JP2007515665A - イメージ・センサまたはディスプレイ・ユニットのための多重マイクロレンズ・システム - Google Patents

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Abstract

【構成】多重レンズを備えた撮像素子またはディスプレイ・システムであって，多重レンズは，撮像素子またはディスプレイ・アレイ内の１つまたは複数のピクセルの上に形成され，パターニングされ，成形される。多重レンズは，感光領域上に屈折される光，またはディスプレイ・ピクセルから発散される光の集束を改善する。
【選択図】図１

Description

この発明は，一般的には改良された半導体撮像ディバイス（imaging device）に，特に撮像素子アレイ（imager array）またはディスプレイ・ユニットのための多重マイクロレンズ・システム（multiple microlens system）に関する。
電荷結合素子（ＣＣＤ）およびＣＭＯＳセンサを含む固体撮像素子（solid state imager）が光学的撮像の用途（photo imaging application）に一般的に使用されてきた。固体撮像回路は，ピクセル・セルのフォーカル・プレーン・アレイを含み，各セルは，基板の下側部分内に光学的に生成された（photo-generated）電荷を蓄積するために基板のドープ領域の上に重ねられたフォトゲート，フォトコンダクターまたはフォトダイオードのいずれかを含む。マイクロレンズは一般的に，撮像素子のピクセル・セルの上に配置される。マイクロレンズは，光を初期電荷蓄積領域上に合焦させるために使用される。従来技術では，ポリマー・コーティングを有する単一のマイクロレンズを使用し，それぞれピクセルの上に設けられる正方形または円形にパターン化され，その後，製造過程で加熱され，それにより，マイクロレンズの成形および硬化が行われる。
マイクロレンズを使用すると，大きい集光面積（集光領域）から光を集めて，それをセンサの小さい感光面積（感光領域）上に合焦させることにより，撮像デバイスの感光性が大きく改善される。センサの感光面積に対する全集光面積の比は，ピクセルのフィル・ファクタ（fill factor）として知られる。
マイクロレンズは，感光面積の上にある平坦化領域上に形成される。光は，平坦化領域を通過した後，カラー・フィルタによってフィルタされる。従来の各ピクセルは，別々のカラー・フィルタを有することができる。これに代えて，望ましくない波長をフィルタして除去するために，ピクセルのフィルタ領域の深さを変化させることができる。
撮像素子アレイおよびピクセルの感光領域の寸法が小さくなるのに伴って，入射光線を感光領域上に合焦させることができるマイクロレンズを設けることがますます困難になる。この問題は，１つには，撮像デバイス処理に最適の焦点長さを有し，かつ光がさまざまなディバイス層を通過するときに導入される光学収差を最適に調節する，より小型のマイクロレンズを構成することがますます困難になるためである。また，感光面積の上の多重領域によって生じ，隣接したピクセル間のクロストークを増加させる結果を招くゆがみ（distortion）を補正することが困難である。「クロストーク」は，オフアクシス（off-axis）光がマイクロレンズに鈍角をなして当たるときに生じる。オフアクシス光は，平坦化領域およびカラー・フィルタを通過し，予定された感光領域から外れ，その代わりに隣接の感光領域に当たる。その結果，チューニングされない，すなわち最適化されないマイクロレンズを有する小型の撮像素子は，最適の色忠実度および信号対雑音比を達成できない。
ディスプレイ・システムで使用されるレンズ構造はまた，効率的なレンズ・システムがないことに苦労している。たとえば，アクティブ・マトリクス液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）システムは，電圧信号で光路を開閉することができるクロス偏光子（cross polarizer）を有する。ＬＣＤは，問題の偏光子の角度に対して平行または垂直状態になる。光路が開いているときには，光はカラー・フィルタを通過して，ユーザがそれを見ることができる。現在のシステムは，良好な視角を与えるために光を発散（disperse）させるのに必要な高価なまたは複雑な構造がなければ，ＸおよびＹ方向の両方に良好な視角を与えない。
この発明は，ピクセル・アレイ用のマイクロレンズ構造であって，アレイのピクセルに対応するマイクロレンズが複数のレンズ領域を備え，各領域が異なった光学的特性（optical property）を有するマイクロレンズ構造を提供するものである。複数のレンズ領域の光学的特性は，より多くの入射光が，光検出器のピクセルに到達する，またはディスプレイ・ピクセルから発散するようにするものである。
さまざまな例示的な実施形態およびそれらを製造する方法について以下に詳細に論じる。この発明の上記の，および他の特徴を，添付図面と関連させて以下にさらに詳細に説明する。
この発明は，光検出器またはディスプレイ・システムに使用される新しいマイクロレンズ構造を提供する。この発明は，撮像素子アレイ内のピクセルの感光領域に達する入射光の量を増大させる。この発明は，ディスプレイ・ユニットからの光をより効率的に発散させるためにも使用することができる。マイクロレンズ構造は，光を，より効率的なやり方で，屈折またはそらしてマイクロレンズに入射させてピクセルの感光領域へ進めさせるか，またはディスプレイ構造からマイクロレンズに入射させるかのいずれかのために，異なる光学的特性を有する複数のレンズ領域を備える。
