JP2000089138A - 光変調素子とそのパッケージとその制御方法と光量圧縮装置と撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光量損失が少なく、透過光に波長特性の変
化、ひずみおよび収差を生じさせることのない光変調素
子およびその応用装置を提供する。 【解決手段】 基板４２にマトリクス状に複数の貫通孔
３２を設ける。それぞれの貫通孔３２に遮光部材として
のシャッタセル３０を配置する。シャッタセル３０は各
貫通孔に入射する光を透過させる第１の位置と、透過さ
せる光の量が第１の位置と異なる第２の位置との間で移
動可能とされる。第１の位置および第２の位置は対応す
る貫通孔の入射光を透過させる位置と遮断する位置とす
ることもできる。シャッタセル３０は例えば駆動電極４
１との間に異なる電圧を印加して静電気的に駆動するこ
とができる。シャッタセル３０が第１の位置と第２の位
置にある時間の比率を変えることにより各貫通孔に入射
する光の透過率を制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光変調素子とその
制御方法とその応用装置とそのパッケージに関し、特に
個別に開閉可能な微小遮光部材を格子状に配置して過光
量を制御する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像光の変調を行なうことができ
る素子としては、液晶素子が知られている。

【０００３】図２６および図２７は、液晶素子の構造を
示す。図２６は液晶素子を上から見た図であり、図２７
は図２６のＡ−Ａ線に沿った断面図である。このような
液晶素子は、四角形の液晶セル３を格子状に配置して構
成される。各液晶セル３ごとに駆動用のトランジスタ２
が設けられている。

【０００４】液晶セル３は、図２７に詳細に示されるよ
うに、ガラス基板１８，１７の間に保護膜１６、透明電
極１４、偏光膜１３、スペーサ１１及び液晶１０、偏光
膜１２、透明電極１及び保護膜１５を挟んだ積層構造と
なっている。液晶セル３以外の部分にあたる照明光は全
て遮光されるよう構成されている。

【０００５】このような液晶素子は照明光１９を透過す
るか遮光するかの変調を行なう。透明電極１と透明電極
１４との間に電圧が印加されていない場合は、液晶セル
３は照明光１９を透過するように制御される。すなわ
ち、この場合は、図６０において矢印で示される照明光
１９は、ガラス基板１８、保護膜１６、透明電極１４、
偏光膜１３、液晶１０、偏光膜１２、透明電極１、保護
膜１５、及びガラス基板１７を透過し、したがって液晶
セル３を透過することになる。

【０００６】これに対し、透明電極１と透明電極１４と
の間に所定の電圧が印加された場合には、液晶セル３は
光を遮光するように制御される。すなわち、この場合は
前記照明光１９はガラス基板１８、保護膜１６、透明電
極１４、偏光膜１３、及び液晶１０を透過した後、偏光
方向の相違により偏光膜１２で遮光され、したがって液
晶セル３を透過しない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上に述
べた従来の液晶素子では、照明光は、極めて多数の層ま
たは膜、すなわちガラス基板と保護膜と透明電極と偏光
膜と液晶と別の偏光膜と透明電極と保護膜とガラス基板
とを透過するため、透過光量が大幅に低下するという不
都合があった。さらに、このような液晶素子を透過する
時に照明光の波長特性が変化してしまうという不都合も
あった。

【０００８】本発明の目的は、このような従来の技術に
おける問題点に鑑み、光量の低下を少なくして照明光の
透過光量を画素ごとに制御することができ、かつ透過光
に波長特性の変化および歪みや収差を生じさせることの
ない光変調素子及びその応用装置などを提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明では、貫通孔
を有し、電気回路を形成可能な半導体基板と、前記貫通
孔に設けられ、前記貫通孔に入射する光を透過する第１
の位置と、透過する光の光量が前記第１の位置にある場
合と異なる第２の位置との間で移動可能な遮光部材と、
前記第１の位置と前記第２の位置との間で、前記遮光部
材を移動する移動手段とを備えることを特徴とする光変
調素子が提供される。このような第１の発明によれば、
それぞれの貫通孔に配置された遮光部材を第１の位置と
該第１の位置と異なる第２の位置との間で移動させるこ
とにより、各貫通孔における入射光の透過量を調整する
ことができる。この透過量の調整は遮光部材の位置に応
じて貫通孔の大きさを空間的に調整するか、あるいは遮
光部材が第１の位置にある時間と第２の位置にある時間
との比率を調整することにより光の透過率を時間的に調
整することで可能になり、光の透過率は各貫通孔毎に独
立に調整できる。また、従来の液晶素子のように入射光
が透過する場合の透過光量の減衰がほとんどなく、透過
光の波長特性が変化することもなくなる。

【００１０】第２の発明では、第１の発明において、前
記貫通孔は、複数であって、配列を形成することを特徴
とする。第２の発明において、前記配列は、たとえば行
及び列に沿う格子状である。このような第２の発明によ
れば、被写体の光学像などに対応する画像光を画面内の
各位置で変調することができ、所定の画面領域にわたり
光変調を行なうことができるようになる。また、前記配
列がたとえば格子状であれば被写体の光学像などに対応
する画像光を画面内の各位置で均等に変調することがで
きる。

【００１１】第３の発明では、第１の発明において、前
記貫通孔は、前記基板の厚さ方向と略平行な内壁を有す
る略直方体であることを特徴とする。このような第３の
発明では、前記半導体基板に貫通孔を規則的に高い密度
で配置することが可能になり、前記半導体基板に入射す
る光の透過率を極めて大きくすることができ、入射光の
損失を少なくすることができる。

【００１２】第４の発明では、第３の発明において、前
記貫通孔は、１辺の長さが前記半導体基板の厚さより短
い、前記半導体基板の厚さ方向と垂直な方向の断面を有
することを特徴とする。このような第４の発明では、前
記遮光部材の１辺の長さを前記貫通孔の前記１辺の長さ
よりやや長くしておくことにより、遮光部材を前記貫通
孔の内壁に当接させて遮光部材の停止位置を規制でき
る。したがって、遮光部材の停止位置を安定させ貫通孔
の光透過状態または遮光状態を安定して設定できる。

【００１３】第５の発明では、第１の発明において、前
記遮光部材は、前記第１の位置と前記第２の位置との間
で回転移動する回転軸を有し、この回転軸は前記貫通孔
の内壁の近傍に設けられたことを特徴とする。このよう
な第５の発明では、前記遮光部材が前記貫通孔の内側領
域において透過光を遮ることが少なくなり、前記貫通孔
の光の透過率を低下させることがなくなる。

【００１４】第６の発明では、第５の発明において、前
記遮光部材は、光を遮光する遮光面を有し、前記第１の
位置は、前記遮光面が前記半導体基板の厚さ方向に略平
行になる通過位置であることを特徴とする。このような
第６の発明では、前記遮光部材の大きさを必要最小限に
押さえつつ、前記貫通孔を通る光を的確に遮光しかつ透
過させることが可能になる。

【００１５】第７の発明では、第６の発明において、前
記遮光部材は、前記半導体基板の厚さ方向と垂直な方向
における前記貫通孔の断面の広さより狭い遮光面を有
し、前記第２の位置は、前記遮光面が前記半導体基板の
厚さ方向と略垂直になる遮光位置であることを特徴とす
る。このような第７の発明では、前記遮光部材が第２の
位置にある場合にも、前記貫通孔を通る光が完全には遮
光されず一部が透過する。したがって、入射光を完全に
遮光することなく所望の透過率の範囲で変調することが
可能になる。

【００１６】第８の発明では、第７の発明において、前
記遮光位置の近傍の前記半導体基板に設けられ、前記遮
光部材が前記第１の位置から遠ざかる方向に移動すると
きに、前記遮光部材に当接する停止部材を更に有するこ
とを特徴とする。このような第８の発明では、遮光部材
が前記第１の位置から遠ざかり前記第２の位置に移動す
る時に、前記遮光部材が前記停止部材に当接して停止す
る。したがって、遮光部材の停止位置を規制でき遮光部
材を安定して位置決めできる。また、駆動機構によって
遮光部材を第２の位置へと駆動する場合に、駆動機構は
遮光部材の停止位置を考慮することなく大きい駆動力を
加えることができ、したがって駆動制御が簡単になると
共に遮光部材を高速度で駆動することができる。

【００１７】第９の発明では、第８の発明において、前
記停止部材は、前記遮光部材が当接する位置に、前記遮
光部材と電気的に接続される着地電極を有することを特
徴とする。このような第９の発明では、遮光部材が例え
ば前記第１の位置または前記第２の位置において前記開
口部の内壁などと当接する位置に着地電極が設けられ、
この着地電極は遮光部材と同じ電位に保たれている。し
たがって、遮光部材と開口部内壁などとが当接した時両
者の間で火花放電を発生することもなく、かつ遮光部材
に印加されている電圧が開口部の内壁などに漏れること
もなくなり、遮光部材の動作を安定して行なうことが可
能になる。

【００１８】第１０の発明では、第５の発明において、
前記遮光部材は、前記半導体基板の厚さ方向と垂直な方
向における前記貫通孔の断面の広さより広い遮光面を有
し、前記第２の位置は、前記遮光部材が前記第１の位置
から遠ざかる方向に移動するときに、前記遮光部材が前
記内壁と当接する遮光位置であることを特徴とする。こ
のような第１０の発明では、前記遮光部材が停止する位
置を規制できるから、遮光部材を第２の位置などに安定
して位置決めすることができる。また、駆動機構によっ
て遮光部材を停止位置まで駆動する場合に駆動機構は遮
光部材の停止位置を考慮することなく大きい駆動力を加
えることができ、したがって遮光部材を高速度で駆動す
ることができる。

【００１９】第１１の発明では、第５の発明において、
前記遮光部材は、導電性を有し、前記移動手段は、前記
貫通孔の内壁に設けられる駆動電極と、前記貫通孔の内
壁の前記第１の位置の近傍に設けられる第１の着地電極
と、電圧発生回路とを有し、前記第１の着地電極は、前
記遮光部材に接続し、前記電圧発生回路は、前記駆動電
極と前記遮光部材との間に駆動電圧を印加することを特
徴とする。このような第１１の発明では、前記電圧発生
回路によって前記駆動電極と前記遮光部材との間に駆動
電圧を印加することにより前記遮光部材を静電気力で駆
動することができる。したがって、簡単な構成で駆動を
行うことができる。また、駆動機構の構成が簡単なため
光変調素子の画素の集積度が高められる。また、貫通孔
の内壁に駆動電極を設けても開口部内の光透過を妨げる
ことがほとんどなく、開口部を通る光の透過率を低下さ
せることがなくなる。さらに、前記第１の着地電極は遮
光部材と同じ電位に保たれ、遮光部材と第１の着地電極
とが当接した時両者の間で火花放電を発生することもな
く、遮光部材に印加されている電圧が貫通孔の内壁など
に漏れることもなくなる。

【００２０】第１２の発明では、第１１の発明におい
て、前記移動手段は、前記貫通孔の内壁の前記第２の位
置の近傍に設けられる第２の着地電極を有し、前記第２
の着地電極は、前記遮光部材に接続することを特徴とす
る。このような第１２の発明では、前記遮光部材が前記
第２の位置で前記貫通孔の内壁に当接した時にも、遮光
部材と貫通孔内壁との間で火花放電を生じることもな
く、かつ遮光部材に印加されている電圧が貫通孔の内壁
に漏れることもなくなり、遮光部材の動作を安定して行
うことが可能になる。

【００２１】第１３の発明では、第１の発明において、
略螺旋形状部を有する弾性部材を更に有し、前記弾性部
材は、前記略螺旋形状部の一端が前記貫通孔の内壁の近
傍に接合し、前記略螺旋形状部の他端が前記遮光部材に
接合することを特徴とする。このような第１３の発明で
は、遮光部材を弾性的に前記貫通孔の内壁の近傍に取り
付けることにより、遮光部材を安定して位置決めでき
る。したがって、前記遮光部材の位置を所定の位置に安
定させることができる。また、弾性部材として螺旋形状
のものを使用することにより、微小な弾性力を安定して
与えることができる。

