2(光闌） 0 0.2250 -0.4318 0.6808 -0.02055 0 0 0 3 0 -1.061 0.3197 0.5032 -5.994 0 0 0 4 0.4526 -2.590 -6.733 30.26 -61.37 0 0 0 5 0.8957 -1.110 -1.190 -0.6586 -51.21 0 0 0 6 0 1.001 11.47 -68.45 104.9 0 0 0 7 0 -7.732 39.18 105.8 120.9 0 0 0 8 0.5053 0.3366 -3.796 10.64 -8.267 0 0 0 表40 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。在圖84，’’T’’係指切 向場，而’’S”係指弧矢場。藉由比較圖81及84可觀察到， 該VGA—01之彩色MTF—般高於該VGA—0成像系統之彩色 MTF。 圖85A、85B及85C分別顯示該VGA—0成像系統之光程差 之曲線圖1962、1964及1966。在各方向上的最大尺度係+/-2波。實線表示具有一 470 nm波長之電磁能量；短虛線表 示具有一 550 nm波長之電磁能量；而長虛線表示具有一 65 0 nm波長之電磁能量。各對曲線圖表示在偵測器1 832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 120300.doc -105- 200814308 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，比較該VGA_0成像 系統之聚合物，該VGA_〇l成像系統之第三聚合物將軸向 色彩減小大約1.5倍。各對曲線圖之左行係用於切向光線 集合之波前誤差之一曲線圖，而右行係用於弧矢光學集合 之波前誤差之一曲線圖。 圖86係成像系統199〇之一光學佈局及光線軌跡，其係圖 2A之成像系統10之一 WAL〇樣式具體實施例。成像系統 f % K. / 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。成像系 統1990具有多個孔徑1992及1994，各孔徑將電磁能量引導 至偵測器1996上。 孔徑1 992捕捉影像而孔徑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199〇來捕捉一 影像之前來依據一環境光強度調整成像系統199〇。成像系 統1990包括具有複數個光學元件之光學器件““。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可以係偵测器1996之一蓋板。 空氣間隙2000分離光學元件2〇〇2與元件1998。正光學元 件2003隨之形成於近接偵測器工996之一光學元件2_(例 如-玻璃平板)之一側上，@負光學元件雇係形成於元 件2004之相對側上 負光學元件2010。 。空氣間隙2008分離負光學元件2006與 負光學元件2010係形成於近接偵測器 120300.doc -106- 200814308 1996之一光學元件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之相對側上。光學元 件2016與孔徑1992光學通信，而光學元件2〇14與孔徑1994 光學通信。一光學元件2020(例如一玻璃板）係藉由空氣間 隙2018與光學元件2016及2014分離。 伙圖86可觀察到，光學2022包括四個與孔徑1992光學通 化的光學元件及唯一與孔徑1994光學通信的光學元件。需 要更少的光學元件以配合孔控1994使用，因為孔徑1994係 僅用於電磁能量偵測。 圖87係一 WALO樣式成像系統199〇之一光學佈局及光線 執跡，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。系統199〇 可包括實體孔徑元件，例如元件2〇δ6、2088、2090及 2090’其有助於在孔徑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内成像。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3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。 120300.doc -107- 200814308
例如’可考量在實現特定成像及偵測目標中光學器件66及 偵測為、1 6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 耘之限制。此外，訂製所捕捉影像資料之處理來改良影像 貝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 式攸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内，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⑽係顯示用於實現諸如圖i所示之陣列成像系統之一 具體實施例之-範例性製程3_之—流程圖。如圖Μ所 不’在步驟3GG2，製造在—共同基底上製程的叫貞測器陣 在v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㈣測器之至少一者 光予通4。最終，在步驟3〇〇6 ’該組合偵測器及光學陣 係分成成像系統。應注意，可在—給定共同基底上製造不 ^像組態。圖88所示之各步驟需要設計、最佳化及製造 二製耘式之協調，如下文隨即所述。 圖89係依據—具體實_在實㈣列成㈣統中所執行 L範例性製程刪之-流程圖。儘管範例性 :用於製造上述陣列影像感測器之-般步驟，但該，一： 乂驟之細節稍後適當時在本揭示案中加以論述。—& 如圖-所示’最初在步驟3011，產生用於糊 120300.doc 200814308 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内，可使用軟體來模型化並最佳化成像系統設 计’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3〇12進行測試。若在 步驟30 12内測試的成像系統設計不符合預定參數，則製程
30 10返回至步驟3〇11，其中使用一組潛在設計參數修改來 修改该衫線系統設計。例如，預定義參數可包括值、 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3〇11將要成像物件之類 型及其典型設定考量在内。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 件子系統設計内的相位修改、在一影像處理器子系統設計 内處理電子資料之濾波器核心以及在一偵測器子系統設計 内的-人波長特徵寬度及高度。重複步驟3 〇丨丨及3 〇 12，直到 該成像系統設計保持在預定參數内。 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 器件衫像處理器及偵測器子系統。然後在步驟3〇14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3〇12至 3014，直到該等製造的成像系統元件符合該等預定泉 數。 多 繼續參考圖89，在步驟3015 該等成像系統組件係裝配 120300.doc 200814308 :形：該成像系統：並在步驟3016接著測試該裳配成像系 :右6亥裝配成像系統不符合該等預定義參數，則可使用 以^潛在料參數修改來再次修改該成㈣統設計，並使 用一進-步修改的設計來重複步驟3()12至3()16，直到該等 製作的成像系統符合該㈣定義參數。在該等測試步驟之 各步驟内，還可決定效能度量。 r \
圖9〇係-流程圖3_，顯示成像“設計產生步驟3〇11 與成像系統設計測試步驟3G12之進_步細節。如圖列所 不丄在步驟3G21，-組目標參數係最初指定用於該成像系 、先σ又口十目；^參數可包括（例如）設計參數、製程參數及度 里。度量可以特定（例如在成像系統之mtf内的一所需特 斂）或更一般地定義，例如景深、焦深、影像品質、可偵 測〖生低成本、較短製造時間或低製造誤差敏感度。在步 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（光圈數）、視場（F〇v)、光學元件數 目、偵測器袼式（例如64〇χ480偵測器像素）、偵測器像素 大小（例如2.2 μιη)及濾波器大小（例如7><7或31χ31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、一變焦透鏡内的變焦比、任一相位修 改元件之表面參數、整合在偵測器子系統設計内的光學元 件之—人波長特徵寬度及厚度、最小慧差及最小雜訊增益。 步驟3 0 11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3〇11包括步驟3〇24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 120300.doc -110_ 200814308 括步驟3028以產生一偵測器子系統設計，包括步驟3〇3〇以 產生一影像處理器子系統設計並包括步驟3〇32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内，並可平行、以任一次 序串列或共同地執行。此外，步驟3024、3026、3028、 3 03 0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3〇32係無關。 繼續參考圖90，說明成像系統設計測試步驟3〇12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3G24、_、3G38、刪及3〇32
_或夕個步驟之個別設計參數或設計參數組合作為目 枯例如，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，還可分析包括在债測器子系統 設計内的-次波長光學元件之主光線角校正特徵。同樣 地，可藉由檢查該等腳值來分析一影像處理器之效能。 ，析還可包括與可製造性相㈣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 :二在由於緊密容限或增加製造時間而決定可製造性過於 叩貝之情況下，—特定光學器件子系統設計可能無用。 120300.doc • 111 - 200814308 ^驟12it步包括-決策3〇38以決定該成像系統是否 滿足該等目標參數。若目前成料統設料滿足該等目標 參數，則可在步驟3039，使用該組潛在設計參數修改來修 改設計參數。例如，可制MTF特徵之數值分析來決定該 等陣列成像系、統疋否滿足特定規格。例如，用於MW特徵 之規秸可藉由—特定應用之要求來指示。若一成像系統設 計不滿^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厘许。A &。
午及与度作為另一範例，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 改該娜像素結構内的次波長光學元件之設計。若信號 處理不滿足規格，則可修改渡波器之一核心大小，或可選 擇一來自另一級別或度量之濾波器。 如參考圖89先别所述，使用_進—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。必需冑’使用_進—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3〇45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内及近接其的光學元 件。在步驟3046，如此項技術中所熟知，設計、模型化並 最佳化讜等偵測器像素結構。可分離或共同地執行步驟 120300.doc -112- 200814308 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3〇45之進一步 細節之一流程圖。如圖92所示，在步驟3〇51，選擇一特^ 積測器像素。在步驟3G52’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3〇54，評 估在目前位置内用於光學元件之功率耦合。在步驟3〇55， 右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3〇54、3〇55 及3 056 ’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3 〇57)之情況下， 伙步驟305 1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3〇24之 進一步細節之一流程圖。在步驟3〇61中，從圖9〇之步驟 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3〇62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3〇63，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 灯性及對光學器件子系統設計的影響。在步驟3〇64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 120300.doc -113 - 200814308 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光學ϋ件子系統設計，則 :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内的效能。若在該實現製程内的—製 私修改可仃，則基於步驟3〇64内的分析、最佳化軟體（即 Τ ”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 3 067)以獲得多個健固設計最佳化的同時，可修改設計來 數（步驟3068)。對於任一給定參數，可由一使用者或—最 仏化私式來作出決策3066。作為一範例，刀具半徑可由兮 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内的特定 參數及/或該最佳化程式内的變數上的權重。 圖94係顯示模型化圖93之步驟3063所示之實現製程 衣►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 内的各陣列光學器件設計及/或晶圓機光學器件設計。在 120300.doc -114- 200814308 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3〇74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3〇76)之後，在步驟3〇77將該等 陣列光學器件設計重新組合成在步驟3〇77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3〇8丨，評估該給 定製作母版之可製造性。在_決策麗中，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 82的=案係疋，可製造該製作母版，則在步驟％以產生 用於輸入設計之刀具路徑及相關聯數值控制部分程式盥用 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3〇85產生一修改後陣列 光學器件設計。若決策3G82之結果係否，假定建立的設計 :束或製程參數限制下，不可製造使用當前陣列光學器件 十之製作母版’則在步驟3〇83，產生一報告，其詳細說 明在步驟3〇81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 :可能必f。此類報告可由_使用者查看或輸出至軟體或 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 120300.d〇c -115- 200814308 3 0 8 1 (圖9 5)之進一步細節之一流程圖。如圖％所示，在步 驟3〇91，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 异用於該陣列光學器件設計。在步驟3093，最大傾斜度及 傾斜角係计算用於該陣列光學器件設計。分別在步驟3〇料 及3095分析加工光學器件所需之刀具及刀具路徑參數，並 如下面詳細所述。 r i 圖97係顯示用於分析一刀具參數之步驟3094(圖96)之進 一步細節之一流程圖。範例性刀具參數包括刀尖半徑、一 刀”包括肖度及刀具間隙。分析刀具參數使一刀具之使用 可行或可接受可包括（例如）決定刀尖半徑是否小於製作一 表面所而之曲率之最小區域半徑、是否滿足刀具窗口、及 疋否滿足刀具主及側間隙。 如圖97所示’在—決策則處，若決定不可接受一特定 刀二數用於製造—給定製作母版，則執行額外的評估以 決：疋否可藉由使用-不同刀具(決策3102)、藉由改變刀 -疋位或方位（例如刀具師及/或傾斜）(決策3⑻）來執行 d望―功月匕或疋否允許表面形式劣化，以便可容忍製程異常 (決策31(^例如’在金剛石車財，若在半徑座標内'一 ::之刀尖半徑大於表面設計中最小曲率半徑，則該偵測 f學器件設計之特徵將不會由該刀具Μ㈣ 留下及/或移除額外的材料。若決策則、_、遍及 3 1 04均不指示討論中的 3⑻可產生-報告，^ =刀具參數可接受，則在步驟 其坪細5兒明該等先前決策+決定的相 120300.doc •116- 200814308 關限制。 圖98係說明用於分離刀具路徑參數之步驟3〇95之進一步 細節之一流程圖。如圖9 8所示，可在決策3 111決定對於一 給定刀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31U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3ιΐ2 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中執行用於該等刀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，則刀具路徑不 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，其詳細說明當前刀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3U7之結果係是’則可調整該等製程參數，接 著在步驟㈣調整料製程參數。若決策而之結果係 否’則可不調整該等製程參數，接㈣以可進行至報土 120300.doc -117- 200814308 產生步驟3 116 β 進步參考圖98，若決策3 114之結果係否，則在製程 間：超過機器加速度限制，接著作出-決策3119以決定是 否可減小刀具路徑之加速度而不劣化該製作母版超出 ^受限制。若決策3119之結果係是，則可減小減小刀具路 :乂速度’接著認為刀具路徑參數在可接受限制内且製程 進订至圖95之決策3G82。若決策3119之結果係否，則可減 J、刀具路從加速度而不劣化製作母版，該製程進行至報生 產生步驟3 11 6。 口 圖99係顯示用於產生一刀具路徑之步驟·4(圖％)之進 步細即之一流程圖，該刀具路徑係一給定刀具沿導致刀 尖（例如用於金剛石刀尖）或刀具表面（例如用於研磨器）在 材料中切割所需表面之刀具補償表面的實際定位路徑。如 圖99所示，在步驟3121，在刀具交又點計算表面法線。在 步驟3122 ’計算位置偏移。接著在步驟3123定義刀具補償 表面解析方程或内插值，並在步驟3124定義刀具路徑光 柵。在步驟3125，在光柵點取樣刀具補償表面。在步驟 3126，隨著製程繼續至步驟3〇85(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3〇13A之一流程圖。如圖1〇〇所二，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3丨32， 將數值控制部分程式（例如來自圖99之步驟3 126)載入機器 120300.doc -118- 200814308 内。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3〇85(圖95)之 細節之一流程圖。如圖101所示，在步驟3 141，選擇在光 學元件上的一取樣點（(Γ，Θ)，其中以系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栅點對。在步驟 3143,執行在方位角方向上的内插以找到的正確值。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Γ、θ及刀具形狀，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 3 141至3145(步驟3146)，以產生製作後的光學元件設計之 一表示0 圖102係顯示用於製作成像系統組件之步驟3〇13Β之進一 步細即之一流程圖；明確而言，圖1〇2顯示將陣列光學元 件複製在—共同基底上之細節。>圖102料，最初，在 v驟3151，製備一共同基底用於支撐其上的陣列光學元 牛在乂驟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—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 120300.doc -119- 200814308 在及八同基底上形成該等光學元件陣列之一。接著重複步 驟3152至^154，直到完成層疊光學陣列（通過步驟3155)。 圖1 〇3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—流程圖。如圖如所示，在步驟 (
⑽評估重制製程可行性。在決策⑽，決定該重複製程 疋:可仃。右決策3 1 52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⑽產生一報告。以類似於 圖1〇3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-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及 3152之額外細節之一流程圖。如圖1〇4所示，在一決策 而中’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。另外範例係評估玻螭轉變2度及直是 否合適地超過光學器件子㈣設計之複製製程溫度與操作 及儲存溫度。若一紫外線固化材料（例如）具有一大約室溫 120300.doc -120 - 200814308 之轉變✓皿度，則此材料可能不田 J用於層®光學器件設 計，由於其可能受到作為偵測 消列态；于接製作步驟之部分的 100°C溫度的影響。 右決朿3 1 6 1之輸出係是，則兮姑斗 則4材枓適合用於使用其複製
光學元件，接著該製程進行至一決M 决朿3162，其中決定該陣 f__ / 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-共同基底陣列光學之哪_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 間並可能額外地引起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 及溫度敏感材料之料巾不能接受。若任—決策31㈣ 3 162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。 7 圖1〇5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1〇5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： 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χ、丫及2軸未對齊。1步 驟3173，將中間劣化及形狀一致性考慮在内。接著，在= 驟3 1 74，模型化由於黏著力所引起之變形。最終，在步驟 120300.doc -121 - 200814308 3175 ’核型化聚合物批次不—致性，以便在步驟產生 -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/或將其考慮在内，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32〇〇之一流程 圖。如圖106所示，最初在步驟32〇1，製造該等製作母 版。接著，在步驟3202，使用該等製作母版，將陣列光學 裔件形成於一共同基底上。在步驟32〇3，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，在步驟 3204，可將該陣列分成複數個成像系統。 圖107說明一成像系統處理鏈。系統35〇〇與一偵測器 3520合作以形成一電子資料3525。偵測器352〇可包括埋入 式光學元件與次波長特徵。特定言之，來自偵測器352〇之 電子資料3525係經一系列處理組塊3522、3524、353〇、 3540、35 52、3 554及3 560處理以產生一處理過的影像 3570。處理組塊 3522、3524、3530、3 540、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 120300.doc •122· 200814308 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3 5 2 2及3 5 2 4操作以預處理電子資料3 $ 2 5以獲得 雜汛減小。特定吕之，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3 5 3 0將色彩成分（來自電子資料3 $ 2 5) 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 核糊。組塊3 5 5 2及3 5 5 4操作以後處理來自組塊3 5 4 〇之資 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内的數值過濾、之知識來過濾電子資料之 各單通道内的雜訊；多通道（"MC”）組塊3554使用模糊及過 遽組塊3540内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3 570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36〇〇。成 像系統3600從在一摘測器3605處形成的捕捉電子資料3625 產生一處理過的二色影像3 6 6 0 ’偵測器3 6 〇 5包括一彩色滅 120300.doc • 123 - 200814308 光片陣列3602。彩色濾光片陣列36〇2及偵測器36〇5可包括 埋入式光学元件與次波長特徵。系統3 6⑼採用可包括界卩c 之光學器件3601來透過光學器件36〇1編碼電磁能量之波前 以在偵測器3605處產生捕捉到的電子資料刊乃；由所捕捉 電子資料3 6 2 5表示的一影像係有意地藉由受光學器件3 6 〇 i
影響的相位改變來模糊。光學器件36〇1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362〇來處 理。例如，NRP用於移除偵測器非線性及附加雜訊，同時 孩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362〇 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)—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 ^ 32可把而要在一模糊移除組塊3642内的多數模糊移 除。色彩通道3634可能實質上需要模糊移除組塊3644内的 較少模糊移除。在經模糊移除組塊3642及3644處理之後， k道3632及3 634係再次組合用於在NRp及色彩空間轉換被 塊3㈣内的處理。NRp及色彩空間轉換組塊3㈣進一步移 。核糊移除所強調之影像雜訊，並將組合影像轉換回到 秸式以形成處理過的三色影像366〇。如上述，處理組 塊 3620、3632、3634、3642、3644 及 3650 可包括執行軟體 120300.doc -124- 200814308 寺曰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、；ppGA、電腦記憶體及其部分及組合。 圖109顯不利用一預定相位修改（例如‘371專利案中所揭 示之波前編碼）之一延伸景深成像系統。一成像系統4010 包括透過一相位修改元件4〇14及一光學元件4〇16成像在一 偵測器4018上的一物件4〇12。相位修改元件4〇14係組態成 用於編碼來自物件4〇 12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/或延伸成 像系統之景深。相位修改元件4〇14可組態成用於（例如） 在該相位修改元件表面之平面内引入一相位調變，其係空 間變數x&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 在其三維體積内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。非均句折射率輪廓之範例包括遞級折射率 (GRm)透鏡或購自 LightPath Techn〇1〇gies的gradium⑧材 料。具有非均句折射率及/或吸收率之範例包括利用（例如） 光微影術、戳記、_、沈積、離子植人、i晶或擴散來 選擇性改變之施加膜或表面。 120300.doc -125- 200814308 圖110顯示一成像系統4100，其包括一非均質相位修改 元件4104。成像系統4100類似於成像系統4〇1〇(圖1〇9)，除 了替代相位修改元件4014(圖109)，相位修改元件41 〇4提供 一規定相位調變。相位修改元件4104可以係（例如）—grin 透鏡，其包括一内部折射率輪廓4108用於影響來自物件 4〇 12之電磁能量4020之一預定相位修改。例如，内部折射 率輪廓4108係設計用於修改透過其的電磁能量之相位，以 便減小成像糸統内的離焦相關像差。相位修改元件41 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41〇4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11〇所示 之原理可促進在緊密、健固封裝内實施光學器件設計。 圖111顯示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内。 各層4Π8Α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）微影韻刻圖案化m、傾斜蒸 ^離子植入、蝕刻、磊晶或擴散而在層内空間非均勻 性。可使用(例如)一電腦執行模擬軟體來組態層擺八至 4118K之組合以在透過其之電磁能量上實施一爾效應。 120300.doc -126- 200814308 此類模擬軟體已參考圖88至106詳細論述。 圖i丨2顯示非均質相位修改元件之—相機4丨2 〇實施方 案。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413〇，其包括複數 個偵測器像素4132。在相機412〇中，非均質相位修改元件 4124係直接固定至具有一結合層4136之_器41^。在<貞 測器413〇處所捕捉之影像資訊可傳送至一數值信號處理器 卿”⑶’其對影像資訊執行後處理。例如，Dsp “π 可數值移除在_器413()處所捕捉之影像之相位修改所產 生的成像效果，以便產生一且古讲,i # *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 兀件4124係（例如）設計成用 以將在一入射角範圍内的射 电磁月b里引導至偵測器4130 上，同時具有一可直接附著到貞測器4U0之至少一平土曰表 方式’用於非均質相位修改元件之額外固定硬體 ::地：Γ”相位修改元件可相對於偵測器像素 4132谷易地對齊。例如， 整至大_米直徑及大約5毫=機包括大小調 , 毛水長度之非均質相位修改元 件4124之相機4120可能極為 ，、在且健固（由於缺少用於光 120300.doc -127- 200814308 學元件之固定硬體）。 圖11 3至11 7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，圖113之一束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4152八至4152(}之個 別折射率值，以便在斷面内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415〇,，斷面内具有一 非球面相位輪廓，如圖114所示。如圖U5所示，接著可將 複合桿4150’分成複數個晶圓4155，各在斷面内具有一非球 面相位輪廓，各晶圓之厚度係依據在一特定應用中所需之 相位調變之數量來決定。該非球面相位輪廓可訂製成特定 應用並可包括各種輪廓，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 化組態夂結果，而圖131至143顯示用於依據本揭示案而設 a十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48〇〇。特徵化組態 4800之透焦PSF及MTF係如圖119至13〇所示。在組態48〇〇 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48〇4。來自物件料⑽之 120300.doc -128- 200814308 電磁能量透射經過一前表面48 10並聚焦在GRIN透鏡4802 之一後表面48 12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： / = 1.8 + [-0.8914r2 —3.0680·1(Γ3, +1.0064·1(Γ2, —4.6978.l(T3r5]等式（5) 並具有焦距= 1·76 mm、光圈數= 1.77、直徑=1.00 mm及長 度=5·00 mm 〇 圖119至123顯示對於一法線入射之電磁能量及對於從 -50 μιη至+50 μιη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。 離焦 用於法線入射PSF之參考 數字 用於5°入射PSF之參考數字 -50 μιη 4250 4260 -25 μιη 4252 4262 0 μηι 4254 4264 +25 μιη 4256 4266 +50 μιη 4258 4268 表41 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 120300.doc -129- 200814308 具有效能限制。該些效能限制進一步如圖1 29所厂、， 1 ^ 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包括對應於零微米 (即焦點内）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48〇2之該 ί 等MTF在特定空間頻率下展現零，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13〇顯示對於一每毫 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。同樣，在圖13〇中 的MTF内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nG之一和： ( h今卿， 等式⑷ 其中 r = ^(x2+Y2) 〇 因而，變數X、Υ、Ζ&Γ係依據圖118所示之相同座標系 統來定義。r多項式可用於指定一GRIN透鏡内的聚焦能 力，而X、Y及Z三元多項式可用於指定一非球面、WFC相 位功能，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，該WFC相位功能係藉由 120300.doc -130- 200814308 該GRIN透鏡之折射率輪廓來實施。因而在此範例中，該 WFC相位功能係整合該GRIN聚焦功能並延伸透過該GRIN 透鏡之體積。 圖13 1顯示在一具體實施例中的一非均質多折射率光學 器件4200。一物件4204透過多折射率光學元件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4 2 0 2之一前表面4 210處以法線入射入射在相位修改 元件4202上）與轴外電磁能量光線4208(電磁能量光線在相 ί 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透射並分別在光點4220及 4222處聚焦在相位修改元件4202之一後表面42 12處。 相位修改元件4202具有下列3D折射率輪廓： / = 1.8 + [—0.8914r2 —3.0680.10_3r3 +1.0064.l(T2r4 -4.6978.l(T3r5]等式 + [l.286M0~2(x3 +Γ3)-5.5982 ·10~3(χ5 +75)] ’ " 其中，類似於GRIN透鏡4802，r係離光軸4203之半徑而 i 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 μηι至+50 μιη範圍變化之不同離焦值（即離GRIN透焦 120300.doc -131 - 200814308 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。 離焦 用於法線入射PSF之參考 數字 用於5。入射PSF之參考數字 -50 μιη 4300 4310 -25 μηι 4302 4312 0 μηι 4304 4314 +25 μηι 4306 4316 +50 μπι 4308 4318 表42 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 WFC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—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，元件4202之該等MTF對於離焦像差以及 光學器件4200自身可能固有的像差也相對不甚敏感。 120300.doc -132- 200814308 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内沒有任何零。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4200具有一大約5 mm的離焦像 差不敏感度範圍，而曲線圖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顯示一非均質多折射率光學器件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WFC相位 功能，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 n〇之和來說明，但在相位修改元件4402中，對應於該WFC 相位功能之一項目係乘以一因數，該因數沿從表面44 10至 後表面44 12之一路徑（例如如圖144所示從左向右）衰減至 120300.doc -133 - 200814308
〆 / k = "〇 +
gA，LiYMiZNi + , 等式（8) 其中r係如等式⑹中定義，而Zmax係相位修改元件4402之 隶大長度（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内的聚焦能力，而χ、丫及乙三元多項式係用於指定一 非球面WFC相位功能。然而，在相位修改元件4402中，該 WFC相位功能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 所不之情況下遠離法線2〇度），同時賦予各場角一類似的 WFC相位功能。對於相位修改元件44〇2，焦距= 16i 、 光圈數一1.08、直徑=ι·5 mm及長度=5 mm。 圖145顯示對於一每毫米12〇循環之空間頻率，一grin 透鏡（外部尺寸等於相位修改元件44〇2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443〇内的零指示不可 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i3〇之比較，曲線圖447〇(圖丨46)之 MTF曲線具有一比曲線圖443〇(圖145)之MTF曲線更低但更 寬廣的強度。 圖147顯不用於在一單一光學材料内實施一折射率範圍 之另一組態。在圖147中，一相位修改元件4500可以係（例 120300.doc -134- 200814308 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内干擾，從而在乳劑45〇2内產生複數 個袋狀物的不同折射率。依此方式，乳劑45〇2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β64之一多孔徑陣列456〇。系統牦“可 有效地用作一GRIN陣列”魚眼”。由於&GRIN透鏡牦料之 視場（FOV)係藉由負光學元件457〇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46〇2固定在 車輛前面。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46〇〇正在行 駛中的任何時候的影像，以便一旦（例如）與另一汽車46 i 〇 相撞，成像系統4602提供碰撞情形之一影像記錄。或者， Ά車4600可配備一弟二成像系統4612，其包括上述的一非 均貝相位修改元件。糸統4 612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邨㈧ 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 貝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。 120300.doc -135- 200814308 圖1 50⑼員不一視矾遊戲控制板4650，其具有複數個遊戲 控制按奴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 4日、，文或虹膜識別）之—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 遊戲自身内利用成像系統4 6 5 5，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 Μ 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-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侧及他，成像系 統4672可組態成用以使用者識別目的，使得（例如）當-授 杻使用者係由成像系統4672識料，連接成像系統術2之 一答錄機系統4674可回應—自訂使用者問候。 圖152顯示一行動電話4_。行動電話4690包括呈有一 非均質相位修改元件的一相機侧。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47〇〇,其包括一非均質 改7L件4702用於影像捕捉—條碼47〇4。 ^圖⑽至⑸所示之範例中，在成像系統中使用一非均 :目位修改兀件較為有利’因為其使成像 ^即，該等組件之緊密大小以及襄配件之健固本質^ 千坦表面與平坦表面的固定接合而不需要額外固定硬 120300.doc -136 - 200814308 體）使包括非均質相位修改元件之成像系統理想地用Μ 如上达之苛刻、潛在較高緊密性的應用。此外， 目前可㈣《成像系統，併人WFC使具有料料= 二改元件之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，火 、 系統(例如參見圖112)，可取信號處理至成像 、於特疋應用之要求來執行進 f
一乂的影像增強。例如，當具有-非均質相位修改元件之 =系統係用作一行動電話相機時，在其一偵 =的：影像上執行的後處理可從最終影像移除離焦相關 在成傻 供一高品質影像用於查看。作為另-範例， 在成像糸統4602(圖149) Φ，你+ « ^ )中後處理可包括(例如)物件識 ”在-碰撞發生之前警告駕駛員一潛在碰撞危險。 二示案之-般多折射率光學元件實際上可用於包含如 :之均質光學器件與非均質元件二者的系統内。因 :球L藉由在相同成像系統内的一表面及體積集合來實施 ;目位及/或吸收組件。非球面表面可 射率光學元件之該等表面之-者上或形成在 此類多折射率光學元件之集合來形成晶圓級或 準光學11件（wal〇)，如下文立即將詳細論述。 平Hit構一般包括兩個或兩個以上共同基底（例如玻璃 體晶圓)’其具有光學元件陣列形成於其上。 ::::基底係沿一光軸依據當前揭示的方法對齊並裝 ^成可作為-晶圓級陣列或成像系統保持的較短軌 、、又像系統，或者分成複數個成像系統。 120300.doc -137- 200814308 於等揭示手段相容於陣列影像製作技術及用 、 、凌（csp)製程的回流溫度。特定t之， 像系統之光學元件係由可承:在csp= b ^皿度及機械變形（例如完全超過200oc :=作。用於製造該等陣列成像系統之共同基底;: Z或修整成平坦(或幾乎平坦)薄圓盤，其具有一能夠 ♦光學兀件陣列之橫向尺寸。此類材料包括特定固離 先學材料(例如玻璃、矽等)、溫度穩定聚合物、陶兗聚： 物4膠）及向溫塑膠。儘管該該些材料之各材料可個 & % *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 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I56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51〇1。陣列成像系統及其單片化 也說明於圖3中，故在陣列51〇〇與陣列6〇之間的類似性較 明顯。儘管本文中下面相對於單片化成像系統51()1來加以 說明，但應明白，成像系統51〇1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5 104係背靠背接合一接合材料511〇， 例如一折射率匹配環氧。用於阻障電磁能量之一孔徑5丨工2 係在光學元件5 1 〇6周圍的區域内加以圖案化。一間隔物 51丨4係固定在共同基底51〇4與51〇6之間，而一第三光學元 120300.doc -138- 200814308 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512〇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 5 101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 兀件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 5 116 了同時用作光學元件$ 118之一支撐物並用作债測器 5124之一蓋板。 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 μιη像素大小之偵測器 5 124之400x400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” AF45肖特玻璃。共同基底51〇2 及5104係假定為〇·4 mm厚，而共同基底5116係假定為〇.7 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51〇1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，一薄膜遽 光片可添加至一或多個光學元件51〇6、5108及5118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51〇6、51〇8 及5118可藉由均勻非球面係數來說明，而用於各光學元件 120300.doc -139- 200814308 之規定係在表43中給出。在此範例中，假定具有一折射率 nd= 1.48 1053及一阿貝數（Vd) = 60.13 1160之一光學透明聚合 物，模型化各光學元件。 半徑 (mm) 共同 基底厚度 (mm) 曲率半徑 (ROC) (mm) K Al(r2) A2(r4) A3 (r6) A4 (r8) A5 (r10) 馳垂度 (μηι) 光學元 件 5106 0.380 0.400 1.227 2.741 - 0.1617 0.1437 9.008 -16.3207 64.22 光學元 件 5108 0.620 0.400 1.181 -16.032 - •0.6145 1.5741 -0.2670 -0.5298 111.26 光學元 件 5118 0.750 0.700 -652.156 -2.587 - -0.2096 0.1324 0.0677 -0.2186 -48.7 表43 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。 光學規格 目標 圖158所示之具體 實施例 平均MTF @Nyquist/2，軸上 >0.3 0.718 平均MTF @ Nyquist/2，水平 >0.2 0.274 平均MTF @Nyquist/4，軸上 >0.4 0.824 平均MTF @Nyquist/4，水平 >0.4 0.463 平均MTF @ 35 lp/mm，轴上 >0.5 0.869 平均MTF @ 35 lp/mm，水平 >0.5 0.577 平均MTF @ Nyquist/2，角落 >0.1 0.130 相對照明@角落 > 45% 50.5% 最大光學畸變 ±5% -3.7% 總光學執跡(TOTR) < 2.5 mm 2.48 mm 工作光圈數 2.5-3.2 2.82 有效焦距 — 1.447 全視場(FFOV) >70° 73.6° 表44 -140- 120300.doc 200814308 來自表46的對成像系統5101的關鍵約束係一較寬的全視 场（FF〇V>7〇°)，一較小的光學軌跡長度（TOTR<2.5 mm)及 一最大主光線角約束（在全影像高度下的CRA<30。）。由於 較小的光學執跡長度及較低的主光線角約束以及成像系統 5 1 0 1具有一相對較小數目的光學表面，成像系統5 1 〇 1之影 像特徵係明顯場相依性；即，成像系統51〇1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内變化的複數個場點 處，對於％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1 59可觀察到，成像系統5丨〇丨在軸上表現好於在全場 處。 圖160顯示對於每毫米7〇線對（lp/mm)、用於一 3 6微米像 素大小之％尼奎斯特頻率，成像系統5 1〇1之厘”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16 1顯示用於七個場位置之透焦Μ τ F。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 120300.doc -141 - 200814308 變更並潛在包合I I止μ _ > 、卜 3數千先學凡件之一共同基底上。此裝配件 之複雜|±及其内變更使最佳化整體設計MU使之盡可能對 …、不敏感對於晶圓劑成像系統較為關鍵。圖1 62顯示 CRA之線ϋ作為正規化場高度之一函數。在一成像系統内 。的CRA之線性係一較佳特性，由於其允許在光學器件偵測 器介面内的-確定性照明衰減，其可針對一伯測器佈局加 以補償。 圖163顯示一成像系統52〇〇之另一具體實施例。成像系 統5200之組態包括_雙面光學㈣湖，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，此類祖 態提供-成本降低並減小接合需$，因為在系統内的共同 基底數目減小1。 圖1 64顯示用於一晶圓級成像系統53〇〇之一四光學元件 設計。在此範财，用於阻障電磁能量之_孔徑遮罩MU 係置放於該成像系統之最外表面（即離偵測器MM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％曲下致動較寬視場之一晶圓級雙高斯設計變 化。圖164之具體實施例之一修改版本係如圖165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-支座特徵來接合，該特徵排除使用間 隔物5314之需要。 校 圖164及165之該等設計之一額外特徵係使用一主光線焦 正器（CRAC)作為第三及/或第四光學元件表面（例如光學 120300.doc -142- 200814308 元件541 8(2)或543 0(2)，圖166)之一部分。使用一 CRAC使 得能夠配合可能限制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。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内。一 CRAC元件可特徵化為 一較大曲率半徑（即在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 CRA可共同地設計以與該成像系統之CRAC—起工作。 半徑 (mm) 次厚度 (mm) ROC (mm) K A1 (r2) A2 (r4) A3 (r6) A4 (r8) 馳垂度 (μ，ΡΛ〇 光學元件 5406 0.285 0.300 0.668 -0.42 0.0205 -0.260 6.79 -40.1 64 光學元件 5408 0.400 0.300 2.352 25.3 -0.0552 0.422 -2.65 5.1 40 光學元件 5418(2) 0.425 0.300 -4.929 129.3 0.2835 -1.318 7.26 -36.3 26 光學元件 5430(2) 0.710 0.300 -22.289 -25.9 0.1175 0.200 -0.63 -0.86 61 表45 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4 5中給 120300.doc -143- 200814308 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) = 60.13 1 160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’’ 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 μπι而在光學元件5430(2)與蓋板5422之間 的間隔係100 μπι。