(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素から成るアレイを具えると共に複数の電気的パネルを有し、各パネルが複数の画素から成る各サブアレイを構成し、レンズ素子のアレイが各パネルと関連し、各レンズ素子が、前記サブアレイの１個又はそれ以上の画素のグループと関連し、前記レンズ素子が関連する画素のグループのピッチよりも大きなピッチで配置され、各パネルが前記サブアレイの全ての画素と関連する集束性のフィールドレンズをさらに具え、隣接するパネルのフィールドレンズが互いにほぼ接触する、電気的デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の電気的デバイスにおいて、前記レンズ素子のアレイを前記フィールドレンズの面上に設けた電気的デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気的デバイスにおいて、発散性レンズを、各パネルとレンズ素子アレイとの間に各パネルと隣接すると共に前記サブアレイの全ての画素と関連するように設けた電気的デバイス。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の電気的デバイスにおいて、前記レンズ素子アレイのレンズ素子が、互いに離間し、これらレンズ素子間に不透明な領域を設けた電気的デバイス。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の電気的デバイスにおいて、非反転レンズ光学系が各パネルと関連し、この非反転レンズ光学系が前記レンズ素子アレイ及び少なくとも１個の別のレンズアレイを含み、前記レンズ素子アレイのレンズ素子と少なくとも１個の別のレンズアレイのレンズ素子とが互いに異なるピッチで前記関連する画素グループのピッチよりも大きいピッチで配置されている電気的デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の電気的デバイスにおいて、前記非反転レンズ系が３個のマイクロレンズアレイを具える電気的デバイス。
【請求項７】
ディスプレイを構成する請求項１から６までのいずれか１項に記載の電気的デバイスにおいて、前記画素が各表示パネルの画素を構成する電気的デバイス。
【請求項８】
イメージセンサを構成する請求項１から６までのいずれか１項に記載の電気的デバイスにおいて、前記画素が、イメージセンサのパネルの光応答性画素を構成する電気的デバイス。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の電気的デバイスにおいて、各レンズ素子が複数の画素と関連する電気的デバイス。
【請求項１０】
請求項９に記載の電気的デバイスにおいて、各パネルが、パネルの各画素に入射し又は各画素から出射した光がほぼテレセントリックになるように配置したレンズ素子の別のアレイをさらに具える電気的デバイス。
【請求項１１】
請求項７から１０までのいずれか１項に記載の電気的デバイスにおいて、各画素と検出すべき画像の区域又は各画素と関連する区域以外のディスプレイの区域との間の光路を遮光する手段をさらに具える電気的デバイス。
【発明の詳細な説明】
本発明は、例えば液晶ディスプレイや光イメージセンサのような画素のアレイを具える電気的デバイスに関するものである。特に、本発明はサブアレイに分割した画素アレイを有するデバイスに関する。
大面積のアレイの製造を可能にするため、互いに接近配置した複数の画素サブアレイからデバイスを構成して大きな複合アレイを構成することが既知である。サブアレイ間の連結部を隠すことが望まれる既知の課題は、イメージセンサ及びディスプレイの両方について生じている。一般的に、この課題は２の方法のうちの一つの方法により解決される。１の方法は、一緒に突き合わせるべき複数のサブアレイを用い、連結部において均一な画素ピッチに維持することである。明らかに、この方法は、特に画素の寸法を最小サイズまで小さくしてデバイスの解像力を増大させる場合、サブアレイについて極めて正確な機械加工を必要とする。また、周辺回路への電気的接続を突き合わせる端部に沿って形成することができず、用いることができるサブアレイの数が制限されてしまう。別の取り得る方法は、サブアレイを僅かに離間させることができる光学系を用いることである。本発明は、サブアレイを分割して大きなアレイを製造する際の課題に対する光学的な解決策に関するものである。
