(57)【要約】【課題】高速シャッタリングが可能な光シャッタを提供する。【解決手段】電気光学媒体６０Ａを含む光シャッタであって、電気光学媒体６０Ａは、入力４０Ｅによって全反射角が変化する全反射面を含む固体状態の透明な電気光学媒体である。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学媒体を含む光シャッタであって、前記電気光学媒体は、入力によって全反射角が変化する全反射面を含む固体状態の透明な電気光学媒体である光シャッタ。
【請求項２】
前記電気光学媒体を通過する光の経路を変更させることにより、前記光が入射する対象に対して前記光を垂直に入射させる第１光路変更手段をさら含むことを特徴とする請求項１に記載の光シャッタ。
【請求項３】
前記電気光学媒体の前方に配置された第２光路変更手段をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の光シャッタ。
【請求項４】
前記電気光学媒体は、第１プリズムまたは第１プリズムアレイを含み、前記第１光路変更手段は、第２プリズムまたは第２プリズムアレイを含むことを特徴とする請求項２または３に記載の光シャッタ。
【請求項５】
前記電気光学媒体は、前記第１プリズムを含み、前記第１光路変更手段は、前記第２プリズムを含み、
前記電気光学媒体の前記第１プリズムの形態と前記第１光路変更手段の前記第２プリズムの形態とは実質的に同一であり、前記第１プリズムと前記第２プリズムとは互いに対称になるように配置されたことを特徴とする請求項４に記載の光シャッタ。
【請求項６】
前記電気光学媒体は、前記第１プリズムアレイを含み、前記第１プリズムアレイは、複数の第１マイクロプリズムを含み、
前記第１光路変更手段は、前記第２プリズムアレイを含み、前記第２プリズムアレイは、複数の第２マイクロプリズムを含み、
前記電気光学媒体の前記複数の第１マイクロプリズムの断面と、前記第１光路変更手段の前記複数の第２マイクロプリズムの断面とは、対称であることを特徴とする請求項４に記載の光シャッタ。
【請求項７】
前記複数の第１マイクロプリズム及び複数の第２マイクロプリズムは、環状マイクロプリズムであることを特徴とする請求項６に記載の光シャッタ。
【請求項８】
前記第２光路変更手段は、前記第２光路変更手段に入射する光を、前記電気光学媒体に平行光として伝達するレンズユニットを含むことを特徴とする請求項３に記載の光シャッタ。
【請求項９】
光路上の前記電気光学媒体と前記第１光路変更手段との間に、均一な厚みのギャップが存在することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の光シャッタ。
【請求項１０】
全反射した入射光が入射する面である、前記第１プリズムまたは前記第１プリズムアレイの一の面に、光吸収膜が付着されていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項または請求項９に記載の光シャッタ。
【請求項１１】
前記ギャップには、空気、前記第１プリズム及び第２プリズム、または前記第１プリズムアレイ及び第２プリズムアレイよりも小さい屈折率を有する光学媒体が存在することを特徴とする請求項９に記載の光シャッタ。
【請求項１２】
前記電気光学媒体の前方に配置された入射光経路変更手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光シャッタ。
【請求項１３】
前記入射光経路変更手段は、プリズムまたはプリズムアレイを含むことを特徴とする請求項１２に記載の光シャッタ。
【請求項１４】
前記入射光経路変更手段は、前記入射光が前記電気光学媒体に平行光として入射するように、前記入射光経路変更手段に入射する入射光の形態を変化させるレンズユニットであることを特徴とする請求項１２に記載の光シャッタ。
【請求項１５】
前記電気光学媒体は、前記入力によって入射光が全反射または透過するプリズムまたはプリズムアレイであることを特徴とする請求項１に記載の光シャッタ。
【請求項１６】
前記プリズムまたは前記マイクロプリズムの光入射面は、前記入射光に対して傾斜していることを特徴とする請求項１５に記載の光シャッタ。
【請求項１７】
前記プリズムアレイは、ストライプ状の複数のマイクロプリズムまたは環状マイクロプリズムであることを特徴とする請求項１３に記載の光シャッタ。
【請求項１８】
前記入力は、電圧印加によって発生する電場であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の光シャッタ。
【請求項１９】
全反射した入射光が入射する面である、前記プリズムまたは前記プリズムアレイの一の面に、光吸収膜が設けられていることを特徴とする請求項１５または１６に記載の光シャッタ。
【請求項２０】
前記電気光学媒体を通過する光の経路を変更させることにより、前記光が入射する対象に対して前記光を垂直に入射させる光路変更手段をさら含み、
前記光路変更手段は、プリズムまたはプリズムアレイを含み、
前記光路変更手段のプリズムまたはプリズムアレイの光路上にない面に、光吸収膜が設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の光シャッタ。
【請求項２１】
前記電気光学媒体は、前記電気光学媒体から放出された光が入射する対象に対して傾いていることを特徴とする請求項１に記載の光シャッタ。
【請求項２２】
請求項１に記載の光シャッタを含むカメラ。
【請求項２３】
請求項２に記載の光シャッタを含むカメラ。
【請求項２４】
前記電気光学媒体の前方に配置された第２光路変更手段をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載のカメラ。
【請求項２５】
前記電気光学媒体は、第１プリズムまたは第１プリズムアレイを含み、前記第１光路変更手段は、第２プリズムまたは第２プリズムアレイを含むことを特徴とする請求項２３または２４に記載のカメラ。
【請求項２６】
請求項１に記載の光シャッタを含むディスプレイ装置。
【請求項２７】
請求項２に記載の光シャッタを含むディスプレイ装置。
【請求項２８】
前記電気光学媒体の前方に配置された入射光経路変更手段をさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載のディスプレイ装置。
【請求項２９】
前記電気光学媒体の前方に配置された第２光路変更手段をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載のディスプレイ装置。
【請求項３０】
前記電気光学媒体は、第１プリズムまたは第１プリズムアレイを含み、前記第１光路変更手段は、第２プリズムまたは第２プリズムアレイを含むことを特徴とする請求項２７または２９に記載のディスプレイ装置。
【請求項３１】
電気光学媒体を含む光シャッタの動作方法であって、
前記電気光学媒体は、透明な固体状態であり、かつ、入力によって全反射角が変化する全反射面を含み、
前記電気光学媒体に電圧を印加することにより、前記電気光学媒体の全反射角を変化させる光シャッタの動作方法。
【請求項３２】
前記電圧を連続的に印加することにより、前記電気光学媒体の全反射角を連続的に変化させることを特徴とする請求項３１に記載の光シャッタの動作方法。
【請求項３３】
前記電圧印加によって、前記電気光学媒体の全反射角が小さくなることを特徴とする請求項３１または３２に記載の光シャッタの動作方法。
【請求項３４】
前記電圧印加によって、前記電気光学媒体の全反射角が大きくなることを特徴とする請求項３１または３２に記載の光シャッタの動作方法。
【請求項３５】
前記電気光学媒体に入射する入射光の入射角は、前記電気光学媒体の固定全反射角より小さく、かつ、前記電圧印加による最小全反射角より大きいことを特徴とする請求項３１〜３３のいずれか１項に記載の光シャッタの動作方法。
【請求項３６】
前記電気光学媒体に入射する入射光の入射角は、前記電気光学媒体の固定全反射角より大きく、かつ、前記電圧印加による最大全反射角より小さいことを特徴とする請求項３１、３２、および３４のいずれか１項に記載の光シャッタの動作方法。
【請求項３７】
少なくとも２つの屈折率のうち一つを有する屈折要素と、
前記屈折要素によって屈折されて伝達された光を受信するイメージセンサと、を含み、
前記屈折要素は、第１入力を受けるとき、前記少なくとも２つの屈折率のうち一つを有し、第２入力を受けるとき、前記少なくとも２つの屈折率のうち他の一つを有し、
前記屈折要素は、前記第１入力を受けるとき、前記イメージセンサに向かう光を屈折させ、前記第２入力を受けるとき、前記イメージセンサから離れるように光を反射させる光学装置。
【請求項３８】
前記屈折要素は、光入力面と光出力面とを含み、前記屈折要素の前記光入力面及び光出力面の一方は、傾斜しており、前記屈折要素が受ける光に対して直交していないことを特徴とする請求項３７に記載の光学装置。
【請求項３９】
光を平行にし、前記平行になった光を、前記屈折要素に出力するコリメーティング手段をさらに含むことを特徴とする請求項３７または３８に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光シャッタ、光シャッタの動作方法、カメラ、ディスプレイ装置、及び光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光イメージを制御信号によって透過または遮断する機能を有した光シャッタ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｈｕｔｔｅｒ）は、カメラのような撮像機器と、ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ）のようなディスプレイ機器に広く使われる核心的な光学モジュールである。
【０００３】
近年、事物の距離情報を得るための三次元カメラ（３Ｄ  ｃａｍｅｒａ）、またはＬＡＤＡＲ（ｌａｓｅｒ  ｒａｄａｒ）技術が研究されているが、三次元カメラまたはＬＡＤＡＲ技術は、光の往復距離測定法（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）（ＴＯＦ）を利用し、撮像装置と被写体との間の距離を測定する機能を有する。
【０００４】
多様なＴＯＦ方法のうち、ＳＬＰ（ｓｈｕｔｔｅｒｅｄ  ｌｉｇｈｔ  ｐｕｌｓｅ）法は、被写体に特定波長の光を投射し、被写体から反射した同波長の光イメージをシャッタリングした後、撮像素子を介してイメージを得て、一連の処理過程を経て距離情報を得る方法である。このような方法で、光の距離による移動時間を識別するために、数ナノ秒（ｎｓ）前後の開閉転換時間を有する速いシャッタ駆動が必要である。このための高速光イメージシャッタとして、イメージ増強装置（ｉｍａｇｅ  ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）または半導体をベースにした光シャッタの技術が提案されている。
【０００５】
