用于光学传感设备的准直阵列

相关申请的交叉引用

本美国发明专利申请还要求依照《美国法典》第35编第119(e)条对2019年7月11日提交的名称为“用于光学传感设备的准直阵列”的第62/932，304号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入本文，并且出于任何和所有目的，作为本美国发明专利申请的一部分。

技术领域

本发明总体上涉及光谱学，并且更具体地说，涉及使用基于干涉的滤光器的光谱传感器。

背景技术

光谱学设备已被证明在各种行业中的应用是有用的，包括例如健康、生物测定、农业、化学和健身等。基于干涉的滤光器，诸如法布里-珀罗滤光器，当与光谱学结合使用时，已被证明能够提供有用的光谱信息。以相对较小的角度入射到传感器表面的光通过基于干涉的滤光器会对传感器的性能产生负面影响。已经提出了许多方法，通过基于干涉的滤光器来管理入射角，包括单独或组合地添加物镜、狭缝和准直器。

附图说明

图1示出了根据本发明的不同f数的740纳米至790纳米的滤光器透射率或响应；

图2示出了根据本发明的覆盖有滤光器的光学传感器的自上而下的图示；

图3提供了示例性光学传感器的侧视图，示出了入射光照射根据本发明的光学传感器的一部分的表面；

图4A示出了根据本发明的示例性光学传感器的一部分的透视图；

图4B示出了根据本发明的示例性光学传感器的侧视图；

图5示出了根据本发明的另一示例性光学传感器的侧视图；

图6示出了根据本发明的另一示例性光学传感器的侧视图；

图7示出了根据本发明的另一示例性光学传感器的侧视图；

图8示出了根据本发明的另一示例性光学传感器的侧视图；

图9A示出了根据本发明的另一示例性光学传感器的侧视图；

图9B示出了根据本发明的另一示例性光学传感器的另一侧视图；

图10A提供了根据本发明的具有覆盖光学传感器阵列的针孔元件阵列的示例性入射角设备的俯视图；

图10B示出了根据本发明的从入射角投射的光；

图11A示出了通过根据本发明的入射角设备的针孔元件的通过光的期望的和不期望的入射角的示例；

图11B提供了根据本发明的具有吸收表面涂层和吸收侧壁涂层的入射角设备的示例；

图12A至12F提供了根据本发明的适于减少非意愿的反射光的入射的针孔元件形状/结构的示例；

图13提供了根据本发明的示例性光学传感器的侧视图，该光学传感器具有位于入射角设备上方的角度限制元件；

图14提供了根据本发明的另一示例性光学传感器的侧视图，该光学传感器具有位于入射角设备上方的角度限制元件；

图15提供了根据本发明的另一示例性光学传感器的侧视图，该光学传感器具有形成为入射角堆叠的入射角设备；

图16提供了根据本发明的示例性光学传感器的俯视图，该光学传感器具有入射角堆叠；

图17A至17D提供了根据本发明的示例性光学传感器的侧视图，该光学传感器具有各种元件与入射角设备集成以形成入射角堆叠；以及

图18提供了根据本发明制造光学传感器系统的方法。

具体实施方式

基于干涉的滤光器，诸如法布里-珀罗滤光器，通常具有很强的角度依赖性。例如，当光以大于正负10°的角度通过法布里-珀罗滤光器时，滤光器响应可以发生变化(例如，由于向较低光谱范围的移动可能发生较宽的滤光器响应)。图1示出了基于不同入射光角度的不同f数(f数是系统焦距长度与入射孔径直径的比值)的740纳米至790纳米的滤光器透射率或滤光器响应。

准直光束具有基本平行的光线，并且因此传播时传播最小。例如，一束没有发散的完全准直的光束不会随着距离而分散；衍射有效地阻止了任何此类光束的产生。光可以通过许多过程近似准直，例如通过准直器。完全准直的光有时被称为聚焦在无穷远处。因此，随着离点源距离的增加，球面波阵面变得更平坦，并且更接近于完全准直的平面波。在图1中，线A表示基本准直的滤光器响应(“正交准直”响应)，而线B和线C示出具有相同主光线角度(CRA)但不同光束f数(即更多入射角)的滤光器响应。(CRA是从离轴物点通过光学系统的孔径的中心的光线)。在许多应用中，这种角度依赖性是有问题的，而且必须减弱。

图2示出了光学传感器100的自上而下的图示，该光学传感器覆盖有针对三个光谱带之一分别优化的滤光器110、滤光器120和滤光器130。如图所示，滤光器110、滤光器120和滤光器130作为阵列在光学传感器100的表面上交叉。可替代地，滤光器110、滤光器120和滤光器130可以使用不同的模式或者甚至以随机模式重复，以便将滤光器响应传递给滤光器阵列下面的传感器。在一个示例(未示出)中，超过3的光谱带可以用于在几乎任何实际配置中根据期望覆盖传感器。在一个实施例中，光学传感器100是用于漫射光谱学的光学传感器的示例，其中光谱滤光器阵列与光学传感器相关联以提供漫射光谱传感。

