(57)【要約】【課題】受光感度を高めつつ電荷の飽和を抑制することが可能な撮像素子ユニットを提供する。【解決手段】撮像素子ユニット１００は、光電変換部１１４と、複数の可動ミラー１２１と、駆動ユニット１２５と、を備えている。光電変換部１１４は、マトリックス状に配置され光を電荷に変換する複数の光電変換素子１１９を有している。複数の可動ミラー１２１は、マトリックス状に配置されており、光電変換部１１４の透過光を光電変換部１１４に向けて反射する。駆動ユニット１２５は、各可動ミラー１２１の光電変換部１１４に対する角度を個別に変更可能に設けられている。【選択図】図３
2011250299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス状に配置され光を電荷に変換する複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子により形成され入射光を受ける受光面と、を有する光電変換部と、
マトリックス状に配置され前記光電変換部の透過光を前記光電変換部に向けて反射する複数の反射光学素子と、
各前記反射光学素子の前記光電変換部に対する角度を個別に変更可能な駆動ユニットと、
を備えた撮像素子ユニット。
【請求項２】
各前記反射光学素子は、少なくとも１つの前記光電変換部の透過光を受光可能に配置されている、
請求項１に記載の撮像素子ユニット。
【請求項３】
各前記反射光学素子は、２つ以上の前記光電変換素子の透過光を受光可能な位置に配置されている、
請求項１または２に記載の撮像素子ユニット。
【請求項４】
前記複数の反射光学素子は、第１ピッチでマトリックス状に配置されており、
前記複数の光電変換素子は、第２ピッチでマトリックス状に配置されており、
前記第１ピッチは、前記第２ピッチと同じか、または、前記第２ピッチよりも大きい、
請求項１から３のいずれかに記載の撮像素子ユニット。
【請求項５】
前記駆動ユニットは、前記複数の反射光学素子の前記光電変換部と反対側に配置されている、
請求項１から４のいずれかに記載の撮像素子ユニット。
【請求項６】
前記光電変換部の前記反射光学素子と反対側に配置されたベイヤー配列のカラーフィルタをさらに備えた、
請求項１から５のいずれかに記載の撮像素子ユニット。
【請求項７】
前記光電変換部と前記複数の反射光学素子との間に配置され各前記光電変換素子で生成された前記電荷を伝送する回路部をさらに備えた、
請求項１から６のいずれかに記載の撮像素子ユニット。
【請求項８】
前記複数の光電変換素子の間に配置された格子状の分離領域と、
前記分離領域と前記複数の反射光学素子との間に配置された格子状の遮光部と、をさらに備えた、
請求項１から７のいずれかに記載の撮像素子ユニット。
【請求項９】
前記反射光学素子および前記駆動ユニットは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を含んでいる、
請求項１から８のいずれかに記載の撮像素子ユニット。
【請求項１０】
前記反射光学素子および前記駆動ユニットは、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を含んでいる、
請求項１から９のいずれかに記載の撮像素子ユニット。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の撮像素子ユニットと、
前記撮像素子ユニットで生成された電気信号に所定の処理を施し画像データを生成する画像処理部と、
前記画像処理部で生成された前記画像データに基づいて前記駆動ユニットを制御する制御部と、
備えた撮像装置。
【請求項１２】
前記駆動ユニットは、各前記反射光学素子を個別に駆動する複数のアクチュエータを有しており、
前記制御部は、前記画像データに基づいて前記複数のアクチュエータを個別に制御する、
請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記画像データから各前記反射光学素子に対応する輝度データを算出する輝度算出部と、前記輝度算出部で算出された前記輝度データから最高輝度を選択する選択部と、前記最高輝度に対応する前記反射光学素子での反射率を前記最高輝度に基づいて設定する反射率設定部と、を有している、
請求項１１または１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記反射率設定部により設定された反射率に基づいて前記アクチュエータを制御する駆動制御部を有している、
請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記反射率設定部は、前記最高輝度が基準輝度よりも高い場合に、前記最高輝度に対応する前記反射光学素子での反射率が減少するように新たに反射率を設定する、
請求項１３または１４に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示されている技術は、光を電気信号に変換する撮像素子ユニットおよびそれを備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor）のように、受光した光を光電変換によって電気信号に変換する撮像素子が知られている。
この種の撮像素子として、例えば、表面照射型の撮像素子が用いられている。表面照射型撮像素子は、一般的に、半導体プロセスによってＳｉ基板上に形成された多層構造を有している。例えば、フォトダイオードにより構成された光電変換部、回路、マスク、カラーフィルタおよびマイクロレンズが順にＳｉ基板上に形成されている。光電変換部上には絶縁層が形成されており、絶縁層内に回路およびマスクが格子状に形成されている。マイクロレンズに入射した光は、カラーフィルタを透過し、回路およびマスクの間を通って光電変換部に到達する。光電変換部は複数の光電変換素子を有しており、光電変換部に到達した光は各光電変換素子により電気信号に変換される。
【０００３】
以上に説明した表面照射型撮像素子では、できるだけ受光面積を確保できるように回路は細く形成されている。光電変換部の総面積を基準にすると、回路を細く形成することで、例えば６０％強の開口率を確保することができる。
しかし、撮像素子のサイズが同じ場合、撮像素子の高画素化に伴い、１画素に対応する光電変換素子の面積が小さくなり、その結果、各光電変換素子の受光量が低下する。半導体プロセスの微細化によって開口率は維持されているものの、光電変換素子の受光量の低下に伴い、撮像素子の受光感度が低下してしまう。
そこで、いわゆる裏面照射型撮像素子が提案されている。裏面照射型撮像素子では、Ｓｉ基板が光電変換部の近傍まで、もしくは、光電変換部が露出するまで研削されている。前述の表面照射型ではＳｉ基板が撮像素子の裏側に配置されているのに対して、裏面照射型では、研削された面が入射側として使用されるので、光電変換部の裏側（出射側）に回路およびマスクが配置されることになる。したがって、撮像素子の開口率を１００％にすることができ、受光感度を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３５３９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｓｉ基板を研削して製造されるので、裏面照射型撮像素子は非常に薄くなる。したがって、強度確保のためにＳｉ基板などの支持基板を入射側と反対側に張り合わせることも提案されている。この場合、Ｓｉ基板は反射率が高いので、光電変換部を透過した光がＳｉ基板で反射し光電変換素子に再度入射する。その結果、例えば、裏面照射型撮像素子の受光感度は表面照射型撮像素子の受光感度の２倍以上に向上する。
