(57)【要約】【課題】小型軽量のマイクロプリズムアレイを微小量駆動することで光束を短時間にシフトでき、騒音や振動を防止するとともに、露光時間が短い場合にも充分なローパス効果を得ることができるようにすることを課題とする。【解決手段】半導体基盤の主面に複数の光電変換素子が配列されて複数の画素からなる受光領域と、光軸方向に駆動されることで各光電変換素子の入射状態を制御する移動部材からなる光制御領域で構成される固体撮像素子。【選択図】      図１
2004335856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基盤の主面に複数の光電変換素子が配列されて複数の画素からなる受光領域と、
光軸方向に駆動されることで各光電変換素子の入射状態を制御する移動部材からなる光制御領域で構成される固体撮像素子。
【請求項２】
半導体基盤の主面に複数の光電変換素子が配列された受光領域を有する第１の基盤と、
受光領域における複数の光電変換素子各々に対応しそれぞれの入射状態を制御する光制御素子が配列された光制御領域を有する第２の基盤で構成された固体撮像素子の製造方法であって、
第１の基盤と第２の基盤を個別に製造する第１の製造過程と、
第１の基盤と第２の基盤を位置あわせして組み合わせる第２の製造過程により固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
半導体基盤の主面に設けられた複数の光電変換素子と、
複数の光電変換素子各々に対応してそれぞれの入射状態を制御する複数の光制御素子を有する固体撮像素子の製造方法であって、
各々の光制御素子を支持部材で支持した状態で形成する第１の形成ステップと、
形成された光制御素子の各々の支持部材の支持力を減ずる第２の形成ステップにより固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
半導体基盤の主面に複数の光電変換素子が配列された受光領域を有する第１の基盤と、
受光領域における複数の光電変換素子各々に対応しそれぞれの入射状態を制御する光制御素子が配列される光制御領域を有する第２の基盤で構成された固体撮像素子において、
各光制御素子を弾性支持手段により第２の基盤に対して弾性的に支持する事で各光制御素子とそれに対応する各光電変換素子の位置ズレを吸収する固体撮像素子。
【請求項５】
半導体基盤の主面に複数の光電変換素子が配列された受光領域を有する第１の基盤と、
受光領域における複数の光電変換素子各々に対応する光制御素子が配列される光制御領域を有する第２の基盤と、
第１の基盤と第２の基盤を相対的に駆動することで各光電変換素子への入射状態を制御する駆動手段とで構成される固体撮像素子。
【請求項６】
半導体基盤の主面に配列された複数の光電変換素子からなる受光領域と、
各光電変換素子に対応して入射状態を制御する複数の光制御素子からなる光制御領域と、
各光制御素子を駆動することで各光電変換素子への入射光を遮光し、各光制御素子を駆動しないときは各光電変換素子への入射光を許可する駆動手段と、
各光電変換素子の蓄積時間終了に応答して駆動手段を駆動する制御手段とで構成された固体撮像素子を用いたカメラ。
【請求項７】
半導体基盤の主面に配列された複数の光電変換素子からなる受光領域と、
各光電変換素子に対応して入射光を制御する複数の光制御素子からなる光制御領域と、
各光制御素子を駆動することで各光電変換素子への入射光を遮光する駆動手段と、
各光電変換素子ごとに独立したタイミングで駆動手段を駆動する制御手段とで構成された固体撮像素子を用いたカメラ。
【請求項８】
半導体基盤の主面に配列された複数の光電変換素子からなる受光領域と、
各光電変換素子に対応して入射光を制御する複数の光制御素子からなる光制御領域と、
各光制御素子を駆動することで各光電変換素子への入射光を絞る駆動手段と、各光電変換素子ごとに独立した絞り量になる様に駆動手段を駆動する制御手段とで構成された固体撮像素子を用いたカメラ。
【請求項９】
半導体基盤の主面に配列される複数の光電変換素子からなる受光領域と、
各光電変換素子の入射状態を制御する光制御素子からなる光制御領域で構成される固体撮像素子において、
光制御素子は各光電変換素子ごとに設けられた可動マイクロプリズムと、
可動マイクロプリズムに対向し可動マイクロプリズムのプリズム面と略同形状の入射面を有する固定マイクロプリズムと、
可動マイクロプリズムの他端で対向する光導波路と、
可動マイクロプリズムと固定マイクロプリズムの第１の対向間隔及び可動マイクロプリズムと光導波路の第２の対向間隔を変更する駆動手段と、
第１の対向間隔と／或いは第２の対向間隔をにおける主光軸に沿う面での光線の出射による迷光を遮光する遮光手段とで構成され、
駆動手段により第１の対向間隔を変更することで可動マイクロプリズムの全反射状態と透過状態を制御する固体撮像素子。
【請求項１０】
光軸方向に沿って順に配置された第１及び第２の光学部材からなり、前記第１の光学部材の射出面には第１のプリズムアレイが形成され、前記第２の光学部材の入射面には前記第１のプリズムアレイに対向する第２のプリズムアレイが形成され、前記第１及び第２の光学部材の相対位置を変化させて前記第１のプリズムアレイを透過する光束の光路を切り替えることを特徴とする光学素子。
【請求項１１】
前記第１あるいは第２のプリズムアレイは、頂角が略９０度で前記光軸に対して略対称形の格子状プリズムが複数個配列されたことを特徴とする請求項１０に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記第１あるいは第２のプリズムアレイは、頂角が略９０度で前記光軸に対して略対称形の四角錐状プリズムが複数個配列されたことを特徴とする請求項１０に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記第１及び第２の光学部材の相対位置を、前記光軸と直交する方向に変化させることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光学素子。
【請求項１４】
前記第１あるいは第２のプリズムアレイは、第１の斜面の法線が前記光軸に対して略４５度、第２の斜面の法線が前記光軸に対して略９０度の格子状プリズムが複数個配列されたことを特徴とする請求項１０に記載の光学素子。
【請求項１５】
前記第１及び第２の光学部材の相対位置を、前記光軸方向に変化させることを特徴とする請求項１４に記載の光学素子。
【請求項１６】
請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の光学素子と、被写体像を形成する撮影光学系と、前記被写体像を光電変換する撮像手段と、前記光電変換された信号を記録する記録手段とを有し、前記光学素子を前記撮影光学系に配置することを特徴とする撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像素子及びその製造方法ならびに固体撮像素子を用いたカメラに関し、特に受光面に多数の光電変換素子が配置された固体撮像素子における各光電変換素子ごとの光量制御の構造、製造方法、撮影シーケンスに関するもの、固体撮像素子を備えた電子カメラやカムコーダ（ムービーカメラ）、テレビカメラ等の撮影装置において発生するモアレを除去するための光学的ローパスフィルタ、及び該光学的ローパスフィルタを用いた撮影装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
第１の従来の技術について説明する。
【０００３】
図６１は従来一般的に行われているカラー用固体撮像素子の受光部の模式的な断面構成図である。
【０００４】
４１はカラーフィルタであり、４２は固体撮像素子の開口率を上げるために装着されているマイクロレンズである。又、４４は遮光部を４５は１画素の画素領域を示しており、４６は入射光を電荷に変換する光電変換素子を示している。
【０００５】
固体撮像素子は図４に示す画素領域４５を２次元上に複数配列し画素４５ごとに設けられる光電変換素子４６において入射した光の光電変換を行い、その電荷を蓄積し、その電荷を電気回路により構成される転送部（図示せず）に周期的に送り、その電荷量に基づいて画像情報を得ている。
【０００６】
図６１にはカラー用の固体撮像素子を示したがモノクロ用又は単色用の固体撮像素子では４１のカラーフィルタがなく、又、開口率を上げるために装着されているマイクロレンズがついていないものもある。
【０００７】
この様な固体撮像素子は祈願の上に転送部（図示せず）、光電変換素子４６などの固体撮像素子を構成する部分が半導体プロセスを経て順次形成されて製造される。
【０００８】
又、カラー撮像素子のカラーフィルタもフォトリソグラフィ法或いは印刷法によって形成され、開口率を上げるために装着されているマイクロレンズもまたフォトリソグラフィ法やドライエッチング工程など半導体プロセスを通して製造される。
【０００９】
現在、こうした撮像システムの中に用いられる固体撮像素子としてはラインセンサ、エリアセンサなどが存在し、それぞれ用途に応じたものが様々な分野において利用されており、固体撮像素子自体の性能も年々向上している。
【００１０】
次に固体撮像素子の一般的な特性について説明する。
【００１１】
図６２は固体撮像素子の画素における入射光に対する電荷の出力特性を模式的に示しており、図６２に示すように入射光の照度がある値よりも低い場合には照度に応じてその出力も増大するが、それ以上になると出力が飽和するという特性を有している。
【００１２】
この様に固体撮像素子は光電変換の感度幅、即ちラチチュードが狭いという問題を有している。
【００１３】
又、光電変換された電荷は一時各画素に蓄積されるが、入射光の光量が過大になると各画素に蓄積できる電荷量がその限界を超え余剰電荷が他の画素に流れ込んでゆくといった現象を引き起こし著しく画像を劣化させる。
【００１４】
この様な問題を有しているためにカメラなどに固体撮像素子が用いられる場合には固体撮像素子への光量を制限するための絞りやＮＤフィルタを設けている。
【００１５】
しかしこの様な方法は固体撮像素子全体に照射される光量を制御するだけの為に輝度の違いの大きい被写体を撮影する場合には適していない。
【００１６】
そのことを以下に具体的に説明する。
【００１７】
図６３は明るさの違いが大きい被写体の例であり、フレーム５２は固体撮像素子で撮影される範囲を示している。
【００１８】
図６３において５３は背景に位置する比較的明るい山、５４は光量の大きい太陽、５５は太陽５４をバックにした人物である。
【００１９】
この様な時に背景となる山５３を適正に露光するように絞りやＮＤフィルタを設定すると人物５５の光量が不足して暗くなってしまう。
【００２０】
又、人物５５が適正に露光されるように絞りやＮＤフィルタを設定すると比較的明るい山５３は露光過多になるために白く飛んでしまい、画像に残らない。
【００２１】
更に太陽５４の近傍においては光電変換素子の出力が飽和して他の画素に流れ込んだり、電荷転送部においても電荷が蓄積される現象が発生しブルーミング、スミアと呼ばれる画像劣化が生じてしまう。
【００２２】
又、こうした問題以外にも固体撮像素子の製造時におけるシリコンウエハの欠陥、シリコン酸化膜などの膜厚や膜質の相違、固体撮像素子のカバーガラス表面の汚れ、傷などに起因して各画素の感度ばらつきを生じるという問題を有していた。
【００２３】
そのような問題を解決する方法として各光電変換素子ごとに入射する光量を制御する方法が考案されている。
【００２４】
この方法によれば各画素ごとに入射光量を制御できるので、前述した太陽５４周辺に対応する画素に入射する光量を減光して画像劣化を防いだり、各画素の感度ばらつきを入射光量制御で補完したり、更には固体撮像素子を用いたカメラで問題になる周辺画素での感度低下（シェーディング）を補正することが可能になる。
【００２５】
この様な提案は特開昭６３−３５０８１に開示されているようにいくつかの光電変換素子をまとめて一つのグループにして、各グループごとに入射面に液晶シャッタを設ける方法や、特開平８−２９４０５９に開示されているように各光電変換素子の全面に個別に液晶を設けて各々の光電変換素子に入射する光量を独立に制御する方法がある。
【００２６】
図６４は液晶を用いた光量制御の方法を示しており、図６１で示した固体撮像素子においてマイクロレンズ４２と光電変換素子４６の間に光変調素子５６が設けられている。
【００２７】
光変調素子５６はエレクトロミック素子や液晶素子などの物性素子よりなり電圧などを印加することでその光透過率を変化させることが出来るものである。
【００２８】
この様な構成にすれば撮影に先立って被写体を固体撮像素子で観察し、出力が飽和しそうな光電変換素子を特定し、本撮影時には出力が飽和しそうな光電変換素子に対応する光変調素子５６を駆動して入射光量を減らすことが出来る。
【００２９】
そのために明るさの差が大きい被写体においても画像劣化や白とびのない撮像を行うことが出来る。
【００３０】
又、各光電変換素子ごとに光変調素子が設けられているので、予め測定されている固体撮像素子製造時の各光電変換素子の感度ばらつきを補完する様に光変調素子を駆動することで感度を一様化できる。
【００３１】
例えば固体撮像素子の中でもっとも感度の低い光電変換素子に対応する光変調素子の透過率を最大にして、順に感度の高い光電変換素子毎に対応する光変調素子の透過率を変えてゆくことですべての光電変換素子の感度をそろえることが出来る。
【００３２】
更には固体撮像素子の中で周辺部の光電変換素子よりも中央部の固体撮像素子に対応する光変調素子の透過率を低く設定することでシェーディングの補正も行える。
【００３３】
次に、第２の従来の技術について説明する。
【００３４】
固体撮像素子を用いた撮影装置では、画素の配列ピッチで決まるサンプリング周波数の１／２の周波数（ナイキスト周波数）よりも高周波の成分が画像に含まれている場合、モアレと呼ばれる擬似信号が発生して画像を悪化させてしまうという問題がある。
【００３５】
そこで、この問題を除去するために、撮影光学系の内部あるいは撮像素子の前方に画像の高周波成分を除去するための光学素子、すなわち光学的ローパスフィルタが用いられる。このような光学的ローパスフィルタとして、水晶等の複屈折を利用した複屈折板が代表的なものだが、当光学素子は高価なため、以下のような光学的ローパスフィルタが提案されている。
【００３６】
例えば特開平３−２９６０１３号公報では、撮影光学系あるいは撮像素子を光軸と直交する方向に周期的に振動させることで撮影光束をずらし、ローパス効果を得ている。
【００３７】
また特開平８−４３８７８号公報では、撮影光学系の内部に配置された液体プリズムを高速駆動してその頂角を周期的に振動させ、撮影光束の方向を微小に変位させることでローパス効果を得ている。
【００３８】
また特開平１１−２１５５１４号公報では、カラーフィルタアレイと、ダイクロミラーを形成したマイクロプリズムアレイを撮像素子の直前に配置し、マイクロプリズムによる光の反射を利用してローパス効果を得ている。
【００３９】
さらには特登録２５３９４２４号公報では、互いに平行で少なくとも２つの境界面を有した光学素子を光軸に対して略４５度の角度に配置し、該境界面で光束の複数回反射させることで光束をずらし、ローパス効果を得ている。
【００４０】
第２の従来技術について説明する。
【００４１】
固体撮像素子を用いた撮影装置では、画素の配列ピッチで決まるサンプリング周波数の１／２の周波数（ナイキスト周波数）よりも高周波の成分が画像に含まれている場合、モアレと呼ばれる擬似信号が発生して画像を悪化させてしまうという問題がある。
【００４２】
そこで、この問題を除去するために、撮影光学系の内部あるいは撮像素子の前方に画像の高周波成分を除去するための光学素子、すなわち光学的ローパスフィルタが用いられる。このような光学的ローパスフィルタとして、水晶等の複屈折を利用した複屈折板が代表的なものだが、当光学素子は高価なため、以下のような光学的ローパスフィルタが提案されている。
【００４３】
例えば特開平３−２９６０１３号公報では、撮影光学系あるいは撮像素子を光軸と直交する方向に周期的に振動させることで撮影光束をずらし、ローパス効果を得ている。
【００４４】
また特開平８−４３８７８号公報では、撮影光学系の内部に配置された液体プリズムを高速駆動してその頂角を周期的に振動させ、撮影光束の方向を微小に変位させることでローパス効果を得ている。
【００４５】
また特開平１１−２１５５１４号公報では、カラーフィルタアレイと、ダイクロミラーを形成したマイクロプリズムアレイを撮像素子の直前に配置し、マイクロプリズムによる光の反射を利用してローパス効果を得ている。
【００４６】
さらには特登録２５３９４２４号公報では、互いに平行で少なくとも２つの境界面を有した光学素子を光軸に対して略４５度の角度に配置し、該境界面で光束の複数回反射させることで光束をずらし、ローパス効果を得ている。
【００４７】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来の技術について、以下のような課題があった。
【００４８】
以上説明した光変調素子５６は上述したようにエレクトロミック素子や液晶素子などの物性素子より形成されているが、この様な物性素子は完全な透過状態や完全な遮光状態を作るのが難しいという欠点がある。
【００４９】
そのために光電変換素子４６の全面に光変調素子５６を配置すると、その透過率が最大の場合においても光変調素子５６が配置されていない状態よりも光電変換素子４５に入射する光量は減少してしまう。