漫射光谱学对照射传感器的光的入射角的均匀性和稳定性可以尤其敏感，因此当照射光谱滤光器表面的光的入射角改变时，照射传感器阵列的光的入射角在相对意义上优选是未调制的。在一个示例中，当滤光器阵列的每个光谱带(诸如滤光器110、滤光器120和滤光器130(一起构成一组光谱带或光谱))在传感器阵列的表面上空间分布时，该空间分布会对漫射光学光谱仪的性能产生显著影响。至少部分是由于这样一个事实，即当一个特定的滤光器通过不同强度的光时，照射传感器阵列的重建的光谱将会变形或“着色”。着色的光谱可以通过电子方式进行补偿(校准)，然而，如果通过滤光器的光的均匀性随时间变化，或者如果入射光的CRA或角度发生变化，重建的光谱将是不稳定的。在此类示例中，当照射光学传感器的入射光的入射角发生改变时，重建的光谱将看起来具有光谱响应的变化。

漫射光学传感器可以受益于照射传感器阵列的光的入射角的变化对传感器的影响的减小，并且受益于确保通过传感器的光的均匀性基本独立于照射传感器阵列的光的入射角。因此，为了给光学传感器提供稳定的滤光器响应，优选限制入射光照射光学传感器的表面的入射角。一种提供稳定的滤光器响应的方法是确保所有的光学传感器以及因此所有的滤光器在角度响应中经历基本相同的变化，使得对所有传感器的影响是均匀的。这确保了漫射光谱学的光谱不会经历大量的“重新着色”。

在一个实施例中，透镜或透镜系统可以用于准直照射传感器和/或滤光器阵列的光。透镜系统通常需要相对较大的形状因子，尤其是考虑到与光谱滤光器相关联的大的f数(例如f/2或更高)。透镜系统也可以相对较厚，并且需要昂贵的光学堆叠。透镜和/或透镜系统可以同样对通过透镜照射到光学传感器上的入射光的入射角和CRA的变化敏感，导致通过传感器阵列的角度的不均匀变化。这些角度的不均匀变化会对不同的传感器及其光谱响应产生不同的影响。附加地，由于透镜或透镜系统将必须将入射光聚焦在“场景”的不同部分上，场景的不同部分的属性将被投射到传感器阵列的不同部分上，从而导致非漫射光谱响应。

在另一示例性实施例中，针孔设备可以用在传感器的表面上。图3提供了示例性光学传感器的侧视图，例如，示出了入射光180通过此类针孔设备从图2照射到光学传感器100的一部分的表面。在示例中，预定义厚度H的入射角设备140(当入射光通过入射角设备时能够使入射光变窄或引导入射光的设备)在调节光150通过入射角设备140的预定宽度W的孔径时通过该调节光。在一个示例中，孔是开口、开放空间或者填充的开放空间，该空间可以具有包括但不限于圆形、三角形、正方形、星形、六边形、八边形甚至不规则形状的形状。

在一个示例中，入射光180照射入射角设备140的表面，该表面拦截照射该表面超过一定角度的光，该一定角度由入射角设备140的预定义宽度W和预定义厚度H决定。入射角设备140有效地“调节”入射光180，以产生照射滤光器阵列160表面的调节光150。预定义距离D是入射角设备140的下表面之间的距离，并且有效地限定了暴露于调节光150的区域，以及暴露于调节光150的区域之外的区域。如图3中所讨论，滤光器阵列160将传感器覆盖，在图3中被示为传感器阵列170。

图3中示出的最终传感器示例确实限制了通过滤光器阵列的表面的目标角度，然而，如果传感器包括大的面积，则通过传感器设备100的表面上的CRA将变化很大。附加地，根据入射光照射传感器设备100的表面的入射角，滤光器阵列160上的阴影可能明显，这可能导致传感器设备100的光谱响应的非平凡调制。最后，由于几何限制，此类实施例的组合光学器件将导致元件的厚堆叠。例如，基于期望的入射角来确定预定义距离D，因此针孔(诸如上面定义的孔径)具有预定义宽度W和预定义厚度H。图3的针孔的形状以及下面图4至15中遵循的准直针孔元件的选项包括但不限于圆形、三角形、正方形、星形、六边形、八边形甚至由制造/制作工艺规定的不规则形状。例如，不规则结构可以是DRIE或湿法蚀刻工艺的副产品，其中不规则结构提供增强/改善照射准直针孔元件侧壁的入射光180的吸收的粗糙表面。

图4A示出了示例性光学传感器的横截面部分的透视图，该光学传感器用入射角设备140代替图3的单个针孔，该入射角设备包含设置在滤光器阵列160上方预定义距离D处的准直针孔元件(准直元件)阵列。如下文将进一步解释，例如，入射角设备140可以配置为限制通过滤光器阵列160和光学传感器200的光的最大角度。实际上，入射角设备140的厚度以及准直元件的孔大小是基于滤光器阵列160中滤光器元件的滤光器响应来选择的。因此，入射角设备140配置为提供从入射角设备140射出的光角度的预定分布，其中光角度的预定分布与滤光器阵列160的期望的滤光器响应匹配。