【００２２】第１４の発明では、第１３の発明におい
て、前記遮光部材は、前記弾性部材に支持されて、前記
略螺旋形状部の螺旋の中心軸の近傍を中心に、前記第１
の位置と前記第２の位置との間で、回転移動することを
特徴とする。このような第１４の発明では、前記遮光部
材の回転移動が所定の中心軸のまわりに安定して行われ
る。

【００２３】第１５の発明では、第１３の発明におい
て、前記弾性部材は、導電性を有し、前記遮光部材は、
導電性を有し、前記移動手段は、前記半導体基板に設け
られる駆動電極と、電圧発生回路とを有し、前記電圧発
生回路は、前記駆動電極と前記弾性部材との間に駆動電
圧を印加することを特徴とする。このような第１５の発
明では、前記弾性部材を介して駆動電圧を印加すること
ができ、駆動電圧印加のために特別の配線などを必要と
せず、装置構成が簡略化される。

【００２４】第１６の発明では、第１の発明において、
２つの状態を記憶する記憶手段を更に有し、前記移動手
段は、前記記憶手段の記憶する２つの状態に基づいて、
前記遮光部材を前記第１の位置と前記第２の位置との間
で、移動することを特徴とする。このような第１６の発
明では、前記記憶手段に記憶された状態と前記遮光部材
の位置とを対応させることができる。したがって、前記
記憶手段に所定の状態を示す情報を記憶させることによ
り、前記遮光部材を所定の位置に安定して保持すること
が可能になる。また、前記移動手段は前記遮光部材など
に常に駆動電圧を印加する必要がなくなり、駆動処理の
効率が向上すると共に消費電力も低減できる。

【００２５】第１７の発明では、第１〜第１６の発明に
係わる光変調素子の制御方法において、前記遮光部材が
前記第１の位置にある透過時間と、前記遮光部材が前記
第２の位置にある遮光時間との比率を、制御することを
特徴とする。このような第１７の発明では、各貫通孔を
通る光の透過光量を遮光部材の透過状態と遮光状態との
時間比率を制御するのみで制御することが可能になる。
したがって、透過光量の制御のための構成が簡単になる
と共に確実かつ信頼性の高い制御が行なわれる。

【００２６】第１８の発明では、第１７の発明におい
て、前記比率を、前記貫通孔に入射する光の光量に基づ
いて、制御することを特徴とする。このような第１８の
発明では、入射光量に応じて各貫通孔における透過時間
と遮光時間との比率を変えることにより、簡単な制御方
法により出射光のコントラストを任意に変化させること
が可能になる。また、前記光量に対して、前記比率を一
定にしてもよい。このような場合、簡単な制御方法で出
射光量を変えることができる。さらに、前記光量の範囲
に対して、前記比率を一定にしてもよい。このような場
合、入射光と出射光との間に比例関係を保ったまま、出
射光量を変えることができる。さらに、前記光量に対し
て複数の前記範囲を設定し、前記複数の範囲のそれぞれ
に、前記比率を設定してもよい。このような場合、前記
複数のそれぞれの範囲において所望の出射光量を設定で
き、画面内の入射光量の状態に応じて最適の出射光量を
得ることが可能になる。一方で、前記比率は、前記貫通
孔のそれぞれに、設定することもできる。このような場
合、前記貫通孔毎に所望の出射光量を設定することがで
き、よりきめ細かい光量調節が行われる。

【００２７】第１９の発明では、第１７の発明におい
て、複数回繰り返され、前記透過時間或いは前記遮光時
間を有する変調期間において、前記比率を制御すること
を特徴とする。このような第１９の発明では、時間的に
前記比率を調節し、入射光の状況に応じて最適の出射光
量を得ることが可能になる。

【００２８】第２０の発明では、光量圧縮装置におい
て、（ａ）貫通孔を有し、電気回路を形成可能な半導体
基板と、前記貫通孔に設けられ、前記貫通孔に入射する
光を透過する第１の位置と、透過する光の光量が前記第
１の位置にある場合と異なる第２の位置との間で移動可
能な遮光部材と、前記第１の位置と前記第２の位置との
間で、前記遮光部材を移動する移動手段とを備える光変
調素子と、（ｂ）１つ以上の前記貫通孔を含む領域を、
指定する領域指定手段と、（ｃ）前記領域指定手段が指
定する前記領域における、前記遮光部材が前記第１の位
置にある透過時間と前記遮光部材が前記第２の位置にあ
る遮光時間との比率である透過時間率を、指定する比率
指定手段と、（ｄ）前記領域指定手段が指定する前記領
域と、前記比率指定手段が指定する前記透過時間率とに
基づいて、前記光変調素子を制御する制御手段とを具備
することを特徴とする。このような第２０の発明では、
前記光変調素子の入射領域の内の前記領域指定手段で指
定された範囲の開口部において、前記遮光部材がそれぞ
れの貫通孔に入射する光の透過時間率を貫通孔ごとに独
立に制御することができる。したがって、光量圧縮装置
に入射する光の入射領域の内の所望の部分において前記
透過時間率を制御することにより所望の光透過特性を実
現することができる。この場合、従来の液晶素子のよう
に透過光量が不必要に減衰することもなく、かつ透過光
の波長特性が変化することもない。したがって、入射光
の所望の入射領域の光透過特性を所望の態様で忠実に調
整することが可能になる。なお、前記領域指定手段は、
複数の前記領域を指定してもよい。このような場合、前
記複数の領域で透過時間率を設定することができ、入射
光の画面内の複数の領域でより適切な光量圧縮を行うこ
とが可能になる。また、前記比率指定手段は、前記領域
指定手段が指定する前記領域に、複数の前記透過時間率
を指定してもよい。このような場合、前記領域に複数の
透過時間率を指定することが可能になり、入射光の条件
の変化に応じて適切な光量圧縮を行うことが可能にな
る。

【００２９】第２１の発明では、第２０の発明におい
て、前記制御手段は、前記領域指定手段が指定する前記
領域と、前記比率指定手段が指定する前記透過時間率と
に基づいて、前記領域指定手段が指定する前記領域に含
まれる、それぞれの前記貫通孔の位置における前記透過
時間率を演算し、前記それぞれの透過時間率に基づい
て、前記光変調素子を制御することを特徴とする。この
ような第２１の発明では、指定された前記領域における
前記貫通孔毎に透過時間率を適切に制御することが可能
になり、さらにきめ細かな光量圧縮が可能になる。

【００３０】第２２の発明では、第２０の発明におい
て、前記制御手段は、前記透過時間或いは前記遮光時間
を含み、繰り返される変調期間において、それぞれの前
記変調期間毎に、前記領域指定手段が指定する前記領域
と、前記比率指定手段が指定する前記透過時間率とに基
づいて、前記光変調素子を制御することを特徴とする。
このような第２２の発明では、指定された領域において
各時間における入射光の状態に応じてそれぞれ最適の透
過時間率を設定することができる。

【００３１】第２３の発明では、撮像装置において、
（ａ）貫通孔を有し、電気回路を形成可能な半導体基板
と、前記貫通孔に設けられ、前記貫通孔に入射する光を
透過する第１の位置と、透過する光の光量が前記第１の
位置にある場合と異なる第２の位置との間で移動可能な
遮光部材と、前記第１の位置と前記第２の位置との間
で、前記遮光部材を移動する移動手段とを備える光変調
素子と、（ｂ）前記貫通孔の前記遮光部材が、前記第１
の位置にある通過時間と前記第２の位置にある遮光時間
との通過時間比率を、前記貫通孔ごとに指定する指定手
段と、（ｃ）前記光変調素子からの光を、画像信号に光
電変換する撮像手段と、（ｄ）前記指定手段が指定する
前記貫通孔ごとの前記透過時間率と、前記撮像手段が光
電変換する前記画像信号とに基づいて、前記光変調素子
を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。こ
のような第２３の発明では、被写体の画像光を前記光変
調素子の前記貫通孔を介して撮像手段の受光面上に結像
させる。そして、前記指定手段によって前記光変調素子
の画素の透過時間率を前記貫通孔ごとに制御する。これ
によって、所望の領域が所望の態様で光変調された画像
を撮像することが可能になる。この場合の光変調は前記
光変調素子における各貫通孔の入射光の透過時間率を制
御することによって簡単な構成で的確に行なうことがで
きる。また、このような装置に使用される光変調素子
は、従来の液晶素子のように入射光を不必要に減衰させ
ることがなく、透過光の波長特性を変化させることもな
い。したがって、所望の領域を所望の態様で的確にかつ
高い忠実度で変調した画像光を撮像することができる。

【００３２】第２４の発明では、第２３の発明におい
て、前記撮像手段は、複数の感光部を有し、前記複数の
感光部のそれぞれが、前記貫通孔からの光を１対１に受
光する位置に、設けられることを特徴とする。このよう
な第２４の発明では、それぞれの前記貫通孔からの光に
基づき画像信号を得ることができ、撮像のための露光条
件をきめ細かく設定してより高品質の撮像を行うことが
可能になる。また、前記光変調素子からの光を、前記複
数の感光部の近傍に結像する結像手段を更に有すること
が好ましい。このような場合、光変調素子からの光を前
記複数の感光部の近傍に的確に結像することができ、光
変調素子の制御の信頼性を高めることができる。

【００３３】第２５の発明では、第２３の発明におい
て、前記指定手段は、１つ以上の前記貫通孔が含まれる
領域を指定する領域指定手段と、前記領域指定手段が指
定する前記領域の前記透過時間率を指定する比率指定手
段とを備えることを特徴とする。このような第２５の発
明では、第２３の発明において、領域指定手段により指
定された領域における各貫通孔の通過時間比率を適切に
設定することができ、光変調素子の制御を指定された領
域できめ細かく的確に行なうことが可能になる。

【００３４】第２６の発明では、半導体基板を収容する
空間が設けられ、前記空間に面する第１の領域を有する
第１の保持部材と、前記空間を挟んで前記第１の領域と
対向する位置に第２の領域を有する、第２の保持部材
と、を有するパッケージであって、前記第１の領域に
は、光を透過する第１の透過部材が設けられ、前記第２
の領域には、前記光を透過する第２の透過部材が設けら
れることを特徴とする。第２６の発明では、前記パッケ
ージの半導体基板の例えば上部および下部のそれぞれ少
なくとも一部が透明部材で構成されているから、透過光
に対して光変調を行なうような光変調素子を収容するの
に好適な構成が得られる。前記半導体基板の上部および
下部のそれぞれの全部を透明部材としてもよいが、少な
くとも一部の画像光を入射させかつ出射させる部分のみ
を透明部材で構成することができ、この場合は前記基板
の必要以外の部分に光が当たり誤動作を生じるような不
都合がなくなる。なお、前記光の光路は、前記第１の透
過部材と前記第２の透過部材とを通り抜け、前記半導体
基板は、前記光を変調する変調領域を有し、シリコン
（Ｓｉ）を主成分とすることが好ましい。この場合、前
記半導体基板をシリコンを主成分とするものとすること
により、既存の半導体製造技術を活用して光変調素子な
どを容易に製造することが可能になる。さらに、前記半
導体基板は、貫通孔を有し、前記貫通孔に設けられ、前
記貫通孔に入射する光を透過する第１の位置と、透過す
る光の光量が前記第１の位置にある場合と異なる第２の
位置との間で移動可能な遮光部材と、前記第１の位置と
前記第２の位置との間で、前記遮光部材を移動する移動
手段とを備え、前記変調領域は、前記貫通孔を含む領域
であることが好ましい。この場合、前記半導体基板に複
数の貫通孔を設け、それぞれの貫通孔に遮光部材を配置
することにより、前述のような種々の利点を有する光変
調素子などを容易に製造することが可能になる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態に係わる光変調素子、そのパッケージ、その制
御方法、光量圧縮装置、および撮像装置につき、順次説
明する。