【００５０】
即ち光電変換素子４６の絶対感度が低下してしまうという欠点があった。
【００５１】
そのために被写体が暗い場合には良好な撮影が出来なくなる。
【００５２】
又、被写体が極めて明るい場合においては光電変換素子４５の蓄積が完了して電荷を転送する場合においても光電変換素子には僅かに光線の入射があり、画像を劣化させてしまう。
【００５３】
これは光変調素子５６は完全な遮光状態が出来ないため外界からの光線が光電変換素子５６に漏れ出てしまうからである。
【００５４】
更に光変調素子５６は応答性が低いという問題がある。
【００５５】
これは光変調素子５６の透過状態を変更すること、例えば透過率最大から最小に変更する動作は緩慢であり、特に低温下においてはその動作が極めて遅くなる現象が有る。
【００５６】
この様な現象は撮影前に予め各光電変換素子へ入射する光量を制限するという目的の場合には、応答性はあまり考えなくて良いのでさほど問題にはならない。
【００５７】
しかし、光電変換素子４６に蓄積された電荷を転送する段階において光電変換素子４６への光線の入射を防ぐという目的においてはその応答性は許容できず、例えば電荷転送時に光電変換素子４６に更に電荷が蓄積し、その電荷も転送されてしまうことになってしまうので画像を劣化させてしまう。
【００５８】
この様に光変調素子５６を各光電変換素子４６に対応させて配置すると各画素ごとに入射光量を制御できるので、明るさの差が大きい被写体に対しても適切な撮影が出来るダイナミックレンジの広い固体撮像素子が実現でき、更に各画素の感度ばらつきを入射光量制御で補完したり、更には固体撮像素子を用いたカメラで問題になる周辺画素での感度低下（シェーディング）を補正することが可能になるが、カメラでもっとも大切な条件である感度の低下や、画像劣化（光変調素子５６の低応答性による光線漏れ）という問題が残っていた。
【００５９】
そこで本発明においては上述した光変調素子５６を用いた固体撮像素子の長所（ダイナミックレンジの拡大、ばらつき補完、シェーディング補正）を生かし、且つ問題点（絶対感度の低下、低応答性による光線漏れ）を解決してゆくことで高画質で撮影領域の広い（明るさの差が大きい被写体においても良好な撮影が出来る）固体撮像素子を実現することを目的としている。
【００６０】
更にそのような固体撮像素子を安定して製造する方法を確立してゆくこと、並びにそのような固体撮像素子をデジタルカメラに適応してゆくときの撮影システムを構築してゆくことを目的としている。
【００６１】
また、上記第２の従来の技術について、以下のような課題がある。
【００６２】
特開平３−２９６０１３号公報及び特開平８−４３８７８号公報に開示された従来技術では、駆動対象である撮影光学系、撮像素子もしくは液体プリズムは、一般に質量が大きいために高速駆動が困難で、露光時間が短い撮影シーンでは充分なローパス効果を得ることができない。また駆動に伴って騒音や振動が生じる恐れもある。
【００６３】
特開平１１−２１５５１４号公報に開示された従来技術では、マイクロプリズムアレイの各単位プリズムを撮像素子の各画素に対して１対１で正確に位置合わせをする必要がある。また一般にダイクロミラーは入射角に対する波長依存性が大きいため、撮影素子の中心と周辺で撮像素子の分光感度特性が異なってしまう欠点もある。
【００６４】
特登録２５３９４２４号公報に開示された従来技術では、撮影光軸に対して光学素子を所定角度傾けて配置しなければならず、光軸方向に多大なスペースが必要となって機器が大型化してしまう。
【００６５】
そこで本発明は、２枚のマイクロプリズムアレイを所定の波形で相対的に駆動し、該アレイ内での光束の経路を微小に変位させることで、小型かつローパス効果が可変の光学的ローパスフィルタを提供することを目的としている。
【００６６】
第２の従来技術の課題について説明する。
【００６７】
しかしながら、上記従来技術には、以下のような欠点がある。
【００６８】
特開平３−２９６０１３号公報及び特開平８−４３８７８号公報に開示された従来技術では、駆動対象である撮影光学系、撮像素子もしくは液体プリズムは、一般に質量が大きいために高速駆動が困難で、露光時間が短い撮影シーンでは充分なローパス効果を得ることができない。また駆動に伴って騒音や振動が生じる恐れもある。
【００６９】
特開平１１−２１５５１４号公報に開示された従来技術では、マイクロプリズムアレイの各単位プリズムを撮像素子の各画素に対して１対１で正確に位置合わせをする必要がある。また一般にダイクロミラーは入射角に対する波長依存性が大きいため、撮影素子の中心と周辺で撮像素子の分光感度特性が異なってしまう欠点もある。
【００７０】
特登録２５３９４２４号公報に開示された従来技術では、撮影光軸に対して光学素子を所定角度傾けて配置しなければならず、光軸方向に多大なスペースが必要となって機器が大型化してしまう。
【００７１】
そこで本発明は、２枚のマイクロプリズムアレイを所定の波形で相対的に駆動し、該アレイ内での光束の経路を微小に変位させることで、小型かつローパス効果が可変の光学的ローパスフィルタを提供することを目的としている。
【００７２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、一手段として、半導体基盤の主面に複数の光電変換素子が配列されて複数の画素からなる受光領域と、光軸方向に駆動されることで各光電変換素子の入射状態を制御する移動部材からなる光制御領域で構成される固体撮像素子を提供する。
【００７３】
また、一手段として、半導体基盤の主面に複数の光電変換素子が配列された受光領域を有する第１の基盤と、受光領域における複数の光電変換素子各々に対応しそれぞれの入射状態を制御する光制御素子が配列された光制御領域を有する第２の基盤で構成された固体撮像素子の製造方法であって、第１の基盤と第２の基盤を個別に製造する第１の製造過程と、第１の基盤と第２の基盤を位置あわせして組み合わせる第２の製造過程により固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法を提供する。
【００７４】
また、一手段として、半導体基盤の主面に設けられた複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子各々に対応してそれぞれの入射状態を制御する複数の光制御素子を有する固体撮像素子の製造方法であって、各々の光制御素子を支持部材で支持した状態で形成する第１の形成ステップと、形成された光制御素子の各々の支持部材の支持力を減ずる第２の形成ステップにより固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法を提供する。
【００７５】
また、一手段として、半導体基盤の主面に複数の光電変換素子が配列された受光領域を有する第１の基盤と、受光領域における複数の光電変換素子各々に対応しそれぞれの入射状態を制御する光制御素子が配列される光制御領域を有する第２の基盤で構成された固体撮像素子において、各光制御素子を弾性支持手段により第２の基盤に対して弾性的に支持する事で各光制御素子とそれに対応する各光電変換素子の位置ズレを吸収する固体撮像素子を提供する。
【００７６】
また、一手段として、半導体基盤の主面に複数の光電変換素子が配列された受光領域を有する第１の基盤と、受光領域における複数の光電変換素子各々に対応する光制御素子が配列される光制御領域を有する第２の基盤と、第１の基盤と第２の基盤を相対的に駆動することで各光電変換素子への入射状態を制御する駆動手段とで構成される固体撮像素子を提供する。
【００７７】
また、一手段として、半導体基盤の主面に配列された複数の光電変換素子からなる受光領域と、各光電変換素子に対応して入射状態を制御する複数の光制御素子からなる光制御領域と、各光制御素子を駆動することで各光電変換素子への入射光を遮光し、各光制御素子を駆動しないときは各光電変換素子への入射光を許可する駆動手段と、各光電変換素子の蓄積時間終了に応答して駆動手段を駆動する制御手段とで構成された固体撮像素子を用いたカメラを提供する。
【００７８】
また、一手段として、半導体基盤の主面に配列された複数の光電変換素子からなる受光領域と、各光電変換素子に対応して入射光を制御する複数の光制御素子からなる光制御領域と、各光制御素子を駆動することで各光電変換素子への入射光を遮光する駆動手段と、各光電変換素子ごとに独立したタイミングで駆動手段を駆動する制御手段とで構成された固体撮像素子を用いたカメラを提供する。
【００７９】
また、一手段として、半導体基盤の主面に配列された複数の光電変換素子からなる受光領域と、各光電変換素子に対応して入射光を制御する複数の光制御素子からなる光制御領域と、各光制御素子を駆動することで各光電変換素子への入射光を絞る駆動手段と、各光電変換素子ごとに独立した絞り量になる様に駆動手段を駆動する制御手段とで構成された固体撮像素子を用いたカメラを提供する。
【００８０】
また、一手段として、半導体基盤の主面に配列される複数の光電変換素子からなる受光領域と、各光電変換素子の入射状態を制御する光制御素子からなる光制御領域で構成される固体撮像素子において、光制御素子は各光電変換素子ごとに設けられた可動マイクロプリズムと、可動マイクロプリズムに対向し可動マイクロプリズムのプリズム面と略同形状の入射面を有する固定マイクロプリズムと、可動マイクロプリズムの他端で対向する光導波路と、可動マイクロプリズムと固定マイクロプリズムの第１の対向間隔及び可動マイクロプリズムと光導波路の第２の対向間隔を変更する駆動手段と、第１の対向間隔と／或いは第２の対向間隔をにおける主光軸に沿う面での光線の出射による迷光を遮光する遮光手段とで構成され、駆動手段により第１の対向間隔を変更することで可動マイクロプリズムの全反射状態と透過状態を制御する固体撮像素子を提供する。
【００８１】
また、一手段として、光軸方向に沿って順に配置された第１及び第２の光学部材からなり、前記第１の光学部材の射出面には第１のプリズムアレイが形成され、前記第２の光学部材の入射面には前記第１のプリズムアレイに対向する第２のプリズムアレイが形成され、前記第１及び第２の光学部材の相対位置を変化させて前記第１のプリズムアレイを透過する光束の光路を切り替えることを特徴とする光学素子を提供する。
【００８２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態であり、固体撮像素子１０の断面図を示している。
【００８３】
図において各構成部材の部番の末尾にあるアルファベットは各画素ごとの識別の為に設けられており、文中で部番末尾にアルファベットがない場合はそれらの総称を示している。
【００８４】
１１ａａはマイクロレンズであり、後述する光電変換素子１１１の一つ一つに対応して設けられ屈折率が２．０以上のＴＩＯ２の透明明層をエッチング法により削ってレンズ形状にしている。
【００８５】
１２ａａはカラーフィルタであり例えばベイヤー配列の原色フィルタの場合には赤、青、緑のフィルタが交互に隣接し固体撮像素子１０を上面から見て図１ｂの様に配置されている。
【００８６】
図２において１２ａａ、１２ａｃ、１２ｃａ、１２ｃｃは赤フィルタ、１２ａｂ，１２ａｃ、１２ｂａ、１２ｂｃ、１２ｃｂ、１２ｃｄ、１２ｄａ、１２ｄｃは緑フィルタ、１２ｂｂ、１２ｂｄ、１２ｄｂ、１２ｄｄは青フィルタである。
【００８７】
各フィルタは所望色の顔料もしくは染料を含有させた樹脂（カラーレジン）の層をフォトリソグラフィ法等の方法によって所定箇所に形成することによって作成することが出来る。
【００８８】
１３ａａは光導波路でありマイクロプリズム同様にＴＩＯ２の透明明層をエッチング法により削って形成された円筒形状をしている。
【００８９】
平坦化層１５は光導波路１３ａａの外周を包むようにＳＩＯ２で形成され、各々の光導波路を結合させている。
【００９０】
平坦化層１５の材質ＳＩＯ２の屈折率は１．５程度であり光導波路１３の材料ＴＩＯ２の屈折率２．３程度とは異なるので光導波路１３に入射する光線のうちその側面１４から出射しようとする光線は平坦化層１５との界面で全反射されて光電変換素子１１１方面に導かれる。
【００９１】
そのために光電変換素子１１１に導かれる光量が多くなり固体撮像素子１０の感度が向上する。
【００９２】
平坦化層１５には後述するシリコン製の板バネ１６ａａが設けられており、その板バネ１６ａａの他端には可動マイクロプリズム１７ａａが形成されている。
【００９３】
可動マイクロプリズム１７ａａは光導波路１３ａａ上にＴＩＯ２で形成されているが、製造過程においてはその間に極めて薄い犠牲層を設け、可動マイクロプリズム形成後にその犠牲層をエッチング処理で除去する事で光導波路１３ａａと可動マイクロプリズム１７ａａを分離している。
【００９４】
可動マイクロプリズム１７ａａの先端はコーナーキューブ形状をしており、先端部にはＩＴＯからなる透明電極層１８ａａ及びＳＩＯ２からなる絶縁層１９ａａが設けられている。
【００９５】
以上マイクロレンズ１１、カラーフィルタ１２、光導波路１３、平坦化層１５、板バネ１６により第２の基盤を形成している。
【００９６】
平坦化層１５と同様にＳＩＯ２で形成されたベース層１１０の最端部には光電変換素子１１１ａａが設けられている。
【００９７】
光電変換素子１１１は例えばｐ型不純物領域（図の煩雑を避けるために省略しているが光電変換素子１１１の下面全体にわたりベース層として形成されている）の上にｎ型不純物領域を行列上に設け、その各々の上にｐ＋型不純物領域を設けることによって形成された埋め込み型のフォトダイオードであり、ｎ型不純物領域は電荷蓄積領域として機能する。
【００９８】
光電変換素子１１１ａａに隣接して読み出しゲート１１２ａａが設けられている。
【００９９】
読み出しゲート１１２ａａは垂直転送電極１１３ａａの一領域であり、ポリシリコン層により形成される。
【０１００】
垂直転送電極１１７ａａ対向して垂直転送電荷転送路１１４ａａが設けられている。
【０１０１】
そして垂直転送電極１１３ａａに読み出しパルス（例えば１５Ｖ）を印加すると、この垂直転送電極１１３ａａに対応する光電変換素子（ここでは光電変換素子１１１ａａ）に蓄積されている電荷は読み出しゲート１１２ａａを介して対応する垂直電荷転送路１１４ａａに読み出される。
【０１０２】
１１５ａａはチャネルストップ領域であり、光電変換素子１１１ａａの読み出しゲート１１２ａａ以外の周囲を囲む様に設けられている。
【０１０３】
チャネルストップ領域１１５ａａは隣接するほかの放電変換素子や転送領域とを電気的に分離する為に設けられている。
【０１０４】
光電変換素子１１１から垂直電荷転送路１１４への電荷読み出しは光電変換素子１１１単位で行われ、インターレース走査、プログレッシブ走査、全画素読み出しなど種々の読み出し形態が有る。
【０１０５】
ベース層１１０には固定マイクロプリズム１１６ａａが設けられている。
【０１０６】
固定マイクロプリズム１１６ａａはＴＩＯ２で形成されており、可動マイクロプリズム１７ａａとの対向面はその先端形状を転写した形状になっている。
【０１０７】
そしてその先端部にはＩＴＯからなる透明電極層１１７ａａ及びＳＩＯ２からなる絶縁層１１８ａａが設けられている。
【０１０８】
ここでもベース層１５の材質ＳＩＯ２の屈折率は１．５程度であり固定マイクロプリズム１１６の材料ＴＩＯ２の屈折率２．３程度とは異なるので固定マイクロプリズム１１６に入射する光線のうちその側面から出射しようとする光線はベース層１１０との界面で全反射されて光電変換素子１１１方面に導かれる。
【０１０９】
１１９ａａはアルミニウムの遮光層であり、光導波路１４と可動マイクロプリズム１７の間の隙間（第２の対向間隔）より平坦化層１５やベース層１１０に入射する迷光や可動マイクロプリズム１７と固定マイクロプリズム１１６の間の隙間（第１の対向間隔）よりベース層１１０に入射する迷光が光電変換素子１１１に到達したいための遮光手段として設けてある。
【０１１０】
これらベース層１１０、光電変換素子１１１、読み出しゲート１１２、垂直転送電極１１３、垂直転送路１１４、チャネルストップ領域１１５、固定マイクロプリズム１１６、遮光層１１９により第１の基盤を形成している。
【０１１１】
この様な構造の固体撮像素子１０においてマイクロレンズ１１より入射した光線の様子を以下に説明する。
【０１１２】
マイクロレンズ１１ａａの場合には光導波路１３ａａと可動マイクロプリズム１７ａａの間隔（第２の対向間隔）は例えば０．５μｍ程度と極めて微小であり、反対に可動マイクロプリズム１７ａａと固定マイクロプリズム１１６ａａの間隔（第１の対向間隔）は１．０μｍから２．０μｍ程度の隙間が有る。
【０１１３】
この様な場合には光導波路１３ａａから可動マイクロプリズム１７ａａにはその間の第２の対向間隔を通して光線１２０ａａが入射するが、可動マイクロプリズム１７ａａの先端部においては図の様に光線１２０ａａは折り返して被写体側に反射してしまう。
【０１１４】
これは可動マイクロプリズム１７ａａの先端と固定マイクロプリズム１１６ａａの先端が離れているために、可動マイクロプリズム１７ａａの屈折率（２．３程度）と空気層の屈折率（１．０）の違いにより可動マイクロプリズム１７ａａ先端のコーナーキューブ面で光線１２０ａａを全反射させる為である。
そのためにマイクロレンズ１１ａａを透過した光線は光電変換素子１１１ａａまで届かない。
【０１１５】
即ちこの様な可動マイクロプリズム１７ａａの状態のときは光電変換素子１１１ａａに対してはシャッタが閉じた状態である。
【０１１６】