在具体示例中，滤光器阵列160由与光学传感器阵列170的各个光学传感器对准(关联)的各个滤光器元件形成。在另一具体示例中，滤光器阵列160由各个滤光器元件形成，多个滤光器元件与光学传感器阵列170的单个光学传感器对准。在一个示例中，滤光器阵列160由被滤光器阵列160中的元件之间的边界或分界分隔开的各个元件形成。在又一具体示例中，滤光器阵列160由在滤光器阵列160中连续形成的各个元件形成。因此，尽管滤光器阵列160的各个滤光器元件在图4A中被示为分离的元件，但是实际上各个滤光器元件可以彼此直接相邻地形成，由各个滤光器元件之间的边界分开，或者由两者的组合分开(即一些滤光器元件彼此直接相邻地分开)。

图4B示出了图4A的示例性光学传感器的一部分的侧视图。在实施的具体示例中，入射角设备140的准直元件在滤光器阵列160上方预定义距离D处定位，使得由入射角设备140的准直阵列的各个准直元件产生的调节光150在照射滤光器阵列160时与入射角设备140的准直阵列的邻近准直元件产生的调节光150重叠。在一个示例中，重叠的调节光可以用于为从各个准直元件产生的光提供平均效应，从而对滤光器阵列160的各个滤光器元件产生平均效应以及随后对传感器阵列170的各个传感器产生平均效应。在另一示例中，入射角设备140的准直元件基本与滤光器阵列160直接接触定位，假设滤光器阵列160的滤光器元件基本相同，使得传感器阵列170的每个各个传感器元件通过入射角设备140和滤光器阵列160接收调节光，并且该调节光与邻近的传感器元件的调节光基本相同。在示例中，来自入射角设备140的任何可变性被假设为有效相等，使得由各个传感器元件接收的光谱不会被入射角设备140“着色”。

在实施的具体示例中，入射角设备140可以实施为不透明层，准直元件阵列的每个准直元件包含不透明层中的空隙。在一个示例中，准直元件可以单独或组合使用光刻处理方法形成，例如深反应离子蚀刻(DRIE)、离子研磨和湿化学蚀刻。在实施示例的另一具体示例中，准直元件可以包含空气空隙，并且在另一示例中，空隙可以包含配置为使预定波长的光通过的固体材料。在一个示例中，包含在准直元件中的固体材料可以与入射角设备140的不透明层分开形成，不透明层在围绕固体准直元件的二级过程中形成。在又一示例中，入射角设备140可以在整体过程中形成，每个入射角设备140由较大的前体材料切片，并且在机械过程中应用于光学传感器100。在操作的一个示例中，前体材料的切片可以包含用刀片或激光切割器进行锯切，并且在应用于光学传感器100之前，可以进行后处理，诸如化学机械抛光(CMP)。

在实施的另一示例中，入射角设备140可以由预定的材料形成，以在准直元件的侧壁上产生粗糙的表面。例如，入射角设备140可以包含用溅射沉积工艺形成的不透明层，该溅射沉积工艺适于产生(相对)大块的材料，这些材料将不均匀地蚀刻以产生粗糙的表面。示例性溅射方法包括离子束溅射、反应溅射、高靶利用率溅射、离子辅助沉积、高功率脉冲磁控溅射和气流溅射。

图5示出了另一示例性光学传感器的侧视图，该光学传感器包括靠近入射角设备140的准直元件的漫射层190。漫射(diffusion/diffusing)层或漫射体(也称为光漫射体或光学漫射体)可以是漫射或散射光的任何材料。例如，漫射光可以使用任何半透明材料来提供，包括但不限于位于光源和漫射光之间的磨砂玻璃、特氟隆、蛋白石玻璃和灰色玻璃。在示例中，漫射层190在入射光180在入射角设备140被接收之前有效地扰乱了入射光，使得通过入射角设备140的光在入射光180的入射角之间被平均。在示例中，当调节光150离开入射角设备140的准直阵列时，调节光被示为“光锥”。

在一个示例中，光锥在照射滤光器阵列160时重叠，因此，来自光学传感器阵列200的各个光学传感器的响应也可以重叠。如图5中所示，来自光学传感器阵列200的光学传感器的重叠响应可能导致各个传感器上的空间波纹。在一个示例中，合成的空间波纹可以被减弱以满足给定光学传感器设备的要求。在另一示例中，空间波纹可以附加地受到照射到传感器上的入射光180的CRA的可变性和/或入射光180中光线的角度的影响。在又一示例中，比漫射层190弱的另一漫射层在入射角设备140和调节光150之间定位。在一个示例中，漫射层190提供具有更一致均匀性的调节光150。在一个示例中，漫射层190适于提供有限的漫射，使得在不增加调节光150的角度的情况下获得次最优的均匀性。

图6示出了另一示例性光学传感器的侧视图，该光学传感器包括靠近图5的漫射层190的透镜阵列210。透镜阵列210的每个透镜可以定位成将入射光180聚焦在入射角设备140上。通过将入射光180聚焦在各个准直元件上，光学传感器200的效率会增加，因为从漫射层190的表面反射的入射光180的量减少。

回到图2，在一个实施例中，滤光器110、滤光器120和滤光器130针对三个光谱带中的一个被优化，但是当它们在传感器阵列170上冗余地重复出现时，它们相对于彼此被打乱。在一个示例中，冗余滤光器110、冗余滤光器120和冗余滤光器130以及与冗余滤光器110、冗余滤光器120和冗余滤光器130相关联的冗余光学传感器(诸如图6中的光学传感器200)可以用于消除关于图2讨论的光学传感器上的阴影效果和/或颜色。