しかし、イメージ増強装置は、動作上、高電圧及び真空パッケージングが必要な高価な装備である。半導体をベースとした光シャッタは、イメージ増強装置の動作及び構造上の難点を克服できるが、ＧａＡｓ基板に半導体製造工程を用いて製作され、既存のフォトダイオード（ｐｈｏｔｏ−ｄｉｏｄｅ）及びＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）素子に比べて複雑な構造を有するため、価格と工程難易度とにおいて、相対的に商用化が容易ではない。
【０００６】
一方、電気光学効果（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｆｆｅｃｔ）を利用した既存の光変調素子には、カーセル（Ｋｅｒｒ  ｃｅｌｌ）やポッケルスセル（Ｐｏｃｋｅｌ  ｃｅｌｌ）がある。電気光学物質を利用した光変調素子は、数十ＧＨｚの反応速度を有する。従って、超高速光通信の導波管（ｗａｖｅ  ｇｕｉｄｅ）などに活用されてきた。
【０００７】
それらの素子は、ＬｉＮｂＯ３などからなる非線形結晶の偏光特性が、与えられた電界（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ）により変化する性質を核心的な原理として使用する。すなわち、外部電界を利用して偏光の角度を制御し、偏光された入射光を透過または遮断させるシャッタ機能を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−２９６７１８号公報
【特許文献２】米国特許第５４６７１４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高速シャッタリング（ｓｈｕｔｔｅｒｉｎｇ）が可能な光シャッタを提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、かような光シャッタの動作方法を提供することである。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、かような光シャッタを含むカメラ、ディスプレイ装置、および光学装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施形態は、外部作用によって全反射角が変化する全反射面を有する固体状態の透明な電気光学媒体を含む光シャッタを提供する。
【００１３】
光シャッタには、前記電気光学媒体を通過した光が入射する対象に対して前記光を垂直に入射させる光路変更手段がさらに備わりうる。
【００１４】
光シャッタには、前記電気光学媒体の前方に配置された入射光経路変更手段がさらに備わりうる。
【００１５】
前記電気光学媒体及び前記光路変更手段は、プリズムまたはプリズムアレイを含みうる。
【００１６】
前記電気光学媒体及び前記光路変更手段のプリズムは、形状が同一であるが、互いに対称性を有するように配置されうる。
【００１７】
前記電気光学媒体及び前記光路変更手段のプリズムアレイは、複数のマイクロプリズムを含み、前記電気光学媒体の前記マイクロプリズムの断面と、前記光路変更手段のマイクロプリズムの断面とが対称性を有するように、前記電気光学媒体と前記光路変更手段のプリズムアレイとが配置されうる。
【００１８】
光進路上の前記電気光学媒体と前記光路変更手段との間に、均一な厚みのギャップが存在しうる。このとき、前記ギャップは、空気または前記プリズムや前記プリズムアレイより屈折率が小さい光学媒質で充填されうる。
【００１９】
前記電気光学媒体の前記プリズムまたは前記マイクロプリズムの一の面に、光吸収膜が付着されており、前記一の面は、全反射した光が入射する面でありうる。
【００２０】
光シャッタは、前記電気光学媒体の前方に配置された入射光経路変更手段をさらに具備できる。
【００２１】
前記入射光経路変更手段は、当該入射光経路変更手段に入射する入射光が前記電気光学媒体に平行光として入射するように、前記入射光の進路を変更するレンズユニットでありうる。
【００２２】
前記電気光学媒体は、前記外部作用によって、入射光が全反射または透過するプリズムまたはプリズムアレイでありうる。
【００２３】
前記プリズムの光入射面または前記プリズムアレイに含まれたマイクロプリズムの光入射面は、入射光に対して傾斜している。
【００２４】
前記プリズムアレイは、ストライプ状の複数のマイクロプリズムまたは環状マイクロプリズムでありうる。
【００２５】
前記外部作用は、電圧印加によって発生する電場でありうる。
【００２６】
前記光路変更手段のプリズムまたはプリズムアレイの光進路上にない面に、光吸収膜が付着しうる。
【００２７】
前記電気光学媒体は、前記電気光学媒体から放出された光が入射する対象に対して傾いている。
【００２８】
本発明の他の実施形態によれば、前記電気光学媒体に電圧を印加し、前記電気光学媒体の全反射角を変化させる光シャッタの動作方法を提供する。
【００２９】
このような動作方法で、前記電圧を連続的に印加し、前記電気光学媒体の全反射角を連続的に変化させることができる。
【００３０】
前記電圧の波形は、矩形波（ｓｑｕａｒｅ  ｗａｖｅ）またはサイン波であるが、その波形は、矩形波またはサイン波に制限されるものではない。
【００３１】
前記電気光学媒体は、プリズムまたはプリズムアレイでありうる。
【００３２】
前記電気光学媒体に入射する入射光の入射角は、前記電気光学媒体の固定全反射角より小さく、かつ、前記電圧印加による最小全反射角より大きくありうる。
【００３３】
前記電気光学媒体に入射する入射光の入射角は、前記電気光学媒体の固定全反射角より大きく、かつ、前記電圧印加による最大全反射角より小さくありうる。
【００３４】
前記電圧印加によって、前記電気光学媒体の全反射角は、小さくなりうる。
【００３５】
前記電圧印加によって、前記電気光学媒体の全反射角は、大きくなりうる。
【００３６】
本発明のさらに他の実施形態は、前記本発明の実施形態による光シャッタを含む光学装置を提供する。前記光学装置は、３Ｄ（ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）カメラのような距離測定カメラまたは液晶ディスプレイ装置（ＬＣＤ）でありうる。
【００３７】
本発明のさらに他の実施形態による光学装置は、屈折要素（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）とイメージセンサとを含む。ここで、前記屈折要素は、少なくとも２つの屈折率のうち一つを有する。前記屈折要素は、第１入力（ｆｉｒｓｔ  ｉｎｐｕｔ）を受けるとき、前記少なくとも２つの屈折率のうち一つを有し、第２入力（ｓｅｃｏｎｄ  ｉｎｐｕｔ）を受けるとき、前記少なくとも２つの屈折率のうち他の一つを有する。また、前記イメージセンサは、前記屈折要素によって屈折されて伝達された光を受信する。前記屈折要素は、前記第１入力を受けるとき、前記イメージセンサに向かう光を屈折させる。前記屈折要素は、前記第２入力を受けるとき、前記イメージセンサから離れるように光を反射させる。
【００３８】
このような光学装置で、前記屈折要素は、光入力面と光出力面とを含む。前記屈折要素の前記光入力面及び光出力面の一方は、傾斜しており（ｉｎｃｌｉｎｅｄ）、前記屈折要素が受ける光に対して直交していない。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、固体の電気光学物質の電気光学効果を利用するが、光シャッタの耐久性をさらに強固なものとできる。
【００４０】
また、１ｎｓの速いシャッタ速度で光シャッタを動作させることができ、高速でイメージを処理できる。
【００４１】
また、光シャッタを薄板状に製作できて小型化できる。本発明の一実施形態による光シャッタは、薄板に結晶成長された後、微細加工で形成されうる構造であるが、原資材価格及び工程コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態による光シャッタの構成概念を示した断面図である。
【図２】図１の全反射角記録媒体が全反射プリズムであるときの光シャッタ構成を示した断面図である。
【図３】図２の直角プリズムの代わりに、他の形態のプリズムを使用した光シャッタの断面図である。
【図４】図２に図示した光シャッタに光路変更手段が備わった場合を示した断面図である。
【図５】図３の光シャッタに光路変更手段が備わった場合を示した断面図である。
【図６】全反射角調節媒体の入射面に入射する光が平行光になるように、入射光の光路を変更させる手段を含む光シャッタに係わる実施形態を示した断面図である。
【図７】図４の場合に、入射光の光路変更手段を含む光シャッタの実施形態を示した断面図である。
【図８】図３に図示した光シャッタに入射光経路変更手段がさらに備わった例を示した断面図である。
【図９】図５に図示した光シャッタに入射光経路変更手段がさらに備わった例を示した断面図である。
【図１０Ａ】図２の全反射プリズムを単位全反射角調節媒体として使用したアレイを含む光シャッタに係わる実施形態を示した断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの第１プリズムアレイの平面図である。
【図１１】図１０Ａで、イメージセンサと第１プリズムアレイとの間に、第２プリズムアレイが備わった場合を示した断面図である。
【図１２】図１０Ａで、第１基板の光入射面上に、入射光経路変更手段がさらに備わった光シャッタの断面図である。
【図１３】図１１で、第１基板の光入射面上に入射光経路変更手段がさらに備わった光シャッタの断面図である。
【図１４Ａ】複数のマイクロプリズムから構成されたプリズムアレイを含む光シャッタの他の実施形態を示した断面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａの入射光経路変更手段の断面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ａの入射光経路変更手段の平面図である。
【図１５】図１４Ａの光シャッタで、第３プリズムアレイの前に、入射光の経路を変更させる手段が備わった場合を示した断面図である。
【図１６】図１４Ａの光シャッタで、第３プリズムアレイとイメージセンサとの間に、第４プリズムアレイがさらに備わった場合を示した断面図である。
【図１７】図１６の光シャッタで、第３プリズムアレイの前に、入射光経路変更手段を具備した場合を示した断面図である。
【図１８Ａ】プリズムアレイを含む光シャッタのさらに他の実施形態を示した断面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａの第５プリズムアレイの平面図である。
【図１９】プリズムアレイを有する光シャッタのさらに他の実施形態を示した断面図である。
【図２０】図１８の光シャッタで、第５プリズムアレイの前に入射光経路変更手段を具備する光シャッタを示した断面図である。
【図２１】図１９に図示した光シャッタで、第５プリズムアレイの前に、入射光経路変更手段を具備する場合を示した断面図である。
