特許 5934459 アレイ化撮像システムおよび関連方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5934459

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月15日

(54)【発明の名称】アレイ化撮像システムおよび関連方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/14 20060101AFI20160602BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20160602BHJP

   G02B 5/20 20060101ALI20160602BHJP

   G02B 5/28 20060101ALI20160602BHJP

   G02B 13/00 20060101ALI20160602BHJP

   G02B 15/16 20060101ALI20160602BHJP

   H01L 31/02 20060101ALI20160602BHJP

【ＦＩ】

   H01L27/14 D

   G02B3/00 A

   G02B5/20 101

   G02B5/28

   G02B13/00

   G02B15/16

   H01L31/02 A

【請求項の数】46

【全頁数】316

(21)【出願番号】特願2009-506540(P2009-506540)

(86)(22)【出願日】2007年4月17日

(65)【公表番号】特表2009-533885(P2009-533885A)

(43)【公表日】2009年9月17日

(86)【国際出願番号】US2007009347

(87)【国際公開番号】WO2008020899

(87)【国際公開日】20080221

【審査請求日】2010年2月16日

【審判番号】不服2014-14771(P2014-14771/J1)

【審判請求日】2014年7月29日

(31)【優先権主張番号】60/792,444

(32)【優先日】2006年4月17日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/802,047

(32)【優先日】2006年5月18日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/814,120

(32)【優先日】2006年6月16日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/832,677

(32)【優先日】2006年7月21日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/836,739

(32)【優先日】2006年8月10日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/839,833

(32)【優先日】2006年8月24日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/840,656

(32)【優先日】2006年8月28日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/850,678

(32)【優先日】2006年10月10日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/850,429

(32)【優先日】2006年10月10日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/865,736

(32)【優先日】2006年11月14日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/871,920

(32)【優先日】2006年12月26日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】60/871,917

(32)【優先日】2006年12月26日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】510188975

【氏名又は名称】オムニビジョン テクノロジーズ， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】ドースキ， エドワード アール．

(72)【発明者】

【氏名】シュチェパノビッチ， ミオドラグ

(72)【発明者】

【氏名】タチハラ， サトル

(72)【発明者】

【氏名】リネン， クリストファー ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】ドブズ， デニス ダブリュー．

(72)【発明者】

【氏名】ファン， レジス エス．

(72)【発明者】

【氏名】クバラ， ケニス エス．

(72)【発明者】

【氏名】シルベイラ， パウロ イー．エックス．

(72)【発明者】

【氏名】バーンズ， ジョージ シー． ザ フォース

(72)【発明者】

【氏名】チュマチェンコ， ウラジスラフ ブイ．

(72)【発明者】

【氏名】メロニ， マーク エー．

(72)【発明者】

【氏名】シュワルツ， ブライアン ティー．

(72)【発明者】

【氏名】ヘップ， マイケル

(72)【発明者】

【氏名】マコン， ケニス アシュレー

(72)【発明者】

【氏名】マーダー， ジョン ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】ラウカー， ゴラン エム．

(72)【発明者】

【氏名】ジョンソン， グレゴリー イー．

(72)【発明者】

【氏名】コーマック， ロバート エイチ．

(72)【発明者】

【氏名】タマヨ， インガ

(72)【発明者】

【氏名】コームズ， ドナルド

(72)【発明者】

【氏名】ドゥエルクセン， ゲイリー エル．

(72)【発明者】

【氏名】ローズ， ハワード イー．

(72)【発明者】

【氏名】ヒー， ジェームス

【合議体】

【審判長】 小野田 誠

【審判官】 鈴木 匡明

【審判官】 恩田 春香

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−５３９２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０１８１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２８３５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０８８７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１４５８０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２７／１４〜２７／１４８

Ｈ０１Ｌ ２９／７６２

Ｈ０１Ｌ ３１／０２

Ｇ０２Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

共通基盤とともに形成される検出器のアレイであって、各検出器は、複数の検出器ピクセルを有する、検出器のアレイと、
複数の層状光学素子の第１のアレイであって、該複数の層状光学素子のそれぞれは、複数の層を含み、該複数の層状光学素子のそれぞれは、該検出器のアレイ内の検出器と光学的に接続されることにより、アレイ撮像システム内の１つの撮像システムを形成し、該第１のアレイの層状光学素子のそれぞれは、該第１のアレイの他のそれぞれの層状光学素子と同一である、第１のアレイと
を含み、
該複数の層のうちの各層は、該複数の層のうちの少なくとも１つの他の層に直接当接し、
該複数の層のうちの隣接する層は、互いに異なる屈折率を有し、
異なる屈折率を有する２つの材料は、該複数の層を形成するために用いられ、
該複数の層状光学素子のうちの少なくとも１つは、該層状光学素子を通る光路の外側の迷光を遮断するための該複数の層のうちの該隣接する層の間に配置されたバッフルを含み、
該それぞれの層状光学素子の該複数の層は、該層状光学素子が該検出器によって検出可能な電磁エネルギの２波長未満の光学公差で互いに対し整合されるように形成されている、アレイ撮像システム。

【請求項2】

前記複数の層状光学素子の第１のアレイは、前記共通基盤上に支持される、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項3】

前記複数の層状光学素子の第１のアレイは、前記共通基盤に対し配置される別個の基盤上に支持されることにより、該複数の層状光学素子のそれぞれは、前記検出器と光学的に接続される、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項4】

（ａ）前記検出器のためのカバープレート、および（ｂ）光学帯域通過フィルタのうちの少なくとも１つを含む群から選択される構成要素をさらに含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項5】

前記カバープレートは、前記光学素子の第１のアレイを部分的に被覆する、請求項４に記載のアレイ撮像システム。

【請求項6】

前記共通基盤は、半導体ウエハ、ガラスプレート、結晶プレート、ポリマーシート、および金属プレートのうちの１つを含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項7】

前記複数の層状光学素子の第１のアレイに対し配置される複数の層状光学素子の第２のアレイをさらに含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項8】

前記複数の層状光学素子の第１のアレイと前記複数の層状光学素子の第２のアレイとの間に配置される少なくとも１つのスペーサ配列をさらに含み、該スペーサ配列は、バルク材料の層、光学素子上のスタンドオフ、パターン化された貫通孔を有するプレートのうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載のアレイ撮像システム。

【請求項9】

前記複数の層状光学素子の第２のアレイ内の該複数の層状光学素子のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つの位置の間で可動であることによって、該少なくとも２つの位置に従って、前記検出器に画像の可変倍率を提供する、請求項７に記載のアレイ撮像システム。

【請求項10】

前記撮像システムの焦点距離を調節するための前記複数の層状光学素子のうちの少なくとも１つと協働するための可変焦点距離素子をさらに含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項11】

前記可変焦点距離素子は、液体レンズ、液晶レンズ、および熱調節可能レンズのうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載のアレイ撮像システム。

【請求項12】

前記アレイ撮像システムのうちの少なくとも１つに対する焦点距離を調節する可変焦点距離素子をさらに含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項13】

前記複数の層状光学素子のうちの少なくとも１つは、そこを通って伝達される電磁エネルギの波面を符号化することにより、所定の撮像効果を前記検出器における画像に導入するように構成される、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項14】

複数の検出器ピクセルを含む前記検出器のうちの少なくとも１つは、該検出器ピクセルのうちの少なくとも１つと一体的に形成される光学系をさらに含むことにより、該少なくとも１つの検出器ピクセル内の電磁エネルギを再分布する、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項15】

前記光学系は、主光線補正器、フィルタ、およびメタレンズのうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載のアレイ撮像システム。

【請求項16】

前記検出器のうちの少なくとも１つは、複数の検出器ピクセルと、小型レンズのアレイとを有し、該小型レンズのそれぞれは、該複数の検出器ピクセルのうちの少なくとも１つと光学的に接続される、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項17】

前記検出器のうちの少なくとも１つは、複数の検出器ピクセルと、フィルタのアレイとを有し、前記フィルタはそれぞれ、前記複数の検出器ピクセルのうちの少なくとも１つと光学的に接続される、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項18】

前記複数の層状光学素子のアレイは、成形可能材料を含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項19】

前記成形可能材料は、低温ガラス、アクリル、アクリルウレタン、エポキシ樹脂、シクロオレフィンコポリマー、シリコーン、および臭素化ポリマー鎖を有する材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１８に記載のアレイ撮像システム。

【請求項20】

前記検出器のアレイは、前記共通基盤上に転写される検出器を含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項21】

前記複数の層状光学素子のうちの少なくとも１つの表面上に形成される反射防止層をさらに含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項22】

前記反射防止層は、前記少なくとも１つの層状光学素子の表面内に複数のサブ波長特徴を含む、請求項２１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項23】

検出器および層状光学素子の各対は、その間に平面界面を含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項24】

前記複数の層状光学素子のアレイは、前記共通基盤上に複数の材料を重層することによって形成される、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項25】

前記複数の層状光学素子のそれぞれは、前記共通基盤上に複数の層の光学素子を含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項26】

前記複数の層状光学素子のアレイは、ウエハスケールパッケージングプロセスと適合する材料から形成される、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項27】

前記アレイ撮像システムは、複数の別個の撮像システムに分離可能である、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項28】

前記検出器のアレイは、ＣＭＯＳ検出器のアレイを含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項29】

前記検出器のアレイは、ＣＣＤ検出器のアレイを含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項30】

前記アレイ撮像システムは、複数の撮像群に分離可能であって、各撮像群は、２つ以上の撮像システムを含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項31】

各撮像群は、プロセッサをさらに含む、請求項３０に記載のアレイ撮像システム。

【請求項32】

前記複数の層状光学素子のうちの少なくとも１つは、第１の湾曲表面と第２の湾曲表面と第３の湾曲表面とを含み、該第１の湾曲表面と該第２の湾曲表面と該第３の湾曲表面とのうちの少なくとも２つを分離するスペーサを有する、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項33】

前記複数の層状光学素子のうちの少なくとも１つは、主光線角度補正器を含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項34】

前記撮像システムのうちの少なくとも１つの前記層状光学素子と前記検出器とは協働して変調伝達関数を提示し、該変調伝達関数は、事前選択された空間周波数範囲にわたって実質的に均一である、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項35】

前記複数の層状光学素子のうちの少なくとも１つは、凸状表面と、該凸状表面と結合する勾配壁を有するスタンドオフとを含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項36】

前記複数の層状光学素子のうちの少なくとも１つは、該少なくとも１つの層状光学素子を通って伝搬される電磁エネルギの波面を符号化することにより、所定の撮像効果を前記検出器における画像に導入する非球面光学素子を含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項37】

前記複数の層状光学素子のうちの少なくとも１つと光学的に接続される前記検出器は、その上に入射する電磁エネルギを電気信号に変換するように構成されており、かつ、該電気信号を処理するために該検出器と電気的に接続されるプロセッサをさらに含むことにより、前記非球面光学素子によって該電磁エネルギ内に導入される撮像効果を除去する、請求項３６に記載のアレイ撮像システム。

【請求項38】

前記非球面光学素子および前記プロセッサは、非球面光学素子およびプロセッサを伴わない撮像システムと比較して、像面湾曲、層状光学素子の高さ変動、視野依存性収差、加工関連収差、温度依存性収差、前記共通基盤の厚さおよび平坦度変動のうちの少なくとも１つによって、前記電磁エネルギ内に導入されるアーチファクトを協働して低減するようにさらに構成される、請求項３７に記載のアレイ撮像システム。

【請求項39】

前記プロセッサは、調節可能なフィルタカーネルを実装する、請求項３７に記載のアレイ撮像システム。

【請求項40】

前記プロセッサは、前記検出器を形成する回路と一体化される、請求項３７に記載のアレイ撮像システム。

【請求項41】

前記検出器および前記プロセッサは、前記共通基盤の１つのシリコン層内に形成される、請求項４０に記載のアレイ撮像システム。

【請求項42】

各撮像システムは、カメラを形成する、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項43】

各検出器は、複数の検出器ピクセルを含み、さらに、少なくとも１つの検出器に隣接して直接配置され、かつ、該検出器の該検出器ピクセルにマッピングされる複数の小型レンズを含むことにより、該検出器の集光能力を向上させる、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項44】

前記複数の層状光学素子のうちの少なくとも１つは、反射防止素子を含む、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【請求項45】

前記反射防止素子は、複数の薄膜および回折格子のうちの少なくとも１つを含む、請求項４４に記載のアレイ撮像システム。

【請求項46】

前記複数の層状光学素子の前記複数の層の少なくとも一部分は、少なくとも１つの加工マスタの逐次的適用によって形成され、該加工マスタの各々は、該層状光学素子の第１のアレイを画定する特徴を有する、請求項１に記載のアレイ撮像システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の引用）
本出願は、次の米国仮特許出願の優先権を主張するものであり、その全体は参考として本明細書に援用される：米国仮特許出願第６０／７９２，４４４号（２００６年４月１７日出願、名称「ＩＭＡＧＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ ＮＯＮ−ＨＯＭＯＧＥＮＥＯＵＳ ＷＡＶＥＦＲＯＮＴ ＣＯＤＩＮＧ ＯＰＴＩＣＳ」）、および同第６０／８０２，０４７号（２００６年５月１８日出願、名称「ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＷＡＦＥＲ−ＳＣＡＬＥ ＭＩＮＩＡＴＵＲＥ ＣＡＭＥＲＡ ＳＹＳＴＥＭ」）および同第６０／８１４，１２０号（２００６年６月１６日出願、名称「ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＷＡＦＥＲ−ＳＣＡＬＥ ＭＩＮＩＡＴＵＲＥ ＣＡＭＥＲＡ ＳＹＳＴＥＭ」）、同第６０／８３２，６７７号（２００６年７月２１日出願、名称「ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＷＡＦＥＲ−ＳＣＡＬＥ ＭＩＮＩＡＴＵＲＥ ＣＡＭＥＲＡ ＳＹＳＴＥＭ」）、同第６０／８５０，６７８号（２００６年１０月１０日出願、名称「ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ Ａ ＰＬＵＲＡＬＩＴＹ ＯＦ ＯＰＴＩＣＡＬ ＥＬＥＭＥＮＴＳ ＯＮ Ａ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ」）、同第６０／８６５，７３６号（２００６年１１月１４日出願、名称「ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ Ａ ＰＬＵＲＡＬＩＴＹ ＯＦ ＯＰＴＩＣＡＬ ＥＬＥＭＥＮＴＳ ＯＮ Ａ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ」）、同第６０／８７１，９２０号（２００６年１２月２６日出願、名称「ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ Ａ ＰＬＵＲＡＬＩＴＹ ＯＦ ＯＰＴＩＣＡＬ ＥＬＥＭＥＮＴＳ ＯＮ Ａ ＳＵＢＳＴＲＡＴ」）、同第６０／８７１，９１７号（２００６年１２月２６日出願、名称「ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ Ａ ＰＬＵＲＡＬＩＴＹ ＯＦ ＯＰＴＩＣＡＬ ＥＬＥＭＥＮＴＳ ＯＮ Ａ ＳＵＢＳＴＲＡＴＲ」）、同第６０／８３６，７３９号（２００６年８月１０日出願、名称「ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＢＵＲＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ」）、同第６０／８３９，８３３号（２００６年８月２４日出願、名称「ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＢＵＲＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ」）、同第６０／８４０，６５６号（２００６年８月２８日出願、名称「ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＢＵＲＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ」）および同第６０／８５０，４２９号（２００６年１０月１０日出願、名称「ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＥＮＥＲＧＹ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＢＵＲＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ」）。

【背景技術】

【0002】

従来技術における撮像システムのウエハスケールアレイは、垂直（すなわち、光軸に沿う）方向の集積機能と平行方向の組立との効果を提供する。図１５４は、光学素子５００２の従来技術のアレイ５０００の説明図を示しており、いくつかの光学素子は、８インチまたは１２インチの共通基盤（例えば、シリコンウエハまたはガラスプレート）等の共通基盤５００４の上に配列される。光学素子５００２と共通基盤５００４のその付随部分との各対は、撮像システム５００５と称される場合がある。

【0003】

リソグラフィ方法、複製方法、成形方法、およびエンボス加工方法を含む多くの加工方法が、アレイ光学素子を生成するために採用され得る。リソグラフィ方法は、例えば、フォトレジストと結合されたパターン化電磁エネルギ遮断マスクの使用を含む。電磁エネルギに露光後、レジストの非マスク領域（または、ネガティブ型レジストが使用される場合はマスク領域）は、現像液溶液を使用する化学溶解によって洗浄される。残りのレジスト構造はそのまま残される、エッチングプロセスによって下層の共通基盤内に移入される、または最大２００°Ｃの温度で熱的に融解（すなわち、「リフロー」）され、構造を平滑、連続、球面および／または非球面表面に形成させてもよい。残りのレジストは、リフローの前または後のいずれかに、下層の共通基盤内にエッチングされ得る特徴を画定するためのエッチングマスクとして使用されてもよい。さらに、エッチング選択比（すなわち、レジストエッチング速度と共通基盤エッチング速度との比率）の注意深い管理によって、レンズまたはプリズム等の特徴の表面形成の制御において付加的柔軟性を可能にしてもよい。

【0004】

作製後、光学素子５００２のウエハスケールアレイ５０００は、付加的アレイに整合および接合され、図１５５に示されるように、アレイ撮像システム５００６を形成してもよい。随意または付加的に、光学素子５００２は、共通基盤５００４の両面に形成されてもよい。共通基盤５００４は、直接、一緒に接合されてもよく、またはスペーサを使用して、その間に間隔を設けて共通基盤５００４を接合してもよい。結果として生じるアレイ撮像システム５００６は、撮像システムの焦点面に、相補型金属酸化膜半導体（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；ＣＭＯＳ）画像検出器等のソリッドステート画像検出器５００８のアレイを含んでもよい。ウエハスケールアセンブリ完成後、アレイ撮像システムは、複数の撮像システム内に分離されてもよい。

【0005】

現在のウエハスケール撮像システム一体化の重大な欠点は、平行組立に付随する精度の欠如である。例えば、共通基盤内の層厚の不均一性による光学素子の垂直方向の残留偏差、および光軸に対する光学素子の系統的不整合は、アレイ全体の１つ以上の撮像システムの完全性を劣化させ得る。また、光学素子の従来技術のウエハスケールアレイは、概して、アレイ内の１つまたは数個の光学素子のみを一度に画定するための特徴を含む部分的加工マスタの使用によって作製され、共通基盤上に一度に数個の光学素子を「圧縮成形」または「成形」する。その結果、光学素子の従来技術のウエハスケールアレイにおける加工精度は、共通基盤との関連で部分的に加工マスタを移動させる機械的システムの精度によって制限される。すなわち、現在の技術は、数ミクロンの機械的公差で整合を可能にし得るが、精密な撮像システム製造に必要とされる整合精度に対しては光学的公差（すなわち、着目電磁エネルギの波長オーダにおいて）を提供しない。現在のウエハスケール撮像システム一体化の別の重大な欠点は、従来技術のシステムで使用される光学材料がリフロープロセス温度に対して耐性がないことである。

【0006】

相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器等を含むが、それらに限定されない検出器は、検出器内の各検出器ピクセルの充填率および検出感度を増加させるための小型レンズアレイの使用によって利益を享受してもよい。さらに、検出器は、例えば、異なる色の検出および赤外線電磁エネルギの遮断等、種々の使用のための付加的フィルタを必要としてもよい。上述のタスクは、既存の検出器への光学素子（例えば、小型レンズおよびフィルタ）の付加を必要とし、現在の技術を使用する際の欠点となる。

【0007】

検出器は、概して、リソグラフィプロセスを使用して加工され、したがって、リソグラフィプロセスと適合する材料を含む。例えば、ＣＭＯＳ検出器は、現在、ＣＭＯＳプロセスと、結晶シリコン、窒化シリコン、および二酸化シリコン等の適合性材料とを使用して加工される。しかしながら、検出器に付加される従来技術を使用する光学素子は、通常、検出器と別個に、おそらくは異なる施設において加工され、特定のＣＭＯＳ加工プロセスと必ずしも適合しない材料を使用し得る（例えば、カラーフィルタに対し有機色素が使用され、小型レンズに対し有機ポリマーが使用され得るが、そのような材料は、概して、ＣＭＯＳ加工プロセスと適合するとみなされない）。これらの余分な加工および処理ステップは、その結果として、全体コストに追加され、検出器加工の全収率を低減し得る。本明細書に開示されるシステム、方法、プロセス、およびアプリケーションは、現在のウエハスケール撮像システム一体化と、検出器の設計および加工とに付随する不利点を克服する。

【発明の開示】

【課題を解決するための手段】

【0008】

一実施形態では、アレイ撮像システムが提供される。検出器のアレイは、共通基盤とともに形成される。アレイ撮像システムは、層状光学素子の第１のアレイを有し、層状光学素子のそれぞれは、検出器のアレイ内の検出器と光学的に接続される。

【0009】

一実施形態では、複数の撮像システムを形成し、複数の撮像システムはそれぞれ、検出器を有する方法は、複数の撮像システムのそれぞれに対し、その検出器と光学的に接続される少なくとも１組の層状光学素子を形成することによって、共通基盤とともに記載のアレイ撮像システムを形成するステップを含み、形成ステップは、１つ以上の加工マスタの逐次的適用を含む。

【0010】

一実施形態では、共通基盤と、少なくとも１つの検出器とともに記載のアレイ撮像システムを形成する方法は、層状光学素子のアレイと、検出器と光学的に接続される層状光学素子のうちの少なくとも１つとを形成するステップを含み、形成ステップは、アレイ撮像システムが複数の撮像システムに分離可能なように、１つ以上の加工マスタを逐次的に適用するステップを含む。

【0011】

一実施形態では、共通基盤とともにアレイ撮像光学系を形成する方法は、共通基盤に整合された１つ以上の加工マスタを逐次的に適用することによって、複数の層状光学素子のアレイを形成するステップを含む。

【0012】

一実施形態では、（ａ）光学サブシステム設計と、検出器サブシステム設計と、画像プロセッササブシステム設計とを含む、アレイ撮像システム設計を生成し、（ｂ）サブシステム設計のうちの少なくとも１つを試験し、サブシステム設計のうちの少なくとも１つが所定のパラメータ内に適合するかを判断し、サブシステム設計のうちの少なくとも１つが所定のパラメータ内に適合しない場合、（ｃ）１組の潜在的パラメータ修正を使用して、アレイ撮像システム設計を修正し、（ｄ）サブシステム設計のうちの少なくとも１つが所定のパラメータ内に適合し、修正されたアレイ撮像システム設計をもたらすまで、（ｂ）および（ｃ）を繰り返し、（ｅ）修正されたアレイ撮像システム設計に従って、光学系と、検出器と、画像プロセッササブシステムとを加工し、（ｆ）（ｅ）で加工されたサブシステムからアレイ撮像システムを組み立てることによって、少なくとも光学サブシステムと、画像プロセッササブシステムとを含み、両方とも検出器サブシステムと接続される、アレイ撮像システムを製造するための方法が提供される。

【0013】

一実施形態では、ソフトウェア製品は、コンピュータ可読媒体上に格納される命令を有し、命令は、コンピュータによって実行される際、アレイ撮像システム設計を生成するためのステップを実施し、（ａ）光学サブシステム設計と、検出器サブシステム設計と、画像プロセッササブシステム設計とを含む、アレイ撮像システム設計を生成するための命令と、（ｂ）光学系、検出器、画像プロセッササブシステム設計のうちの少なくとも１つを試験し、サブシステム設計のうちの少なくとも１つが所定のパラメータ内に適合するかを判断するための命令と、サブシステム設計のうちの少なくとも１つが所定のパラメータ内に適合しない場合、（ｃ）１組のパラメータ修正を使用して、アレイ撮像システム設計を修正するための命令と、（ｄ）サブシステム設計のうちの少なくとも１つが所定のパラメータ内に適合し、アレイ撮像システム設計をもたらすまで、（ｂ）および（ｃ）を繰り返すための命令とを含む。

【0014】

一実施形態では、多重屈折光学素子は、複数の立体領域に分割されるモノリシック光学材料を有し、複数の立体領域はそれぞれ、規定屈折率を有し、立体領域のうちの少なくとも２つは、異なる屈折率を有し、複数の立体領域は、モノリシック光学材料を通して伝播される電磁エネルギの位相を事前決定論的に修正するように構成される。

【0015】

一実施形態では、撮像システムは、光学画像を形成するための光学系であって、光学系は、複数の立体領域を有する多重屈折光学素子を含み、複数の立体領域はそれぞれ、規定屈折率を有し、立体領域のうちの少なくとも２つは、異なる屈折率を有し、複数の立体領域は、そこを通って伝播される電磁エネルギの位相を事前決定論的に修正するように構成される、光学系と、光学画像を電子データに変換するための検出器と、電子データを処理し、出力を生成するためのプロセッサとを含む。

【0016】

一実施形態では、（ｉ）複数の立体領域はそれぞれ、規定屈折率を有し、（ｉｉ）立体領域のうちの少なくとも２つは、異なる屈折率を有し、複数の立体領域は、そこを通って伝播される電磁エネルギの位相を事前決定論的に修正するように、モノリシック光学材料内に複数の立体領域を形成することによって、多重屈折光学素子を製造する方法が提供される。

【0017】

一実施形態では、複数の立体領域を有し、複数の立体領域はそれぞれ、規定屈折率を有し、立体領域のうちの少なくとも２つは、異なる屈折率を有する、モノリシック光学材料を通して電磁エネルギを伝播することによって、光学画像に寄与する電磁エネルギの位相を事前決定論的に修正し、光学画像を電子データに変換し、電子データを処理し、画像を形成することによって、画像を形成する方法が提供される。

【0018】

一実施形態では、アレイ撮像システムは、共通基盤とともに形成される検出器のアレイと、層状光学素子のアレイであって、層状光学素子はそれぞれ、アレイ撮像システムを形成するように、検出器のアレイ内の検出器のうちの少なくとも１つと光学的に接続され、各撮像システムは、検出器のアレイ内のうちの少なくとも１つの検出器と光学的に接続される少なくとも１つの層状光学素子を含む、アレイとを有する。

【0019】

一実施形態では、複数の撮像システムを形成するための方法が提供され、光学素子の第１のアレイを形成し、光学素子はそれぞれ、共通基盤を有する検出器のアレイ内のうちの少なくとも１つの検出器と光学的に接続されるステップと、層状光学素子のアレイを集合的に形成するように、光学素子の第１のアレイと光学的に接続される光学素子の第２のアレイを形成し、層状光学素子はそれぞれ、検出器のアレイ内の検出器の１つと光学的に接続されるステップと、検出器のアレイおよび層状光学素子のアレイを複数の撮像システムに分離し、複数の撮像システムはそれぞれ、少なくとも１つの検出器と光学的に接続される少なくとも１つの層状光学素子を含むステップとを含み、光学素子の第１のアレイを形成するステップは、光学素子の第１のアレイと検出器のアレイとの間に平面界面を構成するステップを含む。

【0020】

一実施形態では、アレイ撮像システムは、共通基盤上に形成される検出器のアレイと、光学素子の複数のアレイと、光学素子の複数のアレイを分離する複数のバルク材料層とを含み、光学素子の複数のアレイおよび複数のバルク材料層は、光学系のアレイを形成するように協働し、光学系はそれぞれ、アレイ撮像システムを形成するように、検出器のアレイの検出器のうちの少なくとも１つと光学的に接続され、撮像システムはそれぞれ、検出器のアレイ内のうちの少なくとも１つの検出器と光学的に接続される少なくとも１つの光学系を含み、複数のバルク材料層はそれぞれ、光学素子の隣接するアレイ間の距離を画定する。

【0021】

一実施形態では、低速ツールサーボアプローチ、高速ツールサーボアプローチ、多軸研磨アプローチ、および多軸研削アプローチのうちの少なくとも１つを使用して、テンプレートのアレイを加工することによって、光学素子のためのテンプレートのアレイを機械加工するための方法が提供される。

【0022】

一実施形態では、テンプレートのアレイを直接加工することによって、その上に画定される光学素子のためのテンプレートのアレイを含む、加工マスタを製造するための方法に改良が提供される。

【0023】

一実施形態では、低速ツールサーボアプローチ、高速ツールサーボアプローチ、多軸研磨アプローチ、および多軸研削アプローチのうちの少なくとも選択された１つを使用して、光学素子のアレイを直接加工することによって、光学素子のアレイを製造するための方法が提供される。

【0024】

一実施形態では、直接加工によって光学素子のアレイを形成することによって、光学素子のアレイを製造するための方法に改良が提供される。

【0025】

一実施形態では、それとともに複数の光学素子を形成する際に使用される加工マスタを製造するための方法が提供され、光学素子を形成するための複数の特徴を含む第１の表面を決定するステップと、（ａ）第１の表面と、（ｂ）加工マスタの材料特性とに応じて、第２の表面を決定するステップと、加工マスタ上に第１の表面を形成するように、第２の表面に基づいて加工ルーチンを実施するステップとを含む。

【0026】

一実施形態では、複数の光学素子を形成する際に使用するための加工マスタを加工するための方法が提供され、第１のツールを使用して、加工マスタ上に複数の第１の表面特徴を形成するステップと、第２のツールを使用して、加工マスタ上に複数の第２の表面特徴を形成するステップであって、第２の表面特徴は、第１の表面特徴と異なるステップとを含み、第１と第２の表面特徴との組み合わせは、複数の光学素子を形成するように構成される。

【0027】

一実施形態では、複数の光学素子を形成する際に使用するための加工マスタを製造するための方法が提供され、加工マスタ上に複数の第１の特徴を形成するステップであって、複数の第１の特徴はそれぞれ、複数の光学素子の１つを形成する第２の特徴と近似するステップと、複数の第１の特徴を平滑化し、第２の特徴を形成するステップとを含む。

【0028】

一実施形態では、複数の光学素子を画定し、少なくとも２つの別個の種類の光学素子を含み、加工マスタの表面上に複数の光学素子を形成するように構成される特徴を直接加工することによって、複数の光学素子を形成する際に使用するための加工マスタを製造するための方法が提供される。

【0029】

一実施形態では、それとともに光学素子を形成するための複数の特徴を含む加工マスタを製造するための方法が提供され、非球面表面を有する少なくとも１つの種類の素子を含むように、複数の特徴を画定するステップと、加工マスタの表面上に特徴を直接加工するステップとを含む。

【0030】

一実施形態では、加工マスタの表面上に特徴の第１の部分を形成するための第１の加工ルーチンを画定し、第１の加工ルーチンを使用して、表面上に特徴のうちの少なくとも１つを直接加工し、特徴のうちの少なくとも１つの表面特性を測定し、加工マスタの表面上に、特徴の第２の部分を形成するための第２の加工ルーチンを画定し、第２の加工ルーチンは、測定された表面特性に従って、少なくとも１つの側面において調節された第１の加工ルーチンを含み、第２の加工ルーチンを使用して、表面上に特徴のうちの少なくとも１つを直接加工することによって、それとともに光学素子を形成するための複数の特徴を含む加工マスタを製造するための方法が提供される。

【0031】

一実施形態では、それとともに複数の光学素子を形成するための加工マスタを製造する機械に対し改良が提供され、機械は、加工マスタを保持するためのスピンドルと、加工マスタの表面上に光学素子を形成するための複数の特徴を加工する機械ツールを保持するためのツールホルダとを含み、改良は、表面特性を測定するためのスピンドルおよびツールホルダと恊動するように構成される度量衡システムを有する。

【0032】

一実施形態では、それとともに複数の光学素子を形成する加工マスタを製造するための方法が提供され、加工マスタの表面上に光学素子を形成するための複数の特徴を直接加工するステップと、表面上に少なくとも１つの整合特徴を直接加工するステップとを含み、整合特徴は、別個の物体上の対応する整合特徴と協働し、表面と別個の物体との間の分離距離を画定するように構成される。

【0033】

一実施形態では、光学素子のアレイを形成するために、基板特徴の表面上に直接加工し、少なくとも１つの整合特徴を表面上に直接加工することによって、それとともに光学素子のアレイを形成するための加工マスタを製造する方法が提供され、整合特徴は、別個の物体上の対応する整合特徴と協働し、表面と別個の物体との間の平行移動、回転、および分離のうちの少なくとも１つを示すように構成される。

【0034】

一実施形態では、基板を基板ホルダに搭載し、基板上で予備的機械加工操作を実施し、光学素子のアレイを形成するために、基板特徴の表面上に直接加工し、基板の表面上に少なくとも１つの整合特徴を直接加工することによって、多軸機械ツールを使用して、基板を修正し、光学素子のアレイのための加工マスタを形成するための方法が提供され、基板は、実施および直接加工ステップの間、基板ホルダに搭載されたままである。

【0035】

一実施形態では、層状光学素子のアレイを加工するための方法が提供され、第１の加工マスタを使用して、光学素子の第１の層を共通基盤上に形成するステップであって、第１の加工マスタは、その上に形成される光学素子の第１の層のネガティブを含む第１のマスタ基板を有するステップと、第２の加工マスタを使用して、共通基盤上に層状光学素子のアレイを形成するように、光学素子の第１の層に隣接する光学素子の第２の層を形成するステップであって、第２の加工マスタは、その上に形成される光学素子の第２の層のネガティブを含む第２のマスタ基板を有するステップとを含む。

【0036】

一実施形態では、加工マスタは、複数の光学素子を画定する所定の形状に成形可能材料を成形するための配列と、加工マスタが共通基盤と組み合わせて使用される場合、誤差２波長未満の再現性および精度として成形配列が共通基盤と整合され得るように、共通基盤に対し所定の配向で成形配列を整合するための配列とを有する。

【0037】

一実施形態では、アレイ撮像システムは、第１の側面と、第１の側面から離れた第２の側面とを有する共通基盤と、共通基盤の第１の側面上に整合されて構成および配列され、整合誤差は２波長未満である、第１の複数の光学素子とを含む。

【0038】

一実施形態では、アレイ撮像システムは、第１の共通基盤と、第１の共通基盤上に精密に整合されて構成および配列される第１の複数の光学素子と、第１の共通基盤に添着された第１の表面を有するスペーサであって、第１の表面から離れた第２の表面を呈し、そこを貫通する複数の孔を形成し、そこを通って電磁エネルギを伝播するために、第１の複数の光学素子と整合されるスペーサと、第２の表面に接合され、第１の複数の光学素子と整合される個々の空隙を画定する第２の共通基盤と、空隙のうちの少なくとも１つ内に配置される可動光学系と、可動光学系を移動させるための配列とを含む。

【0039】

一実施形態では、（ａ）層状光学素子のアレイの蒸着のために、共通基盤を調製し、（ｂ）第１の加工マスタと共通基盤との間に少なくとも２波長の精密整合が存在するように、共通基盤と第１の加工マスタとを搭載し、（ｃ）第１の加工マスタと共通基盤との間に第１の成形可能材料を蒸着し、（ｄ）第１の加工マスタと共通基盤とを整合および係合することによって、第１の成形可能材料を成形し、（ｅ）第１の成形可能材料を硬化し、共通基盤上に光学素子の第１の層を形成し、（ｆ）第１の加工マスタと第２の加工マスタとを交換し、（ｇ）第２の加工マスタと光学素子の第１の層との間に第２の成形可能材料を蒸着し、（ｈ）第２の加工マスタと共通基盤とを整合および係合することによって、第２の成形可能材料を成形し、（ｉ）第２の成形可能材料を硬化し、共通基盤上に光学素子の第２の層を形成することによって、共通基盤上に層状光学素子のアレイを製造するための方法が提供される。

【0040】

一実施形態では、１組のプロセスのうちの少なくとも１つを使用して、検出器ピクセル内に少なくとも１つの光学素子を形成し、光学素子は、一定範囲の波長の電磁エネルギに作用するように構成されることによって、１組のプロセスによって形成される検出器ピクセルを加工するための方法に改良が提供される。

【0041】

一実施形態では、電磁エネルギ検出システムは、複数の検出器ピクセルを含む検出器と、複数の検出器ピクセルのうちの少なくとも１つと一体的に形成される光学素子であって、一定範囲の波長の電磁エネルギに作用するように構成される光学素子とを有する。

【0042】

一実施形態では、電磁エネルギ検出システムは、その上に入射する一定範囲の波長の電磁エネルギを検出し、複数の検出器ピクセルを含む検出器であって、検出器ピクセルはそれぞれ、少なくとも１つの電磁エネルギ検出領域を含む検出器と、複数の検出器ピクセルのうちの少なくとも１つ内に埋設され、一定範囲の波長の電磁エネルギを前記少なくとも１つの検出器ピクセルの電磁エネルギ検出領域に選択的に再指向する少なくとも１つの光学素子とを含む。

【0043】

一実施形態では、電磁エネルギ検出器における改良が提供され、検出器とともに一体的に形成され、一定範囲の波長のその上に入射する電磁エネルギを再分布するためのサブ波長特徴を含む構造を含む。

【0044】

一実施形態では、電磁エネルギ検出器における改良が提供され、検出器と一体的に形成される薄膜フィルタを含み、帯域通過フィルタリング、エッジフィルタリング、カラーフィルタリング、高域フィルタリング、低域フィルタリング、反射防止、ノッチフィルタリング、および遮断フィルタリングのうちの少なくとも１つを提供する。

【0045】

一実施形態では、１組のプロセスのうちの少なくとも１つを使用して、検出器内に薄膜フィルタを形成し、帯域通過フィルタリング、エッジフィルタリング、カラーフィルタリング、高域フィルタリング、低域フィルタリング、反射防止、ノッチフィルタリング、遮断フィルタリング、および主光線角度補正のうちの少なくとも選択された１つを実施するための薄膜フィルタを構成することによって、１組のプロセスによって電磁エネルギ検出器を形成するための方法に改良が提供される。

【0046】

一実施形態では、その中に形成される光検出領域とともに少なくとも１つの検出器ピクセルを含む電磁エネルギ検出器に改良が提供され、検出器ピクセルの入射瞳において検出器ピクセルと一体的に形成され、その上に入射する電磁エネルギのうちの少なくとも一部を光検出領域へ再分布する主光線角度補正器を含む。

【0047】

一実施形態では、電磁エネルギ検出システムは、複数の検出器ピクセルと、検出器ピクセルのうちの少なくとも１つと一体的に形成され、帯域通過フィルタリング、エッジフィルタリング、カラーフィルタリング、高域フィルタリング、低域フィルタリング、反射防止、ノッチフィルタリング、遮断フィルタリング、および主光線角度補正のうちの少なくとも選択された１つのために構成される薄膜フィルタとを有する。

【0048】

一実施形態では、電磁エネルギ検出システムは、複数の検出器ピクセルであって、それぞれ、光検出領域を含む複数の検出器ピクセルと、検出器ピクセルの入射瞳において検出器ピクセルと一体的に形成される主光線角度補正器であって、その上に入射する電磁エネルギのうちの少なくとも一部を検出器ピクセルの光検出領域へ指向するように構成される主光線角度補正器とを有する。

【0049】

一実施形態では、ａ）第１のフィルタ設計のための第１のセットの要件と、第２のフィルタ設計のための第２のセットの要件とを画定し、ｂ）第１および第２のセットの要件に従って、第１および第２のフィルタ設計のそれぞれにおいて薄膜層を特徴付ける少なくとも選択されたパラメータを最適化し、第１のフィルタ設計のための第１の非制約設計と、第２のフィルタ設計のための第２の非制約設計とを生成し、ｃ）第１のフィルタ設計内の薄膜層の１つと、第２のフィルタ設計内の薄膜層の１つとを対にし、第１のセットの対層を画定し、第１のセットの対層ではない層は、非対層であって、ｄ）第１のセットの対層の選択されたパラメータを第１の共通値に設定し、ｅ）第１および第２のフィルタ設計内の非対層の選択されたパラメータを再最適化し、第１のフィルタ設計のための第１の部分的制約設計と、第２のフィルタ設計のための第２の部分的制約設計とを生成し、第１および第２の部分的制約設計は、それぞれ、第１および第２のセットの要件のうちの少なくとも一部と一致することによって、少なくとも第１および第２のフィルタ設計を同時に生成し、第１および第２のフィルタ設計はそれぞれ、複数の薄膜層を画定する方法が提供される。

【0050】

一実施形態では、少なくとも第１および第２の検出器ピクセルを含む電磁エネルギ検出器を形成するための方法に改良が提供され、第１および第２の薄膜フィルタが、少なくとも共通層を共有するように、第１の薄膜フィルタを第１の検出器ピクセルとともに、第２の薄膜フィルタを第２の検出器ピクセルとともに、一体的に形成するステップを含む。

【0051】

一実施形態では、少なくとも第１および第２の検出器ピクセルを含む電磁エネルギ検出器を形成するための方法に改良が提供され、それぞれ、第１および第２の検出器ピクセルと一体的に形成される第１および第２の薄膜フィルタを含み、第１および第２の薄膜フィルタは、その上に入射する電磁エネルギを修正するように構成され、第１および第２の薄膜フィルタは、少なくとも１つの共通層を共有する。

【0052】

一実施形態では、複数の検出器ピクセルを含む電磁エネルギ検出器に改良が提供され、検出器ピクセルのうちの少なくとも選択された１つと一体的に形成される電磁エネルギ修正素子を含み、電磁エネルギ修正素子は、その上に入射する電磁エネルギのうちの少なくとも一部を選択された検出器ピクセル内で指向するように構成され、電磁エネルギ修正素子は、検出器を形成するために使用されるプロセスと適合する材料を含み、電磁エネルギ修正素子は、少なくとも１つの非平面表面を含むように構成される。

【0053】

一実施形態では、１組のプロセスによって、複数の検出器ピクセルを含む、電磁エネルギ検出器を形成するための方法に改良が提供され、１組のプロセスのうちの少なくとも１つによって、検出器ピクセルのうちの少なくとも選択された１つと一体的に形成するステップであって、少なくとも１つの電磁エネルギ修正素子は、その上に入射する電磁エネルギのうちの少なくとも一部を選択された検出器ピクセル内で指向するように構成されるステップを含み、一体的に形成するステップは、第１の層を蒸着するステップと、少なくとも１つの解放領域を第１の層内に形成するステップであって、解放領域は、略平面表面によって特徴付けられるステップと、第１の層が少なくとも１つの非平面特徴を画定するように、第１の層を解放領域の上部に蒸着するステップと、第２の層が少なくとも部分的に非平面特徴を充填するように、第２の層を第１の層の上部に蒸着するステップと、第１の層の非平面特徴を充填する第２の層の一部を残すように、第２の層を平坦化し、電磁エネルギ修正素子を形成するステップとを含む。

【0054】

一実施形態では、１組のプロセスによって、複数の検出器ピクセルを含む、電磁エネルギ検出器を形成するための方法に改良が提供され、１組のプロセスのうちの少なくとも１つによって、複数の検出器ピクセルのうちの少なくとも１つと一体的に形成するステップであって、電磁エネルギ修正素子は、その上に入射する電磁エネルギのうちの少なくとも一部を選択された検出器ピクセル内で指向するように構成されるステップを含み、一体的に形成するステップは、第１の層を蒸着するステップと、少なくとも１つの突起を第１の層内に形成するステップであって、突起は、略平面表面によって特徴付けられるステップと、第１の層が少なくとも１つの非平面特徴を電磁エネルギ修正素子として画定するように、第１の層を平面特徴の上部に蒸着するステップとを含む。

【0055】

一実施形態では、複数の入力パラメータを指定し、入力電磁エネルギを検出器内で指向するために、複数の入力パラメータに基づいて、サブ波長構造の形状を生成することによって、電磁エネルギ検出器を設計するための方法が提供される。

【0056】

一実施形態では、層状光学素子のアレイを形成し、層状光学素子はそれぞれ、アレイ撮像システムを形成するように、共通基盤とともに形成される検出器のアレイ内のうちの少なくとも１つの検出器と光学的に接続されることによって、アレイ撮像システムを加工する方法が提供され、層状光学素子のアレイを形成するステップは、第１の加工マスタを使用するステップと、検出器のアレイ上に光学素子の第１の層を形成するステップであって、第１の加工マスタは、その上に形成される光学素子の第１の層のネガティブを含む第１のマスタ基板を有するステップと、第２の加工マスタを使用するステップと、光学素子の第１の層に隣接する光学素子の第２の層を形成するステップであって、第２の加工マスタは、その上に形成される光学素子の第２の層のネガティブを含む第２のマスタ基板を含むステップとを含む。

【0057】

一実施形態では、アレイ撮像光学系は、層状光学素子のアレイを含み、層状光学素子はそれぞれ、検出器のアレイ内の検出器と光学的に接続され、層状光学素子のアレイは、その上の層状光学素子のアレイを画定するための特徴を含む１つ以上の加工マスタの逐次的適用によって、少なくとも部分的に形成される。

【0058】

一実施形態では、層状光学素子のアレイを加工するための方法が提供され、その上に形成される光学素子の第１の層のネガティブを含む第１のマスタ基板を有する第１の加工マスタを提供するステップと、第１の加工マスタを使用して、光学素子の第１の層を共通基盤上に形成するステップと、その上に形成される光学素子の第２の層のネガティブを含む第２のマスタ基板を有する第２の加工マスタを提供するステップと、第２の加工マスタを使用して、層状光学素子のアレイを共通基盤上に形成するように、光学素子の第１の層に隣接する光学素子の第２の層を形成するステップとを含み、第１の加工マスタを提供するステップは、光学素子の第１の層のネガティブを第１のマスタ基板上に直接加工するステップを含む。

【0059】

一実施形態では、アレイ撮像システムは、共通基盤と、１組のプロセスによって、共通基盤上に形成される検出器ピクセルを有する検出器のアレイであって、検出器ピクセルはそれぞれ、感光領域を含むアレイと、検出器ピクセルの対応する１つの感光領域と光学的に接続され、それによって、アレイ撮像システムを形成する光学系のアレイとを含み、検出器ピクセルのうちの少なくとも１つは、１組のプロセスのうちの少なくとも１つを使用して、その中に一体化および形成され、一定範囲の波長の検出器上への入射電磁エネルギに作用する少なくとも１つの光学特徴を含む。

【0060】

一実施形態では、アレイ撮像システムは、共通基盤と、共通基盤上に形成される検出器ピクセルを有する検出器のアレイであって、検出器ピクセルはそれぞれ、感光領域を含むアレイと、検出器ピクセルの対応する１つの感光領域と光学的に接続され、それによって、アレイ撮像システムを形成する光学系のアレイとを含む。

【0061】

一実施形態では、アレイ撮像システムは、共通基盤上に形成される検出器のアレイと、光学系のアレイとを有し、光学系はそれぞれ、アレイ撮像システムを形成するように、検出器のアレイ内の検出器のうちの少なくとも１つと光学的に接続され、各撮像システムは、検出器のアレイ内のうちの少なくとも１つの検出器と光学的に接続される光学系を含む。

【0062】

一実施形態では、第１の加工マスタを使用して、素子の第１のアレイを共通基盤上に形成し、第１の加工マスタは、その上に直接加工される光学素子の第１のアレイのネガティブを含む第１のマスタ基板を含み、第２の加工マスタを使用して、層状光学素子のアレイを共通基盤上に形成するように、光学素子の第１のアレイに隣接する光学素子の第２のアレイを共通基盤上に形成し、第２の加工マスタは、その上に形成される光学素子の第２のアレイのネガティブを含む第２のマスタ基板を含み、第２のマスタ基板上の光学素子の第２のアレイは、第１のマスタ基板上の光学素子の第１のアレイの位置に対応することによって、層状光学素子のアレイを加工する方法が提供される。

【0063】

一実施形態では、アレイ撮像システムは、共通基盤と、共通基盤上に形成される検出器ピクセルを有する検出器のアレイであって、検出器ピクセルはそれぞれ、感光領域を含むアレイと、検出器ピクセルの対応する１つの感光領域と光学的に接続され、それによって、アレイ撮像システムを形成する光学系のアレイとを含み、光学系のうちの少なくとも１つは、それぞれ、第１および第２の倍率に対応する第１と第２の状態との間で切り替え可能である。

【0064】

一実施形態では、層状光学素子は、光学素子の第１と第２の層を有し、反射防止層を有する共通表面を形成する。

【0065】

一実施形態では、カメラは、画像を形成し、共通基盤とともに形成される検出器のアレイと、層状光学素子のアレイであって、それぞれ、検出器のアレイ内の検出器と光学的に接続される層状光学素子と、画像を形成するための信号プロセッサとを含むアレイ撮像システムを有する。

【0066】

一実施形態では、カメラは、タスクを実施する際に使用するために提供され、共通基盤とともに形成される検出器のアレイと、層状光学素子のアレイであって、それぞれ、検出器のアレイ内の検出器と光学的に接続される層状光学素子と、タスクを実施するための信号プロセッサとを含むアレイ撮像システムを有する。