反対にマイクロレンズ１７ａｃの場合には光導波路１３ａｃと可動マイクロプリズム１７ａｃの間隔（第２の対向間隔）は例えば１．０μｍ程度隙間があり、可動マイクロプリズム１７ａｃと固定マイクロプリズム１１６ａｃの間隔（第１の対向間隔）は０．５μｍ程度と極めて微小になっている。
【０１１７】
この様な場合にも光導波路１３ａｃから可動マイクロプリズム１７ａｃにはその間の第２の対向間隔を通して光線１２０ａｃが入射する。
【０１１８】
これは第２の対抗間隔は開いているが光導波路１３ａａの先端は入射する光線１２０ａｃに対しては直角な関係にあるために屈折率の違いによる全反射が生じないためである。
【０１１９】
そのため光線１２０ａｃは光導波路１３ａｃ出射して可動マイクロプリズム１７ａｃに入射する。
【０１２０】
可動マイクロプリズムに１７ａｃに入射した光線１２０ａｃはその先端部において光線１２０ａａの様に折り返して反射されずに、そのまま固定マイクロプリズム１１６ａｃに入射してゆく。
【０１２１】
これは第１の対向間隔が狭くなっており、更に可動マイクロプリズムの屈折率（２．３程度）と固定マイクロプリズムの屈折率（２．３程度）が揃っているために可動マイクロプリズム１７ａｃの先端で光線の全反射が生じないためである。
【０１２２】
固定マイクロプリズム１３ａｃに入射した光線１２０ａｃはそのまま光電変換素子１１１ａｃに導かれる。
【０１２３】
即ちこの様な可動マイクロプリズム１７ａｃの状態のときは光電変換素子１１１ａｃに対してはシャッタが開いた状態である。
【０１２４】
可動マイクロプリズム１７とそれを支持する板バネ１６の状態は製造時は可動マイクロプリズム１７ａｃの様に第２の対向間隔が開いた状態に形成されている。
【０１２５】
そして板バネ１６に逆らって可動マイクロプリズム１７を光導波路１３方向に移動させると可動マイクロプリズム１７ａａの状態になる。
【０１２６】
ここで、可動マイクロプリズム１７を１７ａａの様な位置に設定にする駆動方法を説明する。
【０１２７】
このとき可動マイクロプリズム１７ａａの透明電極層１８ａａをプラスに帯電させ、同様に固定マイクロプリズム１１６ａａの透明電極層１１７ａａもプラスに帯電させる。
【０１２８】
すると可動マイクロプリズム１７ａａと固定マイクロプリズム１１６ａａは互いに反発して可動マイクロプリズム１７ａａは板バネ１６ａａのバネ力に逆らって光導波路１３ａａの方向に押されて第１の対向間隔が開き第２の対向間隔が狭くなる。
【０１２９】
この様に可動マイクロプリズム１７を駆動させないときはシャッタ開き、駆動させるとシャッタ閉じるノーマリーオープンのシャッタが出来る。
【０１３０】
反対に２つの透明電極１８ａａ、１１７ａａの帯電を解くと板バネ１６ａａの復元力で可動マイクロプリズム１７ａａは可動マイクロプリズム１７ａｃの状態に戻る。
【０１３１】
もちろん２つの透明電極１８ａａ、１１７ａａの帯電を解く変わりに透明電極１１７ａａをマイナスに帯電させること可動マイクロプリズム１７ａａを固定マイクロプリズム１１６ａａ側に吸引してもよく、例えば１０ｍｓｅｃ程度吸引力を発生させて可動マイクロプリズム１７ａａを可動マイクロプリズム１７ａｃの状態に戻し、その後板バネ１６ａａのバネ力でその状態を保つようにしても良い。
【０１３２】
今、一般的な固体撮像素子１０における画素ピッチから可動マイクロプリズム１７ａｃの質量を求め、その質量に対して１００倍の力（１００Ｇ）が加わっても可動マイクロプリズム１７ａｃのたわみが第２の対向間隔の１／５程度になる様な板バネ１６ａｃのバネ定数を設定した場合を考える。
【０１３３】
これは固体撮像素子１０を落下させてしまったときに可動マイクロプリズム１７ａｃが光導波路１３ａｃや固定マイクロプリズム１１７ａａに対して衝撃的にぶつかり互いが破壊されることを防ぐだけの支持力を設定したことになる。
【０１３４】
この様なバネ定数を設定した場合、可動マイクロプリズム１７ａｃを可動マイクロプリズム１７ａａの位置に板バネ１６ａｃのバネ力に逆らって移動させる為には２つの透明電極層１８ａａ、１１７ａａは共に１０Ｖ程度に帯電させておけばよい。
【０１３５】
特に駆動当初は２つの透明電極層１８ａａ、１１７ａａは近づいている（第１の対向間隔が狭い）ために、この電圧を与えることで可動マイクロプリズムを動き出させるのに十分な駆動力を与えられる。
【０１３６】
一般的に質点を動かすときには摩擦などの影響により動き始めに大きな力が必要になるが、上記の様に動き始めのときに静電力を発生させるギャップが狭いとそのときの発生力が極めて大きくなり、摩擦に逆らって安定な駆動が行える。
【０１３７】
もちろん上述したように反発を利用した駆動方法ではなく、吸引を利用して駆動する方法もある。
【０１３８】
これは図１において第２の基盤を形成するときに第２の対向間隔が狭く、第１の対向間隔が広くなる様に（可動マイクロプリズム１７ａａの位置）板バネ１６と可動マイクロプリズム１７の関係を設定すればよい。
【０１３９】
この場合には通常位置が可動マイクロプリズム１７ａａの様にシャッタ閉じであり、ここから２つの透明電極１８ａａと１１７ａａをプラスとマイナスに帯電させて互いに吸引させることで可動マイクロプリズム１７ａｃの状態を作り出す。
【０１４０】
この様に可動マイクロプリズム１７を駆動させないときはシャッタ閉じ、駆動させるとシャッタ開くノーマリークローズのシャッタが出来る。
【０１４１】
そして板バネ１６のバネ力を上述と同様に可動マイクロプリズム１７の質量に対して１００倍の力（１００Ｇ）が加わってもそのたわみが第２の対向間隔の１／５程度になる様にを設定した場合には吸引のための電圧は２つの透明電極層１８ａａ、１１７ａａ間に５Ｖ程度の電位差を与えられればよい。
【０１４２】
吸引の場合の電圧と反発の場合の電圧が異なるのは、吸引の場合には吸引に応じて互いの透明電極１８ａａと１１７ａａの間隔が狭くなってゆき、所定の間隔より近づいてゆくと板バネ１６の線形バネ力に無関係に可動マイクロプリズム１７は固定マイクロプリズム１１６に吸引される為である。
【０１４３】
尚、対の透明電極層の位置は図３に示すように光導波路１３ａａの可動マイクロプリズム１７ａａ対向面に透明電極層１２１ａａ、絶縁層１２２ａａを設け、可動マイクロプリズム１７ａａの光導波路１３ａａ対向面に透明電極層１２３ａａ、絶縁層１２４ａａを設けても良い。
【０１４４】
この場合には互いの透明電極層１２１ａａ、１２３ａａを同極に帯電させると反発により第２の対向間隔が開き可動マイクロプリズム１７ａｃの状態になってシャッタが開き、逆極に帯電させると吸引により第１の対向間隔が開き可動マイクロプリズム１７ａａの状態になってシャッタが閉じる。
【０１４５】
そして製造時に可動マイクロプリズムを１７ａｃの状態で形成しておけば２つの透明電極層１２１ａａ、１２３ａａに５Ｖ程度の電位差を与え、互いを吸引することでシャッタを閉じる動作が行える。
【０１４６】
静電気を用いた吸引、反発による可動マイクロプリズム１７の駆動方法として図１、図３では可動マイクロプリズム１７と固定マイクロプリズム１１６に透明電極層を設けていた。
【０１４７】
しかし透明電極層の位置はそれに限られるものではない。
【０１４８】
図４は透明電極層を板バネ１６に設けた例である。
【０１４９】
ここで図４は図１、図３における中央の画素（可動マイクロプリズム１７ａｂ）を拡大して示している。
【０１５０】
図４において板バネ１６ａｂのベース層１１０に対向する側に透明電極層１２５ａｂ及びそれを覆う絶縁層１２６ａｂが設けてある。
【０１５１】
そしてベース層１１０の板バネ１６ａｂの対向面にも透明電極層１２７ａｂ、絶縁層１２８ａｂが設けてある。
【０１５２】
図５は可動マイクロプリズム１７及び板バネ１６をベース層１５側から眺めた平面図である。（図１、図３は図５のＡ−Ａ断面）
図５でわかるように各可動マイクロプリズム１７に対して板バネ１６は隣接する画素同士で向きが変えてある。
【０１５３】
これは各可動マイクロプリズム１７の間の間隔を有効利用してなるべく長いバネを配置するためである。
【０１５４】
板バネ１６ａａは付け根部１６ａａ１により平坦化層１５に取り付けられ、反対の端面１６ａａ２が可動マイクロプリズム１７ａａに取り付けられている。
【０１５５】
そのために可動マイクロプリズム１７ａａは平坦化層１５に対して板バネ１６ａａのバネ力に逆らって紙面垂直方向に移動可能に支持されてる。
【０１５６】
同様に板バネ１６ａｂは付け根部１６ａｂ１により平坦化層１５に取り付けられ、反対の端面１６ａｂ２が可動マイクロプリズム１７ａｂに取り付けら、板バネ１６ａｃは付け根部１６ａｃ１により平坦化層１５に取り付けられ、反対の端面１６ａｃ２が可動マイクロプリズム１７ａａに取り付けられている。
【０１５７】
よって各々のマイクロプリズム１７は独立でして紙面垂直方向に動くことが出来る。
【０１５８】
そして板バネ１６ａａの可動マイクロプリズム１７ａａの取り付け部（端面１６ａａ２）付近には透明電極層１２５ａａ（平面図では見えない）とその絶縁層１２６ａａが設けられており、同様に板バネ１６ａｂの可動マイクロプリズム１７ａｂの取り付け部（端面１６ａｂ２）付近には透明電極層１２５ａｂ（平面図では見えない）とその絶縁層１２６ａｂが設けられ、板バネ１６ａｃの可動マイクロプリズム１７ａｃの取り付け部（端面１６ａｃ２）付近には透明電極層１２５ａｃ（平面図では見えない）とその絶縁層１２６ａｃが設けられている。
【０１５９】
そしてそれら透明電極層１２５に対向してベース層１１０に設けられた透明電極層１２７との関連により可動マイクロプリズム１７は駆動させられる。
【０１６０】
例えば図１ａの可動マイクロプリズム１７ａｃの状態で可動マイクロプリズム１７と板バネ１６が形成されている場合には通常はシャッタ開であり、透明電極層１２５と１２７に同極の電荷を与えて互いを反発させることで可動マイクロプリズム１７と固定マイクロプリズムを離反させてシャッタを閉じることが出来る。
【０１６１】
或いは図１の可動マイクロプリズム１７ａａの状態で可動マイクロプリズム１７と板バネ１６が形成されている場合には通常はシャッタ閉であり、透明電極層１２５と１２７に逆極の電荷を与えて互いを吸引させることで可動マイクロプリズム１７と固定マイクロプリズムの間隔を近づけてシャッタを開くことが出来る。
【０１６２】
これらの駆動の時に必要な電圧は図１、図３の場合と同様である。
【０１６３】
この様に透明電極層を光路（可動マイクロプリズム１７や固定マイクロプリズム１１６や光導波路１３上）に設けない場合には光電変換素子１１１の感度をばらつき無く安定的に製造することが出来る。
【０１６４】
以上の駆動方法はすべて静電気を用いていたが、駆動方法はそれに限られない。
【０１６５】
図６は駆動方法として圧電部材を用いた場合である。
【０１６６】
図６において板バネ１６ａｂのベース層１１０対向面側には圧電部材１２９ａｂが設けられている。
【０１６７】
図７は可動マイクロプリズム１７及び板バネ１６をベース層１５側から眺めた平面図である。
【０１６８】
図７において板バネ１６ａａ上には圧電部材１２９ａａが設けられている。
【０１６９】
圧電部材１２９ａａは圧電特性を有し、板バネ１６ａａの上に蒸着等で成膜される。
【０１７０】
そして電圧を与えることで圧電部材１２９ａａはその分極方向に対する歪みの変化により撓み力を発生し、その力により板バネ１６ａａを撓ませる。
【０１７１】
撓んだ板バネ１６ａａはその先端に固定されている可動マイクロプリズム１７ａａを変位させる。
【０１７２】
例えば上述したように可動マイクロプリズム１７の質量を求め、その質量に対して１００倍の力（１００Ｇ）が加わっても可動マイクロプリズム１７のたわみが第２の対向間隔の１／５程度になる様に板バネ１６のバネ定数を設定した場合、圧電部材に０．３Ｖ程度の電圧を与えることで可動マイクロプリズム１７は図７の紙面方向に２μｍ程度変位する。
【０１７３】
そのため、この変位により固体撮像素子１０のシャッタ閉とシャッタ開を制御できる。
【０１７４】
同様に板バネ１６ａｄ上には圧電部材１２９ａｄが設けられ、板バネ１６ａｃ上には圧電部材１２９ａｃが設けられている。
【０１７５】
そのために各々の圧電部材に個別に電圧を与えることで，各光電変換素子を独立してシャッタ閉、開状態に制御できる。
【０１７６】
従来例においては各画素ごとに液晶の可変ＮＤを設け、その光の透過量で飽和画素の制御を行っていたが、本発明においてはＮＤではなく飽和が生じそうな画素に関しては他の画素よりも早い時点でシャッタ閉を行う様にしており、光の透過量で飽和制御しているのではなく蓄積時間で飽和制御している点が異なる。
【０１７７】
図８は想定した適切な露光時間では飽和に達しない画素であり曲線１３０Ａにおいてシャッタ閉となるタイミングは電荷蓄積が終了し、電荷転送に移行したタイミングである。
【０１７８】
しかし同じ撮影被写体においても図９における画素では極めて明るい被写体光を受光しており適切な露光時間では電荷の飽和が予想されるので図８のシャッタ閉のタイミングより早くシャッタを閉じている。（曲線１３０Ｂ）
そしてこのタイミングの差１３１を飽和を防ぐ蓄積制御時間としている。
【０１７９】
以上の駆動方法において特に静電的に可動マイクロプリズム１７を駆動する場合には、大きな電圧が必要となる。
【０１８０】
それを回避する方法を以下に説明する。
【０１８１】
前述の計算の様に可動マイクロプリズム１７の質量の１００倍の力が加わったときに可動マイクロプリズム１７が第２の対向間隔の１／５（０．４μｍ）変位する様にバネ定数を設定すると、そのときの可動マイクロプリズム１７と板バネ１６で決まる共振周波数は７Ｈｚ程度になる。
【０１８２】
そして、板バネ１６などをシリコン化合物で作成し、可動マイクロプリズム１７に摩擦や粘性抵抗が加わらない。（空気によるダンピングは考慮）場合には共振点におけるＱは５００以上を見込める。
【０１８３】
即ち共振周波数で駆動する場合には通常の駆動の１／５００の駆動力で済む。これは例えば図１ａにおいて２つの透明電極層１８ａａ、１１７ａａを共に１０Ｖ程度に帯電させる事で可動マイクロプリズム１７ａｃを可動マイクロプリズム１７ａａの位置に板バネ１６ａｃのバネ力に逆らって移動させる時に比べると透明電極１８ａａ、１１７ａａに与える電圧は２０ｍｖに出来ることになる。
【０１８４】
この様に駆動力が少なくなる分を例えばバネの補強にあてて、１Ｖの駆動力でバネを５０倍（厚みを４倍）にして丈夫な固体撮像素子１０を得ることが出来る。
【０１８５】
共振駆動を行っている期間はノーマリークローズのシャッタ形式の場合ではシャッタを閉じている間であり、その間継続して可動マイクロプリズム１７を共振駆動しておく。
【０１８６】
もちろん交番的に駆動するわけであるからシャッタ閉じの状態とシャッタ開の状態が交互に起きる訳であり、完全な遮光状態にはならないが被写体の状態により特定の画素に飽和が生じる可能性があるときには蓄積中にその画素のシャッタを共振駆動させて画素の光電変換素子１１１に入射する光線を減光することが出来る。
【０１８７】
従来例においては各画素ごとに液晶の可変ＮＤを設け、その光の透過量で飽和画素の制御を行っていたが、本発明においてはＮＤではなく断続的にシャッタ閉を行う事で画素の飽和防止を行っている。
【０１８８】
図１０は図８と同様に想定した適切な露光時間では飽和に達しない画素であり曲線１３０Ａにおいてシャッタ閉となるタイミングは電荷蓄積が終了し、電荷転送に移行したタイミングである。
【０１８９】
しかし同じ撮影被写体においても図９における画素では極めて明るい被写体光を受光しており適切な露光時間では電荷の飽和が予想されるので蓄積時間中もシャッタを開閉させて入射光量を減光している。（曲線１３０Ｃ）
そして図８のシャッタ閉のタイミングと同じタイミング（電荷転送タイミング）でシャッタを閉じている。
【０１９０】
そしてこの交番的なシャッタ開閉の期間を１３１を飽和を防ぐ蓄積制御時間としている。
【０１９１】
更に、飽和制御ではなくて電荷転送時における固体撮像素子１０の完全な遮光を少ない電力で行うことについて説明する。
【０１９２】
例えば図３の様な構成において透明電極層１２１ａｃと１２３ａｃに逆極の電圧を与えると互いに吸引しあって可動マイクロプリズム１７ａｃと光導波路１３ａｃの間隔（第２の対向間隔）は狭くなる。
【０１９３】
このとき透明電極層１２１ａｃ、と１２３ａｃに交番的に電圧を加えた場合には第２の対向間隔もそれにつれて変動する。
【０１９４】
しかし，共振状態において第２の対向間隔が狭くなるタイミングの時にはその静電力は極めて大きくなる。
【０１９５】
これは静電気による吸引の力はその間の間隔の平方に比例するためである。
【０１９６】
そのために第２の対向間隔が狭くなると、少ない電力でも可動マイクロプリズム１７ａｃを光導波路１３ａｃに吸引しておくことが出来る。
【０１９７】
駆動方法としては始めに透明電極層１２１ａｃ、１２３ａｃに交番的に電圧を与え、可動マイクロプリズム１７の共振駆動が安定した後は、可動マイクロプリズム１７が光導波路１３ａｃにもっとも近づくタイミングで透明電極層１２１ａｃ、１２３ａｃに例えば２Ｖ程度の直流の電圧を与える。
【０１９８】
するとその時点で可動マイクロプリズム１７ａｃは光導波路１３ａｃに吸着される。
【０１９９】
吸着後は更に第２の対向間隔が狭くなっているわけだから透明電極層１２１ａｃ、１２３ａｃに与える電圧を更に低く（例えば０．１ｖ）しても良い。
【０２００】
図１２は透明電極層１２１、１２３に与える電圧の時間変化を表したものであり，電圧の変化は図の様に５段階に分けられている。
・シャッタ開期間