しかし、裏面照射型では、結果としてＩＳＯ感度が高くなりすぎてしまい、高輝度撮影においては、光電変換素子で電荷が飽和してしまう場合も少なくない。この場合、画像上では、いわゆる白飛び（Blown out highlights）が発生する。したがって、撮像素子の分野では、受光感度を高めることに加えて、電荷の飽和を抑制することも求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示される撮像素子ユニットは、光電変換部と、複数の反射光学素子と、駆動ユニットと、を備えている。光電変換部は、マトリックス状に配置され光を電荷に変換する複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子により形成され入射光を受ける受光面と、を有している。複数の反射光学素子は、マトリックス状に配置されており、光電変換部の透過光を光電変換部に向けて反射する。駆動ユニットは、各反射光学素子の光電変換部に対する角度を個別に変更可能に設けられている。
この撮像素子ユニットでは、各光電変換素子の透過光が反射光学素子により光電変換部へ反射されるので、光電変換素子に入射するトータルの光量を増やすことができ、受光感度を高めることができる。
それに加えて、複数の反射光学素子の光電変換部に対する角度を駆動ユニットにより個別に変更することができるので、各光電変換素子に入射する反射光量を反射光学素子ごとに調整することができる。これにより、光電変換素子に入射するトータルの光量を光電変換素子ごとに調整することができ、電荷の飽和を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【０００７】
この撮像素子ユニットであれば、受光感度を高めつつ電荷の飽和を抑制することが可能となる。また、この撮像素子ユニットを用いた撮像装置であれば、高感度かつ広ダイナミックレンジの撮影が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】デジタルカメラの概略構成図
【図２】デジタルカメラの概略ブロック図
【図３】撮像素子ユニットの概略断面図
【図４】撮像素子ユニットの概略断面図
【図５】撮像素子ユニットの部分平面図
【図６】撮影時の動作フローチャート
【図７】撮影時の動作フローチャート
【図８】（Ａ）および（Ｂ）平均輝度および反射率の関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜デジタルカメラの構成＞
図１を用いてデジタルカメラ１について説明する。
デジタルカメラ１（撮像装置の一例）は、レンズ交換式のデジタルカメラであり、交換レンズユニット２と、カメラ本体３と、を有している。なお、このデジタルカメラ１はクイックリターンミラーを有していないが、従来のデジタル一眼レフカメラのようにクイックリターンミラーが搭載されていてもよい。
（１）交換レンズユニット
図１に示すように、交換レンズユニット２は、レンズマウント９５と、光学系Ｏと、レンズコントローラ４０と、絞り調節ユニット７３と、ズームリングユニット８３と、フォーカスリングユニット８８と、フォーカス調節ユニット７２と、を有している。
【００１０】
レンズマウント９５は、カメラ本体３のボディーマウント４に装着可能に設けられており、レンズ側接点９１を有している。光学系Ｏは、例えばズームレンズ系であり、被写体の光学像を形成する。光学系Ｏはフォーカス調節のためのフォーカスレンズＬを有している。
絞り調節ユニット７３は、絞りユニット６２と、絞り駆動制御部４２と、を有している。絞りユニット６２は、絞り羽根を有する絞り機構（図示せず）と、絞り機構を駆動する絞り駆動モータ（図示せず）と、を含んでおり、光学系Ｏの絞り値を変更可能に設けられている。絞り駆動制御部４２はレンズコントローラ４０から送られる指令に基づいて絞りユニット６２を制御する。
レンズコントローラ４０は、ＣＰＵ（図示せず）、ＲＯＭ４０ｂおよびＲＡＭ４０ａを有しており、ＲＯＭ４０ｂに格納されているプログラムがＣＰＵ１０ｃに読み込まれることで、様々な機能を実現し得る。例えば、レンズコントローラ４０は、位置検出センサ６７（後述）の検出信号によりフォーカスレンズＬの絶対位置を把握することができる。また、レンズコントローラ４０は、リニアポジションセンサ８７（後述）の検出結果に基づいて光学系Ｏの焦点距離を算出することができる。ＲＯＭ４０ｂは、不揮発性メモリであり、電力供給が停止している状態でも記憶している情報を保持できる。ＲＯＭ４０ｂには、例えば交換レンズユニット２に関する情報（レンズ情報）が格納されている。レンズコントローラ４０はレンズ側接点９１を介してボディーコントローラ１０（後述）と情報の送受信が可能である。
【００１１】
図１に示すように、ズームリングユニット８３は、ズームリング８４と、リニアポジションセンサ８７と、を有している。リニアポジションセンサ８７は、ズームリング８４の回転位置および回転方向を検出し、検出結果を所定の周期でレンズコントローラ４０に送信する。レンズコントローラ４０は、リニアポジションセンサ８７の検出結果に基づいて光学系Ｏの焦点距離を算出し、算出した焦点距離を所定の周期でボディーコントローラ１０に送信する。このように、ボディーコントローラ１０は光学系Ｏの焦点距離を把握することができる。
フォーカスリングユニット８８は、フォーカスリング８９と、フォーカスリング角度検出部９０と、を有している。フォーカスリング角度検出部９０は、フォーカスリング８９の回転角度および回転方向を検出し、検出結果を所定の周期でレンズコントローラ４０に送信する。マニュアルフォーカスモードでは、レンズコントローラ４０はフォーカスリング角度検出部９０の検出結果をフォーカス駆動制御部４１（後述）に送信し、フォーカス駆動制御部４１はこの検出結果に基づいてフォーカスモータ６４（後述）を制御する。
【００１２】
図１および図２に示すように、フォーカス調節ユニット７２は、フォーカスリング８９の操作に応じて、あるいは、算出されたデフォーカス量に応じて、フォーカスレンズＬを駆動する。フォーカス調節ユニット７２は、フォーカスモータ６４と、位置検出センサ６７と、フォーカス駆動制御部４１と、を有している。フォーカスモータ６４はフォーカスレンズＬを光学系Ｏの光軸ＡＺに沿った方向に駆動する。位置検出センサ６７はフォーカスレンズＬの位置を検出する。フォーカス駆動制御部４１はレンズコントローラ４０からの指令に基づいてフォーカスモータ６４を制御する。
（２）カメラ本体
図１および図２に示すように、カメラ本体３は、ボディーマウント４と、画像取得部３５と、表示ユニット３６と、ファインダユニット３８と、操作ユニット３９と、ボディーコントローラ１０（制御部の一例）と、画像記録部１８と、画像記録制御部１９と、を備えている。
【００１３】
図１に示すように、ボディーマウント４は、交換レンズユニット２のレンズマウント９５が装着される部分であり、レンズ側接点９１と電気的に接続可能なボディー側接点９２を有している。ボディーマウント４およびレンズマウント９５を介して、カメラ本体３は交換レンズユニット２とデータの送受信が可能である。例えば、ボディーコントローラ１０は、ボディーマウント４およびレンズマウント９５を介して露光同期信号などの制御信号をレンズコントローラ４０に送信する。また、ボディーコントローラ１０は、ボディーマウント４およびレンズマウント９５を介して交換レンズユニット２に関するレンズ情報をレンズコントローラ４０から取得することができる。