【0067】

本開示は、以下に簡単に説明される図面と関連してなされる、発明を実施するための最良の形態を参照することによって理解されるであろう。説明的明確性の目的のため、図面内の特定の素子は、正確な縮尺で描かれない場合があることに留意されたい。
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
共通基盤とともに形成される検出器のアレイと、
層状光学素子の第１のアレイであって、該層状光学素子のそれぞれは、該検出器のアレイ内の検出器と光学的に接続されることにより、アレイ撮像システム内の１つの撮像システムを形成する、第１のアレイと
を含む、アレイ撮像システム。
（項目２）
上記層状光学素子の第１のアレイは、少なくとも１つの加工マスタの逐次的適用によって、少なくとも部分的に形成され、該加工マスタのそれぞれは、該層状光学素子の第１のアレイを画定する特徴を有する、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目３）
上記特徴は、上記検出器によって検出可能な電磁エネルギの２波長未満の光学公差で形成される、項目２に記載のアレイ撮像システム。
（項目４）
上記層状光学素子の第１のアレイは、上記共通基盤上に支持される、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目５）
上記層状光学素子の第１のアレイは、上記共通基盤に対し配置される別個の基盤上に支持されることにより、該層状光学素子のそれぞれは、上記検出器と光学的に接続される、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目６）
（ａ）上記検出器のためのカバープレート、および（ｂ）光学帯域通過フィルタのうちの少なくとも１つを含む群から選択される構成要素をさらに含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目７）
上記カバープレートは、上記光学素子の第１のアレイを部分的に被覆する、項目６に記載のアレイ撮像システム。
（項目８）
上記共通基盤は、半導体ウエハ、ガラスプレート、結晶プレート、ポリマーシート、および金属プレートのうちの１つを含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目９）
製造プロセスの際に、上記共通基盤、加工マスタ、およびチャックのうちの少なくとも２つは、互いに対し整合される、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目１０）
上記共通基盤、上記加工マスタ、および上記チャックのうちの少なくとも２つは、その上に画定される整合特徴を使用して整合される、項目９に記載のアレイ撮像システム。
（項目１１）
上記共通基盤、上記加工マスタ、および上記チャックのうちの上記少なくとも２つは、共通座標系に対し整合される、項目９に記載のアレイ撮像システム。
（項目１２）
上記層状光学素子の第１のアレイに対し配置される層状光学素子の第２のアレイをさらに含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目１３）
上記層状光学素子の第１と第２のアレイとの間に配置される少なくとも１つのスペーサ配列をさらに含み、該スペーサ配列は、封止材、スタンドオフ特徴、およびスペーサプレートのうちの少なくとも１つを含む、項目１２に記載のアレイ撮像システム。
（項目１４）
上記層状光学素子の第２のアレイ内の該層状光学素子のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つの位置の間で可動であることによって、該少なくとも２つの位置に従って、上記検出器に画像の可変倍率を提供する、項目１２に記載のアレイ撮像システム。
（項目１５）
上記層状光学素子の第１のアレイに対し配置される単一光学素子のアレイをさらに含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目１６）
上記層状光学素子のアレイと上記単一光学素子のアレイとの間に配置されるスペーサ配列をさらに含む、項目１５に記載のアレイ撮像システム。
（項目１７）
上記スペーサ配列は、封止材、スタンドオフ特徴、およびスペーサプレートのうちの１つを含む、項目１６に記載のアレイ撮像システム。
（項目１８）
上記単一光学素子のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つの位置の間で可動であることによって、該少なくとも２つの位置に従って、上記検出器に画像の可変倍率を提供する、項目１５に記載のアレイ撮像システム。
（項目１９）
上記層状光学素子は、上記検出器によって検出可能な電磁エネルギの２波長未満の光学公差で互いに対し整合される、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目２０）
上記層状光学素子はそれぞれ、上記検出器、上記共通基盤、共通座標系、チャック、およびその上に形成される整合特徴のうちの対応する少なくとも１つに対する光学公差で整合される、項目１９に記載のアレイ撮像システム。
（項目２１）
上記撮像システムの焦点距離を調節するための上記層状光学素子のうちの少なくとも１つと協働するための可変焦点距離素子をさらに含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目２２）
上記可変焦点距離素子は、液体レンズ、液晶レンズ、および熱調節可能レンズのうちの少なくとも１つを含む、項目２１に記載のアレイ撮像システム。
（項目２３）
上記光学素子のうちの少なくとも１つは、上記層状光学素子内の他の光学素子およびそれと光学的に接続される上記検出器と協働するように構成されることにより、該検出器における画像の可変倍率を提供する、項目２１に記載のアレイ撮像システム。
（項目２４）
上記アレイ撮像システムのうちの少なくとも１つに対する焦点距離を調節する可変焦点距離素子をさらに含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目２５）
上記層状光学素子のうちの少なくとも１つは、そこを通って伝達される電磁エネルギの波面を事前決定論的に符号化するように構成される、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目２６）
複数の検出器ピクセルを含む上記検出器のうちの少なくとも１つは、該検出器ピクセルのうちの少なくとも１つと一体的に形成される光学系をさらに含むことにより、該少なくとも１つの検出器ピクセル内の電磁エネルギを再分布する、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目２７）
上記光学系は、主光線補正器、フィルタ、およびメタレンズのうちの少なくとも１つを含む、項目２６に記載のアレイ撮像システム。
（項目２８）
上記検出器のうちの少なくとも１つは、複数の検出器ピクセルと、小型レンズのアレイとを有し、該小型レンズのそれぞれは、該複数の検出器ピクセルのうちの少なくとも１つと光学的に接続される、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目２９）
上記検出器のうちの少なくとも１つは、複数の検出器ピクセルと、フィルタのアレイとを有し、上記フィルタはそれぞれ、上記複数の検出器ピクセルのうちの少なくとも１つと光学的に接続される、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目３０）
上記層状光学素子のアレイは、成形可能材料を含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目３１）
上記成形可能材料は、低温ガラス、アクリル、アクリルウレタン、エポキシ樹脂、シクロオレフィンコポリマー、シリコーン、および臭素化ポリマー鎖を有する材料のうちの少なくとも１つを含む、項目３０に記載のアレイ撮像システム。
（項目３２）
上記成形可能材料は、二酸化チタン、アルミナ、ハフニア、ジルコニア、および高屈折率ガラス粒子のうちの１つをさらに含む、項目３１に記載のアレイ撮像システム。
（項目３３）
上記検出器のアレイは、上記共通基盤上にプリントされるプリント検出器を含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目３４）
上記層状光学素子のうちの少なくとも１つの表面上に形成される反射防止層をさらに含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目３５）
上記反射防止層は、上記少なくとも１つの層状光学素子の表面内に複数のサブ波長特徴を含む、項目３４に記載のアレイ撮像システム。
（項目３６）
検出器および層状光学素子の各対は、その間に平面界面を含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目３７）
上記層状光学素子のアレイは、上記共通基盤上の複数の材料を重層することによって形成される、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目３８）
上記層状光学素子のそれぞれは、上記共通基盤上に複数の層の光学素子を含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目３９）
上記層状光学素子のアレイは、ウエハスケールパッケージングプロセスと適合する材料から形成される、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目４０）
上記アレイ撮像システムは、複数の別個の撮像システムに分離可能である、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目４１）
上記検出器のアレイは、ＣＭＯＳ検出器のアレイを含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目４２）
上記検出器のアレイは、ＣＣＤ検出器のアレイを含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目４３）
上記アレイ撮像システムは、複数の撮像群に分離可能であって、各撮像群は、２つ以上の撮像システムを含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目４４）
各撮像群は、プロセッサをさらに含む、項目４３に記載のアレイ撮像システム。
（項目４５）
第１と、第２と、第３の湾曲表面を含み、上記層状光学素子のうちの少なくとも１つは、該第１と、該第２と、該第３の湾曲表面のうちの少なくとも２つを分離するスペーサを有する、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目４６）
上記第１と、第２と、第３の湾曲表面は、それぞれ、ポジティブ、ポジティブ、およびネガティブ曲率を有する、項目４５に記載のアレイ撮像システム。
（項目４７）
各撮像システムの総光学トラックは、３．０ｍｍ未満である、項目４６に記載のアレイ撮像システム。
（項目４８）
第１と、第２と、第３と、第４の湾曲表面を含み、上記層状光学素子のうちの少なくとも１つは、該第２と該第３の湾曲表面とを分離する第１のスペーサと、該第４の湾曲表面とそれと光学的に接続される上記検出器を分離する第２のスペーサとを有する、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目４９）
上記第１と、第２と、第３と、第４の湾曲表面は、それぞれ、ポジティブ、ネガティブ、ネガティブ、およびポジティブ曲率を有する、項目４８に記載のアレイ撮像システム。
（項目５０）
各撮像システムの総光学トラックは、２．５ｍｍ未満である、項目４９に記載のアレイ撮像システム。
（項目５１）
上記層状光学素子のうちの少なくとも１つは、主光線補正器を含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目５２）
上記撮像システムのうちの少なくとも１つの上記層状光学素子と上記検出器とは協働して変調伝達関数を提示し、該変調伝達関数は、事前選択された空間周波数範囲にわたって実質的に均一である、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目５３）
上記層状光学素子のうちの少なくとも１つは、一体型絶縁体を含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目５４）
上記層状光学素子のうちの少なくとも１つは、矩形開口、正方形開口、円形開口、楕円開口、多角形開口、および３角形開口のうちの１つを含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目５５）
上記層状光学素子のうちの少なくとも１つは、該少なくとも１つの層状光学素子を通って伝搬される電磁エネルギの波面を事前決定論的に符号化する非球面光学素子を含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目５６）
上記層状光学素子のうちの少なくとも１つと光学的に接続される上記検出器は、その上に入射する電磁エネルギを電気信号に変換するように構成されており、かつ、該電気信号を処理するために該検出器と電気的に接続されるプロセッサをさらに含むことにより、上記非球面光学素子によって該電磁エネルギ内に導入される撮像効果を除去する、項目５５に記載のアレイ撮像システム。
（項目５７）
上記非球面光学素子およびプロセッサは、非球面光学素子およびプロセッサを伴わない撮像システムと比較して、像面湾曲、層状光学素子の高さ変動、視野依存性収差、加工関連収差、温度依存性収差、上記共通基盤の厚さおよび平坦度変動のうちの少なくとも１つによって、上記電磁エネルギ内に導入されるアーチファクトを協働して低減するようにさらに構成される、項目５６に記載のアレイ撮像システム。
（項目５８）
上記プロセッサは、調節可能なフィルタカーネルを実装する、項目５６に記載のアレイ撮像システム。
（項目５９）
上記プロセッサは、上記検出器を形成する回路と一体化される、項目５６に記載のアレイ撮像システム。
（項目６０）
上記検出器および上記プロセッサは、上記共通基盤の１つのシリコン層内に形成される、項目５９に記載のアレイ撮像システム。
（項目６１）
少なくとも１つの撮像システムのうちの少なくとも１つのスルーフォーカスＭＴＦは、上記非球面光学素子を伴わない該同一撮像システムよりも広いピーク幅を提示する、項目５５に記載のアレイ撮像システム。
（項目６２）
各撮像システムは、カメラを形成する、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目６３）
上記層状光学素子のうちの少なくとも１つは、色消しである、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目６４）
各検出器は、複数の検出器ピクセルを含み、さらに、少なくとも１つの検出器に隣接して直接配置され、かつ、該検出器の該検出器ピクセルにマッピングされる複数の小型レンズを含むことにより、該検出器の集光能力を向上させる、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目６５）
上記層状光学素子のうちの少なくとも１つは、反射、吸収、および散乱のうちの少なくとも１つによって、該層状光学素子を通る光路の外側の迷光を遮断するためのバッフルを含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目６６）
上記バッフルは、染色ポリマー、複数の薄膜、および回折格子のうちの少なくとも１つを含む、項目６５に記載のアレイ撮像システム。
（項目６７）
上記層状光学素子のうちの少なくとも１つは、反射防止素子を含む、項目１に記載のアレイ撮像システム。
（項目６８）
上記反射防止素子は、複数の薄膜および回折格子のうちの少なくとも１つを含む、項目６７に記載のアレイ撮像システム。
（項目６９）
複数の撮像システムを加工する方法であって、
光学素子の第１のアレイを形成することであって、該光学素子のそれぞれは、共通基盤を有する検出器のアレイ内のうちの少なくとも１つの検出器と光学的に接続される、ことと、
層状光学素子のアレイを集合的に形成するように、上記光学素子の第１のアレイと光学的に接続される光学素子の第２のアレイを形成することであって、該層状光学素子のそれぞれは、該検出器のアレイ内の該検出器のうちの１つと光学的に接続される、ことと、
該検出器のアレイおよび該層状光学素子のアレイを該複数の撮像システムに分離することであって、該複数の撮像システムはそれぞれ、少なくとも１つの検出器と光学的に接続される少なくとも１つの層状光学素子を含む、ことと
を含み、該光学素子の第１のアレイを形成することは、該光学素子の第１のアレイと該検出器のアレイとの間に平面界面を構成することを含む、方法。
（項目７０）
アレイ撮像システムを製造する方法であって、該アレイ撮像システム内の各撮像システムは、それに付随する少なくとも１つの検出器を有しており、該方法は、
少なくとも１つの加工マスタの逐次的適用によって、層状光学素子のアレイを加工することであって、該層状光学素子のそれぞれは、該撮像システムに付随する該少なくとも１つの検出器と光学的に接続される、ことを含む、方法。
（項目７１）
上記アレイ撮像システムを分離し、複数の撮像システムを形成することをさらに含む、項目７０に記載の方法。
（項目７２）
上記２つ以上の層状光学素子は、上記検出器と光学的に接続されることのより、単一検出器に複数の視野を提供する、項目７０に記載の方法。
（項目７３）
形成する前に、
上記層状光学素子のアレイを画定するための特徴を含む加工マスタを生成することをさらに含む、項目７０に記載の方法。
（項目７４）
形成する前に、
光学素子のアレイを画定する特徴を含む加工マスタを生成することであって、該光学素子のアレイは、上記アレイ撮像システムの１つの層状部分である、ことをさらに備えており、
形成することは、検出器のアレイ上で材料を成形する該加工マスタを使用することにより、同時に該光学素子のアレイを形成することであって、該光学素子のそれぞれは、該検出器のうちの少なくとも１つと光学的に接続される、ことをさらに含む、項目７０に記載の方法。
（項目７５）
上記加工マスタを生成することは、マスタ基板上に上記光学素子のアレイを画定する上記特徴を直接加工することを含む、項目７４に記載の方法。
（項目７６）
上記特徴を直接加工することは、低速ツールサーボアプローチ、高速ツールサーボアプローチ、多軸研磨アプローチ、および多軸研削アプローチのうちの少なくとも選択された１つを使用して、該特徴を形成することを含む、項目７５に記載の方法。
（項目７７）
上記特徴を直接機械加工することは、上記マスタ基板上に整合マークを画定する付加的特徴を加工することをさらに含む、項目７５に記載の方法。
（項目７８）
層状光学素子の第２のアレイを形成することと、
該層状光学素子の第２のアレイを該層状光学素子の第１のアレイに対し配置することとをさらに含む、項目７０に記載の方法。
（項目７９）
上記層状光学素子のアレイを形成することは、該光学素子のうちの少なくとも１つを構成することをさらに含むことにより、そこを通って伝達される電磁エネルギの波面を事前決定論的に符号化する、項目７０に記載の方法。
（項目８０）
可変焦点距離を伴って、上記光学素子のうちの少なくとも１つを構成することをさらに含む、項目７０に記載の方法。
（項目８１）
上記少なくとも１つの検出器は、１組のプロセスを使用して形成される複数の検出器ピクセルを有しており、
該検出器ピクセルのうちの少なくとも１つの中に、該プロセスのうちの少なくとも１つを使用して、該検出器ピクセル内にエネルギを再分布する光学系を形成することをさらに含む、項目７０に記載の方法。
（項目８２）
上記検出器ピクセルのうちの少なくとも１つの中に上記光学系を形成することは、主光線補正器、薄膜フィルタ、およびメタレンズのうちの少なくとも１つを形成することを含む、項目８１に記載の方法。
（項目８３）
上記少なくとも１つの検出器は、１組のプロセスを使用して形成される複数の検出器ピクセルを有しており、
小型レンズのアレイを形成することであって、該小型レンズのそれぞれは、該複数の検出器ピクセルのうちの少なくとも１つと光学的に接続される、ことをさらに含む、項目７０に記載の方法。
（項目８４）
上記層状光学素子のアレイを形成することは、
上記少なくとも１つの加工マスタと協働して、成形可能材料を分布させることと、
該成形可能材料を硬化させて、該層状光学素子のアレイを成形することと
を含む、項目７０に記載の方法。
（項目８５）
上記少なくとも１つの加工マスタを逐次的に適用することは、上記共通基盤および上記少なくとも１つの加工マスタを該共通基盤を支持するチャックに整合させることを含む、項目７０に記載の方法。
（項目８６）
上記少なくとも１つの加工マスタを逐次的に適用することは、その上に画定される整合特徴を使用して、上記共通基盤および該少なくとも１つの加工マスタを整合させることを含む、項目７０に記載の方法。
（項目８７）
上記少なくとも１つの加工マスタを逐次的に適用することは、共通座標系を使用して、上記共通基盤および該少なくとも１つの加工マスタを整合させることを含む、項目７０に記載の方法。
（項目８８）
単一光学素子のアレイを上記層状光学素子のアレイに対し配置することをさらに含む、項目７０に記載の方法。
（項目８９）
上記単一光学素子のアレイを配置することは、封止材、スタンドオフ特徴、およびスペーサプレートのうちの少なくとも１つとして選択されたスペーサ配列を使用して、該単一光学素子のアレイを上記層状光学素子のアレイから離間することを含む、項目８８に記載の方法。
（項目９０）
上記層状光学素子の対応する１つに対し少なくとも２つの位置の間で可動であるように、上記単一光学素子のうちの少なくとも１つを構成することによって、該少なくとも２つの位置に従って、上記検出器における画像の可変倍率を提供することをさらに含む、項目８８に記載の方法。
（項目９１）
上記少なくとも１つの加工マスタを逐次的に適用することは、該少なくとも１つの加工マスタを上記共通基盤に互いに対し光学公差で整合させることを含み、該光学公差は、上記検出器によって検出可能な電磁エネルギの２波長未満を含む、項目７０に記載の方法。
（項目９２）
層状光学素子の上記アレイを形成するステップは、上記層状光学素子のうちの少なくとも１つを、そこを通って伝達される電磁エネルギの波面を事前決定論的に符号化するように構成するステップをさらに含む、項目７０に記載の方法。
（項目９３）
上記層状光学素子のうちの少なくとも１つの表面上に反射防止層を形成することをさらに含む、項目７０に記載の方法。
（項目９４）
上記反射防止層を形成することは、サブ波長特徴を上記層状光学素子のうちの少なくとも１つの表面内に成形することを含む、項目９３に記載の方法。
（項目９５）
アレイ光学系を共通基盤とともに形成する方法であって、
該共通基盤に整合させられる少なくとも１つの加工マスタを逐次的に適用することによって、複数の層状光学素子のアレイを該アレイ光学系として形成することを含む、方法。
（項目９６）
少なくとも光学サブシステムと、画像プロセッササブシステムとを含み、両方とも検出器サブシステムに接続される、アレイ撮像システムを製造する方法であって、
（ａ）光学サブシステム設計、検出器サブシステム設計、および画像プロセッササブシステム設計を含む、初期アレイ撮像システム設計を生成することと、
（ｂ）該サブシステム設計のうちの少なくとも１つを試験し、該サブシステム設計のうちの少なくとも１つが、所定のパラメータ内に合致するかどうかを判断することであって、該サブシステム設計のうちの少なくとも１つが、該所定のパラメータ内に合致しない場合、
（ｃ）１組の潜在的パラメータ修正を使用して、該初期アレイ撮像システム設計を修正することと、
（ｄ）該サブシステム設計のうちの少なくとも１つが、該所定のパラメータ内に合致することにより、修正されたアレイ撮像システム設計をもたらすまで、（ｂ）および（ｃ）を繰り返すことと、
（ｅ）該修正されたアレイ撮像システム設計に従って、該光学、検出器、および画像プロセッササブシステムを加工することと、
（ｆ）該アレイ撮像システムを（ｅ）で加工される該サブシステムから組み立てることと
を含む、方法。
（項目９７）
修正することは、上記光学、検出器、および画像プロセッササブシステム設計のうちの少なくとも２つを同時に修正することを含む、項目９６に記載の方法。
（項目９８）
上記アレイ撮像システムは、上記光学系、検出器、および画像プロセッササブシステムのうちの少なくとも１つと接続される少なくとも光学機械的サブシステムをさらに含み、上記初期アレイ撮像システム設計を生成することは、該初期アレイ撮像システム設計の一部として、光学機械的サブシステム設計を生成することを含む、項目９６に記載の方法。
（項目９９）
上記サブシステムのうちの少なくとも１つを試験することは、上記所定のパラメータに従って、試験手順を設計することを含む、項目９６に記載の方法。
（項目１００）
上記光学サブシステムを加工することは、低速ツールサーボアプローチ、高速ツールサーボアプローチ、多軸研磨アプローチ、および多軸研削アプローチのうちの少なくとも１つを使用して、上記光学サブシステム設計に従って、第１の光学素子のためのテンプレートの第１のアレイを形成することを含む、項目９６に記載の方法。
（項目１０１）
上記テンプレートの第１のアレイを使用して、上記光学サブシステムの一部として、共通基盤上に支持される上記第１の光学素子を形成することをさらに含む、項目１００に記載の方法。
（項目１０２）
上記光学系設計に従って、第２の光学素子のためのテンプレートの第２のアレイを加工することと、
上記共通基盤上に同様に支持され、上記第１の光学素子と光連通する該第２の光学素子を形成することと
をさらに含む、項目１０１に記載の方法。
（項目１０３）
上記第２の光学素子を形成することは、該第２の光学素子を直接上記第１の光学素子上に重層することのより、層状光学素子のアレイを形成することを含む、項目１０２に記載の方法。
（項目１０４）
上記第２の光学素子を形成することは、上記第１および第２の光学素子がそれぞれ、互いに離間されるように、該第１と第２の光学素子の間にスペーサ配列を提供することを含む、項目１０２に記載の方法。
（項目１０５）
上記テンプレートのアレイを形成することは、
上記光学サブシステム設計を調整して、加工の能力および制限を考慮することと、
そのように調整された該光学サブシステム設計を、加工ルーチンとして加工にプログラミングすることと、
該加工ルーチンを起動し、該テンプレートのアレイをもたらすことと
を含む、項目１００に記載の方法。
（項目１０６）
上記光学、検出器、および画像プロセッササブシステムを加工することは、
（ｅ１）該サブシステムのうちの少なくとも１つを試験し、該サブシステムのうちの少なくとも１つが、上記所定のパラメータ内に合致するかどうかを判断することと、
（ｅ２）該サブシステムのうちの少なくとも１つが、該所定のパラメータ内に合致しない場合、
（ｅ３）該サブシステムのうちの少なくとも１つを再加工することと、
（ｅ４）該サブシステムのうちの少なくとも１つが、該所定のパラメータ内に合致するまで、（ｅｌ）から（ｅ３）を繰り返すことと
をさらに含む、項目９６に記載の方法。
（項目１０７）
（ｇ）上記所定のパラメータに一致するように組み立てられた上記アレイ撮像システムを試験することにより、一致するかどうかを判断することと、
該アレイ撮像システムが、該所定のパラメータ内に合致しない場合、
（ｈ）該アレイ撮像システムが、該所定のパラメータ内に合致するまで、（ｅ）から（ｇ）を繰り返すことと
をさらに含む、項目９６に記載の方法。
（項目１０８）
上記検出器サブシステムは、複数の検出器ピクセルを含み、該検出器サブシステムを加工することは、
該複数の検出器ピクセルを１組のプロセスによって形成することと、
該１組のプロセスのうちの少なくとも１つを使用して、光学素子を該検出器ピクセルのうちの少なくとも１つの中に形成することであって、該光学素子は、該検出器ピクセル内の一定範囲の波長の電磁エネルギに作用するように構成される、ことと
をさらに含む、項目９６に記載の方法。
（項目１０９）
上記光学素子を形成することは、
光学素子設計を生成することと、
該光学素子設計を試験することにより、該光学素子設計が、所定のパラメータ内に合致するかどうかを判断することと、
該光学素子設計が、該所定のパラメータ内に合致しない場合、
１組のパラメータ修正を使用して、該光学素子設計を修正することと、
該光学素子設計が、該所定のパラメータ内に合致するまで、該光学素子設計を試験および修正することを繰り返すことと、
該光学素子設計を上記検出器サブシステム設計の中に一体化することと
を含む、項目１０８に記載の方法。
（項目１１０）
上記検出器サブシステム設計を試験することにより、該検出器サブシステム設計が、上記所定のパラメータ内に合致するかどうかを判断することと、
該検出器サブシステム設計が、該所定のパラメータ内に合致しない場合、
上記１組のパラメータ修正を使用して、該検出器サブシステム設計を修正することと、
該検出器サブシステム設計が、該所定のパラメータ内に合致するまで、該検出器サブシステム設計を試験および修正することを繰り返すことと
をさらに含む、項目１０９に記載の方法。
（項目１１１）
上記サブシステム設計のうちの少なくとも１つを試験することは、該サブシステム設計のうちの少なくとも１つを数値モデル化することを含む、項目９６に記載の方法。
（項目１１２）
コンピュータ可読媒体上に格納される命令を含むソフトウェア製品であって、該命令は、コンピュータによって実行される場合、アレイ撮像システム設計を生成し、
（ａ）光学サブシステム設計、検出器サブシステム設計、および画像プロセッササブシステム設計を含む、該アレイ撮像システム設計を生成する命令と、
（ｂ）該光学、検出器、および画像プロセッササブシステム設計のうちの少なくとも１つを試験することにより、該サブシステム設計のうちの少なくとも１つが、所定のパラメータ内に合致するかどうかを判断する命令と、
該サブシステム設計のうちの少なくとも１つが、該所定のパラメータ内に合致しない場合、
（ｃ）１組のパラメータ修正を使用して、該アレイ撮像システム設計を修正する命令と、
（ｄ）該サブシステム設計のうちの少なくとも１つが、該所定のパラメータ内に合致して、該アレイ撮像システム設計をもたらすまで、（ｂ）および（ｃ）を繰り返す命令と
を含む、ソフトウェア製品。
（項目１１３）
上記アレイ撮像システム設計を修正する命令は、上記光学、検出器、および画像プロセッササブシステム設計のうちの少なくとも２つを同時に修正する命令を含む、項目１１２に記載のソフトウェア製品。
（項目１１４）
複数の立体領域を含むモノリシック材料であって、複数の立体領域はそれぞれ、規定された屈折率を有し、該立体領域のうちの少なくとも２つは、異なる屈折率を有し、該複数の立体領域は、該モノリシック材料を通って伝搬される電磁エネルギの位相を事前決定論的に修正するように構成される、モノリシック材料を含む、多重屈折光学素子。
（項目１１５）
上記モノリシック材料は、光軸を含み、上記複数の立体領域は、該光軸に平行に配置されたロッドの構成および該光軸に沿って組み立てられた複数の層のうちの１つを含む、項目１１４に記載の多重屈折光学素子。
（項目１１６）
上記モノリシック材料は、そこを通って伝達される上記電磁エネルギを焦点に集めるために構成される、項目１１４に記載の多重屈折光学素子。
（項目１１７）
上記モノリシック材料は、所定の位置で上記電磁エネルギを焦点に集めるためにさらに構成される、項目１１６に記載の多重屈折光学素子。
（項目１１８）
上記モノリシック材料は、屈折構造、回折構造、および体積ホログラムのうちの１つを含む、項目１１４に記載の多重屈折光学素子。
（項目１１９）
上記モノリシック材料は、複数の多重屈折光学素子に分割可能である、項目１１４に記載の多重屈折光学素子。
（項目１２０）
画像を形成する光学系であって、該光学系は、複数の立体領域を有する多重屈折光学素子を含み、該複数の立体領域のそれぞれは、規定された屈折率を有し、該立体領域のうちの少なくとも２つは、異なる屈折率を有し、該複数の立体領域は、そこを通って伝達される電磁エネルギの位相を事前決定論的に修正するように構成される、光学系と、
該画像を電子データに変換する検出器と、
該電子データを処理して、出力を生成するプロセッサと
を含む、撮像システム。
（項目１２１）
上記光学系は、上記検出器において上記電磁エネルギを焦点に集めるように構成される、項目１２０に記載の撮像システム。
（項目１２２）
上記プロセッサは、上記多重屈折光学素子によって上記画像内に生成される撮像効果を除去するために構成される、項目１２０に記載の撮像システム。
（項目１２３）
上記出力は、上記画像よりも鮮明な出力画像である、項目１２０に記載の撮像システム。
（項目１２４）
多重屈折光学素子を製造する方法であって、
（ｉ）複数の立体領域のそれぞれは、規定された屈折率を有し、（ｉｉ）該複数の立体領域のうちの少なくとも２つは、異なる屈折率を有し、（ｉｉｉ）該複数の立体領域は、そこを通って伝達される電磁エネルギの位相を事前決定論的に修正するように、モノリシック材料内の該複数の立体領域を形成することを含む、方法。
（項目１２５）
上記複数の立体領域を形成することは、
ａ）材料のロッドの束を組み立てることであって、該ロッドのうちの少なくとも２つは、異なる屈折率を有する、ことと、
ｂ）複数の材料を重層することであって、該材料のうちの少なくとも２つは、異なる屈折率を有する、ことと、
ｃ）上記モノリシック材料の一部を電磁エネルギ源で選択的に照射し、そのように照射された上記一部の上記屈折率を変更することと
のうちの１つを含む、項目１２４に記載の方法。
（項目１２６）
上記複数の立体領域を形成することは、該複数の立体領域を所定の位置でそこを通って伝達される上記電磁エネルギを焦点に集めるように構成することをさらに含む、項目１２４に記載の方法。
（項目１２７）
上記モノリシック材料を複数の多重屈折光学素子に分割することをさらに含む、項目１２４に記載の方法。
（項目１２８）
物体の画像を形成するための方法であって、
上記電磁エネルギを複数の立体領域を有するモノリシック材料を通して伝搬することによって、該物体からの電磁エネルギの位相を事前決定論的に修正することであって、該複数の立体領域はそれぞれ、規定された屈折率を有し、該立体領域のうちの少なくとも２つは、異なる屈折率を有する、ことと、
該電磁エネルギを電子データに変換することと、
該電子データを処理して、該画像を形成することと
を含む、方法。
（項目１２９）
事前決定論的に修正することは、所定の位置で上記電磁エネルギを焦点に集めることを含む、項目１２８に記載の方法。
（項目１３０）
上記電子データを処理することは、位相を事前決定論的に修正することによって、上記電磁エネルギ内で生成される撮像効果を除去することを含む、項目１２８に記載の方法。
（項目１３１）
共通基盤上に形成される検出器のアレイと、
光学素子の複数のアレイと、
該光学素子の複数のアレイを分離する複数のバルク材料層と
を含み、該光学素子の複数のアレイおよび該複数のバルク材料層は、協働して、光学系のアレイを形成し、該光学系のそれぞれは、上記アレイ撮像システムの１つの撮像システムを形成するように、該検出器のアレイの検出器のうちの少なくとも１つと光学的に接続され、
該複数のバルク材料層のそれぞれは、光学素子の隣接するアレイ間のＸ、Ｙ、およびＺ軸のうちの少なくとも１つに沿った距離を画定する、アレイ撮像システム。
（項目１３２）
上記光学素子のアレイうちの少なくとも１つは、主光線角度補正を実施するために構成される、項目１３１に記載のアレイ撮像システム。
（項目１３３）
上記光学素子の複数のアレイおよび上記複数のバルク材料層は、類似する熱膨張、剛性、および硬度係数を有するが、異なる屈折率を有する材料から形成される、項目１３１に記載のアレイ撮像システム。
（項目１３４）
上記光学素子の複数のアレイおよび上記複数のバルク材料層は、一定範囲の着目波長にわたって半透明である、項目１３１に記載のアレイ撮像システム。
（項目１３５）
上記光学素子の複数のアレイおよび上記複数のバルク材料層のうちの少なくとも１つは、着目波長の範囲外の波長に対し吸収性である、項目１３４に記載のアレイ撮像システム。
（項目１３６）
波長選択フィルタをさらに含む、項目１３１に記載のアレイ撮像システム。
（項目１３７）
上記光学素子の複数のアレイのうちの少なくとも１つは、上記検出器のアレイ上に直接形成される、項目１３１に記載のアレイ撮像システム。
（項目１３８）
上記光学素子の複数のアレイのうちの少なくとも１つは、上記複数のバルク材料層のうちの１つと一体的に形成される、項目１３１に記載のアレイ撮像システム。
（項目１３９）
上記光学素子の複数のアレイはそれぞれ、屈折素子、回折素子、ホログラフィック素子、および薄膜フィルタのうちの少なくとも１つを含む、項目１３１に記載のアレイ撮像システム。
（項目１４０）
上記薄膜フィルタは、異なる屈折率を有する材料の交互層を含む、項目１３９に記載のアレイ撮像システム。
（項目１４１）
上記薄膜フィルタは、高屈折率ｎ_ｈｉ＝２．２を有する高屈折率材料と、低屈折率ｎ_ｌｏ＝１．４８を有する低屈折率材料との交互層を含む、項目１４０に記載のアレイ撮像システム。
（項目１４２）
上記撮像システムのうちの少なくとも１つは、検出器カットオフ周波数に対し、全視野を通して０．２を上回るＭＴＦを提示する、項目１４１に記載のアレイ撮像システム。
（項目１４３）
上記薄膜フィルタは、高屈折率ｎ_ｈｉ＝１．７を有する高屈折率材料と、低屈折率ｎ_ｌｏ＝１．４８を有する低屈折率材料との交互層を含む、項目１４０に記載のアレイ撮像システム。
（項目１４４）
上記撮像システムのうちの少なくとも１つは、検出器カットオフ周波数に対し、全視野を通して０．１を上回るＭＴＦを提示する、項目１４３に記載のアレイ撮像システム。
（項目１４５）
上記共通基盤は、シリコンウエハを含む、項目１３１に記載のアレイ撮像システム。
（項目１４６）
上記光学素子の複数のアレイおよび上記複数のバルク材料層のうちの少なくとも１つは、ポリマーを含む、項目１３１に記載のアレイ撮像システム。
（項目１４７）
光学素子のためのテンプレートのアレイを機械加工する方法であって、
低速ツールサーボアプローチ、高速ツールサーボアプローチ、多軸研磨アプローチ、および多軸研削アプローチのうちの少なくとも１つを使用して、該テンプレートのアレイを加工することを含む、方法。
（項目１４８）
その上に画定される光学素子のためのテンプレートのアレイを含む、加工マスタを製造する方法において、改良点として、該テンプレートのアレイを直接加工することを含む、方法。
（項目１４９）
さらなる改良点として、直接加工することは、機械加工、粉砕、研削、ダイヤモンド旋削、ラップ仕上げ、研磨、フライカッティング、および上記複数の光学素子のうちの１つの形態を有する特殊化されたツールの使用のうちの少なくとも選択された１つを含む、項目１４８に記載の方法。
（項目１５０）
さらなる改良点として、直接加工することは、上記テンプレートとともにその後形成される光学素子が、少なくとも１次元においてサブミクロン精度を呈するように、該テンプレートのそれぞれを形成することを含む、項目１４８に記載の方法。
（項目１５１）
光学素子のアレイを製造する方法であって、
低速ツールサーボアプローチ、高速ツールサーボアプローチ、多軸研磨アプローチ、および多軸研削アプローチのうちの少なくとも選択された１つを使用して、該光学素子のアレイを直接加工することを含む、方法。
（項目１５２）
光学素子のアレイを製造する方法において、改良点として、直接加工によって該光学素子のアレイを形成することを含む、方法。
（項目１５３）
それとともに複数の光学素子を形成する際に使用される加工マスタを製造する方法であって、
該複数の光学素子を形成する特徴を含む第１の表面を判断することと、
（ａ）該第１の表面、および（ｂ）該加工マスタの材料特性の関数として、第２の表面を判断することと、
該第２の表面に基づいて、加工ルーチンを行い、該加工マスタ上に該第１の表面を形成することと
を含む、方法。
（項目１５４）
上記特徴のうちの少なくとも１つは、鋭角の特徴および湾曲表面のうちの少なくとも１つを含む、項目１５３に記載の方法。
（項目１５５）
上記特徴のうちの少なくとも１つは、矩形、四角形、円形、楕円形、多角形、および三角形のうちの１つである光学素子開口を形成するように構成される、項目１５４に記載の方法。
（項目１５６）
上記加工ルーチンを実施することは、該加工ルーチンの特性の関数として、ツール軌跡を最適化することを含む、項目１５３に記載の方法。
（項目１５７）
上記ツール軌跡を最適化することは、切削速度を調整することを含む、項目１５６に記載の方法。
（項目１５８）
上記第２の表面を判断することは、仮想データ平面を指定することを含む、項目１５３に記載の方法。
（項目１５９）
上記仮想データ平面は、上記加工ルーチンで使用されるツールが、該加工ルーチンのうちの少なくとも一部の間、上記加工マスタと接触しないように指定される、項目１５８に記載の方法。
（項目１６０）
上記仮想データ平面は、上記加工ルーチンで使用されるツールが、該加工ルーチンの間、上記加工マスタと常に接触するように指定される、項目１５８に記載の方法。
（項目１６１）
上記加工ルーチンを実施することは、
上記第２の表面を上記加工マスタ上に形成することと、
該第２の表面を面削りし、上記第１の表面を形成することと
を含む、項目１５３に記載の方法。
（項目１６２）
上記加工ルーチンを実施することは、
上記第２の表面を上記加工マスタ上に形成することと、
該第２の表面をエッチングし、上記第１の表面を形成することと
を含む、項目１５３に記載の方法。
（項目１６３）
上記加工ルーチンを実施することは、
第１のツールを使用して、上記第２の表面を形成することと、
第２のツールを使用して、上記第１の表面を該第２の表面から形成することと
を含む、項目１５３に記載の方法。
（項目１６４）
複数の光学素子を形成する際に使用する加工マスタを加工する方法であって、
第１のツールを使用して、複数の第１の表面特徴を該加工マスタ上に形成することと、
第２のツールを使用して、複数の第２の表面特徴を該加工マスタ上に形成することであって、該第２の表面特徴は、該第１の表面特徴と異なる、ことと
を含み、
該第１および第２の表面特徴の組み合わせは、該複数の光学素子を形成するように構成される、方法。
（項目１６５）
複数の光学素子を形成する際に使用する加工マスタを製造する方法であって、
複数の第１の特徴を該加工マスタ上に形成することであって、該複数の第１の特徴のそれぞれは、該複数の光学素子のうちの１つを形成する第２の特徴に近似する、ことと、
該複数の第１の特徴を平滑化し、該第２の特徴を形成することと
を含む、方法。
（項目１６６）
平滑化することは、ウェットエッチングおよびドライエッチングのうちの少なくとも１つを実施することを含む、項目１６５に記載の方法。
（項目１６７）
上記複数の第１の特徴を形成することは、ツールマークおよび欠陥のうちの少なくとも１つをもたらし、平滑化することは、該ツールマークおよび欠陥のうちの少なくとも１つを修正する、項目１６５に記載の方法。
（項目１６８）
複数の光学素子を形成する際に使用する加工マスタを製造する方法であって、
該複数の光学素子を画定し、少なくとも２つの別個の種類の光学素子を含むことと、
該加工マスタの表面上に該複数の光学素子を形成するように構成される特徴を直接加工することと
を含む、方法。
（項目１６９）
それとともに光学素子を形成する複数の特徴を含む、加工マスタを製造する方法であって、
非球面表面を有する少なくとも１つの種類の素子を含むように、該複数の特徴を画定することと、
該特徴を該加工マスタの表面上に直接加工することと
を含む、方法。
（項目１７０）
それとともに光学素子を形成するための複数の特徴を含む、加工マスタを製造する方法であって、
該特徴の第１の部分を該加工マスタの表面上に形成する第１の加工ルーチンを規定することと、
該第１の加工ルーチンを使用して、該特徴のうちの少なくとも１つを該表面上に直接加工することと、
該特徴のうちの少なくとも１つの表面特性を測定することと、
該特徴の第２の部分を該加工マスタの該表面上に形成する第２の加工ルーチンを規定することであって、該第２の加工ルーチンは、そのように測定された該表面特性に従って、少なくとも１つの側面において調節される該第１の加工ルーチンを含む、ことと、
該第２の加工ルーチンを使用して、該特徴のうちの少なくとも１つを該表面上に直接加工することと
を含む、方法。
（項目１７１）
それとともに複数の光学素子を形成する加工マスタを製造する機械において、該機械は、該加工マスタを保持するスピンドルと、該複数の光学素子を該加工マスタの表面上に形成する特徴を加工する機械ツールを保持するツールホルダとを含み、改良点として、該表面の特性を測定する該スピンドルおよび該ツールホルダと協働するように構成される度量衡システムを含む、機械。
（項目１７２）
上記特性は、Ｘ、Ｙ、およびＺの位置のうちの１つを含む、項目１７１に記載の機械。
（項目１７３）
上記度量衡システムは、
電磁エネルギを生成する発生源と、
該電磁エネルギを誘導する光学系と、
検出器配列と
を含み、
該電磁エネルギの少なくとも一部は、上記加工マスタの上記表面から散乱し、電磁エネルギの受波量として上記検出器配列によって受波され、該検出器配列は、該電磁エネルギの受波量に従って、該表面の特性の測定値を生成する、項目１７２に記載の機械。
（項目１７４）
上記光学系は、上記電磁エネルギを基準ビームおよび透過ビームに分割するビームスプリッタを含み、
該光学系は、上記基準ビームを上記表面に接触せずに、該基準ビームを上記検出器配列に誘導するために構成され、
該光学系は、該透過ビームを該表面へ誘導するように構成され、
該検出器配列は、該基準ビームと、上記電磁エネルギの受波量とを比較して、上記測定値を生成する、項目１７３に記載の機械。
（項目１７５）
上記度量衡システムは、上記ツールホルダを含む、項目１７２に記載の機械。
（項目１７６）
それとともに複数の光学素子を形成する加工マスタを製造する方法であって、
該複数の光学素子を形成する特徴を該加工マスタの表面上に直接加工することと、
少なくとも１つの整合特徴を該表面上に直接加工することであって、上記整合特徴は、別個の物体上の対応する整合特徴と協働して、該表面と上記別個の物体との間の分離距離を画定するように構成される、ことと
を含む、方法。
（項目１７７）
上記加工マスタの整合を上記別個の物体に対し画定する少なくとも１つの基準を上記表面上に直接加工することをさらに含む、項目１７６に記載の方法。
（項目１７８）
上記少なくとも１つの整合特徴を直接加工することは、運動学的搭載特徴および凸状環体特徴のうちの少なくとも１つを上記加工マスタ上に形成することを含む、項目１７６に記載の方法。
（項目１７９）
上記対応する整合特徴を上記別個の物体上に直接加工することをさらに含む、項目１７８に記載の方法。
（項目１８０）
上記整合特徴を直接加工することは、凸状環体特徴を上記加工マスタ上に形成することを含み、上記対応する整合特徴を直接加工することは、Ｖ型溝を上記別個の物体上に形成することであって、該Ｖ型溝は、その中の該凸状環体特徴を受容するように構成される、ことを含む、項目１７６に記載の方法。
（項目１８１）
それとともに光学素子のアレイを形成する加工マスタを製造する方法であって、
上記基板の表面上に、該光学素子のアレイを形成する特徴を直接加工することと、
該表面上に、少なくとも１つの整合特徴を直接加工することであって、該整合特徴は、別個の物体上の対応する整合特徴と協働して、該表面と上記別個の物体との間の平行移動、回転、および分離のうちの少なくとも１つを示すように構成される、ことと
を含む、方法。
（項目１８２）
多軸機械ツールを使用して、基板を修正し、光学素子のアレイのための加工マスタを形成する方法であって、
該基板を基板ホルダに搭載することと、
予備的機械加工操作を該基板上で実施することと、
該基板の表面上に、該光学素子のアレイを形成する特徴を直接加工することと、
該基板の表面上に、少なくとも１つの整合特徴を直接加工することと
を含み、
該実施および直接加工することの間、該基板は、該基板ホルダに搭載されたままである、方法。
（項目１８３）
その上に上記基板を搭載することに先立って、上記基板ホルダの予備的機械加工操作を実施することをさらに含む、項目１８２に記載の方法。
（項目１８４）
上記光学素子のアレイを形成する上記特徴を直接加工するための２つ以上のツールを利用することをさらに含む、項目１８２に記載の方法。
（項目１８５）
上記光学素子のアレイを形成する上記特徴を直接加工することは、上記機械ツールのＢ軸運動を利用することを含む、項目１８２に記載の方法。
（項目１８６）
層状光学素子のアレイを加工する方法であって、
第１の加工マスタを使用して、光学素子の第１の層を共通基盤上に形成することであって、該第１の加工マスタは、その上に形成される該光学素子の第１の層のネガティブを含む第１のマスタ基板を有する、ことと、
該光学素子の第１の層に隣接する光学素子の第２の層を形成する第２の加工マスタを使用して、該層状光学素子のアレイを該共通基盤上に形成することであって、上記第２の加工マスタは、その上に形成される光学素子の上記第２の層のネガティブを含む第２のマスタ基板を有する、ことと
を含む、方法。
（項目１８７）
上記光学素子の第１の層を形成することは、第１の搭載システムを使用して、上記共通基盤に対し、所定の位置に上記第１の加工マスタを配置することを含む、項目１８６に記載の方法。
（項目１８８）
上記光学素子の第２の層を形成することは、第２の搭載システムを使用して、上記共通基盤およびその上に形成される上記光学素子の第１の層に対し、所定の位置に上記第２の加工マスタを配置することを含む、項目１８６に記載の方法。
（項目１８９）
上記光学素子の第１の層を形成することは、
上記第１の加工マスタおよび上記共通基盤のうちの少なくとも１つ上に成形可能材料を蒸着することと、
上記共通基盤、上記成形可能材料、および上記第１の加工マスタを係合することと、
上記成形可能材料を硬化することと、
上記共通基盤、上記硬化された成形可能材料、および上記第１の加工マスタを係脱し、それによって、光学素子の上記第１のアレイを形成することと
を含む、項目１８６に記載の方法。
（項目１９０）
加工マスタであって、
成形可能材料を複数の光学素子を画定する所定の形状に成形する配列と、 該加工マスタが共通基盤と組み合わせて使用される場合に、上記成形配列を該共通基盤に対し所定の配向で整合する配列であって、該成形配列は、２波長未満の誤差の再現性および精度で上記共通基盤と整合され得る、配列と
を含む、加工マスタ。
（項目１９１）
上記成形配列は、直径８インチの共通基盤の表面上に、少なくとも１，０００の上記光学素子に相当するウエハスケール密度で光学素子の加工を提供する、項目１９０に記載の加工マスタ。
（項目１９２）
上記成形配列は、非球面光学素子を成形するために構成される、項目１９０に記載の加工マスタ。
（項目１９３）
上記成形可能材料に構造的支持を与えるように構築および配列される支持挿入物を含む、項目１９０に記載の加工マスタ。
（項目１９４）
上記成形可能材料は、上記成形配列のドータ複製として形成される上記複数の光学素子の反転複製を含む、項目１９３に記載の加工マスタ。
（項目１９５）
上記共通基盤は、上記成形配列と該共通基盤とを整合状態で保持するようにそれぞれ構成されるチャックを使用して、上記整合配列と相互作用するように構成される、項目１９０に記載の加工マスタ。
（項目１９６）
上記整合配列は、指標マーク、バーニヤ、および基準のうちの少なくとも１つを含む、項目１９０に記載の加工マスタ。
（項目１９７）
上記成形配列は、サブ波長特徴を少なくとも１つの光学素子に付与するための配列を含み、該サブ波長特徴は、反射防止構造を該少なくとも１つの光学素子の上に付与するように構成される、項目１９０に記載の加工マスタ。
（項目１９８）
上記成形配列は、上記光学素子を作製するために使用される上記成形可能材料の所定の収縮を補償する寸法で構成される、項目１９０に記載の加工マスタ。
（項目１９９）
上記成形配列は、電磁エネルギの選択された帯域の通過を可能にする、光学的透過材料を含むことにより、それに曝されたときに反応を開始して、上記成形可能材料を硬化する、項目１９０に記載の加工マスタ。
（項目２００）
第１の側面と、該第１の側面から離れた第２の側面とを有する共通基盤と、
該共通基盤の第１の側面上に、整合状態で構築および配列され、そこにおける整合誤差は２波長未満である、第１の複数の光学素子と
を含む、アレイ撮像システム。
（項目２０１）
上記共通基盤の第２の側面の上に構築および配列される第２の複数の光学素子をさらに含む、項目２００に記載のアレイ撮像システム。
（項目２０２）
上記共通基盤の第１の側面に付設される第１の表面を有するスペーサをさらに含み、該スペーサは、該第１の表面から離れた第２の表面を提示し、そこを通って電磁エネルギを伝搬するために、上記第１の複数の光学素子と整合させられる複数の孔を含む、項目２００に記載のアレイ撮像システム。
（項目２０３）
上記スペーサの第２の表面に付設され、上記第１の複数の光学素子と整合させられる個々の空隙を画定する第２の共通基盤をさらに含む、項目２０２に記載のアレイ撮像システム。
（項目２０４）
第１の共通基盤と、
該第１の共通基盤の上に、精密な整合状態で構築および配列される第１の複数の光学素子と、
該第１の共通基盤に付設される第１の表面を有するスペーサと、
該第１の表面から離れた第２の表面を提示する該スペーサと、
自身を貫通する複数の孔を形成し、該第１の複数の光学素子と整合させられる該スペーサであって、自身を通って電磁エネルギを伝搬する、該スペーサと、
該第２の表面に接合され、該第１の複数の光学素子と整合させられる個々の空隙を画定する第２の共通基盤と上記空隙とのうちの少なくとも１つも中に配置される可動光学系と、
該可動光学系を可動するための配列と
を含む、アレイ撮像システム。
（項目２０５）
層状光学素子のアレイを共通基盤上に製造する方法であって、
（ａ）該層状光学素子のアレイを蒸着するために該共通基盤を調製することと、
（ｂ）該共通基盤および第１の加工マスタを搭載することにより、少なくとも２波長の精密な整合が、該第１の加工マスタと該共通基盤との間に存在することと、
（ｃ）該第１の加工マスタと該共通基盤との間に第１の成形可能材料を蒸着することと、
（ｄ）該第１の加工マスタと該共通基盤とを整合および係合することによって、該第１の成形可能材料を成形することと、
（ｅ）該第１の成形可能材料を硬化させて、該共通基盤の上に光学素子の第１の層を形成することと、
（ｆ）該第１の加工マスタを第２の加工マスタと代替することと、
（ｇ）第２の加工マスタと該光学素子の第１の層との間に第２の成形可能材料を蒸着することと、
（ｈ）該第２の加工マスタおよび該共通基盤を整合および係合することによって、該第２の成形可能材料を成形することと、
（ｉ）該第２の成形可能材料を硬化させ、該共通基盤の上に光学素子の第２の層を形成することと
を含む、方法。
（項目２０６）
上記光学素子の第１および第２の層のうちの少なくとも１つの上に反射防止コーティングを形成することをさらに含む、項目２０５に記載の方法。
（項目２０７）
上記層状光学素子のアレイが、光学素子の少なくとも３層を含むように、（ｆ）から（ｉ）を繰り返すことをさらに含む、項目２０５に記載の方法。
（項目２０８）
１組のプロセスによって形成される検出器ピクセルを加工する方法において、改良点として、該１組のプロセスのうちの少なくとも１つを使用して、該検出器ピクセル内に少なくとも１つの光学素子を形成することであって、該光学素子は、一定範囲の波長の電磁エネルギに作用するために構成される、ことを含む、方法。
（項目２０９）
さらなる改良点として、一定範囲の可視波長の電磁エネルギに作用する上記光学素子を構成することを含む、項目２０８に記載の方法。
（項目２１０）
上記検出器ピクセルは、所与の範囲の波長の電磁エネルギを受波するように構成され、さらなる改良として、作用することは、該所与の範囲の波長の電磁エネルギに作用する上記光学素子を構成することを含む、項目２０８に記載の方法。
（項目２１１）
さらなる改良点として、上記検出器ピクセルのそれぞれは、感光領域を含み、上記光学素子を形成することは、上記範囲の波長の上記電磁エネルギの少なくとも一部を該対応する検出器ピクセルの該感光領域の上へ誘導する該光学素子を構成することを含む、項目２０８に記載の方法。
（項目２１２）
さらなる改良点として、一定範囲の主光線角度の上記電磁エネルギの一部を上記感光領域上へ誘導するための上記光学素子を構成することを含む、項目２１１に記載の方法。
（項目２１３）
さらなる改良点として、上記光学素子を形成することは、上記範囲の波長の電磁エネルギを伝搬する一方、該範囲外の波長の電磁エネルギを遮断する該光学素子を構成することを含む、項目２０８に記載の方法。
（項目２１４）
さらなる改良点として、一定範囲の偏光状態の電磁エネルギに作用するための上記光学素子を構成することを含む、項目２０８に記載の方法。
（項目２１５）
さらなる改良点として、上記セットのプロセスは、リソグラフィ、レーザ切断、スタンピング、背面研削、分子パターン転写、およびブランケット蒸着のうちの少なくとも選択された１つを含む、項目２０８に記載の方法。
（項目２１６）
さらなる改良点として、上記光学素子を形成することは、上記検出器ピクセルを形成するためにも使用される材料から該光学素子を加工することを含む、項目２０８に記載の方法。
（項目２１７）
さらなる改良点として、上記光学素子を形成することは、相補型金属酸化膜半導体材料から該光学素子を形成することを含む、項目２１６に記載の検出器ピクセル。
（項目２１８）
さらなる改良点として、上記光学素子を形成することは、プラズマ蒸着窒化シリコン（ＰＥＳｉＮ）、およびプラズマ蒸着酸化物（ＰＥＯＸ）のうちの少なくとも選択された１つから該光学素子を形成することを含む、項目２１７に記載の方法。
（項目２１９）
さらなる改良点として、上記光学素子を形成することは、複数のサブ波長構造を生成することを含む、項目２１７に記載の方法。
（項目２２０）
さらなる改良点として、上記複数のサブ波長構造を生成することは、上記範囲の波長の少なくとも一部より小さい構造を形成することを含む、項目２１９に記載の方法。
（項目２２１）
さらなる改良点として、電磁エネルギをその裏面から受波する上記検出器ピクセルを構成することを含む、項目２０８に記載の方法。
（項目２２２）
複数の検出器ピクセルを含む検出器と、
該複数の検出器ピクセルのうちの少なくとも１つと一体的に形成される光学素子であって、一定範囲の波長の電磁エネルギに作用するために構成される、光学素子と
を含む、電磁エネルギ検出システム。
（項目２２３）
上記複数の検出器ピクセルのうちの少なくとも１つは、上記範囲の波長の電磁エネルギを受波するために構成され、上記光学素子は、該範囲の波長の電磁エネルギに作用するためにさらに構成される、項目２２２に記載のシステム。
（項目２２４）
上記範囲の波長は、可視波長を含む、項目２２２に記載のシステム。
（項目２２５）
上記光学素子は、屈折素子、薄膜フィルタ、共振空洞、および電磁エネルギ拘束空洞のうちの少なくとも選択された１つを含む、項目２２２に記載のシステム。
（項目２２６）
上記光学素子は、リレーサブシステムを形成する複数の構造を含む、項目２２２に記載のシステム。
（項目２２７）
上記光学素子は、一連の波長選択フィルタを含む、項目２２６に記載のシステム。
（項目２２８）
上記一連の波長選択フィルタは、帯域通過フィルタを実装するために構成される、項目２２７に記載のシステム。
（項目２２９）
上記一連の波長選択フィルタは、ピクセル色を選択するように構成される、項目２２７に記載のシステム。
（項目２３０）
上記検出器ピクセルはそれぞれ、感光領域を含み、上記光学素子は、電磁エネルギを該検出器ピクセルのうちの１つの該感光領域へ再誘導するための導波管を含む、項目２２２に記載のシステム。
（項目２３１）
上記導波管は、低屈折率材料内に封入された高屈折率材料を含む、項目２３０に記載のシステム。
（項目２３２）
上記導波管は、縦軸を含み、該導波管は、該縦軸に垂直である半径方向に変化する屈折率プロファイルを含む、項目２３０に記載のシステム。
（項目２３３）
上記光学素子は、メタ材料を含む、項目２２２に記載のシステム。
（項目２３４）
上記電磁エネルギ検出システムは、上記範囲の波長を含む電磁エネルギを受波し、上記メタ材料は、該範囲の波長内の波長のうちの少なくとも１つより小さい構造を含む、項目２３３に記載のシステム。
（項目２３５）
上記光学素子は、相補型金属−酸化物−金属半導体材料から形成される、項目２２２に記載のシステム。
（項目２３６）
上記光学素子は、プラズマ蒸着窒化シリコン（ＰＥＳｉＮ）およびプラズマ蒸着酸化物（ＰＥＯＸ）のうちの少なくとも選択された１つから形成される、項目２３５に記載のシステム。
（項目２３７）
上記光学素子は、ＰＥＳｉＮおよびＰＥＯＸの組み合わせ層から形成される、項目２３６に記載のシステム。
（項目２３８）
上記光学素子は、ＰＥＳｉＮおよびＰＥＯＸの交互層から形成される、項目２３７に記載のシステム。
（項目２３９）
上記光学素子は、ＰＥＳｉＮおよびＰＥＯＸの介在層から形成される、項目２３７に記載のシステム。
（項目２４０）
上記光学素子は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、ホスホシリケイトガラス（ＰＳＧ）、フッ素ドープケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）、およびＢＬＡＣＫ ＤＩＡＭＯＮＤ（登録商標）（ＢＤ）のうちの少なくとも選択された１つから形成される、項目２２２に記載のシステム。
（項目２４１）
上記検出器ピクセルのうちの少なくとも１つは、その裏面から電磁エネルギを受波するために構成される、項目２２２に記載のシステム。
（項目２４２）
上記光学素子は、上記裏面とその感光領域との間の上記検出器ピクセルと一体的に形成される、項目２４１に記載のシステム。
（項目２４３）
上記光学素子は、電磁エネルギを上記感光領域へ誘導する導波管を含む、項目２４２に記載のシステム。
（項目２４４）
上記光学素子は、感光領域と上記検出器ピクセルの前面との間の該検出器ピクセルと一体的に形成される、項目２４１に記載のシステム。
（項目２４５）
その上に入射する一定範囲の波長の電磁エネルギを誘導する電磁エネルギ検出システムであって、
複数の検出器ピクセルを含む検出器であって、該検出器ピクセルのそれぞれは、少なくとも１つの感光領域を含む、検出器と、
該複数の検出器ピクセルのうちの少なくとも１つと一体的に形成される光学系であって、該範囲の波長の電磁エネルギを該少なくとも１つの検出器ピクセルの該感光領域の上へ選択的に再誘導するように構成される、光学系と
を含む、システム。
（項目２４６）
上記光学系は、一定範囲の偏光状態のうちの１つを有する電磁エネルギを再誘導する、項目２４５に記載のシステム。
（項目２４７）
上記光学系は、光軸を含み、上記複数の検出器ピクセルのそれぞれは、ピクセル法線を含み、少なくとも１つの該光学系の光軸は、その対応する検出器ピクセルのピクセル法線と非共線上にある、項目２４５に記載のシステム。
（項目２４８）
上記複数の検出器ピクセルのそれぞれは、ピクセル感度によって特徴付けられ、上記光学系は、上記光学系を伴わないピクセルのピクセル感度と比較して、その対応する検出器ピクセルのピクセル感度を増加するように構成される、項目２４５に記載のシステム。
（項目２４９）
上記光学系は、上記範囲の波長の一部の電磁エネルギを伝搬する一方、該範囲の波長の一部以外の電磁エネルギを遮断するためにさらに構成される、項目２４５に記載のシステム。
（項目２５０）
上記複数の検出器ピクセルのうちの１つに対し上記範囲の波長の一部を選択するために、該複数の検出器ピクセルの上に形成される複数の共通層と、該複数の検出器ピクセルのそれぞれにカスタマイズされた複数の波長選択層とをさらに含む、項目２４５に記載のシステム。
（項目２５１）
上記複数の共通層は、ブランケット蒸着によって形成される、項目２５０に記載のシステム。
（項目２５２）
上記光学系は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、ホスホシリケイトガラス（ＰＳＧ）、フッ素ドープケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）、およびＢＬＡＣＫ ＤＩＡＭＯＮＤ（登録商標）（ＢＤ）のうちの少なくとも選択された１つから形成される、項目２４５に記載のシステム。
（項目２５３）
上記検出器は、保護層、平坦化層、およびカバープレートのうちの少なくとも１つを含む、項目２４５に記載のシステム。
（項目２５４）
上記検出器ピクセルのうちの少なくとも１つは、その裏面から電磁エネルギを受波するように構成される、項目２４５に記載のシステム。
（項目２５５）
上記光学系は、上記検出器ピクセルの裏面と上記感光領域との間の該検出器ピクセル内に配置される、項目２５４に記載のシステム。
（項目２５６）
上記光学系は、上記感光領域と上記検出器ピクセルの前面との間の該検出器ピクセル内に配置される、項目２５４に記載のシステム。
（項目２５７）
電磁エネルギ検出器において、改良点として、
上記検出器と一体的に形成され、その上に入射する一定範囲の波長の電磁エネルギを再分布するための複数のサブ波長特徴を含む構造を含む、電磁エネルギ検出器。
（項目２５８）
上記検出器は、少なくとも１つの検出器ピクセルを含み、さらなる改良点として、上記構造は、上記範囲の波長の少なくとも一部の上記電磁エネルギを該検出器ピクセル内の少なくとも１つの特定の位置へ選択的に誘導する、項目２５７に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２５９）
さらなる改良点として、上記サブ波長特徴は、一定範囲の偏光状態の電磁エネルギを上記１つの特定の位置へ誘導する、項目２５８に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２６０）
上記検出器ピクセルは、感光領域を含み、さらなる改良点として、上記構造は、上記電磁エネルギの上記範囲の波長の一部を該検出器ピクセルの感光領域へ選択的に誘導する、項目２５８に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２６１）
上記検出器ピクセルは、感光領域を含み、さらなる改良点として、上記構造は、上記電磁エネルギの上記範囲の波長の一部を該検出器ピクセルの感光領域から離れて分布する、項目２５８に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２６２）
さらなる改良点として、上記サブ波長特徴は、３次元対称、混合対称、および非対称構成のうちの１つを含む、項目２５７に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２６３）
さらなる改良点として、上記構成の対称は、材料、位置、特徴サイズ、配向、および屈折率のうちの少なくとも選択された１つの観点で画定される、項目２６２に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２６４）
さらなる改良点として、上記サブ波長特徴は、主光線角度補正を実施するための混合対称構成で配列される、項目２６２に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２６５）
さらなる改良点として、上記構造は、相補型金属酸化膜半導体材料から形成される、項目２５７に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２６６）
さらなる改良点として、上記構造は、上記検出器から一体的に形成される、項目２６５に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２６７）
さらなる改良点として、上記検出器は、その裏面から電磁エネルギを受波するために構成される少なくとも１つの検出器ピクセルを含む、項目２５７に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２６８）
電磁エネルギ検出器において、改良点として、検出器と一体的に形成され、帯域通過フィルタリング、エッジフィルタリング、カラーフィルタリング、高域フィルタリング、低域フィルタリング、反射防止、ノッチフィルタリング、および遮断フィルタリングのうちの少なくとも１つを提供する薄膜フィルタを含む、電磁エネルギ検出器。
（項目２６９）
さらなる改良点として、上記薄膜フィルタは、上記検出器を形成する少なくとも２つの材料から形成される、項目２６８に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２７０）
さらなる改良点として、上記薄膜フィルタは、一定範囲の主光線角度の電磁エネルギを受波するためにさらに構成される、項目２６８に記載の検出器。
（項目２７１）
さらなる改良点として、上記薄膜フィルタは、相補型金属酸化膜半導体加工と適合する材料を使用して形成される、項目２６８に記載の検出器。
（項目２７２）
さらなる改良点として、イオン移動およびドナー寄与のうちの少なくとも１つを防止するために、上記薄膜フィルタに隣接して配置される緩衝層を含む、項目２６８に記載の検出器。
（項目２７３）
さらなる改良点として、上記薄膜フィルタは、赤−緑−青（ＲＧＢ）フィルタ、シアン−マゼンタ−黄（ＣＭＹ）フィルタ、赤外線（ＩＲ）カットフィルタ、赤−緑−青−白色（ＲＧＢＷ）フィルタ、シアン−マゼンタ−黄−白色（ＣＭＹＷ）フィルタ、シアン−マゼンタ−黄−緑（ＣＭＹＧ）フィルタ、および反射防止（ＡＲ）フィルタのうちの少なくとも１つを提供するように構成される、項目２６８に記載の検出器。
（項目２７４）
さらなる改良点として、上記電磁エネルギ検出器は、その裏面から電磁エネルギを受波するために構成される、項目２６８に記載の検出器。
（項目２７５）
１組のプロセスによって電磁エネルギ検出器を形成する方法において、改良点として、
該１組のプロセスのうちの少なくとも１つを使用して、該検出器内に薄膜フィルタを形成することと、
帯域通過フィルタリング、エッジフィルタリング、カラーフィルタリング、高域フィルタリング、低域フィルタリング、反射防止、ノッチフィルタリング、遮断フィルタリング、および主光線角度補正のうちの少なくとも選択された１つを実施する該薄膜フィルタを構成することと
を含む、方法。
（項目２７６）
さらなる改良点として、上記薄膜フィルタを形成することは、リソグラフィ、レーザ切断、スタンピング、背面研削、分子パターン転写、ブランケット蒸着、およびイオン注入のうちの少なくとも選択された１つを使用することを含む、項目２７５に記載の方法。
（項目２７７）
さらなる改良点として、上記薄膜フィルタを形成することは、上記検出器を形成するために使用される材料から該薄膜フィルタを形成することを含む、項目２７５に記載の方法。
（項目２７８）
その中に形成される感光領域を有する少なくとも１つの検出器ピクセルを含む電磁エネルギ検出器において、改良点として、
該検出器ピクセルの入射瞳において、該検出器ピクセルと一体的に形成され、その上に入射する電磁エネルギのうちの少なくとも一部を該感光領域へ再分布する主光線角度補正器を含む、電磁エネルギ検出器。
（項目２７９）
さらなる改良点として、上記主光線角度補正器は、上記検出器を形成する少なくとも１つの材料から形成される、項目２７８に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２８０）
上記検出器は、１組のプロセスによって形成され、さらなる改良点として、上記主光線角度補正器は、該１組のプロセスのうちの少なくとも１つを使用して形成される、項目２７９に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２８１）
さらなる改良点として、上記主光線角度補正器は、リソグラフィによって画定される空間的可変薄膜層、サブ波長特徴を有する空間的可変構造、上記検出器ピクセルの上記入射瞳においてリソグラフィによって画定される構造、空間的可変信号処理および先細構造を組み合わせた光学素子のうちの少なくとも選択された１つとして構成される、項目２８０に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２８２）
さらなる改良点として、上記検出器ピクセルは、その裏面から電磁エネルギを受波するように構成される、項目２７８に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２８３）
複数の検出器ピクセルと、
該検出器ピクセルのうちの少なくとも１つと一体的に形成され、帯域通過フィルタリング、エッジフィルタリング、カラーフィルタリング、高域フィルタリング、低域フィルタリング、反射防止、ノッチフィルタリング、遮断フィルタリング、および主光線角度補正のうちの少なくとも選択された１つのために構成される薄膜フィルタとを含む、電磁エネルギ検出システム。
（項目２８４）
上記薄膜フィルタは、上記検出器ピクセルを形成する少なくとも２つ材料から形成される、項目２８３に記載のシステム。
（項目２８５）
イオン移動およびドナー寄与のうちの少なくとも１つを防止するために、上記薄膜フィルタに隣接して配置される緩衝層をさらに含む、項目２８３に記載のシステム。
（項目２８６）
上記薄膜フィルタは、赤−緑−青（ＲＧＢ）フィルタ、シアン−マゼンタ−黄（ＣＭＹ）フィルタ、赤外線（ＩＲ）カットフィルタ、赤−緑−青−白色（ＲＧＢＷ）フィルタ、シアン−マゼンタ−黄−白色（ＣＭＹＷ）フィルタ、シアン−マゼンタ−黄−緑（ＣＭＹＧ）フィルタ、および反射防止（ＡＲ）フィルタのうちの少なくとも選択された１つとして構成される、項目２８３に記載のシステム。
（項目２８７）
上記少なくとも１つの検出器ピクセルは、その裏面から電磁エネルギを受波するように構成される、項目２８３に記載のシステム。
（項目２８８）
複数の検出器ピクセルであって、該複数の検出器ピクセルのそれぞれは、感光領域と、該検出器ピクセルの入射瞳において、該検出器ピクセルと一体的に形成される主光線角度補正器とを含み、上記主光線角度補正器は、その上に入射する電磁エネルギのうちの少なくとも一部を該検出器ピクセルの該感光領域へ誘導するために構成される、複数の検出器ピクセルを含む、電磁エネルギ検出システム。
（項目２８９）
上記主光線角度補正器は、偏心回折構造、チャープ回折格子、可変高構造、および空間的可変有効屈折率を呈するサブ波長特徴の集合のうちの少なくとも１つを含む、項目２８８に記載の電磁エネルギ検出システム。
（項目２９０）
上記主光線角度補正器は、対称中心を含み、該対称中心は、上記検出器ピクセルの中心に対しオフセットされる、項目２８８に記載の電磁エネルギ検出システム。
（項目２９１）
上記主光線角度補正器は、リソグラフィによって画定される空間的可変薄膜層、サブ波長特徴を有する空間的可変構造、上記検出器ピクセルの上記入射瞳においてリソグラフィによって画定される構造、空間的可変信号処理および先細構造を組み合わせた光学素子のうちの少なくとも選択された１つを含む、項目２８８に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２９２）
上記検出器ピクセルのうちの少なくとも１つは、その裏面から電磁エネルギを受波するために構成される、項目２８８に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目２９３）
少なくとも第１と第２のフィルタ設計とを同時に生成する方法であって、該第１および第２のフィルタ設計のそれぞれは、複数の薄膜層を画定し、
ａ）該第１のフィルタ設計のための第１のセットの要件と、該第２のフィルタ設計のための第２のセットの要件とを定義することと、
ｂ）該第１および第２のセットの要件に従って、該第１および第２のフィルタ設計のそれぞれにおいて該薄膜層を特徴付ける、少なくとも選択されたパラメータを最適化し、該第１のフィルタ設計のための非制約設計と、該第２のフィルタ設計のための第２の非制約設計とを生成することと、
ｃ）該第１のフィルタ設計における該薄膜層のうちの１つと、該第２のフィルタ設計における該薄膜層のうちの１つとを一対にして、第１の組の一対の層を画定することであって、該第１の組の一対の層ではない層は、対でない層である、ことと、
ｄ）該第１のセットの一対の層の該選択されたパラメータを第１の共通値に設定することと、
ｅ）該第１および第２のフィルタ設計における該対でない層の該選択されたパラメータを再び最適化することにより、該第１のフィルタ設計のための第１の部分的制約設計と、該第２のフィルタ設計のための第２の部分的制約設計とを生成することであって、該第１および第２の部分的制約設計のそれぞれは、該第１および第２のセットの要件の少なくとも一部と一致する、ことと
を含む、方法。
（項目２９４）
ｆ）上記第１のフィルタ設計における上記対でない層のうちの１つと、上記第２のフィルタ設計における上記対でない層のうちの１つとを一対にして、第２のセットの一対の層を画定することと、
ｇ）該第２のセットの一対の層の上記選択されたパラメータを第２の共通値に設定することと、
ｈ）該第１および第２のフィルタ設計における残りの対でない層の上記選択されたパラメータを再び最適化して、該第１のフィルタ設計のための第１のさらなる制約設計と、該第２のフィルタ設計のための第２のさらなる制約設計とを生成することと
をさらに含む、項目２９３に記載の方法。
（項目２９５）
上記第１のフィルタ設計における上記薄膜層のそれぞれが、上記第２のフィルタ設計における上記薄膜層の対応する１つと一対にされるまで、ｆ）、ｇ）、およびｈ）を繰り返すことにより、該第１のフィルタ設計のための第１の完全制約設計と、該第２のフィルタ設計のための第２の完全制約設計とを生成することをさらに含む、項目２９４に記載の方法。
（項目２９６）
上記第１および第２の完全制約設計を再び最適化することにより、上記第１のフィルタ設計のための第１の最終設計と、上記第２のフィルタ設計のための第２の最終設計とを生成することをさらに含み、該第１および第２の最終設計のそれぞれは、該第１および第２の完全制約設計と比較して、それぞれ、上記第１および第２の組の要件にさらに一致する、項目２９５に記載の方法。
（項目２９７）
ｉ）複数の薄膜層を含む第３のフィルタ設計のための第３の組の要件を規定することと、
ｊ）該第３の組の要件に従って、該第３のフィルタ設計における該薄膜層を特徴付ける少なくとも上記選択されたパラメータを最適化することにより、該第３のフィルタ設計のための第３の非制約設計を生成することと、
ｋ）該第３のフィルタ設計における該薄膜層のうちの１つと、該第１および第２のフィルタ設計における上記対でない層のうちの１つとを一対にすることにより、第３の組の対層を画定することと、
ｌ）該第３の組の一対にされた層の該選択されたパラメータを第３の共通値に設定することと、
ｍ）該第１と、第２と、第３のフィルタ設計とにおける該対でない層の該選択されたパラメータを再び最適化し、該第１のフィルタ設計のための第１のさらなる制約設計と、該第２のフィルタ設計のための第２のさらなる制約設計と、該第３のフィルタ設計のための第３のさらなる制約設計とを生成することと
をさらに含む、項目２９４に記載の方法。
（項目２９８）
上記第１のフィルタ設計のための第１の完全制約設計と、上記第２のフィルタ設計のための第２の完全制約設計と、上記第３のフィルタ設計のための第３の完全制約設計とを生成するように、上記第１と、第２と、第３のフィルタ設計とにおける上記薄膜層がそれぞれ、該第１と、第２と、第３のフィルタ設計とのうちの１つにおける該薄膜層の対応する１つと一対にされるまで、ｉ）からｍ）を繰り返すことをさらに含む、項目２９７に記載の方法。
（項目２９９）
上記第１と、第２と、第３の完全制約設計とを再び最適化し、上記第１のフィルタ設計のための第１の最終設計と、上記第２のフィルタ設計のための第２の最終設計と、上記第３のフィルタ設計のための第３の最終設計とを生成することをさらに含み、該第１と、第２と、第３の最終設計とのそれぞれは、該第１と、第２と、第３の完全制約設計と比較して、それぞれ、上記第１と、第２と、第３の組の要件とさらに一致する、項目２９８に記載の方法。
（項目３００）
上記第１のフィルタ設計のための第１のセットの要件と、上記第２のフィルタ設計のための第２のセットの要件とを規定することは、該第１のフィルタ設計のための薄膜層の第１の数と、該第２のフィルタ設計のための薄膜層の第２の数とを判断することを含む、項目２９３に記載の方法。
（項目３０１）
上記第１のフィルタ設計のための薄膜層の上記第１の数と、上記第２のフィルタ設計のための薄膜層の上記第２の数とを判断することは、該第１および第２の数を共通数に設定することを含む、項目３００に記載の方法。
（項目３０２）
上記薄膜層の上記選択されたパラメータは、層厚、層光学膜厚、層屈折率、および層透過率のうちの少なくとも選択された１つである、項目２９３に記載の方法。
（項目３０３）
上記第１および第２の組の要件のそれぞれは、上記第１および第２のフィルタ設計の対応する１つのための性能目標、１組の制約、１組の制限、および上記選択されたパラメータを最適化する際に使用するためのメリット関数のうちの少なくとも１つを含む、項目２９３に記載の方法。
（項目３０４）
上記セットの制約は、材料の種類、材料厚の範囲、材料屈折率、処理ステップの数、およびマスキング操作の数のうちの少なくとも１つを含む、項目３０３に記載の方法。
（項目３０５）
上記第１および第２の組の要件を規定することは、
少なくとも上記第１のフィルタ設計のための第１の標的波長と、上記第２のフィルタ設計のための第２の標的波長とを識別することと、
該第１のフィルタ設計のための該第１の標的波長と、該第２のフィルタ設計のための該第２の標的波長のそれぞれにおいて、透過目標および吸収目標のうちの少なくとも１つを指定することと
を含む、項目２９３に記載の方法。
（項目３０６）
上記第１および第２の非制約設計を生成することと、上記第１および第２の制約設計を生成することとは、シミュレーションアニーリング最適化ルーチン、シンプレックス最適化ルーチン、共役勾配最適化ルーチン、および群最適化ルーチンのうちの少なくとも選択された１つを含む、項目２９３に記載の方法。
（項目３０７）
上記対にされた層の上記選択されたパラメータを設定することは、該選択されたパラメータが設定される上記共通値を最適化することを含む、項目２９３に記載の方法。
（項目３０８）
少なくとも第１および第２の検出器ピクセルを含む電磁エネルギ検出器を形成する方法において、改良点として、
第１および第２の薄膜フィルタが、少なくとも共通層を共有するように、第１の薄膜フィルタを該第１の検出器ピクセルと、第２の薄膜フィルタを該第２の検出器ピクセルと一体的に形成することを含む、方法。
（項目３０９）
さらなる改良点として、上記第１および第２の薄膜フィルタを一体的に形成することは、上記検出器を形成するために使用される１組のプロセスに適合する材料を利用して、該第１および第２の薄膜フィルタを形成することを含む、項目３０８に記載の方法。
（項目３１０）
さらなる改良点として、
帯域通過フィルタリング、エッジフィルタリング、カラーフィルタリング、高域フィルタリング、低域フィルタリング、反射防止、ノッチフィルタリング、遮断フィルタリング、および波長選択フィルタリングのうちの少なくとも１つとして選択される、それぞれ、第１および第２のタスクを実施する上記第１および第２の薄膜フィルタを構成することを含む、項目３０８に記載の方法。
（項目３１１）
さらなる改良点として、構成することは、共通の標的波長において異なるタスクを実施する上記第１および第２の薄膜フィルタを設計することを含む、項目３１０に記載の方法。
（項目３１２）
さらなる改良点として、構成することは、異なる標的波長において同一タスクを実施するための上記第１および第２の薄膜フィルタを設計することを含む、項目３１０に記載の方法。
（項目３１３）
さらなる改良点として、構成することは、異なる標的波長において異なるタスクを実施する上記第１および第２の薄膜フィルタを設計することを含む、項目３１０に記載の方法。
（項目３１４）
さらなる改良点として、
赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタ、シアンフィルタ、マゼンタフィルタ、黄フィルタ、赤外線（ＩＲ）カットフィルタ、および反射防止（ＡＲ）フィルタのうちの少なくとも選択された１つとして、上記第１および第２の薄膜フィルタのそれぞれを構成することを含む、項目３０８に記載の方法、
（項目３１５）
さらなる改良点として、一体的に形成することは、選択エッチングプロセス、選択マスキングプロセス、および制御エッチングプロセスのうちの少なくとも選択された１つを使用することを含む、項目３０８に記載の方法。
（項目３１６）
さらなる改良点として、上記フィルタ応答は、各層厚を増加することによって、垂直でない入射に対し補正される、項目３０８に記載の方法。
（項目３１７）
さらなる改良点として、一体的に形成することは、選択エッチングプロセスを利用して、上記第１および第２のフィルタのうちの１つ内の少なくとも第１の層厚を制御することを含み、該選択エッチングプロセスは、該第１の層の上に重なる第２の層が完全に除去されるまで、重層をエッチングし、該エッチングプロセスは、実質的にエッチングされない該第１の層を残す、項目３０８に記載の方法。
（項目３１８）
少なくとも第１および第２の検出器ピクセルを含む電磁エネルギ検出器において、改良点として、
それぞれ、該第１および第２の検出器ピクセルと一体的に形成される第１および第２の薄膜フィルタを含み、該第１および第２の薄膜フィルタは、その上に入射する電磁エネルギを修正するために構成され、該第１および第２の薄膜フィルタは、少なくとも１つの共通層を共有する、電磁エネルギ検出器。
（項目３１９）
さらなる改良点として、上記第１および第２の薄膜フィルタのそれぞれは、上記第１および第２の検出器ピクセルを形成する１組のプロセスと適合する材料から形成される複数の層を含む、項目３１８に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目３２０）
上記検出器は、上記第１および第２の検出器ピクセルと別個の第３の検出器ピクセルを含み、さらなる改良点として、
該第３の検出器ピクセルと一体的に形成される第３の薄膜フィルタを含み、
該第３の薄膜フィルタもまた、上記組のプロセスと適合する材料から形成される複数の層を含み、
該第３の薄膜フィルタは、上記第１および第２の薄膜フィルタのうちの少なくとも１つと、少なくとも１つの共通層を共有する、項目３１９に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目３２１）
さらなる改良点として、上記第１および第２の薄膜フィルタのそれぞれは、第１および第２の波長において、帯域通過フィルタリング、エッジフィルタリング、カラーフィルタリング、高域フィルタリング、低域フィルタリング、反射防止、ノッチフィルタリング、および遮断フィルタリングのうちの少なくとも１つとして選択されたタスクを実施するために構成される、項目３１８に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目３２２）
さらなる改良点として、上記第３の薄膜フィルタによって実施される上記タスクは、上記第１および第２の薄膜フィルタによって実施される上記タスクのうちの少なくとも１つと異なる、項目３２１に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目３２３）
さらなる改良点として、上記第３の薄膜フィルタの上記標的波長は、上記第１および第２の薄膜フィルタの上記標的波長のうちの少なくとも１つと異なる、項目３２１に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目３２４）
さらなる改良点として、上記第３の薄膜フィルタによって実施される上記タスクは、上記第１および第２の薄膜フィルタによって実施される上記タスクのうちの少なくとも１つと異なり、上記第３の薄膜フィルタの上記標的波長は、上記第１および第２の薄膜フィルタの上記標的波長のうちの少なくとも１つと異なる、項目３２１に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目３２５）
さらなる改良点として、上記第１および第２の薄膜フィルタのうちの少なくとも１つは、高屈折率材料および低屈折率材料の交互層を含む、項目３１８に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目３２６）
さらなる改良点として、上記第１および第２の薄膜フィルタはそれぞれ、赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタ、シアンフィルタ、マゼンタフィルタ、黄フィルタ、赤外線（ＩＲ）カットフィルタ、および反射防止（ＡＲ）フィルタのうちの少なくとも１つとして構成される、項目３１８に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目３２７）
複数の検出器ピクセルを含む電磁エネルギ検出器において、改良点として、
該検出器ピクセルのうちの少なくとも選択された１つと一体的に形成される電磁エネルギ修正素子であって、その上に入射する電磁エネルギのうちの少なくとも一部を該選択された検出器ピクセルの中に誘導するように構成される、電磁エネルギ修正素子を含み、
該電磁エネルギ修正素子は、該検出器を形成するために使用されるプロセスと適合する材料を含み、
該電磁エネルギ修正素子は、少なくとも１つの平面でない表面を含むように構成される、電磁エネルギ検出器。
（項目３２８）
さらなる改良点として、複数の電磁エネルギ修正素子を含み、各電磁エネルギ修正素子は、上記複数の検出器ピクセルの対応する１つと一体的に形成される、項目３２７に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目３２９）
さらなる改良点として、上記複数の電磁エネルギ修正素子は、アレイ内に構成される、項目３２８に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目３３０）
さらなる改良点として、上記複数の電磁エネルギ修正素子の複合表面が、湾曲プロファイルおよび勾配プロファイルのうちの少なくとも１つと近似するように、該複数の電磁エネルギ修正素子のそれぞれは、別の該複数の電磁エネルギ修正素子に隣接して直接配置される、項目３２８に記載の電磁エネルギ検出器、
（項目３３１）
さらなる改良点として、上記電磁エネルギ修正素子は、メタレンズ、主光線角度補正器、回折素子、および屈折素子のうちの少なくとも選択された１つを形成するように構成される、項目３２７に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目３３２）
さらなる改良点として、その裏面から電磁エネルギを受波するように構成される上記検出器ピクセルのうちの少なくとも上記選択された１つを含む、項目３２７に記載の電磁エネルギ検出器。
（項目３３３）
１組のプロセスによって電磁エネルギ検出器を形成する方法において、複数の検出器ピクセルを含む該電磁エネルギ検出器は、改良点として、
その上に入射する電磁エネルギのうちの少なくとも一部を上記選択された検出器ピクセル内に誘導するように構成される少なくとも１つの電磁エネルギ修正素子を、該検出器ピクセルのうちの少なくとも選択された１つと、上記組のプロセスのうちの少なくとも１つによって、一体的に形成することを含み、
一体的に形成することは、
第１の層を蒸着することと、
該第１の層の中に少なくとも１つの解放領域を形成することであって、該解放領域は、実質的に平面の表面によって特徴付けられる、ことと、
該第１の層が、少なくとも１つの非平面特徴を画定するように、該解放領域の上部に第１の層を蒸着することと、
第２の層が、該非平面特徴を少なくとも部分的に充填するように、該第１の層の上部に該第２の層を蒸着することと、
該第１の層の非平面特徴を充填する該第２の層の一部を残して、該電磁エネルギ修正素子を形成するように、該第２の層を平坦化することと
を含む、方法。
（項目３３４）
さらなる改良点として、上記組のプロセスと適合する材料から上記電磁エネルギ修正素子を形成することを含む、項目３３３に記載の方法。
（項目３３５）
１組のプロセスによって電磁エネルギ検出器を形成する方法において、上記検出器は、複数の検出器ピクセルを含み、改良点として、
その上に入射する電磁エネルギのうちの少なくとも一部を上記選択された検出器ピクセルの中に誘導するように構成される電磁エネルギ修正素子を、該複数の検出器ピクセルのうちの少なくとも１つと、上記組のプロセスのうちの少なくとも１つによって、一体的に形成することを含み、該一体的に形成することは、
第１の層を蒸着することと、
該第１の層の中に少なくとも１つの突起を形成することであって、該突起は、実質的に平面の表面によって特徴付けられる、ことと、
該第１の層が、該電磁エネルギ修正素子として、少なくとも１つの非平面特徴を画定するように、該平面特徴の上部に第１の層を蒸着することと
を含む、方法。
（項目３３６）
さらなる改良点として、上記セットのプロセスと適合する材料から上記電磁エネルギ修正素子を形成することを含む、項目３３５に記載の方法。
（項目３３７）
さらなる改良点として、上記セットのプロセスと共通で使用されない材料から上記電磁エネルギ修正素子を形成することを含む、項目３３５に記載の方法。
（項目３３８）
電磁エネルギ検出器を設計する方法であって、
複数の入力パラメータを指定することと、
上記入力電磁エネルギを該検出器の中に誘導するために、該複数の入力パラメータに基づいて、サブ波長構造の形状を生成することと
を含む、方法。
（項目３３９）
上記複数の入力パラメータを指定することは、検出器形状、加工制限、材料、入力電磁エネルギの波長範囲および入射角度、上記入力パラメータとしてのサブ波長構造形状の最初の推測値のうちの少なくとも１つを選択することを含む、項目３３８に記載の方法。
（項目３４０）
生成することは、複数の柱を含むメタレンズ設計を識別することを含む、項目３３８に記載の方法。
（項目３４１）
生成することは、
上記入力電磁エネルギを上記検出器の中に誘導するプリズムと同等のパラメータを規定することと、
該同等のプリズムのパラメータに基づいて、上記サブ波長構造のパラメータを計算し、該入力電磁エネルギを該検出器の中に誘導するサブ波長プリズム格子を形成することと
をさらに含む、項目３４０に記載の方法。
（項目３４２）
シミュレーションアニーリング最適化ルーチン、シンプレックス最適化ルーチン、共役勾配最適化ルーチン、および群最適化ルーチンのうちの少なくとも選択された１つを使用して、上記形状を最適化することをさらに含む、項目３３８に記載の方法。
（項目３４３）
アレイ撮像システムを加工する方法であって、
層状光学素子のアレイを形成することであって、該層状光学素子のそれぞれは、共通基盤とともに形成される検出器のアレイの中の少なくとも１つの検出器と光学的に接続されることにより、アレイ撮像システムを形成する、ことを含み、
該層状光学素子のアレイを形成することは、
第１の加工マスタを使用して、光学素子の第１の層を該検出器のアレイの上に形成することであって、該第１の加工マスタは、その上に形成される該光学素子の第１の層のネガティブを含む第１のマスタ基板を有する、ことと、
第２の加工マスタを使用して、該光学素子の第１の層に隣接する光学素子の第２の層を形成することであって、該第２の加工マスタは、その上に形成される該光学素子の第２の層のネガティブを含む第２のマスタ基板を含む、ことと
を含む、方法。
（項目３４４）
上記光学素子の第１および第２の層を形成することのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのメニスカスレンズを形成することを含む、項目３４３に記載の方法。
（項目３４５）
上記光学素子の第１および第２の層を形成することのうちの少なくとも１つは、厚さ１〜１０００μｍを有する少なくとも１つの光学素子を形成することを含む、項目３４３に記載の方法。
（項目３４６）
上記光学素子の第１および第２の層を形成することのうちの少なくとも１つは、該光学素子のうちの少なくとも１つを色消しであるように構成することを含む、項目３４３に記載の方法。
（項目３４７）
上記層状光学素子のアレイを形成することは、上記共通基盤から連続手順で各光学素子を形成することを含む、項目３４３に記載の方法。
（項目３４８）
上記層状光学素子のアレイを形成することは、上記共通基盤の最近接の層が、該層状光学素子のアレイの他の全層の後に形成されるように、順番に光学素子の各層を形成することを含む、項目３４３に記載の方法。
（項目３４９）
上記層状光学素子のアレイを形成することは、上記共通基盤に接触するように機能する対応する加工マスタの中のスタンドオフ構造を使用することによって、光学素子の少なくとも１つの層厚の制御を保証することを含む、項目３４３に記載の方法。
（項目３５０）
上記層状光学素子のアレイを収容するように配列される貫通孔を画定する構造を有するスペーサプレートを適用することをさらに含む、項目３４３に記載の方法。
（項目３５１）
他の光学系に加え、上記層状光学素子のアレイと貫通孔との組み合わせを含むアレイ撮像システムを構築することをさらに含む、項目３５０に記載の方法。
（項目３５２）
上記貫通孔のうちの少なくとも１つの中に可動光学系を構成し、少なくとも１つのズーム撮像システムを形成することをさらに含む、項目３５０に記載の方法。
（項目３５３）
上記スペーサが、上記層状光学素子のアレイと光学素子の第３の層との間の間隔を制御するように、該スペーサの上に該光学素子の第３の層を付着することをさらに含む、項目３５０に記載の方法。
（項目３５４）
上記スペーサプレートの上に保護ガラス層を付着することをさらに含む、項目３５０に記載の方法。
（項目３５５）
封止材を採用し、上記層状光学素子のアレイの機械的な完全性を向上させることをさらに含む、項目３４３に記載の方法。
（項目３５６）
上記層状光学素子のアレイの少なくとも１つの層状光学素子の上に開口をパターン化することをさらに含む、項目３４３に記載の方法。
（項目３５７）
上記開口をパターン化することは、電磁エネルギを吸収および遮断することのうちの１つのための構造を密着焼付けすることを含む、項目３５６に記載の方法。
（項目３５８）
上記開口をパターン化することは、上記少なくとも１つの層状光学素子の上表面がパターン化される金型の高いアスペクト比を利用することを含む、項目３５６に記載の方法。
（項目３５９）
層状光学素子のアレイであって、該層状光学素子のそれぞれは、検出器の該アレイの中の検出器と光学的に接続されている、層状光学素子のアレイを含む、アレイ撮像光学系であって、
該層状光学素子のアレイは、その上に該層状光学素子のアレイを画定するための特徴を含む少なくとも１つの加工マスタを逐次的に適用することによって、少なくとも部分的に形成される、アレイ撮像光学系。
（項目３６０）
層状光学素子のアレイを加工する方法であって、
その上に形成される光学素子の第１の層のネガティブを含む第１のマスタ基板を有する第１の加工マスタを提供することと、
該第１の加工マスタを使用して、共通基盤の上に該光学素子の第１の層を形成することと、
その上に形成される光学素子の第２の層のネガティブを含む第２のマスタ基板を有する第２の加工マスタを提供することと、
該第２の加工マスタを使用して、該共通基盤の上に該層状光学素子のアレイを形成するように、光学素子の上記第１の層に隣接する光学素子の上記第２の層を形成することと
を含み、該第１の加工マスタを提供することは、該第１のマスタ基板の上に該光学素子の第１の層の該ネガティブを直接加工することを含む、方法。
（項目３６１）
共通基盤と、
１組のプロセスによって、該共通基盤の上に形成される検出器ピクセルを有する検出器のアレイであって、該検出器ピクセルのそれぞれは、感光領域を含む、検出器のアレイと、
該検出器ピクセルの対応する１つの該感光領域と光学的に接続され、それによって、アレイ撮像システムを形成する光学系のアレイと
を含み、該検出器ピクセルのうちの少なくとも１つは、その中に一体化され、上記組のプロセスのうちの少なくとも１つを使用して、該検出器の上に入射する一定範囲の波長の電磁エネルギに作用するように形成される、少なくとも１つの光学特徴を含む、アレイ撮像システム。
（項目３６２）
共通基盤と、
該共通基盤の上に形成される検出器ピクセルを有する検出器のアレイであって、該検出器ピクセルのそれぞれは、感光領域を含む、検出器のアレイと、
該検出器ピクセルの対応する１つの該感光領域と光学的に接続され、それによって、アレイ撮像システムを形成する光学系のアレイと
を含む、アレイ撮像システム。
（項目３６３）
共通基盤上に形成される検出器のアレイと、
光学系のアレイであって、該光学系はそれぞれ、アレイ撮像システムを形成するように、該検出器のアレイの中の検出器のうちの少なくとも１つと光学的に接続され、各撮像システムは、該検出器のアレイの中の少なくとも１つの検出器と光学的に接続される光学系を含む、光学系のアレイと
を含む、アレイ撮像システム。
（項目３６４）
検出器と光学系との各対は、その間の界面に平面の表面を含む、項目３６３に記載のアレイ撮像システム。
（項目３６５）
上記光学系のアレイは、少なくとも第１および第２の共通基盤を組み立てることによって形成され、該第１および第２の共通基盤のそれぞれは、光学素子の第１および第２のアレイを支持する、項目３６３に記載のアレイ撮像システム。
（項目３６６）
上記第１と第２の共通基盤との間に配置されるスペーサ配列をさらに含む、項目３６４に記載のアレイ撮像システム。
（項目３６７）
上記スペーサ配列は、開口のアレイを含む第３の共通基盤を含み、該開口は、該第３の共通基盤と一体的に形成され、上記光学素子の第１と第２のアレイとの間の光連通を提供する一方で、上記第１と第２の共通基盤との間の分離距離を画定する、項目３６６に記載のアレイ撮像システム。
（項目３６８）
層状光学素子のアレイを加工する方法であって、
第１の加工マスタを使用して、共通基盤の上に素子の第１のアレイを形成することであって、該第１の加工マスタは、その上に直接加工される光学素子の第１のアレイのネガティブを含む第１のマスタ基板を含む、ことと、
第２の加工マスタを使用して、該共通基盤の上に該層状光学素子のアレイを形成するように、該共通基盤の上に該光学素子の第１のアレイに隣接する光学素子の第２のアレイを形成することであって、該第２の加工マスタは、その上に形成される該光学素子の第２のアレイのネガティブを含む第２のマスタ基板を含み、該第２のマスタ基板の上の該光学素子の第２のアレイは、該第１のマスタ基板の上の該光学素子の第１のアレイの位置に対応する、ことと
を含む、方法。
（項目３６９）
共通基盤と、
該共通基盤の上に形成される検出器ピクセルを有する検出器のアレイであって、該検出器ピクセルのそれぞれは、感光領域を含む、検出器のアレイと、
該検出器ピクセルの対応する１つの該感光領域と光学的に接続され、それによって、アレイ撮像システムを形成する光学系のアレイと
を含み、該光学系のうちの少なくとも１つは、それぞれ、第１および第２の倍率に対応する第１と第２の状態の間で切替可能である、アレイ撮像システム
（項目３７０）
反射防止層を有する共通表面を形成する光学素子の第１および第２の層を含む、層状光学素子。
（項目３７１）
上記反射防止層は、屈折率一致流体を含む、項目３７０に記載の層状光学素子。
（項目３７２）
上記反射防止層は、光学素子の上記第１の層に隣接する第１のサブ層と、光学素子の上記第２の層に隣接する第２のサブ層とを含み、上記第１のサブ層は、光学素子の上記第２の層の材料から加工され、上記第２のサブ層は、光学素子の上記第１の層の材料から加工される、項目３７０に記載の層状光学素子。
（項目３７３）
上記反射防止層は、特定の波長を有する電磁エネルギの反射を実質的に防止し、上記第１のサブ層は、上記第１のサブ層内の上記特定の波長の１／１６に略等しい厚さを有し、上記第２のサブ層は、上記第２のサブ層内の上記特定の波長の１／１６に略等しい厚さを有する、項目３７２に記載の層状光学素子。
（項目３７４）
上記第１および第２のサブ層は、上記サブ層を画定するための特徴を含む少なくとも１つの加工マスタの適用によって、部分的に形成される、項目３７２に記載の層状光学素子。
（項目３７５）
上記反射防止層は、光学素子の上記第１の層内の複数のサブ波長特徴を含み、有効媒質層を形成する、項目３７０に記載の層状光学素子。
（項目３７６）
上記サブ波長特徴は、周期的である、項目３７５に記載の層状光学素子。
（項目３７７）
上記反射防止層は、特定の波長を有する電磁エネルギの反射を実質的に防止し、各サブ波長特徴は、上記特定の波長よりも短い少なくとも１次元を有する、項目３７５に記載の層状光学素子。
（項目３７８）
サブ波長特徴は、その上に上記サブ波長特徴を画定するためのネガティブを含む少なくとも１つの加工マスタの適用によって、部分的に光学素子の上記第１の層内に成形される、項目３７５に記載の層状光学素子。
（項目３７９）
画像を形成するためのカメラであって、
共通基盤とともに形成される検出器のアレイと、
層状光学素子の第１のアレイであって、それぞれ、検出器の上記アレイ内の検出器と光学的に接続される、層状光学素子と、
画像を形成するための信号プロセッサと
を含む、アレイ撮像システム
を含む、カメラ。
（項目３８０）
上記カメラは、携帯電話、自動車、および玩具のうちの１つの中に含むために構成される、項目３７９に記載のカメラ。
（項目３８１）
タスクを実施する際に使用するカメラであって、
共通基盤とともに形成される検出器のアレイと、
層状光学素子の第１のアレイであって、それぞれ、該検出器のアレイ内の検出器と光学的に接続される、層状光学素子と、
該タスクを実施するための信号プロセッサと
を含む、アレイ撮像システム
を含む、カメラ。
（項目３８２）
上記信号プロセッサは、所定のタスクのための検出器の上記アレイからデータを調製するためにさらに構成される、項目３８１に記載のカメラ。

【発明を実施するための最良の形態】

【0068】

本開示は、アレイ撮像システムに関連する種々の側面および付随プロセスについて論じる。特に、設計プロセスおよび関連ソフトウェア、多重屈折光学素子、光学系のウエハスケール配列、複数の光学系を形成または成形するための加工マスタ、アレイ撮像システムの複製およびパッケージング、その中に形成される光学素子を有する検出器ピクセル、上述のシステムおよびプロセスの付加的実施形態が開示される。言い換えると、本開示に記載の実施形態は、設計生成および最適化から加工および種々の使用への適用まで、アレイ撮像システムの詳細を提供する。

【0069】

例えば、本開示は、大量生産スケールで光学精度を備えて製造可能な、消費者およびインテグレータ用カメラ等の撮像システムの加工について論じる。本開示によって製造されるそのようなカメラは、既存のカメラよりも優れた光学系、高品質画像処理、独自電子センサ、および精密なパッケージングを提供する。以下に詳細に論じられる製造技術は、例えば、マイクロチップ産業の現代の生産能力に匹敵する大量生産スケールでの、ナノメートルの精密加工およびアセンブリを可能にする。精密な半導体製造およびアセンブリ技術と協働して、高度な光学材料を使用することによって、大量生産撮像システムにおける最適な性能およびコストに対して、画像検出器および画像信号処理を精密な光学素子との結合を可能にする。本開示で論じられる技術は、光学系の加工を、概して、検出器加工において使用されるプロセスと適合可能にする。例えば、本開示の精密な光学素子は、例えば、検出器加工において使用されるリフロープロセスに付随する高温処理に耐えるように構成されてもよい。精密加工、および結果として生じるカメラの優れた性能によって、種々の技術分野におけるそのような撮像システムのアプリケーションを可能にする。例えば、本明細書に開示される撮像システムは、携帯型または実装式カメラおよび電話等の移動用撮像市場や、自動車および海運産業等の輸送部門における使用に好適である。加えて、本開示によって製造される撮像システムは、家庭用および専門のセキュリティアプリケーション、産業用制御およびモニタリング、玩具およびゲーム、医療装置および精密機器、趣味および専門写真撮影のために使用またはそれらに組み込まれてもよい。

【0070】

一実施形態によると、複数のカメラは、結合ユニットとして製造されてもよく、または個々のカメラユニットは、カメラのマルチビューワシステムとして、ＯＥＭインテグレータによって組み込まれることが可能である。マルチビューシステム内のすべてのカメラが同一である必要はなく、本明細書に開示される高精度加工およびアセンブリ技術は、数多くの構成の大量生産を可能にする。マルチカメラシステム内のいくつかのカメラは、低解像度であって、単純タスクを行ってもよく、直近またはいずれかの場所の他のカメラは、高品質画像を形成するように協働してもよい。

【0071】

別の実施形態では、画像信号処理、機械タスク、およびＩ／Ｏサブシステムのためのプロセッサもまた、精密加工およびアセンブリ技術を使用して、カメラと一体化されてもよく、または集積システム全体に分布されることも可能である。例えば、単一プロセッサは、プロセッサが各カメラと通信すると、任意の数のカメラに依存して、類似または異なるタスクを行ってもよい。他のアプリケーションでは、単一カメラ、または単一撮像システムに組み込まれる複数カメラは、幅広い種類の外部プロセッサおよびＩ／Ｏサブシステムに入力またはそのための処理を提供し、タスクを行い、情報または制御キューを提供してもよい。カメラの高精度加工およびアセンブリによって、高品質を備えた大量生産のために、電子的処理および光学性能を最適化させることが可能である。

【0072】

また、本開示による、カメラのためのパッケージングは、既製使用のための完全なカメラユニットを形成するために必要なすべてのパッケージングを組み込んでもよい。パッケージングは、典型的には、電子装置、半導体、およびチップセットに付随する種々の現代のアセンブリ技術を使用して、大量生産可能なようにカスタマイズされてもよい。また、パッケージングは、プロセス制御およびモニタリング、バーコードおよびラベル読み取り、セキュリティおよび監視、協働タスク等の産業および商業使用に適合するように構成されてもよい。高度な光学材料ならびに精密加工およびアセンブリは、従来技術のシステムを劣化し得る過酷な環境における使用に対して協働し、堅牢な解決策を提供するように構成されてもよい。モノリシックアセンブリと相まって、熱および機械的応力に対する増加した許容度は、広範囲の応力を通して安定した画質を提供する。

【0073】

電話、ＧＰＳユニット、および実装式カメラ等の携帯型装置における使用を含む、一実施形態による撮像システムのためのアプリケーションは、向上した画質および精密なパッケージにおける頑丈な実用性によって利益を享受する。携帯型装置のインテグレータは、柔軟性を得ることによって、精密加工を使用して、光学系、検出器、および信号処理を単一ユニット内に結合させ、「光学システム・オン・チップ」を提供する能力を利用可能となる。携帯型カメラユーザは、低出力処理によってより長いバッテリ寿命、より小さく、薄い装置、ならびに情報を管理するためのバーコード読み取りおよび光学方程式文字認識等の新しい機能の開発によって利益を享受し得る。また、カメラに内蔵またはネットワークを介して通信される身元確認および／またはセキュリティ処理を備えた携帯型装置を使用して、虹彩認証等の生体分析を通して、セキュリティが提供されてもよい。

【0074】

自動車および大型トラックを含む運送、鉄道および船舶による輸送、航空および移動のセキュリティ等の移動用市場のアプリケーションはすべて、大量生産される安価かつ高品質カメラを有することによって利益を享受し得る。例えば、自動車の運転手は、車両の後方および側面の映像化、視覚的フィードバックおよび／または警告の提供、「盲点」視覚化の補助、またはラックまたはトラックの荷台に付置された貨物のモニタリング等、車両外部の改良されたモニタリング能力によって利益を享受するであろう。さらに、自動車メーカーは、内部活動、乗員挙動、および場所のモニタリング、ならびにセーフティ配備装置への入力提供のために、カメラを使用してもよい。数多くの協働カメラによる、貨物および輸送コンテナまたは航空業務および機器のセキュリティおよびモニタリングは、本開示の撮像システムの大量生産性の結果、低コストで達成され得る。

【0075】

本開示の文脈の中では、光学素子は、何らかの方法で、そこを通って伝送される電磁エネルギに影響を及ぼす単一素子であると理解される。例えば、光学素子は、回折素子、屈折素子、反射素子、またはホログラフィック素子であってもよい。光学素子のアレイは、共通基盤上に支持される複数の光学素子であるとみなされる。層状光学素子は、異なる光学特性（例えば、屈折率）を有する２つ以上の層を含むモノリシック構造であって、複数の層状光学素子は、共通基盤上に支持され、層状光学素子のアレイを形成してもよい。そのような層状光学素子の設計および加工の詳細は、適切な時点で以下に論じられる。撮像システムは、画像を形成するように協働する光学素子および層状光学素子の組み合わせであるとみなされ、複数の撮像システムは、以下にさらに詳述されるように、共通基板上に配列され、アレイ撮像システムを形成してもよい。さらに、光学系という用語は、協働し得るようにともに組み立てられてもよい、光学素子、層状光学素子、撮像システム、検出器、カバープレート、スペーサ等のうちのいずれかを包含するものと意図される。

【0076】

例えば、携帯電話カメラ、玩具、およびゲームにおける使用のためのもの等、撮像システムに対する最近の関心は、撮像システムを構成する構成要素のさらなる小型化に拍車をかけている。この点において、整合および製造を容易にし、ミスフォーカス関連収差が低減される、低コストかつコンパクトな撮像システムが望ましいであろう。

【0077】

本明細書に記載される実施形態は、アレイ撮像システムおよびそのような撮像システムを製造するための方法を提供する。本開示は、有利には、高性能を可能にする光学系の特定の構成、歩留の増大を可能にするウエハスケール撮像システムを加工する方法、およびデジタル画像信号処理アルゴリズムと並行して使用され、所与のウエハスケール撮像システムの画質および製造可能性のうちの少なくとも１つを改善し得る組み立て構成を提供する。

【0078】

図１は、検出器１６と光連通する光学系４２を含む、撮像システム４０のブロック図である。光学系４２は、複数の光学素子４４（例えば、ポリマー材料から層状光学素子として逐次的に形成される）を含み、適切な時点で以下に詳述されるように、１つ以上の位相修正素子を含み、撮像システム４０内に所定の位相効果を導入してもよい。４つの光学素子が図１において示されるが、光学系４２は、異なる数の光学素子を有してもよい。また、撮像システム４０は、後述されるように、検出器１６内または光学系−検出器界面１４の一部として組み込まれる、埋設光学素子（図示せず）を含んでもよい。光学系４２は、互いに同一または異なってもよい、多くの付加的撮像システムとともに形成されてもよく、次いで、本明細書の教示に従って、個々のユニットから分離されてもよい。

【0079】

撮像システム４０は、検出器１６と電気的に接続されるプロセッサ４６を含む。プロセッサ４６は、撮像システム４０に入射する電磁エネルギ１８に応じて、検出器１６の検出器ピクセルによって生成され、検出器ピクセルへ伝送される電子データを処理し、画像４８を生成する働きをする。プロセッサ４６は、プロセス、タスク、表示操作、信号処理操作、および入力／出力操作を含む、任意の数の操作４７と関連付けられてもよい。一実施形態では、プロセッサ４６は、復号アルゴリズム（例えば、フィルタカーネルを使用する、データのデコンボリューション）を実装し、光学系４２内に含まれる位相修正素子によって符号化された画像を修正する。あるいは、プロセッサ４６は、例えば、カラー処理、タスクベース処理、またはノイズ除去を実装してもよい。例示的タスクは、物体認識のタスクであってもよい。

【0080】

撮像システム４０は、独立してまたは１つ以上の他の撮像システムと協働可能に動作してもよい。例えば、３つの撮像システムは、３つの異なる視点から物体の体積を視認するように動作し、物体体積内の物体を識別するタスクを遂行可能にしてもよい。各撮像システムは、図２９３を参照して詳述されるように、１つ以上のアレイ撮像システムを含んでもよい。撮像システムは、その多くが１つ以上の他の撮像システムも含む、パッケージ仕分けシステムまたは自動車等のより大きなアプリケーション５０内に含まれてもよい。

【0081】

図２Ａは、その上に入射する電磁エネルギ１８に応じて、電子画像データを生成する撮像システム１０の横断面図である。したがって、撮像システム１０は、対象場面から放出および／または反射される電磁エネルギ１８から、対象場面の画像（電子画像データの形態で）を撮影するよう機能する。撮像システム１０は、デジタルカメラ、携帯電話、玩具、および自動車用後方カメラ等の撮像システムアプリケーションにおいて使用されてもよいが、それらに限定されない。

【0082】

撮像システム１０は、検出器１６と、光学系−検出器界面１４と、協働可能に電子画像データを生成する光学系１２とを含む。検出器１６は、例えば、ＣＭＯＳ検出器またはＣＣＤ検出器である。検出器１６は、複数の検出器ピクセル（図示せず）を有する。各ピクセルは、その上に入射する電磁エネルギ１８の一部に応じて、電子画像データの一部を生成するよう機能する。図２Ａに示される実施形態では、検出器１６は、２．２ミクロンピクセルサイズの６４０×４８０検出器ピクセルを有するＶＧＡ検出器である。そのような検出器は、３０７，１６０素子の電子データを提供するよう機能し、電子データの各素子は、その個々の検出器ピクセル上に入射する電磁エネルギを表す。

【0083】

光学系−検出器界面１４は、検出器１６上に形成されてもよい。光学系−検出器界面１４は、赤外線フィルタおよびカラーフィルタ等の１つ以上のフィルタを含んでもよい。また、光学系−検出器界面１４は、例えば、小型レンズが検出器１６の各検出器ピクセル上に配置されるように、検出器１６の検出器ピクセル上に配置される小型レンズのアレイ等の光学素子を含んでもよい。これらの小型レンズは、例えば、光学系１２を通過する電磁エネルギ１８の一部を付随検出器ピクセル上へ誘導するよう機能する。一実施形態では、後述されるように、小型レンズは、光学系−検出器界面１４内に含まれ、主光線角度補正を提供する。

【0084】

光学系１２は、光学系−検出器界面１４上に形成されてもよく、直接電磁エネルギ１８を光学系−検出器界面１４および検出器１６上へ誘導するよう機能する。後述するように、光学系１２は、複数の光学素子を含んでもよく、異なる構成で形成されてもよい。光学系１２は、概して、硬質開口絞り（後述）を含み、迷光を軽減するために、不透明材料で巻装されてもよい。

【0085】

撮像システム１０は、独立型撮像システムであるように図２Ａで示されるが、アレイ撮像システムの１つとして最初に加工される。このアレイは、共通基盤上に形成され、例えば、「ダイシング」（すなわち、物理的切削または分離）によって分離可能であって、複数の単独または集合撮像システムを生成し、その１つが図２Ａに示される。代替として、後述されるように、撮像システム１０は、撮像システム１０のアレイ（例えば、協働可能に配置される９つの撮像システム）の一部のままであってもよい。つまり、アレイは、そのまま維持されるか、または撮像システム１０の複数のサブアレイに分離される。

【0086】

アレイ撮像システム１０は、以下のように加工されてもよい。複数の検出器１６は、ＣＭＯＳ等のプロセスを使用して、共通半導体ウエハ（例えば、シリコン）上に形成される。続いて、光学系−検出器界面１４は、各検出器１６の上部に形成され、次いで、光学系１２は、例えば、成形プロセスを介して各光学系−検出器界面１４上に形成される。故に、アレイ撮像システム１０の構成要素は、並列に加工されてもよい。例えば、各検出器１６は、共通の半導体ウエハ上に同時に形成されてもよく、次いで、光学系１２の各光学素子は、同時に形成されてもよい。アレイ撮像システム１０の構成要素を加工するための複製方法は、所望の表面の可能な限り収縮補正された陰画プロファイルを含む、加工マスタの使用を伴ってもよい。加工マスタは、加工マスタの形状を固め（例えば、重合化）、保持するために処置（例えば、ＵＶ硬化）され得る材料（例えば、液体モノマー）と係合する。成形方法は、概して、流動性材料の金型への導入、次いで、材料の冷却または凝固を伴い、それによって材料が金型の形状に保持される。エンボス加工方法は、複製方法に類似するが、加工マスタの柔軟な成形性材料との係合、次いで、任意に、表面形状を保持するための材料の処置を伴う。これらの方法のそれぞれの多くの変形例が従来技術に存在し、必要に応じて利用し、意図される光学設計の設計および品質制約に一致させてもよい。撮像システム１０のそのようなアレイを形成するためのプロセスの仕様は、以下により詳細に論じられる。

【0087】

後述するように、付加的素子（図示せず）が、撮像システム１０に含まれてもよい。例えば、可変光学素子が、撮像システム１０に含まれてもよい。そのような可変光学素子は、撮像システム１０の収差を補正および／または撮像システム１０内のズーム機能性を実装する際に有用であり得る。また、光学系１２は、検出器１６で撮影される画像が、例えば、１つ以上の位相修正素子を有しない検出器１６で撮影された対応する画像と比較して、収差に対し感度が低くなるように、そこを通って伝送される電磁エネルギ１８の波面の位相を修正するために、１つ以上の位相修正素子を含んでもよい。位相修正素子のそのような使用は、例えば、撮像システム１０の被写界深度を増加および／または連続的に可変ズームを実装するために使用され得る、例えば、波面符号化を含んでもよい。

【0088】

存在する場合、１つ以上の位相修正素子は、電磁エネルギ１８の波面の位相を選択的に修正することによって、検出器１６によって検出される前に、光学系１２を通過する電磁エネルギ１８の波面を符号化する。例えば、検出器１６によって撮影された結果として生じる画像は、波面の符号化の結果、撮像効果を示し得る。画像が機械によって分析される場合等、そのような撮像効果に対し敏感ではないアプリケーションでは、検出器１６によって撮影される画像（撮像効果を含む）は、さらなる処理を行わずに使用されてもよい。しかしながら、焦点画像が望ましい場合、撮影された画像は、復号アルゴリズム（本明細書では、「後処理」または「フィルタリング」と称される場合がある）を実行するプロセッサ（図示せず）によってさらに処理されてもよい。

【0089】

図２Ｂは、図２Ａにおける撮像システム１０の一実施形態である、撮像システム２０の横断面図である。撮像システム２０は、撮像システム１０の光学系１２の一実施形態である、光学系２２を含む。光学系２２は、光学系−検出器界面１４上に形成される複数の層状光学素子２４を含む。したがって、光学系２２は、不均質または多重屈折光学素子の実施例とみなされ得る。各層状光学素子２４は、少なくとも１つの他の層状光学素子２４と直接当接する。光学系２２は、７つの層状光学素子２４を有するように示されるが、光学系２２は、異なる数量の層状光学素子２４を有してもよい。具体的には、層状光学素子２４（７）は、光学系−検出器界面１４上に形成される。層状光学素子２４（６）は、層状光学素子２４（７）上に形成される。層状光学素子２４（５）は、層状光学素子２４（６）上に形成される。層状光学素子２４（４）は、層状光学素子２４（５）上に形成される。層状光学素子２４（３）は、層状光学素子２４（４）上に形成される。層状光学素子２４（２）は、層状光学素子２４（３）上に形成される。層状光学素子２４（１）は、層状光学素子２４（２）上に形成される。層状光学素子２４は、例えば、紫外線硬化性ポリマーまたは熱硬化性ポリマー等の成形によって加工されてもよい。層状光学素子の加工は、以下により詳述される。

【0090】

隣接する層状光学素子２４は、異なる屈折率を有する。例えば、層状光学素子２４（１）は、層状光学素子２４（２）と異なる屈折率を有する。光学系２２の一実施形態では、第１の層状光学素子２４（１）は、撮像システム２０の色収差を低減するために、第２の層状光学素子２４（２）よりも大きいアッベ数または小さい分散を有してもよい。有効屈折率層を形成するサブ波長特徴、またはサブ波長厚の複数の層から成る反射防止コーティングは、隣接する光学素子間に適用されてもよい。あるいは、第３の屈折率を含む第３の材料は、隣接する光学素子間に適用されてもよい。異なる屈折率を有する２つの異なる材料の使用は、図２Ｂに示される。第１の材料は、左から右へ上方に延びる平行線模様によって示され、第２の材料は、左から右へ下方に延びる平行線模様によって示される。故に、本実施例では、層状光学素子２４（１）、２４（３）、２４（５）、および２４（７）は、第１の材料から形成され、層状光学素子２４（２）、２４（４）、および２４（６）は、第２の材料から形成される。

【0091】

層状光学素子は、２つの材料から形成されるように図２Ｂで示されるが、層状光学素子２４は、３つ以上の材料から形成されてもよい。層状光学素子２４を形成するために使用される材料の数が減少すると、撮像システム２０の複雑性および／またはコストが低減し得る。しかしながら、層状光学素子２４を形成するために使用される材料の数が増加すると、撮像システム２０の性能および／または撮像システム２０の設計における柔軟性が向上し得る。例えば、撮像システム２０の実施形態では、軸上の色を含む収差は、層状光学素子２４を形成するために使用される材料の数を増加させることによって低減され得る。

【0092】

光学系２２は、１つ以上の物理的開口（図示せず）を含んでもよい。そのような開口は、例えば、光学系２２の上部平面２６（１）および２６（２）上に配置されてもよい。任意に、開口は、１つ以上の層状光学素子２４上に配置されてもよい。例えば、開口は、層状光学素子２４（２）および２４（３）を分離する平面２８（１）および２８（２）上に配置されてもよい。一例として、開口は、金属または他の不透明材料の特定の層状光学素子２４上への低温蒸着によって形成されてもよい。別の実施例では、開口は、リソグラフィを使用して薄い金属シート上に形成され、次いで、その金属シートは、層状光学素子２４上に配置される。

【0093】

図３は、撮像システム６２のアレイ６０の横断面図であって、それぞれ、例えば、図２Ａにおける撮像システム１０の一実施形態である。アレイ６０は、５つの撮像システム６２を有するように示されるが、アレイ６０は、本明細書の範囲から逸脱することなく、異なる数の撮像システム６２を有することが可能である。さらに、アレイ６０の各撮像システムは、同一であるように示されるが、アレイ６０の各撮像システム６２は、異なってもよい（または、任意の１つが異なってもよい）。アレイ６０は、再び、サブアレイおよび／または１つ以上の独立型撮像システム６２を生成するように分離されてもよい。アレイ６０は、均一に離間した撮像システム６２の群を示すが、１つ以上の撮像システム６２は、形成されないまま残され、それによって、光学系を欠いた領域を残してもよいことに留意されたい。

【0094】

裁断図６４は、一撮像システム６２の１つの例の拡大図を表す。撮像システム６２は、検出器１６上に加工される光学系１２の一実施形態である、光学系６６を含む。検出器１６は、検出器ピクセル７８を含む（正確な縮尺で描かれておらず、検出器ピクセル７８のサイズは、説明の明確性のため誇張されている）。検出器７８の横断面は、少なくとも数百の検出器ピクセルを有する可能性がある。

【0095】

光学系６６は、図２Ｂの層状光学素子２４に類似し得る、複数の層状光学素子６８を含む。層状光学素子６８は、２つの異なるスタイルの平行線模様で示されるように、２つの異なる材料から形成されるように示される。しかしながら、層状光学素子６８は、３つ以上の材料から形成されてもよい。本実施形態では、検出器１６からの層状光学素子６８の距離が増えると、層状光学素子６８の直径が減少することに留意されたい。したがって、層状光学素子６８（７）は、最大直径を有し、層状光学素子６８（１）は、最小直径を有する。層状光学素子６８のそのような構成は、「レイヤケーキ」構成と称される場合がある。そのような構成は、有利には、撮像システムにおいて使用され、層状光学素子と、後述されるような層状光学素子を加工するために使用される加工マスタとの間の表面積を減少させてもよい。層状光学素子を形成するために使用される材料が、加工マスタに粘着し、加工マスタが係脱される際に、共通基盤（例えば、検出器のアレイを支持する基板またはウエハ）から層状光学素子のアレイを剥離してしまう可能性があるため、層状光学素子と加工マスタとの間の広範囲の表面接触は、望ましくない場合がある。

【0096】

光学系６６は、電磁エネルギが検出器１６へ到達するように進行することが意図される有効口径７２を含む。本実施例における有効口径は、示されるように、光学素子６８（１）上に形成される物理的開口７０によって形成される。有効口径７２外側の光学系６６の領域は、基準数７４によって表され、「ヤード」と称される場合がある。電磁エネルギ（例えば、図１の１８）は、開口７０のため、ヤードへの進行が妨害される。領域７４は、入射電磁エネルギの撮像のために使用されず、したがって、設計の制約に適合させることが可能である。開口７０のような物理的開口は、任意の１つの層状光学素子６８上に配置されてもよく、図２Ｂに関して上述のように、形成されてもよい。光学系６２の側面は、光学系への物理的損傷または塵埃汚染を防止する不透明保護層でコーティングされてもよい。また、保護層は、迷光または周辺光（例えば、層状光学素子６８（２）と６８（３）との間の界面からの複数の反射による迷光、または光学系６２の側面を通して漏出する周辺光）が、検出器に達するのを防止する。

【0097】

一実施形態では、撮像システム６２間の空間７６は、スピンオンポリマー等の充填材料で充填される。充填材料は、例えば、空間７６内に載置され、次いで、アレイ６０は、充填材料が空間７６内で均一に分布するように、高速で回転する。充填材料は、撮像システム１０い支持および剛性を提供してもよい。充填材料が不透明である場合、分離後、各撮像システム６２を望ましくない（散乱または周囲の）電磁エネルギから隔離してもよい。

【0098】

図４は、検出器ピクセル７８のアレイを含む（正確な縮尺ではない）、図３における撮像システム６２の例の横断面図である。図４は、１つの検出器ピクセル７８の拡大横断面図を含む。検出器ピクセル７８は、埋設光学素子９０および９２と、感光領域９４と、金属相互接続部９６とを含む。感光領域９４は、その上に入射する電磁エネルギに応じて、電子信号を生成する。埋設光学素子９０および９２は、表面９８上に入射する電磁エネルギを感光領域９４へ誘導する。一実施形態では、埋設光学素子９０および／または９２は、後述のように、主光線角度補正を実施するようにさらに構成されてもよい。電気相互接続部９６は、感光領域９４と電気的に接続され、検出器ピクセル７８を外部サブシステム（例えば、図１のプロセッサ４６）に接続するための電気的接続点として機能する。

【0099】

撮像システム１０の複数の実施形態が、本明細書において論じられる。表１および２は、記載される実施形態の種々のパラメータを要約する。各実施形態の仕様は、以下に詳述される。

【0100】

【表1】

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【0101】

【表2】

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図５は、図２Ａにおける撮像システム１０の一実施形態である、撮像システム１１０の光学レイアウトおよび光線追跡図である。撮像システム１１０は、再び、アレイ撮像システムの１つである。そのようなアレイは、図２Ａおよび図４に関して上述のように、複数のサブアレイおよび／またはダイシングされた撮像システムに分離されてもよい。撮像システム１１０は、以下、「ＶＧＡ撮像システム」と称される場合がある。ＶＧＡ撮像システムは、検出器１１２と光連通する光学系１１４を含む。また、光学系−検出器界面（図示せず）は、光学系１１４と検出器１１２との間に存在する。ＶＧＡ撮像システムは、焦点距離１．５０ミリメートル（「ｍｍ」）、視野角６２°、Ｆ値１．３、総トラック長２．２５ｍｍ、および最大主光線角度３１°を有する。斜交平行線領域は、上述のように、電磁エネルギが伝搬しないヤード領域、すなわち有効口径外側の領域を示す。

【0102】

検出器１１２は、「ＶＧＡ」形式を有し、６４０列と４８０行との検出器ピクセル（図示せず）のマトリクスを含むことを意味する。したがって、検出器１１２は、解像度６４０×４８０を有すると言える。入射電磁エネルギの方向から見ると、各検出器ピクセルは、各側面長さ２．２ミクロンを有する概して正方形の形状である。検出器１１２は、公称幅１．４０８ｍｍおよび公称高１．０５６ｍｍを有する。光学系１１４に近接する検出器１１２の表面を横切る対角長は、公称長１．７６ｍｍである。

【0103】

光学系１１４は、７つの層状光学素子１１６を有する。層状光学素子１１６は、２つの異なる材料から形成され、隣接する層状光学素子は、異なる材料から形成される。層状光学素子１１６（１）、１１６（３）、１１６（５）、および１１６（７）は、第１の屈折率を有する第１の材料で形成され、層状光学素子１１６（２）、１１６（４）、および１１６（６）は、第２の屈折率を有する第２の材料で形成される。光学系１１４の実施形態では、光学素子間に空隙は存在しない。光線１１８は、ＶＧＡ撮像システムによって撮像される電磁エネルギを表す。光線１１８は、無限遠から生じるものと仮定される。サグの式は、式（１）によって求められ、光学系１１４の仕様は、表３および４に要約され、ここで、半径、厚さおよび直径は、ミリメートル単位で与えられる。

【0104】

【数1】

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【0105】

【表3】

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【0106】

【表4】

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層状光学素子１１６（１）と１１６（２）との間の表面１１３が相対的に浅い（ｓｈａｌｌｏｗ）（低光強度をもたらす）ことは、図５から分かるだろう。そのような浅い表面は、有利には、後述されるように、ＳＴＳ方法を使用して生成される。反対に、層状光学素子１１６（５）と１１６（６）との間の表面１２４が相対的に急勾配（高光強度をもたらす）であることも分かるだろう。そのような急勾配表面は、有利には、後述されるようなＸＹＺ粉砕方法を使用して生成される。

【0107】

図６は、類似の撮像システムのアレイを分離することによって得られる、図５におけるＶＧＡ撮像システムの横断面図である。相対的に直線の側面１４６は、アレイ撮像システムから分離されたＶＧＡ撮像システムを示す。図６は、複数の検出器ピクセル１４０を含むような検出器１１２を示す。図３におけるように、検出器ピクセル１４０は、正確な縮尺で描かれておらず、そのサイズは、説明の明確性のため誇張される。さらに、説明の明確性を促進するために、３つの検出器ピクセル１４０のみ番号が付される。

【0108】

光学系１１４は、電磁エネルギが検出器１１２へ到達するように進行する、光学系１１４の部分に対応する有効口径１４２をとともに示される。有効口径１４２外側のヤード１４４は、図６の陰影によって表される。説明の明確性を促進するために、層状光学素子１１６のうちの２つのみ、図６において番号が付される。ＶＧＡ撮像システムは、例えば、層状光学素子１１６（１）上に配置される物理的開口１４６を含んでもよい。