【図２２Ａ】本発明のさらに他の実施形態による光シャッタを示した断面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ａの第７プリズムアレイの底面図である。
【図２３】図２２Ａ及び図２２Ｂの光シャッタで、第７プリズムアレイの前に入射光経路変更手段が備わった場合を示した断面図である。
【図２４Ａ】本発明のさらに他の実施形態による光シャッタを示した断面図である。
【図２４Ｂ】図２４Ａの第９プリズムアレイの底面図である。
【図２５】図２４Ａ及び図２４Ｂの光シャッタで、第９プリズムアレイの前に入射光経路変更手段が備わった場合を示した断面図である。
【図２６】本発明の実施形態による光シャッタのシミュレーションモデルを示した断面図である。
【図２７】図２６のシミュレーションモデルに係わる等価回路を示す図である。
【図２８】図２６のシミュレーションモデルに係わる印加電圧透過率特性を示したグラフである。
【図２９】図２６のシミュレーションモデルに電圧を印加したとき、印加電圧に係わる時間反応、すなわち上昇時間（ｒｉｓｉｎｇ  ｔｉｍｅ）を示したグラフである。
【図３０】図２６のシミュレーションモデルに印加される電圧の形態によるシャッタ速度を示すグラフである。
【図３１】図２６のシミュレーションモデルに印加される電圧の形態によるシャッタ速度を示すグラフである。
【図３２】図２６のシミュレーションモデルに印加される電圧の形態によるシャッタ速度を示すグラフである。
【図３３】図２６のシミュレーションモデルに印加される電圧の形態によるシャッタ速度を示すグラフである。
【図３４】図２６のシミュレーションモデルに印加される電圧の形態によるシャッタ速度を示すグラフである。
【図３５】図２６のシミュレーションモデルに印加される電圧の形態によるシャッタ速度を示すグラフである。
【図３６】本発明の実施形態による光シャッタを含む光学装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の一実施形態による全反射角調節媒体を利用した光シャッタ及びその動作方法、並びに光シャッタを含む装置について、添付された図面を参照しつつ詳細に説明する。この過程で、図面に図示された層や領域の厚みは、明細書の明確性のために誇張されて図示されている。
【００４４】
図１を参照すれば、本発明の一実施形態による光シャッタは、全反射角を調節するための活性（能動型）固体媒体（ａｃｔｉｖｅ  ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  ｍｅｄｉｕｍ  ｆｏｒ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ａｎｇｌｅ  ｏｆ  ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）３０を含みうる。全反射角を調節するための活性固体媒体３０（以下、「全反射角調節媒体」と称する）は、外部作用によって内部全反射角が変化する全反射面を有する媒体でありうる。全反射角調節媒体３０は、多様な形態の電気光学（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ）媒体でありうる。全反射角調節媒体３０は、例えば、ＬｉＮｂＯ３、ＫＴＮ（ＫＴａｘＬｎ１−ｘＯ３）のように、電気光学効果を有する物質でありうる。図１に図示した全反射角調節媒体３０の形態は、象徴的な形態である。前記外部作用とは、全反射角調節媒体３０の結晶特性に変化を与えられるものでありうる。前記結晶特性の一例は、全反射角調節媒体３０の屈折率特性でありうる。前記外部作用によって、全反射角調節媒体３０の内部全反射角は、固定全反射角より小さくなりうる。前記固定全反射角は、前記外部作用がないとき、全反射角調節媒体３０の全反射面Ｓ１で、全反射角調節媒体３０が有する固有の全反射角をいう。従って、全反射角調節媒体３０を形成する物質によって、全反射調節媒体３０の固有全反射角は、変わりうる。前記外部作用は、例えば、電場でありうる。前記電場は、電位差がある二電極間で発生する。従って、全反射角調節媒体３０を、電位差がある二電極間に置くことによって、全反射角調節媒体３０に電場を印加できる。前記二電極のうち一つは、全反射角調節媒体３０の入射面側に、残りの一電極は、出射面側にそれぞれ備わりうる。全反射角調節媒体３０の結晶特性に変化を与えられるものであるならば、前記外部作用として電場以外に他のものが使われることも可能である。前記外部作用は、経時的に調節されうる。従って、前記外部作用は、連続的に変化することも可能であり、これによって、全反射角調節媒体３０の全反射角もまた連続的に変化しうる。全反射角調節媒体３０を含む光シャッタから放出された光は、イメージセンサ３５に入射する。イメージセンサ３５は、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサでありうる。また、イメージセンサ３５は、全反射角調節媒体３０から与えられる光イメージを電気的信号に変化させて出力できる任意の光センサでありうる。
【００４５】
図１の参照符号Ｌは、全反射角調節媒体３０に入射する入射光を示す。全反射面Ｓ１に入射する入射光Ｌの入射角は、与えられた角に固定されうる。このとき、前記外部作用の大きさ（ｓｃａｌｅ）、すなわち、前記外部作用の量（ａｍｏｕｎｔ）によって、全反射角調節媒体３０の全反射角が、前記固定反射角より小さくなる場合、入射光Ｌの前記入射角は、全反射角調節媒体３０の固定全反射角より小さく、前記外部作用によって全反射角調節媒体３０が有しうる最小全反射角よりは大きくありうる。反対に、前記外部作用の大きさによって、全反射角調節媒体３０の全反射角が前記固定反射角より大きくなる場合、入射光Ｌの前記入射角は、全反射調節媒体３０の固定反射角より大きく、前記外部作用によって全反射角調節媒体３０が有しうる最大全反射角よりは小さくありうる。
【００４６】
図１の参照符号Ｌｔは、全反射角調節媒体３０がシャッタオン（ｓｈｕｔｔｅｒ−ｏｎ）状態であるとき、すなわち、前記外部作用によるにせよ、前記外部作用によらないにせよ、入射光Ｌが全反射角調節媒体３０の内部全反射面Ｓ１で全反射なしに屈折された光を示す。屈折された光Ｌｔは、イメージセンサ３５に入射する。従って、屈折された光Ｌｔは、実際測定しようとする、または得ようとする情報を有する光になる。参照符号Ｌｒは、全反射角調節媒体３０がシャッタオフ（ｓｈｕｔｔｅｒ−ｏｆｆ）状態であるとき、すなわち、前記外部作用によって、全反射角調節媒体３０の全反射面Ｓ１での内部全反射角が、前記固定全反射角より小さくなったとき、全反射角調節媒体３０の内部全反射面Ｓ１で全反射した光を象徴的に示す。
【００４７】
図２は、図１の全反射角調節媒体３０が全反射プリズム４０であるときの光シャッタ構成を示す。
【００４８】
図２を参照すれば、全反射プリズム４０は、直角プリズムでありうる。全反射プリズム４０の傾斜面４０Ｓ２は、全反射面になる。入射光４０Ｌは、全反射プリズム４０の入射面４０Ｓ１に垂直に入射する。イメージセンサ４２は、全反射面である傾斜面４０Ｓ２と対向する位置に備わりうる。イメージセンサ４２は、入射光４０Ｌが傾斜面４０Ｓ２で屈折されて達しうる位置に備わりうる。例えば、イメージセンサ４２は、屈折された光４０Ｔが、イメージセンサ４２に垂直に入射できる位置に備わることも可能である。イメージセンサ４２は、屈折された光４０Ｔがイメージセンサ４２に傾斜して入射する位置に備わることも可能であるので、このときは、プリズム４０とイメージセンサ４２との間に光路変更手段を具備できる。光経路変更手段については後述する。
【００４９】
図２の場合、入射光４０Ｌの進行について述べれば、入射光４０Ｌは、全反射プリズム４０の入射面４０Ｓ１を通過し、全反射面である傾斜面４０Ｓ２に与えられた角４０Ａで入射する。このとき、与えられた角４０Ａが、プリズム４０の固定全反射角であるか、それより大きければ、入射光４０Ｌは、傾斜面４０Ｓ２でプリズム４０内部に全反射され、従って、入射光４０Ｌは、イメージセンサ４２に達しない。参照番号４０Ｒは、傾斜面４０Ｓ２で全反射した光を示す。プリズム４０の全反射した光４０Ｒが放出される面には、光吸収手段４４が備わりうる。光吸収手段４４は、光吸収膜でありうる。
【００５０】
与えられた入射角４０Ａが、プリズム４０の固定全反射角より小さければ、入射光４０Ｌは、全反射条件を満足できず、傾斜面４０Ｓ２で屈折される。このように屈折された光４０Ｔは、イメージセンサ４２に達する。
【００５１】
一方、外部作用として電圧印加による電場４０Ｅがプリズム４０に印加されれば、プリズム４０の内部全反射角は、変わりうるが、第一は、電場４０Ｅの強度が増加することによって、プリズム４０の全反射角が固定全反射角より小さくなる場合であり、第二は、電場４０Ｅの強度が増加することによって、プリズム４０の全反射角が固定全反射角より大きくなる場合である。
【００５２】
第一の場合、入射光４０Ｌの入射角４０Ａは、プリズム４０の固定全反射角より小さいが、電場４０Ｅの印加によって、プリズム４０が有することができる最小全反射角よりは大きい。
【００５３】
第二の場合、入射光４０Ｌの入射角４０Ａは、プリズム４０の固定反射角より大きいが、電場４０Ｅの印加によって、プリズム４０が有することができる最大全反射角よりは小さい。イメージセンサ４２は、複数の画素（ｐｉｘｅｌ）４２Ｐを含むが、１つの画素だけ含むこともできる。イメージセンサ４２は、光シャッタの全体のイメージセンサでもあり、少なくとも１つの画素を含む、全体のイメージセンサの一部でもありうる。言い換えれば、図２に図示したプリズム４０は、光シャッタの全体のイメージセンサに対応する全反射角調節媒体でもありうる。また、プリズム４０は、少なくとも１つの画素を含む、全体のイメージセンサの一部に対応する全反射角調節媒体でもありうる。すなわち、光シャッタは、全反射角調節媒体として１個のプリズム４０だけを含むこともでき、図２に図示したプリズム４０を複数個使用して形成したプリズムアレイを含むこともできる。後者の場合、図２に図示したプリズム４０は、前記プリズムアレイをなす単位プリズムになりうる。
【００５４】
図３は、図２の直角プリズム４０の代わりに、他の形態のプリズム（以下、第２プリズム）を使用した光シャッタを示す。
【００５５】
図３を参照すれば、第２プリズム４６は、入射面４６Ｓ１が、入射光４６Ｌに対して傾斜するように備わっている。また、第２プリズム４６は、全反射面４６Ｓ２が、イメージセンサ４２と平行になるように備わっている。入射面４６Ｓ１と全反射面４６Ｓ２とは、与えられた角をなすが、この角は、９０°より小さい。第２プリズム４６の全反射面４６Ｓ２で全反射した光４６Ｒが放出される面には、光吸収手段４４が備わっている。光吸収手段４４は、全反射した光４６Ｒが放出される面にコーティングされた光吸収膜でありうる。イメージセンサ４２は、第２プリズム４６の全反射面４６Ｓ２で屈折された光４６Ｔが垂直に、または傾斜して入射する位置に備わりうる。屈折された光４６Ｔがイメージセンサ４２に傾斜して入射するように、イメージセンサ４２が配された場合には、イメージセンサ４２と第２プリズム４６の全反射面４６Ｓ２との間に、屈折光４６Ｔの光路を変更させる手段（図示せず）をさらに具備できる。前記手段によって屈折された光４６Ｔは、イメージセンサ４２に垂直に入射する。前記手段については後述する。第２プリズム４６の材質は、図２のプリズム４０と同一であってもよく、異なってもよい。