图7示出了另一示例性光学传感器的侧视图，该光学传感器包括靠近图6的透镜阵列210的抑制滤光器220。当入射光180包括光学传感器200所期望的光谱之外的光频率时，抑制滤光器220可以设计为移除带外光。在一个示例中，抑制滤光器220的附加可以提高光学传感器200的效率和/或性能。

图8示出了另一示例性光学传感器的侧视图，其中入射角设备140包括光纤板230而不是准直针孔元件。光纤板(有时也称为光纤面板)是由许多光纤组成的透明板。通过将许多输入点连接到相应的输出点，光纤板可以提供从输入面(图8中的顶表面)到输出面(面向滤光器阵列160的表面)的一对一的图像传输。光纤板可以含有越来越小的纤维，以获得相应更高的空间分辨率，使得在此类板中可以含有数百万根光纤。

图9A示出了示例性光学传感器的侧视图，其中入射角设备140与滤光器阵列160直接靠近，使得入射角设备140和滤光器阵列160之间基本没有空间。在一个示例中，入射角设备140的针孔元件与传感器阵列170的各个传感器元件对准。在另一示例中，入射角设备140的多个针孔元件与传感器阵列170的单个传感器元件对准。在又一示例中，入射角设备140的单个针孔元件与传感器阵列170的多个各个传感器元件对准。在图9B中，入射角设备140位于滤光器阵列160和传感器阵列170之间，使得入射角设备140和滤光器阵列160之间基本没有空间，并且入射角设备140和传感器阵列170之间基本没有空间。图9A和9B以及所提供的其它图中的光学传感器元件的布置仅仅是说明性的；因此，传感器元件实际上可以以任何方式布置，并且元件同样可以根据需要间隔开，以适应性能和可制造性要求。

图10A提供了示例性入射角设备140的俯视图，其中针孔元件阵列覆盖较小的光学传感器阵列170。在一个示例中，光学传感器阵列170略小于入射角设备140中包括的针孔元件阵列。在一个示例中，入射角设备140中的每个针孔元件与光学传感器阵列170上的各个元件对准。在可替代的示例中，入射角140的输出设计为重叠，并且不需要与光学传感器阵列170的传感器元件对准。在又一示例中，入射角设备140是光纤板或者适于在光学传感器阵列200上提供调节光150的另一合适的结构。图10B示出了来自图10A的实施例的光的投影。参考图4至8，入射角设备140距滤光器阵列160预定距离D定位，该滤光器阵列靠近光学传感器阵列170定位。在一个示例中，来自入射角设备140的每个准直元件的投射光与来自一个或多个邻近准直元件的投射光重叠。

图11A示出了通过入射角设备140的针孔元件的通过光的期望入射角的示例，其中通过光的入射角在用于光学传感器100的期望角度内。还示出了入射角，该入射角从入射角设备140的针孔元件的侧壁产生不期望的反射光。例如，此不期望的反射光可以是镜面和/或漫射体反射到针孔元件的内侧壁上的结果。如以上所讨论的，此不期望的反射光会降低光学传感器100的效率和/或性能。

图11B提供了具有吸收性或者抗反射性表面涂层240和/或吸收性侧壁涂层250的入射角设备140的示例，用于减弱或者基本消除关于图11A讨论的不期望的反射光。示例性吸收或者抗反射涂层包括具有能够减少入射光反射的吸收特性的任何材料。示例性材料包括但不限于低镜面涂层、碳纳米管、氧化物涂层、粉末涂层、氮化硅等。在一个示例中，考虑到针孔元件侧壁的纵横比和涂层的预期性能，吸收涂层可以以喷雾的形式应用，以单个或多个步骤沉积和/或钝化，以提供可接受覆盖的微涂层。在另一示例中，抗反射涂层是DRIE蚀刻工艺的副产品。

图12A至12F提供了适于减少非意愿的反射光的入射的针孔元件形状/结构的示例；在每个示例中，针孔形状适于具体的角度，或者角度的组合，或者甚至是弯曲的形状。所得针孔结构可以原样使用，或者可以用一种或多种上述吸收或者抗反射涂层涂覆、沉积或钝化。其它示例包括通过蚀刻或一些其它方法进行处理以呈现粗糙表面，或者任何其它能够漫射不期望角度的光的方法。在另一示例中，针孔侧壁可以被处理以呈现高反射表面，该高反射表面然后可以被引导远离检测器元件。

在一个示例中，可以使用深反应离子蚀刻(DRIE)在硅晶片中产生针孔结构，其中，在一个示例中，DRIE在针孔侧壁上产生扇形表面(图12C中所示)，这又可以通过钝化效应减少不期望的反射光。在与图12A至12E相关的另一示例中，针孔侧壁的角度被调整，使得角度高于预定量的反射光被反射远离针孔的底部。在另一示例中，吸收涂层(诸如上面11B中所讨论的)限定帽或盖的顶部和底部的针孔，使得只有所期望角度的光可以通过针孔元件。在另一示例中，针孔元件侧壁可以适于阻挡大于期望角度的光离开针孔元件。