【0109】

図７〜１０は、ＶＧＡ撮像システムの性能図である。図７は、ＶＧＡ撮像システムの空間周波数の関数として、変調伝達関数（「ＭＴＦ」）のプロット１６０を示す。ＭＴＦ曲線は、４７０〜６５０ナノメートル（「ｎｍ」）の波長に平均化される。図７は、検出器１１２の対角軸上の実像高（ｒｅａｌ ｉｍａｇｅ ｈｅｉｇｈｔ）と関連付けられた３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を示す。３つの視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイントと、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイントと、座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントである。図７では、「Ｔ」は、接線方向面を示し、「Ｓ」は、サジタル方向面を示す。

【0110】

図８Ａ〜８Ｃは、ＶＧＡ撮像システムの光路差、もしくは波面誤差のプロット１８２、１８４、および１８６をそれぞれ示す。各方向の最大目盛は、＋／−５波である。実線は、波長４７０ｎｍ（青色光）を有する電磁エネルギを表す。短い破線は、波長５５０ｎｍ（緑色光）を有する電磁エネルギを表す。長い破線は、波長６５０ｎｍ（赤色光）を有する電磁エネルギを表す。各対のプロットは、検出器１１２の対角線上の異なる実像高における光路差を表す。プロット１８２は、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上の視野ポイントに対応する。プロット１８４は、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイントに対応する。プロット１８６は、座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントに対応する。プロット１８２、１８４、および１８６では、左列は、接線方向の光束に対する波面誤差のプロットであって、右列は、サジタル方向の光束に対する波面誤差のプロットである。

【0111】

図９Ａおよび９Ｂは、それぞれ、ＶＧＡ撮像システムの歪のプロット２００と、像面湾曲のプロット２０２とを示す。最大半画角は、３１．１０１°である。実線は、波長４７０ｎｍを有する電磁エネルギに対応する。短い破線は、波長５５０ｎｍを有する電磁エネルギに対応する。長い破線は、波長６５０ｎｍを有する電磁エネルギに対応する。

【0112】

図１０は、光学系１１４の光学素子の中心合わせおよび厚さにおける公差を考慮した、ＶＧＡ撮像システムの空間周波数の関数として、ＭＴＦのプロット２５０を示す。プロット２５０は、Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法公差解析を１０回以上実行して生成された、軸上視野ポイント、０．７視野ポイント、および全視野ポイントのサジタル方向および接線方向面ＭＴＦ曲線を含む。光学系１１４の光学素子の中心合わせおよび厚さにおける公差は、＋２〜−２ミクロンからサンプリングされた正規分布を有するものと仮定され、表５に記載される。故に、撮像システム１１０のＭＴＦは、曲線２５２および２５４によって範囲が定められるものと予測される。

【0113】

【表5】

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図１１は、図２Ａにおける撮像システム１０の一実施形態である、撮像システム３００の光学レイアウトおよび光線追跡である。撮像システム３００は、アレイ撮像システムの１つであってもよい。そのようなアレイは、図２Ａに関して上述のように、複数のサブアレイおよび／または独立型撮像システムに分離されてもよい。撮像システム３００は、以下、「３ＭＰ撮像システム」と称される場合がある。３ＭＰ撮像システムは、検出器３０２と光学系３０４とを含む。また、光学系−検出器界面（図示せず）は、光学系３０４と検出器３０２との間に存在する。３ＭＰ撮像システムは、焦点距離４．９１ミリメートル、視野角６０°、Ｆ値２．０、総トラック長６．３ｍｍ、および最大主光線角度２８．５°を有する。斜交平行線領域は、上述のように、電磁エネルギが伝搬しないヤード領域を示す（すなわち、有効口径の外側の領域）。

【0114】

検出器３０２は、３メガピクセル「３ＭＰ」形式を有し、２，０４８列および１，５３６行の検出器ピクセル（図示せず）のマトリクスを含むことを意味する。したがって、検出器３０２は、図５の検出器１１２よりも大幅に大きい、解像度２，０４８×１，５３６を有すると言える。各検出器ピクセルは、各側面長さ２．２ミクロンを有する正方形形状である。検出器１１２は、公称幅４．５ｍｍおよび公称高３．３８ｍｍを有する。光学系３０４に近接する検出器３０２の表面を横切る対角長は、公称で５．６２ｍｍである。

【0115】

光学系３０４は、層状光学素子３０６における４層の光学素子と、層状光学素子３０９における５層の光学素子とを有する。層状光学素子３０６は、２つの異なる材料から形成され、隣接する光学素子は、異なる材料から形成される。具体的には、光学素子３０６（１）および３０６（３）は、第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、光学素子３０６（２）および３０６（４）は、第２の屈折率を有する第２の材料から形成される。層状光学素子３０９は、２つの異なる材料から形成され、隣接する光学素子は、異なる材料から形成される。具体的には、光学素子３０９（１）、３０９（３）、および３０９（５）は、第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、光学素子３０９（２）および３０９（４）は、第２の屈折率を有する第２の材料から形成される。さらに、光学系３０４は、光学系３０４内に協働可能に空隙３１２を形成する、中間共通基盤３１４（例えば、ガラスプレートから形成）を含む。１つの空隙３１２は、光学素子３０６（４）および共通基盤３１４によって画定され、別の空隙３１２は、共通基盤３１４および光学素子３０９（１）によって画定される。空隙３１２は、有利には、光学系３０４の光強度を増加させる。光線３０８は、３ＭＰ撮像システムによって撮像される電磁エネルギを表す。光線３０８は、無限遠から生じるものと仮定される。光学系３０４に対するサグ式は、式（１）によって求められる。光学系３０４の仕様は、表６および７に要約され、ここで、半径、厚さ、および直径は、ミリメートル単位で求められる。

【0116】

【表6】

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【0117】

【表7】

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図１２は、類似の撮像システムのアレイを分離することによって得られた、図１１における３ＭＰ撮像システムの横断面図である（相対的に直線の側面３３６は、３ＭＰ撮像システムが分離された状態を示す）。図１２は、複数の検出器ピクセル３３０を含むように検出器３０２を示す。図３におけるように、検出器ピクセル３３０は、正確な縮尺で描かれておらず、そのサイズは、説明の明確性のため誇張される。さらに、３つの検出器ピクセル３３０のみが、説明の明確性を促進するために番号が付けられている。

【0118】

説明の明確性を促進するために、図１２においては、層状光学素子３０６および３０９の各々のうちの１つの光学素子のみに番号が付されている。光学系３０４は、再び、電磁エネルギが検出器３０２へ到達するように進行する、光学系３０４の部分に対応する有効口径３３２を有する。有効口径３３２外側のヤード３３４は、図１２において陰影で表される。３ＭＰ撮像システムは、例えば、光学素子３０６（１）上に配置される物理的開口３３８を含んでもよいが、これらの開口は、いずれの場所に載置されてもよい（例えば、隣接する１つ以上の他の層状光学素子３０６）。開口は、図２Ｂに関して上述のように、形成されてもよい。

【0119】

図１３〜１６は、３ＭＰ撮像システムの性能図を示す。図１３は、３ＭＰ撮像システムの空間周波数の関数として、ＭＴＦの係数のプロット３５０を示す。ＭＴＦ曲線は、４７０〜６５０ｎｍの波長に平均化される。図１３は、検出器３０２の対角軸上の実像高に関連付けられた３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を示す。３つの視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上の視野ポイント、座標（１．５８ｍｍ、１．１８ｍｍ）０．７視野ポイント、および座標（２．２５ｍｍ、１．６９ｍｍ）を有する全視野ポイントである。図１３では、「Ｔ」は、接線方向面を示し、「Ｓ」は、サジタル方向面を示す。

【0120】

図１４Ａ、１４Ｂ、および１４Ｃは、それぞれ、３ＭＰ撮像システムの光路差のプロット３６２、３６４、および３６６を示す。各方向の最大目盛は、＋／−５波である。実線は、波長４７０ｎｍを有する電磁エネルギを表し、短い破線は、波長５５０ｎｍを有する電磁エネルギを表し、長い破線は、波長６５０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。各対のプロットは、検出器３０２の対角線上の異なる実高における光路差を表す。プロット３６２は、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上の視野ポイントに対応し、プロット３６４は、座標（１．５８ｍｍ、１．１８ｍｍ）を有する０．７視野ポイントに対応し、プロット３６６は、座標（２．２５ｍｍ、１．６９ｍｍ）を有する全視野ポイントに対応する。プロット３６２、３６４、および３６６では、左列は、接線方向の光束に対する波面誤差のプロットであって、右列は、サジタル方向の光束に対する波面誤差のプロットである。

【0121】

図１５Ａおよび１５Ｂは、それぞれ、３ＭＰ撮像システムの歪のプロット３８０と、像面湾曲のプロット３８２とを示す。最大半画角は、３０．０６３°である。実線は、波長４７０ｎｍを有する電磁エネルギに対応し、短い破線は、波長５５０ｎｍを有する電磁エネルギに対応し、長い破線は、波長６５０ｎｍを有する電磁エネルギに対応する。

【0122】

図１６は、光学系３０４の光学素子の中心合わせおよび厚さにおける公差を考慮した、３ＭＰ撮像システムの空間周波数の関数として、ＭＴＦのプロット４００を示す。プロット４００は、Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法公差解析を１０回以上実行して生成された、＋２〜−２ミクロンからサンプリングされた正規分布を有する、軸上視野ポイント、０．７視野ポイント、および全視野ポイントのサジタル方向および接線方向面ＭＴＦ曲線を含む。軸上視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有し、０．７視野ポイントは、座標（１．５８ｍｍ、１．１８ｍｍ）を有し、全視野ポイントは、座標（２．２５ｍｍ、１．６９ｍｍ）を有する。光学系３０４の光学素子の中心合わせおよび厚さにおける公差は、図１６のＭｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法実行における正規分布を有すると仮定される。故に、撮像システム３００のＭＴＦは、曲線４０２および４０４によって境界されると予測される。

【0123】

図１７は、図２Ａにおける撮像システム１０の一実施形態である、撮像システム４２０の光学レイアウトおよび光線追跡である。撮像システム４２０が、波面符号化等の所定の位相修正を実装する位相修正素子を含むという点で、撮像システム４２０は、図５におけるＶＧＡ撮像システムと異なる。撮像システム４２０は、以下、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムと称される場合があり、「ＷＦＣ」は、波面符号化を表す。波面符号化は、所定の位相修正を撮像システム内に導入し、収差低減および拡張被写界深度等の種々の有利な効果を達成する技術を示す。例えば、Ｃａｔｈｅｙ，Ｊｒ．らの米国特許第５，７４８，３７１号（以下、‘３７１特許）は、撮像システムの被写界深度を拡張するために、撮像システムに挿入される位相修正素子を開示している。例えば、撮像システムは、撮像光学系および位相修正素子を通して、物体を検出器上に撮像するために使用されてもよい。位相修正素子は、検出器において所定の撮像効果を結果として生じる画像に導入するために、物体からの電磁エネルギの波面を符号化するように構成されてもよい。この撮像効果は、そのような位相修正素子のない従来の撮像システムと比較して、ミスフォーカス関連収差が低減および／または撮像システムの被写界深度が拡張されるように、位相修正素子によって制御される。位相修正素子は、例えば、位相修正素子表面の平面上の空間変数ｘおよびｙの分離可能三次関数である位相変調を導入するように（‘３７１特許において論じられるように）構成されてもよい。所定の位相修正のそのような導入は、本開示との関連において、概して、波面符号化と称される。

【0124】

ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムは、焦点距離１．６０ｍｍ、視野角６２°、Ｆ値１．３、総トラック長２．２５ｍｍ、および最大主光線角度３１°を有する。前述のように、斜交平行線領域は、ヤード領域、すなわち電磁エネルギが伝搬しない有効口径の外側の領域を示す。

【0125】

ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムは、７つの素子層状光学素子１１７を有する光学系４２４を含む。光学系４２４は、所定の位相修正を含む光学素子１１６（１’）を含む。つまり、光学素子１１６（１’）が、所定の位相修正を実装して、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムにおいて被写界深度を拡張するために、位相修正素子としても付加的に機能するように、光学素子１１６（１’）の表面４３２は形成される。光線４２８は、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムによって撮像される電磁エネルギを表す。光線４２８は、無限遠から生じるものと仮定される。光学系４２４のサグは、式（２）および式（３）を使用して示されてもよい。光学系４２４の仕様の詳細は、表８〜１１に要約され、ここで、半径、厚さ、および直径は、ミリメートル単位で求められる。

【0126】

【数2】

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および

【0127】

【数3-1】

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【0128】

【数3-2】

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【0129】

【表8】

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【0130】

【表9】

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【0131】

【表10】

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【0132】

【表11】

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図１８は、層状光学素子１１６（１’）のＸ座標およびＹ座標の関数として、層状光学素子１１６（１’）の表面４３２の等高線図４４０を示す。等高線は、実線４４２によって表される。そのような等高線は、表面４３２の高度変動の対数を表す。したがって、表面４３２は、破線４４４によって表されるような面を有し、そのうちの１つのみが、説明の明確性を促進するために番号が付されている。図１８に示される対応するパラメータを有する表面４３２の例示的説明の１つは、式（３）によって求められる。

【0133】

図１９は、アレイ撮像システムを分離することによって得られた、図１７におけるＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムの斜視図である。図１９は、正確な縮尺で描かれていない。特に、光学素子１１６（１’）の表面４３２の等高線は、表面４３２上に実装されるように位相修正表面を示すために誇張される。層４３２は、撮像システムの開口を形成することに留意されたい。

【0134】

図２０〜２７は、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムと図５におけるＶＧＡ撮像システムとの性能を比較する。上述のように、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムが、撮像システムの被写界深度を拡張する所定の位相修正を実装するための位相修正素子を含む点において、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムは、ＶＧＡ撮像システムと異なる。特に、図２０Ａおよび２０Ｂは、ＶＧＡ撮像システムの種々の物体共役における空間周波数の関数として、それぞれ、ＭＴＦのプロット４５０および４５２を示し、図２１は、プロット４５４を示す。プロット４５０は、ＶＧＡ撮像システムから無限遠の物体共役距離に対応し、プロット４５２は、２０センチメートル（「ｃｍ」）の物体共役距離に対応し、プロット４５４は、１０ｃｍの物体共役距離に対応する。物体共役距離は、撮像システムの第１の光学素子（例えば、光学素子１１６（１）および／または１１６（１’））からの物体の距離である。ＭＴＦは、４７０〜６５０ｎｍの波長に平均化される。図２０Ａ、２０Ｂ、および２１は、ＶＧＡ撮像システムが無限物体共役距離用に設計されたため、無限遠に位置する物体に対し最高性能を発揮することを示す。プロット４５２および４５４のＭＴＦ曲線の減少振幅は、ボケた画像を生成することになるデフォーカスのため、物体がＶＧＡ撮像システムに近づくにつれ、ＶＧＡ撮像システムの性能が劣化することを示す。さらに、プロット４５４から分かるように、ＶＧＡ撮像システムのＭＴＦは、特定の条件下でゼロへと低下し得る。画像情報は、ＭＴＦがゼロに達すると失われる。

【0135】

図２２Ａおよび２２Ｂは、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムの空間周波数の関数として、それぞれ、ＭＴＦのプロット４７０および４７２を示し、図２３は、プロット４７４を示す。プロット４７０は、無限遠の物体共役距離に対応し、プロット４７２は、２０ｃｍの物体共役距離に対応し、プロット４７４は、１０ｃｍの物体共役距離に対応する。ＭＴＦは、４７０〜６５０ｎｍの波長に平均化される。

【0136】

プロット４７０、４７２、および４７４はそれぞれ、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムによって生成される電子データの後処理を伴うおよび伴わない、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムのＭＴＦ曲線を含む。具体的には、プロット４７０は、フィルタ未処理ＭＴＦ曲線４７６を含み、プロット４７２は、フィルタ未処理ＭＴＦ曲線４７８を含み、プロット４７４は、フィルタ未処理ＭＴＦ曲線４８０を含む。図２２Ａ、２２Ｂ、および２３と図２０Ａ、２０Ｂ、および２１との比較によって分かるように、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムのフィルタ未処理ＭＴＦ曲線は、概して、無限遠の物体距離におけるＶＧＡ撮像システムのＭＴＦ曲線よりも小さい振幅を有する。しかしながら、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムのフィルタ未処理ＭＴＦ曲線は、有利なことに、ゼロ振幅に達しない。故に、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムは、画像データを失うことなく、１０ｃｍの近さの物体共役距離において動作し得る。さらに、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムのフィルタ未処理ＭＴＦ曲線は、物体共役距離が変更しても類似する。ＭＴＦ曲線におけるそのような類似性は、適切な時点において以下に論じられるように、単一のフィルタカーネルの復号アルゴリズムを実行するプロセッサ（図示せず）による使用を可能にする。

【0137】

図２Ａの撮像システム１０に関して上述のように、位相修正（すなわち、光学素子１１６（１’））によって導入される符号化は、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムが、そのような後処理を伴わないものよりも鮮明な画像を生成するように、復号アルゴリズムを実行するプロセッサ（図示せず）によって処理されてもよい。フィルタ処理されたＭＴＦ曲線４８２、４８４、および４８６は、そのような後処理を伴うＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムの性能を表す。図２２Ａ、２２Ｂ、および２３と図２０Ａ、２０Ｂ、および２１との比較によって分かるように、後処理を伴うＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムは、一定範囲の物体共役距離において、ＶＧＡ撮像システムよりも優れた性能を発揮する。したがって、ＶＧＡ＿ＷＦＣの被写界深度は、ＶＧＡの被写界深度よりも大きい。

【0138】

図２４は、ＶＧＡ撮像システムのデフォーカスの関数として、ＭＴＦのプロット５００を示す。プロット５００は、検出器１１２における実像高と関連付けられた３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を含む。３つの視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイント、座標（０．７０４ｍｍ、０ｍｍ）を有するｙにおける全視野ポイント、および座標（０ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有するｘにおける全視野ポイントである。図２４では、「Ｔ」は、接線方向面を示し、「Ｓ」は、サジタル方向面を示す。軸上ＭＴＦ５０２は、約±２５ミクロンでゼロになる。

【0139】

図２５は、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムのデフォーカスの関数として、ＭＴＦのプロット５２０を示す。プロット５２０は、プロット５００と同一の３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を含む。軸上ＭＴＦ５２２は、約±５０ミクロンでゼロ近づく。故に、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムは、ＶＧＡ撮像システムよりも約２倍大きい被写界深度を有する。

【0140】

図２６Ａ、２６Ｂ、および２６Ｃは、フィルタリング前のＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムの点像分布関数のプロット（「ＰＳＦ」）を示す。プロット５４０は、無限遠の物体共役距離に対応し、プロット５４２は、２０ｃｍの物体共役距離に対応し、プロット５４４は、１０ｃｍの物体共役距離に対応する。

【0141】

図２７Ａ、２７Ｂ、および２７Ｃは、復号アルゴリズムを実行する図１のプロセッサ４６等のプロセッサ（図示せず）によるフィルタリング後の、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムの軸上ＰＳＦのプロットを示す。そのようなフィルタリングは、図２８に関連して後述される。プロット５６０は、無限遠の物体共役距離に対応し、プロット５６２は、２０ｃｍの物体共役距離に対応し、プロット５６４は、１０ｃｍの物体共役距離に対応する。プロット５６０、５６２、および５６４の比較によって分かるように、フィルタリング後のＰＳＦは、フィルタリング前よりもコンパクトである。同一フィルタカーネルが、示される物体共役に対しＰＳＦを後処理するために使用されたので、フィルタ処理されたＰＳＦは、互いに若干異なる。各物体共役に対するＰＳＦを後処理するために特殊に設計されたフィルタカーネルを使用することが可能であって、その場合、各物体共役に対するＰＳＦは、互いにより類似し得る。

【0142】

図２８Ａは、ＶＧＡ＿ＷＦＣ撮像システムとともに使用され得るフィルタカーネルの図示であって、図２８Ｂは、表形式の表現である。そのようなフィルタカーネルは、プロセッサによって使用され、復号アルゴリズムを実行し、位相修正素子（例えば、光学素子１１６（１’）の位相修正表面）によって画像内に導入される撮像効果を除去してもよい。プロット５８０は、フィルタカーネルの３次元プロットであって、フィルタ係数値は、表１２に要約される。フィルタカーネルは、大きさ９素子×９素子である。フィルタは、軸上無限物体共役距離ＰＳＦ用に設計されている。

【0143】

図２９は、図２Ａにおける撮像システム１０の一実施形態である、撮像システム６００の光学レイアウトおよび光線追跡である。撮像システム６００は、後述されるように、図５におけるＶＧＡ撮像システムに類似する。撮像システム６００は、アレイ撮像システムの１つであってもよい。そのようなアレイは、図２Ａに関して上述のように、複数のサブアレイおよび／または独立型撮像システムに分離されてもよい。撮像システム６００は、以下、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムと称される場合がある。上述のように、斜交平行線領域は、ヤード領域、すなわち、電磁エネルギが伝搬しない有効口径の外側の領域を示す。光学系のサグ６０４は、式（１）によって求められる。光学系６０４の例示的仕様は、表１２〜表１４に要約される。半径および直径の単位は、ミリメートルである。

【0144】

【表12】

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表面２およびＡ２の厚さは、表１３に示されるように、物体距離に伴って変化することに留意されたい。

【0145】

【表13】

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【0146】

【表14】

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撮像システム６００は、検出器１１２と、光学系６０４とを含む。光学系６０４は、共通基盤６１４上に形成される可変光学系６１６と、層状光学素子６０７とを含む。共通基盤６１４（例えば、ガラスプレート）および光学素子６０７（１）は、光学系６０４内に空隙６１２を形成する。図３０において図示されないスペーサは、空隙６１２の形成を容易にする。また、光学系−検出器界面（図示せず）は、光学系６０４と検出器６０２との間に存在する。検出器１１２は、ＶＧＡ形式を有する。故に、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムが、ＶＧＡ撮像システムと比較して若干異なる構成を有し、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムが、空隙６１２によって層状光学素子６０７（１）から分離された共通基盤６１４上に形成された可変光学系６１６をさらに含むという点において、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムの構造は、図５におけるＶＧＡ撮像システムの構造と異なる。ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムは、焦点距離１．５０ミリメートル、視野角６２°、Ｆ値１．３、総トラック長２．２５ｍｍ、および最大主光線角度３１°を有する。光線６０８は、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムによって撮像される電磁エネルギを表す。光線６０８は、無限遠から生じるものと仮定される。

【0147】

可変光学系６１６の焦点距離は、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システム内のデフォーカスを部分的または完全に補正するために変化してもよい。例えば、可変光学系６１６の焦点距離は、異なる物体距離に対し、撮像システム６００の焦点を調節するために変化してもよい。一実施形態では、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムのユーザは、可変光学系６１６の焦点距離を手動で調節する。別の実施形態では、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムは、この場合、デフォーカス等の収差を補正するために、可変光学系６１６の焦点距離を自動的に変化させる。

【0148】

一実施形態では、可変光学系６１６は、共通基盤６１４上に蒸着されるために十分に大きい熱膨張係数を有する材料から形成される。この可変光学系６１６の焦点距離は、材料の温度を変化させ、材料を膨張または収縮させることによって変化してもよい。そのような膨張または収縮は、該材料から形成される光学素子の焦点距離を変化させる。材料温度は、ヤード領域内に形成され得る発熱体を使用して変化させてもよい。発熱体は、可変光学系６１６の周辺を囲繞するポリシリコン材料の環帯から形成されてもよい。一実施形態では、発熱体は、直径（「ＩＤ」）１．６ｍｍ、外径（「ＯＤ」）２．６ｍｍ、および厚さ０．６４３５ｍｍを有する。発熱体は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成され、ＯＤ１．６ｍｍ、エッジ厚（「ＥＴ」）０．６４５ｍｍ、および０．６４５ｍｍを上回る中心厚（「ＣＴ」）を有し、それによって、ポジティブ光学素子を形成する、可変光学系６１６を囲繞する。ポリシリコンは、熱容量約７００Ｊ／Ｋｇ Ｋ、抵抗率約６．４ｅ２ΩＭ、およびＣＴＥ約２．６×１０^−６／Ｋを有する。ＰＤＭＳは、ＣＴＥ約３．１×１０^−４／Ｋを有する。

【0149】

ポリシリコン発熱環の膨張は、ＰＤＭＳ可変光学系に対しごくわずかであると仮定すると、体積膨張は、ピストン状に制約される。ＰＤＭＳは、裏面ガラスおよび環体のＩＤに粘着し、したがって、制約される。したがって、上表面の曲率は、ポリマーの膨張によって、直接制御される。サグの変化は、Δｈ＝３αｈとして定義され、ここで、ｈは、最初のサグ（ＣＴ）値、アルファは、線形膨張係数である。上述の寸法のＰＤＭＳ光学素子に対し、温度変化１０℃は、サグ変化６ミクロンを提供する。この計算は、軸方向膨張のみが仮定されているため、３３％もの過大評価（例えば、球体体積０．６６πｒ^３と比較した円柱体積πｒ^３）を提供し得る。しかしながら、材料の係数は、その運動を制約し、表面曲率、したがって、光強度を変更する。

【0150】

ポリシリコンから形成される例示的発熱環に対し、１秒間に電流約０．３ミリアンペアは、環体の温度を１０°上昇させるのに十分である。次いで、熱の大部分がポリマー光学素子内に伝導されると仮定すると、この熱流は膨張を起こさせる。他の熱は、伝導および放射によって失われるが、環体は２００ミクロンガラス基板（例えば、共通基盤６１４）上に搭載され、伝導を最小限にするために、さらに熱的に隔離されてもよい。他の発熱環は、厚膜または薄膜レジスタの加工において使用される材料およびプロセスから形成されてもよい。あるいは、ポリマー光学素子は、インジウムスズ酸化物（「ＩＴＯ」）等の透明抵抗層を介して、上面または裏表面から加熱されてもよい。さらに、好適なポリマーに対し、電流は、ポリマー自体を通して誘導されてもよい。他の実施形態では、可変光学系６１６は、液体レンズまたは液晶レンズを含む。

【0151】

図３０は、アレイ撮像システムを分離することによって得られた、図２９におけるＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムの横断面図である。相対的に直線の側面６３０は、アレイ撮像システムから分離されたＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムを示す。図３０においては、説明の明確性を促進するために、層状光学素子１１６の２つのみに番号が付されている。スペーサ６３２は、層状光学素子１１６（１）および共通基盤６１４を分離し、空隙６１２を形成するために使用される。

【0152】

光学系６０４は、電磁エネルギが検出器１１２へ到達するように進行する、光学系６０４の部分に対応する有効口径６３４を形成する。有効口径６３４外側のヤード６３６は、図３０において陰影によって表される。

【0153】

図３１〜３９は、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムと図５におけるＶＧＡ撮像システムとの性能を比較する。上述のように、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムが、若干異なる仕様を有し、空隙６１２によって層状光学素子１１６から分離される光学共通基盤６１４上に形成される可変光学系６１６を含むという点において、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムは、ＶＧＡ撮像システムと異なる。特に、図３１〜３３は、ＶＧＡおよびＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムの空間周波数の関数として、ＭＴＦのプロットを示す。ＭＴＦは、４７０〜６５０ｎｍの波長に平均化される。各プロットは、検出器１１２の対角軸上の実像高と関連付けられた３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を含む。３つの視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイント、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイント、および座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントである。図３１Ａ、３１Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａおよび３３Ｂでは、「Ｔ」は、接線方向面を示し、「Ｓ」は、サジタル方向面を示す。図３１Ａおよび３１Ｂは、無限遠の物体共役距離におけるＭＴＦ曲線のプロット６５０および６５２を示し、プロット６５０は、ＶＧＡ撮像システムに対応し、プロット６５２は、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムに対応する。プロット６５０および６５２の比較は、ＶＧＡ撮像システムおよびＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムが、無限遠の物体共役距離において、同様の性能を発揮することを示す。

【0154】

図３２Ａおよび３２Ｂは、それぞれ、物体共役距離４０ｃｍにおけるＭＴＦ曲線のプロット６５４および６５６を示す。プロット６５４は、ＶＧＡ撮像システムに対応し、プロット６５６は、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムに対応する。同様に、図３３Ａおよび３３Ｂは、それぞれ、１０ｃｍの物体共役距離におけるＭＴＦ曲線のプロット６５８および６６０を含む。プロット６５８は、ＶＧＡ撮像システムに対応し、プロット６６０は、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムに対応する。図３１Ａおよび３１Ｂと図３３Ａおよび３３Ｂとの比較は、物体共役距離が減少すると、デフォーカスのため、ＶＧＡ撮像システムの性能が劣化することを示す。しかしながら、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムの性能は、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システム内に可変光学系６１６を含むため、１０ｃｍ〜無限遠の物体共役距離範囲において、相対的に一定のままである。さらに、プロット６５８から分かるように、ＶＧＡ撮像システムのＭＴＦは、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムとは対照的に、短い物体共役距離においてゼロに低下し、画像情報を損失する結果となり得る。

【0155】

図３４〜３６は、ＶＧＡ撮像システムの横光線の扇形図を示し、図３７〜３９は、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムの横光線の扇形図を示す。図３４〜３９では、最大目盛は、＋／−２０ミクロンである。実線は、波長４７０ｎｍに対応し、短い破線は、波長５５０ｎｍに対応し、長い破線は、波長６５０ｎｍに対応する。特に、図３４〜３６は、無限遠（プロット６８２、６８４、および６８６）、４０ｃｍ（プロット７０２、７０４、および７０６）、および１０ｃｍ（プロット７２２、７２４、および７２６）の物体共役距離におけるＶＧＡ撮像システムに対応するプロットを含む。図３７〜３９は、無限遠（プロット７４２、７４４、および７４６）、４０ｃｍ（プロット７６２、７６４、および７６６）、および１０ｃｍ（プロット７８２、７８４、および７８６）の物体共役距離におけるＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムに対応するプロットを含む。プロット６８２、７０２、７２２、７４２、７６２、および７８２は、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイントに対応し、プロット６８４、７０４、７２４、７４４、７６４、および７８４は、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイントに対応し、プロット６８６、７０６、７２６、７４６、７６６、および７８６は、座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントに対応する。各対のプロットでは、左列は、接線方向光線の扇形図を示し、右列は、サジタル方向光線の扇形図を示す。

【0156】

図３４〜３６の比較は、物体共役距離の関数として変化する光線の扇形図プロットを示す。特に、１０ｃｍの物体共役距離に対応する図３６Ａ〜３６Ｃの光線の扇形図プロットは、無限遠の物体共役距離に対応する図３４Ａ〜３４Ｃの光線の扇形図プロットと大幅に異なる。故に、ＶＧＡ撮像システムの性能は、物体共役距離の関数として大幅に変化する。対照的に、図３７〜３９の比較は、物体共役距離が無限遠から１０ｃｍに変化するのに伴って、ほとんど変化しないＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムの光線の扇形図プロットを示す。故に、ＶＧＡ＿ＡＦ撮像システムの性能は、物体共役距離が無限遠から１０ｃｍに変化するのに伴って、ほとんど変化しない。

【0157】

図４０は、図２Ａの撮像システム１０の一実施形態である、撮像システム８００のレイアウトの横断面図である。撮像システム８００は、アレイ撮像システムの１つであってもよい。図２Ａに関して上述のように、そのようなアレイは、複数のサブアレイおよび／または独立型撮像システムに分離されてもよい。撮像システム８００は、ＶＧＡ形式検出器１１２と、光学系８０２とを含む。撮像システム８００は、以下、ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムと称される場合がある。「Ｗ」は、後述されるウエハレベル光学系（「ＷＡＬＯ」）加工技術を使用して加工され得る、ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムの部分を示す。本開示との関連において、「ＷＡＬＯ型光学系」は、共通基盤の表面上に分布させられる２つ以上の光学系（その一般的な意味では、１つ以上の光学素子、光学素子と層状光学素子と撮像システムとの組み合わせを示す）を示す。同様に、「ＷＡＬＯ加工技術」または同等に「ＷＡＬＯ技術」は、ＷＡＬＯ型光学系を支持する複数の共通基盤のアセンブリによる、複数の撮像システムの同時加工を示す。ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムは、焦点距離１．５５ミリメートル、視野角６２°、Ｆ値２．９、総トラック長２．３５ｍｍ（光学素子と、光学素子カバープレートと、検出器カバープレートと、ならびに検出器カバープレートと検出器との間の空隙とを含む）、および最大主光線角度２９°を有する。斜交平行線領域は、上述のように、ヤード領域、すなわち、電磁エネルギが伝搬しない有効口径の外側の領域を示す。

【0158】

光学系８０２は、空隙８１２によって検出器１１２の表面８１４から分離される検出器カバープレート８１０を含む。一実施形態では、空隙８１２は、表面８１４の小型レンズを収容するため、厚さ０．０４ｍｍを有する。任意の光学素子カバープレート８０８は、検出器カバープレート８１０に隣接して配置されてもよい。一実施形態では、検出器カバープレート８１０は、０．４ｍｍ厚である。層状光学素子８０４（６）は、光学素子カバープレート８０８上に形成される。層状光学素子８０４（５）は、層状光学素子８０４（６）上に形成される。層状光学素子８０４（４）は、層状光学素子８０４（５）上に形成される。層状光学素子８０４（３）は、層状光学素子８０４（４）上に形成される。層状光学素子８０４（２）は、層状光学素子８０４（３）上に形成される。層状光学素子８０４（１）は、層状光学素子８０４（２）上に形成される。層状光学素子８０４は、本実施例では、２つの異なる材料から形成され、各隣接する層状光学素子８０４は、異なる材料から形成される。具体的には、層状光学素子８０４（１）、８０４（３）、および８０４（５）は、第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、層状光学素子８０４（２）、８０４（４）、および８０４（６）は、第２の屈折率を有する第２の材料から形成される。光線８０６は、ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムによって撮像される電磁エネルギを表す。光学系８０２の仕様は、表１５および１６に要約される。光学系８０２のサグは、式（１）によって求められ、ここで、半径、厚さ、および直径は、ミリメートル単位で求められる。

【0159】

【表15】

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【0160】

【表16】

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図４１〜４４は、ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムの性能プロットを示す。図４１は、無限物体共役に対するＶＧＡ＿Ｗ撮像システムの空間周波数の関数として、ＭＴＦのプロット８３０を示す。ＭＴＦ曲線は、４７０〜６５０ｎｍの波長に平均化される。図４１は、検出器１１２の対角軸上の実像高と関連付けられた３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を示す。３つの視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイント、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイント、および座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントである。図７では、「Ｔ」は、接線方向面を示し、「Ｓ」は、サジタル方向面を示す。

【0161】

図４２Ａ、４２Ｂ、および４２Ｃは、それぞれ、ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムの光路差のプロット８５２、８５４、および８５６を示す。各方向の最大目盛は、＋／−２波である。実線は、波長４７０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。短い破線は、波長５５０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。長い破線は、波長６５０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。各プロットは、検出器１１２の対角線上の異なる実像高における光路差を表す。プロット８５２は、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイントに対応し、プロット８５４は、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイントに対応し、プロット８５６は、座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントに対応する。各対のプロットでは、左列は、接線方向光束に対する波面誤差のプロットであって、右列は、サジタル方向光束に対する波面誤差のプロットである。

【0162】

図４３Ａは、無限物体共役に対するＶＧＡ＿Ｗ撮像システムの歪のプロット８８０を示し、図４３Ｂは、像面湾曲のプロット８８２を示す。最大半画角は、３１．０６２°である。実線は、波長約４７０ｎｍを有する電磁エネルギに対応し、短い破線は、波長５５０ｎｍを有する電磁エネルギに対応し、長い破線は、波長６５０ｎｍを有する電磁エネルギに対応する。

【0163】

図４４は、光学系８０２の光学素子の中心合わせおよび厚さにおける公差を考慮した、ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムの空間周波数の関数として、ＭＴＦのプロット９００を示す。プロット９００は、Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ法公差解析を１０回以上実行して生成された、軸上視野ポイント、０．７視野ポイント、および全視野ポイントのサジタル方向および接線方向面ＭＴＦ曲線を含む。軸上視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有し、０．７視野ポイントは、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有し、全視野ポイントは、座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する。光学素子の中心合わせおよび厚さの公差は、＋２〜−２ミクロンからサンプリングされる正規分布を有すると仮定される。故に、ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムのＭＴＦは、曲線９０２および９０４によって範囲が定められるものと予測される。

【0164】

図４５は、図２Ａにおける撮像システム１０の一実施形態である、撮像システム９２０の光学レイアウトおよび光線追跡である。撮像システム９２０は、焦点距離０．９８ミリメートル、視野角８０°、Ｆ値２．２、総トラック長２．１ｍｍ（検出器カバープレートを含む）、および最大主光線角度３０°を有する。

【0165】

撮像システム９２０は、ＶＧＡ形式検出器１１２と、光学系９３８とを含む。光学系９３８は、ガラスプレートであってもよい光学素子９２２と、他方の側に形成される光学素子９２８および９３０を含む光学素子９２４（同様に、ガラスプレートであってもよい）、検出器カバープレート９２６とを含む。光学素子９２２および９２４は、光学素子９２８における高出力光線遷移のための空隙９３２を形成する。光学素子９２４および検出器カバープレート９２６は、光学素子９３０における高出力光線遷移のための空隙９３４を形成し、検出器１１２の表面９４０および検出器カバープレート９２６は、空隙９３６を形成する。

【0166】

撮像システム９００は、画像内に所定の撮像効果を導入するための位相修正素子を含む。そのような位相修正素子は、光学素子９２８および／または光学素子９３０の表面上に実装されてもよく、または位相修正効果は、光学素子９２８および９３０間に分布されてもよい。撮像システム９２０では、主要収差は、像面湾曲と非点収差とを含む。したがって、位相修正は、撮像システム９２０において採用され、有利なことには、そのような収差の効果を低減し得る。位相修正素子を含む撮像システム９２０は、以下、「ＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システム」と称される場合がある。位相修正素子を伴わない撮像システム９２０は、以下、「ＶＧＡ＿Ｓ撮像システム」と称される場合がある。光線９４２は、ＶＧＡ＿Ｓ撮像システムによって撮像される電磁エネルギを表す。

【0167】

光学系９３８のサグ式は、式（４）の高次分離多項式位相関数によって求められる。

【0168】

【数4】

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ＶＧＡ＿Ｓは、式（４）におけるサグ式のＷＦＣ部分を有さないが、ＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣは、サグ式に付随するＷＦＣ式を含むことに留意されたい。光学系９３８の構成は、表１７および１８に要約され、ここで、半径、厚さ、および直径は、ミリメートル単位で求められる。式（４）におけるＷＦＣ項によって記述される位相修正関数は、高次分離多項式である。以前の出願（２００６年５月２３日出願の米国仮特許出願第６０／８０２，７２４号、および２００６年５月２６日出願の米国仮特許出願第６０／８０８，７９０号参照）に詳述されたこの特定の位相関数は、視覚化が相対的に単純であるため便利である。８角形同様に、いくつかの他の位相関数が、式（４）の高次分離多項式位相関数の代わりに使用されてもよい。

【0169】

【表17】

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【0170】

【表18】

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表１７の表面番号３は、表１９に示されるパラメータによって所定の位相修正を提供するために構成される。

【0171】

【表19】

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図４６Ａおよび４６Ｂは、それぞれ、プロット９６０および９６２を含む。プロット９６０は、空間周波数の関数として、ＶＧＡ＿Ｓ撮像システム（位相修正素子を伴わないＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システム）のＭＴＦのプロットを示し、プロット９６２は、空間周波数の関数として、ＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システムのＭＴＦのプロットを示す（それぞれ、無限物体共役距離に対する）。ＭＴＦ曲線は、４７０〜６５０ｎｍの波長に平均化される。プロット９６０および９６２は、検出器１１２の対角軸上の実像高と関連付けられた３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を示す。３つの視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイント、座標（０．７０４ｍｍ、０ｍｍ）を有するｘにおける全視野ポイント、および座標（０ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有するｙにおける全視野である。プロット９６０では、「Ｔ」は、接線方向面を示し、「Ｓ」は、サジタル方向面を示す。

【0172】

プロット９６０は、相対的に低性能を呈するＶＧＡ＿Ｓ撮像システムを示す。特に、ＭＴＦは、相対的に小さい値を有し、特定の条件下でゼロに達する。上述のように、画像データの損失となるため、ＭＴＦがゼロに達することは望ましくない。プロット９６２の曲線９６６は、ＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システムによって生成される電子データの後フィルタリングを伴わない、ＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システムのＭＴＦを表す。プロット９６０と９６２との比較から分かるように、ＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システムのフィルタ未処理ＭＴＦ曲線９６６は、ＶＧＡ＿Ｓ撮像システムのＭＴＦ曲線の一部よりも小さい振幅を有する。しかしながら、ＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システムのフィルタ未処理ＭＴＦ曲線９６６は、有利なことに、ゼロに達することはなく、ＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システムが、着目空間周波数の全範囲にわたって画像情報を保持することを意味する。さらに、ＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システムのフィルタ未処理ＭＴＦ曲線９６６は、すべてが非常に類似している。ＭＴＦ曲線におけるそのような類似性は、次に論じられるように、単一フィルタカーネルの復号アルゴリズムを実行するプロセッサ（図示せず）によって使用されることを可能にする。

【0173】

上述のように、光学系９３８（例えば、光学素子９２８および／または９３０）内の位相修正素子によって導入される符号化は、ＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システムが、そのような後処理を伴わないものよりも鮮明な画像を生成するように、復号アルゴリズムを実行するプロセッサ（例えば、図１参照）によって、さらに処理されてもよい。プロット９６２のＭＴＦ曲線９６４は、そのような後処理を伴うＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システムの性能を表す。プロット９６０と９６２との比較によって分かるように、後処理を伴うＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システムは、ＶＧＡ＿Ｓ撮像システムよりも優れた性能を発揮する。

【0174】

図４７Ａ、４７Ｂ、および４７Ｃは、それぞれ、ＶＧＡ＿Ｓ撮像システムの横光線の扇形図９９２、９９４、および９９６を示し、図４８Ａ、４８Ｂ、および４８Ｃは、それぞれ、ＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システムの横光線の扇形図１０１２、１０１４、および１０１６を示す（それぞれ、無限物体共役距離に対する）。図４７〜４８では、実線は、波長４７０ｎｍに対応し、短い破線は、波長５５０ｎｍに対応し、長い破線は、波長６５０ｎｍに対応する。プロット９９２、９９４、および９９６の最大目盛は、＋／−５０ミクロンである。プロット１０１２、１０１４、および１０１６の最大目盛は、＋／−５０ミクロンである。図４７Ａ、４７Ｂ、および４７Ｃにおける横光線の扇形図は、ＶＧＡ＿Ｓ撮像システムにおける非点収差および像面湾曲を示すことに留意されたい。各対の光線の扇形図プロットの右列は、接線方向光束を示し、左列は、サジタル方向光束を示す。

【0175】

図４７〜４８はそれぞれ、３つの対のプロットを含み、各対は、検出器１１２の表面上の実像高と関連付けられた別個の視野ポイントに対する光線の扇形図プロットを含む。プロット９９２および１０１２は、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイントに対応し、プロット９９４および１０１４は、座標（０ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有するｙにおける全視野ポイントに対応し、プロット９９６および１０１６は、座標（０．７０４ｍｍ、０ｍｍ）を有するｘにおける全視野ポイントに対応する。光線の扇形図プロットは、視野ポイントの関数として変化することが、図４７Ａ、４７Ｂ、および４７Ｃから分かるだろう。故に、ＶＧＡ＿Ｓ撮像システムは、視野ポイントの関数として変化する性能を示す。対照的に、ＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システムは、視野ポイントにおける変動に対して相対的に一定の性能を示すことが、図４８Ａ、４８Ｂ、および４８Ｃから分かるだろう。

【0176】

図４９Ａおよび４９Ｂは、それぞれ、ＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システムの軸上ＰＳＦのプロット１０３０および１０３２を示す。プロット１０３０は、復号アルゴリズムを実行するプロセッサによる後処理前のＰＳＦのプロットであって、プロット１０３２は、図５０Ａおよび５０Ｂのカーネルを使用して復号アルゴリズムを実行する、プロセッサによる後処理後のＰＳＦのプロットである。特に、図５０Ａは、フィルタカーネルの図示であって、図５０Ｂは、ＶＧＡ＿Ｓ＿ＷＦＣ撮像システムとともに使用され得るフィルタ係数表１０５２である。フィルタカーネルは、大きさ２１素子×２１素子である。そのようなフィルタカーネルは、復号アルゴリズムを実行するプロセッサによって使用され、位相修正素子によって導入される撮像効果（例えば、ボケ）を除去してもよい。

【0177】

図５１Ａおよび５１Ｂは、図２Ａにおける撮像システム１０の一実施形態である、ズーム撮像システム１０７０の２つの構成の光学レイアウトおよび光線追跡である。撮像システム１０７０は、２つのズーム構成を有する２つの群の個別のズーム撮像システムである。テレ構成と称される場合がある第１のズーム構成は、撮像システム１０７０（１）として示される。テレ構成では、撮像システム１０７０は、相対的に長焦点距離を有する。ワイド構成と称される場合がある第２のズーム構成は、撮像システム１０７０（２）として示される。ワイド構成では、撮像システム１０７０は、相対的に広視野を有する。撮像システム１０７０（１）は、焦点距離４．２９ミリメートル、視野角２４°、Ｆ値５．５６、総トラック長６．０５ｍｍ（検出器カバープレートと、検出器カバープレートと検出器との間の空隙とを含む）、および最大主光線角度１２°を有する。撮像システム１０７０（２）は、焦点距離２．１５ミリメートル、視野角５０°、Ｆ値３．８４、総トラック長６．０５ｍｍ（検出器カバープレートを含む）、および最大主光線角度１７°を有する。撮像システム１０７０は、Ｚ＿ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムと称される場合がある。

【0178】

Ｚ＿ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムは、共通基盤１０８０を含む第１の光学系群１０７２を含む。ネガティブ光学素子１０８２は、共通基盤１０８０の一方の側に形成され、ネガティブ光学素子１０８４は、共通基盤１０８０の他方の側に形成される。共通基盤１０８０は、例えば、ガラスプレートであってもよい。撮像システム１０７０内の光学系群１０７２の位置は、固定される。

【0179】

Ｚ＿ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムは、共通基盤１０８６を有する第２の光学系群１０７４を含む。ポジティブ光学素子１０８８は、共通基盤１０８６の一方の側に形成され、平面光学素子１０９０は、共通基盤１０８６の他方の側に形成される。共通基盤１０８６は、例えば、ガラスプレートである。第２の光学系群１０７４は、２つの位置の間の線１０９６によって示される軸に沿って、Ｚ＿ＶＧＡ＿Ｗ撮像システム内を平行移動することが可能である。撮像システム１０７０（１）に示される光学系群１０７４の第１の位置では、撮像システム１０７０は、テレ構成を有する。撮像システム１０７０（２）に示される光学系群１０７４の第２の位置では、Ｚ＿ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムは、ワイド構成を有する。テレ構成およびワイド構成の仕様は、表２０〜２２に要約される。光学系アセンブリ１０７０のサグは、式（１）によって求められ、ここで、半径、厚さ、および直径は、ミリメートル単位で求められる。

【0180】

【表20】

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【0181】

【表21】

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【0182】

【表22】

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非球面係数は、テレ構成およびワイド構成に対し同一である。

【0183】

Ｚ＿ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムは、ＶＧＡ形式検出器１１２を含む。空隙１０９４は、検出器カバープレート１０７６を検出器１１２から分離し、検出器カバープレート１０７６に近接する検出器１１２の表面上の小型レンズのための空間を提供する。

【0184】

光線１０９２は、Ｚ＿ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムによって撮像される電磁エネルギを表す。光線１０９２は、無限遠から生じる。

【0185】

図５２Ａおよび５２Ｂは、それぞれ、Ｚ＿ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムの空間周波数の関数として、ＭＴＦのプロット１１２０および１１２２を示す。ＭＴＦは、４７０〜６５０ｎｍの波長に平均化される。各プロットは、検出器１１２の対角軸上の実像高と関連付けられた３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を含む。３つの視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイント、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイント、および座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントである。図５２Ａおよび５２Ｂでは、「Ｔ」は、接線方向面を示し、「Ｓ」は、サジタル方向面を示す。プロット１１２０は、テレ構成を有する撮像システム１０７０を表す撮像システム１０７０（１）に対応し、プロット１１２２は、ワイド構成を有する撮像システム１０７０を表す撮像システム１０７０（２）に対応する。

【0186】

図５３Ａ、５３Ｂ、および５３Ｃは、Ｚ＿ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムの光路差のプロット１１４２、１１４４、および１１４６を示し、図５４Ａ、５４Ｂ、および５４Ｃは、プロット１１６２、１１６４、および１１６６を示す。プロット１１４２、１１４４、および１１４６は、テレ構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムに対するものであって、プロット１１６２、１１６４、および１１６６は、ワイド構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムに対するものである。プロット１１４２、１１４４、および１１４６の最大目盛は、＋／−１波であって、プロット１１６２、１１６４、および１１６６の最大目盛は、＋／−２波である。実線は、波長４７０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。短い破線は、波長５５０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。長い破線は、波長６５０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。

【0187】

図５３および５４における各対のプロットは、検出器１１２の対角線上の異なる実像高における光路差を表す。プロット１１４２および１１６２は、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイントに対応する。プロット１１４４および１１６４は、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイントに対応する。プロット１１４６および１１６６は、座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントに対応する。各対のプロットの左列は、接線方向光束に対する波面誤差のプロットであって、右列は、サジタル方向光束に対する波面誤差のプロットである。

【0188】

図５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、および５５Ｄは、Ｚ＿ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムの歪のプロット１１９４および１９９６、像面湾曲のプロット１１９０および１１９２を示す。プロット１１９０および１１９４は、テレ構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムに対応し、プロット１１９２および１９９６は、ワイド構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿Ｗ撮像システムに対応する。最大半画角は、テレ構成に対し１１．７４４°、ワイド角度構成に対し２５．５６８である。実線は、波長４７０ｎｍを有する電磁エネルギに対応し、短い破線は、波長５５０ｎｍを有する電磁エネルギに対応し、長い破線は、波長６５０ｎｍを有する電磁エネルギに対応する。

【0189】

図５６Ａおよび５６Ｂは、図２Ａにおける撮像システム１０の一実施形態である、ズーム撮像システム１２２０の２つの構成の光学レイアウトおよび光線追跡を示す。撮像システム１２２０は、２つのズーム構成を有する３つの群の個別のズーム撮像システムである。テレ構成と称される場合がある第１のズーム構成は、撮像システム１２２０（１）として示される。テレ構成では、撮像システム１２２０は、相対的に長焦点距離を有する。ワイド構成と称される場合がある第２のズーム構成は、撮像システム１２２０（２）として示される。ワイド構成では、撮像システム１２２０は、相対的に広視野を有する。光学系群、例えば、光学系群１２２４の図面サイズは、テレおよびワイド構成に対し異なることを留意されたい。図面サイズのこの差異は、本設計を生成するために使用された光学ソフトウェアＺＥＭＡＸ（登録商標）における図面縮尺によるものである。現実には、光学系群または個々の光学素子のサイズは、異なるズーム構成に対し変化しない。また、この問題は、続くズーム設計のすべてにおいて生じることにも留意されたい。撮像システム１２２０（１）は、焦点距離３．３６ミリメートル、視野角２９°、Ｆ値１．９、総トラック長８．２５ｍｍ、および最大主光線角度２５°を有する。撮像システム１２２０（２）は、焦点距離１．６８ミリメートル、視野角６２°、Ｆ値１．９、総トラック長８．２５ｍｍ、および最大主光線角度２５°を有する。撮像システム１２２０は、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムと称される場合がある。

【0190】

Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムは、光学素子１２２８を有する第１の光学系群１２２２を含む。ポジティブ光学素子１２３０は、素子１２２８の一方の側に形成され、ポジティブ光学素子１２３２は、素子１２２８の他方の側に形成される。素子１２２８は、例えば、ガラスプレートである。Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムにおける第１の光学系群１２２２の位置は、固定される。

【0191】

Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムは、光学素子１２３４を有する第２の光学系群１２２４を含む。ネガティブ光学素子１２３６は、素子１２３４の一方の側に形成され、ネガティブ光学素子１２３８は、素子１２３４の他方の側に形成される。素子１２３４は、例えば、ガラスプレートである。第２の光学系群１２２４は、線１２４４によって示される軸に沿って、２つの位置間を平行移動することが可能である。撮像システム１２２０（１）に示される光学系群１２２４の第１の位置では、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムは、テレ構成を有する。撮像システム１２２０（２）に示される光学系群１２２４の第２の位置では、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システム撮像システムは、ワイド構成を有する。ＺＥＭＡＸ（登録商標）は、縮尺のため、光学素子群をワイド構成およびテレ構成において異なって見せることに留意されたい。

【0192】

Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムは、ＶＧＡ形式検出器１１２上に形成される第３の光学系群１２４６を含む。光学系−検出器界面（図示せず）は、第３の光学系群１２４６を検出器１１２の表面から分離する。層状光学素子１２２６（７）は、検出器１１２上に形成される。層状光学素子１２２６（６）は、層状光学素子１２２６（７）上に形成される。層状光学素子１２２６（５）は、層状光学素子１２２６（６）上に形成される。層状光学素子１２２６（４）は、層状光学素子１２２６（５）上に形成される。層状光学素子１２２６（３）は、層状光学素子１２２６（４）上に形成される。層状光学素子１２２６（２）は、層状光学素子１２２６（３）上に形成される。層状光学素子１２２６（１）は、層状光学素子１２２６（２）上に形成される。層状光学素子１２２６は、２つの異なる材料から形成され、隣接する層状光学素子１２２６は、異なる材料から形成される。具体的には、層状光学素子１２２６（１）、１２２６（３）、１２２６（５）、および１２２６（７）は、第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、層状光学素子１２２６（２）、１２２６（４）、および１２２６（６）は、第２の屈折率を有する第２の材料から形成される。光線１２４２は、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムによって撮像される電磁エネルギを表す。光線１２４２は、無限遠から生じる。テレ構成およびワイド構成の仕様は、表２３〜２５に要約される。これらの構成のサグは、式（１）によって求められ、ここで、半径、厚さ、および直径は、ミリメートル単位で求められる。

【0193】

【表23】

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【0194】

【表24】

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非球面係数は、テレ構成およびワイド構成に対し同一であって、表２５にリストアップされる。

【0195】

【表25】

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図５７Ａおよび５７Ｂは、無限物体共役距離に対するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムの空間周波数の関数として、ＭＴＦのプロット１２７０および１２７２を示す。ＭＴＦは、４７０〜６５０ｎｍの波長に平均化される。各プロットは、検出器１１２の対角軸上の実像高と関連付けられた３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を含む。３つの視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイント、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイント、および座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントである。図５７Ａおよび５７Ｂでは、「Ｔ」は、接線方向面を示し、「Ｓ」は、サジタル方向面を示す。プロット１２７０は、テレ構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムを表す撮像システム１２２０（１）に対応し、プロット１２７２は、ワイド構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムを表す撮像システム１２２０（２）に対応する。

【0196】

図５８Ａ、５８Ｂ、および５８Ｃは、それぞれ、無限物体共役に対するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムの光路差のプロット１２９２、１２９４、および１２９６を示し、図５９Ａ、５９Ｂ、および５９Ｃは、プロット１３２２、１３２４、および１３２６を示す。プロット１２９２、１２９４、および１２９６は、テレ構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムに対するものであって、プロット１３２２、１３２４、および１３２６は、ワイド構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムに対するものである。プロット１２９２、１２９４、１２９６、１３２２、１３２４、および１３２６に対する最大目盛は、＋／−５波である。実線は、波長４７０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。短い破線は、波長５５０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。長い破線は、波長６５０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。

【0197】

図５８および５９における各対のプロットは、検出器１１２の対角線上の異なる実高における光路差を表す。プロット１２９２および１３２２は、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイントに対応し、第２行のプロット１２９４および１３２４は、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイントに対応し、第３行のプロット１２９６および１３２６は、座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントに対応する。各対の左列は、接線方向光束に対する波面誤差のプロットであって、右列は、サジタル方向光束に対する波面誤差のプロットである。

【0198】

図６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、および６０Ｄは、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムの歪のプロット１３５４および１３５６、像面湾曲のプロット１３５０および１３５２を示す。プロット１３５０および１３５４は、テレ構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムに対応し、プロット１３５２および１３５６は、ワイド構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムに対応する。最大半画角は、テレ構成に対し１４．３７４°、ワイド角度構成に対し３１．４５０°である。実線は、波長約４７０ｎｍを有する電磁エネルギに対応し、短い破線は、波長５５０ｎｍを有する電磁エネルギに対応し、長い破線は、波長６５０ｎｍを有する電磁エネルギに対応する。

【0199】

図６１Ａ、６１Ｂ、および６２は、図２Ａにおける撮像システム１０の一実施形態である、ズーム撮像システム１３８０の３つの構成の光学レイアウトおよび光線追跡を示す。撮像システム１３８０は、最大比１．９５まで連続的可変ズーム比を有する３つの群のズーム撮像システムである。概して、連続ズーミングを有するために、ズーム撮像システム内の２つ以上の光学系群が移動しなければならない。この場合、連続ズーミングは、可変光学素子の出力の調節と並行して、第２の光学系群１３８４のみを移動させることによって達成される。可変光学素子は、本明細書では、図２９から詳細に記載される。テレ構成と称される場合があるズーム構成の１つは、撮像システム１３８０（１）として示される。テレ構成では、撮像システム１３８０は、相対的に長い焦点距離を有する。ワイド構成と称される場合がある別のズーム構成は、撮像システム１３８０（２）として示される。ワイド構成では、撮像システム１３８０は、相対的に広い視野を有する。ミドル構成と称される場合があるさらに別のズーム構成は、撮像システム１３８０（３）として示される。ミドル構成は、テレ構成とワイド構成との間の焦点距離および視野を有する。

【0200】

撮像システム１３８０（１）は、焦点距離３．３４ミリメートル、視野角２８°、Ｆ値１．９、総トラック長９．２５ｍｍ、および最大主光線角度２５°を有する。撮像システム１３８０（２）は、焦点距離１．７１ミリメートル、視野角６２°、Ｆ値１．９、総トラック長９．２５ｍｍ、および最大主光線角度２５°を有する。撮像システム１３８０は、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムと称される場合がある。

【0201】

Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムは、光学素子１３８８を有する第１の光学系群１３８２を含む。ポジティブ光学素子１３９０は、素子１３８８の一方の側に形成され、ネガティブ光学素子１３９２は、素子１３８８の他方の側に形成される。素子１３８８は、例えば、ガラスプレートである。Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システム内の第１の光学系群１３８２の位置は、固定される。

【0202】

Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムは、光学素子１３９４を有する第２の光学系群１３８４を含む。ネガティブ光学素子１３９６は、素子１３９４の一方の側に形成され、ネガティブ光学素子１３９８は、素子１３９４の他方の側に形成される。素子１３９４は、例えば、ガラスプレートである。第２の光学系群１３８４は、端部１４１０と１４１２との間の線１４００によって示される軸にそって、連続的に平行移動することが可能である。光学系群１３８４が、撮像システム１３８０（１）に示される線１４００の端部１４１２に配置される場合、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムは、テレ構成を有する。光学系群１３８４が、撮像システム１３８０（２）に示される線１４００の端部１４１０に配置される場合、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システム撮像システムは、ワイド構成を有する。光学系群１３８４が、撮像システム１３８０（３）に示される線１４００の中間に配置される場合、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムは、ミドル構成を有する。テレとワイドとの間の任意の他のズーム位置は、光学系群２を移動させ、可変光学素子の出力を調節することによって達成される。テレ構成、ミドル構成、およびワイド構成の仕様は、表２６〜３０に要約される。各構成のサグは、式（１）によって求められ、ここで、半径、厚さ、および直径は、ミリメートル単位で求められる。

【0203】

【表26】

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【0204】

【表27】

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【0205】

【表28】

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可変光学素子の表面である表面１０上のＡ２を除き、非球面係数はすべて、テレ構成、ミドル構成、およびワイド構成（または、テレとワイド構成との間の任意の他のズーム構成）に対し同一であって、表２９にリストアップされる。

【0206】

【表29】

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異なるズーム構成に対する表面１０上の非球面係数Ａ２は、表３０に要約される。

【0207】

【表30】

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Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムは、ＶＧＡ形式検出器１１２上に形成される第３の光学系群１２４６を含む。第３の光学系群１２４６は、図５６に関連して上述される。光学系−検出器界面（図示せず）は、第３の光学系群１２４６を検出器１１２の表面から分離する。説明の明確性を促進するために、第３の光学系群１２４６の層状光学素子１２２６の一部のみ、図６１および６２において番号が付される。

【0208】

Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムは、層状光学素子１２２６（１）と接触する光学素子１４０６をさらに含む。可変光学系１４０８は、層状光学素子１２２６（１）の反対の素子１４０６の表面上に形成される。可変光学系１４０８の焦点距離は、撮像システム１３８０が、そのズーム位置の変化に伴って焦点があったままとなるように、第２の光学系群１３８４の位置に従って変化してもよい。１４０８の焦点距離（出力）は、群１３８４の移動によって生じるズーミングの間、デフォーカスを補正するために変動する。可変光学系１４０８の焦点距離変動は、上述のように、素子１３８４の移動によって生じるズーミングの間のデフォーカスの補正だけでなく、「ＶＧＡ ＡＦ」光学素子に関して記載されたように、異なる共役距離に対する焦点を調節するためにも使用可能である。一実施形態では、可変光学系１４０８の焦点距離は、例えば、撮像システムのユーザによって手動で調節されてもよい。別の実施形態では、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムは、第２の光学系群１３８４の位置に従って、可変光学系１４０８の焦点距離を自動的に変更する。例えば、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムは、第２の光学系群１３８４の位置に対応する、可変光学系１４０８の焦点距離のルックアップテーブルを含んでもよい。Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムは、ルックアップテーブルから可変光学系１４０８の補正焦点距離を判断し、それに従って、可変光学系１４０８の焦点距離を調節してもよい。

【0209】

可変光学系１４０８は、例えば、調節可能焦点距離を伴う光学素子である。それは、素子１４０６上に蒸着されるために十分大きな熱膨張係数を有する材料であってもよい。可変光学系１４０８のそのような実施形態の焦点距離は、材料の温度を変化させ、それによって、材料を膨張または収縮させることによって変動する。そのような膨張または収縮は、可変光学素子の焦点距離を変化させる。材料の温度は、発熱体（図示せず）の使用によって変化してもよい。付加的実施例として、可変光学系１４０８は、液体レンズまたは液晶レンズであってもよい。

【0210】

したがって、作動中、プロセッサ（例えば、図１のプロセッサ４６参照）は、線形変換器を制御し、例えば、群１３８４を移動させる一方、同時に、電圧印加または加熱し、可変光学系１４０８の焦点距離を制御するように構成されてもよい。

【0211】

光線１４０２は、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムによって撮像される電磁エネルギを表す。光線１４０２は、垂直線１４０４によって表される無限遠から生じるが、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムは、システム１３８０により近接する光線を撮像してもよい。

【0212】

図６３Ａおよび６３Ｂは、無限物体共役におけるＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムの空間周波数の関数として、ＭＴＦのプロット１４４０および１４４２を示し、図６４は、プロット１４６０を示す。ＭＴＦは、４７０〜６５０ｎｍの波長に平均化される。各プロットは、検出器１１２の対角軸上の実像高と関連付けられた３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を含む。３つの視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイント、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイント、および座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントである。図６３Ａ、６３Ｂ、および６４では、「Ｔ」は、接線方向面を示し、「Ｓ」は、サジタル方向面を示す。プロット１４４０は、テレ構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムを表す撮像システム１３８０（１）に対応する。プロット１４４２は、ワイド構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムを表す撮像システム１３８０（２）に対応する。プロット１４６０は、ミドル構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムを表す撮像システム１３８０（３）に対応する。

【0213】

図６５Ａ、６５Ｂ、および６５Ｃは、それぞれ、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムの光路差のプロット１４８２、１４８４、および１４８６を示し、図６６Ａ、６６Ｂ、および６６Ｃは、プロット１５１２、１５１４、および１５１６を示し、図６７Ａ、６７Ｂ、および６７Ｃは、プロット１５４２、１５４４、および１５４６を示す（それぞれ、無限物体共役における）。プロット１４８２、１４８４、および１４８６は、テレ構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムに対するものである。プロット１５１２、１５１４、および１５１６は、ワイド構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムに対するものである。プロット１５４２、１５４４、および１５４６は、ミドル構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムに対するものである。全プロットの最大目盛は、＋／−５波である。実線は、波長４７０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。短い破線は、波長５５０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。長い破線は、波長６５０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。

【0214】

図６５〜６７における各対のプロットは、検出器１１２の対角線上の異なる実高における光路差を表す。プロット１４８２、１５１２、および１５４２は、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイントに対応し、プロット１４８４、１５１４、および１５４４は、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイントに対応し、プロット１４８６、１５１６、および１５４６は、座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントに対応する。各対のプロットの左列は、接線方向光束に対する波面誤差のプロットであって、右列は、サジタル方向光束に対する波面誤差のプロットである。

【0215】

図６８Ａおよび６８Ｃは、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムの像面湾曲のプロット１５７０および１５７２を示し、図６９Ａは、プロット１６００を示す。図６８Ｂおよび６８Ｄは、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムの歪のプロット１５７４および１５７４６を示し、図６９Ｂは、プロット１６０２を示す。プロット１５７０および１５７４は、テレ構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムに対応し、プロット１５７２および１５７６は、ワイド構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムに対応し、プロット１６００および１６０２は、ミドル構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＡＦ撮像システムに対応する。最大半画角は、テレ構成に対し１４．１４８°、ワイド角度構成に対し３１．８４４°、ミドル構成に対し２０．３１１°である。実線は、波長４７０ｎｍを有する電磁エネルギに対応し、短い破線は、波長５５０ｎｍを有する電磁エネルギに対応し、長い破線は、波長６５０ｎｍを有する電磁エネルギに対応する。

【0216】

図７０Ａ、７０Ｂ、および７１は、図２Ａにおける撮像システム１０の一実施形態である、ズーム撮像システム１６２０の３つの構成の光学レイアウトおよび光線追跡を示す。撮像システム１６２０は、最大比１．９６までの連続的可変ズーム比を有する、３つの群のズーム撮像システムである。概して、連続ズーミングを有するために、ズーム撮像システム内の２つ以上の光学系群は、移動しなければならない。この場合、連続ズーミングは、第２の光学系群１６２４のみを移動させ、位相修正素子を使用して、ズーム撮像システムの焦点深度を拡張することによって達成される。テレ構成と称される場合があるズーム構成の１つは、撮像システム１６２０（１）として示される。テレ構成では、撮像システム１６２０は、相対的に長い焦点距離を有する。ワイド構成と称される場合がある別のズーム構成は、撮像システム１６２０（２）として示される。ワイド構成では、撮像システム１６２０は、相対的に広い視野を有する。ミドル構成と称される場合があるさらに別のズーム構成は、撮像システム１６２０（３）として示される。ミドル構成は、テレ構成とワイド構成との間の焦点距離および視野を有する。

【0217】

撮像システム１６２０（１）は、焦点距離３．３７ミリメートル、視野角２８°、Ｆ値１．７、総トラック長８．３ｍｍ、および最大主光線角度２２°を有する。撮像システム１６２０（２）は、焦点距離１．７２ミリメートル、視野角６０°、Ｆ値１．７、総トラック長８．３ｍｍ、および最大主光線角度２２°を有する。撮像システム１６２０は、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムと称される場合がある。

【0218】

Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムは、光学素子１６２８を有する第１の光学系群１６２２を含む。ポジティブ光学素子１６３０は、素子１６２８の一方の側に形成され、波面符号化表面は、１６４６（１）の第１の表面上に形成される。素子１６２８は、例えば、ガラスプレートである。Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムにおける第１の光学系群１６２２の位置は、固定される。

【0219】

Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムは、光学素子１６３４を有する第２の光学系群１６２４を含む。ネガティブ光学素子１６３６は、素子１６３４の一方の側に形成され、ネガティブ光学素子１６３８は、反対側の素子１６３４上に形成される。素子１６３４は、例えば、ガラスプレートである。第２の光学系群１６２４は、端部１６４８と１６５０との間の線１６４０によって示される軸に沿って、連続的に平行移動可能である。第２の光学系群１６２４が、撮像システム１６２０（１）に示される線１６４０の端部１６５０に配置される場合、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムは、テレ構成を有する。光学系群１６２４が、撮像システム１６２０（２）に示される線１６４０の端部１６４８に配置される場合、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムは、ワイド構成を有する。光学系群１６２４が、撮像システム１６２０（３）に示される線１６４０の中間に配置される場合、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムは、ミドル構成を有する。

【0220】

Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムは、ＶＧＡ形式検出器１１２上に形成される第３の光学系群１６２６を含む。光学系−検出器界面（図示せず）は、第３の光学系群１６２６を検出器１１２の表面から分離する。層状光学素子１６４６（７）は、検出器１１２上に形成される。層状光学素子１６４６（６）は、層状光学素子１６４６（７）上に形成される。層状光学素子１６４６（５）は、層状光学素子１６４６（６）上に形成される。層状光学素子１６４６（４）は、層状光学素子１６４６（５）上に形成される。層状光学素子１６４６（３）は、層状光学素子１６４６（４）上に形成される。層状光学素子１６４６（２）は、層状光学素子１６４６（３）上に形成される。層状光学素子１６４６（１）は、層状光学素子１６４６（２）上に形成される。層状光学素子１６４６は、２つの異なる材料から形成され、隣接する層状光学素子１６４６は、異なる材料から形成される。具体的には、層状光学素子１６４６（１）、１６４６（３）、１６４６（５）、および１６４６（７）は、第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、層状光学素子１６４６（２）、１６４６（４）、および１６４６（６）は、第２の屈折率を有する第２の材料から形成される。

【0221】

テレ構成、ミドル構成、およびワイド構成の仕様は、表３１〜３６に要約される。３つすべての構成のサグは、式（２）によって求められる。位相修正素子によって実装される位相関数は、８角形であって、そのパラメータは、式（３）によって求められ、図１８に示される。ここで、半径、厚さ、および直径は、ミリメートル単位で求められる。

【0222】

【表31】

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【0223】

【表32】

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【0224】

【表33】

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８角形の非球面係数および表面仕様は、テレ、ミドル、およびワイド構成に対し同一であって、表３４〜３６に要約される。

【0225】

【表34】

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【0226】

【表35】

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【0227】

【表36】

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Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムは、所定の位相修正を実装するための位相修正素子を含む。図７０では、光学素子１６４６（１）の左表面は、位相修正素子である。しかしながら、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムの任意の１つの光学素子または光学素子の組み合わせが、位相修正素子として機能し、所定の位相修正を実装してもよい。所定の位相修正は、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムの焦点深度を拡張するため、所定の位相修正の使用によって、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムが連続的可変ズーム比を支持することを可能にする。光線１６４２は、無限遠からＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムによって撮像される電磁エネルギを表す。

【0228】

Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムの性能は、その性能を図５６におけるＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムと比較することによって（２つの撮像システムは類似するため）、理解され得る。Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムとＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムとの間の主要な差異は、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムが所定の位相修正を含むが、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムは含まないことである。図７２Ａおよび７２Ｂは、無限物体共役距離におけるＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムの空間周波数の関数として、ＭＴＦのプロット１６７０および１６７２を示し、図７３は、プロット１６９０を示す。ＭＴＦは、４７０〜６５０ｎｍの波長に平均化される。各プロットは、検出器１１２の対角軸上の実像高と関連付けられた３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を含む。３つの視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイント、座標（０ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有するｙにおける全視野ポイント、および座標（０．７０４ｍｍ、０ｍｍ）を有するｘにおける全視野ポイントである。図７２Ａ、７２Ｂ、および７３では、「Ｔ」は、接線方向面を示し、「Ｓ」は、サジタル方向面を示す。プロット１６７０は、テレ構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムを表す撮像システム１２２０（１）に対応する。プロット１６７２は、ワイド構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムを表す撮像システム１２２０（２）に対応する。プロット１６９０は、ミドル構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムに対応する（Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムの本構成は、図示されない）。プロット１６７０、１６７２、および１６９０の比較によって分かるように、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムの性能は、ズーム位置の関数として変化する。さらに、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ撮像システムは、プロット１６９０のＭＴＦの小さい振幅およびゼロ値によって示されるように、ミドルズーム構成において、相対的に性能が低い。

【0229】

図７４Ａおよび７４Ｂは、無限物体共役距離に対するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムの空間周波数の関数として、ＭＴＦのプロット１７１０および１７１６を示し、図７５は、プロット１７４０を示す。ＭＴＦは、４７０〜６５０ｎｍの波長に平均化される。各プロットは、検出器１１２の対角軸上の実像高と関連付けられた３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を含む。３つの視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイント、座標（０ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有するｙにおける全視野ポイント、および座標（０．７０４ｍｍ、０ｍｍ）を有するｘにおける全視野ポイントである。図７４Ａ、７４Ｂ、および７５では、「Ｔ」は、接線方向面を示し、「Ｓ」は、サジタル方向面を示す。プロット１７１０は、テレ構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムに対応し、プロット１７１６は、ワイド構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムに対応し、プロット１７４０は、ミドル構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムに対応する。

【0230】

破線によって示されるフィルタ未処理曲線は、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムによって生成される電子データのポストフィルタリングを伴わない、ＭＴＦを表す。プロット１７１０、１７１６、および１７４０から分かるように、フィルタ未処理ＭＴＦ曲線１７１４、１７２０、および１７４４は、相対的に小さい振幅を有する。しかしながら、フィルタ未処理ＭＴＦ曲線１７１４、１７２０、および１７４４は、有利には、ゼロ振幅に達することはなく、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムが、着目空間周波数の全範囲にわたって画像情報を保持することを意味する。さらに、フィルタ未処理ＭＴＦ曲線１７１４、１７２０、および１７４４は、非常に類似する。ＭＴＦ曲線におけるそのような類似性は、次に論じられるように、単一のフィルタカーネルの復号アルゴリズムを実行するプロセッサによる使用を可能にする。例えば、光学系（例えば、光学素子１６４６（１））内の位相修正素子によって導入される符号化は、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムが、そのような後処理を伴わないものよりも鮮明な画像を生成するように、例えば、復号アルゴリズムを実行する図１のプロセッサ４６によって処理される。実線によって示されるフィルタ処理されたＭＴＦ曲線は、そのような後処理を伴うＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムの性能を表す。プロット１７１０、１７１６、および１７４０から分かるように、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムは、そのような後処理を伴うズーム比にわたって、相対的に一定の性能を示す。

【0231】

図７６Ａ、７６Ｂ、および７６Ｃは、復号アルゴリズムを実行するプロセッサによる後処理前の、Ｚ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムの軸上ＰＳＦのプロット１７６０、１７６２、および１７６４を示す。プロット１７６０は、テレ構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムに対応し、プロット１７６２は、ワイド構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムに対応し、プロット１７６４は、ミドル構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムに対応する。図７６から分かるように、後処理前のＰＳＦは、ズーム構成の関数として変化する。

【0232】

図７７Ａ、７７Ｂ、および７７Ｃは、復号アルゴリズムを実行するプロセッサによる後処理後のＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムの軸上ＰＳＦのプロット１７８０、１７８２、および１７８４を示す。プロット１７８０は、テレ構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムに対応し、プロット１７８２は、ワイド構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムに対応し、プロット１７８４は、ミドル構成を有するＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムに対応する。図７７から分かるように、後処理後のＰＳＦは、相対的に、ズーム構成から独立している。同一のフィルタカーネルが、処理のために使用されるため、ＰＳＦは、異なる物体共役に対し若干異なる。

【0233】

図７８Ａは、プロセッサによって実装される復号アルゴリズム（例えば、畳み込み）におけるＺ＿ＶＧＡ＿ＬＬ＿ＷＦＣ撮像システムとともに使用され得る、フィルタカーネルの図示およびその値である。図７８Ａのこのフィルタカーネルは、例えば、図７７Ａ、７７Ｂ、および７７ＣのプロットのＰＳＦ、または図７４Ａ、７４Ｂ、および７５のフィルタ処理されたＭＴＦ曲線を生成するために使用される。そのようなフィルタカーネルは、復号アルゴリズムを実行して、波面符号化素子の導入によって影響を受ける電子データを処理するためのプロセッサによって使用されてもよい。プロット１８００は、フィルタカーネルの３次元プロットであって、フィルタ係数は、図７８Ｂにおける表１８０２に示される。

【0234】

図７９は、図２Ａにおける撮像システム１０の一実施形態である、撮像システム１８２０の光学レイアウトおよび光線追跡である。撮像システム１８２０は、アレイ撮像システムの１つであってもよい。そのようなアレイは、図２Ａに関して上述のように、複数のサブアレイおよび／または独立型撮像システムに分離されてもよい。撮像システム１８２０は、ＶＧＡ＿Ｏ撮像システムと称される場合がある。ＶＧＡ＿Ｏ撮像システムは、光学系１８２２と、湾曲表面１８２６によって表される湾曲像平面とを含む。ＶＧＡ＿Ｏ撮像システムは、焦点距離１．５０ｍｍ、視野角６２°、Ｆ値１．３、総トラック長２．４５ｍｍ、および最大主光線角度２８°を有する。

【0235】

光学系１８２２は、７つの層状光学素子１８２４を有する。層状光学素子１８２４は、２つの異なる材料から形成され、隣接する層状光学素子は、異なる材料から形成される。層状光学素子１８２４（１）、１８２４（３）、１８２４（５）、および１８２４（７）は、第１の屈折率を有する第１の材料から形成され、層状光学素子１８２４（２）、１８２４（４）、および１８２４（６）は、第２の屈折率を有する第２の材料から形成される。本文脈において有用となり得る２つの例示的ポリマー材料は、１）ＣｈｅｍＯｐｔｉｃｓ社製高屈折率材料（ｎ＝１．６２）と、２）Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．社製低屈折率材料（ｎ＝１．３７）とを含む。光学系１８２２内に空隙は存在しないことに留意されたい。光線１８３０は、無限遠からＶＧＡ＿Ｏ撮像システムによって撮像される電磁エネルギを表す。

【0236】

光学系１８２２の仕様の詳細は、表３７および３８に要約される。サグは、式（１）によって求められ、ここで、半径、厚さ、および直径は、ミリメートル単位で求められる。

【0237】

【表37】

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【0238】

【表38】

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検出器１８３２は、湾曲表面１８２６上に適用される。光学系１８２２は、検出器１８３２から独立して加工されてもよい。検出器１８３２は、有機材料から加工されてもよい。検出器１８３２は、例えば、インクジェットプリンタ等の使用によって、表面１８２６上に直接形成または適用される。代替として、検出器１８３２は、代わりに表面１８２６に接合される基板（例えば、ポリエチレンのシート）に適用されてもよい。

【0239】

一実施形態では、検出器１８３２は、２．２ミクロンピクセルサイズのＶＧＡ形式を有する。一実施形態では、検出器１８３２は、検出器の解像度に必要以上の付加的検出器ピクセルを含む。そのような付加的ピクセルは、光軸１８３４に対する検出器１８３２の中心の位置合わせ要件を緩和するために使用されてもよい。検出器１８３２が、光軸１８３４に対し正確に位置合わせされない場合、検出器１８３２が光軸１８３４に対し中心に来るように、付加的ピクセルは、検出器１８３２の輪郭を再画定可能にしてもよい。

【0240】

ＶＧＡ＿Ｏ撮像システムの湾曲像平面は、有利なことには、ＶＧＡ＿Ｏ撮像システムにおいて使用され得る、さらなる設計自由度を提供する。例えば、像平面は、事実上いかなる表面形状にも一致し、像面湾曲および／または非点収差等の収差を補正するように、湾曲していてもよい。その結果、光学系１８２２の公差を緩和し、それによって、加工コストを低減することが可能であってもよい。

【0241】

図８０は、無限物体共役距離におけるＶＧＡ＿Ｏ撮像システムの空間周波数の関数として、波長０．５５マイクロメートルでの単色ＭＴＦのプロット１８５０を示す。図８０は、検出器１８３２の対角軸上の実像高と関連付けられた３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を示す。３つの視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイント、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイントおよび座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントである。湾曲像平面のため、非点収差および像面湾曲が適切に補正され、ＭＴＦは、ほぼ回折限界である。図８０では、「Ｔ」は、接線方向面を示し、「Ｓ」は、サジタル方向面を示す。また、図８０は、図中において「回折限界」として示される回折限界を示す。

【0242】

図８１は、無限物体共役距離に対するＶＧＡ＿Ｏ撮像システムの空間周波数の関数として、白色光ＭＴＦのプロット１８７０を示す。ＭＴＦは、４７０〜６５０ｎｍの波長に平均化される。図８１は、検出器１８３２の対角軸上の実像高と関連付けられた３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を示す。３つの視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイント、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイント、および座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントである。再び、図８１では、「Ｔ」は、接線方向面を示し、「Ｓ」は、サジタル方向面を示す。また、図８１は、図中において「回折限界」として示される回折限界を示す。

【0243】

図８１のカラーＭＴＦは、概して、図８０の単色ＭＴＦよりも小さい振幅を有するということが、図８０と８１との比較によって分かるだろう。そのような振幅の差異は、ＶＧＡ＿Ｏ撮像システムが、一般に軸上の色と称される収差を呈することを示す。軸上の色は、所定の位相修正を介して補正されてもよい。しかしながら、軸上の色を補正するための所定の位相修正の使用は、光学系１８２２の光学機械的公差を緩和する所定の位相修正の能力を低減し得る。光学機械的公差の緩和は、光学系１８２２の加工コストを低減し得る。したがって、光学機械的公差を緩和するための所定の位相修正の効果を可能な限り使用することは、この場合、有利となるであろう。その結果、後述されるように、１つ以上の層状光学素子１８２４内の異なるポリマー材料を使用することによって、軸上の色を補正することは有利となる場合がある。

【0244】

図８２Ａ、８２Ｂ、および８２Ｃは、それぞれ、ＶＧＡ＿Ｏ撮像システムの光路差のプロット１８９２、１８９４、および１８９６を示す。各方向の最大目盛は、＋／−５波である。実線は、波長４７０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。短い破線は、波長５５０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。長い破線は、波長６５０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。各対のプロットは、検出器１８３２の対角線上の異なる実像高における光路差を表す。プロット１８９２は、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイントに対応し、プロット１８９４は、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイントに対応し、プロット１８９６は、座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントに対応する。各対のプロットの左列は、接線方向光束に対する波面誤差のプロットであって、右列は、サジタル方向光束に対する波面誤差のプロットである。システム内の最大収差は軸上の色であることが、プロットから分かるだろう。

【0245】

図８３Ａは、ＶＧＡ＿Ｏ撮像システムの像面湾曲のプロット１９２０を示し、図８３Ｂは、歪のプロット１９２２を示す。最大半画角は、３１．０４°である。実線は、波長４７０ｎｍを有する電磁エネルギに対応し、短い破線は、波長５５０ｎｍを有する電磁エネルギに対応し、長い破線は、波長６５０ｎｍを有する電磁エネルギに対応する。

【0246】

図８４は、軸上の色を低減するために層状光学素子１８２４内で使用される選択ポリマーを含む、ＶＧＡ＿Ｏ撮像システムの空間周波数の関数として、ＭＴＦのプロット１９４０を示す。選択ポリマーを含むそのような撮像システムは、ＶＧＡ＿Ｏ１撮像システムと称される場合がある。ＶＧＡ＿Ｏ１撮像システムは、焦点距離１．５５ｍｍ、視野角６２°、Ｆ値１．３、総トラック長２．４５ｍｍ、および最大主光線角度２６°を有する。選択ポリマーを使用する光学系１８２２の仕様の詳細は、表３９および４０に要約される。サグは、式（１）によって求められ、ここで、半径、厚さ、および直径は、ミリメートル単位で求められる。

【0247】

【表39】

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【0248】

【表40】

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図８４では、ＭＴＦは、４７０〜６５０ｎｍの波長に平均化される。図８４は、検出器１８３２の対角軸上の実像高と関連付けられた３つの別個の視野ポイントに対するＭＴＦ曲線を示す。３つの視野ポイントは、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイント、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイント、および座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントである。再び、図８４では、「Ｔ」は、接線方向面を示し、「Ｓ」は、サジタル方向面を示す。ＶＧＡ＿Ｏ１のカラーＭＴＦは、概して、ＶＧＡ＿Ｏ撮像システムのカラーＭＴＦよりも高いことが、図８１と８４との比較によって分かるだろう。

【0249】

図８５Ａ、８５Ｂ、および８５Ｃは、それぞれ、ＶＧＡ＿Ｏ１撮像システムの光路差のプロット１９６２、１９６４、および１９６６を示す。各方向の最大目盛は、＋／−２波である。実線は、波長４７０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。短い破線は、波長５５０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。長い破線は、波長６５０ｎｍを有する電磁エネルギを表す。各対のプロットは、検出器１８３２の対角線上の異なる実高における光路差を表す。プロット１９６２は、座標（０ｍｍ、０ｍｍ）を有する軸上視野ポイントに対応し、プロット１９６４は、座標（０．４９ｍｍ、０．３７ｍｍ）を有する０．７視野ポイントに対応し、プロット１９６６は、座標（０．７０４ｍｍ、０．５２８ｍｍ）を有する全視野ポイントに対応する。ＶＧＡ＿Ｏ１撮像システムの第３のポリマーは、ＶＧＡ＿Ｏ撮像システムと比較して約１．５倍の軸上の色を低減することが、図８２と８５とのプロットの比較によって分かるだろう。各対のプロットの左列は、接線方向光束に対する波面誤差のプロットであって、右列は、サジタル方向光束に対する波面誤差のプロットである。

【0250】

図８６は、図２Ａの撮像システム１０のＷＡＬＯ型実施形態である、撮像システム１９９０の光学レイアウトおよび光線追跡である。撮像システム１９９０は、アレイ撮像システムの１つであってもよい。そのようなアレイは、図２Ａに関して上述のように、複数のサブアレイおよび／または独立型撮像システムに分離されてもよい。撮像システム１９９０は、複数の開口１９９２および１９９４を有し、それぞれ、電磁エネルギを検出器１９９６上に誘導する。

【0251】

開口１９９２は、画像を撮影する一方、開口１９９４は、積分光レベルの検出のために使用される。そのような光レベルの検出は、撮像システム１９９０による画像の撮影前に、周辺光度に従って、撮像システム１９９０を調節するために使用されてもよい。撮像システム１９９０は、複数の光学素子を有する光学系２０２２を含む。光学素子１９９８（例えば、ガラスプレート）は、検出器１９９６とともに形成される。空隙等の光学系−検出器界面は、素子１９９８を検出器１９９６から分離してもよい。したがって、素子１９９８は、検出器１９９６のためのカバープレートであってもよい。

【0252】

空隙２０００は、光学素子２００２を素子１９９８から分離する。ポジティブ光学素子２００２は、代わりに、検出器１９９６に近接する光学素子２００４（例えば、ガラスプレート）の一方の側に形成され、ネガティブ光学素子２００６は、素子２００４の他方の側に形成される。空隙２００８は、ネガティブ光学素子２００６をネガティブ光学素子２０１０から分離する。ネガティブ光学素子２０１０は、検出器１９９６に近接する光学素子２０１２（例えば、ガラスプレート）の一方の側に形成され、ポジティブ光学素子２０１６および２０１４は、素子２０１２の他方の側に形成される。光学素子２０１６は、開口１９９２と光連通し、光学素子２０１４は、開口１９９４と光連通する。光学素子２０２０（例えば、ガラスプレート）は、空隙２０１８によって、光学素子２０１６および２０１４から分離される。

【0253】

光学系２０２２は、開口１９９２と光連通する４つの光学素子と、開口１９９４と光連通する１つのみの光学素子とを含むことが、図８６から分かるだろう。開口１９９４は、電磁エネルギ検出にのみ使用されるため、開口１９９４とともに使用される必要がある光学素子は少ない。