【００５６】
図３で、入射光４６Ｌの経路について述べる。まず、外部作用がないときの入射光４６Ｌの経路について述べる。入射光４６Ｌは、入射面４６Ｓ１に対して、与えられた入射角４６Ａで入射する。入射角４６Ａは、９０°より小さい。入射光４６Ｌは、入射面４６Ｓ１で、与えられた角で一次屈折される。このとき、入射光４６Ｌの一次屈折角は、スネル（Ｓｎｅｌｌ）の法則によって決定される。入射面４６Ｓ１で一次屈折された入射光４６Ｌは、全反射面４６Ｓ２で二次屈折され、イメージセンサ４２に入射されたり、全反射されて光吸収手段４４に吸収されたりする。入射光４６Ｌの入射角４６Ａによって、全反射面４６Ｓ２で、入射光４６Ｌが二次屈折されるか全反射される。
【００５７】
次に、外部作用が存在するとき、例えば、電場４６Ｅが第２プリズム４６に印加されるときの入射光４６Ｌの経路について述べる。前記外部作用の強度によって、第２プリズム４６の屈折率は変わる。例えば、第２プリズム４６が、ＫＴＮ（ＫＴａＬｎＯ３）プリズムである場合、前記外部作用の強度を調節し、第２プリズム４６の屈折率を２．３〜２．４の範囲で調節できる。
【００５８】
第２プリズム４６の全反射面４６Ｓ２での全反射角が、電場４６Ｅの強度が増大することによって、小さくなる場合について述べる。入射光４６Ｌの入射角４６Ａは、与えられた角に固定されうる。そして、全反射面４６Ｓ２に入射する光、すなわち、入射面４６Ｓ１で一次屈折された光４６ＬＲが全反射面４６Ｓ２に入射する入射角４６Ｂは、全反射面４６Ｓ２での固定全反射角より小さい。従って、入射光４６Ｌは、一次屈折された光４６ＬＲが、第２プリズム４６の固定全反射角より小さい入射角４６Ｂで全反射面４６Ｓ２に入射できる入射角４６Ａで、入射面４６Ｓ１に入射する。かような状態で、電場４６Ｅが第２プリズム４６に印加されれば、第２プリズム４６の全反射面４６Ｓ２での全反射角は、自体の固定全反射角より小さくなる。このとき、印加される電場４６Ｅの強度は、電圧で表現して、０Ｖ〜１５０Ｖほどになりうる。電場４６Ｅの強度が最大であるときの第２プリズム４６の全反射角を、最小全反射角であるとすれば、全反射面４６Ｓ２に係わる一次屈折された光４６ＬＲの入射角４６Ｂは、前記最小全反射角より大きくありうる。すなわち、一次屈折された光４６ＬＲの入射角４６Ｂは、第２プリズム４６の固定全反射角と前記最小全反射角との間の値を有することができる。従って、印加される電場４６Ｅの強度によって、全反射面４６Ｓ２での全反射角が、一次屈折された光４６ＬＲの入射角４６Ｂより小さくなれば、一次屈折された光４６ＬＲは、全反射面４６Ｓ２で全反射され、光吸収手段４４に吸収される。電場４６Ｅの強度を弱くし、第２プリズム４６の全反射角が、一次屈折された光４６ＬＲの入射角４６Ｂより大きくなる場合、一次屈折された光４６ＬＲは、それ以上全反射条件を満足するものではないので、全反射面４６Ｓ２を通過し、イメージセンサ４２に向かって屈折される。このように、第２プリズム４６に印加される電場４６Ｅの強度を調節することによって、第２プリズム４６の全反射角を調節でき、それによって、全反射面４６Ｓ２に入射する一次屈折された光４６ＬＲの全反射と屈折とを調節できる。
【００５９】
一方、第２プリズム４６の全反射面４６Ｓ２で、全反射角が電場４６Ｅの強度によって大きくなる場合、全反射面４６Ｓ２に係わる一次屈折された光４６ＬＲの入射角４６Ｂは、第２プリズム４６の固定全反射角より大きい。電場４６Ｅの強度が、前記電圧範囲で最大であるときの第２プリズム４６の全反射角を、最大全反射角であるとすれば、一次屈折された光４６ＬＲの入射角４６Ｂは、前記最大全反射角よりは小さい。すなわち、一次屈折された光４６ＬＲの入射角４６Ｂは、第２プリズム４６の固定全反射角よりは大きく、前記最大全反射角よりは小さい値を有することができる。従って、第２プリズム４６の全反射角が、電場４６Ｅの強度によって大きくなる場合、一次屈折された光４６ＬＲは、最初に全反射条件を満足し、その後電場４６Ｅの印加によって、全反射条件から外れ、全反射面４６Ｓ２を通過するので、光シャッタは、最初にシャッタオフ（ｓｈｕｔｔｅｒ−ｏｆｆ）状態から始まり、電場４６Ｅの強度が増大することによって、シャッタオン（ｓｈｕｔｔｅｒ−ｏｎ）状態となる。前述の第２プリズム４６の全反射角が、電場４６Ｅの強度によって小さくなる場合には、これと反対になる。すなわち、光シャッタは、最初にシャッタオン状態で始まり、電場４６Ｅの強度が増大することによって、シャッタオフ状態となる。
【００６０】
次に、全反射角調節媒体３０と光路変更手段とを含む光シャッタの実施形態について説明する。前記光路変更手段は、全反射角調節媒体３０から屈折された光を、イメージセンサ３５に垂直に入射させる。下記説明で、前記の部材については、使用した参照番号をそのまま使用する。
【００６１】
図４は、図２に図示した光シャッタに、光路変更手段が備わった場合を示している。
【００６２】
図４を参照すれば、全反射プリズム４０とイメージセンサ４２との間に、光路変更手段として、第３プリズム４８が備わっている。全反射プリズム４０と第３プリズム４８とをまとめて、外部作用によって全反射角が変わる全反射面を有する固体状態の電気光学媒体、すなわち、光シャッタと呼ぶこともできる。このとき、全反射プリズム４０は、外部作用によって全反射角が変わる第１媒体であり、第３プリズム４８は、前記第１媒体からイメージセンサ４２に入射する光を常に垂直にする第２媒体と呼ぶことができる。このような表現は、イメージセンサ４４に入射する光を、イメージセンサ４４に垂直に入射させるプリズム、またはプリズムアレイを含み、２個のプリズム、または２個のプリズムアレイを含む、後述するあらゆる光シャッタにも適用されうる。
【００６３】
次に、第３プリズム４８は、直角プリズムである。第３プリズム４８は、実質的に全反射プリズム４０と同一でありうる。全反射プリズム４０と第３プリズム４８は、材質が互いに異なりうるが、両側プリズムの屈折率は、空気の屈折率より大きい。全反射プリズム４０と第３プリズム４８は、傾斜面を対向させている。全反射プリズム４０と第３プリズム４８との傾斜面は近接しているが、接触しない。これによって、全反射プリズム４０と第３プリズム４８との傾斜面間に、均一な厚みのギャップ５０が存在する。ギャップ５０の厚みは、例えば、１〜２μｍほどでありうる。しかし、これより薄くてもよい。空気がギャップ５０に存在するが、ギャップ５０には、他の物質が存在してもよい。このとき、ギャップ５０に存在する物質は、透明であり、その屈折率は、全反射プリズム４０と第３プリズム４８との屈折率より小さい。この条件を満足する限り、ギャップ５０に存在しうる物質は、特定のものに制限されるものではない。ギャップ５０の厚みは、均一であるので、ギャップ５０は、全反射プリズム４０の全反射面４０Ｓ２を通過した光の進行方向を、進行方向に垂直方向に、与えられた距離ほど平行移動させる光学媒質の役割を果たす。このとき、平行移動する距離は、ギャップ５０の厚みに比例する。第３プリズム４８の傾斜面は、ギャップ５０を通過した光が入射する入射面であり、全反射プリズム４０の傾斜面、すなわち、全反射面４０Ｓ２と平行になるように対向する。そして、第３プリズム４８の光放出面４８Ｔは、全反射プリズム４０の入射面４０Ｓ１及びイメージセンサ４２と平行になる。従って、ギャップ５０を通過して第３プリズム４８に入射された光は、全反射プリズム４０に入射された光が、全反射面４０Ｓ２で逆方向に全反射プリズム４０を通過するのと同一の経路で、第３プリズム４８を通過する。従って、全反射プリズム４０の入射面４０Ｓ１に垂直に入射された光は、第３プリズム４８の光放出面４８Ｔを通過するときは、光放出面４８Ｔに垂直に放出される。すなわち、光放出面４８Ｔで放出された光の屈折角は、０゜となる。イメージセンサ４２は、第３プリズム４８の光放出面４８Ｔと平行になるので、第３プリズム４８の光放出面４８Ｔを通過した光は、イメージセンサ４２に垂直に入射する。このように、第３プリズム４８が備わることによって、全反射プリズム４０の全反射面４０Ｓ２で屈折された光の経路は、イメージセンサ４２に垂直に入射するように変更されうる。このように、第３プリズム４８を具備することによって、イメージセンサ４２を、全反射プリズム４０の直ぐ下に配することができるので、光シャッタの水平サイズを小さくすることができる。図２及び図３の場合では、屈折光４０Ｔ，４６Ｔがイメージセンサ４２に垂直になるように、イメージセンサ４２を配することもできる。第３プリズム４８とイメージセンサ４２との間に存在する光媒質は、ギャップ５０に存在する光媒質と実質的に同一でありうる。
【００６４】
図５は、図３の光シャッタに、光路変更手段が備わった場合を示す。
【００６５】
図５を参照すれば、第２プリズム４６とイメージセンサ４２との間に、光路変更手段として第４プリズム５２が備わっている。第４プリズム５２は、第２プリズム４６の全反射面４６Ｓ２から放出される光の光路を変更させ、イメージセンサ４２に垂直に入射させる。第２プリズム４６の入射面４６Ｓ１に入射する入射光４６Ｌは、イメージセンサ４２に垂直方向である。
【００６６】
第４プリズム５２は、形態面及び機能面で、第２プリズム４６と同一のプリズムでありうる。第４プリズム５２の材質は、第２プリズム４６と同一でもあり、異なっていることもある。材質が異なる場合にも、第２プリズム４６及び第４プリズム５２の屈折率は、空気より大きく、第２プリズム４６及び第４プリズム５２間に形成されたギャップ５４に充填された光媒質の屈折率より大きくありうる。
【００６７】
第４プリズム５２の配置を見れば、第４プリズム５２の光入射面５２Ｓ１は、第２プリズム４６の全反射面４６Ｓ２に対応するものであるが、第４プリズム５２の光入射面５２Ｓ１と第２プリズム４６の全反射面４６Ｓ２は、非常に近接している。しかし、第４プリズム５２の光入射面５２Ｓ１と第２プリズム４６の全反射面４６Ｓ２とは、接触しない。これによって、第４プリズム５２の光入射面５２Ｓ１と第２プリズム４６の全反射面４６Ｓ２との間に、ギャップ５４が形成される。第４プリズム５２の光入射面５２Ｓ１と第２プリズム４６の全反射面４６Ｓ２は、互いに平行になるように対面し、ギャップ５４は、均一な厚みを有する。従って、ギャップ５４は、図４のギャップ５０と実質的に同一の機能を行える。第４プリズム５２の光放出面５２Ｓ２は、第２プリズム４６の光入射面４６Ｓ１に対応する。かような第４プリズム５２の配置によって、ギャップ５４を通過して第４プリズム５２に入射された光は、第２プリズム４６の全反射面４６Ｓ２に入射された光が、逆方向に進む経路と同一の経路に従う。従って、第４プリズム５２の光放出面５２Ｓ２で屈折された光の進行方向は、第２プリズム４６の入射面４６Ｓ１に入射する入射光４６Ｌと平行になる。第２プリズム４６の入射面４６Ｓ１に入射する入射光４６Ｌは、イメージセンサ４２に垂直である。従って、第４プリズム５２の光放出面５２Ｓ２から放出される光５２Ｔは、イメージセンサ４２に垂直に入射する。図５で、第２プリズム４６及び第４プリズム５２は、イメージセンサ４２の全体に対応しうるが、イメージセンサのうち、一部の画素に対応することも可能である。例えば、第２プリズム４６及び第４プリズム５２は、イメージセンサ４２に含まれた少なくとも１つの画素に対応するか、少なくとも２個以上の画素に対応しうる。光シャッタは、図３に図示した第２プリズム４６を複数個含むプリズムアレイを含むこともでき、図５に図示した第２プリズム４６及び第４プリズム５２の構造を複数個含むプリズムアレイを含むこともできる。