可以使用各种选项来制造入射角设备140。材料选项包括但不限于塑料、金属、陶瓷、半导体(板或基板)。半导体选项包括但不限于硅、硅锗和锗，并且可以使用钻孔、激光钻孔、蚀刻(诸如DRIE或湿化学)、热压花、微3D印刷或任何其它合适的方法(包括压印技术或沉积技术)来形成入射角设备。入射角还可以包含多个多层结构或孔、薄膜堆叠以及与传感器后端线集成的结构。入射角也可以由反射或吸收板、线或光束的正交网格或此类结构的堆叠组成，其示例在下文的图15和16中示出。入射角设备140制造的选项包括将先前形成的结构安装在具有多个传感器设备100的晶片上、在附着到晶片上的传感器设备100之后在适当位置进行蚀刻、或者作为传感器设备100的封装的形成而附着。选项还包括在系统组装期间形成和/或附着入射角设备140。

图13提供了在入射角设备140上定位的角度限制元件的示例性光学传感器的侧视图，其中入射角设备与滤光器阵列160直接靠近，使得入射角设备140和滤光器阵列160之间基本没有空间。在一个示例中，主要角度限制设备300在光学传感器堆叠中的入射角设备上方定位。在一个示例中，主要角度限制设备用作光限制元件，以在光到达入射角设备140的第一表面之前“预限制”或“预调节”光，使得入射光180至少被部分限制。例如，如果主要角度限制设备300是透镜，如图13所示，则入射光的角度将被透镜控制的量限制。在图13的例子中，主要角度限制设备300将入射光180限制到±40度，因此如果入射角设备140进一步将入射光180限制到±10度，则将入射光180限制到±40度可以通过减少入射角设备140内的高角度反射来提高入射角设备140的性能。

图14提供了另一示例性光学传感器侧视图，该光学传感器具有位于入射角设备140上方的角度限制元件。在示例中，在光学传感器堆叠中的入射角设备上方定位的主要角度限制设备300是圆锥形结构，该圆锥形结构基于圆锥形结构的角度和主要角度限制设备300的厚度将入射光180限制为入射光角度。

图15提供了另一示例性光学传感器的侧视图，该光学传感器具有形成为入射角堆叠310的入射角设备140。在示例中，多个准直材料线“堆叠”在顶部以形成入射角设备140，其示例如图16中进一步所示。在图16的示例中，2层平行的准直材料线可以彼此垂直定位，一起形成偏离的矩形准直元件。其它示例(未示出)包括形成六边形准直元件的3层平行的准直材料线、形成八边形准直元件的4层平行的准直材料线等。

图17A至17D示出了光学传感器设备，该光学传感器设备结合了与入射角设备集成的各种元件，以形成入射角堆叠。参考图17A，入射角设备140的准直元件/针孔可以使用图案化的聚合物、锗或类似材料等制作。在一个示例中，入射角设备140在后处理步骤中直接在传感器设备的顶部集成。在另一示例中，集成入射角设备140可以包括附加的集成抑制滤光器。抑制滤光器可以是带通滤光器、长通滤光器和短通滤光器等。带通滤光器选择性地传输特定的光谱范围，同时抑制其它波长，并且在各种应用中找到，包括化学、荧光显微镜、高速光学成像和光谱学。长通滤光器设计为允许(相对)长波长通过，同时阻挡较短波长的光。短通滤光器是边缘滤光器的一种形式，设计为隔离光谱中的所期望的波长，并从光学系统中“锯切”出不期望的波长。例如，光学波导带阻滤光器允许旁瓣电平降低几个数量级，同时响应特性的滚降率不会明显地降低。入射角设备140和滤光器阵列160和/或抑制滤光器在入射角堆叠中的布置/位置可以改变，以适应光学传感器的性能参数。

图17B包括入射光180和入射角设备140之间的透明层500。透明层500可以由非晶玻璃(SiOx)或类似材料组成以通过光，例如提供免受机械应力的保护和/或改善可制造性。在一个示例中，具有集成入射角设备140的透明层500使用粘合剂510附接到传感器的顶部。粘合剂510可以包含任何合适的材料，该材料将提供足够的粘合力并且可以附加地被选择以在集成透明层500和滤光器阵列160之间提供均匀和/或可预测的距离(诸如图4的预定义距离)。在一个示例中，粘合剂510应用于光学传感器的外侧上，或者应用于集成透明层500和入射角设备140的整个表面下。如图17A所示，入射角设备140的准直元件/针孔可以使用图案化的聚合物、锗或类似材料等制作，并且例如可以含有氟碳有机聚合物(FOP)。在一个示例中，集成透明层500可以在例如与入射角(AOI)控制特征相对的一侧集成抑制滤光器或漫射器(诸如图5中的漫射层190)。

图17C包括在入射角设备140的后表面上的屏蔽结构520。在一个示例中，屏蔽结构520可以包含金属或任何其它合适的暗/不透明结构，并且可以足够薄以阻挡通过入射角设备140的不透明材料的入射光180，而不影响入射角设备140的性能。在一个示例中，在透明层500/入射角设备140与光学传感器阵列集成之前，使用电子束沉积工艺在包含入射角设备140的材料的后表面上溅射或者沉积合适的金属材料，并且可以在与入射角设备140的准直元件的补充形成的过程中形成/蚀刻。通过将屏蔽结构520包括到入射角堆叠中，通过入射角设备140的不透明材料的任何入射光可以被进一步减弱或者甚至阻止。应当理解，图17C的光学设备也可以在与入射角设备140相对的表面上集成抑制滤光器或漫射器(诸如图5中的漫射层190)。如同在图17B的光学传感器中一样，粘合剂510可以应用于光学传感器的外侧，应用于整个表面下，或者可以集成为单个结构。