露光を開始して固体撮像素子１０に被写体像に応じた電荷を蓄積している期間・初期駆動期間
露光時間がほぼ終了し転送時のスミア防止の為にシャッタを閉じ始める期間
この期間に透明電極層１２１、１２３に交番的に電圧を与え可動マイクロプリズム１７を共振させ、光導波路１３との間の第２の対向間隔を近づけたり、広げたりしてゆく。
【０２０１】
共振の振幅は振動が安定してゆくにつれて大きくなるので、それにつれて第２の対向間隔は大きく変化してゆく（可動マイクロプリズム１７と光導波路１３の間隔がかなり近づくタイミングが出てくる）
尚、図の曲線１３０Ｄでは初期駆動期間に２波長分の交番駆動しか行っていないが、これは図を見やすくするためであり、実際にはより多くの周期の駆動を行っている。
・吸着期間
電荷転送の為にシャッタを閉じる期間
初期駆動期間において駆動振幅が安定し（振幅が大きくなり）、その状態で第２の対向間隔がもっとも狭くなるタイミングにおいて透明電極層１２１、１２３にＤＣ電圧を与える。
【０２０２】
このとき第２の対向間隔は狭いので少ない電圧印加でも可動マイクロプリズム１７は光導波路１３に吸着する。（シャッタ閉）
・安定期間
可動マイクロプリズム１７が光導波路１３に吸着するとその間の第２の対向間隔は極めて狭くなるためにより少ない電圧でも吸着状態を保持できる。
【０２０３】
そのため省電力化の為に印加電圧を下げる。（この安定期間の印加電圧を吸着期間と同じにしても良い）
・シャッタ開期間
撮影が終了した後にも被写体像を固体撮像素子１０に導き、継続して撮影者が被写体像を観察できるようにする機期間。
【０２０４】
透明電極層１２１、１２３への電圧印加を止めて、板バネ１６のバネ力で第２の対向間隔を広げる。（可動マイクロプリズム１７と固定マイクロプリズム１１６の間の第１の対向間隔を狭くして可動マイクロプリズム１７から固定マイクロプリズム１１６に被写体光線が入射できる様にする）
尚、この期間では透明電極層１２１、１２３への電圧印加を止めるのではなく、互いに同極の電圧を与えることで反発させてシャッタを開、シャッタが開終わった後で印加電圧を取り去っても良い。
【０２０５】
ここで固体撮像素子１０の使われ方を考える。
【０２０６】
図１３においてレンズ１３３から入射した光線は絞り１３５を通り光量制限された後に固体撮像素子１０に結像する。
【０２０７】
撮像手段はＭＯＳやＣＣＤなどの半導体撮像素子からなる。
【０２０８】
レンズ１３３はピント調整のためにＡＦ駆動モータ１３４により光軸１３２上を移動して焦点調節を行う。
【０２０９】
ＡＦ駆動モータ１３４は焦点駆動手段１３８により駆動させられ、絞り１３５は絞り駆動手段１３７によりその絞り径が定められ固体撮像素子１０に入射する光線を制御している。
【０２１０】
そして各々焦点駆動手段１３８、絞り駆動手段１３７は撮影制御手段１４１により制御されている。
【０２１１】
撮影制御手段１４１は後述する信号処理手段１４２に取り込まれた画像により測光を行うことで絞り１３５の径と固体撮像素子１０のシャッタ速度を定めており、又、焦点駆動手段１３８との連携でジャストピントの点を求めている。
【０２１２】
そして撮影制御手段１４１は絞り駆動手段１３７を駆動して絞り１３５の径を適正化し、又、焦点駆動手段１３８を制御してＡＦモータ１３４を駆動して被写体にピントを合わせる。
【０２１３】
更に撮影時には固体撮像素子１０の各々の光電変換素子１１１に被写体情報を蓄積し、蓄積されている電荷を転送するとき、或いは転送前に蓄積電荷が飽和する可能性があるときには上述したように透明電極層１８ａａ、１１７ａａ、１２１ａａ、１２３ａａを帯電させてシャッタ閉じの状態を作り出す。
【０２１４】
固体撮像素子１０から出力される映像信号はＡ／Ｄ変換手段１４０によりディジタル信号に変換されて信号処理手段１４２に入力される。
【０２１５】
信号処理回路１４２においては輝度信号や色信号を形成するなどの信号処理を行ってカラー映像信号が形成される。
【０２１６】
そして形成された映像振動は表示手段１４３に表示されるとともに記録手段１４４に記録される。
【０２１７】
又、被写体が暗い場合においては撮影制御装置１４１に制御される閃光手段１３９は、撮影時に必要に応じて被写体を照射して被写体の露出不足を補う。
【０２１８】
図１ｎはカメラの動作まとめたフローチャートであり、このフローはカメラのメインスイッチをオンさせたときにスタートする。
【０２１９】
ステップ＃１００１では固体撮像素子１０は被写体像を取り込むと共にその明るさを測り絞り１３５の制御量を求める。
【０２２０】
ステップ＃１００２では求めた制御量に対応して絞り駆動手段１３７が絞り１３５を駆動して固体撮像素子１０に適正な光量が入射するように調節し、その調節が完了するまで待機する。
【０２２１】
ステップ＃１００３では固体撮像素子１０に結像される被写体像を表示手段１４３に表示する。
【０２２２】
ステップ＃１００４では撮影者がレリースボタンの半押しｓｗ１を行い撮影準備部動作を行うまでまでこのステップを循環して待機し、ｓｗ１がオンされるとステップ＃１００５に進む。
【０２２３】
ステップ＃１００５では固体撮像素子１０が被写体を撮像し、信号処理手段１４２でその画像のコントラストを検出しながら撮影制御手段１４１、焦点調節手段１３８によりＡＦモータ１３４を焦点検出範囲全域で駆動してレンズ１３３を繰り出し、もっともコントラストが高かった繰り出し位置を求める。
【０２２４】
更に現在の絞りの状態の下で被写体を再測光して撮影時に必要な露光時間を求める。
【０２２５】
以上の動作が完了するまでステップ＃１００５を循環して待機する。
【０２２６】
ステップ＃１００６では求めた繰り出し位置に向かって再びレンズ１３３を駆動し、その位置でレンズ１３３を停止させる。
【０２２７】
その動作が完了するまでステップ＃１００６を循環して待機する。
【０２２８】
ステップ＃１００７では固体撮像素子１０の各光電変換素子１１１の中で入射する被写体光量により電荷が飽和する、或いは撮影時には飽和が予測される素子を選ぶ。
【０２２９】
更にそれら飽和が予想される画素に関して各々に最適な露光時間を求めておく。
【０２３０】
ステップ＃１００８ではレリースボタンを押し切り撮影の指示があるまで待機する。
【０２３１】
尚、この待機ステップ中にレリースボタン半押しｓｗ１を離す動作が行われたときにはこのフローはスタートに戻る。
【０２３２】
ステップ＃１００９では撮影を開始する。
【０２３３】
このとき始めに各光電変換素子１１１に所定のリセットパルスを与え、各々蓄積されていた電荷を掃き捨てる。
【０２３４】
ついで各光電変換素子１１１は被写体光の蓄積を開始する。
【０２３５】
そしてステップ＃１００５で求めた露光時間が経過した時点でシャッタを閉じる訳であるが、このときステップ＃１００７で求めた特定光電変換素子に関してはステップ＃１００５で求めた露光時間ではなくステップ＃１００７で求めた露光時間が経過後にシャッタを閉じておく。
【０２３６】
即ち飽和が予想される光電変換素子は他の光電変換素子よりも早くシャッタが閉じられる。
【０２３７】
ステップ＃１０１０では飽和が予想されない光電変換素子に関してシャッタを閉じる。
【０２３８】
尚、ステップ＃１００９、＃１０１０でシャッタを閉じるというのは図１ａ、図１ｃにおいて透明電極層１８ａａ、１１７ａａ、１２１ａａ、１２３ａａに電圧を与える、或いは電圧を除去することにより、可動マイクロプリズム１７ａａと固定マイクロプリズム１１６ａａの間の第１の対向間隔を広くすることである。
【０２３９】
ステップ＃１０１１では蓄積された電荷を垂直転送路１１４や図示しない水平転送路を通して転送し、増幅、安定化させられた後に出力する。
【０２４０】
ステップ＃１０１２では出力された画像をカメラの背面などに配置された液晶の表示手段１４３に表示する。
【０２４１】
ステップ＃１０１３では出力された画像を公知の圧縮処理などを行い、情報量を少なくした後に例えば半導体メモリなどでカメラに対して着脱可能な記録媒体（記録手段１４４）に記録する。
【０２４２】
ステップ＃１０１４ではシャッタを開く。
【０２４３】
以上説明したように固体撮像素子１０においてシャッタを閉じている期間はステップ＃１０１０からステップ＃１０１４の間であり、この時間はすべて撮影者の操作とは無関係な極めて僅かな時間である。（例えば０．５秒）
それに対してステップ＃１００１からステップ＃１００９までは被写体像を取り込む必要があり、更にその時間は被写体の操作（レリーズボタンの操作）により左右される。
【０２４４】
そのために長時間にわたりシャッタを開いておく必要がある。
【０２４５】
そのために固体撮像素子１０のシャッタをノーマリオープンにするかノーマリークローズにするかを選択する場合にはシャッタを開いているときに駆動電力が不要なノーマリーオープンの方が省電力のうえから好ましい。
【０２４６】
そこで可動マイクロプリズム１７ａａは固定マイクロプリズム１１６ａａとの間隔が狭くなるように予め形成しておき、図１の場合では透明電極層１８ａａ、１１７ａａを同極に帯電させて、互いに反発させることでシャッタを閉じさせ、図３の場合では透明電極層１２１ａａ、１２３ａａを逆極に帯電させて互いに吸引させることでシャッタを閉じる構成が望ましい。
【０２４７】
次に図１に示した様な構造の固体撮像素子１０の製造方法に付いて説明する。
【０２４８】
１．第１の製造工程（第１の基盤と第２の基盤を個別に形成する工程）
・第１の基盤
ベース層１１０及びベース層１１０に設けられる光電変換素子１１１、読み出しゲート１１２、垂直転送電極１１３、垂直転送路１１４、チャネルストップ領域１１５、遮光層１１９の製造方法は従来と同様である。
【０２４９】
但し光電変換素子１１１の上面にはＳＩＯ２などの酸化膜１４５を設けておく。
【０２５０】
そして図１５の様に出来上がったベース層１１０に対してその上面、下面にレジスト１４６、１４７を設け、基盤ごとエッチングして穴を掘る。
【０２５１】
このときレジスト１４６、１４７に覆われている部分はエッチングが進行せず、又、光電変換素子１１１上に酸化膜１４５が設けられているので、その部分でエッチストップされて光電変換素子１１１はエッチングされない。
【０２５２】
ここでエッチングはＤＥＥＰ  ＲＩＥなどのプロセスを用いることでほぼ垂直な穴を掘ることが出来る。（図１６）
そして酸化膜１４５を除去し、掘られた穴にスパッタでＴＩＯ２層を形成する。
【０２５３】
そしてベース層１１０の上面、下面に再度レジスト１４８，１４９を設ける。
【０２５４】
レジスト１４８はＴＩＯ２層をエッチング液につけた時に侵食されない部分に設ける。
【０２５５】
例えばポジレジストの場合、始めはベース層１１０の全面にスピンコートなどで設けておき、残したいレジストエリアの上にマスクを密着させ、その上面より光を当ててレジストの組成を変化させた後にエッチング液につけて残りのレジストを除去する。
【０２５６】
ここでレジスト１４８のマスクは図１７に示す様に中央の透過率が高く周辺に行くほど透過率が低くなるグラディーションパターンにすると、残ったレジストは図１８の様になる。
【０２５７】
そしてレジスト１４８の上からエッチングを行うとエッチバックによりレジストの形状がＴＩＯ２層に転写されて円錐形状の窪みを有する固定マイクロプリズム１１６が出来る。（図１９）
そして出来た窪みに対して透明電極層１１７になるＩＴＯをスパッタで設け、更にその上に縁層１１８になる酸化膜ＳＩＯ２を設けて第１の基盤が完成する。（図２０）
・第２の基盤
ＳＩＯ２平坦化層１５の上面、下面にレジストを設け、基盤ごとエッチングして穴を掘る。
【０２５８】
エッチングはＤＥＥＰ  ＲＩＥなどのプロセスを用いることでほぼ垂直な穴を掘ることが出来る。（図２１）
その後再度上面よりエッチング処理を行い図２２の様にテーパ−面を作る。
【０２５９】
設けたテーパ−面に掘られた穴にスパッタでＴＩＯ２層で光導波路１３を形成する。
【０２６０】
平坦化層１５及び光導波路１３の上面にカラーフィルタ１２を各光導波路１３に対応させて設けてゆく。（図２３）
更にカラーフィルタの上面にスパッタでＴＩＯ２層１１を形成する。
【０２６１】
そして平坦化層１５の上面、下面に再度レジスト１５０，１５１を設ける。
【０２６２】
レジスト１５０はＴＩＯ２層１１をエッチング液につけた時に侵食されない部分に設ける。
【０２６３】
例えばポジレジストの場合、始めはＴＩＯ２層１１の全面にスピンコートなどで設けておき、残したいレジストエリアの上にマスクを密着させ、その上面より光を当ててレジストの組成を変化させた後にエッチング液につけて残りのレジストを除去する。
【０２６４】
ここでレジスト１５０のマスクは図２４に示す様に中央の透過率が低く周辺に行くほど透過率が高くなるグラディーションパターンにすると、残ったレジストは図２５の様になる。
【０２６５】
そしてレジスト１５０の上からエッチングを行うとエッチバックによりレジストの形状がＴＩＯ２層に転写されて円錐形状の窪みを有するマイクロレンズ１１が出来る。
【０２６６】
マイクロレンズ１１の上面には保護のためのレジスト層を設けておく。
【０２６７】
次に平坦化層１５の裏面側の形成に移る。
【０２６８】
始めに平坦化層１５及び光導波路１３の裏面に犠牲層１５１を一面に形成する。
【０２６９】
板バネ１６の付け根部１６ａａ２、１６ａｂ２・・の部分の犠牲層１５１は予めエッチングなどで除去しておく。（図５の平面図を参考）
図２６はその状態の図５のＢ−Ｂ断面を示している。
【０２７０】
そして犠牲層の上からポリシリコン層１５２をＣＶＤで形成し、更に上面よりレジストを設けてパターンエッチングすることでバネ形状を作成する。
【０２７１】
その後板バネ１６の上面を再度レジスト１５２で保護し、可動マイクロプリズム１７の形成面のみレジストを除去する。（図２７）
その後板バネ１６の端部を含む犠牲層１５１上にスパッタでＴＩＯ２層１７を形成する。
【０２７２】
形成されたＴＩＯ２層上に更にレジスト層１５３を設ける。
【０２７３】
そしてレジスト層１５３はコーナーキューブ形状にしておく。
【０２７４】
例えばポジレジストの場合レジスト１５３のマスクは図２８に示す様に中央の透過率が低く周辺に行くほど透過率が高くなるグラディーションパターンにすると、残ったレジストは図２９の様になる。
【０２７５】
そしてレジスト１５３の上からエッチングを行うとエッチバックによりレジストの形状がＴＩＯ２層に転写されて円錐形状の突起部有する可動マイクロプリズム１７が出来る。
【０２７６】
その後可動マイクロプリズム１７以外の部分をレジストで保護し、可動マイクロプリズム１７の上面に透明電極層１８ａａ、絶縁層１９ａａを設ける。
【０２７７】
可動マイクロプリズム１７は板バネ１６の端部（１６ａａ２など）に接合している。
【０２７８】
その後犠牲層を取り去ると図３０に示すように板バネ１６は一端（付け根部１６ａａ１など）を平坦化層１５に固定され他端（端面１６ａａ２など）は可動マイクロプリズム１７に固定され、それ以外の面は自由面になる。
【０２７９】
又、可動マイクロプリズム１７と光導波路１３の間にも犠牲層１５１が設けられていたので犠牲層１５１を取り去ることで可動マイクロプリズム１７は光導波路１３に対して自由に動ける状態になる。
【０２８０】
尚、このときの平面図は図３１の様に板バネ１６ａｂの付け根部１６ａｂ１などは可動マイクロプリズム１７ａａ、１７ａｃにも固定されている。（１６ａａ３、１６ａｂ３、１６ａｃ３）
これは第１の基盤の形成の終盤まで可動マイクロプリズム１７を安定して保っておくためである。（以上第１の形成ステップ）
そのため最後の工程で更にレジストをパターニングして可動マイクロプリズム１７、板バネ１６の主要部を保護した状態で接合部１６ａａ３、１６ａｂ３、１６ａｃ３を除去して第２の基盤が完成する。（以上第２の形成ステップ）
２．第２の製造工程（第１の基盤と第２の基盤を接合する工程）
完成した第１の基盤と第２の基盤はアライナーによりアライメント調整され、例えばベース層１１０に設けたレジスト層により互いを接着する。
【０２８１】
２つの基盤の位置調整の為に互いの基盤に凹凸部を設けて位置調整を行っても良い。
【０２８２】
以上説明した様に半導体基盤（第１の基盤、ベース層１１０）の主面に複数の光電変換素子１１１が配列されて複数の画素からなる受光領域と、
光軸方向に駆動されることで各光電変換素子１１１の入射状態を制御する移動部材（可動マイクロプリズム１７）からなる光制御領域でシャッタを構成しており、
移動部材（可動マイクロプリズム１７）は光電変換素子１１１の入射面側に配置され、入射光を全反射させて光電変換素子１１１に導かない全反射状態と、入射光を透過させて光電変換素子１１１に導く透過状態を選択可能な光学手段（コーナーキューブの全反射を利用）とすることで透過率の向上と応答性の改善を実現している。
【０２８３】
そして光学手段は各光電変換素子１１１ごとに設けられた可動マイクロプリズム１７と、可動マイクロプリズム１７に対向し可動マイクロプリズム１７のプリズム面と略同形状の入射面を有する固定マイクロプリズム１１６と、可動マイクロプリズム１７と固定マイクロプリズム１１６の対向間隔（第１の対向間隔）を変更する駆動手段（透明電極層１８、１１７、１２１、１２４、１２５，１２７、圧電部材１２９）で構成され、第１の対向間隔を制御することで全反射状態と透過状態を選択する構成になっている為に小型な光学手段を実現している。
【０２８４】
そして駆動手段は第１の対向間隔を広くすることで全反射状態を選択し、第１の対向間隔を狭くすることで透過状態を選択するようになっている為に小型な光学手段を実現している。
【０２８５】