図１および図１Ａを参照して，この発明に従って構成された撮像素子アレイ（imager array）２の第１の例示的な実施形態が，それぞれ断面図および上面図で示されている。複数のマイクロレンズ構造が設けられ，その各々が上側レンズ部分１および下側レンズ部分３を有する。この構造は，パッシベーション領域（passivation region）６，インタービーニング（intervening region）４（たとえば，カラー・フィルタ・アレイ，メタライゼーション領域など）および撮像ピクセル（imaging pixel）アレイ５の上に設けられている。各ピクセル５は，光子を電荷に変換する光センサを有する。各マイクロレンズ内に２つ以上のレンズ層１，３を形成し，それにより，ピクセル５の感光領域上により直接的に光を合焦させることによって，各ピクセル５の集光効率を増加させる。入射光線がピクセル５の感光領域に到達するための光路を設けるために，レンズ層１，３を円形や正方形などのさまざまな対称的な幾何学的形状，および非対称的形状に形成することができる。図１Ａは，円形であり，かつレンズ領域１，３を有する他のレンズ構造と接触しないものとしてレンズ領域１，３を示すが，さらに後述するように，さまざまな形状をこの発明に使用してもよいことを理解されたい。
図２は，マイクロレンズ・アレイが，それぞれ２つのレンズ領域１，３を有する第１のマイクロレンズ群と，それぞれが単一レンズ１０を有する第２のマイクロレンズ群とを備えたこの発明の第２の実施形態の上面図である。図２は，マイクロレンズ・アレイが，ピクセル・アレイの異なるピクセルにそれぞれ対応する異なるマイクロレンズ構造を有することができることを示すものである。
各マイクロレンズ構造の構成は，２つ以上のレンズ領域１，３の所望の複合的な（combined）屈折効果の決定に基づく。ピクセル５のフィル・ファクタを改善する，領域１，３の複合的な光学的特性によって，所望の複合的屈折効果が生じる。
２つの媒体の境界領域を通過する光の屈折挙動は，簡単な幾何光学を支配するスネルの等式：
Ｎ１・sinθ１＝Ｎ１・sinθ２ ・・・（１）
で表現される。屈折は，光波が２つの媒体を区切る境界を横切って進むときの光波の経路の曲がりである。光波が境界と出合う角度を入射角（θ１）と呼ぶ。光波が媒体境界を通過後にその境界に対して移動する角度を屈折角（θ２）と呼ぶ。Ｎ１およびＮ２は，光波が通過する境界を間に形成する２つの物質に関連する屈折率である。屈折は，光波が通過する媒体が変わるときに光波が経験する速度の変化によって起きる。
図３を参照して，Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ０の関係は，２つの異なる領域１，３を有するマイクロレンズにおける１組の屈折率の一例である。領域１，３は，単一のマイクロレンズまたは他の従来型マイクロレンズ構造を使用した場合に生じるよりも多くの光を検出器領域（detector region）に向けるように選択された寸法および屈折率を有する。Ｎ１は，第１レンズ領域１の屈折率である。Ｎ２は，第２レンズ領域３の屈折率であり，Ｎ０は，第１レンズ領域１の外側の媒体，たとえば，空気または他のガスの屈折率である。
図３は，図１の実施形態の拡大図を示す。各マイクロレンズ内に２つ以上のレンズ領域１，３を形成し，それにより，ピクセル５の感光領域上により直接的に光を合焦させることによって，各ピクセル５の集光効率が増加する。レンズ領域物質（材料）（material）１，３は，入射光７を下側の感光領域５に向かわせる，すなわち方向付けるように配置される。入射光線がピクセル５の感光領域に到達するための光路を提供するために，レンズ領域１，３を円形や正方形などのさまざまな対称的な幾何学的形状とともに非対称的形状にも形成することができる。
この発明の第３の実施形態は，感光領域への光の屈折をよりうまく選択的に調節するために，３つ以上のレンズ領域を有するマイクロレンズを含む。図４は，第１のレンズ領域８を備えたマイクロレンズ９を示し，この第１のレンズ領域８は第２のレンズ領域１の上に形成され，第２のレンズ領域１は第３のレンズ領域３の上に形成されている。これらのレンズ領域は，異なる屈折率Ｎ３，Ｎ２およびＮ１で形成される。それらの領域の屈折率，ならびにレンズの寸法および形状は，他のインタービーニング層の屈折特性と組み合わされて，例示的なマイクロレンズ９の下のピクセル５の感光領域に望ましいフィル・ファクタを与えるように選択される。各レンズの領域８，１，３の屈折率および形状の選択は，やはりフィル・ファクタに影響を与え得る下側領域，たとえば，平坦化層６または他の層４の光学的特性に基づいて選択することもできる。図４に図示された実施形態では，入射光が多重領域８，１，３によって屈折され，それにより，光の所望部分が感光領域５上に方向付けされる。レンズ領域の最上位置の領域，たとえば領域８は，セグメント・レンズ領域（segmented lens region）として形成することができ，または全ピクセル・アレイにわたる単一レンズ領域８として形成してもよい。マイクロレンズ９は，撮像素子アレイ内の各ピクセルの上に，またはアレイ内のピクセルの一部分の上に形成してもよい。