必要時，可在光學元件5406、5408、 541 8(2)及5430(2)之任一者處或在一前蓋板（圖166中未顯 示）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)之一光線執跡圖。圖167係 對於一具有2.0 μπι像素之偵測器，成像系統5400(2)之OTF 模數作為多達％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 或在場内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5457A)及主光線角（表示為實 線5457B)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 120300.doc -144- 200814308 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 用於該格栅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 # 局内地軛光學器件設計（例如藉由偏移作用感光區域）。可 藉由調整偵測器5424内的像素/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4 6中給出。 光學規格 目標 軸上 平均MTF @ 125 lp/mm，軸上 >0.3 0.574 平均MTF @ 125 lp/mm，水平 >0.3 0.478 平均MTF @ 88 lp/mm，軸上 >0.4 0.680 平均MTF @ 88 lp/mm，水平 >0.4 0.633 平均MTF @ 63 lp/mm，軸上 >0.5 0.768 平均MTF @ 63 lp/mm，水平 >0.5 0.747 平均MTF @ 125 lp/mm，角落 >0.1 0.295 相對照明@角落 >45% 90% 最大光學畸變 ±5% -3.02% 總光學軌跡 <2.5 mm 2.06 mm 工作F/# 2.5-3.2 3.34 有效焦距 - 1.39 對角線視場 >60° 60° 表46 120300.doc -145- 200814308 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將所需共同基底數目減小至總計兩個 (即5504、5516)，從而減小接合及裝配中的複雜性及成 本0 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内，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53 14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555〇係形成在一共 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_形孔徑幾何形 狀之若干優點。矩形孔”何形狀排除光學表面上不必要 的區域’⑼而最大化在給定-直線型幾何形狀之接合梦程 :可接觸放置之表面區域，而不影響成像系統之光學效 月匕。此外，大多數侦測器係設計使得作用區域 像素所處之偵測器區域）係 1貝心 )#'最小化’讀減小封|尺寸並 最大化母共同基底（例如矽曰 矽日日固）的有效晶粒數。因此，作 用區域周圍的區域扁p n ^ 寸上受到限制。圓形孔徑光學元件 120300.doc -146_ 200814308 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偵測器作用區域用 於接合成像系統。 圖174A及174B提供在具有圓形及非圓形孔徑光學元件 之成像系統内影像區域5560(由一虛線界定）之一比較。圖 1 74A顯示參考圖1 66最初所述之成像系統之一俯視圖，其 包括具有一斜壁5556之一圓形孔徑55 62。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17化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 μιη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5〇〇 μηι(光學元件各側 上25 9 μιη)的可使用接合表面。在水平尺寸上，重新獲得 略微超過200 μιη。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内的虛光照。在此範例中，在 角落處的光學元件大小增加在各對角線為4 1 μπι。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顯不圖165之範例性成像系統之一俯視光線執跡圖 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543〇侵佔入一環 120300.doc -147- 200814308 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一偵測器 5424之作用區域5574之區域5572内的侵佔，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一俯視光線軌跡圖5 58〇，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内的一矩形孔徑。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 域内的電磁能量係虛光照，在圖176内該等電磁能量由垂 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所示之成像系統。儘管滿足所有設計約 束，但此成像系統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 120300.doc -148 - 200814308 小作為場角或影像位置之一函數的MTF，如圖158至i6〇所 不。同樣地，圖165所示之成像系統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 效應可此會影響成像系統之根本像差，因此影響影像品 貝。實際上’共同基底表面並非完美平坦；某些波動或彎 曲始、存在。此言曲可能在成像系統陣列内的各成像系統 内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内之動作 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531〇及 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55 14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内的個別光學元件之厚度及 ΧΥΖ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)、561 8(2)及561 8(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 120300.doc -149- 200814308 咼的成本。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。 考里圖17 8之成像系統方塊圖，其顯示一成像系統 5700，其類似於圖1所示之成像系統4〇。成像系統57〇〇包 括一偵測5724及一信號處理器574〇。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）内， 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 限制紐執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57〇6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57〇〇之出射瞳575〇之一表 示法。圖180顯示來自圖157之成像系統51〇1之出射瞳5乃2 之一表示法，其具有一非球面光學元件51〇6。出射瞳5752 不耑要形成一影像5744。相反，需要時，出射曈5752形成 一模糊影像，其可藉由信號處理器574〇來操縱。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。 120300.doc -150- 200814308 在圖178之範例性系統與圖158之系統之間的唯_光學、 異係分別在專用相位修改元件5706與光學元件5丨〇6之間差 ^ &在實際中由於系統約束，對於圖157之光學元件存 極少數的組態選擇，但對於圖178之各種光學元件之各元 件存在大量的不同選擇。儘管圖157之成像系統之要求^ (例如)用以在影像平面處產生一高品質影像，但圖”8之： 統：唯-：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，則更在沾染们則器雜訊過程中不會丢 失貧訊内容。儘管在圖178之範例中的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 振而恒疋。各光學元件可取決於選定以在影像平面處獲得 MTF及/或影像資訊用於特定應用之一出射瞳之特定^態 而為一般或獨特。 心 比杈圖158至16〇所述之系統，考量圖181至183所述之系 統。圖係說明對於不m線角，透過圖178之範例性 成像系統之光線傳播之—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圖178之系統之效能。如 圖182所示，此系統展現贿575〇,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7〇 lp/mm下作為場角之—函數的㈣僅變化大約—Μ因數。 此變化在影像上在此^間頻率下在效能要比圖158至16〇所 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:所需信 120300.doc -151 - 200814308 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圖丨7 8之孔徑光闌附近添加用 於影響一預定相位修改之一表面影響圖184及185所示之系 統，其顯不光學焦散透過場之一比較。圖184係在偵测器 5124附近® 156至157之成像系統5HH之-光線執跡分析了 圖184顯不光線延伸過影像平面5125以在獲得最高電磁能 買濃度（由箭頭5760指示）時顯示離影像平面5125之距離變 更。沿光束寬度最小的光軸（在2上）之位置係用於一光束 ί 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、5 6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576〇濃度係觀察到在影 像平面之前。電磁能量576〇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。即對於圖157至162之系統，此移動引起乂打下降 作為場角之一函數。本質上，圖184及185顯示用於圖157 / 至162之系統的最佳聚焦影像平面作為影像平面位置之一 I 函數而變化。 作為比較，在用於圖178之系統之影像平面5725附近的 光束如圖185所示。光束5772、5774、5776及5 778不會聚 成一狹窄寬度。實際上，難以為該些光束找到最高電磁能 ΐ濃度’由於最小光束寬度似乎沿Ζ軸存在於一較寬範圍 内 不存在顯著的光束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1 83之資訊，即存在很少的圖178之系統之場相依效能。 120300.doc -152- 200814308 換言之，用於圖178之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，其可在光學元件5106處組合最初光學表面。一可 矩形分離形式係由等式（9)給出： p(^y)=Px(x>Py(y), 等式（9) 其中在此範例中Px=Py。用於圖178所示之範例的ρχ(χ)等式 係由等式（10)給出： A (X) = 一564Χ3 + 3700Χ5 - (1 · 18 X1 ο4 )χ7 — (5·28 x i〇5 >9， 等式（1 〇 ) 其中px(X)單位為微米而空間參數\係當單位使用時與 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，比較圖158之系統，此 專用表面添加大約13個波至圖178之系統之波峰至波谷出 射瞳光程差”OPD”。圖186及187分別顯示來自圖158及圖 178之光學元件5 106及專用相位修改元件57〇6之2D表面輪 廓之等咼線圖。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15 8)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57〇6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57〇6之一製 作母版仍將更容易。取決於所使用晶圓級控制之類型，可 120300.doc -153 - 200814308 能需要不同形式的出射瞳。 Π、、、光予之錢際裝配容限可能較傳統光學器件裝配之 實際裝配容限士。M L f ▲ 軚大例如，堵如圖177所示之共同基底之 ，度變更可能為5至2〇微米，視共縣底之成本及大小而 疋各接合層可具有在5至1〇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 門隔物類i而定。#同基底之彎曲或想曲可能容易地達數 百鉍米田起添加時，在一晶圓級光學上的總厚度變更 可犯達到50至1〇〇微米。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、、统。在沒有—重新聚 …、γ驟之h况下，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15〇微米裝配誤 差引入成像系統5 1 〇 1時在圖j 5 7之系統上由於裝配誤差所 引起之影像劣化之一範例。圖188顯示當沒有任何裝配誤 差存在於成像系統内時的乂打579〇及5792。如圖188所示 之MTF係圖159所示之該等Mtf之一子集。_ 189顯示在存 在150微米裝配誤差之情況下的Μτρ ”料及”％，模型化 為圖之影像平面移動15〇微米。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 曰曰圓級裝配製程中的此類較大誤差將會引起極低的良 率 〇 可透過實施圖178之成像系統57〇〇所演示之一專用相位 修改兀件及圖190及191所示之相關改良mtf來減小裝配誤 120300.doc -154- 200814308
差在圖178之系統上的影響。圖190顯示當沒有任何裝配誤 差存在於成像系統内時分別在信號處理之前及之後的MTF 5798及5800。MTF 5798係圖1 82所示之該等MTF之一子 集。在圖1 90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15〇微米裝配誤差時 分別在信號處理之前及之後的MTF 58〇2及58〇4。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57〇〇之良率可能較高，暗示著來自此系 統之影像解析度將—般會優於圖158所述之傳統系統（即便 沒有製作誤差）。 如^述，成像系統5700之信號處理器湖可執行信號處 理以攸-影像移除一成像效果，例如由專用相位修改元件 的一模糊。信號處理器5740可使用-2d線性濾 波為來執4亍此類作缺♦ . —胃顯示—轉㈣波器之 專：線圖。該2D線性數值遽波器具有如此小的核 ^ 使传可實施在鱼偵測写 需之全電路上產生最終影像所 ::王…處理’如圖178所 低成本與最緊密實施方案。 的正口允+最 此相同濾波器係用於圖190及191 數值表示法。在 斤不之成像系統5700之 ^ 一晶圓級陣列中I v # 不必使用唯一濾波器用於 120300.doc -155- 200814308 各成像系統。實際上，在特定情形中可能較有利的係使用 -組不同信號處理用於_陣列中的不同成㈣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 f 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說明圖178之成像系統對於裝配誤差比 圖158之成像系統更不敏感之原因。圖193顯示對於圖μ? 之成像系統5101，在70 lp/mm下的透焦MTF 58〇6。圖194 顯示用於圖178之成像系統5700相同類型的透焦MTF 5 808用於圖1 5 7之糸統的透焦MTF 5 806甚至關於一 5 〇微 、 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194係圖159及184所示之場曲之另一 /貝示。在僅5 〇微米的影像平面移動下，成像系統5丨〇 1之該 等MTF明顯地變化並產生一較差品質的影像。成像系統 5 1〇1對影像平面移動及裝配誤差具有一較大敏感度。 作為比較，來自圖178之透焦MTF 5808極為寬廣。對於 5〇、100或甚至15〇微米的影像平面偏移或裝配誤差，可以 看出’ MTF 5 8 0 8變化極少。場曲也在一極低值下，色差及 120300.doc -156- 200814308 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曈。 由圖179之出射瞳所表示的圖178之特定成像系統僅為一範 例。存在若干組態，其平衡所需規格及產生的出射瞳以一 叙在aa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（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 且可旎在光學裝配件與偵測器之間間距之元件的影響。該 些疋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 更而數目的光學表面而提供—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581〇之一斷面圖，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 120300.doc -157- 200814308 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之材料之折射率的一折射率，且在使用軟 體刀具最佳化光學器件設計時將其存在考慮在内，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 之間個別間隔物之需要。塊狀材料5812可旋塗於一共同基 底58丨4之上，共同基底5814包含光學元件581〇以獲得高= 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 f 加總製造良率。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，複製光學元件581〇及塊狀材料 5 8 12係類似膨脹係數、剛性及硬度但不同折射率之聚合 物。 圖196顯示來自前述晶圓級成像系統之該等區段之一。 该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582〇。複製元件5820可形成在 共同基底5 824之一表面上或其内。明確而言，若表面5827 定義共同基底58 24之一表面’則可視元件形成在共同基底 5824内。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内。 可使用習知此項技術者所瞭解的技術來產生該等複製光學 元件’且其可以係會聚或發散元件，視形狀及材料之間的 折射率而定。該等光學元件還可以係圓錐形、波前編碼、 120300.doc -158- 200814308 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))。該等光學元件還可整 合在共同基底内及/或其可以係該塊狀材料之一延伸，如 圖1 96所示。在一具體實施例中，該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。
/ V 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，該系統之間隔係受厚度心（共同基底）、d〆重疊光 學元件5810(2)的塊狀材料）、K複製光學元件581〇(2)之基 底）及旬（重疊光學元件581〇(1)之塊狀材料）的控制。應注 意，距離旬還可表示為個別厚度心與九之一和，分別即光 學元件581〇(1)之厚度與光學元件上的塊狀材料Μ。之厚 度。而且，此處表不的厚度例示可控制的不同厚度，且不 疋表不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人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顯示包括谓測器5請的一晶圓級成像系統陣列 则，顯示可遍及整個成像系統則延伸間隔物之移除至 支撐編5請之共同基底卿)。在圖195中，該等複 製光學元件5810之間的間隔物在^ 的間隔物係由七來控制，即共同基底 厚度。圖19 8顯示一替代性且#會 一 代Γ生/、體實鈀例，其中在光學元件 120300.doc -159- 200814308 5830之間可出現的最近垂直間隔係由塊狀材料5832之厚度 ch控制。可注意到，圖197中的該等元件之多個次序排列 可行，且隔離光學元件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5820)，且還可使用共同 基底5834(1)之厚度來控制間隔。可進一步注意到，在該成 像糸統s己憶體在的光學元件可包括如圖16 6所示及本文先 前所述之一主光線角校正器（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陣列585〇，其包括形成於 共同基底5860上的偵測器5862。晶圓級成像系統陣列585〇 不需要使用間隔物。光學元件5854係形成在共同基底5852 上且在光學元件5852之間的區域係填充有一塊狀材料 W56。塊狀材料5866之厚度t控制從光學元件“Μ之表面 至偵測器5860之距離。 使用複製光學元件聚合物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】的及 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該等 :料：使得在其折射率之間的差足夠大以提供各表面之所 而光學功率’ t中最小化各介面處的菲涅耳損失及反射。 圖199顯示—晶圓級成像系統陣列侧之—斷面圖。各成 像糸統包括形成在一共同基底59〇3上的層疊光學元件 120300.doc -160 - 200814308 5904層豎光學元件5904之一陣列可連續地形成在共同基 底5903上（即首先層疊光學元件59〇4(1)而層疊光學元件 5904(7)最後）。接著層疊光學元件59〇4及共同基底”们可 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 逢光學元件5904(5)可以係一彎月面元件，元件^⑽丨^及 5904(3)可以係雙凸元件而元件59〇2可以係一繞射式或菲涅 耳元件。此外，元件5904(4)可以係一平/平元件，其唯一 功旎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共同基底上（即 層疊光學元件5904(7)在先而層疊光學元件59〇4(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591〇包括形成於共同 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 @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1 〇6隨即論述額外範例。 圖199及200所述之一設計概念如圖2〇1所示。在此範例 中’該等兩種材料係選擇以具有折射率η^=2.2&ηι〇=1·48 而阿貝數Vhi=Vlo = 60。用於nl0之值1.48係商用於光學品質 120300.doc -161 - 200814308 7紫外線固化凝職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。用於叫之值”係 選擇作為一合理上限，其與藉由將Ti〇2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在層疊光學元件5924之個別層 5924(1)至5924(8)之間包含八個折射率轉變。使用表㈣ 歹J之5亥等係數來說明該些轉變之非球面曲率。層疊光學元 ，件5924係形成在共同基底節上，共同基底洲可用作谓 (測器5926之一蓋板。應注意，上面放置孔徑光闌5922之第 -表面不具有任何曲率。因為此點，所呈現之成像系統具 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)係該影像器中的主要聚焦元件。剩餘層5924(幻至 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。選擇用於該塊狀層 、(在層5924(2)與5924(3)之間）的一低折射率材料允許在視場 内更快速地散佈光學扇形以匹配影像偵測器區域。在此意 義上’此處實用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2〇1之成像系統5920各種光學效 月b度ΐ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 120300.doc -162- 200814308 (例如）行動電話應用中所使用的相機模組。 折射率 半徑(mm) 層中心 厚度 (mm) A1 (r2) A2 (r4) A3 (r6) A4 (r8) A5 (r10) 驰垂度 (μπι, P-V) 5924(1) 1.48 0.300 0.110 0 0 0 0 0 0 5924(2) 2.2 0.377 0.095 0.449 0.834 -1.268 -5.428 -35.310 73 5924(3) 1.48 0.381 1.224 0.035 0.370 1.288 -10.063 -52.442 9 5924(4) 2.2 0.593 0.135 0.077 -0.572 -0.535 -0.202 -3.525 90 5924(5) 1.48 0.673 0.290 -0.037 0.109 -0.116 -0.620 0.091 29 5924(6) 2.2 0.821 0.059 -0.009 0.057 0.088 -0.004 -0.391 16 5924(7) 1.48 0.821 0.128 0.019 -0.071 -0.115 •0.101 0.057 67 5924(8) 2.2 0.890 0.025 -0.178 0.091 0.093 0.006 0 54 表47 光學規格 目標 轴上 平均MTF @Nyquist/2，軸上 >0.3 0.624 平均MTF @Nyquist/2，水平 >0.3 0.469 平均MTF @Nyquist/4，軸上 >0.4 0.845 平均MTF @Nyquist/4，水平 >0.4 0.780 平均MTF @ Nyquist/2，角落 >0.1 0.295 相對照明@角落 >45% 52.8% 最大光學畸變 ±5% -5.35% 總光學執跡 <2.5 mm 2.50 mm 工作光圈數 2.5-3.2 2.60 有效焦距 1.65 對角線視場 >70° 70.0° 最大主光線角(CRA) <30° 30° 表48 圖202顯示成像系統5920之MTF之一曲線圖5930。空間 頻率截止係選擇以與使用一 3.6 μπι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顯示成像系統 -163 - 120300.doc 200814308 5920之空間頻率回應勝過圖158之成德么 取像糸統5 1 〇 1所示之相 當回應。該改良效能可主要歸屬於使用 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& 心万去所可能獲得之光學 表面更高數目之光學表面之容易度，名▲ ^ 在该使用裝配共同基 底方法中’由於較大直徑之機械完整性 一 &凡正沒、如圖158内所例 示之系統内的細薄共同基底，存在對可At 作你耵』犯使用的一共同基 底之最小厚度的一基本約束。圖203 _ - 口 3顯不用於成像系統 f
V 5920之MTF透過場之變更之—曲線圖洲。圖_顯示透 焦MTF之-曲線圖594〇而圖205顯示成像系統592q之㈣ 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 點係在各表面内所需的最小曲率。然@，缺點存在於使用 具有較大Δη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U與U之間的折射率值。 圖206顯示一成像系統596〇，其中所使用的材料具有折射 率11^=1.48及nhi= 1.7。成像系統960包括形成於層疊光學元 件5964之層5 964(1)之一表面上的一孔徑5962。層疊光學元 件5964包括形成在可用作偵測器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内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，該等轉變介面之曲率一半相對於 圖20 1内的該等介面較大程度地放大。此外，相對於圖2〇2 120300.doc -164- 200814308 及203之該等MTF，在圖207之透過場MTF曲線圖5970及圖 208之透焦MTF曲線圖5975内所示之該等MTF記憶體在一 略微減小。然而，成像系統5960提供超過圖158之共同基 底裝配成像系統5 101的一顯著影像效能改良。 應注意到，在圖201至205與206至208中所述之設計相容 晶圓級複製技術。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。 折射 率 半徑 (mm) 層疊 厚度 (mm) A1 (r2) A2 (r4) A3 (r6) A4 (r8) A5 (r10) A6 (r12) A7 (r14) A8 (r16) 馳垂 度(μηι ，ρ·ν) 5964(1) 1.48 0.300 0.043 0.050 -0.593 -2.697 -7.406 230.1 2467 6045 -2.7e5 0 5964(2) 1.7 0.335 0.191 0.375 0.414 3.859 -10.22 -520.8 -4381 1.55e4 2.8e5 73 5964(3) 1.48 0.354 0.917 -0.538 -1.22 2.58 -17.15 •260.5 -1207 2529 -9.96e4 9 5964(4) 1.7 0.602 0.156 -0.323 0.023 -0.259 -2.57 1.709 8.548 7.905 -19.1 90 5964(5) 1.48 0.614 0.174 -0.674 0.125 -0.038 0.308 -3.03 •7.06 3.07 45.76 29 5964(6) 1.7 0.708 0.251 0.0716 -0.0511 -0.568 0.182 1.074 0.159 -0.981 -7.253 16 5964(7) 1.48 0.721 0.701 -0.491 0.019 0.124 -0.061 0.103 -0.735 -0.296 1.221 67 5964(8) 1.7 0.859 0.025 -1.028 0.731 0.069 0.037 -0.489 0.132 0.115 0.161 54 表49 -165- 120300.doc 200814308 光學規格 目標 軸上 平均MTF @Nyquist/2，轴上 >0.3 0.808 平均MTF @Nyquist/2，水平 >0.3 0.608 平均MTF @ Nyquist/4，軸上 >0.4 0.913 平均MTF @ Nyquist/4，水平 >0.4 0.841 平均MTF @Nyquist/2，角落 >0.1 0.234 相對照明@角落 >45% 73.4% 最大光學畸變 ±5% -12.7% 總光學執跡 <2.5 mm 2.89 mm 工作光圈數 2.5-3.2 2.79 Effective Focal Length 一 1.72 對角線視場 >70° 70.0° 最大主光線角(CRA) <30° 30° 表50 圖209說明電磁能量阻障或吸收層5980之使用，其可在 一成像系統（例如系統5960)内用作非透明檔板及/或孔徑， 以控制漫射電磁能量以及源自視場外物件所發射或反射之 電磁能量的影像中假影。該些層之組成可以係金屬、聚合 物或以染料為主。該些檔板之各檔板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。 特徵化為圖209、206、201、181、166、15 8等之該等系 統之任一系統可藉由利用可變透射率材料來併入一可變直 徑虹膜。此組態之一範例將會使用（例如）在孔徑光闌（圖 209之元件5972[A17])處的一電致變色材料（例如W03或普 魯士藍），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W〇3之情況下，將會 120300.doc -166- 200814308
/ 開始劇烈地徹底吸收大多數紅光及綠光頻帶，從而產生_ ^色材料。-圓形電場可在該孔徑光闌處施加至該材料 層。所施加電場之長度將衫吸收光闌之直徑。在亮光條 件下，-較強電場將會減小透射區域之直徑，其具有減小 孔徑光闌之效應，從而增加影像解析度。在—低光照環境 下可工乏3亥電场以允許最大的孔徑光閑直徑從而最大 化6亥影像器之聚光能力。此類電場空乏將會減小影像銳利 度’但-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，由於該孔徑光闌之邊緣現在將 會鬆軟（相對於-金屬或染料會發生的—銳利轉變），該虹 膜會有些被切趾，《而最小化由於該孔径光闌周圍繞射 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-製作母版之—正面上的—陣列，例如八英时 或十二英时製作母版。可能需要包括在—製作母版上的光 學兀件之範例包括折射式元件、繞射式元件、反射式元 件、光柵、遞級折射率（GRIN)元件、次波長結構、: 塗層及濾光片。 ' 圖2H)顯示一包括複數個用於形成光學元件之範例性製 作母版6GGG(例如用於形成光學元件之樣板），其—部分係 有-虛矩形_2來識別。圖211提供關於用於在矩二 内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6_可採用—範例性精確的行列關係形成 120300.doc -167- 200814308 在製作母版6000上。在一範例中，該等行列元件之位置對 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。再次應注意到，本文所示之圖式一般未按比例縮放。 圖212顯示相對於製作母版6〇〇〇之運動軸之一般定義。 對於一給定製作母版表面，該等又及γ軸對應於在一平行 於一製作母版表面6006之平面内的線性平移。該z軸對應 於在一正父於製作母版表面6〇〇6之方向上的一線性平移。 此外，A軸對應於圍繞X軸之旋轉，B轴對應於圍繞γ軸之 旋轉，而C軸對應於圍繞Ζ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 几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6〇16上製作一特徵6〇14之一刀柄6〇12上的一刀尖 6010。一虛線6018指示基板6〇16之旋轉軸，而一直線Μ” 指示形成特徵6014所採取之刀尖601〇之路徑。圖214顯示 刀尖6010之一刀尖切削刃6〇22之細節。對於刀尖切削刃 6022 ’ 一主間隙角Θ(參見圖215)限制可使用刀尖6〇1〇切割 的可能特徵之陡峭度。圖215顯示刀尖6〇1〇之一側視圖與 刀柄6012之一部分。 利用如圖2 13至2 15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。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 120300.doc 200814308 ’’戳記”用於形成光學元件之一特徵陳 丄丄 果形成。然而，此 類先前技術僅產生數個微米級別的制& μ ^ 表作精度與定位容限， 不足以獲得用於晶圓級成像系統之水 心九學容限對齊。實 上，可能難以使該製程適應製作用於_ 、祆％ 一製作母版來形 成一光學元件陣列之複數個特徵。你丨^ 例如，難以精確地指桿 製作母版，以便獲得該等特徵相互柏料αα ★ ^ 一 互相對的適當定位精度。 當試圖遠離該製作母版之中心來掣你 表作特被時，無法在保持 並旋轉該製作母版的卡盤上平衡該勢 f K. 衣邛母版。卡盤上的此 不平衡負載效應可能會惡化定位精声叫 檟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。^ 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，在光學容阳 下，具有定位準確性及製作精度地板上組裝一較大(例： 八英吋或更大）製作母版。然而， 』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3所示之該等成像系統）一般要求在一乙方 向上層疊並在X及Υ方向上橫跨—製作母版分佈的多個光 子兀件（也稱為一"正規陣列"）。例如，參考圖212以獲得相 對於-製作母版的x、uz方向之_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 120300.doc •169- 200814308 形成為具有連續層疊光學元件之一群組。提供大量用於在 -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 各層内的一±4微米z方向變更（假定一零平均數，對應於一 四西釔瑪’欠更）將會為該群組導致一 土丨6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）之成像系统，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 ί 失。此焦點丟失難以在晶圓級相機内校正。類似良率及影 像品質問題產生自在X及γ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 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= 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，更少時間内 產生更面良率製作母版係可行。 在下列揭示内容中，術語”光學元件"係可互換地用以夺 示透過利用製作母版及製作母版自身上的該等特徵要形^ 120300.doc -170- 200814308 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。此類多軸加工組態可能 (例如）配合一慢速刀具伺服（”STS”）方法與一快速刀具伺服 (FTS )方去來使用。如圖2 1 6所示，該慢速刀具伺服或快 速刀具伺服（"STS/FTS”）方法可在一多軸金剛石車削車床 〆（例如一在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π的美國專利案第7,〇89,835號中說 明一慢速刀具伺服之一範例，其如同完全在本文内複製之 程度以引用方式併入本文。 可將一工件固定在一卡盤6〇26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，將一切削刀具 603 0在一刀柱6032上固定並旋轉。反之，可取代刀柱6〇32 I 固定卡盤6026並在Ζ軸上致動其，同時在心軸6〇28上放置 並旋轉切削刀具6030。此外，各卡盤6026及切削刀具6〇3〇 可圍繞Β轴旋轉並定位。 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。切削刀具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 120300.doc -171 - 200814308 6034之前表面的特徵6038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6〇38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，在相同構 造内製造所有特徵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6〇34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6〇34上。 在圖217内的一刀片6042(由一虛圓指示）之細節係如圖 218及219所示。切削刀具6030包括一支撐在一刀柄6〇46上 的刀尖6044,可沿圓鑿軌跡6050,在一方向6〇48上重複地 掠過’以便在製作母版6〇34内形成各特徵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)切削刀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 英忖製作母版6034可在1小時至3天内板上組裝超過兩千個 特彳欢6038 ’視在設計程式過程中所指定的^要求而定，如 圖94至1〇〇所示。在某些應用中，刀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 220八至220〇所示。在圖220八至200(：之範例中，使用一旋 120300.doc -172- 200814308 轉切削刀具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。旋轉切削刀具6〇56係在 螺方疋狀刀具路徑内，在X、丫及2軸上相對於表面6〇54來 致動，從而產生複數個特徵6〇58。儘管圖22〇6及22〇〇中 顯示一螺旋狀刀具路徑，但還可使用其他刀具路徑形狀， 例如一系列S狀或徑向刀具路徑。 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内部角落可能具 Γ有一等於刀具半徑之半徑或圓角，該多轴銳製允許產生非 圓形或自由形式的幾何形狀，例如矩形孔徑幾何形狀。類 似於使用該STS或FTS，特徵6〇58係在相同構造内製作， 故多軸定位係維持至一奈米位準上。然而，多軸銑製可能 一般比使用該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，而多轴銳製可能更適合 「於製作更深表面及/或具有更高斜率之表面。由於表面幾 何形狀直接與刀具幾何形狀相關，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。 儘官已使用具有特定個別方位之各種組件說明前述呈體 實施例之各具體實施例，但應明白，在本揭示案内所述之 具體實施例可採取各種特定組態，各種組件係位於各種位 置及相互方位内且仍不脫離本揭示案之精神及範嘴。例 如’在加工用於形成-光學元件之一實際特徵之前，可使 120300.doc -173- 200814308 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 削刀具的切削刀具（例如，鋸條、碳化矽、氮化鈦）。 作為另一範例，可訂製一旋轉切削刀具至欲製作的一用 於形成一光學元件之特徵之一所需形狀；即，如圖22ιA及 221B所示，一專用形成刀具可用於製作各特徵（例如採用 亦稱為”柱塞”之一製程）。圖22以顯示一組態6〇6〇，其說 月用於在一製作母版6〇64之前表面6〇66上形成一光學元件 之一特徵6062之形成。特徵6〇62係使用一專用形成刀具 6068而形成在製作母版6〇64之前表面⑼“上。在組態⑼⑼ 中，專用形成刀具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 成刀具6068包括在一刀柄6〇74上支撐的一非圓形切削刃 6〇72，使得一在製作母版6064之前表面6066上應用專用形 成刀具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，使用專用形成刀具可在各種製作 方法期間減小切割時間並允許多達9〇。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 徑之商用切削刀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6〇72)來形成特徵6〇62。 此"草圖”程序可藉由減小必須由該專用形成刀具切割之材 料數量來減小處理時間及刀具磨損。 若使用一具有一適當幾何形狀之成型刀具，則可使用一 120300.doc •174- 200814308 切削刀具的一單一直進切削來產生非球面光學元件幾何形 狀。在刀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。若一給定成型刀具之 幾何形狀不完全按照所需非球面光學元件幾何形狀，則可 測量該切割特徵，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）以容納成型刀具幾何形狀偏差，但可能 較為有利地係使用非近似、確切成型刀具幾何形狀。目前 金剛石修整方法限制直線及弧度片斷之數目；即，可能難 以製造具有三個以上直線或弧度片斷之成型刀具，由於該 等片斷之一的誤差之可能性。圖222 A至222D分別顯示形 成刀具6076A至6076D之範例，其分別包括凸出切削刃 6078A至6078D。圖222E顯示一形成刀具6076E之一範例， 其包括一凹入切削刃6080。在刀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3 5 0微米，但可能由 於製作技術改良而消除此類限制。圖222F顯示一形成刀具 6076F，其包括成角切削刃6082。具有凹入及凸出切削刃 之一組合的刀具亦可行，如圖222G所示。一形成刀具 6076G包括一切削刃6084，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 成刀具之旋轉6090A至6090G之對應軸係由一點虛線與一 彎箭頭來指示。
形成刀具6076A至6076G之各形成刀具僅併入所需光學 元件幾何形狀之一部分（例如一半），由於刀具旋轉6090A 120300.doc -175 - 200814308 至6090G產生一完整光學元件幾何形狀。可能較為有利的 係使形成刀具6076A至6076G之形成刀具之邊緣品質足夠 高（例如75〇x至ΙΟΟΟχ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，形成刀具 6076八至60760可在每分鐘5,000至5 0,000旋轉（10>1^)級別上 旋轉並以此速率直進切削，使得可使用該刀具之各旋轉來 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内形成一板上組 裝製作母版。形成刀具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，形成刀具6076A至6076G之刀具壽 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，刀具6076A至6076G可在一由一諸如黃銅 之材料所製成之製作母版内產生數萬至數十萬用於形成個 別光學元件之特徵。 形成刀具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，例如形成刀具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刀具標記來提高。例如，在C軸 模式切割（例如慢速刀具伺服），一抗反射（AR)光柵可藉由 利用一修改後切削刀具而製作在加工表面上。參考圖223 120300.doc -176- 200814308 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⑹％之一部分⑼料 之一特寫圖。製作母版6096包括一特徵6〇96，其用於使用 形成在其表面上的複數個期望加工標記61〇〇形成一光學元 件。可設計希望加工標記㈣之尺寸，使得除了特徵刪 之電磁月匕里導引功能，期望加工標記61〇〇提供功能性（例 如抗反射）。例如’抗反射層之概述見諸於授予卿_等 人之美國專利案第5，GG7，號、授予〇phey等人的美國專 利案第5,694,247號及授予職met等人 6风奶號，各項專利案以引用方式併入本文。❿= 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-專用刀尖(如圖224所示)來獲得。 圖224以正面部分圖61〇2顯示_刀尖61〇4，其已經修改 以在-切削刀61〇8上形成複數個切u嶋。可使用（例 如卿法或此項技術中習知的其他適當方法來依此方式修 整一金剛石切削刀具。作為一範例，組態刀尖61〇4，使得 在裝作特徵6098期間，切削刀61〇8形成特徵6_之整體形 狀而切口 61〇6期望形成加工標記61⑽（參見圖223)。切口 ㈣:之-間隔(即週期6110)可(例如)大約為要影響之電磁 U之波長之—半（或更小）。切口㈣之—深度仙可大 約(例如)為相同波長之四分之—。儘管顯示切口祕具有 =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，可修改切削刀6108之整個掠過以提供切口 120300.doc -177- 200814308 Γ中者該加卫組態之bi^位能力可用於刀具正常加工， 八A 6104之相同部分始終接觸切割中的表面. 圖225及226说明用於影燮雷 θ y響電磁此1之另外組期望加工標 σ 、。在C軸模式切割下（例如使用一 STS法），可藉由 使用J般稱為―”半徑刀具，，之—刀具來形成抗反射光栅（以 3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—特寫圖。製作母版6116包括-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-光學元件。期望加工標記6120可藉由一專 用刀尖（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刀具6124之一部分圖示 6122。切削刀具6124包括一刀柄6126，其支撐一刀尖 6128。刀大6128可以係（例如）具有一切削刃613〇之一半徑 金剛石刀片’切削刃6130具有匹配期望加工標記612〇之尺 寸。對於要景；^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 半而在局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刀具。圖227顯示一 切削刀具6128，其包括一組態用於圍繞一旋轉轴6132旋轉 之刀柄6130。刀柄6130支撐一刀尖6134，其包括一切削刃 6136。切削刃6136係具有一突出6140之一金剛石刀片6138 之部分。圖228顯示刀失6134之一部分之一斷面圖。 可在多軸銑製下使用切削刀具6128來產生一抗反射光 120300.doc -178- 200814308 栅’如圖229所示。用於形成一光學元件之一特徵6144之 4刀6142包括一螺旋刀路徑6146，當組合切削刀具6128 之方疋轉時’產生複雜螺旋標記6148。在刀尖6134(如圖227 所不）上包括一或多個切口及/或突出614〇可用於在表面上 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，切削刀具6128可用於 C軸核式銑製或加工（例如具有取代一 spDT之一旋轉切 削刀具的慢速刀具伺服）。在此情況下，具有一或多個切 口或突出6140之修改切削刀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23〇所示。特徵615〇包括線性刀具路 徑6 152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6丨6〇形成於其上的一 表面6158。製作母版61 56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 120300.doc -179- 200814308 f \ 方法來添加識別標記6162，例如但不限於，銳製、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61 56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617〇 ; 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1 圖232顯示製作母版6156之一刀片6m(由一虛圓圈指 示）之進-步細節。在圖232中可看出，製作母版Η%包括 以一陣列組態形成其上的複數個特徵6丨6 〇。 圖233顯示一特徵616〇之—斷面圖。如圖如所心可將 某些額外的特徵併入特徵616〇之形狀内以在後續複製製程 中輔助產生製作母版6156之”子，，（一製作母版之—”子"係在 本文中定義為藉由使用—製作母版所形成之—對應物 们。該些特徵可與特徵6160同時或在一第二加工製程(例 銑鑽頭加工）。在如圖233所示之範例中，特徵關 二-=表面6174以及一圓柱特徵6176用於該複製製程。 柱幾何形狀如圖233所示，但可包括額外特徵(例 :肋條、台階等K例如用於在該複製製程 此較為有利的係使一光學 包括一非圓形孔徑（或 自由形式/形狀幾何形狀） π 万形孔fe可促進一 件與1測器之匹配。實現此方形孔徑之一方法係 120300.doc 200814308 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23 4顯示一製作母版6178，其上已藉由 銳去方形凸面61 80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“冗 周邊延伸。儘管圖234顯示方形凸面618〇，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 銑製刀具來執行此銑製，但在需要—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61 80之一銑製操作，但該處理次序不會影響最終製作母 版之叩貝。在執行完該銑製操作之後，可平面切削整個製 作母版’《而切割凸面及環面6 i 82。纟平面切削製作母版 6 178之後’可使用該等先前所述製程之—來直接製作所需 光學7L件成何形狀，從而允許環面““與光學元件高度之 大的光子精度谷限。此外，可在凸面618〇之間產生支座特 U而要時，其將促進相對於一複製裝置之Z對齊。圖235 』不製作母版6178之-進_步處理狀態；—製作母版⑴以 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_ 版61 7 8f以形成一匹配子部分 紫外線固化聚合物）至製作母 。圖2：36顯示由圖235之製作母 120300.doc -181 - 200814308 版6178’形成的一匹配子部分6188。模製子部分6188包括一 壞面6190及複數個用於形成光學元件之特徵6丨92。各特徵 6192包括一凹入特徵6丨94，其凹陷至一般方形孔徑6 j % 内。 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61 80’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618〇,以進一步調整修改後方形凸面 之局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,提供提高的刀具容限。 加工製作母版可將製作母版之材料特性考量在内。相關 的材料特性可包括（但不限於）材料硬度、易碎性、密度、 刀口 J谷易度、晶片形成、材料模數及溫度。還可根據材料 特性來考！該等加工常式之特性。此類加工常式特性可包 括（例如）刀具材料、大小及形狀、切割速率、進給速率、 刀：執跡、FTS、STS、製作母版㈣與程式化(例如〇碼） 月匕ί'生拋光製作母版之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 , 大端大小及形狀、存在毛邊、角落半徑及/或用於 形成光學元件之製作特徵之形狀及大小。 120300.doc -182- 200814308 當加工不平坦幾何形狀(在光學元件經常會發現)時，— 切削刀具與-加工刀具之動力學及相互作用可能會引起影 響f上組裝製作母版之光學品質及/或製作速度。-普遍 門題係切削刀具對製作母版表面之衝擊可能會引起機械變 更，仉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-負虛擬f料製程來形成―光學元件之特徵 ( 之製程中在各種狀態下的一製作母版之-部分之-系列說 明。 圖237顯示一製作母版Η%之一部分之一斷面圖。製作 母版61 98包括不加工的一第一材料部分62〇〇與要加工的一 第一材料部分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62〇4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62〇4之 部分共面。虛擬基準平面62〇6係定義為在位於製作母版 6198内，使得遵循劃線62〇4之一切削刀具始終接觸製作母 版6198。由於在此情況下該切削刀具相對於製作母版“％ 而怪定地偏置，故實質上消除由於間歇接觸製作母版6198 之刀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62〇8，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 120300.doc • 183 - 200814308 磨、金剛石車削或打磨）以獲得所需驰垂度值。 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62 14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62〇8(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 工刀具所形成之對應角落之銳利度，該加工刀具必須重複 接觸製作母版6198並因此可能每次在製作母版6198之材料 接觸該刀具時震動或”哜嗒作響，，。 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，一切削刀具可沿著或 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之一表面的刀具執跡斜率之 一較大變化或不連續變化）時，由於預料一銳利執跡變化 及減速旋轉之控制器内的"預見”功能，製作機器可自動減 小忒製作母版之RPM，以試圖減小由於銳利執跡變化（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2U，可在圖24〇至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 減輕銳利執跡變化之影響。在圖24〇至242所示之範例中， 在製作母版62 18之頂部表面6220上方定義一虛擬基準平面 120300.doc -184- 200814308 6234 ;在此情況下，可將虛擬基準平面稱為一正虛擬基 準。圖240包括一範例性刀具軌跡6222，較切削刀具遵循 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 性刀具執跡6224，較從虛擬基準平面6234向特徵表面6236 之刀具軌跡6222，其轉變更銳利。圖242顯示圖24〇所示之 刀具執跡之一離散形式。 使用如圖240至242所示之一正虛擬基準可減小刀具衝擊 動力予之嚴重性並禁止加工刀具減慢旋轉製作母版之 RPM。因此，比較不使用正虛擬基準之製作，可在更少時 間内（例如3小時而非14小時）來加工製作母版。如正虛擬基 準技術所定義，刀具執跡可内插從虛擬基準平面6234至特 徵表面6236之刀具執跡。在特徵表面6236外部的刀具執跡 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，同時仍獲得所需 特徵馳垂度。使用一正虛擬基準允許程式化減小銳利刀具 軌跡變化發生軛虛擬刀具執跡。 在實施虛擬基準技術中定義刀具軌跡過程中，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（該轨跡之第二導數）及衝擊（該執跡之第 三及更高導數）。最小化此類刀具執跡突然變化可產生具 有改良拋光度（例如較低Ra)與對所需特徵馳垂度的更佳保 120300.doc -185- 200814308 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i磅而 非大於1GG碎），但具有—潛在缺點’即減小的抛光品質（例 如更高Ra)。然而，使用FTS加工，刀具衝擊動力學因為更 快的加工速度而相當程度不同，且刀具可更容易地回應銳 利執跡變化。 f