又、光電変換素子に対応する各可動マイクロプリズム１７は弾性手段（板バネ１６）により光制御領域の基盤に接続支持されている為に簡単な構成で各可動マイクロプリズム１７を支持できると共に対向する各固定マイクロプリズム１１６との位置ズレも吸収できるようになっている。
【０２８６】
駆動手段は可動マイクロプリズム１７の対向間隔面に設けられた第１電極（透明電極層１８）と、固定マイクロプリズム１１６の対向間隔面に設けられた第２電極（透明電極層１１７）で構成され、第１電極（透明電極層１８）と第２電極（透明電極層１１７）の電荷を制御することで静電的に第１の対向間隔を制御する構成になっている為に小型な駆動手段に出来ている。
【０２８７】
別の駆動手段として弾性手段上に設けられた第１電極と、弾性手段と対向する面に設けられた第２電極で構成され、第１電極と第２電極の電荷を制御することで静電的に第１の対向間隔を制御する構成になっている為に小型な駆動手段に出来ている。
【０２８８】
更に別の駆動手段として駆動手段は弾性手段上（板バネ１６）に設けられた圧電部材１２９により第１の対向間隔を制御する構成になっているので小型な駆動手段に出来ている。
【０２８９】
又、駆動手段は複数の光電変換素子１１１各々に対応する可動マイクロプリズム１７を独立して駆動することで各光電変換素子１１１に入射する光量を個別に制御する様にしている為に撮影時のダイナミックレンジを拡大できている。
【０２９０】
以上の光制御方法及びその駆動方法全般において
駆動手段は移動部材（可動マイクロプリズム１７）を交番的に駆動することで光電変換素子に入射する光量を制御する構成にしており、特に駆動手段は移動部材（可動マイクロプリズム１７）をその共振周波数（可動マイクロプリズム１７の質量と板バネ１６のバネ定数で決まる固有振動数）で駆動することで光電変換素子１１１に入射する光量を制御する様にしている為に少ない駆動力で大きな駆動ストロークを実現できている。
【０２９１】
そして駆動手段が移動手段（可動マイクロプリズム１７）を交番的に駆動している期間（蓄積制御機関１３１）と駆動を駆動を行わない期間を設けることで光電変換素子１１１に入射する光量を変更する様にして光電変換素子１１１への入射光を制御して撮影ダイナミックの拡大を実現している。
【０２９２】
又は、駆動手段は移動部材を交番的に駆動（図１２の初期駆動期間）した後に直流的に駆動（図１２の吸着期間、安定機関）を行うことで光電変換素子に入射する光量を制御する様にしている為にで少ない駆動力で確実に大きな駆動ストロークを持続できている。
【０２９３】
そして駆動手段が移動手段を交番的に駆動（図１２の初期駆動期間）したのち直流的に駆動（図１２の吸着期間、安定機関）を行う期間と前記移動手段の駆動を駆動を行わない期間（図１２のシャッタ開期間）を設ける事で光電変換素子に入射する光量を変更する様にして光電変換素子への入射光を制御して撮影ダイナミックの拡大を実現している。
【０２９４】
これまで述べた固体撮像素子１０における可動マイクロプリズム１７、固定マイクロプリズム１１６の上面から見た形状は図５の可動マイクロプリズム１７に示すように円形（図１ａの断面が楔形なので立体形状は円錐形）であったがこの様な上面形状に限られるものではない。
【０２９５】
図３２は可動マイクロプリズム１７の上面形状が三角形（立体形状は三角錐）の場合であり、板バネ１６のベースに取り付けられている。（もちろん板バネ１６の円形部の中心はくりぬかれており入射光を遮らないようになっている。）
不図示ではあるが対応する固定マイクロプリズム１１６も三角錐形状になる。
【０２９６】
その他四角錐形状など様々な形状を取ることが出来る。
【０２９７】
以上述べた固体撮像素子１０の構成において
移動部材（可動マイクロプリズム１７）に電力を供給することで光電変換素子１１１に入射する光量を減衰させる構成にしている為に通常時においては電力を不要とし撮影終了時のみ電力供給を行えばよいので省電力にできる。
【０２９８】
又、半導体基盤の主面（ベース層１１０）に複数の光電変換素子１１１が配列された受光領域を有する第１の基盤と、
受光領域における複数の光電変換素子１１１各々に対応しそれぞれの入射状態を制御する光制御素子（可動マイクロプリズム１７）が配列された光制御領域を有する第２の基盤で構成された固体撮像素子１０の製造方法であって、第１の基盤と第２の基盤を個別に製造する第１の製造過程と、第１の基盤と第２の基盤を位置あわせして組み合わせる第２の製造過程により固体撮像素子１０を製造する様にしているので第１、第２の基盤とも通常のプロセスで安定的に製造できる様になっている。
【０２９９】
又、それぞれの製造の歩留まりが積になってしまい、歩留まりを悪化させてしまう事も防ぐことが出来る。
【０３００】
又、半導体基盤の主面（ベース層１１０）に設けられた複数の光電変換素子１１１と、複数の光電変換素子１１１各々に対応してそれぞれの入射状態を制御する複数の光制御素子（可動マイクロプリズム１７）を有する固体撮像素子１０の製造方法であって、各々の光制御素子（可動マイクロプリズム１７）を支持部材（板バネ１６）で支持した状態で形成する第１の形成ステップと、形成された光制御素子（可動マイクロプリズム１７）の各々の支持部材（板バネ１６）の支持力を減ずる第２の形成ステップにより固体撮像素子１０を製造する様にしており、詳しくは第１の形成ステップにおいて光制御素子（可動マイクロプリズム１７）の各々を支持する複数本数の支持部材（板バネ１６）を形成し、第２の形成ステップにおいて支持部材（板バネ１６）の支持本数を削減する様にしているので第１の形成ステップにおいて光制御素子（可動マイクロプリズム１７）を安定的に製造できる様になっている。
【０３０１】
又、半導体基盤の主面（ベース層１１０）に複数の光電変換素子１１１が配列された受光領域を有する第１の基盤と、受光領域における複数の光電変換素子１１１各々に対応しそれぞれの入射状態を制御する光制御素子（可動マイクロプリズム１７）が配列される光制御領域を有する第２の基盤で構成された固体撮像素子１０において、各光制御素子（可動マイクロプリズム１７）を弾性支持手段（板バネ１６）により第２の基盤に対して弾性的に支持する事で各光制御素子とそれに対応する各光電変換素子の位置ズレを吸収出来るようになっている。
【０３０２】
又、半導体基盤の主面（ベース層１１０）に配列された複数の光電変換素子１１１からなる受光領域と、各光電変換素子１１１に対応して入射状態を制御する複数の光制御素子（可動マイクロプリズム１７）からなる光制御領域と、各光制御素子（可動マイクロプリズム１７）を駆動することで各光電変換素子１１１への入射光を遮光し、各光制御素子（可動マイクロプリズム１７）を駆動しないときは各光電変換素子１１１への入射光を許可する駆動手段（透明電極層１８、１１７、１２１、１２４、１２５，１２７、圧電部材１２９）と、各光電変換素子１１１の蓄積時間終了に応答して駆動手段（透明電極層１８、１１７、１２１、１２４、１２５，１２７、圧電部材１２９）を駆動する制御手段とで構成された固体撮像素子１０をカメラに用いることで少ない駆動回数、駆動時間で省電力に撮像を行うことができた。
【０３０３】
又、半導体基盤の主面（ベース層１１０）に配列された複数の光電変換素子１１１からなる受光領域と、各光電変換素子１１１に対応して入射光を制御する複数の光制御素子（可動マイクロプリズム１７）からなる光制御領域と、各光制御素子（可動マイクロプリズム１７）を駆動することで各光電変換素子への入射光を遮光する駆動手段（透明電極層１８、１１７、１２１、１２４、１２５，１２７、圧電部材１２９）と、各光電変換素子１１１ごとに独立したタイミングで駆動手段を駆動する制御手段（撮影制御手段１４１）とで構成された固体撮像素子１０をカメラに用いることで露光時間をパラメータにしてダイナミックレンジの広い撮影が可能になっており、詳しくは制御手段（撮影制御手段１４１）は各光電変換素子１１１が蓄積を開始してから予め定められた各々のタイミング、即ち各光電変換素子１１１の蓄積開始前の撮像状態により設定される各々の光電変換素子の露光時間（図１ｎステップ＃１００７）に従って撮影を行うか、或いは露光中の各光電変換素子１１１に蓄積される電荷の量に応じて各光電変換素子１１１の露光時間を独立に制御することでにしてダイナミックレンジの広い撮影が可能になっている。
【０３０４】
又、半導体基盤の主面（ベース層１１０）に配列される複数の光電変換素子１１１からなる受光領域と、各光電変換素子１１１の入射状態を制御する光制御素子からなる光制御領域で構成される固体撮像素子１０において、光制御素子は各光電変換素子ごとに設けられた可動マイクロプリズム１７と、可動マイクロプリズム１７に対向し可動マイクロプリズム１７のプリズム面と略同形状の入射面を有する固定マイクロプリズム１１６と、可動マイクロプリズム１７の他端で対向する光導波路１３と、可動マイクロプリズム１７と固定マイクロプリズム１１６の第１の対向間隔及び可動マイクロプリズム１７と光導波路１３の第２の対向間隔を変更する駆動手段（透明電極層１８、１１７、１２１、１２４、１２５，１２７、圧電部材１２９）と、第１の対向間隔と／或いは第２の対向間隔をにおける主光軸に沿う面での光線の出射による迷光を遮光する遮光手段（遮光層１１９）とで構成され、駆動手段（透明電極層１８、１１７、１２１、１２４、１２５，１２７、圧電部材１２９）により第１の対向間隔を変更することで可動マイクロプリズム１７の全反射状態と透過状態を制御するので対向間隔の変化に伴う外光の影響を遮光手段（遮光層１１９）で遮光できるために良好な画像を得ることが出来る。
【０３０５】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態においては各光電変換素子１１１毎に可動マイクロプリズム１７の動作時間を独立に制御することで被写体からの入射光が強い光電変換素子１１１に対しては露光時間を短くして蓄積電荷の飽和を防いでいた。
【０３０６】
そのために広いダイナミックレンジの撮影を行うことが可能になっていた。
【０３０７】
第２の実施の形態においては駆動、制御の構成をより簡単にすることを目的にして、上記ダイナミックレンジの拡大は行わず、エレクトロミック素子や液晶素子などの物性素子より固体撮像素子１０のシャッタを形成した場合の問題点である絶対感度の低下、低応答性による光線漏れのみを解決してゆく。
【０３０８】
そのための各可動マイクロプリズム１７は個別に駆動できるようにはなっておらず、第１の基盤と第２の基盤の間隔が変更できるようになっている。
【０３０９】
図３３は第２実施の形態の断面図であり、可動マイクロプリズム１７上の透明電極１８、絶縁層１９及び固定マイクロプリズム１１６上の透明電極１１７、絶縁層１１８は省かれている。
【０３１０】
又、固体撮像素子１０の第１の基盤はステーター２１に固定され（図では結合部は省略されている）、第２の基盤はスライダー２５に固定されている。（同様に図では結合部は省略されている）
ステーター２１の上部には永久磁石２３及びヨーク２４が設けられ、永久磁石２３の上部にはヨーク２４を取り囲むようにコイル２２が設けられている。
【０３１１】
スライダー２５はコイル２２に対してコイルバネ２６で反発方向にバネ付勢されている。
【０３１２】
スライダー２５を構成する部材の中でコイル２２の中に挿入される部分は磁性体で形成されている。
【０３１３】
そして図３３の様にスライダー２５が永久磁石２３に近づいた状態ではヨーク２４とスライダー２５はコイルバネ２６の付勢力に逆らって磁気結合しているために第１の基盤と第２の基盤は近づいた状態になる。
【０３１４】
そのための各光電変換素子１１１への入射光１２０は入射光１２０ａｃの様に可動マイクロプリズム１７から固定マイクロプリズム１１６に入射し、光電変換素子１１１には電荷が蓄積される。
【０３１５】
ここでコイル２２に所定の方向の電流を流すと、永久磁石２３の磁力はコイルに発生する磁力により弱まる。
【０３１６】
そのためにスライダー２５はコイルバネ２６の反発力によりヨーク２４から離れ図３４の状態になる。
【０３１７】
すると可動マイクロプリズム１７と固定マイクロプリズム１１６の隙間（第１の対向間隔）が広くなり光電変換素子１１１への入射光１２０は１２０ａａの様に可動マイクロプリズム１７内で全反射を起こし、固定マイクロプリズム１１６に入射しなくなる。
【０３１８】
再度第１の基盤と第２の基盤を近づけたい場合（第１の対向間隔を狭くしたい場合）にはコイル２２に上記した所定の方向とは逆方向の電流を流す。
【０３１９】
するとコイル２２の発生する磁力と永久磁石２３の発生する磁力の合力はコイルバネ２６の反発力を上回るためにスライダー２５はヨーク２４に引き寄せられる。
【０３２０】
一端スライダー２５がヨーク２５に当接すると、その吸着力は大きくなるので、その後はコイル２２への電流を切ってもその状態を保つ。
【０３２１】
この様にプランジャー構成で第１の基盤と第２の基盤の間隔を制御すると以下のメリットがある。
・消費電力が少ない
第１の実施例の様に大きな電圧を印加して静電力を発生させるのに比べてアクチュエータ（コイル２２）の大きさを十分大きく出来るので少ない電力で大きな駆動力が得られる。
【０３２２】
又、第１の基盤と第２の基盤の間隔を変更するときだけコイル２２に電流を流し、その間隔を保つためにはコイル２２への電流は不要なために消費電力が少ない。
・シャッタ閉の状態が安定
第１の実施例では静電駆動を行う関係から第１の対向間隔を大きく設定出来なかった。（間隔が大きいと静電力が小さくなる）しかし第２の実施例の方法では第１の対向間隔を広く取れるためにシャッタ閉の状態でも可動マイクロプリズム１７から固定マイクロプリズム１１６に漏れる入射光は完全に無くなる。
【０３２３】
尚、第２の実施の形態においては第２の基盤全体が移動するために可動マイクロプリズム１７を支える板バネ１６は不要で可動マイクロプリズム１７と光導波路１３は一体で形成しても良い。
【０３２４】
図３３、図３４の実施の形態で可動マイクロプリズム１７を板バネ１６で支持し、光導波路１３と分離しているのは以下の理由による。
【０３２５】
第１の実施の形態で説明した様に第１の基盤と第２の基盤は各々異なる工程で作成されている。そのため第１の基盤、第２の基盤とも製造しやすく、且つそれぞれの歩留まりが互いに影響しあうことは無くなる。
【０３２６】
しかしながら第１の基盤における固定マイクロプリズム１１６の第１の対向間隔面の形状や互いの固定マイクロプリズム１１６のピッチのばらつき、第２の基盤における可動マイクロプリズム１７の第１の対向間隔面の形状や互いの可動マイクロプリズム１７のピッチのばらつき、及び第１の基盤と第２の基盤を結合したときのズレが問題になってくる。
【０３２７】
そこで可動マイクロプリズム１７は板バネ１６により可撓に支持し、第１の対向間隔が狭くなったときには固定マイクロプリズム１１６とのテーパ−（コーナーキューブ面）に可動マイクロプリズム１７がならい、上記ばらつきやズレを吸収するようにしている。
【０３２８】
第１の基盤と第２の基盤の間隔を変化させる方法としては上述したプランジャー方式ばかりではなく、ボイスコイルやバイモルフなどを用いてもよく、図３５に示すようにカムを用いて確実に間隔変化を制御しても良い。
図３５においてはステータ２１には軸受け２７が設けられ、軸受け２７にはスライダー２５の軸が嵌合している。
【０３２９】
スライダー２５はコイルバネ２８によりステータ押し付け方向に付勢されている。
【０３３０】
カム板２９は不図示のモータなどにより回転可能であり、図３５の状態ではカムの最頂点にいるのでスライダー２５はステータ２１から離れる。
【０３３１】
そのために第１の対向間隔は広がりシャッタ閉の状態を作り出す。
【０３３２】
この状態でカム板２９を矢印２１０の方向に回転させるとその回転につれてコイルバネ２８の付勢力でスライダー２５はステータ２１に近づき第１の対向間隔は狭くなりシャッタ開の状態を作る。
【０３３３】
この様にカム板２９を用いると第１の対向間隔の変化を大きく出来、又、カム板２９の１回の回転の中で第１の対向間隔の変化をいくつも設定できるために撮影機器の撮影シーケンスに合わせて自在な設定が出来る。
【０３３４】
以上説明した様に半導体基盤（第１の基盤、ベース層１１０）の主面に複数の光電変換素子１１１が配列されて複数の画素からなる受光領域と、
光軸方向に駆動されることで各光電変換素子１１１の入射状態を制御する移動部材（可動マイクロプリズム１７）からなる光制御領域でシャッタを構成しており、
移動部材（可動マイクロプリズム１７）は光電変換素子１１１の入射面側に配置され、入射光を全反射させて光電変換素子１１１に導かない全反射状態と、入射光を透過させて光電変換素子１１１に導く透過状態を選択可能な光学手段（コーナーキューブの全反射を利用）とすることで透過率の向上と応答性の改善を実現している。
【０３３５】
そして光学手段は各光電変換素子１１１ごとに設けられた可動マイクロプリズム１７と、可動マイクロプリズム１７に対向し可動マイクロプリズム１７のプリズム面と略同形状の入射面を有する固定マイクロプリズム１１６と、可動マイクロプリズム１７と固定マイクロプリズム１１６の対向間隔（第１の対向間隔）を変更する駆動手段（コイル２２、永久磁石２３、コイルバネ２６）で構成され、第１の対向間隔を制御することで全反射状態と透過状態を選択する構成になっている為に小型な光学手段を実現している。
【０３３６】
そして駆動手段（コイル２２、永久磁石２３、コイルバネ２６、カム板２９）は複数の光電変換素子１１各々に対応する可動マイクロプリズム１７全体（第２の基盤）を駆動して光電変換素子１１１に入射する光量を制御する様にしている為に確実な駆動力で確実な光制御が可能になっている。