在适用于图17A至17D的示例中，可以使用沉积工艺、旋涂工艺或粘合剂将入射角设备140应用于透明层500的表面，然后使用DRIE、湿法蚀刻或其它工艺进行蚀刻，以限定入射角设备140的准直元件。在一个示例中，在沉积用于入射角设备140的材料之前，在透明层500的表面上沉积蚀刻停止层，从而在入射角设备140的准直元件的形成期间，在透明层500之间提供蚀刻停止层，诸如氮化物材料。

图17D提供了粘合在滤光器和传感器阵列顶部的修改的入射角设备530。在图17A中所示实施的示例中，入射角设备140的准直元件/针孔可以使用图案化的聚合物、锗或类似材料等制作，并且可以含有氟碳有机聚合物(FOP)。在图17B所示的另一示例中，光学传感器也可以在与入射角设备(AOI)140相对的表面上集成抑制滤光器或漫射器(诸如图5中的漫射层190)。参考图17B的光学传感器，在实施的具体示例中，粘合剂510可以应用于光学传感器的外侧，应用于整个表面下，或者可以集成为单个结构。

在实施和操作的具体示例中，一种光学传感器系统包含布置在集成电路上的光学传感器阵列和多个滤光器，该多个滤光器的底表面位于光学传感器阵列的顶表面之上。在一个示例中，入射角层包括顶表面、底表面和厚度Y，其中入射角层的底表面距多个滤光器的顶表面预定距离X处定位，并且入射角层包括多个准直元件，入射角层的每个准直元件具有孔径宽度Z。

在具体示例中，多个准直元件包括多组准直元件，给定组的每个准直元件具有基本相同的各自的孔径宽度Z，并且每组的孔径宽度Z不同于多组准直元件的任何其它组。在另一具体示例中，孔径宽度Z、入射角层厚度Y和预定距离X适于将从准直层射出的光的入射角限制在最大角度以下。在又一示例中，光学传感器系统还包括具有顶表面和各自的底表面的漫射层，该漫射层可以在多个滤光器和光学传感器阵列之间，其中漫射层底表面在多个滤光器的顶表面的顶上，或者在多个滤光器和光学传感器阵列之间。

在具体示例中，光学传感器系统可以包括用于在入射角层或者在漫射层引导接收的光的一个或多个透镜。在另一示例中，入射角层顶表面和底表面在多个滤光器的底表面和光学传感器阵列的顶表面之间，并且在又一示例中，入射角层的底表面在多个滤光器的顶表面的顶上。

在一个具体示例中，光学传感器系统的入射角层延伸超过光学传感器阵列的边缘，并且在另一示例中，入射角层合并光纤板。在另一具体示例中，用于光学传感器系统的多个滤光器的顶表面和底表面在入射角层阵列的底表面和光学传感器阵列的顶表面之间。

在另一示例中，光学传感器系统包括一个或多个抑制滤光器，每个抑制滤光器具有顶表面和底表面，其中抑制滤光器的底表面和底表面与光学传感器阵列的顶表面共面。在另一示例中，入射角层的每个准直元件(针孔)进一步具有内部侧壁，其中该侧壁用于形成内部空隙，该内部空隙为圆锥形、倒圆锥形、锯齿状(serrated shape)、沙漏形、堆叠圆锥形、锯齿形(sawtooth shape)、双曲面形和修改的双曲面形中的一种或多种，其中双曲面的顶部比双曲面的底部具有更小的孔，并且双曲面的底部进一步包括收缩元件。

在另一具体示例中，光学传感器系统既包括可以是单个透镜的主要角度限制设备，也包括在入射角层顶上定位的少量附加的透镜及其准直元件。在光学传感器系统的另一示例中，入射角层的顶表面通过粘合剂耦合到多个滤光器的底表面，其中粘合剂制造保持入射角层和多个滤光器之间的预定距离D。示例性粘合剂可以预先制造成近似的形状和大小，以允许粘合剂充分抵抗预定距离d的收缩。粘合剂的选项包括但不限于通常的有机粘合剂和硅粘合剂。粘合剂还可以包含多层，例如树脂和粘合剂夹层和/或粘合剂聚酰亚胺夹层。其它选项包括将粘合剂预成型为常规或者修改的O形环形状。

在实施和操作的具体示例中，光学传感器系统包括入射角层，该入射角层包含主要入射角元件和二级入射角元件，其中主要入射角元件偏离二级入射角元件，并且其中主要入射角元件和二级入射角元件形成多个准直元件。