光学系を用いてサブアレイを張り合せることができる基本原理は、光学系により形成されたサブアレイの像が均一な画像を構成しサブアレイ間の連結部が除去されるように光学系が各サブアレイの拡大像を形成する必要があることである。換言すれば、ディスプレイの場合サブアレイの拡大像が視認され、イメージセンサの場合検出すべき画像はサブアレイによって検出される大きさまで縮小された部分に分割される。
この拡大像を形成する基本的概念は、例えば図１に線図的に示すガリレオ式望遠鏡で用いられる光学系を用いることを示唆する。３個のサブアレイは１０，２０及び３０として図示され、各サブアレイは関連する発散性レンズ１１，２１，３１及び関連する集束性レンズ１２，２２，３２を有している。この光学系は集束性レンズの出射側において平行ビームを形成し拡大像を形成する。一方、観察エリヤＶＡから見た画像は各サブアレイ１０，２０，３０の拡大された虚像となる。ディスプレイの場合、この構成は画角の範囲が制限される問題がある。この理由は、これらの画像は虚像でありレンズ開口により部分的に隠されるため、異なる角度で見た場合、境界部において画像損失が生ずるからである。イメージセンサの場合、光学系の実際に合焦した位置で撮像する必要があるため、図１の光学系は、補助的な光学系を用いて虚像面の原稿を撮像する場合だけしか使用することができない。
米国特許第４３２１６２８号には、光感知素子のリニアアレイを離間したサブアレイに分割したイメージ走査装置が開示されている。各サブアレイは一対の集束性レンズと関連し、これら集束レンズはサブアレイの非反転画像をプラテン１０上に有効に形成し、プラテン上には原稿が配置され走査されている。この米国特許第４３２１６２８号のセンサ装置は各サブアレイ全体の合焦した像とプラテン上に形成するための十分なパワーを有する集束性レンズを必要とし、このためにはアレイと検出すべき原稿との間に十分な距離を必要とする。表示パネルの全厚さをできるだけ小さく維持しようとするディスプレイの場合、勿論大きさの制約も同様に重要である。
本発明においては、複数の画素から成るアレイを具えると共に複数の電気的パネルを有し、各パネルが複数の画素から成る各サブアレイを構成し、レンズ素子のアレイが各パネルと関連し、各レンズ素子が、前記サブアレイの１個又はそれ以上の画素のグループと関連し、前記レンズ素子が関連する画素のグループのピッチよりも大きなピッチで配置されている電気的デバイスを提供する。
本発明においては、レンズアレイは各画素のサブアレイ全体に対して設け、このレンズアレイはサブアレイの領域よりも大きな領域をカバーする（より大きなピッチにより）。レンズアレイの一般的な外形はパネル形状と同様にし、例えば四角形のパネルに対しては四角形のレンズアレイを設け矩形のパネルに対しては矩形のレンズアレイを用いる。
レンズ素子は、好ましくはマイクロレンズで構成する。例えば、マイクロレンズは各画素と関連することができ、その場合マイクロレンズのピッチは画素のピッチよりも大きくする。或いは、マイクロレンズは、例えばｎ×ｎの画素の四角形の画素のグループと関連することができる。この場合、マイクロレンズのピッチは画素のピッチのｎ倍よりも大きくする。上述した説明及び以後の説明並びに請求の範囲の記述で用いられてる「関連する画素グループのピッチ」は、個別の画素ピッチのｎ倍を示すものとし、画素グループはｎ個の画素の寸法を有する。四角形として説明したが、画素グループは矩形、六角形又は他の形状とすることができる。ｎ個の画素の寸法を称する場合のｎの値は必ずしも整数である必要はない。
レンズ素子のピッチをより大きくすると、マイクロレンズアレイには画素のサブアレイから発散性の画像が入射する（又は、画素のサブアレイには集束性の画像が形成される）。これにより、サブアレイよりも大きなサイズのサブアレイの合焦した実像が形成され、サブアレイを張り合わせて大きな面積の撮像装置又はデイスプレイ装置を構成することができる。
各パネルはサブアレイの全ての画素と関連する集束性のフィールドレンズを有することができ、隣接するパネルのフィールドレンズは互いにほぼ接触すると共に例えば四角形のパネルと関連する四角形のフィールドレンズのような各パネルと同一の形状を有することができる。これにより、サブアレイの各画素に入射し又は各画素から出射する光ビームは、デバイスのアクティブ領域においてサブアレイの面とほぼ直交するように進行することができる。この説明において、アクティブ領域はデイスプレイを見る領域として規定され又はイメージセンサに対して撮像すべき原稿を配置する領域として規定される。