【００６８】
図６は、全反射角調節媒体の入射面に入射する光が平行光になるように、入射光の光路を変更させる手段（以下、「入射光経路変更手段」と称する）（第２光路変更手段）を含む光シャッタに係わる実施形態を示している。前記入射光経路変更手段は、レンズユニットでもありうる。
【００６９】
他の実施形態で、前記入射光の経路を変更させる手段は、入射光の形態（ｓｈａｐｅ）を変化させることができる。さらに他の実施形態で、前記入射光の経路を変更させる手段、すなわち入射光経路変更手段は、入射光の形態を変化させる手段、または入射光形態変更手段でありうる。
【００７０】
図６を参照すれば、全反射プリズム４０の光入射面４０Ｓ１に、コリメーティング手段（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ  ｍｅａｎｓ）５８が備わっている。コリメーティング手段５８は、全反射プリズム４０に入射する球面波光４０ＤＬを、全反射プリズム４０の入射面４０Ｓ１に垂直に入射する平面波入射光４０Ｌに変化させる。コリメーティング手段５８は、例えば、レンズでありうる。コリメーティング手段５８の光放出面５８Ｓ２は、全反射プリズム４０の光入射面４０Ｓ１と平行し、互いに接触している。コリメーティング手段５８の光入射面５８Ｓ１は、凸型曲面である。
【００７１】
図７は、図４の場合での入射光の光路変更手段を含む光シャッタの実施形態を示す。
【００７２】
図７を参照すれば、全反射プリズム４０の光入射面４０Ｓ１に、コリメーティング手段５８が備わっている。コリメーティング手段５８は、図６で説明したところと実質的に同一でありうる。
【００７３】
図８は、図３に図示した光シャッタに、入射光経路変更手段としてコリメーティング手段５８がさらに備わった例を示す。コリメーティング手段５８が備わることによって、球面波光４０ＤＬが光シャッタに入射されても、第２プリズム４６に入射する光４６Ｌは、平面波である平行光になる。
【００７４】
図９は、図５に図示した光シャッタに、入射光経路変更手段としてコリメーティング手段５８がさらに備わった例を示す。図９で、コリメーティング手段５８の役割は、図８の場合と実質的に同一でありうる。
【００７５】
なお、入射光経路変更手段として、プリズムまたはプリズムアレイが利用されてもよい。
【００７６】
次に、複数の全反射角調節媒体３０からなるアレイを含む光シャッタについて説明する。アレイを含む光シャッタで、アレイをなす単位全反射角調節媒体３０は、図１〜図５に図示したところと同一であるか、類似している。
【００７７】
図１０Ａは、図２の全反射プリズム４０を、単位全反射角調節媒体として使用したアレイを含む光シャッタに係わる実施形態を示す。前述の部材については、使用した参照番号をそのまま使用する。
【００７８】
図１０Ａを参照すれば、光シャッタは、第１基板６２と第１プリズムアレイ６０とを含む。第１プリズムアレイ６０は、第１基板６２の光放出面に付着されている。第１基板６２は、入射光に対して透明であり、外部作用によって屈折率が変化する電気光学基板でありうる。第１基板６２は、第１プリズムアレイ６０をなすマイクロプリズム６０Ａと実質的に同一の材質でありうる。また、第１基板６２は、マイクロプリズム６０Ａの屈折率に近い屈折率を有する材質でありうる。第１基板６２として、例えば、ガラスまたはサファイアなどを使用できる。第１基板６２に入射する入射光は、平行光でありうる。マイクロプリズム６０Ａは、図２に図示した全反射プリズム４０と、形態、材質、及び機能が同一でありうる。マイクロプリズム６０Ａの全反射光が放出される面に、光吸収手段４４が付着されている。第１プリズムアレイ６０は、複数のマイクロプリズム６０Ａから構成される。
【００７９】
第１プリズムアレイ６０は、第１基板６２の裏面、すなわち、光放出面上にマイクロプリズム６０Ａとして使われる電気光学基板を、第１プリズムアレイ６０の厚みｔ１以上に蒸着したり成長させたりした後、前記電気光学基板を切削及びエッチングして形成できる。このとき、前記切削で、前記蒸着または成長された電気光学基板の厚みを調節でき、前記エッチングによって、前記切削された電気光学基板は、第１プリズムアレイ６０と実質的に同一の形態になりうる。第１プリズムアレイ６０を形成する他の方法は、第１基板６２と前記電気光学基板とを別途に形成した後、第１基板６２と別途に製作された前記電気光学基板をボンディングし、ボンディングされた前記電気光学基板を前記の通り切削及びエッチングする方法である。一方、前記切削及びエッチングにより、前記電気光学基板を第１プリズムアレイ６０と実質的に同一の形態にパターニングした後、方向性蒸着工程を利用し、各マイクロプリズム６０Ａの全反射面６０Ｓ２で全反射した光が放出される面に、光吸収手段４４を形成できる。
【００８０】
図１０Ｂは、第１プリズムアレイ６０の平面図である。
【００８１】
図１０Ｂを参照すれば、複数のマイクロプリズム６０Ａは、ストライプ状に配列されている。
【００８２】
図１０Ａで、第１プリズムアレイ６０の全反射面６０Ｓ２で屈折された光４０Ｔは、イメージセンサ４２に傾斜して入射する、すなわち、０°より大きい入射角で入射すると図示されているが、屈折された光４０Ｔは、イメージセンサ４２に垂直に入射しうる。これを実現するための方法のうち一つは、イメージセンサ４２に屈折された光４０Ｔが垂直に入射するように、イメージセンサ４２を、点線で示したように、第１基板６２に対して傾斜するように配することである。
【００８３】
他の方法は、図１１に図示したように、イメージセンサ４２と第１プリズムアレイ６０との間に、第２プリズムアレイ６４を具備することである。第２プリズムアレイ６４は、第１プリズムアレイ６０の全反射面６０Ｓ２で屈折された光４０Ｔが、イメージセンサ４２に垂直に入射するように、屈折された光４０Ｔの経路を変更する手段である。言い換えれば、第２プリズムアレイ６４は、第１基板６２に入射する入射光の進行方向と同一になるように、屈折された光４０Ｔの進行方向を変更する手段である。第１プリズムアレイ６０及び第２プリズムアレイ６４は、それぞれのマイクロプリズム６０Ａ，６４Ａが、図４の全反射プリズム４０及び第３プリズム４８の場合のように配され、ギャップ５０に該当するギャップ７２（図１３）を形成するように近接して配される。このような配置の例は、図１３から分かる。しかし、図１１では、第１プリズムアレイ６０及び第２プリズムアレイ６４を明確に図示するために、便宜上、第１プリズムアレイ６０及び第２プリズムアレイ６４の上下隔離距離を実際より大きく図示した。第２プリズムアレイ６４とイメージセンサ４２との間には、第２基板６６が備わっている。第２プリズムアレイ６４は、第２基板６６の光入射面上に備わっている。第２プリズムアレイ６４は、複数のマイクロプリズム６４Ａを含む。マイクロプリズム６４Ａは、図４の第３プリズム４８と、形態面、材質面、及び機能面で同一でありうる。第２基板６６は、第２プリズムアレイ６４のマイクロプリズム６４Ａの材質と同一でありうる。また、第２基板６６の材質は、マイクロプリズム６４Ａの屈折率に近い屈折率を有する材質でありうる。また、第２基板６６の材質は、第１基板６２と実質的に同一でありうる。第１プリズムアレイ６０のマイクロプリズム６０Ａに対する第２プリズムアレイ６４のマイクロプリズム６４Ａの配置は、図４に図示した全反射プリズム４０に対する第３プリズム４８の配置と実質的に同一でありうる。
【００８４】
一方、図１０Ａに図示した光シャッタで、第１基板６２に入射する入射光が球面波であるとき、すなわち、平行光でないときは、図１２に図示したように、第１基板６２の光入射面上に、入射光経路変更手段６８がさらに備わりうる。入射光経路変更手段６８は、自体に入射する入射光６８Ｌの経路を変更させ、第１基板６２の光入射面に平行光を入射させる。言い換えれば、入射光経路変更手段６８は、自体に入射する入射光６８Ｌの進行方向が同一の方向になるように、入射光６８Ｌの経路を変更させる。これによって、第１プリズムアレイ６０に入射する光は平行光になり、各マイクロプリズム６０ａの入射面に垂直に入射する。入射光経路変更手段６８は、例えば、フレネルレンズシート（Ｆｒｅｓｎｅｌ  ｌｅｎｓ  ｓｈｅｅｔ）でありうる。
【００８５】
次に、図１１に図示した光シャッタで、第１基板６２に入射する入射光が球面波であるときは、図１３に図示したように、第１基板６２の光入射面上に、入射光経路変更手段７０がさらに備わりうる。入射光経路変更手段７０は、図１２の入射光経路変更手段６８と実質的に同一でありうる。
【００８６】
図１４Ａは、複数のマイクロプリズムから構成されたプリズムアレイを含む光シャッタの他の実施形態を示している。
【００８７】
図１４Ａを参照すれば、光シャッタは、第３プリズムアレイ７４とイメージセンサ４２とを含む。第３プリズムアレイ７４は、第３基板７４Ａと複数のマイクロプリズム７４Ｂとを含みうる。それぞれのマイクロプリズム７４Ｂは、全反射角調節媒体の一例を示したものである。従って、マイクロプリズム７４Ｂの代わりに、他種の全反射角調節媒体が備わることも可能である。第３基板７４Ａは、イメージセンサ４２に対して所定の角度だけ傾いている。これによって、第３基板７４Ａの光入射面７４ＡＳも、イメージセンサ４２に対して同一角度だけ傾くようになる。第３基板７４Ａの光入射面７４ＡＳ上に、複数のマイクロプリズム７４Ｂが配列されている。複数のマイクロプリズム７４Ｂは、階段式に配列されている。複数のマイクロプリズム７４Ｂは、第３基板７４Ａの光入射面７４ＡＳに付着されている。
【００８８】
説明の理解を助けるために、図１４Ｂには、第３基板７４Ａとマイクロプリズム７４Ｂとを離隔された状態で図示した。マイクロプリズム７４Ｂは、直角プリズムであり、図１０Ａのマイクロプリズム６０Ａと実質的に同一でありうる。マイクロプリズム７４Ｂは、傾斜面、すなわち、全反射面７４Ｓ２が第３基板７４Ａの光入射面７４ＡＳと接触する。このとき、マイクロプリズム７４Ｂの入射光４０Ｌが入射する面７４Ｓ１は、イメージセンサ４２と平行になりうる。従って、イメージセンサ４２と第３基板７４Ａとの間の内角７６は、マイクロプリズム７４Ｂの光入射面７４Ｓ１と全反射面７４Ｓ２との間の内角と同一である。ただし、イメージセンサ４２が、第３プリズムアレイ７４から入射する光７４Ｔに垂直に配された場合には、イメージセンサ４２と第３基板７４Ａとの間の内角７６は、マイクロプリズム７４Ｂの光入射面７４Ｓ１と全反射面７４Ｓ２との間の内角と異なりうる。第３基板７４Ａは、マイクロプリズム７４Ｂを通過した光に対して透明な基板でありうる。第３基板７４Ａの屈折率は、空気の屈折率より大きく、外部作用によるマイクロプリズム７４Ｂの最小屈折率より小さくありうる。光シャッタに入射する入射光４０Ｌは、外部作用の条件によって、マイクロプリズム７４Ｂの全反射面７４Ｓ２で全反射したり屈折されたりする。従って、第３基板７４Ａの光入射面７４ＡＳは、マイクロプリズム７４Ｂの全反射面７４Ｓ２で屈折された光が入射する面である。前記外部作用、例えば、電場４０Ｅによって、マイクロプリズム７４Ｂの全反射面７４Ｓ２で全反射した光７４Ｒは、マイクロプリズム７４Ｂの入射面と直角の面（以下、直角面）を介して放出される。ところで、前記直角面は、光吸収手段４４で覆われている。従って、全反射した光７４Ｒは、光吸収手段４４に吸収され、全反射した光７４Ｒは、隣接したマイクロプリズム７４Ｂに入射されない。