図１に示すように、操作ユニット３９は、例えば、電源スイッチ２５と、レリーズボタン３０と、撮影モード切り換えダイヤル２６と、を有している。電源スイッチ２５はデジタルカメラ１あるいはカメラ本体３の電源の入切を行うために設けられている。レリーズボタン３０は、半押し操作と全押し操作が可能な２段式のスイッチであり、撮影の際にユーザーによって操作される。ボディーコントローラ１０はレリーズボタン３０の半押しおよび全押し操作を検出することができる。ユーザーがレリーズボタン３０を半押し操作すると、例えば、測光処理、測距処理および焦点検出処理を開始する。ユーザーがレリーズボタン３０を全押し操作すると、画像取得部３５で被写体の画像データが取得される。
【００１４】
撮影モード切り換えダイヤル２６は、いわゆるライブビューモードで撮影するか否かを切り換えるために設けられている。撮影モード切り換えダイヤル２６を操作することで、ファインダ接眼窓９をのぞいて撮影するのか、あるいは、液晶モニタ２０を見ながら撮影するのか、を選択することができる。
図１および図２に示すように、画像取得部３５は、撮像素子ユニット１００と、シャッターユニット３３と、シャッター制御部３１と、画像処理部１１と、タイミングジェネレータ１２と、を有している。
図１および図２に示すように、撮像素子ユニット１００は、撮像素子１１０と、反射ユニット１２０と、を有している。撮像素子１１０、例えばＣＭＯＳイメージセンサであり、光学系Ｏにより形成される光学像を電気信号に変換する。撮像素子ユニット１００の詳細については後述する。なお、撮像素子１１０はＣＣＤイメージセンサなどの他の撮像素子であってもよい。
【００１５】
図１に示すように、シャッターユニット３３は撮像素子ユニット１００の露光状態を調節する。シャッター制御部３１はボディーコントローラ１０からの指令に基づいてシャッターユニット３３を制御する。シャッターユニット３３およびシャッター制御部３１により露光時間が調節される。
画像処理部１１は撮像素子ユニット１００の撮像素子１１０（後述）から出力される電気信号に所定の画像処理を施す。具体的には図２に示すように、画像処理部１１は、アナログ信号処理部１３と、Ａ／Ｄ変換部１４と、デジタル信号処理部１５と、バッファメモリ１６と、画像圧縮部１７と、を有している。撮像素子１１０から出力された電気信号は、アナログ信号処理部１３から、Ａ／Ｄ変換部１４、デジタル信号処理部１５、バッファメモリ１６および画像圧縮部１７へと、順次送られて処理される。
【００１６】
アナログ信号処理部１３は、撮像素子１１０から出力される電気信号にガンマ処理等のアナログ信号処理を施す。Ａ／Ｄ変換部１４は、アナログ信号処理部１３から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理部１５は、Ａ／Ｄ変換部１４によりデジタル信号に変換された画像信号に対してノイズ除去や輪郭強調等のデジタル信号処理を施す。バッファメモリ１６は、ＲＡＭであり、画像信号を画像データとして一旦記憶する。バッファメモリ１６に記憶された画像データは、画像圧縮部１７から画像記録部１８へと、順次送られて処理される。バッファメモリ１６に記憶された画像データは、画像記録制御部１９の命令により読み出されて、画像圧縮部１７に送信される。画像圧縮部１７に送信された画像データは、画像記録制御部１９の命令に従って圧縮処理される。画像データは、この圧縮処理により、元のデータより小さなデータサイズになる。画像データの圧縮方法として、例えば１フレームの画像データ毎に圧縮するＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）方式が用いられる。その後、圧縮された画像データは、画像記録制御部１９により画像記録部１８に記録される。また、ユーザーによってＲＡＷデータによる記録が選択された場合は、画像圧縮部１７をスルーして画像記録部１８にＲＡＷデータを記録することも可能である。
【００１７】
タイミングジェネレータ１２は撮像素子１１０を駆動するためのタイミング信号を生成する。本実施形態では、撮像素子１１０のフレームレートは３０〔ｆｐｓ〕とする。
なお、デジタルカメラ１では、オートフォーカス方式として、撮像素子ユニット１００で生成された画像データを利用するコントラスト検出方式（コントラストＡＦともいう）が採用されている。コントラスト検出方式を用いることにより、高精度なフォーカス調節を実現することができる。
ボディーコントローラ１０は、カメラ本体３の中枢を司る制御装置であり、操作ユニット３９に入力された操作情報に応じて、デジタルカメラ１の各部を制御する。具体的には図２に示すように、ボディーコントローラ１０にはＣＰＵ１０ｃ、ＲＯＭ１０ｂ、ＲＡＭ１０ａが搭載されており、ＲＯＭ１０ｂに格納されたプログラムがＣＰＵ１０ｃに読み込まれることで、ボディーコントローラ１０は様々な機能を実現することができる。例えば、ボディーコントローラ１０は、オートフォーカスのための演算処理機能および反射ユニット１２０を制御する機能を有している。ボディーコントローラ１０の詳細については後述する。
【００１８】
図１および図２に示すように、表示ユニット３６は、液晶モニタ２０と、表示制御部２１と、ファインダユニット３８と、を有している。液晶モニタ２０は、表示制御部２１からの指令に基づいて、画像記録部１８あるいはバッファメモリ１６に記録された画像信号を可視画像として表示する。つまり、液晶モニタ２０には、撮像素子１１０で生成された電気信号に基づく画像が表示される。液晶モニタ２０での表示形態としては、画像信号のみを可視画像として表示する表示形態や、画像信号と撮影時の情報とを可視画像として表示する表示形態が考えられる。
図１に示すように、ファインダユニット３８は、撮像素子１１０により取得された画像を表示する液晶ファインダ８と、背面に設けられたファインダ接眼窓９と、を有している。ユーザーは、ファインダ接眼窓９を覗くことで液晶ファインダ８に表示された画像を視認することができる。
【００１９】
図２に示すように、画像記録部１８は、画像記録制御部１９の命令に基づいて、画像データと記録すべき所定の情報とを関連付けて静止画ファイルまたは動画ファイルを作成する。さらに、画像記録部１８は、画像記録制御部１９の命令に基づいて、静止画ファイルまたは動画ファイルを記録する。画像記録部１８は、例えば内部メモリやメモリカードなどの記録媒体である。なお、画像信号とともに記録すべき所定の情報には、例えば、画像を撮影した際の日時、焦点距離情報、シャッタースピード情報、絞り値情報および撮影モード情報が含まれる。
＜撮像素子ユニット＞
ここで、撮像素子ユニット１００の構造について詳細に説明する。図１から図３に示すように、撮像素子ユニット１００は、撮像素子１１０と、反射ユニット１２０と、を有している。
【００２０】
（１）撮像素子
撮像素子１１０は、裏面照射型撮像素子であり、光学系Ｏから出射した光を受光可能な位置に配置されている。図３および図４に示すように、撮像素子１１０は、光電変換部１１４と、補強ガラス１１１と、回路部１１８と、カラーフィルタ１１３と、マイクロレンズ１１２と、背面マスク１１７（遮光部の一例）と、を有している。
光電変換部１１４は、半導体材料で構成されており、入射する光に対して光電変換を行う。光電変換部１１４は、マトリックス状に配置された複数の光電変換素子１１９と、隣接する光電変換素子１１９の境界を形成する分離領域１１６と、を有している。後述するように、カラーフィルタ１１３が光電変換部１１４の前面側（入射側）に設けられているので、各光電変換素子１１９には赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のうち１色の光しか入射しない。光電変換部１１４は光を受ける受光面１１９ａを有している。
【００２１】
光電変換素子１１９は、例えばフォトダイオードから構成されており、光を電気信号（電荷）に変換する。一般に、フォトダイオードにおいて、ｎ型半導体で形成された領域（図示せず）の上にｐ型半導体の膜（図示せず）が形成されている。本実施形態では、光電変換素子１１９は、フォトダイオードとしてのｎ型半導体およびｐ型半導体が形成された領域に対応している。