マイクロレンズアクティブ及び各フィールドレンズは、レンズ素子アレイをフィールドレンズの面上に設けることにより単一のユニットとして組合わせることができる。
発散性レンズを、各パネルとレンズアレイとの間に各パネルと隣接しサブアレイの全ての画素と関連するように設けることができる。これにより、各パネルに入射し又は各パネルから出射する光を垂直に又は同一の角度とすることができる。これにより、デイスプレイの場合一層良好なコントラストが得られ、イメージセンサの場合集光性が改善される。
非反転レンズ光学系を各パネルと関連させることができ、この非反転レンズ光学系はレンズアレイ及び少なくとも１個の別のレンズアレイを含み、レンズアレイ及び少なくとも１個の別のレンズアレイのレンズ素子は関連する画素グループのピッチよりも大きなピッチで互いに異なるピッチで配置する。非反転レンズ光学系を用いることにより、パネルに対するレンズ光学系のアライメントが簡単になる。
上述したように、本発明の電気的デバイスはデイスプレイ又はイメージセンサを構成することができる。いずれの場合においても、各レンズ素子は、好ましくは複数の画素と関連する。各パネルは、パネルの各画素に入射し又は各画素から出射する光がデバイスのアクティブ領域においてほぼテレセントリックになるように配置した別のレンズ素子のアレイを有することができる。これにより、各画素と関連する光ビームを、デバイスのアレイ領域においてサブアレイの面に垂直に投影することができる。
レンズアレイのレンズ素子はそのピッチにほぼ対応する直径を有することができるので、レンズ素子は互いにほぼ接触する。この技術的事項は、大きな視野が望まれるデイスプレイの場合に好適である。拡散面を含ませて視野を増大させることができる。
一方、イメージセンサの場合レンズ素子の直径をレンズ素子のピッチよりも小さくし、レンズ素子間の間隔部の少なくとも一部に不透明な材料を充填することができる。この場合、各レンズ素子の開口を小さくすることができ、これはイメージセンサの場合焦点深度が改良され、例えば原稿を走査する用途において好適である。
さらに、各画素と各画素と関連する領域以外のアクティブ領域との間の光路を遮光する手段を設けることができる。これにより、形成された画像にゴースト像が発生するのが防止され、表示される画像の品質を改善することができる。この手段は、不透明材料の遮光装置及び／又は開口のアレイで構成することができる。
添付図面に基づき本発明を一例として説明する。
図１は拡大像を形成する通常の望遠鏡装置を示し、この装置はサブアレイに適用され、
図２は本発明によるデバイスのパネル及び関連する光学装置を示し、
図３は図２のパネルを３個具える本発明によるデバイスを示し、
図４〜図１４は各パネルと関連する光学装置の種々の変形例を示す。
図２は、複数の画素のサブアレイを有するパネル１０と関連しアクティブ領域１３にサブアレイの拡大像を形成する光学装置を示す。この像の拡大は、反対方向に伝播する光に対しては縮小するものと等価的に考えることができる。この結果、本発明は、張り合わせたデイスプレイと同様に張り合わせたイメージセンサに等価的に適用することができる。以下の説明において、特定の構成の利点は本発明の２個の用途のうちの一方の用途についてだけ説明することにする。これらの利点は、特定の思想が適用されない限り、撮像及び表示の両方について等しく適用することができる。
分割する目的のため、上述した拡大を用いて表示パネルの拡大像を形成し、連続する実像を離間したパネルに形成することができる。或いは、アクティブ領域１３における全体の連続する像の一部分をこの光学装置により縮小し、これらの部分を別の離間した画像検出パネルにより検出することができる。
一般的に、本発明は各パネル１０の複数の画素から成るサブアレイと関連し個別のレンズ素子４２のアレイを構成するレンズアレイ４０を提供するものである。レンズ素子は成形したマイクロレンズで構成することができる。一方、小さいスケールの集束性レンズ素子の別形態のものを用いることができ、例えばグレイデッド−インデックスレンズ（屈折率が異なる媒質間の境界の形状に基づく代わりに、レンズ素子内の屈折率の非線形性に基づく）を用いることができる。ホログラフィクレンズ又は回折素子のアレイを形成することも同様に可能である。これらの可能性は全て当業者にとって明かなことである。