図５および図６はそれぞれ，この発明の第４の例示的な実施形態の上面図および断面図を示す。この実施形態では，下側レンズ・リング１３が，レンズ領域１１の外周部分からの光をピクセル５の感光領域の方に偏向させる。レンズ領域１３は，特定の感光領域５のフィル・ファクタを選択的に調節するために，光の，レンズ領域１１によって屈折した部分だけを屈折させる。光をピクセル５の感光領域の方にさらに方向付けするために，レンズ領域１１の上に１つまたは複数の追加レンズ領域を設けてもよい。この例示的な実施形態の場合，湾曲したマイクロレンズ領域１１が別のマイクロレンズ領域１３の上に形成される。しかしながら，２つのマイクロレンズ領域１１，１３を逆転させることができ，その場合，光をピクセル５の感光領域の方に選択的に屈折させるために，レンズ領域１３がレンズ領域１１上に形成されるであろう。
図６に示されているように，レンズ領域１１に入った光１７は屈折して，下側レンズ領域１３内へ進む。レンズ領域１３はさらに，光１７を外縁部付近で鋭角に屈折させて，ピクセル５の感光領域上に進める。
複数のレンズ領域の屈折率は，マイクロレンズ領域と感光領域との間の層の光屈折特性の考察に基づいて，ピクセル５の感光領域への光の伝導を最大にするように選択することができる。上述したように，この発明に従ったマイクロレンズ・アレイは，ピクセル・アレイの異なる部分に異なるマイクロレンズ構造を含むことができる。ピクセル・アレイの中心のピクセルに入射した光を，ピクセル・アレイの外縁部のピクセルに入射した光と全く異ならせることもできる。したがって，１つのマイクロレンズ構造をアレイの中央部の複数のピクセルの上に設け，また，別の異なるマイクロレンズ構造を使用して，アレイの他の周辺部の複数のピクセルに入射光を伝導することができる。
図７は，プロセッサ３１，メモリ３３，入／出力システム３５，ストレージ・ユニット３７および撮像素子（imager）３９を組み込んだ画像処理システムを示す。バス３０が画像処理システムの構成要素を結合する。撮像素子３９は，この発明に従った対応のマイクロレンズ構造を有するピクセルのアレイを含む。
この発明に従って構成され，かつ図１〜図７の例を参照しながら説明したマイクロレンズを有するピクセル・アレイは，ＣＭＯＳ，ＣＣＤまたは他の撮像素子に用いることができる。この発明のマイクロレンズ構造は，１つのピクセルに対応した単一のマイクロレンズとして，またはそれぞれのピクセルに対応したマイクロレンズ・アレイとして使用してもよい。
図８は，図１，図１Ａおよび図３に示されたマイクロレンズ構造を製造する１つの方法を示す。この方法は基板を利用するものであり，この基板はピクセル・アレイ，周辺回路，接点および配線を含む。１つまたは複数の保護層，たとえばＢＰＳＧ，ＢＳＧ，ＰＳＧ，二酸化珪素もしくは窒化珪素または他の透明材料をピクセル・アレイの上に形成し，かつ平坦化する。保護層の上にスペーシング層を形成してもよい。次に，マイクロレンズ構造の作製を開始する。Ｓ５１において，第１のレンズ領域，たとえば領域３（図３）を，他のレンズ領域と組み合わせることによってピクセル５の感光領域上へ進む入射光を増加させる物質（材料）および厚さで形成する。第１のレンズ領域３は，スピン・コーティングなどの処理を利用して塗布することができ，透明または高分子（重合性）材料で形成されるであろう。ポリメチルメタクリレート，ポリカーボネート，ポリオレフィン，セルロース・アセテート・ブチレートまたはポリスチレンなどの光学的熱可塑性樹脂，ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂，感光性ゼラチン，またはアクリレート，メタクリレート，ウレタン・アクリレート，エポキシ・アクリレートまたはポリエステル・アクリレートなどの放射線硬化性樹脂を含めた他のレンズ形成材料を使用してもよい。
Ｓ５３において，個々のマイクロレンズ領域３を形成するために第１のレンズ領域がパターニング（パターン化）される。パターニング（patterning）は，標準的なフォトリソグラフィ装置および技法を使用して達成することができる。Ｓ５５において，ベーキングなどのレンズ処理により，個々のマイクロレンズ領域３を非対称的円形などの所望形状に成形する。Ｓ５７において，第１レンズ領域３上に第２レンズ領域１を上塗りし（オーバーコート），それは，入射光が進む他のレンズ領域と組み合わせることによってピクセル５の感光領域のフィル・ファクタ，または入射光の強さを増加させる材料および厚さで形成される。Ｓ５９において，第２領域１がパターニングされる。次に，Ｓ６１において，第２のレンズ領域１をベーキングによって成形する（たとえば，フローイング（flowed））。
図９は，図４のマイクロレンズ構造を形成するための例示的な製造方法を示す。まず，Ｓ７１において，レンズ領域３をピクセル・アレイのピクセルの上に形成する。Ｓ７３において，個別に成形されたマイクロレンズ領域３を作製するために，レンズ領域３をパターニング（パターン化）する。処理セグメントＳ７３において，領域３は，円形，矩形または他の形状にパターニングすることもできる。Ｓ７５において，パターニングされたレンズ領域３がベーキングによって集光レンズ構造に成形される。望むならば，処理セグメントＳ７９において，別のレンズ領域，たとえば領域１（図４）を先のレンズ領域３の上に形成する。新しく塗布される各層について，処理セグメントＳ７３，Ｓ７５を繰り返す。Ｓ７７において，別のレンズ領域を塗布するか，否かを決定する。別のレンズ領域を塗布する予定がない場合，処理が終了する。別のレンズ領域を形成する予定である場合，処理セグメントＳ７９，Ｓ７３およびＳ７５を繰り返す。