【０３３７】
又、半導体基盤の主面（ベース層１１０）に複数の光電変換素子１１１が配列された受光領域を有する第１の基盤と、受光領域における複数の光電変換素子１１１各々に対応しそれぞれの入射状態を制御する光制御素子（可動マイクロプリズム１７）が配列される光制御領域を有する第２の基盤で構成された固体撮像素子１０において、各光制御素子（可動マイクロプリズム１７）を弾性支持手段（板バネ１６）により第２の基盤に対して弾性的に支持する事で各光制御素子（可動マイクロプリズム１７）とそれに対応する各光電変換素子１１１（或いは固定マイクロプリズム１１６）の位置ズレを吸収出来るようになっている。
【０３３８】
又、半導体基盤の主面（ベース層１１０）に複数の光電変換素子１１１が配列された受光領域を有する第１の基盤と、受光領域における複数の光電変換素子１１１各々に対応する光制御素子（可動マイクロプリズム１７）が配列される光制御領域を有する第２の基盤と、第１の基盤と第２の基盤を相対的に駆動することで各光電変換素子への入射状態を制御する駆動手段（コイル２２、永久磁石２３、コイルバネ２６、カム板２９）とで固体撮像素子１０を構成することで簡単な構造で確実な光制御が可能になった。
【０３３９】
（第３の実施の形態）
図３６は本発明の第３の実施の形態であり、固体撮像素子３０の断面図を示している。
【０３４０】
図において各構成部材の部番の末尾にあるアルファベットは各画素ごとの識別の為に設けられており、文中で部番末尾にアルファベットがない場合はそれらの総称を示している。
【０３４１】
１１ａａはマイクロレンズであり、後述する光電変換素子１１１の一つ一つに対応して設けられ屈折率が２．０以上のＴＩＯ２の透明明層をエッチング法により削ってレンズ形状にしている。
【０３４２】
１２ａａはカラーフィルタであり例えばベイヤー配列の原色フィルタの場合には赤、青、緑のフィルタが交互に隣接し固体撮像素子１０を上面から見て図３７の様に配置されている。
【０３４３】
図３７において１２ａａ、１２ａｃ、１２ｃａ、１２ｃｃは赤フィルタ、１２ａｂ，１２ａｃ、１２ｂａ、１２ｂｃ、１２ｃｂ、１２ｃｄ、１２ｄａ、１２ｄｃは緑フィルタ、１２ｂｂ、１２ｂｄ、１２ｄｂ、１２ｄｄは青フィルタである。
【０３４４】
各フィルタは所望色の顔料もしくは染料を含有させた樹脂（カラーレジン）の層をフォトリソグラフィ法等の方法によって所定箇所に形成することによって作成することが出来る。
【０３４５】
隔壁層３２ａａは光導波路となる空間領域３１ａａの外周を包むようにシリコンで形成され、各々の空間領域３１を区分けしている。
【０３４６】
隔壁３２ａａには後述するポリシリコン製のフラップ３７ａａが設けられている。
【０３４７】
フラップ３７ａａの表面部にはアルミニウムやニッケル、金などによる反射層３８ａａが蒸着されている。
【０３４８】
又、隔壁３２ａａの表面にはＩＴＯからなる透明電極層３３ａａ及びＳＩＯ２からなる絶縁層３４ａａが設けられている。
【０３４９】
同様にフラップ３７ａａの裏面にもＩＴＯからなる透明電極層３６ａａ及びＳＩＯ２からなる絶縁層３５ａａが設けられている。
【０３５０】
平坦化層１５と同様にＳＩＯ２で形成されたベース層１１０の最端部には光電変換素子１１１ａａが設けられている。
【０３５１】
光電変換素子１１１は例えばｐ型不純物領域（図の煩雑を避けるために省略しているが光電変換素子１１１の下面全体にわたりベース層として形成されている）の上にｎ型不純物領域を行列上に設け、その各々の上にｐ＋型不純物領域を設けることによって形成された埋め込み型のフォトダイオードであり、ｎ型不純物領域は電荷蓄積領域として機能する。
【０３５２】
光電変換素子１１１ａａに隣接して読み出しゲート１１２ａａが設けられている。
【０３５３】
読み出しゲート１１２ａａは垂直転送電極１１３ａａの一領域であり、ポリシリコン層により形成される。
【０３５４】
垂直転送電極１１７ａａ対向して垂直転送電荷転送路１１４ａａが設けられている。
【０３５５】
そして垂直転送電極１１３ａａに読み出しパルス（例えば１５Ｖ）を印加すると、この垂直転送電極１１３ａａに対応する光電変換素子（ここでは光電変換素子１１１ａａ）に蓄積されている電荷は読み出しゲート１１２ａａを介して対応する垂直電荷転送路１１４ａａに読み出される。
【０３５６】
１１５ａａはチャネルストップ領域であり、光電変換素子１１１ａａの読み出しゲート１１２ａａ以外の周囲を囲む様に設けられている。
【０３５７】
チャネルストップ領域１１５ａａは隣接するほかの放電変換素子や転送領域とを電気的に分離する為に設けられている。
【０３５８】
光電変換素子１１１から垂直電荷転送路１１４への電荷読み出しは光電変換素子１１１単位で行われ、インターレース走査、プログレッシブ走査、全画素読み出しなど種々の読み出し形態が有る。
【０３５９】
次に図３６に示した様な構造の固体撮像素子３０の製造方法に付いて説明する。
【０３６０】
ベース層１１０及びベース層１１０に設けられる光電変換素子１１１、読み出しゲート１１２、垂直転送電極１１３、垂直転送路１１４、チャネルストップ領域１１５、遮光層１１９の製造方法は従来と同様である。
【０３６１】
但し光電変換素子１１１の上面にはＳＩＯ２などの酸化膜３９を設けておく。
【０３６２】
その上に更に隔壁層３２になるシリコン層３１０を形成しておく。
【０３６３】
そして図３８の様に出来上がった基盤に対してその上面、下面にレジスト３１１、３１２を設ける、基盤ごとエッチングして穴を掘る。
例えばポジレジストの場合、始めはシリコン層３１０全面にスピンコートなどで設けておき、残したいレジストエリアの上にマスクを密着させ、その上面より光を当ててレジストの組成を変化させた後にエッチング液につけて残りのレジストを除去する。
【０３６４】
ここでレジスト３１１のマスクは図３９に示す様に中央の透過率が高く周辺に行くほど透過率が低くなるグラディーションパターンにすると、残ったレジストは図４０の様になる。
【０３６５】
そしてレジスト３１１の上からエッチングを行うとエッチバックによりレジスト３１１の形状がシリコン層３１０に転写されて円錐形状の窪みを有し、残った部分が隔壁層３２となる。
【０３６６】
もちろんレジスト３１２に覆われている部分はエッチングが進行せず、又、光電変換素子１１１上に酸化膜３９が設けられているので、その部分でエッチストップされて光電変換素子１１１はエッチングされない。
【０３６７】
次に透明電極層３３を設け、隔壁３２の場合と同様にエッチバックで斜面形状を形成し、同じ工程を繰り返して絶縁層３４を形成する。
【０３６８】
次に犠牲層３１３をベース層１１０上設ける。
【０３６９】
図３９と同様なマスクでレジスト表面を加工する。
このときエッチングの進行時間をレジスト３１０とは異ならせると、残った犠牲層３１３は図４１のようになる。
【０３７０】
その犠牲層３１３の表面に絶縁層３５となるＳＩＯ２層を設け、隔壁層３２の形成と同じ手順を繰り返して斜面形状を作成し、更にその上面に同様な手順でＩＴＯからなる透明電極層３６を形成する。
【０３７１】
透明電極層３６もエッチバック工程により斜面を作成し、その上にフラップ３７の基礎になるポリシリコン層３１４をＣＶＤで形成し、更に上面よりレジスト３１５を設ける。
【０３７２】
このレジスト３１５も上述同様なグラデーションパターンで削り図４２の形状を形成する。
【０３７３】
そしてレジスト３１５の上からエッチングを行うとエッチバックによりレジスト３１５の形状がポリシリコン層３１４に転写されてフラップ３７が形成される。
【０３７４】
形成されたフラップの表面にはアルミニウムなどの金属反射面となる反射層３８を蒸着する。
【０３７５】
その後酸化膜３９や残ったレジストを除去する。
【０３７６】
隔壁層３２の上面にカラーフィルタ１２を各光電変換素子１１１に対応させて設けてゆく。（図４３）
更にカラーフィルタの上面にスパッタでＴＩＯ２層１１を形成する。
【０３７７】
そして平坦化層ベース層１１０の上面、下面に再度レジスト３１６，３１７を設ける。
【０３７８】
レジスト３１６はＴＩＯ２層をエッチング液につけた時に侵食されない部分に設ける。
【０３７９】
例えばポジレジストの場合、始めはのＴＩＯ２層１１全面にスピンコートなどで設けておき、残したいレジストエリアの上にマスクを密着させ、その上面より光を当ててレジストの組成を変化させた後にエッチング液につけて残りのレジストを除去する。
【０３８０】
ここでレジスト３１６のマスクは図４４に示す様に中央の透過率が低く周辺に行くほど透過率が高くなるグラディーションパターンにすると、残ったレジストは図４５の様になる。
【０３８１】
そしてレジスト３１６の上からエッチングを行うとエッチバックによりレジストの形状がＴＩＯ２層１１に転写されて円錐形状の窪みを有するマイクロレンズ１１が出来る。
【０３８２】
この様にして出来上がった固体撮像素子３０の動作について説明する。
【０３８３】
光電変換素子１１１においては透明電極層３３ａａ、３６ａａには電圧印加を行っていない。
【０３８４】
そのためフラップ３７ａａは隔壁３２ａａに沿っており、被写体からの入射は光電変換素子１１１ａａに導かれる。
【０３８５】
更に斜めからの入射や迷光（光線３１７）に対しても反射層３８ａａが反射して光電変換素子１１１ａａに導くために光電変換素子１１１ａの見かけの感度が向上し、シェーディング特性にも優れた固体撮像素子３０となる。
【０３８６】
光電変換素子１１１ａｂにおいては透明電極層３３ａｂ、３６ａｂに例えば１０ｖの電圧印加を行ってる。
【０３８７】
このとき透明電極層３３ａｂ、３６ａｂは互いに反発するためにフラップ３７ａｂは図の様に２つのフラップが閉じて光路を遮る。
【０３８８】
そのために光電変換素子１１１ａｂには被写体からの入射光はない。
【０３８９】
又、透明電極層３３ａｂ、３６ａｂに与える電圧を制御することでフラップ３７ａｂの完全閉鎖ではなく絞りの様に入射光を絞る効果も得られる。
【０３９０】
各光電変換素子１１１に対する独立した光量は第１の実施例と同様に図１３の撮影制御手段１４１により図１４のフローにしたがって制御される。
【０３９１】
この様なシャッタ構成の為に以下の特長が得られる。
・透過率の高いシャッタ
従来例の様に液晶やエレクトロクロミック素子が光電変換素子１１１の前面に配置されていないために透過率が高く、絶対感度の高い光電変換素子１１１が出来る。
・応答性の高いシャッタ
液晶などに比べると応答性が高く、低温においても高い応答でシャッタの制御が出来るため安定した撮像性能が得られる。
・ダイナミックレンジを広げる
各光電変換素子毎に独立してシャッタの開閉が行えるために飽和が予測される光電変換素子１１１においては露光の早い時点でシャッタを閉じることで、その飽和を防ぐことが出来、広いダイナミックレンジの撮影が出来る。
【０３９２】
或いは各光電変換素子毎に独立して絞りの大きさを変化できるために飽和が予測される光電変換素子１１１においては絞りを絞って（フラップ３７を半閉状態にする）その飽和を防ぐことが出来、広いダイナミックレンジの撮影が出来る。・低消費電力
電力を与えないときにはシャッタが開いており（図３６のフラップ３７の状態）電荷転送の僅かの時間だけシャッタ閉のための電力を使う為に消費電力が少なくて済む。
・更なる高感度
フラップ３７の表面には反射層３８が設けられているために直接光電変換素子１１１に入射しない光も光電変換素子１１１に導くことが出来、高感度でシェーディングの影響も少なくなる。
【０３９３】
図３６においてはフラップ３７の駆動に静電力を用いていたが、それに限らずＰＺＴやバイモルフ、形状記憶合金などの電歪部材を用いても良い。
【０３９４】
図４６は電歪素子を用いた例であり、図３６における透明電極３３，３６、絶縁層３３５が省かれ，代わりに電歪素子３１７が蒸着されている。
【０３９５】
電歪素子３１７は電圧の印加により歪が生ずるが、電歪素子３１７をフラップ３７に一体にすると電圧印加による歪の違いからフラップ３７が撓む。
【０３９６】
図４６においてフラップ３７は電歪素子３１７に電圧を印加してフラップ３７を撓ませた場合であり、この様な状態にすることで光電変換素子１１１ａｂの入射光を絞ったり遮光する事が出来る。
【０３９７】
又、例えば形状記憶合金を用いた場合、一つの形状記憶合金は極めて微小なために熱伝導が早く高いレスポンスが期待できる。
【０３９８】
更に、光電変換素子１１１を飽和させるような強烈な入射光があったときには、その入射による熱で形状記憶合金が沿って放電変換素子１１１の入射光を絞ったり、或いは遮るため自動的に光電変換素子１１１の飽和を防ぐことが出来る。
【０３９９】
尚フラップ３７や隔壁３２の形状は図３６に限られず、図４７の様な構成でも良い。
【０４００】
図４７においてはシリコンの隔壁３２はほぼ垂直な形状になっているが、これは第１の実施例の製造方法で説明したＤＥＥＰ  ＲＩＥ製法などで作成する。
同様な工程を繰り返してＩＴＯからなる透明電極層３３、ＳＩＯ２からなる絶縁層３ポリシリコンのフラップ３７、ＩＴＯからなる透明電極層３６、ＳＩＯ２からなる絶縁層３５を作成している。
【０４０１】
以上の様に半導体基盤の主面（ベース層１１０）に複数の光電変換素子１１１が配列されて複数の画素からなる受光領域と、
光軸方向に駆動されることで各光電変換素子の入射状態を制御する移動部材（フラップ３７）からなる光制御領域でシャッタを構成しており、
移動部材（フラップ３７）は光電変換素子１１１の入射面側に配置され、入射光を遮光して光電変換素子１１１に導かない遮光状態と、入射光を光電変換素子１１１に導く非遮光状態を選択可能な移動部材（フラップ３７）で構成されており、
移動部材（フラップ３７）は各光電変換素子１１１の入射光路の側壁（隔壁３２）に沿って配置される遮光膜（フラップ３７）と、遮光膜を駆動する駆動手段（透明電極層３３、３６、電歪素子３１７）とで構成され、駆動手段（透明電極層３３、３６、電歪素子３１７）は遮光膜（フラップ３７）を入射光路に駆動させて遮光状態を選択するようになっている為に更に小型な構成で光制御が行える。
【０４０２】
そして遮光膜（フラップ３７）が入射光路の側面に沿っている状態において光電変換素子１１１以外の部分に集光する光を反射し、反射光を光電変換素子に集光する反射層３８を設けている為に今まで使われていなかった光線も光電変換素子１１１に入射するために感度の向上が図られる。
【０４０３】
そのような遮光膜の駆動方法として駆動手段は遮光膜（フラップ３７）の入射光路の側壁（隔壁３２）対向面に設けられた第１電極（透明電極層３６）と、入射光路側壁（隔壁３２）の遮光膜（フラップ３７）対向面に設けられた第２電極（透明電極３３）と、遮光膜（フラップ３７）を駆動する駆動手段とで構成され、第１電極（透明電極層３６）と第２電極（透明電極３３）の電荷を制御することで静電的に遮光膜（フラップ３７）を入射光路内に移動する様にしている為に小型な構成で駆動手段が実現できる。
【０４０４】
別の駆動方法として駆動手段は遮光膜（フラップ３７）に設けられた電歪部材（電歪素子３１７）により遮光膜（フラップ３７）を入射光路内に移動する構成になっているので小型な構成で駆動手段が実現できる。
【０４０５】
又、半導体基盤の主面（ベース層１１０）に配列された複数の光電変換素子１１１からなる受光領域と、各光電変換素子１１１に対応して入射光を制御する複数の光制御素子（フラップ３７）からなる光制御領域と、各光制御素子（フラップ３７）を駆動することで各光電変換素子１１１への入射光を絞る駆動手段（透明電極層３３、３６、電歪素子３１７）と、各光電変換素子１１１ごとに独立した絞り量で駆動手段を駆動する制御手段とで構成された固体撮像素子３０をカメラに用いることで露光時間をパラメータにしてダイナミックレンジの広い撮影が可能になっており、詳しくは制御手段は各光電変換素子１１１が蓄積を開始してから予め定められた各々の絞り量、即ち各光電変換素子１１１の蓄積開始前の撮像状態により設定される各々の光電変換素子１１１の絞り量に従って撮影を行うか、或いは露光中の各光電変換素子１１１に蓄積される電荷の量に応じて各光電変換素子の絞り量を独立に制御することでにしてダイナミックレンジの広い撮影が可能になっている。
【０４０６】
（第４の実施形態）
図４８ないし図５４は、本発明の第４の実施形態に係わる図である。
【０４０７】
まず図５３を用いて本発明のローパスフィルタを用いた撮影装置の構成を説明する。
【０４０８】
本実施例では、撮影装置は静止画像を撮像手段で電気信号に光電変換し、これをデジタルデータとして記録するデジタルスチルカメラを例として説明する。ただし、デジタルスチルカメラに限定されることなく、ビデオカメラ、産業用工具カメラ、監視カメラ等、光電変換手段を有した他の撮影装置に適用しても同様の効果を得る。
【０４０９】
４００は複数のレンズ群からなる撮影光学系で、フロントレンズ群４０１、バリエータレンズ群４０２、フォーカシングレンズ群４０３を有する。４０５は公知の虹彩絞り機構で、複数枚の絞り羽根と該羽根の駆動手段からなり、該羽根が形成する開口径を調節して撮影光学系４００を通過する光束の量を調節する。４０６は公知のシャッタ機構で、複数枚のシャッタ羽根と該羽根の駆動手段からなり、該羽根の走行タイミングを調節して露光時間を調節する。
【０４１０】
撮影光学系４００の焦点位置（予定結像面）には、撮像手段１５０が配置される。これは照射された光エネルギを電荷に変換する複数の光電変換部、該電荷を蓄える電荷蓄積部、及び該電荷を転送し、外部に送出する電荷転送部からなる２次元ＣＣＤ等の光電変換手段が用いられる。
【０４１１】