図２に示す実施例において、各マイクロレンズ４２はサブアレイの個別の画素１１と関連すると考えることができる。マイクロレンズ４２のピッチは画素１１のピッチよりも僅かに大きくし、マイクロレンズアレイ４０はサブアレイの領域よりも大きな領域を占める。マイクロレンズアレイ４０のサブアレイからの距離及びアクティブ領域からの距離は、各画素の画像が光学系によりデイスプレイの面又は撮像すべき原稿が配置される面に形成されるように各マイクロレンズ素子４２の焦点距離に応じて選択する。マイクロレンズによる各画素の局部的な拡大がマイクロレンズのピッチによるサブアレイ全体の全体的な拡大に対応することが好ましい。単一のマイクロレンズアレイ４０は、サブアレイの像の必要な合焦及び拡大を形成してデイスプレイ又はイメージセンサのサブアレイの分割を可能にするのに十分である。
マイクロレンズ４２により形成される所望の局部的な倍率に対して作用する別の因子は、画素の「開口領域」である。画素１１の光応答部分が、この画素と関連するパネル１０の領域に比べて相対的に小さい場合、マイクロレンズ４２の増大した倍率は、デイスプレイの出力が連続し或いはイメージセンサが検出すべき全体の像を表す信号を受光するように所望のものとすることができる。
マイクロレンズアレイは既知であり、本発明で用いるマイクロレンズアレイは既知の技術により形成することができる。採用する正確な技術は、採用するマイクロレンズ素子のサイズに依存する。
マイクロレンズを各画素に関連させる場合、極めて小さなマイクロレンズが必要となる。この場合、再成形した熱可塑性樹脂から５０μｍ程度の小さい直径の成形したレンズ素子を形成することが既知である。このためには、アレイ４０の基板（通常、ガラス）に熱可塑性樹脂層をコートし、この層はスピンコーティングにより形成することができる。次ぎに、フォトリソグラフィにより熱可塑性樹脂層にパターニングを行う。これにより、所望の位置に個別のマイクロレンズ４２にそれぞれ対応する離散的な部分を有する熱可塑性樹脂層が形成される。予め定めた温度で樹脂層に熱によるリフローを行うことにより、熱可塑性樹脂が凸レンズ形状にリフォームされる。
Physics Worldの１９９１年７月の第２７〜３２頁に記載されている文献「Microlens Arrays」には、成型方法、グレイデッドインデックス型、又は回折型を問わずマイクロレンズアレイを製造する種々の方法が記載されている。当業者は、これらのマイクロレンズアレイを形成する方法について十分に理解されるものである。
画素のグループが各マイクロレンズと関連する場合、各マイクロレンズのサイズを増大してより安価な製造技術により製造することができる。この場合、成型されたマイクロレンズアレイは既知のモールド技術により形成することができる。例えば、モールドを金属プレートち凹型を形成することにより作成され、このモールドを用いてガラス基板又はプラスチック基板上にプラスチックレンズを形成することができる。
図２から明かなように、パネル１０の画素１１のサブアレイよりも大きな面積を占めるマイクロレンズアレイ４０による効果は、サブアレイからの信号を発散させることである。発散性ビームをほぼ直角の方向に偏向することは望ましいことであり、これは、マイクロレンズ４２からのビーム（又は、少なくともマイクロレンズ４２の光軸上のビーム）をほぼ直角な平行ビームに変換するの適当なパワーを有する集束レンズであるフィールドレンズを用いることにより達成できる。
このフィールドレンズ（及びパネルの大きさに適合した大きさの以下に説明する別のレンズ）は、プラスチックレンズの場合既知の成型技術により形成することができ、又はガラスレンズの場合位置の研磨及びポリッシュ処理により形成することができる。これらのフィールドレンズは互いに隣接させて連続した表示面又は撮像面を形成する。
ディスプレイの場合、例えば液晶ディスプレイを用いてある方向からこのディスプレイを見ることにより一層大きなコントラストが得られる。従って、複数の画素１１のサブアレイに対して直角に又はサブアレイに対して予め定めた角度で放出される画素からの光を見ることが望ましい。このためには、サブアレイに隣接して発散レンズ４６を配置し、マイクロレンズ４２に入射する光をサブアイレから直角に又は予め定めた角度で出射するビームに偏向させることが望ましい。レンズ４６の光軸のパネルの中心線からの変位は、上記予め定めた角度変更することになる。同様に、画像検知画素に直角に入射する光は、画素の光応答面に入射する前に吸収又は反射によりほとんど減衰しない。