【００３６】＜第１の実施形態に係わる光変調素子＞図
１〜図１０は、本発明の第１の実施形態に係わる光変調
素子の構成を示す。図１（ａ）は、本光変調素子の外観
を表わす図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ
線に沿った、本光変調素子の断面図である。図１（ｃ）
は、図１（ａ）と反対方向から見た本光変調素子の外観
を表わす図である。本光変調素子の内部には、空間が設
けられている。この空間には、半導体基板４０が設けら
れている。図２（ａ）は、半導体基板４０を上から見た
図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の拡大図である。
図３は、図２（ｂ）の拡大図で、半導体基板４０を斜め
上から見た図である。図４は図２（ｂ）のＡ−Ａ線に沿
った断面図、図５は図２（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面
図である。半導体基板４０には、複数のシャッタセル３
０が、設けられている。図６は、シャッタセル３０を斜
め上から見た拡大斜視図である。シャッタセル３０に
は、シャッタ３１が設けられている。図７はシャッタ３
１を斜め上から見た拡大斜視図である。シャッタセル３
０とシャッタ３１との間には、ヒンジ６０が設けられ
る。図８はヒンジ６０の拡大図で、図９はシャッタ３１
がシャッタセル３０に設けられる様子を示す断面図であ
る。図１０はシャッタセル３０の電気的回路構成を示す
ブロック図である。また、図１１および図１２は、本光
変調素子の動作を説明するための断面図である。

【００３７】まず、図１〜図１０を参照して本発明の第
１の実施形態に係わる光変調素子の構成を説明する。本
光変調素子は、光が本変調素子を通過する素子である。
本光変調素子は、通過する光の一部又は全部を遮光す
る。本光変調素子は、通過する光を遮光する時間を制御
することによって、通過する光の光量を変調する。

【００３８】図１の光変調素子は、パッケージ２０と透
明支持部材２３と半導体基板４０を備えている。パッケ
ージ２０はデュアル・インライン（Ｄｕａｌ Ｉｎ−ｌ
ｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ：ＤＩＰ）型である。パッケー
ジ２０は、カバー部材２０ａとベース部材２０ｂとを基
本として、構成されている。カバー部材２０ａは、半導
体基板４０を格納するための空間が設けられている部材
である。ベース部材２０ｂは、透明支持部材２３と半導
体基板４０とを保持する部材である。ベース部材２０ｂ
には、ピン２４が取り付けられている。カバー部材２０
ａとベース部材２０ｂとは、前記空間を挟むように、接
合されている。カバー部材２０ａには、可視光を透過す
るガラス部材がはめ込まれた上窓２１が、設けられてい
る。上窓２１の形状は、１辺の長さが約１ｃｍの正方形
である。尚、上窓２１の形状は、正方形に限らず、長方
形や円形であっても構わない。半導体基板４０から上窓
２１に向かい、半導体基板４０と垂直な方向を上方向と
称し、その反対方向を下方向と称す。上窓２１の直下に
は透明支持部材２３上に固定された半導体基板４０が配
置されている。透明支持部材２３は、ベース部材２０ｂ
に支持されている。図１（ｂ）（ｃ）に示すように、透
明支持部材２３が支持されるベース部材２０ｂの領域に
は下窓２２が設けられ、この下窓２２にも可視光を透過
するガラス部材がはめ込まれている。したがって、半導
体基板４０に最も接近するカバー部材２０ａの領域に
は、上窓２１が設けられている。半導体基板４０に最も
接近するベース部材２０ｂの領域には、下窓２２が設け
られている。

【００３９】なお、カバー部材２０ａは上窓２１を設け
たものに限らず、また、ベース部材２０ｂは下窓２２を
設けたものに限らず、カバー部材２０ａとベース部材２
０ｂとは、それぞれ、可視光を透過する一枚の透明部材
で構成しても良い。この場合は、カバー部材２０ａには
上窓２１を、及びベース部材２０ｂには下窓２２を設け
る必要はないので、パッケージ２０を低価格で形成でき
る利点がある。なお、上窓２１及び下窓２２にはめ込ま
れる部材の材質は、ガラスに限らず、可視光を透過する
材質なら何でもよく、例えば、プラスチックであっても
よい。なお、ピン２４と半導体基板４０との間は、図示
しないボンディングワイヤおよびリードフレームなどに
よって、パッケージ２０内でお互いに配線されている。

【００４０】なお、図１では、デュアル・インライン
（ＤＩＰ）型のパッケージ２０を示したが、パッケージ
２０はこの型に限らず、カバー部材２０ａに対応する部
材に上窓２１を設けられ、かつベース部材２０ｂに対応
する部材に下窓２２を、それぞれ設けられる形式のもの
であれば、どのようなものでも使用できる。例えば、ボ
ールグリッドアレイ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａ
ｙ）型、ピングリッドアレイ（Ｐｉｎ Ｇｒｉｄ Ａｒ
ｒａｙ）型、クワドフラットパッケージ（ＱｕａｄＦｌ
ａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）型、セラミックリーデッドチッ
プキャリア（Ｃｅｒａｍｉｃ Ｌｅａｄｅｄ Ｃｈｉｐ
Ｃａｒｒｉｅｒ）型、プラスチックリーデッドチップ
キャリア（Ｐｌａｓｔｉｃ Ｌｅａｄｅｄ Ｃｈｉｐ
Ｃａｒｒｉｅｒ）型、ランドグリップアレイ（Ｌａｎｄ
Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）型、ピギーバック（Ｐｉｇｇ
ｙ Ｂａｃｋ）型などを使用することができる。また、
パッケージ２０を形成する材料も、セラミック、プラス
チック、その他とすることができる。また、ピンの配列
ピッチも１．７７８ミリメートル、０．８８９ミリメー
トル等任意の値とすることができる。さらに、パッケー
ジ２０は、デュアル・インラインパッケージ型のような
横型の他に、ジグザグイン−ラインパッケージ（Ｚｉｇ
ｚａｇ Ｉｎ−ｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）型、サーフ
ェースバーティカルパッケージ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｖｅ
ｒｔｉｃａｌ Ｐａｃｋａｇｅ）型などの縦型とするこ
ともできる。

【００４１】次に、半導体基板４０の構成を、図２〜図
１０を使用して、さらに詳細に説明する。半導体基板４
０は、シリコンを半導体製造プロセスによって加工した
シリコン基板である。半導体基板４０の形状は、１辺の
長さが数ｍｍの略長方形である。図２（ａ）に示すよう
に、半導体基板４０には、変調領域４０ａが設けられて
いる。変調領域４０ａは、本光変調素子に入射する光
を、変調する領域である。半導体基板４０は、変調領域
４０ａの設けられる面が、上下方向に対して垂直になる
位置に、設けられる。変調領域４０ａには、複数のシャ
ッタセル３０が設けられている。図２（ｂ）に示すよう
に、複数のシャッタセル３０は格子状に、すなわち行お
よび列に沿ってマトリクス状に、縦に４８０個、横に６
４０個、並んでいる構成とされる。尚、シャッタセル３
０は、縦に４８０個、横に６４０個に限らず、例えば、
縦に１０００個、横に２０００個など、任意の数だけ設
けることができる。本光変調素子は、変調領域４０ａに
入射する光のうち、シャッタセル３０に入射する光を変
調する。

【００４２】後述のように、各シャッタセル３０には、
記憶回路４５と駆動回路４８と駆動電極４１と着地電極
４２とシャッタ３１とヒンジ６０とが、それぞれ設けら
れている。記憶回路４５と駆動回路４８と駆動電極４１
と着地電極４２とシャッタ３１とヒンジ６０とは、各シ
ャッタセル３０毎に独立して、動作する。各シャッタセ
ル３０は半導体基板４０を半導体製造プロセスによっ
て、くりぬいて構成された略直方体の孔を備えている。
各シャッタセル３０に入射する光は、孔内の空間を通過
して、各シャッタセル３０から出射する。本光変調素子
には、各シャッタセル３０に入射する光が孔内の空間を
通過する（即ち、孔内には、各シャッタセル３０に入射
する光が透過する部材がない）ので、各シャッタセル３
０に入射する光の波長特性と、各シャッタセル３０から
出射する光の波長特性とが、同じであるという利点があ
る。図２（ｂ）及び図３に示すように、隣り合う孔と孔
の間、即ち、隣り合うシャッタセル３０の間には、隔壁
が形成されている。各シャッタセル３０の並ぶ行方向と
平行で、この孔に面する面を有する隔壁を記憶壁３３と
称する。各シャッタセル３０の並ぶ行方向と垂直で、こ
の孔に面する面を有する隔壁を駆動壁３４と称する。

【００４３】図４に示すように、この孔の下側の位置に
は、貫通孔であるホール３２が設けられている。ホール
３２によって、各シャッタセル３０は、半導体基板４０
を貫通している。図４では、明瞭化のため記憶壁３３の
図示は省略している。図２（ｂ）及び図３に戻って、駆
動壁３４に関連する説明を続ける。孔の上側の開口部の
１辺の長さは、１５ミクロンである。尚、前記１辺の長
さは１５ミクロンに限らず、半導体基板４０の上下方向
の厚さより短く、半導体製造プロセスによって形成可能
な長さならば、どのような長さであってもよい。例え
ば、前記１辺の長さは、１０ミクロン或いは２０ミクロ
ンであってもよい。

【００４４】各シャッタセル３０の駆動壁３４の孔に面
する側面３４ａには、ヒンジ６０ａ、６０ｂが設けられ
ている。ヒンジ６０ａ、６０ｂの一方の端は、駆動壁３
４に固定されている。他方の端は、シャッタ３１に固定
されている。ヒンジ６０ａ、６０ｂは、シャッタ３１を
回転可能に保持する。ヒンジ６０ａ、６０ｂの詳細な説
明は、後述する。以降、ヒンジ６０ａ、６０ｂを称し
て、ヒンジ６０と称す。図２及び図３において、ヒンジ
６０は図面の簡略化のため省略されている。図４には、
シャッタ３１が矢印Ａ１の方向と矢印Ａ２の方向とに回
転できるように取り付けられている様子が、示されてい
る。矢印Ａ１は、２つのヒンジ６０を結ぶ線の付近を中
心とする円周方向で、シャッタ３１が側面３４ａに近づ
く方向である。矢印Ａ２は、矢印Ａ１と反対方向であ
る。

【００４５】次に、図４を参照して、シャッタ３１の回
転動作の概略を、説明する。回転動作の詳細は、後述す
る。シャッタ３１は、シャッタ３１と側面３４ａとがほ
ぼ平行になる通過位置Ｐｏと、シャッタ３１と側面３４
ａとがほぼ垂直になる遮光位置Ｐｃとの間で、矢印Ａ１
と矢印Ａ２の方向に沿って回転可能である。シャッタ３
１が通過位置Ｐｏにあるとき、シャッタ３１は、シャッ
タセル３０に入射する光を、遮らない。即ち、シャッタ
３１が通過位置Ｐｏにあるとき、シャッタセル３０に入
射する光は、シャッタセル３０を通過する。シャッタ３
１が遮光位置Ｐｃにあるとき、シャッタセル３０に入射
する光は、シャッタ３１に遮光され、シャッタセル３０
を通過しない。シャッタ３１が通過位置Ｐｏから遮光位
置Ｐｃまで回転するのに要する回転時間は、約１０μ秒
である。また、シャッタ３１が遮光位置Ｐｃから通過位
置Ｐｏまで回転するのに要する回転時間も、約１０μ秒
である。

【００４６】図４及び図１０を参照して、駆動壁３４の
構造を説明する。図４に示すように、側面３４ａには、
駆動電極４１と着地電極４２とが設けられている。図１
０に示すように、着地電極４２は、駆動回路４８の一方
の出力端子とヒンジ６０の一方の端に接続している。ヒ
ンジ６０の他方の端は、シャッタ３１に接続している。
ヒンジ６０は、着地電極４２とシャッタ３１とを、同電
位に保っている。図４に戻って説明を続ける。着地電極
４２は、シャッタ３１の先端が側面３４ａに当接する位
置に、設けられている。着地電極４２は、シャッタ３１
の先端が側面３４ａに当接する領域を含む略長方形の面
を有する、板状の電極である。着地電極４２はシャッタ
３１が通過位置Ｐｏにあるときに、シャッタ３１と駆動
壁３４とを短絡させない役目を果たしている。