【0254】

図８７は、ＷＡＬＯ型撮像システム１９９０の光学レイアウトおよび光線追跡であって、ここでは、さらなる詳細または代替素子を図示するために示される。図８６に対して追加または修正された素子のみ、明確にするために番号が付される。システム１９９０は、開口１９９２と１９９４との間の電磁エネルギの分離を補助する素子２０８６、２０８８、２０９０、および２０９０等の物理的開口素子を含んでもよい。

【0255】

回折光学素子２０７６および２０８０は、素子２０１４の定位置で使用されてもよい。そのような回折素子は、相対的に広い視野を有するが、電磁エネルギの単一波長に制限されてもよい。代替として、そのような回折素子は、相対的に狭い視野を有するが、波長の相対的に大きいスペクトルにわたって撮像するよう機能してもよい。光学素子２０７６および２０８０が回折素子である場合、その特性は、所望の設計目標に従って選択されてもよい。

【0256】

前セクションのアレイ撮像システムの具現化は、アレイ撮像システムを生成する構成要素のそれぞれの設計、最適化、および加工の慎重な調整を必要とする。例えば、簡単に図３に戻ると、アレイ撮像システム６２のアレイ６０の加工は、種々の側面における光学系６６および検出器１６の設計、最適化、および加工の間の協働を必要とする。例えば、特定の撮像および検出目標を達成する際の光学系６６および検出器１６の適合性は、光学系６６を形成するための加工ステップを最適化する方法と同様に考慮され得る。そのような適合性および最適化は、歩留を増加させ、種々の製造プロセスの制限を除去し得る。加えて、画質を向上させるための撮影された画像データの処理の調整は、既存の製造および最適化制約の一部を軽減し得る。アレイ撮像システムの異なる構成要素が、別個に最適化可能であることが知られているが、上述のようなアレイ撮像システムの具現化に必要とされる構想から製造までのステップは、協働的方法で、最初から最後まで、具現化の全側面を制御することによって改良されてもよい。各構成要素の目標および制限を考慮した、本開示のアレイ撮像システム具現化のためのプロセスは、以下に記載される。

【0257】

図８８は、図１に示されるようなアレイ撮像システムの一実施形態を具現化するための、例示的プロセスを示す工程図３０００である。図８８に示されるように、ステップ３００２では、共通基盤上に支持される検出器のアレイが加工される。また、光学系のアレイは、ステップ３００４において、共通基盤上に形成され、ここで、光学系はそれぞれ、検出器のうちの少なくとも１つと光連通する。最後に、ステップ３００６では、結合された検出器と光学系のアレイは、撮像システムに分離される。異なる撮像システム構成が、所与の共通基盤上に加工されてもよいことに留意されたい。図８８に示されるステップはそれぞれ、以下に論じられるように、設計、最適化、および加工制御プロセスの調整を必要とする。

【0258】

図８９は、一実施形態による、アレイ撮像システムの具現化において行われる例示的プロセス３０１０の工程図である。上述のように、例示的プロセス３０１０は、アレイ撮像システムを加工する際に使用される一般的ステップを強調するが、これらの一般的ステップのそれぞれの詳細は、以下、本開示の適切な時点で論じられる。

【0259】

図８９に示されるように、最初に、ステップ３０１１では、アレイ撮像システムの各撮像システムのための撮像システム設計が生成される。撮像システム設計生成ステップ３０１１内では、以下、適切な時点で詳述されるように、ソフトウェアを使用して、撮像システム設計をモデル化および最適化してもよい。次いで、撮像システム設計は、例えば、市販のソフトウェアを使用した数値モデルによって、ステップ３０１２において試験されてもよい。ステップ３０１２において試験される撮像システム設計が、所定のパラメータ内に一致しない場合、プロセス３０１０は、ステップ３０１１に戻り、ここで、撮像システム設計は、１組の潜在的な設計パラメータ修正を使用して修正される。所定のパラメータは、例えば、ＭＴＦ値、シュトレール比、光路差プロットおよび光線の扇形図プロットを使用した収差解析、主光線角度値を含んでもよい。加えて、撮像される物体の種類の知識およびその典型的設定は、ステップ３０１１において考慮されてもよい。潜在的な設計パラメータ修正は、例えば、光学素子曲率および厚さ、光学サブシステム設計内の光学素子の数および位相修正、画像プロセッササブシステム設計内の電子データの処理の際のフィルタカーネル、検出器サブシステム設計内のサブ波長特徴の幅および高さの変更を含んでもよい。ステップ３０１１および３０１２は、撮像システム設計が、所定のパラメータ内に一致するまで繰り返される。

【0260】

依然として図８９を参照すると、ステップ３０１３では、撮像システムの構成要素は、撮像システム設計に従って加工される。つまり、少なくとも、光学系、画像プロセッサ、および検出器サブシステムは、個々のサブシステム設計に従って加工される。次いで、構成要素は、ステップ３０１４において試験される。撮像システム構成要素のいずれかが、所定のパラメータ内に一致しない場合、撮像システム設計は、再び、１組の潜在的な設計パラメータ修正を使用して修正されてもよく、さらに修正された設計を使用して、加工された撮像システム構成要素が、所定のパラメータ内に一致するまで、ステップ３０１２から３０１４まで繰り返される。

【0261】

図８９を継続して参照すると、ステップ３０１５では、撮像システム構成要素が組み立てられ、撮像システムを形成し、次いで、組み立てられた撮像システムは、ステップ３０１６において試験される。組み立てられた撮像システムが、所定のパラメータ内に一致しない場合、撮像システム設計は、再び、１組の潜在的な設計パラメータ修正を使用して、修正されてもよく、さらに修正された設計を使用して、加工された撮像システムが、所定のパラメータ内に一致するまで、ステップ３０１２から３０１６まで繰り返される。各試験ステップ内では、性能指標もまた、決定されてもよい。

【0262】

図９０は、撮像システム設計生成ステップ３０１１および撮像システム設計試験ステップ３０１２のさらなる詳細を示す工程図３０２０を含む。図９０に示されるように、ステップ３０２１では、１組の標的パラメータが、最初に、撮像システム設計のために指定される。標的パラメータは、例えば、設計パラメータ、プロセスパラメータ、および指標を含んでもよい。指標は、撮像システムのＭＴＦにおける所望の特性等、より具体的に定義すると、被写界深度、焦点深度、画質、検出可能性、低コスト、短い加工時間、または加工誤差に対する低い感度等、特異的であってもよい。次いで、設計パラメータは、ステップ３０２２において、撮像システム設計のために構築される。設計パラメータは、例えば、Ｆ値（Ｆ／＃）、視野（ＦＯＶ）、光学素子数、検出器形式（例えば、６４０×４８０検出器ピクセル）、検出器ピクセルサイズ（例えば、２．２μｍ）、およびフィルタサイズ（例えば、７×７または３１×３１の係数）を含んでもよい。他の設計パラメータは、個々の光学素子の総光学トラック長、曲率、および厚さ、ズームレンズ内のズーム比、任意の位相修正素子の表面パラメータ、検出器サブシステム設計内に一体化される光学素子のサブ波長特徴幅および厚さ、最小コマ収差、最小ノイズゲインであってもよい。

【0263】

また、ステップ３０１１は、撮像システムの種々の構成要素のための設計を生成するステップを含む。すなわち、ステップ３０１１は、光学サブシステム設計を生成するためのステップ３０２４と、光学機械的サブシステム設計を生成するためのステップ３０２６と、検出器サブシステム設計を生成するためのステップ３０２８と、画像プロセッササブシステム設計を生成するためのステップ３０３０と、試験ルーチンを生成するためのステップ３０３２とを含む。ステップ３０２４、３０２６、３０２８、３０３０、および３０３２は、撮像システム設計のための設計パラメータセットを考慮し、これらのステップは、並列に、任意の順番で順次、または結合して行われてもよい。さらに、ステップ３０２４、３０２６、３０２８、３０３０、および３０３２のうちの特定のステップは、任意であってもよい。例えば、ステップ３０２８が必要とされないように、検出器サブシステム設計は、市販の検出器が撮像システム内で使用されるという事実によって制約されてもよい。加えて、ステップ３０３２が余分であるように、試験ルーチンは、利用可能なリソースによって命令されてもよい。

【0264】

図９０を継続して参照すると、撮像システム設計試験ステップ３０１２のさらなる詳細が示される。ステップ３０１２は、撮像システム設計が、指定の標的パラメータを充足する一方、所定の設計パラメータ内に一致するかどうか分析するためのステップ３０３７を含む。撮像システム設計が、所定のパラメータ内に一致しない場合、サブシステム設計のうちの少なくとも１つは、個々のセットの潜在的な設計パラメータ修正を使用して修正される。分析ステップ３０３７は、個々の設計パラメータ、または設計ステップ３０２４、３０２６、３０２８、３０３０、および３０３２のうちの１つ以上からの設計パラメータの組み合わせを対象にしてもよい。例えば、分析は、所望のＭＴＦ特性等の特定の標的パラメータに基づいて行われてもよい。別の実施例として、検出器サブシステム設計内に含まれるサブ波長光学素子の主光線角度補正特性も、また、分析されてもよい。同様に、画像プロセッサの性能は、ＭＴＦ値の検査によって分析可能である。また、分析は、製造可能性に関するパラメータの評価を含んでもよい。例えば、加工マスタの機械加工時間が分析されてもよく、または光学機械的設計アセンブリの公差が評価可能である。製造可能性が、厳密な公差または増加した加工時間のため、非常にコストがかかると判断される場合、特定の光学サブシステム設計は、有用ではない場合がある。

【0265】

ステップ３０１２は、標的パラメータが、撮像システムによって充足されるかどうかを判断するための決定３０３８をさらに含む。標的パラメータが、現在の撮像システム設計によって充足されない場合、設計パラメータは、ステップ３０３９において、１組の潜在的な設計パラメータ修正を使用して修正されてもよい。例えば、ＭＴＦ特性の数値分析は、アレイ撮像システムが、特定の仕様に合致するかどうかを判断するために使用されてもよい。ＭＴＦ特性の仕様は、例えば、特定のアプリケーションの要件によって決定されてもよい。撮像システム設計が、特定の仕様に合致しない場合、個々の光学素子の曲率および厚さ等、特定の設計パラメータは変更されてもよい。別の実施例として、主光線角度補正が、仕様に合致しない場合、検出器ピクセル構造内のサブ波長光学素子の設計は、サブ波長特徴幅または厚さを変更することによって修正されてもよい。信号処理が、仕様に合致しない場合、フィルタのカーネルサイズが修正されてもよく、あるいは別の種類または指標からのフィルタが選択されてもよい。

【0266】

図８９を参照して前述のように、ステップ３０１１および３０１２は、さらに修正された設計を使用して、サブシステム設計のそれぞれ（その結果、撮像システム設計）が、関連する所定のパラメータ内に一致するまで繰り返される。異なるサブシステム設計の試験は、個々に（すなわち、各サブシステムが、別個に、試験および修正される）または結合して（すなわち、２つ以上のサブシステムが、試験および修正プロセスにおいて結合される）実装されてもよい。上述の適切な設計プロセスは、さらに修正された設計を使用して、撮像システム設計が所定のパラメータ内に一致するまで、必要に応じて繰り返される。

【0267】

図９１は、図９０の検出器サブシステム設計生成ステップ３０２８の詳細を示す工程図である。ステップ３０４５（以下にさらに詳述される）では、検出器ピクセル構造内および近接する光学素子が、設計、成形、および最適化される。ステップ３０４６では、検出器ピクセル構造が、当技術分野において周知なように、設計、成形、および最適化される。ステップ３０４５および３０４６は、別個にまたは結合して行われてもよく、検出器ピクセル構造の設計および検出器ピクセル構造に付随する光学素子の設計は、結合される。

【0268】

図９２は、図９１の光学素子設計生成ステップ３０４５のさらなる詳細を示す工程図である。図９２に示されるように、ステップ３０５１では、特定の検出器ピクセルが選択される。ステップ３０５２では、検出器ピクセル構造に対し、検出器ピクセルに付随する光学素子の位置が指定される。ステップ３０５４では、現位置における光学素子の出力結合が評価される。ステップ３０５５では、光学素子の現位置に対する出力結合が、十分に最大化されないと判断される場合、ステップ３０５６において光学素子の位置が修正され、ステップ３０５４、３０５５、および３０５６は、最大出力結合値が得られるまで繰り返される。

【0269】

現位置に対する計算された出力結合が、最大値に十分に近接すると判断される場合、次いで、最適化される残りの検出器ピクセルが存在する場合（ステップ３０５７）、ステップ３０５１から開始して、上述のプロセスが繰り返される。他のパラメータが最適化されてもよく、例えば、出力クロストーク（近傍検出器ピクセルによって不適切に受信される出力）が、最小値へと最適化されてもよいことは理解されたい。ステップ３０４５のさらなる詳細は、以下、適切な時点で説明される。

【0270】

図９３は、図９０の光学サブシステム設計生成ステップ３０２４のさらなる詳細を示す、工程図である。ステップ３０６１では、光学サブシステム設計のための１組の標的パラメータおよび設計パラメータが、図９０のステップ３０２１および３０２２から受信される。標的パラメータおよび設計パラメータに基づく光学サブシステム設計は、ステップ３０６２において指定される。ステップ３０６３では、光学サブシステム設計の具現化プロセス（例えば、加工および計測）は、実現可能性および光学サブシステム設計への影響を判断するためにモデル化される。ステップ３０６４では、光学サブシステム設計は、パラメータが充足されるかどうかを判断するために分析される。決定３０６５は、標的および設計パラメータが、現在の光学サブシステム設計によって充足されるか否かを判断するために行われる。

【0271】

標的および設計パラメータが、現在の光学サブシステム設計によって充足されない場合、決定３０６６は、具現化プロセスパラメータが、標的パラメータ内の性能を達成するために修正され得るかどうかを判断するために行われる。具現化プロセス内のプロセス修正が実行可能である場合、具現化プロセスパラメータは、ステップ３０６４内の分析、最適化ソフトウェア（すなわち、「オプティマイザ」）、および／またはユーザ知識に基づいて、ステップ３０６７において修正される。プロセスパラメータが修正可能であるかどうかの判断は、パラメータ基準または複数パラメータを使用して、パラメータに基づいて行われてもよい。モデル具現化プロセス（ステップ３０６３）および後続ステップは、上述のように、標的パラメータが充足されるまで、またはプロセスパラメータ修正が実行不可能と判断されるまで、繰り返されてもよい。プロセスパラメータ修正が、決定３０６６において、実行不可能であると判断される場合、光学サブシステム設計パラメータは、ステップ３０６８において修正され、修正された光学サブシステム設計は、ステップ３０６２において使用される。後続ステップは、上述のように、可能な場合、標的パラメータが充足されるまで繰り返される。あるいは、設計パラメータは、より堅牢な設計最適化のために、プロセスパラメータの修正（ステップ３０６７）と並行して、修正されてもよい（ステップ３０６８）。任意の所与のパラメータに対し、決定３０６６は、ユーザまたはオプティマイザのいずれかによって行われてもよい。実施例として、ツール半径が制約として、オプティマイザのユーザによって、固定値（すなわち、修正不可能である）に設定されてもよい。問題分析後、オプティマイザ内の特定のパラメータおよび／またはオプティマイザ内の変数に対する重み付が修正されてもよい。

【0272】

図９４は、図９３のステップ３０６３に示される具現化プロセスのモデル化の詳細を示す工程図である。ステップ３０７１では、光学サブシステム設計は、アレイ光学系設計に分離される。例えば、層状光学系配列内の各アレイ光学系設計および／またはウエハレベル光学系設計は、別個に分析されてもよい。ステップ３０７２では、各アレイ光学系設計のための加工マスタの製造の実現可能性および付随する誤差が、モデル化される。ステップ３０７４では、加工マスタからのアレイ光学系設計の複製の実現可能性および付随する誤差が、モデル化される。これらのステップはそれぞれ、適切な時点でさらに詳述される。全アレイ光学系設計がモデル化された後（ステップ３０７６）、アレイ光学系設計は、ステップ３０７７において、光学サブシステム設計に再結合され、ステップ３０７７において、光学サブシステム設計の生成時の性能を予測するために使用される。結果として生じる光学サブシステム設計は、図９３のステップ３０６４に誘導される。

【0273】

図９５は、所与の加工マスタの製造をモデル化するためのステップ３０７２（図９４）のさらなる詳細を示す工程図である。ステップ３０８１では、所与の加工マスタの製造可能性が評価される。決定３０８２では、加工マスタの製造が、現在のアレイ光学系設計によって実行可能であるかどうかが判断される。決定３０８２の回答が「はい」、すなわち、加工マスタが製造可能である場合、製造機械用の設計および現在のプロセスパラメータ入力のためのツール経路および付随する数値制御部プログラムが、ステップ３０８４において生成される。また、修正されたアレイ光学系設計は、加工マスタの製造プロセスに固有の変更および／または誤差を考慮して、ステップ３０８５において生成されてもよい。決定３０８２の結果が「いいえ」、すなわち、構築された設計制約またはプロセスパラメータの制限を考慮して、現在のアレイ光学系設計を使用する加工マスタが製造不可能である場合、ステップ３０８３において、ステップ３０８１において判断された制限を詳述するレポートが生成される。例えば、レポートは、プロセスパラメータ（例えば、機械構成およびツール）または光学サブシステム設計自体に対し修正が必要であるかどうかを示してもよい。そのようなレポートは、ユーザによって確認されてもよく、あるいはレポートを評価するように構成されるソフトウェアまたは機械に出力されてもよい。

【0274】

図９６は、所与の加工マスタの製造可能性を評価するステップ３０８１（図９５）のさらなる詳細を示す工程図である。図９６に示されるように、ステップ３０９１では、アレイ光学系設計は、解析式または補間式として定義される。ステップ３０９２では、一次および二次導関数とローカル曲率半径とが、アレイ光学系設計のために計算される。ステップ３０９３では、最大勾配および勾配範囲が、アレイ光学系設計のために計算される。光学系を機械加工するために必要とされるツールおよびツール経路パラメータは、ステップ３０９４および３０９５において分析され、それぞれ、以下に詳述される。

【0275】

図９７は、ツールパラメータを分析するためのステップ３０９４（図９６）のさらなる詳細を示す工程図である。例示的なツールパラメータは、ツール先端半径、ツール逃げ角、およびツール間隔を含む。ツールの使用のためのツールパラメータが実行可能または許容可能であるか否かの分析は、例えば、ツール先端半径が表面の加工に必要な最小ローカル曲率半径未満であるか、ツールウィンドウが充足されているか、およびツール主要部および側方間隔が充足されているかの判断を含んでもよい。

【0276】

図９７に示されるように、決定３１０１では、特定のツールパラメータが、所与の加工マスタの製造の際の使用のために許容可能でないと判断される場合、異なるツールを使用することによって（決定３１０２）、ツール回転および／または傾斜等のツール位置または配向を変更することによって（決定３１０３）、意図された機能が行われ得るかどうか、あるいは製造プロセスにおける異常が許容され得るほど、表面劣化形成が許容できるかどうかを判断するために付加的評価が行われる（決定３１０４）。例えば、ダイヤモンド旋削では、動径座標において、ツールのツール先端半径が、表面設計の最小曲率半径よりも大きい場合、アレイ光学系設計の特徴は、そのツールによって忠実に加工されることはなく、余剰材料が、残留および／または除去され得る。決定３１０１、３１０２、３１０３、および３１０４のいずれも、対象ツールのツールパラメータが許容可能ではないことを示す場合、ステップ３１０５において、それらの前の決定において判断された関連する制限を詳述するレポートが生成されてもよい。

【0277】

図９８は、ツール経路パラメータを分析するためのステップ３０９５のさらなる詳細を示す工程図である。図９８に示されるように、アレイ光学系設計において必要な特徴を形成する所与のツール経路のための十分な角度サンプリングが存在するかどうか、決定３１１１において判断される。決定３１１１は、例えば、周波数分析を伴ってもよい。決定３１１１の結果が「はい」、すなわち、角度サンプリングが十分である場合、決定３１１２において、予測される光学表面粗度が、所定の許容値未満であるかどうかが判断される。決定３１１２の結果が「はい」、すなわち、表面粗度が充足する場合、ツール経路パラメータに対する二次導関数の分析が、ステップ３１１３において行われる。決定３１１４では、加工機械加速制限が、加工マスタ製造プロセスの際に実行され得るかどうかが判断される。

【0278】

図９８を継続して参照すると、決定３１１１の結果が「いいえ」、すなわち、ツール経路が十分な角度サンプリングを有していない場合、決定３１１５において、不十分な角度サンプリングによるアレイ光学系設計の劣化が、許容可能であるかどうか判断される。決定３１１５の結果が「はい」、すなわち、アレイ光学系設計の劣化が許容される場合、プロセスは前述の決定３１１２へ進む。決定３１１５の結果が「いいえ」、すなわち、アレイ光学系設計の劣化が許容されない場合、ステップ３１１６において、現在のツール経路パラメータの関連する制限を詳述するレポートが生成されてもよい。あるいは、角度サンプリングが、アレイ光学系設計の劣化を低減するように調節され得るかどうか判断するための追従決定が行われてもよく、追従決定の結果が「はい」である場合、角度サンプリングにおけるそのような調節が行われてもよい。

【0279】

依然として図９８を参照すると、決定３１１２の結果が「いいえ」、すなわち、表面粗度が所定の許容値よりも大きい場合、決定３１１７は、プロセスパラメータ（例えば、製造機械の横送り間隔）が、表面粗度を低減するために十分に調節され得るかどうかを判断する。決定３１１７の結果が「はい」、すなわち、プロセスパラメータが調節され得る場合、プロセスパラメータに対する調節が、ステップ３１１８において行われる。決定３１１７の結果が「いいえ」、すなわち、プロセスパラメータが調節され得ない場合、プロセスは、レポート生成ステップ３１１６に進んでもよい。

【0280】

さらに図９８を参照すると、決定３１１４の結果が「いいえ」、すなわち、機械加速制限が加工プロセスの際に実行され得る場合、決定３１１９は、許容制限を超えて加工マスタを劣化させずに、ツール経路の加速が低減され得るかどうか判断する。決定３１１９の結果が「はい」、すなわち、ツール経路加速が低減され得る場合、ツール経路パラメータは、許容制限内であるとみなされ、プロセスは、図９５の決定３０８２へ進む。決定３１１９の結果が「いいえ」、すなわち、加工マスタを劣化させずにツール経路加速が低減され得ない場合、プロセスはレポート生成ステップ３１１６へ進む。

【0281】

図９９は、材料内の所望の表面を切削するツール先端（例えば、ダイヤモンドツール用）またはツール表面（例えば、研磨機用）となるツール補償表面に沿った、所与のツールの実際の位置決めパスである、ツール経路を生成するためのステップ３０８４（図９５）のさらなる詳細を示す工程図である。図９９に示されるように、ステップ３１２１では、表面法線が、ツール交点において計算される。ステップ３１２２では、位置オフセットが計算される。次いで、ツール補償表面解析式または補間式が、ステップ３１２３において再定義され、ステップ３１２４において、ツール経路ラスタが画定される。ステップ３１２５では、ツール補償表面が、ラスタ点においてサンプリングされる。ステップ３１２６では、プロセスがステップ３０８５（図９５）に継続するのに伴って、数値制御部プログラムが出力される。

【0282】

図１００は、アレイ光学系設計を実装する加工マスタを製造するための例示的プロセス３０１３Ａを示す工程図である。図１００に示されるように、最初に、ステップ３１３１では、加工マスタを製造するための機械が構成される。構成ステップの詳細は、以下、適切な時点においてさらに詳述される。ステップ３１３２では、数値制御部プログラム（例えば、図９９のステップ３１２６から）が、機械にロードされる。次いで、ステップ３１３３において、加工マスタが製造される。随意のステップとして、ステップ３１３４において、計測を加工マスタ上で行ってもよい。ステップ３１３１〜３１３３は、全ての所望の加工マスタが製造されるまで繰り返される（ステップ３１３５毎）。

【0283】

図１０１は、加工マスタの製造プロセスに固有の変更および／または誤差を考慮して、修正された光学素子設計を生成するためのステップ３０８５（図９５）の詳細を示す工程図である。図１０１に示されるように、ステップ３１４１では、光学素子上の標本点（（ｒ、θ）、ここで、ｒは、加工マスタの中心に対する半径、θは、標本点を交差する基準点からの角度である）が選択される。次いで、ステップ３１４２において、各方向における有界対のラスタ点が求められる。ステップ３１４３では、方位角方向における補間が行われ、θに対する補正値が求められる。次いで、ステップ３１４４において、ｒの補正値が、θおよび定義ラスタ対から求められる。次いで、ステップ３１４５において、所与ｒ、θおよびツール形状を考慮して、適切なＺ値が計算される。次いで、ステップ３１４１から３１４５まで、サンプリングされる光学素子に関連する全点に対し行われ（ステップ３１４６）、加工後の光学素子設計の図面を生成する。

【0284】

図１０２は、撮像システム構成要素を加工するためのステップ３０１３Ｂのさらなる詳細を示す工程図である。具体的には、図１０２は、アレイ光学素子を共通基盤上に複製する詳細を示す。図１０２に示されるように、最初に、ステップ３１５１では、共通基盤が、その上にアレイ光学素子を支持するために調製される。ステップ３１５２において、アレイ光学素子を形成するために使用される加工マスタが調製される（例えば、上述および図９５〜１０１に示されるプロセスを使用して）。ステップ３１５３において、透明ポリマー等の好適な材料が、そこに適用される一方、加工マスタが共通基盤と係合される。次いで、好適な材料は、ステップ３１５４において硬化させられ、共通基盤上に光学素子のアレイのうちの１つを形成する。次いで、ステップ３１５２〜３１５４は、層状光学系のアレイが完成するまで、繰り返される（ステップ３１５５毎）。

【0285】

図１０３は、加工マスタを使用して、複製プロセスをモデル化するためのステップ３０７４（図９４）の付加的詳細を示す工程図である。図１０３に示されるように、複製プロセス実現可能性は、ステップ３１５１において評価される。決定３１５２では、複製プロセスが実行可能であるか否かが判断される。決定３１５２の結果が「はい」、すなわち、加工マスタを使用する複製プロセスが実行可能である場合、修正された光学サブシステム設計が、ステップ３１５３において生成される。あるいは、決定３１５２の結果が「いいえ」、すなわち、複製プロセスが実行可能ではない場合、ステップ３１５４において、レポートが生成される。図１０３の工程図によって定義されるプロセスと類似方法で、測定実現可能性を評価するためのプロセスが実行されてもよく、ステップ３１５１は、計測実現可能性の適切な評価と置き換えられる。測定実現可能性は、例えば、加工される光学素子の曲率およびそれらの曲率を特徴付ける干渉計等の機械の能力の判断または分析を含んでもよい。

【0286】

図１０４は、複製プロセス実現可能性を評価するためのステップ３１５１および３１５２の付加的詳細を示す工程図である。図１０４に示されるように、決定３１６１では、光学素子を複製するために意図された材料が、撮像システムに好適であるかどうかを判断する。所与の材料の好適性は、例えば、粘度、屈折率、硬化時間、粘着および放出特性、着目波長における所与の材料の散乱、収縮、および透光性、処理および硬化の容易性、撮像システム内で使用される他の材料との適合性、結果として生じる光学素子の堅牢性等、材料特性に関して評価されてもよい。別の実施例は、ガラス転移温度と、それが複製プロセス温度と光学サブシステム設計の動作および保存温度を好適に上回るかどうかの評価である。紫外線硬化ポリマーが、例えば、ほぼ室温の転移温度を有する場合、この材料は、検出器はんだ付け加工ステップの一部として、１００℃の温度に曝され得る、層状光学素子設計において使用するために実行可能ではない可能性がある。

【0287】

決定３１６１の結果が「はい」、すなわち、材料が、それとともに光学素子の複製に好適である場合、プロセスは、決定３１６２へ進み、ここで、アレイ光学系設計が、ステップ３１６１において選択された材料と適合するかどうか判断される。アレイ光学系設計の適合性の判断は、例えば、硬化手順、具体的には、共通基盤アレイ光学系のいずれの側面から硬化されるかの検査を含んでもよい。アレイ光学系が、先に形成された光学系から硬化される場合、硬化時間は、大幅に増大し、先に形成された光学系の劣化または変形が生じ得る。この効果は、少ない層や、過度の硬化および温度上昇に対し鈍感な材料を有する一部の設計において許容可能である場合があるが、多くの層および温度敏感材料を有する設計においては、許容不可能であり得る。決定３１６１または３１６２のいずれかが、意図された複製プロセスが許容制限外であることを示す場合、ステップ３１６３においてレポートが生成される。

【0288】

図１０５は、修正光学系設計を生成するためのステップ３１５３（図１０３）の付加的詳細を示す工程図である。図１０５に示されるように、ステップ３１７１では、収縮モデルが、加工される光学系に適用される。収縮は、複製光学素子の表面形状を変更し、それによって、光学サブシステム内に存在する潜在的収差に影響を及ぼし得る。これらの収差は、組み立てられたアレイ撮像システムの性能にネガティブ効果（例えば、デフォーカス）を導入し得る。次に、ステップ３１７２では、共通基盤に対するＸ、ＹおよびＺ軸の不整合が考慮される。次いで、ステップ３１７３において、中間劣化および形状整合性が考慮される。次に、ステップ３１７４では、粘着力による変形がモデル化される。最後に、ステップ３１７５において、ポリマーバッチの不一致がモデル化され、ステップ３１７６において、修正光学系設計を生成する。本パラグラフで論じられたパラメータはすべて、アレイ撮像システムが設計よりも劣る性能を発揮し得る主要な複製問題である。これらのパラメータが最小化され、および／または光学サブシステムの設計に考慮されるほど、光学サブシステムは、その仕様に近い性能を発揮する。

【0289】

図１０６は、検出器を光学系上に印刷または転写する能力に基づいて、アレイ撮像システムを加工するための例示的プロセス３２００を示す工程図である。図１０６に示されるように、最初に、ステップ３２０１では、加工マスタが製造される。次に、ステップ３２０２において、アレイ光学系が、加工マスタを使用して共通基盤上に形成される。ステップ３２０３では、検出器のアレイが、アレイ光学系上に印刷または転写される（検出器印刷プロセスの詳細は、本開示の適切な時点において後述される）。最後に、ステップ３２０４では、アレイが、複数の撮像システムに分離されてもよい。

【0290】

図１０７は、撮像システム処理連鎖を示す。システム３５００は、検出器３５２０と協働し、電子データ３５２５を形成する。検出器３５２０は、埋設光学素子と、サブ波長特徴とを含んでもよい。特に、検出器３５２０からの電子データ３５２５は、一連の処理ブロック３５２２、３５２４、３５３０、３５４０、３５５２、３５５４、および３５６０によって処理され、処理済み画像３５７０を生成する。処理ブロック３５２２、３５２４、３５３０、３５４０、３５５２、３５５４、および３５６０は、例えば、本明細書に記載の機能を実施する電子論理装置によって実装され得る画像処理の機能を表す。そのようなブロックは、例えば、ソフトウェア命令を実行する１つ以上のデジタル信号プロセッサによって実装されてもよい。あるいは、そのようなブロックは、個別の論理回路、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、ゲートアレイ、視野・プログラマブル・ゲート・アレイ（「ＦＰＧＡ」）、コンピュータメモリ、それらの一部または組み合わせを含んでもよい。

【0291】

処理ブロック３５２２および３５２４は、ノイズ低減のために、電子データ３５２５を前処理するように動作する。特に、固定パターンノイズ（「ＦＰＮ」）ブロック３５２２は、検出器３５２０の固定パターンノイズ（例えば、ピクセルゲインおよびバイアス、応答における非線形性）を補正する。プレフィルタ３５２４は、電子データ３５２５からのノイズをさらに低減および／または後続処理ブロックのために電子データ３５２５を調製する。色変換ブロック３５３０は、色成分（電子データ３５２５から）を新しい色空間に変換する。色成分のそのような変換は、例えば、赤−緑−青（「ＲＧＢ」）色空間の個々の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）チャネルから輝度−色度（「ＹＵＶ」）色空間の対応するチャネルであってもよい。任意に、シアン−マゼンタ−黄（「ＣＭＹ」）等の他の色空間もまた、利用してもよい。ボケおよびフィルタリングブロック３５４０は、新しい色空間チャネルのうちの１つ以上をフィルタリングすることによって、新しい色空間画像からボケを除去する。ブロック３５５２および３５５４は、例えば、再び、ノイズを低減するために、ブロック３５４０からのデータを後処理するように動作する。特に、単一チャネル（「ＳＣ」）ブロック３５５２は、ブロック３５４０内のデジタルフィルタリングの知識を使用して、電子データの各単一チャネル内のノイズをフィルタリングする。複数チャネル（「ＭＣ」）ブロック３５５４は、ボケおよびフィルタリングブロック３５４０内のデジタルフィルタリングの知識を利用して、データの複数チャネルからのノイズをフィルタリングする。処理済み電子データ３５７０に先立って、別の色変換ブロック３５６０が、例えば、色空間画像成分をＲＧＢ色成分に戻してもよい。

【0292】

図１０８は、色処理を伴う撮像システム３６００を図式的に示す。撮像システム３６００は、カラーフィルタアレイ３６０２を含む、検出器３６０５に形成される撮影された電子データ３６２５から、処理済み３色画像３６６０を生成する。カラーフィルタアレイ３６０２および検出器３６０５は、埋設光学素子と、サブ波長特徴とを含んでもよい。システム３６００は、位相修正素子を含み、光学系３６０１を通して伝送される電磁エネルギの波面の位相を符号化し、検出器３６０５において撮影された電子データ３６２５を生成し得る、光学系３６０１を採用する。撮影された電子データ３６２５によって表される画像は、光学系３６０１内の位相修正素子によってもたらされる位相修正を含む。光学系３６０１は、１つ以上の層状光学素子を含んでもよい。検出器３６０５は、ノイズ低減処理（「ＮＲＰ」）および色空間変換ブロック３６２０によって処理される、撮影された電子データ３６２５を生成する。ＮＲＰ機能は、例えば、検出器非線形性および付加ノイズを除去する一方、色空間変換機能は、合成画像間の空間相関を除去し、ボケ除去処理（ブロック３６４２および３６４４において後で行われる）に必要な論理および／またはメモリのリソースの量を低減する。ＮＲＰおよび色空間変換ブロック３６２０からの出力は、１）空間チャネル３６３２、および２）１つ以上の色チャネル３６３４の２つのチャネルに分割された電子データの形態である。チャネル３６３２および３６３４は、本明細書では、電子データの「データセット」と称される場合がある。空間チャネル３６３２は、色チャネル３６３４よりも空間詳細を有する。故に、空間チャネル３６３２は、ボケ除去ブロック３６４２内のボケ除去の大部分を必要としてもよい。色チャネル３６３４は、実質的に、ボケ除去ブロック３６４４内のボケ除去処理をほとんど必要としない場合がある。ボケ除去ブロック３６４２および３６４４による処理後、チャネル３６３２および３６３４は、ＮＲＰおよび色空間変換ブロック３６５０内の処理のために、再び結合される。ＮＲＰおよび色空間変換ブロック３６５０は、さらに、ボケ除去によって倍加された画像ノイズを除去し、結合された画像をＲＧＢ形式に戻し、処理済み３色画像３６６０を形成する。上述のように、処理ブロック３６２０、３６３２、３６３４、３６４２、３６４４、および３６５０は、ソフトウェア命令を実行する１つ以上のデジタル信号プロセッサ、および／または個別の論理回路、ＡＳＩＣ、ゲートアレイ、ＦＰＧＡ、コンピュータメモリ、およびそれらの一部または組み合わせを含んでもよい。

【0293】

図１０９は、‘３７１特許において開示される波面符号化等の所定の位相修正を利用する、拡張型被写界深度撮像システムを示す。撮像システム４０１０は、位相修正素子４０１４および光学素子４０１６を通して、検出器４０１８上に撮像される物体４０１２を含む。位相修正素子４０１４は、物体４０１２からの電磁エネルギ４０２０の波面を符号化し、検出器４０１８において、結果として生じる画像に所定の撮像効果を導入するように構成される。この撮像効果は、そのような位相修正素子を伴わない従来の撮像システムと比較して、ミスフォーカス関連収差が低減されおよび／または撮像システムの被写界深度が拡張されるように、位相修正素子４０１４によって制御される。位相修正素子４０１４は、例えば、位相修正素子表面の平面上の空間変数ｘおよびｙの分離可能三次関数である位相変調を導入するように構成されてもよい（‘３７１特許において論じられるように）。

【0294】

本明細書において使用されるように、不均質または多重屈折光学素子は、その３次元体積内でカスタマイズ可能な特性を有する光学素子として理解される。不均質光学素子は、例えば、その体積全体で屈折率または吸収率の不均一プロファイルを有してもよい。あるいは、不均質光学素子は、不均一な屈折率または吸収率を有する１つ以上の塗布または埋込層を含む光学素子であってもよい。不均一屈折率プロファイルの実施例は、グレーディッドインデックス型（ＧＲＩＮ）レンズ、またはＬｉｇｈｔＰａｔｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから市販のＧＲＡＤＩＵＭ（登録商標）材料を含む。不均一な屈折率および／または吸収率を有する層の実施例は、例えば、フォトリソグラフィ、スタンピング、エッチング、蒸着、イオン注入、エピタキシ、または拡散を利用して、選択的に変更される塗布膜または表面を含む。

【0295】

図１１０は、不均質位相修正素子４１０４を含む撮像システム４１００を示す。撮像システム４１００は、位相修正素子４０１４（図１０９）に替わって、位相修正素子４１０４が所定の位相変調を提供することを除き、撮像システム４０１４（図１０９）に類似する。位相修正素子４１０４は、例えば、物体４０１２からの電磁エネルギ４０２０の所定の位相修正に作用するための内部屈折率プロファイル４１０８を含む、ＧＲＩＮレンズであってもよい。内部屈折率プロファイル４１０８は、例えば、そこを通って伝送される電磁エネルギの位相を修正し、撮像システム内のミスフォーカス関連収差を低減するように設計される。位相修正素子４１０４は、例えば、層状回折素子、体積ホログラム、またはマルチ開口素子等の回折構造であってもよい。また、位相修正素子４１０４は、空間的にランダムまたは可変屈折率プロファイルを有する３次元構造であってもよい。図１１０に示される原理は、コンパクトかつ堅牢なパッケージ内への光学設計の実装を促進し得る。

【0296】

図１１１は、不均質位相修正素子４１１４の微細構造構成の実施例を示す。ここに示される微細構造構成は、図３および６に示される構成に類似することを理解されるであろう。図示されるように、位相修正素子４１１４は、複数の層４１１８Ａ−４１１８Ｋを含む。層４１１８Ａ−４１１８Ｋは、例えば、位相修正素子４１１４は、異なる屈折率（したがって、位相関数）を示す材料の層であってもよく、この層は、全体として、結果として生じる画像内に所定の撮像効果を導入するように構成される。層４１１８Ａ−４１１８Ｋは、それぞれ、固定屈折率または吸収率を示してもよく（例えば、薄膜のカスケードの場合）、あるいは、さらに各層の屈折率または吸収率は、例えば、リソグラフィパターニング、スタンピング、斜方蒸着、イオン注入、エッチング、エピタキシ、または拡散によって、層内に空間的に不均一であってもよい。層４１１８Ａ−４１１８Ｋの組み合わせは、例えば、そこを通って伝送される電磁エネルギに所定の位相修正を実装するために、コンピュータ駆動のモデルソフトウェアを使用して構成されてもよい。そのようなモデル化ソフトウェアは、図８８〜１０６を参照して詳述された。

【0297】

図１１２は、不均質位相修正素子を実装するカメラ４１２０を示す。カメラ４１２０は、その上に一体化される屈折率プロファイルを含む、前面４１２８を有する不均質位相修正素子４１２４を含む。図１１２では、前面４１２８は、収差を制御するおよび／またはミスフォーカス関連収差に対する撮影された画像の感度を低減するための位相修正表面を含むように示される。あるいは、前面は光強度を提供するように成形されてもよい。不均質位相修正素子４１２４は、複数の検出器ピクセル４１３２を含む検出器４１３０に付設される。カメラ４１２０では、不均質位相修正素子４１２４は、接合層４１３６によって、検出器４１３０上に直接搭載される。検出器４１３０において撮影された画像情報は、画像情報上で後処理を実施するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）４１３８に送信されてもよい。ＤＳＰ４１３８は、例えば、検出器４１３０において撮影された画像の位相修正によって生成される撮像効果をデジタル的に除去することにより、ミスフォーカス関連収差が低減された画像４１４０を生成してもよい。

【0298】

図１１２に示される例示的な不均質位相修正素子構成は、不均質位相修正素子４１２４が、例えば、一定範囲の入射角にわたる入力電磁エネルギを検出器４１３０上へ誘導する一方、検出器４１３０に直接付設され得る少なくとも１つの平坦な表面を有するように設計されるため、特に有利である場合がある。このように、不均質位相修正素子のための付加的取り付け金具が不必要となる一方、不均質位相修正素子が、検出器ピクセル４１３２に対し容易に整合され得る。例えば、直径約１ミリメートルおよび長さ約５ミリメートルのサイズの不均質位相修正素子４１２４を含むカメラ４１２０は、既存のカメラ構成と比較して、非常にコンパクトかつ堅牢（光学素子等のための取り付け金具の欠如のため）であってもよい。

【0299】

図１１３〜１１７は、本明細書に記載のような不均質位相修正素子のための可能な加工方法を示す。光ファイバまたはＧＲＩＮレンズの加工と類似の方法において、図１１３の束４１５０は、異なる屈折率を有する複数のロッド４１５２Ａ−４１５２Ｇを含む。ロッド４１５２Ａ−４１５２Ｇのそれぞれに対する屈折率の個々の値は、横断面において非球面位相プロファイルを提供するように構成されてもよい。次いで、束４１５０は、図１１４に示されるように、横断面において非球面位相プロファイルを有する複合材料ロッド４１５０’を生成するように、加熱および引張されてもよい。次いで、図１１５に示されるように、複合材料ロッド４１５０’は、複数のウエハ４１５５に分離されてもよく、それぞれ、特定のアプリケーションで必要とされる位相変調量に従って判断される各ウエハの厚さを有する横断面において非球面位相プロファイルを含む。非球面位相プロファイルは、特定のアプリケーションに対し所望の所定の位相修正を提供するように調整されてもよく、立方相プロファイル等を含むが、それらに限定されない、種々のプロファイルを含んでもよい。あるいは、構成要素４１６０（例えば、ＧＲＩＮレンズまたは別の光学構成要素、あるいは入力電磁エネルギを受波するための任意の他の好適な素子）は、図１１６に示されるように、接合層４１６２によって、最初に複合材料ロッド４１５０’に付設されてもよい。所望の厚さのウエハ４１６５（所望の位相変調量に従って）は、図１１７に示されるように、続いて、複合材料ロッド４１５０’の残りから分離されてもよい。

【0300】

図１１８〜１３０は、従来技術のＧＲＩＮレンズに対する数値モデル構成および結果を示し、図１３１〜１４３は、本開示によって設計される不均質位相修正素子に対する数値モデル構成および結果を示す。

【0301】

図１１８は、従来技術のＧＲＩＮレンズ構成４８００を示す。構成４８００を特徴付けるスルーフォーカスＰＳＦおよびＭＴＦは、図１１９〜１３０に示される。構成４８００では、ＧＲＩＮレンズ４８０２は、物体４８０４を撮像するために、光軸４８０３からの半径ｒの関数として変化する屈折率を有する。物体４８０４からの電磁エネルギは、前面４８１０を通って伝送し、ＧＲＩＮレンズ４８０２の裏面４８１２で焦点を結ぶ。また、ＸＹＺ座標系は、図１１８に参照として示される。市販の光学設計プログラム上で行われるような数値モデル化の詳細は、以下に詳述される。

【0302】

ＧＲＩＮレンズ４８０２は、以下の３次元屈折率プロファイルを有し、

【0303】

【数5】

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かつ、焦点距離＝１．７６ｍｍ、Ｆ値＝１．７７、直径＝１．００ｍｍ、および長さ＝５．００ｍｍを有する。

【0304】

図１１９〜１２３は、垂直入射および−５０μｍ〜＋５０μｍの範囲のミスフォーカス（つまり、ＧＲＩＮレンズ４８０２の最適焦点からの物体距離）の異なる値内の電磁エネルギに対するＧＲＩＮレンズ４８０２のＰＳＦを示す。同様に、図１２４〜１２８は、同一範囲のミスフォーカスであるが、５°の入射角度内の電磁エネルギに対するＧＲＩＮレンズ４８０２のＰＳＦを示す。表４１は、図１１９〜１２８のＰＳＦ値、入射角度、および基準数値間の対応を示す。

【0305】

【表41】

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図１１９〜１２８の比較によって分かるように、ＧＲＩＮレンズ４８０２によって生成されるＰＳＦのサイズおよび形状は、入射角度およびミスフォーカスの異なる値に対し大幅に変化する。その結果、焦点合わせ力（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｐｏｗｅｒ）のみを有するＧＲＩＮレンズ４８０２は、撮像レンズとしての性能の限界を有する。これらの性能の限界は、一定範囲のミスフォーカスおよび図１１９〜１２８に示されるＰＳＦの入射角度に対するＭＴＦを示す図１２９においてさらに示される。図１２９では、破線の楕円４２８２は、回折限界系に対応するＭＴＦ曲線を示す。破線の楕円４２８４は、ＰＳＦ４２５４および４２６４に相当するゼロミクロン（すなわち、焦点合わせ）撮像システムに対応するＭＴＦ曲線を示す。別の破線の楕円４２８６は、例えば、ＰＳＦ４２５０、４２５２、４２５６、４２５８、４２６０、４２６２、４２６６、および４２６８に対するＭＴＦ曲線を示す。図１２９から分かるように、ＧＲＩＮレンズ４８０２のＭＴＦは、特定の空間周波数においてゼロを呈し、それらの特定の空間周波数における画像情報の回復不能な損失を示す。図１３０は、１ミリメートル当たり１２０サイクルの空間周波数に対し、ミリメートルで表したフォーカスシフトの関数として、ＧＲＩＮレンズ４８０２のスルーフォーカスＭＴＦを示す。再び、図１３０のＭＴＦにおけるゼロは、画像情報の回復不能な損失を示す。

【0306】

特定の不均質位相修正素子の屈折率プロファイルは、２つの多項式および一定指数ｎ_０の和とみなされ得る。

【0307】

【数6】

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したがって、変数Ｘ、Ｙ、Ｚ、およびｒは、図１１８に示されるように、同一座標系に従って定義される。結果として生じる射出瞳が、ミスフォーカスおよびミスフォーカス関連収差に対し感度が低減される特性を呈するように、ｒにおける多項式は、ＧＲＩＮレンズの焦点合わせ力を指定するために使用されてもよく、Ｘ、Ｙ、およびＺにおける３変数多項式は、所定の位相修正を指定するために使用されてもよい。言い換えると、所定の位相修正は、ＧＲＩＮレンズの屈折率プロファイルによって実装されてもよい。したがって、本実施例では、所定の位相修正は、ＧＲＩＮ焦点機能と一体化され、ＧＲＩＮレンズの体積全体に拡張する。

【0308】

図１３１は、一実施形態における不均質多重屈折光学系４２００を示す。物体４２０４は、多重屈折光学素子４２０２を介して結像する。垂直入射電磁エネルギ光線４２０６（位相修正素子４２０２の前面４２１０での垂直入射における位相修正素子４２０２への入射電磁エネルギ光線）および軸外電磁エネルギ光線４２０８（位相修正素子４２０２の前面４２１０の垂線から５°における入射電磁エネルギ光線）は、図１３１に示される。垂直入射電磁エネルギ光線４２０６および軸外電磁エネルギ光線４２０８は、位相修正素子４２０２を通って伝送し、それぞれ、地点４２２０および４２２２において、位相修正素子４２０２の裏面４２１２で焦点を結ぶ。

【0309】

位相修正素子４２０２は、以下の３次元屈折率プロファイルを有する。

【0310】

【数7】

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ここで、ＧＲＩＮレンズ４８０２同様、ｒは、光軸４２０３からの半径、Ｘ、Ｙ、およびＺは、図示される通りである。加えて、ＧＲＩＮレンズ４８０２同様、位相修正素子４２０２は、焦点距離＝１．７６ｍｍ、Ｆ値＝１．７７、直径＝１．００ｍｍ、および長さ＝５．００ｍｍを有する。

【0311】

図１３２〜１４１は、位相修正素子４２０２を特徴付けるＰＳＦを示す。図１３２〜１４１に示される位相修正素子４２０２の数値モデルでは、式（４）におけるＸおよびＹ項によって作用される位相修正は、位相修正素子４２０２全体に均一に蓄積される。図１３２〜１３６は、垂直入射および−５０μｍ〜＋５０μｍの範囲のミスフォーカスの異なる値（つまり、位相修正素子４２０２の最適焦点からの物体距離）に対する位相修正素子４２０２のＰＳＦを示す。同様に、図１３７〜１４１は、同一範囲のミスフォーカスであるが、５°の入射角度内の電磁エネルギに対する位相修正素子４２０２のＰＳＦを示す。表４２は、図１３２〜１４１のＰＳＦ値、入射角度、および基準数値間の対応を示す。

【0312】

【表42】

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図１４２は、素子４２０２を特徴付けるＭＴＦ曲線のプロット４３２０を示す。回折限界ケースに対応する所定の位相修正効果は、破線の楕円４３２２に示される。破線の楕円４３２６は、図１３２〜１４１に示されるＰＳＦに対応するミスフォーカス値に対するＭＴＦを示す。ＭＴＦ４３２６は、形状がすべて類似しているが、プロット４３２０に示される空間周波数の範囲に対しゼロを示さない。

【0313】

図１３２〜１４１の比較から分かるように、位相修正素子４２０２のためのＰＳＦ形は、形状が類似する。加えて、図１４２は、ミスフォーカスの異なる値に対するＭＴＦが、概して、ゼロを優に上回ることを示す。図１１９〜１３０に示されるＰＳＦおよびＭＴＦと比較して、図１３２〜１４３のＰＳＦおよびＭＴＦは、位相修正素子４２０２が、特定の利点を有することを示す。さらに、その３次元位相プロファイルは、位相修正素子４２０２のＭＴＦを回折限界系のＭＴＦと異なるものにする一方、素子４２０２のＭＴＦもまた、ミスフォーカス収差および光学系４２００自体に固有であり得る収差に対し、相対的に鈍感であることが理解される。

【0314】

図１４３は、ＧＲＩＮレンズ４８０２のＭＴＦ（図１３０）と比較して、プロット４３４０に示されるフォーカスシフトの範囲にわたってゼロを伴わず、光学系４２００の正規化スルーフォーカスＭＴＦの形状がより広範であることをさらに示すプロット４３４０である。ミスフォーカス収差鈍感度の範囲を定義するために半値全幅（「ＦＷＨＭ」）の指標を利用すると、プロット４３４０は、光学系４２００がミスフォーカス収差鈍感度約５ｍｍの範囲を有することを示し、プロット４２９０は、ＧＲＩＮレンズ４８０２がミスフォーカス収差鈍感度わずか約１ｍｍの範囲を有することを示す。

【0315】

図１４４は、不均質位相修正素子４４０２を含む不均質多重屈折光学系４４００を示す。図１４４に示されるように、物体４４０４は、位相修正素子４４０２を通して結像する。垂直入射電磁エネルギ光線４４０６（位相修正素子４４０２の前面４４１０での垂直入射における位相修正素子４４０２への入射電磁エネルギ光線）および軸外電磁エネルギ光線４４０８（位相修正素子４４０２の前面４４１０の垂線から２０°における入射電磁エネルギ光線）は、図１４４に示される。垂直入射電磁エネルギ光線４４０６および軸外電磁エネルギ光線４４０８は、位相修正素子４４０２を通って伝送し、それぞれ、地点４４２０および４４２２において、位相修正素子４４０２の裏面４４１２において焦点を結ぶ。

【0316】

位相修正素子４４０２は、位相修正素子４４０２の長さに沿った位置の関数として変化する屈折率変動を利用して、所定の位相修正を実装する。位相修正素子４４０２では、屈折率プロファイルは、位相修正素子４２０２におけるように、２つの多項式および一定指数ｎ_０の和によって記載されるが、位相修正素子４４０２では、所定の位相修正に対応する項は、前面４４１０から裏面４４１２（例えば、図１４４に示されるように、左から右）への経路に沿ってゼロに減少する因数を乗じる。

【0317】

【数8】

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ここで、ｒは、式（６）において定義された通りであって、Ｚ_ｍａｘは、位相修正素子４４０２の最大長（例えば、５ｍｍ）である。

【0318】

式（５）〜（８）では、ｒにおける多項式は、位相修正素子４４０２の焦点合わせ力を指定するために使用され、Ｘ、Ｙ、およびＺにおける３変数多項式は、所定の位相修正を指定するために使用される。しかしながら、位相修正素子４４０２では、所定の位相修正効果は、位相修正素子４４０２の長さにわたって振幅が減少する。その結果、図１４４に示されるように、より広範な画角が捕捉される（例えば、図１４４に示されるケースでは、垂線から２０°離れて）一方、各画角に類似の所定位相修正を付与する。位相修正素子４４０２に対し、焦点距離＝１．６１ｍｍ、Ｆ値＝１．０８、直径＝１．５ｍｍ、および長さ＝５ｍｍである。

【0319】

図１４５は、１ミリメートル当たり１２０サイクルの空間周波数に対し、ミリメートルで表したフォーカスシフトの関数として、ＧＲＩＮレンズ（位相修正素子４４０２に等しい外部寸法を有する）のスルーフォーカスＭＴＦのプロット４４３０を示す。図１３０におけるように、プロット４４３０におけるゼロは、画像情報の回復不能な損失を示す。

【0320】

図１４６は、位相修正素子４４０２のスルーフォーカスＭＴＦのプロット４４７０を示す。図１４２と図１３０との比較と同様に、プロット４４７０のＭＴＦ曲線（図１４６）は、プロット４４３０のＭＴＦ曲線よりも低い強度を有するが、より範囲が広い（図１４５）。

【0321】

図１４７は、単一の光学材料内の一定範囲の屈折率を実装するための別の構成を示す。図１４７では、位相修正素子４５００は、例えば、感光性乳剤、または電磁エネルギと反応する別の光学材料であってもよい。一対の紫外線源４５１０および４５１２は、乳剤４５０２上に電磁エネルギを照射するように構成される。電磁エネルギ源は、これらの発生源から放射する電磁エネルギが乳剤内で干渉し、それによって、乳剤４５０２内に異なる屈折率の複数のポケットを生成するように構成される。このように、乳剤４５０２は、全体を通して３次元的に可変する屈折率を含む。

【0322】

図１４８は、ネガティブ光学素子４５７０と結合されたＧＲＩＮレンズ４５６４のマルチ開口アレイ４５６０を含む、撮像システム４５５０を示す。システム４５５０は、ＧＲＩＮアレイ「魚眼」として、効果的に作用してもよい。各ＧＲＩＮレンズ４５６４の視野（視野角；ＦＯＶ）は、ネガティブ光学素子４５７０によって、若干異なる方向に傾斜されるため、撮像システム４５５０は、広範かつ複合の視野を含む複眼（例えば、節足動物に一般的であるような）のように機能する。

【0323】

図１４９は、車両の前方近傍に搭載された撮像システム４６０２を有する、自動車４６００を示す。撮像システム４６０２は、上述のような不均質位相修正素子を含む。撮像システム４６０２は、自動車４６００が走行している場合に、例えば、別の自動車４６１０と衝突したときは常に、撮像システム４６０２が衝突の状況を記録した画像を提供するように、デジタル的に画像を記録するように構成されてもよい。あるいは、自動車４６００は、上述のような不均質位相修正素子を含む第２の撮像システム４６１２を備えてもよい。システム４６１２は、自動車４６００の認定ユーザの指紋または虹彩模様の画像認識を行ってもよく、さらに、自動車４６００の施錠に加え、またはその代わりに利用されてもよい。不均質位相修正素子を含む撮像システムは、組み込み構造のコンパクト性および堅牢性と、上述のような、所定の位相修正によって提供される、ミスフォーカスに対する感度低減とによって、そのような自動車アプリケーションにおいて有利である場合がある。

【0324】

図１５０は、複数のゲーム制御ボタン４６５２および不均質位相修正素子を含む撮像システム４６５５を含む、テレビゲーム制御パッド４６５０を示す。撮像システム４６５５は、ユーザ認定のためのユーザ認識システム（例えば、指紋または虹彩模様認識を通して）の一部として機能してもよい。また、撮像システム４６５５は、例えば、画像データを提供することによってユーザの動きを追跡し、入力を提供またはテレビゲーム再生の外観を制御するために、テレビゲーム本体内で利用されてもよい。撮像システム４６５５は、組み込み構造のコンパクト性および堅牢性と、上述のような、所定の位相修正によって提供されるミスフォーカスに対する感度低減とによって、ゲームアプリケーションにおいて有利である場合がある。

【0325】

図１５１は、テディベアの目として変装された（すなわち、組み込まれた）撮像システム４６７２を含む、テディベア４６７０を示す。代わりに、撮像システム４６７２は、多重屈折光学素子を含む。上述の撮像システム４６１２および４６５５と同様、撮像システム４６７２は、認定ユーザが撮像システム４６７２によって認識されると、例えば、撮像システム４６７２に接続された音声録音システム４６７４が、カスタマイズされたユーザの挨拶に反応し得るように、ユーザ認識のために構成されてもよい。

【0326】

図１５２は、携帯電話４６９０を示す。携帯電話４６９０は、不均質位相修正素子を含むカメラ４６９２を含む。上述のアプリケーションにおけるように、コンパクトなサイズ、頑丈な構造、およびミスフォーカスに対する鈍感度は、カメラ４６９２の有利な属性である。

【0327】

図１５３は、バーコード４７０４の画像取り込みのための不均質位相修正素子４７０２を含む、バーコードリーダ４７００を示す。

【0328】

図１４９〜１５３に示される実施例では、撮像システムをコンパクトかつ堅牢にするため、撮像システムにおける不均質位相修正素子の使用は有利である。つまり、構成要素のコンパクトなサイズおよびアセンブリの堅牢な性質（例えば、余剰な取り付け金具を伴わずに、平坦表面を平坦表面に固定接合する）は、上述のような、厳しく、強い衝撃を受ける可能性のあるアプリケーションにおける使用に対し、不均質位相修正素子を含む撮像システムを理想的なものとする。さらに、所定の位相修正の組み込みによって、多重屈折光学素子を含むこれらの撮像システムが、現在市販されている他のコンパクト撮像システムと比較して、ミスフォーカス関連の収差の少ない高品質画像を提供することが可能となる。さらに、デジタル信号処理が撮像システム（例えば、図１１２参照）に追加される場合、さらなる画像処理が、特定のアプリケーションの要件に応じて行われてもよい。例えば、不均質位相修正素子を含む撮像システムが、携帯電話カメラとして使用される場合、その検出器において撮影された画像上で行われる後処理は、最終画像からミスフォーカス関連の収差を除去し、それによって、表示用の高品質画像を提供してもよい。別の実施例として、撮像システム４６０２（図１４９）では、後処理は、例えば、衝突が生じる前に、潜在的な衝突の危険性を運転手に警告する物体認識を含んでもよい。

【0329】

本開示の汎用多重屈折光学素子は、実際は、図１０９におけるような均質光学系および不均質な素子（すなわち、多重屈折）の両方を含むシステム内で使用されてもよい。したがって、非球面位相および／または吸収成分は、同一撮像システム内の表面および体積の集合によって実装されてもよい。非球面表面は、多重屈折光学素子の表面のうちの１つに一体化されてもよく、または均質素子上に形成されてもよい。そのような多重屈折光学素子の集合は、以下に詳述されるように、ＷＡＬＯ型に結合されてもよい。

【0330】

ＷＡＬＯ構造は、その上に形成される光学素子のアレイを有する、２つ以上の共通基盤（例えば、ガラスプレートまたは半導体ウエハ）を含んでもよい。共通基盤は、現在開示されている方法に従って、光軸に沿って、整合および組み立てられ、ウエハスケールアレイまたは撮像システムのまま残される、あるいは、別様に、複数の撮像システムに分離され得る、短トラック長の撮像システムを形成する。

【0331】

開示される手段は、有利なことに、チップスケールパッケージング（ＣＳＰ）プロセスで利用されるアレイ撮像システム加工技術およびリフロー温度と適合する。特に、本明細書に記載されるアレイ撮像システムの光学素子は、ＣＳＰ処理における温度および機械的変形の可能性（例えば、２００℃を優に超える温度）に耐え得る材料から加工される。アレイ撮像システムの製造において使用される共通基盤材料は、光学素子のアレイを支持可能な幅寸法を有する平坦（または、ほぼ平坦）な薄円板に研磨または成形されてもよい。そのような材料は、特定のソリッドステート光学材料（例えば、ガラス、シリコン等）、温度安定ポリマー、セラミックポリマー（例えば、ゾルゲル）、および高温プラスチックを含む。これらの材料はそれぞれ、個々に高温に対して耐性を有し得る一方、開示されるアレイ撮像システムもまた、ＣＳＰリフロープロセスの際、材料間の熱膨張における変形に耐性を有し得る。例えば、膨張効果は、表面間の界面を接合する際に、低弾性粘着剤を使用することによって回避されてもよい。

【0332】

図１５６および１５７は、撮像システムのアレイ５１００と、個々の撮像システム５１０１を形成するためのアレイ５１００のダイシングを示す。アレイ撮像システムおよびそのダイシングは、図３においても示されたが、アレイ５１００とアレイ６０との類似性は明白となるだろう。ダイシングされた撮像システム５１０１に関連して後述されるが、撮像システム５１０１の一部または全部の素子が、アレイ５１００に示されるようなアレイ素子として形成されてもよいことを理解されたい。図１５７に示されるように、その上に形成される２つの平凸光学素子（すなわち、それぞれ、光学素子５１０６および５１０８）を有する、共通基盤５１０２および５１０４は、屈折率整合エポキシ等の接合材料５１１０によって背面接合される。電磁エネルギを遮断するための開口５１１２は、光学素子５１０６の周囲の領域にパターン化される。スペーサ５１１４は、共通基盤５１０４と５１１６との間に搭載され、第３の光学素子５１１８は、共通基盤５１１６上に含まれる。本実施例では、共通基盤５１１６の平坦表面５１２０は、検出器５１２４のカバープレート５１２２に接合するために使用される。この配列は、検出器５１２４と撮像システム５１０１の光学系との間の接合表面積、および撮像システム５１０１の構造的完全性が、平面−平面配向によって増加される点において有利である。本実施例で実証される別の特徴は、ネガティブ光学曲率（例えば、光学素子５１１８）を有する少なくとも１つの表面を使用し、例えば、像平面における像面湾曲の補正を可能にすることである。カバープレート５１２２は、任意であって、アセンブリプロセスに応じて使用されなくてもよい。したがって、共通基盤５１１６は、光学素子５１１８のための支持と、検出器５１２４のためのカバープレートとして同時に機能してもよい。光学系−検出器界面５１２３は、検出器５１２４とカバープレート５１２２との間に画定されてもよい。

【0333】

撮像システム５１０１の例示的分析は、図１５８〜１６２に示される。図１５８〜１６２に示される分析は、３．６μｍピクセルサイズを有する４００×４００ピクセル解像度の検出器５１２４を仮定する。この分析で使用されるすべての共通基盤厚は、標準的８インチＡＦ４５Ｓｃｈｏｔｔガラスのリストから選択された。共通基盤５１０２および５１０４は、厚さ０．４ｍｍと仮定され、共通基盤５１１６は、厚さ０．７ｍｍと仮定された。市販の共通基盤の使用は、撮像システム５１０１のための製造コスト、供給リスク、および開発サイクル時間を低減し得るため、これらの厚さの選択は重要である。スペーサ５１１４は、各光学素子開口にパターン化された貫通孔を有する、標準的な０．４００ｍｍのガラス部品と仮定された。所望に応じて、薄膜フィルタが、近赤外線電磁エネルギを遮断するために、光学素子５１０６、５１０８、および５１１８のうちの１つ以上、または共通基盤５１０２、５１０４、および５１１６のうちの１つ以上に追加されてもよい。あるいは、赤外線遮断フィルタが、前面カバープレートまたは検出器カバープレート等の異なる共通基盤上に配置されてもよい。光学素子５１０６、５１０８、および５１１８は、均一非球面係数によって記述されてもよく、各光学素子の規定は、表４３に求められる。本実施例では、各光学素子は、屈折率ｎ_ｄ＝１．４８１０５３およびアッベ数（Ｖ_ｄ）＝６０．１３１１６０を有する光学的透明ポリマーを仮定してモデル化された。

【0334】

【表43】

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図１５７〜１５８に示され、表４３に特定されるように、例示的設計は、表４４に求められる意図された最小仕様のすべてに一致する。

【0335】

【表44】

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表４４からの撮像システム５１０１に対する重要な制約は、広範な全視野（ＦＦＯＶ＞７０°）、短い光学トラック長（ＴＯＴＲ＜２．５ｍｍ）、および最大主光線角度制約（全像高でのＣＲＡ＜３０°）である。短い光学トラック長、低い主光線角度制約、および撮像システム５１０１が相対的に少数の光学表面を有するため、撮像システム５１０１の撮像特性は、大いに場依存性を有する。つまり、撮像システム５１０１は、画像のコーナーよりも中心において、より優れた画像を撮像する。

【0336】

図１５８は、撮像システム５１０１の光線追跡図である。光線追跡図は、共通基盤５１１６の平坦側面に搭載された３つの群の撮像システムを通って、カバープレート５１２２および検出器５１２４への電磁エネルギ光線の伝搬を示す。ＷＡＬＯ構造に関連して本明細書で使用されるように、「群」とは、その上に搭載される少なくとも１つの光学素子を有する共通基盤を示す。

【0337】

図１５９は、軸上から全視野までの範囲の複数の視野ポイントにおける、１／２Ｎｙｑｕｉｓｔ（Ｂａｙｅｒパターン検出器の検出器カットオフである）に対する空間周波数の関数として、撮像システム５１０１のＭＴＦを示す。曲線５１４０は、軸上視野ポイントに対応し、曲線５１４２は、サジタル方向全視野ポイントに対応する。図１５９から分かるように、撮像システム５１０１は、全視野よりも軸上において優れた性能を発揮する。

【0338】

図１６０は、１ミリメートル当たり７０線対（ｌｉｎｅ−ｐａｉｒ）（ｌｐ／ｍｍ）、すなわち、３．６ミクロンのピクセルサイズに対する１／２Ｎｙｑｕｉｓｔ周波数の像高の関数として、撮像システム５１０１のＭＴＦを示す。既存の収差のため、この空間周波数におけるＭＴＦは、画像視野全体で６倍以上劣化することが、図１６０から分かるであろう。

【0339】

図１６１は、いくつかの視野位置に対するスルーフォーカスＭＴＦを示す。光学素子の複数アレイ（各アレイは、厚さ変動を伴う共通基盤上に形成され、数千の光学素子を含む可能性がある）は、組み立てられ、アレイ撮像システムを形成してもよい。このアセンブリの複雑性およびその中における変動は、ウエハスケール撮像システムにとって重要とされ、全体設計のＭＴＦが、可能な限りデフォーカスに対し鈍感となるよう最適化される。図１６２は、正規化視野高の関数として、ＣＲＡの線形性を示す。撮像システム内のＣＲＡの線形性は、検出器レイアウトに対し補償され得る光学系−検出器界面における決定性の照明ロールオフを可能にするため、好ましい特性である。

【0340】

図１６３は、撮像システム５２００の別の実施形態を示す。撮像システム５２００の構成は、単一の共通基盤５２０４上にパターン化された両面光学素子５２０２を含む。そのような構成は、システム内の共通基盤の数が１つに減少されるため、図１５７に示される構成と比較し、コストを削減し、接合の必要性を低減する。

【0341】

図１６４は、ウエハスケール撮像システム５３００のための４つの光学素子設計を示す。本実施例では、電磁エネルギを遮断するための開口マスク５３１２が、撮像システムの最外面（すなわち、検出器５３２４から最も遠い）上に配置される。図１６４に示される実施例の重要な特徴の１つは、２つの凹状光学素子（すなわち、光学素子５３０８および光学素子５３１８）が、互いに対向して配向されることである。この構成は、二重Ｇａｕｓｓ設計のウエハスケールの変形を具現化し、最小像面湾曲を有する広い視野を可能にする。図１６４における実施形態の修正バージョンは、図１６５に示される。図１６５に示される実施形態は、凹状光学素子５４０８および５４１８が、スタンドオフ特徴を介して接合され、スペーサ５３１４の使用の必要性を排除するという付加的利点を提供する。

【0342】

図１６４および１６５における設計の付加的特徴は、第３および／または第４の光学素子表面（例えば、図１６６の光学素子５４１８（２）または５４３０（２））の一部としての主光線角度補正器（ＣＲＡＣ）の使用である。ＣＲＡＣの使用は、短い総トラックを有する撮像システムを、許容主光線角度に制限を有し得る検出器（例えば、５３２４、５４２４）とともに使用することを可能にする。ＣＲＡＣ実装の特定の実施例は、図１６６に示される。ＣＲＡＣ素子は、主光線が検出器の開口数と調和する視野の中央近傍では、ほとんど光強度を有さないように設計される。ＣＲＡが検出器の許容ＣＲＡに近接または超越する視野のエッジでは、ＣＲＡＣの表面勾配が増加し、光線を歪曲させ、検出器の許容円錐へ戻す。ＣＲＡＣ素子は、光学素子周辺の球面からの大偏差（高高次非球面多項式に反映）と相まって、大曲率半径（すなわち、光軸近傍では低光強度）によって特徴付けられ得る。そのような設計は、視野依存性感度ロールオフを最小限にし得るが、結果として生じる画像の周囲近傍に大幅な歪を追加し得る。その結果、そのようなＣＲＡＣは、光学的に結合されることが意図された検出器と一致するように調整されなければならない。加えて、検出器のＣＲＡは、撮像システムのＣＲＡＣと協働するように結合して設計され得る。撮像システム５３００では、光学系−検出器界面５３２３は、検出器５３２４とカバープレート５３２２との間に画定されてもよい。同様に、撮像システム５４００に対し、光学系−検出器界面５４２３は、検出器５４２４とカバープレート５４２２との間に画定されてもよい。

【0343】

【表45】

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図１６７〜１７１は、図１６６に示される例示的撮像システム５４００（２）の分析を示す。本実施例で使用される４つの光学素子表面は、表４５で求められる均一非球面多項式によって記述されてもよく、屈折率ｎ_ｄ＝１．４８１０５３およびアッベ数（Ｖ_ｄ）＝６０．１３１１６０を有する光学ポリマーを使用して設計されるが、他の材料が、光学設計に対し得られたわずかな変更と容易に置換され得る。全共通基盤に対し使用されるガラスは、標準的な８インチＡＦ４５Ｓｃｈｏｔｔガラスであると仮定される。空隙におけるエッジ間隔（スペーサまたはスタンドオフ特徴によって提供される共通基盤間の間隔）は、本設計の光学素子５４０８と５４１８（２）との間では、１７５μｍであって、光学素子５４３０（２）とカバープレート５４２２との間では、１００μｍである。必要に応じて、近赤外線電磁エネルギを遮断するための薄膜フィルタは、光学素子５４０６、５４０８、５４１８（２）、および５４３０（２）のうちのいずれか、または、例えば、前面カバープレート上に追加されてもよい。

【0344】

図１６６は、１．６ｍｍの対角線画像視野を有するＶＧＡ解像度検出器を使用する、撮像システム５４００（２）の光線追跡図を示す。図１６７は、２．０μｍピクセルを有する検出器に対し最大１／２Ｎｙｑｕｉｓｔ周波数（１２５ｌｐ／ｍｍ）の空間周波数の関数として、撮像システム５４００（２）のＯＴＦの率のプロット５４５０を示す。図１６８は、像高の関数として、撮像システム５４００（２）のＭＴＦ５４５２を示す。ＭＴＦ５４５２は、画像視野を通して平均的にほぼ均一となるよう最適化されている。設計のこの特徴によって、画像は、画質を劇的に変化させずに、視野内の任意の場所から「ウィンドウ表示」またはサブサンプリング可能となる。図１６９は、ウエハスケール製造公差のため、予測フォーカスシフトと比較して大きい、撮像システム５４００（２）に対するスルーフォーカスＭＴＦ分布５４５４を示す。図１７０は、ＣＲＡＣを実証するために、両方とも正規化視野の関数として、ＣＲＡの勾配（点線５４５７（１）によって示される）と、主光線角度（実線５４５７（２）によって示される）のプロット５４５６を示す。ＣＲＡが２５°を超え始める像高の約６０％まで、ＣＲＡはほぼ線形であることが、図１７０から分かるだろう。ＣＲＡは、最大２８°まで上昇し、次いで、全像高において２５°を下回る。ＣＲＡの勾配は、必要とされる小型レンズと、各検出器の感光領域に対する金属相互接続位置シフトとに関連する。

【0345】

図１７１は、ＣＲＡＣの実装による、設計に固有の光学歪のグリッドプロット５４５８を示す。交点は、最適焦点を表し、Ｘは、グリッドによって追跡された個々の視野に対する予測実焦点を示す。本設計の歪は、標的光学仕様に一致することに留意されたい。しかしながら、歪は、ウエハスケール一体化プロセスによって低減され得、検出器５４２４のレイアウト内の光学設計の補償を可能にする（例えば、活性光検出領域をシフトすることによって）。設計は、検出器５４２４内のピクセル／マイクロレンズ／カラーフィルタアレイの空間および角度形状を調節し、光学設計の意図された歪およびＣＲＡプロファイルに一致させることによって、さらに改良されてもよい。撮像システム５４００（２）の光学性能仕様は、表４６において求められる。

【0346】

【表46】

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図１７２は、両面ウエハスケール光学素子５５０２の使用によって、必要とされる共通基盤数を合計２つ（すなわち、５５０４、５５１６）に減少し、それによって、接合および組み立ての複雑性やコストを低減する例示的撮像システム５５００を示す。光学系−検出器界面５５２３は、検出器５５２４とカバープレート５５２２との間に画定されてもよい。

【0347】

図１７３Ａおよび１７３Ｂは、それぞれ、凸状表面５５５４と一体型絶縁体５５５２とを有する光学素子５５５０の横断面および上面図を示す。スタンドオフ５５５２は、凸状表面５５５４と結合する勾配壁５５５６を有する。素子５５５０は、スペーサ材料を硬化するために必要とされる時間によって実際は制限される寸法を有する、スペーサ（例えば、図１５７および１６３のスペーサ５１１４。図１６４のスペーサ５３１４および５３３６。図１６５のスペーサ５４３６。図１７２のスペーサ５５１４および５５３６）の使用と比較して、整合性が改良された光学的透明材料に単一ステップで複製されてもよい。光学素子５５５０は、同様に光学的透明材料から形成され得る共通基盤５５５８上に形成される。スペーサの使用の代わりに、スタンドオフ５５５２によって複製された光学系が上述の設計のすべてにおいて使用され、それによって製造およびアセンブリの複雑性や公差を低減してもよい。

【0348】

また、開示されるウエハスケールアレイの複製方法は、従来の円形開口形状に対しいくつかの利点を有する非円形開口光学素子の実装のために、容易に適合される。矩形の開口形状は、光学表面上の不必要な領域を排除し、代わりに、撮像システムの光学性能に影響を及ぼすことなく、所与の接合プロセスの際に、直線的形状に接触して配置され得る表面積を最大化する。加えて、ほとんどの検出器は、活性領域外側の領域（すなわち、検出器ピクセルが位置する検出器の領域）が最小限にされ、パッケージ寸法を減少させ、共通基盤（例えば、シリコンウエハ）当たりの有効ダイ数を最大化するように設計される。したがって、活性領域を囲繞する領域は、寸法が制限される。円形開口の光学素子は、撮像モジュールの光学性能に対し効果を及ぼさない活性領域を囲繞する領域内を侵食する。したがって、矩形開口モジュールの実装によって、検出器活性領域は、撮像システムの接合の際の使用に対して最大化される。

【0349】

図１７４Ａおよび１７４Ｂは、円形および非円形開口の光学素子を有する撮像システム内の、画像領域５５６０（破線によって境界される）の比較を提供する。図１７４Ａは、図１６６を参照して初めに記述された撮像システムの上面図を示し、勾配壁５５５６を有する円形開口５５６２を含む。図１７４Ｂに示される撮像システムは、光学素子５４３０（２）（図１６６）が矩形開口５５６６を有することを除き、図１７４Ａと同一である。図１７４Ｂは、矩形開口光学素子５５６６によって増加が促進された接合領域５５６４の実施例を示す。システムは、最大視野ポイントが、２．０μｍピクセルＶＧＡ解像度検出器の垂直、水平、および対角線範囲となるように画定されている。垂直寸法では、使用可能接合表面の５００μｍ（光学素子の各側面で２５９μｍ）強が、直線的形状に対する修正において回復される。水平寸法では、２００μｍ強が回復される。矩形開口５５６６は、画像コーナーのビネット効果を回避するために、円形開口５５６２よりも大きいサイズにすべきであることを留意されたい。本実施例では、コーナーの光学素子サイズの増加は、各対角線において４１μｍである。再び、活性領域およびチップ寸法は、典型的には、矩形であるため、パッケージサイズを考慮する際に、垂直および水平寸法の領域の減少は、対角線寸法の増加を上回る。加えて、光学素子の正方形バス形状のコーナーを丸くすることは、マスタリングおよび／または製造の容易性のために有利となる場合がある。

【0350】

図１７５は、図１６５における例示的撮像システムの上面光線追跡図５５７０を示し、ここでは、各光学素子に対し円形開口を有する設計を説明するために示される。図１７５から分かるように、光学素子５４３０は、ＶＧＡ検出器５４２４の活性領域５５７４を囲繞する領域５５７２内を侵食する。そのような侵食は、スペーサ５４３６を介して共通基盤５４３２をカバープレート５４２２に接合するために利用可能な表面積を減少させる。

【0351】

円形開口を有する光学素子の検出器５４２４の活性領域５５７４を囲繞する領域５５７２の侵食を低減するために、そのような光学素子は、矩形開口を有する光学素子と代替されてもよい。図１７６は、図１６５における例示的撮像システムの上面光線追跡図５５８０を示し、光学素子５４３０は、ＶＧＡ検出器５４２４の活性領域５５７４内に適合する矩形開口を有する光学素子５４８２と代替されている。垂直、水平、および対角線視野の光束によって図１７６に表される、検出器の画像領域内の電磁エネルギが、口径食効果を受けないように、光学素子は、適切に大きいサイズにされるべきであることを理解されたい。故に、カバープレート５４２２への接合に利用可能な共通基盤５４３２の表面積は最大化される。

【0352】

実際のウエハスケール撮像システムに必要な種類の制御主光線角度による、短い光学トラック長を有するシステムの多数の制約は、想像も望みもしない結果を撮像システムに生じさせる。高度に正確に加工および組み立てられた場合でも、短撮像システムに不可欠な種々の収差によって、そのような短撮像システムの画質は、必ずしも所望の通りのものではない。光学系が、従来技術のウエハスケール方法に従って加工および組み立てられる場合、加工および組立における潜在的誤差が、撮像性能を低減する光学収差にさらに寄与することになる。

【0353】

例えば、図１５８に示される撮像システムを検討する。この撮像システムは、すべての設計制約に一致しているが、システムの設計に固有の収差からの影響を余儀なくされ得る。実際、光学素子が少な過ぎ、撮像パラメータを適切に制御し、最高品質撮像を保証することができない。そのような回避不可能な光学収差は、図１５８〜１６０に示されるように、画像位置または画角の関数として、ＭＴＦを低減するように作用し得る。同様に、図１６５に示されるように、撮像システムは、そのような視野依存性のＭＴＦ挙動を呈し得る。つまり、軸上ＭＴＦは、視野依存性収差によって、軸外ＭＴＦよりも回折限界に対し大幅に高値となり得る。

【0354】

図１７７に示されるようなウエハスケールアレイが検討される場合、付加的な非理想的効果が、撮像システムの基礎的収差、その結果、画質に影響を及ぼし得る。実際は、共通基盤表面は、完璧に平坦ではない。若干の波形または反りが、常に存在する。この反りは、個々の光学素子の傾斜およびアレイ撮像システム内の各撮像システムの高さ変動を生じさせる場合がある。加えて、共通基盤は、常に均一厚ではなく、共通基盤を撮像システム内に結合する作用によって、アレイ撮像システム全体を変化し得る付加的厚さ変動が導入される場合がある。例えば、接合層（例えば、図１５７の５１１０、図１６４の５３１０および５３３４、図１６５の５４１０および５４３４）、スペーサ（例えば、図１５７および１６３のスペーサ５１１４、図１６４のスペーサ５３１４および５３３６、図１６５のスペーサ５４３６、図１７２のスペーサ５５１４および５５３６）、およびスタンドオフは、厚さが変動し得る。実際のウエハスケール光学系のこれらの多数の変動は、図１７７に示されるように、組み立てられたアレイ撮像システム内の個々の光学素子の厚さおよびＸＹＺ位置の公差を相対的に緩くし得る。

【0355】

図１７７は、歪の共通基盤５６１６と不均一厚の共通基盤５６０２とを有するウエハスケールアレイ５６００に存在し得る、非理想的効果の実施例を示す。共通基盤５６１６の反りは、光学素子５６１８（１）、５６１８（２）、および５６１８（３）の傾斜を生じさせる。そのような傾斜および不均一厚の共通基盤５６０２は、検出器５６２４によって検出される撮像電磁エネルギの収差を生じさせ得る。これらの公差の低減は、深刻な加工問題、かつ高額なコストへとつながり得る。設計プロセスの不可欠な構成要素として、特定の加工方法、公差、およびコストを有する撮像システム全体の公差および設計の緩和が望ましい。

【0356】

図１に示されるシステム４０と類似性を有する撮像システム５７００を示す、図１７８における撮像システムブロック図を検討する。撮像システム５７００は、検出器５７２４と、信号プロセッサ５７４０とを含む。検出器５７２４および信号プロセッサ５７４０は、低コストかつコンパクトな実装を提供するために、同一加工材料５７４２（例えば、シリコンウエハ）内に一体化されてもよい。特殊化された位相修正素子５７０６、検出器５７２４、および信号プロセッサ５７４０は、典型的には、短トラック長の撮像システムの性能を制限し、ウエハスケール光学系の加工およびアセンブリ公差の効果を制御する基本的収差の効果を制御するように調整されてもよい。

【0357】

図１７８の特殊化された位相修正素子５７０６は、射出瞳が、焦点関連収差に対し鈍感である画像を形成するように、撮像システムの同様に特殊化された射出瞳を形成する。そのような焦点関連収差の実施例は、色収差、非点収差、球面収差、像面湾曲、コマ収差、温度関連収差、およびアセンブリ関連収差を含むが、それらに限定されない。図１７９は、撮像システム５７００からの射出瞳５７５０の図を示す。図１８０は、球面光学素子５１０６を有する図１５７の撮像システム５１０１からの射出瞳５７５２の図を示す。射出瞳５７５２は、画像５７４４を形成する必要はない。代わりに、射出瞳５７５２は、所望に応じて、信号プロセッサ５７４０によって操作され得るボケた画像を形成する。撮像システム５７００が、膨大な物体情報を有する画像を形成するため、低減した撮像効果の除去は、一部のアプリケーションでは必要とされない場合がある。しかしながら、バーコードの読み取り、物体の配置および／または検出、生体認証、画質および／または画像コントラストが重要ではない低コスト撮像等のアプリケーションでは、信号プロセッサ５７４０による後処理は、ボケた画像から物体情報を読み出すように機能をしてもよい。

【0358】

図１７８と図１５８の例示的システムとの間の唯一の光学差異は、それぞれ、特殊化された位相修正素子５７０６と光学素子５１０６である。実際は、システム制約のため、図１５７の光学素子に対する構成の選択肢は非常に少ないが、図１７８の種々の光学素子のそれぞれに対し、多くの異なる選択肢が存在する。図１５７の撮像システムの要件は、例えば、像平面において高品質画像を生成することであってもよいが、図１７８のシステムの唯一の要件は、検出器ノイズの混入を介して情報コンテンツが損失されないよう、形成された画像が十分高ＭＴＦを有するように、射出瞳を生成することである。図１７８の実施例におけるＭＴＦは、視野全体で一定であるが、ＭＴＦは、視野、色、温度、アセンブリ変形例および／または偏光等のパラメータ全体で一定である必要はない。各光学素子は、特定のアプリケーションのための像平面におけるＭＴＦおよび／または画像情報を達成する射出瞳を生成するために、選択された特定の構成に応じて、典型的または一意的であってもよい。

【0359】

図１５８〜１６０に記載されるシステムと比較して、図１８１〜１８３に記載されるシステムを検討する。図１８１は、異なる主光線角度に対し、図１７８における撮像システムを通る光線伝搬を示す概略横断面図である。図１８２〜１８３は、説明の目的のために、信号処理を伴わない、図１７８におけるシステムの性能を示す。図１８２に実証されるように、このシステムは、図１５９に示されるデータと比較される画角の関数として、ほとんど変化しないＭＴＦ５７５０を示す。また、図１８３は、７０ｌｐ／ｍｍにおける画角の関数としてのＭＴＦが、約１／２しか変化しないことを示す。この変化は、画像全体のこの空間周波数における性能において、図１５８〜１６０に示されるシステムの約１２分の１である。図１７８におけるシステムの特定の設計に応じて、ＭＴＦ変化の範囲は、本実施例よりも大きくまたは小さくしてもよい。実際は、実撮像システムの設計は、所望の性能、加工の容易性、および必要とされる信号処理量の間の一連の妥協点として決定される。

【0360】

図１７８のシステムの開口絞り近傍の所定の位相修正に作用するための表面の追加によって、どのようにシステムに影響を及ぼすかの光線情報に基づく説明図が、図１８４および１８５に示され、視野を通る火線の比較を示す。図１８４は、検出器５１２４近傍における、図１５６〜１５７の撮像システム５１０１の光線追跡分析である。図１８４は、像平面５１２５を通って延在する光線を示し、電磁エネルギの最高集積（矢印５７６０によって示される）が達成される際の、像平面５１２５からの距離における変動を示す。光束の幅が最小である光軸（Ｚ）に沿った位置は、光束に対する最適な焦点像平面の１つの指標である。光束５７６２は、軸上撮像条件を表し、光束５７６４、５７６６、および５７６８は、徐々に大きくなる軸外画角を表す。軸上束５７６２に対する電磁エネルギ５７６０の最高集積は、像平面前であることが分かる。電磁エネルギ５７６０の集積領域は、画角が増加するのに伴って、像平面５１２５に近づき、その後これを超え、像面湾曲と非点収差との典型的組み合わせを示す。この移動は、図１５７〜１６２のシステムに対する画角の関数として、ＭＴＦの低下につながる。図１８４および１８５は、本質的に、図１５７〜１６２のシステムに対する最適焦点像平面が、像平面位置の関数として変化することを示す。

【0361】

比較として、図１７８のシステムに対する像平面５７２５の近傍の光束が、図１８５に示される。光束５７７２、５７７４、５７７６、および５７７８は、狭い幅に集束しない。実際、光束の最小幅は、Ｚ軸に沿って広範にわたって存在するように見えるため、これらの光束に対する電磁エネルギの最高集積を見つけることは困難である。また、画角の関数として、光束の幅または最小幅の位置に顕著な変化はない。図１８５の光束５７７２〜５７７８は、図１８２および１８３と類似する情報を示す。すなわち、図１７８のシステムの視野依存性の性能はほとんどない。言い換えると、図１７８のシステムに対する最適焦点像平面は、像平面位置の関数ではない。

【0362】

特殊化された位相修正素子５７０６は、光学素子５１０６においてオリジナル光学表面と結合され得る、直角に分離可能な表面プロファイルの形態であってもよい。直角に分離可能な形態は、式（９）によって求められる。

【0363】

【数9】

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ここで、本実施例では、ｐ_ｘ＝ｐ_ｙである。図１７８に示される実施例のためのｐ_ｘ（ｘ）の式は、式（１０）によって求められる。

【0364】

【数10】

[この文献は図面を表示できません]

ここで、ｐ_ｘ（ｘ）の単位はミクロンであって、空間パラメータｘは、ｍｍ単位で使用される場合、光学素子５１０６のｘ、ｙ座標に関連する正規化された無次元数空間パラメータである。分離不可能および回転対称を含む、多くの他の種類の特殊化された表面形態が使用されてもよい。