個々のマイクロレンズの設計に作用する別の主要な設計パラメータは、アクティブ領域１３内における所望の光の拡散である。所定の直径のマイクロレンズの場合、マイクロレンズの焦点距離が一層短くなると、ディスプレイ又は画像検知モジュールが一層薄くなり、これは勿論望ましいことである。一方、焦点距離が短くなると、図２に示す拡り角が増大する。
ディスプレイの場合、αの値が大きくなると、画角の範囲が一層大きくなる。αの値は、レンズ４４の一方の面を拡散性にすることにより一層大きくすることができる。一方、イメージセンサの場合、αの値が小さくなると焦点深度が改良され望ましいものとなる。
イメージセンサの焦点深度を改良する方法は、各マイクロレンズ４２の開口面積を小さくする、例えば不透明材料により包囲された一層小さいマイクロレンズ素子４２を設けることである。これは、以下に説明する実施例に示す。
図３は並んで配置した図２の３個のサブアレイを示し、これらサブアレイは互いに離間すると共にこの光学系は連続する像を形成する。これにより、複数の画像検知素子から成る小型のサブアレイを用いて大きな面積を撮像することができ、又は小さな表示パネルの像を結合して連続する大きな画像を形成することができる。
図３に示す結合光学系をディスプレイとして用いる場合、結合された実際の像はフィールドレンズ４４の面に形成される。これにより、境界において損失が生ずることなく、ディスプレイの画角の範囲を改良することができる。サブアレイの連結部の画像品質を改良するため、境界部分の画素により表示される情報は、図３に示すように重複させることができる。均一な輝度を達成するため、各サブアレイの境界の信号を変更した強度で表示する必要がある。
図２に示すサブアレイと関連する光学系に関する課題は、ディスプレイ又はイメージセンサの各画素毎に単一のマイクロレンズが必要になることである。例えば、高解像力の画像検知が望まれる場合、極めて小さい寸法のマイクロレンズを必要とし、これは前述したように製造するのが困難である。この問題を解決する取り得る方法は、各マイクロレンズ４２をサブアレイの１個以上の画素と関連させることである。例えば、図４に示すように、各マイクロレンズ４２を正方形の画素群、例えば３×３の画素１１1，１１2，１１3・・・と関連させることができる。これにより、マイクロレンズアレイに必要なマイクロレンズの数が減少するが、勿論信号処理を必要となる列及び行のナンバリングを局部的に反転させることになる。これは、図４に矢印を用いて表わされている。簡単にするため、各画素群を３×３の画素として示す。勿論、画素群はより多くの画素を含み、各レンズ素子のサイズを増大させることができる。
図４はサブアレイ１０と隣接する別のマイクロレンズアレイ４８も示す。各マイクロレンズ４２が１個以上の画素に関連する場合、光は種々の角度で各画素に入射し各画素から出射する。これにより、各マイクロレンズと関連する種々の表示画素により発生する信号に種々のコントラストを与えることになり、各マイクロレンズと関連する種々のイメージセンサの画素に対して種々の集光効率を与えることになる。第２のマイクロレンズアレイ４８はサブアレイのグループよりも大きなピッチのレンズ素子４９を有し、ほぼ同一の方向の範囲で光が各画素に入射し又は出射するようにしている。これは図５に線図的に示す。
図５Ａにおいて、画素１１3はほぼ垂直の光を受光し又は光を垂直に出射させ、画素１１1は法線に対して相当大きな角度の光だけを受光し又は出射させる。図５Ｂに示す別のマイクロレンズ４８により、入射角／出射角はグループ中の各画素に対してほぼ等しくなる。好適実施例において、マイクロレンズ４８は図２の発散性のフィールドレンズ４６と組み合せることができる。これにより、各画素により平行ビームを入射させ又は出射させることができ、図５Ｃに示すように画素１１のサブアレイの中心に芯立てすることができる。
図６は図２の光学素子配置を変更した光学素子配置を示し、フィールドレンズ４４とマイクロレンズアレイ４０は、パネル１０に対して反対の順序で配置されている。この望ましい光学配置は製造のし易すさに依存する。図６において、マイクロレンズ図２〜図４の配置に対して反対にさしているので、図４のフィールドレンズ４４の平坦な面を原稿撮像面として用いることができるのと同様に、マイクロレンズアレイの平坦な基板が原稿撮像プラテンを構成することができる。