【００４７】駆動電極４１は、駆動回路４８の他の出力
端子に接続している。駆動電極４１は、側面３４ａに沿
って広がる広い面を有する板状の電極である。駆動電極
４１の設けられる位置は、着地電極４２の位置とヒンジ
６０ａ及びヒンジ６０ｂを結ぶ空間の位置との間であ
る。駆動電極４１は、シャッタ３１と当接しない。駆動
回路４８は、シャッタ３１と駆動電極４１との間に、シ
ャッタ３１を通過位置Ｐｏに回転するための電圧Ｖｏ
と、シャッタ３１を遮光位置Ｐｃに回転するための電圧
Ｖｃとを印加する回路である。電圧Ｖｏは、駆動電極４
１の電位の極性とシャッタ３１の電位の極性を反対極性
にする電圧である。電圧Ｖｃは、駆動電極４１の電位の
極性とシャッタ３１の電位の極性を同極性にする電圧で
ある。駆動回路４８が駆動電極４１とシャッタ３１との
間に電圧Ｖｏを印加すると、シャッタ３１と駆動電極４
１との間には、静電引力が発生する。シャッタ３１は、
静電引力によって駆動電極４１に引き付けられるよう
に、矢印Ａ１の方向に沿って回転する。また駆動回路４
８が、駆動電極４１とシャッタ３１との間に電圧Ｖｃを
印加すると、シャッタ３１と駆動電極４１との間には、
静電反発力が発生する。シャッタ３１は、静電反発力に
よって駆動電極４１から遠ざかるように、矢印Ａ２の方
向に沿って回転する。

【００４８】次に、記憶壁３３の構造を説明する。図５
に示すように、上窓２１に面する記憶壁３３の面には、
駆動回路４８および記憶回路４５が設けられている。た
だし、図５には駆動回路４８は表れていない。駆動回路
４８および記憶回路４５は、各シャッタセル３０に一つ
ずつ設けられる。記憶回路４５は、駆動回路４８がシャ
ッタ３１を通過位置Ｐｏまたは遮光位置Ｐｃのいずれに
駆動しているかを記憶する回路である。駆動回路４５
は、任意の記憶回路、例えばフリップフロップ、フロー
ティングゲートＦＥＴを使用したメモリ、静電容量を使
用したメモリ、その他で実現できる。

【００４９】次に、図６〜図１１を参照してシャッタ３
１および該シャッタ３１の駆動壁３４への取り付け方法
などにつき更に詳細に説明する。

【００５０】図６は、シャッタ３１とヒンジ６０とを取
り除いて、シャッタセル３０を斜め上から見た様子を示
す。図６に示すように、駆動壁３４の上端部には、溝４
６が設けられている。溝４６の両端には凹部４７がそれ
ぞれ設けられている。図示しないが、各凹部４７にはヒ
ンジ６０と駆動回路４８と着地電極４２とを接続する配
線の一端が設けられている。

【００５１】図７は、シャッタ３１を示す図である。シ
ャッタ３１は、図７に示すように、長方形の板状のブレ
ード５１とロッド５０とから構成されている。溝４６
は、ロッド５０を格納する。凹部４７は、ロッド５０の
両端をそれぞれ格納する。ロッド５０は、ブレード５１
を支持する略円柱状の部材である。ロッド５０の円周面
には、ブレード５０が取り付けられている。ロッド５０
の一方の端は、ヒンジ６０ａの一方の端に接合してい
る。ヒンジ６０ａの他の端は、前記配線の一端と接合し
ている。同様に、ロッド５０の他方の端は、ヒンジ６０
ｂの一方の端に接合している。ヒンジ６０ｂの他の端
は、前記配線の一端と接合している。ブレード５１は、
前記長方形の１辺がロッド５０の中心軸と平行になるよ
うに、ロッド５０の円周面に、取り付けられている。ブ
レード５１の広さは、ホール３２の開口部よりやや広
く、孔の開口部よりやや狭い。ロッド５０とブレード５
１とは、一体に形成されている。ロッド５０とブレード
５１とは、アルミ製である。尚、ロッド５０の材質は、
半導体製造プロセスによって形成可能で、導電性のある
剛体ならば、何でもよい。ブレード５１の材質は、半導
体製造プロセスによって形成可能で、導電性と遮光性の
ある剛体ならば、何でもよい。

【００５２】通過位置Ｐｏは、ブレード５１が側面３４
ａとほぼ平行になる位置である。遮光位置Ｐｃは、ブレ
ード５１が側面３４ａとほぼ垂直になる位置である。

【００５３】次に、シャッタ３１の回転動作の詳細を説
明する。駆動回路４８が、シャッタ３１と駆動電極４１
との間に電圧Ｖｏを印加すると、ブレード５１と駆動電
極４１との間に働く静電引力により、シャッタ３１がヒ
ンジ６０を矢印Ａ１の方向にねじりながら、ロッド５０
の近傍を中心に矢印Ａ１の方向に回転する。ヒンジ６０
は、矢印Ａ１の方向にねじられると、矢印Ａ２の方向に
反発する応力を発生する。矢印Ａ２の方向に反発する応
力に逆らいながら、更にシャッタ３１が矢印Ａ１の方向
に回転すると、ブレード５１の先端が着地電極４２に突
き当たって、シャッタ３１は停止する。ブレード５１の
先端が着地電極４２に突き当たるシャッタ３１の位置
が、通過位置Ｐｏである。

【００５４】これに対し、シャッタ３１と駆動電極４１
との間に電圧Ｖｃが印加されると、ブレード５１と駆動
電極４１との間に働く静電反発力によりシャッタ３１が
ヒンジ６０を矢印Ａ２の方向にねじりながら、ロッド５
０の近傍を中心に矢印Ａ２の方向に回転する。ヒンジ６
０は、矢印Ａ２の方向にねじられると、矢印Ａ１の方向
に反発する応力を発生する。矢印Ａ１の方向に反発する
応力に逆らいながら、更にシャッタ３１が矢印Ａ２の方
向に回転すると、シャッタ３１は矢印Ａ１の方向に反発
する応力と前記静電反発力とが釣り合う位置で停止す
る。矢印Ａ１の方向に反発する応力と前記静電反発力と
が釣り合うシャッタ３１の位置が、遮光位置Ｐｃであ
る。

【００５５】ヒンジ６０ａ、６０ｂを、図８、図９及び
図１０を参照して、説明する。ヒンジ６０ａの構造は、
ヒンジ６０ｂの構造と同じなので、ヒンジ６０ｂの説明
は、省略する。図８の（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、
ヒンジ６０ａの正面図および側面図を示している。ヒン
ジ６０ａは、シャッタ３１を矢印Ａ１及び矢印Ａ２（図
４）の方向に、回転可能に支持する部材である。図８に
示すように、ヒンジ６０ａは、リング６２の両端にフッ
ク６１が一体に設けられている構造を有する。リング６
２はシャッタ３１の回転をねじれによって吸収して応力
を発生する部材である。リング６２は、矢印Ａ１００の
方向に捻じられることが可能な螺旋形状を有する。矢印
Ａ１００は、矢印Ａ１と同じ方向である。一方のフック
６１は、シャッタ３１のロッド５０と接合されている。
他方のフック６１は、記憶壁３３に設けられている前記
配線の一端と接合されている。ヒンジ６０ａは、導電性
材料で構成される。尚、ヒンジ６０ａの材質は、半導体
製造プロセスによって形成可能で、応力の発生可能な剛
体で、導電性があれば、何でもよい。図９は、一方の凹
部４７近傍の断面図である。ヒンジ６０ａは、図９に示
されるように、凹部４７内に設けられる。ヒンジ６０ａ
は、シャッタ３１が駆動壁３４と或いは記憶壁３３と当
接しない位置に、シャッタ３１を支持する。ヒンジ６０
ａは、矢印Ａ１０１の方向とその反対方向とに、ロッド
５０を回転可能に支持する。矢印Ａ１０１は、矢印Ａ１
と同じ方向である。

【００５６】駆動回路４８から出力される電圧Ｖｏ、Ｖ
ｃは、図９に示されるように、ヒンジ６０の一方のフッ
ク６１からリング６２を通り、他方のフック６１を通
り、ロッド５０を通ってブレード５１に供給される。以
上のように、各シャッタセル３０には、記憶回路４５と
駆動回路４８と駆動電極４１と着地電極４２とシャッタ
３１とヒンジ６０とが、それぞれ設けられているので、
各シャッタセル３０の動作は、各シャッタセル３０毎に
独立して、動作する。

【００５７】次に、図１１および図１２を用いて、以上
の構成を有する光変調素子の動作を説明する。図１１
は、光変調素子の断面図である。図１２は、シャッタセ
ル３０の断面図である。光変調素子の動作には、通過動
作と遮光動作とがある。図１１に示されるように、照明
光７０がパッケージ２０の外部から、下窓２２と上窓２
１とを通る上方向に照射される。尚、照明光７０が照射
される方向は、パッケージ２０の外部から、上窓２１と
下窓２２とを通る下方向でもよい。照明光７０は、下窓
２２と透明支持部材２３とを透過して、半導体基板４０
に到達する。半導体基板４０に到達する照明光７０の一
部は、各シャッタセル３０のホール３２に入射する。

【００５８】この状態で、各シャッタセル３０に照明光
７０を通過させる通過信号、または各シャッタセル３０
に照明光７０を遮光させる遮光信号がピン２４に入力さ
れる。通過信号は、いずれのシャッタセル３０に照明光
７０を通過させるかを表わす通過情報を、含んでいる。
遮光信号は、いずれのシャッタセル３０に照明光７０を
遮光させるかを表わす遮光情報を、含んでいる。通過信
号または遮光信号は、パッケージ２０内の図示しない配
線を通じて半導体基板４０に到達する。半導体基板４０
においては、通過信号は、通過情報に対応するシャッタ
セル３０の記憶回路４５に、記憶される。通過信号は、
新たに通過信号が記憶回路４５に記憶されるまで、記憶
回路４５に記憶される。遮光信号は、遮光情報に対応す
るシャッタセル３０の記憶回路４５に、記憶される。遮
光信号は、新たに遮光信号が記憶回路４５に記憶される
まで、記憶回路４５に記憶される。

【００５９】記憶回路４５に通過信号が記憶されると、
シャッタセル３０は通過動作を開始する。シャッタセル
３０が通過動作を開始すると、駆動回路４８は、記憶回
路４５に記憶される内容に応じて、駆動電極４１とシャ
ッタ３１及び着地電極４２との間に電圧Ｖｏを印加す
る。シャッタ３１と駆動電極４１との間に電圧Ｖｏが印
加されると、図１２（ａ）に示すように、シャッタ３１
は矢印Ａ１の方向に通過位置Ｐｏまで回転する。シャッ
タ３１が通過位置Ｐｏまで回転すると、ホール３２に入
射した照明光７０はホール３２を通り、シャッタセル３
０を通過する。シャッタセル３０を通過した照明光７０
は、上窓２１を透過して光変調素子の上方に出る。この
ように通過動作が行われると、シャッタ３１に入射する
照明光７０は、本光変調素子を通過する。

【００６０】これに対し、記憶回路４５に遮光信号が記
憶されると、シャッタセル３０は遮光動作を開始する。
シャッタセル３０が遮光動作を開始すると、駆動回路４
８は、記憶回路４５に記憶される内容に応じて、駆動電
極４１とシャッタ３１及び着地電極４２との間に、電圧
Ｖｃを印加する。電圧Ｖｃがシャッタ３１と駆動電極４
１との間に印加されると、シャッタ３１は図１２（ｂ）
に示されるように、矢印Ａ２の方向に遮光位置Ｐｃまで
回転する。シャッタ３１が遮光位置Ｐｃまで回転する
と、ホール３２に入射した照明光７０は、遮光位置Ｐｃ
にあるシャッタ３１のブレード５１に当たって遮光され
る。このように遮光動作が行われると、本光変調素子に
照射された照明光７０は、光変調素子で遮光される。