【0365】

図１７９および１８０の射出瞳から分かるように、この特殊化された表面は、図１５８のシステムと比較して、図１７８のシステムの最高最低射出瞳光路差「ＯＰＤ」に約１３波を追加する。図１８６および１８７は、それぞれ、図１５８および図１７８のシステムからの光学素子５１０６と特殊化された位相修正素子５７０６の２次元表面プロファイルの等高線図を示す。図１８６および１８７に示されるケースでは、特殊化された位相修正素子５７０６（図１７８）の表面プロファイルは、光学素子５１０６（図１５８）と若干だけ異なる。この事実は、図１７８の特殊化された位相修正素子５７０６のための加工マスタを形成する際の全体高および困難度が、図１５８からの５１０６と大差ないことを含意する。回転対称射出瞳が使用される場合、図１７８の特殊化された位相修正素子５７０６のための加工マスタの形成は、さらに容易となるであろう。使用される種類のウエハスケール加工マスタに応じて、異なる形態の射出瞳が望ましい場合がある。

【0366】

ウエハスケール光学系の実アセンブリ公差は、それらの従来の光学系アセンブリと比較して大きい場合がある。例えば、図１７７に示されるような共通基盤の厚さ変動は、共通基盤のコストおよびサイズに応じて、少なくとも、５〜２０ミクロンであってもよい。各接合層は、約５〜１０ミクロンの厚さ変動を有してもよい。スペーサは、使用される種類のスペーサに応じて、約数十ミクロンの付加的変動を有してもよい。共通基盤の湾曲または反りは、優に数百ミクロンであってもよい。合計すると、ウエハスケール光学系上の全厚さ変動は、５０〜１００ミクロンに達し得る。完全な撮像システムが接合され、検出器が完成すると、各個々の撮像システムの再焦点は不可能である場合がある。再焦点ステップを伴わない場合、そのような厚さの大きな変動は、画質を大幅に劣化し得る。

【0367】

図１８８および１８９は、ミスフォーカスとなる１５０ミクロンのアセンブリ誤差が撮像システム５１０１に導入される場合の、図１５７のシステム上のアセンブリ誤差による画像劣化の実施例を示す。図１８８は、アセンブリ誤差が撮像システム内に存在しない場合のＭＴＦ５７９０および５７９２を示す。図１８８に示されるＭＴＦは、図１５９に示されるもののサブセットである。図１８９は、図１５７の像平面の１５０ミクロンの移動としてモデル化された、１５０ミクロンのアセンブリ誤差が存在するＭＴＦ５７９４および５７９６を示す。そのような大きな誤差がある場合、重度のミスフォーカスが存在し、ＭＴＦ５７９６は、無効を表示する。図１５７の撮像システムに対するウエハスケールアセンブリプロセスにおけるそのような大きな誤差は、極端に低い歩留につながり得る。

【0368】

図１７８のシステム上のアセンブリ誤差の効果は、図１７８の撮像システム５７００と、図１９０および１９１に示されるような関連する改良ＭＴＦとによって実証されるように、特殊化された位相修正素子の実装を通して低減され得る。図１９０は、それぞれ、アセンブリ誤差が撮像システムに存在しない場合の、信号処理の前後におけるＭＴＦ５７９８および５８００を示す。ＭＴＦ５７９８は、図１８２に示されるＭＴＦのサブセットである。信号処理後、すべての画像視野からのＭＴＦ５８００が高い値であることが、図１９０で分かるであろう。図１９１は、それぞれ、１５０ミクロンのアセンブリ誤差存在下の、信号処理前後におけるＭＴＦ５８０２および５８０４を示す。ＭＴＦ５８０２および５８０４は、ＭＴＦ５７９８および５８００と比較して少量だけ減少することが分かるだろう。したがって、図１７８の撮像システム５７００からの画像５７４４は、ウエハスケールアセンブリに固有の大きなアセンブリ誤差によってわずかのだけ影響を受けるであろう。したがって、特殊化された位相修正素子およびウエハスケール光学系内での信号処理の使用は、重要な利点を提供し得る。大きなウエハスケールアセンブリ公差が伴う場合でも、図１７８における撮像システム５７００の歩留は、このシステムからの画像解像度が、加工誤差がない場合でも、概して、図１５８に記載の従来のシステムよりも優れていることになることを非常によく示唆し得る。

【0369】

上述のように、撮像システム５７００の信号プロセッサ５７４０は、信号処理を行い、特殊化された位相修正素子５７０６によって導入されるボケ等の撮像効果を画像から除去してもよい。信号プロセッサ５７４０は、２次元線形フィルタを使用して、そのような信号処理を行ってもよい。図１９２は、１つの２次元線形フィルタの３次元等高線図を示す。２次元線形デジタルフィルタは、図１７８に示されるように、カーネルが小さいため、検出器と同一シリコン回路上に最終画像を生成するために必要とされるすべての信号処理を実装することが可能である。この一体化の増加によって、最も低いコストおよび最もコンパクトな実装が可能となる。

【0370】

この同一フィルタは、図１９０および１９１に示される画像システム５７００の数値表現において使用された。ウエハスケールアレイ内のすべての撮像システムに対し１つのみのフィルタの使用が必要とされているわけではない。実際、アレイ内の異なる撮像システムに対し異なる組の信号処理を使用することが、特定の状況において有利である場合がある。再焦点ステップの代わりに、従来の光学系で現在行われるように、単一信号処理ステップが使用されてもよい。このステップは、例えば、特殊化された標的画像と異なる信号処理を伴ってもよい。また、本ステップは、特定のシステムの誤差に応じて、所与の撮像システムに対し特定の信号処理の選択を含んでもよい。試験画像は、再び、どの異なる信号処理パラメータまたは組を使用するかを判断するために使用されてもよい。そのシステムの特定の誤差に応じて、ダイシング後、各ウエハスケール撮像システムに対する信号処理を選択することによって、全体の収率は信号処理が共通基盤上の全システムにわたって均一である場合の可能性を超えて増加し得る。

【0371】

図１７８における撮像システムが、図１５８の撮像システムよりもアセンブリ誤差に対し鈍感である理由は、図１９３および１９４を参照して記述される。図１９３は、図１５７の撮像システム５１０１に対し、７０ｌｐ／ｍｍにおけるスルーフォーカスＭＴＦ５８０６を示す。図１９４は、図１７８の撮像システム５７００に対する同一種類のスルーフォーカスＭＴＦ５８０８を示す。図１５７のシステムに対するスルーフォーカスＭＴＦ５８０６は、５０ミクロンシフトに対してでさえ狭い。加えて、スルーフォーカスＭＴＦは、像平面位置の関数としてシフトする。図１９４は、図１５９および１８４に示される像面湾曲の別の実証である。わずか５０ミクロンの像平面移動でさえ、撮像システム５１０１のＭＴＦは、大幅に変化し、低品質の画像を生成する。撮像システム５１０１は、像平面移動およびアセンブリ誤差に対し感度の程度が大きい。

【0372】

図１７８のシステムからのスルーフォーカスＭＴＦ５８０８は、比較的非常に広範である。５０、１００、１５０ミクロンの像平面シフトに対してでさえ、またはアセンブリ誤差に対し、ＭＴＦ５８０８は、ほとんど変化しないことを理解できるであろう。また、色収差および温度関連収差と同様に、像面湾曲は、非常に低値である（前者の２つの現象は、図１９３に示されない）。広範なＭＴＦを有することによって、アセンブリ誤差に対する感度は、大幅に減少する。図１７９に示されるものに加え、種々の異なる射出瞳が、この種の鈍感性を生成してもよい。多数の特定の光学構成を使用して、これらの射出瞳を生成してもよい。図１７９の射出瞳によって表される図１７８における特定の撮像システムは、１つの実施例に過ぎない。所望の仕様と結果として生じる射出瞳との均衡を保ち、ウエハスケール光学系に一般的に見られる広い視野およびアセンブリ誤差に対して高画質を達成する、いくつかの構成が存在する。

【0373】

前述のセクションで論じられたように、ウエハスケールアセンブリは、複数光学素子を含有する共通基盤の層を互いの上部に載置するステップを含む。また、そのように組み立てられた撮像システムは、複数の検出器を含有する共通基盤の上部に直接載置され、それによって、分離操作の際に分離されるいくつかの完全な撮像システム（光学系および検出器）を提供してもよい。

【0374】

しかしながら、このアプローチは、個々の光学素子間（恐らく、光学アセンブリと検出器との間）の間隔を制御するように設計される素子の必要性を被る。これらの素子は、通常、スペーサと称され、通常（必ずしも、常にではない）、光学素子間に空隙を提供する。スペーサによって、コストが付加され、結果として生じる撮像システムの歩留および信頼性を低減する。以下の実施形態は、スペーサの必要性を除去し、物理的に堅牢かつ整合が容易であって、実装され得るより多くの光学表面によって、潜在的に減少された総トラック長およびより高い撮像性能を呈する、撮像システムを提供する。これらの実施形態は、光学系設計者に、正確に達成され得る光学素子間のより広範な距離を提供する。

【0375】

図１９５は、組み立てられたウエハスケール光学素子５８１０の横断面図を示し、ここで、スペーサは、アセンブリの片面（または、両面）上に位置するバルク材料５８１２によって代替されている。バルク材料５８１２は、光学素子５８１０を複製するために使用される材料の屈折率と実質的に異なる屈折率を有さなければならず、上述のように、ソフトウェアツールを使用して光学設計を最適化する際に、その存在は考慮されるはずである。バルク材料５８１２は、モノリシックスペーサとして作用し、したがって、素子間の個々のスペーサの必要性を排除する。バルク材料５８１２は、高均一性および低コスト製造のために、光学素子５８１０を含有する共通基盤５８１４上にスピンコーティングされてもよい。次いで、個々の共通基盤は、互いに、直接接触して載置され、整合プロセスを簡略化し、失敗および手順誤差に左右されないようにして、総製造歩留を増加させる。加えて、バルク材料５８１２は、空気よりも実質的に大きく、潜在的に完全撮像システムの総トラックを減少させる屈折率を有する可能性がある。一実施形態では、複製光学素子５８１０およびバルク材料５８１２は、類似の熱膨張係数、剛性、および硬度であるが、異なる屈折率のポリマーである。

【0376】

図１９６は、前述のウエハスケール撮像システムからのセクションの１つを示す。セクションは、バルク材料５８２２によって封入される複製光学素子５８２０を有する共通基盤５８２４を含む。共通基盤の表面５８２４の１つまたは両方は、バルク材料５８２２を伴うかまたは伴わない複製光学素子５８２０を含んでもよい。複製素子５８２０は、共通基盤の表面５８２４上または内に形成されてもよい。具体的には、表面５８２７が共通基盤５８２４の表面を画定する場合、素子は、共通基盤５８２４内に形成されると考えられてもよい。任意に、表面５８２６が共通基盤５８２４の表面を画定する場合、素子５８２０は、共通基盤５８２４の表面５８２６上に形成されていると考えられてもよい。複製光学素子は、当業者に周知の技術を使用して生成されてもよく、形状および材料間の屈折率の差異に応じて、集束または発散素子であってもよい。また、光学素子は、円錐定数、波面符号化、回転非対称であってもよく、または回折素子およびホログラフィック素子を含む、任意の形状および形態の光学素子であってもよい。また、光学素子は、隔離（例えば、５８１０（１））または接合（例えば、５８１０（２））されてもよい。また、光学素子は、図１９６に示されるように、共通基盤に一体化されてもよく、および／またはバルク材料の拡張であってもよい。一実施形態では、共通基盤は、ガラスから成り、可視波長では透過性であるが、赤外線および恐らく紫外線波長では吸収性である。

【0377】

前述の実施形態は、素子間のスペーサの使用を必要としない。代わりに、間隔が、光学系を構成するいくつかの構成要素の厚さによって制御される。図１９５に戻って参照すると、システムの間隔は、厚さｄ_ｓ（共通基盤）、ｄ_ｌ（光学素子５８１０（２）に重層するバルク材料）、ｄ_c（複製光学素子５８１０（２）の基盤）、およびｄ_２（光学素子５８１０（１）に重層するバルク材料）によって制御される。また、距離ｄ_２は、個々の厚さｄ_ａおよびｄ_ｂ（それぞれ、光学素子上の光学素子５８１０（１）の厚さおよびバルク材料５８１２の厚さ）の和として表されてもよいことに留意されたい。さらに、ここで表される厚さは、制御され得る異なる厚さの例示的なものであって、必ずしも、総間隔制御に使用され得る可能性のあるすべての厚さの包括的リストを表すわけではない。構成素子の任意の１つは、２つの素子に分割され、例えば、設計者に、厚さに余剰的制御を提供し得る。素子間の垂直間隔における付加的正確度は、当業者には周知なように、高および低屈折率材料に埋め込まれた直径制御球面、支柱、または円柱（例えば、ファイバ）によって達成されてもよい。

【0378】

図１９７は、検出器５８３８を含むウエハスケール撮像システム５８３１のアレイであって、撮像システム５８３１から検出器５８３８を支持する共通基盤５８３４（２）に延在し得るスペーサの除去を示す。図１９５では、複製光学素子５８１０間の間隔は、ｄ_ｓ（共通基盤厚）によって制御される。図１９８は、光学素子５８３０間に生じ得る最近傍の垂直間隔が、バルク材料５８３２の厚さｄ_２によって制御される代替実施形態を示す。図１９７における素子の順番に対し複数の順列が可能であること、さらに、隔離された光学素子５８３０が図１９５および１９７の実施例で使用されたが、光学素子５８２０等の結合された素子も使用されてもよく、共通基盤５８３４（１）の厚さは、間隔を制御するために使用されてもよいことに留意されたい。さらに、図１６６に示され、本明細書で前述されたように、撮像システム内に存在する光学素子は、主光線角度補正器（ＣＲＡＣ）素子を含んでもよいことを留意されたい。最後に、光学素子５８３０、バルク材料５８３２、または共通基盤５８３４は、必ずしも、ウエハスケール素子のいずれかにおいて存在する必要はない。これらの素子の１つ以上は、光学設計の必要性に応じて、欠損していてもよい。

【0379】

図１９８は、共通基盤５８６０上に形成される検出器５８６２を含む、ウエハスケール撮像システム５８５０のアレイを示す。ウエハスケールアレイ撮像システム５８５０は、スペーサの使用を必要としない。光学素子５８５４は、共通基盤５８５２上に形成され、光学素子５８５２間の領域は、バルク材料５８５６で充填される。バルク材料５８５６の厚さｄ_２は、光学素子５８５４の表面から検出器５８６０までの距離を制御する。

【0380】

複製光学ポリマーの使用によって、例えば、光学素子間に空隙が必要ではない新規の構成をさらに可能にする。図１９９および２００は、異なる屈折率を有する２つのポリマーが形成され、空隙を有さない撮像システムを生成する構成を示す。交互層のために使用される材料は、各界面におけるフレネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）ロスおよび反射を最小限にすることを考慮して、その屈折率間の差異が、各表面の必要とされる光強度を提供するために十分に大きくなるように慎重に選択されてもよい。図１９９は、ウエハスケール撮像システムのアレイ５９００の横断面図を示す。各撮像システムは、共通基盤５９０３上に形成される層状光学素子５９０４を含む。層状光学素子のアレイ５９０４は、逐次的に（すなわち、最初に層状光学素子５９０４（１）、最後に層状光学素子５９０４（７））、共通基盤５９０３上に形成されてもよい。次いで、層状光学素子５９０４および共通基盤５９０３は、共通基盤（図示せず）上に形成される検出器に接合されてもよい。あるいは、共通基盤５９０３は、検出器のアレイを含む共通基盤であってもよい。層状光学素子５９０４（５）は、メニスカス素子であってもよく、素子５９０４（１）および５９０４（３）は、両凸面素子であってもよく、素子５９０２は、回折またはフレネル素子であってもよい。加えて、素子５９０４（４）は、平面／平面素子であってもよく、その唯一の機能は、撮像のための適切な光路長を可能にすることである。あるいは、層状光学素子５９０４は、逆の順番で（すなわち、最初に光学素子５９０４（７）、最後に光学素子５９０４（１））、共通基盤５９０３上に直接形成されてもよい。

【0381】

図２００は、アレイ撮像システムの一部として形成され得る、単一の撮像システム５９１０の横断面図を示す。撮像システム５９１０は、ＣＭＯＳ撮像装置等のソリッドステート画像検出器を含む、共通基盤５９１４上に形成される層状光学素子５９１２を含む。層状光学素子５９１２は、代替屈折率の任意の数の個々の層を含んでもよい。各層は、共通基盤５９１４に最近傍の光学素子から開始して、光学素子の逐次的形成によって形成されてもよい。異なる屈折率を有するポリマーがともに組み立てられる光学アセンブリの実施例は、図１Ｂ、２、３、５、６、１１、１２、１７、２９、４０、５６、６１、７０、および７９に関連して上述のものを含む、層状光学素子を含む。付加的実施例は、図２０１および２０６に関連して後述される。

【0382】

図１９９および２００に図示される設計概念は、図２０１に示される。本実施例では、２つの材料が、屈折率ｎ_ｈｉ＝２．２およびｎ_ｌｏ＝１．４８、アッベ数Ｖ_ｈｉ＝Ｖ_ｌｏ＝６０を有するように選択される。ｎ_ｌｏに対する値１．４８は、市販の光学品質紫外線硬化ゾルゲルに利用されており、層厚が１〜数百ミクロンの範囲であって、低吸収および高機械的完全性を有する設計内に容易に実装され得る。ｎ_ｈｉに対する値２．２は、ＴｉＯ_２ナノ粒子をポリマーマトリクス内に埋め込むことによって達成される高屈折率ポリマーの文献報告と一致する、合理的上限として選択された。図２０１に示される撮像システム５９２０は、層状光学素子５９２４の個々の層５９２４（１）−５９２４（８）の間に８つの屈折率遷移を含む。これらの遷移の非球面曲率は、表４７にリストアップされる係数を使用して記述される。層状光学素子５９２４は、検出器５９２６のためのカバープレートとして利用され得る共通基盤５９２５上に形成される。開口絞り５９２２が載置される第１の表面は、曲率を有しておらず、その結果、呈される撮像システムは、完全に矩形形状を有し、パッケージングを促進し得ることに留意されたい。層５９２４（１）は、撮像装置内の主要焦点素子である。残りの層５９２４（２）−５９２４（７）によって、他の効果の中でも、像面湾曲補正、主光線制御、および色収差制御を有効化することによって、改良された撮像を可能にする。各層が非常に薄くなり得る制限において、そのような構造は、画像特性の非常に正確な制御、さらに、恐らく、テレセントリック撮像さえ可能にする連続的グレーデッドインデックス型に近似し得る。バルク層（層５９２４（２）と５９２４（３）との間）のための低屈折率材料の選択によって、視野内で光線扇をより迅速に拡散させ、画像検出器領域に一致させることが可能になる。この意味では、ここでの低屈折率材料の使用によって、光学トラックのより大きな圧縮率が可能になる。

【0383】

図２０２から２０５は、以下に詳述されるように、図２０１に示される撮像システム５９２０に対する種々の光学性能指標の数値モデル化結果を示す。表４８は、いくつかの重要な光学指標を強調する。具体的には、広視野（７０°）、短光学トラック（２．５ｍｍ）、および低Ｆ値（ｆ／２．６）は、例えば、携帯電話アプリケーションに使用されるカメラモジュールに対し、このシステムを理想的とする。

【0384】

【表47】

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【0385】

【表48】

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図２０２は、撮像システム５９２０のＭＴＦのプロット５９３０を示す。空間周波数カットオフは、３．６μｍピクセルサイズを使用して、Ｂａｙｅｒカットオフ（すなわち、グレースケールＮｙｑｕｉｓｔ周波数の半分）に一致するように選択された。プロット５９３０は、撮像システム５９２０の空間周波数応答が、図１５８の撮像システム５１０１によって示される比較応答よりも優ることを示す。改良性能は、図１５８に例示されるシステム内におけるような大直径かつ薄い共通基盤の機械的完全性によって、使用され得る最小厚の共通基盤上に基本的制約が存在する、組み立てられた共通基盤を使用する方法によって達成され得るものよりも数の多い、図２０１に付随する加工方法を使用する光学表面の実装の容易性に主に割り当てられてもよい。図２０３は、撮像システム５９２０に対するＭＴＦスルー視野の変動のプロット５９３５を示す。図２０４は、スルーフォーカスＭＴＦのプロット５９４０を示し、図２０５は、撮像システム５９２０のグリッド歪のマップ５９４５を示す。

【0386】

上述のように、屈折率に大きな差異を有するポリマーを選択する利点は、各表面に必要とされる最小曲率である。しかしながら、各界面における大きなフレネルロスおよび１．９を超える屈折率を有するポリマーに典型的な高吸収率を含み、大きいΔｎを有する材料の使用には、欠点が存在する。低ロス高屈折率ポリマーは、１．４〜１．８の屈折率の値で存在する。図２０６は、使用される材料が、屈折率ｎ_ｌｏ＝１．４８およびｎ_ｈｉ＝１．７を有する撮像システム５９６０を示す。撮像システム５９６０は、層状光学素子５９６４の層５９６４（１）の表面上に形成される開口５９６２を含む。層状光学素子５９６４は、検出器５９６８のためのカバープレートとして利用され得る、共通基盤５９６６上に形成される光学素子５９６４（１）−５９６４（８）の８つの個々の層を含む。これらの光学素子の非球面曲率は、表４９にリストアップされる係数を使用して記述され、撮像システム５９６０の仕様は、表５０にリストアップされる。

【0387】

遷移界面の曲率は、図２０１のものと比較して非常に誇張されていることが、図２０６から分かるであろう。さらに、図２０２および２０３のものと比較して、図２０７のスルー視野ＭＴＦプロット５９７０に示されるＭＴＦおよび図２０８のスルーフォーカスＭＴＦプロット５９７５に若干の減少が存在する。しかしながら、撮像システム５９６０は、図１５８の共通基盤組み立て撮像システム５１０１に対し、撮像性能における顕著な改良点を提供する。

【0388】

図２０１〜２０５および２０６〜２０８に記載の設計は、ウエハスケール複製技術と適合することを留意されたい。交互（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ）屈折率を有する層状材料の使用によって、空隙を伴わない完全撮像システムが可能になる。さらに、複製層の使用によって、ガラス共通基盤の使用によって可能となるものよりも、生成される素子のより薄くより機能的な非球面曲率が可能となる。使用される材料の数に制限はなく、ポリマーを通した分散から色収差をさらに低減する屈折率を選択することが有利である場合があることを留意されたい。

【0389】

【表49】

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【0390】

【表50】

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図２０９は、システム５９６０等の撮像システム内で不透明バッフルおよび／または開口として使用され、散乱電磁エネルギ、および視野外の物体から放出または反射される電磁エネルギから生じる画像内のアーチファクトを制御可能な、電磁エネルギ遮断または吸収層５９８０の使用を示す。これらの層の組成は、金属、ポリマー、または色素ベースであることが可能である。これらのバッフルはそれぞれ、反射を減衰する、あるいは視野外物体（例えば、太陽）からの望ましくない迷光または先行表面からの反射を吸収し得る。

【0391】

可変直径は、可変透過率材料を利用することによって、例えば、図１５８、１６６、２０１、２０６、および２０９に示されるシステムのいずれかに組み入れてもよい。この構成の実施例の１つは、電場の存在下、可変透過率を有し得る開口絞り（例えば、図２０６の素子５９６２）における、例えば、エレクトロクロミック材料（例えば、酸化タングステン（ＷＯ_３）またはプルシアンブルー（ＰＢ）の組み合わせ）の使用である。印加電場の存在下、ＷＯ_３は、例えば、赤および緑帯域の大部分を通して大量に吸収が開始され、青色材料を生成する。円形電場は、開口絞りにおいて、材料層に印加され得る。印加電場の強度は、吸収絞りの直径を決定するであろう。明光条件下では、強電場が、開口絞りを減少させ、それによって、画像解像度を増加させる効果を有する透過領域の直径を減少させるであろう。微光環境では、電場は、激減され、最大開口絞り直径を可能にし、それによって、撮像装置の集光能力を最大化し得る。そのような電場の減損は、画像鮮鋭度を低減するが、同一現象が肉眼において生じるように、そのような効果は、典型的には、微光条件下で予測される。また、ここでは、開口絞りのエッジがソフトであるため（金属または色素によって生じ得る急激な遷移とは対照的に）、虹彩は、開口絞り周囲の回折による画像アーチファクトを最小にし得るように幾分アポダイズされるだろう。

【0392】

上述のようなアレイ撮像システムの加工では、例えば、８インチまたは１２インチの加工マスタ等、加工マスタの表面上のアレイとして、光学素子を形成するための複数の特徴（すなわち、テンプレート）を加工することが望ましい場合がある。加工マスタに組み込まれ得る光学素子の実施例は、屈折素子、回折素子、反射素子、回折格子、ＧＲＩＮ素子、サブ波長構造、反射防止コーティング、およびフィルタを含む。

【0393】

図２１０は、光学素子を形成するための複数の特徴（すなわち、光学素子を形成するためのテンプレート）を含む例示的な加工マスタ６０００を示し、その一部は、点在する矩形６００２によって識別される。図２１１は、矩形６００２内の光学素子を形成するための特徴に関して、付加的詳細を提供する。光学素子を形成するための複数の特徴６００４は、非常に精密な行と列の関係として、加工マスタ６０００上に形成されてもよい。一実施例では、行と列の素子の位置整合は、Ｘ、Ｙおよび／またはＺ方向に数十ナノメートルを越えない範囲で理想的精度から変化してもよい。

【0394】

図２１２は、加工マスタ６０００に対する運動軸の一般的定義を示す。所与の加工マスタ表面に対し、ＸおよびＹ軸は、加工マスタ表面６００６と平行する平面における線形平行移動に対応する。Ｚ軸は、加工マスタ表面６００６に直角な方向における線形平行移動に対応する。加えて、Ａ軸は、Ｘ軸まわりの回転に対応し、Ｂ軸は、Ｙ軸まわりの回転に対応し、Ｃ軸は、Ｚ軸まわりの回転に対応する。

【0395】

図２１３から２１５は、基板上に単一光学素子を形成するための特徴を機械加工するために使用され得る、従来のダイヤモンド旋削構成を示す。具体的には、図２１３は、基板６０１６上に特徴６０１４を加工するために構成されたツール軸６０１２上のツール先端６０１０を含む、従来のダイヤモンド旋削構成６００８を示す。破線６０１８は、基板６０１６の回転軸を示し、線６０２０は、特徴６０１４を形成する際に辿られるツール先端６０１０の経路を示す。図２１４は、ツール先端６０１０のツール先端刃先６０２２の詳細を示す。ツール先端刃先６０２２に対し、主逃げ角Θ（図２１５参照）は、ツール先端６０１０を使用して切削され得る、可能な特徴の急勾配を制限する。図２１５は、ツール先端６０１０の側面図およびツール軸６０１２の一部を示す。

【0396】

図２１３から２１５に示されるような構成を利用するダイヤモンド旋削プロセスは、例えば、単一屈折素子等の単一軸上の軸対称表面の加工のために使用されてもよい。背景技術のセクションにおいて記載されたように、８インチ加工マスタの周知の実施例の１つは、１つまたはいくつかの（例えば、３つまたは４つ）のそのような光学素子を有する部分的加工マスタを形成し、次いで、部分的加工マスタを使用して、光学素子を形成するための特徴のアレイを８インチ加工マスタ全体に「スタンプ」することによって形成される。しかしながら、そのような従来技術は、約数ミクロンオーダーの加工精度および位置決め公差しかもたらさず、ウエハスケール撮像システムのための光学公差の整合を達成するためには不十分である。実際は、本プロセスを加工マスタ全体に光学素子のアレイを形成するための複数の特徴の加工に適合することは困難である場合がある。例えば、互いに対する特徴の適切な位置決め精度を達成するために、加工マスタを正確に指数化することは困難である。加工マスタの中心から離して特徴の加工を試みる場合、加工マスタは、加工マスタを保持および回転させるチャック上で均衡を保たない。このチャック上の不平衡負荷の結果は、位置決め精度の問題を悪化させ、特徴の加工精度を低減し得る。これらの技術を使用して、互いに対しおよび加工マスタ上の特徴として判断される場合、約数十ミクロンの位置決め精度のみを達成することが可能である。光学素子を形成するための特徴の製造の際に必要とされる精度は、約数十ナノメートルである（例えば、着目電磁エネルギの波長程度）。言い換えると、従来の技術を使用する加工マスタ全体にわたって、光学公差における位置決め精度および加工精度を含む、大きい（例えば、８インチ以上）加工マスタを密集させることは不可能である。しかしながら、本明細書に記載の手段に従って、製造精度を改善することが可能である。

【0397】

以下の説明は、種々の実施形態に従って、加工マスタ上に光学素子を形成するための複数の特徴を製造するための方法および構成を提供する。ウエハスケール撮像システム（例えば、図３に示されるもの）は、概して、Ｚ方向に重層され、ＸおよびＹ方向に加工マスタ全体に分布される複数の光学素子を必要とする（「正規アレイ」とも称される）。加工マスタに対するＸ、Ｙ、およびＺ方向の定義については、例えば、図２１２を参照されたい。層状光学素子は、例えば、片面ガラスウエハ、両面ガラスウエハ、および／または連続層状光学素子の群上に形成されてもよい。加工マスタ上に光学素子を形成するための多数の特徴を提供する改良精度は、後述されるように、高精度加工マスタの使用によって提供されてもよい。例えば、４つの層のそれぞれにおけるＺ方向の変動±４ミクロン（ゼロ平均と仮定して、４シグマ変動に対応する）は、その群に対しＺ変動±１６ミクロンとなり得る。小ピクセル（例えば、２．２ミクロン未満）および高速光学系（例えば、ｆ／２．８以上）を含む撮像システムに適用される場合、そのようなＺ変動は、４つの層から組み立てられたウエハスケール撮像システムの大部分に対する焦点を損失することになり得る。そのような焦点損失は、ウエハスケールカメラでは補正が困難である。歩留および画質の類似問題が、ＸおよびＹ寸法における加工公差問題から生じる。

【0398】

光学素子のウエハスケールアセンブリのための従来の加工方法は、高画質を達成するために必要とされる光学精度におけるアセンブリを可能としない。つまり、現在の加工システムは、機械的公差（複数の波長で測定）におけるアセンブリを可能にするが、ウエハスケールカメラのアレイ等のアレイ撮像システムに必要とされる光学公差（波長程度）における加工およびアセンブリは可能としない。

【0399】

複数の光学素子を形成し、例えば、加工マスタを密集させるスタンピングプロセスの必要性を排除するために、その上に特徴を含む完全密集加工マスタを直接加工することは、有利である場合がある。さらに、互いに対する特徴の位置付けが、高度（例えば、ナノメートル）に制御されるように、光学素子を形成するための特徴のすべてを１つの設定で加工することは、有利である場合がある。さらに、現在の方法を利用して可能なものよりも、より高歩留の加工マスタを短時間で生成することは、有利である場合がある。

【0400】

以下の開示では、用語「光学素子」は、加工マスタの利用を介して形成される最終素子と、加工マスタ本体上の特徴とを示すものとして同じ意味で用いられる。例えば、「加工マスタ上に形成される光学素子」とは、文字通り、光学素子本体が加工マスタ上に存在することを意味するわけではない。そのような言及は、光学素子を形成するために利用されることが意図された特徴を示す。

【0401】

従来のダイヤモンド旋削プロセスにおいて定義される軸は、例示的な多軸機械加工構成６０２４の図２１６に示される。そのような多軸機械加工構成は、例えば、低速ツールサーボ（「ＳＴＳ」）方法および高速ツールサーボ（「ＦＴＳ」）方法とともに使用されてもよい。低速ツールサーボまたは高速ツールサーボ（「ＳＴＳ／ＦＴＳ」）方法は、図２１６に示されるように、多軸ダイヤモンド旋削旋盤（例えば、Ｘ、Ｚ、Ｂ、および／またはＣ軸方向に制御可能運動を有する旋盤）上で達成されてもよい。低速ツールサーボの実施例は、例えば、Ｂｒｙａｎの米国特許第７，０８９，８３５号「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＦＯＲＭＩＮＧ Ａ ＮＯＮ−ＲＯＴＡＴＩＯＮＡＬＬＹ ＳＹＭＭＥＴＲＩＣ ＰＯＲＴＩＯＮ ＯＦ Ａ ＷＯＲＫＰＩＥＣＥ」（本明細書に全体が複製される場合と同程度に、参照することによって本願に援用される）に記載されている。

【0402】

ワークピースは、Ｃ軸のまわりで回転可能である一方、スピンドル６０２８上のＸ軸方向に作動されるチャック６０２６上に搭載されてもよい。一方、切削ツール６０３０は、ツールポスト６０３２上に搭載され、回転する。反対に、チャック６０２６は、ツールポスト６０３２の定位置に搭載され、Ｚ軸方向に作動されてもよく、切削ツール６０３０は、スピンドル６０２８上に載置され、回転する。加えて、チャック６０２６および切削ツール６０３０はそれぞれ、Ｂ軸のまわりで回転され、配置されてもよい。

【0403】

次に、図２１７と関連して図２１８を参照すると、加工マスタ６０３４は、光学素子を形成するための複数の特徴６０３８が加工される前面６０３６を含む。切削ツール６０３０は、加工マスタ６０３４が回転軸（破点線６０４０によって示される）のまわりを回転するのに伴って、各特徴６０３８全体を掃引および削成し、前面６０３６上に複数の特徴６０３８を加工する。加工マスタ６０３４の前面全体に特徴６０３８を加工する手順は、１つの自由形状表面としてプログラムされてもよい。あるいは、加工マスタ６０３４上に形成される各種の特徴６０３８の１つは、別個に画定されてもよく、加工マスタ６０３４は、形成される各特徴６０３８に対する座標および角度配向を指定することによって、密集させてもよい。このように、各特徴６０３８の位置および配向がナノメートルレベルで維持可能であるように、特徴６０３８はすべて、同一設定で製造される。加工マスタ６０３４は、特徴６０３８の正規アレイ（すなわち、２次元において均一に離間）を含むように示されるが、特徴６０３８の非正規アレイ（例えば、少なくとも１次元において不均一に離間）が、同時にまたは代替として、加工マスタ６０３４上に含まれてもよいことを理解されたい。

【0404】

図２１７における挿入物６０４２（破線円によって示される）の詳細は、図２１８および２１９に示される。ツール軸６０４６上に支持されるツール先端６０４４を含む切削ツール６０３０は、加工マスタ６０３４に各特徴６０３８を形成するように、削溝跡６０５０に沿って、方向６０４８に繰り返し掃引されてもよい。

【0405】

一実施形態によるＳＴＳ／ＦＴＳの使用は、約３ｎｍＲａ（表面粗度）の良好な表面仕上げをもたらし得る。さらに、ＳＴＳ／ＦＴＳのための一点ダイヤモンド旋削（ＳＰＤＴ）切削ツールは、安価かつ加工マスタ全体を切削するための十分なツール寿命を有し得る。例示的実施形態では、図９４〜１００に示されるように、設計プロセスの際に指定されるＲａ要件に応じて、８インチ加工マスタ６０３４は、１時間〜３日かけて、２，０００以上の特徴６０３８とともに密集させてもよい。一部のアプリケーションでは、ツール間隔は、軸外特徴の最大表面勾配に制限されてもよい。

【0406】

一実施形態では、多軸研磨／研削を使用して、図２２０Ａ〜２２０Ｃに示されるように、光学素子を形成するための複数の特徴を加工マスタ６０５２上に形成してもよい。図２２０Ａ〜２００Ｃの実施例では、加工マスタ６０５２の表面６０５４は、回転切削ツール６０５６（例えば、ダイヤモンドボールエンドミルビットおよび／または研削ビット）を使用して機械加工される。回転切削ツール６０５６は、螺旋形状ツール経路のＸ、Ｙ、およびＺ軸方向の表面６０５４に対し作動され、したがって、複数の特徴６０５８を生成する。螺旋形状ツール経路が図２２０Ｂおよび２２０Ｃに示される一方、一連のＳ形状または半径方向ツール経路等の他のツール経路形状も使用されてもよい。

【0407】

図２２０Ａ〜２２０Ｃに示される多軸粉砕プロセスは、最大９０°の急勾配の機械加工を可能にしてもよい。所与の形状の内側コーナーは、ツール半径に等しい半径またはフィレットを有してもよいが、多軸粉砕によって、例えば、矩形開口形状等の非円形または自由形状の生成が可能になる。ＳＴＳまたはＦＴＳの使用と同様に、特徴６０５８は、同一設定で加工され、したがって、多軸位置決めがナノメートルレベルで維持される。しかしながら、多軸粉砕は、概して、８インチ加工マスタ６０５２を密集させるために、ＳＴＳまたはＦＴＳを使用するよりも長い時間を要し得る。

【0408】

ＳＴＳ／ＦＴＳの使用と多軸粉砕とを比較すると、ＳＴＳ／ＦＴＳは、低勾配を有する浅薄表面の加工により適切であって、多軸粉砕は、深厚表面および／または高勾配を有する表面の加工により好適であり得る。表面形状は、ツール形状に直接関連するため、光学設計のガイドラインは、より効果的機械加工パラメータの仕様を促進してもよい。

【0409】

前述の実施形態はそれぞれ、特定の個々の配向を有する種々の構成要素とともに説明されたが、本開示に記載される実施形態は、種々の位置および相互配向に配置される種々の構成要素を有する種々の特定の構成をとってもよく、依然として、本開示の精神および範囲内であることを理解されたい。例えば、光学素子を形成するための実際の特徴が機械加工される前に、例えば、ダイヤモンド旋削または研削以外の従来の切削方法を使用して、特徴に類似する形状を「荒仕上げ」してもよい。さらに、ダイヤモンド切削ツール以外の切削ツール（例えば、高速度鋼、炭化ケイ素、および窒化チタン）が使用されてもよい。

【0410】

別の実施例として、回転切削ツールは、加工される光学素子を形成するための特徴の所望の形状に調整されてもよい。つまり、図２２１Ａおよび２２１Ｂに示されるように、特殊化された形成ツールを使用して、各特徴を加工してもよい（例えば、「プランジング」としても知られるプロセスにおいて）。図２２１Ａは、加工マスタ６０６４の前面６０６６上に光学素子を形成するための特徴６０６２の形成を図示する、構成６０６０を示す。特徴６０６２は、特殊化された形成ツール６０６８を使用して、加工マスタ６０６４の前面６０６６上に形成される。構成６０６０では、特殊化された形成ツール６０６８は、軸６０７０のまわりを回転する。図２２１Ｂ（構成６０６０の部分的横断面の上面図）から分かるように、加工マスタ６０６４の前面６０６６上の特殊化された形成ツール６０６８のアプリケーションに応じて、起伏した状態で、非球面形状を有し、特徴６０６２がその上に形成されるように、特殊化された形成ツール６０６８は、ツール軸６０７４上に支持される非円形切削エッジ６０７２を含む。刃先６０７２を調整することによって、種々のカスタマイズされた特徴６０６２が、この方法で形成されてもよい。さらに、特殊化された形成ツールの使用は、他の加工方法よりも切削時間を短縮し、最大９０°の勾配の切削を可能にし得る。

【0411】

上述の「荒仕上げ」手順の実施例として、適切な直径を有する市販の切削ツールを使用して、最初に、最良適合球面表面を機械加工し、次いで、特殊化された刃先（刃先６０７２等）を有するカスタマイズされた切削ツールを使用して、特徴６０６２を形成してもよい。この「荒仕上げ」プロセスは、特殊化された形成ツールによって切削されなければならない材料の量を減少させることによって、処理時間およびツールの摩耗を低減し得る。

【0412】

非球面光学素子形状は、適切な形状を有する形成ツールが使用される場合、切削ツールの単一プランジ研削によって生成されてもよい。ツール加工において現在利用可能な技術は、一連の直線および円弧状のセグメントを使用して、真非球面形状の近似を可能にする。所与の形成ツールの形状が、所望の非球面光学素子形状に正確に追随しない場合、切削特徴を測定し、次いで、偏差を考慮した後続加工マスタ上でそれを成形することが可能であってもよい。成形された光学素子の層厚等の他の光学素子アセンブリ変数が、形成ツール形状の偏差に適応しうるように変更されてもよいが、近似されていない正確な形成ツール形状を使用することが有利である場合がある。現在のダイヤモンド成形方法は、線および円弧状セグメントの数に制限がある。つまり、４つ以上の線または円弧状セグメントを有する形成ツールは、セグメントのうちの１つに誤差の可能性があるため、製造が困難である場合がある。図２２２Ａ〜２２２Ｄは、それぞれ、凸状刃先６０７８Ａ−６０７８Ｄを含む、それぞれ、形成ツール６０７６Ａ−６０７６Ｄの実施例を示す。図２２２Ｅは、凹状刃先６０８０を含む、形成ツール６０７６Ｅの実施例を示す。ツール加工技術における現在の制限は、凹状刃先に対し最小半径約３５０ミクロンを強いる場合があるが、そのような制限は、加工技術の改良によって排除され得る。図２２２Ｆは、角を成す刃先６０８２を含む、形成ツール６０７６Ｆを示す。また、図２２２Ｇに示されるように、凹状および凸状刃先の組み合わせを有するツールも可能である。形成ツール６０７６Ｇは、凸状刃先６０８６および凹状刃先６０８８の組み合わせを含む、刃先６０８４を含む。図２２２Ａ−２２２Ｇのそれぞれにおいて、形成ツールの対応する回転軸６０９０Ａから６０９０Ｇは、破点線および湾曲矢印によって示される。

【0413】

形成ツール６０７６Ａ−６０７６Ｇはそれぞれ、ツール回転６０９０Ａから６０９０Ｇが完全な光学素子形状を生成するのに伴って、所望の光学素子形状の一部（例えば、半分）のみ組み入れる。光学表面が、後処理および／または研磨を必要とせずに、直接切削されてもよいように、形成ツール６０７６Ａ−６０７６Ｇのエッジ品質が十分に高い（例えば、７５０×〜１０００×エッジ品質）ことが有利である場合がある。典型的には、形成ツール６０７６Ａ−６０７６Ｇは、毎分約５，０００〜５０，０００の回転数（ＲＰＭ）で回転し、１ミクロン厚のチップがツールの回転毎に除去され得るような比率でプランジ研削されてもよい。このプロセスによって、光学素子を形成するための完全な特徴を数秒で、さらに完全に実装された加工マスタを２または３時間で生成可能にし得る。また、形成ツール６０７６Ａ−６０７６Ｇは、表面勾配制限を有さないという利点を呈し得る。つまり、最大９０°の勾配を含む光学素子形状が達成されてもよい。さらに、加工マスタのための適切な加工マスタ材料の選択によって、形成ツール６０７６Ａ−６０７６Ｇのためのツール寿命は、大幅に延長され得る。例えば、ツール６０７６Ａ−６０７６Ｇは、真鍮等の材料から成る加工マスタに個々の光学素子を形成するための数万〜数十万の特徴を生成してもよい。

【0414】

形成ツール６０７６Ａ−６０７６Ｇは、例えば、集束イオンビーム（ＦＩＢ）機械加工によって成形されてもよい。ダイヤモンド成形プロセスを使用して、形成ツール６０７６Ｇの刃先６０９２等、曲率に複数変化を有する真非球面形状を得てもよい（例えば、凸状／凹状）。エッジ６０９２上の予測される曲率は、例えば、２５０ナノメートル未満（最高最低）であってもよい。

【0415】

直接加工によって製造される光学素子を形成するための特徴の表面は、特徴表面上の意図的ツールマークの含有によって、増強されてもよい。例えば、Ｃ軸モード切削（例えば、低速ツールサーボ）では、反射防止（ＡＲ）回折格子が、修正された切削ツールを利用して、機械加工表面上に加工されてもよい。電磁エネルギに作用するための機械加工特徴上の意図的機械加工マークの加工のさらなる詳細は、図２２３〜２２４を参照して記載される。

【0416】

図２２３は、部分的立面図における、加工マスタ６０９６の一部６０９４の拡大図を示す。加工マスタ６０９６は、その表面上に形成される複数の意図的機械加工マーク６１００を含む、光学素子を形成するための特徴６０９８を含む。意図的機械加工マーク６１００の寸法は、特徴６０９８の電磁エネルギ誘導機能に加え、意図的機械加工マーク６１００が、機能性（例えば、反射防止）を提供するように設計されてもよい。反射防止層の一般的説明は、例えば、Ｇａｙｌｏｒｄらの米国特許第５，００７，７０８号、Ｏｐｈｅｙらの米国特許第５，６９４，２４７号、およびＨｉｋｍｅｔらの米国特許第６，３６６，３３５号に見られるであろう（それぞれ、参照することによって本願に援用される）。光学素子を形成するための特徴の形成の際の、そのような意図的機械加工マークの一体化形成は、例えば、図２２４に示されるような特殊化されたツール先端の使用によって得られる。

【0417】

図２２４は、刃先６１０８上に複数のノッチ６１０６を形成するように修正された、立面図における、ツール先端６１０４の部分図６１０２を示す。ダイヤモンド切削ツールは、例えば、ＦＩＢ方法または当技術分野において周知の他の適切な方法を使用する方法で成形されてもよい。実施例として、特徴６０９８の加工の際、切削エッジ６１０８が、特徴６０９８の全体形状を形成し、ノッチ６１０６が、意図的に、ツール用マーク６１００を形成するように、ツール先端６１０４は構成される（図２２３参照）。ノッチ６１０６の間隔（すなわち、区間６１１０）は、例えば、作用される電磁エネルギの波長の約半分（または、それ以下）であってもよい。ノッチ６１０６の深度６１２１は、例えば、同一波長の約４分の１であってもよい。ノッチ６１０６は、矩形横断面を有するように示されるが、他の形状を使用して、類似反射防止特性を提供してもよい。さらに、刃先６１０８の湾曲全体が修正され、ノッチ６１０６を提供してもよく、または代替として、機械加工構成のＢ軸位置決め能力が、ツールの通常機械加工のために使用されてもよく、ツール先端６１０４の同一部分は、常に、切削される表面と接触する。

【0418】

図２２５および２２６は、電磁エネルギに作用するための別のセットの意図的機械加工マークの加工を示す。Ｃ軸モード切削（例えば、ＳＴＳ方法を使用）では、ＡＲ回折格子（フレネル型表面も同様）は、一般的に「半半径ツール」と称されるツールを使用して形成されてもよい。図２２５は、加工マスタ６１１６の部分６１１４の部分的立面図における拡大図を示す。加工マスタ６１１６は、その表面上に含まれる複数の意図的機械加工マーク６１２０を含む、光学素子を形成するための特徴６１１８を含む。意図的機械加工マーク６１２０は、図２２６に示されるような特殊化されたツール先端によって、光学素子６１１８として、同時に形成されてもよい。

【0419】

図２２６は、切削ツール６１２４の立面図における部分図６１２２を示す。切削ツール６１２４は、ツール先端６１２８を支持するツール軸６１２６を含む。ツール先端６１２８は、例えば、意図的機械加工マーク６１２０と一致する寸法を有する刃先６１３０を含む、半半径ダイヤモンド挿入部であってもよい。意図的機械マーク６１２０の間隔および深度は、例えば、作用される電磁エネルギの所与の波長に対し、区間が波長の約半分であって、高さが波長の４分の１であってもよい。

【0420】

図２２７〜２３０は、多軸粉砕およびＣ軸モード粉砕の両方における、他の意図的機械加工マークの加工に好適な切削ツールを示す。図２２７は、回転軸６１３２のまわりを回転するように構成されるツール軸６１３０を含む、切削ツール６１２８を示す。ツール軸６１３０は、刃先６１３６を含むツール先端６１３４を支持する。切削エッジ６１３６は、突起６１４０を含むダイヤモンド挿入部６１３８の一部である。図２２８は、ツール先端６１３４の一部の横断面図を示す。

【0421】

反射防止回折格子は、図２２９に示されるように、多軸粉砕における切削ツール６１２８を使用して生成されてもよい。光学素子を形成するための特徴６１４４の部分６１４２は、切削ツール６１２８の回転と結合される場合、複合螺旋マーク６１４８を生成する螺旋ツール経路６１４６を含む。ツール先端６１３４（図２２７に図示）上の１つ以上のノッチおよび／または突起６１４０の含有を使用して、表面上にポジティブおよび／またはネガティブマークのパターンを生成してもよい。これらの意図的機械加工マークの空間的平均区間は、作用される波長電磁エネルギの約半分であって、深度は、同一波長の約４分の１であってもよい。

【0422】

次に、図２３０と関連して図２２７から２２８を参照すると、切削ツール６１２８は、Ｃ軸モード粉砕または機械加工で使用されてもよい（例えば、ＳＰＤＴの代わりに、回転切削ツールを含む低速ツールサーボ）。この場合、１つ以上のノッチまたは突起６１４０を含む修正刃先６１３６は、反射防止回折格子として機能し得る意図的機械加工マークを生成してもよい。光学素子を形成するための別の特徴６１５０の一部は、図２３０に示される。特徴６１５０は、線形ツール経路６１５２と螺旋マーク６１５４とを含む。これらの意図的機械加工マークの空間的平均区間は、作用される電磁エネルギの波長の約半分であって、深度は、波長の約４分の１であってもよい。

【0423】

図２３１〜２３３は、一実施形態による、加工される密集加工マスタの実施例を示す。図２３１に示されるように、加工マスタ６１５６は、その上に加工される光学素子を形成するための複数の特徴６１６０を含む表面６１５８を形成する。加工マスタ６１５６は、識別マーク６１６２と、整合マーク６１６４および６１６６とを含んでもよい。特徴６１６０の全部と、識別マーク６１６２と、整合マーク６１６４および６１６６とは、加工マスタ６１５６の表面６１５８上に直接機械加工されてもよい。例えば、整合マーク６１６４および６１６６は、特徴６１６０に対する整合を保持するための特徴６１６０の生成と同一設定の際に、機械加工されてもよい。識別マーク６１６２は、粉砕、彫刻、およびＦＴＳ等（それらに限定されない）の種々の方法によって追加されてもよく、日付コードまたは製造番号のような識別特徴を含んでもよい。さらに、加工マスタ６１５６の領域は、付加的整合特徴（例えば、運動学的取り付け具）の含有のために、密集させないまま残すことが可能である（破線楕円によって示される空洞領域６１６８等）。また、スクライブされた整合光６１７０が含まれてもよい。そのような整合特徴は、例えば、後続複製プロセスにおいて使用される他の機器に対し、密集加工マスタの整合を促進し得る。さらに、１つ以上の機械的スペーサもまた、特徴６１６０と同時に加工マスタ上に直接加工されてもよい。

【0424】

図２３２は、加工マスタ６１５６の挿入物６１７２（破線円によって示される）のさらなる詳細を示す。図２３２から分かるように、加工マスタ６１５６は、アレイ構成において、その上に形成される複数の特徴６１６０を含む。

【0425】

図２３３は、１つの特徴６１６０の横断面図を示す。図２３３に示されるように、一部の付加的特徴は、加工マスタ６１５６の「ドータ」を生成する後続複製プロセスにおいて補助となる、特徴６１６０の形状内に組み込まれてもよい（加工マスタの「ドータ」は、本明細書では、加工マスタの使用によって形成される対応する物品として定義される）。これらの特徴は、特徴６１６０と並行して、または二次的機械加工プロセス（例えば、平坦端粉砕ビット機械加工）の際に生成されてもよい。図２３３に示される実施例では、特徴６１６０は、凹状表面６１７４および複製プロセスにおける使用のための円柱形特徴６１７６を形成する。図２３３では円柱形状が示されるが、付加的特徴（例えば、リブ、ステップ等）が含まれてもよい（例えば、複製プロセスの際にシールを確立するため）。

【0426】

光学素子が非円形開口または自由形成／成形形状を含むことは、有利である場合がある。例えば、正方形開口は、検出器に対する光学素子の嵌合を促進し得る。この正方形開口を達成するための方法の１つは、凹状表面６１７４の生成に加え、加工マスタ上で粉砕操作を実施することである。この粉砕操作は、直径全体未満の一部の直径において生じてもよく、所望の正方形開口形状を含む突起またはアイランドを残して、一定深度の材料を除去してもよい。図２３４は、加工マスタ６１７８を示し、正方形突起６１８０は、正方形突起６１８０間の材料を粉砕して取り除くことによって形成され、それによって、正方形突起６１８０と、加工マスタ６１７８の周囲に延在するように示される環帯６１８２のみ残す。図２３４は、正方形突起６１８０を示すが、他の形状（例えば、円形、矩形、８角形、および３角形）も可能である。サブミクロンレベルの公差および光学的品質表面仕上げを有するダイヤモンド粉砕ツールによって、この粉砕を実施することが可能であってもよいが、粗悪な非透過表面が所望される場合、粉砕プロセスは、意図的に、粗機械加工マークを残してもよい。

【0427】

突起６１８０を生成するための粉砕操作は、光学素子を形成するための特徴の生成に先立って行われてもよいが、処理の順番は、最終加工マスタの品質に影響を及ぼさない場合がある。粉砕操作が行われた後、加工マスタ全体が面削りされ、それによって、突起上部および環帯６１８２を切削してもよい。加工マスタ６１７８の面削り後、所望の光学素子形状が、前述のプロセスのうちの１つを使用して直接加工し、環帯６１８２と光学素子高との間の光学精度公差を可能にしてもよい。加えて、所望に応じて、複製機器に対するＺ整合を促進し得るスタンドオフ特徴が、突起６１８０間に生成されてもよい。図２３５は、さらに処理された状態の加工マスタ６１７８を示す。加工マスタ６１７８’は、その上に形成される凸状表面６１８４、６１８６を含む、複数の修正された正方形突起６１８０’を含む。

【0428】

紫外線硬化ポリマー等の成形可能材料が、嵌合ドータ部分を形成するための加工マスタ６１７８’に適用されてもよい。図２３６は、図２３５の加工マスタ６１７８’から形成される嵌合ドータ部分６１８８を示す。成形されたドータ部分６１８８は、環帯６１９０と、光学素子を形成するための複数の特徴６１９２とを含む。特徴６１９２はそれぞれ、略正方形開口６１９６内に凹設される凹状特徴６１９４を含む。

【0429】

複数の特徴６１９２は、均一サイズおよび形状であるように示されるが、凹状特徴６１９４は、加工マスタ内の修正された正方形突起６１７８’の形状を変更することによって、変更されてもよい。例えば、サブセットの修正された正方形突起６１８０’は、粉砕プロセスを変更することによって、異なる厚さまたは形状に機械加工されてもよい。加えて、充填材料（例えば、流動性および硬化プラスチック）は、修正された正方形突起６１８０’が、修正された正方形突起６１８０’の高さをさらに調節するために形成された後、追加されてもよい。そのような充填材料は、例えば、スピンオンされ、許容可能平坦仕様を達成してもよい。凸状表面６１８４は、加えてまたは代替として、可変表面プロファイルを有してもよい。この技術は、隆起した突起６１８０’が拡張ツール間隔を提供するため、大きなアレイに凸状光学素子形状を直接機械加工するために、有益である場合がある。

【0430】

加工マスタの機械加工は、加工マスタの材料特性を考慮してもよい。関連材料特性は、材料硬度、脆性、密度、切削容易性、チップ形成、材料係数、および温度を含み得るが、それらに限定されない。また、機械加工ルーチンの特性は、材料特性を考慮して検討されてもよい。そのような機械加工ルーチン特性は、例えば、ツール材料、サイズおよび形状、切削速度、送り速度、ツール軌跡、ＦＴＳ、ＳＴＳ、加工マスタＲＰＭ、およびプログラミング（例えば、Ｇ−ｃｏｄｅ）機能性を含んでもよい。仕上がった加工マスタ表面の結果として生じる特性は、加工マスタ材料の特性および機械加工ルーチンの特性に依存する。表面特性は、例えば、表面Ｒａ、カスプサイズおよび形状、バリの存在、コーナー半径、および／または光学素子を形成するための加工特徴の形状およびサイズを含んでもよい。

【0431】

非平面形状（光学素子によく見られるような）を機械加工する場合、切削ツールおよび機械ツールの力学および相互作用は、密集加工マスタの光学的品質および／または加工速度に影響を及ぼし得る問題を生じる場合がある。一般的問題の１つは、加工マスタの表面との切削ツールの衝撃は、機械的振動をもたらし、結果として生じる特徴の表面形状に誤差を生じ得る。この問題に対する解決法の１つは、一実施形態による、ネガティブ仮想データプロセスを使用して、光学素子を形成するための特徴を形成するプロセスにおける種々の状態のおける加工マスタの一部の一連の説明図を示す、図２３７〜２３９と関連して記載される。

【0432】

図２３７は、加工マスタ６１９８の一部の横断面図を示す。加工マスタ６１９８は、機械加工されない材料の第１の領域６２００と、機械加工されて取り除かれる材料の第２の領域６２０２とを含む。境界線６２０４の所望の形状の輪郭は、第１および第２の領域６２００、６２０２を分離する。境界線６２０４は、光学素子の所望の形状の部分６２０８を含む。図２３７に示される実施例では、仮想データ平面６２０６（太破線によって示される）は、線６２０４の一部と同一平面として画定される。仮想データ平面６２０６は、境界線６２０４を辿る切削ツールが、常に、加工マスタ６１９８と接触するように、加工マスタ６１９８内にあるように画定される。この場合、切削ツールが、加工マスタ６１９８に対し一定に偏向されるため、加工マスタ６１９８と断続的に接触するツールによる衝撃および振動は、実質的に排除される。

【0433】

図２３８は、部分６２０８を生成するが、所望に応じて、所望の最終表面６２１２（太破線によって示される）に対し余剰材料６２１０、６２１０’を残す、仮想データ平面６２０６を利用する機械加工プロセスの結果を示す。余剰材料６２１０、６２１０’は、（例えば、研削、ダイヤモンド旋削、またはラップ仕上げによって）面削りされ、所望のサグ値を達成してもよい。

【0434】

図２３９は、最終特徴６２１４を含む、加工マスタ６１９８の修正された第１の領域６２００’の最終状態を示す。特徴６２１４のサグは、面削り操作の際、除去される材料の量を変更することによって、さらに調節されてもよい。この特徴は、部分６２０８（図２３７および図２３８参照）を生成するために利用される切削操作および最終表面６２１２を生成するために利用される面削り操作の交点に形成されるため、特徴６２１４の上部エッジに形成されるコーナー６２１６は、鋭利であってもよい。コーナー６２１６の鋭度は、加工マスタ６１９８の材料がツールと接触する度に、加工マスタ６１９８と繰り返し接触しなければならず、したがって、振動または「びびり」が生じ得る、単一機械ツールによって、単独で形成される対応するコーナーの鋭度を上回ってもよい。

【0435】

次に、図２４０〜２４２を参照すると、種々のポジティブ仮想データ表面を使用する加工マスタの処理が記載される。通常操作の際に、加工マスタ６２１８上に光学素子を形成するための特徴の加工では、切削ツールは、加工マスタ６２１８の上表面６２２０に沿って、または平行に辿ってもよい。急激な軌跡変化（例えば、加工マスタの表面に対する、ツール軌跡の勾配の大きいまたは不連続な変化）が接近すると、加工機械は、急激な軌跡変化を予測し、回転を減速し、急激な軌跡変化（それぞれ、破線円６２２８、６２３０、および６２３２によって示される）から生じ得る加速を低減しようと試みるコントローラ内の「先読み」機能によって、自動的に、加工マスタのＲＰＭを減少させてもよい。

【0436】

図２４０〜２４２を継続して参照すると、仮想データ技術（例えば、図２３７〜図２３９に関し記載されるような）は、急激な軌跡変化の効果を緩和するために、図２４０〜２４２に示される実施例に適用されてもよい。図２４０〜２４２に示される実施例では、仮想データ平面６２３４は、加工マスタ６２１８の上表面６２２０上方に画定される。そのような場合、仮想データは、ポジティブ仮想データとして称される場合がある。図２４０は、切削ツールが、仮想データ平面６２３４の代わりに、上表面６２２０を辿る場合よりも、湾曲特徴表面６２３６への遷移に急激性が少ない、例示的ツール軌跡６２２２を含む。図２４１は、仮想データ平面６２３４から特徴表面６２３６へのツール軌跡６２２２よりも急激に遷移する、別の例示的ツール軌跡６２２４を示す。図２４２は、図２４０に示されるツール軌跡の離散化バージョンを示す。

【0437】

図２４０〜２４２に示されるようなポジティブ仮想データの使用は、ツール衝撃力学の深刻度を低減し、機械ツールが回転加工マスタのＲＰＭを減少することを阻害し得る。その結果、加工マスタは、ポジティブ仮想データの使用を伴わない加工と比較して、少ない時間（例えば、１４時間ではなく、３時間）で機械加工されてもよい。ツール軌跡は、ポジティブ仮想データ技術で画定されるように、仮想データ平面６２３４から特徴表面６２３６に沿って、ツールの軌跡を補間してもよい。特徴表面６２３６の外側のツール軌跡６２２２、６２２４、および６２２６は、接弧、スプライン、および任意の次数の多項式を含むが、それらに限定されない、任意の適切な数学的形式で表されてもよい。ポジティブ仮想データの使用は、ネガティブ仮想データの使用の際に必要とされ得る部分の面削りの必要性を排除し得るが、図２３７〜２３９に示されたように、依然として、特徴の所望のサグを達成する。ポジティブ仮想データの使用は、急激なツール軌跡変化の発生を低減する仮想ツール軌跡のプログラミングを可能にする。

【0438】

仮想データ技術を実装する際のツール軌跡の画定では、加速（軌跡の二次導関数）およびインパルス（軌跡の三次以上の導関数）を最小限にするために、平滑かつ小さい連続導関数を有することは、補間仮想軌跡にとって有利である場合がある。ツール軌跡におけるそのような突然の変化の最小化は、仕上げが改良され（例えば、低Ｒａ）、所望の特徴サグにより一致する表面をもたらし得る。さらに、ＳＴＳの使用に加え（または、代わりに）、ＦＴＳ機械加工が採用されてもよい。ＦＴＳ機械加工は、低減した最終品質の潜在的欠点（例えば、高Ｒａ）を伴うが、Ｚ軸に沿って非常に少ない重量（例えば、１００ポンドを上回る代わりに、１ポンド未満）を振動するため、ＳＴＳよりも広域な帯域幅（例えば、１０倍以上）を提供し得る。しかしながら、ＦＴＳ機械加工では、ツール衝撃力学は、より高速な機械加工速度のため大幅に異なり、ツールは、いともたやすく、軌跡の急激な変化に反応し得る。

【0439】

図２４２に示されるように、ツール軌跡６２２６は、一連の個々の地点（軌跡６２２６に沿った点によって示される）に離散化されてもよい。地点は、ＸＹＺデカルト座標三重項、あるいは類似円柱（ｒθｚ）または球面（ｐθφ）座標表現として表されてもよい。離散化の密度に応じて、完全自由形状加工マスタのためのツール軌跡は、その上に画定される数百万の地点を有してもよい。例えば、１０×１０ミクロン平方に離散化される直径８インチの加工マスタは、約３億の軌跡点を含んでもよい。より高離散化における１２インチ加工マスタは、約１０億の軌跡点を含んでもよい。大きなサイズのそのようなデータセットは、機械コントローラに問題を生じ得る。ある場合には、機械コントローラまたはコンピュータにメモリまたは遠隔バッファリングをさらに追加することによって、このデータセットサイズ問題を解決することが可能であってもよい。

【0440】

代替案は、離散化の解像度を低減することによって、使用される軌跡点の数を減少することである。離散化において低減した解像度は、機械ツールの軌跡補間を変更することによって、補償されてもよい。例えば、線形補間（例えば、Ｇコード Ｇ０１）は、典型的には、一般的非球面表面を画定するために、多数の地点を必要とする。三次スプライン補間（例えば、Ｇコード Ｇ０１．１）または円弧補間（例えば、Ｇコード Ｇ０２／Ｇ０３）等の高次パラメータ化を使用することによって、より少ない地点が、同一ツール軌跡を画定するために必要とされてもよい。第２の解決法は、加工マスタの表面を単一自由形状表面ではなく、光学素子を形成するための類似特徴のアレイまたは複数アレイに離散化された表面として、考慮することである。例えば、１種類の複数の光学素子が形成される加工マスタは、その１種類の素子のアレイとしてみなされてもよく、適切な平行移動および回転が適用される。したがって、その１種類の素子のみ、画定される必要がある。この表面離散化を使用して、データセットのサイズが縮小されてもよい。例えば、それぞれ、１，０００の軌跡点を必要とする１，０００の特徴を有する加工マスタ上では、データセットは、１００万の地点を含むが、離散化および線形変換アプローチの利用は、同等の３，０００地点のみ必要とする（例えば、特徴に対し１，０００、平行移動および回転三重項に対し２，０００）。

【0441】

機械加工操作は、ツールマークを機械加工部分の表面上に残してもよい。光学素子に対し、特定の種類のツール用マークは、散乱を増加させ、有害な電磁エネルギ損失をもたらす、または収差を生じさせ得る。図２４３は、その上に画定される光学素子を形成するための特徴６２４０を有する、加工マスタ６２３８の一部の横断面を示す。特徴６２４０の表面６２４４は、ホタテ状のツールマークを含む。表面６２４４のサブセクション（破線円６２４６によって示される）は、図２４５に拡大される。

【0442】

図２４４は、破線円６２４６内の領域の表面６２４４の一部の拡大図を示す。特定の近似値を利用して、この例示的ホタテ状の表面の形状は、以下のツールおよび機械の式とパラメータとによって、定義されてもよい。

【0443】

【数11】

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ここで、：
Ｒ_ｌ＝一点ダイヤモンド旋削（ＳＰＤＴ）ツール先端半径＝０．５００ｍｍ
ｈ＝最高最低カスプ／ホタテ形状の高さ（「ツールインプリント」）＝１０ｎｍ
Ｘ_ｍａｘ＝特徴６２４０の半径＝１００ｍｍ
ＲＰＭ＝予測スピンドル速度＝１５０回転数／分（予測スピンドル速度）
ｆ＝ｍｍ／分で定義される、特徴全体のサジタル送り速度（ＳＴＳモードで直接制御されない）
ｗ＝ｍｍで定義される、ホタテ形状の間隔（すなわち、スピンドル回転当たりのサジタル送り）
ｔ＝分（切削時間）
図２４４を継続して参照すると、カスプ６２４８は、不規則に形成され、加工マスタ６２３８からの材料の除去ではなく、重複ツール経路および変形から生じる複数のバリ６２５０をさらに含み得る。そのようなバリおよび不規則成形カスプは、結果として生じる表面のＲａを上昇させ、それとともに形成される光学素子の光学性能に否定的に影響し得る。特徴６２４０の表面６２４４は、バリ６２５０の除去および／またはカスプ６２４８の円唇化によって、より平滑にされてもよい。実施例として、種々のエッチングプロセスを使用して、バリ６２５０を除去してもよい。バリ６２５０は、表面６２４４の他の部分と比較して、表面積比（すなわち、封入体積によって分割される表面積）が高い特徴であって、したがって、より高速でエッチングされる。アルミニウムまたは真鍮から形成される加工マスタ６２３８に対し、塩化第二鉄、塩酸を含む塩化第二鉄、リン酸および硝酸を含む塩化第二鉄、過硫酸アンモニウム、硝酸、またはＴｒａｎｓｅｎｅ Ｃｏ．から市販されているＡｌｕｍｉｎｕｍ Ｅｔｃｈａｎｔ Ｔｙｐｅ Ａ等の製品の腐食液が使用されてもよい。別の実施例として、加工マスタ６２３８が、ニッケルから形成またはコーティングされる場合、例えば、５重量部ＨＮＯ_３＋５重量部ＣＨ_３ＣＯＯＨ＋２重量部Ｈ_２ＳＯ_４＋２８重量部Ｈ_２Ｏ等の混合物から形成される腐食液が使用されてもよい。加えて、腐食液は、等方性エッチング作用（すなわち、エッチング速度が、全方向において等しい）を保証するために撹拌して、組み合わせて使用されてもよい。後続洗浄またはスマット除去操作は、一部の金属およびエッチングに対し必要とされる場合がある。典型的スマット除去または光沢エッチングは、例えば、水で希釈された硝酸、塩酸、およびフッ化水素酸の混合物であってもよい。プラスチックおよびガラス加工マスタに対し、バリおよびカスプは、機械的剥離、火炎研磨および／または熱リフローによって処理されてもよい。図２４５は、エッチング後の図２４４の横断面を示す。バリ６２５０が除去されていることが理解できるであろう。ウェットエッチングプロセスは、金属をエッチングするためにより一般に使用され得るが、プラズマエッチングプロセス等のドライエッチングプロセスもまた、使用されてもよい。

【0444】

光学素子を形成するために加工された特徴の性能は、特徴の特定の特性の測定によって評価されてもよい。そのような特徴のための加工ルーチンは、測定を利用して、特徴の品質および／または正確度を改良するために調整されてもよい。特徴の測定は、例えば、白色光干渉分光法を使用することによって行われてもよい。図２４６は、密集加工マスタ６２５２の概略図であって、ここでは、特徴の測定方法および加工ルーチンに対する補正の判断方法を図示するように示される。実際に加工されたマスタのうちの選択された特徴６２５４、６２５６、６２５８、６２６０、６２６２、６２６４、６２６６、６２６８（集合的に、特徴６２５４−６２６８と称される）は、その光学的品質、その結果、採用される機械加工方法の性能を特徴付けるように測定された。図２４７〜２５４は、個別の特徴の測定された表面誤差（すなわち、意図される表面高からの偏差）の等高線図６２７０、６２７２、６２７４、６２７６、６２７８、６２８０、６２８２、および６２８４を示す。個々の等高線図上の太黒矢印６２８６、６２８８、６２９０、６２９２、６２９４、６２９６、６２９８、および６３００は、加工マスタの回転中心から加工マスタ６２５２上の特徴位置を差すベクトルを示す。つまり、ツールは、このベクトルに直角の方向に、特徴を横断したことになる。図２４７〜２５４から分かるように、最大表面誤差の領域は、太黒矢印によって示されるベクトルに直角の直径に対応する、ツール入口および出口においてである。各等高線は、約４０ｎｍの等高線レベルのシフトを表す。図２４７〜２５４に示されるように、測定された特徴は、予測値から約２００ｎｍの範囲のサグ偏差を有する。各等高線図に関連付けられるのは、理想的表面に対し測定された表面のＲＭＳ値（各等高線図の上方に示される）である。ＲＭＳ値は、図２４７〜２５４に示される実施例では、約２００ｎｍ〜３００ｎｍで変化する。

【0445】

図２４７〜２５４は、機械加工プロセスに関連する、少なくとも２つの系統的効果を示す。第１に、加工される特徴の偏差は、切削方向を中心に略対称である（すなわち、偏差は、「時計回り」切削方向と称される場合がある）。第２に、他の現在利用可能な加工方法によって達成可能なものよりも低いが、これらの図に示されるＲＭＳ値は、依然として、加工マスタにおいて所望され得るものよりも高い。さらに、これらの図は、ＲＭＳ値および対称性の両方が、加工マスタに対し対応する特徴の半径方向かつ方位角位置に対し敏感であるように考えられることを示す。表面誤差の対称性およびＲＭＳ値は、測定され得る加工される特徴の特性の実施例であって、結果として生じる測定値は、特徴を生成する加工ルーチンを較正または補正するために利用された。これらの効果は、加工される特徴の性能を損ない、再加工（例えば、面削り）または密集加工マスタの廃棄を必要とする場合がある。再整合は非常に困難であるため、加工マスタの再加工が不可能である場合もあるが、加工マスタの廃棄は、時間およびコストの観点から無駄となり得る。

【0446】

図２４７〜２５４に示される系統的効果を緩和するために、加工およびそのような効果の較正または補正の実装の際、特徴を測定することが有利である場合がある。例えば、加工の際に特徴を測定するために（原位置）、付加的能力が機械ツールに追加されてもよい。次に、図２１６と関連して図２５５を参照すると、機械加工構成６０２４の修正が示される。多軸機械ツール６３０２は、計測および較正のために使用され得る、原位置測定サブシステム６３０４を含む。測定サブシステム６３０４は、例えば、ツールポスト６０３２上に搭載されたツール６０３０と協働して移動するように配置されてもよい。機械ツール６３０２を使用して、ツールポスト６０３２に対するサブシステム６３０４の位置の較正を行ってもよい。

【0447】

較正プロセスの実施例として、形状の照合用に切削特徴を測定するために、加工ルーチンの実行は、一時中断されてもよい。別様に、そのような測定は、加工ルーチンの継続中に行われてもよい。次いで、測定値を使用して、フィードバックプロセスを実装し、残りの特徴に対し、必要に応じて、加工ルーチンを補正してもよい。そのようなフィードバックプロセスは、例えば、切削ツール摩耗、および歩留に影響を及ぼし得る他のプロセス変数を補償してもよい。測定は、例えば、測定される表面に対し作動され、加工マスタ全体に単一または複数掃引を実施する、接触スタイラス（例えば、差動変圧器（ＬＶＤＴ）プローブ）によって行われてもよい。代替案として、測定は、特徴の開口全体にわたって、干渉計によって行われてもよい。測定は、切削ツールが新しい特徴を生成するのと同時に、例えば、既に生成された特徴と接触するＬＶＤＴプローブを利用することによって、切削プロセスと並行して行われてもよい。

【0448】

図２５６は、原位置測定システムを図２５５の多軸機械ツール６３０２への例示的一体化を示す。図２５６では、ツールポスト６０３２は、明確にするために図示されない。ツール６０３０が、加工マスタ６３０６上に特徴（例えば、それとともに光学素子を形成するため）を形成する一方、測定サブシステム６３０４（破線のボックス内に封入）は、加工マスタ６３０６上のツール６０３０によって以前に形成された他の特徴（または、その一部）を測定する。図２５６に示されるように、測定サブシステム６３０４は、電磁エネルギ源６３０８と、ビームスプリッタ６３１０と、検出器配列６３１０とを含む。鏡６３１２は、任意に、例えば、加工マスタ６３０６から散乱される電磁エネルギを再誘導するために追加されてもよい。

【0449】

図２５６を継続して参照すると、電磁エネルギ源６３０８は、ビームスプリッタ６３１０を通して伝搬する電磁エネルギの平行ビーム６３１４を生成し、それによって、反射部分６３１６および透過部分６３１８として部分的に反射される。第１の方法では、反射部分６３１６は、基準ビームとして機能し、透過部分６３１８は、加工マスタ６３０６（または、その上の特徴）と応答する。透過部分６３１８は、加工マスタ６３０６の応答によって変更され、ビームスプリッタ６３１０を通して、透過部分６３１８の一部を鏡６３１２へ後方散乱させる。鏡６３１２は、透過部分６３１８のこの部分をデータビーム６３２０として再誘導する。次いで、反射部分６３１６およびデータビーム６３２０は、検出器配列６３１０によって記録されるインターフェログラムの生成を干渉する。

【0450】

依然として図２５６を参照すると、第２の方法では、ビームスプリッタ６３１０は、基準ビームが生成されないように、時計回りまたは半時計回りに９０°回転し、測定サブシステム６３１０は、透過部分６３１８からのみ情報を取得する。この第２の方法では、鏡６３１２は、必要とされない。第２の方法を使用して取得された情報は、振幅情報のみを含んでもよく、または加工マスタ６３０６が透明である場合、干渉情報を含んでもよい。

【0451】

Ｃ軸（および他の軸）が加工ルーチンに符号化されるため、度量衡システムの中心軸に対する特徴の位置は周知である、または判断され得る。測定サブシステム６３０４は、特定の位置において加工マスタ６３０６を測定するように誘発されてもよく、または加工マスタ６３０６を連続的にサンプリングするように設定されてもよい。例えば、加工マスタ６３０６の連続処理を可能にするために、測定サブシステム６３０４は、好適な高速パルス（例えば、せん断またはストロボ）レーザまたは数マイクロ秒間隔の閃光を使用して、効果的に、測定サブシステム６３０４に対する加工マスタ６３０６の運動を凍結させてもよい。

【0452】

加工マスタ６３０６の特性に関する測定システム６３０４によって記録された情報の分析は、例えば、既知の結果へのパターン照合によって、または加工マスタ６３０６上の同一種の複数の特徴間の相関によって行われもよい。情報および付随する相関の好適なパラメータ化またはパターン照合メリット関数は、フィードバックシステムを使用する機械加工操作の制御および調節を可能にし得る。第１の実施例は、金属加工マスタ内の球面凹状特徴の特性の測定を伴う。回折を無視する場合、そのような特徴から反射される電磁エネルギの画像は、均一明暗度であって、環状に境界されるはずである。特徴が、楕円状に歪曲される場合、検出器配列６３１０における画像は、非点収差を示し、楕円状に境界されるであろう。したがって、明暗度および非点収差、またはそれらの欠如は、加工マスタ６３０６の特定の特性を示し得る。第２の実施例は、表面仕上げおよび表面欠陥に関する。表面仕上げが貧弱である場合、表面欠陥からの散乱によって、画像の明暗度は低減し、検出器配列６３１０において記録される画像は、不均一となり得る。測定システム６３０４によって記録される情報から判断され、制御のために使用され得るパラメータは、例えば、撮影されたデータの明暗度、縦横比、および均一性を含む。次いで、これらのパラメータのいずれかが、２つの異なる特徴間、同一特徴上の２つの異なる測定間、または加工される特徴と所定の基準パラメータ（特徴の事前計算シミュレーションに基づいたもの等）との間で比較され、加工マスタ６３０６の特性を判断してもよい。

【0453】

一実施形態では、２つの異なるセンサまたは２つの異なる波長における光学系からの情報の組み合わせは、多くの関連測定値を絶対量に変換する際に役立つ。例えば、光学測定システムに関連するＬＶＤＴの使用は、撮影された画像に対する適切な縮尺を判断するために使用され得る（例えば、加工マスタから光学測定システムまでの）物理的距離を提供するのに役立つ可能性がある。

【0454】

そこから特徴を複製するための加工マスタの採用の際、密集加工マスタが、複製機器に対し正確に整合されることが重要である場合がある。例えば、層状光学素子を製造する際の加工マスタの整合は、互いおよび検出器に対する異なる特徴の整合を決定し得る。加工マスタ本体上の整合特徴の加工は、複製機器に対する加工マスタの精密な整合を促進し得る。例えば、ダイヤモンド旋削等の上述の高精度加工方法を使用して、加工マスタ上の特徴と同時に、または同一加工ルーチンの際に、これらの整合特徴を生成してもよい。本願の文脈内では、整合特徴は、別個の物体上の対応する整合特徴と協働するように構成される、加工マスタの表面上の特徴として理解され、加工マスタの表面と別個の物体との間の分離距離、平行移動、および／または回転を画定または示唆する。

【0455】

整合特徴は、例えば、加工マスタの表面と別個の物体との間の相対位置および／または配向を機械的に画定する特徴または構造を含んでもよい。運動学的整合特徴は、上述の方法を使用して加工され得る整合特徴の実施例である。真の運動学的整合は、運動軸の数および物体間に適用される物理的制約の数が合計６つ（すなわち、３つの平行移動および３つの回転）である場合、２つの物体間で充足され得る。疑似運動学的整合は、軸が６つ未満であって、したがって、整合が制約される場合に生じる。運動学的整合特徴は、光学公差（例えば、約数十ナノメートル）において、整合再現性を有するように示されている。整合特徴は、密集加工マスタ本体上であるが、光学素子を形成するための特徴によって密集される領域外に加工されてもよい。加えてまたは任意に、整合特徴は、加工マスタの表面と別個の物体との間の相対配置および配向を示す特徴または構造を含んでもよい。例えば、そのような整合特徴は、視覚システム（例えば、顕微鏡）およびモーションシステム（例えば、ロボット工学）とともに使用され、加工マスタの表面および別個の物体を相対的に位置付けし、アレイ撮像システムの自動化アセンブリを可能にしてもよい。

【0456】

図２５７は、その上に支持される加工マスタ６３２４を含む、真空チャック６３２２を示す。加工マスタ６３２４は、例えば、ガラス、または一部の着目波長において半透明である他の材料から形成されてもよい。真空チャック６３２２は、疑似運動学的整合特徴の組み合わせの一部として作用する円柱形素子６３２６、６３２６’、および６３２６”を含む。真空チャック６３２２は、加工マスタ６３２８（図２５８参照）と嵌合するように構成される。加工マスタ６３２８は、真空チャック６３２２上の円柱形素子６３２６、６３２６’、および６３２６”と嵌合する疑似運動学的整合特徴の相補部を形成する、凸状素子６３３０、６３３０’、および６３３０”を含む。図示されるように、真空チャック６３２２と加工マスタ６３２８との間の回転運動は、完全に制約されないため、円柱形素子６３２６、６３２６’、および６３２６”と凸状素子６３３０、６３３０’、および６３３０”は、真の運動学的整合ではなく、疑似運動学的整合を提供する。真の運動学的配列は、真空チャック６３２２の円柱軸に対し、半径方向に整合される円柱形素子６３２６、６３２６’、および６３２６”を有し得る（すなわち、全円柱形素子が、９０°回転し得る）。凸状素子６３３０、６３３０’、および６３３０”はそれぞれ、例えば、加工マスタ６３２８上に機械加工される半球、または加工穴内に正確に載置される精密ツール用ボールであってもよい。運動学的整合特徴の組み合わせの他の実施例は、円錐内にネスティングする球面および球面内にネスティングする球面を含むが、それらに限定されない。別様に、円柱形素子６３２６、６３２６’、および６３２６”および／または凸状素子６３３０、６３３０’、および６３３０”は、真空チャック６３２２および／または加工マスタ６３２８の周囲に形成される連続環体の局所近似である。これらの運動学的整合特徴は、例えば、超高精度ダイヤモンド旋削機械を使用して形成されてもよい。

【0457】

整合特徴の異なる組み合わせは、図２５９〜２６１に示される。図２５９は、チャック６３２２の横断面図であって、円柱形素子６３２６の横断面を示す。図２６０および２６１は、円柱形素子６３２６および凸状素子６３３０の組み合わせの定位置での使用に好適であり得る、運動学的整合特徴の代替構成を示す。図２６０では、真空チャック６３３２は、凸状素子６３３０と嵌合するように構成されるＶ型ノッチ６３３４を含む。図２６１では、凸状素子６３３０は、平面表面６３３８において真空チャック６３３６と嵌合する。図２６０および２６１に示される運動学的整合特徴の構成は両方、加工マスタ６３２４と加工マスタ６３２８との間のＺ方向高（すなわち、加工マスタ６３２４の平面に対し垂直）の制御を可能にする。凸状素子６３３０は、例えば、光学素子を加工マスタ６３２８上に形成するための特徴のアレイと同一設定で形成されてもよく、その結果、加工マスタ６３２４と加工マスタ６３２８との間のＺ方向整合は、サブミクロン公差で制御され得る。

【0458】

図２５７および２５８に戻ると、付加的整合特徴の形成が企図される。例えば、図２５７および２５８に示される疑似運動学的整合特徴の組み合わせは、真空チャック６３２２に対する加工マスタ６３２８、その結果、Ｚ方向平行移動に対する加工マスタ６３２４の整合の際に役に立ち得るが、真空チャック６３２２および加工マスタ６３２８は、互いに対し回転可能なままであってもよい。

【0459】

解決法の１つとして、回転整合は、加工マスタ６３２８および／または真空チャック６３２２上での付加的基準の使用によって達成されてもよい。本願の文脈内では、基準は、加工マスタ６３２４上に形成され、別個の物体に対する加工マスタ６３２４の整合を示する特徴であると理解される。これらの基準は、スクライブされた放射状線（例えば、図２５８の線６３４０および６３４０’参照）、同心円状環体（例えば、図２５８の環体６３４２）、バーニヤ６３４４、６３４６、６３４８、および６３５０を含んでもよいが、それらに限定されない。放射状線特徴６３４０は、例えば、スピンドルを固定したまま（回転なし）、深度〜０．５μｍで放射状に加工マスタ６３２８全体にツールを牽引することによって、ダイヤモンド切削ツールで生成されてもよい。それぞれ、真空チャック６３２２および加工マスタ６３２８の外周に位置するバーニヤ６３４４および６３４８は、スピンドルを固定したまま、深度〜０．５μｍで軸方向に真空チャック６３２２または加工マスタ６３２８全体にツールを繰り返し牽引し、次いで、ツールを係脱し、スピンドルを回転させることによって、ダイヤモンド切削ツールで生成されてもよい。それぞれ、真空チャック６３２２および加工マスタ６３２８の嵌合表面上に位置するバーニヤ６３４６および６３５０は、スピンドルを固定したまま、深度〜０．５μｍで放射状に加工マスタ６３２８全体にツールを繰り返し牽引し、次いで、ツールを係脱し、スピンドルを回転させることによって、ダイヤモンド切削ツールで生成されてもよい。同心円状環体は、ごく少量（〜０．５μｍ）、切削ツールを加工マスタにプランジングする一方、加工マスタ６３２８を支持するスピンドルを回転させることによって、生成されてもよい。次いで、ツールは、加工マスタ６３２８から後退され、輪状の細線を残す。これらの放射状および輪状線の交点は、顕微鏡または干渉計を使用して認識され得る。基準を使用する整合は、例えば、透明チャックまたは透明加工マスタを使用することによって促進されてもよい。

【0460】

整合素子の位置および機能は、加工マスタ６３２４から独立しており、その結果、加工マスタ６３２４の特定の物理的寸法および特性（例えば、厚さ、直径、平坦性、および応力）は、整合に対し重要ではなくなるため、図２５７〜２６１に示される整合特徴の構成は、特に有利である。加工マスタ厚の公差よりも大きい加工マスタ６３２４の表面と加工マスタ６３２８との間の空隙は、環体６３４２等の整合素子にさらに高さを追加することによって、意図的に形成されてもよい。次いで、加工マスタが公称厚から逸脱する場合、複製ポリマーが、この厚さに単に充填されてもよい。

【0461】

図２６２は、複製システム６３５２の例示的実施形態の横断面図を示し、ここでは、共通基盤上への光学素子の複製の際の種々の構成要素の整合を図示するように示される。加工マスタ６３５４、共通基盤６３５６、および真空チャック６３５８は、整合素子６３６０、６３６２、および６３６４の組み合わせによって、互いに対し整合される。真空チャック６３５８および加工マスタ６３５４は、例えば、力感知サーボプレス６３６６を使用して、ともに圧接されてもよい。クランプ力を微制御することによって、システムの再現性は、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向においてミクロン規模となる。適切に整合および圧接されると、ＵＶ硬化ポリマー等の複製材料が、加工マスタ６３５４と共通基盤６３５６との間に画定される体積６３６８内に注入されてもよい。別様に、複製材料は、整合および圧接に先立って、加工マスタ６３５４と共通基盤６３５６との間に注入されてもよい。続いて、ＵＶ硬化システム６３７０は、ポリマーをＵＶ電磁エネルギに暴露し、ポリマーをドータ光学素子に固体化してもよい。ポリマーの固体化後、加工マスタ６３５４は、プレス６３６６によって印加された力を解放することによって、真空チャック６３５８から離脱されてもよい。

【0462】

複数の異なる機械ツール構成を使用して、光学素子の形成のための加工マスタを製造してもよい。各機械ツール構成は、加工マスタ上への特定の種類の特徴の形成を促進する、特定の利点を有し得る。加えて、特定の機械ツール構成は、特定の種類の特徴の形成において使用され得る、特定の種類のツールの利用を可能にする。さらに、複数のツールおよび／または特定の機械ツール構成の使用は、機械ツールから所与の加工マスタの除去を必要とせずに、非常に高正確度かつ精度で加工マスタを形成するために要求されるすべての機械加工操作を実施する能力を促進する。

【0463】

有利には、光学精度を維持するために、多軸機械ツールを使用して、光学素子のアレイを形成するための特徴を含む加工マスタを形成するステップは、以下のステップのシーケンスを含んでもよい。１）加工マスタをホルダ（チャックまたはその適切な同等物等）に搭載するステップと、２）加工マスタ上で予備的機械加工操作を実行するステップと、３）加工マスタの表面上に、光学素子のアレイを形成するための特徴を直接加工するステップと、４）加工マスタの表面上に、少なくとも１つの整合特徴を直接加工するステップであって、実行するステップと直接加工するステップの際、加工マスタは、加工マスタホルダに搭載されたままである。加えてまたは任意に、加工マスタを支持するためのホルダの予備的機械加工操作は、その上に加工マスタを搭載するステップに先立って行われてもよい。予備的機械加工操作の実施例は、外径を旋削させ、または加工マスタを「面削り」（機械平坦化）し、チャック力（および、その部分が外れた場合に結果として生じる「跳躍」）によって誘発される偏位／変形を最小化することである。