図３から図５に示すように、分離領域１１６は、光電変換素子１１９の間に設けられており、格子状に設けられている。分離領域１１６の形成方法としては、光電変換素子１１９と同様に半導体プロセスを用いることができる。分離領域１１６に形成される半導体層の構造は、光電変換素子１１９に形成された半導体層の構造と異なっているので、光電変換素子１１９で生成された電荷は、隣接する光電変換素子１１９に伝達されない。このように、分離領域１１６は複数の光電変換素子１１９を分離している。
【００２２】
光電変換部１１４の入射側には基板層１３０が配置されている。基板層１３０は研削された後に残ったＳｉ基板の一部である。撮像素子１１０は裏面照射型であるため、光電変換部１１４、回路部１１８および絶縁層１１８ｃがＳｉ基板上に形成された後に、Ｓｉ基板が裏側（図３および図４の上側）から研削される。この結果、Ｓｉ基板の一部である基板層１３０が光電変換部１１４の入射側に残る。
回路部１１８は、光電変換素子１１９で生成された電気信号（電荷）を画像処理部１１に出力するための伝送路を形成しており、分離領域１１６に沿って格子状に配置されている。格子状に設けられているので、回路部１１８は概ね正方形の複数の開口１１８ｄを有している。具体的には、回路部１１８は、電気回路１１８ａと、マスク１１８ｂと、を有している。電気回路１１８ａは、トランジスタおよび信号線を含んでおり、分離領域１１６に沿って格子状に配置されている。マスク１１８ｂは、電気回路１１８ａを覆っており、電気回路１１８ａと同様に格子状に配置されている。撮像素子１１０が裏面照射型であるため、回路部１１８は光電変換部１１４の裏側（出射側）に配置されている。回路部１１８は光電変換素子１１９と反射ユニット１２０との間に配置されている。より詳細には、光電変換素子１１９と反射ユニット１２０との間には絶縁層１１８ｃが形成されており、回路部１１８は絶縁層１１８ｃ内に形成されている。
【００２３】
回路部１１８の反射ユニット１２０側には、背面マスク１１７が配置されている。背面マスク１１７は、反射ユニット１２０で反射された光が隣接する光電変換素子１１９に入射するのを防止するために設けられており、回路部１１８と同様に、格子状に形成されている。背面マスク１１７は、概ね正方形の複数の開口１１７ａを有しており、絶縁層１１８ｃの反射ユニット１２０に設けられている。光軸ＡＺに平行な方向から見た場合、回路部１１８および背面マスク１１７は重なり合っている。背面マスク１１７を設けることにより、図４に示すように光電変換素子１１９の透過光が可動ミラー１２１（後述）により反射されて隣接する光電変換素子１１９へ入射するのを防止できる。
カラーフィルタ１１３は、ベイヤー配列の原色フィルタであり、光電変換部１１４の入射側に配置されている。より詳細には、カラーフィルタ１１３は基板層１３０の入射側に形成されている。基板層１３０がカラーフィルタ１１３と光電変換部１１４との間に配置されていると言うこともできる。カラーフィルタ１１３は、複数の赤色フィルタＲと、複数の緑色フィルタＧと、複数の青色フィルタＢと、を有している。赤色フィルタＲは、赤色以外の色の可視光波長域よりも赤色の可視光波長域の方が透過率が高いフィルタである。緑色フィルタＧは、緑色以外の色の可視光波長域よりも緑色の可視光波長域の方が透過率が高いフィルタである。青色フィルタＢは、青色以外の色の可視光波長域よりも青色の可視光波長域の方が透過率が高いフィルタである。
【００２４】
赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧおよび青色フィルタＢはマトリックス状に配置されている。具体的には図５に示すように、２行２列に配置された赤色フィルタＲ、２つ緑色フィルタＧおよび青色フィルタＢを１つの単位領域Ｑとした場合、複数の単位領域Ｑがマトリックス状に配置されている。単位領域Ｑにおいて、２つの緑色フィルタＧは対角に配置されている。本実施形態では、赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧおよび青色フィルタＢのうちいずれか１つのフィルタが１つの光電変換素子１１９に対応する位置に配置されている。つまり、１つの単位領域Ｑは４画素分の光電変換素子１１９に対応している。なお、カラーフィルタ１１３は補色フィルタでもよい。
マイクロレンズ１１２は、混色を防止あるいは抑制するためのレンズであり、カラーフィルタ１１３の入射側に配置されている。カラーフィルタ１１３がマイクロレンズ１１２と光電変換部１１４との間に配置されている、と言うこともできる。マイクロレンズ１１２は各赤色フィルタＲ、各緑色フィルタＧおよび各青色フィルタＢに対応する複数のレンズ部１１２ａを有している。各レンズ部１１２ａは対応するフィルタに光が正しく入射するように集光する。マイクロレンズ１１２により光電変換部１１４を効率よく照射することができる。
【００２５】
補強ガラス１１１は撮像素子１１０の強度を確保するために設けられている。具体的には、補強ガラス１１１はマイクロレンズ１１２の入射側に配置されている。補強ガラス１１１はマイクロレンズ１１２に樹脂１１５により接着固定されている。
以上のように、撮像素子１１０に入射する光は、補強ガラス１１１、樹脂１１５、マイクロレンズ１１２、カラーフィルタ１１３および光電変換部１１４を順に透過する。光電変換部１１４の透過光の一部は、電荷に変換され、残りの透過光は、回路部１１８および背面マスク１１７の間を通って反射ユニット１２０に入射する。
（２）反射ユニット
反射ユニット１２０は、撮像素子１１０の透過光を撮像素子１１０に向けて反射するためのユニットであり、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の一種である。本実施形態では、反射ユニット１２０は、いわゆるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）から構成されている。具体的には図３および図４に示すように、反射ユニット１２０は、複数の可動ミラー１２１（反射光学素子の一例）と、複数の可動ミラー１２１を駆動する駆動ユニット１２５と、を有している。
【００２６】
複数の可動ミラー１２１は、マトリックス状に配置されており、光電変換部１１４の透過光を光電変換部１１４に向けて反射する。可動ミラー１２１は、例えばアルミなどの金属で形成された正方形のプレートであり、反射面１２１ａを有している。各可動ミラー１２１は、４つの光電変換素子１１９を透過した光を受光可能に配置されている。各可動ミラー１２１は、受光面１１９ａに直交する方向（光軸ＡＺに平行な方向）に回路部１１８を挟んで光電変換部１１４の出射面と向かい合うように配置されている。
図３から図５に示すように、本実施形態では、１つの可動ミラー１２１は４つの光電変換素子１１９に対応するように配置されている。また、１つの可動ミラー１２１は、カラーフィルタ１１３の１つの単位領域Ｑ（対角に配置された２つの緑色フィルタＧ、１つの赤色フィルタＲおよび１つの青色フィルタＢ）に対応するように配置されている。つまり、４画素に対して１つの可動ミラー１２１が配置されている。
【００２７】
複数の可動ミラー１２１は第１ピッチＰ１でマトリックス状に配置されている。一方、複数の光電変換素子１１９は、第２ピッチＰ２でマトリックス状に配置されている。ここでは、第１ピッチＰ１は可動ミラー１２１の中心同士の間隔を意味しており、第２ピッチＰ２は光電変換素子１１９の中心同士の間隔を意味している。本実施形態では、第１ピッチＰ１は、第２ピッチＰ２よりも大きく設定されており、第２ピッチＰ２の２倍となっている。