フィールドレンズ４４及びマイクロレンズアレイ４０は図７及び図８に示すように単一のユニットとして結合することができ、フィールドレンズ４４の平坦な面はマイクロレンズアレイ用の基板として又はマイクロレンズアレイモジュールを結合する面として作用する。
原稿撮像プラテンを構成するため平坦な面が望まれる場合、図９に示すように、マイクロレンズをフィールドレンズ４０の湾曲した面上に結合することができる。フィールドレンズは比較的厚い窓４５上に支持することができ、この窓４５は撮像すべき原稿用の配置面として作用することができる。これにより、撮像されるべき原稿は図９に示す焦点深度６４内に位置決めされる。
この焦点深度は原稿を走査する用途に対して重要な概念である。この理由は、原稿がある部分において変形（折り目が付けられている）しても、原稿面の全ての部分を有効な合焦範囲内に、すなわち焦点深度内に位置させることができる。図２に示すように、ビームの発散角αを小さくすることにより改善された焦点深度が得られる。
図１０は図２に示す光学的な配置に対応する光学装置を示すが、マイクロレンズ４０が互いに離間したマイクロレンズ素子６２を有するマイクロレンズアレイ６０により置き換えられ、マイクロレンズ素子間には不透明な材料で満たされている。この構成により、各マイクロレンズ６２の開口面積が減少し、イメージセンサの用途に望ましい焦点深度が増大する効果が達成される。イメージセンサの場合、画素が受光する光が検出すべき像の所望の部分から受光される場合像が合焦する。この焦点深度は、この関係が正しく維持される範囲内にあり、図９及び図１０に示す範囲６４によりほぼ図示される。図１０において、各マイクロレンズ６２は、図４に基いて説明したものと同様に、サブアレイ１０の複数の画素群と関連するように図示されている。
上述した実施例において、フィールドレンズ４４は、焦点深度６４内においてほぼ平行なビームを形成するように光を偏向するように作用する。一方、画素群が各レンズ素子と関連する場合、ビームは全ての画素についてアクティブ領域において平行にならない。例えば、レンズ素子と関連する中央画素は焦点深度内の垂直なビームに対応するが、別の画素と関連するビームは中央の垂直なビームから発散する。
図１１は焦点深度内の全ての画素と関連するビームがテレセットリックとなるように構成した別の変形例を示す。これは、撮像する用途に特に重要である。焦点深度６４内にテレセントリックなビームを形成することにより、誤った信号が撮像品質を低下させることなく一層大きな焦点深度を達成することができる。このために付加的なマイクロレンズアレイ６６を用い、図１１に示すように、この付加的なマイクロレンズアレイをフィールドレンズ４４と、組み合せる。この場合、レンズアレイ６６のレンズ素子６８のピッチは、撮像すべき原稿の各画像部分のピッチに対応する。勿論、レンズアレイ６６及びフィールドレンズ４４は反対の順序で配置する。
この付加的なマイクロレンズアレイ６６の機能は、第１のマイクロレンズアレイ６０の機能と組み合せることができる。このような場合、図１２に示すように、第１のマイクロレンズアレイ６０を開口のアレイ６８により置き換えると、マイクロレンズアレイ６６の焦点距離を適当に選択することによりこの光学系をアクティブ領域においてテレセットリックに維持することができる。マイクロレンズアレイ６６は隣接しているαの値は開口のアレイ６８により減少する。
図１０の装置は、勿論図４のアレイ４８と同様な機能を有するマイクロレンズアレイを用いることにより、各画素に平行且つ垂直な光が入射するように変形することができる。このように変形することにより、図１３に示す装置が得られる。この光学装置も図２に示す発散性のフィールドレンズ４６と組み合せることができる。
前述したように、各マイクロレンズと関連する画素群を有するイメージセンサの場合、マイクロレンズにより画像の局部的な反転が生ずるので、信号処理が必要である。従って、いずれの個別の画素が各レンズ素子と関連するかを正確に知る必要がある。これは、１個の画素の寸法精度内にレンズアレイを臨界的に位置決めする必要がある。同様に、ディスプレイの場合、各画素から出力される信号は、連続する合成画像が形成されるように処理する必要があり、同様にサブアレイの画素に対する各マイクロレンズの正確な位置を知る必要がある。この制約は、より大きなマイクロレンズ素子を製造する利点よりも重要である。この課題の解決策は、画素群の非反転画像を形成する多重マイクロレンズアレイの構成を用いることである。