如圖242所示，可將刀具執跡6226離散成一系列個別點 (由沿執跡6226的點所表示）。一點可表示為一χγζ笛卡爾 座標三元組或一類似圓柱（Γθζ)或球形（ρθφ)座標表示法。 取決於離散密度，用於—完整自由形式製作母版之刀具執 跡可具有數百萬點定義於其上。例如，分成iGxiG平方微 米^各八英吋製作母版可包括大約300百萬個執跡點。在 更高離散度下的i 2英对製作母版可包括大約十億個執跡 點。此類資料集之較大規模可能引起機器控制器問題。在 特定情況下彳能藉由添力口更多記憶體或遠端緩衝至機H控 制裔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刀具之執 跡插值來補償。例如，線性插值（例如G碼GO 1) —般需要大 里點來疋義一般非球面表面。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g〇2/〇3)，可能需要更少的點來定義相同的刀具 軌跡 ~第二解決方案係不將該製作母版之表面視為一單 120300.doc 200814308 特ΙΓΐί 成用於形成光學元件之類似 的一表面。例如，可將在上面欲形成 旋轉的該類型元件之一陣列。因 ：田十移及 :件：使用此表面離散化，可減小該資料集之規模；例 絲在具有二千個特徵的一製作母版上，各特徵要求一千 ί \
nH钭集包括—百萬個點，同時利用該離散化 、、一生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）。 一加工細作可在加卫部分表面上留下刀具標記。對於光 學元件，特定類型的刀具標記可能會增 的，…員失或引起像差。請顯示一製作=;8 之口ρ刀之if面圖，具有用於形成一光學元件之一特徵 _〇形成於其上。特徵624〇之一表面6244包括扇形刀具標 6己。在圖245中放大表面6244之一子區段（由-虛圓6246指 示）0 圖244顯示在虛圓6246内的區域内表面6244之一部分之 -放大圖。利用特定近似，此範例性扇形表面之形狀可由 下列刀具及機器等式與參數來定義：
RPM 广=_^_及 等式（11) 等式（12) 等式（13) 120300.doc -187- 200814308 專式（14) f = 2RPM^2hRt ^ 其中：
Rt=單晶鑽石切削（SPDT)刀尖半徑=0 5〇〇 mm ; h =波峰至波谷尖點/扇形高度（”刀具壓印，，）=丨〇 n瓜，·
Xmax=特徵 6240之半徑=i〇〇 mm ; RPM=估計的心軸速度=15〇 rev/min(估計的心軸速 度）； ^ ( f=橫跨特徵的橫向進給速度（在慢速刀具伺服模式下 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），以历饥定 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，其係重疊刀具路徑與該變形而非 從製作母版6238移除材料之結果。此類毛邊及不規則狀尖 1/ 點可能會增加產生表面之^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，並因此會餘刻地更快。對於由鋁或黃銅所形 成的一製作母版6238，可使用一蝕刻劑（例如氣化鐵、具 有鹽酸與硝酸的氯化鐵、具有麟酸及硝酸的氣化鐵、過硫 120300.doc -188- 200814308 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 HN03 + 5 份 CH3COOH+2 份 H2S04+28 份 H2〇。此外，I 組合攪拌使用一蝕刻劑，以確保各向同性的蝕刻動作 蝕刻速率在各方向上相等）。對於特定金屬及蝕刻能需^ 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: 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
式餘刻製程。 L 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： ，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 係一板上組裝製作母版以^之―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、㈣、⑽、㈣〇、626^ 咖4、6266、6268(統稱為特徵6254至62叫係測量以特徵 化其光學品質，並因此特徵化所採用之加工方法之效能。 圖2+47至254顯示個別特徵之測量表面誤差（即與一期望表 面冋度之偏差）之等高線圖6270、6272、6274、6276、 120300.doc 200814308 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上之一特徵位 置的一向量；即刀具在一正交於此向量之方向上橫跨該特 徵而移動。在圖247至254中可看出，最大表面誤差之區域 位於刀具入口及出口處，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4〇 nm的一等高 線位準偏移；如圖247至254所示的測量特徵具有與離期望 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 RMS值（在上述各等高線 圖指不）。在如圖247至254所示之範例中，尺]^8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°亥專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圓，但在該些圖 ^中所指示之該等RMS值仍大於—製作母版内可能需要的 該等RMS值。此外，該些圖示顯示該等讓值與對稱性二 者似乎對對應特徵相對於該製作母版的—徑向及方位角位 置敏感。邊表面块差之該等對稱性及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 I作$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，使得雲I舌 要重做（例如平面切削）或刮削一板上 組裝製作母版。儘管可台t T犯無法重做製作母版（由於重新對 120300.doc -190. 200814308 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 ^至-加工刀具。現在結合圖216參考圖⑸，顯示加工組 " 之4改。一多軸加工刀具63〇2包括一現場測量子 系統6304,其可用於度量及校準。可固定測量子系統讓 〆 以-協調方式與(例如)固定在夾刀柱6〇32上的刀具刪一 起移動。加工刀具6302可用於執行校準子系統侧相對於 夾刀柱6032之位置。 作為：校準程序之一範例’可暫停一製作常式之執行， =測：：削特徵用於核實幾何形狀。或者，可執行此類 二…:製作常式繼續。接著可使用測量來實施一回 义：以杈正6亥等剩餘特徵所需之製作常式。此類回授 程Γ(例如補償切削刀具磨損及可能影響良率的其他製 =數^精由（例如）—接觸式鐵筆（例如一線性差動㈣ 二=):針)來執行測量’該接觸鐵筆係相對於要測量 一替=並:Γ製作母版執行單一或多個旋刮。作為 量。可（例如）藉由利用-接觸已產生特徵之LVD;探^^ 切削製程同步執行測量，同時該切削刀：十:與 徵。 /、止在產生新特 圖256"、、貝不一現場測量系統在圖255之多軸加 一範例性整合。在 刀八内的 在圖256中，清楚起見未顯示夹刀柱 120300.doc 200814308 6032。儘管刀具6030在製作母版63〇6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63 〇4(以虛框 包圍）測量刀具6030在製作母版63〇6上先前形成的其他特 徵（或其部分）。如圖256所示，測量子系統63〇4包括—電磁 能量源6308、一分光器6310及一偵測器配置631〇。可視需 要添加一鏡面6312，（例如）用以重新引導從製作母版63〇6 散射的電磁能量。 繼續參考圖256，電磁能量源63〇8產生透過分光器631〇 Γ 傳播的電磁能量之一準直光束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63 16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632〇重新引導。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 I 置63 10記錄。 仍參考圖256，在一第二方法中，分光器631〇係順時針 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63 10僅捕捉來自透射部分6318之資訊。在此第二方法 中，不而要鏡面63 12。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63〇6係透明時包括干涉度 量資訊。 由於C轴（及其他轴）係編碼在製作常式内，故相對於該 120300.doc -192- 200814308 度量系統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63〇4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63〇4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=間 的閃光燈，以有效地凍結製作母版63〇6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 f 訊之分析可藉由（例如）圖案切削至一已知結果或藉由校二 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 製作母版内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631〇處的影像將 會顯示像散並橢圓形界定。因此，強度及像散（或其缺失） 、S示製作母版6306之特定特性。_第二範例關於表面抛光 及表面瑕疫。當表面拋光較差時，該等影像之強度可能由 於來自表面瑕症之散射而減小且在债測器配置631〇處記錄 的-影像可能不均勻。可根據測量系統63〇4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-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 120300.doc -193 - 200814308 製作母版6306之特性 以決定 在具體實施例中，在二不同波長下組合來自二不同感 測為或來自一光學系統之資訊幫助將許多相關測量轉換成 、、、邑對里。例如，結合一光學測量系統使用一 LVDT可有助 於k仏實體距離（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 决疋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 =)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。在本申請案之背景内，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 \ 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-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 :著特徵係可使用上述方法製作的對齊特徵之範例。當運動 由數目與物件之間施加的實體約束數目總計6(即三平移盥 二旋轉）時’可滿；1二物件之間的真實運動學對齊。當^ 在J於6個軸時，產生偽運動學對齊，故對齊受到約束。 120300.doc -194- 200814308 =顯示運鮮對㈣徵在光衫_(例如在數十 別上）具有對齊可重複性。對齊 作 Z丁…'、. 製作母版自身〜用於形成光學 裝之區域之外。此外或視需要地，對齊特徵可;二 接 仵之間的相對放置及方位之特徵或姓 I例如’可配合視覺系統（例如顯微鏡）與運動❹ ❹人）使用此類對齊特徵以相對定位製作母版表面 離物件以致動陣列成像系統之自動裝配。 /、刀 f \ 圖257顯示其上支樓一製作母版6324的—真空卡般 6322。製作母版6324可_如）玻_在特請主波長下 不透明的其他材料來形成。真空卡盤⑽包括圓柱形元件 6326 6326及6326 ’其用作—偽運動學對齊特徵組合之 -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⑽包括凸出元件咖、 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、6326,1 6326’'。圓柱形元件6326、6326，及6326,,與凸出元件^“、 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mu之圓柱形軸徑向 對齊（即所有圓柱形元件旋轉9〇度）。各凸出元件633〇、 633 0’及633 0"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内的精確加工球。其他運動學對齊特 120300.doc -195- 200814308 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63 30’’係區域近似圍繞真空卡盤63 22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26〇 及261顯示可適用於取代圓柱形元件6326與凸出元件633〇 之組合的替代性運動學對齊特徵組態。在圖26〇中，一真 空卡盤6332包括組態成用以匹配凸出元件633〇的一 v形槽 口 63 34。在圖2ό1中，凸出元件ο 3〇在一平坦表面Mu處 匹配一真空卡盤6336。圖260及261所示之運動學對齊特徵 組態同時允許控制製作母版6324與製作母版6328之間的z 方向高度（即垂直於製作母版6324之平面）。凸出元件633〇 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，因此在製作母版〇24與製 作母版6328之間的Z方向對齊可控制在次微米容限内。 蒼考圖257及258，構思形成額外的對齊特徵。例如，儘 管如圖257及258所示之爲運動學對齊特徵組合可幫助製作 母版6328相對於真空卡盤⑽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-解決方案，可藉由在製作母版6328及/或直空卡 盤㈣上使㈣外基準以獲得旋轉對齊。在本中請案之背 120300.doc -196- 200814308 厅、内基準應理解為形成在製作母版6324上以指示製作母 版6324相對於_分離物件之對齊的特徵。該些基準可包括 (仁不限於）徑向劃線（例如直線6340及6340,，參見圖258)、 同〜例如環6342，圖258)及游標6344、0340、6348及 6350例如’徑向線特徵634〇可藉由在一〜〇·5 μιη深度， 在钇向線上橫跨製作母版6328拖曳刀具，同時保持心軸 固疋（不％轉），使用一金剛石切削刀具來產生。分別位於 ’、卡现6322及製作母版6328之一外部周邊上的游標63 44 及6348可藉由在一〜〇·5 深度下，在一徑向線上，橫跨 ”二卡盤6322或製作母版6328反複拖曳刀具，同時保持心 車口疋，接著脫離刀具並旋轉心軸，使用一金剛石切削刀 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635〇可藉由在一〜〇·5 深度下， 在拴向線上，橫跨製作母版6328重複拖曳刀具，同時保 持心軸固定；接著脫離刀具並旋轉心軸，使用一金剛石切 削刀具來產生。同心環可藉由直進一切削刀具至製作母版 一極小數量（〜0.5 μιη)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收回刀具，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 又叉。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ON，由此製作 母版6324之特疋實體尺寸及特性（例如厚度、直徑、平坦 120300.doc -197- 200814308 度及應力）對於對齊變得無關緊要。大於製作母版厚度容 限的在製作母版M24與製作母版63M之表面之間的間二可 藉由添加該等對齊元件（例如環6324)之額外高度來有意形 成。在製作母版偏離標稱厚度時，則一複製聚合物可僅填 充在此厚度内。 ^ ,、、、員示複裝糸統6 3 5 2之一範例性具體實施例之一 斷面圖’ Λ處顯示以言兒明在冑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 63 5 6及一真空卡盤6358係藉由對齊元件636〇、6362及〇64 之、、且口來相互對齊。例如，可使用一壓力感應伺服壓機 63 66來將真空卡盤6358與製作母版63 54壓制在一起。藉由 ，細地控制夾力，在Χ、Υ及Ζ方向上該“之重複性係在 U米、、及別上。一旦正確對齊並壓制，可將一複製材料（例 如务外線固化聚合物）注入在製作母版6354與共同基底 =56之間定義的體積6368内；或者，可在對齊並壓制之 刖’將该複製材料注入於製作母版6354與共同基底6356之 間。隨後，料線固化系統637〇可將該聚合物曝露於紫外 線電磁能ϊ並將該聚合物凝固成子光學元件。在凝固該聚 口物之後，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刀具組態來製造用於形成光學元件 之製作母版。各加卫刀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^加卫刀具組態允 許利用可用於形成特定類型特徵的特定類型刀具。此外， 120300.doc 200814308 =多個刀具及/或特定加工刀具 及精度下進行所右V 疋隹位间準確性 料加工刀具移除-以製作母版之能力。#作而不尚 形的係為了維持光學精度，使用-多軸加工刀具 y 於形成-光學元件陣列之特徵 包括下列步驟序列：n將制I 的t作母版可 卡m $山 ）夺1作母版固定至一固定器（例如一 ί i 作了广'等效物）；2)在製作母版上執行預備加工操 ，，於形成光學元件陣列之製作母版特徵之一表面 直接裝作，及4)在製作母版表面上直接製作至少一赢 特徵；其中在該等執行及直接製作步驟期間，該製作絲 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 多個刀具。顯示第一及第二刀具6374及6376，但可包括額 外刀具，視各刀具之大小與z軸級之組態。第一刀具6374 在軸XYZ具有多個運動度，如標注X、^及2的箭頭所示。 如圖263所示，第一刀具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。第二刀具ο% 係定位用於車削製作母版6378之外徑（OD)。第一及第二刀 具6374及6376可同時係SPDT刀具或任一刀具可以係一不 120300.doc -199- 200814308 同類聖例如用於形成更大、更低精度特徵（例如島凸面 元件）的呵速錄條，如本文上面結合圖234及23 5所述。 圖264顯示_加工刀具638〇，其包括一刀具。”^例如一 SPDT刀具）與一第二心軸6384。加工刀具6380與加工刀具 72相同，除了用第二心軸6384交換該等刀具之一。加工 刀具6380較為有利地用於包括銑製及車削二者的加工操 作例如，刀具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 成刀具或球頭銑刀用於在用於形成光學元件之製作母版 6368之表面上產生陡峭或較深的特徵。製作母版6368可固 疋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5〇 〇〇〇或⑽ RPM旋轉的一高速心軸。一 1〇〇,〇〇〇 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 刀具6382，由於心軸6384能夠（例如）加工自由形式的陡峭 斜坡並利用形成刀具，但刀具6382可用於（例如）形成對齊 標記與基準。 圖265顯示一加工刀具6388，其包括第二心軸^卯與丑軸 旋轉運動。加工刀具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刀具之未移動中心並 用於使用一翼形刀或平頭銑刀來連續地刻面凸表面。如所 示，第二心軸6390係一慢速5,〇〇〇或1〇,〇〇〇 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 2 6 4之加工刀具6380的一高速心軸。 120300.doc -200- 200814308 圖266顯示一包括b軸運動的加工刀具6392、多個夾刀柱 63 94及63 96、及一第二心軸6398。夾刀柱63 94及63 96可用 於固定SPDT、高速鋸條切削刀具、度量系統及/或其任一 組合。加工刀具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，加工刀具6392包括黏附至夾刀 柱63 94的一 SPDT刀具（未顯示）、黏附至夾刀柱6396的一干
i 涉儀度量系統（未顯示）及夾持在心軸6398上的一形成刀具 (未顯示）。旋轉B軸可提供額外空間以容納額外的夾刀柱 或比不使用B軸可能提供的一更大範圍的刀具及刀具位 置。 儘官現今不常見，但可利用併入懸臂 該懸臂心軸垂直懸掛於—工件之上。在—懸臂組態下，一 軸係絰由一臂從Χγ軸懸掛而一工件係固定在一 z軸級 上此組悲之一加工刀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 =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—微米，但還受溫度、工件重量、刀具壓力及 :刺激物的衫響。Λ點對於較短行程可能不足為慮；但 :在加工較大部件之情況下’ -具有-校正值之杳找表可
併入軟體或柝制哭如m α衣J 磁滞還可:, 内用於任-軸，不論線性軸或旋轉的。 由單…女 ㈣偏I在-元整加工操作期間可藉 由早向刼作一軸來避免磁滞。 多個刀具可藉由執行一系列加工操作及所形成特徵之測 120300.doc -201 . 200814308 量來位置相關。例如，對於各刀I ·· υ設定一初始加工座 標集；2)使用該刀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(例如一刀具上或刀具外干 涉儀）來決定所形成測試表面之形狀及其任何偏差。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，， 刀具加工座標之間的一偏移相關。使用該偏差之分析，可 決定用於刀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刀具。利用G碼命令G92(”座標: 統集”），可儲存並程式化座標系統偏移用於各刀具。還可 藉由利用該刀具内測量子系統而非利用一刀具外干涉儀決 定所形成測試表面之形狀，使刀具内測量子系統（例如圖 255之子系統6304)與任一刀具相關。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 ；8或Z軸上的一第二 ^軸固疋其上的該等心軸或工件可藉由測量總指示偏搖 度（TIR )，同時在其軸上旋轉心軸並隨後在χγ移動◦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 定加工刀具子系統、軸及刀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刀 組態6400，其包括期望加工標記。翼形刀組態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 形刀具6402係附著至一 c軸心軸且接合製作母版64〇4並相 對其旋轉。翼形刀具64〇2相對於製作母版64〇4之旋轉在製 作母版6404之表面上產生一系列溝槽6406。製作母版6404 120300.doc 200814308 可在一第一心軸6408上旋轉一第一 120度，接著_第— 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，一翼形刀組態可較有利 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之翼形刀組 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内形成一抗反 射釋放圖案。例如，一具有一 12〇 nm刀尖之spDT可用於 切削分開大約400 nm及1〇〇 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）内時，其將為從大約4〇〇至7〇〇 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 120300.doc -203 - 200814308 光 翼形切削及/或使用一專用刀具來執行 個光學元件可在至少 。因而，複數 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 f 造方法，其涉及形成若干光學元件之—或_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。 參 \ 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，但在該些方法中可產生之層數沒有任何上限。 圖269說明一製程流程，其中一共同基底係圖案化有交 替尚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 顯示僅一單一層疊光學元件層之形成；但是圖269之製程 可（且可能會）用於在一共同基底上形成一層疊光學元件= 120300.doc -204- 200814308 列。該共同基底可以係（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 該谓測器陣列之組合將會形成陣列成像系统。該流程圖所 示之方法開始於一共同基底與一製作母版，其可分別使用 黏著劑或表面釋放劑來處理。在此製程中，將模製材料珠 沈積在該製作母版或該共同基底上。該模製材料f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該 製作母版，但應能夠在處理之後固化或硬化。例如，該模 製材料可以係-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。該模製材料還可藉由真空作用來 消磁’之後將其施加至該共同基底，以便減輕可能由於失 帶氣泡所引起之光學瑕疵之可能性。 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8000。在步驟8〇〇2，一模製材料8〇(ma(例如一紫 外線固化聚合物）係沈積在一共同基底8〇〇6之間，共同基 底8006可以係一矽晶圓，其包括一 CM〇s —測器陣列與一 晶圓級製作母版8008A。製作母版8008八係在精確容限内 加工以提供特徵用於定義一可使用模製材料模製之層疊光 學疋件陣列。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8〇〇8A之一光學元件陣列的内部空 間或特徵，將模製材料8〇〇4A模製成一預定形狀。模製材 料8004A可選擇以在該材料之未固化或固化狀態下提供與 没计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 120300.doc -205 - 200814308 射分注器（未顯示）可用於在需要時遞送精確數量的模 料謂4。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需要固化該模製材料，使用本文中已一般說明 的此類技術使製作母版8008八在精確對齊下接合共同基底 8006。可光學或熱固化模製材料8〇〇4a以硬化製作母版 8008A所修整之模製材料8〇〇4A。取決於模製材料⑽⑽a之 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8〇〇8A。下文中將說明半透明及/或透明 製作母版。應瞭解，固化模製材料8〇〇4A之化學反應可能 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，可設計並加工該製作 母版自身以提供容納此收縮之額外體積。所產生固化模製 / 1 材料8014A依據製作母版8008A保持一預定設計之形狀。 如步驟80 16所示，在該製作母版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8〇〇8A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 元件陣列之該等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 120300.doc -206- 200814308 之單一層8014A上或在製作母版80086上。第二模製材料 8004B可選定以產生不同於模製材料8〇〇4八所提供之材料 屬性，例如折射率。為此層”B”重複步驟8〇〇2、8〇ι〇、 8016產生一固化模製材料層，其形成層疊光學元件⑽η之 一第二光學元件。可盡可能多地對在預定設計之一層疊光 學凡件中定義所有光學（光學元件、間隔物、孔徑等）所必 舄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 :月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-光學元件時，遍及關注波長頻帶，該材料岸: 較高透射率、較低吸收率及較低散射。若用於形二： 其他光學（例如間隔物），—材料可具有較高吸收率或通常 :適用於透射光學元件的其他光學特性。機械上還應選擇 -材料’使得在成像系統之操作溫度及濕度範圍 料之膨脹不㈣小成像效能超過可接受的度量。
卿以在固化程序期間獲得可接受的收縮度及揮發量。： 外，一材料應能夠承受諸 ,y^ 用之回焊及凸料合之=在-成像'线之封裝期間可使 ^_化該等層4光學元件之所有個別層，必要 夺，可將-層施加至頂層(例如由光學元件8 層)，該層具有保護性屬性並可以係一其上圖牵：： 能量阻障孔徑之所需# 。案化電磁 -玻璃、金屬或陶二::：層可以係一剛性材料，例如 等層疊光學元件之更佳結構整：係材:;以促進該 在使用一間隔物之情 120300.doc -207- 200814308 况下 間隔物陣列可接合共同基底或該層疊光學元件之 任形成層之一圍場區域，注意確保該間隔物陣列内的透 孔適當對齊該等層疊光學元件。在使用囊封材料之情況 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270人及27(^提供如圖269所示之製程8〇〇〇之一變更。 製程8020開始於步驟8〇22，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8〇24使用一 表面釋放劑處理該製作母版、在步驟8〇26將一孔徑或對齊 特欲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8〇3〇需要將諸如固化 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精 確對齊並使用一確保精確定位之系統在步驟8〇34接合。 一起始源（例如一紫外線燈或熱源）在步驟8〇36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 120300.doc 208 - 200814308 線固化丙稀酸聚合物或共聚物。應瞭解，該模製材料還可 由一冷卻便硬化的塑膠溶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。4製作母版及共同基底係在步驟8 〇 3 8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 f 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 I,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，則該玻璃間隔物陣列係在步驟8〇5〇接合至該 共同基底，且必要時在步驟8〇52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，則所填充聚合物可在步驟8054沈積在該等層疊 光學元件頂部上。該填充物係在步驟8〇56固化並可在步驟 8058加以平坦化。必要時，可放置8〇6〇一孔徑在該等層疊 120300.doc -209- 200814308 光车元件頂部，以產生一產物⑼心。 圖271 A至C說明用於一製程之一 I作母版幾何形狀，其 中一層g光學元件之連續層 ^ ^ 卩尺寸係設計使得其可連 績地形成，各形成層減小與各採 州表作母版之表面接觸並 允汗可用的圍場區域用於各連續層。儘管在圖271似中 顯示位於-層疊光學元件”頂部"的—製作母版、一丘同其 底及一真空卡盤，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 在製作母版之凹陷部分内。 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―”層糕"設計之三層光 學元件（例如鮮元件），其中各後續形成光學元件具^ 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#由與形成該層糕組態相同之製程 來形成。-組態之-產生斷面可能與所述圍場特徵變化相 關聯。可以係一偵測器陣列的一共同基底8〇62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。 為了精確對齊製作母版8066 ’共同基底8〇62可先相對於真 空卡盤8064精確對齊。隨後，個別製作母版8〇66a、 8066B、8 066C之運動學對齊特徵接合真空卡盤8〇64之運 動學特徵以精確對齊該等製作母版而放置真空卡盤8〇64， 從而精確地對齊製作母版8066與共同基底8〇62。在形成層 疊光學元件8068、8070及8072之後，在該等複製層疊光學 元件之間的該等區域可填充一可固化聚合物或用於平坦 120300.doc -210- 200814308 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8〇62頂部形成光學元件層8〇68。一第 二沈積在光學元件8068頂部形成層疊光學元件層8〇7〇，而 一第三沈積在光學元件8070頂部形成光學元件層8〇72。應 瞭解，在通光孔徑外部（在該等圍場區域内），該模製製程 了將】里過夕材料推入開發空間8 〇 7 4内。斷線§ 〇 7 6及8 0 7 8 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 (一般由光學元件8080表示）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内， 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，然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272 A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8〇84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 120300.doc -211 - 200814308 8 8090及8〇92(例如一金屬或電磁能量吸收材料）係同 〜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喷射分注器在井 8096内放置一預定數目的模製材料81〇〇。如圖27%所示， 一製作母版81〇2與井8〇96精確地定位。製作母版81〇2與母 版模具8084之接合修整模製材料81〇〇並強迫過多材料8〇14 進入在製作母版特徵8108與井8〇96之間的一環形空間81〇6 内。例如藉由紫外線電磁能量及/或熱能量來固化該模製 材料，隨後從母版模具8084脫離製作母版81〇2留下如圖 272D所示之固化光學元件81〇7。一第二模製材料81〇9(例 如一液體聚合物）係沈積在光學元件81〇7頂部，如圖272e 所示以準備使用一弟一製作母版（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271八至271(：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8110及8112，但在直線8116及8116，内的結 構8114存在同一性。直線8116及8116，定義個別層疊光學元 件8 110及8 112之通光開放孔徑，然而徑向在直線8 116及 120300.doc -212- 200814308 8 116’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、8 126及8 128係按其連續 形成次序來編號，以指示其係已從一共同基底向上連續沈 積。該些層之相鄰層可具有（例如）從1.3至1_8範圍内變化 的折射率。層疊光學元件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$光學兀件之該等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，連續編號的層813〇、8132、8134、8136、 8138、8 140及8 142顯示層8130係先依據圖272A至E之方法 形成。此組悲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，如圖274 所示之組態可提供一用於圖案化孔徑（例如孔徑8〇88)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以部分正面圖顯示一製作母版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”元件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，包括圍場形成表面8154所環繞 之刻面表面8152。 120300.doc -213 - 200814308 圖277A至C顯示關於在一共同基底之一側或兩側上形成 層疊光學元件之一系列斷面圖。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顯示相對於圖271A所示之共同基底8062以類似方式 已處理的一共同基底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。製作母 版8164之運動學對齊特徵816〇接合真空卡盤8158之對應特 徵以精確對齊製作母版8164而定位共同基底8156。在該等 複製層璺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。因 此，一第一沈積在共同基底8156之一側8174上形成光學元 件層8166。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“以内。在 圖277c中，一第二沈積使用製作母版8168來在共 8156之一第二側8m上形成一光學元件層81?〇。此第:沈 積係藉由使用運動學對齊特徵8176來促進。運動學對齊特 因此共同基 徵8 176還定義層8166及8 170之層之間的距離， 底8156之厚度變更或厚度容限可制運料對齊特徵8176 來補償。圖277D顯示脫離製作母版8164之共同基底““上 的產生結構8178。 8182及 8190。 一光學元件層8166包括光學元件8180、 額外層可形成在任一 或二光學元件8166及/ 或8170之頂部上。由於1配件保持固定至真空卡㈣^ 或製作母㈣64,故可相對於運動學對齊特徵8176來維持 120300.doc -214- 200814308 共同基底8156之對齊。 圖278顯示間隔物8192之一執行陣列，其包括複數個通 透圓柱形開口 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1〇〇微米至i mm或更多的一厚度。如圖279A所示，間隔物陣列8i92可 在光學陣列8178上對齊並定位（參見圖277D)用於黏著至共 同基底8156。圖279B顯示黏附至間隔物陣列8192頂部的一 第二共同基底8156，。-光學元件陣列可能使用製作母版 8200已形成在共同基底8156，上並保持在其上。接著藉由使 用運動學對齊特徵8202將製作母版82〇〇精確對齊製作母版 8168 〇 圖280顯示層疊光學元件之所得陣列成像系統削，立 包括連接於間隔物_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-空氣間隙形 成。例如，層疊光學元件8206係由光學元件8166、8166,、 8170、8170,所形成，該等光學开政#址α 2 寸疋予件係構造並配置以提供一 空氣間隙8212。該等空氣間隙V , 矛礼「日m可用於改良其個別成像系統 之光學功率。 統之斷面，該晶圓級 ’連同使用一間隔物 。該成像系統之各組 側上具有一或多個光 圖281至283顯示晶圓級變焦成像系 變焦成像系統可由光學器件集合形成 為一或多個光學器件之移動提供移動 光學器件可在該共同基底之一側或兩 學元件。 圖281A至281B顯 不具有兩個移動雙 面WALO裝配件8216 120300.doc -215. 200814308 及821 8之一成像系統8214。WALO裝配件8216及82 18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，使得該運動與 作為一常數的Α(χ1)/Δ(χ2)成比例。變焦移動係藉由調整力 卩作用在界八1^0裝配件8218所引起之距離又1、又2之相對移 動來獲得。 圖282及283顯示利用一由一雙面WALO裝配件所形成之 中心群組的一晶圓級變焦成像系統之斷面圖。在圖282Α至 2 82B中，WALO裝配件8226充滿鐵磁材料，使得來自螺線 管8228之電動力能夠在圖282A所示之位置8230與圖282B 所示之位置8232之間移動WALO裝配件8226。在圖283A至 283B中，WALO裝配件8236分離耦合個別孔8242及8244之 貯藏器823 8及8240，需要時允許流入物8246及8248與流出 物8250及8252以藉由液壓或氣壓作用重新定位中心群組 8236 ° 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内的一圓柱形鑽孔内部。在一受控接 合方法中，球及圓柱特徵8262接觸附著至該製作母版之鄰 接塊8266，由於製作母版825 8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與真空卡盤上的索引標記8270之 120300.doc •216- 200814308 間的相對位置對齊。該些索引標記_及mo還可以係游 標或基準。視覺系統8260產生-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’可藉由在真空卡盤咖與製作母版⑵8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 系統以用於定位製作母版及直* 及視見 ί ί. 具二卡盤。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。圖加係一 斷面圖’其顯示形成於製作母版8258與真空卡盤咖之間 的一共同基底8272及層疊光學元件陣列8274。 圖286顯示圖284之势眘糸絲夕 #、η ^ / μ < 5了綷糸統之一俯視圖以說明透明或半 透月系、、充、、且件之使用。在一不透明或不半透明製作母版之 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㈣鱼層 疊光學元件8274之-圓周。製作母版㈣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 随提供索引標記827〇。索引標記咖係對齊索引標記 827〇,由於共同基底8272係定位於真空卡盤8256内。視覺 系統8260感應索引標記_及827〇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内，但視覺系統mo 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0 120300.doc -217- 200814308 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。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内 的共同基底8292之一斷面圖，球8306及8308提供分別駐留 在真空卡盤8290與製作母版83 13上的去頂圓錐特徵8304及 8310之間的對齊。 圖289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8326可由 一金屬（例如黃銅）或一陶莞形成。圖290係由一三部分構造 形成的一製作母版8328之一斷面圖。環繞特徵8326可如在 圖289中而保留。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 120300.doc •218- 200814308 元件之特徵8334。 了加工、模製或_造材料8 3 3 2。在一範例中，圖案化材 料8332係使用一金剛石加工母版而模製在一聚合物内。圖 291A顯示在插入並模製三部分母版8338之第三部分8332之 前的一金剛石加工母版8336與一三部分母版8338之斷面。 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Μ%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836〇。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、统，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顯示一分離陣列㈣，其包括結合用於形成圖加 之製作母版8360之光學元件之特徵之陣列8361已形成的層 疊光學元件8364、8366及8368之一 3χ3陣列。分離陣二 8362之各層疊光學元件可與一個別偵測器相關冑，或者各 層$光予7L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，度，分_列8362係已藉由鑛割或劈開而與一更大^ s且光予元件陣列（未顯示）分離。該陣列形成一”超級相機 120300.doc -219- 200814308 π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、8368可相互不同或其可具有相同結構）。該 些差異係說明於斷面圖294内，其中層疊光學元件8366不 同於層疊光學元件8364及8368。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 級相機杈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，—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⑨製造埋入一偵測器之偵測器像素 内之光學元件之製程（例WCM0S製程）的材料及方法，本 文所述具體實施例提供等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_11像素結構用於以敎方式在偵測器 像素内重新分佈電磁能量並由材料形成並使料用於製造 谓測器像素自S之流程的特徵。該等產生偵測器具有潛在 低成H高良率及更佳效能之優點。