駆動ユニット１２５は、半導体製造工程によって製作されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の一種であり、各可動ミラー１２１の光電変換部１１４に対する角度を個別に変更可能である。駆動ユニット１２５は、複数の可動ミラー１２１の光電変換部１１４と反対側に配置されている。駆動ユニット１２５は、ＣＭＯＳ基板１２４と、ＣＭＯＳ基板１２４上に設けられた複数のアクチュエータ１２６と、を有している。
【００２８】
各アクチュエータ１２６は可動ミラー１２１ごとに設けられている。図４に示すように、アクチュエータ１２６は可動ミラー１２１を第１状態Ｅ１および第２状態Ｅ２に保持することができる。図４に示すように、第１状態Ｅ１は可動ミラー１２１の反射面１２１ａが受光面１１９ａと平行な状態であり、第２状態Ｅ２は可動ミラー１２１の反射面１２１ａが受光面１１９ａに対して所定角度（例えば、１０度）だけ傾いている状態である。第１状態Ｅ１では、光電変換素子１１９の透過光の全部あるいはほとんどは可動ミラー１２１で反射されて、透過してきた光電変換素子１１９に背面から再入射する。一方、図４に示すように、第２状態Ｅ２では、光電変換素子１１９の透過光の一部は、背面マスク１１７および回路部１１８のマスク１１８ｂに遮られて、どの光電変換素子１１９にも再入射しない。このように、第２状態Ｅ２での再入射光量は、第１状態Ｅ１での再入射光量よりも少なくなるので、光量が多い場合は、可動ミラー１２１を第２状態Ｅ２で保持することで、光電変換素子１１９に入射するトータルの光量を減らすことができる。
【００２９】
さらに、アクチュエータ１２６の駆動速度は非常に高速であり、第１状態Ｅ１から第２状態Ｅ２に切り替えるのに例えば約１０〔μｓｅｃ〕しか必要としない。したがって、可動ミラー１２１を高速駆動しながら単位時間あたりの第１状態Ｅ１および第２状態Ｅ２の割合を調整することで、各可動ミラー１２１での反射率を別個に、かつ、概ね無段階で調整することができる。例えば、反射率とアクチュエータ１２６の駆動パターンとの関係をボディーコントローラ１０のＲＯＭ１０ｂに予め記憶しておくことで、反射率に基づいてアクチュエータ１２６の駆動パターンを算出することができる。各可動ミラー１２１の反射率は、後述する反射率設定部５１ｇにより設定される。
なお、アナログ制御により、アクチュエータ１２６の駆動角度を多段階あるいは無段階に調整可能としてもよい。
【００３０】
図３〜図５に示すように、アクチュエータ１２６は、ヒンジ部１２８と、１対の支持部１２７と、ヨーク１２２と、１対の電極１２３と、を有している。ヒンジ部１２８は、細長いプレート状の部分であり、１対の支持部１２７により両端を支持されている。ヨーク１２２には可動ミラー１２１が固定されている。電極１２３はヨーク１２２を駆動するための静電引力を生成する。各電極１２３はＣＭＯＳ基板１２４上に配置されている。ＣＭＯＳ基板１２４を介して電極１２３へ電圧を供給すると、電極１２３とヨーク１２２との間で静電引力が発生する。この静電引力によりヨーク１２２の端部が電極１２３側に引き寄せられ、可動ミラー１２１が第２状態Ｅ２で保持されるようになっている。電極１２３に電圧が供給されていない場合、ヒンジ部１２８の剛性により可動ミラー１２１は第１状態Ｅ１で保持される。電圧の供給を高速でＯＮおよびＯＦＦすることで、可動ミラー１２１を高速駆動することができ、前述のように、可動ミラー１２１での反射率を調整することができる。
【００３１】
ＣＭＯＳ基板１２４は、複数のアクチュエータ１２６を支持しており、さらに各電極１２３に別個に電圧を供給可能に設けられている。ＣＭＯＳ基板１２４は、半導体材料から構成されており、光電変換部１１４と概ね平行に配置されている。ＣＭＯＳ基板１２４および撮像素子１１０は所定の間隔を保った状態でパッケージ（図示せず）に装着されている。
＜ボディーコントローラ＞
図２に示すように、ボディーコントローラ１０は、輝度算出部５１ｆと、選択部５１ｂと、飽和画素検出部５１ｃと、電荷不足画素検出部５１ｅと、反射率設定部５１ｇと、駆動制御部５１ａと、合焦演算部５４と、を有している。これら各部は、プログラムにより実現される機能ブロックを示している。なお、これら各機能ブロックはそれぞれ、ソフトウェア、ハードウェア、並びに、ソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせ、のいずれで実現されてもよい。
【００３２】
輝度算出部５１ｆは、画像データに基づいて、各単位領域Ｑ（４画素）の平均輝度を算出する。輝度算出部５１ｆで算出された各平均輝度は座標情報とともにＲＡＭ１０ａに一時的に格納される。
選択部５１ｂは、輝度算出部５１ｆにより算出された複数の平均輝度の中から、最も高い平均輝度を最高輝度Ｂｍａｘとして選択する。選択部５１ｂにより選択された最高輝度Ｂｍａｘは座標情報とともにＲＡＭ１０ａに一時的に格納される。また、選択部５１ｂは、輝度算出部５１ｆにより算出された複数の平均輝度の中から、最も低い平均輝度を最低輝度Ｂｍｉｎとして選択する。選択部５１ｂにより選択された最低輝度Ｂｍｉｎは座標情報とともにＲＡＭ１０ａに一時的に格納される。なお、最高輝度Ｂｍａｘを有する単位領域Ｑが複数箇所存在する場合、あるいは、最低輝度Ｂｍｉｎを有する単位領域Ｑが複数箇所存在する場合、最高輝度Ｂｍａｘおよび最低輝度Ｂｍｉｎが各座標情報とともにＲＡＭ１０ａに格納される。
【００３３】
飽和画素検出部５１ｃは、選択部５１ｂにより選択された最高輝度Ｂｍａｘが所定の範囲内（第１上限輝度Ｂ１ｍａｘ〜第１下限輝度Ｂ１ｍｉｎ）に収まっているか否かを判定する。最高輝度Ｂｍａｘが所定の範囲内に収まっていれば、ダイナミックレンジの高輝度側が適正なレベルに維持されている。ここで、第１上限輝度Ｂ１ｍａｘは、撮像素子１１０で生成される画像データで表現し得る階調の最大値よりも小さい値に設定されている。最高輝度Ｂｍａｘが第１上限輝度Ｂ１ｍａｘよりも高い場合は、最高輝度Ｂｍａｘに対応する４つの光電変換素子１１９の入射光量が多く電荷が飽和する可能性が高いと判断できる。また、第１下限輝度Ｂ１ｍｉｎは第１上限輝度Ｂ１ｍａｘよりも小さい値に設定されている。
電荷不足画素検出部５１ｅは、選択部５１ｂにより選択された最低輝度Ｂｍｉｎが所定の範囲（第２上限輝度Ｂ２ｍａｘ〜第２下限輝度Ｂ２ｍｉｎ）に収まっているか否かを判定する。最低輝度Ｂｍｉｎが所定の範囲内に収まっていれば、ダイナミックレンジの低輝度側が適正なレベルに維持されている。ここで、第２下限輝度Ｂ２ｍｉｎは、撮像素子１１０で生成される画像データで表現し得る階調の最小値よりも大きい値に設定されている。最低輝度Ｂｍｉｎが第２下限輝度Ｂ２ｍｉｎよりも低い場合は、最低輝度Ｂｍｉｎに対応する４つの光電変換素子１１９の入射光量が少なく電荷が不足する可能性が高いと判断できる。また、第２上限輝度Ｂ２ｍａｘは第２下限輝度Ｂ２ｍｉｎよりも大きい値に設定されている。
【００３４】
反射率設定部５１ｇは、飽和画素検出部５１ｃにより最高輝度Ｂｍａｘが第１上限輝度Ｂ１ｍａｘよりも高いと判断された場合、最高輝度Ｂｍａｘに対応する可動ミラー１２１の反射率を最小値（最小反射率Ｒｍｉｎ）に設定する。また、反射率設定部５１ｇは、電荷不足画素検出部５１ｅにより最低輝度Ｂｍｉｎが第２下限輝度Ｂ２ｍｉｎよりも低いと判断された場合、最低輝度Ｂｍｉｎに対応する可動ミラー１２１の反射率を最大値（最大反射率Ｒｍａｘ）に設定する。
さらに、反射率設定部５１ｇは、最高輝度Ｂｍａｘに対応する単位領域Ｑおよび最低輝度Ｂｍｉｎに対応する単位領域Ｑ以外の単位領域Ｑにおいて、各可動ミラー１２１の反射率を算出する。具体的には、反射率設定部５１ｇは、最高輝度Ｂｍａｘ、最低輝度Ｂｍｉｎ、最高輝度Ｂｍａｘに対応する単位領域Ｑの反射率および最低輝度Ｂｍｉｎに対応する単位領域Ｑの反射率に基づいて、各単位領域Ｑの平均輝度に対応する反射率を算出する。本実施形態では、直線補間を用いて反射率設定部５１ｇにより反射率が算出される。