図１０は，この発明に従った多重レンズ領域を含む例示的なマイクロレンズ・アレイを形成するための別の例示的な製造方法を示す。ステップＳ９１〜Ｓ９３において，すべてのマイクロレンズ層をピクセル５の上に形成する。Ｓ９５において層をパターニングし，Ｓ９７において成形する。
Ｓ９７において，ベーキングによってレンズ領域をフローイングなどして，レンズ領域（たとえば，１，３）を集合的に成形する。ステップＳ９１〜Ｓ９７は，例示的なマイクロレンズ内に結果的に形成される多重レンズ領域が，それぞれの感光領域（たとえば，５）に対して最大の光屈折を与えるように実行される。
パターニングされた個々のマイクロレンズの形状は，円形，レンチキュラー，卵形，矩形，六角形または任意の他の適当な形状でよい。レンズ領域の成形は，熱処理によって行うことができ，それにより，塗布され，パターニングされたレンズ形成領域から屈折レンズ領域が形成される。屈折レンズ領域を形成するために使用される成形方法は，レンズ領域を形成するために使用される材料，物質によって決まる。レンズ形成領域の材料を熱処理することができる場合，ベーキングなどの熱処理方法が使用されるであろう。材料の感光性が非常に高い場合，特殊な露光技法が使用されるであろう。
この発明は，光検出システムとともに光投射システムで使用することもできる。光が基板に入るときと同様に光が基板から出る場合にも，同じ原理が適用される。ディスプレイ・システムの場合，最適性能を得るために構造パラメータを撮像システムの場合に比べて変化させるであろうが，この発明は依然として配光用の改良構造を提供するものである。
図１１を参照して，ディスプレイ領域（表示領域）１３１の上にレンズ構造が形成される。ディスプレイ領域１３１は，ディスプレイ・ピクセル（表示ピクセル）または発光ユニットである。光の発散をさらに増加させ，ディスプレイ領域１３１からの視角を改善するために，同一ディスプレイ領域１３１の上に多重レンズ構造をレンズ集合体として形成することができる。光はディスプレイ領域１３１から放出されて層１２９に入る。この層は，トップ・ガラスまたは他のディスプレイ層（たとえば，ＬＣＤシステムにおけるトップ・ガラス層）である。その後，光は偏光子１２７に入って，偏光子の作用に従って屈折される。その後，光は，屈折率がＮ２の第１のレンズ領域１２５に入り，そこで光が屈折して，屈折率がＮ１の第２のレンズ領域１２３に入る。その後，光は第２のレンズ領域１２３によってさらに屈折して空気（大気）に入り，そこで再び屈折する。図１１のディスプレイ・レンズ構造は，この発明の他の実施形態の対応するレンズ領域と同じやり方で，かつ同じ材料で形成される領域１２３および１２５を組み込んでいる。
ピクセル・アレイを有する撮像回路を特に参照しながらこの発明を説明してきたが，この発明はより広い適応性を有し，ディスプレイ装置（表示装置）とともにいかなる撮像装置にも使用することができることにも留意されたい。同様に，上記のプロセスは，この発明に従ってレンズを形成するために使用することができる多くの方法のうちの１つである。以上の説明および図面は，この発明に従った例示的な実施形態を示す。この発明を図示の実施形態に制限しようとする意図はない。以下の特許請求の範囲の精神および範囲に含まれるこの発明のいかなる変形も，この発明の一部であると見なされるべきである。
この発明の例示的な一実施形態に従って構成されたマイクロレンズ構造の一部分の断面図を示す。 図１の実施形態の一部分の上面図を示す。 この発明の別の態様に従って構成されたピクセル・アレイの別の例示的な実施形態の一部分の上面図を示す。 図１のマイクロレンズの例示的な一実施形態の断面図を示す。 この発明の別の実施形態に従って構成されたマイクロレンズの別の例示的な実施形態の断面図を示す。 この発明の例示的な一実施形態に従って構成されたマイクロレンズの上面図を示す。 図５のマイクロレンズの断面図を示す。 この発明の例示的な一実施形態に従って構成された撮像システムのブロック図を示す。 この発明の例示的な一実施形態に従って実行される製造方法を示す。 この発明の別の例示的な実施形態に従って実行される製造方法を示す。 この発明の別の例示的な実施形態に従って実行される製造方法を示す。 この発明の別の例示的な実施形態に従って構成されたレンズの断面図を示す。

Claims (120)

  1. 感光領域，ならびに
    前記感光領域上に光を合焦させるレンズ構造であって，異なる光学的特性を有する第１レンズ領域および第２レンズ領域を有するレンズ構造，
    を備える光検出システム。
  2. 複数の前記レンズ構造と，複数の前記感光領域とを備え，前記の各レンズ構造は，それぞれ前記複数の各感光領域上に設けられる，請求項１に記載の光検出システム。
  3. 前記レンズ構造の各第２レンズ領域は，他のレンズ構造の前記第２レンズ領域と非接触状態にある，請求項２に記載の光検出システム。
  4. 前記第１および第２レンズ領域は，他の前記レンズ構造内の他の第１および第２レンズ領域と非接触状態にある，請求項２に記載の光検出システム。