特定言之，效能改 =了仃’因為光學元件係使用像素結構之知識（例如金屬 =置與W區域）來設計。此知識允許❹ 者最佳化專心-給定㈣时素之光學元件，從而允又許十 :如财特定色彩自訂用於偵測不同色彩（例如紅、綠及 i )之像素。而且，整八埋入六、與— 程可接徂1 L 口 ^先子^件裝作與偵測器製 、九“夕優點，例如但不限於更佳的製程控制、更少 的^、更少的製程中斷及減小的製作成本。 關〉主圖2 9 S，35 - . 顯不-侧器10_，包括複數個谓測器像 120300.doc •220- 200814308 素10001，其還參考圖4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"ί貞測器10000。圖295之搞測器像素1 〇〇〇 1之一之細 節係說明於圖296中。在圖296中可看出，價測器像素 10 001包括一感光區域10002，其與一共同基底1〇〇〇4(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ι〇〇〇6 在其内支撐複數個金屬層10008以及埋入光學元件。如圖 296所示，在偵測器像素10001内的埋入式光學元件包括一 金屬透鏡100 10與一繞射式元件1〇〇。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 铺測器像素1 〇〇〇 1頂部之一純化層1⑼1 4之沈積而整體形 成。純化層10014及因此的繞射式元件1〇〇丨2可由一般用於 半^體裝造之一傳統材料形成’例如氮化石夕（Si3N4)或電衆 增強型氮化砍（PESiN)。其他適當材料包括（但不限於）碳化 石夕（SiC)、四乙基氧化石夕（TE〇s)、麟石夕玻璃（pSG)、棚填石夕 玻璃（BPSG)、氟摻雜矽玻璃（FSG)及bLACk DIAMOND® (BD)。 繼續參考圖295，該等埋入式光學元件係使用用於形成 (例如）感光區域10002、支撐層1〇〇〇6、金屬層ι〇〇〇8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。該等埋入式光學元件還可藉由在製程層1〇〇〇6内修 120300.doc -221 - 200814308 整另一材料（例如碳化矽）而整合在偵測器像素1〇〇〇1内。例 如’為等埋入式光學元件可在該偵測器像素製程期間微影 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。金屬透鏡1〇〇1〇及繞射式元件 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& ΡΕ〇χ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3〇3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1〇〇〇丨使用的金 屬透鏡10010之進一步細節。金屬透鏡1〇〇1〇可藉由複數個 次波長結構1 0040來形成。作為一範例，對於一給定目標 波長λ，次波長結構1 〇〇4〇之各結構可以係一側具有一入/4 波長並間隔λ/2之一立方體。金屬透鏡1〇〇1〇還可包括集體 形成光晶體的週期性介電結構。次波長結構丨〇〇4〇可由（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 loool内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1005〇。圖3〇〇 顯示一閃光光柵10052。圖301顯示一共振腔1〇〇54。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 120300.doc -222- 200814308 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1〇112之一波導 1 〇 11 〇。波導10110係組態使得形成波導丨〇丨i 〇之材料之折 射率從一中心線10115在一方向r上徑向向外變化；即波導 1〇11〇之折射率11係依賴於1^，使得折射率11=11(1>)。可（例如） 藉由植入並熱處理形成波導i 〇丨丨0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、及 144)來產生折射率變更。波導1〇11〇提供一優點，即可更 有效率地向感光區域10002引導電磁能量1〇112，在該區域 内將電磁能量轉換成一電子信號。此外，波導丨〇丨i 〇允許 在積測器像素10001内較深地放置感光區域10002，允許 (例如）使用更大數目的金屬層丨。 圖306顯示一偵測器像素ι〇12〇之另一具體實施例，其包 括一波導10122。波導10122包括一由一低折射率材料 1〇126所包圍的咼折射率材料1〇124，低折射率材料1〇126 係組恶成用以相互協作以便向感光區域丨〇〇〇2引導入射電 磁能量10112，類似於在一光纖内的一核心及包覆配置。 可取代低折射率材料1 〇 126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 埋入摘測器像素100〇1内時，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1〇15〇之另一具體實施例，此時 分別包括第一及第二組金屬透鏡1〇152及1〇154，其協作以 120300.doc -223 - 200814308 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101 52及 1 0 1 54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 μιη波長之電場振幅之一斷面，如圖3〇7 内一虛雙箭頭所示。如圖308中明顯所示，該電場振幅係 在此波長下圍繞感光區域10002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處在一〇·25 μπι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i 〇〇〇2之中心 周圍展現一零。因此，藉由在該替續器中訂製形成該等金 屬透鏡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㈣。而且，可替續多個光學元件且其組合效 應可用於改良過據操作或增加其功能性。例如，使用多個 通▼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顯不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1 〇2〇〇(例如如在圖295及296内的繞射式元 件U)〇12)。該雙厚平板組態藉由分別使用第一及第二厚平 板10220及1G23G之-組合來分別近似—高度^且底部及頂 部寬度bl及b2之梯形光學元件_〇。為了最佳化該雙厚平 板幾何形狀，可改變該厚平板高度，以便最佳化功率麵 120300.doc -224- 200814308 合。分別具有寬度Wl=(3bl+b2)/4&W2=:(3b2+bi)/4，具有寬 度hfhfhQ之一雙厚平板組態係在功率耦合方面加以數值 評估。 圖3Π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h之一函數的分析結 果。所有光學元件具有一 2.2 μηι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&17〇〇 nm之梯形光學元件將更多電磁能量 遞送至感光區域（元件1 〇 〇 〇 2)。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。由於該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-給定㈣ϋ像素之操作波長下改良敏感度。在 一波長範圍内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内。依據用於上述Wl&Wz之表述，用於各波 長頻帶之最佳化梯形光學元件可用於決定該厚平板寬度Υ 該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％及Μ〗可對 應於如圖311所示之幾何形狀，但該高度能不一定理想。 120300.doc -225 - 200814308 藍光 綠光 紅光 寬度1 (nm) 1975 2050 1950 寬度2 (nm) 1525 1750 1450 高度(nm) 120 173 213 表51 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i 〇3 〇〇分別包括一偵測 p 器像素10302(由一方框邊界所指示）、金屬層103 08及第一 及第二埋入式光學元件1〇31〇及1〇312，其均相對於偵測器 像素103〇2之一中心線ι〇314偏移。圖313中的第一埋入式 光學元件103 10係圖296之繞射式元件1〇〇12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1〇317所示之方向 上行進的電磁能量103 15遇到第一埋入式元件1〇31〇，隨後 遇到金屬透鏡10308及第二埋入式光學元件1〇3 12，使得從 (. 該金屬透鏡開始，在一方向17,之方向上行進的電磁能 i 103 1 5係現在法線入射在偵測器像素1 〇3〇2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之組合因此增加偵測器像素之敏感度 超過不帶埋入式光學元件的一類似像素。 4偵測器系統之一具體實施例可包括額外薄膜層，如圖 3 14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 120300.doc •226- 200814308 積形成。微影钱刻光罩可用於定義上層（即自訂、波 擇性層）’且可另外包括額外波長選擇性 鏡 作為埋入式光學元件。 μ鏡） 圖3 1 5顯示針對不同、、古異々 丁波長耗圍，用於該等波長選擇性 膜遽光片層之數值模型化結果。取決於色彩，如圖315之 曲線圖1 〇 3 5 5所示之ό士要彳pa —上y 一、 、、、°果假疋七個共同層（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㈣器像素頂部處所形成之該等層疊結構之效 應；即該等埋人式金屬透鏡之效果未包括於該等計算内。 一實線1〇36〇表示對於_菩4、 7、配置成用於在紅光波長範圍内透 射之層疊結構’透射作為波長之一函數。-實線10365表 讀於-配置成用於在綠光波長範圍内透射之層疊結構， 透射作為波長之—函數。最後，—點線贿〇表示對於一 配置成用於在藍光波長範圍内透射之層疊結構，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-嵌人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遽光片，或可使用一薄膜滤光片用於 -傳統小透鏡所覆蓋之紅外線截止過滤。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 所有制器製作步驟潛在整合在—單—制作設施内的額外 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 120300.doc -227- 200814308 光學元件而簡化偵測器之最後封裝。在此方面，圖3 16顯 不一範例性晶圓1〇375，其包括複數個偵測器1〇38〇，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 3 17顯示從底部顯示的偵測器1〇38〇之一，其中可看見複數 ί 個接合墊10390。換言之，可在各偵測器1〇38〇之底部製備 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1〇3肋之 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1〇4〇5，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ι〇4ΐ5(由 相谷偵測器像素10405製作的材料形成）。各偵測器像素 ,1〇405係使用一鈍化層1〇42〇覆頂，接著使用一平坦化層 、1〇425及一覆蓋板i〇430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1〇43〇之組合執行以（例如曰） 進一步保護偵測器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 板之情況下可不需要該鈍化層。 圖319顯示包括一組用作一金屬透鏡之埋入光學元件之 120300.doc -228 - 200814308 一摘測器像素10450之一斷面圖。一感光區域1 55係製作 在一半導體共同基底10460内或其上。半導體共同基底 10 4 6 0可由（例如）晶體碎 '神化鎵、鍺或有機半導體所形 成。複數個金屬層1 0465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、中間及内部元件10472、10476及10478。在圖319所示 之範例中，外部、中間及内部元件10472、10476及10478 係對稱性配置；特定言之，外部、中間及内部元件 10472、1〇4 76及10478均具有相同高度並由金屬透鏡10470 内的相同材料形成。外部、中間及内部元件10472、10476 及10478可由一 CMOS處理相容材料（例如PESiN)製成。外 部、中間及内部元件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 特定位置内顯示金屬透鏡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内的透鏡而定 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3 19之背景下，方位角係定義為圍繞垂直於偵測 120300.doc -229. 200814308 器像素10450之感光區域10455的角方位。電磁能量係在箭 頭1 0490 —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ι〇475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係糟由金屬透鏡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3 19E所示之貞測器像素1之一具體 實施例10500之一俯視圖。具體實施例ι〇5〇〇分別包括外 部、中間及内部元件10505、105 10及10515，其係圍繞具 體實施例10500之一中心而對稱組織。外部、中間及内部 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 間及内部元件10505、10510及10515係由PESiN製成並具有 一 360 nm之共同高度。内部元件1〇515係49〇 11111寬，而中 間元件105 10係在各邊緣附近對稱定位並與内部元件1 〇5 J 5 共面。中間元件105 10之筆直片斷係22〇 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1〇45〇之另一具體實 施例10520之一俯視圖。對比圖320之元件10505、105 10及 10515，元件10525、10530及10535係陣列結構。然而，應 注思’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 120300.doc -230- 200814308 320及321内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，元件丨之尺寸可能 與元件1G535之中心至元件1G525之中心、的距離平方成反 比0 金屬透鏡之多層埋入光學元 斷面10540。金屬透鏡10545 圖322顯示包括一組用作一 件之一偵測器像素1〇540之一 包括兩列元件。該第一列包括元件1〇555及。該第二 列包括元件10550、10560及10565。在如圖322所示之範例 中，该些凡件列之各列係在圖319内顯示為金屬透鏡丨 之等效結構-半厚。雙層金屬透鏡10545展現與金屬透鏡 二^70等效的電磁能量引導效能。由於金屬透鏡ι〇47〇可更 簡單地構造，在許多情形下，金屬透鏡10470可更具成本 效孤但疋，由於其更高複雜性，金屬透鏡10545具有更 多參數用於適應特，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1〇57〇之一斷面，包括用作一金 屬透鏡10575的一組不對稱埋入式光學元件1〇58〇、 刪5、10590、1〇595及觸〇。使用不對稱元件組的金屬 透鏡設計（例如金屬透鏡1()575)具有比對稱設計大得多的設 十多數二Μ冑由關於在—偵測器像素陣列内的金屬透鏡 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1〇575之各元件 120300.doc -231 - 200814308 10580，、10585、10590、1〇595 及 1〇6〇〇係藉由其空間、幾 何形狀、材料及光學折射率參數之一規定來說明。 元件 位置 材料 折射率 形狀 方位 長度 t Μ 高度 10625 (10715) -1,0 PESiN 1.7 方形 已對齊 0.2 0.2 0.6 10630 (10720) 050 PESiN 1.7 方形 已對齊 0.2 0.2 0.7 10635 (10725) 1，〇 PESiN 1.7 方形 已對齊 0.2 0.2 0.55 表52 圖324及325顯示一組埋入式光學元件1〇6〇5之一俯視圖 及一斷面圖。一組軸（由直線1〇61〇及1〇615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1〇62〇來 定義左邊、中心及右邊元件1〇625、ι〇63〇及ι〇635之規 定，如表54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1 〇 6丨〇及 1061 5在位於中心元件10630之一中心處的一原點ι〇62〇處 父叉’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1064〇係如圖 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 對齊或專軸’但其可採取任一形狀（圓形、三角形等）並在 120300.doc -232 - 200814308 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1〇660内定義一區域 10670。在此範例中，元件1〇67〇、ι〇675及ι〇685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1 0690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3M中，一埋入式光學元件1〇695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1〇7〇5，其包括具有混合對 稱性之一般化金屬透鏡組態。元件1〇71〇、1〇715、ι〇7汕 及10725(例如）在圖327所示之埋入式光學元件1〇69〇内均具 有方形斷面，但不完全同軸對稱。元件1〇71〇及1〇72〇 齊並同軸，但是元件10715及1〇725係在至少一方向上不對 稱。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—額外考量，冑管由於實際 實用性，該金屬透鏡之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 120300.doc -233 - 200814308 角落之此類埋入式光學元件10730之一範例係如圖㈣所 示。、在此情況下’―邊界則5無法精確匹配仙]器像素 之感光區域之邊界，但對人射其上電磁能量之整體效應 效於埋入式光學元件1〇69〇之效應。 心 圖33讀示一偵測器像素職〇之一斷面，其類似於且有 用於有效主光線角校正及過濾、之額外特徵的圖3〇7之债測
器像素。除了或組合先前關於圖3〇7所述之元件，偵測器 像素10740可包括一主光線角校正器（crac)i〇745、一過 濾層群組10750及一過濾層群組1〇755。主光線角校正器 10745可用於校正入射電磁能量之一主光線1〇76〇之入射角 度方位。若不校正相對於感光區域1〇〇〇2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内且不會被偵測到。主光線1〇76〇及相關聯 光線之非法線入射還改變過濾層群組1〇75〇及1〇755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10 7 4 5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3 4 1所示）或可以係一青藍深紅黃（cmY)濾、 光片（如圖342所示）。或者，濾光片層群組1〇75〇或1〇755可 包括一具有透射效能之紅外線截止濾光片（如圖34〇所示）。 渡光片層群組10755還可包括一抗反射塗佈濾光片，如下 面關於圖339所述。濾光片層群組1〇75〇及10755可將一或 120300.doc -234- 200814308 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 内’例如紅外線截止及RGB色彩過濾。可相對於偵測器像 素内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1〇7〇5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1〇755與感光區域1〇〇〇2之間的介面1〇77〇 處。 ¥ —薄膜波長選擇性濾光片（例如層群組1〇75〇)係重疊 一次波長CRAC 10745時，該CRAC修改一輸入光束之 CRA 叙使其更罪近法線入射。在此情況下，該薄膜滤 光片（層群組10750)對於各偵測器像素（或在薄膜濾光片用 作色彩選擇性滤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100 02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 麦得更不敏感，因為電磁能量入射角更靠近法線。 或者，過濾層群組10750及1〇755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 說明應肖㈣？文變校正矩陣以允許基於各種因t進行色彩 120300.doc -235 - 200814308 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1031〇係來自圖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 擾光栅結構，因為其空間可變間距，其可提供入射角依賴 的主光線角校正。一光學元件1〇78〇將光學元件1〇31〇及 10775之特定特徵組合在一複雜元件内，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。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； 4棱鏡產生自該等次波長柱之空間變化高度，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 f折射率來執行CRA校正。類似地，該次波長光學元件係 藉由有效折射率輪廓來形成，該有效折射率輪廓引起入 射電磁把里向该像素之感光區域聚焦。在圖中，顯示 取入式光學元件10785，其可構造以修改一或多層之光 射率可取代或組合濾光片10750，將埋入式光學元 件10785叹叶成如圖331所示之偵測器像素。埋入式光學元 人么士 5匕括一類型材料10790及10795，其可整合在一複 一 内並產生一修改後光學折射率。材料10795可以係 系」::(例如一氧化矽)而材料1 〇790可以係-更高光學折射 '' 如氮化矽）或一更低折射率材料（例如black 120300.doc -236- 200814308 diamond®)或-實體間隙或空洞。材料層1G795可沈積為 後蓋層，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 seff係定義為： sefr = Ά + 2gL±jgig2/ ~ 2g,2/ ε2 + 2εχ - s2f + 等式（1 5 ) 其中以係第-材料之介電函數而£2係第二材料之介電函 Γ 數。新有效光學折射率係、由Seff之正均方根、給出。變數£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 一給定層或結構内的有效折射率，其中該混合比例係藉由 該等子特徵之混合比來決定。使用微影银刻技術用於決定 -空間有效折射率極為強大，因為甚至一單一微影蝕刻光 仍在—空間變化平面内提供足夠的自由度以允許U)逐 ϋ個偵測像素地改變波長選擇性（彩色遽光片回應）；及2)從 中心偵測器像素（例如CRA=0。）至一邊緣摘測器像素（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，但可藉由韻刻透 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1〇835及1〇835，之一 斷面10800，其包括可用於主光線角校正之不對稱特徵。 120300.doc -237- 200814308 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1〇81()動作主光線角校 正器10805來校正。可相對於偵測器像素1〇835之感光區域 10002之一中心法線軸1〇83〇，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1〇805,可用於校正一主光線1〇82〇，之方向（其 方向係藉由一箭頭之方位及角度丨〇825，來表示）。可相對於 偵測器像素10835,之感光區域1〇〇〇2，之一中心法線軸 10830，不對稱地定位（偏移）主光線角校正器ι〇8〇5，。 主光線角校正器1〇805(10805，）、金屬透鏡1〇81〇(1〇81〇，） 及金屬軌跡ι〇815(10815，）對軸1083〇(1〇83〇，）之相對位置可 在一組陣列偵測器像素内獨立地空間改變。例如，對於在 一陣列内的各偵測器像素，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塗 佈矽感光區域之反射率之一曲線圖1〇84〇。曲線圖⑺料❻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表示當電磁能量從電漿增強型氧化 物（PEOX)進人感光區域時—未塗佈㈣光區域之反射率。 一點線10850表示添加一抗反射塗層群組（如圖33丨内層群 組10755所示）所改良之一矽感光區域之反射率。在表”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债測到更多的電磁能量，從 120300.doc -238 - 200814308 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0 r \ 層 丨材料 | 折射率 消光係數 光學厚度 (FWOT) 實體厚 度(nm) 鎖住 媒介實 體厚度 媒介 1 PEOX 1.45450 0 1 ................................................... PESiN 1.94870 0.00502 0.04944401 13.96 否 0.00 2 ：PEOX 1.45450 0 0.54392188 205.68 否 0.00 3 i PESiN 1.94870 0.00502 0.47372846 133.70 否 0.00 4 ! PEOX 1.45450 0 0.20914491 79.09 否 0.00 5 PESiN 1.94870 0.00502 0.19365435 54.66 否 0.00 6 ；PEOX 1.45450 0 0.02644970 10.00 是 10.00 共同基底 丨矽 4.03555 0.1 1.49634331 497.08 表53 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56内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 120300.doc -239 · 200814308 偵測器之低回應，紅外線截止設計可限制於低於i丨〇〇 nm 之波長。一白（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 階讀測器像素可組合RGB或CMY色彩過濾偵測器像素以產 生紅綠藍白（RGB W)或青藍深紅黃白（Cmyw)系統。 表54顯不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（FWQT)及層實體厚度。—紅外線 截止濾'光片可併人-_器像素内，例如在圖331内顯示 為層群組10750者。 # 120300.doc -240- 200814308 層 材料 折射率i 消光係數 光學厚度 (FWOT) 實體厚度| (nm) 媒介 空氣 1.00000 0 1 BD 1.40885 0.00023 ί 0.15955076 62.29 ； 2 SiC 1.93050 0.00025 0.32929623 93.82 ! 3 BD 1.40885 0.00023 0.37906600 147.98 4 SiC 1.93050 s 0.00025 0.34953615 99.58 5 BD 1.40885 0.00023 0.34142968 133.29 6 SiC 1.93050 0.00025 0.35500331 101.14 ! 7 BD 1.40885 0.00023 0.35788610 139.71 ! 8 SiC 1.93050 0.00025 0.35536138 101.24 丨 9 BD 1.40885 0.00023 0.36320577 141.79 I 10 SiC 1.93050 ; 0.00025 0.36007781 : —102.59 11 BD 1.40885 0.00023 0.35506681 138.61 12 SiC 1.93050 0.00025 0.34443494 98.13 13 BD 1.40885 0.00023 0.34401518 134.30 14 SiC 1.93050 0.00025 0.35107128 100.02 ： 15 BD 1.40885 0.00023 0.35557636 138.81 | 16 SiC 1.93050 0.00025 0.40616019 115.72 17 BD 1.40885 0.00023 0.48739873 190.28 18 SiC 1.93050 i 0.00025 1 0.07396945 1 21.07 ! 19 | BD 1.40885 0.00023 0.03382620 13.21 20 ! SiC 1.93050 1 0.00025 0.39837959 113.50 21 1 BD 1.40885 0.00023 0.42542942 166.08 ! 22 1 SiC 1.93050 0.00025 0.37320789 106.33 ί 23 BD 1.40885 0.00023 0.40488690 158.06 —.............................. —24 ! SiC............................ 1.93050 0.00025 0.45969232 130.97 ; 25 BD 1.40885 0.00023 0.49936328 194.95 1 26 SiC 1.93050 . 0.00025 0.42641059 121.48 27 BD 1.40885 0.00023 0.41200720 160.84 28 SiC 1.93050 0.00025 0.42563653 121.26 ! 29 BD 1.40885 0.00023 0.47972623 187.28 ! 30 SiC 1.93050 0.00025 0.47195352 134.46 ' 31 BD 1.40885 0.00023 0.43059570 168.10 ： 32 SiC 1.93050 j 0.00025 丨 0.42911097 122.25 33 ! BD 1.40885 0.00023 1 0.46369294 181.02 34 SiC 1.93050 I 0.00025 ! 0.48956915 139.48 35 BD 1.40885 1 0.00023 1 0.46739998 182.47 36 SiC 1.93050 0.00025 0.44564062 126.96 共同基底 BD 1.40885 0.00023^ 一—.-......................................-- i. . ... . ______________ — 表54 13.60463515 4589.08 120300.doc -241 - 200814308 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1〇875顯示 一紅光波長選擇性濾光片之透射。諸如曲線圖1〇865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 角值的一濾光片设計來完成。例如，若主光線角從零變化 至20度，則可使用1 〇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1〇8〇5，一 rgB濾光片（例 如曲線圖10865所表示及圖331内層群組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（FW0T)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'
改變厚度。層6至19係可由RGB濾光片之所有 住”行内由一 ’允許該些層 3二個個別濾、 120300.doc -242- 200814308 光片共同的層。該些層在表55之’’鎖住”行内由一”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。 層 材料 折射率 消光係數 光學厚度 (FWOT) 實體厚度 (nm) 鎖住 最小實 體厚度 媒介 空氣 1.00000 0.00000 1 BD 1.40885 0.00023 0.74842968 292.18 否 0.00 2 PESiN 1.94870 0.00502 0.20512538 57.89 否 0.00 3 BD 1.40885 0.00023 0.22456184 87.67 否 0.00 4 PESiN 1.94870 0.00502 0.20988185 59.24 否- 0.00 5 BD 1.40885 0.00023 0.52762161 205.98 否 0.00 6 PESiN 1.94870 0.00502 0.21796433 61.52 是 0.00 7 BD 1.40885 0.00023 0.22733524 88.75 是 0.00 8 PESiN 1.94870 0.00502 0.22283590 62.89 是 0.00 ........................................9 BD h40885 0.00023 丨 0.22522496 87.93 ——兔 0Ό0 10 PESiN 1.94870 0.00502 0.40188690 113.43 是 0.00 11 BD 1.40885 0.00023 0.34653670 135.28 是 0.00 12 PESiN 1.94870 0.00502 0.42388198 119.64 是 0.00 13 PEOX 1.45450 0.00000 7.91486037 2992.90 是 0.00 14 PESiN 1.94870 0.00502 0.04985349 14.07 是 0.00 15 PEOX 1.45450 0.00000 0.55014658 208.03 是 0.00 16 PESiN 1.94870 0.00502 0.47678155 134.57 是 0.00 17 PEOX 1.45450 0.00000 0.21139733 79.94 是 0.00 18 PESiN 1.94870 0.00502 0.19542167 55.16 是 0.00 19 PEOX 1.45450 0.00000 0.02644970 10.00 是 10.00 共同 基底 矽 (晶體） 4.03555 0.10000 13.40619706 4867.05
表55 120300.doc -243 - 200814308 層 材料 折射率 消光係數 光學厚度丨 (FWOT) ! 實體厚度 (nm) 鎖住 最小實1 體厚度 媒介 空氣 1.00000 0.00000 1 BD 1.40885 0.00023 ( 0.00724416 ! 2.83 否 〇.〇〇 1 2 PESiN 1.94870 0.00502 0.20071884 56.65 丨否 0.00 3 BD 1.40885 0.00023 0.22509108 1 87.87 丨否 〇.〇〇 1 4 PESiN 1.94870 0.00502 0.21322830 | 60.18 否 0.00 I 5 BD 1.40885 0.00023 0.20495078 80.01 丨否 〇.〇〇 1 6 PESiN 1.94870 0.00502 0.21796433 , 61.52 I—.是 0.00 I 7 BD 1.40885 0.00023 0.22733524 | 88.75 丨是 0.00 ί ——8—」 PESiN 1.94870 0.00502 0.22283590 ί 62.89 丨曰 L—3：— 0.00」 9 BD 1.40885 0.00023 0.22522496 | 87.93 ；—A 0.00 10 PESiN 1.94870 0.00502 0.40188690 ! 113.43 丨是 0.00 11 BD 1.40885 0.00023 0.34653670 135.28 丨是 0.00 ' 12 PESiN 1.94870 0.00502 0.42388198 ! 119.64 丨是 〇.〇〇 I 13 PEOX 1.45450 0.00000 7.91486037 2992.90 是 〇.〇〇 ； 14 PESiN 1.94870 0.00502 0.04985349 ； 14.07 丨是 0.00 i 15 PEOX 1.45450 0.00000 0.55014658 208.03 ;是 000 1 16 PESiN 1.94870 0.00502 0.47678155 ' 134.57 丨是 0.00 丨 17 PEOX 1.45450 0.00000 0.21139733 79.94 丨是 0.00 ! 18 PESiN 1.94870 0 00502 0.19542167 ;55.16 丨是 0.00 i 19^ PEOX 1.45450 0.00000 0.02644970 」0.00 L是_ lo.oo ! 共同 矽 4.03555 0.10000 i 基底 (晶體） ί............................................................. i 12.34180987 ：4451.64
表56 120300.doc •244- 200814308 層 材料 丨折射率 消光係 光學厚度 1實體厚度 鎖住 最小實 數 (FW0T) (nm) 體厚度 媒介 空氣 ：1.00000 o.ooooo ! 1 BD ! 1.40885 0.00023 0.00541313 2,11___________ 0.W) 2 PESiN ! 1.94870 0.00502 0.27924960 78.82 ΟΌΟ 3 BD 1.40885 0.00023 0.24751375 96,63 ^ I 0.00 —4…_ PESiN 1.94870 0.00502 0.08224837 23.21 f」 0.00 …5— 一 PESiN 1.94870 0.00502 0.21796433 61.52 :兔」 0.00 6 BD ：1.40885 0.00023 0.22733524 88.75 是 0.00 7 PESiN 1.94870 0.00502 0.22283590 62.89 是 0.00 8 BD 1:40885- 0.00023 0,22522496 87.93 是 0.00 9 PESiN 1.94870 0.00502 0.4018865K) 113.43 ——―兔一 0Ό0 10 1 BD 」L40885— 0.00023 0.34653670 135.28 是 0.00 11 PESiN ! 1.94870 0.00502 0.42388198 119.64 是 0.00 12 PEOX 1.45450 0.00000 7.91486037 2992.90 是 0.00 13 PESiN 1.94870 0.00502 0,04985349 14.07 是 0.00 14 PEOX i 1.45450 ........1.................................. 0.00000 0.55014658 208.03 是 0.00 15 PESiN ! 1.94870 0.00502 0.47678155 134.57 是 0.00 16 PEOX 1.45450 0.00000 0.21139733 79.94 是 0.00 17 PESiN I 1.94870 0.00502 0.19542167 55.16 是 0.00 18 PEOX ! 1.45450 0.00000 0.02644970 10.00 是 10.00 共同 矽 ；4.03555 0.10000 基底 (晶體） 丨 12.10500155 4364.87 表57 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109 15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 120300.doc -245 - 200814308 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5 8)、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。 層 材料 折射率! 消光係數; 光學厚度丨 (FWOT) 鎖住 媒介 空氣 1.00000 0.00000 1 PESiN 1.94870 < 0.00502 0.36868504 < 否 2 BD 1.40885 0.00023 < 0.27238572 否 3 PESiN 1.94870 0.00502 0.29881664 否 4 BD 1.40885 0.00023 0.33657477 否 5 i PESiN 1.94870 i 0.00502 ! 0.24127519 ι 否 6 i BD ：1.40885 0.00023 0.34909899 否 7 1 PESiN 1.94870 0.00502 0.27084130 丨 否 8 1 BD 1.40885 I 0.00023 I 0.31788644 i 否 9 PESiN 1.94870 0.00502 0.34908992 否 —同基底 PEOX 1.45450 0:00000 2.80465401 表58 層 材料 折射率： 消光係數i 光學厚度 (FWOT) 鎖住 媒介 空氣 1.00000 0.00000 1 PESiN 1.94870 + 0.00502 ^ 0.68763199 否 2 BD 1.40885 0.00023 0.30382166 否 3 ^ PESiN 1.94870 < 0.00502 + 0.16574009 否 4 i BD 1.40885 i 0.00023 0.32146259 丨 否丨 5 ^ PESiN 1 1.94870 I 0.00502 ^ 0.22127414 丨 否丨 6 i BD 1.40885 丨 0.00023 0.70844036 否 ! 7 PESiN 1.94870 ^ 0.00502 ' 0.22350715 否 8 BD 1.40885 0.00023 0.32083548 否 9 PESiN 1.94870 0.00502 ^ 0.67496963 否 共同基底 PEOX 1.45450 0.00000 3.62768309
表59 120300.doc -246- 200814308 層 材料 折射率丨 消光係數 光學厚度1 (FWOT) 鎖住 媒介 空氣 l.ooooo! 0.00000 1 PESiN 1.94870 0.00502 0.10950665 否 2 BD 1.40885 j 0.00023 0.19960789 否 3 PESiN 1.94870 | 0.00502 0.18728215 否 4 BD 1.40885 ： 0.00023 0.22017928 否 5 ! PESiN 1.94870 丨 0.00502 0.18424423 否 6 BD 1.40885 i 0.00023 0.20640656 否 7 PESiN 1.94870 0.00502 0.15680853 否 8 I BD 1.40885 j 0.00023 0.18277888 否 9 PESiN 1.94870 ! 0.00502 0.16546678 否 共同基底 PEOX 1.45450 1 0.00000 1.61228094 表60
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 1093 5(10935 J包括一使其光學折射率被修改之層10930 (1093(V)與一輔助修改之層 10925(10925’）。層 10930 及 1093 0’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10930f。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10925及10935’之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 120300.doc -247- 200814308 耘，其中離子（例如但不限於氮 離子變化及劑量條件下植入一材料内。來自製程之離子穿 過層10925及10925,並部分受到阻擋及減速。 Ο u 層10925及10925’之厚度、密度或材料組成變更可能合 導致植入層10930及1093〇,之離子之數量及厚度變更。改； 的植入導致修改材料層之光學折射率變化。例如，將氮植 入由二氧化矽所製成之層1〇93〇及1〇93〇，内導致將二氧化矽 (Si〇2)轉換成氧氮化石夕（Si〇xNy)。在圖34i所示之範例中， 當層10925’比層10925更薄時，將會修改層1〇93〇，之光學折 射率多於層1〇93〇之光學折射率。取決於植入氮之數量， 可〜加光學折射率。在特^情況下，可獲得或更多的 光學折射率增加（從〜145至〜16)。能夠連續及/或平滑地修 改諸如1G93G及1093G’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 、’、Λ全化光予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 兀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1 0860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 120300.doc -248- 200814308 者糟由沈積-未平坦化、保形材料層ig96q來至少部分地 填充蝕刻區域10950,如圖344所示。初始層1〇8 層10955及保形材料層_〇可由相同或不同材料製成^ 官所述範例顯示-對稱性逐漸變細特徵，但額外的遮罩、 餘刻及沈積步驟可用於使用f知半導體材料處理方法來產 生不對稱'傾斜及其他_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