【００６１】通過動作は、通過信号が記憶回路４５に記
憶される毎に、行われる。遮光動作は、遮光信号が記憶
回路４５に記憶される毎に、行われる。なお、電圧Ｖｏ
の大きさを調整することにより、シャッタセル３０の遮
光率を調整することができる。遮光率とは、シャッタセ
ル３０に入射する光の光量に対する、シャッタセル３０
で遮光される光の光量の比率である。すなわち、電圧Ｖ
ｏの大きさを小さくすると、駆動電極４１とブレード５
１との間に働く静電反発力が小さくなる。静電反発力が
小さくなると、静電反発力と、ヒンジ６０に発生する矢
印Ａ１の方向にねじれようとする応力とが釣り合うシャ
ッタ３１の停止位置が、遮光位置Ｐｃより通過位置Ｐｏ
に近づく。シャッタ３１の停止位置が通過位置Ｐｏに近
づくに従って、シャッタ３１と隣のシャッタセル３０の
駆動壁３４との間に、隙間ができるようになる。この隙
間から、ホール３２を通過する照明光７０がシャッタセ
ル３０を通過して、シャッタセル３０は照明光７０を遮
光できなくなる。即ち、遮光率が低下する。この隙間の
広さは、電圧Ｖｏの大きさが小さくなるに従って、大き
くなる。従って、遮光率は、電圧Ｖｏの大きさが小さく
なるに従って、低下する。尚、ブレード５１が可視光以
外の波長を有する光を遮光する材質で形成されれば、本
光変調素子は、可視光以外の波長を有する光の光量も遮
光できる。例えば、ブレード５１が紫外光や赤外光を遮
光する材質で形成されれば、本光変調素子は、紫外光や
赤外光を遮光できる。

【００６２】＜第２の実施形態に係わる光変調素子＞次
に、本発明の第２の実施形態に係わる光変調素子を、図
１３及び１４を参照して、説明する。第２実施形態の要
素のうち、第１実施形態と同機能の要素には、同符号を
付して、説明を省略する。第２実施形態の構成は、駆動
壁３４の上端部に、停止端８０と停止電極８１とが設け
られている点が、第１実施形態と主に異なる。図１３
は、第２の実施形態の構成を示す断面図である。図１３
では、記憶壁３３の図示を省略している。シャッタセル
３０ａは、駆動壁３４に対してシャッタセル３０と反対
側にあって、シャッタセル３０と隣接するシャッタセル
である。シャッタ３１ａは、シャッタセル３０ａにシャ
ッタ３１と同様な構造で設けられるシャッタである。シ
ャッタ３１ａは、シャッタ３１と同じ機能を有する。

【００６３】背面３４ｃは、シャッタセル３０ａの孔に
面する駆動壁３４の面である。停止端８０は、シャッタ
３１ａの遮光位置Ｐｃの近傍で、駆動壁３４の上方に設
けられる突出部である。停止端８０は、シャッタ３１ａ
が矢印Ａ２の方向に回転するとき、遮光位置Ｐｃにおい
て、シャッタ３１ａのブレード５１の先端に当接する。
停止端８０は、遮光位置Ｐｃから更に矢印Ａ２の方向に
シャッタ３１ａが回転する動作を、規制する。停止端８
０の形状は、ヒンジ６０ａとヒンジ６０ｂとを結ぶ方向
に沿って延びる、板状である。背面３４ｃから停止端８
０が突出する長さは、背面３４ｃからホール内壁８２ま
での長さより、短い。従って、照明光７０がシャッタセ
ル３０ａを通過するときは、停止端８０は、照明光７０
を遮らない。

【００６４】ホール内壁８２は、ホール３２ａの内側の
面で、背面３４ｃと略平行な面である。ブレード５１が
付勢される停止端８０の領域には、着地電極４２と配線
されて着地電極４２と導電位に保たれる停止電極８１が
設けられている。停止電極８１は、シャッタ３１ａが遮
光位置Ｐｃにあるときに、シャッタ３１ａと駆動壁３４
とを短絡しない役目を果たしている。駆動壁３４ｂの上
部には、停止端８０と同機能・同形状の停止端８０ｂが
設けられている。停止端８０ｂには、停止電極８１と同
機能・同形状の停止電極８１ｂが設けられている。停止
端８０ｂは、シャッタ３１が矢印Ａ２の方向に回転する
とき、遮光位置Ｐｃにおいて、シャッタ３１のブレード
５１の先端に当接する。停止端８０ｂは、遮光位置Ｐｃ
から更に矢印Ａ２の方向にシャッタ３１が回転する動作
を、規制する。

【００６５】図１４は、シャッタセル３０の電気的構成
を示す。図１４の構成では、停止電極８１ｂが駆動回路
４８ｂの一方の出力端に接続されている。したがって、
シャッタ３１、着地電極４２および停止電極８１は同電
位に保たれる。駆動回路４８ｂの他方の出力端子は、駆
動電極４１に接続している。駆動回路４８ｂは、電圧Ｖ
ｃ２及び電圧Ｖｏを、停止電極８１、着地電極４２及び
シャッタ３１と駆動電極４１との間に、印加する回路で
ある。電圧Ｖｃ２は、シャッタ３１にはヒンジ６０を経
由して、印加される。電圧Ｖｃ２は、シャッタ３１を通
過位置Ｐｏから遮光位置Ｐｃまで回転させる電圧であ
る。電圧Ｖｃ２は、電圧Ｖｃより高い電圧である。停止
電極８１ｂ及び駆動回路４８ｂ以外の回路構成は、第１
の実施形態に関して示す図１０の構成と同じなので、そ
の詳細な説明は省略する。

【００６６】このような第２の実施形態に係わる光変調
素子の動作は、遮光動作が第１の実施形態と異なる点以
外は、第１の実施形態と同じである。すなわち、シャッ
タ３１は、通過位置Ｐｏから遮光位置Ｐｃまで回転する
と、遮光位置Ｐｃにおいて、停止電極８１ｂを付勢しな
がら停止する。シャッタ３１が遮光位置Ｐｃにあると
き、停止電極８１はシャッタ３１と同電位に保たれてい
るので、シャッタ３１と駆動壁３４ｂとは、短絡しな
い。

【００６７】以下に、第２実施形態の遮光動作の詳細を
説明する。記憶回路４５が、シャッタセル３０に照明光
７０を遮光させる制御を行なうための制御信号を記憶す
ると、シャッタセル３０は遮光動作を開始する。遮光動
作が開始されると、駆動回路４８ｂは停止電極８１ｂ、
着地電極４２及びシャッタ３１と駆動電極４１との間に
電圧Ｖｃ２を印加する。電圧Ｖｃ２がシャッタ３１と駆
動電極４１との間に印加されると、シャッタ３１と駆動
電極４１との間に働く静電気反発力により、シャッタ３
１は遮光位置Ｐｃまで、ヒンジ６０を矢印Ａ２の方向に
ねじりながら、回転する。電圧Ｖｃ２は電圧Ｖｃより高
電圧なので、第２実施形態における静電気反発力は第１
実施形態における静電気反発力より大きい。

【００６８】第２実施形態における静電気反発力は大き
いので、シャッタ３１が遮光位置Ｐｃに向かって回転す
る速度は、第１実施形態におけるシャッタ３１が遮光位
置Ｐｃに向かって回転する速度より、高速である。ヒン
ジ６０は、矢印Ａ２の方向にねじられると、シャッタ３
１を矢印Ａ１の方向に回転しようとする応力を、発生す
る。シャッタ３１は、遮光位置Ｐｃまで回転すると、ブ
レード５１の先端部が、停止電極８１ｂに当接する。シ
ャッタ３１が遮光位置Ｐｃに停止しているとき、ヒンジ
６０による応力よりも、静電反発力の方が大きいので、
シャッタ３１は停止電極８１ｂを、矢印Ａ２の方向に付
勢する。

【００６９】以上のように、停止端８０ｂが、遮光位置
Ｐｃから更に矢印Ａ２の方向にシャッタ３１が回転する
動作を、規制するので、第２の実施形態では、電圧Ｖｃ
２の大きさの変動によって、シャッタ３１の遮光位置Ｐ
ｃが変動することがない。従って、電圧Ｖｃ２の大きさ
を精密に制御する必要がないので、駆動回路４８ｂが安
価にできる。また遮光位置Ｐｃの位置は、停止端８０の
位置によって規制されるので、シャッタ３１を遮光位置
Ｐｃにて的確に停止させることが可能である。また、シ
ャッタ３１は通過位置Ｐｏから遮光位置Ｐｃまで高速で
回転するので、短時間で照明光７０を遮光できる。尚、
電圧Ｖｏ２の大きさを制御することによって、シャッタ
セル３０の遮光率を制御できることは、第１実施形態と
同様である。

【００７０】＜第３の実施形態に係わる光変調素子＞次
に、第３実施形態に係わる光変調素子を、図１５及び図
１６を参照して、説明する。第３実施形態においては、
第１実施形態と同機能の要素には、第１実施形態と同符
号を付し、詳細な説明を省略する。図１５は、本発明の
第３の実施形態に係わる光変調素子のシャッタセル１１
０付近の構成を示す断面図である。図１５では、記憶壁
３３の図示は、省略している。図１６は、シャッタセル
１１０の回路ブロック図である。

【００７１】第３の実施形態の構成は、（１）シャッタ
１１１の縦横比と、（２）シャッタセル１１０の上下方
向の長さに対する、シャッタセル１１０の上下方向に垂
直な方向の長さの比と、（３）駆動壁１００に停止電極
１０１が設けられている点との３点が、第１実施形態と
主に異なる。第３実施形態のシャッタセル１１０の上下
方向の長さに対する、シャッタセル１１０の上下方向に
垂直な方向の長さの比は、第１実施形態のシャッタセル
３０の上下方向の長さに対する、シャッタセル３０の上
下方向に垂直な方向の長さの比より、小さい。シャッタ
１１１は、ロッド５０とブレード５１ｂとからなる遮光
部材である。第３実施形態のロッド５０から先端部まで
のブレード５１ｂの長さに対する、ロッド５０の伸びる
方向と平行な方向のブレード５１ｂの長さの比は、第１
実施形態のロッド５０から先端部までのブレード５１の
長さに対する、ロッド５０の延びる方向と平行な方向の
ブレード５１の長さの比より、小さい。シャッタ１１１
は、第１実施形態においてシャッタ３１が駆動壁３４に
取り付けられる構成と同じ構成で、駆動壁１００に取り
付けられている。シャッタ１１１は、通過位置Ｐｏ３と
遮光位置Ｐｃ３との間で、ヒンジ６０ａとヒンジ６０ｂ
とを結ぶ線の近傍を中心に回転する。

【００７２】通過位置Ｐｏ３は、ブレード５１ｂの先端
部が着地電極４２に当接するときの、シャッタ１１１の
位置である。シャッタ１１１が通過位置Ｐｏ３にあると
き、ホール３２に入射する照明光７０は、シャッタ１１
１に遮られずにシャッタセル１１１を通過する。ロッド
５０からブレード５１ｂの先端部までの長さ（以降、こ
の長さをブレード５１ｂの長さと称す）は、シャッタセ
ル１１０の孔の上下方向の長さよりも、長くなってい
る。駆動壁１００の背面１０２には、シャッタセル１１
０ａに設けられるシャッタ１１１ａの先端部が当接する
停止電極１０１が、設けられている。シャッタセル１１
０ａは、駆動壁１００に対してシャッタセル１１０と反
対側にあって、シャッタセル１１０と隣接するシャッタ
セルである。シャッタ１１１ａは、シャッタセル１１０
ａにシャッタ１１１と同様な構造で設けられる遮光部材
である。シャッタ１１１ａは、シャッタ１１１と同じ機
能を有する。背面１０２は、シャッタセル１１０ａの孔
に面する駆動壁１００の面である。

【００７３】停止電極１０１の形状は、ヒンジ６０ａと
ヒンジ６０ｂを結ぶ方向に沿って延びる、板状である。
シャッタセル１１０の孔に対して駆動壁１００と対向す
る駆動壁１００ｂには、駆動壁１００と同様に、停止電
極１０１ｂが設けられている。停止電極１０１ｂは、背
面１０２ｂに設けられている。背面１０２ｂは、シャッ
タセル１１０の孔に面する駆動壁１００ｂの面である。
シャッタ１１１は、通過位置Ｐｏ３から矢印Ａ４の方向
に、遮光位置Ｐｃ３まで回転する。矢印Ａ４の方向は、
ヒンジ６０ａとヒンジ６０ｂとを結ぶ線を中心とする円
周方向で、ブレード５１ｂが駆動壁１００から遠ざかる
方向である。矢印Ａ３の方向は、矢印Ａ４と反対の方向
である。遮光位置Ｐｃ３において、シャッタ１１１は、
ブレード５１ｂの先端部が停止電極１０１ｂを付勢しな
がら、停止する。シャッタ１１１が遮光位置Ｐｃ３にあ
るとき、ブレード５１ｂの先端は、ホール３２を越え
て、背面１０２ｂの近傍にあるので、ホール３２に入射
する照明光７０は、ブレード５１ｂに遮光され、シャッ
タセル１１０を通過できない。