【0464】

図２６３〜２６６は、光学素子を形成するための特徴の加工に使用され得る、例示的多軸機械加工構成を示す。図２６３は、複数のツールを含む構成６３７２を示す。第１と第２のツール６３７４および６３７６が示されるが、各ツールのサイズおよびＺ軸ステージの構成に応じて、付加的ツールが含まれてもよい。第１のツール６３７４は、Ｘ、Ｙ、およびＺと付票された矢印によって図示されるように、軸ＸＹＺにおける運動度を有する。図２６３に示されるように、第１のツール６３７４は、例えば、ＳＴＳ方法を利用して、加工マスタ６３７８の表面上に特徴を形成するために配置される。第２のツール６３７６は、加工マスタ６３７８の外径（ＯＤ）を旋削させるために配置される。第１と第２のツール６３７４および６３７６は、両方ＳＰＤＴツールであってもよく、または一方のツールが、図２３４および２３５と関連して上述されたようなアイランド突起素子等、より大きく精密度の低い特徴を形成するための高速度鋼等の異なる種類であってもよい。

【0465】

図２６４は、ツール６３８２（例えば、ＳＰＤＴツール）と、第２のスピンドル６３８４とを含む、機械ツール６３８０を示す。機械ツール６３８０は、第２のスピンドル６３８４用のツールのうちの１つの交換を除き、機械ツール６３７２と同一である。機械ツール６３８０は、粉砕および旋削の両方を含む機械加工操作に対し有利である。例えば、ツール６３８２は、表面加工マスタ６３６８の表面加工、あるいは意図的機械加工マークまたは整合バーニヤの切削をしてもよく、第２のスピンドル６３８４は、光学素子を形成するための加工マスタ６３６８の表面上に急勾配または深淵特徴を生成する、形成ツールまたはボールエンドミルを利用してもよい。加工マスタ６３６８は、第１のスピンドルまたは第２のスピンドル６３８４上、あるいはアングルプレート等の取り付け素子上に搭載されてもよい。第２のスピンドル６３８４は、５０，０００または１００，０００ＲＰＭの高速スピンドル回転であってもよい。１００，０００ＲＰＭスピンドルは、低正確度スピンドル運動の正確度は低いが、高速での材料除去を提供する。スピンドル６３８４は、例えば、自由形状急勾配を機械加工し、形成ツールを利用可能である一方、ツール６３８２は、例えば、整合マークおよび基準を形成するために使用され得るため、第２のスピンドル６３８４は、ツール６３８２を補完する。

【0466】

図２６５は、第２のスピンドル６３９０と、Ｂ軸回転運動とを含む、機械ツール６３８８を示す。機械ツール６３８８は、有利には、例えば、機械加工される加工マスタの表面外側の切削ツールの非移動中心を回転させるため、およびフライカッタまたは平坦エンドミルによる凸状表面の不連続刻面のために使用されてもよい。図示されるように、第２のスピンドル６３９０は、加工マスタの搭載に好適である低速５，０００または１０，０００ＲＰＭスピンドルである。別様に、図２６４の機械ツール６３８０に付設されて示されるような、高速スピンドルを使用してもよい。

【0467】

図２６６は、Ｂ軸運動と、複数のツールポスト６３９４および６３９６と、第２のスピンドル６３９８とを含む、機械ツール６３９２を示す。ツールポスト６３９４および６３９６は、ＳＰＤＴ、高速度鋼切削ツール、度量衡システム、および／またはそれらの任意の組み合わせを固定するために使用されてもよい。機械ツール６３９２は、例えば、旋削、粉砕、計測、ＳＰＤＴ、荒旋削、または粉砕を必要とするより複雑な機械加工操作のために使用されてもよい。一実施形態では、機械ツール６３９２は、ツールポスト６３９４に付設されたＳＰＤＴツール（図示せず）と、ツールポスト６３９６に付設された干渉計度量衡システム（図示せず）と、スピンドル６３９８に固定された形成ツール（図示せず）とを含む。Ｂ軸の回転は、付加的ツールポストを収容するための付加的空間、またはＢ軸を使用せずに提供され得るものよりも幅広いツールおよびツール位置を提供し得る。

【0468】

今日において一般的ではないが、ワークピース上に垂設する片持ちスピンドルを組み込む機械ツールが利用されてもよい。片持ち構成では、スピンドルは、アームを介して、ＸＹ軸から垂下し、ワークピースは、Ｚ軸ステージ上に搭載される。この構成の機械ツールは、非常に大きな加工マスタを粉砕するために有利である場合がある。さらに、大きなワークピースを機械加工する際、軸摺動の真直度および偏差（真直度誤差）を測定および特徴付けることが重要である場合がある。摺動偏差は、典型的には、１ミクロン未満であり得るが、温度、ワークピース重量、ツール圧力、および他の刺激によっても影響される。これは、短距離の進行に対しては問題ではない場合がある。しかしながら、大部分を機械加工する場合、補正値のルックアップテーブルが、線形軸または回転軸用にソフトウェアまたはコントローラに組み込まれてもよい。また、ヒステリシスも、機械移動における偏差を生じさせ得る。ヒステリシスは、完全機械加工操作の際に、軸を一方向に操作することによって回避され得る。

【0469】

一連の機械加工操作および形成される特徴の測定を実施することによって、複数のツールが、位置的に関連されてもよい。例えば、各ツールに対し、１）機械座標の初期設定が設定され、２）半球等の第１の特徴が、ツールを使用して表面上に形成され、３）ツール上またはツール外干渉計等の測定配列を使用して、形成された試験表面の形状およびそこからの偏差を判断してもよい。例えば、半球が切削された場合、半球の規定（例えば、半径および／または深度の偏差）からの偏差は、機械座標の初期設定とツールの「真」の機械座標との間のオフセットに関連し得る。偏差の分析を使用して、ツールのための機械座標の補正設定が判断され、次いで、設定されてもよい。この手順は、任意の数のツールに対し行われてもよい。ＧコードコマンドＧ９２（「座標系設定」）を利用して、座標系オフセットが、各ツールに対し格納およびプログラムされてもよい。また、図２５５のサブシステム６３０４等のツール上測定サブシステムは、ツール外干渉計の代わりに、形成された試験表面の形状を判断するために、ツール上測定サブシステムを利用して、任意のツールに位置的に関連させてもよい。Ｃ軸スピンドルおよびＢまたはＺ軸上に搭載された第２のスピンドル等の２つ以上のスピンドルを有する機械構成に対し、その上に搭載されたスピンドルまたはワークピースは、全指示振れ（「ＴＩＲ」）を測定する一方、その軸上でいずれかのスピンドルを回転させ、続いて、ＸＹのＣ軸を移動させることによって、位置的に（例えば、同軸上に）関連付けられてもよい。上述の方法は、任意の方向に１ミクロンよりも細かく、機械ツールサブシステム、軸、およびツール間の位置関係を判断することになり得る。

【0470】

図２６７は、意図的機械加工マークを含む、１つの機械加工表面を形成するために好適な、例示的フライカッティング構成６４００を示す。フライカッティング構成６４００は、図２６５の構成６３８８等の２つのスピンドル機械構成を選択することによって実現されてもよい。フライカッティングツール６４０２は、Ｃ軸スピンドルに付設され、加工マスタ６４０４に対し係合および回転する。加工マスタ６４０４に対するフライカッティングツール６４０２の回転は、加工マスタ６４０４の表面上に一連の溝６４０６をもたらす。加工マスタ６４０４は、１回目に１２０°、次いで、２回目に１２０°、第２のスピンドル６４０８上で回転されてもよく、溝彫り操作は、毎回行われてもよい。結果として生じる溝パターンは、図２６８に示される。溝パターンの形成に加え、フライカッティング構成は、有利には、加工マスタ表面を平坦かつスピンドル軸に対し垂直にするために使用されてもよい。

【0471】

図２６８は、図２６７のフライカッティング構成を使用して形成される、部分的立面図における、例示的機械加工表面６４１０を示す。第２のスピンドルを毎回１２０°達成することによって、一連の３角形または６角形の意図的機械加工マーク６４１２が、表面上に形成されてもよい。一実施例では、意図的マーク６４１２を使用して、加工マスタから形成される光学素子にＡＲレリーフパターンを形成してもよい。例えば、半径１２０ｎｍの切削先端を有するＳＰＤＴは、間隔約４００ｎｍ、深さ１００ｎｍの溝を切削するために使用されてもよい。形成された溝は、ポリマー等の好適な材料に形成される場合、約４００〜７００ｎｍの波長に対しＡＲ効果を提供するであろう、ＡＲレリーフ構造を形成する。

【0472】

加工マスタ上への光学素子の加工に有用であり得る別の加工プロセスは、ＱＥＤ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．の磁性流体研磨法（ＭＲＦ（登録商標））である。さらに、加工マスタは、例えば、ＳＴＳ／ＦＴＳ、多軸粉砕、および多軸研削アプローチ、または全く別のアプローチのうちの１つを使用する、配向、整合、および識別のためのマーク等の光学素子以外の付加的特徴によってマークされてもよい。

【0473】

本開示の教示は、例えば、８インチ以上の加工マスタ上への複数の光学素子の直接加工を可能にする。つまり、加工マスタ上の光学素子は、例えば、完全密集加工マスタを形成するために、加工マスタの小セクションの複製を必要とせずに、直接加工によって形成されてもよい。直接加工は、例えば、機械加工、粉砕、研削、ダイヤモンド旋削、ラップ仕上げ、研磨、フライカッティング、および／または特殊化されたツールの使用によって行われてもよい。したがって、複数の光学素子が、少なくとも１次元（Ｘ、Ｙ、およびＺ方向のうちの少なくとも１つ等）においてサブミクロンの精度および互いに対するその相対位置においてサブミクロンの正確度を有し、加工マスタ上に形成され得る。種々の回転対称、回転非対称、および非球面表面を有する加工マスタが、高い位置決め正確度で加工され得るように、本開示の機械加工構成は、柔軟である。つまり、１つまたは数個の光学素子の群を形成し、ウエハ上にそれらを複製するステップを伴う、加工マスタを製造する従来技術の方法と異なり、本明細書で開示される機械加工構成は、１つの加工ステップで、加工マスタ全体に、複数の光学素子および種々の他の特徴（例えば、整合マーク、機械的スペーサ、および識別特徴）の加工を可能にする。加えて、本開示による、特定の機械加工構成は、そこを通る電磁エネルギの伝搬に作用する表面特徴を提供し、それによって、意図的機械加工マークを光学素子の設計に組み込むために、光学素子の設計者に、付加的自由度を提供する。特に、本明細書で開示される機械加工構成は、上述のように、Ｃ軸位置決めモード機械加工、多軸粉砕、および多軸研削を含む。

【0474】

図２６９〜２７２は、例示的層状光学素子の加工の３つの別個の方法を示す。説明のために使用される層状光学素子は、３層以下を含むが、これらの方法で生成され得る層の数に上限はないことに留意されたい。

【0475】

図２６９は、共通基盤が、共通基盤上に層状光学素子を形成するために、高および低屈折率材料の交互層でパターン化されるプロセスフローを記載する。上述のように、層状光学素子は、共通基盤の一部に光学的に接続される、少なくとも１つの光学素子を含む。図２６９は、説明の明確性のために、層状光学素子の単一層の形成を示す。しかしながら、図２６９のプロセスは、共通基盤上に層状光学素子のアレイを形成するために使用可能である（および、恐らく使用される）。共通基盤は、例えば、シリコンウエハ上に形成されるＣＭＯＳ検出器のアレイであってもよい。この場合、層状光学素子のアレイおよび検出器のアレイの組み合わせは、アレイ撮像システムを形成し得る。工程図によって示される方法は、それぞれ、粘着剤または表面放出剤で処理可能な共通基盤および加工マスタから開始する。このプロセスでは、成形可能材料のビードが、加工マスタまたは共通基盤上に蒸着される。本明細書で開示される成形可能材料のうちの任意の１つであってもよい成形可能材料は、加工マスタを共形的に充填するために選択されるが、処理後に硬化または強固可能であるべきである。例えば、成形可能材料は、紫外線電磁エネルギまたは高温に暴露することによって硬化する、市販の光学ポリマーであってもよい。また、連行気泡によって生じ得る光学欠陥の潜在性を緩和するために、成形可能材料は、共通基盤に適用される前に、真空作用によって脱気されてもよい。

【0476】

図２６９は、一実施形態による、層状光学素子を加工するためのプロセス８０００を示す。ステップ８００２では、成形可能材料８００４Ａ（例えば、ＵＶ硬化性ポリマー）は、ＣＭＯＳ検出器のアレイを含むシリコンウエハであってもよい共通基盤８００６と、ウエハスケール加工マスタ８００８Ａとの間に蒸着される。加工マスタ８００８Ａは、精密な公差の下機械加工され、成形可能材料の使用によって成形され得る層状光学素子のアレイを画定するための特徴を呈する。加工マスタ８００８Ａの共通基盤８００６との係合は、加工マスタ８００８Ａの光学素子のアレイを画定するための内部空間または特徴の設計によって、成形可能材料８００４Ａを所定の形状に形成する。成形可能材料８００４Ａは、所望の屈折率と、材料の非硬化または硬化状態における設計配慮に関連する、粘度、接着性、およびヤング係数等の他の材料特性とを提供するように選択されてもよい。マイクロピペットアレイまたは制御体積噴射式ディスペンサ（図示せず）を使用して、必要に応じて、精密な量の成形可能材料８００４を送達してもよい。成形可能材料および関連硬化ステップに関係して本明細書で記載されるが、光学素子を形成するプロセスは、成形可能材料の熱エンボス加工等の技術を利用することによって行われてもよい。

【0477】

ステップ８０１０は、概して本明細書に記載されるような技術を使用して、精密な整合下、共通基盤８００６を係合する加工マスタ８００８Ａとともに成形可能材料を硬化するステップを伴う。成形可能材料８００４Ａは、加工マスタ８００８Ａによって成形されるように成形可能材料８００４Ａを強固にするために、光学的または熱的に硬化されてもよい。成形可能材料８００４Ａの反応性に応じて、紫外線灯８０１２等の活性剤は、例えば、半透明または透明加工マスタ８００８Ａを通って伝達され得る紫外線電磁エネルギ源として使用されてもよい。半透明および／または透明加工マスタは、本明細書で後述される。成形可能材料８００４Ａを硬化する化学反応は、体積および／または線形寸法において、成形可能材料８００４Ａを等方的または異方的に収縮させ得ることを理解されるであろう。例えば、多くの一般的ＵＶ硬化性ポリマーは、硬化に応じて、３％〜４％の線形収縮を呈する。故に、加工マスタ本体は、この収縮に適合する付加的体積を提供するように、設計および機械加工されてもよい。得られた硬化された成形可能材料８０１４Ａは、加工マスタ８００８Ａに従って、所定の設計の形状を保持する。ステップ８０１６に示されるように、硬化された成形可能材料は、加工マスタが係脱され、層状光学素子８０１４の第１の光学素子８０１４Ａを形成した後、共通基盤８００６上に保持される。

【0478】

ステップ８０１８では、加工マスタ８００８Ａは、第２の加工マスタ８００８Ｂと置換される。加工マスタ８００８Ｂは、層状光学素子のアレイを画定するための特徴の所定の形状において、加工マスタ８００８Ａと異なってもよい。第２の成形可能材料８００４Ｂは、層状光学素子の単一層８０１４Ａまたは加工マスタ８００８Ｂ上に蒸着される。第２の成形可能材料８００４Ｂは、屈折率等、成形可能材料８００４Ａによって提供されるものと異なる材料特性を生じるように選択されてもよい。この「Ｂ」層にステップ８００２、８０１０、８０１６を繰り返すことによって、硬化された成形可能材料層をもたらし、層状光学素子８０１４の第２の光学素子を形成する。このプロセスは、所定の設計の層状光学素子内の全光学系（光学素子、スペーサ、開口等）を画定するために必要な光学素子の層に対し繰り返してもよい。

【0479】

成形可能材料は、強固後の材料の光学特性と、強固中および後の材料の機械的特性との両方に関して選択される。一般に、光学素子のために使用される場合の材料は、着目波長帯域を通して、高透過率、低吸光度、および低分散を有するはずである。開口またはスペーサ等の他の光学系を形成するために使用される場合、材料は、高吸光度、または透過性光学素子との使用に通常好適ではない他の光学特性を有してもよい。機械的に、材料は、撮像システムの動作温度および湿度範囲を通して、材料の膨張が、許容可能指標を超えて、撮像性能を低減しないようにも選択されるべきである。材料は、硬化プロセスの際の許容可能収縮およびガス放出に対し選択されるべきである。さらに、材料は、撮像システムのパッケージングの際に使用され得る、はんだリフローおよびバンプ接合等のプロセスに対し耐性を有するべきである。

【0480】

層状光学素子の個々の層がすべてパターン化されると、必要に応じて、保護特性を有し、電磁エネルギ遮断開口をパターン化するために所望の表面であり得る上層（例えば、光学素子８０１４Ｂによって表される層）に、１つの層が適用されてもよい。この層は、ガラス、金属、またはセラミック材料等の剛性材料であってもよく、あるいは層状光学素子のより優れた構造的完全性を促進するための封入材料であることが可能である。スペーサが使用される場合、スペーサのアレイは、スペーサのアレイ内の貫通孔が、層状光学素子と適切に整合されるように考慮して、注意して、共通基盤または層状光学素子の形成層のいずれかのヤード領域と接合されてもよい。封止材が使用される場合、封止材は、層状光学素子の周囲に、液状で分注されてもよい。次いで、封止材は、必要に応じて、強固され、平坦化層によって堆積されることが可能である。

【0481】

図２７０Ａおよび２７０Ｂは、図２６９に示されるプロセス８０００の変形例を提供する。プロセス８０２０は、非常に精密な整合で構成される加工マスタと、共通基盤と、真空チャックとともに、ステップ８０２２から開始する。この整合は、受動的または能動的整合特徴およびシステムによって提供されてもよい。能動的整合システムは、加工マスタと、共通基盤と、真空チャックとを位置付けるための視覚システムおよびロボット工学を含む。受動的整合システムは、運動学的取り付け具配列を含む。加工マスタと、共通基盤と、真空チャックの上に形成される整合特徴は、任意の順番で、互いに対しこれらの素子を位置付けるために使用してもよく、または外部座標系または基準に対し、これらの素子を位置付けるために使用してもよい。共通基盤および／または加工マスタは、ステップ８０２４において、加工マスタを表面放出剤で処理するステップ、ステップ８０２６において、共通基盤（または、その上に形成される任意の光学素子）上に開口または整合特徴をパターン化するステップ、ステップ８０２８において、共通基盤を粘着促進剤で調節するステップ等の作用を実施することによって処理されてもよい。ステップ８０３０は、加工マスタおよび共通基盤の一方または両方上に硬化性ポリマー材料等の成形可能材料を蒸着するステップを伴う。加工マスタおよび共通基盤は、ステップ８０３２において、正確に整合され、精密な位置付けを保証するシステムを使用して、ステップ８０３４において係合される。

【0482】

紫外線灯または熱源等の発生源は、ステップ８０３６において、成形可能材料を強固状態に硬化する。成形可能材料は、例えば、ＵＶ硬化性アクリルポリマーまたはコポリマーであってもよい。また、成形可能材料は、冷却によって強固になるプラスチック溶融樹脂または低温ガラスから蒸着および／または形成されてもよいことを理解されるであろう。低温ガラスの場合、ガラスは、蒸着に先立って加熱され、冷却によって強固になる。加工マスタおよび共通基盤は、ステップ８０３８において、係脱され、共通基盤上に成形可能材料を残す。

【0483】

ステップ８０４０は、層状光学素子の全層が加工されたかどうか判断するためのチェックである。そうではない場合、反射防止コーティング層、開口、または光遮断層が、任意に、ステップ８０４２において、最後に形成された層状光学素子の層に適用されてもよく、プロセスは、ステップ８０４４において、次の加工マスタまたは他のプロセスを開始する。成形可能材料が強固し、共通基盤上に接合されると、加工マスタは、共通基盤および／または真空チャックから係脱される。次の加工マスタが選択され、プロセスは、すべての意図される層が生成されるまで繰り返される。

【0484】

より詳細に後述されるように、上述の層状光学素子に加え、空隙または可動部分を有する撮像システムを生成することは有用である場合がある。そのような例では、スペーサのアレイを使用し、空隙または可動部分を収容することが可能である。ステップ８０４０が、全層が加工されたと判断する場合、ステップ８０４６において、スペーサの種類を判断することが可能である。スペーサが望ましくない場合、ステップ８０４８において、生成物（すなわち、層状光学素子のアレイ）が産出される。ガラススペーサが望ましい場合、ガラススペーサのアレイが、ステップ８０５０において、共通基盤に接合され、開口が、ステップ８０５２において、層状光学素子上に載置され、必要に応じて、ステップ８０４８において、生成物を産出してもよい。ポリマースペーサが必要とされる場合、充填ポリマーが、ステップ８０５４において、層状光学素子上に蒸着されてもよい。充填剤は、ステップ８０５６において、硬化され、ステップ８０５８において、平坦化されてもよい。開口は、層状光学素子上に載置８０６０され、必要に応じて、生成物８０４８を産出してもよい。

【0485】

図２７１Ａ〜Ｃは、プロセスのための加工マスタ形状を示し、層状光学素子の連続層の外寸は、各採用加工マスタと接触するポテンシャル面を減少し、各連続層のヤード領域を利用可能にする各形成層とともに、連続的に形成され得るように設計される。加工マスタは、層状光学素子、共通基盤、および真空チャック「上」に位置するように図２７１Ａ〜Ｃでは示されるが、この配列を反転することが有利である場合がある。反転配列は、硬化されない場合、加工マスタの陥凹部分内に保持され得る低粘度ポリマーとの使用に特に好適である。

【0486】

図２７１Ａ〜２７１Ｃは、層状光学素子のアレイの形成を表す一連の横断面を示し、各層状光学素子は、各後続形成光学素子が、先行光学素子よりも小さい外径を有する「レイヤケーキ」設計の３層の光学素子（例えば、光学素子）を含む。レイヤケーキ設計と横断面が異なる、図２７３および２７４に示されるような構成は、レイヤケーキ構成を形成するのと同一プロセスによって形成されてもよい。構成の得られた横断面は、本明細書に記載のヤード特徴における特定の変化と関連付けられ得る。検出器のアレイであってもよい共通基盤８０６２は、上述のような運動学的整合特徴を含む真空チャック８０６４上に搭載される。加工マスタ８０６６と正確に整合させるために、共通基盤８０６２は、最初に、真空チャック８０６４に対して正確に整合されてもよい。続いて、個々の加工マスタ８０６６Ａ、８０６６Ｂ、８０６６Ｃの運動学的整合特徴は、真空チャック８０６４の運動学的特徴と係合し、加工マスタとの精密な整合に真空チャック８０６４を載置する。それによって、加工マスタ８０６６および共通基盤８０６２を正確に整合する。層状光学素子８０６８、８０７０、および８０７２の形成後、複製層状光学素子間の領域は、平坦化、光遮断、電磁干渉（「ＥＭＩ」）遮蔽、または他の用途に使用される硬化性ポリマーまたは他の材料で充填されてもよい。故に、第１の蒸着は、共通基盤８０６２上に光学素子８０６８の層を形成する。第２の蒸着は、光学素子８０６８上に光学素子８０７０の層を形成し、第３の蒸着は、光学素子８０７０上に光学素子の層８０７２を形成する。成形プロセスは、有効口径（ヤード領域内）外側の開放空間８０７４内に小量の余剰材料を押入し得ることを理解されるであろう。破断線８０７６および８０７８は、図２７１Ａ〜２７１Ｃに示される素子が正確な縮尺で描かれておらず、任意の寸法であってもよく、概して、光学素子８０８０として表される任意の数の層状光学素子のアレイを含んでもよいことを示すために図示される。

【0487】

図２７２Ａから２７２Ｅは、層状光学素子のアレイを形成するための代替プロセスを示す。成形可能材料は、マスタ金型の空洞内に蒸着され、次いで、加工マスタは、マスタ金型と係合し、成形可能材料は空洞に形成される。それによって、層状光学素子の第１の層を形成する。加工マスタが係合されると、成形可能材料は、硬化され、加工マスタは、構造から係脱される。次いで、プロセスは、図２７２Ｅに示されるように、第２の層に対し繰り返される。共通基盤（図示せず）は、光学素子の最終形成層に適用され、それによって、層状光学素子のアレイを形成してもよい。図２７２Ａから２７２Ｅは、３つの２層の層状光学素子のアレイの形成を示すが、図２７２Ａから２７２Ｅに示されるプロセスを使用して、任意の数の層の層状光学素子の任意の数量のアレイを形成してもよい。

【0488】

一実施形態では、マスタ金型８０８４は、マスタ金型８０８４を補強するための随意の剛性基板８０８６と組み合わせて使用される。例えば、ＰＤＭＳから形成されるマスタ金型８０８４は、金属、ガラス、またはプラスチック基板８０８６によって支持されてもよい。図２７２Ａに示されるように、金属または電磁エネルギ吸収材料等の不透明材料の環状開口８０８８、８０９０および８０９２は、ウェル８０９４、８０９６、８０９８のそれぞれ内に同心円状に載置される。図２７２Ｂのウェル８０９６に関し示されるように、所定の数量の成形可能材料８１００が、ウェル８０９６内にマイクロピペットまたは制御体積を噴射分注することによって載置されてもよい。図２７２Ｃに示されるように、加工マスタ８１０２は、ウェル８０９６と正確に配置される。加工マスタ８１０２のマスタ金型８０８４との係合は、成形可能材料８１００を成形し、余剰材料８１０４を加工マスタ特徴８１０８とウェル８０９６との間の環状空間８１０６内に付勢する。例えば、マスタ金型８０８４からの加工マスタ８１０２の後続係脱を伴う、ＵＶ電磁エネルギおよび／または熱エネルギの作用による成形可能材料の硬化によって、図２７２Ｄに示される硬化光学素子８１０７を残される。第２の成形可能材料８１０９（例えば、液体ポリマー）は、図２７２Ｅに示されるように、光学素子８１０７上に蒸着され、第２の加工マスタ（図示せず）を使用して成形するために調製する。層状光学素子のアレイ内に付加的層状光学素子を形成するこのプロセスは、任意の回数繰り返されてもよい。

【0489】

例証的非制限目的のため、図２７３および２７４に示される例示的層状光学素子構成は、図２７１Ａ〜２７１Ｃおよび図２７２Ａ〜２７２Ｅの代替方法から生じる層状光学素子構成間の比較を提供するために使用される。本明細書に記載の任意の加工方法、またはそれらの一部の組み合わせは、任意の層状光学素子構成またはその一部の加工のために使用され得ることを理解されたい。図２７３は、図２７１Ａ〜２７１Ｃに示される方法に対応し、図２７４は、図２７２Ａ〜２７２Ｅの方法に対応する。成形技術は、非常に異なる全体層状光学素子８１１０および８１１２を生成するが、線８１１６および８１１６’内の構造８１１４の同一性が存在する。線８１１６および８１１６’は、個々の層状光学素子８１１０および８１１２の透明な開放開口を画定し、線８１１６および８１１６’の半径方向外側の材料は、余剰材料またはヤードを構成する。図２７３に示されるように、層８１１８、８１２０、８１２１、８１２２、８１２４、８１２６、および８１２８は、その形成の連続的順番で番号が付されており、共通基盤から上方に逐次的に蒸着されたことを示す。これらの層のうちの隣接するものは、例えば、１．３〜１．８の範囲の屈折率を提供されてもよい。層状光学素子８１１０は、図３の「レイヤケーキ」設計と異なり、その連続的層内の２７１は、逐次的に小さくなる直径ではなく、交互直径で形成される。層状光学素子のヤード領域の異なる設計は、光学素子サイズおよび成形可能材料特性等の処理パラメータでの調整に有用である場合がある。対照的に、図２７４に示されるように、連続的に番号が付された層８１３０、８１３２、８１３４、８１３６、８１３８、８１４０、および８１４２は、図２７２Ａ〜Ｅの方法に従って、層８１３０が最初に形成されたことを示す。この構成は、検出器の画像領域直近の光学素子の直径が検出器から離れたものよりも小さい場合に好ましい。加えて、図２７４に示される構成は、図２７２Ａ〜２７２Ｅの方法に従って形成される場合、開口８０８８等の開口のパターン化のための便宜的方法を提供し得る。上述の例示的構成は、層状光学素子の層の形成の特定の順番に関連付けられるが、これらの形成の順番は、順序逆転、再番号付与、置換、および／または省略等によって、修正されてもよいことを理解されたい。

【0490】

図２７５は、波面符号化アプリケーションで使用され得る位相修正素子を形成するための複数の特徴８１４６および８１４８を含む、部分的立面図における、加工マスタ８１４４の一部を示す。図示されるように、各特徴の表面は、８倍の対称「８角形」素子８１５０および８１５２を有する。図２７６は、図２７５の線２７６−２７６’に沿った加工マスタ８１４４の横断面図であって、表面８１５４を形成するヤードによって外接されたファセット表面８１５２を含む、位相修正素子８１４８のさらなる詳細を示す。

【0491】

図２７７Ａ〜Ｃは、１つまたは２つの側面の共通基盤上に層状光学素子を形成するステップに関連する、一連の横断面図を示す。そのような層状光学素子は、それぞれ、片面または両面ＷＡＬＯアセンブリと称される場合がある。図２７７Ａは、図２７１Ａに示される共通基盤８０６２に対する同様の方法で処理された共通基盤８１５６を示す。小型レンズを含む検出器のアレイを有するシリコンウエハであってもよい共通基盤８１５６は、上述の運動学的整合特徴を含む真空チャック８１５８上に搭載される。加工マスタ８１６４の運動学的整合特徴８１６０は、真空チャック８１５８の対応する特徴と係合し、加工マスタ８１６４との精密な整合内に共通基盤８１５６を位置付ける。複製層状光学素子間の領域は、硬化ポリマー、あるいは平坦化、光遮断、ＥＭＩ遮蔽、または他の用途のために使用される他の材料で充填されてもよい。故に、第１の蒸着は、共通基盤８１５６の片面８１７４上に光学素子８１６６の層を形成する。図２７７Ｂは、真空チャック８１５８が係脱された共通基盤８１５６を示し、ここで、共通基盤８１５６もまた、加工マスタ８１６４内に保持される。図２７７Ｃでは、第２の蒸着は、加工マスタ８１６８を使用して、共通基盤８１５６の第２の側面８１７２上に光学素子８１７０の層を形成する。この第２の蒸着は、運動学的整合特徴８１７６の使用によって促進される。また、運動学的整合特徴８１７６は、層８１６６と８１７０との表面間の距離を画定し、したがって、共通基盤８１５６の厚さ変動または厚さ公差は、運動学的整合特徴８１７６によって補償されてもよい。図２７７Ｄは、加工マスタ８１６４が係脱された共通基盤８１５６上に得られた構造８１７８を示す。光学素子８１６６の層は、光学素子８１８０、８１８２、および８１９０を含む。付加的層が、光学素子８１６６および／または８１７０の一方または両方の上部に形成されてもよい。アセンブリは、真空チャック８１５８または加工マスタ８１６４の一方に搭載されたままであるため、共通基盤８１５６の整合は、運動学的整合特徴８１７６に対し維持されてもよい。

【0492】

図２７８は、複数の円柱形貫通孔８１９４、８１９６、および８１９８を含む、スペーサの事前形成アレイ８１９２を示す。スペーサ８１９２のアレイは、ガラス、プラスチック、または他の好適な材料で形成されてもよく、厚さ約１００ミクロン〜１ｍｍ以上を有してもよい。図２７９Ａに示されるように、スペーサ８１９２のアレイは、共通基盤８１５６に付着するために、光学系８１７８のアレイ（図２７７Ｄ参照）上に整合および配置されてもよい。図２７９Ｂは、スペーサ８１９２のアレイの上部に付着された第２の共通基盤８１５６’を示す。光学素子のアレイは、加工マスタ８２００を使用して、共通基盤８１５６’上に前もって形成され、その上に保持されてもよい。次いで、加工マスタ８２００は、運動学的整合特徴８２０２の使用によって、加工マスタ８１６８と正確に整合されてもよい。

【0493】

図２８０は、スペーサ８１９２と接続された共通基盤８１５６および８１５６’を含む、層状光学素子の得られたアレイ撮像システム８２０４を示す。層状光学素子８２０６、８２０８、および８２１０はそれぞれ、光学素子および空隙から形成される。例えば、層状光学素子８２０６は、空隙８２１２を提供するように構成および配列される光学素子８１６６、８１６６’、８１７０、８１７０’から形成される。空隙を使用して、その個々の撮像システムの光強度を改良してもよい。

【0494】

図２８１から２８３は、スペーサ素子の使用によって、光学系の集合体から形成され、１つ以上の光学系の移動のための余地を提供し得る、ウエハスケールズーム撮像システムの横断面を示す。撮像システムの各セットの光学系は、共通基盤の片面または両面上に１つ以上の光学素子を有してもよい。

【0495】

図２８１Ａ〜２８１Ｂは、２つの可動両面ＷＡＬＯアセンブリ８２１６および８２１８を有する、撮像システム８２１４を示す。ＷＡＬＯアセンブリ８２１６および８２１８は、ズーム構成の中心および第１の可動群として利用される。中心および第１の群の移動は、運動が、定数であるΔ（ｘｌ）／Δ（ｘ２）に比例するように、比例スプリング８２２０および８２２２の利用によって支配される。ズーム移動は、ＷＡＬＯアセンブリ８２１８上の力Ｆの作用によって生じる距離Ｘ１、Ｘ２を調節する相対移動によって達成される。

【0496】

図２８２および２８３は、両面ＷＡＬＯアセンブリから形成される中心群を利用する、ウエハスケールズーム撮像システムの横断面図を示す。図２８２Ａ〜２８２Ｂでは、ＷＡＬＯアセンブリ８２２６は、ソレノイド８２２８からの起電力が、図２８２Ａに示される位置８２３０と、図２８２Ｂに示される位置８２３２との間でＷＡＬＯアセンブリ８２２６を移動可能なように、強磁性材料で含浸される。図２８３Ａ〜２８３Ｂでは、ＷＡＬＯアセンブリ８２３６は、必要に応じて、流入８２４６および８２４８と流出８２５０および８２５２とを可能にし、水圧または空気圧の作用によって、中心群８２３６を再位置付けする、個々のオリフィス８２４２および８２４４と結合されるリザーバ８２３８および８２４０を分離する。

【0497】

図２８４は、真空チャック８２５６と、加工マスタ８２５８と、視覚システム８２６０とを含む、整合システム８２５４の立面図を示す。ボールおよび円柱形特徴８２６２は、真空チャック８２５６に付設される取り付けブロック８２６４内の円柱形ボア内に搭載されるスプリング偏向式ボールを含む。制御係合の一方法では、加工マスタ８２５８および真空チャック８２５６は、加工マスタ８２５８と真空チャック８２５６との間の係合前に、θ方向に互いに対し配置されるため、ボールおよび円柱形特徴８２６２は、加工マスタに付設された当接ブロック８２６６と接触する。この係合は、視覚システム８２６０が、加工マスタ８２５８上の指標マーク８２６８と真空チャック上の指標マーク８２７０との間の相対位置整合を判断すると、電子的に感知されてもよい。また、これらの指標マーク８２６８および８２７０は、バーニヤまたは基準であってもよい。視覚システム８２６０は、ロボット位置制御を提供するための信号を解釈する、コンピュータ処理システム（図示せず）に送信される信号を生成する。解釈結果は、疑似運動学的整合をＺおよびθ方向に駆動する（本明細書に記載されるように、半径方向Ｒ整合は、真空チャック８２５６および加工マスタ８２５８上に形成される環状疑似運動学的整合特徴によって制御されてもよい）。上述の実施例では、受動的機械的整合特徴および視覚システムは、加工マスタおよび真空チャックを位置付けるために、協働可能に使用される。別様に、受動的機械的整合特徴および視覚システムは、位置付けのために個々に使用されてもよい。図２８５は、加工マスタ８２５８と真空チャック８２５６との間に形成される層状光学素子のアレイ８２７４を有する共通基盤８２７２を示す、横断面図である。

【0498】

図２８６は、図２８４における整合システムの上面図を示し、透明または半透明システム構成要素の使用を図示する。非透明または非半透明加工マスタの場合に、通常隠れる特定の特徴は、破線として示される。円形破線は、指標マーク８２７８および層状光学素子８２７４との外周を含む、共通基盤８２７２の特徴を示す。加工マスタ８２５８は、少なくとも１つの円形特徴８２７６を有し、整合のために使用され得る指標マーク８２６８を呈する。真空チャック８２５６は、指標マーク８２７０を呈する。共通基盤８２７２が真空チャック８２５６内に配置されるため、指標マーク８２７８は、指標マーク８２７０と整合される。視覚システム８２６０は、ナノメートルスケールの精密度で指標マーク８２６８および８２７０の整合を感知し、θ回転によって整合を駆動する。共通基盤８２７２の表面の垂線に対し垂直な平面に配向されるように図２８６では示されるが、視覚システム８２６０は、任意の必要な整合または指標マークを観察可能な他の方法で配向されてもよい。

【0499】

図２８７は、その上に搭載された共通基盤８２９２を有する真空チャック８２９０の立面図を示す。共通基盤８２９２は、層状光学素子のアレイ８２９４、８２９６、および８２９８を含む（説明の明確性を促進するために、層状光学素子のすべてが、付票されているわけではない）。層状光学素子８２９４、８２９６、および８２９８は、３層を有するように示されるが、実際の共通基盤は、より多くの層を有する層状光学素子を保持してもよいことを理解されたい。ＶＧＡ解像度ＣＭＯＳ検出器に好適な約２，０００の層状光学素子は、直径８インチの共通基盤上に形成されてもよい。真空チャック８２９０は、運動学的取り付け具の一部を形成する円錐台形特徴８３００、８３０２、および８３０４を有する。図２８８は、それぞれ、真空チャック８２９０および加工マスタ８３１３上に配置される円錐台形特徴８３０４と８３１０との間の整合を提供する、ボール８３０６および８３０８を有する真空チャック８２９０内に搭載される共通基盤８２９２の横断面図である。

【0500】

図２８９は、図２８６に示されるシステム８２５４と関連して使用するために、透明、半透明、または熱伝導性領域を含み得る、加工マスタの構造の２つの代替方法を示す。図２８９は、その表面運動学的特徴８３２６上に画定される異なる包囲特徴８３２４に付設される透明、半透明、または熱伝導性材料８３２２を含む、加工マスタ８３２０の横断面図である。材料８３２２は、アレイ光学素子を形成するための特徴８３３４を含む。材料８３２２は、ガラス、プラスチック、あるいは他の透明または半透明材料であってもよい。別様に、材料８３２２は、高熱伝導性金属であってもよい。包囲特徴８３２６は、真鍮等の金属またはセラミックから形成されてもよい。図２９０は、３部構造から形成される加工マスタ８３２８の横断面図である。包囲特徴８３２６は、図２８９と同様のままであってもよい。円柱形挿入物８３３０は、アレイ光学素子を形成するための特徴８３３４を組み込む、ＰＤＭＳ等の低弾性材料８３３２を支持するガラスであってもよい。

【0501】

材料８３３２は、機械加工、成形、または鋳造されてもよい。一実施例では、パターン化材料８３３２は、ダイヤモンド機械加工マスタを使用して、ポリマーに成形される。図２９１Ａは、ダイヤモンド機械加工マスタ８３３６と、３部構成マスタ８３３８の第３の部分８３３２を挿入および成形前の３部構成マスタ８３３８との横断面を示す。包囲特徴８３４０は、円柱形挿入物８３４２を囲繞する。成形可能材料８３４３は、体積８３４６に追加され、ダイヤモンド機械加工マスタ８３３６は、図２９１Ｂに示されるように、運動学的整合特徴８３４８を利用して、成形可能材料８３４３および３部構成マスタ８３３８と係合される。ダイヤモンドマスタ８３３６の係脱によって、図２９１Ｃに示されるように、ダイヤモンドマスタ８３３６のドータ複製パターン８３５０が残される。

【0502】

図２９２は、上面斜視図における加工マスタ８３６０を示す。加工マスタ８３６０は、光学素子を形成するための特徴の複数の組織的アレイを含む。そのようなアレイ８３６１の１つが、破線アウトラインによって選択される。多くの例において、アレイ撮像システムは、個々の撮像システムにダイシングされ得るが、撮像システムの特定の配列は、一緒に群化され、ダイシングされなくてもよい。故に、加工マスタを適合し、ダイシングされない撮像システムを支持してもよい。

【0503】

図２９３は、図２９２における加工マスタ８３６０の光学素子を形成するための特徴のアレイ８３６１と関連して形成された層状光学素子８３６４、８３６６、および８３６８の３Ｘ３アレイを含む、分離アレイ８３６２を示す。分離アレイ８３６２の各層状光学素子は、個々の検出器に付随してもよく、または別様に、各層状光学素子は、共通検出器の一部に付随してもよい。個々の光学素子間の空間８３７０は、したがって、切断または分断することによって、より大きな層状光学素子のアレイ（図示せず）から分離された分離アレイ８３６２に力を付与することによって充填されている。アレイは、光学素子８３６４、８３６６、８３６８等の光学素子のうちの任意の１つが、互いに異なってもよく、または同一構造を有してもよい、「スーパーカメラ」構造を形成する。これらの差異は、横断面図２９４に示され、層状光学素子８３６６は、層状光学素子８３６４および８３６８と異なる。層状光学素子８３６４、８３６６、および８３６８は、本明細書に記載される光学素子のいずれかを含んでもよい。そのようなスーパーカメラモジュールは、光学系の機械的移動を伴わずに、複数のズーム構成を有し、それによって、撮像システム設計を簡素化するために有用である場合がある。別様に、スーパーカメラモジュールは、立体撮像および／または測距のために有用である場合がある。

【0504】

本明細書に記載される実施形態は、検出器の検出器ピクセル内に埋設される光学素子の製造のための既存の加工プロセス（例えば、ＣＭＯＳプロセス）と適合する材料および方法を使用することによって、既存の電磁検出システムおよびその加工の方法に優る利点を提供する。つまり、本開示の文脈では、「埋設光学素子」は、所定の方法で検出器ピクセル内に電磁エネルギを再分布するために、検出器ピクセル構造内に一体化され、検出器ピクセル自体の加工に使用され得る材料および使用手順から形成される特徴であると理解される。結果として生じる検出器は、潜在的に、より低いコスト、より高い歩留、およびより優れた性能の利点を有する。特に、光学素子は、ピクセル構造の知識（例えば、金属層の位置および感光領域）を有して設計されるため、性能における改良は可能であり得る。この知識によって、検出器ピクセル設計者は、特に所与の検出器ピクセルに対し、光学素子を最適化することが可能になり、それによって、例えば、異なる色（例えば、赤、緑、および青）を検出するためのピクセルを各特定の色に対しカスタマイズすることができる。加えて、埋設光学素子加工の検出器加工プロセスとの一体化は、より優れたプロセス制御、汚染の減少、プロセスの中断の低減、および加工コストの削減等の付加的利点を提供し得るが、それらに限定されない。

【0505】

図２９５に注意を向けると、図４を参照しても論じられたように、複数の検出器ピクセル１０００１を含む検出器１００００が示される。通例、複数の検出器ピクセル１０００１は、ＣＭＯＳプロセス等の周知の半導体加工プロセスによって、検出器１００００を形成するように同時に生成される。図２９５における検出器ピクセル１０００１のうちの１つの詳細は、図２９６に示される。図２９６から分かるように、検出器ピクセル１０００１は、共通基盤１０００４（例えば、結晶シリコン層）と一体的に形成される感光領域１０００２を含む。プラズマ蒸着酸化物（ＰＥＯＸ）等の半導体製造において使用される従来の材料から形成される支持層１０００６は、その中で複数の金属層１０００８および埋設光学素子を支持する。図２９６に示されるように、検出器ピクセル１０００１内の埋設光学素子は、メタレンズ１００１０と、回折素子１００１２とを含む。本開示の文脈では、メタレンズは、そこを通って伝送される電磁エネルギの伝搬に作用するために構成される構造の集合体であると理解され、その構造は、特定の着目波長よりも少なくとも１次元において小さい。回折素子１００１２は、検出器ピクセル１０００１の上部に蒸着される保護層１００１４と一体的に形成されるように示される。保護層１００１４と、その結果、回折素子１００１２とは、例えば、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）またはプラズマ蒸着窒化シリコン（ＰＥＳｉＮ）等、半導体製造に一般的に使用される従来の材料から形成されてもよい。他の好適な材料は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、ホスホシリケイトガラス（ＰＳＧ）、ボロホスホシリケイトガラス（ＢＰＳＧ）、フッ素ドープケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）、およびＢＬＡＣＫ ＤＩＡＭＯＮＤ（登録商標）（ＢＤ）を含むが、それらに限定されない。

【0506】

図２９５を継続して参照すると、埋設光学素子は、例えば、感光領域１０００２、支持層１０００６、金属層１０００８、および保護層１００１４を形成するために使用される同一加工プロセス（例えば、フォトリソグラフィ）を使用して、検出器ピクセル製造の際に形成される。また、埋設光学素子は、炭化ケイ素等の別の材料を支持層１０００６内に成形することによって、検出器ピクセル１０００１内に一体化されてもよい。例えば、埋設光学素子は、検出器ピクセル加工プロセスの際にリソグラフィによって形成され、それによって、検出器ピクセルが形成された後に、光学素子を追加するために必要とされる付加的加工プロセスを排除してもよい。別様に、埋設光学素子は、層構造のブランケット蒸着によって形成されてもよい。メタレンズ１００１０および回折素子１００１２は、例えば、その上に入射する電磁エネルギの主光線角度補正を実施するように協働してもよい。ＰＥＳｉＮおよびＰＥＯＸの組み合わせは、図３０３を参照して、適切な時点で以下に詳述されるように、例えば、薄膜フィルタの加工において有利である、屈折率の大きな差異を呈するため、本状況では特に魅力的であり得る。

【0507】

図２９７は、図２９５および２９６の検出器ピクセル１０００１とともに使用される、メタレンズ１００１０のさらなる詳細を示す。メタレンズ１００１０は、複数のサブ波長構造１００４０によって形成されてもよい。所与の標的波長λの一実施例として、サブ波長構造１００４０はそれぞれ、１辺がλ／４の長さを有し、λ／２ずつ離間する立方体であってもよい。また、メタレンズ１００１０は、集合的に光結晶を形成する誘電体周期構造を含んでもよい。サブ波長構造１００４０は、例えば、ＰＥＳｉＮ、ＳｉＣ、または２つの材料の組み合わせから形成されてもよい。

【0508】

図２９８〜３０４は、本開示による、埋設光学素子として検出器ピクセル１０００１内への含有に好適な付加的光学素子を示す。図２９８は、台形素子１００４５を示す。図２９９は、屈折素子１００５０を示す。図３００は、ブレーズド回折格子１００５２を示す。図３０１は、共振空洞１００５４を示す。図３０２は、サブ波長チャープ回折格子１００５６を示す。図３０３は、例えば、波長選択フィルタリング用に構成される複数の層１００６０、１００６２、および１００６４を含む、薄膜フィルタ１００５８を示す。図３０４は、電磁エネルギ拘束空洞１００７０を示す。

【0509】

図３０５は、流入電磁エネルギ１０１１２を感光領域１０００２へ誘導するための導波管１０１１０を含む、検出器ピクセル１０１００の一実施形態を示す。導波管１０１１０は、導波管１０１１０を形成する材料の屈折率が、中心線１０１１５から方向ｒに半径方向外側に変化するように構成される。つまり、導波管１０１１０の屈折率ｎは、屈折率ｎ＝ｎ（ｒ）となるように、ｒに依存する。屈折率の変動は、例えば、導波管１０１１０を形成する材料の注入および熱処理によって、または、例えば、不均質光学素子（図１１３〜１１５、１３１、および１４４）の製造のための上述の方法によって生じ得る。導波管１０１１０は、電磁エネルギが電子信号に変換される感光領域１０００２へ電磁エネルギ１０１１２がより効率的に誘導され得るという利点を呈する。さらに、導波管１０１１０によって、感光領域１０００２は、検出器ピクセル１０００１内に深く載置されることが可能になり、例えば、金属層１０００８のより大きな数の使用が可能になる。

【0510】

図３０６は、導波管１０１２２を含む、検出器ピクセル１０１２０の別の実施形態を示す。導波管１０１２２は、光ファイバ内のコアおよびクラッド配列と同様に、流入電磁エネルギ１０１１２を感光領域１０００２へ誘導するように、互いに協働するように構成される低屈折率材料１０１２６によって囲繞される、高屈折率材料１０１２４を含む。空隙空間は、低屈折率材料１０１２６の代わりに使用されてもよい。上述のような本実施形態は、感光領域が、検出器ピクセル１０００１内に深く埋設される場合でも、電磁エネルギ１０１１２が感光領域１０００２へ効率的に誘導されるという利点を呈する。

【0511】

図３０７は、ここでは、それぞれ、リレー構成を形成するように協働する第１および第２のセットのメタレンズ１０１５２および１０１５４を含む、検出器ピクセル１０１５０のさらに別の実施形態を示す。メタレンズは、波長依存性挙動を強く呈し得るため、第１および第２のセットのメタレンズ１０１５２および１０１５４の組み合わせは、効果的波長依存性フィルタリングのために構成されてもよい。メタレンズ１０１５２および１０１５４は、個々の素子のアレイとして示されるが、これらの素子は、単一統一素子から形成されてもよい。例えば、図３０８は、図３０７において破線両方向矢印として示される空間ｓ軸に沿った、感光領域１０００２における波長０．５μｍの電場振幅の横断面を示す。図３０８で証明されるように、電場振幅は、この波長では、感光領域１０００２の中心に集中する。対照的に、図３０９は、ｓ軸に沿った、感光領域１０００２における波長０．２５μｍの電場振幅の横断面を示す。ここでは、第１および第２のセットのメタレンズ１０１５２および１０１５４の波長依存性によって、このリレー構成を通して伝達される電磁エネルギの電場振幅は、感光領域１０００２中心の周囲で空値を呈する。故に、リレー内でメタレンズを形成するサブ波長構造のサイズおよび間隔を調整することによって、リレーは、カラーフィルタリングを実施するように構成されてもよい。さらに、複数光学素子は、リレーされてもよく、その結合された効果を使用して、フィルタリング操作を改良またはその機能性を向上してもよい。例えば、複数の通過帯域を有するフィルタは、補完フィルタリング通過帯域を有するリレー光学素子を結合することによって構成されてもよい。

【0512】

図３１０は、本開示による、埋設光学素子（例えば、図２９５および２９６の回折素子１００１２）として使用するための二重スラブ近似構成１０２００を示す。二重スラブ構成は、それぞれ、第１および第２のスラブ１０２２０および１０２３０の組み合わせを使用することによって、高さｈと、それぞれ、上下幅ｂ_１およびｂ_２とを有する台形光学素子１０２１０に近似する。二重スラブ形状を最適化するために、スラブ高は、出力結合を最適化するために変化してもよい。それぞれ、幅Ｗ_１＝（３ｂ_１＋ｂ_２）／４およびＷ_２＝（３ｂ_２＋ｂ_１）／４と、高さｈ_１＝ｈ_２＝ｈ／２を有する二重スラブ構成は、出力結合の観点から数値的に評価される。

【0513】

図３１１は、５２５ｎｍ〜５７５ｎｍの波長に対する高さｈおよび上幅ｂ_２の関数として、台形光学素子の出力結合の解析的結果を示す。全光学素子は、底幅２．２μｍを有する。上幅ｂ_２＝１６００ｎｍを有する台形光学素子は、上幅１４００ｎｍおよび１７００ｎｍを有する台形光学素子よりも、感光領域（素子１０００２）により多く電磁エネルギを送達することが、図３１１から分かるであろう。このデータは、これらの２つの値の間の上幅を有する台形光学素子が、結合効率の極大値を提供し得ることを示す。

【0514】

さらにマルチスラブ構成をとり、例えば、従来の小型レンズを二重スラブと置換することが可能である。複数の検出器ピクセルのそれぞれが、ピクセル感度によって特徴付けられるため、マルチスラブ構成は、所与の検出器ピクセルの動作波長において感度を向上させるために、さらに最適化されてもよい。一定範囲の波長の小型レンズと二重スラブ構成との出力結合効率の比較は、図３１２に示される。種々の色に対する二重スラブ形状は、表５１に要約される。各波長帯域に対する最適台形光学素子を使用して、上述のＷ_１およびＷ_２の式に従って、スラブ幅を判断してもよい。二重スラブ光学素子は、出力結合を最大化するために、高さを変更することによって、さらに最適化されてもよい。例えば、緑色波長に対し計算されたＷ_１およびＷ_２は、図３１１に示されるような形状に対応してもよいが、高さは、必ずしも理想的ではない場合がある。

【0515】

【表51】

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図３１３は、シフトされた埋込光学素子およびリレーメタレンズを使用する、主光線角度補正の実施例を示す。システム１０３００は、検出器ピクセル１０３０２（ボックス境界線によって示される）と、金属層１０３０８と、それぞれ、検出器ピクセル１０３０２の中心線１０３１４に対しオフセットされる第１および第２の埋設光学素子１０３１０および１０３１２とを含む。図３１３内の第１の埋設光学素子１０３１０は、図２９６の回折素子１００１２または図２９８に示されるような回折素子１００４５のオフセット変動である。第２の埋設光学素子１０３１２は、メタレンズとして示される。矢印１０３１７によって示される方向に進行する電磁エネルギ１０３１５は、メタレンズから生じると、方向１０３１７’に進行する電磁エネルギ１０３１５’が、今度は、検出器ピクセル１０３０２の裏面表面１０３２０（感光領域が配置され得る）上に垂直に入射するように、第１の埋設光学素子１０３１０と、その結果、金属層１０３０８と、第２の埋設光学素子１０３１２とに遭遇する。このように、第１および第２の埋設光学素子の組み合わせは、その結果、埋設光学素子を伴わない類似ピクセルの感度よりも、検出器ピクセルの感度を向上させる。

【0516】

検出器システムの実施形態は、図３１４に示されるように、異なる着色ピクセルに特有の波長選択フィルタリングのために構成される、付加的薄膜層を含んでもよい。これらの付加的層は、例えば、ウエハ全体へのブランケット蒸着によって形成されてもよい。リソグラフィマスクを使用して、上層（すなわち、カスタマイズされた波長選択層）を画定してもよく、メタレンズ等の付加的波長選択構造は、付加的に、埋設光学素子として含められてもよい。

【0517】

図３１５は、異なる波長範囲に対し最適化された、波長選択薄膜フィルタ層の数値モデル化結果を示す。図３１５のプロット１０３５５に示される結果は、色に応じて、３つまたは４波長選択層によって覆われる７つの共通層（部分的反射鏡を構成する）を仮定する。プロット１０３５５は、検出器ピクセルの上部に形成される層状構造の効果のみを含む。つまり、埋設されたメタレンズの効果は、計算に含まれない。実線１０３６０は、赤色波長範囲において伝達するために構成される層状構造に対する波長の関数としての透過率を表す。破線１０３６５は、緑色波長範囲において伝達するために構成される層状構造に対する波長の関数としての透過率を表す。最後に、点線１０３７０は、青色波長範囲において伝達するために構成される層状構造に対する波長の関数としての透過率を表す。

【0518】

ここに表される実施形態は、個々にまたは組み合わせて使用されてもよい。例えば、埋込小型レンズを使用して、向上したピクセル感度の効果を享受する一方、依然として、従来のカラーフィルタを使用してもよく、または従来の小型レンズによって重層されるＩＲカットフィルタリングのための薄膜フィルタを使用してもよい。しかしながら、従来のカラーフィルタおよび小型レンズが、埋設光学素子によって置換される場合、潜在的に、検出器加工の全ステップを単一加工設備に一体化する付加的利点が実現され、それによって、検出器の処理および可能性のある粒子汚染を低減し、その結果、潜在的に、加工歩留が増加する。

【0519】

また、本開示の実施形態は、外部光学素子がないことによって、検出器の最終パッケージングが簡素化されるという利点を呈する。これに関して、図３１６は、複数の検出器１０３８０を含む、例示的ウエハ１０３７５を示し、また、ウエハが複数の検出器１０３８０を個々の装置に分離するために切削され得る複数の分離レーン１０３８５を示す。つまり、複数の検出器１０３８０はそれぞれ、検出器が、分離レーンに沿って容易に分離され、付加的パッケージングを必要とせずに、完全な検出器を産出し得るように、既に、小型レンズおよび波長選択フィルタ等の埋設光学素子を含む。図３１７は、複数の接合パッド１０３９０が見られ得る、裏面からの検出器１０３８０のうちの１つを示す。言い換えると、接合パッド１０３９０は、電気的接続を提供するための付加的パッケージングステップが必要とされないように、各検出器１０３８０の裏面に調製され、それによって、潜在的に、生産コストを削減してもよい。図３１８は、検出器１０３８０の一部１０４００の概略図を示す。図３１８に示される実施形態では、部分１０４００は、複数の検出器ピクセル１０４０５を含み、それぞれ、少なくとも１つの埋設光学素子１０４１０と、薄膜フィルタ１０４１５（検出器ピクセル１０４０５の加工と適合する材料から形成される）とを含む。各検出器ピクセル１０４０５は、保護層１０４２０で覆われ、次いで、検出器全体が、平坦化層１０４２５およびカバープレート１０４３０でコーティングされる。本実施形態の一実施例では、保護層１０４２０は、ＰＥＳｉＮから形成されてもよい。保護層１０４２０、平坦化層１０４２５、およびカバープレート１０４３０の組み合わせは、例えば、さらに検出器を環境の影響から保護し、検出器を分離し、付加的パッケージングステップを伴わずに、直接使用可能なように行われる。平坦化層１０４２５は、例えば、検出器の上表面が、平坦ではない場合のみ必要とされてもよい。加えて、保護層は、カバープレートが使用される場合、必要とされなくてもよい。

【0520】

図３１９は、メタレンズとして作用する１組の埋設光学素子を含む、検出器ピクセル１０４５０の横断面図を示す。感光領域１０４５５は、半導体共通基盤１０４６０内または上に加工される。半導体共通基盤１０４６０は、例えば、結晶シリコン、ガリウムヒ素、ゲルマニウム、または有機半導体から形成されてもよい。複数の金属層１０４６５は、感光領域１０４５５と読み出し回路（図示せず）との間等、検出器ピクセルの素子間の電気接触を提供する。検出器ピクセル１０４５０は、外側、中間、および内側素子１０４７２、１０４７６、および１０４７８を含む、メタレンズ１０４７０を含む。図３１９に示される実施例では、外側、中間、および内側素子１０４７２、１０４７６、および１０４７８は、対称的に配列される。特に、外側、中間、および内側素子１０４７２、１０４７６、および１０４７８はすべて、同一高さを有し、メタレンズ１０４７０内に同一材料から形成される。外側、中間、および内側素子１０４７２、１０４７６、および１０４７８は、ＰＥＳｉＮ等のＣＭＯＳ処理適合性材料から作製されてもよい。外側、中間、および内側素子１０４７２、１０４７６、および１０４７８は、例えば、単一マスクステップを使用して、その後、エッチング、次いで、所望の材料の蒸着によって画定されてもよい。加えて、化学機械的研磨が、蒸着後に適用されてもよい。メタレンズ１０４７０は、特定の位置に示されるが、メタレンズは、類似性能を達成するために修正され、例えば、図２９６内のメタレンズ１００１０と同様に配置されてもよい。メタレンズ１０４７０の全素子１０４７２、１０４７６、および１０４７８は、同一高さであるため、すべて、層群１０４８０の界面に同時に当接する。したがって、層群１０４８０は、平坦化ステップ等の追加処理ステップを伴わずに、さらなる処理の際に、直接追加されてもよい。層群１０４８０は、外部構成要素の金属化、不動態化、フィルタリング、または搭載を提供する部分または層を含んでもよい。メタレンズ１０４７０の対称は、偏光にかかわらず、電磁エネルギの方位角的均一方向を提供する。図３１９に照らして、方位角は、検出器ピクセル１０４５０の感光領域１０４５５に垂直な軸のまわりの角度配向として定義される。電磁エネルギは、概して、矢印１０４９０によって示される方向に、検出器ピクセル上に入射する。加えて、メタレンズ１０４７０によって誘導される、電磁力密度１０４７５のシミュレーション結果（破線楕円によって示される陰影領域）が示される。図３１９から分かるように、電磁力密度１０４７５は、金属層１０４６５から感光領域１０４５５の中心へメタレンズ１０４７０によって誘導される。

【0521】

図３２０は、図３１９Ｅに示されるように、検出器ピクセル１０４５０として使用するための一実施形態１０５００の上面図を示す。実施形態１０５００は、それぞれ、実施形態１０５００の中心のまわりに対称的に組織化される外側、中間、および内側素子１０５０５、１０５１０、および１０５１５を含む。外側、中間、および内側素子１０５０５、１０５１０、および１０５１５は、それぞれ、図３１９の素子１０４７２、１０４７６、および１０４７８に対応する。図３２０に示される実施例では、外側、中間、および内側素子１０５０５、１０５１０、および１０５１５は、ＰＥＳｉＮから作製され、共通高さ３６０ｎｍを有する。内側素子１０５１５は、幅４９０ｎｍであって、中間素子１０５１０は、内側素子１０５１５の各エッジに近接して、かつそれと同一平面に、対称的に配置される。中間素子１０５１０の直線セグメントは、幅２２０ｎｍである。外側素子１０５０５の直線セグメントは、幅１５０ｎｍである。

【0522】

図３２１は、図３１９からの検出器ピクセル１０４５０の別の実施形態１０５２０の上面図を示す。図３２０の素子１０５０５、１０５１０、および１０５１５と対照的に、素子１０５２５、１０５３０、および１０５３５は、アレイ構造である。しかしながら、図３２０および３２１に示される構成は、そこを通って伝達される電磁エネルギ上のその効果と略同等であることを留意されたい。これらの素子の特徴サイズは、着目電磁エネルギの波長の割には小さいため、回折効果（素子の最小特徴サイズが着目波長の半分よりも小さい場合、生じ得る）は、ごくわずかである。図３２０および３２１内の素子の相対サイズおよび位置は、例えば、逆放物線の数学的関係によって定義されてもよい。例えば、素子１０５２５の寸法は、素子１０５３５の中心から素子１０５２５の中心までの距離の二乗に反比例してもよい。

【0523】

図３２２は、メタレンズとして作用する多層状セットの埋設光学素子を含む、検出器ピクセル１０５４０の横断面１０５４０を示す。メタレンズ１０５４５は、２つの列の素子を含む。第１の列は、素子１０５５５および１０５５３を含む。第２の列は、素子１０５５０、１０５６０、および１０５６５を含む。図３２２に示される実施例では、これらの列の素子はそれぞれ、メタレンズ１０４７０として図３１９に示される同等構造の半分の厚さである。２層のメタレンズ１０５４５は、メタレンズ１０４７０と同等の電磁エネルギ誘導性能を呈する。メタレンズ１０４７０は、構築がより単純であり得るため、メタレンズ１０４７０は、多くの状況においてよりコスト効果的であり得る。しかしながら、そのより高い複雑性を有するメタレンズ１０５４５は、特定の用途に適合するためのより多くのパラメータを有し、したがって、特定のアプリケーションでの使用のための自由度をより提供する。メタレンズ１０５４５は、例えば、特定の波長依存性挙動、主光線角度補正、偏光多様性、または他の効果を提供するために適合されてもよい。

【0524】

図３２３は、メタレンズ１０５７５として作用する非対称セットの埋設光学素子１０５８０、１０５８５、１０５９０、１０５９５、および１０６００を含む、検出器ピクセル１０５７０の横断面を示す。メタレンズ１０５７５等の非対称セットの素子を使用するメタレンズ設計は、対称設計よりも非常に大きな設計パラメータ空間を有する。検出器ピクセルアレイ内のその位置と関連付けながらメタレンズの特性を変化させることによって、アレイは、主光線角度変動、または検出器ピクセルアレイとともに使用され得る撮像システムの他の空間的（例えば、アレイ全体の）可変側面に対して補正されてもよい。メタレンズ１０５７５の各素子１０５８０、１０５８５、１０５９０、１０５９５、および１０６００は、その空間、形状、材料、および光屈折率パラメータの規定によって記載されてもよい。

【0525】

【表52】

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図３２４および３２５は、１組の埋設光学素子１０６０５の上面図および横断面図を示す。１組の軸（線１０６１０および１０６１５によって示される）は、埋設光学素子１０６０５上に重畳される。それぞれ、左、中央、および右の素子１０６２５、１０６３０、および１０６３５の規定は、表５２（位置、長さ、幅、および高さは、正規化単位で示される）に示されるように、基点１０６２０に対し画定されてもよい。本実施例は、直交デカルト軸系を使用するが、円柱または球面等の他の軸系を使用してもよい。軸１０６１０および１０６１５は、中心素子１０６３０の中心に位置する基点１０６２０で交差するように示されるが、基点は、埋設光学素子１０６０５のエッジまたはコーナー等の他の相対位置に載置されてもよい。

【0526】

埋設光学素子１０６０５の一部の横断面図１０６４０は、図３２５に示される。矢印１０６４５および１０６５０は、左、中央、および右の素子１０６２５、１０６３０、および１０６３５間の高さの差異を示す。留意されたい、それぞれ、左、中央、および右の素子１０６２５、１０６３０、および１０６３５は、正方形であって、軸に対し整合されるように示されるが、任意の形状（円形、三角形等）をとってもよく、軸に対し任意の角度で配向されてもよい。

【0527】

図３２６〜３３０は、図３２０に類似の埋設光学素子の代替２次元投影を示す。埋設光学素子１０６５５は、円形対称を有する素子１０６６５、１０６７５、１０６８０、および１０６８５を含む。これらの素子は、同軸対称であるように示される。また、領域１０６７０は、メタレンズの境界１０６６０内に画定されてもよい。本実施例では、素子１０６７０、１０６７５、および１０６８５は、ＴＥＯＳから作製されてもよく、素子１０６６５および１０６８０は、ＰＥＳｉＮから作製されてもよい。図３２７では、埋設光学素子１０６９０は、同軸対称セットの正方形素子を使用する埋設光学素子１０６５５と同等のメタレンズ構成を含む。図３２８では、埋設光学素子１０６９５は、特定の種類の電磁エネルギの誘導を実施する、または付随検出器ピクセルの感光領域の不整形境界を一致するように非対称的に修正される、メタレンズの境界１０７００を含む。

【0528】

図３２９は、混合対称を有する一般化メタレンズ構成を含む、埋設光学素子１０７０５を示す。素子１０７１０、１０７１５、１０７２０、および１０７２５はすべて、正方形横断面を有するが、図３２７に示される埋設光学素子１０６９０におけるように、完全に同軸対称ではない。素子１０７１０および１０７２０は、整合され、同軸であるが、素子１０７１５および１０７２５は、少なくとも１つの方向に非対称である。非対称または混合対称メタレンズは、図３１４に示されるような波長選択フィルタリングの使用によって生じ得る、主光線角度変動または角度依存性色変動等の設計パラメータを補正するために、特定の波長、方向、または角度に電磁エネルギを誘導するために有用である。付加的配慮として、図３２７に示されるように、実際の製造プロセスの実用性のため、メタレンズの所望の構成は、鋭角を有する正方形形状であってもよいが、コーナーは、丸くてもよい。丸いコーナーを有するそのような埋設光学素子１０７３０の実施例は、図３３０に示される。この場合、境界１０７３５は、検出器ピクセルの感光領域の境界と正確に一致しなくてもよいが、その上に入射する電磁エネルギ上の全体効果は、埋設光学素子１０６９０と略同等である。

【0529】

図３３１は、効果的主光線角度補正およびフィルタリングのための付加的特徴を有する、図３０７に類似する検出器ピクセル１０７４０の横断面を示す。図３０７に関連して上述の素子に加え、または組み合わせて、検出器ピクセル１０７４０は、主光線角度補正器（ＣＲＡＣ）１０７４５と、フィルタリング層群１０７５０と、フィルタリング層群１０７５５とを含んでもよい。主光線角度補正器１０７４５を使用して、入射電磁エネルギの主光線１０７６０の入射角度配向を補正してもよい。感光領域１０００２の入射表面に対し、その非垂直入射を補正しない場合、主光線１０７６０および付随光線（図示せず）は、感光領域１０００２に入射せず、検出されない。また、主光線１０７６０および付随光線の非垂直入射は、フィルタリング層群１０７５０および１０７５５の波長依存性フィルタリングを変更する。当技術分野において一般的に周知のように、非垂直入射電磁エネルギは、「青方偏移」（すなわち、フィルタの中心動作波長の減少）を生じさせ、フィルタを入射電磁エネルギの偏光状態に対し敏感にし得る。主光線角度補正器１０７４５の追加は、これらの効果を緩和し得る。

【0530】

フィルタ層群１０７５０または１０７５５は、図３４１に示されるように、赤−緑−青（ＲＧＢ）種類のカラーフィルタであってもよく、または図３４２に示されるように、シアン−マゼンタ−黄（ＣＭＹ）フィルタであってもよい。別様に、フィルタ層群１０７５０または１０７５５は、図３４０に示されるように、透過性能を有するＩＲカットフィルタを含んでもよい。また、フィルタ層群１０７５５は、図３３９に関連して後述されるように、反射防止コーティングフィルタを含んでもよい。フィルタ層群１０７５０および１０７５５は、上述の種類のフィルタのうちの１つ以上の効果および特徴を、例えば、ＩＲカットおよびＲＧＢカラーフィルタリング等の多機能フィルタに結合されてもよい。フィルタ層群１０７５０および１０７５５は、検出器ピクセル内の一部または全部の他の電磁エネルギ誘導、フィルタリング、または検出素子に対するそのフィルタリング機能に関して、結合して最適化されてもよい。層群１０７５５は、電子、空孔、および／またはイオンドナー移動から感光領域１０００２を単離する際の補助となる緩衝または停止層を含んでもよい。緩衝層は、層群１０７５５と感光領域１０００２との間の界面１０７７０に配置されてもよい。

【0531】

層群１０７５０等の薄膜波長選択フィルタが、サブ波長ＣＲＡＣ１０７４５によって重畳される場合、ＣＲＡＣは、入射ビームのＣＲＡを修正し、概して、垂直入射により近接させる。この場合、薄膜フィルタ（層群１０７５０）は、各検出器ピクセル（または、薄膜フィルタが色選択フィルタとして使用される場合、同一色の各検出器ピクセル）に対し略同一であってもよく、ＣＲＡＣのみ、空間的に、検出器ピクセルのアレイ全体に変化する。このようにＣＲＡ変動を補正することによって、以下の利点を呈する。１）検出された電磁エネルギは、垂直入射により近接する角度で感光領域１０００２へ進行するため、検出器ピクセル感度が向上し、したがって、ほとんど導電性金属層１０００８によって遮断されない。２）電磁エネルギの入射角が垂直により近接するため、検出器ピクセルは、電磁エネルギの偏光状態に対する感度が低くなる。

【0532】

別様に、フィルタリング層群１０７５０および１０７５５の波長依存性フィルタリングにおけるＣＲＡ変動は、各検出器ピクセルに対するカラーフィルタ応答に基づいて、色補正を空間的に変化させることによって緩和されてもよい。Ｌｉｍらは、ＨＰ ＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓのＩｍａｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙによる「Ｓｐａｔｉａｌｌｙ Ｖａｒｙｉｎｇ Ｃｏｌｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｍａｔｒｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｎｏｉｓｅ」において、種々の要因に基づいて、色補正を可能にするための補正マトリックスを空間的に変化させるアプリケーションについて詳述している。ＣＲＡを空間的に変化させることによって、色混合を空間的に変化させることにつながる。この色混合を空間的に変化させることは、任意の１つの検出器ピクセルに対し静的であり得るため、その検出器ピクセルに対し設計された静的色補正マトリクスは、空間的に協調した信号処理を使用して適用されてもよい。

【0533】

図３３２〜３３５は、ＣＲＡＣとして使用され得る複数の異なる光学素子を示す。図３３２の光学素子１０３１０は、図３１３からのオフセットまたは非対称回折種類の光学素子である。図３３３の光学素子１０７７５は、その空間的に可変ピッチのため、入射角度依存性主光線角度補正を提供し得る、サブ波長チャープ回折格子構造である。光学素子１０７８０は、光学素子１０３１０および１０７７５の一部の特徴を、着目波長および角度に対する回折および屈折効果の組み合わせを提供し得る複合素子に結合する。ＣＲＡ補正器１０７８０は、プリズムを有するサブ波長光学素子の組み合わせとして記載され得る。プリズムは、サブ波長柱の空間的可変高から生じ、Ｓｎｅｌｌの法則に従って、流入電磁エネルギの伝搬方向を修正する傾斜実効屈折率を呈することによって、ＣＲＡ補正を実施する。同様に、サブ波長光学素子は、流入電磁エネルギにピクセルの感光領域へ焦点させる、有効屈折率プロファイルによって形成される。図３３５では、層または複数の層の光屈折率を修正するように構築され得る、埋設光学素子１０７８５が示される。埋設光学素子１０７８５は、フィルタ１０７５０の代わりに、またはそれと組み合わせて、図３３１に示される検出器ピクセル内に設計されてもよい。埋設光学素子１０７８５は、複合構造内に一体化され、修正された光屈折率を生成し得る、２つの種類の材料１０７９０および１０７９５を含む。材料１０７９５は、二酸化シリコン等の材料であってもよく、材料１０７９０は、窒化シリコン等の高光屈折率材料またはＢＬＡＣＫ ＤＩＡＭＯＮＤ（登録商標）等の低屈折率材料、あるいは物理的空隙または孔隙であってもよい。材料層１０７９５は、ブランケット層として蒸着され、次いで、マスクおよびエッチングされ、その後、材料１０７９０で充填される１組のサブ特徴を生成してもよい。Ｂｒｕｇｇｅｍａｎの有効媒質近似は、２つの異なる材料が混合される場合、得られた誘電関数ε_ｅｆｆが、以下によって定義されることを示す。

【0534】

【数12】

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ここで、ε_１は、第１の材料の誘電関数であって、ε_２は、第２の材料の誘電関数である。新しい実効屈折率は、正の平方根ε_ｅｆｆによって求められる。変数ｆは、誘電関数ε_２によって特徴付けられる第２の材料である混合材料の端数部分である。材料の混合比は、比率（１−ｆ）／ｆによって求められる。サブ波長混合複合材料層または構造の使用は、リソグラフィ技術を使用して、所与の層または構造における実効屈折率を空間的に変化させることが可能であって、混合比は、サブ特徴のピッチによって判断される。空間的可変実効屈折率を判断するためのリソグラフィ技術の使用は、単一リソグラフィマスクでさえ、以下を可能にする空間的可変平面における十分な自由度を提供するため、非常に強力である。１）検出器ピクセルから検出器ピクセルへの波長選択性（カラーフィルタ応答）を変化させる。２）中心検出器ピクセル（例えば、ＣＲＡ＝０°）からエッジ検出器ピクセル（例えば、ＣＲＡ＝２５°）に主光線角度変動を空間的に補正する。さらに、実効屈折率のこの空間変動は、層毎に単一のリソグラフィマスクのみで行われ得る。単一層の修正に関して本明細書で論じられたが、複数の層が、一連の層を通してエッチング後、複数の蒸着によって、同時に修正されてもよい。

【0535】

次に図３３６を参照すると、主光線角度補正のために使用され得る非対称特徴を含む、２つの検出器ピクセル１０８３５および１０８３５’の横断面１０８００が示される。検出器ピクセル１０８３５上に入射する主光線１０８２０（その方向は、矢印および角度１０８２５の配向によって表される）は、個々にまたはメタレンズ１０８１０と協働して、主光線角度補正器１０８０５の作用によって、垂直または略垂直入射に補正されてもよい。主光線角度補正器１０８０５は、検出器ピクセル１０８３５の感光領域１０００２の中心垂直軸１０８３０に対し、非対称的に位置付け（オフセット）られてもよい。検出器ピクセル１０８３５’に付随する第２の主光線角度補正器１０８０５’を使用して、主光線１０８２０’の方向を補正してもよい（その方向は、矢印および角度１０８２５’の配向によって表される）。主光線角度補正器１０８０５’は、検出器ピクセル１０８３５’の感光領域１０００２’の中心垂直軸１０８３０’に対し、非対称的に位置付け（オフセット）られてもよい。

【0536】

軸１０８３０（１０８３０’）に対する主光線角度補正器１０８０５（１０８０５’）、メタレンズ１０８１０（１０８１０’）、および金属トレース１０８１５（１０８１５’）の相対位置は、独立して、検出器ピクセルのアレイセット内で空間的に変化してもよい。例えば、アレイ内の各検出器ピクセルに対し、これらの相対位置は、検出器ピクセルアレイの中心に関して、回転対称および半径方向可変値を有してもよい。

【0537】

図３３７は、検出器ピクセルのコーティングされていないものと、反射防止（ＡＲ）コーティングされたシリコン感光領域との反射率を比較したプロット１０８４０を示す。プロット１０８４０は、横座標にナノメートルで波長と、縦座標にパーセントで反射率とを有する。実線１０８４５は、電磁エネルギが、プラズマ蒸着酸化物（ＰＥＯＸ）からの感光領域に入射する場合のコーティングされていないシリコン感光領域の反射率を表す。破線１０８５０は、図３３１の層群１０７５５によって示されるように、反射防止コーティング層群の追加によって向上したシリコン感光領域の反射率を表す。線１０８５０によって表されるフィルタの設計情報は、表５３に詳述される。感光領域からの低反射率は、より多くの電磁エネルギをその感光領域によって検出可能とさせ、それによって、その感光領域に付随する検出器ピクセルの感度を向上させる。

【0538】

表５３は、本開示による、ＡＲコーティングの層設計情報を示す。表５３は、層番号と、層材料と、材料屈折率と、材料吸光係数と、層全波光学膜厚（ＦＷＯＴ）と、層物理膜厚とを含む。これらの値は、設計波長範囲４００〜９００ｎｍに対するものである。表５３は、６層において使用される特定の材料を記載するが、それよりも多いまたは少ない数の層が使用されてもよく、材料は代用されてもよく、例えば、ＢＬＡＣＫ ＤＩＡＭＯＮＤ（登録商標）をＰＥＯＸの代用としてもよく、故に、厚さは変更される。

【0539】

【表53】

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図３３８は、本開示によって設計される、ＩＲカットフィルタの透過特性のプロットを示す。プロット１０８５５は、横座標にナノメートルで波長と、縦座標にパーセントで透過率とを有する。実線１０８６０は、表５３に示されるフィルタ設計情報の数値シミュレーションの結果を示す。線１０８６０は、高透過率４００〜７００ｎｍおよび低透過率７００〜１１００ｎｍの所望の結果を示す。ＩＲカット設計は、長波長におけるシリコンベース光検出器の低反応のため、１１００ｎｍを下回る波長に制限され得る。白色（グレースケール）検出器ピクセルは、ＲＧＢまたはＣＭＹカラーフィルタを伴わずに、ＩＲカットフィルタのみを使用して生成されてもよい。グレースケール検出器ピクセルは、ＲＧＢまたはＣＭＹカラーフィルタ検出器ピクセルと結合し、赤−緑−青−白色（ＲＧＢＷ）またはシアン−マゼンタ−黄−白色（ＣＭＹＷ）系を生成してもよい。

【0540】

表５４は、本開示による、ＩＲカットフィルタの層設計情報を示す。表５４は、層番号と、層材料と、材料屈折率と、材料吸光係数と、層全波光学膜厚（ＦＷＯＴ）と、層物理膜厚とを含む。ＩＲカットフィルタは、層群１０７５０として図３３１に示されるような検出器ピクセルに組み込まれてもよい。

【0541】

【表54】

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図３３９は、本開示によって設計される、赤−緑−青（ＲＧＢ）カラーフィルタの透過特性のプロット１０８６５を示す。プロット１０８６５では、実線は、垂直入射（すなわち、０°入射角度）におけるフィルタ性能を表し、点線は、入射角度２５°におけるフィルタ性能（平均偏光と仮定）を表す。線１０８９０および１０８９５は、青色波長選択フィルタの透過率を示す。線１０８８０および１０８８５は、緑色波長選択フィルタの透過率を示す。線１０８７０および１０８７５は、赤色波長選択フィルタの透過率を示す。プロット１０８６５によって表されるようなＲＧＢフィルタ（または、後述されるＣＭＹフィルタ）は、主光線入射角変動に対し最小依存性を有するように最適化されてもよい。この最適化は、例えば、主光線角度変動に対する限度の中間である入射角値を使用するフィルタ設計を反復し、最適化することによって達成されてもよい。例えば、主光線角度が、０〜２０°変化する場合、初期設計角度１０°が使用されてもよい。図３３６に関連して上述の主光線角度補正器１０８０５の類似方法では、ＲＧＢフィルタ（プロット１０８６５によって表され、図３３１の層群１０７５０として示されるような）は、付随する感光領域に対し、非対称的に配置されてもよい。

【0542】

表５５−５７は、本開示による、ＲＧＢフィルタの層設計情報を示す。表５５−５７は、層番号と、層材料と、材料屈折率と、材料吸光係数と、層全波光学膜厚（ＦＷＯＴ）と、層物理膜厚とを含む。個々の赤（表５６）、緑（表５５）、および青（表５７）カラーフィルタは、結合して設計され、非共通層の数を制限することによって、効率的かつコスト効果的製造を提供するように最適化されてもよい。例えば、表５５では、層１−５は、緑カラーフィルタに特に最適化され得る層である。これらの層は、「いいえ」の表記によって、表５５の「ロック」欄に示される。設計および最適化プロセスの際、これらの層は、厚さ変動が可能である。層６−１９は、ＲＧＢフィルタの全３つの個々のフィルタに共通する層である。これらの層は、「はい」の表記によって、表５５の「ロック」欄に示される。本実施例では、層１９は、ＰＥＯＸの１０ｎｍ緩衝または絶縁層を表す。表５５の層１４−１８は、検出器ピクセルの感光領域に対するＡＲコーティングとして使用される共通層を表す。

【0543】

【表55】

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【0544】

【表56】

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【0545】

【表57】

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図３４０は、本開示によって設計される、シアン−マゼンタ−黄（ＣＭＹ）カラーフィルタの反射率特性のプロット１０９００を示す。プロット１０９００は、横座標にナノメートルで波長と、縦座標にパーセントで反射率とを有する。実線１０９０５は、黄色波長のために設計されるフィルタの反射率特性を表す。破線１０９１０は、マゼンタ色波長のために設計されるフィルタの反射率特性を表す。破線１０９１５は、シアン色波長のために設計されるフィルタの反射率特性を表す。表５８〜６０は、本開示による、ＣＭＹフィルタの層設計情報を示す。表５８〜６０は、層番号と、層材料と、材料屈折率と、材料吸光係数と、層全波光学膜厚（ＦＷＯＴ）と、層物理膜厚とを含む。個々のシアン（表５８）、マゼンタ（表５９）、および黄（表６０）カラーフィルタは、結合して設計され、非共通層の数を制限することによって、効率的かつコスト効果的製造を提供するように最適化されてもよい。

【0546】

【表58】

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【0547】

【表59】

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【0548】

【表60】

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図３４１は、層光屈折率のカスタマイズが可能な特徴を有する、２つの検出器ピクセル１０９３５および１０９３５’の横断面１０９２０を示す。検出器ピクセル１０９３５（１０９３５’）は、修正されたその光屈折率を有する層１０９３０（１０９３０’）と、修正の補助となる層１０９２５（１０９２５’）とを含む。層１０９３０および１０９３０’は、上述のフィルタまたは埋設光学素子のうちのいずれかの１つ以上の層を含んでもよい。層１０９２５および１０９２５’は、フォトレジスト（ＰＲ）および二酸化シリコン等の材料の単一または複数の層を含んでもよいが、それらに限定されない。層１０９２５および１０９２５’は、検出器ピクセルの最終構造の一部となってもよく、または修正が層１０９３０および１０９３０’に行われた後に除去されてもよい。層１０９２５および１０９２５’は、それぞれ、層１０９３０および１０９３０’に対し同一または異なる修正を提供してもよい。一実施例では、層１０９２５および１０９２５’は、フォトレジストから形成されてもよい。層１０９３０および１０９３０’は、二酸化シリコンまたはＰＥＯＸから作製されてもよい。層１０９３０および１０９３０’は、検出器ピクセル１０９３５および１０９３５’を含むウエハをイオン注入プロセスに曝すことによって修正されてもよい。当技術分野において周知のように、イオン注入は、半導体製造プロセスであるであって、窒素、ホウ素、およびリン等（それらに限定されない）のイオンが、特定のエネルギ、イオン変化、および投与量条件下で材料に注入される。このプロセスからのイオンは、層１０９２５および１０９２５’を通過し、それによって部分的に遮断および減速され得る。

【0549】

層１０９２５および１０９２５’の厚さ、密度、または材料組成における変動は、層１０９３０および１０９３０’内へのイオン注入量および深度の変動となり得る。可変注入は、修正材料層の光屈折率の変化をもたらす。例えば、二酸化シリコンから成る層１０９３０および１０９３０’内への窒素の注入は、酸窒化ケイ素（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）に変換される二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を生じる。図３４１に示される実施例では、層１０９２５’が、層１０９２５よりも薄い場合、層１０９３０’の光屈折率は、層１０９３０の光屈折率よりも修正されることになる。注入される窒素の量に応じて、光屈折率は、増加し得る。ある場合には、光屈折率８％以上（〜１．４５〜〜１．６）の増加が達成され得る。連続的および／または平滑に、１０９３０および１０９３０’等の層の屈折率を修正する能力は、ラメラ設計ではなく、ルゲート設計に従って、上述のフィルタを加工可能にする。ルゲートフィルタ設計は、材料の個別の変化ではなく、連続的可変光屈折率を有する。ルゲート設計は、製造するためによりコスト効果的であって、改良されたフィルタ設計を提供し得る。

【0550】

図３４２〜３４４は、光学素子の一部として組み込まれ得る非平面（先細）表面をもたらす、半導体処理ステップに関連する一連の横断面を示す。従来技術の現在の半導体加工するプロセスでは、これらの種類の非平面特徴は、問題として見られる。しかしながら、本開示による光学素子設計と関連して、これらの非平面特徴を使用して、有利には、所望の素子を生成してもよい。図３４２に示されるように、初期層１０８６０は、平面上表面１０９４０で形成される。初期層１０８６０は、図３４３に示されるように、エッチング領域１０９５０を含む修正層１０９５５として再成形されるように、リソグラフィによってマスクされ、エッチングされる。次いで、エッチング領域１０９５０は、図３４４に示されるように、非平坦化共形材料層１０９６０の蒸着によって、少なくとも部分的に充填される。初期層１０８６０、修正層１０９５５、および共形材料層１０９６０は、同一または異なる材料から作製されてもよい。記載される実施例は、対称先細特徴を示すが、周知の半導体材料処理方法を使用して、非対称、勾配、および他の一般化先細または非平面特徴を生成するために、付加的マスキング、エッチング、および蒸着ステップを使用してもよい。上述のような非平面特徴を使用して、主光線角度補正器を生成してもよい。特殊化された波長依存性を有するフィルタは、これらの非平面特徴からまたはその上部に形成されてもよい。

【0551】

図３４５は、本開示による埋設光学素子の設計を最適化するために、メリット関数等の所与のパラメータを使用し得る最適化方法を図示する、ブロック図１０９６５を示す。図３４５は、Ｅ．Ｒ．Ｄｏｗｓｋｉ，Ｊｒ．らの同時係属および共同所有米国特許出願第１１／０００，８１９号の図１と略同一であって、ここでは、埋設光学素子設計のために適合されるような、光学およびデジタルシステム設計最適化に対するアプローチを図示するように示される。設計最適化システム１０９７０を使用して、光学系設計１０９７５を最適化してもよい。一例として、光学系設計１０９７５は、図２９５〜３０７、３１３〜３１４、３１８〜３３８、および３４１に示されるもの等、検出器ピクセル設計に関連する埋設光学素子の初期画定であってもよい。