図１４は、以前の実施例のマイクロレンズアレイ４０を非反転光学装置５０により置き換えた構成を示す。
図１４において、３個のレンズアレイ５１、５２、５３が全体として記録すべきオリジナルの非反転像を形成する。各アレイのレンズ素子は別のアレイのレンズ素子と関連し、発散性の光軸上のこれらの関連するレンズ素子に対して整列する。従って、各アレイのマイクロレンズは関連する画素のピッチよりも大きなピッチで配置され、３個のアレイは異なるレンズピッチをそれぞれ有する。アレイ５３のレンズ素子のピッチはアレイ５２のピッチよりも大きく、このアレイ５２のピッチはレンズアレイ５１のピッチよりも大きい。
複数のレンズ素子から成るレンズアレイ５１はレンズアレイ５２と接近する対応する画素群の反転画像を形成する。アレイ５３のレンズ素子はレンズアレイ５２の像を再反転しアクティブ領域１３に非反転画像を形成する。第２のレンズアレイ５２のレンズ素子の目的は、光の拡散を防止することである。レンズアレイ５２を削除する場合、アレイ５１からの光はアレイ５３の数個のレンズ素子に入射する。画像のオーバラップを防止するため、レンズアレイ５２付近の反転した像の寸法はアレイ５２のレンズのピッチよりも小さくする必要がある。
レンズアレイ５１、５２、５３は個別の基板上に図示されている。アレイ５１及び５２は適切な厚さの単一の基板の互いに反対側に形成できること明かである。或いは、アレイ５２を反転させることにより、アレイ５２及び５３を単一の基板上に形成することができる。
別の変形は、２個のアレイに分割すべきレンズアレイ５２のパワーに関するものであり、各アレイはいずれかのアレイ５１又は５３の反対側に形成する。当業者にとって種々の別のレンズ配置が明かである。
図１４はフィールドレンズ４４と共に図２の実施例で図示した発散性レンズ４６も示す。フィールドレンズ４４は、図１１に示すような全ての画素からのテレセントリックなビームを形成するマイクロレンズアレイ６６と関連することができる。付加的に又は代りに、図４のレンズアレイ４８の機能を有して各画素に垂直な光を入射させ又は垂直に出射させるレンズアレイを用いることができる。
本発明をイメージセンサ又は拡散性の光デイスプレイに適用する場合、ゴースト画像の発生を防止する手段を用いる必要がある。これらのゴースト画像は、画像の特定の部分からの光が撮像アレイの２個以上の画素（必ずしも隣接する必要はない）に入射し又はアクティブ観視領域に入射する場合に発生する。開口アレイの種々の調整器又は装置を用いて信号が所望の区域以外の画素に入射するのを防止することができる。例えば、欧州特許０５７６１４４号は、斜めに入射する光が撮像画素に入射するのを防止する遮光区域を含む固体イメージセンサを開示している。この装置を本発明において用いることができるが、種々の別の装置を用いることもできる。各レンズが多数の画素に対応する場合、ハニカム形状の壁部材を用いることができる。
光学装置５０自身がゴースト画像を阻止する手段を含むことができる。例えば、特にレンズアレイ５１のフォーカシングによりアレイ５２のレンズ素子の付近に形成される反転像がアレイ５２のレンズ素子のピッチよりも小さい寸法を占める場合、中央レンズアレイ５２はレンズ素子間に不透明な遮光材料を含むことができる。典型的には、ピッチの約半分の画像寸法が望ましい。
明細書の開示内容から当業者にとって他の変形が明かである。このような変形は、電気的又は電子的回路及びその構成部材において既知であり上述した構成に代えて又はそれらの構成と共に用いることができる他の構成を含むものである。本願において、請求の範囲は特有の構成の組合せと形式化されているが、本願の開示の範囲は、本明細書において記載されている新規な構成又はそれらの組合せ或いは当業者にとって自明の構成を含むものであると理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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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１４】
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