【００７４】次に、図１６を参照して、第３実施形態の
電気的な構成を説明する。第３実施形態の電気的構成
は、第１実施形態の電気的構成と比較して、停止電極１
０１ｂと駆動回路４８ｃとが、異なる。図１６に示すよ
うに、駆動回路４８ｃの一方の出力端は、ヒンジ６０の
一方の端と着地電極４２と停止電極１０１ｂとに接続さ
れている。ヒンジ６０の他方の端は、シャッタ１１１に
接続されている。従って、シャッタ１１１と着地電極４
２と停止電極１０１ｂとは、同電位に保たれる。駆動回
路４８ｃの他の出力端は第１実施形態と同様に、駆動電
極４１に接続されている。また、駆動回路４８ｃの入力
端子は、記憶回路４５の出力端子に接続されている。

【００７５】駆動回路４８ｃは、記憶回路４５に記憶さ
れる内容に応じて、停止電極１０１ｂ、着地電極４２及
びシャッタ１１１と、駆動電極４１との間に、電圧Ｖｏ
３及び電圧Ｖｃ３を印加する回路である。電圧Ｖｏ３
は、シャッタ１１１を通過位置Ｐｏ３まで回転させるた
めの電圧である。電圧Ｖｏ３は、電圧Ｖｏより高い電圧
である。電圧Ｖｏ３は、停止電極１０１ｂの電位、着地
電極４２の電位及びシャッタ１１１の電位と駆動電極４
１の電位とが、互いに反対極性になる電圧である。駆動
回路４８ｃが電圧Ｖｏ３を停止電極１０１ｂ、着地電極
４２及びシャッタ１１１と、駆動電極４１との間に印加
すると、シャッタ１１１と駆動電極４１との間には、静
電引力が発生する。シャッタ１１１は、静電引力によっ
て、矢印Ａ３の方向に沿って、回転する。電圧Ｖｃ３
は、シャッタ１１１を遮光位置Ｐｃ３まで回転させるた
めの電圧である。電圧Ｖｃ３は、電圧Ｖｃより高い電圧
である。電圧Ｖｃ３は、停止電極１０１ｂの電位、着地
電極４２の電位及びシャッタ１１１の電位と駆動電極４
１の電位とが、互いに同極性になる電圧である。駆動回
路４８ｃが電圧Ｖｃ３を停止電極１０１ｂ、着地電極４
２及びシャッタ１１１と、駆動電極４１との間に印加す
ると、シャッタ１１１と駆動電極４１との間には、静電
反発力が発生する。シャッタ１１１は、静電反発力によ
って、矢印Ａ４の方向に沿って、回転する。

【００７６】次に、図１５を参照して、第３の実施形態
に係わる光変調素子の動作を説明する。第３実施形態の
動作は、シャッタ１１１が通過位置Ｐｏ３から遮光位置
Ｐｃ３まで回転する遮光動作が第１の実施形態と異なる
点以外は、第１の実施形態と同じであるので、遮光動作
以外の説明を省略する。

【００７７】遮光信号がピン２４に入力されると、遮光
信号は、パッケージ２０内の配線を通じて半導体基板４
０に到達する。そして、遮光信号は、対応するシャッタ
セル１１１の記憶回路４５に記憶される。記憶回路４５
は、次に新たに遮光信号又は通過信号が入力されるま
で、遮光信号を一時記憶する。遮光信号が記憶回路４５
に記憶されると、シャッタセル１１１は遮光動作を開始
する。

【００７８】遮光動作が開始されると、記憶回路４５に
記憶される内容に応じて、駆動回路４８ｃは停止電極１
０１ｂ、着地電極４２及びシャッタ１１１と駆動電極４
１との間に、電圧Ｖｃ３を印加する。電圧Ｖｃ３がシャ
ッタ１１１と駆動電極４１との間に印加されると、シャ
ッタ１１１と駆動電極４１との間に静電反発力が働く。
この静電反発力により、シャッタ１１１は遮光位置Ｐｃ
３に向かって矢印Ａ４の方向に、回転し始める。シャッ
タ１１１が矢印Ａ４の方向に回転すると、ヒンジ６０は
矢印Ａ４の方向に、ねじられる。ヒンジ６０が矢印Ａ４
の方向にねじられると、ヒンジ６０にはシャッタ１１１
を矢印Ａ３の方向に回転させる応力が、発生する。静電
反発力の大きさは、この応力の大きさより、大きい。従
って、シャッタ１１１は、この応力に逆らいながら、静
電反発力により遮光位置Ｐｃ３まで回転する。

【００７９】ブレード５１ｂの長さが、シャッタセル１
１０の孔の上下方向と垂直な方向の長さよりも、長いの
で、通過位置Ｐｏ３から遮光位置Ｐｃ３までのシャッタ
１１１の回転角度は、第１実施形態の通過位置Ｐｏから
遮光位置Ｐｃまでのシャッタ３１の回転角度より、小さ
い。シャッタ１１１の回転角度が小さいので、シャッタ
１１１は、通過位置Ｐｏ３から遮光位置Ｐｃ３まで１０
μ秒より短い時間で回転する。シャッタ１１１が遮光位
置Ｐｃ３まで回転すると、シャッタ１１１は遮光位置Ｐ
ｃ３に停止する。シャッタ１１１が遮光位置Ｐｃ３にあ
るとき、シャッタ１１１と停止電極１０１とは同電位に
保たれているので、シャッタ１１１と駆動壁１００と
は、短絡しない。シャッタ１１１が遮光位置Ｐｃ３にあ
るとき、前記応力の大きさより前記静電反発力の大きさ
の方が大きいので、シャッタ１１１は停止電極１０１に
向かって付勢される。

【００８０】なお、第１実施形態、第２実施形態及び第
３実施形態の光変調素子において、図１７に示すよう
に、孔を貫通孔とせず、孔の底部にＣＣＤ感光セル１７
２を設けてもよい。図１７には、底部に、ＣＣＤ感光セ
ル１７２を設けている例を、示している。ＣＣＤ感光セ
ル１７２は、ＣＣＤ感光セル１７２に入射する光を、画
像信号に光電変換する。この場合は、本光変調素子は撮
像素子として機能する。この撮像素子には、ＣＣＤ感光
セル１７２に入射する光の波長特性を変えることなく、
ＣＣＤ感光セル１７２に入射する光の光量を低減して、
ＣＣＤ感光セル１７２に入射する光を撮像できる利点が
ある。

【００８１】また、第１実施形態、第２実施形態及び第
３実施形態の光変調素子において、図１８に示すよう
に、孔の開口部の近傍に、カラーフィルタ２００を設け
てもよい。図１８には、第１実施形態の光変調素子の孔
の開口部の近傍に、カラーフィルタ２００を設けている
例を、示している。カラーフィルタ２００には、赤色に
対応する波長の光を透過する赤色フィルタ２０１と、青
色に対応する波長の光を透過する青色フィルタ２０２
と、緑色に対応する波長の光を透過する緑色フィルタ２
０３とが、設けられている。この場合、本光変調素子に
は、照明光７０を、赤色に対応する波長の光と青色に対
応する波長の光と緑色に対応する波長の光とに分解し、
分解されたそれぞれの波長の光の光量を、分解されたそ
れぞれの波長の光ごとに、低減できる利点がある。

【００８２】＜光変調素子の制御方法＞次に、図２１か
ら図２３を参照して、前記各実施形態に係わる光変調素
子において、シャッタセル３０，３０ａ，１１０，１１
０ａを通過する光量を制御する本発明に特有の制御方法
について説明する。以降、シャッタセル３０，３０ａ，
１１０，１１０ａをシャッタセルＣＥと称し、シャッタ
３１，３１ａ，１１１，１１１ａをシャッタＳＨと称
し、通過位置Ｐｏ，Ｐｏ３を通過位置ＯＰと称し、遮光
位置Ｐｃ，Ｐｃ３を遮光位置ＣＬと称す。また、以降、
特に明記しない限り、フレーム周期３３．３ミリ秒の標
準的なビデオ信号に基づいて、各シャッタセルＣＥを透
過する光の光量の制御方法を、説明する。尚、本制御方
法は、フレーム周期３３．３ミリ秒の標準的なビデオ信
号に限らず、明るさを表わす情報を含む信号であれば、
どのような信号に対しても、適用可能である。

【００８３】上記各実施形態に係わる光変調素子におい
て、各シャッタセルＣＥを通過する光の光量（以降、こ
の光量を出射光量ＣＲｏと称す）は、それぞれのシャッ
タＳＨが通過位置ＯＰにある時間と遮光位置ＣＬにある
時間との時間比率（以降、この時間比率を透過時間率と
称す）を制御することによって、制御することができ
る。シャッタセルＣＥに入射する光は、透過時間率０％
でシャッタＳＨにほぼ遮光される。シャッタセルＣＥに
入射する光は、透過時間率１００％でシャッタＳＨに殆
ど遮光されない。透過時間率は、各シャッタセルＣＥ毎
に、或いはビデオ信号の各フレーム毎に、設定する。透
過時間率は、０％から１００％の間を２５６段階に分け
て、設定する。尚、透過時間率は、２５６段階に限ら
ず、１段階から、設定できる。シャッタＳＨが通過位置
ＯＰから遮光位置ＣＬに移動する約１０μ秒と、遮光位
置ＣＬから通過位置ＯＰに戻る約１０マイクロ秒との和
である約２０μ秒で、フレーム周期３３．３ミリ秒を除
算した商の値である約１６６０段階まで、透過時間率の
段階を設定できる。

【００８４】本制御方法は、各シャッタセルＣＥに入射
する光の光量（以降、この光量を入射光量ＣＲｉと称
す）に基づいて、各シャッタセルＣＥ毎に透過時間率を
設定する方法である。例えば、図２１（ａ）に示すよう
に、各シャッタセルＣＥの入射光量ＣＲｉに対して、各
シャッタセルＣＥの透過時間率を常に１００％に設定す
る場合には、図２１（ｂ）に示すように、各シャッタセ
ルＣＥの入射光量ＣＲｉと出射光量ＣＲｏとは、ほぼ等
しくなる。従って、出射光のコントラストは、入射光の
コントラストとほぼ同じである。また、出射光の明るさ
は、入射光の明るさとほぼ同じである。ここで、コント
ラストは、光量の比に対応する値である。即ち、入射光
のコントラストは、所定の領域にある各シャッタセルＣ
Ｅに入射する光のうち、最も光量の多い入射光量ＣＲｉ
と最も光量の少ない入射光量ＣＲｉとの、光量の比に対
応する。同様に、出射光のコントラストは、所定の領域
にある各シャッタセルＣＥから出射する光のうち、最も
光量の多い出射光量ＣＲｏと最も光量の少ない出射光量
ＣＲｏとの、光量の比に対応する。また、ここで、明る
さは、光量に対応する値である。即ち、入射光量ＣＲｉ
の少ない入射光は暗く、入射光量ＣＲｉの多い入射光は
明るい。同様に、出射光量ＣＲｏの少ない出射光は暗
く、出射光量の多い出射光は明るい。

【００８５】これに対し、図２２（ａ）に示すように、
各シャッタセルＣＥの入射光量ＣＲｉに対して、各シャ
ッタセルＣＥの透過時間率を常に５０％に設定する場合
には、図２２（ｂ）に示すように、各シャッタセルＣＥ
に関して、入射光量ＣＲｉに対する出射光量ＣＲｏの割
合が約５０％になる。従って、出射光のコントラスト
は、入射光のコントラストとほぼ同じである。また、出
射光の明るさは、入射光の明るさの約５０％である。図
２２（ｂ）において、点線は、透過時間率１００％の場
合の出射光量ＣＲｏを示している。このように本制御方
法では、各シャッタセルＣＥの入射光量ＣＲｉに対し
て、各シャッタセルＣＥの透過時間率を一定の値に設定
すると、各シャッタセルＣＥ毎に入射光を、コントラス
トが入射光のコントラストとほぼ同じで、明るさが透過
時間率に対応する一定の割合で低減されている出射光
に、変調できる。