撮像手段１５０上に結像した被写体の像は、その明るさの強弱に応じた画素毎の電荷量として電気信号に変換され、アンプ回路４４１で増幅された後、カメラ信号処理回路４４２でＡ／Ｄ変換され、画素補間、γ補正、ＪＰＥＧ圧縮等の処理が施される。このようにして作られた映像信号はメモリ４４３に記録される。
メモリ４４３は、フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ、光磁気ディスク等の光メモリ、磁気テープ等の磁気メモリ等、種々のものが利用可能である。
【０４１２】
撮影光学系４００と撮像手段１５０の間には、本発明の光学的ローパスフィルタ１００Ｈ、１００Ｖが配置される。１００Ｈは撮影光束を水平方向に横ずらしするためのローパスフィルタ、１００Ｖは撮影光束を垂直方向に横ずらしするためのローパスフィルタで、その構成は後述する。
【０４１３】
４２１は液晶ディスプレイ等の表示器で、撮像手段１５０で取得した被写体像や、光学装置の動作状況を表示する。４２２は操作スイッチ群で、ズームスイッチ、撮影準備スイッチ、撮影開始スイッチ、露出制御モードやＡＦモード等を設定する撮影条件スイッチで構成される。４２３はズームアクチュエータで、前記バリエータレンズ群４０２を駆動し、撮影光学系４００の焦点距離を変える。４２４はフォーカスアクチュエータで、前記フォーカシングレンズ群４０３を駆動し、撮影光学系４００の焦点状態を調節する。
【０４１４】
４３１はＣＰＵで、撮影装置全体の動作を制御する。４３２は絞り駆動回路で、前述の絞り機構４０５を駆動し、虹彩絞りの開口径を調節して撮像手段１５０に到達する光束の量を調節する。４３３はシャッタ駆動回路で、前記シャッタ機構４０６を駆動し、撮像手段１５０への露光時間を制御する。４３４は光学ローパスフィルタ駆動回路で、本発明のローパスフィルタ１００Ｈ、１００Ｖを駆動し、所定の光学効果を得る。
【０４１５】
図４８は本発明の光学的ローパスフィルタと、その後方に配置された撮像手段の断面図である。同図において、１００Ｈは撮影光束を撮影画面の水平方向に横ずらしするためのローパスフィルタ、１５０はＣＣＤ等の撮像手段である。Ｃは光軸で、前記図５３の撮影光学系４００の光軸に一致するものである。まず、撮像手段１５０について説明する。
【０４１６】
１５１は撮像手段のパッケージ、１５２は入射光を光電変換する受光部、１５３は色分解用にモザイク状に配列されたカラーフィルタアレイ、１５４は入射光を受光部１５２に集光するためのマイクロレンズアレイである。該撮像手段１５０は公知の素子が用いられるため、詳しい説明は省略する。
【０４１７】
１００Ｈは、入射した撮影光束を所定方向に横ずらしするための光学的ローパスフィルタ全体を示す。１０１は第１のマイクロプリズムアレイで、個々のプリズムは頂角が略９０度で前記光軸に対して略対称形の格子状プリズムよりなり、これらが一方向に等ピッチで並んだ光学素子となっている。そして個々のマイクロプリズムにおいて、法線が右上方に延びた斜面群を１０１ａ、法線が左上方に延びた斜面群を１０１ｂとする。１０２は第２のマイクロプリズムアレイで、第１のマイクロプリズムアレイ１０１と同様の形状をなした格子状光学素子である。そして個々のマイクロプリズムにおいて、法線が左下方に延びた斜面群を１０２ａ、法線が右下方に延びた斜面群を１０２ｂとする。そしてマイクロプリズムアレイ１０１及び１０２のプリズム部は対向配置されている。
【０４１８】
１０３はプリズム固定手段で、固定部１０３ｂで第１のマイクロプリズムアレイ１０１を固定するとともに、突起部１０３ａが第２のマイクロプリズムアレイ１０２の外縁部下面に摺接している。１０４はプリズム押さえ板で、突起部１０４ａが第２のマイクロプリズムアレイ１０２の外縁部上面に摺接している。
【０４１９】
１０５は印加電圧に応じて伸縮する積層型圧電素子で、一端はプリズム固定手段１０３の内壁に固着され、他端は第２のマイクロプリズムアレイ１０２の外縁部側面に固着される。そして同図においては、圧電素子１０５へは電圧が印加されておらず、その自由長はＡとなっている。このとき、２つのマイクロプリズムアレイは、一方の斜面群１０１ａと１０２ａは密着し、他方の斜面群１０１ｂと１０２ｂは微小量δＨだけ空隙Ｇａｐ１が設けられた状態となっている。すると、光学的ローパスフィルタ１００Ｈの上方から入射する光束のうち、第２のマイクロプリズムアレイ１０２の斜面群１０２ａに入射した光線Ｌａは、密着して対向する斜面群１０１ａを通過して直進し、撮像手段１５０の所定の画素Ｐｉｘ４に入射する。一方、第２のマイクロプリズムアレイ１０２の斜面群１０２ｂに入射した光線Ｌｂは、該斜面群１０２ｂで全反射して左方向に進み、斜面群１０２ａ及び１０１ａを通過したのちに斜面群１０１ｂで全反射して下方に進み、撮像手段１５０の所定の画素Ｐｉｘ５に入射する。
【０４２０】
よって、光学的ローパスフィルタ１００Ｈの上方から入射する光束のうち、約５０％は直進して撮像手段に到達し、残りの５０％はマイクロプリズムの１ピッチ分だけ左方向にシフトして撮像手段に到達するため、光束全体の平均ではマイクロプリズムの０．５ピッチ分だけ左方向にシフトすることになる。
【０４２１】
図４９は上記ローパスフィルタ１００Ｈが備える圧電素子１０５に所定電圧を印加し、その長さをδＨだけ伸張させた時の状態を示す図である。このとき、２つのマイクロプリズムアレイは、図４８では密着していた斜面群１０１ａと１０２ａは、微小量δＨだけ空隙Ｇａｐ２が設けられた状態となり、図４８ではギャップのあった斜面群１０１ｂと１０２ｂは図２８では密着している。すると、光学的ローパスフィルタ１００Ｈの上方から入射する光束のうち、第２のマイクロプリズムアレイ１０２の斜面群１０２ａに入射した光線Ｌａは、該斜面群１０２ａで全反射して右方向に進み、斜面群１０２ｂ及び１０１ｂを通過したのちに斜面群１０１ａで全反射して下方に進み、撮像手段１５０の所定の画素Ｐｉｘ５に入射する。一方、第２のマイクロプリズムアレイ１０２の斜面群１０２ｂに入射した光線Ｌｂは、密着して対向する斜面群１０１ｂを通過して直進し、撮像手段１５０の所定の画素Ｐｉｘ６に入射する。
【０４２２】
よって、光学的ローパスフィルタ１００Ｈの上方から入射する光束のうち、約５０％は直進して撮像手段に到達し、残りの５０％はマイクロプリズムの１ピッチ分だけ右方向にシフトして撮像手段に到達するため、光束全体の平均ではマイクロプリズムの０．５ピッチ分だけ右方向にシフトすることになる。
【０４２３】
よって、光学的ローパスフィルタ１００Ｈの上方から入射する光束のうち、約５０％は直進して撮像手段に到達し、残りの５０％はマイクロプリズムの１ピッチ分だけ右方向にシフトして撮像手段に到達するため、光束全体の平均ではマイクロプリズムの０．５ピッチ分だけ右方向にシフトすることになる。
【０４２４】
図５０は前記圧電素子１０５への印加電圧を、図４９の状態の約半分に減じ、その長さを初期状態からδＨの半分だけ伸張させた時の状態を示す図である。このとき、２つのマイクロプリズムアレイは離反状態となる。すると、光学的ローパスフィルタ１００Ｈの上方から入射する光束は、第２のマイクロプリズムアレイ１０２の斜面群１０２ａ及び斜面群１０２ｂで全反射して、元の方向に戻ってしまう。すなわち、第２のマイクロプリズムアレイ１０２はコーナーキューブに類似の作用を有した反射光学部材となり、本ローパスフィルタは入射光束を遮断する光スイッチとしての機能も有することになる。
【０４２５】
以上の構成において、撮像手段１５０の１回の露光時間中に、光学的ローパスフィルタ１００Ｈを図４８から図４９の状態に遷移させることで、入射光束をマイクロプリズムの１ピッチ分だけ横ずらししたローパス効果を得ることができる。
【０４２６】
また、撮像手段１５０の露光終了時に、光学的ローパスフィルタ１００Ｈを図４８あるいは図４９の状態から図５０の状態に遷移させることで、入射光束を遮断する効果を得ることができる。
【０４２７】
図５１は本発明の光学的ローパスフィルタを撮影装置に応用した場合の斜視図で、撮像手段１５０のカラーフィルタアレイ１５３と、ローパスフィルタのマイクロプリズムアレイのみを示し、他の部材は省略している。撮像手段は２次元イメージセンサで、これに用いるカラーフィルタアレイも２次元のモザイクフィルタアレイとなっている。従って、光学的ローパスフィルタも２次元方向、すなわち撮影画面の水平方向（矢印Ｈで表示）と垂直方向（矢印Ｖで表示）の両方向に光束を横ずらしする必要がある。したがって、光学的ローパスフィルタも横ずらし用のフィルタユニット１００Ｈと縦ずらし用のフィルタユニット１００Ｖの２組が設けられ、それぞれに駆動用の圧電素子が組み込まれている。
【０４２８】
図５２は、図５１に示した２組の光学的ローパスフィルタの駆動方法を説明する図で、同図（ａ）は圧電素子１０５のタイミングチャート、同図（ｂ）は射出光束の移動軌跡図である。
【０４２９】
まず同図（ａ）にて、２つの圧電素子の駆動方法を説明する。同図（ａ）の横軸は時刻ｔ、縦軸は圧電素子の変位で、下段はローパスフィルタ１００Ｈ用、上段はローパスフィルタ１００Ｖ用の圧電素子の変位を示している。
【０４３０】
時刻ｔ０においては両素子の変位はゼロであり、時刻ｔ１にて圧電素子１０５Ｈに所定電圧を印加して伸張させ、変位をδＨにする。時刻ｔ２においては圧電素子１０５Ｖに所定電圧を印加して伸張させ、変位をδＨにする。その後時刻ｔ３にて圧電素子１０５Ｈの印加電圧を解除して変位をゼロに戻す。最後に時刻ｔ４にて、圧電素子１０５Ｈ及び１０５Ｖの印加電圧を、所定値の約２分の１にして変位をδＨ／２にする。そして、時刻ｔ０からｔ４までのＴが電荷蓄積時間、すなわち全露光時間に相当し、これを４分割したＴ０ないしＴ３の各露光時間中は、射出する光束の位置が相対的にシフトした状態となっている。
【０４３１】
以上の制御を行なった場合に、撮像手段に入射する光束のシフト軌跡を同図（ｂ）に示す。時刻ｔ０からｔ４までの圧電素子への電圧制御により、各露光時間中の射出光束の位置はＴ０ないしＴ３で示した位置をたどり、光学的なローパス効果を得ることができる。そして最後に中央のＴ４に到達した時には、ローパスフィルタは光シャッタとして作用するため、撮像手段１５０への撮影光束は遮断される。したがって、図５３のシャッタ機構４０６を廃止することも可能である。
【０４３２】
なお、時刻ｔ１ないしｔ３の各タイミングでは、マイクロプリズムアレイ１０１と１０２が一瞬離反して光シャッタ機能が働いてしまうが、本実施形態では高速変形可能な積層型圧電素子を用いているため、実害が出ないようになっている。
【０４３３】
図５４は、図５３に示した撮影装置が有するＣＰＵ４３１の制御フロー図である。以下、５４を用いて撮影装置の制御フローを説明する。
【０４３４】
ステップＳ１０１を経由して、ステップＳ１０２では、撮影者によりメインスイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていない時はステップＳ１０２に留まる。ステップＳ１０２でメインスイッチがオン操作されたと判定されたら、ＣＰＵ４３１はスリープ状態から脱してステップＳ１１１以降を実行する。
【０４３５】
ステップＳ１１１では、撮影装置の初期化を行なう。具体的には、沈胴状態にある撮影光学系を撮影可能状態に繰り出し駆動し、撮影者による撮影条件の設定を受け付ける。
【０４３６】
ステップＳ１１２では、撮像手段１５０及びカメラ信号処理回路４４２を駆動して、プレビュー画像を取得し、ステップＳ１１３で表示器４２１に前記プレビュー画像を表示する。
【０４３７】
ステップＳ１１４では、撮影者によってレリーズボタンの第１ストロークに連動した撮影準備スイッチ（フロー図では、ＳＷ１と表記）のオン操作がなされたか否かを判別する。オン操作されていない時はステップＳ１１２に戻り、プレビュー画像表示を繰り返し実行する。ステップＳ１１４で撮影準備スイッチがオン操作されたと判定されたら、ステップＳ１１４を脱してステップＳ１２１以降を実行する。
【０４３８】
ステップＳ１２１ないしステップＳ１２２では、撮影光学系４００の焦点調節を行なう。これはいわゆる山登り式サーボＡＦと呼ばれる、画像信号の高周波成分が最大値となるフォーカス位置を探してレンズを停止させる焦点調節制御である。ステップＳ１２３では合焦したか否かを判定し、合焦していない場合は前記ステップＳ１２１およびステップＳ１２２を繰り返し実行する。合焦した場合はフォーカシングレンズの駆動を停止し、ステップＳ１３１へ移行する。
【０４３９】
ステップＳ１３１では、測光演算を行なう。具体的には、撮像手段４１１が受光する被写体光束の量を判定し、撮影時の光量を適切にするための絞り値とシャッタ秒時を演算する。この際、撮影装置の露出制御モードとして絞り優先ＡＥモードが選択されている場合は、撮影者によって設定された絞り値が採用される。
一方シャッタ優先ＡＥモード、あるいはプログラムＡＥモードが選択されている場合は、撮影装置が内蔵する所定のプログラムに従って、絞り値を演算する。
【０４４０】
ステップＳ１３２では、前記ステップＳ１３１で算出した絞り値に基づき、絞り駆動量を演算する。これは現在の絞り値とステップＳ１３１で算出した絞り値の差分に相当する。ステップＳ１３３では前記ステップＳ１３２で演算した絞り駆動量に基づいて、絞り駆動を行なう。
【０４４１】
ステップＳ１３４では、レリーズボタンの第２ストロークに連動した撮影トリガスイッチ（フロー図では、ＳＷ２と表記）がオン操作されたか否かの判定を行ない、オン操作されていない場合は前記ステップＳ１３１ないしステップＳ１３３を繰り返し実行する。一方オン操作された場合は、ステップＳ１３４からステップＳ１４１にジャンプし、撮影動作を実行する。
【０４４２】
ステップＳ１４１では撮像手段１５０への画像信号の蓄積を開始する。ステップＳ１４２では、図５２で説明したタイミングチャートに従い、ローパスフィルタ１００Ｈ及び１００Ｖを駆動し、射出光束をシフトするとともに、最後に光シャッタとして機能させ、撮像手段１５０への入射光束を遮断する。ステップＳ１４３ではシャッタの閉動作を行なう。ステップＳ１４４では撮像手段１５０に蓄積された電荷を、電荷転送ラインを介して読み出し、増幅手段４４１を介してカメラ信号処理回路４４２に入力させる。ステップＳ１４５では、カメラ信号処理回路４４２において、入力したアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換し、ＡＧＣ制御、ホワイトバランス、γ補正、エッジ強調等の画像処理を施し、さらに必要に応じてＣＰＵ４３１内に記憶された画像圧縮プログラムでＪＰＥＧ圧縮等を施す。ステップＳ１４６では、上記ステップＳ１４５で得られた画像信号をメモリ４４３に記録し、ステップＳ１４７にて撮影動作が終了する。
【０４４３】
以上説明したように、撮影に際しての撮影手段への電荷蓄積中に、本実施形態のローパスフィルタを駆動することで、水平及び垂直方向に撮影光束が所定量シフトして光学的ローパス効果が得られ、撮影画像に生ずる有害なモアレを回避することができる。更には、ローパスフィルタを光シャッタとして機能させることも可能であり、機械的シャッタ手段との併用で、シャッタ秒時の高速化と遮光性能向上を図ることができる。あるいは機械的シャッタを廃止することもできる。
【０４４４】
（第５の実施形態）
前記第４の実施形態におけるマイクロプリズムは、頂角が略９０度の格子状光学素子の集合体で、１組のマイクロプリズムユニットは撮影光束を１方向のみにシフトするものであった。以下に示す本発明の第２実施形態のマイクロプリズムは、頂角が略９０度の四角錐状光学素子の集合体で、一方のマイクロプリズムユニットを水平及び垂直の２方向に駆動することで、撮影光束を２方向にシフトする機能を有する。
【０４４５】
図５５は、第５の実施形態における光学的ローパスフィルタの斜視図で、第４の実施形態の図５０に対応するものである。当図においても、撮像手段のカラーフィルタアレイ２５３と、ローパスフィルタのマイクロプリズムアレイのみを示し、他の部材は省略している。
【０４４６】
２００は、入射した撮影光束を所定の２方向に横ずらしするための光学的ローパスフィルタ全体を示す。２０１は第１のマイクロプリズムアレイ、２０２は第２のマイクロプリズムアレイである。当図においては、第２のマイクロプリズムアレイの形状が理解しやすいように、これを裏返したものを併記してある。
【０４４７】
ここで、第１のマイクロプリズムアレイ２０１を構成する個々のプリズムは、底面が正方形で頂角が略９０度の正四角錐であり、これらが等ピッチで２次元平面上に並んでいる。一方、第２のマイクロプリズムアレイ２０１を構成する個々のプリズムは、頂角が略９０度の正四角錐を裏返した形状、すなわち第１のマイクロプリズムと対向密着させると、両者のすきまが全面に渡って実質上ゼロになる形状をなしており、これらが等ピッチで２次元平面上に並んでいる。そしてマイクロプリズムアレイ２０１及び２０２のプリズム部は光軸方向に微小寸法だけ離して対向配置され、その断面形状は第４の実施形態の図４８に示したものと同一形状を呈する。
【０４４８】
そして第２のマイクロプリズムアレイ２０２は、図４８の機構と類似の機構により、光軸に対して直交する面内を、２方向に独立して駆動されるように構成されている。そして撮影に際しては、第２のマイクロプリズムアレイ２０２は図５５の駆動軌跡Ｔｒ２のごとく駆動される。ただし、この際の駆動軌跡の各辺の長さは、図５２で説明したものと同一、すなわちδＨである。すると、四角錐形状の第１のマイクロプリズムは、４つの斜面のうちの２面が常に第２のマイクロプリズムと密着し、かつ第２のマイクロプリズムアレイの駆動に伴って密着斜面が順次移動するため、該プリズムアレイに入射する光束は撮影画面上を水平及び垂直方向にシフトする。すなわち、第４の実施形態においては、２枚のマイクロプリズムアレイで構成されたプリズムユニットを１組用い、一方のプリズムアレイを２次元方向に駆動することで、第４の実施形態と同等のローパス効果を得ることができる。