【００８９】
マイクロプリズム７４Ｂは、図面から分かるように、第３基板７４Ａの光入射面７４ＡＳの一番高い部分から一番低い部分まで、階段式に順々に配列されている。これによって、前記外部作用で全反射面７４Ｓ２で全反射した光７４Ｒが、光入射面７４ＡＳに平行に進むとすれば、全反射した光７４Ｒは、隣接した他のマイクロプリズムに影響を与えられないことにもなるので、図１４Ａで、光吸収手段４４は具備されないこともある。
【００９０】
図１４Ｃは、第３プリズムアレイ７４の平面図である。
【００９１】
図１４Ａで、マイクロプリズム７４Ｂとイメージセンサ４２の画素とは、一対一で対応しうる。しかし、１つのマイクロプリズム７４Ｂが、２個またはそれ以上の画素に対応することも可能である。このような事実は、図１０Ａ〜図１３で説明したプリズムアレイを含む光シャッタにも適用され、後述する光シャッタにも適用されうる。このように、１つのプリズムアレイが複数の画素に対応する場合、プリズムアレイ形成のための工程マージンを大きくできるので、プリズムアレイをさらに容易に形成できる。
【００９２】
一方、図１４Ａの光シャッタで、入射光４０Ｌが非平行光であるとき、すなわち、入射光４０Ｌの波面（ｗａｖｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）が平面ではないとき、例えば、球面波であるときは、図１５に図示したように、第３プリズムアレイ７４の前に、入射光４０Ｌの経路を変更させる手段８０（以下、入射光経路変更手段）をさらに具備できる。入射光経路変更手段８０は、前述の入射光経路変更手段と実質的に同一でありうる。
【００９３】
他方、図１６に図示したように、第３プリズムアレイ７４とイメージセンサ４２との間に、第４プリズムアレイ８４をさらに具備できる。第４プリズムアレイ８４は、光路変更手段でありうる。第４プリズムアレイ８４によって、第３プリズムアレイ７４からイメージセンサ４２に屈折された光７４Ｔ（図１４Ａ）は、イメージセンサ４２に垂直に入射する。第４プリズムアレイ８４は、第３基板７４Ａと複数のマイクロプリズム８４Ｂとを含む。第３プリズムアレイ７４及び第４プリズムアレイ８４は、第３基板７４Ａを共有できる。第３基板７４Ａは、２個の基板をボンディングしたものでありうる。このとき、２枚の基板のうち一枚は、第３プリズムアレイ７４に含まれ、残りの１枚の基板は、第４プリズムアレイ８４に含まれうる。第４プリズムアレイ８４のマイクロプリズム８４Ｂは、第３プリズムアレイ７４のマイクロプリズム７４Ｂと実質的に同一でありうる。第４プリズムアレイ８４のマイクロプリズム８４Ｂは、第３基板７４Ａの光放出面７４ＡＴに付着されている。マイクロプリズム８４Ｂの傾斜面が、第３基板７４Ａの光放出面７４ＡＴに接触する。マイクロプリズム８４Ｂの光放出面８４Ｓ１は、マイクロプリズム７４Ｂの光入射面７４Ｓ１に対応し、マイクロプリズム７４Ｂの光入射面７４Ｓ１及びマイクロプリズム８４Ｂの光放出面８４Ｓ１が、互いに平行になるように、マイクロプリズム８４Ｂが付着されている。第４プリズムアレイ８４のマイクロプリズム８４Ｂは、それぞれ第３プリズムアレイ７４のマイクロプリズム７４Ｂと垂直に、一対一で対応する。図１６で、入射光４０Ｌが第３プリズムアレイ７４のマイクロプリズム７４Ｂ、第３基板７４Ａ、及び第４プリズムアレイ８４のマイクロプリズム８４Ｂを通過し、イメージセンサ４２に垂直に入射する過程は、図４で、入射光４０Ｌが、全反射プリズム４０、ギャップ５０、及び第３プリズム４８を通過し、イメージセンサ４２に垂直に入射する過程と異なるところがない。
【００９４】
図１６の光シャッタで、非平行光が入射光として使われるときは、図１７に図示したように、第３プリズムアレイ７４の前方に入射光経路変更手段９０を具備し、非平行入射光６８Ｌを、平行入射光４０Ｌに変更できる。入射光経路変更手段９０は、図１５で説明した入射光経路変更手段８０と実質的に同一でありうる。
【００９５】
図１８Ａは、プリズムアレイを含む光シャッタのさらに他の実施形態を示す。前述の部材については、使用した参照番号をそのまま使用する。
【００９６】
図１８Ａを参照すれば、光シャッタは、第５プリズムアレイ９４を含む。第５プリズムアレイ９４は、図１の全反射角調節媒体３０の他の実施形態でありうる。第５プリズムアレイ９４は、第４基板９４Ａと、複数のマイクロプリズム９４Ｂとを含む。第４基板９４Ａは、イメージセンサ４２と平行になりうる。しかし、イメージセンサ４２は、第５プリズムアレイ９４から出てくる入射光４６Ｔが、自体に垂直に入射するように配されることが可能であるが、その場合には、イメージセンサ４２は、第４基板９４Ａと平行ではない。マイクロプリズム９４Ｂは、第４基板９４Ａの光入射面上に備わっている。第４基板９４Ａの光入射面上に、マイクロプリズム９４Ｂを形成する工程は、図１０Ａの第１プリズムアレイ６０を形成する工程と実質的に同一でありうる。マイクロプリズム９４Ｂのそれぞれは、サイズだけが異なるのみで、図３の第２プリズム４６と実質的に同一でありうる。従って、入射光４６Ｌがマイクロプリズム９４Ｂを通過しつつ屈折光４６Ｔになる過程や全反射される過程は、図３の第２プリズム４６で説明したところと実質的に同一でありうる。
【００９７】
第４基板９４Ａは、入射光４６Ｌに対して透明な基板である。第４基板９４Ａは、マイクロプリズム９４Ｂと実質的に同一の電気光学特性を有する物質であり、外部作用、例えば、電場４６Ｅが印加される状態で、電場４６Ｅの強度によって、マイクロプリズム９４Ｂと同一に屈折率が変わりうる。図１８Ｂは、第５プリズムアレイ９４の平面図である。
【００９８】
図１９は、プリズムアレイを有する光シャッタのさらに他の実施形態を示す図である。
【００９９】
図１９を参照すれば、図１９に図示した光シャッタは、図１８の光シャッタで、イメージセンサ４２と第５プリズムアレイ９４との間に、第６プリズムアレイ９８がさらに備わった場合である。第６プリズムアレイ９８は、光路変更手段の一例に過ぎない。従って、第６プリズムアレイ９８の代わりに、それと同等な機能を行う他の光路変更手段が備わることも可能である。第６プリズムアレイ９８は、シャッタオン状態で、第５プリズムアレイ９４からイメージセンサ４２に進む光（図１８の４６Ｔ）の経路をイメージセンサ４２に垂直に入射する光９８Ｔになるように変更する。このような第６プリズムアレイ９８が備わることによって、図１９の光シャッタで、イメージセンサ４２と第５プリズムアレイ９４は、同一の垂直光軸上に位置しうる。これによって、光シャッタの水平サイズを小さくすることができ、光がイメージセンサ４２に垂直に入射するので、イメージセンサ４２の光センシング効率を高めることができる。
【０１００】
第５プリズムアレイ９４と第６プリズムアレイ９８との間には、ギャップ１００が存在する。ギャップ１００は、例えば、１０μｍ以下でありうる。ギャップ１００の厚みは、均一である。ギャップ１００は、所定の屈折率を有する光学媒質で充填されうる。ギャップ１００を充填する前記光学媒質の屈折率は、第５プリズムアレイ９４及び第６プリズムアレイ９８の屈折率より小さい。ギャップ１００を充填する前記光学媒質は、例えば、空気、または基板９４Ａ，９８Ａより屈折率が小さい他の物質でありうる。従って、ギャップ１００を通過する光は、単に進行方向にギャップ１００の厚みに比例して水平移動する。従って、ギャップ１００の厚みは、イメージセンサ４２の位置を考慮し、適切に決定できる。
【０１０１】
第６プリズムアレイ９８は、第５基板９８Ａと共に、複数のマイクロプリズム９８Ｂを含む。第５基板９８Ａは、第４基板９４Ａと実質的に同一の電気光学物質でありうる。また、第５基板９８Ａは、第４基板９４Ａと実質的に同一の厚みを有しうる。第５基板９８Ａと第４基板９４Ａは、互いに平行であり、ギャップ１００を挟んで対向する。各マイクロプリズム９８Ｂは、配列された方向を除けば、第５プリズムアレイ９４のマイクロプリズム９４Ｂと、電気光学的特性が同一でありうる。第６プリズムアレイ９８でマイクロプリズム９８Ｂは、第５基板９８Ａの光放出面９８ＡＳ２上に付着されている。各マイクロプリズム９８Ｂは、第５プリズムアレイ９４のマイクロプリズム９４Ｂと、一対一で対応する。各マイクロプリズム９８Ｂの配列形態は、第５プリズムアレイ９４の各マイクロプリズム９４Ｂを、ｙ軸を中心に１８０°回転した後、ｘ軸を中心に１８０°回転した場合と同一である。第５プリズムアレイ９４のマイクロプリズム９４Ｂの全反射された光が放出される面には、光吸収手段４４が備わっているので、この面に対応する第６プリズムアレイ９８のマイクロプリズム９８Ｂの面にも、光吸収手段９８Ｃが備わっている。このとき、光吸収手段９８Ｃは、選択的なものであり、具備されないこともある。入射光４６Ｌの進行方向は、実質的に、第５プリズムアレイ９４のマイクロプリズム９４Ｂ及び第６プリズムアレイ９８のマイクロプリズムによって変更され、第５プリズムアレイ９４のマイクロプリズム９４Ｂ及び第６プリズムアレイ９８のマイクロプリズム９８Ｂの形態及び電気光学的特性は、図５の第２プリズム４６及び第４プリズム５２と実質的に同一である。従って、シャッタオン状態で、図１９の光シャッタに入射された光４６Ｌが、第５プリズムアレイ９４、及び第６プリズムアレイ９８を通過し、イメージセンサ４２に入射する過程は、図５の第２プリズム４６、及び第４プリズム５２を通過し、イメージセンサ４２に入射する過程と実質的に同一でありうる。
【０１０２】
図１８Ａの光シャッタに入射する光４６Ｌは、平行光である。しかし、光シャッタには、発散球面波のような非平行光が入射しうる。かような場合には、図２０に例示した光シャッタの場合のように、第５プリズムアレイ９４の前に、入射光経路変更手段１１０を具備できる。入射光経路変更手段１１０は、例えば、フレネルレンズでありうる。入射光経路変更手段１１０は、入射する球面波光６８Ｌを平行光４６Ｌに変化させる。
【０１０３】
一方、図１９に図示した光シャッタに入射する光も非平行光でありうるが、この場合には、図２１に図示した光シャッタの例の通り、第５プリズムアレイ９４の前に、入射光経路変更手段１２０を具備できる。図２１に図示された入射光経路変更手段１２０は、図２０に図示した入射光経路変更手段１１０と同一でありうる。
【０１０４】