用波長依賴性之遽光片可由該些不平坦特徵形成或形成在 其頂部上。 圖345顯不一方塊圖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11/000,8 19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1〇975可關於一偵測器 像素没計初始定義一搞測器像素，例如圖295至307、3 13 至314、318至33 8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1〇970内。設計最佳化系統 1(5970包括一光學系統模型1〇985，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 120300.doc •249- 200814308 佳化系統10970内的一分析器10995内。第一資料1〇99〇可 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）内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11 〇〇以產生第二資料Π 〇〇5。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 區域内之耦合。第二資料1 1005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1〇975之效能 的一評分。 第二資料11005係饋入在設計最佳化系統10970内的一最 佳化模組11010。最佳化模組110 10比較第二資料11〇〇5與 目標11015，目標11015可包括使用者定義目標1098〇，並 提供一第三資料11 020回到光學系統模型1 0985。例如，若 最佳化模組11010總結得出，第二資料11 〇〇5不滿足目標 11015，則第三資料11020在光學系統模型1〇985促進精細 化；即第三資料11020可在光學系統模型10985促進調整特 定參數以導致更改第一資料10990及第二資料1 1005。設計 最佳化系統10 9 7 0評估一修改後光學系統模型1 〇 9 8 5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11〇25，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 120300.doc -250 - 200814308 給定光學系統内的電磁能量之一特定耦合值。設計最隹化 系統10970還可產生一預定效能11〇3〇，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係顯不用於執行一系統範圍共同最佳化之一範例 性最佳化製程1 1035之一流程圖。最佳化製程ιι〇35考量〆 交易空間11040,將各種因素考慮在内，包括（在所示範例 中）物件資料11045、電磁能量傳播資料11〇5〇、光學資料 1 1055、偵測器資料iiG6〇、信號處理資料11〇65及輸出資 則職。在交Μ間11G4G⑽考量的各種因素上的設計 限制係共同視為-整體，使得可在複數個回授常式ιι〇75 内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内， 可u又计CRAC及彩色濾光片（貢獻於偵測器資料1中將 一特疋組成像光學之場角及光圈數（貢獻於光學資料ιι〇55) 考罝在内用於配合該特定組成像光學使用，此外可修改在 偵測器處所獲得之資訊之處理（貢獻於信號處理資料丨丨％” 以補償所產生的成像光學及偵測器設計組合。還可將其他 没汁方面（例如從物件透過光學之電磁能量傳播）考慮在 内。例如，要求一關注寬場（貢獻於物件資料11〇45)與一低 光圈數（光學資料1 1055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u〇35可能需 要配置該CRAC以匹配一最壞情況或一入射電磁能量之= 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11〇55)，其有意地畸變或”重映射，，場點（例2 120300.doc -251 - 200814308 經典魚眼透鏡或360度全畢读於、， 反王厅、透鏡），以便提供獨特CRAC要 求。可結合對應於光學資料1 1055所表示之崎變的期望重 映射功能來設計用於此類畸變系統^rac(及對應的仙 器資料11060)。此外’不同波長的電磁能量可藉由該光學 來畸變’ m添加-波長依賴組件至光學資料i觀。因 此可在交易空間11040_測器之彩色遽光片及crac或 能量引導特徵⑽測之部分）考慮在㈣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 徵可基絲樣影像之可用處理（即錢處理f料11()65)而組 合在像素設計内（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11〇65之部分）、成像光學器件設 計（光學資料1 1055之部分）、及強度及CRA變更（電磁能量 傳播貝料之部分）的空間變化處理均可在最佳化製程11〇35 之父易空間1 1 040内共同地最佳化，以便產生一最佳化設 計 1 1080。 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a α。十可此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 集合没计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。 120300.doc - 252- 200814308 繼績參考圖347，製程1 1 〇85開始於一製傷步驟1 1 090， 其中可執行包含製程1 1085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11〇85期 間考量的各種要求11095。要求1 1095可能包括（例如）約束 1110 0、效能目標111 〇 5、優值函數1111 〇、優化器值11 j 15 及關於一或多個濾光片設計的設計限制丨i 12〇。此外，要 求11095可包括允許在製程u〇85期間修改的一或多個參數 11125。可作為要求ι1〇95之一部分的約束111〇〇之範例包 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1丨丨〇5 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1111〇可包括卡 方和、加權卡方和及絕對差和。可在要求11〇95内指定的 最佳化器資料111 15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i i 120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1 1095可基於一組規則藉由該計算系統由使用者輸 入或從-資料庫自動選擇來定義。在特定情況，可使各種 要求相關。例^，儘管一層厚度可能會受到一最大及最小 厚度範圍之-製造限制以及—使用者定義厚度範圍約束， 120300.doc -253 - 200814308 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11〇90,製程1 1085進行至一步驟1113〇,其中產 生無約束薄膜濾光片設計11135。在本揭示案之背景内， 無約束溥膜濾光片設計應理解為不將限制i丨〇95内所指 定之約束11100考慮在内，但考慮在步驟11〇9〇内所定義之 至少特定設計限制11120之薄膜渡光片設計。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(例如二氧切層）’但是該等二氧切層之實際厚度 可在步驟1U30内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 macle〇d⑧之一薄膜 設計程式之輔助下產生。例如，可在—薄膜設計程式中指 疋用以產生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1U20)。接著該薄膜設計程式最佳化一選 疋參數（即攸參數11125)，例如在各定義層内選定材料之厚 度，使得一濾光片設計之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111〇5)。無約束薄 膜設計11135可能已將各種因素考慮在内，例如與可變材 料相關聯之限制、薄膜層序列（例如在_薄膜遽光片内高 折射率及低折射率材料之序列）與在—組薄膜濾、光片_共 用一共同數目的層。可經由回授迴路1114〇交迭材料選擇 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 120300.doc -254- 200814308 ”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内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-步驟11145，受約束薄㈣光片設計 11150係藉由施加約束⑴⑼至無約束薄膜遽光片設計 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。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-步驟11155 ’ 一或多個受約束薄膜濾光片設 计111 50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11〇95。 作為一範例，製程1 1085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偵測器内的 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。一旦已產生隶佳化薄膜濾光片設計丨丨丨6〇，該製 程便結束於步驟11165。可將製程11〇85施加至薄膜濾光片 0又汁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渡。 120300.doc -255 - 200814308 圖348顯示一範例性薄膜濾光片集合設計系統m7〇之一 方塊圖。薄膜濾光片集合設計系統1117〇包括一計算系統 11175 ’其隨之包括一包含軟體或韌體程式m85之處理器 11180。適用於薄膜濾光片集合設計系統m7〇之程式 11185包括（但不限於）諸如ZEMAX⑧、MATLAB⑧、 ESSENTIAL MACLEOD®之軟體與其他光學設計及數學分 析程式。計算系統i丨丨75係配置成用以接收輸入丨丨丨9〇，例 如製程1 1085之要求1 1095，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1116〇。計算系統m75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112〇〇之一 斷面圖。部分1120〇分別包括第一、第二及第三偵測器像 素11205、11220及1123 5(由雙向箭頭所指示）。第一、第二 及第三偵測器像素1 1205、11220及1 1235分別包括第一、 第二及第三感光區域idO、1丨225及1124〇，其分別與第 一、第二及第三支撐層11215、1123 0及11245整體形成。 第、第二及第三支樓層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1124〇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分別包括第一、第二及第三薄 膜濾光片11250、1 1255及11260(形成各薄膜之層係由虛橢 120300.doc -256· 200814308 圓和示）/、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。在如圖349所示 之範例性㈣器像素陣列中，第_薄膜濾光片ιΐ25〇係組 態成用以用作―青藍㈣光片，第二薄膜濾光片1 1255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- CMY濾、光片。帛—、第二及第三薄膜遽光片 11250、1 1255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石夕 製社。同樣地’該等高折射率層可由相容於現有Cmqs石夕 製程（例如SiN)之另外低損、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1125〇及 1 1255之部分（同樣由虛橢圓指示）。如圖35〇所示，分別由 最低兩層的第一及第二薄膜濾光片1丨25〇及11255所組成之 一第一層對11275及一第二層對Π276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)可在對應索引層内具 有具有一共同厚度之對應層（例如層11281及11292)以及具 120300.doc -257 - 200814308 有不同厚度之對應層（例如層11282及1 1293)。在各第一及 第二層群組11279及11300内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之製程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、濾光片内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内各層之厚度來產生。例如，此 類設計表可產生用於圖349之各第一、第二及第三薄膜渡 光片 11250、1 1255及 11260。 D設計 青藍色 深紅色 黃色 層 材料 ^ 實體厚度(nm) 1 PESiN 230.15 198.97 164.03 2 BD 117.10 95.59 104.3 3 PESiN 106.72 70.55 26.28 4 BD 98.07 113.62 116.07 5 PESiN 104.8 62.19 34.39 6 BD 300.7 278.34 107.01 7 PESiN 93.65 52.85 24.05 8 BD 130.26 132.37 105.4 9 PESiN 104.15 76 161.66 表61 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 120300.doc -258 - 200814308 模擬效能曲線圖1 1305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 1 12 5 0之透射。一點線113 1 5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113〇5之設計規格係推導自 表61所不之資訊。在圖351内可看出，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1〇%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 有乂替南（H)及低（L)折射率層之一 9層薄膜減光片 (HLHLHLHLH)將會產生一組滿意的cmy濾光片，個別滿 足要求11095。在任一數目層内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，一法布立一拍若 狀結構可由二個不同材料形成，其具有一諸如 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（nd 〇)與 一低折射率BLACK DIAMOND⑧材料（ηΜ·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63中，索引層工分別列出用於青藍、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。 120300.doc •259- 200814308 下文立即詳細說明用於在一給定薄膜濾光片集合内共同 最佳化不同薄膜濾光片之一範例性並由此產生滿足要求 U〇95’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11〇85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此類要求之特定特定範例。 圖3 52顯示用於最佳化一範例性深紅色濾光片（例如圖349 之薄膜滤光片112 6 0)之效能目標及容限之一曲線圖 1 1325。一點曲線1133〇顯示用於第三偵測器像素1 1235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）併入倘’則裔像素及其相關聯感光區域之組態内的任 一埋入式光學元件及濾光片（例如紅外線截止及抗反射攄 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内通光電磁能量，而阻障 近、、杂光波長的電磁能量。一效能目標（例如效能目標1 11 〇 5) 之一範例性定義係在400至900與61〇至700 nm之波長頻帶 (即通帶）内使一薄膜濾光片通過9〇%或更多的電磁能量。 在圖352中’實線1 1335及U34〇表示用於濾光片之通帶（例 如在紅及藍光波長範圍内）的9〇%臨界透射目標。對應地， 在500及600 nmT，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n345指示用於曲線圖 1 1325内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59〇 nm波長）内具有小於 120300.doc 200814308 ι〇%的一透射。一直線11350表示在圖352之範例性曲線圖 内的停止頻帶效能目標。 繼續參考圖349及352, 一粗實線1 1355表示滿足上面所 不靶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 广測器像素敏感度之光譜依賴性。此外，指定作為要求 U〇95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11〇85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 一刀具以基於要求11〇95來計算各種薄膜濾光片設計，例 如選定材料、在各薄膜濾光片内的層數、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 设汁程式以藉由改變（例如）該等薄膜層之至少特定層之厚 V 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渡光 片最佳化成一單一目標，但應注意，此類程式僅作為計算 刀具，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、在設計内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。 120300.doc -261 - 200814308 圖353係顯示圖347之步驟11145之進一步細節之一流程 圖。如圖3 53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接收無約束薄膜液 光片設計11135。在一步驟1 1365，共同性係指派給低折射 率層（即在圖349及350内沒有交叉影線之層）。即，在該無 約束設計中的該等對應層（例如層U278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’第一及弟二薄膜渡光片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1126〇之對 應層之對應材料及厚度（如上面表63所示）。比較該等青該 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 係设計為一具有兩組邊界條件（對於垂直線11345所示之各 頻f邊緣一個邊界條件）之切口濾光片。相比之下，該等 月I及汽色濾光片設計各僅需要一頻帶邊緣，因此具有較 ，複雜的要求用於其薄膜濾光片結構。該深紅濾光片設言; 遝表不在用於該渡光片集合設計的中間波長内的要求，並 為了使該薄膜渡光片集合與深紅色濾、光片-致，可在最終 ;慮光片集合設計中獲得_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—約束之-範例。在-範例性 遽光片集合設計製程中，選擇深紅色遽光片作為一參考可 120300.doc -262· 200814308 作為最高階施加一約束而應用。 層 材料 實體 厚度(nm) 對差(nm；) CM MY CY 1 PESiN 232.78 198.97 162.95 33.81 36.02 69.83 2 BD 95.59 95.59 95.59 3 PESiN 103.32 70.55 28.18 32.77 42.37 75.14 4 BD 113.62 113.62 113.62 —5 PESiN 101.19 62.19 32.98 39 29.21 68.21 6 BD 278.34 278.34 278.34 7] PESiN 96.16 52.85 28.83 43.31 24.02 67.33 8 BD 132.37 132.37 132.37 9 PESiN 100.08 76 158.62 24.08 82.62 58.54 表62
繼續參考圖353，在一步驟11370，該等高折射率層係在 一步驟1 1370獨立地重新最佳化，以試圖更佳地滿足要求 110 9 5 ’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内的所 有高折射率層可依據結合該等個別濾光片設計之要求 11095來獨立地重新最佳化。表64顯示在圖353之步驟 i 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 個溥膜濾光片之共同值。表64之濾光片集合設計之模擬效 能係顯示於圖354内的一曲線圖U4〇〇内。如在圖351内， 口亥月監色慮光片效成係表示為一虛線Η 4 〇 5，該深紅色淚 光片係顯示為一點線11410，而該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 120300.doc -263 - 200814308 +止頻π透射上升證實效能較個別最佳化濾、光片輕微下 降々然而，在曲線圖11400内模擬的設計確實表示由於為 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。
多考圖353，可在至少特定層上在一步驟丨^乃執行一配 對程序。在圖353所示之範例中，可在高折射率層對上執 行-配對程序。在步驟11375㈣配對程序包括計算在遽 =片之該等對應高折射率層對之間的厚度差（例如在該等 青藍及深紅色渡光片内的對應層之間的厚度差係在-標注 "CM"之標題下指示；在該等深紅及黃色遽光片内的對應 層之間的厚度差係以-標注"MY"之行内指示；在該等青 藍及黃色濾光片内的對應高折射率層之間的厚度差係表二 内在一 "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i之對應 值）。依此方式，裝配用於不 “ (即 33.81 nm用於層 1，32·77 nm用層 3，2Q ?1 曰 zy·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1 13 7 5發展的此組選定最小戶疮 取』7子度差，接著在 一步驟H380選擇最大的”最小差p對及其_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鈇及 深紅色濾光片設計之層1固定為一組配對層。在步驟 及1 1380内執行的此配對程序係一體系排序程序步驟之75 一範例。已決定該等最小差異之配對而非該等最大差異之 120300.doc -264- 200814308 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1 1385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，該等配對層之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。 設計： 層 材料 青藍色 深紅色 黃色 實體厚度(nm) 1 PESiN 214 214 162.95 2 BD 95.59 95.59 95.59 3 PESiN 106.74 50.17 28.18 4 BD 113.62 113.62 113.62 5 PESiN 101 75 32.98 6 BD 278.34 278.34 278.34 7 PESiN 96.6 51.33 28.83 8 BD 132.37 132.37 132.37 9 PESiN 96.09 67.96 158.62 表63 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1 1 385決定的最佳配對層厚度。表63顯示在 完成步驟1 1390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 120300.doc •265 - 200814308 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g色漁 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5 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1 1395。若決策11395之答案係 π是π，則存在更多層待配對，接著製程u 145返回步驟 1 1375。若決策1 1395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m5〇並進行至圖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 1 1375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’例如在第一個穿過步驟11375至1 1390之 後，四個層三元組仍保持配對及最佳化。 設計： 層 材料 青藍色 深紅色 黃色 實體厚唐ΓηηΟ 1 PESiN^ 214 214 160.35 2 bd^ 95.59 95.59 95.59 3 PESiN 106.69 42.94 42.94 4 BD 113.62 113.62 113.62 5 PESiN 90 90 22.39 6 bd^~ 278.34 278.34 278.34 7 PESiN 100.7 32 32 8 BD 132.37 132.37 132.37 9 PESiN^ 95.93 95.93 158.16 表64 120300.doc 200814308 表64顯示在完成步驟1 1375至1 1390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66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1 14 5 0表示該深紅色濾、光 片之透射效能。一實線1 1455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。 層 材料 實體厚度(埃: 差異 光罩號 青藍色 深紅色 黃色 參考 參考 號 號 1 PESiN 1101.4 11288 410 410 11299 691.4 5 2 BD 878.7 11287 878.7 878.7 11298 3 PESiN 1055.5 11286 1055.5 421.5 11297 634 4 4 BD 900.8 11285 900.8 900.8 11296 5 PESiN 1073.3 11284 542.7 542.7 11295 530.6 3 6 BD 807.6 11283 807.6 807.6 11294 7 PESiN 1135.8 11282 1135.8 547.5 11293 588.3 2 8 BD 694.7 11281 694.7 694.7 11292 9 PESiN 1111.2 11280 414.8 414.8 11291 696.4 1 10 BD 972 11278 972 972 11290 11 PESiN 948.9 11277 948.9 948.9 11289 共同 PE-OX 11215 11230 基底 11K 總厚度 10679.9 8761.5 7539.2 表65 結合圖353簡略參考圖347，接著在步驟11155最佳化受 120300.doc -267 - 200814308 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内，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 效旎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3 4 7及3 5 3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内。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（CMY)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每層一 1%的厚度增加來將法線 外CRA考慮在内。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 35 1所示之該等個別最佳化濾光片集合相同的效能，但其 120300.doc -268- 200814308 確實〉貝示相當效能，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1 1085結束於步驟11165，但應明白，取決 於諸如設計複雜性、約束數目及設計集合中濾光片數目之 因素’製程1 1085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3 5 3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”11元 、、且叮疋位為一整數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，使得該等四個對應索引層係 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 識與實驗考慮在内來決定步驟1 1365至11395之排序以決定 V 並歸類依據各步驟處理該濾光片集合設計之影響。儘管在 範例背景下解釋圖353之步驟1 1365至1 1395，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1 1365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1 1385，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1138〇所示之最大，，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 120300.doc 269- 200814308 CMY濾光片集合設計最佳化製程尋求最佳化該等濾光片内 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 學厚度係疋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1148〇之 一流程圖。製程1 1480開始於一準備步驟丨1485，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 试運轉及驗證。步驟11485還可包括在添加該等薄膜濾光 片之别的僧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115〇〇，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1 1505，決定是否應沈積及/或修改更多層。若決策 1 1505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1149〇。若決策115〇5之答案係，，否，，’ 則不再沈積及/或修改更多層，接著程式U48〇結束於步驟 11510 〇 120300.doc •270 · 200814308 步驟號 說明 材料 厚度(埃） 光罩號 沈積 蝕刻深度 1 毯覆式沈積 UVSiN 948.9 2 毯覆式沈積 BD7800 972 3 毯覆式沈積 UVSiN 696.4 4 旋塗 光阻 5 遮罩曝光 1 6 電漿蝕刻 696.4 7 移除光阻 8 毯覆式沈積 UVSiN 414.8 9 毯覆式沈積 BD7800 694.7 10 毯覆式沈積 UVSiN 588.3 11 旋塗 光阻 12 遮罩曝光 2 13 電漿蝕刻 588.3 14 移除光阻 15 毯覆式沈積 UVSiN 547.5 16 毯覆式沈積 BD7800 807.6 17 毯覆式沈積 UVSiN 530.6 18 旋塗 光阻 19 遮罩曝光 3 20 電漿蝕刻 530.6 21 移除光阻 22 毯覆式沈積 UVSiN 542.7 23 毯覆式沈積 BD7800 900.8 24 毯覆式沈積 UVSiN 634 25 旋塗 光阻 26 遮罩曝光 4 427 電漿蝕刻 634 28 移除光阻 29 毯覆式沈積 UVSiN 421.5 30 毯覆式沈積 BD 7800 878.7 31 毯覆式沈積 UVSiN 691.4 32 旋塗 光阻 33 遮罩曝光 5 34 電漿蝕刻 691.4 35 移除光阻 36 毯覆式沈積 UVSiN 410 表66 120300.doc -271 - 200814308 步驟號 說明 材料 厚度(埃） 沈積 蝕刻深度 光罩號 1 毯覆式沈積 UVSiN 948.9 2 毯覆式沈積 BD7800 972 3 毯覆式沈積 UVSiN 1111.2 4 旋塗 光阻 5 遮罩曝光 1 6 電漿蝕刻 696.4 7 移除光阻 8 毯覆式沈積 BD7800 694.7 9 毯覆式沈積 UVSiN 1135.8 10 旋塗 光阻 11 遮罩曝光 2 12 電漿蝕刻 588.3 13 移除光阻 14 毯覆式沈積 BD7800 807.6 15 毯覆式沈積 UVSiN 1073.3 16 旋塗 光阻 17 遮罩曝光 3 18 電漿蝕刻 530.6 19 移除光阻 20 毯覆式沈積 BD7800 900.8 21 毯覆式沈積 UVSiN 1055.5 22 旋塗 光阻 23 遮罩曝光 4 24 電漿蝕刻 634 25 移除光阻 26 毯覆式沈積 BD 7800 878.7 27 毯覆式沈積 UVSiN 1101.4 28 旋塗 光阻 29 遮罩曝光 5 30 電漿蝕刻 691.4 31 移除光阻 表67 表66及67列出用於製造薄膜彩色濾光片（例如表65内所 述之範例性CMY濾光片集合）之二範例性方法之製程序 120300.doc -272 - 200814308 列。在表66及67内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 DMMOND®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 上執打。可使用習知的濕式或乾式蝕刻化學製程來執行電 漿Μ刻。 在表66及67内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姓刻操 作以二步驟沈積。材料係沈積至等於該配對層與一未配對 層厚度之間的-差異的-厚度。料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，、 該膜可使用一以一大於一下面層之速率姓刻該選定層之選 擇性蝕刻製程來向下移除至其與該下面層之介面。若將該 膜向下移除至其與一下面層之介面，則由於該等蝕刻製程 之選擇性’該下面層仍保持實質未㈣。未钱刻^明 在蝕刻製程中移除一忽略不計數目的一給定層。可根據一 絕t厚度或該層之厚度之一相對百分比來測量此忽略不計 數ϊ。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 可執仃一第二沈積以添加足夠的材料以在對應層三元組内 建立最厚層之厚度。在與範例性CMY濾光片集合設計之一 120300.doc -273 - 200814308 製程中，SiN係正在蝕刻之材料而Black Diamond⑧係用作 一停止層。此’’蝕刻停止”製程可（例如）使用習知的CF4/02 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H3P04、或用於選擇 性#刻Black Diamond⑧/Si〇2之HF或緩衝氧化物餘刻劑 (BOE)。 在表67内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）該三元組内的特定層。 光罩號 受光罩保護的> ί象素 註釋 青藍色 深紅色 黃色 1 是 0 0 光罩1、3及5相互相同。 2 是 是 0 光罩2及4相互相同 3 是 0 0 光罩1、3及5相互相同。 4 是 是 0 光罩2及4相互相同。 5 是 0 0 光罩1、3及5相互相同。 表68 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115 15之一流 120300.doc -274 - 200814308 程圖。製程11515開始於一準備步驟1152〇，其中執行任一 設定及初始化製矛呈，例如但不限⑨，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 件之前的一债測器像素陣列之任一處理。在一 Z驟 1 1525，將一或多種材料層沈積在（例如）一共同基底上。在 -步驟1153〇’在步驟则期間所沈積的該(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1 1535，進一步沈積一或 多種材料層。在一可選步驟1154〇中，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1 1545，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ιΐ55〇。應瞭 解，製程11515可在其他製程之前或之後，^更組合其他 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36〇至 364，在步驟11525沈積一第一材料以形成一第一層 1 1555。接著在步驟丨153〇蝕刻第一層i 1555以形成（例如）一 包括實質平坦表面1 1565之釋放區域1156〇。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 1 1 555)之最上表面下面延伸的一區域。此外，一實質平坦 ^面應理解為—表面，其具有比較該表面之—尺寸較大: 一曲率半徑。釋放區域1156G可由（例如）各向異性㈣所形 成在步驟11535，一第二材料係保形地沈積子第一層 120300.doc •275 · 200814308 1 1555_之上及釋放區域115㈣以形成—第二層丨mo 本揭不案之背景内，保形沈積應理解為_沈積製程，且中 可將類似材料厚度沈積在接收該沈積之所有表面上而；管 該等表面之方位如何。第二層1⑽包括關於釋放區域 ⑴的形成的至少-不平坦特徵11575…不平坦特徵= 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-曲率半徑。不平坦特徵⑴乃還可包括—平坦區 域11580。不平坦特徵11575之曲率半徑、寬度.、深度及其 他成何特ί±可藉由修改釋放區域1156〇之縱橫比（深度對寬 度比）及/或藉由修改沈積以形成第二層ιΐ57〇之材料之化 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⑴乃以 形成一第三層1 1585。即，當第三層11S85之一上表面 I 1595之最低區域係在一對齊第二層ιΐ57〇之平坦區域 11580之基準116〇5(由一虛線指處或其上方時，完全填 充不平坦特徵1 1575。當一不平坦特徵1159〇係在基準 II 605下面時’視為部分填充不平坦特徵⑴乃。第三層 1 1585包括關於不平坦特徵丨1575所形成之至少一不平坦特 徵11590。第三層1 1585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⑴85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1 1 555、115?〇及1 1585可能係相同或不 同材料。當s亥4形成該不平坦特徵之材料之至少一暑之一 折射率不同於（針對至少一電磁能量波長）其他材料時，形 120300.doc -276- 200814308 先予凡件。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 成額外不平坦特徵。 之修改可用以形
圖365顯不用於沈積第三材料層之—替代性製程。一填 充不平坦特徵1163〇係在沈積—第三層11615期間形成。第 二層11615包括不平坦表面i⑽以及實質平坦表面 咖5。第三層11015可（例如）藉由一非保形沈積⑼如藉由 使用-旋_，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1163〇形成一光學元件。 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1 1635，接著成一釋放區域 1 1640及一可能具有實質平坦表面之突出ιΐ65〇。一突出可 硓定義成一區域，其在一層（例如蝕刻之後的層1163勹之區 域表面1 1645上方延伸。釋放區域1164〇及突出1165〇可由 各向異性蝕刻來形成。一第二材料係保形地沈積在層 1 1635之上及釋放區域11640内以形成一層1 1655。層11655 之表面之部分1 1665係不平坦並形成一光學元件。該表面 之其他部分11660係實質平坦。 圖369至372顯示依據圖359之製程1151 5之另一替代性製 程之步驟。一第一材料係沈積以形成一層丨丨67〇，接著钱 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1 1675可由（例如）各向同性蝕刻所形成。一第二材料 120300.doc -277- 200814308 係保形地沈積在層11670之上及釋放區域11675内以形成一 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U67〇之上表面 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3 63之第三層11585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1 1705。不平坦光學元件117〇〇、 11 71 0及1171 5可用於將在偵測器像素n 695内的電磁能量 導向感光區域11720。將不平坦光學元件包括於偵測器像 素設計内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、弓曲輪廓（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▼近似為先可所論述之所說明雙厚平板組態的圖 之口 光子7L件1〇2〇〇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 人折射式TM牛及/或類似於上面結合圖297至所述 之該等結構的其他結構。 120300.(Ιος -278- 200814308 層 材料 折射率 消光係數 光學元件 (FWOT) 厚度(nm) 媒介 空氣 1.00000 0.00000 1 Si02 1.45654 0.00000 0.58508249 261.10 2 Ag 0.07000 4.20000 0.00288746 26.81 3 Si02 1.45654 0.00000 0.30649839 136.78 4 Ag 0.07000 4.20000 0.00356512 33.10 5 Si02 1.45654 0.00000 0.33795733 150.82 6 Ag 0.07000 4.20000 0.00186378 17.31 7 Si02 1.45654 0.00000 0.31612296 141.07 8 Ag 0.07000 4.20000 0.00159816 14.84 共同基底 玻璃 1.51452 0.00000 1.55557570 781.83 表69 圖3 74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1 1725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1 1730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 至一偵測器像素之感光區域並損壞其。 120300.doc -279- 200814308 參數名稱 參考編號 尺寸 註釋 像素 11735 4.4xl0'6m 假定一偵測器像素(2.2微 米寬)在任一側具有兩個 半像素。 空氣 11750 5xl0"8 m 假定電磁能量從空氣入射 FOC 11755 2.498xl0'7m ARC 6xl0~8m 氮化物 2xl0'7m Si〇2 3.0877xl0_6m 接面氧化物 3.5xl0_8m 接面氮化物 4xl0'8m Si 6xl0,6m 接面見度 1.6x1 O'6 m 高斯光束直徑(1/e2) 3000 nm 關注波長 455 nm，535 nm，630 nm 表70 表3 75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1 1735之一示意圖。先前偵測 器像素1 1 735之各種規格係概述於表70内。電磁能量 11740(由一大箭頭指示）係假定以法線入射而入射在偵測器 像素1 1735上。如圖375所示，偵測器像素1 1735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1 1735，電磁功率密度由等 高線輪廓所指示。在圖375中可看出，在像素内的金屬執 跡11745阻止電磁能量11740透過偵測器像素1 1 735透射。 即，在一不帶小透鏡之感光區域11790處的功率密度相當 大程度地擴散。 圖376顯示在另外先前技術偵測器像素1 1795之一具體實 120300.doc -280- 200814308 施例’此時包括一小透鏡丨i 8〇〇。小透鏡1 i 8〇〇係組態成用 於聚焦透過電磁能量1174〇，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U795需要在製作偵測器像素U795之其他組件之後分離 製作並對齊小透鏡1 1800在偵測器像素U795之一表面上。 圖377顯示一偵測器像素U8〇5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1181〇用於在感光 區域11790處聚焦電磁能量。在圖377所示之範例中，小透 鏡Π8 10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1 1 805之其餘部分的現有製程。金屬透鏡 11 8 0 1 〇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U8〇〇之聚 焦效果’但金屬透鏡1181〇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1181〇係由相容偵測器 像素製程之材料形成，故其可整合在偵測器像素自身之設 计内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 外電磁旎ϊ 1 1820之傳播。應注意到，比較相對於感光區 域11790中心定位的金屬執跡11745已偏移金屬執跡 11 841，以試圖容納法線外電磁能量i丨82〇之法線外入射 角。如圖378所示，法線外電磁能量11820部分地被金屬執 120300.doc -281 - 200814308 跡1 1845阻障並大多數錯過感光區域11790。 圖3 79顯示在另一先前技術偵測器像素丨丨825，此時包括 一小透鏡11 830。應注意到，小透鏡1183〇及金屬軌跡 11841二者已相對於感光區域1179〇偏移，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1 1 830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 I 1825需要另外考慮需要在偏離感光區域1179〇之一位置處 定位小透鏡1 1 8 3 0所強加之裝配複雜性。 圖380顯示一偵測器像素1 1835之一範例性具體實施例， 包括埋入式光學元件，其用作一小透鏡丨丨84〇用於在感光 區域11790處引導法線外電磁能量u 82〇。金屬透鏡ι184〇 具有一不對稱、三個柱設計，具有相對於感光區域1丨79〇 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1184〇係伴隨感光區域η790 與金屬執跡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1 1845之位置。即，金屬透鏡 II 840比包括小透鏡1 1830之先前技術偵測器像素1 1825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 3δ0所示之該等金屬透鏡）之一設計製程U845之一流程 圖。設計製程1 1845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 120300.doc -282 - 200814308 1 1855，定義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 形狀與形成該等偵測器像素之各種層之排序係在步驟 1 1855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内 (尺寸為公尺，除非另有註釋）。 pixelWidth: 2.2x10'6 像素寬度 pixel: 4.4xl0-6 在各側二半像素之一 2β2 微米偵測器像素 air: 5xl〇·8 透過空氣發射電磁能量 FOC: 2.498x10-7 入射在一平坦化層上的 ΕΜ能量，η=1.58 ARC: 6xl0·8 下一層=抗反射塗層， η=1·58 nitride: 2xl0·7 下一層=氮化矽層 Si02： 3.0877xl〇·6 下一層=二氧化矽層 junctionOxide: 3.5xl〇·8 下一層=第一抗反射塗層 junctionNitride: 4xl(T8 下一層=第二抗反射塗層 Si: 6x1 (T6 支撐感光區域之石夕層 junctionXY: [1.6xlO'63.5xl〇·7] 感光區域之尺寸 junctToF arMetalEdge: 2.687x1 O'6 從感光區域至遠端金屬 軌跡邊緣(銘)之距離 junctToCloseMetalEdge:: 1.588xl0'6 從感光區域至近端金屬 執跡邊緣之距離 FarMetalWidthHeightLeftEdge: [4.09xl〇-7 6.5xl0-7 -1·302χ10·6] 遠端金屬軌跡幾何形狀 及位置 CloseMetalWidthHeightLeflEdge: [5.97χ1〇·73.5χ1〇·7 -1·396χ10·6] 近^0金屬軌跡幾何形狀 及位置 表71 在一步驟11 860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内： 120300.doc -283 - 200814308 在有限元件模型中最小的物件間距 在模擬退火最佳化器中的溫度範圍[當T<Tmin時最 佳化器停止] 模擬耗費的小時數 選擇是否在最佳化中改變Si〇2寬度 最小幾何允許寬度 用於最佳化器猜測之最大Si〇2寬度 製程所允許之最小特徵大小 製程所允許之最大光學元件高度 製程所允許之最小光學元件高度，如光學元件材 料所指示 由於非零CRA所引起之偏移值 在有限元件模型中的矽基底 在石夕/氧化物介面與感光區域之間的距離 offsetlens · · •offset.bottom表示由於非零主光線角所 引起之偏移可調整該些值以允許改變透過偵測器 像素至感光區域(即”接面”)之EM能量傳播 來自空氣之主光線角 Minimum wavelength 最大波長 波長點號 表72 / FEM: 5xl0'9 TempMaxMin: [1 lxlO'10] Hours: 8 trombone: 0 Si02widthMin: 2.612xl〇·6 Si02widthMax: 7x1 O'6 η minFeature: 1.1x10' maxLensHeightFab: 7x1 O'7 minLensHeight: 4x1 O'8 offset: SiBase: 3.8x1 O'6 intrinsic: 2.5x10·7 lens: 0 beam: 0 junction: 0 traceTop: 0 traceBottom: 0 CRAairDeg: 0 Min: 5.5xl〇·7 Max: 5.5xl0·7 Points: 3 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内：
Metalens.height 1 124xl〇·9 光罩1總高度 Metalens ,height2 124xl〇·9 光罩2總高度，若使用的話 Metalens.pillars. widths 1 [606 514 66]*lxi〇*9 假定三個柱，柱寬數目對應 於[中右左] Metalens.pillars.edgesl [300 1580 -2.41*1x10-9 柱位置 Metalens material: 鈍化氮化物 表73 在一步驟11870 一最佳化常式開始修改金屬透鏡設 120300.doc -284- 200814308
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1 1 875，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1188〇中，決 定是否已滿足設計目標。若決策1188〇之答案係是，則已 滿足設計目標，接著設計製程11845結束於一步驟1 1883。 若決策1 1880之答案係否，則未滿足設計目標，接著重複 步驟11870及1 1875。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 較包括一二柱金屬透鏡（例如如圖377及38〇所示之該等金 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1 1885。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 範圍内在感光區域-致地提供相#或勝出包括_小透鏡之 摘測器像素系統的功率耦合效能。 於提供CRA校正整合在 、 吟尔、$ 口傅1乍為一工里 式光予7L件之另一方法係使用一次波長稜鏡光柵 在本揭示案之背景下，—次波長光柵係理解為- 光柵週期小於一波長光糖 A 1 ’、、 長之光柵即ϊ%，其中△係-光柵週 期，讀一言免計波·^而111係幵）成次波長光栅之材料之折射 率。p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。藉由橫跨次波長光栅修改卫作比（定 義2 W/Λ，其中w係在光柵㈣柱寬），有效媒介理論可用 於叹5十-用作透鏡、稜鏡、偏振片等之次波長光柵。為了 120300.doc -285 - 200814308 在一偵測器像素中校正CRA，一次波長稜鏡光栅（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 兀件之一範例性81^1189〇。81^1189〇係由一具有一折射 率h之材料所形成。sp(} 1189〇包括具有不同柱寬I!、 等之柱1 1895。且光栅週期Δι、&等之不同柱寬，使得工 作比（即、w2/A2等）橫跨SPG 1 1890變化。此類SPG之 效旎可使用（例如）Farn，，增加效率之二進位光柵應用光 子卷31苐22號’第4453至4458頁）與Prather，，用於整合 、、工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87〇至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 測器像素内CRA校正的SPG設計。 圖384顯示整合在一偵測器像素偵測n9〇5内的spG 0 0之陣列。彳貞測器像素陣列119 0 5包括複數個摘測器 像素11910(各由一虛矩形所指示）。各偵測器像素1191〇包 括形成在一共同基底11920上或其内的一感光區域11915與 可在相鄰偵測器像素之間共同的複數個金屬執跡11925。 入射在偵測器像素11910之一者上的電磁能量1193〇(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U9i5用於其上的偵測。在圖384 中可注意到，已偏移金屬執跡1 i 925以在偵測器像素丨丨9 i 〇 内容納16。或更小的eQUt值。 在如圖384所示之範例中，已將特定製造約束考慮在 120300.doc -286 · 200814308 内。特定言之，假定電磁能量11930從空氣（折射率 nair=1.0))入射在SPG1 1900(由折射率mi.O之Si3N4形成）上 並透過一支樓材料1 1935(由折射率n〇= 1.45之Si〇2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内用作 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 疋各種没计目標，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）與在债測器 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 120300.doc -287 - 200814308 之效能。步驟11954可包括（例如）在一商用軟體（例如 FEMLAB®)中模.擬可製造SPG設計之效能。接著，作出一 決策1 1956，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1 1952以 再次修改該SPG設計。若決策1 1956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U94〇結束於一步驟 1 1958。下文隨即進一步詳細地論述在設計製程丨194〇中的 各步驟。 圖386顯示用於在圖385所示之設計製程1丨940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U96〇所定義之參數 係： 0in=在該稜鏡之一第一表面處的電磁能量之入射角；
Qout=在一假想SPG表面處的電磁能量輸出角； e'〇ut=在該稜鏡之一第二表面處存在的電磁能量輸出 角， ΘΑ=稜鏡頂角； ηι =稜鏡材料折射率； η〇=支撐材料之折射率； α=—第一中間角；以及 β=—第二中間角。 120300.doc -288- 200814308 耳定律與三角幾何關 ηι及nG的一函數，如 繼續參考圖386，可藉由使用斯涅 係顯示輸出角eout可表述為θίη、㊀八、 等式（16)所示·· !h sin^ ΘΑ
sinfeJ 等式（16) f u 例如’ Α 了獲得一輸出角U。，假定一輸入角 θίη=35。，使用一由一具有折射率㈣之材料所形成之稜 鏡，依據等式（16)，該稜鏡之頂角應該為m3。。即， 假定用於各種it件之該些值，傳統稜鏡ii96q將會輸入角 θιη 3 5之入射電磁此里之傳播，使得來自該稜鏡之輸出角 將會係θοιη-16。’其係在接受用於（例如）一 CM〇s.測器之 一感光區域之一圓錐體内。假定獲得必需CRA校正所需之 傳統棱鏡之頂角，用於一給定稜鏡基底尺寸之傳統稜鏡之 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。模型棱鏡11962係由一具有一折射率〜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Η與一頂角θΑ，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Η係藉由 等式（17)與棱鏡基底寬度與頂角“相關： = (2.2"m)tan(化) = (2.2"m)tan(18.3°)= 0.68"m。 等式（ι7) 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 120300.doc -289- 200814308 之設計製程11940之步驟11948之結果；即，SPG 11964表 示將該幾何光學設計（由模型稜鏡1962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Η之上述計算值視為該等SPG柱之高度（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 〇·45微米波長）係從空氣入射在SPG π964上並從 SPG 11964出射至Si02内。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（丨8)容易地計 算出SPG 11964之相關參數： rr ^ isw ' n(n+i) ^~n(n+i) 等式（18) 其中