【００８６】また、図２３（ａ）に示すように、０から
Ｉｔｈまでの入射光量に対して、各シャッタセルＣＥの
透過時間率を１００％に設定し、Ｉｔｈより多い入射光
量に対して、各シャッタセルＣＥの透過時間率を５０％
にする場合は、図２３（ｂ）に示すように、各シャッタ
セルＣＥに関して、０からＩｔｈまでの入射光量ＣＲｉ
１に対する出射光量ＣＲｏ１は、入射光量ＣＲｉ１とほ
ぼ同じである。即ち、入射光量ＣＲｉが０からＩｔｈの
範囲では、出射光のコントラストは、入射光のコントラ
ストとほぼ同じで、また、出射光の明るさは、入射光の
明るさとほぼ同じである。各シャッタセルＣＥに関し
て、Ｉｔｈより大きい入射光量ＣＲｉ２に対する出射光
量ＣＲｏ２は、入射光量ＣＲｉ２のほぼ５０％になる。
即ち、入射光量ＣＲｉがＩｔｈより大きい範囲では、出
射光のコントラストは、入射光のコントラストとほぼ同
じで、また、出射光の明るさは、入射光の明るさのほぼ
５０％である。尚、図２３（ｂ）において、破線は、入
射光量ＣＲｉ＝出射光量ＣＲｏとなるグラフの一部を表
わしている。このように、本制御方法では、各シャッタ
セルＣＥ毎に入射光量ＣＲｉに応じて複数の透過時間率
を設定すると、各シャッタセルＣＥ毎に入射光を、コン
トラストが入射光のコントラストとほぼ同じで、明るさ
が透過時間率に対応する割合で低減されている出射光
に、変調できる。

【００８７】本制御方法では、透過時間率をフレーム毎
に設定するので、各シャッタセルＣＥの入射光量ＣＲｉ
が時間と共に変化する場合も、出射光量ＣＲｏをフレー
ム毎に制御できる。また、本制御方法では、透過時間率
をシャッタセルＣＥ毎に設定するので、１つのフレーム
期間において、入射光量ＣＲｉがシャッタセルＣＥ毎に
異なる場合も、出射光量ＣＲｏをシャッタセルＣＥ毎に
制御できる。

【００８８】＜第４の実施形態に係わる光量圧縮装置及
び撮像装置＞次に、本発明の第４の実施形態である撮像
装置２６０を、図１９〜図２５を参照して、説明する。
図１９は、撮像装置２６０のブロック図である。図２０
〜図２３は、撮像装置２６０の動作を説明する説明図で
ある。図２４は、撮像装置２６０の動作を説明するフロ
ーチャートである。図２５は、撮像装置２６０の動作の
一部を詳細に説明するフローチャートである。尚、第１
実施形態、第２実施形態及び第３実施形態と同機能の要
素には、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態
と同符号を付し、その説明を省略する。撮像装置２６０
は、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態に示
す光変調素子（以降、これらの光変調素子を微小シャッ
タ素子２６２と称す）を用いて、被写体からの光（以
降、被写体からの光を被写体光と称す）の光量を変調
し、光量の変調された被写体光を撮像する装置である。
尚、図１９において、被写体の図示は、省略している。
以降、シャッタセル３０，３０ａ，１１０，１１０ａを
シャッタセルＣＥと称し、シャッタ３１，３１ａ，１１
１，１１１ａをシャッタＳＨと称し、通過位置Ｐｏ，Ｐ
ｏ３を通過位置ＯＰと称し、遮光位置Ｐｃ，Ｐｃ３を遮
光位置ＣＬと称す。

【００８９】先ず、撮像装置２６０の構成要素を説明す
る。図１９に示すように、撮像装置２６０は、結像レン
ズ２６１と再結像レンズ２６３とＣＣＤ２６４とＣＣＤ
駆動回路２６５と光量圧縮装置２９０とを有する。微小
シャッタ素子２６２は、光量圧縮装置２９０に設けられ
る。結像レンズ２６１は、微小シャッタ素子２６２の半
導体基板４０の近傍に、被写体の光学像を結像するレン
ズである。再結像レンズ２６３は、半導体基板４０の近
傍の光学像を、ＣＣＤ２６４の感光部の近傍に結像する
レンズである。尚、結像レンズ２６１と再結像レンズ２
６３とは、それぞれ１つのレンズであっても、複数のレ
ンズを組み合わせた光学系であってもよい。ＣＣＤ２６
４は、画素に分割された感光部を有する２次元光電変換
素子である。ＣＣＤ２６４は、各感光部に入射する光
を、画素毎の画像信号に光電変換する。再結像レンズ２
６３は、微小シャッタ素子２６２の各シャッタセルＣＥ
の位置と、ＣＣＤ２６４の各感光部の位置とが、１対１
に対応するように、半導体基板４０の近傍の光学像を、
感光部の近傍に結像する。

【００９０】画像信号は、それぞれのシャッタセルＣＥ
に対応する画素毎に、それぞれの感光部に入射する光の
光量に比例する値を有する信号である。それぞれの感光
部に入射する光の光量は、対応するシャッタセルＣＥか
ら出射する光の光量と、ほぼ同じである。従って、画像
信号の各画素の値は、対応するシャッタセルＣＥから出
射する光の光量を表わす。ＣＣＤ２６４は、画像信号を
ＣＣＤ駆動回路２６５に出力する。

【００９１】ＣＣＤ駆動回路２６５は、ＣＣＤ２６４が
光を光電変換するのに必要なＣＣＤ駆動信号を、ＣＣＤ
２６４に供給する回路である。ＣＣＤ駆動回路２６５
は、光量圧縮装置２９０が入力可能な画像データに、画
像信号をＡ／Ｄ変換する。ＣＣＤ駆動回路２６５は、フ
レーム周期３３．３ミリ秒の標準的なビデオ信号のタイ
ミングに基づいて、画像データを中央制御回路２６６に
出力する。

【００９２】光量圧縮装置２９０は、微小シャッタ素子
２６２の各シャッタセルＣＥに入射する光の光量を、各
シャッタセルＣＥ毎に減少させ、光量の減少した光を各
シャッタセルＣＥから出射する装置である。光量圧縮装
置２９０は、光変調素子２６２と範囲指定装置２６７と
透過時間率指定装置２６８と中央制御回路２６６とディ
スプレイ２７１と変調素子駆動回路２６９とを有する。

【００９３】範囲指定装置２６７は、図２０に示すよう
に、半導体基板４０の変調領域４０ａの矩形領域２３１
と楕円領域２３２と間隙領域２３３とを指定する装置で
ある。矩形領域２３１は、変調領域４０ａにおける矩形
領域である。楕円領域２３２は、変調領域４０ａにおけ
る楕円形領域である。間隙領域２３３は、矩形領域２３
１と楕円領域２３２とを除いた変調領域４０ａの領域で
ある。尚、範囲指定装置２６７は、矩形や楕円形に限ら
ず、任意の形状の図形に囲まれる、変調領域４０ａの領
域であってもよい。範囲指定装置２６７は、シャッタセ
ルＣＥの複数の領域を指定できる。範囲指定装置２６７
は、矩形領域２３１を表わす信号ＳＩＧ１と、楕円領域
２３２を表わす信号ＳＩＧ２と、間隙領域２３３を表わ
す信号ＳＩＧ３とを、出力する。範囲指定装置２６７
は、マウス及びキーボードと、マウス及びキーボードか
らの情報をシャッタセルＣＥの領域の情報に変換するソ
フトウェアとが含まれる。

【００９４】透過時間率指定装置２６８は、範囲指定装
置２６７が指定する領域に対して、シャッタセルＣＥ毎
に透過時間率を指定する装置である。透過時間率は、各
シャッタセルＣＥのシャッタＳＨが通過位置ＯＰにある
時間と遮光位置ＣＬにある時間との、時間比率である。
透過時間率０％で、シャッタセルＣＥに入射する殆どの
光は、シャッタＳＨに遮光される。透過時間率１００％
で、シャッタセルＣＥに入射する殆どの光は、シャッタ
セルＣＥを通過する。透過時間率指定装置２６８は、透
過時間率を０％から１００％の間を２５６段階に分け
て、指定する。尚、透過時間率指定装置２６８は、透過
時間率を２５６段階に限らず、任意の段階に分けて、指
定してもよい。透過時間率指定装置２６８は、図２１
（ａ）に示すような、入射光量ＣＲｉに対して１００％
で一定な透過時間率を、指定する。透過時間率指定装置
２６８は、図２２（ａ）に示すような、入射光量ＣＲｉ
に対して５０％で一定な透過時間率を、指定する。透過
時間率指定装置２６８は、図２３（ａ）に示すような、
０〜Ｉｔｈまでの入射光量ＣＲｉに対して１００％の透
過時間率を、またＩｔｈ以上の入射光量ＣＲｉに対して
５０％の透過時間率を指定する。

【００９５】尚、透過時間率指定装置２６８は、０〜Ｉ
ｔｈまでの入射光量ＣＲｉとＩｔｈ以上の入射光量ＣＲ
ｉとに限らず、入射光量ＣＲｉの複数の範囲に対して、
それぞれ透過時間率を指定できる。透過時間率指定装置
２６８は、１００％の透過時間率を表わす信号ＳＩＧ４
と、５０％の透過時間率を表わす信号ＳＩＧ５とを出力
する。透過時間率指定装置２６８は、０〜Ｉｔｈまでの
入射光量ＣＲｉに対して１００％の透過時間率を、また
Ｉｔｈ以上の入射光量ＣＲｉに対して５０％の透過時間
率を表わす信号ＳＩＧ６を出力する。透過時間率指定装
置２６８は、マウス及びキーボードと、マウス及びキー
ボードからの情報を透過時間率に変換するソフトウェア
とが含まれる。

【００９６】中央制御回路２６６は、ソフトウェアを格
納するメモリと、ソフトウェアを実行するＣＰＵとを有
する制御回路である。中央制御回路２６６は、ＣＣＤ駆
動回路２６５から画像データを入力する。中央制御回路
２６６は、画像データをディスプレイ２７１に出力す
る。中央制御回路２６６は、信号ＳＩＧ１と信号ＳＩＧ
２と信号ＳＩＧ３とを入力する。中央制御回路２６６
は、信号ＳＩＧ１に基づいて、矩形領域２３１の輪郭の
位置を表わす信号ＳＩＧ１０１を発生する。中央制御回
路２６６は、信号ＳＩＧ２に基づいて、楕円領域２３２
の輪郭の位置を表わす信号ＳＩＧ１０２を発生する。中
央制御回路２６６は、信号ＳＩＧ１０１と信号ＳＩＧ１
０２をディスプレイ２７１に出力する。

【００９７】中央制御回路２６６は、信号ＳＩＧ４と信
号ＳＩＧ５と信号ＳＩＧ６とを入力する。中央制御回路
２６６は、画像データと信号ＳＩＧ１と信号ＳＩＧ４と
に基づいて、矩形領域２３１に含まれるシャッタセルＣ
Ｅのそれぞれの透過時間率（１００％）を、演算する。
中央制御回路２６６は、信号ＳＩＧ２と信号ＳＩＧ５と
に基づいて、楕円領域２３２に含まれるシャッタセルＣ
Ｅのそれぞれの透過時間率（５０％）を、演算する。中
央制御回路２６６は、信号ＳＩＧ３と信号ＳＩＧ６とに
基づいて、間隙領域２３３に含まれるシャッタセルＣＥ
のそれぞれの透過時間率（０〜Ｉｔｈまでの入射光量に
対して１００％、Ｉｔｈ以上の入射光量に対して５０
％）を、演算する。中央制御回路２６６は、算出した上
記各透過時間率を、透過時間率信号に変換する。透過時
間率信号は、各シャッタセルＣＥ毎の透過時間率を表わ
す信号である。中央制御回路２６６は、透過時間率信号
を変調素子駆動回路２６９に出力する。