図２０及び図２１に例示になった光シャッタで、入射光経路変更手段１１０，１２０は、第５プリズムアレイ９４と直接接触するように整列されることも可能である。しかし、第５プリズムアレイ９４と入射光経路変更手段１１０，１２０との間に、厚みが均一な透明平板がさらに備わることも可能である。
【０１０５】
図２２Ａは、本発明のさらに他の実施形態による光シャッタを示している。
【０１０６】
図２２Ａを参照すれば、光シャッタは、第７プリズムアレイ１３０及び第８プリズムアレイ１４０を含む。第８プリズムアレイ１４０と第７プリズムアレイ１３０は、イメージセンサ４２の上側に順次に整列されている。第７プリズムアレイ１３０、第８プリズムアレイ１４０、及びイメージセンサ４２は、同一の光軸上に整列されている。第７プリズムアレイ１３０及び第８プリズムアレイ１４０間には、ギャップＧ２が存在する。図２２では、図示の便宜並びに図面の理解を助けるために、ギャップＧ２を大きくしてある。ギャップＧ２は、事実、図２３から分かるように、第１環状（ａｎｎｕｌａｒ）マイクロプリズム１３０Ｂの傾斜面と、第２環状マイクロプリズム１４０Ｂの傾斜面との間に存在するギャップである。ギャップＧ２の間隔は、例えば、１０μｍ以下でありうる。
【０１０７】
第７プリズムアレイ１３０は、外部作用、例えば、印加電場Ｅ１の強度、または印加される電圧の大きさによって、入射光Ｌ１が第８プリズムアレイ１４０に進むことを許容するか（シャッタオン）または遮断する（シャッタオフ）機能を有している。第８プリズムアレイ１４０は、光シャッタがシャッタオン状態であるとき、第７プリズムアレイ１３０から来る光の経路を変更させ、光をイメージセンサ４２に垂直に入射させる機能を有している。第７プリズムアレイ１３０は、第６基板１３０Ａと複数の第１環状マイクロプリズム１３０Ｂとを含む。第６基板１３０Ａは、第１環状マイクロプリズム１３０Ｂと、電気光学特性が実質的に同一の物質、例えば、屈折率が電場Ｅ１によって変化する透明物質でありうる。第６基板１３０Ａは、図１０Ａの第１基板６２と実質的に同一でありうる。第１環状マイクロプリズム１３０Ｂは、それぞれサイズが異なる。
【０１０８】
図２２Ｂは、第７プリズムアレイ１３０の底面図である。
【０１０９】
図２２Ｂを参照すれば、第１環状マイクロプリズム１３０Ｂのアレイは、中心に直径が最も小さい環状マイクロプリズムが存在し、その周囲を直径順に環状マイクロプリズムが順次に取り囲んでいる。このような第１環状マイクロプリズム１３０Ｂの断面は、図２２Ａから分かるように、図１０Ａの第１プリズムアレイ６０のマイクロプリズム６０Ａと実質的に同一の直角プリズムである。従って、入射光Ｌ１が、第７プリズムアレイ１３０の環状マイクロプリズム１３０Ｂを通過する過程（全反射面で全反射される過程や屈折される過程）は、図２や図１０Ａで説明したところと実質的に同一でありうる。第７プリズムアレイ１３０のそれぞれの第１環状マイクロプリズム１３０Ｂの全反射面１３０Ｓ１で全反射した光ＲＬ１が入射する、それぞれの第１環状マイクロプリズム１３０Ｂの面に、光吸収手段１３５が付着されている。光吸収手段１３５は、図２で説明した光吸収手段４４と実質的に同一でありうる。第８プリズムアレイ１４０は、第７基板１４０Ａと、複数の第２環状マイクロプリズム１４０Ｂとを含む。
【０１１０】
第７基板１４０Ａは、第６基板１３０Ａと電気光学的特性が実質的に同一の基板でありうる。第６基板１３０Ａ及び第７基板１４０Ａは、互いに平行して厚みが均一でありうる。第２環状マイクロプリズム１４０Ｂは、第１環状マイクロプリズム１３０Ｂの対応部（ｃｏｕｎｔｅｒｐａｒｔ）の役割を果たす。第２環状マイクロプリズム１４０Ｂの断面を見れば、第２環状マイクロプリズム１４０Ｂは、図１１の第２プリズムアレイ６４のマイクロプリズム６４Ａと実質的に同一である。従って、第１環状マイクロプリズム１３０Ｂ及び第２環状マイクロプリズム１４０Ｂが一対一で対応する配列関係は、図１１に図示した第１プリズムアレイ６０及び第２プリズムアレイ６４の配列関係と実質的に同一である。従って、入射光Ｌ１が第１環状マイクロプリズム１３０Ｂ及び第２環状マイクロプリズム１４０Ｂを通過し、イメージセンサ４２に垂直に入射する光ＴＬ１になる過程は、図１１で、入射光が第１プリズムアレイ６０及び第２プリズムアレイ６４のマイクロプリズム６０Ａ，６４Ａを通過する過程と実質的に同一である。
【０１１１】
一方、図２２Ａの光シャッタに入射する光が非平行光であるときは、図２３に図示したように、第７プリズムアレイ１３０の前に、入射光経路変更手段１５０を具備できる。入射光経路変更手段１５０は、前述の入射光経路変更手段８０，９０，１１０，１２０と実質的に同一のものでありうる。入射光経路変更手段１５０は、非平行入射光ＮＬ１の経路を変更させ、平行光に放出する。
【０１１２】
図２４Ａは、本発明のさらに他の実施形態による光シャッタを示している。
【０１１３】
図２４Ａを参照すれば、光シャッタは、第９プリズムアレイ１６０及び第１０プリズムアレイ１７０を含む。第９プリズムアレイ１６０に入射光Ｌ１が入射する。第１０プリズムアレイ１７０は、第９プリズムアレイ１６０とイメージセンサ４２との間に備わっている。第９プリズムアレイ１６０、第１０プリズムアレイ１７０、及びイメージセンサ４２は、同一光軸上に配列されている。第９プリズムアレイ１６０は、外部作用によって、入射光Ｌ１を遮断したり通過させたりする。第１０プリズムアレイ１７０は、光路変更手段の一例であり、第９プリズムアレイ１６０から来る光の経路を変更させ、光をイメージセンサ４２に垂直に入射させる。第９プリズムアレイ１６０及び第１０プリズムアレイ１７０とイメージセンサ４２とは、全体的に平行になるように配列されている。第９プリズムアレイ１６０と第１０プリズムアレイ１７０とは、離隔されている。従って、第９プリズムアレイ１６０及び第１０プリズムアレイ１７０間に、ギャップＧ３が存在する。ギャップＧ３は、所定の光学物質で充填されている。このとき、前記光学物質の屈折率は、第９プリズムアレイ１６０及び第１０プリズムアレイ１７０より小さい。前記光学物質は、空気であるが、他の物質でもよい。第９プリズムアレイ１６０は、第８基板１６０Ａと、複数の第３環状マイクロプリズム１６０Ｂとを含む。第８基板１６０Ａは、第３環状マイクロプリズム１６０Ｂと実質的に同一の電気光学特性を有する物質でありうる。第８基板１６０Ａは、図１０Ａの第１基板６２と実質的に同一でありうる。第８基板１６０Ａは、イメージセンサ４２に平行になりうる。第３環状マイクロプリズム１６０Ｂは、第８基板１６０Ａの光入射面上に付着されている。第３環状マイクロプリズム１６０Ｂは、外部作用によって、屈折率が変化して全反射角が変わる電気光学物質でありうる。複数の第３環状マイクロプリズム１６０Ｂの配列を見れば、図２４Ｂに示したように、真ん中に直径が最も小さい環状マイクロプリズムが存在する。そして、残りの環状マイクロプリズムは、直径が小さい順に、前記最も小さい環状マイクロプリズムを取り囲む。第８基板１６０Ａで全反射した光ＲＬ２が放出される第３環状マイクロプリズム１６０Ｂの面には、光吸収手段１８０が備わっている。光吸収手段１８０は、前述の光吸収手段４４と実質的に同一でありうる。
【０１１４】
第１０プリズムアレイ１７０は、第９基板１７０Ａと、複数の第４環状マイクロプリズム１７０Ｂとを含む。第９基板１７０Ａは、ギャップＧ３を挟んで第８基板１６０Ａと対向する。第９基板１７０Ａは、第８基板１６０Ａ及びイメージセンサ４２と平行になりうる。第９基板１７０Ａは、第８基板１６０Ａと実質的に同一の電気光学特性を有する基板でありうる。第９基板１７０Ａは、第４環状マイクロプリズム１７０Ｂと実質的に同一の電気光学特性を有することができる。また、第９基板１７０Ａは、電気光学特性を有する基板ではないが、透明であってその屈折率は、第４環状マイクロプリズム１７０Ｂの屈折率に近い基板でありうる。第４環状マイクロプリズム１７０Ｂは、第３環状マイクロプリズム１６０Ｂに対応するか、類似した形態で配列されうる。第４環状マイクロプリズム１７０Ｂは、第９基板１７０Ａの光放出面に付着されている。
【０１１５】
図２４Ａを参照すれば、第３環状マイクロプリズム１６０Ｂ及び第４環状マイクロプリズム１７０Ｂの断面は、それぞれ図１９の第５プリズムアレイ９４のマイクロプリズム９４Ｂ並びに第６プリズムアレイ９８のマイクロプリズム９８Ｂと同一である。そして、シャッタオン状態で、入射光Ｌ１が第３環状マイクロプリズム１６０Ｂと、第４環状マイクロプリズム１７０Ｂとを通過する過程は、基本的に、図１９の光シャッタで、入射光４６Ｌが第５プリズムアレイ９４のマイクロプリズム９４Ｂと、第６プリズムアレイ９８のマイクロプリズム９８Ｂとを通過する過程と同一でありうる。従って、シャッタオン状態で、第１０プリズムアレイ１７０を通過し、イメージセンサ４２に向かう光ＴＬ２は、イメージセンサ４２に垂直に入射する。第４環状マイクロプリズム１７０Ｂの断面は、第３環状マイクロプリズム１６０Ｂの断面を、ｙ軸を中心に１８０゜回転させた後、ｘ軸を中心に１８０゜回転させたものと同一である。全反射した光ＲＬ２が放出される第３環状マイクロプリズム１６０Ｂの放出面に対応する、第４環状マイクロプリズム１７０Ｂの面に、光吸収手段１９０が付着されている。シャッタオン状態で、第４環状マイクロプリズム１７０Ｂに入射された光は、屈折面１７０Ｓ２で屈折され、イメージセンサ４２に入射する。このような過程で、屈折面１７０Ｓ２で一部反射光（図示せず）が発生しうる。このように発生した反射光は、隣接した第４環状マイクロプリズムを干渉しうる。光吸収手段１９０は、屈折面１７０Ｓ２で反射される前記反射光を吸収する。従って、光吸収手段１９０を具備することによって、第４環状マイクロプリズム１７０Ｂ間の光干渉を防止できる。前記反射光の光量が小さい場合、光吸収手段１９０を省略することも可能である。
【０１１６】
一方、図２４Ａの光シャッタに入射する光Ｌ１が非平行光であるときは、図２５に図示したように、第９プリズムアレイ１６０の前に、入射光経路変更手段２００を具備できる。入射光経路変更手段２００は、例えば、フレネルレンズでありうる。入射光経路変更手段２００に入射する非平行光ＮＬ１は、入射光経路変更手段２００を通過しつつ光路が変わり、第９プリズムアレイ１６０には、平行光Ｌ１で入射する。
【０１１７】
次に、前述の光シャッタに係わるシミュレーションモデルについて説明し、前記シミュレーションモデルから得られる動作特性について述べる。
【０１１８】
図２６は、前記シミュレーションモデルの一例を示す。このようなシミュレーションモデルは、カメラ光学系に使われることも可能である。
【０１１９】