【0552】

図３４５を継続して参照すると、光学系設計１０９７５およびユーザ定義目標１０９８０が、設計最適化システム１０９７０内に供給される。設計最適化システム１０９７０は、光学系設計１０９７５およびその中に提供される他の入力に従って、計算モデルを提供するための光学系モデル１０９８５を含む。光学系モデル１０９８５は、設計最適化システム１０９７０内の分析器１０９９５に供給される第１のデータ１０９９０を生成する。第１のデータ１０９９０は、例えば、光学系設計１０９７５の種々の構成要素の光学素子、材料、および関連形状の記述と、検出器ピクセル等の以前に画定された体積内の電磁場のエネルギ密度のマトリクス等の計算結果とを含んでもよい。分析器１０９９５は、例えば、１つ以上の指標１１０００を評価し、第２のデータ１１００５を生成するために、第１のデータ１０９９０を使用する。指標の一実施例は、既定値に対し、電磁エネルギの感光領域内への結合を比較するメリット関数計算である。第２のデータ１１００５は、例えば、メリット関数に対し、光学系設計１０９７５の性能を特徴付けるパーセント結合値またはスコアを含んでもよい。

【0553】

第２のデータ１１００５は、設計最適化システム１０９７０内の最適化モジュール１１０１０内に供給される。最適化モジュール１１０１０は、第２のデータ１１００５と、ユーザ定義目標１０９８０を含み得る目標１１０１５とを比較し、第３のデータ１１０２０を光学系モデル１０９８５に提供する。例えば、最適化モジュール１１０１０が、第２のデータ１１００５は目標１１０１５に一致しないと結論付ける場合、第３のデータ１１０２０は、光学系モデル１０９８５における改善を促す。つまり、第３のデータ１１０２０は、光学系モデル１０９８５における特定のパラメータの調節を促し、第１のデータ１０９９０および第２のデータ１１００５の変更を生じさせてもよい。設計最適化システム１０９７０は、修正された光学系モデル１０９８５を評価し、新しい第２のデータ１１００５を生成する。設計最適化システム１０９７０は、設計最適化システム１０９７０が、最適化モジュール１１０１０からの第３のデータ１１０２０に従って修正された光学系設計１０９７５に基づく、最適化された光学系設計１１０２５を生成する時点で、目標１１０１５が一致するまで反復して、光学系モデル１０９８５の修正を継続する。目標１１０１５の１つは、例えば、所与の光学系への入射電磁エネルギの特定の結合値を達成することであってもよい。また、設計最適化システム１０９７０は、例えば、最適化された光学系設計１１０２５の計算された性能能力を要約する予測性能１１０３０を生成してもよい。

【0554】

図３４６は、システム全体の同時最適化を実施するための例示的最適化プロセス１１０３５を示す、工程図である。最適化プロセス１１０３５は、示される実施例では、物体データ１１０４５と、電磁エネルギ伝搬データ１１０５０と、光学系データ１１０５５と、検出器データ１１０６０と、信号処理データ１１０６５と、出力データ１１０７０とを含む、種々の要因を考慮して、トレード空間１１０４０を検討する。トレード空間１１０４０内で検討される種々の要因における設計上の制約は、トレードオフが、全体として、システムの設計を最適化するための複数のフィードバックルート１１０７５内の種々の要因に課されるように、全体として結合して検討される。

【0555】

例えば、前述の埋設光学素子を含む検出器システムでは、特定のセットの撮像光学系の画角およびＦ値（光学系データ１１０５５に寄与）は、その特定のセットの撮像光学系とともに使用するためのＣＲＡＣおよびカラーフィルタ（検出器データ１１０６０に寄与）を設計する際に考慮されてもよく、さらに、検出器で得られた情報の処理（信号処理データ１１０６５に寄与）は、撮像光学系および検出器設計の結果として生じる組み合わせを補完するために修正されてもよい。光学系を通る物体からの電磁エネルギ伝搬等の設計の他の側面も、同様に考慮されてもよい。例えば、着目ワイド視野（物体データ１１０４５に寄与）および低Ｆ値（光学系データ１１０５５の一部）の要件は、高入射角度で入射電磁エネルギ光線を処理する必要性へとつながる。その結果、最適化プロセス１１０３５は、入射電磁エネルギの最悪の場合または確率的分布と一致するＣＲＡＣの構成を必要とし得る。他の場合、一部の撮像システムは、一意のＣＲＡＣ要件を呈するように、視野ポイントを意図的に歪曲または「再マッピング」する光学系（光学系データ１１０５５に寄与）を含んでもよい（従来の魚眼レンズまたは３６０度パノラマレンズ等）。そのような歪曲されたシステムのためのＣＲＡＣ（対応する検出器データ１１０６０）は、光学系データ１１０５５によって表される歪に対応する、予測された再マッピング関数と協働して設計されてもよい。加えて、異なる波長の電磁エネルギは、光学系によって、異なって歪曲され、それによって、波長依存性構成要素を光学系データ１１０５５に追加してもよい。故に、カラーフィルタ、およびＣＲＡＣまたは検出器のエネルギ誘導特徴（検出器データ１１０６０の一部）は、波長に関する種々のシステム特性を考慮するために、トレード空間１１０４０内に考慮されてもよい。カラーフィルタ、ならびにＣＲＡＣおよびエネルギ誘導特徴は、サンプリングされた撮像画像の利用可能な処理（すなわち、信号処理データ１１０６５）に基づいて、ピクセル設計（したがって、検出器データ１１０６０）内で結合されてもよい。例えば、信号処理データ１１０６５は、空間的に変化する色補正を含んでもよい。色補正および歪補正（信号処理データ１１０６５の一部）を含む空間的可変処理は、撮像光学系の設計（光学系データ１１０５５の一部）、強度およびＣＲＡ変動（電磁エネルギ伝搬データの一部）はすべて、最適化された設計１１０８０をもたらすように、最適化プロセス１１０３５のトレード空間１１０４０内で結合して最適化されてもよい。

【0556】

図３４７は、本開示による埋設光学素子を含む、検出器システムとともに使用するために好適な薄膜フィルタセット設計を、生成および最適化するためのプロセス１１０８５の工程図を示す。特定のフィルタセットは、２つ以上の別個のフィルタを含んでもよいため、フィルタセット設計の最適化は、２つ以上の別個のフィルタ設計の同時最適化を必要とし得る。例えば、赤−緑−青（ＲＧＢ）およびシアン−マゼンタ−黄（ＣＭＹ）フィルタセット設計は、それぞれ３つのフィルタ設計の最適化を必要とし、赤−緑−青−白色（ＲＧＢＷ）フィルタセット設計は、４つのフィルタ設計の最適化を必要とする。

【0557】

図３４７を継続して参照すると、プロセス１１０８５は、調製ステップ１１０９０から開始し、任意の必要な設定およびプロセス１１０８５を含む計算システムの構成が行われ得る。加えて、ステップ１１０９０では、プロセス１１０８５の際に、種々の要件１１０９５が考慮されるように定義されてもよい。要件１１０９５は、例えば、フィルタ設計のうちの１つ以上に関連する制約１１１００と、性能目標１１１０５と、メリット関数１１１１０と、オプティマイザデータ１１１１５と、設計制限１１１２０とを含んでもよい。加えて、要件１１０９５は、プロセス１１０８５の際に修正可能な１つ以上のパラメータ１１１２５を含んでもよい。要件１１０９５の一部として指定され得る制約１１１００の実施例は、製造プロセスによって、最終フィルタ設計の加工で採用され得る材料の種類、材料厚の範囲、材料屈折率、共通層の数、処理ステップの数、マスキング操作の数、およびエッチングステップの数に課される制約を含む。性能目標１１１０５は、例えば、透過率、吸収率、および反射率のパーセント目標と、吸収率、透過率、および反射率の公差目標とを含んでもよい。メリット機能１１１１０は、カイ二乗の和と、加重カイ二乗の和と、絶対差の和とを含んでもよい。要件１１０９５内に指定され得るオプティマイザデータ１１１１５の実施例は、シミュレーションアニーリング最適化ルーチンと、シンプレックス最適化ルーチンと、共役勾配最適化ルーチンと、群最適化ルーチンとを含む。要件の一部として指定され得る設計制限１１１２０は、例えば、利用可能な製造プロセスと、許容材料と、薄膜層シークエンシングとを含む。パラメータ１１１２５は、例えば、層厚と、種々の層を成す材料と、層屈折率と、層透過率と、光路差と、層光学膜厚と、層数と、層順番とを含んでもよい。

【0558】

要件１１０９５は、ユーザ入力によって定義される、または１組のルールに基づいて、計算システムによって、データベースから自動的に選択されてもよい。ある場合には、種々の要件は、相関してもよい。例えば、層厚は、一定範囲の最大および最小厚の製造制限およびユーザ定義厚範囲の制約を受け得る一方、最適化プロセスの際に使用される層厚値は、性能目標を最適化するためのメリット関数を使用するオプティマイザによって、修正されてもよい。

【0559】

ステップ１１０９０後、プロセス１１０８５は、ステップ１１１３０へ進み、ここで、非制約薄膜フィルタ設計１１１３５が生成される。本開示の文脈内では、非制約薄膜フィルタ設計は、制限条件１１０９５に指定されるような制約１１１００を考慮しないが、ステップ１１０９０で定義される少なくとも一部の設計制限１１１２０を検討する薄膜フィルタ設計であると理解される。例えば、二酸化シリコン層等の設計制限１１１２０は、非制約薄膜フィルタ設計１１１３５の生成に含まれ得るが、二酸化シリコン層の実際の厚さは、ステップ１１１３０において自由変数パラメータのままであってもよい。非制約薄膜フィルタ設計１１１３５は、ＥＳＳＥＮＴＩＡＬ ＭＡＣＬＥＯＤ（登録商標）等の薄膜設計プログラムの補助によって生成されてもよい。例えば、薄膜フィルタ設計を生成する１組の材料および定義数の層（すなわち、設計制限１１１２０）は、薄膜設計プログラムで指定されてもよい。次いで、薄膜設計プログラムは、フィルタ設計の計算された透過性能が、そのフィルタ設計のために以前に定義された性能目標（すなわち、性能目標１１１０５）に近づくように、各定義層内の選択材料の厚さ等の選択されたパラメータ（すなわち、パラメータ１１１２５から）を最適化する。非制約薄膜フィルタ設計１１１３５は、例えば、利用可能材料に付随する制限、薄膜層シークエンシング（例えば、薄膜フィルタ内の高屈折率および低屈折率材料のシークエンシング）、および１組の薄膜フィルタ間の共通数の層の共有等、種々の要因を考慮している場合がある。材料選択および層番号定義操作は、フィードバックループ１１１４０を介して反復され、代替非制約薄膜フィルタ設計を提供してもよい。加えて、薄膜設計プログラムは、代替非制約薄膜フィルタ設計のうちの少なくとも一部を独立して最適化するように設定されてもよい。用語「非制約設計」は、概して、層の厚さ、屈折率、または透過率等の薄膜層のパラメータが、設計の性能を最適化するために必要とされる任意の値に設定され得る設計を示す。ステップ１１１３０で生成される非制約設計１１１３５はそれぞれ、適切な時点で以下に詳述されるように、非制約設計内の材料の順序付きリストおよびその付随厚によって表され得る。

【0560】

依然として図３４７を参照すると、ステップ１１１４５では、制約薄膜フィルタ設計１１１５０は、制約１１１００を非制約薄膜フィルタ設計１１１３５に適用することによって生成される。制約は、薄膜設計ソフトウェアによって自動的に、またはユーザによって選択的に指定されてもよい。制約１１１００は、漸進的制約設計が、設計のための要件１１０９５のうちの少なくとも一部に継続して一致するように、反復的に、逐次的に、または無作為に適用されてもよい。

【0561】

次に、ステップ１１１５５では、制約薄膜フィルタ設計１１１５０の１つ以上が最適化され、非制約薄膜フィルタ設計１１１３５および制約薄膜フィルタ設計１１１５０と比較して、より要件１１０９５に一致する、最適化された薄膜フィルタ設計１１１６０を生成する。

【0562】

実施例として、プロセス１１０８５を使用して、種々の構成における２つ以上の薄膜フィルタを同時に最適化してもよい。例えば、複数の薄膜フィルタ設計が最適化され、異なる薄膜フィルタが異なる色に対しフィルタリングを提供するＣＭＹ検出器内の色選択フィルタリング等、集合的機能を行ってもよい。最適化された薄膜フィルタ設計１１１６０が生成されると、プロセスは、ステップ１１１６５で終了する。プロセス１１０８５は、帯域通過フィルタリング、エッジフィルタリング、カラーフィルタリング、高域フィルタリング、低域フィルタリング、反射防止、ノッチフィルタリング、遮断フィルタリング、および他の波長選択フィルタリング等を含むが、それらに限定されない、種々の機能のための薄膜フィルタ設計の生成および最適化に適用されてもよい。

【0563】

図３４８は、例示的薄膜フィルタセット設計システム１１１７０のブロック図を示す。薄膜フィルタセット設計システム１１１７０は、計算システム１１１７５を含み、したがって、ソフトウェアまたはファームウェアプログラム１１１８５を含有するプロセッサ１１１８０を含む。薄膜フィルタセット設計システム１１１７０での使用に好適なプログラム１１１８５は、ＺＥＭＡＸ（登録商標）、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）、ＥＳＳＥＮＴＩＡＬ ＭＡＣＬＥＯＤ（登録商標）等のソフトウェアツール、他の光学設計、および数学的分析プログラムを含んでもよいが、それらに限定されない。計算システム１１１７５は、プロセス１１０８５の要件１１０９５等の入力１１１９０を受信し、図３４７の非制約薄膜フィルタ設計１１１３５、制約薄膜フィルタ設計１１１５０、および最適化された薄膜フィルタ設計１１１６０等の出力１１１９５を生成するように構成される。計算システム１１１７５は、層の選択、層順序の定義、層厚の最適化、および層の対化等を含むが、それらに限定されない操作を実施する。

【0564】

図３４９は、例示的検出器ピクセルアレイの一部１１２００の横断面図を示す。部分１１２００は、それぞれ、第１と、第２と、第３の検出器ピクセル１１２０５、１１２２０、および１１２３５（両方向矢印によって示される）を含む。第１と、第２と、第３の検出器ピクセル１１２０５、１１２２０および１１２３５は、それぞれ、第１と、第２と、第３の支持層１１２１５、１１２３０、および１１２４５と一体的に形成される、それぞれ、第１と、第２と、第３の感光領域１１２１０、１１２２５、および１１２４０を含む。第１と、第２と、第３の支持層１１２１５、１１２３０、および１１２４５は、別個の材料または単一材料の連続層から形成されてもよい。第１と、第２と、第３の感光領域１１２１０、１１２２５、および１１２４０は、同一材料および寸法から形成されてもよく、または、別様に、それぞれ、特定の波長範囲の検出のために構成されてもよい。さらに、それぞれ、第１と、第２と、第３の検出器ピクセルは、一緒にフィルタセット１１２６５（破線矩形によって囲まれている）を形成する第１と、第２と、第３の薄膜フィルタ１１２５０、１１２５５、および１１２６０（破線楕円によって示されるそれぞれを形成する層）を含む。第１と、第２と、第３の薄膜フィルタはそれぞれ、特定の波長範囲に対するカラーフィルタとして作用する複数の層を含む。図３４９に示される例示的検出器ピクセルアレイでは、フィルタセット１１２６５が、ＣＭＹフィルタとして作用するように、第１の薄膜フィルタ１１２５０は、シアンフィルタとして作用するように構成され、第２の薄膜フィルタ１１２５５は、黄フィルタとして作用するように設計され、第３の薄膜フィルタ１１２６０は、マゼンタフィルタとして作用するように設計される。図３４９に示されるように、第１と、第２と、第３の薄膜フィルタ１１２５０、１１２５５、および１１２６０は、交互高屈折率層（平行線模様によって示される）および低屈折率層（すなわち、平行線模様のない層）の１１層の組み合わせから形成される。低屈折率層での使用に好適な材料は、例えば、既存のＣＭＯＳシリコンプロセスと適合する、Ｂｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ（登録商標）等の低損失材料である。同様に、高屈折率層は、ＳｉＮ等の既存のＣＭＯＳシリコンプロセスと適合する、別の低損失高屈折率材料から形成されてもよい。

【0565】

図３５０は、図３４９の領域１１２７０（破線矩形によって示される）のさらなる詳細を示す。領域１１２７０は、第１と第２の薄膜フィルタ１１２５０および１１２５５（再び、破線楕円によって示される）の一部を含む。図３５０に示されるように、それぞれ、第１と第２の薄膜フィルタ１１２５０および１１２５５の２つの最下層から成る第１の層対１１２７５および第２の層対１１２７６は、共通層である。つまり、層１１２７７および１１２８９の対は、同一厚を有する共通材料から作製され、同様に、層１１２７８および１１２９０の対は、同一厚を有する別の共通材料から形成される。第１の層群１１２７９（すなわち、層１１２８０−１１２８８）および第２の層群１１３００（すなわち、層１１２９１−１１２９９）は、指標付き層内の共通厚の対応する層（例えば、層１１２８１および１１２９２）および異なる厚さの対応する層（例えば、層１１２８２および１１２９３）を、相応して有してもよい。第１と第２の層群１１２７９および１１３００のそれぞれ内の層の組み合わせは、それぞれ、シアンおよび黄フィルタリングに対し最適化されている一方、第１と第２の層対１１２７５および１１２７６は、図３４９のプロセス１１２００に関して記載されるように、フィルタ設計の最適化の際に余剰設計柔軟性を提供する。

【0566】

薄膜フィルタ設計は、例えば、使用される材料、フィルタ内の材料の順番、およびフィルタの各層厚をリストアップする設計表によって記載されてもよい。最適化された薄膜フィルタのための設計表は、例えば、所与の薄膜フィルタ内の材料の順番および各層厚を最適化することによって生成されてもよい。そのような設計表は、例えば、図３４９の第１と、第２と、第３の薄膜フィルタ１１２５０、１１２５５、および１１２６０のそれぞれに対し生成されてもよい。

【0567】

【表61】

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表６１は、例示的ＣＭＹフィルタセット設計のための設計表であって、第１と、第２と、第３の薄膜フィルタ１１２５０、１１２５５、および１１２６０のための設計は、個々に最適化されている（すなわち、フィルタセット内の異なるフィルタ間の同時最適化を伴わずに）。３つの個々のフィルタ設計のシミュレーション性能プロット１１３０５は、図３５１に示される。破線１１３１０は、個々に最適化されているシアンフィルタとして作用する、第１の薄膜フィルタ１１２５０による透過率を表す。破線１１３１５は、個々に最適化されたマゼンタフィルタとして作用する、第２の薄膜フィルタ１１２５５による透過率を表す。実線１１３２０は、個々に最適化されている黄フィルタとして作用する、第３の薄膜フィルタ１１２６０による透過率を表す。プロット１１３０５を生成する際に使用される設計の仕様は、表６１に示される情報から求めた。全３色ＣＭＹがその個々の設計波長範囲に対し十分な性能を生成することが、図３５１から分かるだろう。つまり、全通過帯域は、約９０％の透過率、全阻止帯域は、約１０％の透過率、全帯域エッジは、波長約５００ｎｍ〜６００ｎｍである。

【0568】

当技術分野において周知の薄膜フィルタ設計原理を使用することによって、交互高（Ｈ）および低（Ｌ）屈折率層（ＨＬＨＬＨＬＨＬＨ）を有する９層の薄膜フィルタは、個々に要件１１０９５を満たす十分な１組のＣＭＹフィルタを生成することが判断された。また、任意の数の層内で２つ以上の材料を利用する層シークエンシングのための他の構成も可能である。例えば、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ状構造は、ＨＬＨＬ−Ｍ−ＬＨＬＨ（Ｍは、中間屈折率材料）等のシーケンスを有する、３つの異なる材料から形成されてもよい。いくつかの異なる材料およびシークエンシングの種類の選択は、フィルタの要件または設計者の経験に依存し得る。表６１に示される実施例に対し、材料の利用可能な製造パレットから選択された好適な材料は、高屈折率ＰＥＳｉＮ材料（ｎ≒２．０）および低屈折率ＢＬＡＣＫ ＤＩＡＭＯＮＤ（登録商標）材料（ｎ≒１．４）である。各薄膜フィルタは、同一数の層を有するため、層は、相応して、指標が付されてもよい。例えば、表６１では、指標付き層１は、それぞれ、シアン、マゼンタ、および黄フィルタに対し、２３２．７８、１９８．９７、および１６２．９５８ｎｍの対応するＰＥＳｉＮ薄膜層厚をリストアップする。

【0569】

所与の薄膜フィルタセット内の異なる薄膜フィルタの同時最適化のための例示的プロセスと、それによって、要件１１０９５に一致する一方、異なる薄膜フィルタ間の特定の相関を提供する最適化された設計表の生成とが、以下に詳述される。

【0570】

図３４７および３４９と関連して図３５２を参照すると、プロセス１１０８５を使用する薄膜フィルタセット設計の設計は、１組の要件１１０９５の仕様を必要とする。例示的マゼンタフィルタのためのそのような要件のいくつかの特定の実施例は、図３５２を参照して論じられる。図３５２は、図３４９の薄膜フィルタ１１２６０等、例示的マゼンタカラーフィルタを最適化するための性能目標および公差のプロット１１３２５を示す。点線曲線１１３３０は、第３の検出器ピクセル１１２３５の代表的波長依存性感度を示す。検出器ピクセルの感度は、例えば、検出器ピクセル内に組み込まれる任意の埋設光学素子およびフィルタ（ＩＲカットフィルタおよびＡＲフィルタ等）およびそれに付随する感光領域の構成の関数であってもよい。そのような検出器ピクセル感度を仮定すると、効果的マゼンタフィルタは、電磁スペクトルの赤色および青色領域内の電磁エネルギを通過する一方、緑色波長近傍の電磁エネルギを遮断するはずである。性能目標（例えば、性能目標１１１０５のうちの１つ）の一例示的定義は、４００〜４９０および６１０〜７００ｎｍの波長帯域（すなわち、通過帯域）内の電磁エネルギの９０％以上を通過する薄膜フィルタに対するものである。図３５２では、実線１１３３５および１１３４０は、フィルタの通過帯域に対する９０％の閾値透過率目標（例えば、赤色および青色波長範囲内）を表す。相応して、５００および６００ｎｍでは、例示的性能目標は、帯域エッジにおいて２５〜６５％の透過率であるフィルタに対するものであってもよい。垂直線１１３４５は、プロット１１３２５内の帯域エッジの対応する性能目標を示す。最後に、別の性能目標は、阻止帯域領域において１０％未満の透過率（例えば、波長５１０〜５９０ｎｍ）を有することであってもよい。線１１３５０は、図３５２の例示的プロットにおける阻止帯域性能目標を示す。

【0571】

図３４９および３５２を継続して参照すると、細実線１１３５５は、上述の例示的性能目標を満たす理想的マゼンタフィルタ応答を示す。相応して、これらの性能目標を満たすためのフィルタ設計の最適化の際に使用され得るメリット関数は、感光領域の量子効率、肉眼の明所視応答、三刺激応答曲線、および検出器ピクセル感度のスペクトル依存性等を含むが、それらに限定されない、波長依存性関数を組み込んでもよい。さらに、要件１１０９５の一部として指定される例示的製造制約は、薄膜フィルタの加工の際に、マスキング操作が５つ以下でなければならないことであってもよい。

【0572】

図３４７のプロセス１１０８５を使用するフィルタセットを設計する際に、ＥＳＳＥＮＴＩＡＬ ＭＡＣＬＥＯＤ（登録商標）等の薄膜設計プログラムは、選択された材料、各薄膜フィルタ内の層数、層材料（すなわち、高および低屈折率）の順番、および各パラメータに対する初期値等、要件１１０９５に基づいて種々の薄膜フィルタ設計を計算する際のツールとして利用されてもよい。薄膜フィルタ設計プログラムは、例えば、少なくとも一部の薄膜層厚を変化させることによって、各薄膜フィルタを最適化するように命令されてもよい。ＥＳＳＥＮＴＩＡＬ ＭＡＣＬＥＯＤ（登録商標）および当技術分野において周知の他の類似プログラムは、単一目標に対し単一薄膜フィルタを最適化することに優れているが、そのようなプログラムは、単に計算ツールであることに留意されたい。特に、これらのプログラムは、異なる要件に対し複数の薄膜フィルタを同時に最適化するように設計されておらず、また、複合制約、制約の逐次的追加、または設計内または全体の層対化に適合するようにも設計されていない。本開示は、そのような同時最適化を可能にし、相関する薄膜フィルタセット設計を生成する。

【0573】

図３５３は、図３４７のステップ１１１４５のさらなる詳細を示す、工程図である。図３５３に示されるように、階層的に制約を適用するための例示的な逐次的プロセスは、例示的ＣＭＹフィルタセット設計に照らして論じられる。ステップ１１１４５は、図３４７のステップ１１１３０から、非制約薄膜フィルタ設計１１１３５を受信することから開始する。ステップ１１３６５では、共通性は、低屈折率層（すなわち、図３４９および３５０内の平行線模様を有さない層）に付与される。つまり、非制約設計内のうちの少なくとも一部の対応する層（例えば、層１１２７８および１１２９０、層１１２８１および１１２９２等）の厚さおよび／または材料組成が、共通値に設定される。例えば、図３４９に示される例示的ＣＭＹフィルタセットを最適化する際に、第１と第２の薄膜フィルタ１１２５０および１１２５５の低屈折率層の材料の種類および厚さは、第３の薄膜フィルタ１１２６０の対応する材料および対応する層の厚さの値と等しく設定される（例えば、表６１に示されるように）。マゼンタフィルタ設計は、シアンおよび黄フィルタ設計と比較して、その複雑性のため、基準として選択される（すなわち、低屈折率層材料および他のフィルタ設計厚が適合されるフィルタ設計）。つまり、図３５２に示されるように、マゼンタフィルタは、２つのセットの境界条件を有するノッチフィルタとして設計される（垂直線１１３４５によって示される各帯域エッジに対するもの）。対照的に、シアンおよび黄フィルタ設計はそれぞれ、１つのみの帯域エッジを必要とし、したがって、その薄膜フィルタ構造のための複雑性の低い要件を有する。また、マゼンタフィルタ設計は、フィルタセット設計のための中波長における要件を表し、マゼンタフィルタに対する薄膜フィルタセットに一致する場合、最終フィルタセット設計において、対称が達成され得る。基準としてのマゼンタフィルタのこの選択は、上述の制約の階層的適用の一実施例である。例示的フィルタセット設計プロセスでは、基準としてのマゼンタフィルタの選択は、制約の最高位の適用として適用されてもよい。

【0574】

【表62】

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図３５３を継続して参照すると、ステップ１１３７０では、高屈折率層は、要件１１０９５により一致させる一方、低屈折率層の共通性を保持するために、ステップ１１３７０において、独立して再最適化される。例えば、第１と、第２と、第３の薄膜フィルタ１１２５０、１１２５５、および１１２６０内の高屈折率層はすべて、個々のフィルタ設計に付随する要件１１０９５に従って、独立して再最適化されてもよい。表６２は、図３５３のステップ１１３７０の際に再最適化後の、例示的ＣＭＹフィルタセット設計のための付随する設計厚値を示す。低屈折率層（すなわち、Ｂｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ（登録商標）層２、４、６、および８）は、全３つの薄膜フィルタに対する共通値に設定されることに、特に留意されたい。表６２のフィルタセット設計のシミュレーション性能は、図３５４のプロット１１４００に示される。図３５１におけるように、シアンフィルタ性能は、破線１１４０５によって表され、マゼンタフィルタ性能は、破線１１４１０によって示され、黄フィルタ性能は、実線１１４１５によって表される。図３５４と図３５１との比較から分かるように、個々に最適化されたフィルタセットと比較して、性能の若干の低減が、透過率の減少および阻止帯域透過率の上昇によって証明される。しかしながら、プロット１１４００における設計シミュレーションは、低屈折率層に対し確立された共通性による、フィルタセット設計全体の簡素化を表す。

【0575】

図３５３に戻ると、対化手順が、ステップ１１３７５において、少なくとも一部の層で行われてもよい。図３５３に示される実施例では、対化手順は、高屈折率層の対で行われる。ステップ１１３７５における対化手順は、対応する高屈折率層対のフィルタ間の厚さの差異の計算を含む（例えば、シアンおよびマゼンタフィルタ内の対応する層間の厚さの差異は、表６２の「ＣＭ」と付票された見出し下に示され、マゼンタおよび黄フィルタ内の対応する層間の厚さの差異は、「ＭＹ」と付票された欄内に示され、シアンおよび黄フィルタ内の対応する高屈折率層間の厚さの差異は、見出し「ＣＹ」下に示される）。最小差異が、各層に対し選択される（例えば、層１に対するＣＭ値３３．８１ｎｍは、同一層１に対する対応するＭＹおよびＣＹ値よりも小さい）。このように、異なる高屈折率層に対する１組の厚さの差異が、まとめられる（すなわち、層１に対し３３．８１ｎｍ、層３に対し３２．７７ｎｍ、層５に対し２９．２１ｎｍ、層７に対し２４．０２ｎｍ、および層９に対し２４．０８ｎｍ）。

【0576】

次いで、ステップ１１３７５で求められた選択された厚さの最小差異のこのセットから、最大「最小際」対およびその付随層が、ステップ１１３８０において選択される（すなわち、表６２に示される実施例では、層１に対し３３．８１ｎｍ）。本実施例では、層１に対する厚さの差異値３３．８１ｎｍの選択は、１対のセットの層として固定されるシアンおよびマゼンタフィルタ設計から、層１をさらに制限する。ステップ１１３７５および１１３８０で行われるこの対化手順は、階層的に順序付けられた手順ステップの別の実施例である。最大差異の対化ではなく、最小差異の対化が、フィルタ設計セットの最適化された性能に及ぼす影響が小さいと判断される。

【0577】

依然として図３５３を参照すると、さらなる独立最適化プロセスが、すべての他のパラメータは固定されたまま、付随するシアンおよびマゼンタフィルタ設計の要件に従って、対層厚を同時最適化するために、ステップ１１３８５において行われる。上述のように、対層厚は、オプティマイザプログラムによって修正され、要件１１０９５に一緒に、かつ最も一致する性能を有する、シアンおよびマゼンタフィルタ設計を生成してもよい。

【0578】

【表63】

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次に、ステップ１１３９０では、残りの高屈折率層の厚さが、フィルタ設計の性能目標をより達成する一方、ステップ１１３８５で求められた最適化された対層厚を保持するように、各フィルタ設計に対し最適化される。表６３は、ステップ１１３９０の完了後の、例示的ＣＭＹフィルタセット設計に対する設計厚情報を示す。シアンおよびマゼンタフィルタ設計の層１に対する対層厚は、２１４ｎｍであると判断されていることが、表６３から分かるだろう。図３５５は、ステップ１１３９０後の、共通低屈折率層および対高屈折率層（例えば、表６３の層１）を有する例示的ＣＭＹフィルタセット設計のシミュレーション性能のプロット１１４２０を示す。破線１１４２５は、表６３からのシアンフィルタの透過性能を表す。破線１１４３０は、表６３に指定されるマゼンタフィルタの透過性能を表す。実線１１４３５は、表６３からの黄フィルタの透過性能を表す。プロット１１４２０と図３５４のプロット１１４００とを比較することによって分かるように、シアンおよび黄フィルタの性能は、図３５３のステップ１１３９０におけるさらなる制約の適用によって、さらに変更されている。

【0579】

図３５３に戻ると、ステップ１１３９０後、対化および最適化される層がさらに残っているかどうか、決定１１３９５が行われる。決定１１３９５の回答が「はい」である場合、対化される層がさらに存在し、プロセス１１１４５は、ステップ１１３７５へ戻る。決定１１３９５の回答が「いいえ」である場合、対化される層が存在せず、プロセス１１１４５は、制約設計１１１５０を生成し、図３４７のステップ１１１５５へ進む。表６３に示されるように、例示的ＣＭＹフィルタセット設計は、対応する高屈折率層の５つの三重項を含む。ステップ１１３７５から１１３９０まで行われる度、三重項のうちの１つが、１組の対層および一重項に低減する。つまり、例えば、ステップ１１３７５から１１３９０までの第１の終了後、４つの層の三重項は、対化および適化されたままである。

【0580】

【表64】

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表６４は、ステップ１１３７５から１１３９０の５つの対化および最適化サイクルの完了後の、例示的ＣＭＹフィルタセット設計に対する設計厚情報を示す。図３５６は、表６４に定義される共通低屈折率層および複数の対高屈折率層を有する、例示的セットのシアン、マゼンタ、および黄（ＣＭＹ）カラーフィルタの透過特性のプロット１１４４０を示す。破線１１４４５は、シアンフィルタの透過性能を表す。破線１１４５０は、マゼンタフィルタの透過性能を表す。実線１１４５５は、黄フィルタの透過性能を表す。再び、シアンおよび黄フィルタの性能は、図３５４および３５５に示されるものから若干変更されている。

【0581】

【表65】

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図３５３と関連して図３４７に簡単に戻ると、制約設計１１１５０（図３４７に示されるように、ステップ１１１４５で生成される）は、次いで、ステップ１１１５５で最適化され、最適化された薄膜フィルタ設計１１１６０を生成する。任意に、ステップ１１１５５における最終最適化の一部として、１）フィルタリングコントラストを改良するための付加的層、２）ゼロを上回るＣＲＡを考慮した補正等の補正または修正もまた、考慮されてもよい。例えば、入射電磁エネルギのＣＲＡがゼロを上回る場合、フィルタ性能は、垂直入射で予測されるものとは異なることは知られている。当業者には周知のように、非垂直入射角度は、フィルタ透過スペクトルの青色シフトをもたらす。したがって、この効果を補償するために、最終フィルタ設計は、適切に赤色シフトされてもよく、各層厚を若干増加することによって達成され得る。結果として生じる赤色シフトが十分に小さい場合、フィルタスペクトル全体が、フィルタセット性能に悪影響を及ぼすことなくシフトされ得る。

【0582】

本開示の図３４７および３５３に示されるプロセスに従って生成される、例示的最適化ＣＭＹフィルタセット設計は、表６５に示される。図３５７は、表６５に記載される共通低屈折率層および複数の対高屈折率層を有する、シアン、マゼンタ、および黄（ＣＭＹ）カラーフィルタの透過特性のプロット１１４６０を示す。表６５および図３５７に示されるような最適化されたＣＭＹフィルタセット設計は、層毎に１％厚さを増加させることによって、非垂直ＣＲＡを考慮しない。破線１１４６５は、シアンフィルタの透過性能を表す。破線１１４７０は、マゼンタフィルタの透過性能を表す。実線１１４７５は、黄フィルタの透過性能を表す。個々のシアン、マゼンタ、および黄フィルタの性能は、性能目標と適用された制約との間の最適化されたトレードオフを表す。プロット１１４６０と図３５１および３５４〜３５６に示されるプロットとを比較する際に、プロット１１４６０は、図３５１で実証された個々に最適化されたフィルタセットと同一性能を達成しないが、薄膜フィルタを形成するいくつかの層の対化のため、改良された製造可能性の付加的利点と匹敵する性能を実証することを留意されたい。

【0583】

プロセス１１０８５は、ステップ１１１６５で終了するように示されるが、設計の複雑性、制約数、および設計セット内のフィルタ数等の要因に応じて、プロセス１１０８５は、付加的ルーピング経路、付加的プロセスステップ、および／または修正されたプロセスステップを含んでもよいことを理解されたい。例えば、３つを超えるフィルタを含むフィルタセットを同時最適化する場合、図３５３の対化操作または対層に付随する任意のステップの変更を必要とし得る。対化操作または対層の参照は、類似「ｎ組」の操作または参照によって代替されてもよい。「ｎ組」は、整数ｎ個の群として定義されてもよい（例えば、三重項、六重項）。実施例として、４つを超えるフィルタを含むフィルタセットを同時に最適化する場合、４つの相応して指標された層が、ＣＭＹフィルタの例示的プロセスにおいて行われたように、１つの対および一重項ではなく、２つの対に分割されるように、全対化操作が重複され得る。

【0584】

さらに、図３５３に示される例示的プロセスでは、ステップ１１３６５から１１３９５の順番は、専門知識と、各ステップに従うフィルタセット設計の処理の影響を判断および順位付けする実験とを考慮して判断されている。図３５３のステップ１１３６５から１１３９５は、一実施例に照らして説明されるが、そのようなステップは、図３５３に示されるものと種類、反復、および順番が異なる場合があることを理解されたい。例えば、ステップ１１３６５において、低屈折率層に共通性を付与する代わりに、高屈折率層が選択されてもよい。ステップ１１３８５におけるように、対層厚の独立最適化は、独立層の代わりに、対層に対し行われてもよい。別様に、ステップ１１３８０に示されるように、最大「最小差異」対に基づいて対層を選択するのではなく、他の基準が使用されてもよい。加えて、図３５３に示されるように、例示的ＣＭＹフィルタセット設計最適化プロセスは、フィルタ内の薄膜層の物理膜厚の最適化を目指すが、最適化は、例えば、代わりに、光学膜厚を変化し得ることを当業者は理解するであろう。当技術分野において周知のように、光学膜厚は、特定の波長における所与の材料の物理膜厚および屈折率の生成物として定義される。光学膜厚を最適化するために、最適化プロセスは、オプティマイザが、層の物理膜厚のみ変更する場合と同一または類似結果を達成するように、材料または材料の屈折率を変更してもよい。

【0585】

次に図３５８を参照すると、薄膜フィルタのための製造プロセス１１４８０の工程図が示される。プロセス１１４８０は、調製ステップ１１４８５から開始し、材料調製、機器の慣らしおよび検証等を含むが、それらに限定されない、任意の設定および初期化プロセスが行われる。また、ステップ１１４８５は、薄膜フィルタの追加に先立って、検出器ピクセルアレイの任意の処理を含んでもよい。ステップ１１４９０では、材料の１つ以上の層が蒸着される。次に、ステップ１１５００では、ステップ１１４９０の際に蒸着された層は、リソグラフィによって、または別様に、パターン化され、次いで、エッチングされ、それによって、選択的に、蒸着された層を修正する。ステップ１１５０５では、さらなる層が、蒸着および／または修正されるべきかの決定が行われる。決定１１５０５の回答が「はい」である場合、さらなる層が蒸着および／または修正され、プロセス１１４８０は、ステップ１１４９０に戻る。決定１１５０５の回答が「いいえ」である場合、蒸着および／または修正される層はなく、プロセス１１４８０は、ステップ１１５１０で終了する。

【0586】

【表66】

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【0587】

【表67】

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表６６および６７は、表６４に記載される例示的ＣＭＹフィルタセット等、薄膜カラーフィルタを製造するための２つの例示的方法のプロセスシーケンスをリストアップする。表６６および６７にリストアップされた個々の半導体プロセスステップは、半導体処理の当技術分野において周知である。ＳｉＮおよびＢＬＡＣＫ ＤＩＡＭＯＮＤ（登録商標）等の誘電材料は、例えば、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等の周知のプロセスを使用して蒸着されてもよい。フォトレジストは、これらの機能のために設計される機器上にスピンコーティングされてもよい。フォトレジストのマスキング露光は、市販のリソグラフィ機器で行われてもよい。「フォトレジスト剥離」または「灰化」としても知られるフォトレジスト除去は、市販の機器で行われてもよい。プラズマエッチングは、周知のウェットまたはドライ化学プロセスを使用して行われてもよい。

【0588】

表６６および６７に定義される２つのプロセスシーケンスは、プラズマエッチングが各シーケンス内で利用される方法と異なる。表６６にリストアップされたシーケンスでは、対厚を含む個々のカラーフィルタの高屈折率層は、介在マスキングおよびエッチング操作の２つのステップで蒸着される。材料は、対層厚と非対層厚との間の差異に等しい厚さに蒸着される。次いで、蒸着された層は、選択的にマスキングされる。選択された薄膜層が、エッチングから保護されない場合、膜は、選択された層を下層の層よりも大きくエッチングする選択エッチングプロセスを使用して、下層の層とのその界面下まで除去されてもよい。膜が、下層の層とのその界面下まで除去される場合、エッチングプロセスの選択性によって、下層の層は、実質的にエッチングされないままである。実質的にエッチングされないとは、ごく少量の所与の層のみ、エッチングプロセスで除去されることを意味する。このごく少量は、絶対厚または層厚の相対パーセントの観点から測定されてもよい。フィルタの許容可能性能を維持するために、余剰エッチングの標準値は、数ナノメートルまたは１０％、ある場合には、はるかに少ない値であってもよい。次いで、第２の蒸着が行われ、対応する層の三重項の最大厚層の厚さを確立するために十分な材料を追加してもよい。例示的ＣＭＹフィルタセット設計に付随するプロセスでは、ＳｉＮは、エッチングされる材料であって、Ｂｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ（登録商標）は、停止層として作用している。この「エッチング停止」プロセスは、例えば、周知のＣＦ_４／Ｏ_２プラズマエッチングプロセスを使用して、または、例えば、Ｐａｄｍａｐａｎｉらの米国特許第５，８７７，０９０号「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｐｌａｓｍａ ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｒ ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅｓ ｕｓｉｎｇ ｍｉｘｔｕｒｅ ｏｆ ＮＨ_３ ｏｒ ＳＦ_６ ａｎｄ ＨＢｒ ａｎｄ Ｎ_２」に記載の方法および器具によって行われてもよい。任意に、ＳｉＮを選択的にエッチングするために、熱燐酸（Ｈ_３ＰＯ_４）を組み込んだウェット化学エッチング、あるいはＢｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ（登録商標）／ＳｉＯ_２を選択的にエッチングするために、ＨＦまたはバッファ酸化物エッチャント（ＢＯＥ）もまた、使用されてもよい。

【0589】

表６７にリストアップされるプロセスシーケンスは、対応する層の三重項の最大厚が蒸着され、次いで、制御エッチングによって薄化するが、三重項内の特定の層は完全に除去され得ない、プロセスを示す。

【0590】

【表68】

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表６８は、マスキング操作のシーケンスと、表６６および６７に記載のプロセスの各シーケンスステップにおいて、各マスクによって保護される特定のフィルタとをリストアップする。例示的ＣＭＹ設計では、例えば、シアンフィルタは、常に、マスクによって保護され、黄フィルタは、決して、マスクによって保護されず、マゼンタフィルタは、交互マスキング操作の際に保護される。

【0591】

図３５９は、非平面光学素子を形成するための製造プロセス１１５１５の工程図である。製造プロセス１１５１５は、調製ステップ１１５２０から開始し、材料調製、機器の慣らしおよび検証等を含むが、それらに限定されない、任意の設定および初期化プロセスが行われる。また、ステップ１１５２０は、非平面光学素子の追加に先立って、検出器ピクセルアレイの任意の処理を含んでもよい。ステップ１１５２５では、例えば、共通基盤上に、材料の１つ以上の層が蒸着される。ステップ１１５３０では、ステップ１１５２５の際に蒸着された層は、リソグラフィによって、または別様に、パターン化され、次いで、エッチングされ、それによって、選択的に、蒸着された層を修正する。ステップ１１５３５では、材料の１つ以上の層が、さらに蒸着される。随意のステップ１１５４０では、蒸着およびエッチングされた層の最上表面は、化学機械的研磨プロセスによって、平面化されてもよい。１組のルーピング経路１１５４５を利用して、製造プロセス１１５１５を形成するステップは、必要に応じて、再順序化または反復されてもよい。プロセス１１５１５は、ステップ１１５５０で終了する。プロセス１１５１５は、他の特徴と組み合わせて、非平面光学素子を実装するために、他のプロセスに先行または後続してもよいことを理解されたい。

【0592】

図３６０〜３６４は、非平面光学素子の一連の横断面図を示し、ここでは、図３５９の製造プロセス１１５１５を図示するように示される。図３５９と関連して図３６０〜３６４を参照すると、第１の材料は、ステップ１１５２５で蒸着され、第１の層１１５５５を形成する。次いで、第１の層１１５５５は、ステップ１１５３０でエッチングされ、例えば、略平面表面１１５６５を含む解放領域１１５６０を形成する。本開示の文脈では、解放領域は、第１の層１１５５５等の所与の層の最上表面下に延在する領域であると理解される。加えて、略平面表面は、その表面の寸法よりも大きい曲率半径を有する表面であると理解される。解放領域１１５６０は、例えば、等方性エッチングによって形成されてもよい。ステップ１１５３５では、第２の材料は、第１の層１１５５５上および解放領域１１５６０内に共形的に蒸着され、第２の層１１５７０を形成する。本開示の文脈内では、共形蒸着は、表面の配向にかかわらず、類似厚の材料が、蒸着を受ける全表面上に蒸着され得る蒸着プロセスであると理解される。第２の層１１５７０は、解放領域１１５６０に対し形成される少なくとも１つの非平面特徴１１５７５を含む。非平面特徴は、特徴の寸法と類似サイズの曲率半径を有する、少なくとも１つの表面を有する特徴であってもよい。また、非平面特徴１１５７５は、平面領域１１５８０を含んでもよい。非平面特徴１１５７５の曲率半径、幅、深度、および他の形状特性は、解放領域１１５６０の縦横比（深度対幅比）を修正することによって、および／または第２の層１１５７０を形成するために蒸着される材料の化学的、物理的、または比率的蒸着特性を修正することによって、修正されてもよい。第３の材料は、第３の層１１５８５を形成するために、非平面特徴１１５７５を少なくとも部分的に充填する層１１５７０上に共形的に蒸着される。つまり、非平面特徴１１５７５は、第３の層１１５８５の上表面１１５９５の最下領域が、第２の層１１５７０の平面領域１１５８０と整合される基準面１１６０５（破線によって示される）以上にある場合、完全に充填される。非平面特徴１１５９０が基準面１１６０５を下回る場合、非平面特徴１１５７５は、部分的に充填されているとみなされる。第３の層１１５８５は、非平面特徴１１５７５に対し形成される、少なくとも１つの非平面特徴１１５９０を含む。第３の層１１５８５の上表面の他の領域（例えば、領域１１６００）は、略平面であってもよい。任意に、第３の層１１５８５は、図３６４に示されるように、充填された非平面特徴１１６１０を画定するように平面化されてもよい。層１１５５５、１１５７０、および１１５８５を形成する第１と、第２と、第３の材料は、同一または異なる材料であってもよい。光学素子は、非平面特徴を形成する材料のうちの少なくとも１つの屈折率が、（電磁エネルギのうちの少なくとも１波長に対し）他の材料と異なる場合に形成される。任意に、平坦化によって除去されない場合、非平面特徴１１５９０、およびエッチング等のプロセスによるそこへの修正は、付加的非平面特徴を形成するために利用されてもよい。

【0593】

図３６５は、第３の層の材料を蒸着するための代替プロセスを示す。充填された非平面特徴１１６３０は、第３の層１１６１５の蒸着の際に形成される。第３の層１１６１５は、非平面表面１１６２０および略平面表面１１６２５を含む。第３の層１１６１５は、例えば、非共形蒸着によって形成されてもよい（例えば、スピンオンプロセスを使用して、液体またはスラリー材料を蒸着し、その後、固体または半固体になるように、材料を硬化することによって）。第３の層を形成する材料が、（電磁エネルギのうちの少なくとも１波長に対し）第２の層の材料と異なる場合、充填された非平面特徴１１６３０は、光学素子を形成する。

【0594】

図３６６〜３６８は、図３５９に示される代替製造プロセスを示す。第１の材料が蒸着され、層１１６３５を形成し、次いで、エッチングして、略平面表面を有し得る解放領域１１６４０および突起１１６５０を形成する。突起は、エッチング後の層１１６３５等の、層の局所表面１１６４５上に延在する領域として画定されてもよい。解放領域１１６４０および突起１１６５０は、等方性エッチングによって形成されてもよい。第２の材料は、層１１６３５上および解放領域１１６４０内に共形的に蒸着され、層１１６５５を形成する。層１１６５５の表面の一部１１６６５は、非平面であって、光学素子を形成する。表面の他の部分１１６６０は、略平面である。

【0595】

図３６９〜３７２は、図３５９のプロセス１１５１５による、別の代替製造プロセスのステップを示す。第１の材料が蒸着され、層１１６７０を形成し、次いで、エッチングし、略非平面表面を有し得る解放領域１１６７５を形成する。解放領域１１６７５は、例えば、等方性エッチングによって形成されてもよい。第２の材料は、層１１６７０上および解放領域１１６７５内に共形的に蒸着され、層１１６８０を形成する。層１１６８０は、付加的非平面素子を生成するために使用され得る非平面領域１１６８５を画定してもよい。別様に、層１１６８０は、その上表面が、層１１６７０の上表面と略同一平面上にある非平面素子１１６９０を生成するように平面化されてもよい。層１１６８０を形成するための代替プロセスは、図３６３の第３の層１１５８５を形成するために使用されるものと類似する非共形蒸着を含んでもよい。

【0596】

図３７３は、非平面光学素子１１７００と、素子アレイ１１７０５とを含む、単一検出器ピクセル１１６９５を示す。非平面光学素子１１７００、１１７１０、および１１７１５は、検出器ピクセル１１６９５内の電磁エネルギを感光領域１１７２０へ誘導するために使用されてもよい。非平面光学素子を検出器ピクセル設計内に含む能力は、平面素子だけでは不可能であり得る、余剰設計自由度を追加する。一重項または複数の光学素子は、光学素子群の複合表面が、球面または非球面光学素子等の湾曲プロファイル、あるいは台形または円錐曲線等の勾配プロファイルに近似し得るように、他の一重項または複数の光学素子に直接隣接するように配置されてもよい。

【0597】

例えば、上述のように、記載された二重スラブ構成によって近似され得る図３１０の台形光学素子１０２００は、別様に、記載された平面光学素子ではなく、１つ以上の非平面光学素子を使用することによって、近似されてもよい。また、非平面光学素子を使用して、例えば、メタレンズ、主光線角度補正器、回折素子、屈折素子、および／または図２９７〜３０４に関連して上述のものに類似する他の構造を形成してもよい。

【0598】

【表69】

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図３７４は、銀および二酸化シリコンの層を使用して形成される、マゼンタカラーフィルタのシミュレーション透過特性のプロット１１７２５を示す。プロット１１７２５は、横座標として、ナノメートルで波長と、縦座標として、パーセントで透過率とを有する。実線１１７３０は、マゼンタフィルタの透過性能を表す（その設計表は、表６９によって示される）。銀は、検出器ピクセルアレイを作製するために使用されるプロセスに通例付随する材料とみなされない場合があるが、特定の条件が満たされる場合、検出器ピクセルと一体的に形成され得るフィルタを形成するために採用されてもよい。これらの条件は、１）銀の蒸着のための低温プロセスおよび検出器ピクセルの任意の後続処理の使用、２）好適な不動態化および検出器ピクセルのための保護層の使用を含んでもよいが、それらに限定されない。高温および不適な保護層が使用される場合、銀は、検出器ピクセルの感光領域内に遷移または分散し、損傷を及ぼし得る。

【0599】

【表70】

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図３７５は、そこを通る電磁力密度のシミュレーション結果と重ね合わせた、従来技術の検出器ピクセル１１７３５の部分的横断面における概略図を示す。従来技術の検出器ピクセル１１７３５の種々の仕様は、表７０に要約される。電磁エネルギ１１７４０（大きい矢印で示される）は、垂直入射における検出器ピクセル１１７３５上の入射を仮定する。図３７５に示されるように、検出器ピクセル１１７３５は、市販の検出器内に存在する層に対応する複数の層を含む。電磁エネルギ１１７４０は、等高線アウトラインによって示される電磁力密度を有する、検出器ピクセルアレイ１１７３５を通って伝搬される。図３７５から分かるように、ピクセル内の金属トレース１１７４５は、検出器ピクセル１１７３５を通る電磁エネルギ１１７４０の伝搬を妨害する。つまり、小型レンズを伴わない感光領域１１７９０における出力密度は、非常に拡散する。

【0600】

図３７６は、別の従来技術の検出器ピクセル１１７９５の一実施形態を示し、ここでは、小型レンズ１１８００を含む。小型レンズ１１８００は、電磁エネルギ１１７４０が、検出器ピクセル１１７９５を通って進行する際に、金属トレース１１７４５を回避し、感光領域１１７９０においてより大きな出力密度で焦点されるように、そこを通る電磁エネルギ１１７４０を焦点に集めるために構成される。しかしながら、従来技術の検出器ピクセル１１７９５は、検出器ピクセル１１７９５の他の構成要素の加工後に、検出器ピクセル１１７９５の表面上への小型レンズ１１８００の別個の加工および整合を必要とする。

【0601】

図３７７は、感光領域１１７９０内の電磁エネルギを焦点に集めるためのメタレンズ１１８１０として機能する埋設光学素子を含む、検出器ピクセル１１８０５の例示的実施形態を示す。図３７７に示される実施例では、メタレンズ１１８１０は、残りの検出器ピクセル１１８０５を形成する際に使用される既存のプロセスと適合する、不動態化窒化物のパターン化層として形成される。メタレンズ１１８１０は、両側に２つの小さい柱が配置された幅広の中央柱の対称設計を含む。

【0602】

小型レンズ１１８００と類似の焦点効果を提供する一方、メタレンズ１１８１０は、埋設光学素子に固有の付加的利点を含むことが、図３７７から分かるだろう。特に、メタレンズ１１８１０は、検出器ピクセル加工プロセスと適合する材料から形成されるため、検出器ピクセルの加工後に小型レンズに追加することが必要な付加的加工ステップを必要とせずに、検出器ピクセル本体の設計内に一体化されてもよい。

【0603】

図３７８は、従来技術の検出器ピクセル１１８１５と、そこを通る非垂直電磁エネルギの伝搬１１８２０とを示す。金属トレース１１８４１は、非垂直電磁エネルギ１１８２０の非垂直入射角度に適合するように、感光領域１１７９０に対し中央に合わせられた金属トレース１１７４５と比較してシフトされていることに留意されたい。図３７８に示されるように、非垂直電磁エネルギ１１８２０は、金属トレース１１８４５によって部分的に遮断され、ほとんどが感光領域１１７９０を外れる。

【0604】

図３７９は、別の従来技術の検出器ピクセル１１８２５を示し、ここでは、小型レンズ１１８３０を含む。小型レンズ１１８３０および金属トレース１１８４１の両方が、非垂直電磁エネルギ１１８２０の非垂直入射角度に適合するように、感光領域１１７９０に対しシフトされていることに留意されたい。図３７９に示されるように、小型レンズ１１８３０の存在を伴わないものよりも集中される一方、非垂直電磁エネルギは、感光領域１１７９０のエッジにおいて、依然として集中される。さらに、従来技術の検出器ピクセル１１８２５は、感光領域１１７９０からオフセットされる位置に小型レンズ１１８３０を位置付ける必要性によって課される、アセンブリの複雑性の付加的検討を必要とする。

【0605】

図３８０は、感光領域１１７９０において、非垂直電磁エネルギ１１８２０を誘導するためのメタレンズ１１８４０として機能する埋設光学素子を含む、検出器ピクセル１１８３５の例示的実施形態を示す。メタレンズ１１８４０は、単一の幅広の柱と、感光領域１１７９０に対し若干オフセットされる一対の小さい柱とを有する、非対称の３本柱設計を有する。しかしながら、図３７９の小型レンズ１１８３０と異なり、メタレンズ１１８４０は、感光領域１１７９０および金属トレース１１８４５に対するメタレンズ１１８４０の位置が、リソグラフィプロセスに付随する高精度で判断され得るように、感光領域１１７９０および金属トレース１１８４１に沿って、検出器ピクセル１１８３５と一体的に形成される。つまり、メタレンズ１１８４０は、小型レンズ１１８３０を含む従来技術の検出器ピクセル１１８２５よりも高精度を有する、より優れていないまでも、匹敵する電磁エネルギ誘導性能を提供する。

【0606】

図３８１は、図３７７および３８０に示されるもの等、メタレンズを設計および最適化するための設計プロセス１１８４５の工程図を示す。設計プロセス１１８４５は、開始ステップ１１８５０から開始し、ソフトウェアの初期化等の種々の調製ステップが含まれ得る。次いで、ステップ１１８５５では、検出器ピクセルの一般的形状が定義される。例えば、検出器ピクセルの種々の構成要素の屈折率および厚さ、感光領域の位置および形状、検出器ピクセルを形成する種々の層の順番は、ステップ１１８５５において指定される。

【0607】

検出器ピクセル形状の例示的定義は、表７１に要約される（記載がない限り、寸法はメートルで表される）。

【0608】

【表71-1】

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【0609】

【表71-2】

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ステップ１１８６０では、電磁エネルギ入射角度、プロセスランタイム、および設計制約等の入力パラメータおよび設計目標が指定される。例示的セットの入力パラメータおよび設計目標は、表７２に要約される。

【0610】

【表72】

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ステップ１１８６５では、メタレンズ形状の最初の推測が指定される。例示的形状は、表７３に要約される。

【0611】

【表73】

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ステップ１１８７０では、オプティマイザルーチンは、検出器ピクセルから感光領域に送達される出力を増加させるために、メタレンズ設計の修正を開始する。ステップ１１８７５では、ステップ１１８６０で指定された設計目標が満たされているかどうか判断するために、修正されたメタレンズ設計の性能が評価される。決定１１８８０では、設計目標が満たされているかどうか判断される。決定１１８８０の回答が「はい」、すなわち、設計目標が満たされている場合、設計プロセス１１８４５は、ステップ１１８８３で終了する。決定１１８８０の回答が「いいえ」、すなわち、設計目標が満たされていない場合、ステップ１１８７０および１１８７５は、繰り返される。主光線角度（度）の関数としての結合出力（任意の単位）の例示的評価は、図３８２に示され、図３７６および３７９に示されるような小型レンズを含む検出器ピクセルの出力結合性能と、図３７７および３８０に示されるようなその中に一体化される３本柱メタレンズを含む検出器ピクセルとを比較するプロット１１８８５を示す。図３８２から分かるように、設計プロセス１１８４５を使用して最適化された３本柱メタレンズ設計は、常に、一定範囲のＣＲＡ値にわたって、小型レンズを含む検出器ピクセルシステムとして、感光領域において匹敵する、またはより優れた出力結合性能を提供する。

【0612】

埋設光学素子として、検出器ピクセル構造内に一体化されるＣＲＡ補正を提供するための別のアプローチは、サブ波長プリズム格子（ＳＰＧ）の使用である。本開示の文脈では、サブ波長回折格子は、波長、すなわち、

【0613】

【数13】

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（ここで、Δは格子周期、λは設計波長、およびｎ_１は、サブ波長回折格子を形成する材料の屈折率である）よりも小さい格子周期を有する回折格子であると理解される。概して、サブ波長回折格子は、ゼロ次回折のみ透過する一方、他のすべての次数は、効果的に一過性である。サブ波長回折格子全体の負荷サイクル（Ｗ／Δとして定義され、ここで、Ｗは、回折格子内の柱幅である）を修正することによって、有効媒質理論は、レンズ、プリズム、偏光子等として機能するサブ波長回折格子を設計するために使用されてもよい。検出器ピクセル内のＣＲＡ補正の目的のため、サブ波長プリズム格子（ＳＰＧ）は、特に有利な場合がある。

【0614】

図３８３は、埋設光学素子として、検出器ピクセル構成内での使用に好適な例示的ＳＰＧ１１８９０を示す。ＳＰＧ１１８９０は、屈折率ｎ_１を有する材料から形成される。ＳＰＧ１１８９０は、負荷サイクル（すなわち、Ｗ_１／Δ_１、Ｗ_２／Δ_２等）が、ＳＰＧ１１８９０全体で変化するように、異なる柱幅Ｗ_１、Ｗ_２等と、格子周期Δ_１、Δ_２等とを有する一連の柱１１８９５を含む。そのようなＳＰＧの性能は、例えば、Ｆａｒｎの「Ｂｉｎａｒｙ ｇｒａｔｉｎｇｓ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ」（Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．，ｖｏｌ．３１，ｎｏ．２２，ｐｐ．４４５３−４４５８）、およびＰｒａｔｈｅｒの「Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」（Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．，ｖｏｌ．３８，ｎｏ．５，ｐｐ．８７０−８７８）に記載の方法を使用して特徴付けられ得る。本開示では、特定の製造制限を有する、検出器ピクセル内のＣＲＡ補正専用のＳＰＧの設計が、検討される。

【0615】

図３８４は、検出器ピクセルアレイ１１９０５内に一体化されるＳＰＧ１１９００のアレイを示す。検出器ピクセルアレイ１１９０５は、複数の検出器ピクセル１１９１０（それぞれ、破線矩形によって示される）を含む。検出器ピクセル１１９１０はそれぞれ、共通基盤１１９２０上または内に形成される感光領域１１９１５と、隣接する検出器ピクセル間に共有され得る複数の金属トレース１１９２５とを含む。検出器ピクセル１１９１０のうちの１つに入射する電磁エネルギ１１９３０（矢印によって示される）は、その上の検出のために、電磁エネルギ１１９３０を感光領域１１９１５へ誘導するＳＰＧ１１９００のアレイを通して伝搬される。図３８４では、金属トレース１１９２５は、検出器ピクセル１１９１０内のθ_ｏｕｔ値１６°未満に適合するようにシフトされていることに留意されたい。

【0616】

図３８４に示される実施例では、特定の製造制約が考慮されている。特に、電磁エネルギ１１９３０は、ＳＰＧ１１９００のアレイ（屈折率ｎ_１＝２．０を有するＳｉ_３Ｎ_４から形成される）上への空気中の入射（屈折率ｎ_ａｉｒ＝１．０を有する）であると仮定され、支持材料１１９３５（屈折率ｎ_０＝１．４５を有するＳｉＯ_２から形成される）を通して伝搬される。加えて、最小柱幅および柱間の最小距離は、６５ｎｍであって、最大縦横比（すなわち、柱高対柱幅の比）は、１０であると仮定される。これらの材料および形状は、現在、ＣＭＯＳリソグラフィプロセスにおいて容易に利用可能である。

【0617】

図３８５は、検出器ピクセル内の埋設光学素子としての使用に好適なＳＰＧを設計するための、設計プロセス１１９４０を要約する工程図を示す。設計プロセス１１９４０は、ステップ１１９４２から開始する。ステップ１１９４４では、種々の設計目標が指定される。設計目標は、例えば、所望の範囲の入力および出力角度値（すなわち、ＳＰＧから要求されるＣＲＡ補正性能）と、検出器ピクセルの感光領域における出力とを含んでもよい。ステップ１１９４６では、幾何学的光学系分析が行われ、幾何学的光学系設計を生成する。つまり、幾何学的光学系アプローチを使用して、ＣＲＡ補正性能（ステップ１１９４４で指定されるように）を提供可能な同等の従来のプリズム性能が判断される。ステップ１１９４８では、結合波解析に基づくアプローチを使用して、幾何学的光学系設計が、初期ＳＰＧ設計に変換される。初期ＳＰＧ設計は、理想的ＳＰＧの特性を提供するが、そのような設計は、現在利用可能な製造技術を使用して、製造可能ではない場合がある。したがって、ステップ１１９５０では、種々の製造制約が、指定される。関連製造制約は、例えば、最小柱幅、最大柱高、最大縦横比（すなわち、柱高対柱幅の比）、およびＳＰＧを形成するために使用される材料を含んでもよい。次いで、ステップ１１９５２では、ステップ１１９５０で指定される製造制約に従って、初期ＳＰＧ設計が修正され、製造可能ＳＰＧ設計を生成する。ステップ１１９５４では、ステップ１１９４４で指定の設計目標に対し、製造可能ＳＰＧ設計の性能が評価される。ステップ１１９５４は、例えば、ＦＥＭＬＡＢ（登録商標）等の市販のソフトウェアで製造可能ＳＰＧ設計の性能をシミュレーションするステップを含んでもよい。次いで、製造可能ＳＰＧ設計がステップ１１９４４の設計目標を満たすかどうか、決定１１９５６が行われる。決定１１９５６の結果が「いいえ」、すなわち、製造可能ＳＰＧ設計が設計目標を満たさない場合、設計プロセス１１９４０は、ステップ１１９５２へ戻り、再び、ＳＰＧ設計を修正する。決定１１９５６の結果が「はい」、すなわち、製造可能ＳＰＧ設計が設計目標を満たす場合、製造可能ＳＰＧ設計は、最終ＳＰＧ設計として指定され、設計プロセス１１９４０は、ステップ１１９５８で終了する。設計プロセス１１９４０内のステップはそれぞれ、以下に詳述される。

【0618】

図３８６は、図３８５に示される設計プロセス１１９４０のステップ１１９４４および１１９４６におけるＳＰＧの設計に使用される、幾何学的作図の概略図を示す。ステップ１１９４４および１１９４６では、所望の量のＣＲＡ補正を実施する、従来のプリズム１１９６０の特性を識別することから開始してもよい。プリズム１１９６０によって定義されるパラメータは、以下の通りである。

【0619】

θ_ｉｎ＝プリズムの第１の表面内の電磁エネルギの入射角度
θ_ｏｕｔ＝虚のＳＰＧ表面内の電磁エネルギの出力角度
θ’_ｏｕｔ＝プリズムの第２の表面から射出する電磁エネルギの出力角度
θ_Ａ＝プリズムの頂角
ｎ_１＝プリズム材料の屈折率
ｎ_０＝支持材料の屈折率
α＝第１の中間角度
β＝第２の中間角度
図３８６を継続して参照すると、式（１６）に示されるように、出力角度θ_ｏｕｔは、θ_ｉｎ、θ_Ａ、ｎ_１、およびθ_０の関数として表され得ることを、Ｓｎｅｌｌの法則および三角関係を使用することによって示され得る。

【0620】

【数14】

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例えば、出力角度θ_ｏｕｔ＝１６°を達成するために、屈折率ｎ_１＝２．０を有する材料から形成されるプリズムを使用して、入力角度θ_ｉｎ＝３５°を仮定すると、プリズムの頂角は、式（１６）に従って、θ_Ａ＝１８．３°となるはずである。つまり、種々のパラメータに対しこれらの値を仮定すると、従来のプリズム１１９６０は、プリズムからの出力角度が、例えば、ＣＭＯＳ検出器の感光領域の許容円錐内であるθ_ｏｕｔ＝１６°となるように、入力角度θ_ｉｎ＝３５°を有する入射電磁エネルギの伝搬を補正するであろう。必要ＣＲＡ補正を達成するめに要求される従来のプリズムの頂角と仮定すると、所与のプリズム基盤寸法に対する従来のプリズムのプリズム高は、形状によって容易に計算される。

【0621】

次に図３８７を参照すると、ＳＰＧ設計が基礎とされるモデルプリズム１１９６２が示される。モデルプリズム１１９６２は、屈折率ｎ_１を有する材料から形成される。モデルプリズム１１９６２は、共通検出器のピクセル幅に対応するプリズム基盤幅２．２ミクロンを含む。また、モデルプリズム１１９６２は、プリズム高Ｈおよび頂角θ_Ａを含み、この場合、１８．３°に等しい式（１６）を使用して計算され得る。図３８７から分かるように、プリズム高Ｈは、式（１７）によって、幾何学的にプリズム基盤幅および頂角θ_Ａに関連付けられる。

【0622】

【数15】

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図３８７と関連して図３８８を参照すると、計算される寸法を含む、ＳＰＧ１１９６４の概略図が示される。ＳＰＧ１１９６４の特性は、図３８５に示される設計プロセス１１９４０のステップ１１９４８の結果である。すなわち、ＳＰＧ１１９６４は、幾何学的光学系設計（モデルプリズム１１９６２によって表されるように）を初期ＳＰＧ設計の変換結果を表す。ＳＰＧ１１９６４の幅（すなわち、Ｓ_Ｗ）は、モデルプリズム１１９６２のプリズム基盤幅（すなわち、２．２ミクロン）であると仮定され、プリズム高Ｈを上回る計算値は、ＳＰＧ柱の高さ（すなわち、Ｐ_Ｈ）として考慮される。ＳＰＧ１１９６４のための設計計算では、ＳＰＧ１１９６４はＳｉ_３Ｎ_４から形成され、電磁エネルギ（波長０．４５ミクロンを有する）は、空気中のＳＰＧ１１９６４への入射であって、ＳＰＧ１１９６４からＳｉＯ_２内へ射出するものと仮定する。便宜上、ＳＰＧ１１９６４内の分散および損失は、ごくわずかであるとみなされる。その結果、ＳＰＧ１１９６４の関連パラメータは、式（１８）を使用して、容易に計算され得る。

【0623】

【数16】

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【0624】

【表74】

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本実施例における値ｉ＝１、２、３、．．．、１９に対する柱幅Ｗ_１の計算値は、表７４に要約される。つまり、関連ＳＰＧパラメータの上述のリストおよび表７４は、図３８５に示される設計プロセス１１９４０におけるステップ１１９４８の結果を要約する。

【0625】

上述の計算値は、理想的ＳＰＧの特性を表すが、一部の柱幅Ｗ_１は小さ過ぎて、現在利用可能な製造技術を使用して、実際に製造することは不可能であることが理解される。ＳＰＧの最終設計の製造可能性を考慮して、最小柱幅は、６５ｎｍに設定され、柱高Ｐ_Ｈは、６５０ｎｍに設定される（最大縦横比（すなわち、柱高Ｐ_Ｈ対柱幅Ｐ_ｗの比）が約１０であると仮定する場合、この高さの値は、現在利用可能な製造プロセスの上限を表すため）。故に、柱数Ｎおよび周期は、ＳＰＧ構造を簡素化する一方、製造制約に適合するように修正される。これらの制限の付加は、図３８５に示される設計プロセス１１９４０のステップ１１９５０に含まれる。

【0626】

次いで、初期ＳＰＧ構造設計は、設計プロセス１１９４０のステップ１１９５２において、製造制約に従って修正される。

【0627】

【表75】

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表７５は、簡素化プロセスで使用されるパラメータを要約する。次いで、これらのパラメータは、製造可能ＳＰＧ内の適切な柱幅を判断するために使用される。

【0628】

【表76】

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製造可能ＳＰＧにおいて修正された柱幅は、表７６に要約される。

【0629】

設計プロセス１１９４０のステップ１１９５４は、製造可能ＳＰＧ設計（例えば、表７５および７６に要約されるような）の性能の評価を伴う。図３８９は、図３８８に示されるように、製造可能ＳＰＧ設計の０°〜３５°の範囲の入力角度に対する入力角度θ_ｉｎの関数として、出力角度θ_ｏｕｔの数値計算結果のプロット１１９６６を示し、波長５３５ｎｍにおいて、ｓ偏光を有する入射電磁エネルギを受ける。プロット１１９６６は、表７６に記載される製造可能ＳＰＧを通る電磁エネルギ伝搬を考慮して、ＦＥＭＬＡＢ（登録商標）を使用して生成された。３０°を超える入力角度においても、結果として生じる出力角度は、約１６°であることが図３８９から分かり、それによって、製造可能ＳＰＧは、依然として、十分なＣＲＡ補正を提供し、３０°を超える入射電磁エネルギを付随検出器ピクセルの感光領域に対する許容角度円錐内にもたらすことが示される。

【0630】

図３９０は、０°〜３５°の範囲の入力角度に対する入力角度θ_ｉｎ（再び、図３８６に示されるような）の関数として、出力角度θ_ｏｕｔ（すなわち、図３８６に示されるような）の数値計算結果を示すが、ここでは、計算は、図３８６に示される設定内の幾何学的光学系に基づく、プロット１１９６８である。プロット１１９６８と図３８９のプロット１１９６６との比較によって、幾何学的光学系は、製造可能ＳＰＧよりも全体的に大きいＣＲＡ補正を予測するが、図３８９および３９０に示される線の勾配は、非常に類似することが分かるであろう。したがって、図３８９および３９０の数値計算結果は、概して、製造可能ＳＰＧが十分なＣＲＡ補正を提供する一方、実際の製造制約は、その時間調和形式におけるＭａｘｗｅｌｌの式を解くシミュレーションモデルを考慮するため、プロット１１９６６は、予測される装置性能のより信頼性のある推定を提供し得ると認める。言い換えると、図３８９と図３９０との比較は、図３８５の設計プロセス（すなわち、ＳＰＧの仕様を生成するための幾何学的光学系設計から開始する）が、好適なＳＰＧ設計を生成する実行可能方法を提供することを示す。

【0631】

図３９１および３９２は、それぞれ、ｓおよびｐ偏光に対する入力角度θ_ｉｎおよび波長の関数として、製造可能ＳＰＧ上への入射電磁エネルギの数値計算結果のプロット１１９７０および１１９７２を示す。プロット１１９７０および１１９７２は、ＦＥＭＬＡＢ（登録商標）を使用して生成されたが、他の好適なソフトウェアを同様に使用して、プロットを生成してもよい。プロット１１９７０および１１９７２を比較する際に、表７６の製造可能ＳＰＧは、一定範囲の着目波長および異なる偏光に対する類似ＣＲＡ補正性能を提供することを理解できるであろう。加えて、出力角度θ_ｏｕｔは、３０°を超える入力角度に対しても約１６°である。つまり、本開示によって設計される製造可能ＳＰＧは、一定範囲の波長および偏光に対し製造可能性ならびに均一ＣＲＡ補正性能を提供する。言い換えると、図３８９〜３９２の検査（すなわち、設計プロセス１１９４０の決定１１９５６を実施するステップ）は、この製造可能ＳＰＧ設計が、設計目標を十分満たすことを示す。

【0632】

図３８３〜３９２は、ＣＲＡ補正を実施するためのＳＰＧの設計に関係しているが、図３８０に示されるように、メタレンズを含む検出器ピクセル構成によって提供されるような、入射電磁エネルギを焦点に集める一方、ＣＲＡ補正を実施することが可能なＳＰＧを設計することも可能である。図３９３および３９４は、それぞれ、同時にＣＲＡ補正を提供し、その上に入射する電磁エネルギを焦点に集めるための例示的位相プロファイル１１９７６および対応するＳＰＧ１１９７９のプロット１１９７４を示す。位相プロファイル１１９７４は、空間距離（任意の単位）の関数としての位相（ラジアン単位）のプロットとして示され、放物線位相表面と傾斜位相表面との組み合わせとしてみなされ得る。図３９３では、空間距離ゼロは、例示的光学素子の中心に対応する。

【0633】

図３９４は、位相プロファイル１１９７６と同等の位相プロファイルを提供する、例示的ＳＰＧ１１９７９を示す。ＳＰＧ１１９７９は、複数の柱１１９８０を含み、ＳＰＧ１１９７９によって影響を受ける位相プロファイルは、柱の集中およびサイズに比例する。つまり、図３９３に示されるように、柱の低集中は、低位相に対応する。言い換えると、低位相領域では、柱は少なく、したがって、そこを通って伝達される電磁エネルギの波面を修正可能な材料の量が低減される。反対に、高位相領域は、波面位相に作用するより多くの材料を提供する柱の高集中を含む。ＳＰＧ１１９７９の設計は、柱１１９８０が周囲媒質よりも高屈折率の材料から形成されると仮定する。さらに、ＳＰＧ１１９７９では、柱幅およびピッチは、λ／（２ｎ）（ここで、ｎは、柱１１９８０を形成する材料の屈折率である）未満であると仮定される。

【0634】

前述の実施形態はそれぞれ、ＣＭＯＳ検出器ピクセルアレイの形成と関連する特定のセットのＣＭＯＳ適合プロセスに関して記載され、カラーフィルタを含む素子と一体的に形成されたが、上述の方法、システム、および素子は、ＢＩＣＭＯＳ処理、ＧａＡｓ処理、およびＣＣＤ処理等の他の種類の半導体処理と置換することによって簡単に適合され得ることを、当業者には容易に明白であろう。同様に、上述の方法、システム、および素子は、検出器の代わりに、電磁エネルギのエミッタに簡単に適合され得、依然として、本開示の精神および範囲内であることを、容易に理解されるであろう。さらに、好適な同等物が、種々の構成要素、そのような代替物の機能および使用、または当業者に周知の付加的構成要素の代わりに、あるいはそれに加えて使用されてもよく、したがって、本開示の範囲内であるとみなされる。

【0635】

異なる屈折率を有する２つの媒質から形成される表面は、その上に入射する電磁エネルギを部分的に反射する。例えば、異なる屈折率を有する２つの隣接光学素子から形成される表面（例えば、層状光学素子）は、表面上に入射する電磁エネルギを部分的に反射するであろう。

【0636】

電磁エネルギが、２つの媒質から形成される表面によって反射される程度は、表面の反射率（「Ｒ」）に比例する。反射率は、式（１９）によって定義される。

【0637】

【数17】

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したがって、ｎ_１とｎ_２との間の差異が大きいほど、表面の反射率は大きくなる。

【0638】

撮像システムでは、表面内の電磁エネルギの反射は、望ましくない場合が多い。例えば、撮像システム内の２つ以上の表面による電磁エネルギの反射は、撮像システムの検出器において、望ましくないゴースト像を生成し得る。また、反射は、検出器に到達する電磁エネルギの量を低減する。上述の撮像システム内の電磁エネルギの望ましくない反射を防止するために、反射防止層が、上述のアレイ撮像システム内の任意の光学系の表面（例えば、層状光学素子）の一点またはその上に加工されてもよい。例えば、上述の図２Ｂでは、反射防止層は、層状光学素子２４（１）および２４（２）によって画定される表面等、層状光学素子２４の１つ以上の表面上に加工されてもよい。

【0639】

反射防止層は、表面の一点またはその上に屈折率一致材料の層を適用することによって、光学素子の表面の一点またはその上に加工されてもよい。理想的には、屈折率一致材料（垂直入射単色電磁エネルギを考慮）は、式（２０）によって定義される屈折率に等しい屈折率（「ｎ_{ｍａｔｃｈｅｄ}」）を有する。

【0640】

【数18】

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ここで、ｎ_１は、表面を形成する第１の媒質の屈折率、ｎ_２は、表面を形成する第２の媒質の屈折率である。例えば、ｎ_１＝１．３７およびｎ_２＝１．６０の場合、ｎ_{ｍａｔｃｈｅｄ}は、１．４８に等しくなり、表面に配置される反射防止層は、理想的には、屈折率１．４８を有することになる。

【0641】

理想的には、屈折率一致材料の層は、屈折率一致材料内の着目電磁エネルギの波長の４分の１の厚さを有する。そのような厚さは、一致材料の表面から反射する着目電磁エネルギの相殺的干渉を生じ、それによって、表面における反射を防止するため望ましい。一致材料（「λ_{ｍａｔｃｈｅｄ}」）内の電磁エネルギの波長は、以下の式（２１）によって定義される。

【0642】

【数19】

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ここで、λ_０は、真空内の電磁エネルギの波長である。例えば、着目電磁エネルギは、真空において波長５５０ｎｍを有する緑色光であって、一致材料の屈折率は、１．２６であると仮定する。次いで、緑色光は、一致材料において波長４３７ｎｍを有し、一致材料は、理想的には、この波長の４分の１の厚さ、すなわち１０９ｎｍを有する。

【0643】

可能な一致材料の１つは、低温蒸着二酸化シリコンである。そのような場合、蒸気またはプラズマ二酸化シリコン蒸着システムを使用して、一致材料を表面に適用してもよい。二酸化シリコンは、有利には、反射防止層としての機能に加え、機械的および／または化学的外部からの影響から表面を保護し得る。

【0644】

別の可能な一致材料は、ポリマー材料である。そのような材料は、表面上にスピンコーティングされてもよく、または加工マスタを使用して成形することによって、光学素子（例えば、層状光学素子）の表面に適用されてもよい。例えば、一致材料の層は、層状光学素子の特定の層を形成するために使用される同一加工マスタを使用する、層状光学素子の表面に適用されてもよい。すなわち、加工マスタは、そのＺ軸に沿って（すなわち、光軸に沿って）、適切な距離（例えば、一致材料における着目波長の４分の１）平行移動され、層状光学素子上に一致材料の層を形成する。光学素子の曲率は、不均一厚を有するプロセスによって適用される一致材料の層となるため、そのようなプロセスは、相対的に高曲率半径を有する光学素子と比較して、相対的に低曲率半径を有する光学素子により容易に適用される。代替として、層状光学素子の特定の層を形成するために使用されるもの以外の加工マスタを使用して、一致材料の層を層状光学素子に適用されてもよい。そのような加工マスタは、その表面特徴または外部整合特徴内に設計されるＺ軸に沿って（すなわち、光軸に沿って、一致材料における着目波長の４分の１）、必要平行移動を有する。

【0645】

反射防止層として一致材料を使用する実施例は、共通基盤１２００８上の光学素子層１２００４および１２００６から形成される層状光学素子の横断面図１２０００である、図３９５に示される。反射防止層１２００２は、層１２００４と１２００６との間に配置される。反射防止層１２００２は、一致材料であって、理想的には、式（２１）に定義される屈折率ｎ_{ｍａｔｃｈｅｄ}（ｎ_１は、層１２００４の屈折率、ｎ_２は、層１２００６の屈折率である）を有することを意図する。反射防止層１２００２の厚さ１２０１４は、反射防止層１２００２内の着目電磁エネルギの波長の４分の１に等しい。共通基盤１２００８は、ＷＡＬＯ型光学系のために使用されるような検出器（例えば、図２Ａの検出器１６）またはガラスプレートであってもよい。また、説明図１２０００の２つの裁断図１２０１０は、図３９５に示される。裁断図１２０１０（１）は、式（２０）によって定義される反射率を有する、屈折率一致材料から形成される反射防止層１２００２を示す。裁断図１２０１０（２）は、以下に論じられるように、２つのサブ層から形成される反射防止層１２００２を示す。

【0646】

また、反射防止層は、複数のサブ層から加工されてもよく、複数のサブ層は、理想的には、式（２１）によって定義されるｎ_{ｍａｔｃｈｅｄ}に等しい有効屈折率（「ｎ_ｅｆｆ」）を集合的に有する。加えて、反射防止層は、有利には、表面を形成する２つの光学素子を加工するために使用される同一材料を使用して、２つのサブ層から加工されてもよい。裁断図１２０１０（２）は、素子１２００４および１２００６と、反射防止層１２００３との詳細を示す。それぞれ、第１と第２のサブ層１２００３（１）および１２００３（２）は、サブ層内の着目電磁エネルギの波長の１／１６に略等しい厚さを有する。

【0647】

表７７は、図３９５の裁断図１２０１０（２）に示されるような層状光学素子の２つの層（以下、「ＬＬ１」および「ＬＬ２」と称される）によって画定される表面に配置される、２層の反射防止層の例示的設計を要約する。本実施例では、反射防止層は、層ＬＬ１およびＬＬ２を加工するために使用される同一材料から加工される、層「ＡＲｌ」および「ＡＲ２」と称される２つのサブ層を含む。表７７に記載されるように、第１のサブ層は、層ＬＬ２と同一材料から加工され、第２のサブ層は、層ＬＬ１同一材料から加工される。表７７の目的のため、着目電磁エネルギの波長は、５０５ｎｍである。

【0648】

【表77】

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図３９６は、表７７に指定される反射防止層を伴うおよび伴わない、表７７の層ＬＬ１およびＬＬ２によって画定される表面の波長の関数として、反射率のプロット１２０４０を示す。曲線１２０４２は、表７７に指定される反射防止層を伴わない、層ＬＬ１とＬＬ２との間の表面における反射率を表す。曲線１２０４４は、表７７に指定される反射防止層を伴う、反射率を表す。プロット１２０４０から分かるように、反射防止層は、層ＬＬ１およびＬＬ２によって画定される表面の反射率を低減する。

【0649】

反射防止層は、光学素子の表面上のサブ波長特徴を加工することによって（例えば、成形またはエッチングによって）、光学素子の表面上またはその一点に形成されてもよい。例えば、そのようなサブ波長特徴は、光学素子の表面内に陥凹を含み、陥凹のうちの少なくとも１つのサイズ（例えば、長さ、幅、または深度）は、反射防止層内の着目電磁エネルギの波長よりも小さい。陥凹は、例えば、光学素子を加工するために使用される材料と異なる屈折率を有する充填材料で充填される。そのような充填材料は、既存の光学素子上に別の光学素子を直接形成するために使用されるポリマー等の材料であってもよい。例えば、サブ波長特徴が、第１の層状光学素子上に形成され、第２の層状光学素子が、第１の層状光学素子に直接適用される場合、充填材料は、第２の層状光学素子を加工するために使用される材料であるだろう。代替として、光学素子の表面が、別の光学素子と接触しない場合、充填材料は、空気（または、光学素子の環境内の別の気体）であってもよい。いずれの場合も、充填材料（例えば、ポリマーまたは空気）は、光学素子を加工するために使用される材料と異なる屈折率を有する。故に、サブ波長特徴、充填材料、および光学素子の非修正表面（サブ波長特徴を含まない光学素子の表面の一部）は、有効屈折率ｎ_ｅｆｆを有する有効媒質層を形成する。そのような有効媒質層は、ｎ_ｅｆｆが、式（２０）で定義されるｎ_{ｍａｔｃｈｅｄ}と略等しい場合、反射防止層として機能する。２つの異なる材料の組み合わせから有効屈折率を定義するための関係の１つは、式（２１）によって与えられる、Ｂｒｕｇｇｅｍａｎ方程式によって求められる。

【0650】

【数20】

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ここで、ｐは、第１の構成材料Ａの体積分率、ε_Ａは、第１の構成材料Ａの複素誘電関数、ε_Ｂは、第２の構成材料Ｂの複素誘電関数、ε_ｅは、有効媒質の得られた複素誘電関数である。複素誘電関数εは、式（２２）によって、屈折率ｎおよび吸収定数ｋに関連付けられる。

【0651】

【数21】

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有効屈折率は、サブ波長特徴のサイズおよび形状、ならびに光学素子の表面の充填率の関数であって、充填率は、非修正表面（すなわち、サブ波長特徴を有さない）の一部対表面全体の比として定義される。サブ波長特徴が、着目電磁エネルギの波長に対し十分小さく、光学素子の表面に沿って、十分均等に分布される場合、有効媒質層の有効屈折率は、光学素子を加工するために使用される充填材料および材料の屈折率の略唯一の関数である。

【0652】

サブ波長特徴は、周期的（例えば、正弦波）または非周期的（例えば、無作為）であってもよい。サブ波長特徴は、平行または非平行であってもよい。平行サブ波長特徴は、有効媒質層を通過する電磁エネルギの偏光状態の選択をもたらし得る。そのような偏光は、アプリケーションに応じて、望ましいまたは望ましくない場合がある。

【0653】

上述のように、サブ波長特徴が、有効媒質層内の着目電磁エネルギの波長よりも小さい少なくとも１次元を有することは重要である。一実施形態では、サブ波長特徴は、式（２３）によって定義されるサイズＤ_ｍａｘ以下のうちの少なくとも１次元を有する。

【0654】

【数22】

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ここで、λ_０は、真空内の着目電磁エネルギの波長、ｎ_ｅｆｆは、有効媒質層の有効屈折率である。

【0655】

サブ波長特徴は、サブ波長特徴のネガティブを画定する表面を有する加工マスタを使用して、光学素子の表面内に成形されてもよい。そのようなネガティブは、サブ波長特徴の逆であって、ネガティブ上の隆起表面は、光学素子上に形成されるサブ波長特徴の陥凹に対応する。例えば、図３９７は、共通基盤１２０８０上に光学素子を加工するために使用されるであろう成形可能材料１２０７８の表面１２０８６に適用されるサブ波長特徴のネガティブ１２０７６を含む、表面１２０７２を有する加工マスタ１２０７０を示す。加工マスタ１２０７０は、得られた光学素子の表面１２０８６上にサブ波長特徴を成形するために、矢印１２０８４によって示される成形可能材料１２０７８と係合する。

【0656】

ネガティブ１２０７６は、小さ過ぎるため、裸眼によって表面１２０７２上で確認することはできない。表面１２０７２の裁断図１２０７４は、ネガティブ１２０７６の例示的詳細を示す。ネガティブ１２０７６は、図３９７内で正弦波として示されるが、ネガティブ１２０７６は、任意の周期的または非周期的構造であってもよい。ネガティブ１２０７６は、サブ波長特徴成形表面１２０８６によって生成される有効媒質層内の着目電磁エネルギの波長よりも小さい、最大「深度」１２０８２を有する。