【００３５】
ここで、反射率とは、可動ミラー１２１の反射光のうち単位時間あたりに光電変換素子１１９に再入射する光の割合を表している。前述のように、駆動ユニット１２５のアクチュエータ１２６により、可動ミラー１２１は第１状態Ｅ１および第２状態Ｅ２の２種類の状態で保持可能となっている。したがって、第１状態Ｅ１および第２状態Ｅ２を高速で切り替えて、単位時間あたりの第１状態Ｅ１および第２状態Ｅ２の割合を変えることで、反射率を調整することができる。例えば、第１状態Ｅ１の反射率は約１００％、第２状態Ｅ２の反射率は約１０％である。
なお、反射率という概念を積極的に用いていない場合でも、可動ミラー１２１の高速切り替えにより時分割強度変調を行っていれば、反射率を設定していることになる。
駆動制御部５１ａは反射率設定部５１ｇにより設定あるいは算出された反射率に応じて各アクチュエータ１２６を制御する。ＲＯＭ１０ｂには反射率に応じた可動ミラー１２１の駆動パターンが予め格納されている。駆動制御部５１ａはこの駆動パターンに基づいて、反射率設定部５１ｇで設定された各可動ミラー１２１の反射率に応じて反射ユニット１２０の各アクチュエータ１２６を個別に制御する。
【００３６】
合焦演算部５４は画像データに基づいて合焦状態に対応するフォーカスレンズＬの位置を算出する。具体的には、合焦演算部５４は、画像データからＡＦ評価値を算出し、算出したＡＦ評価値を用いて、いわゆる山登り方式で合焦状態に対応するフォーカスレンズＬの位置を求める。
＜動作＞
図６および図７を用いてデジタルカメラ１の動作について説明する。図６および図７は静止画撮影時の動作フローチャートを示している。
図６に示すように、例えば、デジタルカメラ１がライブビューモードなどの撮影モードに切り替えられると、反射ユニット１２０がリセットされる（ステップＳ１）。具体的には、全ての可動ミラー１２１が第１状態Ｅ１にセットされるように、反射率設定部５１ｇにおいて全ての可動ミラー１２１の反射率が最大値に設定される。この結果、駆動制御部５１ａにより各アクチュエータ１２６が制御され、可動ミラー１２１が第１状態Ｅ１となる。このとき、各可動ミラー１２１の反射率が座標情報とともにボディーコントローラ１０のＲＡＭ１０ａに一時的に格納される。
【００３７】
次に、撮像素子１１０により画像データが取得される（ステップＳ２）。具体的には、撮像素子１１０の電荷が一旦排出され、シャッターユニット３３がシャッター制御部３１により駆動される。具体的には、予め求められた露光時間だけ撮像素子１１０が露光されるようにシャッターユニット３３が駆動される。各光電変換素子１１９には露光時間に応じた量だけ光が入射する。光電変換素子１１９の透過光は可動ミラー１２１により光電変換素子１１９に背面から再入射する。光電変換素子１１９では入射光量に応じて電荷が蓄積され、回路部１１８を介して各光電変換素子１１９の電荷が電気信号として撮像素子１１０から画像処理部１１に出力される。画像処理部１１では、撮像素子１１０から出力された電気信号に所定の処理が施され、画像データが生成される。生成された画像データはバッファメモリ１６に一時的に格納される。ライブビューモードの場合、この画像データは可視画像として、例えば液晶モニタ２０に表示される。
【００３８】
画像データの取得後、画像データに基づいて、各単位領域Ｑの平均輝度（より詳細には、４画素の平均輝度）が輝度算出部５１ｆにより算出される（ステップＳ３）。各平均輝度は座標情報とともにＲＡＭ１０ａに一時的に格納される。
次に、これら複数の平均輝度の中から、最も高い平均輝度が最高輝度Ｂｍａｘとして選択部５１ｂにより選択される（ステップＳ４）。選択された最高輝度Ｂｍａｘは座標情報とともにＲＡＭ１０ａに一時的に格納される。また、これら複数の平均輝度の中から、最も低い平均輝度が最低輝度Ｂｍｉｎとして選択部５１ｂにより選択される（ステップＳ５）。選択された最低輝度Ｂｍｉｎは座標情報とともにＲＡＭ１０ａに一時的に格納される。
さらに、選択された最高輝度Ｂｍａｘが所定の範囲内（第１上限輝度Ｂ１ｍａｘ〜第１下限輝度Ｂ１ｍｉｎ）に収まっているか否かが飽和画素検出部５１ｃにより判定される。具体的には、飽和画素検出部５１ｃにより最高輝度Ｂｍａｘが予め設定された第１上限輝度Ｂ１ｍａｘと比較される（ステップＳ６）。最高輝度Ｂｍａｘが第１上限輝度Ｂ１ｍａｘよりも高い場合は、最高輝度Ｂｍａｘに対応する単位領域Ｑの入射光量は光電変換素子１１９の電荷量が飽和してしまうほど多い、と判断できる。したがって、最高輝度Ｂｍａｘに対応する可動ミラー１２１での反射率が反射率設定部５１ｇにより最小値に設定される（ステップＳ７Ａ、図８（Ｂ）参照）。具体的には、ＲＯＭ１０ｂに予め格納された最小反射率Ｒｍｉｎが新たな反射率として座標情報とともにＲＡＭ１０ａに一時的に格納される。最高輝度Ｂｍａｘに対応する単位領域Ｑが複数箇所存在する場合は、それらの単位領域Ｑの座標情報とともに最小反射率Ｒｍｉｎが新たな反射率としてＲＡＭ１０ａに一時的に格納される。
【００３９】
一方、最高輝度Ｂｍａｘが第１上限輝度Ｂ１ｍａｘ以下の場合は、最高輝度Ｂｍａｘに対応する単位領域Ｑの入射光量は光電変換素子１１９の電荷が飽和するほど多くはない、と判断できる。この場合、飽和画素検出部５１ｃにより最高輝度Ｂｍａｘが予め設定された第１下限輝度Ｂ１ｍｉｎと比較される（ステップＳ７Ｂ）。最高輝度Ｂｍａｘが第１下限輝度Ｂ１ｍｉｎ以上の場合は、最高輝度Ｂｍａｘに対応する可動ミラー１２１での現状の反射率がそのまま用いられる。最高輝度Ｂｍａｘが予め設定された第１下限輝度Ｂ１ｍｉｎよりも小さい場合は、最高輝度Ｂｍａｘに対応する可動ミラー１２１の反射率が所定の割合で増加され、増加後の反射率が新たな反射率としてＲＡＭ１０ａに格納される（ステップＳ８、図８（Ａ）参照）。
ステップＳ６、Ｓ７Ａ、Ｓ７ＢおよびＳ８により、最高輝度Ｂｍａｘが所定の範囲内（第１上限輝度Ｂ１ｍａｘ〜第１下限輝度Ｂ１ｍｉｎ）に維持されやすくなる。
【００４０】
最高輝度Ｂｍａｘと同様に、選択された最低輝度Ｂｍｉｎが所定の範囲内（第２上限輝度Ｂ２ｍａｘ〜第２下限輝度Ｂ２ｍｉｎ）に収まっているか否かが電荷不足画素検出部５１ｅにより判定される。選択された最低輝度Ｂｍｉｎが予め設定された第２下限輝度Ｂ２ｍｉｎと電荷不足画素検出部５１ｅにより比較される（ステップＳ９）。最低輝度Ｂｍｉｎが第２下限輝度Ｂ２ｍｉｎよりも低い場合は、最低輝度Ｂｍｉｎに対応する単位領域Ｑの入射光量が少なすぎる、と判断できる。したがって、最低輝度Ｂｍｉｎに対応する可動ミラー１２１での反射率が最大値に設定される（ステップＳ１０Ａ、図８（Ｂ）参照）。具体的には、ＲＯＭ１０ｂに予め設定された最大反射率Ｒｍａｘが新たな反射率として座標情報とともにＲＡＭ１０ａに一時的に格納される。最低輝度Ｂｍｉｎに対応する単位領域Ｑが複数箇所存在する場合は、それらの単位領域Ｑの座標情報とともに最大反射率ＲｍａｘがＲＡＭ１０ａに一時的に格納される。
【００４１】
一方、最低輝度Ｂｍｉｎが第２下限輝度Ｂ２ｍｉｎ以上の場合は、最低輝度Ｂｍｉｎに対応する４画素の入射光量が少なすぎるということはない、と判断できる。この場合、電荷不足画素検出部５１ｅにより最低輝度Ｂｍｉｎが予め設定された第２上限輝度Ｂ２ｍａｘと比較される（ステップＳ１０Ｂ）。最低輝度Ｂｍｉｎが第２上限輝度Ｂ２ｍａｘ以上の場合は、最低輝度Ｂｍｉｎの４画素に対応する可動ミラー１２１での現状の反射率がそのまま用いられる。最低輝度Ｂｍｉｎが予め設定された第２上限輝度Ｂ２ｍａｘよりも大きい場合は、最低輝度Ｂｍｉｎの４画素に対応する可動ミラー１２１の反射率が所定の割合で減少され、減少後の反射率が新たな反射率としてＲＡＭ１０ａに格納される（ステップＳ１１、図８（Ａ）参照）。