【０４４９】
図５６は、第５の実施形態の光学的ローパスフィルタを内蔵した撮像装置の断面図である。当実施形態においては、１組のローパスフィルタ２００が配置され、ローパスフィルタ駆動回路４３４によって一方のフィルタアレイが２方向に駆動される点のみが第１実施形態と異なる。その他の構成は図５２に示したものと実質的に同一である。また、制御フローも図５４に示したものと同一なので、説明は省略する。
【０４５０】
以上説明したように、本実施形態では１組のローパスフィルタで水平及び垂直方向への光学的ローパス効果が得られ、撮影装置の一層の小型化及び低コスト化が達成できる。
【０４５１】
（第６の実施形態）
前記第４の実施形態におけるマイクロプリズムは、頂角が略９０度の格子状光学素子の集合体で、片方のマイクロプリズムアレイを光軸と直交する方向に移動することで、撮影光束をシフトするものであった。以下に示す本発明の第３実施形態のマイクロプリズムは、頂角が略４５度の格子状光学素子の集合体で、一方のマイクロプリズムアレイを光軸方向に駆動することで、撮影光束を光軸と直交する方向にシフトする機能を有する。
【０４５２】
図５７は、第６の実施形態における光学的ローパスフィルタの断面図で、第４の実施形態の図４８に対応するものである。同図において、３００Ｈは撮影光束を撮影画面の水平方向に横ずらしするためのローパスフィルタ、３５０はＣＣＤ等の撮像手段である。Ｃは光軸で、撮影光学系の光軸に対応するものである。撮像手段３５０は、第４の実施形態の撮像手段１５０と同一の構造のため、説明は省略する。
【０４５３】
３００Ｈは、入射した撮影光束を所定方向に横ずらしするための光学的ローパスフィルタ全体を示す。３０１は第１のマイクロプリズムアレイで、個々のプリズムの断面形状は、頂角が略４５度の三角形が等ピッチで並んだ形状をなし、紙面垂直方向に同一形状のまま伸びた格子状光学素子となっている。そして個々のマイクロプリズムにおいて、法線が光軸に対して４５度傾斜した斜面群を３０１ａ、法線が光軸に対して直交する斜面群を３０１ｂとする。３０２は第２のマイクロプリズムアレイで、第１のマイクロプリズムアレイ３０１と同様の形状をなした格子状光学素子である。そして個々のマイクロプリズムにおいて、法線が光軸に対して４５度傾斜した斜面群を３０２ａ、法線が光軸に対して直交する斜面群を３０２ｂとする。そしてマイクロプリズムアレイ３０１及び３０２のプリズム部は対向配置され、斜面群３０１ａと３０２ａ、及び斜面群３０１ｂと３０２ｂはそれぞれ密着している。
【０４５４】
３０３はプリズム固定手段で、固定部３０３ｂで第１のマイクロプリズムアレイ３０１を固定するとともに、嵌合部３０３ａが第２のマイクロプリズムアレイ３０２の外縁部端面に摺接している。
【０４５５】
３０５は印加電圧に応じて伸縮する積層型圧電素子で、一端はプリズム固定手段３０３の内壁底部に固着され、他端は第２のマイクロプリズムアレイ３０２の外縁部下面に固着される。該圧電素子３０５は、同一形状のものが２個備えられる。そして同図においては、圧電素子３０５へは電圧が印加されておらず、その自由長はＡとなっている。このとき、２つのマイクロプリズムアレイは、斜面群３０１ａと３０２ａは密着し、３０１ｂと３０２ｂも密着している。すると、光学的ローパスフィルタ１００Ｈの上方から入射する光線Ｌは、第２のマイクロプリズムアレイ３０２の斜面群３０２ａに入射し、密着して対向する斜面群３０１ａを通過して直進して、撮像手段３５０の所定の画素Ｐｉｘ６に入射する。
【０４５６】
よって、光学的ローパスフィルタ１００Ｈの上方から入射する全ての光束が直進して撮像手段に到達するため、光束のシフト効果は生じない。
【０４５７】
図４８は上記ローパスフィルタ３００Ｈが備える圧電素子３０５に所定電圧を印加し、その長さをδＡだけ伸張させた時の状態を示す図である。このとき、２つのマイクロプリズムアレイは、図５７では密着していた斜面群３０１ａと３０２ａは、微小量δＡだけ空隙が設けられた状態とる。すると、光学的ローパスフィルタ３００Ｈの上方から入射する光線Ｌは、該斜面群３０２ａで全反射して左方向に進み、斜面群３０２ｂ及び３０１ｂを通過したのちに斜面群３０１ａで全反射して下方に進み、撮像手段３５０の所定の画素Ｐｉｘ５に入射する。
【０４５８】
よって、光学的ローパスフィルタ３００Ｈの上方から入射するすべての光束がマイクロプリズムの１ピッチ分だけ左方向にシフトして撮像手段に到達する。そこで、露光時間中に該フィルタ３００Ｈを図５８の状態から図５９の状態に遷移させることで、光学的ローパス効果を得ることができる。
【０４５９】
図５９は本発明の光学的ローパスフィルタを撮影装置に応用した場合の斜視図で、撮像手段３５０のカラーフィルタアレイ３５３と、ローパスフィルタのマイクロプリズムアレイのみを示し、他の部材は省略している。撮像手段は２次元イメージセンサで、これに用いるカラーフィルタアレイも２次元のモザイクフィルタアレイとなっている。従って、光学的ローパスフィルタも２次元方向、すなわち撮影画面の水平方向（矢印Ｈで表示）と垂直方向（矢印Ｖで表示）の両方向に光束を横ずらしする必要がある。したがって、光学的ローパスフィルタも横ずらし用のフィルタユニット３００Ｈと縦ずらし用のフィルタユニット３００Ｖの２組が設けられ、それぞれに駆動用の圧電素子が組み込まれている。
【０４６０】
図６０は、図５９に示した２組の光学的ローパスフィルタの駆動方法を説明する図で、同図（ａ）は圧電素子３０５のタイミングチャート、同図（ｂ）は射出光束の移動軌跡図である。
【０４６１】
まず同図（ａ）にて、２つの圧電素子の駆動方法を説明する。同図（ａ）の横軸は時刻ｔ、縦軸は圧電素子の変位で、下段はローパスフィルタ３００Ｈ用、上段はローパスフィルタ３００Ｖ用の圧電素子の変位を示している。
【０４６２】
時刻ｔ０においては両素子の変位はゼロであり、時刻ｔ１にて圧電素子３０５Ｈに所定電圧を印加して伸張させ、変位をδＨにする。時刻ｔ２においては圧電素子３０５Ｖに所定電圧を印加して伸張させ、変位をδＨにする。その後時刻ｔ３にて圧電素子３０５Ｈの印加電圧を解除して変位をゼロに戻す。最後に時刻ｔ４にて、圧電素子３０５Ｖの印加電圧を解除して変位をゼロに戻す。そして、時刻ｔ０からｔ４までのＴが電荷蓄積時間、すなわち全露光時間に相当し、これを４分割したＴ０ないしＴ３の各露光時間中は、射出する光束の位置が相対的にシフトした状態となっている。
【０４６３】
以上の制御を行なった場合に、撮像手段に入射する光束のシフト軌跡を同図（ｂ）に示す。時刻ｔ０からｔ４までの圧電素子への電圧制御により、各露光時間中の射出光束の位置はＴ０ないしＴ３で示した位置をたどり、光学的なローパス効果を得ることができる。
【０４６４】
また、以上の第６の実施形態の光学的ローパスフィルタを撮影装置に組み込んだ際の構成、及び制御フローは、第４の実施形態の図５２及び図５３と同一であるため、説明は省略する。
【０４６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型軽量のマイクロプリズムアレイを微小量駆動することで光束を短時間にシフトでき、騒音や振動を防止するとともに、露光時間が短い場合にも充分なローパス効果を得ることができる。また、光シャッタ機能を付加することも可能で、撮影装置を小型軽量安価に提供できる。
【０４６６】
また、本発明においてはマイクロメカニクスを用いる事で小型で精度の高いメカニカルなシャッタを作成できることに着目しており、特に固体撮像素子を形成する各光電変換素子に対応してメカニカルなシャッタを固体撮像素子製造工程で作りこみ、そのようなシャッタを各光電変換素子ごとに個別に駆動制御することで撮影ダイナミックレンジの拡大や光電変換素子感度のばらつき補完、シェーディング補正を行い、更に入射透過率を上げることが出来るので絶対感度の低下を防ぐことが出来ると共に駆動レスポンスが高くなるので低応答性による光線漏れも解決できる。
【０４６７】
また、本発明によれば、小型軽量のマイクロプリズムアレイを微小量駆動することで光束を短時間にシフトでき、騒音や振動を防止するとともに、露光時間が短い場合にも充分なローパス効果を得ることができる。また、光シャッタ機能を付加することも可能で、撮影装置を小型軽量安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態カラーフィルタ説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態変形例断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態変形例断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態変形例平面図である。
【図６】本発明の第１実施形態変形例断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態駆動波形図である。
【図８】本発明の第１実施形態駆動波形図である。
【図９】本発明の第１実施形態駆動波形図である。
【図１０】本発明の第１実施形態駆動波形図である。
【図１１】本発明の第１実施形態駆動波形図である。
【図１２】本発明の第１実施形態駆動波形図である。
【図１３】本発明の第１実施形態ブロック図である。
【図１４】本発明の第１実施形態フローチャート図である。
【図１５】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図１６】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図１７】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図１８】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図１９】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図２０】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図２１】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図２２】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図２３】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図２４】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図２５】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図２６】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図２７】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図２８】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図２９】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図３０】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図３１】本発明の第１実施形態の製造方法である。
【図３２】本発明の変形例平面図である。
【図３３】本発明の第２実施形態断面図である。
【図３４】本発明の第２実施形態変形例断面図である。
【図３５】本発明の第２実施形態変形例断面図である。
【図３６】本発明の第３実施形態断面図である。
【図３７】本発明の第３実施形態カラーフィルタ説明図である。
【図３８】本発明の第３実施形態の製造方法である。
【図３９】本発明の第３実施形態の製造方法である。
【図４０】本発明の第３実施形態の製造方法である。
【図４１】本発明の第３実施形態の製造方法である。
【図４２】本発明の第３実施形態の製造方法である。
【図４３】本発明の第３実施形態の製造方法である。
【図４４】本発明の第３実施形態の製造方法である。
【図４５】本発明の第３実施形態の製造方法である。
【図４６】本発明の第３実施形態変形例断面図である。
【図４７】本発明の第３実施形態変形例断面図である。
【図４８】本発明第４の実施形態における光学的ローパスフィルタの断面図である。
【図４９】本発明第４の実施形態における光学的ローパスフィルタのローパス効果説明図である。
【図５０】本発明第４の実施形態における光学的ローパスフィルタの光シャッタ効果説明図である。
【図５１】本発明第４の実施形態における光学的ローパスフィルタの斜視図である。
【図５２】本発明第４の実施形態における光学的ローパスフィルタの駆動方法説明図である。
【図５３】本発明第４の実施形態における撮影装置の構成図である。
【図５４】本発明第４の実施形態の撮影装置における制御フロー図である。
【図５５】本発明第５の実施形態における光学的ローパスフィルタの斜視図である。
【図５６】本発明第５の実施形態における撮影装置の構成図である。
【図５７】本発明第６の実施形態における光学的ローパスフィルタの断面図である。
【図５８】本発明第６の実施形態における光学的ローパスフィルタのローパス効果説明図である。
【図５９】本発明第６の実施形態における光学的ローパスフィルタの斜視図である。
【図６０】本発明第６の実施形態における光学的ローパスフィルタの駆動方法説明図である。
【図６１】従来の技術の固体撮像素子断面図である。
【図６２】従来の技術の固体撮像素子の特性説明図である。
【図６３】従来の技術の固体撮像素子の問題点説明図である。
【図６４】従来の技術の固体撮像素子の改良断面図である。
【符号の説明】
１０  固体撮像素子
１１  マイクロレンズ
１２  カラーフィルタ
１３  光導波路
１４  界面
１５  平坦化層
１６  板バネ
１７  可動マイクロプリズム
１８  透明電極層
１９  絶縁層
２１  ステーター
２２  コイル
２３  永久磁石
２４  ヨーク
２５  スライダー
２６  コイルバネ
２７  軸受け
２８  コイルバネ
２９  カム板
３０  固体撮像素子
３１  空間領域
３２  隔壁層
３３  透明電極層
３４  絶縁層
３５  絶縁層
３６  透明電極層
３７  フラップ
３８  反射層
１１０  ベース層
１１１  光電変換素子
１１２  読み出しゲート
１１３  垂直転送電極
１１４  垂直転送電荷転送路
１１５  チャネルストップ領域
１１６  固定マイクロプリズム
１１７  透明電極層
１１８  絶縁層
１１９  遮光層
１２０  入射光
１２１  透明電極層
１２２  絶縁層
１２３  透明電極層
１２４  絶縁層
１２５  透明電極層
１２６  絶縁層
１２７  透明電極層
１２８  絶縁層
１２９  圧電部材
１３０  シャッタ開口曲線
１３１  蓄積制御時間
１３２  光軸
１３３  レンズ
１３５  絞り
１３４  ＡＦ駆動モータ
１３７  絞り駆動手段
１３８  焦点駆動手段
１３９  閃光手段
１４０  Ａ／Ｄ変換手段
１４１  撮影制御手段
１４２  信号処理手段
１４３  表示手段
１４４  記録手段
【図１】
2004335856.tif 000003
【図２】
2004335856.tif 000004
【図３】
2004335856.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004335856.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004335856.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004335856.tif 000011
【図１０】
2004335856.tif 000012
【図１１】
2004335856.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2004335856.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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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】
2004335856.tif 000035
【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
2004335856.tif 000040
【図３９】
2004335856.tif 000041
【図４０】
2004335856.tif 000042
【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
2004335856.tif 000060
【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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