【0657】

別の光学素子が、表面１２０８６に近接して形成される場合、表面１２０８６内に成形されるサブ波長特徴は、光学系１２０７８を加工するために使用されるものと異なる屈折率を有する充填材料で充填される。充填材料は、表面１２０８６上に付加的光学素子を加工するために使用される材料であってもよい。別様に、充填材料は、空気または表面１２０８６の環境内の別の気体である。第２の材料で充填される場合、成形可能材料１２０７８内に形成されるサブ波長特徴は、反射防止層として作用する有効媒質層を集合的に形成する。

【0658】

図３９８は、図２６８における機械加工表面６４１０のサブセクション１２１１０の数値グリッドモデルを示す。数値モデルは、フライカット機械加工表面６４１０に近似することに留意されたい。サブセクション１２１１０は、電磁モデリングを可能にするように離散化されている。したがって、離散化モデルに基づく、以下に示される得られた性能プロットもまた、近似値である。機械加工表面６４１０は、加工マスタの表面上に含まれ、ネガティブを形成してもよい。例えば、機械加工表面６４１０は、図３９７の加工マスタ１２０７０のネガティブ１２０７６を形成してもよい。ツールが加工マスタの表面から除去された材料を有するサブセクション１２１１０の領域は、黒色ブロック１２１１２によって表される。そのような領域は、陥凹と称される場合がある。表面の原材料が残っているサブセクション１２１１０の領域は、白色ブロック１２１１４によって表される。そのような領域は、支柱と称される場合がある。説明の明確性のため、１つの陥凹および支柱のみ、図３９８において番号が付される。

【0659】

サブセクション１２１１０は、機械加工表面６４１０の表面全体に繰り返され、周期的構造を有するネガティブを形成する、４つの単位セルのアレイを含む。サブセクション１２１１０の左下コーナー内の単位セルは、周期１２１１６（「Ｗ」）および高さ１２１１８（「Ｈ」）を有する。ＷとＨとの間の比、すなわち、単位セルの縦横比は、式（２４）によって定義される。

【0660】

【数23】

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機械加工表面６４１０によって画定されるネガティブは、Ｗに等しい周期を有するとみなされ得る。単位セルのうちの少なくとも１つの特徴または寸法（例えば、図３９８に示されるＷ）が、機械加工表面６４１０を有する加工マスタによって生成される有効媒質層内の着目電磁エネルギの波長よりも小さいことは重要である。機械加工表面６４１０の各単位セルは、以下の特性を有する。（１）支柱充填率（「ｆ_Ｈ」）０．４４４、（２）陥凹充填率（「ｆ_Ｌ」）０．５５６、（３）周期（Ｗ）２００ｎｍ、（４）陥凹１２１１２の深度１０４．５ｎｍに等しい厚さ。

【0661】

図３９９は、機械加工表面６４１０を有する加工マスタを使用して生成されるサブ波長特徴を有する、平面表面上に垂直入射する電磁エネルギの波長の関数として、反射率のプロット１２１４０を示す。曲線１２１４６は、周期４００ｎｍを有する単位セルに対応し、曲線１２１４４は、周期２００ｎｍを有する単位セルに対応し、曲線１２１４２は、周期６００ｎｍを有する単位セルに対応する。単位セルの周期が２００ｎｍまたは４００ｎｍである場合、表面は、波長約０．５ミクロンにおいてほぼゼロの反射率を有することが、図３９９から分かるだろう。しかしながら、これらの寸法の周期では、表面レリーフは、メタ材料として挙動することを停止し、代わりに、回折構造となるため、単位セルが周期６００ｎｍを有する場合、表面の反射率は、約０．５２５ミクロンを下回る波長に対し大幅に増加する。したがって、図３９９は、単位セルの周期が十分に小さいことを保証する重要性を示す。

【0662】

図４００は、機械加工表面６４１０を有する加工マスタを使用して生成されるサブ波長特徴を有する、平面表面上に入射する電磁エネルギの入射角の関数として、反射率のプロット１２１７０を示す。プロット１２１７０は、周期２００ｎｍを有する単位セルを仮定する。曲線１２１７４は、波長５００ｎｍを有する電磁エネルギに対応し、曲線１２１７２は、波長７００ｎｍを有する電磁エネルギに対応する。曲線１２１７２および１２１７４の比較は、サブ波長特徴が、角度および波長の両方に依存していることを示す。

【0663】

図４０１は、曲率半径５００ミクロンを有する例示的半球光学素子上に入射する電磁エネルギの入射角の関数として、反射率のプロット１２２００を示す。曲線１２２０４は、機械加工表面６４１０を有する加工マスタを使用して生成される、サブ波長特徴を有する光学素子に対応し、曲線１２２０２は、サブ波長特徴を有さない光学素子に対応する。サブ波長特徴を有する光学素子は、サブ波長特徴を有さない光学素子と比較して、低反射率を有することが分かるだろう。

【0664】

上述のように、反射防止層として機能する有効媒質層は、光学素子の表面内にサブ波長特徴を成形することによって、光学素子の表面上に形成されてもよく、そのようなサブ波長特徴は、サブ波長特徴のネガティブを含む表面を有する加工マスタを使用して、成形されてもよい。そのようなネガティブは、種々のプロセスを使用して、加工マスタの表面上に形成されてもよい。そのようなプロセスの実施例は、後述される。

【0665】

ネガティブは、図２６７〜２６８に関して上述されたもの等のフライカッティングプロセスを使用することによって、加工マスタの表面上に形成されてもよい。フライカッティングプロセスを使用して生成されるネガティブは、周期的であってもよい。例えば、機械加工表面６４１０のサブセクション１２１１０（図３９８）は、単位セルの幅のサイズであるツールを使用して、フライカットされてもよい。図３９８の場合、単位セルが、幅２００ｎｍおよび高さ３４０ｎｍを有する場合、ツールは、幅約６０ｎｍを有し得る。

【0666】

加工マスタの表面上にネガティブを形成する別の方法は、図２２４に示されるツール等の特殊化されたダイヤモンドツールの使用である。ダイヤモンドツールは、図２２３に示されるような表面（例えば、加工マスタの表面）内に溝を切削する。しかしながら、ダイヤモンドツールは、平行および周期的サブ波長特徴に対応するネガティブを形成するためにのみ使用され得る。ネガティブは、ラスタライズされたナノインデンテーションパターニングを使用して、加工マスタの表面上に形成されてもよい。スタンピングプロセスであるそのようなパターニングを使用して、周期的または非周期的ネガティブを生成してもよい。

【0667】

加工マスタの表面上にネガティブを形成するさらに別の方法は、レーザ切断の使用である。レーザ切断を使用して、周期的または非周期的ネガティブを形成してもよい。ＫｒＦレーザ等の高出力パルスエキシマレーザは、モードロックされ、数マイクロジュールのパルスエネルギを生成する、または２４８ｎｍで１ジュールを超える生成パルスエネルギにＱスイッチされ、加工マスタの表面上でそのようなレーザ切断を実施することが可能である。例えば、３００ｎｍより小さい特徴サイズを有するネガティブの表面レリーフ構造は、以下のように、ＫｒＦレーザを使用するエキシマレーザ切断を利用して生成可能である。レーザは、ＣａＦ２光学系を使用して、回折限界点に焦点され、加工マスタの表面全体にラスタされる。レーザパルスエネルギまたはパルス数は、所望の深度に特徴（例えば、ピット）を切断するように調節されてもよい。特徴間隔は、ネガティブ設計に対応する充填率を達成するように調節される。レーザ切断に好適であり得る他のレーザは、ＡｒＦレーザおよびＣＯ２レーザを含む。

【0668】

ネガティブは、エッチングプロセスを使用して、加工マスタの表面上にさらに形成されてもよい。そのようなプロセスでは、腐食液が、加工マスタの表面内のピットをエッチングするために使用される。ピットは、加工マスタの表面の材料の粒度および構成と関連付けられる。そのような粒度および構成は、加工マスタ表面の材料（例えば、金属合金）、材料の温度、および材料の機械的処理の関数である。材料の格子平面および欠陥（例えば、粒界および結晶転位）は、ピットが形成される速度に影響を及ぼす。粒界および結晶転位は、無作為に配向される場合が多く、または低コヒーレンスを有する。故に、ピットの空間分布およびサイズもまた、無作為であり得る。ピットのサイズは、エッチング化学反応、加工マスタおよび腐食液の温度、粒度、エッチングプロセスの時間等の特性に依存する。可能な腐食液は、塩および酸等の腐食性物質を含む。実施例として、真鍮表面を有する加工マスタを検討する。二クロム酸ナトリウム二水和物および硫酸等の溶液から成る腐食液を使用して、真鍮表面をエッチングし、立方および正方形状を含む形状を有するピットを生じさせてもよい。

【0669】

反射防止層が、光学素子の表面上またはその一点に形成される場合、反射防止層または複数の層は、光学素子の中心よりも、光学素子エッジ近傍で厚くなる必要があり得る。そのような要件は、光学素子の曲率による、そのエッジ近傍の光学素子の表面上への電磁エネルギの入射角の増加のためである。

【0670】

共通基盤上に加工される単一光学素子または層状光学素子（例えば、上述の図２Ｂの層状光学素子２４）等、成形によって形成される光学系は、概して、硬化の際に収縮する。図４０２は、そのような収縮の実施例を示す、プロット１２２３０である。プロット１２２３０は、金型（すなわち、加工マスタの一部）および硬化光学素子の横断面を示す。垂直軸は、金型および硬化光学素子のプロファイル寸法を表し、水平軸は、金型および硬化光学素子の半径方向寸法を表す。曲線１２２３２は、金型の横断面を表し、曲線１２２３４は、硬化光学素子の横断面を表す。硬化による光学素子の収縮は、曲線１２２３４が、概して、曲線１２２３２よりも小さいことに留意することによって分かるであろう。そのような収縮は、焦点誤差等の収差を生じ得る、光学素子の高さ、幅、および曲率の変化をもたらす。

【0671】

光学素子収縮によって生じる収差を回避するために、光学素子を形成するために使用される金型は、その硬化の際の光学素子の収縮を補償するように、光学素子の所望のサイズよりも大きく作製されてもよい。図４０３は、金型（すなわち、加工マスタの一部）および硬化光学素子の横断面であるプロット１２２６０を示す。曲線１２２６２は、金型の横断面を表し、曲線１２２６４は、光学素子の横断面を表す。図４０３の金型は、硬化の際の光学素子の収縮を補償するようにサイズ化されている点において、プロット１２２６０（図４０３）は、プロット１２２３０（図４０２）と異なる。故に、図４０３の曲線１２２６４は、図４０２の曲線１２２３２に対応する。したがって、図４０３の光学素子の横断面は、図４０２の金型によって表される光学素子の意図された横断面に対応する。

【0672】

図４０３のコーナー１２２６６および１２２６８等、光学素子の急激な湾曲表面における収縮は、光学素子を形成する材料の粘度および係数によって制御される。コーナー１２２６６および１２２６８は、光学素子の有効口径上を侵食しないことが望ましい。故に、コーナー１２２６６および１２２６８の曲率半径は、光学素子金型内で相対的に小さく作製され、光学素子の有効口径上を侵食するコーナー１２２６６および１２２６８の可能性を低減し得る。

【0673】

図４の検出器ピクセル７８等の検出器ピクセルは、一般に、「前面照明」のために構成される。前面照明検出器ピクセルでは、電磁エネルギは、検出器ピクセルの前面（例えば、検出器ピクセル７８の表面９８）から入射し、金属相互接続部（例えば、検出器ピクセル７８の金属相互接続部９６）を通過し、感光領域（例えば、検出器ピクセル７８の感光領域９４）へと一連の層内を進行する。撮像システムは、一般に、前面照明検出器ピクセルの前面上に加工される。加えて、埋設された光学系は、上述のように、前面照明ピクセルの支持層に近接して加工されてもよい。

【0674】

しかしながら、本明細書の特定の実施形態では、検出器ピクセルは、「背面照明」のために構成されてもよく、上述の撮像システムは、そのような背面照明検出器ピクセルとともに使用するように構成されてもよい。背面照明検出器ピクセルでは、電磁エネルギは、検出器ピクセルの背面から入射し、感光領域に直接作用する。故に、電磁エネルギは、有利には、一連の層を通って進行せず、感光領域に到達する。層内の金属相互接続部は、望ましくないことに、電磁エネルギが感光領域に到達するのを妨害し得る。上述のような撮像システムは、背面照明検出器ピクセルの背面に適用されてもよい。

【0675】

検出器ピクセルの背面は、概して、製造の際に、厚いシリコンウエハによって被覆される。そのようなシリコンウエハは、電磁エネルギがウエハを貫通し、感光領域に到達可能なように、ウエハをエッチングまたは研削することによって、薄化されなければならない。図４０４は、個々のシリコンウエハ１２３０８および１２３１０を含む、検出器ピクセル１２２９０および１２２９２の横断面図を示す。シリコンウエハ１２３０８および１２３１０はそれぞれ、感光領域１２２９８を含む、領域１２３０６を含む。また、概して、シリコン・オン・インシュレータ（「ＳＯＩ」）ウエハとして称される種類のシリコンウエハ１２３０８は、余剰シリコンセクション１２２９４および埋設された酸化物層１２３０４を含む。また、シリコンウエハ１２３１０は、余剰シリコン層１２２９６を含む。余剰シリコン層１２２９４および１２２９６は、電磁エネルギ１８が、感光領域１２２９８に到達し得るように、除去されなければならない。検出器ピクセル１２２９０は、余剰シリコン層１２２９４が除去された後、裏面１２３００を有し、検出器ピクセル１２２９２は、余剰シリコン層１２２９６が除去された後、裏面１２３０２を有することになる。

【0676】

二酸化シリコンから加工される埋設された酸化物層１２３０４は、余剰シリコン層１２２９４の除去の際に、領域１２３０６に損傷されるのを防止する補助をし得る。シリコンのエッチングおよび研削を正確に制御することは、難しい場合が多い。したがって、領域１２３０６が、余剰シリコン層１２２９４から分離されない場合、シリコンウエハ１２３０８のエッチングまたは研削を正確に停止することが不能なため、領域１２３０６が損傷を受ける危険がある。埋設された酸化物層１２３０４は、そのような分離を提供し、それによって、余剰シリコン層１２２９４の除去の際に、領域１２３０６の偶発的除去を防止する補助をする。また、埋設された酸化物層１２３０４は、有利には、後述のように、検出器ピクセル１２２９０の表面１２３００に近接する埋設光学素子の形成のために使用されてもよい。

【0677】

図４０５は、背面照明のために構成される検出器ピクセル１２３３０、ならびに検出器ピクセル１２３３０とともに使用され得る層構造１２３３８および３本柱メタレンズ１２３４０の横断面図を示す。モデル化の目的のため、感光領域１２３３６は、領域１２３４２の中心内の矩形体積として近似されてもよい。層（例えば、フィルタ）を検出器ピクセル１２３３０に追加し、その電磁エネルギ収集性能を向上させてもよい。加えて、検出器ピクセル１２３３０の既存層を修正し、その性能を向上させてもよい。例えば、後述のように、層１２３３２および／または層１２２３４を修正し、検出器ピクセル１２３３０の性能を向上させてもよい。

【0678】

層１２３３２および／または１２３３４を修正し、カラーフィルタおよび／または赤外線カットオフフィルタ等の１つ以上のフィルタを形成してもよい。一実施例では、層１２３３４は、カラーフィルタとして作用する層状構造１２２３８および／または赤外線カットオフフィルタ内に修正される。また、層１２３３２および／または１２３３４は、電磁エネルギ１８の感光領域１２３３６上への誘導を補助するように、修正されてもよい。例えば、層１２３３４は、電磁エネルギ１８を感光領域１２３３６上へ誘導するメタレンズ内に形成されてもよい。メタレンズの実施例は、図４０５に示される３本柱メタレンズ１２３４０である。別の実施例として、層１２３３２および１２３３４の材料は、層１２３３２および１２３３４が、感光領域１２３３６による電磁エネルギの吸収を増加させる共振器を集合的に形成するように、薄膜層と代替されてもよい。

【0679】

図４０６は、混合色の波長と、背面照明のために構成される検出器ピクセル内に加工され得る赤外線遮断フィルタの関数として、透過率のプロット１２３７０を示す。例えば、フィルタは、図４０５の検出器ピクセル１２３３０の層１２３３４内に加工されてもよい。破線によって表される曲線１２３７４は、シアン着色光の透過率を表し、点線によって表される曲線１２３７６は、黄色光の透過率を表し、実線によって表される曲線１２３７２は、マゼンタ着色光の透過率を表す。基準波長５５０ｎｍおよび垂直入射に対するＩＲカットＣＭＹフィルタの例示的設計は、表７８に要約される。

【0680】

【表78-1】

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【0681】

【表78-2】

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図４０７は、背面照明のために構成される、検出器ピクセル１２４００の横断面図を示す。検出器ピクセル１２４００は、長さ１ミクロンの側面の正方形横断面を有する、感光領域１２４０２を含む。感光領域１２４０２は、５００ｎｍの距離１２４０８だけ反射防止層１２４２０から分離される。反射防止層１２４２０は、３０ｎｍの厚さ１２４０４を有する二酸化シリコンサブ層と、４０ｎｍの厚さ１２４０６を有する窒化シリコンサブ層とから成る。

【0682】

電磁エネルギ１８を感光領域１２４０２上に誘導するためのメタレンズ１２４２２は、反射防止層１２４２０に近接して配置される。メタレンズ１２４２２は、それぞれ、窒化シリコンから加工される大柱１２４１０および小柱１２４１２を除き、二酸化シリコンから加工される。大柱１２４１０は、１ミクロンの幅１２４１６を有し、小柱１２４１２は、１２０ｎｍの幅１２４２８を有する。大柱１２４１６および小柱１２４１２は、３００ｎｍの深度１２４１８を有する。小柱１２４１２は、９０ｎｍの距離だけ大柱１２４１０から分離される。メタレンズ１２４２２を含む検出器ピクセル１２４００は、メタレンズ１２４２２を含まない検出器ピクセル１２４００の一実施形態よりも約３３％上回る量子効率を有してもよい。等高線１２４２６は、検出器ピクセル１２４００内の電磁エネルギ密度を表す。図４０７から分かるように、等高線は、垂直入射電磁エネルギ１８が、メタレンズ１２４２２によって、感光領域１２４０２に誘導されることを示す。

【0683】

反射防止層１２４２０およびメタレンズ１２４２２は、検出器ピクセル１２４００の背面から余剰シリコン層を除去した後、検出器ピクセル１２４００内または上に加工されてもよい。例えば、検出器ピクセル１２４００が、図４０５の検出器ピクセル１２３３０の一実施形態である場合、反射防止層１２４００およびメタレンズ１２４２２は、検出器ピクセル１２３３０の層１２３３４内に形成されてもよい。

【0684】

図４０８は、背面照明のために構成される、検出器ピクセル１２４５０の横断面図である。検出器ピクセル１２４５０は、感光領域１２４５２および２本柱メタレンズ１２４５４を含む。メタレンズ１２４５４は、表面１２４７０に至るまで、検出器ピクセル１２４５０の背面上の余剰シリコンを研削またはエッチングすることによって加工される。次いで、エッチングされた領域１２４５６は、検出器ピクセル１２４５０のシリコン内にさらにエッチングされる。各エッチングされた領域１２４５６は、６００ｎｍの幅１２４７２および２００ｎｍの厚さ１２４６０を有する。各エッチングされた領域１２４５６は、感光領域１２４５２の中心線から１．１ミクロンの距離１２４６４に求心される。エッチングされた領域１２４５６は、二酸化シリコン等の充填材料で充填される。また、充填材料は、６００ｎｍの厚さ１２４６８を有する保護層として機能し得る、層１２４５８を生成してもよい。したがって、メタレンズ１２４５４は、シリコン非エッチング領域１２４７４および充填エッチング領域１２４５６を含む。等高線１２４６６は、検出器ピクセル１２４５０内の電磁エネルギ密度を表す。図４０８から分かるように、等高線は、垂直入射電磁エネルギ１８が、メタレンズ１２４５４によって、感光領域１２４５２に誘導されることを示す。図４０９は、図４０８の検出器ピクセル１２４５０に対する波長の関数として、量子効率のプロット１２４９０を示す。曲線１２４９２は、メタレンズ１２４５４を伴う検出器ピクセル１２４５０を表し、曲線１２４９４は、メタレンズ１２４５４を伴わない検出器ピクセル１２４５０を表す。図４０９から分かるように、メタレンズ１２４５４は、検出器ピクセル１２４５０の量子効率を約１５％増加させる。

【0685】

上述および他の変更は、その範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の撮像システムになされてもよい。したがって、上述の説明に含まれるまたは付随の図面に示される事項は、例示として解釈され、制限するものではないものと解釈されることに留意されたい。以下の請求項は、本明細書に記載のすべての一般的および特定の特徴、ならびに、言語上、その範囲内であり得る、本方法およびシステムの範囲におけるすべての記述を網羅するものと意図される。

【図面の簡単な説明】

【0686】

【図1】図１は、一実施形態による、撮像システムおよびその付随する配列のブロック図である。

【図2A】図２は、一実施形態による、一撮像システムの横断面図である。

【図2B】図２Ｂは、一実施形態による、一撮像システムの横断面図である。

【図3】図３は、一実施形態による、アレイ撮像システムの横断面図である。

【図4】図４は、一実施形態による、図３におけるアレイ撮像システムの一撮像システムの横断面図である。

【図5】図５は、一実施形態による、一撮像システムの光学レイアウトおよび光線追跡図である。

【図6】図６は、アレイ撮像システムからダイスカットされた後の、図５における撮像システムの横断面図である。

【図7】図７は、図５における撮像システムに対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図8A】図８Ａ〜８Ｃは、図５における撮像システムの光路差のプロットを示す。

【図8B】図８Ａ〜８Ｃは、図５における撮像システムの光路差のプロットを示す。

【図8C】図８Ａ〜８Ｃは、図５における撮像システムの光路差のプロットを示す。

【図9A】図９Ａは、図５における撮像システムの歪のプロットを示す。

【図9B】図９Ｂは、図５における撮像システムの像面湾曲のプロットを示す。

【図10】図１０は、中心合わせの際の公差および光学素子の厚さ変動を考慮した、図５における撮像システムの空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図11】図１１は、一実施形態による、一撮像システムの光学レイアウトおよび光線追跡である。

【図12】図１２は、一実施形態による、アレイ撮像システムからダイスカットされた、図１１における撮像システムの横断面図である。

【図13】図１３は、図１１における撮像システムのための空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図14A】図１４Ａ〜１４Ｃは、図１１における撮像システムの光路差のプロットを示す。

【図14B】図１４Ａ〜１４Ｃは、図１１における撮像システムの光路差のプロットを示す。

【図14C】図１４Ａ〜１４Ｃは、図１１における撮像システムの光路差のプロットを示す。

【図15A】図１５Ａは、図１１における撮像システムの歪のプロットを示す。

【図15B】図１５Ｂは、図１１における撮像システムの像面湾曲のプロットを示す。

【図16】図１６は、中心合わせの際の公差および光学素子の厚さ変動を考慮した、図１１における撮像システムの空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図17】図１７は、一実施形態による、一撮像システムの光学レイアウトおよび光線追跡を示す。

【図18】図１８は、図１７における撮像システムの層状レンズの波面符号化プロファイルの等高線図を示す。

【図19】図１９は、一実施形態による、アレイ撮像システムからダイスカットされた、図１７における撮像システムの斜視図である。

【図20A】図２０Ａ〜２１は、図１７の撮像システムに対し、異なる物体共役における空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図20B】図２０Ａ〜２１は、図１７の撮像システムに対し、異なる物体共役における空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図21】図２０Ａ〜２１は、図１７の撮像システムに対し、異なる物体共役における空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図22A】図２２Ａ〜２３は、図１７の撮像システムに対し、異なる物体共役における空間周波数の関数として、処理サジタルの変調伝達関数のプロットを示す。

【図22B】図２２Ａ〜２３は、図１７の撮像システムに対し、異なる物体共役における空間周波数の関数として、処理サジタルの変調伝達関数のプロットを示す。

【図23】図２２Ａ〜２３は、図１７の撮像システムに対し、異なる物体共役における空間周波数の関数として、処理サジタルの変調伝達関数のプロットを示す。

【図24】図２４は、図５における撮像システムに対するデフォーカスの関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図25】図２５は、図１７における撮像システムに対するデフォーカスの関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図26A】図２６Ａ〜２６Ｃは、処理前の、図１７における撮像システムの点像分布関数のプロットを示す。

【図26B】図２６Ａ〜２６Ｃは、処理前の、図１７における撮像システムの点像分布関数のプロットを示す。

【図26C】図２６Ａ〜２６Ｃは、処理前の、図１７における撮像システムの点像分布関数のプロットを示す。

【図27A】図２７Ａ〜２７Ｃは、フィルタリング後の、図１７における撮像システムの点像分布関数のプロットを示す。

【図27B】図２７Ａ〜２７Ｃは、フィルタリング後の、図１７における撮像システムの点像分布関数のプロットを示す。

【図27C】図２７Ａ〜２７Ｃは、フィルタリング後の、図１７における撮像システムの点像分布関数のプロットを示す。

【図28A】図２８Ａは、一実施形態による、図１７における撮像システムと使用され得るフィルタカーネルの３次元プロット表現を示す。

【図28B】図２８Ｂは、図２８Ａに示されるフィルタカーネルの表形式表現を示す。

【図29】図２９は、一実施形態による、一撮像システムの光学レイアウトおよび光線追跡を示す。

【図30】図３０は、一実施形態による、アレイ撮像システムからダイスカットされた、図２９における撮像システムの横断面図である。

【図31A】図３１Ａ〜３３Ｂは、異なる物体共役における、図５および２９の撮像システムの空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図31B】図３１Ａ〜３３Ｂは、異なる物体共役における、図５および２９の撮像システムの空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図32A】図３１Ａ〜３３Ｂは、異なる物体共役における、図５および２９の撮像システムの空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図32B】図３１Ａ〜３３Ｂは、異なる物体共役における、図５および２９の撮像システムの空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図33A】図３１Ａ〜３３Ｂは、異なる物体共役における、図５および２９の撮像システムの空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図33B】図３１Ａ〜３３Ｂは、異なる物体共役における、図５および２９の撮像システムの空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図34】図３４Ａ〜３６Ｃは、異なる物体共役における、図５における撮像システムの横光線の扇形図を示す。

【図35】図３４Ａ〜３６Ｃは、異なる物体共役における、図５における撮像システムの横光線の扇形図を示す。

【図36】図３４Ａ〜３６Ｃは、異なる物体共役における、図５における撮像システムの横光線の扇形図を示す。

【図37】図３７Ａ〜３９Ｃは、異なる物体共役における、図２９における撮像システムの横光線の扇形図を示す。

【図38】図３７Ａ〜３９Ｃは、異なる物体共役における、図２９における撮像システムの横光線の扇形図を示す。

【図39】図３７Ａ〜３９Ｃは、異なる物体共役における、図２９における撮像システムの横光線の扇形図を示す。

【図40】図４０は、一実施形態による、一撮像システムのレイアウトの横断面図である。

【図41】図４１は、図４０における撮像システムに対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図42】図４２Ａ〜４２Ｃは、図４０における撮像システムの光路差のプロットを示す。

【図43A】図４３Ａは、図４０における撮像システムの歪のプロットを示す。

【図43B】図４３Ｂは、図４０における撮像システムの像面湾曲のプロットを示す。

【図44】図４４は、一実施形態による、中心合わせの際の公差および光学素子の厚さ変動を考慮した、図４０における撮像システムの空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図45】図４５は、一実施形態による、一撮像システムの光学レイアウトおよび光線追跡である。

【図46A】図４６Ａは、波面符号化を行っていない、図４５における撮像システムに対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図46B】図４６Ｂは、フィルタリングサジタルに波面符号化を伴う、図４５における撮像システムに対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図47】図４７Ａ〜４７Ｃは、波面符号化を伴わない、図４５における撮像システムの横光線の扇形図を示す。

【図48】図４８Ａ〜４８Ｃは、波面符号化を伴う、図４５における撮像システムの横光線の扇形図を示す。

【図49A】図４９Ａ〜４９Ｂは、波面符号化を含む、図４５における撮像システムの点像分布関数のプロットを示す。

【図49B】図４９Ａ〜４９Ｂは、波面符号化を含む、図４５における撮像システムの点像分布関数のプロットを示す。

【図50A】図５０Ａは、一実施形態による、図４５における撮像システムと使用され得るフィルタカーネルの３次元プロット表現を示す。

【図50B】図５０Ｂは、図５０Ａに示されるフィルタカーネルの表形式表現を示す。

【図51A】図５１Ａ〜５１Ｂは、一実施形態による、ズーム撮像システムの２つの構成の光学レイアウトおよび光線追跡を示す。

【図51B】図５１Ａ〜５１Ｂは、一実施形態による、ズーム撮像システムの２つの構成の光学レイアウトおよび光線追跡を示す。

【図52A】図５１における撮像システムの２つの構成に対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図52B】図５１における撮像システムの２つの構成に対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図53】図５３Ａ〜５４Ｃは、図５１Ａおよび５１Ｂにおける撮像システムの２つの構成に対する、光路差のプロットを示す。

【図54】図５３Ａ〜５４Ｃは、図５１Ａおよび５１Ｂにおける撮像システムの２つの構成に対する、光路差のプロットを示す。

【図55】図５５Ａおよび５５Ｂは、図５１Ａおよび５１Ｂにおける撮像システムの２つの構成に対する、歪のプロットを示す。図５５Ｂおよび５５Ｄは、図５１Ａおよび５１Ｂにおける撮像システムの２つの構成に対する、像面湾曲のプロットを示す。

【図56A】図５６Ａ〜５６Ｂは、一実施形態による、ズーム撮像システムの２つの構成に対する、光学レイアウトおよび光線追跡を示す。

【図56B】図５６Ａ〜５６Ｂは、一実施形態による、ズーム撮像システムの２つの構成に対する、光学レイアウトおよび光線追跡を示す。

【図57A】図５７Ａ〜５７Ｂは、図５６Ａおよび５６Ｂにおける撮像システムの２つの構成に対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図57B】図５７Ａ〜５７Ｂは、図５６Ａおよび５６Ｂにおける撮像システムの２つの構成に対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図59】図５８Ａ〜５９Ｃは、図５６Ａおよび５６Ｂにおける撮像システムの２つの構成に対する、光路差のプロットを示す。

【図58】図５８Ａ〜５９Ｃは、図５６Ａおよび５６Ｂにおける撮像システムの２つの構成に対する、光路差のプロットを示す。

【図60】図６０Ａおよび６０Ｃは、図５６Ａおよび５６Ｂにおける撮像システムの２つの構成に対する、歪のプロットを示す。図６０Ｂおよび６０Ｄは、図５６Ａおよび５６Ｂにおける撮像システムの２つの構成に対する、像面湾曲のプロットを示す。

【図61A】図６１Ａ〜６２は、一実施形態による、ズーム撮像システムの３つの構成に対する光学レイアウトおよび光線追跡を示す。

【図61B】図６１Ａ〜６２は、一実施形態による、ズーム撮像システムの３つの構成に対する光学レイアウトおよび光線追跡を示す。

【図62】図６１Ａ〜６２は、一実施形態による、ズーム撮像システムの３つの構成に対する光学レイアウトおよび光線追跡を示す。

【図63A】図６３Ａ〜６４は、図６１Ａ、６１Ｂ、および６２における撮像システムの３つの構成に対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図63B】図６３Ａ〜６４は、図６１Ａ、６１Ｂ、および６２における撮像システムの３つの構成に対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図64】図６３Ａ〜６４は、図６１Ａ、６１Ｂ、および６２における撮像システムの３つの構成に対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図65】図６５Ａ〜６７Ｃは、図６１Ａ、６１Ｂ、および６２における撮像システムの３つの構成に対する、光路差のプロットを示す。

【図66】図６５Ａ〜６７Ｃは、図６１Ａ、６１Ｂ、および６２における撮像システムの３つの構成に対する、光路差のプロットを示す。

【図67】図６５Ａ〜６７Ｃは、図６１Ａ、６１Ｂ、および６２における撮像システムの３つの構成に対する、光路差のプロットを示す。

【図68】図６８Ａ〜６９Ｂは、図６１Ａ、６１Ｂ、および６２における撮像システムの３つの構成に対する、歪のプロットおよび像面湾曲のプロットを示す。

【図69】図６８Ａ〜６９Ｂは、図６１Ａ、６１Ｂ、および６２における撮像システムの３つの構成に対する、歪のプロットおよび像面湾曲のプロットを示す。

【図70A】図７０Ａ〜７１は、一実施形態による、ズーム撮像システムの３つの構成の光学レイアウトおよび光線追跡を示す。

【図70B】図７０Ａ〜７１は、一実施形態による、ズーム撮像システムの３つの構成の光学レイアウトおよび光線追跡を示す。

【図71】図７０Ａ〜７１は、一実施形態による、ズーム撮像システムの３つの構成の光学レイアウトおよび光線追跡を示す。

【図72A】図７２Ａ〜７３は、所定の位相修正を行っていない、図７０Ａ、７０Ｂ、および７１における撮像システムの３つの構成に対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図72B】図７２Ａ〜７３は、所定の位相修正を行っていない、図７０Ａ、７０Ｂ、および７１における撮像システムの３つの構成に対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図73】図７２Ａ〜７３は、所定の位相修正を行っていない、図７０Ａ、７０Ｂ、および７１における撮像システムの３つの構成に対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図74A】図７４Ａ〜７５は、処理サジタルに所定の位相修正を伴う、図７０Ａ、７０Ｂ、および７１における撮像システムに対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図74B】図７４Ａ〜７５は、処理サジタルに所定の位相修正を伴う、図７０Ａ、７０Ｂ、および７１における撮像システムに対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図75】図７４Ａ〜７５は、処理サジタルに所定の位相修正を伴う、図７０Ａ、７０Ｂ、および７１における撮像システムに対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図76A】図７６Ａ〜７６Ｃは、図７０Ａ、７０Ｂ、および７１における撮像システムの３つの構成に対する、処理前の点像分布関数のプロットを示す。

【図76B】図７６Ａ〜７６Ｃは、図７０Ａ、７０Ｂ、および７１における撮像システムの３つの構成に対する、処理前の点像分布関数のプロットを示す。

【図76C】図７６Ａ〜７６Ｃは、図７０Ａ、７０Ｂ、および７１における撮像システムの３つの構成に対する、処理前の点像分布関数のプロットを示す。

【図77A】図７７Ａ〜７７Ｃは、図７０Ａ、７０Ｂ、および７１における撮像システムの３つの構成に対する、処理後の点像分布関数のプロットを示す。

【図77B】図７７Ａ〜７７Ｃは、図７０Ａ、７０Ｂ、および７１における撮像システムの３つの構成に対する、処理後の点像分布関数のプロットを示す。

【図77C】図７７Ａ〜７７Ｃは、図７０Ａ、７０Ｂ、および７１における撮像システムの３つの構成に対する、処理後の点像分布関数のプロットを示す。

【図78A】図７８Ａは、一実施形態による、図７０Ａ、７０Ｂ、および７１における撮像システムと使用され得るフィルタカーネルの３次元プロット表現を示す。

【図78B】図７８Ｂは、図７８Ａに示されるフィルタカーネルの表形式表現を示す。

【図79】図７９は、一実施形態による、一撮像システムの光学レイアウトおよび光線追跡を示す。

【図80】図８０は、図７９における撮像システムに対する空間周波数の関数として、単色変調伝達関数のプロットを示す。

【図81】図８１は、図７９における撮像システムに対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図82】図８２Ａ〜８２Ｃは、図７９における撮像システムの光路差のプロットを示す。

【図83A】図８３Ａは、図７９における撮像システムの歪のプロットを示す。

【図83B】図８３Ｂは、図７９における撮像システムの像面湾曲のプロットを示す。

【図84】図８４は、一実施形態による、図７９における撮像システムの修正構成に対する空間周波数の関数として、変調伝達関数のプロットを示す。

【図85】図８５Ａ〜８５Ｃは、図７９における撮像システムの修正バージョンに対する、光路差のプロットを示す。

【図86】図８６は、一実施形態による、一複数開口撮像システムの光学レイアウトおよび光線追跡である。

【図87】図８７は、一実施形態による、一複数開口撮像システムの光学レイアウトおよび光線追跡である。

【図88】図８８は、一実施形態による、アレイ撮像システムを加工するための例示的プロセスを示す、工程図である。

【図89】図８９は、一実施形態による、アレイ撮像システムの具現化において実施される、例示的セットのステップ工程図である。

【図90】図９０は、図８８における設計ステップの詳細を示す例示的工程図である。

【図91】図９１は、一実施形態による、検出器サブシステムを設計するための例示的プロセスを示す、工程図である。

【図92】図９２は、一実施形態による、検出器ピクセルと一体的に形成される光学素子の設計のための例示的プロセスを示す、工程図である。

【図93】図９３は、一実施形態による、光学サブシステムを設計するための例示的プロセスを示す、工程図である。

【図94】図９４は、図９３における具現化プロセスをモデル化するための例示的セットのステップ工程図である。

【図95】図９５は、一実施形態による、加工マスタの製造をモデル化するための例示的プロセスを示す、工程図である。

【図96】図９６は、一実施形態による、加工マスタ製造可能性を評価するための例示的プロセスを示す、工程図である。

【図97】図９７は、一実施形態による、ツールパラメータを分析するための例示的プロセスを示す、工程図である。

【図98】図９８は、一実施形態による、ツール経路パラメータを分析するための例示的プロセスを示す、工程図である。

【図99】図９９は、一実施形態による、ツール経路を生成するための例示的プロセスを示す、工程図である。

【図100】図１００は、一実施形態による、加工マスタを製造するための例示的プロセスを示す、工程図である。

【図101】図１０１は、一実施形態による、修正光学系設計を生成するための例示的プロセスを示す、工程図である。

【図102】図１０２は、一実施形態による、アレイ光学系を形成するための例示的複製プロセスを示す、工程図である。

【図103】図１０３は、一実施形態による、複製実現可能性を評価するための例示的プロセスを示す、工程図である。

【図104】図１０４は、図１０３のプロセスのさらなる詳細を示す、工程図である。

【図105】図１０５は、一実施形態による、収縮の影響を考慮して、修正光学系設計を生成するための例示的プロセスを示す、工程図である。

【図106】図１０６は、一実施形態による、光学素子上に検出器を印刷または転写する能力に基づいて、アレイ撮像システムを加工するための例示的プロセスを示す、工程図である。

【図107】図１０７は、一実施形態による、撮像システム処理連鎖の概略図である。

【図108】図１０８は、一実施形態による、カラー処理を含む撮像システムの概略図である。

【図109】図１０９は、上述の‘３７１特許における開示等の位相修正素子を含む、従来技術の撮像システムの概略説明図である。

【図110】図１１０は、一実施形態による、多重屈折光学素子を含む、撮像システムの概略説明図である。

【図111】図１１１は、一実施形態による、撮像システムの使用に好適な多重屈折光学素子の概略説明図である。

【図112】図１１２は、一実施形態による、検出器上に直接添着される多重屈折光学素子を示す概略説明図であって、撮像システムは、デジタル信号プロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；ＤＳＰ）をさらに含む。

【図113】図１１３〜１１７は、一実施形態による、本開示の多重屈折光学素子が製造および組み立てられ得る方法を示す一連の概略説明図である。

【図114】図１１３〜１１７は、一実施形態による、本開示の多重屈折光学素子が製造および組み立てられ得る方法を示す一連の概略説明図である。

【図115】図１１３〜１１７は、一実施形態による、本開示の多重屈折光学素子が製造および組み立てられ得る方法を示す一連の概略説明図である。

【図116】図１１３〜１１７は、一実施形態による、本開示の多重屈折光学素子が製造および組み立てられ得る方法を示す一連の概略説明図である。

【図117】図１１３〜１１７は、一実施形態による、本開示の多重屈折光学素子が製造および組み立てられ得る方法を示す一連の概略説明図である。

【図118】図１１８は、従来技術のＧＲＩＮレンズを示す。

【図119】図１１９〜１２３は、図１１８におけるＧＲＩＮレンズに対する、垂直入射およびミスフォーカスの異なる値の一連のスルーフォーカススポットダイアグラム（すなわち、点像分布関数、または「Ｐｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ＰＳＦ」）である。

【図120】図１１９〜１２３は、図１１８におけるＧＲＩＮレンズに対する、垂直入射およびミスフォーカスの異なる値の一連のスルーフォーカススポットダイアグラム（すなわち、点像分布関数、または「Ｐｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ＰＳＦ」）である。

【図121】図１１９〜１２３は、図１１８におけるＧＲＩＮレンズに対する、垂直入射およびミスフォーカスの異なる値の一連のスルーフォーカススポットダイアグラム（すなわち、点像分布関数、または「Ｐｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ＰＳＦ」）である。

【図122】図１１９〜１２３は、図１１８におけるＧＲＩＮレンズに対する、垂直入射およびミスフォーカスの異なる値の一連のスルーフォーカススポットダイアグラム（すなわち、点像分布関数、または「Ｐｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ＰＳＦ」）である。

【図123】図１１８におけるＧＲＩＮレンズに対する、垂直入射およびミスフォーカスの異なる値の一連のスルーフォーカススポットダイアグラム（すなわち、点像分布関数、または「Ｐｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ＰＳＦ」）である。

【図124】図１２４〜１２８は、図１１８におけるＧＲＩＮレンズに対する、垂線から５°離れて入射する電磁エネルギの一連のスルーフォーカススポットダイアグラムである。

【図125】図１２４〜１２８は、図１１８におけるＧＲＩＮレンズに対する、垂線から５°離れて入射する電磁エネルギの一連のスルーフォーカススポットダイアグラムである。

【図126】図１２４〜１２８は、図１１８におけるＧＲＩＮレンズに対する、垂線から５°離れて入射する電磁エネルギの一連のスルーフォーカススポットダイアグラムである。

【図127】図１２４〜１２８は、図１１８におけるＧＲＩＮレンズに対する、垂線から５°離れて入射する電磁エネルギの一連のスルーフォーカススポットダイアグラムである。

【図128】図１２４〜１２８は、図１１８におけるＧＲＩＮレンズに対する、垂線から５°離れて入射する電磁エネルギの一連のスルーフォーカススポットダイアグラムである。

【図129】図１２９は、図１１８におけるＧＲＩＮレンズに対する、一連の変調伝達関数（「Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ＭＴＦ」）を示すプロットである。

【図130】図１３０は、図１１８におけるＧＲＩＮレンズに対する、ミリメートル当たり１２０サイクルの空間周波数における、ミリメートルで表したフォーカスシフトの関数として、スルーフォーカスＭＴＦを示すプロットである。

【図131】図１３１は、一実施形態による、異なる入射角の光線経路を図示する、多重屈折光学素子の光線追跡モデルを示す。

【図132】図１３２〜１３６は、図１３１における素子に対する、垂直入射およびミスフォーカスの異なる値の一連のＰＳＦである。

【図133】図１３２〜１３６は、図１３１における素子に対する、垂直入射およびミスフォーカスの異なる値の一連のＰＳＦである。

【図134】図１３２〜１３６は、図１３１における素子に対する、垂直入射およびミスフォーカスの異なる値の一連のＰＳＦである。

【図135】図１３２〜１３６は、図１３１における素子に対する、垂直入射およびミスフォーカスの異なる値の一連のＰＳＦである。

【図136】図１３２〜１３６は、図１３１における素子に対する、垂直入射およびミスフォーカスの異なる値の一連のＰＳＦである。

【図137】図１３７〜１４１は、図１３１における素子に対する、垂線から５°離れて入射する電磁エネルギの一連のスルーフォーカスＰＳＦである。

【図138】図１３７〜１４１は、図１３１における素子に対する、垂線から５°離れて入射する電磁エネルギの一連のスルーフォーカスＰＳＦである。

【図139】図１３７〜１４１は、図１３１における素子に対する、垂線から５°離れて入射する電磁エネルギの一連のスルーフォーカスＰＳＦである。

【図140】図１３７〜１４１は、図１３１における素子に対する、垂線から５°離れて入射する電磁エネルギの一連のスルーフォーカスＰＳＦである。

【図141】図１３７〜１４１は、図１３１における素子に対する、垂線から５°離れて入射する電磁エネルギの一連のスルーフォーカスＰＳＦである。

【図142】図１４２は、図１３１における位相修正素子に対する、一連のＭＴＦを示すプロットである。

【図143】図１４３は、図１３１〜１４１に関連して論じられるように、所定の位相修正を含む素子に対する、ミリメートル当たり１２０サイクルの空間周波数における、ミリメートルで表したフォーカスシフトの関数として、スルーフォーカスＭＴＦを示すプロットである。

【図144】図１４４は、一実施形態による、垂直入射と、垂線から２０°の入射とを有する電磁エネルギの適応を図示する、多重屈折光学素子の光線追跡モデルを示す。

【図145】図１４５は、図１４３に関連して論じられるように、所定の位相修正を伴わない同一不均質素子に対する、ミリメートル当たり１２０サイクルの空間周波数における、ミリメートルで表したフォーカスシフトの関数として、スルーフォーカスＭＴＦを示すプロットである。

【図146】図１４６は、図１４３〜１４４に関連して論じられるように、所定の位相修正を伴う同一不均質素子に対する、ミリメートル当たり１２０サイクルの空間周波数における、ミリメートルで表したフォーカスシフトの関数として、スルーフォーカスＭＴＦを示すプロットである。

【図147】図１４７は、一実施形態による、多重屈折光学素子が製造され得る別の方法を図示する。

【図148】図１４８は、一実施形態による、多重屈折光学素子のアレイを含む光学系を示す。

【図149】図１４９〜１５３は、種々のシステム内に組み込まれる多重屈折光学素子を含む、光学系を示す。

【図150】図１４９〜１５３は、種々のシステム内に組み込まれる多重屈折光学素子を含む、光学系を示す。

【図151】図１４９〜１５３は、種々のシステム内に組み込まれる多重屈折光学素子を含む、光学系を示す。

【図152】図１４９〜１５３は、種々のシステム内に組み込まれる多重屈折光学素子を含む、光学系を示す。

【図153】図１４９〜１５３は、種々のシステム内に組み込まれる多重屈折光学素子を含む、光学系を示す。

【図154】図１５４は、光学素子の従来技術のウエハスケールアレイを示す。

【図155】図１５５は、従来技術のウエハスケールアレイのアセンブリを示す。

【図156】図１５６は、一実施形態による、アレイ撮像システムおよびダイシングされた撮像システムの裁断図を示す。

【図157】図１５７は、図１５６における撮像システムの詳細を図示する概略横断面図である。

【図158】図１５８は、異なる視野位置に対する、図１５６および１５７における撮像システムを通る光線伝搬を図示する概略横断面図である。

【図159】図１５９〜１６２は、図１５６および１５７における撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図160】図１５９〜１６２は、図１５６および１５７における撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図161】図１５９〜１６２は、図１５６および１５７における撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図162】図１５９〜１６２は、図１５６および１５７における撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図163】図１６３は、一実施形態による、例示的撮像システムの概略横断面図である。

【図164】図１６４は、一実施形態による、例示的撮像システムの概略横断面図である。

【図165】図１６５は、一実施形態による、例示的撮像システムの概略横断面図である。

【図166】図１６６は、一実施形態による、例示的撮像システムの概略横断面図である。

【図167】図１６７〜１７１は、図１６６における例示的撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図168】図１６７〜１７１は、図１６６における例示的撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図169】図１６７〜１７１は、図１６６における例示的撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図170】図１６７〜１７１は、図１６６における例示的撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図171】図１６７〜１７１は、図１６６における例示的撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図172】図１７２は、一実施形態による、例示的撮像システムの概略横断面図である。

【図173】図１７３Ａ〜１７３Ｂは、一実施形態による、一体型絶縁体を含む光学素子のそれぞれ、横断面および上面図を示す。

【図174】図１７４Ａ〜１７４Ｂは、一実施形態による、撮像システムとの使用に好適な２つの矩形開口の上面図を示す。

【図175】図１７５は、図１６５における例示的撮像システムの上面光線追跡図を示し、本明細書では、各光学素子に対し円形開口を含む設計を図示するように示される。

【図176】図１７６は、図１６５における例示的撮像システムの上面光線追跡図を示し、本明細書では、１つの光学素子が矩形開口を含む場合の撮像システムを通る光線伝搬を図示するように示される。

【図177】図１７７は、ウエハスケール撮像システムのアレイの一部の概略横断面図を示し、本明細書では、画質に影響を及ぼし得る不完全性の潜在源を示すように示される。

【図178】図１７８は、一実施形態による、信号プロセッサを含む撮像システムを示す概略図である。

【図179】図１７９〜１８０は、図１７８における撮像システムとの使用に好適な例示的射出瞳の位相の３次元プロットを示す。

【図180】図１７９〜１８０は、図１７８における撮像システムとの使用に好適な例示的射出瞳の位相の３次元プロットを示す。

【図181】図１８１は、異なる視野位置に対し、図１７８における撮像システムを通る光線伝搬を図示する概略横断面図である。

【図182】図１８２〜１８３は、図１７８における撮像システムに対し信号処理を伴わない数値モデルの性能結果を示す。

【図183】図１８２〜１８３は、図１７８における撮像システムに対し信号処理を伴わない数値モデルの性能結果を示す。

【図184】図１８４〜１８５は、それぞれ、図１５８および１８１における撮像システムの開口絞り近傍の光線追跡を図示する概略図であって、本明細書では、開口絞り近傍に位相修正表面の付加を伴うおよび伴わない場合の光線追跡の差異を図示するように示される。

【図186】図１８６〜１８７は、それぞれ、図１６３および１７８における撮像システムからの、光学素子の表面形状の等高線図を示す。

【図187】図１８６〜１８７は、それぞれ、図１６３および１７８における撮像システムからの、光学素子の表面形状の等高線図を示す。

【図188】図１８８〜１８９は、図１５７における撮像システムに対し、アセンブリ誤差を伴うおよび伴わない場合の信号処理サジタルの変調伝達関数（ＭＴＦ）を示す。

【図189】図１８８〜１８９は、図１５７における撮像システムに対し、アセンブリ誤差を伴うおよび伴わない場合の信号処理サジタルの変調伝達関数（ＭＴＦ）を示す。

【図190】図１９０〜１９１は、図１７８における撮像システムに対し、アセンブリ誤差を伴うおよび伴わない場合の信号処理サジタルのＭＴＦを示す。

【図191】図１９０〜１９１は、図１７８における撮像システムに対し、アセンブリ誤差を伴うおよび伴わない場合の信号処理サジタルのＭＴＦを示す。

【図192】図１９２は、図１７８における撮像システムの信号プロセッサにおいて使用される、２次元デジタルフィルタの３次元プロットを示す。

【図193】図１９３〜１９４は、それぞれ、図１５７および１７８における撮像システムに対するスルーフォーカスＭＴＦを示す。

【図194】図１９３〜１９４は、それぞれ、図１５７および１７８における撮像システムに対するスルーフォーカスＭＴＦを示す。

【図195】図１９５は、一実施形態による、アレイ光学系の概略図である。

【図196】図１９６は、図１９５における撮像システムを形成する光学素子の１つのアレイを示す概略図である。

【図197】図１９７〜１９８は、一実施形態による、光学素子のアレイおよび検出器を含む、アレイ撮像システムの概略図を示す。

【図198】図１９７〜１９８は、一実施形態による、光学素子のアレイおよび検出器を含む、アレイ撮像システムの概略図を示す。

【図199】一実施形態による、空隙を有さずに形成されるアレイ撮像システムの概略図を示す。

【図200】一実施形態による、空隙を有さずに形成されるアレイ撮像システムの概略図を示す。

【図201】図２０１は、一実施形態による、例示的撮像システムを通る光線伝搬を図示する概略横断面図である。

【図202】図２０２〜２０５は、図２０１における例示的撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図203】図２０２〜２０５は、図２０１における例示的撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図204】図２０２〜２０５は、図２０１における例示的撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図205】図２０２〜２０５は、図２０１における例示的撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図206】図２０６は、一実施形態による、例示的撮像システムを通る光線伝搬を図示する概略横断面図である。

【図207】図２０７〜２０８は、図２０６における例示的撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図208】図２０７〜２０８は、図２０６における例示的撮像システムの数値モデル化の結果を示す。

【図209】図２０９は、一実施形態による、例示的撮像システムを通る光線伝搬を図示する概略横断面図である。

【図210】図２１０は、それとともに光学素子を形成するための複数の特徴を含む、例示的密集加工マスタを示す。

【図211】図２１１は、それとともに光学素子を形成するための複数の特徴の一部の詳細を図示する、図２１０における例示的密集加工マスタの挿入物を示す。

【図212】図２１２は、一実施形態による、加工プロセスにおけるツール方向を画定するために使用される軸を図示する、例示的ワークピース（例えば、加工マスタ）を示す。

【図213】図２１３は、従来のダイヤモンドバイトにおけるダイヤモンド先端およびツール軸を示す。

【図214】図２１４は、ツール先端刃先を含むダイヤモンド先端の詳細を示す、立体図における概略説明図である。

【図215】図２１５は、主逃げ角を含むダイヤモンド先端の詳細を示す、図２１４の線２１５〜２１５’に沿った側面図における概略説明図である。

【図216】図２１６は、スピンドルおよびツールポストに関連する種々の軸を図示する、例示的多軸機械加工構成を示す。

【図217】図２１７は、一実施形態による、加工マスタ上に光学素子を形成するための複数の特徴の加工において使用するための例示的低速ツールサーボ／高速ツールサーボ（「Ｓｌｏｗ Ｔｏｏｌ Ｓｅｒｖｏ；ＳＴＳ／Ｆａｓｔ Ｔｏｏｌ Ｓｅｒｖｏ；ＦＴＳ」）構成を示す。

【図218】図２１８は、一実施形態による、機械加工処理のさらなる詳細を図示する、図２１７における挿入物のさらなる詳細を示す。

【図219】図２１９は、線２１９−２１９’に沿って切り取られた、図２１８に示される挿入物の詳細の横断面図における概略説明図である。

【図220】図２２０Ａは、一実施形態による、加工マスタ上に光学素子を形成するための複数の特徴を加工する際に使用するための例示的多軸研磨／研削構成を示し、図２２０Ｂは、ワークピースに対するツールの回転に関する付加的詳細を提供し、図２２０Ｃは、ツールが生成する構造を示す。

【図221A】図２２１Ａ〜２２１Ｂは、一実施形態による、加工マスタ上に光学素子を形成するための複数の特徴を加工する際に使用するための形成ツールを含む例示的機械加工構成を示し、図２２１Ｂの図は、図２２１Ａの線２２１Ｂ−２２１Ｂ’に沿って切り取られたものである。

【図221B】図２２１Ａ〜２２１Ｂは、一実施形態による、加工マスタ上に光学素子を形成するための複数の特徴を加工する際に使用するための形成ツールを含む例示的機械加工構成を示し、図２２１Ｂの図は、図２２１Ａの線２２１Ｂ−２２１Ｂ’に沿って切り取られたものである。

【図222-1】図２２２Ａ〜２２２Ｇは、一実施形態による、光学素子を形成するための特徴を加工する際に使用され得る例示的形成ツール形状の横断面図である。

【図222-2】図２２２Ａ〜２２２Ｇは、一実施形態による、光学素子を形成するための特徴を加工する際に使用され得る例示的形成ツール形状の横断面図である。

【図223】図２２３は、一実施形態による、意図的機械加工マークを含む、例示的機械加工表面の立面図における部分図を示す。

【図224】図２２４は、図２２３における例示的機械加工表面を形成するために好適な、ツール先端の立面図における部分図を示す。

【図225】図２２５は、一実施形態による、意図的機械加工マークを含む、別の例示的機械加工表面の立面図における部分図を示す。

【図226】図２２６は、図２２５における例示的機械加工表面を形成するために好適な、ツール先端の立面図における部分図を示す。

【図227】図２２７は、一実施形態による、意図的機械加工マークを含む、１つの機械加工表面を形成するために好適なバイトの立面図における概略説明図である。

【図228】図２２８は、図２２７に示されるバイトの一部の側面図を示す。

【図229】図２２９は、多軸研磨構成における図２２７および２２８のバイトを使用して形成される、部分的立面図における例示的機械加工表面を示す。

【図230】図２３０は、Ｃ軸モード研磨構成における図２２７および２２８のバイトを使用して形成される、部分的立面図における例示的機械加工表面を示す。

【図231】図２３１は、加工マスタ表面上に機械加工され得る種々の特徴を図示する、一実施形態によって加工される密集加工マスタを示す。

【図232】図２３２は、密集加工マスタ上に光学素子を形成するための複数の特徴の詳細を図示する、図２３１における密集加工マスタの挿入物のさらなる詳細を示す。

【図233】図２３３は、図２３２の線２３３−２３３’に沿って切り取られた、図２３１および２３２における密集加工マスタ上に形成される光学素子を形成するための特徴の１つの横断面図を示す。

【図234】図２３４は、一実施形態による、例示的加工マスタを図示する立面図における概略説明図であって、正方形開口を形成するために使用され得る正方形突起が加工される。

【図235】図２３５は、一実施形態による、正方形突起上に機械加工された凸状表面とともに光学素子を形成するための複数の特徴を図示する、図２３４における例示的加工マスタのさらに処理された状態を示す。

【図236】図２３６は、図２３５における例示的加工マスタと関連して形成される嵌合ドータ表面を示す。

【図237】図２３７〜２３９は、一実施形態による、ネガティブ仮想データプロセスを使用して、光学素子を形成するための特徴を加工するプロセスを図示する、横断面図における一連の図面である。

【図238】図２３７〜２３９は、一実施形態による、ネガティブ仮想データプロセスを使用して、光学素子を形成するための特徴を加工するプロセスを図示する、横断面図における一連の図面である。

【図239】図２３７〜２３９は、一実施形態による、ネガティブ仮想データプロセスを使用して、光学素子を形成するための特徴を加工するプロセスを図示する、横断面図における一連の図面である。

【図240】図２４０〜２４２は、一実施形態による、ポジティブ仮想データプロセスを使用して、光学素子を形成するための特徴を加工するプロセスを図示する、一連の図面である。

【図241】図２４０〜２４２は、一実施形態による、ポジティブ仮想データプロセスを使用して、光学素子を形成するための特徴を加工するプロセスを図示する、一連の図面である。

【図242】図２４０〜２４２は、一実施形態による、ポジティブ仮想データプロセスを使用して、光学素子を形成するための特徴を加工するプロセスを図示する、一連の図面である。

【図243】図２４３は、一実施形態によって形成されるツールマークを含む、光学素子を形成するための例示的特徴の部分的横断面における概略説明図である。

【図244】図２４４は、図２４３における光学素子を形成するための例示的特徴の表面の一部の説明図を示し、本明細書では、ツールマークの例示的詳細を図示するように示される。

【図245】図２４５は、エッチングプロセス後の、図２４３における光学素子を形成するための例示的特徴を示す。

【図246】図２４６は、一実施形態によって形成される、密集加工マスタの平面図を示す。

【図247】図２４７〜２５４は、選択された光学素子と関連して留意される、光学素子を図２４６における密集加工マスタ上に形成するための特徴の測定表面誤差の例示的等高線図を示す。

【図248】図２４７〜２５４は、選択された光学素子と関連して留意される、光学素子を図２４６における密集加工マスタ上に形成するための特徴の測定表面誤差の例示的等高線図を示す。

【図249】図２４７〜２５４は、選択された光学素子と関連して留意される、光学素子を図２４６における密集加工マスタ上に形成するための特徴の測定表面誤差の例示的等高線図を示す。

【図250】図２４７〜２５４は、選択された光学素子と関連して留意される、光学素子を図２４６における密集加工マスタ上に形成するための特徴の測定表面誤差の例示的等高線図を示す。

【図251】図２４７〜２５４は、選択された光学素子と関連して留意される、光学素子を図２４６における密集加工マスタ上に形成するための特徴の測定表面誤差の例示的等高線図を示す。

【図252】図２４７〜２５４は、選択された光学素子と関連して留意される、光学素子を図２４６における密集加工マスタ上に形成するための特徴の測定表面誤差の例示的等高線図を示す。

【図253】図２４７〜２５４は、選択された光学素子と関連して留意される、光学素子を図２４６における密集加工マスタ上に形成するための特徴の測定表面誤差の例示的等高線図を示す。

【図254】図２４７〜２５４は、選択された光学素子と関連して留意される、光学素子を図２４６における密集加工マスタ上に形成するための特徴の測定表面誤差の例示的等高線図を示す。

【図255】図２５５は、一実施形態による、原位置測定システムの付加的搭載をさらに含む、図２１６における多軸機械ツールの上面図を示す。

【図256】図２５６は、一実施形態による、多軸機械ツール内の光学度量衡システムの一体化を図示する、図２５５における原位置測定システムのさらなる詳細を示す。

【図257】図２５７は、一実施形態による、真空チャック上の整合特徴の含有を図示する、加工マスタを支持するための真空チャックの立面図における概略図である。

【図258】図２５８は、一実施形態による、図２５７における真空チャック上の整合特徴に対応する整合特徴を含む、密集加工マスタの立面図における概略図である。

【図259】図２５９は、図２５７における真空チャックの部分的横断面における概略図である。

【図260】図２６０〜２６１は、一実施形態による、図２５７における真空チャックとの使用のために好適な代替整合特徴の部分的横断面における概略図を示す。

【図261】図２６０〜２６１は、一実施形態による、図２５７における真空チャックとの使用のために好適な代替整合特徴の部分的横断面における概略図を示す。

【図262】図２６２は、一実施形態による、整合特徴の機能を図示する、加工マスタ、共通基盤、および真空チャックの例示的配列の横断面における概略図である。

【図263】図２６３〜２６６は、一実施形態による、光学素子を形成するための加工マスタ上の特徴の加工において使用され得る例示的多軸機械加工構成を示す。

【図264】図２６３〜２６６は、一実施形態による、光学素子を形成するための加工マスタ上の特徴の加工において使用され得る例示的多軸機械加工構成を示す。

【図265】図２６３〜２６６は、一実施形態による、光学素子を形成するための加工マスタ上の特徴の加工において使用され得る例示的多軸機械加工構成を示す。

【図266】図２６３〜２６６は、一実施形態による、光学素子を形成するための加工マスタ上の特徴の加工において使用され得る例示的多軸機械加工構成を示す。

【図267】図２６７は、一実施形態による、意図的機械加工マークを含む、機械加工表面を形成するために好適な例示的フライカッティング構成を示す。

【図268】図２６８は、図２６７におけるフライカッティング構成を使用して形成可能な、部分的立面図における例示的機械加工表面を示す。

【図269】図２６９は、一実施形態による、加工マスタの使用によって層状光学素子を生成するための概略図および工程図を示す。

【図270A】図２７０Ａ〜２７０Ｂは、一実施形態による、加工マスタの使用によって層状光学素子を生成するための工程図を示す。

【図270B】図２７０Ａ〜２７０Ｂは、一実施形態による、加工マスタの使用によって層状光学素子を生成するための工程図を示す。

【図271】図２７１Ａ〜２７１Ｃは、共通基盤上に層状光学素子のアレイを作製するために使用される複数の逐次的ステップを示す。

【図272A】図２７２Ａ〜２７２Ｅは、共通基盤上に層状光学素子のアレイを作製するために使用される複数の逐次的ステップを示す。

【図272B】図２７２Ａ〜２７２Ｅは、共通基盤上に層状光学素子のアレイを作製するために使用される複数の逐次的ステップを示す。

【図272C】図２７２Ａ〜２７２Ｅは、共通基盤上に層状光学素子のアレイを作製するために使用される複数の逐次的ステップを示す。

【図272D】図２７２Ａ〜２７２Ｅは、共通基盤上に層状光学素子のアレイを作製するために使用される複数の逐次的ステップを示す。

【図272E】図２７２Ａ〜２７２Ｅは、共通基盤上に層状光学素子のアレイを作製するために使用される複数の逐次的ステップを示す。

【図273】図２７３は、図２７１Ａ〜２７１Ｃに従って、逐次的ステップによって製造される層状光学素子を示す。

【図274】図２７４は、図２７２Ａ〜２７２Ｅに従って、逐次的ステップによって作製される層状光学素子を示す。

【図275】図２７５は、位相修正素子を形成するために、その上に形成される複数の特徴を有する加工マスタの部分的立面図を示す。

【図276】図２７６は、位相修正素子を形成するための特徴の選択された１つに関する付加的詳細を提供する、図２７５の線２７６−２７６’に沿って切り取られた横断面図を示す。

【図277A】図２７７Ａ〜２７７Ｄは、共通基盤の２つの側面上に光学素子を形成するための逐次的ステップを示す。

【図277B】図２７７Ａ〜２７７Ｄは、共通基盤の２つの側面上に光学素子を形成するための逐次的ステップを示す。

【図277C】図２７７Ａ〜２７７Ｄは、共通基盤の２つの側面上に光学素子を形成するための逐次的ステップを示す。

【図277D】図２７７Ａ〜２７７Ｄは、共通基盤の２つの側面上に光学素子を形成するための逐次的ステップを示す。

【図278】図２７８は、別個の光学系を分離するために使用され得る例示的スペーサを示す。

【図279A】図２７９Ａ〜２７９Ｂは、図２７８におけるスペーサの使用とともに光学系のアレイを形成するための逐次的ステップを示す。

【図279B】図２７９Ａ〜２７９Ｂは、図２７８におけるスペーサの使用とともに光学系のアレイを形成するための逐次的ステップを示す。

【図280】図２８０は、光学系のアレイを示す。

【図281】図２８１Ａ〜２８１Ｂは、一実施形態による、ウエハスケールズーム光学系の横断面を示す。

【図282】図２８２Ａ〜２８２Ｂは、一実施形態による、ウエハスケールズーム光学系の横断面を示す。

【図283】図２８３Ａ〜２８３Ｂは、一実施形態による、ウエハスケールズーム光学系の横断面を示す。

【図284】図２８４は、視覚システムとロボット工学とを使用して、加工マスタおよび真空チャックを位置付ける例示的整合システムを示す。

【図285】図２８５は、図２８４に示されるシステムの横断面図であって、その中の詳細を図示する。

【図286】図２８６は、図２８４に示されるシステムの上部平面図であって、透明または半透明システム構成要素の使用を図示する。

【図287】図２８７は、共通基盤に対するチャックの移動体測位のための例示的構造を示す。

【図288】図２８８は、係合された加工マスタを含む、図２８７における構造の横断面図を示す。

【図289】図２８９は、一実施形態による、加工マスタの構造を図示する。

【図290】図２９０は、一実施形態による、加工マスタの構造を図示する。

【図291A】図２９１Ａ〜２９１Ｃは、マザー−ドータプロセスによる、図２９０の加工マスタの構造における連続的ステップを示す。

【図291B】図２９１Ａ〜２９１Ｃは、マザー−ドータプロセスによる、図２９０の加工マスタの構造における連続的ステップを示す。

【図291C】図２９１Ａ〜２９１Ｃは、マザー−ドータプロセスによる、図２９０の加工マスタの構造における連続的ステップを示す。

【図292】図２９２は、光学素子を形成するための特徴の選択されたアレイを含む加工マスタを示す。

【図293】図２９３は、図２９２に示されるもののような加工マスタの使用によって生成される、層状光学素子のアレイを含有するアレイ撮像システムの分離部分を示す。

【図294】図２９４は、図２９３の線２９４−２９４’に沿って切り取られた横断面図である。

【図295】図２９５は、一実施形態による、それぞれ、埋設された光学系を含む、複数の検出器ピクセルを含む検出器の一部を示す。

【図296】図２９６は、図２９５における検出器の単一検出器ピクセルを示す。

【図297】図２９７〜３０４は、一実施形態による、検出器ピクセル内に含まれ得る種々の光学素子を図示する。

【図298】図２９７〜３０４は、一実施形態による、検出器ピクセル内に含まれ得る種々の光学素子を図示する。

【図299】図２９７〜３０４は、一実施形態による、検出器ピクセル内に含まれ得る種々の光学素子を図示する。

【図300】図２９７〜３０４は、一実施形態による、検出器ピクセル内に含まれ得る種々の光学素子を図示する。

【図301】図２９７〜３０４は、一実施形態による、検出器ピクセル内に含まれ得る種々の光学素子を図示する。

【図302】図２９７〜３０４は、一実施形態による、検出器ピクセル内に含まれ得る種々の光学素子を図示する。

【図303】図２９７〜３０４は、一実施形態による、検出器ピクセル内に含まれ得る種々の光学素子を図示する。

【図304】図２９７〜３０４は、一実施形態による、検出器ピクセル内に含まれ得る種々の光学素子を図示する。

【図305】図３０５〜３０６は、一実施形態による、埋設光学素子として光学導波管を含む、検出器ピクセルの２つの構成を示す。

【図306】図３０５〜３０６は、一実施形態による、埋設光学素子として光学導波管を含む、検出器ピクセルの２つの構成を示す。

【図307】図３０７は、一実施形態による、光学リレー構成を含む、例示的検出器ピクセルを示す。

【図308】図３０８〜３０９は、それぞれ、波長０．５および０．２５ミクロンに対する検出器ピクセル内の感光領域における、電場振幅の横断面を示す。

【図309】図３０８〜３０９は、それぞれ、波長０．５および０．２５ミクロンに対する検出器ピクセル内の感光領域における、電場振幅の横断面を示す。

【図310】図３１０は、台形光学素子に近似させるために使用される、二重スラブ構成の概略図を示す。

【図311】図３１１は、種々の形状を有する台形光学素子に対する出力結合効率の数値モデル化結果を示す。

【図312】図３１２は、一定範囲の波長の小型レンズおよび二重スラブ構成に対する、出力結合効率の比較を示す複合プロットである。

【図313】図３１３は、一実施形態による、主光線角度（Ｃｈｉｅｆ Ｒａｙ Ａｎｇｌｅ；ＣＲＡ）補正のための埋設光学素子構成の概略図を示す。

【図314】図３１４は、一実施形態による、波長選択フィルタリングのための埋設光学素子を含む、検出器ピクセル構成の概略図を示す。

【図315】図３１５は、図３１４におけるピクセル構成内の異なる層の組み合わせに対する波長の関数として、透過率の数値モデル化結果を示す。

【図316】図３１６は、一実施形態による、複数の検出器を含む例示的ウエハの概略図を示し、本明細書では、分離レーンを図示するように示される。

【図317】図３１７は、個々の検出器の底面図示し、本明細書では、接合パッドを図示するように示される。

【図318】図３１８は、一実施形態による、代替検出器の一部の概略図を示し、本明細書では、平坦化層およびカバープレートの付加を図示するように示される。

【図319】図３１９は、一実施形態による、メタレンズとして作用する１組の埋設光学素子を含む、検出器ピクセルの横断面図を示す。

【図320】図３２０は、図３１９におけるメタレンズの上面図を示す。

【図321】図３２１は、図３１９における検出器ピクセルにおいて使用するために好適な別のメタレンズの上面図を示す。

【図322】図３２２は、一実施形態による、メタレンズとして作用する多層状セットの埋設光学素子を含む、検出器ピクセルの横断面図を示す。

【図323】図３２３は、一実施形態による、メタレンズとして作用する非対称セットの埋設光学素子を含む、検出器ピクセルの横断面図を示す。

【図324】図３２４は、一実施形態による、検出器ピクセル構成と使用するために好適な別のメタレンズの上面図を示す。

【図325】図３２５は、図３２４におけるメタレンズの横断面図を示す。

【図326】図３２６〜３３０は、一実施形態による、検出器ピクセル構成と使用するために好適な代替光学素子の上面図を示す。

【図327】図３２６〜３３０は、一実施形態による、検出器ピクセル構成と使用するために好適な代替光学素子の上面図を示す。

【図328】図３２６〜３３０は、一実施形態による、検出器ピクセル構成と使用するために好適な代替光学素子の上面図を示す。

【図329】図３２６〜３３０は、一実施形態による、検出器ピクセル構成と使用するために好適な代替光学素子の上面図を示す。

【図330】図３２６〜３３０は、一実施形態による、検出器ピクセル構成と使用するために好適な代替光学素子の上面図を示す。

【図331】図３３１は、一実施形態による、検出器ピクセルの横断面における概略図を示し、本明細書では、その中に含まれ得る付加的特徴を図示するように示される。

【図332】図３３２〜３３５は、一実施形態による、検出器ピクセル構成内に組み込まれ得る付加的光学素子の実施例を示す。

【図333】図３３２〜３３５は、一実施形態による、検出器ピクセル構成内に組み込まれ得る付加的光学素子の実施例を示す。

【図334】図３３２〜３３５は、一実施形態による、検出器ピクセル構成内に組み込まれ得る付加的光学素子の実施例を示す。

【図335】図３３２〜３３５は、一実施形態による、検出器ピクセル構成内に組み込まれ得る付加的光学素子の実施例を示す。

【図336】図３３６は、ＣＲＡ補正のための非対称特徴を含む検出器ピクセルを含む、検出器の部分的横断面における概略図を示す。

【図337】図３３７は、一実施形態による、検出器ピクセルのコーティングされていないものと、反射防止（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ；ＡＲ）コーティングされたシリコン感光領域との計算反射率を比較したプロットを示す。

【図338】図３３８は、一実施形態による、赤外線（Ｉｎｆｒａｒｅｄ；ＩＲ）カットフィルタの計算透過特性のプロットを示す。

【図339】図３３９は、一実施形態による、赤−緑−青（Ｒｅｄ−Ｇｒｅｅｎ−Ｂｌｕｅ；ＲＧＢ）カラーフィルタの計算透過特性のプロットを示す。

【図340】図３４０は、一実施形態による、シアン−マゼンタ−黄（Ｃｙａｎ−Ｍａｇｅｎｔａ−Ｙｅｌｌｏｗ；ＣＭＹ）カラーフィルタの計算反射率特性のプロットを示す。

【図341】図３４１は、部分的横断面における検出器ピクセルのアレイを示し、本明細書では、層の光屈折率のカスタマイズが可能な特徴を図示するように示される。

【図342】図３４２〜３４４は、一実施形態による、埋設光学素子内に組み込まれ得る非平面表面をもたらす、一連の処理ステップを図示する。

【図343】図３４２〜３４４は、一実施形態による、埋設光学素子内に組み込まれ得る非平面表面をもたらす、一連の処理ステップを図示する。

【図344】図３４２〜３４４は、一実施形態による、埋設光学素子内に組み込まれ得る非平面表面をもたらす、一連の処理ステップを図示する。

【図345】図３４５は、撮像システムの最適化のためのシステムを示すブロック図である。

【図346】図３４６は、一実施形態による、システム全体の同時最適化を実施するための例示的最適化プロセスを示す、工程図である。

【図347】図３４７は、一実施形態による、薄膜フィルタセット設計を生成および最適化するためのプロセスの工程図を示す。

【図348】図３４８は、一実施形態による、入力および出力を伴う計算システムを含む、薄膜フィルタセット設計システムのブロック図を示す。

【図349】図３４９は、一実施形態による、薄膜カラーフィルタを含む、検出器ピクセルのアレイの横断面図を示す。

【図350】図３５０は、一実施形態による、図３４９のサブセクションを示し、本明細書では、薄膜フィルタ内の薄膜層構造の詳細を図示するように示される。

【図351】図３５１は、一実施形態による、独立して最適化されたシアン、マゼンタ、および黄（ＣＭＹ）カラーフィルタ設計の透過特性のプロットを示す。

【図352】図３５２は、一実施形態による、マゼンタカラーフィルタを最適化するための性能目標および公差のプロットを示す。

【図353】図３５３は、一実施形態による、図３４７に示されるプロセスのステップの１つのさらなる詳細を図示する工程図である。

【図354】図３５４は、一実施形態による、共通低屈折率層を含む部分的制約セットのシアン、マゼンタ、および黄（ＣＭＹ）カラーフィルタ設計の透過特性のプロットを示す。

【図355】図３５５は、一実施形態による、共通低屈折率層および対高屈折率層を含むさらなる制約セットのシアン、マゼンタ、および黄（ＣＭＹ）カラーフィルタ設計の透過特性のプロットを示す。

【図356】図３５６は、一実施形態による、共通低屈折率層および複数対高屈折率層を含む完全制約セットのシアン、マゼンタ、および黄（ＣＭＹ）カラーフィルタ設計の透過特性のプロットを示す。

【図357】図３５７は、一実施形態による、最終設計を形成するためにさらに最適化された、共通低屈折率層および複数対高屈折率層を含む完全制約セットのシアン、マゼンタ、および黄（ＣＭＹ）カラーフィルタ設計の透過特性のプロットを示す。

【図358】図３５８は、一実施形態による、薄膜フィルタの製造プロセスのための工程図を示す。

【図359】図３５９は、一実施形態による、非平面電磁エネルギ修正素子の製造プロセスのための工程図を示す。

【図360】図３６０〜３６４は、加工の際の例示的非平面電磁エネルギ修正素子の一連の横断面を示し、本明細書では、図３５９に示される製造プロセスを図示するように示される。

【図361】図３６０〜３６４は、加工の際の例示的非平面電磁エネルギ修正素子の一連の横断面を示し、本明細書では、図３５９に示される製造プロセスを図示するように示される。

【図362】図３６０〜３６４は、加工の際の例示的非平面電磁エネルギ修正素子の一連の横断面を示し、本明細書では、図３５９に示される製造プロセスを図示するように示される。

【図363】図３６０〜３６４は、加工の際の例示的非平面電磁エネルギ修正素子の一連の横断面を示し、本明細書では、図３５９に示される製造プロセスを図示するように示される。

【図364】図３６０〜３６４は、加工の際の例示的非平面電磁エネルギ修正素子の一連の横断面を示し、本明細書では、図３５９に示される製造プロセスを図示するように示される。

【図365】図３６５は、図３５９に示される製造プロセスに従って形成される例示的非平面電磁エネルギ修正素子の代替実施形態を示す。

【図366】図３６６〜３６８は、加工の際の別の例示的非平面電磁エネルギ修正素子の別の一連の横断面を示し、本明細書では、図３５９に示される製造プロセスの別のバージョンを図示するように示される。

【図367】図３６６〜３６８は、加工の際の別の例示的非平面電磁エネルギ修正素子の別の一連の横断面を示し、本明細書では、図３５９に示される製造プロセスの別のバージョンを図示するように示される。

【図368】図３６６〜３６８は、加工の際の別の例示的非平面電磁エネルギ修正素子の別の一連の横断面を示し、本明細書では、図３５９に示される製造プロセスの別のバージョンを図示するように示される。

【図369】図３６９〜３７２は、加工の際のさらに別の例示的、非平面電磁エネルギ修正素子の一連の横断面を示し、本明細書では、図３５９に示される製造プロセスの代替実施形態を図示するように示される。

【図370】図３６９〜３７２は、加工の際のさらに別の例示的、非平面電磁エネルギ修正素子の一連の横断面を示し、本明細書では、図３５９に示される製造プロセスの代替実施形態を図示するように示される。

【図371】図３６９〜３７２は、加工の際のさらに別の例示的、非平面電磁エネルギ修正素子の一連の横断面を示し、本明細書では、図３５９に示される製造プロセスの代替実施形態を図示するように示される。

【図372】図３６９〜３７２は、加工の際のさらに別の例示的、非平面電磁エネルギ修正素子の一連の横断面を示し、本明細書では、図３５９に示される製造プロセスの代替実施形態を図示するように示される。

【図373】図３７３は、一実施形態による、非平面素子を含む、単一検出器ピクセルを示す。

【図374】図３７４は、一実施形態による、銀層を含む、マゼンタカラーフィルタの透過特性のプロットを示す。

【図375】図３７５は、そこを通る電磁力密度のシミュレーション結果と重ね合わせた、出力集束素子またはＣＲＡ補正素子を伴わない、従来技術の検出器ピクセルアレイの部分的横断面における概略図を示し、本明細書では、検出器ピクセルを通る通常入射電磁エネルギの出力密度を図示するように示される。

【図376】図３７６は、そこを通る電磁力密度のシミュレーション結果と重ね合わせた、別の従来技術の検出器ピクセルアレイの部分的横断面における概略図を示し、本明細書では、小型レンズを含む検出器ピクセルアレイを通る通常入射電磁エネルギの出力密度を図示するように示される。

【図377】図３７７は、そこを通る電磁力密度のシミュレーション結果と重ね合わせた、検出器ピクセルアレイの部分的横断面における概略図を示し、本明細書では、一実施形態による、メタレンズを含む検出器ピクセルを通る通常入射電磁エネルギの出力密度を図示するように示される。

【図378】図３７８は、そこを通る電磁力密度のシミュレーション結果と重ね合わせた、出力集束素子またはＣＲＡ補正素子を伴わない、従来技術の検出器ピクセルアレイの部分的横断面における概略図を示し、本明細書では、シフトされた金属トレースを含むが、電磁エネルギ伝搬に作用する付加的素子を伴わない検出器ピクセル上にＣＲＡ３５°で入射する電磁エネルギの出力密度を図示するように示される。

【図379】図３７９は、そこを通る電磁力密度のシミュレーション結果と重ね合わせた、従来技術の検出器ピクセルアレイの部分的横断面における概略図を示し、本明細書では、シフトされた金属トレースと、感光領域へ電磁エネルギを指向するための小型レンズとを含む、検出器ピクセル上にＣＲＡ３５°で入射する電磁エネルギの出力密度を図示するように示される。

【図380】図３８０は、そこを通る電磁力密度のシミュレーション結果と重ね合わせた、本開示による、検出器ピクセルアレイの部分的横断面における概略図を示し、本明細書では、シフトされた金属トレースと、感光領域へ電磁エネルギを指向するためのメタレンズとを含む、検出器ピクセル上にＣＲＡ３５°で入射する電磁エネルギの出力密度を図示するように示される。

【図381】図３８１は、一実施形態による、メタレンズを設計するための例示的設計プロセスの工程図を示す。

【図382】図３８２は、一実施形態による、小型レンズを含む従来技術の検出器ピクセルと、メタレンズを含む検出器ピクセルとに対するＣＲＡの関数として、感光領域における結合出力の比較を示す。

【図383】図３８３は、一実施形態による、検出器ピクセル内への一体化に好適なサブ波長プリズム格子（Ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｐｒｉｓｍ Ｇｒａｔｉｎｇ；ＳＰＧ）の横断面における概略図を示す。

【図384】図３８４は、一実施形態による、検出器ピクセルのアレイ内に一体化されるＳＰＧのアレイの部分的横断面における概略図を示す。

【図385】図３８５は、一実施形態による、製造可能ＳＰＧを設計するための例示的設計プロセスの工程図を示す。

【図386】図３８６は、一実施形態による、ＳＰＧの設計において使用される幾何学的作図を示す。

【図387】図３８７は、一実施形態による、同等ＳＰＧのパラメータを計算する際に使用される例示的プリズム構造の横断面における概略図を示す。

【図388】図３８８は、一実施形態による、プリズム構造に対応するＳＰＧの横断面における概略図を示し、本明細書では、同等プリズム構造の寸法から計算され得るＳＰＧの種々のパラメータを示す。

【図389】図３８９は、ＣＲＡ補正のために使用される製造可能ＳＰＧの性能を予測する、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式の数値ソルバを使用して計算されたプロットを示す。

【図390】図３９０は、ＣＲＡ補正のために使用されるプリズムの性能を予測する、幾何学的光学系近似値を使用して計算されたプロットを示す。

【図391】図３９１は、異なる波長のｓ偏極電磁エネルギに対し、製造可能ＳＰＧによって実施されるＣＲＡ補正の計算的シミュレーション結果を比較するプロットを示す。

【図392】図３９２は、異なる波長のｐ偏極電磁エネルギに対し、製造可能ＳＰＧによって実施されるＣＲＡ補正の計算的シミュレーション結果を比較するプロットを示す。

【図393】図３９３は、同時に、電磁エネルギを集束し、ＣＲＡ補正を実施可能な光学装置の例示的位相プロファイルのプロットを示し、本明細書では、傾斜表面に付加される放物線表面の実施例を図示するように示される。

【図394】図３９４は、ＳＰＧが、同時に、ＣＲＡ補正およびその上に入射する電磁エネルギの集束を提供するように、一実施形態による、図３９３に示される例示的位相プロファイルに対応する例示的ＳＰＧを示す。

【図395】図３９５は、一実施形態による、反射防止コーティングを含む、層状光学素子の横断面図である。

【図396】図３９６は、一実施形態による、反射防止層を伴うおよび伴わない場合の、２つの層状光学素子によって画定される１つの表面の波長の関数として、反射率のプロットを示す。

【図397】図３９７は、一実施形態による、光学素子の表面に適用されるサブ波長特徴のネガティブを含む表面を有する、１つの加工マスタを図示する。

【図398】図３９８は、図２６８における機械加工表面のサブセクションの数値グリッドモデルを示す。

【図399】図３９９は、図２６８における機械加工表面を有する加工マスタを使用して作製された、サブ波長特徴を有する平面表面上の電磁エネルギ通常入射の波長の関数として、反射率のプロットを示す。

【図400】図４００は、図２６８における機械加工表面を有する加工マスタを使用して作製された、サブ波長特徴を有する平面表面上の電磁エネルギの入射角の関数として、反射率のプロットを示す。

【図401】図４０１は、例示的光学素子上への入射電磁エネルギの入射角の関数として、反射率のプロットを示す。

【図402】図４０２は、収縮の影響を示す、金型および硬化光学素子の横断面のプロットである。

【図403】図４０３は、収縮の影響の適応を示す、金型および硬化光学素子の横断面のプロットである。

【図404】図４０４は、一実施形態による、異なる種類の背面薄型シリコンウエハ上に形成される２つの検出器ピクセルの横断面図を示す。

【図405】図４０５は、一実施形態による、背面照明に構成される１つの検出器ピクセルと、検出器ピクセルと使用され得る層構造および３本柱メタレンズと横断面図を示す。

【図406】図４０６は、混合色に対する波長と、背面照明に構成される検出器ピクセルとの使用のために加工され得る赤外線遮断フィルタの関数として、透過率のプロットを示す。

【図407】図４０７は、一実施形態による、背面照明に構成される１つの検出器ピクセルの横断面図である。

【図408】図４０８は、一実施形態による、背面照明に構成される１つの検出器ピクセルの横断面図である。

【図409】図４０９は、図４０８における検出器ピクセルに対する波長の関数として、量子効率のプロットを示す。

【図1】

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【図2A】

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【図2B】

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【図3】

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【図4】

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【図5】

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【図6】

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【図7】

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【図8A】

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【図8B】

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【図8C】

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【図9A】

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【図9B】

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【図10】

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【図11】

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【図12】

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【図13】

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【図14A】

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【図14B】

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【図14C】

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【図15A】

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【図15B】

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【図16】

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【図17】

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【図18】

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【図19】

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【図20A】

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【図20B】

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【図21】

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【図22A】

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【図22B】

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【図23】

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【図24】

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【図25】

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【図26A】

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【図26B】

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【図26C】

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【図27A】

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【図27B】

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【図27C】

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【図28A】

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【図28B】

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【図29】

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【図30】

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【図31A】

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【図31B】

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【図32A】

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【図32B】

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【図33A】

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【図33B】

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【図34A】

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【図34B】

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【図34C】

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【図35A】

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【図35B】

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【図35C】

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【図36A】

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【図36B】

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【図36C】

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【図37A】

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【図37B】

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【図37C】

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【図38A】

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【図38B】

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【図38C】

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【図39A】

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【図39B】

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【図39C】

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【図40】

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【図41】

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【図42A】

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【図42B】

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【図42C】

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【図43A】

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【図43B】

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【図44】

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【図45】

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【図46A】

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【図46B】

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【図47A】

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【図47B】

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【図47C】

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【図48A】

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【図48B】

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【図48C】

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【図49A】

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【図49B】

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【図50A】

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【図50B】

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【図51A】

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【図51B】

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【図52A】

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【図52B】

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【図53A】

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【図53B】

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【図53C】

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【図54A】

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【図54B】

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【図54C】

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【図55】

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【図56A】

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【図56B】

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【図57A】

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【図57B】

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【図58A】

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【図58B】

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【図58C】

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【図59A】

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【図59B】

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【図59C】

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【図60】

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【図61A】

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【図61B】

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【図62】

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【図63A】

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【図63B】

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【図64】

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【図65A】

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【図65B】

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【図65C】

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【図66A】

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【図66B】

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【図66C】

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【図67A】

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【図67B】

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【図67C】

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【図68】

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【図69】

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【図70A】

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【図70B】

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【図71】

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【図72A】

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