Sw = 22μτη; ΡΗ = Η = Ο.βΖμπι; -Jl 2ηλ 0.45//m =]5Γ=0·114 娜； Ν=柱 號;以及 i=l5 2，3，· . 19 〇 120300.doc 290- 200814308 柱號 寬度(nm) 1 5 2 11 3 16 4 22 5 27 6 33 7 38 8 44 9 49 10 55 11 60 12 66 13 71 14 77 15 82 16 88 17 93 18 99 19 104 表74 在本範例中用於值i=l，2，3，· · ·，19之枉寬Wi計算值係 概述於表74内。即，上面相關SPG參數列表與表74概述設 計製程1194〇中步驟U948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 松比（即柱高PH與柱寬pw之比率）為大約1 〇，最小柱寬係設 疋為65 nm而柱高設定為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 120300.doc -291 - 200814308 制係包括於圖385所示之設計製程11940之步驟1 1950内。 依據設計製程11940之一步驟1 1952中的製造約束修改該 初始SPG結構設計。 參數 值 Sh 200 nm Ph 650 nm Sw 2200 nm Δ 183 nm 柱號 12 最小柱寬 65 nm 縱橫比(Ph/Pw) 4.6 Πι 2.00 η〇 1.45 Θ in 0〇 至 50。 高斯光束直徑(1/e2) 3000 nm 關注波長 455 nm, 535 nm5 630 nm 表75 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。 柱號 柱寬(nm) 1 65 2 67 3 68 4 70.5 5 70.5 6 84.6 7 98.7 8 107.8 9 112.9 10 115.3 11 118.3 12 118.3 表76 120300.doc -292- 200814308 在該可製造SPG中的修改柱寬係概述於表％中。 設計製程ι194〇之步驟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
53 5 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 〇。至35。範圍的輸入角，輸出角 θ_作為輸入角0化之一函數的數值計算結果之一曲線圖 11966。曲線圖11966係使用FEMLAB⑧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内。在圖3的 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 用於使起過30之入射電磁能量在接受角度之圓錐内用於 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 〇。至35。範圍内的 輸入角’輸出角θ011(即如圖386所示）作為輸入角θίη(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 上比遠可製造S P G預測更大C R A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内。換言之，圖 389與390之一比較顯示圖385之設計製程（即開始於幾何光 120300.doc -293 - 200814308 學設計以產生該SPG之規林、括处 , 兄)钕供一產生一適當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 算結果分別作為輸人角θίη與用於sAp偏振之波長之曲線圖 1 1970及11972。儘管曲線圖1197〇及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78之可製造 / SPG在關注波長範圍内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0_仍大 約為16°。即，依據本揭示案所設計之可製造spG在一波長 範圍以及偏振内提供可製造性以及均勻的Cra校正效能。 換e之’檢查圖389至392(即作出設計製程11940之決策 1 1956)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5瓜度）作為空間距離（任意單位）之 一函數之一曲線圖並可視為一拋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 120300.doc -294- 200814308 廓11976之一相位輪廓。SPG 11979包括複數個柱ιΐ98()， 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，在較低相位區域内，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，t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⑴嶋 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九/(2幻，其中。係形 成柱1 1980之材料之折射率。 儘管結合關於與一CM〇w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CM〇s相容製程已 說明各前述具體實施例，但f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BICM〇s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”周適成電磁月b里發射器而取代偵測器且仍不脫離本揭 示案之精神及料。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。 由八有不同折射率之二媒介所形成之表面部分反射入
射其上的電磁能詈。你丨士 I %犯里例如，由具有不同折射率之二鄰接光 學元件（例如層疊光學元件）所形成之-表面將部分地反射 入射在表面上的電磁能量。 120300.doc -295 - 200814308 由一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⑽所定義 1 等式（19) 其中 7
R :㈡)2 + (cos 一叶 2(cos θ + b)2 (a cos Θ + b)2 a^{n2/nx)2 b = Vorsin2 Θ ? ne第一媒介之折射率，
n2一弟一媒介之折射率，以及 Θ係入射角。 因而’在ηι與n2之間的差越大，該表面之反射率越大。 在成像系、、先中，通常不需要在一表面處的電磁能量反 射。例如，在-成像系統中藉由兩個或兩個以上表面反射 電磁月b里可在6亥成像系統之_ ^貞測器處產生不需要的鬼 影。反射還減小到達摘測器之電磁能量數量。為了放置在 f k 上述成像系統中不需要的電磁能量，可在上述成像系統中 在光學（例如層叠先學$ &、e ^ . θ且尤予7L件）之任一表面處或其上製作一抗
反射層。例如，在上诚JgJ 、 牡上迷圖2B專用，可在層疊光學元件24之 或夕個表面上製作一抗反射層，例如 24⑴及24⑺所定義之表面。 件 可猎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-層來在該表面處或其上製作—抗反射層。 射率匹配材料理想地（認為法線入射單色電磁能量）且有\ 折射率ru)，丨等於由等式（2〇)所定義之_；、 120300.doc -296- 200814308 率 matched η 等式C20) 其中…係形成該表面之第一媒介之折射率，而η!係形成該 表面之第二媒介之折射率。例如，若…吐mm。， 則nrnatched將會專於1 ·48，而士方主r 士 δ而在忒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矣而 何科之表面所反射之關注電磁能量之 毀滅性干涉’㈣防止該表面處的反射。在該匹配材料内 的電磁月b里波長（”又matched")係由如下等式（21)定義： 2 一 又〇 八matched ~ ” matched 等式（21) ’、中λ〇係纟真空中的電磁能量波長。例％，假定關注電 磁能置係綠光，其在直*中且古 牡具工f具有一 55〇 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。 另可行匹配材料係一聚合物材料。此類材料可旋塗在 表面上或可藉由使用一製作母版之模製來施加至一光學 120300.doc -297- 200814308 (例如一層璺光學元件）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（例如在該匹配材料内的關注 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2：軸（即沿光轴在該匹配 材料内的關注波長之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395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12〇〇〇。抗反射 層12002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（21)所定義之一 折射率nmatched ’其中ηι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12〇 14等於在抗反射層 12002中關注電磁能量之波長之1/4。圖ι2〇〇〇之二分解 12010係如圖395所示。共同基底12〇〇8可以係一偵測器（例 如圖2A之偵測器16)或諸如用於WAL〇樣式光學器件之一 玻璃平板。 120300.doc -298- 200814308 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（21) 所定義之nmatChed。此外，一抗反射層可較有利地使用用於 製作二形成該表面之光學元件之相同材料，由二子層製 成。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之各層具有大約等於該子層 内關注電磁能量波長之1 /16的一厚度。 表79概述在諸如圖395之分解12010(2)所示之一層疊光 學元件之一二層（標題為及’’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79中應注意，該第一 子層係由與該第二光學元件相同的材料製成，而該第二子 層係由與該第一光學元件相同的材料製成。用於表79用途 之關注電磁能量波長係505 nm。 層 材料 折射率 消光係數 實體厚度(nm) LL1 低折射率聚合物 1.37363 0 AR1 高折射率聚合物 1.61743 0 25.3 AR2 低折射率聚合物 1.37363 0 29.9 LL2 高折射率聚合物 1.61743 0 總厚度 55.2 表77 圖396顯示反射率作為由帶及不帶表77所指定之抗反射 層的圖77之層疊光學元件所定義之表面之波長之一函數的 一曲線圖12040。曲線12042表示不具有表77中所指定之抗 120300.doc -299- 200814308 反射層之二層疊光學元件之間的反射率表面；曲線i2〇44 表示/、有表77所扣疋之抗反射層之反射率。從曲線圖 12040可觀察到，該抗反射層減小該表面之反射率。 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内的 溝槽，其中該等溝槽之至少一大小（例如長度、寬度或深 度)々係小於在該抗反射層内的關注電磁能量之波長。例如 該等溝槽填充-填充物材肖，其具有不同於用於製作光學 兀件之材料的-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 )】如若-人波長特徵係形成在一第一層疊光學元件 且第一層璺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 :真充物材料可以係空氣（或在光學元件環境中的另外氣 體）不順何種方式，該填充物材料（例如一聚合物或空氣） 、有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 ▲表面（不包括次波長特徵之光學元件表面部分）形成 效媒介層，复星右 .^ 、、有一有效折射率neff。若neff係大約等於等 疋義之nmatched，則此有效媒介層用作一 根據一二不同材料組合來定義一有效折射率之- 關係係由；^，备# . 曾、才口又方程給出，由方程（21)給出： 120300.doc 300- 200814308 1 = 〇 等式（21) 其中p係一第一組成材料A之體積分數，“係第一組成材料 A之複雜介電函數，“係第二組成材料b之複雜介電函數， 而se係有效媒介之產生複雜介電函數。複雜介電函數e與 折射率η及吸收常數k有關，由等式（22)給出： 等式（22) £ ~{n + ik)2
該有效折射率係次波長特徵之大小及幾何形狀以及光學 兀件表面之填充因數之一函數，其中該填充因數係定義為 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>皮長特徵可以係職性（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= 層之電磁能量；此類偏振可能或可能不合需要，視應二 定。 如上所述，較重要的係該等次波長特徵具有一至少尺 寸，其係小於在有效媒介層内關注趣電磁能量之波長二在 一具體實施例中，該等次波長特徵具有至少一尺寸，其， 於或等於大小Dmax，Dm,係由方程（23)定義： 120300.doc -301 - 200814308 = A. 其中λ〇係在真空内關注電磁能 之有效折射率。 等式（23) 里波長而neff係有效媒介層 ί
一次波長特徵可使用一製作母版模製在一光學元件之一 表面内，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 負片上的抬冑表®對應於在該光學元件上所形成之該等次 波長特彳政之凹槽。例如，圖397說明一製作母版12070，其 具有表面12072，該表面包括要施加至模製材料12〇78之 表面12086的次波長特徵之一負片12〇76，模製材料 12078將用於在共同基底12_上製作一光學元件。製作母 版1207G接合如箭頭12_所示之模製材料丨則以在產生 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12〇72上由肉眼看見。表面 12072之一分解12074顯示負片12〇76之範例性細節。儘管 在圖397中負片12〇76係說明為—正弦波，但負片12㈣可 以係任一週期性或非週期性結構。負片^具有一最大 /木度12082，其小於次波長特徵模製表面^⑽^所產生之 有效媒介層内關注電磁能量波長。 若另一光學元件係要近接表面12086而形成，模製於表 面12086内的該等次波長特徵填充有一填充物材料，其具 有不同於用於製作光學12〇78之材料的一折射率。該填充 材料可以係-用於在表面12〇86上製作額外光學元件之材 120300.doc -302 - 200814308 料’否則该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641〇之一子區段1211〇之_ 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）亦近似。 可將加工表面64 10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12〇7〇 之負片12076。一刀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1211〇之區域係由 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之左下角的單元細胞具有週期12116(，，冒，，）與高 度^丨丨以”!!”）。在冒與11之間的一比率或單元細胞縱橫Z 係藉由等式（24)定義： = 等式（24) 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641〇之製作母版所產生 120300.doc - 303 - 200814308 之有效媒介層中關注電磁能量波長。加工表面641〇之各單 凡細胞具有下列特性：（1)一支柱填充因數（”fH”）0.444 ; (2) 凹槽填充因數（”fL”）(K556 ; (3)—週期（w)200 ;及（4)一厚 度l〇4.5nm，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加工 表面64 1 〇之製作母版所產生之次波長特徵的平坦表面上之 電磁月b里波長之一函數的一曲線圖1214 〇。曲線1214 6對應 於具有一週期400 nm之單元細胞；曲線12144對應於具有 一週期200 nm之單元細胞；而曲線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，則該表面在一大約〇.5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 rnn週期時，該表面之反射率對於低於大約〇·525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加工 表面641 0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丨2丨7〇。曲線圖 12170假疋該荨單元細胞具有一 2〇〇 nm週期。曲線12174對 應於具有一 500 11111波長之電磁能量，而曲線ι2172對應於 具有一 700 nm波長之電磁能量。曲線ι2172與ι2174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5〇〇微米之範 120300.doc -304- 200814308 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。曲線12204對應於具有使用一具有加工表面 6410之製作母版所產生之次波長特徵之光學元件，而曲線 12202對應於不具有次波長特徵之光學元件。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 學元件表面内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，加 工表面6410之子區段1211 〇(圖398)可使用一針對單元細胞 之寬度大小調整之刀具來加以翼形切削。在圖398之情況 下，若一單元細胞具有一 200 nm寬度與一34〇 nm高度，則 遠刀具可具有一大約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使用 一專用金剛石刀具，例如圖224所示之刀具。該金剛石刀 具在諸如圖223所示之一表面（例如一製作母版之表面）内切 削溝渠。然而，該金剛石刀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。可使用光柵掃描縮排圖 120300.doc - 305 - 200814308 案化將一負片形成在一製作母版之一表面上。作為一戮記 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 f \. 產生數微焦的脈衝能量或Q切換以在249 nm下產生超過J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3〇〇咖之特徵大小的負片之表面釋放 結構可使用準分子雷射剝離（使用一KrF雷射）來產生，如 間隔係調整以獲得對應於負片設計之填充 於雷射剝離之其他雷射包括ArF雷射與c〇 下述。該雷射係使用CaF2光學而聚焦至一繞射限制點並橫 跨β亥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 因數。可能適用 2雷射。 α使用ϋ刻製私將—負片而另外形成在—製作母版之 -表面上。在此類製程中’使用—钱刻劑來在該製作母版 $敍刻土几i几係、與該製作母版表面之材料之顆粒大小 ^組態；此類大小及也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。6亥材料之晶格平面與瑕疵（例如顆粒邊界盥晶體學失 =位）將會影響形成坑的速率。該等難及失排錯位時 吊1^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蚀刻化 120300.doc 200814308 學、製作母版及餘刻劑溫度、顆粒大小及餘刻製程持續時 間之特性。可行姓刻劑包括諸如鹽及酸之腐餘性物質。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。 右一抗反射層係形成在一光學元件之一表面上或處，則 該抗反射層或多個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4〇2顯示一曲線圖1223q， 其說明此類收縮之一範例。曲線圖1223〇顯示一模具（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。曲線12232表示該模 具之斷面，而曲線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曲線12234 又小於曲線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4〇3顯示曲線圖 120300.doc - 307 · 200814308 12260，其係一模具（即一製作母版之一部分）與一固化光學 元件之一斷面。曲線12262表示該模具之斷面，而曲線 12264表示該光學元件之斷面。曲線圖12260(圖403)不同於 曲線圖12230(圖402)，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4〇3之曲線12264 對應於圖402之曲線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4〇3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4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)， 在一系列層内穿過金屬互連（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（例如層疊光學元件及/或WAL〇)係一般製作在一 前側照㈣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^象素使用。在後側照明彳貞測器像素 120300.doc - 308 - 200814308 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；在該等層内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感光區域。圖 404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123 10各包括一區域 123 06，其包括一感光區域12298。矽晶圓12308(—般稱為 一絕緣體上石夕（SOI)晶圓）還包括過多石夕區段12294與埋入式 氧化物層12304 ;矽晶圓123 10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。 由一氧化砍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#刻及研磨；因此存在一危險，即在區域 12306未從過多石夕層12294分離之情況下，由於無力精確停 止餘刻或研磨矽晶圓12308，區域12306將會遭到損壞。埋 入式氧化物層123 04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123〇6。埋入式氧化物 120300.doc -309 - 200814308 層12304還可有利地用於近接偵測器像素m9〇之表面 123 00，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1233〇以及一 層結構12338與可配合偵測器像素1233〇使用之三柱式金屬 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 12238及/或修改成一紅外線截止濾光片。還可修改層 123 32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18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1234〇。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 之偵測器像素内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 120300.doc -310- 200814308 405之偵測器像素12330之層12334内。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，用於範例性紅外線截止CMY濾光片之一設計表 係概述於表78内。 青藍實 體厚度 (nm) 深紅實 體厚度 (nm) 黃色實 體厚度 (nm) 層材料 折射率 消光 係數 光學厚度 (FWOT) 媒介 低η 聚合物 1.35 0 1 BD 2200 1.4066 0.00028 0.62959 246.18 246.18 246.18 2 Hf02 1.9947 0.00012 0.39522 108.97 108.97 108.97 3 BD 2200 1.4066 0.00028 0.35201 137.64 137.64 137.64 4 Hf02 1.9947 0.00012 0.36016 99.31 99.31 99.31 5 BD 2200 1.4066 0.00028 0.34139 133.49 133.49 133.49 6 Hf02 1.9947 0.00012 0.35238 97.16 97.16 97.16 7 BD 2200 1.4066 0.00028 0.33527 131.09 131.09 131.09 8 Hf02 1.9947 0.00012 0.35442 97.72 97.72 97.72 9 BD 2200 1.4066 0.00028 0.34185 133.67 133.67 133.67 10 Hf02 1.9947 0.00012 0.34601 95.4 95.4 95.40 11 BD 2200 1.4066 0.00028 0.34198 133.72 133.72 133.72 12 Hf02 1.9947 0.00012 0.35069 96.69 96.69 96.69 13 BD 2200 1.4066 0.00028 0.34120 133.41 133.41 133.41 14 Hf02 1.9947 0.00012 0.35430 97.69 97.69 97.69 15 BD 2200 1.4066 0.00028 0.35621 139.28 139.28 139.28 16 Hf02 1.9947 0.00012 0.37834 104.32 104.32 104.32 17 BD 2200 1.4066 0.00028 0.44033 172.18 172.18 172.18 18 Hf02 1.9947 0.00012 0.47435 130.79 130.79 130.79 19 BD 2200 1.4066 0.00028 0.07429 29.05 29.05 29.05 20 Hf02 1.9947 0.00012 0.02243 6.18 6.18 6.18 21 BD 2200 1.4066 0.00028 0.38451 150.35 150.35 150.35 22 Hf02 1.9947 0.00012 0.40123 110.63 110.63 110.63 23 BD 2200 1.4066 0.00028 0.37114 145.12 145.12 145.12 120300.doc -311 - 200814308 24 Hf02 1.9947 0.00012 0.42159 116.24 116.24 116.24 25 BD 2200 1.4066 0.00028 0.46325 181.14 181.14 181.14 26 Hf02 1.9947 0.00012 0.49009 135.13 135.13 135.13 27 BD 2200 1.4066 0.00028 0.44078 172.35 172.35 172.35 28 Hf02 1.9947 0.00012 0.39923 110.08 110.08 110.08 29 BD 2200 1.4066 0.00028 0.41977 164.14 164.14 164.14 30 Hf02 1.9947 0.00012 0.45656 125.89 125.89 125.89 31 BD 2200 1.4066 0.00028 0.48769 190.69 190.69 190.69 32 Hf02 1.9947 0.00012 0.43506 119.96 119.96 119.96 33 BD 2200 1.4066 0.00028 0.43389 169.66 169.66 169.66 34 Hf02 1.9947 0.00012 0.45073 124.28 124.28 124.28 35 BD 2200 1.4066 0.00028 0.49764 194.58 194.58 194.58 36 Hf02 1.9947 0.00012 0.47635 131.34 131.34 131.34 37 BD 2200 1.4066 0.00028 0.48420 189.33 189.33 189.33 38 UVSiN 1.9878 0.00041 0.35419 98 98 60.00 39 BD 2200 1.4066 0.00028 0.22281 87.12 87.12 87.12 40 UVSiN 1.9878 0.00041 0.37769 104.5 104.5 41.74 41 BD 2200 1.4066 0.00028 0.22841 89.31 89.31 89.19 42 UVSiN 1.9878 0.00041 0.38409 106.27 106.27 53.73 43 BD 2200 1.4066 0.00028 0.20477 80.07 80.07 79.96 44 UVSiN 1.9878 0.00041 0.40646 112.46 112.46 54.21 45 BD 2200 1.4066 0.00028 0.17615 68.88 68.88 68.78 46 UVSiN 1.9878 0.00041 0.39763 110.02 110.02 41.07 47 BD 2200 1.4066 0.00028 0.24646 96.37 96.37 96.24 48 UVSiN 1.9878 0.00041 0.33956 93.95 93.95 93.95 基板 PE-OX 11K 1.4740 0 總厚度 17.79433 5901.79 5901.79 5620.71 表78 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 120300.doc -312- 200814308 124〇6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124〇2上的金屬透鏡 12422係近接抗反射層1242〇來置放。金屬透鏡丨2422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。較大柱丨2410具有一 1微米的寬度 12416，而較小柱12412具有一 120 nm的寬度12428。較小 柱12412係與較大柱1241〇分離一 9〇 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124〇〇之一 具體實施例的量子效率。等高線12426表示在偵測器像素 12400内的電磁能量密度。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内或其上。例如，若偵測器像素124〇〇係圖4〇5之偵 測器像素12330之一具體實施例，則可將抗反射層ι24〇〇及 金屬透鏡12422形成在偵測器像素123 30之層123 34内。 圖408顯示組態成用於後側照明之一偵測器像素1245〇之 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之一後側上的過多石夕至表面12470來 製作。接者進一步將餘刻區域12456姓刻成摘測器像素 12450之砍内。各钱刻區域12456具有一600 nm寬度12472 120300.doc -313 - 200814308 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。 刻區域12456係填充有一填充物材料，例如二氧化石夕。， 填充物材料還可產生層12458，其可用作一鈍化層，具有 一 6〇0 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内的電磁能量密度。從圖4〇§可觀疼 到’該等等高線顯示法線入射電磁能量丨8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。曲線12492表示具有金屬透鏡12454之偵測器像素 12450，而曲線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15〇/〇。 【圖式簡單說明】 圖1係依據一具體實施例一成像系統及其相關聯配置之 一方塊圖。 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3係依據一具體實施例陣列成像系統之一斷面圖。 圖4係依據一具體實施例圖3之陣列成像系統之一成像系 統之一斷面圖。 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。 120300.doc -314- 200814308 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顯不對於圖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内， 調變轉換函數作為圖5之成㈣、統之空間頻率之—函數的 一曲線圖。 圖11係依據-具體實施例—成像系統之—光學佈局及光 線軌跡圖。 圖12係依據-具體實施例從陣列成像系統已切割之圖u 之成像系統之一斷面圖。 圖η顯示料圖"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。
V 圖14Α至14C顯示圖11之成像系統之光程差之曲線圖。 圖15A顯示圖n之成像系統之崎變之一曲線圖。 圖⑽顯示圖U之成像系統之場曲之一曲線圖。 圖16顯不將光學元件之對φ 仵之對中錢與厚度變更考慮在内， _交轉換函數作為圖11之忐後备Μ 成像糸統之空間頻率之一函數的 一曲線圖。 圖1 7顯示依據一具體實施例— 光線執跡。 …象糸統之-光學佈局及 120300.doc -315- 200814308 ㈤圖17之成像系統之—層疊透鏡之_波前編碼輪 廓之一等高線圖。 囷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。 、 θ 2A 22B及23顯示在處理之前及之後，對於圖η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顯不對於圖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26，包含圖26A、圖26B及圖20(：，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27，包含圖27A、圖27B及圖27C，顯示在過濾之後， 圖1 7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。 120300.doc -316- 200814308 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 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0係依據具體實施例-成像系統之-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。 "至42C顯不圖4〇之成像系統之光程差之曲線圖。 圖43A顯示圖4〇之成像系統之崎變之一曲線圖。 圖43B顯示圖4〇> + ㈡40之成像糸統之場曲之一曲線圖。 圖44顯示依攄_呈 厚度變更考慮 二實細例’將光學元件之對中容限與 ^ ^ ^ ，㈣轉換函數作為®4G之成像系統之 工間頻率之-函數的-曲線圖。 圖4 5係依據一呈^# 線執跡。 ，、實〜例―成像系統之—光學佈局及光 圖46A顯示不呈有‘ 變轉換函數作於圖45之成像系統，調 圖他顯二頻率之一函數的-曲線圖。 "、、不在過渡之前及彳矣 45之成像系统，具有波前編碼，對於圖 曲線圖。 讀換函數料空間頻率之-函數的- 120300.doc -317- 200814308 統之 圖47A至47C顯示不具有波前編碼，圖45之成像系 橫向光線扇形圖。 圖48A、48B及48C顯示具有波前編碼 之橫向光線扇形圖。 圖 45之成像 糸統 圖4 9 A及4 8 B顯不包括波前編碼，圖4 5之成傻备 啄系統之點 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之成像系系 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5 1A及5 1B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執跡。 圖52A及52B顯示對於圖5 1之成像系統調之二組熊，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。 i. 圖55A及55C顯示用於圖51A及51B之成像系統之二組熊 的畸變曲線圖。 圖55B及55D顯示用於圖51A及51B之成像系統之二組態 的場曲曲線圖。 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 120300.doc -318- 200814308 統之一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 的畸變曲線圖。 圖606及601)顯示用於圖56八及566之成像系統之二組態 的場曲曲線圖。 圖61A、61B及62顯示依據一具體實施例用於一變焦成 像糸統之二組怨之光學佈局及光線執跡。 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68至69，包含圖68A、圖68B、圖68C、圖68D、圖 69A及圖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76 A至76C顯示在處理之前，用於圖70 A、70B及71之 120300.doc -319- 200814308 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7〇A、70B及71之成 像系統之三組態的點散佈函數曲線圖。 圖78A顯不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，—單調調變轉換函數作 為空間頻率之一函數的一曲線圖。 圖顯示對於圖79之成像系統，調變轉換函數作為 頻率之一函數的一曲線圖。 二曰 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之成像系統之一畸變曲線圖。' 田。 圖83Β顯示圖79之成像系統之一場曲曲線圖。 圖84顯示依據一具體實施例用於圖79之成: 改組態，調變轉換函數作為空間頻 于、，死之一修 圖。 函數的—曲線 圖85Α至85C顯示用於圖79之成像系統 光程差曲線圖。 —修改形式之 圖86係依據一具體實施例_多孔徑成像 局及光線軌跡。 糸統之—光學佈 圖8 7係依據一具體實施例_多孔徑成像/ 局及光線軌跡。 糸統之一光學佈 120300.doc • 320 - 200814308 圖8 8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9 1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 v 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_刀具參數之 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刀具路徑參 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刀具路徑之 範例性製程之一流程圖。 圖1〇〇係顯示依據一具體實施例一用於製造一製作母版 120300.doc -321 - 200814308 之範例性製程之一流程圖。 圖ιοί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1 〇3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 内，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1 〇 6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咅 圖0
圖10 8係依據一 之一示意圖。 具體實施例具有色彩處理之 成像系統 一相位修改 光學元件之 圖109係包括諸如上述‘371專利案所揭示之 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 一成像系統之一示意圖。 成像系統之一多折射 圖111係依據一具體實施例用於一 率光學元件之一示意圖。 120300.doc - 322 - 200814308 圖11 2係顯示依據一具體實施例直接黏附至_偵測器上 之夕折射率光學元件之示意圖’該成像糸統進一步包括 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11 8顯示一先前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”。 f - 、 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11 8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12〇循環之一 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13 1顯示依據一具體實施例一多折射率光學元件之一 / κ 光線執跡模型，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度入 射之電磁能量的一系列透焦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 120300.doc -323 - 200814308 之凡件’在每毫米I2G循環之—空間頻率下，-透焦MTF 作為毫米單位的焦點偏移之—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贿 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 非均貝7G #，在每笔米12〇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—曲線圖。 圖⑷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12〇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—函數之—曲線圖。 圖⑷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。 多折射率光學元件 圖148顯示依據一具體實施例包括一 陣列之一光學系統。
I 圖149至153顯示包括併入各種系 之光學系統。 統之多折射率光學元件 圖154顯不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-單片化 成像系統之一分解。 節之一示意性斷面 156及157之成像系 圖157係顯示圖156之成像系統之細 圖0 圖15 8係說明對於不同場位置透過圖 120300.doc -324- 200814308 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1 64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16 5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1 67至17 1顯示圖1 66之範例性成像系統之數值模型化 結果。 圖1 72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173 A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顯不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1 75顯不圖1 65之範例性成像系統之一俯視光線執跡 圖，此處顯示以說明各光學元件一圓形孔徑之一設計。 圖1 76顯不圖1 65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。 120300.doc - 325 - 200814308 圖1 77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1 78係依據一具體實施例顯示包括一信號處理器之〆 成像系統之一示意圖。 圖1 79及1 80顯示適用於圖1 78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 近的光線執跡之示意圖，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執跡差異。 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 值渡波器之一 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。 120300.doc -326 - 200814308 圖1 96係顯示形成圖1 95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 成像糸統之不意圖。 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刀片，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
Ar/r '、 郎0 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轴。 圖213顯示一傳統金剛石車削刀具中的一金剛石刀尖與 120300.doc -327 - 200814308 一刀具柄。 圖214係正面顯示該金剛石刀尖之一示意圖，包括一刀 尖切削刃。 圖21 5係依據圖214之直線21 5-21 5,側面顯示該金剛石刀 尖之細卽的一示意圖，包括一主間隙角。 圖2 1 6顯不一範例性多軸加工組態，參照心軸與刀主來 說明各軸。 圖2 1 7顯不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7L件之複數個特徵之一範例性慢速刀具伺服 /快速刀具伺服（’’STS/FTS，，）組態。 圖21 8顯示依據一具體實施例圖217之一刀片之進一步細 節，說明加工處理之進一步細節。 圖219係沿直線2 19至219’所截取之圖21 8所示之刀片細 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車由銑製/ 研磨組態’其中圖220B提供刀相對於工件之旋轉的額外細 節而圖220C顯示該刀具所產生之結構。 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刀具之 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、222B、222C、222D、222E、222F及 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 120300.doc -328 - 200814308 例性形成刀具輪廓之斷面圖。 包括期望 一包括期 範例性加 圖223以正面圖形式顯示依據—且 丹體實施例 加工標記之範例性加工表面之一部分圖。 於形成圖223之範例性加 圖224以正面圖形式顯示一適用 工表面之刀尖^之^ 部分圖。 圖225以正面圖形式顯示依據—具體實施例另 望加工標記之範例性加工表面之—部分圖。 f
圖226以正面圖形式顯示一適用於形成圖225之 工表面之刀尖之一部分圖。 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刀具之一概略圖（正面圖形式）。 圖228顯示圖227所示之車削刀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之車削刀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之車削刀具所形成之一範例性加工表面。 圖2 3 1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刀片之進一步細 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 2 3 1及2 3 2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。 120300.doc -329- 200814308 圖234係依據一具體實施例說一 _ ^ 匕裂作用於形成 方形孔徑之方形凸面的範例性製 衣卄可版之一概略圖（正面 圖形式）。 正回 圖235顯示依據一具體實施例圖234之範例性製作母版之 另-處理後狀態1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0