图18提供了制造光学传感器系统的方法。在实施和操作的具体示例中，制造光学传感器系统的方法从步骤600开始，在集成电路上形成光学传感器阵列。在一个示例中，光学传感器阵列形成在集成电路的有源电路的顶上，并且在另一示例中，光学传感器阵列形成在集成电路的背面。方法在步骤610继续，其中在光学传感器阵列上形成多个滤光器。在一个示例中，多个滤光器包含法布里-珀罗干涉仪，该法布里-珀罗干涉仪配置为一对间隔开的部分反射玻璃光学平面，此过程需要多个沉积和光刻步骤。在相关示例中，所有或部分法布里-珀罗干涉仪配置为多对部分反射玻璃光学平面，该平面的反射表面在堆叠中彼此面对。在又一示例中，多个滤光器包含可替代的滤光器类型，诸如有机滤光器，或者可替代的滤光器类型和法布里-珀罗干涉仪的组合。

方法在步骤620继续，在多个滤光器上增加入射角设备(入射角层)。在一个示例中，入射角层分开形成，并且使用粘合剂粘附到多个滤光器上。在另一示例中，在多个滤光器上通过使用中间层(诸如基本透明的材料，或者配置为漫射在从入射角层射出之后通过多个滤光器的光的层)来形成入射角层。在又一示例中，入射角层在牺牲层上形成，牺牲层在入射角层形成和/或粘附到集成电路表面上之后被移除。在相关的示例中，通过沉积材料并且随后在一个或多个光刻步骤中限定支撑件，入射角层被支撑在其各自的边缘的两个或多个上。在具体示例中，步骤620中入射角层的形成可以与步骤610相反(包括上述附加的步骤)，多个滤光器在入射角层的顶部形成。在可选的步骤630中，漫射层粘附到入射角层。如上所述，漫射层可以在入射角层上形成，或者分开形成，并且在附加的步骤中应用于入射角层的表面。在可选的步骤640中，一个或多个透镜(诸如透镜阵列)应用于步骤630的漫射层。在可替代的示例中，没有漫射层步骤630，并且一个或多个透镜直接应用于或者以一系列步骤应用于入射角层。

应当注意，本文可以使用的术语，诸如比特流、流、信号序列等(或它们的等同物)已经被可互换地用来描述其内容对应于多种期望类型(例如，数据、视频、语音、文本、图形、音频等，其中的任何一个通常被称为“数据”)中的任何一种的数字信息。

如本文可以使用的，术语“基本”和“大约”为其相应的术语和/或项目之间的相关性提供了行业接受的公差。对于某些行业，行业接受的公差小于百分之一，对于其它行业，行业接受的公差为10％或者更高。其它行业接受的公差范围从小于百分之一到百分之五十。行业接受的公差对应于但不限于元件值、集成电路工艺变化、温度变化、上升和下降时间、热噪声、尺寸、信号误差、丢弃的数据包、温度、压力、材料成分和/或性能指标等。在一个行业内，可接受公差的公差方差可能大于或者小于一个百分比水平(例如，尺寸公差小于+/-1％)。项目之间的某些相关性范围可能从小于百分比水平的差异到几个百分比。项目之间的其它相关性范围可能从百分之几的差异到巨大的差异。

如本文可以使用的，术语“配置为”、“可操作地耦合到”、“耦合到”和/或“耦合”包括项目之间的直接耦合和/或项目之间经由中间项目的间接耦合(例如，项目包括但不限于组件、元件、电路和/或模块)，其中作为间接耦合的示例，中间项目不修改信号的信息，但是可以调整其电流水平、电压水平和/或功率水平。如本文可进一步使用的，推断耦合(即，一个元件通过推断耦合到另一元件)包括以与“耦合到”相同的方式在两个项目之间的直接和间接耦合。

如本文甚至可以进一步使用的，术语“配置为”、“可操作地”、“耦合到”或“可操作地耦合到”指示项目包括电源连接、输入、输出等中的一个或多个，以在被激活时执行其一个或多个相应的功能，并且可以进一步包括推断的与一个或多个其它项目的耦合。如本文可又进一步使用的，术语“与……相关联”包括分开的项目和/或嵌入另一项目中的一个项目的直接和/或间接耦合。

如本文可以使用的，术语“有利地比较”指示两个或多个项目、信号等之间的比较，提供了期望的关系。例如，当期望的关系是信号1具有比信号2更大的幅度时、当信号1的幅度大于信号2的幅度或者当信号2的幅度小于信号1的幅度时，可以获得有利的比较。如本文可使用的，术语“不利地比较”指示两个或多个项目、信号等之间的比较，无法提供期望的关系。

如本文可以使用的，一个或多个权利要求可以以此类通用形式的具体形式包括短语“a、b和c中的至少一个”或此类通用形式的“a、b或c中的至少一个”，具有比“a”、“b”和“c”更多或者更少的元件。在任何一种表达方式中，这些短语都要作相同的解释。特别地，“a、b和c中的至少一个”等同于“a、b或c中的至少一个”，并且应该表示a、b和/或c。作为示例，它的意思是：只有“a”，只有“b”，只有“c”，“a”和“b”，“a”和“c”，“b”和“c”，和/或“a”，“b”和“c”。