図２６を参照すれば、前記シミュレーションモデルで、下部電極２１２、下部プリズムアレイ２１４、上部プリズムアレイ２１６、上部電極２１８、及び入射光経路変更手段２２０が順次に積層されている。積層された要素は、界面で接触されうる。前記シミュレーションモデルの下部電極２１２下に、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ２１０が備わっている。結果として、シミュレーションモデルの前記積層物は、ＣＣＤイメージセンサ２１０上に存在する。ＣＣＤイメージセンサ２１０上には、下部電極２１２、下部プリズムアレイ２１４、上部プリズムアレイ２１６、及び上部電極２１８を含む積層物の側面に接触する調節フレーム（ａｄｊｕｓｔｉｎｇ  ｆｒａｍｅ）２２２が備わっている。調節フレーム２２２は、上部プリズムアレイ２１６及び下部プリズムアレイ２１４の隔離距離を調節する。調節フレーム２２２を利用し、上部プリズムアレイ２１６及び下部プリズムアレイ２１４の各マイクロプリズム２１６Ｂ，２１４Ｂの対向する傾斜面間のギャップＧ４を、１０μｍより小さく調節できる。上部プリズムアレイ２１６は、断面が直角プリズムである複数の環状マイクロプリズム２１６Ｂを含む。環状マイクロプリズム２１６Ｂの垂直面、すなわち、全反射面の環状マイクロプリズム２１６Ｂの傾斜面で全反射した光が放出される面に、光吸収手段２２４が備わっている。下部プリズムアレイ２１４は、上部プリズムアレイ２１６から入射する光の経路を変更させる光路変更手段であり、光をＣＣＤイメージセンサ２１０に垂直に入射させる。下部プリズムアレイ２１４は、上部プリズムアレイ２１６の対応物であり、複数の環状マイクロプリズム２１４Ｂを含む。下部プリズムアレイ２１４の環状マイクロプリズム２１４Ｂは、上部プリズムアレイ２１６の環状マイクロプリズム２１６Ｂの対応物であり、各環状マイクロプリズム２１４Ｂ，２１６Ｂは、一対一で対応する。入射光経路変更手段２２０は、フレネルレンズでありうる。前記シミュレーションモデルで、上部プリズムアレイ２１６及び下部プリズムアレイ２１４の材質は、ＫＴＮでありうる。上部電極２１８及び下部電極２１２は透明電極であり、両電極間には、０〜２５０Ｖほどの電圧が印加され、この電圧は、連続的に変化させることができる。前記シミュレーションモデルの横幅は、１ｃｍほどであり、上部プリズムアレイ２１６及び下部プリズムアレイ２１４の全体高さは、１０μｍでありうる。前記シミュレーションモデルの全体厚みは、１ｍｍほどである。
【０１２０】
図２７は、図２６のシミュレーションモデルに係わる等価回路を示している。図２７で、Ｖｓｈｕｔｔｅｒは、図２６の上部プリズムアレイ２１６及び下部プリズムアレイ２１４に印加される電圧を示す。そして、Ｃｓｈｕｔｔｅｒは、上部プリズムアレイ２１６及び下部プリズムアレイ２１４が有するキャパシタンス（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を示す。また、Ｒｕは、負荷抵抗１を示す。また、Ｖは、図２６の光シャッタを含む光学装置に印加される電圧を示す。
【０１２１】
図２８は、図２６のシミュレーションモデルに係わる電圧透過率特性を示している。図２８で、横軸は、前記シミュレーションモデルで、上部電極２１８及び下部電極２１２を介して、上部プリズムアレイ２１６及び下部プリズムアレイ２１４に印加される電圧を示す。そして、縦軸は、かような印加電圧による上部プリズムアレイ２１６及び下部プリズムアレイ２１４の透過率を示す。
【０１２２】
ＫＴＮ材質の上部プリズムアレイ２１６で、環状マイクロプリズム２１６Ｂの固定全反射角は、約２６゜である。上部プリズムアレイ２１６は、外部作用、すなわち、印加電圧によって全反射角が小さくなるように形成されていると見る。そして、上部プリズムアレイ２１６のマイクロプリズム２１６Ｂの傾斜面、すなわち、全反射面に入射するイメージ光の入射角は、２６°よりは小さく、前記電圧印加によって得ることができる最小全反射角よりは、大きい範囲で一定に維持する。例えば、前記最小全反射角が２４゜であるならば、前記イメージ光の入射角は、２５゜に維持できる。
【０１２３】
図２８を参照すれば、印加電圧が０であるとき（印加される電場の強度が０であるとき）、前記シミュレーションモデルの透過率は、１００％に近い値になる。従って、前記シミュレーションモデルは、シャッタオン状態となる。印加電圧が増加（印加される電場の強度が増大）するにつれ、前記シミュレーションモデルの透過率は、０％に近くなるということが分かる。すなわち、印加電圧が増加することによって、上部プリズムアレイ２１６の全反射角は、固定全反射角である２６゜より小さくなり始め、前記イメージ光の入射角より小さくなる。これによって、上部プリズムアレイ２１６に入射するイメージ光は、いずれも全反射される。結果的に、前記シミュレーションモデルは、シャッタオフ状態となる。図２８で、印加電圧によって透過率は連続的に変わる。このような結果によって、与えられた印加電圧範囲で印加電圧を連続的に変化させることによって、透過率を連続的に制御できる。
【０１２４】
一方、前記シミュレーションモデルで、上部プリズムアレイ２１６が外部作用、すなわち、印加電圧によって全反射角が大きくなるように形成されたものであるならば、印加電圧による影響は、図２８と反対に示される。すなわち、印加電圧が０であるとき、前記シミュレーションモデルは、シャッタオフ状態であり、印加電圧が増加することによって、前記シミュレーションモデルは、シャッタオン状態となる。
【０１２５】
図２９は、前記シミュレーションモデルに電圧を印加したとき、印加電圧に対する時間反応、すなわち、シャッタリング状態変化の速度を示す。
【０１２６】
図２９を参照すれば、電圧が印加された後、１ｎｓで透過率は８０％より大きくなることが分かる。このような結果は、電圧を印加し、シャッタオフ状態の前記シミュレーションモデルをシャッタオン状態に変化させるのに、１ｎｓほどしかかからないということを意味する。このようなシャッタリング状態の変化は、可逆的であるから、図２９の結果は、シャッタオン状態をシャッタオフ状態に変化させる時間も、１ｎｓほどであるということを意味する。１ｎｓほどのシャッタ速度は、既存のイメージ処理用高速シャッタに比べて、非常に速いものである。従って、高速でイメージを変形または変調できる。
【０１２７】
図３０〜図３５は、前記シミュレーションモデルに印加される電圧の形態によるシャッタ速度を示す。
【０１２８】
図３０〜図３２は、前記印加される電圧の波形が矩形波（ｓｑｕａｒｅ−ｗａｖｅ）であるときの透過率変化を示し、図３３〜図３５は、前記印加電圧の波形がサイン波（ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ−ｗａｖｅ）であるときの透過率変化を示す。前記電圧の波形は、矩形波またはサイン波に制限されるものではない。
【０１２９】
図３０〜図３２を参照すれば、印加電圧が矩形波であるとき、１０ＭＨｚまでは、透過率変化が安定しており、１ＧＨｚでは、透過率変化に歪曲が示される。図３３〜図３５を参照すれば、印加電圧がサイン波であるときは、１ＧＨｚまで透過率変化が安定していることが分かる。
【０１３０】
図３６は、前述の光シャッタを含む光学装置の一例であり、距離測定用カメラシステムでありうる。
【０１３１】
図３６を参照すれば、光学装置は、光源７１０、光源ドライバ７２０、カメラコントローラ７３０、光イメージセンサ７５０、第１レンズＬＺ１及び第２レンズＬＺ２、フィルタ７８０、並びに光シャッタ７７０を含みうる。第１レンズＬＺ１、フィルタ７８０、光シャッタ７７０、第２レンズＬＺ２、及び光イメージセンサ７５０は、一列に配列されており、同一光軸上にありうる。光源７１０から被写体７００に照射光ＴＬが放出される。このとき、照射光ＴＬは、所定の波長を有する光、例えば、赤外線でありうる。照射光ＴＬは、パルス波またはサイン波の形態で照射されうる。光源７１０は、光源ドライバ７２０によって制御される。光源ドライバ７２０の動作は、カメラコントローラ７３０によって制御される。カメラコントローラ７３０は、光シャッタ７７０と光イメージセンサ７５０の動作を制御する。光イメージセンサ７５０は、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）でありうる。第１レンズＬＺ１は、被写体７００から反射されて来る反射光ＲＬを、フィルタ７８０に入射するのに適するように集める。フィルタ７８０は、反射光ＲＬのうち、照射光ＴＬを除外したノイズ光を除去するための帯域フィルタであり、例えば、ＩＲ帯域フィルタでありうる。第２レンズＬＺ２は、光シャッタ７７０から放出される光を、光イメージセンサ７５０に集光させる役割を果たす。光シャッタ７７０は、前述の本発明の実施形態による光シャッタのうち、いずれか一つでありうる。
【０１３２】
前述の本発明の実施形態による光シャッタは、３Ｄカメラ以外にも、ＬＡＤＡＲ（ｌａｓｅｒ  ｒａｄａｒ）またはディスプレイ装置、例えば、液晶ディスプレイ装置（ＬＣＤ）に適用され、それ以外にも、入射光の透過と遮断とを高速で制御する光学素子が必要な装置には、どのような装置にも適用されうる。
【０１３３】
前記の説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するものとするより、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。よって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって定められるものである。
【符号の説明】
【０１３４】
１  負荷抵抗、
３０  全反射角調節媒体、
３５，４２  イメージセンサ、
４０  全反射プリズム、
４４  光吸収手段、
４６  第２プリズム、
４８  第３プリズム、
５０，５４，７２，１００  ギャップ、
５２  第４プリズム、
５８  コリメーティング手段、
６０  第１プリズムアレイ、
６２  第１基板、
６４  第２プリズムアレイ、
６６  第２基板、
６８，７０，８０，９０，１１０，１２０，１５０，２００，２２０  入射光経路変更手段、
７４  第３プリズムアレイ、
８４  第４プリズムアレイ、
９４  第５プリズムアレイ、
９８  第６プリズムアレイ、
１３０  第７プリズムアレイ、
１４０  第８プリズムアレイ、
１６０  第９プリズムアレイ、
１７０  第１０プリズムアレイ、
１８０，１９０，２２４  光吸収手段、
２１０  ＣＣＤイメージセンサ、
２１２  下部電極、
２１４  下部プリズムアレイ、
２１６  上部プリズムアレイ、
２１８  上部電極、
２２２  調節フレーム、
７００  被写体、
７１０  光源、
７２０  光源ドライバ、
７３０  カメラコントローラ、
７５０  光イメージセンサ、
７７０  光シャッタ、
７８０  フィルタ。
【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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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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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２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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