  5. 前記第１レンズ領域は，前記第２レンズ領域の上に形成される，請求項１に記載の光検出システム。
  6. 前記第１レンズ領域は，円形であり，かつ前記第２レンズ領域の上に形成される，請求項１に記載の光検出システム。
  7. アレイ状に配置された複数の前記感光領域をさらに備え，各感光領域は，対応するレンズ構造を有する，請求項６に記載の光検出システム。
  8. 前記第１レンズ領域は，前記第２レンズ領域の上に形成され，かつ非球面形状である，請求項１に記載の光検出システム。
  9. 前記レンズ構造は第３レンズ領域をさらに有する，請求項１に記載の光検出システム。
  10. 複数の前記感光領域および複数の前記レンズ構造をさらに備え，前記レンズ構造の各々は，前記複数の感光領域の対応する一つの上にパターン化されかつ形成される，請求項９に記載の光検出システム。
  11. 前記第３レンズ領域は前記第１レンズ領域の上に形成される，請求項９に記載の光検出システム。
  12. 前記第３レンズ領域は，円形であり，かつ前記第１レンズ領域の上に形成される，請求項９に記載の光検出システム。
  13. 前記第３レンズ領域は，前記第１レンズ領域の上に形成され，かつ非球面形状である，請求項９に記載の光検出システム。
  14. 前記第１，第２および第３レンズ領域は異なる屈折率を有する，請求項９に記載の光検出システム。
  15. 前記第１および第２レンズ領域は異なる屈折率を有する，請求項１に記載の光検出システム。
  16. 前記感光領域はフォトダイオードである，請求項１に記載の光検出システム。
  17. 前記第２レンズ領域は，前記第１レンズ領域によって屈折した光の部分を屈折させる，請求項１に記載の光検出システム。
  18. 前記第１レンズは，前記第２レンズ領域と接触した状態に形成される，請求項１に記載の光検出システム。
  19. 前記第１レンズ領域は，前記第２レンズ領域より大きい直径を有する，請求項１に記載の光検出システム。
  20. 前記第１レンズ領域は，前記感光領域の，前記第２レンズ領域より広い部分の上方に形成され，かつパターン化される，請求項１に記載の光検出システム。
  21. 前記第１および第２レンズ領域の一方は，入射光の，前記第１および第２レンズ領域の他方に入射しない部分を屈折させる，請求項１に記載の光検出システム。
  22. 前記第１および第２レンズ領域は，それぞれ第１および第２材料で形成される，請求項１に記載の光検出システム。
  23. 前記第１および第２レンズ領域は，同一材料で形成されるが，異なる幾何学的形状を有する，請求項１に記載の光検出システム。
  24. 前記第１および第２レンズ領域は，入射光に対してそれぞれ第１および第２焦点を有する，請求項１に記載の光検出システム。
  25. 前記第１および第２レンズ領域の少なくとも一方は実質的に非球面形状である，請求項１に記載の光検出システム。
  26. 前記第１および第２レンズ領域の少なくとも一方は実質的に円形である，請求項１に記載の光検出システム。
  27. 前記第１および第２レンズ領域の少なくとも一方は実質的にレンチキュラー形である，請求項１に記載の光検出システム。
  28. 前記第１および第２レンズ領域の少なくとも一方は実質的に卵形である，請求項１に記載の光検出システム。
  29. 前記第１および第２レンズ領域の少なくとも一方は実質的に矩形である，請求項１に記載の光検出システム。
  30. 前記第１および第２レンズ領域の少なくとも一方は実質的に六角形である，請求項１に記載の光検出システム。
  31. 前記第１レンズ領域は，前記第２レンズ領域の一部分の上に，かつそれに直接的に接触した状態に形成され，前記第２レンズ領域は，リング形の光屈折領域を有する，請求項１に記載の光検出システム。
  32. 前記第１レンズ領域の屈折率は，前記第２レンズ領域の屈折率より大きい，請求項１に記載の光検出システム。
  33. 前記感光領域はＣＭＯＳ撮像素子の一部である，請求項１に記載の光検出システム。
  34. 前記感光領域はＣＣＤ撮像素子の一部である，請求項１に記載の光検出システム。
  35. 複数の感光領域を有する撮像アレイと，
    前記感光領域のそれぞれの上で前記撮像アレイ上に設けられた複数のレンズ構造であって，２つ以上のレンズ構造は複数のマイクロレンズを有し，該マイクロレンズの少なくとも１つは複数のレンズ領域を有し，該レンズ領域の少なくとも２つは異なる屈折特性を有する，複数のレンズ構造と，
    を備える撮像デバイス。
  36. 少なくとも２つのレンズ領域は円形である，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  37. 最上位置の各レンズ領域は，他の最上位置のレンズ領域と接触していない，請求項３６に記載の撮像デバイス。