ステップＳ９、Ｓ１０Ａ、Ｓ１０ＢおよびＳ１１により、最低輝度Ｂｍｉｎが所定の範囲内（第２上限輝度Ｂ２ｍａｘ〜第２下限輝度Ｂ２ｍｉｎ）に維持されやすくなる。
【００４２】
さらに、最高輝度Ｂｍａｘに対応する単位領域Ｑおよび最低輝度Ｂｍｉｎに対応する単位領域Ｑ以外の単位領域Ｑにおいて、各可動ミラー１２１の反射率が反射率設定部５１ｇにより算出される（ステップＳ１２）。具体的には、最高輝度Ｂｍａｘ、最低輝度Ｂｍｉｎ、最高輝度Ｂｍａｘに対応する単位領域Ｑの反射率および最低輝度Ｂｍｉｎに対応する単位領域Ｑの反射率に基づいて、反射率設定部５１ｇにより、各平均輝度Ｂｘに対応する反射率Ｒｘが例えば直線補間により算出される（図８（Ａ）および図８（Ｂ）参照）。本実施形態では、反射率Ｒｘの算出は図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示される一点鎖線に基づいて算出される。算出された反射率Ｒｘは単位領域Ｑの座標情報とともにＲＡＭ１０ａに一時的に格納される。
反射率の算出後、算出された反射率に基づいて各可動ミラー１２１が駆動ユニット１２５により駆動される（ステップＳ１３）。具体的には、駆動制御部５１ａにより各アクチュエータ１２６が制御され、可動ミラー１２１の第１状態Ｅ１および第２状態Ｅ２の切り替えが反射率に応じて実行される。これにより、最高輝度Ｂｍａｘおよび最低輝度Ｂｍｉｎを所定の範囲内に保ちやすくなり、反射ユニット１２０を用いてダイナミックレンジが調整される。
【００４３】
ここで、図８（Ａ）および図８（Ｂ）を用いて、ステップＳ６〜ステップＳ１３までの処理により得られる効果について詳細に説明する。
図８（Ａ）に示すように、最高輝度Ｂｍａｘが第１下限輝度Ｂ１ｍｉｎよりも小さく、かつ、最低輝度Ｂｍｉｎが第２上限輝度Ｂ２ｍａｘよりも大きい場合、各可動ミラー１２１の反射率Ｒｘと平均輝度Ｂｘとの関係は実線のように表現できる。最高輝度Ｂｍａｘは点Ｐ１１で表現でき、最低輝度Ｂｍｉｎは点Ｐ２１で表現できる。前述のように、最高輝度Ｂｍａｘが第１下限輝度Ｂ１ｍｉｎよりも小さい場合、最高輝度Ｂｍａｘに対応する可動ミラー１２１の反射率が増加し、最低輝度Ｂｍｉｎが第２上限輝度Ｂ２ｍａｘよりも大きい場合、最低輝度Ｂｍｉｎに対応する可動ミラー１２１の反射率が減少する（ステップ７ＢおよびＳ８）。したがって、図８（Ａ）に示すように、可動ミラー１２１駆動前であれば、点Ｒ１１が点Ｒ１２に移動し、点Ｒ２１が点Ｒ２２に移動する。つまり、ステップＳ１２において反射率Ｒｘが直線補間により算出されると、ＲＡＭ１０ａに記憶されている平均輝度Ｂｘと反射率Ｒｘとの関係は一点鎖線で表現できる。
【００４４】
さらに、ステップＳ１３において可動ミラー１２１が駆動されると、反射率増加に伴い最高輝度Ｂｍａｘが増加し、反射率減少に伴い最低輝度Ｂｍｉｎが減少する。つまり、可動ミラー１２１の駆動後は、点Ｒ１２が点Ｒ１３に移動し、点Ｒ２２が点Ｒ２３に移動することが期待できる。したがって、例えば、可動ミラー１２１の駆動後は、実際の平均輝度と反射率との関係は図８（Ａ）に示す破線のようになり、上記の処理によりダイナミックレンジが適正なレベルに維持されることが分かる。
また、図８（Ｂ）に示すように、最高輝度Ｂｍａｘが第１上限輝度Ｂ１ｍａｘよりも大きく、かつ、最低輝度Ｂｍｉｎが第２下限輝度Ｂ２ｍｉｎよりも小さい場合、各可動ミラー１２１の反射率Ｒｘと平均輝度Ｂｘとの関係は実線のように表現できる。最高輝度Ｂｍａｘは点Ｔ１１で表現でき、最低輝度Ｂｍｉｎは点Ｔ２１で表現できる。前述のように、最高輝度Ｂｍａｘが第１上限輝度Ｂ１ｍａｘよりも大きい場合、最高輝度Ｂｍａｘに対応する可動ミラー１２１の反射率が最小反射率Ｒｍｉｎに設定され（ステップＳ６およびＳ７Ａ）、最低輝度Ｂｍｉｎが第２下限輝度Ｂ２ｍｉｎよりも小さい場合、最低輝度Ｂｍｉｎに対応する可動ミラー１２１の反射率が最大反射率Ｒｍａｘに設定される（ステップＳ９およびＳ１０Ａ）。したがって、図８（Ｂ）に示すように、可動ミラー１２１駆動前であれば、点Ｔ１１が点Ｔ１２に移動し、点Ｔ２１が点Ｔ２２に移動する。つまり、ステップＳ１２において反射率Ｒｘが直線補間により算出されると、ＲＡＭ１０ａに記憶されている平均輝度Ｂｘと反射率Ｒｘとの関係は一点鎖線で表現できる。
【００４５】
さらに、ステップＳ１３において可動ミラー１２１が駆動されると、反射率が最小反射率Ｒｍｉｎに設定されたことに伴い最高輝度Ｂｍａｘが減少し、反射率が最大反射率Ｒｍａｘに設定されたことに伴い最低輝度Ｂｍｉｎが増加する。つまり、可動ミラー１２１の駆動後は、点Ｔ１２が点Ｔ１３に移動し、点Ｔ２２が点Ｔ２３に移動することが期待できる。したがって、例えば、可動ミラー１２１の駆動後は、実際の平均輝度と反射率との関係は図８（Ｂ）に示す破線のようになり、上記の処理によりダイナミックレンジが適正なレベルに維持されることが分かる。
なお、ＨＤＲ（High Dynamic Range）撮影を行う場合に、上記の制御に加えて、各画素の輝度情報に基づいて各画素が適正露光となるように各可動ミラー１２１の反射率を設定してもよい。
【００４６】
可動ミラー１２１の駆動後、レリーズボタン３０の状態がボディーコントローラ１０により監視される（ステップＳ１４）。レリーズボタン３０が半押し操作されるまで、ステップＳ２〜Ｓ１３の処理が繰り返される。一方、レリーズボタン３０の半押し操作がボディーコントローラ１０により検出されると、測光処理やフォーカシングなどの撮影準備動作が開始される（ステップＳ１５）。
ここで、測光方式には、中央重点測光、スポット測光および分割測光など、様々な方式が存在するが、通常、適正な露出となるように、測光方式に応じて各画素の電荷量に重み付けがなされる。ここでいう適正露出とは、選択された測光方式に対応する測光領域で電荷飽和や電荷不足が発生しない状態をいう。ステップＳ３〜Ｓ１３において反射ユニット１２０を利用してダイナミックレンジが適正なレベルに維持されているので、いわゆる白飛び（Blown out highlights）や黒つぶれ（Blocked up shadows）を抑制でき、測光処理の精度を高めることができるとともに、撮影画像の画質が向上する。
【００４７】
また、フォーカシング時には、いわゆるコントラスト検出方式によるＡＦが行われるが、ダイナミックレンジが適正なレベルに維持されているので、ＡＦの精度の向上も期待できる。
撮影準備動作後、レリーズボタン３０の状態がボディーコントローラ１０により監視される（ステップＳ１６）。具体的には、レリーズボタン３０の全押しがボディーコントローラ１０により検出されると、算出されたシャッタースピードで撮像素子１１０により画像データが取得され、画像データに所定の処理が施された後、処理後の画像データが画像記録部１８に記録される（ステップＳ１７およびＳ１８）。画像の記録後、ステップＳ２から処理が繰り返される。
なお、レリーズボタン３０が全押しされずに半押しが解除されると、処理がステップＳ２に戻る（ステップＳ１９）。
【００４８】
＜特徴＞
（１）以上に説明したように、この撮像素子ユニット１００では、各光電変換素子１１９の透過光が可動ミラー１２１により光電変換部１１４へ反射されるので、光電変換素子１１９に入射するトータルの光量を増やすことができ、同じ入射光量に対する撮像素子１１０の受光感度を高めることができる。それに加えて、複数の可動ミラー１２１の光電変換部１１４に対する角度を駆動ユニット１２５により個別に変更することができるので、各光電変換素子１１９に入射する反射光量を可動ミラー１２１ごとに調整することができる。
したがって、この撮像素子ユニット１００であれば、撮像素子１１０の受光感度を高めつつ電荷の飽和を抑制することができる。
【００４９】