如本文也可以使用的，术语“处理模块”、“处理电路”、“处理器”、“处理电路系统”和/或“处理单元”可以是单个处理设备或多个处理设备。此类处理设备可以是微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算机、中央处理器、现场可编程门阵列、可编程逻辑设备、状态机、逻辑电路系统、模拟电路系统、数字电路系统和/或基于电路系统和/或操作指令的硬编码来操纵信号(模拟和/或数字)的任何设备。处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元可以是或进一步包括存储器和/或集成存储器元件，其可以是单个存储器设备、多个存储器设备和/或另一处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元的嵌入式电路系统。此类存储器设备可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、高速缓冲存储器和/或存储数字信息的任何设备。应当注意，如果处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元包括多于一个的处理设备，则处理设备可以于中央定位(例如，经由有线和/或无线总线结构直接耦合在一起)或者可以是分布式定位(例如，经由局域网和/或广域网间接耦合的云计算)。进一步注意，如果处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元经由状态机、模拟电路系统、数字电路系统和/或逻辑电路系统实现其一个或多个功能，则存储相应的操作指令的存储器和/或存储器元件可以嵌入在包含状态机、模拟电路系统、数字电路系统和/或逻辑电路系统的电路系统内或外部。仍进一步注意，存储器元件可以存储并且处理模块、模块、处理电路、处理电路系统和/或处理单元执行对应于一个或多个附图中示出的至少一些步骤和/或功能的硬编码和/或操作指令。在制造品中可以包括此类存储器设备或存储器元件。

以上已经借助于说明具体功能的执行及其关系的方法步骤描述了一个或多个实施例。为了方便描述，这些功能构建块和方法步骤的边界和顺序在本文被任意定义。只要适当执行具体功能和关系，就可以限定可替代的边界和顺序。因此，任何此类可替代的边界或顺序都在权利要求的范围和精神内。进一步，为了方便描述，这些功能构建块的边界被任意定义。只要适当执行一定重要功能，就可以限定可替代的边界。类似地，流程框图也可以在本文任意定义，以说明一定重要的功能。

就所使用的范围而言，流程框图边界和顺序可以以其它方式限定，并且仍然执行一定重要的功能。因此，功能构建块和流程框图和序列的此类可替代的定义都在权利要求的范围和精神内。本领域普通技术人员还将认识到，功能构建块以及本文其它说明性块、模块和组件可以如所示出的那样或者通过分立组件、专用集成电路、执行适当软件的处理器等或者它们的任意组合来实现。

此外，流程图可以包括“开始”和/或“继续”指示。“开始”和“继续”指示反映了所呈现的步骤可以可选地合并到一个或多个其它例程中或者以其它方式与一个或多个其它例程结合使用。此外，流程图可以包括“结束”和/或“继续”指示。“结束”和“继续”指示反映了所呈现的步骤可以如所描述和示出的那样或者可选地合并到一个或多个其它例程中或者以其它方式与一个或多个其它例程结合使用。在此类情况下，“开始”指示所呈现的第一步的开始，并且可以在未具体示出的其它活动之前。进一步，“继续”指示反映了所呈现的步骤可以被执行多次和/或可以被未具体示出的其它活动所接替。进一步地，虽然流程图指示步骤的特定顺序，但是只要保持因果关系的原则，其它顺序同样是可能提供的。

本文使用一个或多个实施例来说明一个或多个方面、一个或多个特征、一个或多个概念和/或一个或多个示例。装置、制造品、机器和/或过程的物理实施例可以包括参考本文讨论的一个或多个实施例进行描述的一个或多个方面、特征、概念、示例等。进一步地，从一个图到另一个图，实施例可以合并使用相同或不同的附图标记的相同或类似命名的功能、步骤、模块等，并且同样，该功能、步骤、模块等可以是相同或相似的功能、步骤、模块等，或者是不同的功能、步骤、模块等。

除非有相反的具体说明，否则本文呈现的任何附图的图形中，去往、来自和/或在元件之间的信号可以是模拟的或数字的、连续时间的或离散时间的、和单端的或差分的。例如，如果信号路径示为单端路径，它也代表差分信号路径。类似地，如果信号路径示为差分路径，它也代表单端信号路径。虽然本文描述了一个或多个特定的体系架构，但是同样可以实现使用一个或多个未明确示出的数据总线、元件之间的直接连接和/或本领域普通技术人员所认识到的其它元件之间的间接耦合的其它体系架构。

术语“模块”用于描述一个或多个实施例。模块经由诸如处理器或其它处理设备或其它硬件的设备来实现一个或多个功能，所述设备可以包括存储操作指令的存储器或与其相关联地操作。模块可以独立操作和/或与软件和/或固件结合操作。还如本文所用，模块可以含有一个或多个子模块，每个子模块可以是一个或多个模块。

如本文进一步使用的，计算机可读存储器包括一个或多个存储器元件。存储器元件可以是分开的存储器设备、多个存储器设备或者存储器设备内的一组存储器位置。此类存储器设备可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、高速缓冲存储器和/或存储数字信息的任何设备。存储器设备可以是固态存储器、硬盘驱动器存储器、云存储器、拇指驱动器、服务器存储器、计算设备存储器和/或用于存储数字信息的其它物理介质的形式。

虽然本文已经明确描述了一个或多个实施例的各种功能和特征的特定组合，但是这些特征和功能的其它组合同样是可能的。本公开不受本文公开的特定示例的限制，并且明确地合并了这些其它组合。