  38. 前記複数のレンズ領域の少なくとも２つは非球面形状である，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  39. 前記感光領域はフォトダイオードを有する，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  40. 少なくとも１つのレンズ領域は，他の少なくとも１つのレンズ領域によって屈折した光の部分を屈折させる，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  41. 少なくとも１つのレンズ領域は，別のレンズ領域と接触した状態に形成される，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  42. 前記レンズ構造の各々は，前記レンズ構造の他のものと非接触状態にある，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  43. 前記複数のレンズ領域の１つは，対応する別のレンズ領域より大きい直径を有する，請求項４２に記載の撮像デバイス。
  44. レンズ構造内の前記複数のレンズ領域の上側レンズ領域は，他の少なくとも１つのレンズ構造内の別の上側レンズ領域と非接触状態にある，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  45. 前記複数のレンズ領域の１つは，前記感光領域の，同一のレンズ構造内の別のレンズ領域より大きい部分の上に形成され，かつパターン化される，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  46. 前記複数のレンズ領域の１つは，入射光の，同一レンズ構造内の前記複数のレンズ領域の別のものに入射しない部分を屈折させる，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  47. 前記複数のレンズ領域は２つ以上の材料で形成される，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  48. 前記複数のレンズ領域は同一材料で形成されるが，少なくとも１つの異なる幾何学的形状を有する，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  49. 前記複数のレンズ領域の各々は，入射光に対して第１および第２焦点を有する，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  50. 前記複数のレンズ領域の１つは，別のレンズ領域の一部分の上方に，かつそれに直接的に接触した状態に形成される，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  51. 前記複数のレンズ領域の１つはリング形の光屈折領域を有する，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  52. 前記感光領域はＣＭＯＳ撮像素子の一部である，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  53. 前記感光領域はＣＣＤ撮像素子の一部である，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  54. 同一レンズ構造内の前記複数のレンズ領域の１つは，前記複数のレンズ領域の別の１つの上に，かつそれに直接的に接触した状態で異なる直径に形成される，請求項３５に記載の撮像デバイス。
  55. 同一レンズ構造内の前記複数のレンズ領域の少なくとも１つは，リング形の集光領域を有する，請求項５４記載の撮像デバイス。
  56. バスを介してメモリ・ディバイスに接続されたプロセッサと，
    前記バスに接続された撮像ディバイスとを備え，
    前記撮像ディバイスは，
    複数の感光領域を含む撮像アレイ，および
    前記感光領域のそれぞれの上で前記撮像アレイ上に設けられた複数のレンズ構造であって，該複数のレンズ構造の少なくとも１つは複数のマイクロレンズを有し，該マイクロレンズの少なくとも幾つかはそれぞれ複数のレンズ領域を有し，各レンズ領域の少なくとも２つは異なる屈折特性を有する，複数のレンズ構造を有する，
    画像処理システム。
  57. 前記複数のレンズ領域は円形である，請求項５６に記載の画像処理システム。
  58. 前記複数のレンズ構造の２つ以上は非球面形状である，請求項５６に記載の画像処理システム。
  59. 前記レンズ構造の少なくとも１つの最上位置のレンズ領域は，別の前記レンズ構造の最上位置のレンズ領域と非接触状態にある，請求項５６に記載の画像処理システム。
  60. 前記複数のレンズ領域の１つは，入射光の，前記複数のレンズ領域の別のものに入射しない部分を屈折させる，請求項５６に記載の画像処理システム。
  61. 前記複数のレンズ領域は２つ以上の材料で形成される，請求項５６に記載の画像処理システム。
  62. 前記複数のレンズ領域の１つはリング形の光屈折領域を有する，請求項５６に記載の画像処理システム。
  63. 感光領域と，
    前記感光領域の上に垂直に配置されたレンズ構造とを備え，
    前記レンズ構造は，それぞれＮ１およびＮ２の屈折率を有する第１および第２材料を有し，Ｎ１＞Ｎ２である，ＣＭＯＳ撮像素子。
  64. 複数の前記レンズ構造および複数の前記感光領域をさらに備え，前記レンズ構造の各々は，それぞれ複数の前記感光領域の上に設けられる，請求項６３に記載のＣＭＯＳ撮像素子。
  65. 前記第１材料は前記第２材料の上に形成される，請求項６３に記載のＣＭＯＳ撮像素子。