k. 圖237、23 8及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、241及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刀 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，此處顯示該等刀具標記之範例性細 A/r 即 0 圖245顯示在一钱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。 120300.doc - 330 - 200814308 圖 247、248、249、250、251、252、253及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2 5 5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之多軸加工刀具之一俯視圖。 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刀具内之整 合0 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2 59係圖25 7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之真 空卡盤使狀替代性對齊特徵之部分斷面圖。 、 圖262係依據一具體實施例-製作母版、-共同基底及 一真空卡盤之一範例性配置 _ _ 00 ^ 斲面不意圖，說明該等對 齊特徵之功能。 圖263、264、265及266§頁干价4忐 0…、貝不依據一具體實施例可用於在 一製作母版上製作用於形成弁風- 风九予凡件之特徵的範例性多軸 加工組態。 120300.doc -331 - 200814308 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、271B及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、272B、272C、272D及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、271B及27 1C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正面圖。 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、277B、277C及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。 120300.doc - 332 - 200814308 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28 1B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，以說明其内的細 即 〇 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 ^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2 8 9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、291B及291<：顯示依據一母子製程構造圖29〇之 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 120300.doc -333 - 200814308 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 内的各種光學元件。 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3 〇 7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分別顯示對於〇 5及〇 25微米波長，在一偵測 器像素内一感光區域處的電場振幅之斷面。、 圖310顯示用於近似一台 維广τ 一 < “ 口式九學儿件之一雙厚平板組態 之一示意圖。 圖311顯不用於具有各種幾何形狀之台式 ㈣合效率之—數值模型化結果。 圖312係顯不在—波長範圍内用於小透鏡及雙厚平板之 率耦”文率之-比較的-複合曲線圖。 —圖313顯不依據—具體實施例用於主光線角（CRA)校正之 -埋入式光學元件組態之—示意圖。 120300.doc -334 - 200814308 圖3 14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3 15顯示用於在圖3 14之像素組態中不同層組態之透射 作為波長之一函數之一數值模型化結果。 圖3 16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3 17顯示一個別偵測器之一仰視圖，此處顯示以說明 接合塾。 圖3 1 8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32〇顯示圖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。 120300.doc -335- 200814308 圖33 1以斷面形式顯示依據一具體實施例一偵測器像素 之一不意圖，此處顯示以說明可包括其内的額外特徵。 圖332至335說明依據一具體實施例可併入偵測器像素内 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0 圖338顯*依據-具體實施例—紅外線（IR)截止渡光片 之計算透射特性之一曲線圖。 圖339顯示依據-具體實施例一紅綠藍（rgb)彩色滤光片 之計算透射特性之一曲線圖。 圖340顯Μ據-频實施例—μ深紅黃（復γ)彩色 遽光片之δ十鼻透射特性之一曲線圖。 圖34 1顯示一偵測器像素陣列（邱 τ干力U卩分斷面形式），此處顯 v 示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 只他例用以產生可併入埋入 式光學元件之一不平坦表面之一备 ^ 糸列處理步驟。 圖345係顯示一用於最佳化一 战像糸統之系統之一方塊 圖。 圖346係依據一具體實施例顯 4 ^不一用於執行一系統寬度 接合最佳化之範例性最佳化製程、 流程圖。 圖347係依據一具體實施例顯 11不一用於產生並最佳化薄 120300.doc - 336 - 200814308 膜濾光片集合設計之製程之一流程圖。 圖348顯不依據一具體實施例包括一具有輸入及輸出之 計算系統之一薄膜渡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淚光片之一 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内的薄膜層結構之細節。 圖35 1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3 5 5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_組進—步約束#藍深紅黃（c Μ γ)彩色 濾光片设计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#率層與已 進-步最佳化以％成一最終設計之多綱己冑高折射率層之 120300.doc - 337- 200814308 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。 圖剔至364顯示製作中的—範例性、不平坦電磁能量修 改元件之系、歹ij斷面，此處顯示以說明圖359所示之製 程0 圖365顯示依據圖359所 坦電磁能量修改元件之一 不之製程所形成之範例性、不平 替代性具體實施例。 圖366至368顯示製作中的 修改元件之另一系列斷面， 製程之另外形式。 另一範例性、不平坦電磁能量 此處顯示以說明圖359所示之 圖369至372顯示製作中的 ,一 甲的另一耗例性、不平坦電磁能量 修改元件之另一系列斷面，考一 此處頒不以說明圖359所示之 製程之一替代性具體實施例。 圖373依據—具體實施例顯示-包括不平坦元件之一單 一偵測器像素。 丁心平 片 圖374依據一具體實施例顯示 之透射特徵之一曲線圖。 一包括銀層之青藍色濾光 圖375以邛刀斷面形式 只不夏i通過其之電磁 之模擬結果，不帶功率鸯隹—^ > 刀丰么展 聚焦70件或CRA校正元件之一先前 技術偵測器像素陣列之一立 . 不忍圖，此處顯示以說明透過一 120300.doc • 338 - 200814308 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 ’、 电石兹功率密度 之模擬結果之另一先前技術偵測器像素陳 一 L . ，、卞又一示意圖， 此處顯示以說明透過具有一小透鏡之偵測器像素之正$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=:: 圖’此處顯示以說明if過一*有一金屬透鏡之偵測器：： 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，此處顯示以說明在呈二 偏=金屬軌跡，但沒有額外元件影響電磁能量傳播之^貞 測器像素上以-35°CRA人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，*帶功率聚焦元件或CRA校正元件之一先前 技術债測器像素陣列之—示意圖，此處顯示以說明以一 3 5 CRA入射在具有偏移金屬軌跡，但沒有額夕卜元件影響 電磁能量傳播之—㈣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、、Ό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 35〇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-偵測 器像素上之電磁能量之功率密度。 120300.doc -339 - 200814308 圖3 8 1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3 82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3 8 3依據一具體實施例以斷面顯示適合整合在一彳貞測 器像素内之一次波長稜鏡光柵（SPG)之一示意圖。 圖3 84依據一具體實施例以斷面顯示顯示整合在一彳貞測 器像素陣列内的一 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3 88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3 89顯不使用麥克斯韋方程之一數值解答計算的一曲 線圖，估汁用於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权正之一棱鏡之效能。 圖391顯不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（^汉八校正之計算模擬結果之一曲線 120300.doc -340 - 200814308 圖。 圖392顯示比較藉由一用於不同波長之ρ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拋物線表面之一範例。
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395係依據一具體實施例包括一抗反射塗層之一層疊 光學元件之一斷面圖。 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4光學元件所定義之一表面之波長之一函‘ 的一曲線圖。 圖3 9 7依據一具體實施例說明具有包括施加至一光學元 件之-表Φ之次波長特徵之—負片 < —表面的—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拇模 型〇 圖州係反射率作為法線入射在一具有使用—具有圖⑽ 之加工表面之製作#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加 120300.doc -341 - 200814308 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 能篁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404顯不依據一具體實施例在不同類型後側細薄化矽 曰曰圓上所形成之二偵測器像素之斷面圖。 圖405顯不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顯不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侧照明之偵測 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。 【主要元件符號說明】 10 成像系統 120300.doc -342- 200814308 / % 12 光學器件 14 光學偵測器介面 16 偵測器 18 電磁能量 20 成像系統 22 光學器件 24 層疊光學元件 24(1) 層疊光學元件 24(2) 層疊光學元件 24(3) 層疊光學元件 24(4) 層疊光學元件 24(5) 層疊光學元件 24(6) 層疊光學元件 24(7) 層疊光學元件 26(1) 頂部平坦表面 26(2) 頂部平坦表面 28(1) 平坦表面 28(2) 平坦表面 40 成像系統 42 光學器件 44(1)-(4) 光學元件 46 處理器 47 操作 48 影像 120300.doc - 343 - 200814308 \ 50 應用 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 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 120300.doc -344 - 200814308 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(Γ) 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 120300.doc -345 - 200814308 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 120300.doc -346 - 200814308 428 光線 432 光學元件116(P)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 607(4) 層疊光學元件 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 120300.doc -347 - 200814308 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 120300.doc -348 - 200814308 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 120300.doc •349 - 200814308 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 1380(1) 成像系統 1380(2) 成像系統 1380(3) 成像系統 ， 1382 第一光學群組 1384 第二光學群組 1388 元件 1390 正光學元件 1392 負光學元件 1394 元件 1396 負光學元件 - 350- 120300.doc 200814308 1398 負光學元件 1400 直線 1402 光線 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 1634 光學元件 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 120300.doc -351 - 200814308 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 120300.doc -352 - 200814308 1998 2000 2002 2003 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2076 2080 2086 2088 2090 2092 3500 3520 3522 3524 光學元件 空氣間隙 光學元件 正光學元件 光學元件 負光學元件 空氣間隙 負光學元件 光學元件 正光學元件 正光學元件 空氣間隙 光學元件 光學器件 繞射式光學元件 繞射式光學元件 元件 元件 元件 元件 系統 偵測器 處理組塊 處理組塊 120300.doc - 353 - 200814308 3525 3530 3533 3540 3552 3554 3560 3570 3600 3601 3602 3605 3620 3625 3632 3634 3642 3644 3650 3660 4010 4012 4014 電子資料 色彩轉換組塊 固定圖案雜訊（’’FPN”）組塊 模糊及過濾組塊 單通道（nSC’’）組塊 多通道（nMCn)組塊 色彩轉換組塊 影像 成像糸統 光學器件 彩色濾光片陣列 偵測器 雜訊減小處理（nNRPn)及色彩空間轉換 組塊 電子資料 空間通道 色彩通道 模糊移除組塊 模糊移除組塊 NRP&色彩空間轉換組塊 三色影像 成像系統 物件 相位修改元件 120300.doc • 354 - 200814308 κ 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 内部折射率輪廓 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 41181 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 120300.doc - 355 - 200814308 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 1 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 120300.doc - 356 - 200814308 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 轴外電磁能量光線 4410 相位修改元件4402之一前表面 v 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 120300.doc • 357 - 200814308
4560 多孔徑陣列 4564 GRIN透鏡 4570 負光學元件 4600 汽車 4602 成像糸統 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 答錄機糸統 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 120300.doc - 358 - 200814308
\ 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 120300.doc • 359 - 200814308
5300 晶圓級成像糸統 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 v 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 120300.doc • 360 - 200814308 5454 5482 5500 5502 5504 5514 5516 5536 5550 5552 5554 5556 5558 5560 5562 5564 5566 5570 5572 5574 5580 5600 5602 5604 透焦MTF分佈 光學器件 成像系統 光學元件 共同基底 間隔物 共同基底 間隔物 光學元件 整合支座 凸表面 斜壁 共同基底 影像區域 圓形孔徑 接合區域 矩形孔徑 光線跡線圖 區域 作用區域 光線跡線圖 晶圓級陣列 共同基底 偵測器 120300.doc •361 - 200814308 f
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 成像糸統 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 120300.doc - 362 - 200814308 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 583 1 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 晶圓級成像糸統陣列 120300.doc - 363 - 200814308 f \ 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 -364 - 120300.doc 200814308 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 v 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 120300.doc - 365 - 200814308 6002 虛矩形 6004 特徵 6006 製作母版表面 6008 金剛石車削組態 6010 刀尖 6012 刀柄 6014 特徵 6016 基板 6018 虛線 6020 直線 6022 刀尖切削刃 6024 加工組態 6026 卡盤 6028 心轴 6030 切削刀具 6032 刀柱 6034 製作母版 6036 前表面 6038 特徵 6040 虛線 6042 刀片 6044 刀尖 6046 刀柄 6048 方向 120300.doc -366 - 200814308 6050 圓鑿執跡 6052 製作母版 6054 表面 6056 旋轉切削刀具 6058 特徵 6060 組態 6062 特徵 6064 製作母版 ί 6066 製作母版6064之前表面 6068 專用形成刀具 6070 軸 6072 非圓形切削刃 6074 刀柄 6076 形成刀具 6076Α 形成刀具 6076Β 形成刀具 ν 6076C 形成刀具 6076D 形成刀具 6076Ε 形成刀具 6076F 形成刀具 6076G 形成刀具 6078Α 凸出切削刃 6078Β 凸出切削刃 6078C 凸出切削刃 120300.doc -367 - 200814308 / 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 旋轉轴 6090D 旋轉轴 6090E 旋轉轴 6090F 旋轉軸 6090G 旋轉轴 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 刀尖 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 120300.doc -368 - 200814308 6118 特徵 6120 加工標記 6121 深度 6122 圖不 6124 切削刀具 6126 刀柄 6128 刀尖 6130 切削刃/刀柄 6132 旋轉軸 6134 刀尖 6136 切削刃 6138 金剛石刀片 6140 突出 6142 特徵6144之一部分 6144 特徵 6146 螺旋刀路徑 6148 螺旋標記 6150 特徵 6152 線性刀具路徑 6154 螺旋標記 6156 製作母版 6158 表面 6160 特徵 6162 識別標記 - 369 · 120300.doc 200814308 6164 對齊標記 6166 對齊標記 6168 空白區域 6170 文書對齊光 6172 刀片 6174 凹表面 6176 圓柱特徵 6178 製作母版 6178f 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 苐二材料部分 120300.doc - 370 - 200814308
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62 18之一頂部表面 6222 刀具軌跡 6224 刀具軌跡 6226 刀具軌跡 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 120300.doc -371 200814308 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 多軸切削刀具 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 63261 圓柱形元件 6326M 圓柱形元件 120300.doc -372 - 200814308 f % 6328 製作母版 6330 凸出元件 6330， 凸出元件 6330M 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 120300.doc - 373 200814308 6370 紫外線固化系統 6372 組態 6374 第一刀具 6376 第二刀具 6378 製作母版 6380 切削刀具 6382 刀具 6384 第二心軸 6388 切削刀具 6390 第二心軸 6392 切削刀具 6394 夾刀柱 6396 夾刀柱 6398 第二心軸 6400 翼形切削組態 6402 翼形切削刀具 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 120300.doc -374 - 200814308 8012 8014A 8062 8064 8066 8066A 8066B 8066C 8068 8070 8072 8074 8076 8078 8084 8086 8088 8090 8092 8094 8096 8098 8100 8102 紫外線燈 模製材料 共同基底 真空卡盤 製作母版 製作母版 製作母版 製作母版 層疊光學元件 層疊光學元件 層疊光學元件 開放空間 斷線 斷線 母版模具 剛性基板 環狀孔徑 環狀孔徑 環狀孔徑 井 井 井 模製材料 製作母版 120300.doc - 375 - 200814308 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 1 8132 層 8134 層 8136 層 8138 層 8140 層 8142 層 8144 製作母版 8146 特徵 120300.doc •376 - 200814308 8148 8150 8152 8154 8156 8156, 8158 8160 8164 8166 8166, 8168 8170 8170, 8172 8176 8177 8178 8180 8182 8190 8192 8194 8196 特徵 ”八角式’’元件 ”八角式”元件 圍場形成表面 共同基底 第二共同基底 真空卡盤 運動學對齊特徵 製作母版 光學元件層 光學元件 製作母版 光學元件層 光學元件 共同基底8156之一第二側 運動學對齊特徵 層 結構 光學元件 光學元件 光學元件 間隔物 通透圓柱形開口 通透圓柱形開口 120300.doc -377 - 200814308 8198 8200 8202 8204 8206 8208 8210 8212 8214 8216 8218 8220 8222 8226 8228 8230 8232 8236 8238 8240 8242 8244 8246 8248 通透圓柱形開口 製作母版 運動學對齊特徵 陣列成像系統 層疊光學元件 層疊光學元件 層疊光學元件 空氣間隙 成像系統 移動雙面WALO裝配件 移動雙面WALO裝配件 比例彈簧 比例彈簧 WALO裝配件 螺線管 位置 位置 WALO裝配件 貯藏器 貯藏器 孔 孔 流入物 流入物 120300.doc -378 - 200814308
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 120300.doc - 379 - 200814308 8310 8313 8320 8322 8324 8326 8328 8330 8332 8334 8336 8338 8340 8342 8343 8346 8348 8350 8360 8361 8362 8364 8366 8368 去頂圓錐特徵 製作母版 製作母版 透明、半透明或導熱材料 環繞特徵 表面運動學特徵 製作母版 圓柱形插入物 低模數材料 特徵 金剛石切削母版 三部分母版 環繞特徵 圓柱形插入物 模製材料 體積 運動學對齊特徵 子複製圖案 製作母版 陣列 分離陣列 層疊光學元件 層疊光學元件 層疊光學元件 120300.doc - 380 - 200814308 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 120300.doc -381 - 200814308 10115 中心線 10120 偵測器像素 10122 波導 10124 面折射率材料 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 i ., V 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 120300.doc -382 - 200814308 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 内部元件 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 内部元件 120300.doc - 383 - 200814308 10520 10525 10530 10535 10540 10545 10550 10553 10555 10560 10565 10570 10575 10580 10585 10590 10595 10600 10605 10610 10615 10620 10625 10630 偵測器像素10450之另一具體實施例 元件 元件 元件 偵測器像素 金屬透鏡 元件 元件 元件 元件 元件 偵測器像素 金屬透鏡 埋入式光學元件 埋入式光學元件 埋入式光學元件 埋入式光學元件 埋入式光學元件 埋入式光學元件 直線 直線 原點 左邊元件 中心元件 120300.doc - 384 - 200814308 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 120300.doc - 385 - 200814308 \ 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 120300.doc -386 - 200814308
k'. 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 120300.doc - 387 · 200814308 11050 11055 11060 11065 11070 11075 11085 11095 11100 11105 11110 11115 11120 11125 11135 11150 11160 11170 11175 11180 11185 11190 11195 11200 電磁能量傳播資料 光學資料 偵測器資料 信號處理資料 輸出資料 回授常式 製程 要求 約束 效能目標 優值函數 優化器值 設計限制 參數 無約束薄膜濾光片設計 受約束薄膜濾光片設計 薄膜遽光片設計 薄膜濾光片集合設計系統 計算系統 處理器 軟體或韌體程式 輸入 輸出 偵測器像素陣列之一部分 120300.doc - 388 - 200814308 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 -389 - 120300.doc 200814308 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1 1 585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 •390 - 120300.doc 200814308 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 120300.doc -391 - 200814308
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 120300.doc - 392 - 200814308 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 • 393 - 120300.doc 200814308 12110 加工表面6410之一子區段 12116 週期 12118 兩度 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 120300.doc -394 - 200814308 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 餘刻區域 12458 層 12460 寬度 12464 距離 12468 厚度 12470 表面 12472 寬度 12474 矽未蝕刻區域 120300.doc -395 -

Claims (1)

  1. 200814308 十、申請專利範圍： i 一種陣列成像系統，其包含： 使用共同基底形成的一偵測器陣列；以及 、一第-層疊光學元件陣列，該等層疊光學元件之各層 且光予兀件光學連接於該偵測器陣列中的一偵測器，以 形^該等陣列成像系統内的一成像系統。 2·如明求項1之陣列成像系統，其中該第-層疊光學元件 車列係至夕部分地藉由連續施加至少一製作母版來形 ?:该等製作母版之各製作母版具有用於定義該第_層 豐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a亥等相器可谓測之電磁能量之兩個&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·如明求項1之陣列成像系統，其進一步包含一組件，該 組件係選自包含（a) 一用於該偵測器之蓋板與（b) —光學 帶通濾、光片之至少一者之一群組。 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。 120300.doc 200814308 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、-晶體平板、-聚合物片與一 金屬平板之一者。 .月求員1之陣列成像系統，其中在一製程期間，使該 /、同基底"亥製作母版與一卡盤之至少兩者相互對齊。 月求項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。 月求項9之陣列成像系統，其中相對於一共同座標系 、、先使忒共同基底、該製作母版與該卡盤之至少兩者對 齊。 12.如請求項丨之陣列成像系統，其進一步包含相對於該第 -層®光學元件陣列定位的—第二層疊光學元件陣列。 13·如請求们2之陣列成像系統，其進一步包含置放於該第 -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 件陣列内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 處提供可變的影像放大倍率。 15.如請求項丨之陣列成像系統，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 120300.doc 200814308 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 容限内相互對齊。 20. 如明求項19之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之 各層璺光學το件係在光學容限内相對於該等偵測器、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 元件及其所光學連接之㈣器協作，以便在.I;貞Si 提供可變的影像放大倍率。 120300.doc 200814308 24.如請求項丨之陣列成 元件，用於調整該等陣二傻其進一步包含-可變焦、距 25·如請求们之陣列成像系成像系統之至少-者之焦、距。 至少-者係組態成用於其中該等層疊光學元件之 之一波前。 ；預定地編碼其所透射之電磁能量 26.如明求項1之陣列成 it Km π 糸、、先，該等偵測器之至少一者包 括複數個偵測器像素， 5 /h ^ ^ ^ 延—步包含與該等偵測器像素之 / 至少一者整體形成之光學 .jf η. . 予态件，以重新分佈該至少一偵 測為像素内的電磁能量。 27·如請求項26之陣列成像李 豕糸統，其中該光學器件包含一主 線权正器、一據光片及—金屬透鏡之至少一者。 、: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盘一 ^ 小透鏡陣列，該等小透鏡之各 小透鏡光學連接於該複數個伯測器像素之至少一者。 29.如請求们之陣列成像系統，該等谓測器之至少一者具 有複數個偵測器像素與一濾光片陣列，該等濾光片之各 遽光片光學連接於該複數個_器像素之至少一者。 3〇.如請求们之陣列成像系統，其中該層疊光學元件陣列 包含一模製材料。 31·如明求項30之陣列成像系統，其中該模製材料包含低溫 玻璃、丙烯酸、聚胺醋丙烯酸、環氧、環烯共聚物 石夕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、氧化铪、氧化锆及高折射率坡= 120300.doc -4- 200814308 f i. 顆粒中之一者。 3 3 ·如請求項1之陣列成德 J战像系統，其中該偵測器陣列包含印 刷在該共同基底上的_ep㈣μ。 3 4 ·如請求項1之陣列成德 成像糸統，其進一步包含形成於該等 層疊光學元件之至少_去 主二a 者之一表面上的一抗反射層。 35·如明求項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内包含複數個次波長特徵。θ 3 6 ·如凊求項1之陣列成傻备 一 风像糸統，其中各對偵测器與層疊光 學7G件在其間包含一平坦介面。 37.如:青求項!之阵列成像系統，其中該層疊光學元件陣列 係藉由在3亥共同基底上層疊複數種材料來形成。 38·如請求们之陣列成像系統，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.如請求们之陣列成像系統，其中該層疊光學元件陣列 係由相谷於晶圓級封裝製程之材料予以形成。 4〇·如請求項1之陣列成像系統，其 /从1豕糸統陣列係分 成複數個不同成像系統。 41. 如請求項1之陣列成像系統 CMOS偵測器陣列。 42. 如請求項丨之陣列成像系統 CCD偵測器陣列。 43·如請求項！之陣列成像系統 其中該偵測器陣列包含 其中該偵測器陣列包含 其中該成像系統陣 二、、& i 、’个尔既陣列係分 成複數個成像群組，各成像群組包括 ’、 J周或兩個以上成 120300.doc 200814308 像系統。 44. 如凊求項43之陣列成、统，其中各 含-處理器。 战像群組進-步包 45. 如明求項！之陣列成像系統，其中該 至少一去勺紅铉 ㈢宜先學7L件之 者包括弟一、第二及第三彎曲表面，一 M ^ ^ 間隔物分 ^ 、弟二及第三彎曲表面之至少兩者 46. 士明求項45之陣列成像系統，其中該等第L、# —— 二弓曲表面分別具有正、正及負曲率。 第 47. =求項46之陣列成像系統，其中各成像系統之—總光 子執跡係小於3.〇 mm。 48·如::求項1之陣列成像系統’其中該等層疊光學元件之 至少-者包括第一、第二、第三及第四彎曲表面， -間隔物分離該等第二及第三，彎曲表面， 物分離該第四.彎曲表面與其所光學連接之偵測器「a κ. 49. 如請求項48之陣列成像系統，其中該等第―、第二、第 三及第四靑曲表面分別具有正、負、負及正曲率。 50. 如清求項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·如凊求項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校正器。 52·:請求項1 广陣列成像系統，其中該等成像系統之至少 者之層邊光學元件與偵測器協作地展現_調變轉換函 數其係在一預選擇空間頻率範圍内實質上均勻。 53.如明求項i之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之 120300.doc 200814308 至少一者包含一整合支座。 54. 如δ月求項1之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之 至少-者包含-矩形孔徑、方形孔徑、圓形孔徑、橢圓 形孔徑、多邊形隸及—三肖形隸之一者。 55. 如請求W之陣列成像系統，其中該等層疊光學元件之 至少-者包含一非球面光學元件，#預定地編碼透射過 該至少-層疊光學元件之電磁能量之一波前。 5 6.如明求項55之陣列成像系統，其中光學連接該等層疊光 予凡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 處理器電連接於該摘測器，以用於處理該電信號，以移 除藉由該非球面光學亓杜2丨> ^ Α , 尤予兀件引入該電磁能量内的一成像效 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 -件及處U成像系統相比較，該非球面光學元件 與處理H係進-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-可調 整濾波器核心。 其中該處理器-係與形成該 59·如請求項56之陣列成像系統 偵測器之電路一起整合。 其中該偵測器與該處理器 6〇·如請求項59之陣列成像系統 120300.doc 200814308 係形成於該共同基底内的一矽層内。 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·如睛求項1之陣列成像系統，其中各成像系統形成一相 機。 6 3 ·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 映射至该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、複數個膜及一光栅之至少一者。 67·如睛求項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· —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70件陣列，該等光學元件之各光學元 120300.doc 200814308 件光學連接於在一具有—A 少一偵測器； 〃门基底之伯測器陣列内的至 形成一第二光學元件陣 分杜陆$丨 」其先學連接於該第一光學 儿件陣列，以便集體形成一 干 羼氺與-放々 層®光學元件陣列，該等層 $光予7L件之各層疊光學 ^ ^ ^ .. 疋件光學連接於該偵測器陣列 内的该等偵測器之一者；以及 將該偵測器陣列與該 像系統，該複數個成像=:7°件陣列分成複數個成 '、、、先之各成像系統包含光學連接 至少-伯測器的至少一層疊光學元件， 其中形成該第一光學亓^^ 陣列盥兮佔、, +凡件陣列包括在該第一光學元件 陣列與該偵測器陣列之間組態-平扭介面。 7〇· —種用於製造陣列成 ^ 元之方法，在該等陣列成像李 方法包含： 、相關聯之至少-偵測器，該 藉由連續施加至少一萝你 陣列，屉晶央與-杜 製作一層疊光學元件 成像上層疊光學元件光學連接於與該 成像糸統相關聯之該至少一偵測器。 71·如請求項7〇之方法，豆推丰—人 统… 〃進一步包含分離該等陣列成像系 、、 形成複數個成像系統。 如叫求項70之方法，其中該等 個以上P丄i 4層$先學兀件之兩個或兩 / $先予凡件光學連接於該债測器，以向_單〆 貞測器提供多個視場。 :求項70之方法’其進一步包含，在形成之前， 生製作母版，其包含用於定義該層疊光學元件陣 120300.doc 200814308 列之特徵。 74·如請求項7〇之方法’其進一步包含： 4:成之前，產生—製作母版’該製作母版包括用於 列成傻:、凡件陣列之特徵’該光學元件陣列係該等陣 歹J成像糸統之一層疊部分， ί k. 上HZ成進一步包含使用該製作母版在-摘測器陣列 件之各：材料以同時形成該光學元件陣列，該等光學元 光學7L件光學連接於該等偵測器之至少一者 75.=項74之方法，其中產生該製作母版包含直接製作 用於在—母版基板上定義該光學元件陣列之該 76·:::項75之方法’其中直接製作該等特徵包含使用-具飼服方法、-快速刀具健方法、-多轴銳製 徵：-多軸研磨方法之至少一選定者來形成該等特 梦：：項75之方法，其中直接加工該等特徵進-步包含 =員外特徵以用於在該母版基板上定 ' 78.如請求項7。之方法，其進一步包含： 形成第二層疊光學元件陣列，·以及 述第—層疊光學元件㈣位該第二層疊 79·=::之方法’其中形成該層疊光學元件陣列進- 透等光學元件之至少一者以預定地編碼其所 磁旎Ϊ之一波前。 80·如請求項70$ t 、 法，其進一步包含組態該等光學元件之 120300.doc 200814308 焦距 至少一者具有可變 81. 如請求項7〇之方法，該至 偵測夯具有使用一組製程 斤）成之複數個偵測器像素，其進一步包含·· ,1、亡該等们則器像素之至少一者内，使用該等製程之至 乂者形成用於在該偵測器像素内重新分佈能量之光學 器件。 里心兀子 82. 如β求項81之方法，其中在該等制器像素之至少一者 内形成該光學器件包含形成一主光線校正器、一薄膜遽 光片及一金屬透鏡之至少一者。 •如明求項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f —小透鏡陣列，該等小透鏡之各小透鏡光學連接 於该複數個偵測器像素之至少一者。 84·如明求項70之方法，其中形成該層疊光學元件 含： 協同该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_製作母版 包含將該共同基底與該至少一製作母版對齊至 共同基底之卡盤。 86.如請求項7〇之方法，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7〇之方法’其中連續地施加該至少—製作母版 120300.doc 200814308 包含使用_ 製作母版。 共同座標系統來對齊該 共同基底與該至少一 88. 如請求項7〇 件陣列定位一：二其進:步包含相對於該層疊光學元 早 光予疋件陣列。 89. 如請求項88之方法， 使用一作发一备"中疋位该早—光學元件陣列包含 :為-囊封材料、一支座特徵及一間隔物平板之 ❹最光ΐ擇Γ1隔物配置來將該單—光學元件陣列與
    曰且光予7L件陣列間隔開。 ―月长項88之方法’其進一步包含組態置該等單一光學 :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魏 移動’以便依據該至少兩個位置 在該谓測ϋ處提供可變的影像放大倍率。 如項70之方法’其中連續地施加該至少—製作母版 包含在光學容限内相互對齊該至少—製作母版與該共同 基底，該等光學容限包含小於藉由該侦測器可偵測之電 磁能量之兩個波長。 士明长員70之方法’丨中形成該層疊光學元件陣列進一 y b 3亥等層$光學凡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· 士明求項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内。 95. —種使用一共同基底形成陣列光學器件之方法，其包 120300.doc -12- 200814308 含： 藉由連續地施加對齋 ^ ^ ^ y 亥共同基底的至少一製作母版來 形成複數個層a忠m 水 件 層且先學元件之一陣列作為該陣列光學器 96. —種用於製造陣 成像糸統之方法，該等陣列成像系# 包括至少一光學写杜2 / 亏干〜风像糸統 ^子糸統與一影像處理器子系統，二 者句連接-偵測器子系統，該方法包含： 子=:初一Τ成像系統設計 統設計； 夂測盗子系統設計與一影像處理器子系 ㈨測試該等子“料之至少—者以決定該 設計之至少一者是否符合預定義參數，· 系、先 若該等子系統設計之 數，則： 者不符合料預定義參 ⑷使用-組潛在參數修改來修改該初始陣 統設計； 不丁糸 到該等子系統設計 少一者 (d)重複（b)及（c)，直 符合該等預定義參數，以產生一 生修改的卩車列成像系統設 吞1"， ⑷依據該修㈣陣列成㈣統設計來製作該等光風、 偵測器及影像處理器子系統；以及 予、 陣列成像系 (f)用在（e)所製作之該等子系統來裝配該等 統 97.如請求項96之方法’其_修改包含聯合修改該等光學、 120300.doc •13· /' \ 200814308 偵測器及影像處理器子系統設計之至 9\如請求項96之方法，該等陣列成像系統進—步包人、 °亥等光學器件、偵測器及影像處理器子系匕3連接 的至少一光學機械子系統，其中產生該初一者 統設計包含產生-光學機械子“ ：像系 成像系統設計之-部分。 乍為该初始陣列 99.如請求項96之方法， 包会m亥專子系統之該至少-者 包各依據該等預定義參數來設計_測試流程。 用一二:96之方法其中製作該光學器件子系統包含使 銑f ’二刀具伺服方法、—快速刀具飼服方法、-多軸 =方法及一多軸研磨方法之至少一者，依據該光學器 件子糸統設計，形成用於第一光學元件的一[樣 列0 101·如請求項100之方法，其進一牛 v匕S使用該第/樣板陣 列來形成在一共同基底上戶± &上所支撐之該等第一光學元件作 為該光學器件子系統之一部分。 102·如請求項101之方法， 依據光學系統設計 樣板陣列，以及 其進一步包含： ，製作用於第二光學元件之一第二 形成亦支撐在該共同基底 學通信的該等第二光學元件 上並與該等第一光學元件光 二光學元件包含 二光學元件以形 103·如請求項102之方法，其中形成該等第 直接在該等第一光學元件上層疊該等第 成一層疊光學元件陣列。 120300.doc -14- 200814308 104·如請求項102之方法，其中形成該等第二光學元件包含 在"亥等第一及第二光學元件之間提供一間隔物配置，使 得該等第一及第二光學元件之各光學元件係相互間隔 開。 105·如請求項1〇〇之方法，其中形成該樣板陣列包含·· 訂製該光學器件子系統設計以解決製作能力及限制； 將如此訂製之光學器件子系統設計程式化在製作内作 為一製作常式；以及 執行該製作常式以產生該樣板陣列。 嫩如請，項96之方法，其中製作該等光學、㈣器及影像 處理器子系統進一步包含： 測試該等子系統之至少—者以決定該等子系統之 至少一者是否符合該等預定義參數；以及 數若該等子系統之該至少—者不符合該等預定義參 (e3)重新製作該等子系統之該至少— (e4)重複（el)至（e3)，直到該等 合該等預定義參數。 糸統之该至少-者符 107.如請求項96之方法，其進一步包含： 成(=如此裳配的該等陣列成像系統以決定該等陣列 成像糸、、充疋否符合該等預定參數；以及 (=(=成像系統不符合該等預定義參數，則·· 定義參數。⑻直到該等陣列成像系統符合該等預 120300.doc -15 - 200814308 應.如請求項96之方法’該谓測器子系統包括複數㈣測器 像素，其中製作該偵測器子系統進一步包含： 藉由一組製程來形成該複數個偵測器像素，以及 使用該組製程之至少一者以在該等偵測器像素之至少 一者内形成-光學元件，該光學元件係組態成用於在〆 波長範圍内影響該偵測器像素内的電磁能量。 109. 如請求項108之方法’其中形成該光學元件包含·· 產生一光學元件設計， 測試該光學元件設計以決定該光學元件設計是否符合 預定義參數， 若該光學元件設計不符合該等預定義參數，則： 使用一組參數修改來修改該光學元件設計， 重複該測試並修改該光學元件設計，直到該光學元件 設計符合該等預定義參數，以及 將該光學元件設計f合在該偵測器+系統設計内。 110. 如請求項109之方法，其進一步包含： 測忒，亥偵測器子系統設計以決定該偵測器子系統設計 疋否符合該等預定義參數，以及 右忒偵測器子系統設計不符合該等預定義參數，則： 使用該組參數修改來修改該偵測器子系統設計，以及 重複該測試並修改該偵測器子系統設計，直到該偵測 器子系統設計符合該等預定義參數。 111. 如凊求項96之方法，其中測試該等子系統設計之該至少 一者包含數值模型化該等子系統設計之該至少一者。 120300.doc -16- 200814308 112. ^ 113. 114. 種权體產品’其包含儲存在電腦可讀取媒體上的指 令，其中當由一電腦執行時，該等指令產生一陣列成像 系統設計，該等指令包含： ⑷產生指令’其用於產生該等陣列成像系統設計，該 等陣列成像系統設計包括一光學器件子系統設計、一偵 測器子糸統設計與一影像處理器子系統設計· (b)測試指令，其用於測試該等光學、偵測器及影像處 理器子系㈣計之至少-者’以決定該等子系統設計之 該至少一者是否符合預定義參數； 若該等子系統設計之至少-者不符合該等預定義參 數，則： (C)修改指令，其用於使用—組參數修改來修改該等陣 列成像系統設計；以及 ⑷重複彳日令，其用於重複(b)及⑷，直到該等子系統 設計之該至少-者符合料敎義參數，以產生該等陣 列成像系統設計。 如請求項⑴之軟體產品’其中用於修改該等陣列成像 糸統設計之指令包含用於聯合修改該等光學、伯測写及 影像處理H子系統設計之至少兩者之指令。 一種多折射率光學元件，其包含·· ^ ;斗〃包括複數個體積區域，該複數個體積 區域之各體積區域呈有一 '八有疋義折射率，該等體積區域之 >、兩：具有不同折射率，該複數個體積區域係組態成 有以預疋地修改透射過該單石材料之電磁能量之相位。 120300.doc •17- 200814308 如月求項m之多折射率光學元件，該單石材料包括一 光軸’其中該複數個體積區域包含平行於該光軸置放的 -桿組態與沿該光軸裝配的複數個層之一者。 月求員114之夕折射率光學元件，其中該單石材料係 組態成用於聚焦其所透射之電磁能量。 、月求項116之多折射率光學元件，其中該單石材料係 進：步組態成用於在一預定位置聚焦該電磁能量。 月求頁114之夕折射率光學元件’其中該單石材料包 含一折射結構、-繞射結構及一體積全像圖之一者。 月求項114之多折射率光學元件，該單石材料係可 分成複數個多折射率光學元件。 120.—種成像系統，其包含： 光予杰件，其用於形成一影像，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 至少兩者具有不同折射率，該複數個體積區域係組態成 用於預定地修改其所透射之電磁能量之相位， 一偵測器，其用於將該影像轉換成電子資料，·以及 一處理器，其用於處理該電子資料以產生輸出。 121·如請求項120之成像系統，其中該光學器件係組態成用 於將該電磁能量聚焦在該偵測器處。 122·如請求項120之成像系統，其中該處理器係組態成用於 移除該多折射率光學元件在該影像内所產生之一成像效 果0 120300.doc 18 200814308 123·如請求項120之成像系統，1 清晰的輸出影像。 …輪出係-比該影像更 124.一種用：製造一多折射率光學元件之方法，其包含： 在一單石材料内形成複數個 個體積區域之各體積區域具有m，使得⑴該複數 疋義折射率，（11)該等體 積£域之至少兩者具有不 外射率，以及（ni)該複數 個體積區域預定地修改其所透 %心1*磁能置之相位。 125·如請求項124之方法，豆φ拟士斗… / /、 形成该複數個體積區域包含 以下步驟之一： a)裝配一束材料桿’該等桿之至少兩者具有不同折射 率， b)層疊複數種材料，該等材料之至少兩具有不同折射 率，以及 C)使用一電磁能量源選擇性輻照該單石材料之部分， 以便改變如此輻照之該等部分之折射率。 126·如請求項124之方法，其中形成該複數個體積區域進— 步包含組態該複數個體積區域以將其所透射之電磁能量 聚焦在一預定位置。 127.如請求項124之方法’其進一步包含將該單石材料分成 複數個多折射率光學元件。 128·—種用於形成一物件之一影像之方法，其包含： 藉由透過一具有複數個體積區域之單石材料透射來自 "亥物件之電磁能量來預定地修改該電磁能量之相位，兮 複數個體積區域之各體積區域具有一定義折射率，而且 120300.doc -19- 200814308 该等體積區域之至少兩者具有不同折射率； 將該電磁能量轉換成電子資料；以及 處理該電子資料以形成該影像。 129. 如請求項128之方法，預定地修改包含將該電磁能量聚 焦在一預定位置。 130. 如凊求項128之方法，其中處理該電子資料包含移除藉 由預定地修改相位而在該電磁能量内所產生之一成像效 果。 131·陣列成像系統，其包含： 一偵測器陣列，其形成在一共同基底上； 複數個光學元件陣列；以及 複數個塊狀材料層，其分離該複數個光學元件陣列， 其十該複數個光學元件陣列肖該複數個塊狀材料層協 作以形成一光學器件陣列，該等光學器件之各光學器件 光學連接於該偵測器陣列之該等偵測器之至少一者，以 便形成該等陣列成像系統之一成像系統，以及 其中該複數個塊狀材料層之各塊狀材料層定義在相鄰 光學元件陣列之間沿x、y及z軸之至少-者的-距離。 132.如請求項131之陣列成像系統，其中該等光學元件陣列 之至少一者係組態成用於執行主光線角校正。 133·如請求項131之陣列成像系統，該複數個光學元件陣列 與該複數個塊狀材料層係由具有類似熱膨脹、剛性及硬 度係數但不同折射率之材料予以形成。 134.如請求項13 1之陣列忐推么 J成像糸統，其中該複數個光學元件 120300.doc -20 - 200814308 陣列與該複數個塊狀材料層係在一關注波長範圍内半透 明。 135·如請求項134之陣列成像系統，其中該複數個光學元件 陣列與該複數個塊狀材料層之至少一者係對於在該關注 波長範圍外的波長有吸收性。 136.如請求項13 1之陣列成像系統，其進一步包含一波長選 擇性濾光片。 137·如請求項13 1之陣列成像系統，其中該複數個光學元件 陣列之至少一者係直接形成於該偵測器陣列上。 138. 如請求項13 1之陣列成像系統，其中該複數個光學元件 陣列之至少一者係與該複數個塊狀材料層之一整體形 成。 139. 如請求項13 1之陣列成像系統，其中該複數個光學元件 陣列之各光學元件陣列包含一折射式元件、一繞射式元 件、一全像元件及一薄膜濾光片之至少一者。 140·如請求項139之陣列成像系統，其中該薄膜濾光片包含 具有不同折射率之交替材料層。 