（２）この撮像素子ユニット１００では、光電変換素子１１９と反射ユニット１２０との間に回路部１１８が配置されているので、回路部１１８に遮られることなく光が光電変換素子１１９に入射可能となっている。したがって、光電変換素子１１９の入射側に回路部が配置されている場合（つまり、表面照射型撮像素子）に比べて、開口率が高まり、その結果、撮像素子１１０の受光感度を高めることができる。さらに、裏面照射型の撮像素子１１０を反射ユニット１２０と組み合わせることで、撮像素子１１０の受光感度をさらに高めることができ、夜間などの光量が少ない撮影環境でも撮影が可能となる。
（３）また、光電変換素子１１９と反射ユニット１２０との間に回路部１１８が配置されているので、光電変換素子１１９の透過光が可動ミラー１２１で反射して隣接する光電変換素子１１９に入射してしまうのを抑制できる。さらに、格子状の背面マスク１１７が分離領域と複数の可動ミラー１２１との間に配置されているので、光電変換素子１１９の透過光が可動ミラー１２１で反射して隣接する光電変換素子１１９に再入射してしまうのを防止できる。これらの構成により、反射ユニット１２０を設けることに起因して各光電変換素子１１９から得られる輝度情報の精度が低下するのを防止できる。
【００５０】
（４）１つの可動ミラー１２１が４つの光電変換素子１１９の透過光を受光可能に配置されているので、可動ミラー１２１の数量を少なくすることができ、反射ユニット１２０を駆動するための演算等の処理量を低減できる。つまり、この撮像素子ユニット１００では、処理速度の低減を抑制しつつ反射ユニット１２０により撮像素子１１０の受光感度を高めることができる。
（５）以上のように、撮像素子ユニット１００を有するデジタルカメラ１であれば、高感度かつ広ダイナミックレンジの撮影が可能となる。
＜他の実施形態＞
本発明の実施形態は、前述の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の修正および変更が可能である。また、前述の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００５１】
（１）前述の実施形態では、静止画撮影を例に撮像素子ユニット１００の動作を説明しているが、撮像素子ユニット１００は静止画撮影だけでなく動画撮影にも用いることができる。つまり、撮像素子ユニット１００であれば、静止画および動画撮影においてＨＤＲ（High Dynamic Range）画像の取得が可能である。
なお、撮像素子ユニット１００が搭載される撮像装置としては、例えばデジタルスチルカメラ（レンズ交換式デジタルカメラも含む）、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話、カメラ付きＰＤＡおよび監視カメラなどの画像を取得可能な装置が考えられる。
（２）前述の実施形態では、１つの可動ミラー１２１が４つの光電変換素子１１９の透過光を受光可能に配置されているが、可動ミラー１２１と光電変換素子１１９との対応関係は前述の実施形態に限定されない。例えば、可動ミラー１２１および光電変換素子１１９が１対１で配置されていてもよいし、１つの可動ミラー１２１が２つの光電変換素子１１９の透過光を受光可能に配置されていてもよい。さらに、１つの可動ミラー１２１が５つ以上の光電変換素子１１９の透過光を受光可能に配置されていてもよい。可動ミラー１２１および光電変換素子１１９が１対１で配置されている場合、第１ピッチＰ１は第２ピッチＰ２と同じとなる。
【００５２】
（３）前述の実施形態では、１つの可動ミラー１２１が４つの光電変換素子１１９の透過光を受光可能に配置されているので、４画素の平均輝度を基準に反射ユニット１２０を用いてダイナミックレンジを拡大しているが、１つの画素の輝度を基準にダイナミックレンジを拡大してもよい。さらに、例えば、単位領域Ｑ内の４画素のうち緑色フィルタＧに対応する２画素の平均輝度を基準に演算が行われてもよい。
（４）前述の実施形態では、画像データ全体についてダイナミックレンジの拡大処理が行われているが、例えば、ある特定の領域に対して同様の処理を行うことも考えられる。例えば、顔認識技術と組み合わせて画像データのうち特定の領域に対してダイナミックレンジの拡大処理を行ってもよい。この場合、被写体の顔の一部（例えば、頬）の白飛びを抑制あるいは防止できる。また、逆光撮影時において、背景の明るい部分の輝度を抑えつつ人物の輝度を高くすることも可能である。
【００５３】
さらに、監視カメラで夜間の撮影を行う場合、通常の撮像素子ユニットを用いると発光看板や不審者の持つ懐中電灯などの影響で全体の露光が抑えられてしまい、目的とする被写体が暗くなりがちである。しかし、この撮像素子ユニット１００であれば、この様な場合でも明るい領域に対応する可動ミラー１２１の反射率を下げることで、監視カメラとしての機能を十分に果たすことが可能となる。
（５）図６および図７に示す動作フローチャートは撮像素子ユニット１００の動作を説明するための単なる一例であって、撮像素子ユニット１００の動作は図６および図７に示すフローチャットに限定されない。例えば、ステップＳ７Ａにおいて最高輝度Ｂｍａｘに対応する可動ミラー１２１での反射率が最小反射率Ｒｍｉｎに設定されているが、ある特定の割合で反射率を減少させる処理であってもよい。また、ステップＳ１０Ａにおいて最低輝度Ｂｍｉｎに対応する可動ミラー１２１での反射率が最大反射率Ｒｍａｘに設定されているが、ある特定の割合で反射率を増加させる処理であってもよい。
【００５４】
また、前述の実施形態では、最高輝度Ｂｍａｘおよび最低輝度Ｂｍｉｎが所定の範囲内に収まるようにステップＳ６〜Ｓ１１の処理が行われるが、ステップＳ６およびＳ７Ａの処理だけを実行すれば、電荷の飽和を抑制することができる。
具体的には、所定の範囲内（例えば、第１上限輝度Ｂ１ｍａｘ〜第１下限輝度Ｂ１ｍｉｎ）に最高輝度Ｂｍａｘが収まるように処理が行われているが、ステップＳ７ＢおよびＳ８の処理が省略されてもよい。この場合であっても、最高輝度Ｂｍａｘが第１上限輝度Ｂ１ｍａｘ以下になるように処理が行われるので、光電変換部１１４での電荷の飽和を抑制できる。
同様に、前述の実施形態では、所定の範囲内（例えば、第２上限輝度Ｂ２ｍａｘ〜第２下限輝度Ｂ２ｍｉｎ）に最低輝度Ｂｍｉｎが収まるように処理が行われているが、ステップＳ１０ＢおよびＳ１１が省略されてもよい。この場合であっても、最低輝度Ｂｍｉｎが第２下限輝度Ｂ２ｍｉｎ以上になるように処理が行われているので、光電変換部１１４での電荷の不足を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
上記の技術であれば、受光感度を高めつつ電荷の飽和を抑制することができるので、上記の技術は撮像装置の分野で有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１  デジタルカメラ（撮像装置の一例）
１０  ボディーコントローラ（制御部の一例）
５１ａ  駆動制御部
５１ｂ  選択部
５１ｃ  飽和画素検出部
５１ｅ  電荷不足画素検出部
５１ｆ  輝度算出部
５１ｇ  反射率設定部
１００  撮像素子ユニット
１１０  撮像素子
１１１  補強ガラス
１１２  マイクロレンズ
１１３  光電変換部
１１４  カラーフィルタ
１１６  分離領域
１１７  背面マスク（遮光部の一例）
１１８  回路部
１１９  光電変換素子
１１９ａ  受光面
１２０  反射ユニット
１２１  可動ミラー（反射光学素子の一例）
１２２  ヨーク
１２３  電極
１２４  ＣＭＯＳ基板
１２５  駆動ユニット
１２６  アクチュエータ
１２７  支持部
１２８  ヒンジ部
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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