  66. 前記第１材料は円形であって，前記第２材料の上に形成される，請求項６４に記載のＣＭＯＳ撮像素子。
  67. 複数のディスプレイ構造と，
    前記複数のディスプレイ構造の少なくとも１つの上に形成されたレンズ構造であって，該レンズ構造は，前記ディスプレイ構造からの光の向きを変更して該レンズ構造の外方へ進めるようになっており，また，該レンズ構造は，第１レンズ領域および第２レンズ領域を含み，前記第１および第２レンズ領域は互いに異なる光学的特性を有する，レンズ構造と，
    を備えるディスプレイ・システム。
  68. １つの前記レンズ構造は，前記複数のディスプレイ構造の各々の上に配置される，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  69. 複数の前記レンズ構造は，前記複数のディスプレイ構造の少なくとも幾つかの上に配置される，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  70. 第１の複数の前記レンズ構造および第２の複数の前記ディスプレイ構造を備え，前記第１の複数のレンズ構造の各々は，それぞれ前記第２の複数のディスプレイ構造の１つの上に配置される，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  71. 前記レンズ構造の各々の前記第２レンズ領域は，他のレンズ構造の前記第２レンズ領域と非接触状態にある，請求項７０に記載のディスプレイ・システム。
  72. 前記第１および第２レンズ領域は，他の前記レンズ構造の他の第１および第２レンズ領域と非接触状態にある，請求項７０に記載のディスプレイ・システム。
  73. 前記第１レンズ領域は前記第２レンズ領域の上に形成される，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  74. 前記第１レンズ領域は円形であり，かつ前記第２レンズ領域の上に形成される，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  75. 前記複数のディスプレイ構造はアレイ状に配置され，前記複数のディスプレイ構造の各々は対応するレンズ構造を有する，請求項７４に記載のディスプレイ・システム。
  76. 前記第１レンズ領域は前記第２レンズ領域の上に配置され，かつ非球面形状である，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  77. 前記レンズ構造は第３レンズ領域をさらに有する，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  78. 前記レンズ構造の各々は，前記複数のディスプレイ構造のそれぞれの１つの上にパターン化され，かつ形成される，請求項７７に記載のディスプレイ・システム。
  79. 前記第３レンズ領域は前記第１レンズ領域の上に配置され，前記第２レンズ領域は前記第１レンズ領域と前記第３レンズ領域の間に配置される，請求項７７に記載のディスプレイ・システム。
  80. 前記第３レンズ領域は円形であり，かつ前記第１レンズ領域の上に配置される，請求項７７に記載のディスプレイ・システム。
  81. 前記第３レンズ領域は前記第１レンズ領域の上に配置され，かつ非球面形状である，請求項７７に記載のディスプレイ・システム。
  82. 前記第１，第２および第３レンズ領域は互いに異なる屈折率を有する，請求項７７に記載のディスプレイ・システム。
  83. 前記第１および第２レンズ領域は異なる屈折率を有する，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  84. 前記ディスプレイ構造は，アクティブ・マトリクス液晶ディスプレイ内のディスプレイ・ピクセルである，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  85. 前記第２レンズ領域は，前記第１レンズ領域によって屈折した光の部分を屈折させる，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  86. 前記第１レンズは前記第２レンズ領域と接触した状態に形成される，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  87. 前記第１レンズ領域は前記第２レンズ領域より大きい直径を有する，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  88. 前記第１レンズ領域は，前記ディスプレイ構造の，前記第２レンズ領域より広い部分の上に形成され，かつパターン化される，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  89. 前記第１および第２レンズ領域の一方は，入射光の，前記第１および第２レンズ領域の他方に入射しない部分を屈折させる，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  90. 前記第１および第２レンズ領域はそれぞれ第１および第２材料で形成される，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  91. 