H1·如請求項140之陣列成像系統，其中該薄膜濾光片包含 一具有一高折射率nhi=2.2之高折射率材料與一具有一低 折射率η1ο=1·48之低折射率材料之交替層。 ⑷·如請求項141之陣列成像系統，其中該等成像系統之至 少一者從全場直至一偵測器截止頻率展現一大於〇 · 2之 MTF 〇 M3.如請求項14〇之陣列成像m中該薄_以包含 120300.doc -21 - 200814308 -具有-高折射率nhi=l.7之高折射率材料與一具有一低 折射率nlo=1.48之低折射率材料之交替層。 Μ4·如請求項143之陣列成像系統’其中該等成像系統之至 少一者從全場直至一偵调Jlf截止頻率展現之 MTF。 145·如請求項131之陣列成像系、統’其中該共同基底包含一 $夕晶圓。 M6.如請求項131之陣列成像系統，其中該複數個光學元件 陣列與該複數個塊狀材料層之至少一者包含一聚合物。 147. —種用於加工一光學元件樣板陣列之方法，其包含： 使用- 速刀具伺服方法、一快速刀具飼服方法、一 多軸銳製方法及-多軸研磨方法之至少—者來製作該樣 板陣列。 148. -種製造-包括光學元件樣板陣列定義其上之製作母版 之方法中，一種改良包含： 直接製作該樣板陣列。 一者之一形式的一專用刀具 M9.如請求項148之方法中，一進一步改良，其中直接製作 包含加工、銑製、研磨、金剛石車削、打磨、拋光、翼 形切削之至少一選定者及使用具有該複數個光學元件之 150. 如明求項148之方法中，_進_步改良，其中直接製作 匕3开乂成'亥等樣板之各樣才反，使得隨後與該等樣板-起 开/成的光學7C件在至少一尺寸展現次微米精度。 151. 種用於製造_光學元件陣列之方法，其包含： 120300.doc -22- 200814308 使用一忮速刀具伺服方法、一快速刀具伺服方法、一 夕軸銑製方法及-多軸研磨方法之至少—選定者來直接 製作該光學元件陣列。 152. —種用於製造一伞風— 九予兀件陣列之方法中，一改良包含： 藉由直接製作來形成該光學元件陣列。 153· —種用於製造一 PH ^ 4+ 、 用於精其形成複數個光學元件之製作母 版之方法，該方法包含： 、疋第表面’其包括用於形成該複數個光學元件 之特徵； π回作為（a)該 之材料特性之一函數；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。 154·如請求項1 53 $古、、i ^ 、 ’ ’其中該等特徵之至少一者包括/ 尖角特徵與一彎曲表面之至少一者。 155.如請求項154$古 ^ ' ’其中該等特徵之該至少一者係組 恶成用於形成一弁與一 圓形、一橢圓形 况如請求項153之方法，多邊形及一三角形之一者。 一刀I 、 '，其中執行該製作常式包含最佳化 /、執跡作為該製作常式之 157. 如請求項156 以之函數。 切削速度。 …其中最佳化該刀具執跡包含訂製 158. 如請求項153之方法， 虛擬基準平s。 ，、，、疋该第二表面包含指定〆 一圓加 —先予兀件孔徑，其係一矩形、一方形、 120300.doc -23- 200814308 如請求項158之方法’其中該虛擬基準平面係指定，使 得在該製作常式之至少-部分期間，一在該製作常式中 使用之刀具不會接觸該製作母版。 議.=請求項158之方法，其中該虛擬基準平面係指定，使 得在該製作常式期間，一在該製作常式中使用之刀具接 觸該製作母版。 ⑹·如請求項153之方法’其中執行該製作常式包含： 在該製作母版上形成該第二表面；以及 平面切削該第二表面以形成該第一表面。 162·如請求項153之方法，其中執行該製作常式包含： 在該製作母版上形成該第二表面；以及 蝕刻該第二表面以形成該第一表面。 163·如請求項153之方法，其中執行該製作常式包含： 使用一第一刀具形成該第二表面；以及 使用一第二刀具，從該第二表面形成該第一表面。 i. 164· 一種用於製作一在形成複數個光學元件中使用之製作母 版之方法，其包含： 使用—第-刀具在該製作母版上形成複 特徵；以及 牙衣面 使用-第二刀具在該製作母版 特徵，該等第二表面特 數個弟一表面 係不同於該等第一表面特徵， 中5亥荨弟一及第- m ^ 特徵之—組合係組態成用於 形成该複數個光學元件。 165. —種用於製造一用於 ;在形成複數個光學元件中使用之製 120300.doc -24- 200814308 作母版之方法，其包含： 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者的第一 特徵；以及 平滑該複數個第一特徵以形成該等第二特徵。 166. 如請求項165之方法’其中平滑包含執行一濕式蝕刻與 一乾式敍刻之至少一者。 167. 如請求項165之方法，其中形成該複數個第一特徵導致 刀具標記及瑕疵之至少一者，且其中平滑修改刀具標記 及瑕疵之該至少一者。 168· —種用於製造一用於在形成複數個光學元件中使用之製 作母版之方法，其包含： 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 直接製作經組態成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。 種用於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，該方法包含： 疋義該複數個特徵為包括具有一非球面表面之至少一 類型元件；以及 在該製作母版之一表面上直接製作該等特徵。 170. :種用於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，該方法包含·· 面上形成該等特徵之 定義一用於在該製作母版之一表 120300.doc -25- 200814308 一第一部分的一第一製作常式； 使用該第—製作常式在該表面上直接製作該等特徵 至少一者； $ 測量該等特徵之該至少一者之一表面特性； 定義-用於在該製作母版之該表面上形成該等特徵之 -第二部分之-第二製作常式’其中該第二製作常二包 含依據如此測量之該表面特性在-至少-方面作調整的 該第一製作常式；以及 、 使用該第二製作常式在該表面上直接製作該等特徵之 至少一者。 Π1.-種用於製造—用於藉其形成複數個光學元件之製作母 版之機器中’該機器包括一用於保持該製作母版之心軸 與一用於保持一加工刀具之刀具固定器，該加工刀具製 作用於在4製作母版之—表面上形成該複數個光學元件 之特徵，一種改良包含： -度量系統，其係組態成用以與該心軸及該刀具固定 器協作以測量該表面之一特徵。 172·如請求項171之機器，該特性包含X-、γ_及Z-位置之-。 173·如請求項172之機器，其中該度量系統包含： 一用於產生電磁能量之來源； 用於引導該電磁能量之光學器件；以及 一偵測器配置， ，、中〆電㉟月b !之至少一部分從該製作母版之該表面 散射並由作為一雷旦 電磁犯里接收"卩分的該偵測器配置接收 120300.doc -26- 200814308 到，且其中該偵測器配置根據 $亥表面之特性之一测量。 該電磁能量接收部分產 生 丨二“項m之機器，該等光學器件包 用=該電磁能量分割成一參考光束與—透 I、 中該等光學器件係組態成用於將該參考光束引導至 5亥偵測益配置而該參考光束不接觸該表面， 該等光學器件係組態成用 引導，以及 成用於將遠透射光束朝向該表面 電磁能量接收部分 統使用該刀具固定 忒偵測器配置比較該參考光束與該 以產生該測量。 175.如請求項172之機器，其中該度量系 器來固定。 176. 種用於製造-用於藉其形成複數個光學元件之製作母 版之方法，其包含： 在該製作母版之一表面上直接萝 接I作用於形成該複數個 光學7L件之特徵；以及 在該表面上直接製作至少一對齊特徵’該對齊特徵係 組“用於與在一分離物件上的—對應對齊特徵協作以 在該表面與該分離物件之間定義一分離距離。 177.如請求項176之方法，其進-步包含在該表面上直接製 y基準肖於疋義該製作母版相對於該分離物件 之對齊。 178.如請求項176之方法 包含在該製作母版上 ，其中直接製作該至少一對齊特徵 形成一運動學支架特徵與一凸環特 120300.doc -27 - 200814308 徵之至少一者。 179. 如請求項178之方法，其 接制从 ’、 v匕s在該分離物件上直 接製作該對應對齊特徵。 初忏上1 180. 如請求項176之方 該製作母版上形成一凸==該_徵^^ 對齊特M ^ a + β ' 且/、中直接製作該對應 包含在該分離物件上形成-V形溝槽，該V形溝 槽係，、且態成用於在其内收納該凸環特徵。 181. —種用於製造一用於蕤1 ^ ^ 、精"形成一光學元件陣列之製作母 版之方法，其包含： 在5亥基板之一表面ρ吉姑^舍』心 接製作用於形成該光學元件陣 列之特徵；以及 予1干呼 在。亥表面上直接製作至少—對齊特徵，該對齊特徵係 組態m與在—分離物件上的_對應對齊特徵協作以 指不在該表面與該分離物件之間的—平移、—旋轉及一 分離中之一者。 182. —種用於使用一多軸加工刀且 刀具修改一基板以形成一用於 一光學元件陣列之製作母版之方法，其包含： 將遠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-表面上直接製作用於形成該光學元件陣 列之特徵；以及 在該基板之該表面上直接製作至少一對齊特徵； 其中在該執行及直接製作期間該基板仍固定至該基板 固定器。 120300.doc -28- 200814308 183. 如請求項182之方法，其進—步 固定該基板之前執行該基 ：：該基板固定器 184. 如凊求項182之方法，其進 知作 於直接制栳田Μ 匕3利用多個刀具以用 於直接！作用於形成該光學元件陣列之該等特徵。 185. 如請求項 182>士、4· 二其中直接製作用於形成該光學元 件陣列之料特徵包含：利㈣加卫刀具之B軸運動。 186· -種用於製作_層疊光學元件陣列之方法，其包含：
    使用一帛一製作母版來在—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 括形成於其上的該第一光學元件層之一負片； 使用一第二製作母版來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 學元件層，該第二製作母版具有一第二母版基板，其包 括形成於其上的該第二光學元件層之一負片。 187·如請求項ι86之方法，其中形成該第一光學元件層包 含： 透過使用一第一固定系統，相對於該共同基底在一預 定位置定位該第一製作母版。 188·如請求項1 86之方法，其中形成該第二光學元件層包 含： 透過使用一第二固定系統，相對於該共同基底與其上 所形成之該第一光學元件層，在一預定位置定位該第二 製作母版。 189·如請求項i 86之方法，其中形成該第一光學兀件層包 120300.doc -29- 200814308 含： 將一模製材料沈積在該第一製作母版與該共同基底之 至少一者之上； 接合該共同基底、該模製材料與該第一製作母版； 固化該模製材料；以及 脫離該共同基底、該固化模製材料與該第__製作母 版，從而形成該第一光學元件陣列。 190. —種製作母版，其包含： Γ —模製配置，其詩將—模製材料模製成-定義複數 個光學元件之預定形狀；以及 -對齊配置’其用於在組合該共同基底使用該製作母 版時’相對於-共同基底’以—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 與小於兩個波長誤差之精度。 191. 如請求項19〇之製作母版，其中提供該模製配置以用於 依一晶圓級密度下製作光學元件，該晶圓級密度係在一 ' 8英忖直徑共同基底之一表面上至少一千個光學元件之 表示。 192·如請求項190之製作母版，其中該模製配置係組態成用 於模製非球面光學元件。 193·如請求項190之製作母版，其包括一支撐插入物，其係 構造並配置成用於給該模製材料提供結構性支撐。 194·如請求項193之製作母版，其中該模製材料包括作為該 模製配置之一子複本而形成的複數個光學元件之—逆反 120300.doc -30- 200814308 複本。 195·如請求項190之製作母版，豆 具中该共同基底係組態成用 於透過使用分別組態成用於侔 乂用於保持该模製配置與該共同基 底對齊的卡盤來與該對齊配置相互作用。〃 196·如請求項190之製作母版，i ψ 標記 游標及一基準之至少一者 具中，亥對齊配置包含一索引 197·如請求項190之製作母版， 关平該杈製配置包括一用於 將次波長特徵賦予至少一氺璺 J王乂 九予兀件之配置，該等次波長 特徵係組態成用於在該至少一氺 v光學疋件賦予一抗反射結 構0 198·如请求項190之製作母版 償用於製造該等光學元件 寸0 ’其中該模製配置係組態有補 之該模製材料之預定收縮之尺 Μ如請求項⑽之製作母版，其中該模製配置包含光學透 射材料’其允許一選定電磁能量之頻帶穿過以開始一反 應來在曝露於其時固化該模製材料。 \ 200·陣列成像系統，其包含： 一共同基底，其具有-第_側與_遠離該第—側之第 二側； 第-複數個光學元件，其係在該共同基底之該第一側 上對齊構造並配置，其中對齊誤差下小於兩個波長。 201.如請求項200之陣列成像系統，其進一步包含一第二複 數個光學元件，其係構造並配置在該共同基底之該第二 側上。 120300.doc -31 - 200814308 202·如請求項200之陣列成像系統，其進一步包含一間隔 物’其具有黏附至該共同基底之該第一側的一第一表 面，該間隔物提供遠離該第一表面之一第二表面並包括 對齊该第一複數個光學元件之複數個孔，用於透射過電 磁能量。 203.如請求項202之陣列成像系統，其進一步包含一第二共 同基底，其係黏附至該間隔物之該第二表面以定義對齊 該第一複數個光學元件之個別間隙。 (204.陣列成像系統，其包含： 一第一共同基底， 第一複數個光學元件，其係在該第一共同基底上精確 對齊地構造並配置， 一間隔物，其具有黏附至該第一共同基底之一第一表 面， 該間隔物提供遠離該第一表面之一第二表面， 該間隔物形成複數個孔，透過其對齊該第一複數個光 、 學元件，用於透過其透射電磁能量， 一第一共同基底，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的個別間卩亨， 可移動光學器件，其係定位於該等間隙之至少一者 内，以及 用於移動該可移動光學器件之配置。 205· -種用於在一共同基底上製造_層疊光學元件陣列之方 法，其包含： 120300.doc -32. 200814308 ⑷製備該共同基底以用於沈積該層疊光學元件陣列； (b)固定該共同基底與一第一製作母版，使得至少二波 長之精度對齊存在於該第—製作母版與該共同基底之 間， ⑷在該第一製作母版與該共同基底之間沈肖一第一模 製材料， (b)藉由對齊並接合該第—製作母版與該共同基底來塑 造該第一模製材料， ⑷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， (〇使用一第二製作母版取代該第一製作母版， (g) 在該第二製作母版與該第—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塑 造該第二模製材料，以及 (1)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。 206·如請求項205之方法，其進一步包含在該等第一及第二 光學元件層之至少一者上形成一抗反射塗層。 如請求項2G5之方法，其進—步包含重複⑴至⑴，使得 該層疊光學元件陣列包括至少三層光學元件層。 208. —種用於製作一經 中，一改良包含： 製程所形成之一 貞 測器像素之方法 使用邊組製程之至少一 製程來在該偵測器像素内形成 120300.doc -33 - 200814308 至少一光學元件，该光學元件係組態用於影響在一波長 範圍内的電磁能量。 209·如請求項208之方法中，一進一步改良，其包含組態該 光學元件以用於影響在一可見光波長範圍内的電磁能 量0 210. 如請求項208之方法中，該偵測器像素係組態成用於接 收在一給定波長範圍内的電磁能量，一進一步改良，其 中影響包含：組態該光學元件以用於影響在該給定波長 範圍内的電磁能量。 211. 如請求項208之方法中’-進一步改良，其中該等债測 器像素之各偵測器像素包含一感光區域，且其中形成該 光學元件包含：組態該光學元件以用於將在該波長範圍 内的電磁能量之至少-部分引導至該對應债測器像素之 感光區域上。 進一步改良，其包含組態 212·如請求項211之方法中 光學兀件以用於將在一主光線角範圍内的電磁能量之 分引導至該感光區域上。 213·如請求項208之方法中，一進一步改良，其中形成該 學元件包含：組態該光學元件以用於透射該波長範圍 電磁能量，同時阻障該波長範圍之外的電磁能量。 214. 如請求項208之方法中，一進一步改良，其包含組態 光學元件以用於影響在一偏振狀態範圍内的電磁能量‘ 215. 如睛求項208之方法中，一進一步改肖 甘丄 選y改良，其中該組製: 包含微影術、雷射剝離、戳記、背面研磨、分子圖案> 120300.doc -34- 200814308 轉移及毯覆式沈積之至少一選定者。 216·如請求項208之方法中，—進一步改良，其中形成該光 學元件包含：由還用於形成該偵測器像素之材料來製作 該光學元件。 217·如請求項216之方法中’—進一步改良，其中形成該光 學元件包含由一互補型金屬氧化物半導體材料來形成該 光學元件。 218. 如請求項217之方法中’一進一步改良，其中形成該光 學兀件包含：由電漿增強型氮化矽（PESiN)與電漿增強型 氧化物（PEOX)之至少一選定者來形成該光學元件。 219. 如請求項217之方法中，一進一步改良，其中形成該光 學元件包含：產生複數個次波長結構。 通如請求項219之方法中，一進一步改良，其中產生該複 數個次波長結構包含：形成小於該波長範圍之至少一部 分的結構。 221·如請求項208之方法中，一推一半并白
    Τ 進步改良，其包含組態該 偵測器像素以用於從其後侧接收電磁能量。 222· —種電磁能量偵測系統，其包含： 一偵測器，其包括複數個偵測器像素；以及 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’該光學元件係組態成用於影響在一波長範圍内 的電磁能量。 223·如δ月求項222之系统，該複數個偵剛器像素之該至少一 者係組態成用於接收在該波長範圍内的電磁能量，其中 120300.doc -35- 200814308 5亥光學元件係進一梦組恶成用於影響該波長範圍内的電 磁能量。 224·如請求項222之系統，其中該波長範圍包含可見光波 長0 225·如請求項222之系統，其中該光學元件包含一折射式元 件、一薄膜濾光片、一共振腔及一電磁能量圍阻腔之至 少一選定者。 226·如請求項222之系統，其中該光學元件包含形成一替續 子系統之複數個結構。 227·如請求項226之系統，其中該光學元件包含一串波長選 擇性濾光片。 228.如請求項227之系統，其中該串波長選擇性濾光片係組 態成用於實施一帶通濾光片。 U9.如請求項227之系統，其中該串波長選擇性濾光片係組 態成用於選擇像素色彩。 230.如請求項222之系統，其中該等摘測器像素之各谓測器 像素包含一感光區域，且其中該光學元件包含一波導， 其用於朝向該等债測器像素之一者之感光區域重新引導 電磁能量。 231 ·如明求項2 3 〇之糸統，其中歹莫 導包含一封閉在-低折 射率材料内的一高折射率材料。 232.如請求項23〇之系統， 包人該波導包括一縱軸，其中該波導 包3 —垂直於該縱轴 233 ^ ^ 5 而仫向纟吏化之折射率輪廓。 233·如晴求項222之系 /、中该光學元件包含一金屬材 120300.doc • 36 - 200814308 料。 234. 如請求項233之系統，其中該電磁能量偵測系統接受包 括該波長範圍之電磁能量，且其中該金屬材料包含小於 該波長範圍内的該等波長之至少一者的結構。 235. 如請求項222之系統，其中該光學元件係由一互補型金 屬氧化物金屬半導體材料予以形成。 236. 如請求項235之系統，其中該光學元件係由電漿增強型 氮化矽（PESiN)與電漿增強型氧化物（PEOX)之至少一選 定者所形成。 237. 如請求項236之系統，其中該光學元件係由一 PESiN及 PEOX層組合所形成。 238. 如請求項237之系統，其中該光學元件係由PESiN及 PEOX交替層所形成。 239. 如請求項237之系統，其中該光學元件係由PESiN及 PEOX交錯層所形成。 240. 如請求項222之系統，其中該光學元件係由碳化矽 (SiC)、四乙基氧化矽（TEOS)、磷矽玻璃（PSG)、氟摻雜 矽玻璃（FSG)及BLACK DIAMOND® (BD)之至少一選定 者所形成。 241. 如請求項222之系統，該等偵測器像素之至少一者係組 態成用於從其後側接收電磁能量。 242. 如請求項24 1之系統，該光學元件係與介於該後側與其 感光區域之間的偵測器像素整體形成。 243. 如請求項242之系統，該光學元件包含一波導，其用於 120300.doc -37- 200814308 朝向該感光區域引導電磁能量。 244·如請求項241之系統，兮 — μ光予7L件係與介於一感光區域 與該傾測器像素之--前包丨々Μ ΛΑ Afe、r 則側之間的偵測器像素整體形成。 245· —種電磁能量偵測系纪 廿a ^ a 谓成（糸統，其用於偵測入射其上的在一波 長範圍内之電磁能量，其包含·· 一谓測器，其包括複數個侦測器像素，該等偵測器像 素之各偵測器像素包括至少一感光區域；以及 光學器件，其係與該複數個债測器像素之至少一者整 體形成’該光學器件係組態成用於將在該波長範圍内的 電磁能量選擇性重新引導泛兮 4 W V至忒至少一偵測器像素之感光 區域上。 246.如請求項245之系 偏振狀態範圍之一 統，其中該光學器件重新引導具有一 的電磁能量。 247.如請求項245之系統，該光學器件包括—光轴，而該複 數個偵測器像素之各_器像素包括_像素法線，直中 該至少-光學器件之光軸係與其對應偵測器像素之像素 法線非共線。 .如請求項245之系統’該複數個價測器像素之各僧測器 像素之特徵在於-像素敏感度，相較於不帶該光學器件 之像素之像素敏感度，該光學器件係組態成詩增加盆 對應偵測器像素之像素敏感度。 進一步組態成 ，同時阻障該 249·如請求項245之系統，其中該光學器件係 用於透射該波長範圍之一部分的電磁能量 波長範圍之該部分之外的電磁能量。 120300.doc -38 - 200814308 250·如吻求項245之系統，其進一步包括形成在該複數個偵 測器像素上的複數個共同層及為該複數個偵測器像素之 各偵測器像素自訂之複數個波長選擇性層，用於選擇該 波長範圍之一部分給該複數個偵測器像素之該偵測器像 素。 251.如請求項25〇之系統，該複數個共同層係由毯覆式沈積 所形成。 ' 252·如請求項245之系統，其中該光學器件係由碳化矽 (sic)、四乙基氧化矽（TE0S)、磷矽玻璃（psG)、氟摻雜 石夕玻璃（FSG)及BLACK DIAMOND® (BD)之至少一選定 者所形成。 253.如請求項245之系統，該偵測器包含一鈍化層、一平坦 化層及一蓋板之至少一者。 254·如請求項245之系統，該等偵測器像素之至少一者係組 態成用於從其後侧接收電磁能量。 255.如請求項254之系統，該光學器件係置放於該偵測器像 素之後側與該感光區域之間的偵測器像素内。 256·如請求項254之系統，該光學器件係置放於該感光區域 與該偵測器像素之一前側之間的偵測器像素内。 257. —種電磁能量偵測器中，一改良包含： 一結構’其與該偵測器整體形成並包括複數個次波長 特徵以用於重新分佈在一波長範圍内的入射其上之電磁 能量。 258. 如請求項257之電磁能量偵測器中，該偵測器包括至少 120300.doc •39· 200814308 -偵測器像素，一進一步改良，其中該結構朝向在該偵 測器像素内的至少一特定位置引導在該波長範圍之至少 一部分内的電磁能量。 259.如請求項258之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 中該等次波長特徵朝向該—特定位置引導在—偏振狀態 内的電磁能量。 260·如請求項258之電磁能量偵測器中，該偵測器像素包括 一感光區域，一進一步改良，其中該結構朝向該偵測器 像素之該感光區域選擇性引導該電磁能量之該波長範圍 之該部分。 261.如請求項258之電磁能量偵測器中，該偵測器像素包括 一感光區域，一進一步改良，其中該結構遠離該偵測器 像素之該感光區域分佈該電磁能量之該波長範圍之該部 分。 262·如請求項257之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 中該等次波長特徵包含3〇對稱、混合對稱及不對稱組態 — 〇 263·如請求項262之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 中該等組態之對稱性係根據材料、位置、特徵大小、方 位及折射率之至少一選定者來定義。 264·如請求項262之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 中該等次波長特徵係採用混合對稱性組態而配置以用於 執行主光線角校正。 265·如叫求項257之電磁能量偵測器中，一進_步改良，其 120300.doc -40- 200814308 中該結構係由一互補型金屬氧化物半導體材料予以形 成。 266.如請求項265之電磁能㈣測器中，—進—步改良，其 中该結構係與該偵測器整體形成。 267·如請求項257之電磁能量伯測器巾，一 it 一步改良，其 中該_器包含至少—㈣器像素，其係組態成用於從 其後側接收電磁能量。 268. —種電磁能量偵測器中，一改良包含： 一薄膜濾光片，其整體形成有該偵測器以提供帶通過 渡、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之至少一者。 269. 如請求項268之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 中該薄膜濾光片係由形成該偵測器之材料之至少兩者所 形成。 270·如請求項268之偵測器中，一進一步改良，其中該薄膜 濾光片係進一步組態成用於接收在一主光線角範圍内的 電磁能量。 271·如請求項268之偵測器中，一進一步改良，其中該薄膜 滤光片係使用相容於互補型金屬氧化物半導體製作之材 料來形成。 272·如請求項268之偵測器中，一進一步改良，其包含相鄰 該薄膜濾光片置放之一檔板層，用於防止離子遷移及施 體貢獻之至少一者。 273·如請求項268之偵測器中，一進一步改良，其中該薄膜 120300.doc -41 · 200814308 濾光片係組態成用於提供一紅綠藍（RGB)濾光片、一青 藍深紅黃（CMY)濾光片、紅外線（ir)截止濾光片、紅綠 藍白（RGBW)濾光片、一青藍深紅黃白（CMYW)濾光片、 一青藍深紅黃綠（CMYG)濾光片與一抗反射（AR)濾光片 之至少一者。 274.如請求項268之偵測器中，一進一步改良，其中該電磁 能量偵測器係組態成用於從其後側接收電磁能量。 275· —種用於藉由一組製程來形成一電磁能量偵測器之方法 Γ 中，一改良包含： 使用該組製程之至少一者，在該偵測器内形成一薄膜 濾光片；以及 組態該薄膜濾光片以用於執行帶通過濾、邊緣過濾、 色彩過濾、高通過濾、低通過濾、抗反射、陷波過濾、 阻障過濾及主光線角校正之至少一選定者。 276. 如請求項275之方法中，一進一步改良，其中形成該薄 膜濾光片包含使用微影術、雷射剝離、戳記、背面研 L 磨、分子圖案化轉移、毯覆式沈積及離子植入之至少一 選定者。 277. 如請求項275之方法中，一進一步改良，其中形成該薄 膜濾光片包含由用於形成該偵測器之材料來形成該 遽光片。 ' 278. 種包括具有一感光區域形成於其内的至少一偵 素之電磁能量偵測器中，一改良包含： W 一主光線角校正器，其與在該㈣器像素之入射瞳處 120300.doc •42· 200814308 的偵測器像素整體形成，以朝向該感光區域重新分佈入 射其上的電磁能量之至少一部分。 279. 如請求項278之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 中該主光線角校正器係由形成該偵測器之至少一材料所 形成。 280. 如請求項279之電磁能量偵測器中，該偵測器係藉由一 組製程所形成，一進一步改良，其中該主光線角校正器 係使用該組製程之至少一者來形成。 (281.如請求項280之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 中该主光線角校正器係組態成為由微影術所定義之空間 變化薄膜層、具有次波長特徵之空間變化結構、在該偵 測器像素之入射瞳處的微影術定義結構、一組合空間變 化佗號處理之光學元件及一逐漸變細結構之至少一選定 者。 ' 282·如睛求項278之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 f 中㈣測器像素係組態成用於從其後側接收電磁能量。 ^ 283· 一種電磁能量偵測系統，其包含： 複數個偵測器像素，以及 一薄膜據光片，其與該等偵測器像素之至少一者整體 $成並組怨成用於帶通過濾、、邊緣過濾、、色彩過遽、高 通過濾、低通過濾、抗反射、陷波過濾、阻障過濾及主 光線角校正之至少一選定者。 “ 284·如印求項283之系統，其中該薄膜遽光片係由形成該债 測器像素之至少兩種材料所形成。 120300.doc -43 · 200814308 285·如請求項283之系統，其進一步包含相鄰該薄膜濾光片 置放的一檔板層，用於防止離子遷移及施體貢獻之至少 一者0 286·如請求項283之系統，其中該薄膜濾光片係組態成一紅 綠監（RGB)濾光片、一青藍深紅黃（CMY)濾光片、紅外 線（IR)截止濾光片、紅綠藍白（RGBW)濾光片、一青藍深 紅頁白（CMYW)濾光片、一青藍深紅黃綠（CMYG)濾光片 與一抗反射（AR)濾、光片之至少一選定者。 / 287·如請求項283之系統，該至少一偵測器像素係組態成用 於從其後側接收電磁能量。 288. —種電磁能量偵測系統，其包含： 複數個横測器像素，該複數個摘測器像素之各侦測器 像素包括-感光區域與_主光線角校正器，該主光線角 权正器在4 m像素之—人射瞳處與該價測器像素整 體形成’該主光線角；下$ # z At 用杈正菇係組怨用於朝向該偵測器像 素之感光區域引導入射其上的電磁能量之至少—部；。 289·如請求項288之電磁_測系統，其中該主光線角校 正器L 3 繞射結構、—頻擾光柵、一變化高度結 構及-展現-空間Υ變化有效折射率之次 之至少一者。 7做呆σ 290.如請求項288之電磁能㈣測系統，其中該 正器包括一對稱中心，且其中該對稱 = 測器像素之一中心偏離。 對於以貞 Μ如請求項288之電磁能㈣測系統，其中該主光線角校 120300.doc -44- 200814308 正器包含一由微影術定義之空間變化薄膜声、— 、曰 具有次 波長特徵之空間變化結構、一在該偵測器像辛 w〜八射瞳 處的微影術定義結構、一組合空間變化信號處理之光風 元件及一逐漸變細結構之至少一選定者。 292·如請求項288之電磁能量偵測系統，該等偵測器像素之 至少一者係組態成用於從其後側接收電磁能量。 293. —種用於同時產生至少第一及第二濾光片設計之方法， 該等第一及第二濾光片設計之各濾光片設計定義複數層 薄膜層，該方法包含： a) 定義一用於該第一濾光片設計之第一組要求及一用 於該第二濾光片設計之第二組要求； b) 最佳化至少一選定參數，其依據該等第一及第二組 要求特徵化該等第一及第二濾光片設計之各濾光片設計 内的該等薄膜層，以產生一用於該第一濾光片設計之第 一無約束設計及一用於該第二濾光片設計之第二無約束 設計 S c) 配對該第一濾光片設計内的該等薄膜層之一與該 第二濾光片設計中的該等薄膜層之一，以定義一第一組 配對層，非該第一組配對層之該等層係未配對層； d) 將該第一組配對層之選定參數設定至一第一共同 值；以及 e) 重新最佳化該等第一及第二濾光片設計中的該等非 配對層之該選定參數，以產生一用於該第一濾光片設計 之第一部分約束設計與一用於該第二濾光片設計之第二 120300.doc -45- 200814308 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要求之至少一部分。 294. 如請求項293之方法，其進一步包含： 0配對該第一濾光片設計中的該等未配對層之一與該 苐二濾光片設計中的該等未配對層之一，以定義一第二 組配對層； g) 將該第二組配對層之選定參數設定至一第二共同 值；以及 h) 重新最佳化在該等第一及第二濾光片設計中的該等 剩餘未配對層之該選定參數，以產生一用於該第一據光 片設計之第一進一步約束設計及一用於該第二濾光片設 計之第二進一步約束設計。 295. 如請求項294之方法，其進一步包含： 重複f)、g)及h)，直到該第一濾光片設計中的該等薄 膜層之各薄膜層與該第二濾光片設計中的該等薄膜層之 一對應者配對，以便產生一用於該第一濾光片設計之第 一完全約束設計及一用於該第二濾光片設計之第二完全 約束設計。 296·如請求項295之方法，其進一步包含重新最佳化該等第 一及第二完全約束設計，以產生一用於該第一據光片設 計之第一最終設計及一用於該第二濾光片設計之第二最 終設計，其中分別比較該等第一及第二完全約束設計， 該等第一及第二最終設計分別更佳地滿足該等第一及第 二組要求。 120300.doc -46 - 200814308 297·如請求項294之方法，其進一步包含： i) 定義一第三組要求以用於一第三濾、光片設計，其包 括複數層薄膜層； j) 最佳化至少該選定參數，其依據該第三組要求來斗寺 徵化該第三濾光片設計中的該等薄膜層，以產生一用於 該第三濾光片設計之第三無約束設計； k) 配對該第三濾光片設計中的該等薄膜層之一與該等 第一及第二濾光片設計中的該等未配對層之一，以定義 〔 一第三組配對層； l) 將該第三組配對層之該選定參數設定至一第三共同 值；以及 m) 重新最佳化在該等第一、第二及第三濾光片設計中 的該等未配對層之該選定參數，以產生一用於該第一據 光片設計之第一進一步約束設計、一用於該第二攄光片 設計之第二進一步約束設計及一用於該第三濾光片設計 之第三進一步約束設計。 £ I 298.如請求項297之方法，其進一步包含： 重複i)至m)，直到在該等第一、第二及第三濾光片設 計中的該等薄臈層之各薄膜層與該等第一、第二及第三 濾光片設計之一中的該等薄膜層之一對應者配對，以便 產生一用於該第一濾光片設計之第一完全約束設計、一 用於該第二濾光片設計之第二完全約束設計及一用於該 第二濾、光片設計之第三完全約束設計。 299.如請求項298之方法，其進一步包含重新最佳化該等第 120300.doc -47- 200814308 一、第二及第三完全約束設計，以產生一用於該第一濾 光片設計之第一最終設計、一用於該第二濾光片設計之 第二最終設計及一用於該第三濾光片設計之第三最終設 計，其中分別比較該等第一、第二及第三完全約束設 計，該等第一、第二及第三最終設計分別更佳地滿足該 專第一、第二及第二組要求。 3〇0.如請求項293之方法，其中定義一第一組要求以用於該 第一濾光片設計及一第二組要求用於該第二濾光片設計 包含：決定用於該第一濾光片設計之第一數目的薄膜層 及用於該第二濾光片設計之第二數目的薄膜層。 301.如請求項300之方法，其中決定用於該第一濾光片設計 之該第一數目的薄膜層及用於該第二濾光片設計之該第 二數目的薄膜層包含：將該等第一及第二數目設定至一 共同數目。 302·如請求項293之方法，其中該等薄膜層之該選定參數係 層厚度、層光學厚度、層折射率及層透射率之至少一選 定者。 303. 如請求項293之方法，其中該等第一及第二組要求之各 組要求包含用於該等第一及第二濾光片設計之一對應者 之-效能目標、一組約束、一組限制及一用於最佳化該 選疋參數之優值函數之至少一者。 304. 如請求項3〇3之方法，其中該組約束包含材料類型、材 料厚度*圍、材料折射率、處理步驟數目及遮罩操作數 目之至少一者。 120300.doc •48- 200814308 305·如請求項293之方法，其中定義該等第一及第二組要求 包含： 識別至少一用於該第一濾光片設計之第一目標波長及 一用於該第二濾光片設計之第二目標波長；以及 在用於該第一濾光片設計之該第一目標波長及用於該 第二濾光片設計之該第二目標波長之各波長下指定一透 射目標與一吸收目標之至少一者。 306.如請求項293之方法，其中產生該等第一及第二無約束 设计及產生該等第一及第二約束設計包含：使用一模擬 退火最佳化常式、一單純最佳化常式、一共軛梯度最佳 化常式及一群體最佳化常式之至少一選定者。 307·如請求項293之方法，其中設定該等配對層之該選定參 數包含：最佳化設定該選定參數之該共同值。 308. —種用於形成包括至少第一及第二偵測器像素之一電磁 能量偵測器之方法中，一改良包含： 整體幵> 成一第一薄膜濾光片與該第一偵測器像素及整 體形成$亥第一薄膜渡光片與該第二4貞測器像素，使得該 等第一及第二薄膜濾光片共用至少一共同層。 309. 如請求項308之方法中，一進一步改良，其中整體形成 該等第一及第二薄膜濾光片包含：利用相容於用於形成 該偵測器之一組製程之材料來形成該等第一及第二薄膜 渡光片。 310. 如請求項3 〇 8之方法中，一進一步改良包含： 組態該等第一及第二薄膜濾光片以用於分別執行第一 120300.doc -49- 200814308 及第二任務，該等任務係選擇為帶通過濾、邊緣過濾、 色彩過濾、高通過濾、低通過濾、抗反射、陷波過濾、 阻卩早過濾及波長選擇性過濾之至少一者。 311·如請求項310之方法中，一進一步改良，其中組態包 含·設計該等第一及第二薄膜濾光片以用於在一共同目 標波長下執行不同任務。 如明求項3 10之方法中’ 一進一步改良，其中組態包 含·设計該等第一及第二薄膜濾光片以用於在一不同目 標波長下執行相同任務。 313=請求項31〇之方法中，—進一步改良，其中組態包 3 . 〇又s十该等第一及第二薄臈濾光片以用於在不同目標 波長下執行不同任務。 314.如請求項3〇8之方法中，_進_步改良包含： 且恶5亥等第一及第二薄膜濾光片之各薄膜濾光片作為 -紅色濾光片、一綠色濾光片、一藍色濾光片、一青藍 色濾光片、-深紅色渡光片…黃色濾光片、—紅外線 (IR)截止濾光片及一抗反射（AR)濾光片之至少一選定 者。 315.如請求項308之方法中’一進一步改良，其中整體形成 ，含：使用一選擇性蝕刻製程、一選擇性遮罩製程及一 叉控餘刻製程之至少一選定者。 316·如請求項3〇8之方法中，-進-步改良，其中該渡光片 ㈣#'#由增加每-層之厚度來校正非法線入射。 317,如請求項308之方法中’一進一步改良，其中整體形成 120300.doc -50· 200814308 包含··利用一選擇性蝕刻製程來控制在該等第一及第二 濾、光片之一者内的至少一第一層之厚度，該選擇性蝕刻 製程姓刻上伏於該第一層的一第二層，直到該上伏層係 完全移除，該蝕刻製程實質上未蝕刻該第一層。 318. —種包括至少第一及第二偵測器像素之電磁能量偵測器 中’ 一改良包含： 第一及第二薄膜濾光片分別與該等第一及第二偵測器 像素整體形成， 其中該等第一及第二薄膜濾光片係組態成用於修改入 射其上的電磁能量，以及 其中該等第一及第二薄膜濾光片共同共用至少一層。 319·如請求項318之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 中該等第-及第二薄膜濾光片之各薄膜濾光片包含複數 個層，其由相容於用於形成該等第—及第二偵測器像素 之一組製程的材料予以形成。 320·如睛求項319之電磁能量谓測器中，其中該偵測器包含 -第三❹]器像素，其不同於該等卜及第二偵測器像 素，一進一步改良包含： -第三薄膜濾光片與該第三偵測器像素整體形成， 其中該第三薄膜渡光片還包含複數個層，其由相容於 該組製程之材料形成，以及 、 其中該第三薄膜漶光片與該等第—及第二 之至少-者共同共用至少一層。 4片 321.如請求項318之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 120300.doc -51 - 200814308 中：等第-及第二薄膜濾光片係組態成用於分別在第一 及第一波長下執灯一任務，該任務係選定為帶通過濾、 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之至少一者。 322.如請求項321之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 中。亥第二薄膜渡光片戶斤執行之該任務不同於該等第一及 第二薄膜濾光片所執行之該等任務之至少一者。 323·如請求項321之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 中孩第二薄膜濾光片之目標波長不同於該等第一及第二 薄膜濾光片之該等目標波長之至少一者。 324·如請求項321之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 中3第二薄膜濾光片所執行之該任務不同於該等第一及 第二薄膜濾光片所執行之該等任務之至少一者，且該第 二薄膜濾光片之目標波長不同於該等第一及第二薄膜濾 光片之該等目標波長之至少一者。 325.如請求項318之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 中該等第A第一薄膜濾光片之至少一者包括一高折射 率材料與一低折射率材料之交替層。 326·如明求項3 1 8之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 中'亥等第一及第二薄膜濾光片之各薄膜濾光片係組態成 為-紅色濾光片、一綠色濾光片、一藍色濾光片、一青 藍色濾、光片、-深紅色濾光片、一黃色滤光片、一紅外 線（IR)截止濾光片及一抗反射（AR)濾光片之至少一者。 327·—種包含複數個偵測器像素之電磁能量偵測器中，一改 120300.doc -52- 200814308 良包含： 一電磁能量修改 選定者整體形成， 導在該選定偵測器 部分， 元件，其與該等偵測器像素之至少一 該電磁能量修改元件係組態成用於引 像素内入射其上的電磁能量之至少一 相容於用於形成該偵 其中該電磁能量修改元件包含一 測器之製程的材料，以及
    其中該電磁能量修改元件係組態 坦表面。 用於包括至少一不平 328.如請求項327之電磁能量偵測器中，一進一牛改$直 包含複數個電磁能量修改元件，各胃=乂 ’、 卞谷電磁旎量修改元件係 與該複數個偵測器像素之一對應者整體形成。 329•如請求項328之電磁能量偵測器中，一進一步改，，其 中該複數個電磁能量修改元件係採用一陣列組熊。 330.如請求項328之電磁能量修偵測器中，一進一步改良，
    其中該複數個電磁能量修改元件之各電磁能量修改元件 係直接相鄰該複數個電磁能量修改元件 T、乃一者而置 放，以便5亥複數個電磁能量修改元件之一複人表面近接 一彎曲輪廓與一傾斜輪廓之至少一者。 331·如請求項327之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 中該電磁能量修改元件係組態成用於形成一金屬透鏡、 一主光線角校正器、一繞射式元件及一折射式元件之至 少一選定者。 332.如請求項327之電磁能量偵測器中，一進一步改良，其 120300.doc •53 - 200814308 等偵，則器像素之至少該選定者係組態成用於從其 後側接收電磁能量。 333. —種用於藉由—έ制 “ 製耘來形成一電磁能量偵測器之方法 中"亥電磁旎1偵測器包括複數個偵測器像素，一改良 包含： ' 與違等债測器像素之至少一選定者並藉由該組製程之 至少一者整體形成至少一電磁能量修改元件，該至少一 f 電磁此里L改元件組態成用於在該選定偵測器像素内引 、 導入射其上的電磁能量之至少一部分， 其中整體形成包含： 沈積一第一層； 在該第一層内形成至少一釋放區域，該釋放區域之 特徵在於實質上平坦表面； 在該釋放區域之頂部上沈積一第一層，使得該第一 層定義至少不平坦特徵； , 在該第一層之頂部上沈積一第二層，使得該第二層 f 至少部分地填充該不平坦特徵；以及 平坦化該第二層，以便使該第二層之一部分填充該 第一層之該等不平坦特徵，形成該電磁能量修改元件。 334·如明求項3 3 3之方法中，一進一步改良，其包含由一相 容於該組製程之材料來形成該電磁能量修改元件。 335. —種用於藉由一組製程來形成一電磁能量偵測器之方法 中’該"(貞測器包括複數個偵測器像素，一改良包含： 與該複數個偵測器像素之至少一者並藉由該組製程之 120300.doc -54- 200814308 至少一者整體形成一電磁能量修改元件，該電磁能量修 改元件組態成用於在該選定偵測器像素内引導入射其上 的電磁能量之至少一部分， 其中整體形成包含： 沈積一第一層， 在該第一層内形成至少一突出，該突出之特徵在於 實質上平坦表面，以及 在該平坦特徵之頂部上沈積一第一層，使得該第一 層定義至少一不平坦特徵為該電磁能量修改元件。 336. 如請求項335之方法中，一進一步改良，其包含由一相 谷於該組製程之材料來形成該電磁能量修改元件。 337. 如請求項335之方法中，一進一步改良，其包含由非通 常配合該組製程使用之一材料來形成該電磁能量修改元 件。 338· —種用於設計一電磁能量偵測器之方法，其包含 指定複數個輸入參數；以及 基於該複數個輸入參數，產生次诚具έ士士致 |王人及长結構之一幾何形 狀，用於在該偵測器内引導該輸入電磁能量。 339.如清求項338之方法，其中指定兮益奴 /、Τ ?日疋该複數個輸入參數包 含：選擇偵測器幾何形狀、製作限制、材料、一波長範 圍及輸入電磁能量入射角與一次浊具纟士 皮長、、、σ構幾何形狀最初 猜測之至少一者作為該輸入參數。 識別包括複數個 340.如請求項33 8之方法，其中產生包含 柱的一金屬透鏡設計。 120300.doc -55- 200814308 341·如睛求項340之方法，其中產生進一步包含： 定義一用於在該偵測器内引導該輸入電磁能量之等效 稜鏡之參數； 基於該等效稜鏡之該等參數，計算該等次波長結構之 參數，以形成一次波長稜鏡光柵以用於在該偵測器内引 導該輸入電磁能量。 342·如請求項338之方法，其進一步包含使用一模擬退火最 佳化常式、一單純最佳化常式、一共軛梯度最佳化常式 及一群體最佳化常式之至少一選定者來最佳化該幾何形 狀。 y 343. —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#同基底形成的一偵測器 陣列内的至少一谓測II，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： 使用第一製作母版，在該偵測器陣列上形成一第 光學7L件層，該第—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， 使用—第二製作母版，相鄰該第一光學元件層形成 -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。 344.如請求項343之方法’ &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-弯月面透鏡。 345.如請求項343之方法，其中形成該等第一及第二光學元 120300.doc -56- 200814308 件層之至少一者包含形成5 ,丨、 y成至少一光學元件，其具有在1 與1000 μπι之間的厚度。 346. 如請求項343之方法，复φ拟士斗从 ，、中七成该等第一及第二光學元 件層之至少一者包含·· έ日能^ & 、、、L讀專光學元件之至少一者為 消色。 347. 如請求項343之方法，盆中彤#分財 . 〃 Τ化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。 348. 如請求項343之方法，其中形成該層疊光學元件陣列包 括.以—序㈣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。 349. 如明求項343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 版内的支座結構來確保控制至少一 _ ^ 九學π件層之一厚 度0 I 350.如請求項343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 之穿透孔。 35L如請求項35()之方& ’其進—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$光學元件陣列與穿透孔之組合。 352.如請求項35〇之方法，其進一步包含組態該等穿透孔之 至少一者内的可移動光學器件以形成至少1焦成像系 120300.doc -57- 200814308 353.如請求項350之方法，其進一步包含將—第三光學元件 層附著在該間隔物頂部，使得該間隔物控制該層最光與 元件陣列與該第三光學元件層之間的間隔。胃且予 354·如請求項350之方法，其進一步包含將—保護破璃 著在該間隔物平板頂部。 Θ 355·如請求項343之方法，豆 八進步包3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。 356.如請求項343之方法，其進一步包含在該層疊光學元件 陣列之至少一層4光學元件上圖案化一孔徑。 357·如請求項356之方法，豆由闰安儿斗. 去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。 358·如請求項3 5 6之方法，立ψ闰安儿从 ^ 乃凌其中圖案化該孔徑包含利用 而縱橫比模具，在盆卜鬧査外” 隹/、上圖案化该至少一層疊光 一頂部表面。 Τ心 359.陣列成像光學器件，其包含·· 一層璺光學元件陣列，該等層 庳开杜#風、*社 胃且先予兀件之各層疊光 子兀件先予連接於該偵測器陣列中的一偵測器， 至疊光學元件陣列係至少部分地藉由連續施加 至乂一製作母版來形成，該至少-製作母版其上包括用 於定義該層疊光學元件陣列之特徵。 360·-種用於製作—層疊光學元件陣収方法，1包含. 提供具有一第一母版基板的-第-製作母版，該第 母版基板包括其上所形成之-第-光學元件層之―; 片， 貝 120300.doc 58- 200814308 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； 提供具有一第二母版基板的一第二製作母版，該第二 母版基板包括其上所形成之一第二光學元件層之一負 片； 使用該第二製作母版，相鄰該第一光學元件層形成該 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 接製作該第一光學元件層之負片。 361·陣列成像系統，其包含： 一共同基底； -偵測器陣列，其具有藉由一組製程形成於該共同基 底上的㈣器像素，該㈣測器像素之各❹I器像素包 括一感光區域；以及 ㈣光學器件陣列’其光學連接於該W像素之一 對應者之感光區域，從而形成陣列成像系統， 其中該等偵測器像素之至少一 田兮者包括其内所整合並使 用该組製程之至少一者所 , 斤幵y成的至乂 一光學特徵，以影 f在一波長範圍内的人鉍+ # & , 362 PJl ^,1 Λ ^ ^ 、在该偵測器上的電磁能量。 362·陣列成像系統，其包含： 一共同基底； 一偵测器陣列，Α且 像素，該等偵㈣像、1 成於該共同基底上的伯測器 ，、之各偵測裔像素包括一感光區 120300.doc -59. 200814308 域；以及 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，從而形成陣列成像系統。 363. 陣列成像系統，其包含： 在共同基底形成的一债測器陣列；以及 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該等偵測器之至少一偵測器，以 便形成陣列成像系統，各成像系統包括光學器件，其光 學連接於該偵測器陣列中的至少一债測器。 364. 如明求項363之陣列成像系統，其中各對偵測器與光學 器件在其間的一介面處包括一平坦表面。 365•如请求項363之陣列成像系統，其中該光學器件陣列係 藉由裝配至少第一及第二共同基底來形成，該等第一及 第二共同基底分別支撐第一及第二光學元件陣列。 366.如請求項364之陣列成像系統，其進一步包含在該等第 一及第二共同基底之間置放的一間隔物配置。 367·如請求項366之陣列成像系統，其中該間隔物配置包含 -第三共同基底’其包括一孔徑陣列，豸等孔徑與該第 三共同基底整體形成以在該等第一及第二光學元件障列 之間提供光學通信’同時定義在該等第—及第二共同基 底之間的一分離距離。 & 該方法包 368. —種用於製作一層疊光學元件陣列之方法 含： 使用一第一製作母版 在一共同基底上形成一第一元 120300.doc -60· 200814308 件陣列， 該第一製作母版包含一第一母版基板，其包括直接製 作其上的一第一光學元件陣列之一負片；以及 使用一弟一製作母版，在該共同基底上相鄰該第一光 學元件陣列形成一第二光學元件陣列，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’其包括其上所形成之該第二光學元件陣 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。 369.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’該等搞測器像素之各偵測器像素包括一感光區 域；以及 光學器件陣列，其光學連接於該等偵測器像素之〆 對應者之感光區域，從而形成陣列成像系統， 々其中㈣光學器件之至少_者可在分別對應於第〆及 第二放大倍率之第一及第二狀態之間切換。 ·:種層疊光學元件，其包含第一及第二光學元件層，該 等第一及第二光學元件層形成具有一抗反射層之一麩同 表面。 θ求項370之層疊光學元件，其中該抗反射層包含〆 折射率匹配流體。 120300.doc •61 - 200814308 月求項370之層疊光學元件，其中該抗反射層包含相 郴忒第一光學元件層的一第一子層與相鄰該第二光學元 件層的_楚— 弟一子層，該第一子層由該第二光學元件層之 材料製作，該第二子層由該第一光學元件層之一材料 製作。 且月東項372之層疊光學元件，該抗反射層實質上防止 具有一特定波長之電磁能量之反射，該第一子層具有大 約等於在嗲筮_工 ^ μ弟 子層内之該特定波長之1/16之一厚度， 乂第子層具有大約等於在該第二子層内之該特定波長 之1/16之一厚度。 ，二求項372之層疊光學元件，該等第一及第二子層係 部分地藉由施加包括用於定義該等子層之特徵之至少一 製作母版來形成。 一月求項370之層疊光學元件，該抗反射層在該第一光 學元件層Μ包括才复數個次波長特徵以形成一有效媒介 層。 376.如請求項375之層聂風一 且先予το件，該等次波長特徵係週期 性的。 377. 反射層實質上防止 各次波長特徵具有 如明求項375之層疊光學元件，該抗 具有一特定波長之電磁能量之反射， 短於該特定波長之至少一尺寸。 378.如請求項375之 一 且光學兀> 件，次波長特 由方氣石，丨、 …一…Μ做邶部分地作 少—製作母版而模製於該第一光學元件層内， …版包括用於定義其上之該等次波長特徵之一負 120300.doc * 62 - 200814308 片。 379·種用於形成一影像之相機，其包含： P車列成像系、统，其包括： 使用一共同基底形成的偵測器陣列，以及 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#& 凡件先學連接於該偵測器陣列中的一偵測器； 以及 用於形成一影像之信號處理器。 380.如請求項37q夕士 ^ 、 之相機，其中該相機係組態成用於包栝於 一行動電話、一汽車及一玩具之一者内。 種用於執行-任務之相機，其包含： 陣列成像系統，其包括： 使用一共同基底形成的偵測器陣列，以及 _丨 ι_|·_I· 田 一 _ ®光學元件陣列，該等層疊光學元件之各 層疊光學元彳 九予連接於該偵測器陣列中的一偵測器； 以及
    382. &用於執行該任務之信號處理器。 求員38 1之相機，其中該信號處理 一組態 成用於為一預 态係進 貝疋任務準備來自該偵測器陣列之資料。 120300.doc -63 -
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