前記第１および第２レンズ領域は，同一材料で形成されるが，異なった幾何学的形状を有する，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  92. 前記第１および第２レンズ領域の少なくとも一方は実質的に非球面形状である，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  93. 前記第１および第２レンズ領域の少なくとも一方は実質的に円形である，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  94. 前記第１および第２レンズ領域の少なくとも一方は実質的にレンズ形である，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  95. 前記第１および第２レンズ領域の少なくとも一方は実質的に卵形である，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  96. 前記第１および第２レンズ領域の少なくとも一方は実質的に矩形である，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  97. 前記第１および第２レンズ領域の少なくとも一方は実質的に六角形である，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  98. 前記第１レンズ領域は，前記第２レンズ領域の一部分の上にそれに直接的に接触した状態に形成され，前記第２レンズ領域はリング形の光屈折領域を有する，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  99. 第１および第２の複数の前記レンズ構造が前記複数のディスプレイ構造の上に配置され，前記第１の複数のレンズ構造は第１屈折率の前記第１レンズ領域を有し，前記第２の複数のレンズ構造は第２屈折率の前記第１レンズ領域を有する，請求項６７に記載のディスプレイ・システム。
  100. 撮像素子用のレンズ構造を形成する方法であって，
    複数の感光領域の上に第１屈折率を有する第１の複数の集光領域を形成し，
    前記第１の複数の集光領域の上に第２屈折率を有する第２の複数の集光領域を形成する，
    方法。
  101. 前記第１の複数の集光領域の屈折率は，前記第２の複数の集光領域の屈折率より大きい，請求項１００に記載の方法。
  102. さらに，前記第２の複数の集光領域の上にそれぞれ複数の第３の集光領域を形成する，請求項１００に記載の方法。
  103. 前記第１および第２の複数の集光領域の各々は，前記感光領域の上に実質的に円形に形成される，請求項１００に記載の方法。
  104. 前記集光領域は前記感光領域の上に半円形に形成される，請求項１００に記載の方法。
  105. 前記集光領域は前記感光領域の上に矩形に形成される，請求項１００に記載の方法。
  106. 前記集光領域は前記感光領域の上に六角形に形成される，請求項１００に記載の方法。
  107. 前記集光領域は前記感光領域の上にレンチキュラー形に形成される，請求項１００に記載の方法。
  108. 前記集光領域は前記感光領域の上に卵形に形成される，請求項１００に記載の方法。
  109. 前記形成ステップは熱処理を含む，請求項１００に記載の方法。
  110. 前記形成ステップはベーキングを含む，請求項１００に記載の方法。
  111. 撮像素子構造を形成する方法であって，
    撮像素子基板上に第１群および第２群の感光領域を形成し，
    前記第１群の前記感光領域の各々の上に，第１屈折特性を有する第１レンズ領域を形成し，
    前記第１レンズ領域の各々の上に，第２屈折特性を有する第２レンズ領域を形成し，
    前記第２群の前記感光領域の各々の上に，ある屈折特性を有する少なくとも１つの他のレンズ領域を形成する，
    方法。
  112. 前記第１レンズ領域の屈折率は前記第２レンズ領域の屈折率より大きい，請求項１１１に記載の方法。
  113. 前記第１および第２レンズ領域の少なくとも一方は，前記第１群の前記感光領域の上に円形に形成される，請求項１１１に記載の方法。
  114. 前記第１および第２レンズ領域は，前記第１群の前記感光領域の上に円形に形成される，請求項１１１に記載の方法。
  115. 前記第１および第２レンズ領域は，前記第１群の前記感光領域の上に半円形に形成される，請求項１１１に記載の方法。
  116. 前記第１および第２レンズ領域は，前記第１群の前記感光領域の上に矩形に形成される，請求項１１１に記載の方法。
  117. 前記第１および第２レンズ領域は，前記第１群の前記感光領域の上に六角形に形成される，請求項１１１に記載の方法。
  118. 前記第１および第２レンズ領域は，前記第１群の前記感光領域の上にレンチキュラー形に形成される，請求項１１１に記載の方法。
  119. 前記第１および第２レンズ領域は，前記第１群の前記感光領域の上に卵形に形成される，請求項１１１に記載の方法。
  120. 前記形成ステップは熱処理を含む，請求項１１１に記載の方法。
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