【００９８】ディスプレイ２７１は、画像データを入力
して、画像データを表示する装置である。ディスプレイ
２７１は、例えば、液晶表示装置、ＣＲＴディスプレイ
等、任意のもので構成できる。ディスプレイ２７１は、
信号ＳＩＧ１０１を入力して、画像データの表示に重畳
して、矩形領域２３１の輪郭の位置を表示する。ディス
プレイ２７１は、信号ＳＩＧ１０２を入力して、画像デ
ータの表示に重畳して、楕円領域２３２の輪郭の位置を
表示する。

【００９９】変調素子駆動回路２６９は、微小シャッタ
素子２６２の遮光動作と通過動作とを、各シャッタセル
ＣＥ毎に制御する、回路である。変調素子駆動回路２６
９の出力端子は、微小シャッタ素子２６２のピン２４に
接続している。変調素子駆動回路２６９は、透過時間率
信号を入力する。変調素子駆動回路２６９は、フレーム
周期３３．３ミリ秒の標準的なビデオ信号のタイミング
に基づいて、各フレーム毎に繰り返し、透過時間率信号
が表わす各シャッタセルＣＥ毎の透過時間率に応じて、
各シャッタセルＣＥ毎に遮光動作と通過動作とを制御す
る。

【０１００】透過時間率が１００％に指定されているシ
ャッタセルＣＥに対して、変調素子駆動回路２６９は、
３３．３ミリ秒の間、透過動作を行なわせる。このと
き、透過時間はほぼ３３．３ミリ秒で、遮光時間はほぼ
０ミリ秒である。

【０１０１】透過時間率が５０％に指定されているシャ
ッタセルＣＥに対して、変調素子駆動回路２６９は、１
６．６ミリ秒の間、通過動作を行なわせ、続いて１６．
６ミリ秒の間、遮光動作を行なわせる。このとき、透過
時間はほぼ１６．６ミリ秒で、遮光時間はほぼ１６．６
ミリ秒である。

【０１０２】尚、通過動作は、１フレームの間に連続し
て行なわなくとも、１フレームの間に、透過時間率に対
応する時間だけ、行われればよい。例えば、１フレーム
の間に断続的に通過動作と遮光動作とを交互に複数回繰
り返してもよい。

【０１０３】次に、図２４に示すフローチャートに従っ
て、撮像装置２６０の動作を説明する。撮像開始操作が
されると、中央制御回路２６６は、図２４に示すフロー
チャートの実行を開始する。図２４に示すフローチャー
トには、出射光量ＣＲｏを圧縮していない（即ち、全シ
ャッタセルＣＥの透過時間率を１００％にした）画像デ
ータを得るステップ１〜ステップ３と、透過時間率と前
記各領域とを指定するステップ４〜ステップ６と、各シ
ャッタセルＣＥ毎に透過時間率を演算して、演算した透
過時間率に基づいて、出射光量ＣＲｏを圧縮するステッ
プ７〜ステップ８と、出射光量ＣＲｏの圧縮された光学
像を表示するステップ９〜ステップ１１とが、ある。

【０１０４】ステップ１において、中央制御回路２６６
は、全シャッタセルＣＥの透過時間率が１００％である
透過時間率信号を、変調素子駆動回路２６９に出力す
る。変調素子駆動回路２６９は、透過時間率信号に基づ
いて、全シャッタセルＣＥに対して、各フレーム毎に繰
り返し、３３．３ミリ秒の間、通過動作を行なわせる。
結像レンズ２６１によって微小シャッタ素子２６２の半
導体基板４０の近傍に結像される光の一部は、各フレー
ム毎にほぼ３３．３ミリ秒の間、全シャッタセルＣＥを
通過する。全シャッタセルＣＥが各フレーム毎にほぼ３
３．３ミリ秒の間、通過動作を行なうので、全シャッタ
セルＣＥの出射光量ＣＲｏは、全シャッタセルＣＥの入
射光量ＣＲｉに比べて、ほとんど圧縮されていない。再
結像レンズ２６３は、全シャッタセルＣＥを透過する光
を、ＣＣＤ２６４の感光部の近傍に結像する。ＣＣＤ２
６４は、各感光部に入射する光を、画素毎の画像信号に
光電変換する。ＣＣＤ２６４は、画像信号をＣＣＤ駆動
回路２６５に出力する。ＣＣＤ駆動回路２６５は、画像
信号を画像データにＡ／Ｄ変換する。ＣＣＤ駆動回路２
６５は、フレーム周期３３．３ミリ秒の標準的なビデオ
信号のタイミングに基づいて、画像データを中央制御回
路２６６に出力する。

【０１０５】中央制御回路２６６は、ステップ１に続い
て、ステップ２を実行する。ステップ２において、中央
制御回路２６６は、１フレーム分の画像データを入力す
る。中央制御回路２６６は、ステップ２に続いて、ステ
ップ３を実行する。ステップ３において、中央制御回路
２６６は、画像データをディスプレイ２７１に出力す
る。ディスプレイ２７１は、画像データを表示する。デ
ィスプレイ２７１が、画像データを表示すると、矩形領
域２３１（図２０）を指定する操作と、矩形領域２３１
の１００％の透過時間率（図２１（ａ））を指定する操
作とがされる。矩形領域２３１を指定する操作がされる
と、範囲指定装置２６７は矩形領域２３１を表わす信号
ＳＩＧ１を、出力する。中央制御回路２６６は、ステッ
プ３に続いて、ステップ４を実行する。ステップ４にお
いて、中央制御回路２６６は、矩形領域２３１を表わす
信号ＳＩＧ１を、入力する。矩形領域２３１の透過時間
率を指定する操作がされると、透過時間率指定装置２６
８は、１００％の透過時間率を表わす信号ＳＩＧ４を、
出力する。

【０１０６】中央制御回路２６６は、ステップ４に続い
て、ステップ５を実行する。ステップ５において、中央
制御回路２６６は、１００％の透過時間率を表わす信号
ＳＩＧ４を、入力する。中央制御回路２６６は、ステッ
プ５に続いて、ステップ６を実行する。ステップ６にお
いて、中央制御回路２６６は、領域を指定する操作と透
過時間率を指定する操作とを終了する設定終了操作が、
行なわれるかどうかを、判断する。中央制御回路２６６
は、設定終了操作が行なわれると判断するまで、ステッ
プ４とステップ５とを繰り返し実行する。繰り返し実行
するステップ４において、楕円領域２３２（図２０）を
指定する操作と間隙領域２３３（図２０）を指定する操
作とが、行われる。範囲指定装置２６７は、楕円領域２
３２を表わす信号ＳＩＧ２と、間隙領域２３３を表わす
信号ＳＩＧ３とを、出力する。繰り返し実行するステッ
プ５において、楕円領域２３２の５０％の透過時間率
（図２２（ａ））を指定する操作と、間隙領域２３３の
０〜Ｉｔｈまでの入射光量に対して１００％の透過時間
率を、及びＩｔｈ以上の入射光量に対して５０％の透過
時間率（図２３（ａ））を指定する操作とが、行われ
る。

【０１０７】中央制御回路２６６は、設定終了操作が行
なわれると、ステップ７を実行する。ステップ７におい
て、中央制御回路２６６は、各シャッタセルＣＥの透過
時間率を、演算する。ステップ７の動作を、図２５を参
照して、詳述する。

【０１０８】ステップ７１において、中央制御回路２６
６は、各シャッタセルＣＥ毎に、変調領域４０ａにおけ
るシャッタセルＣＥの位置が、矩形領域２３１に相当す
るか、楕円領域２３２に相当するか、間隙領域２３３に
相当するかを判断する。シャッタセルＣＥの位置が矩形
領域２３１に相当する場合には、中央制御回路２６６
は、ステップ７２を実行する。シャッタセルＣＥの位置
が楕円領域２３２に相当する場合には、中央制御回路２
６６は、ステップ７３を実行する。シャッタセルＣＥの
位置が間隙領域２３３に相当する場合には、中央制御回
路２６６は、ステップ７４を実行する。ステップ７２に
おいて、中央制御回路２６６は、そのシャッタセルＣＥ
の透過時間率を１００％に設定する。中央制御回路２６
６は、ステップ７２に続いて、ステップ７７を実行す
る。ステップ７３において、中央制御回路２６６は、そ
のシャッタセルＣＥの透過時間率を５０％に設定する。
中央制御回路２６６は、ステップ７３に続いて、ステッ
プ７７を実行する。

【０１０９】ステップ７４において、中央制御回路２６
６は、そのシャッタセルＣＥの位置に相当する画像デー
タの値が、入射光量Ｉｔｈに相当する値より、小さいか
どうかを判断する。画像データの値が、入射光量Ｉｔｈ
に相当する値より小さい場合には、中央制御回路２６６
は、ステップ７５を実行する。画像データの値が、入射
光量Ｉｔｈに相当する値以上場合には、中央制御回路２
６６は、ステップ７６を実行する。ステップ７５におい
て、中央制御回路２６６は、そのシャッタセルＣＥの透
過時間率を１００％に設定する。中央制御回路２６６
は、ステップ７５に続いて、ステップ７７を実行する。
ステップ７６において、中央制御回路２６６は、そのシ
ャッタセルＣＥの透過時間率を５０％に設定する。中央
制御回路２６６は、ステップ７６に続いて、ステップ７
７を実行する。ステップ７７において、中央制御回路２
６６は、全てのシャッタセルＣＥについて、透過時間率
を設定し終わったかどうかを判断する。設定し終わって
いないと判断する場合には、中央制御回路２６６は、ス
テップ７１を再び実行する。設定し終わっていると判断
する場合には、中央制御回路２６６は、ステップ７の実
行を終了する。

【０１１０】中央制御回路２６６は、ステップ７に続い
て、ステップ８を実行する。ステップ８において、中央
制御回路２６６は、透過時間率信号を変調素子駆動回路
２６９に出力する。変調素子駆動回路２６９は、フレー
ム周期３３．３ミリ秒の標準的なビデオ信号のタイミン
グに基づいて、各フレーム毎に繰り返し、透過時間率信
号に応じて、各シャッタセルＣＥ毎に遮光動作と通過動
作とを制御する。

【０１１１】矩形領域２３１に対応する透過時間率信号
は、１００％の透過時間率を表わすので、変調素子駆動
回路２６９は、矩形領域２３１の各シャッタセルＣＥに
対して、各フレーム毎に３３．３ミリ秒の間、通過動作
を行なわせる。矩形領域２３１の各シャッタセルＣＥ
は、各フレーム毎に３３．３ミリ秒の間、通過動作をす
るので、図２１（ｂ）に示すように、矩形領域２３１の
各シャッタセルＣＥの出射光量ＣＲｏは、矩形領域２３
１の各シャッタセルＣＥの入射光量ＣＲｉと、ほぼ等し
い。

【０１１２】楕円領域２３２に対応する透過時間率信号
は、５０％の透過時間率を表わすので、変調素子駆動回
路２６９は、楕円領域２３２の各シャッタセルＣＥに対
して、各フレーム毎に１６．６ミリ秒の間、通過動作を
行なわせる。また、変調素子駆動回路２６９は、楕円領
域２３２の各シャッタセルＣＥに対して、各フレーム毎
に１６．６ミリ秒の間、遮光動作を行なわせる。楕円領
域２３２の各シャッタセルＣＥは、各フレーム毎に１
６．６ミリ秒の間、通過動作をし、各フレーム毎に１
６．６ミリ秒の間、遮光動作をするので、図２２（ｂ）
に示すように、楕円領域２３２の各シャッタセルＣＥの
出射光量ＣＲｏは、楕円領域２３２の各シャッタセルＣ
Ｅの入射光量ＣＲｉの、ほぼ半分である。

【０１１３】間隙領域２３３に対応する透過時間率信号
は、０〜Ｉｔｈまでの入射光量ＣＲｉに対して１００％
の透過時間率を表わし、また、Ｉｔｈ以上の入射光量Ｃ
Ｒｉに対しては、５０％の透過時間率を表わす。入射光
量ＣＲｉが０〜Ｉｔｈの場合は、変調素子駆動回路２６
９は、間隙領域２３３の各シャッタセルＣＥに対して、
各フレーム毎に３３．３ミリ秒の間、通過動作を行なわ
せる。入射光量ＣＲｉがＩｔｈ以上の場合は、変調素子
駆動回路２６９は、間隙領域２３３の各シャッタセルＣ
Ｅに対して、各フレーム毎に１６．６ミリ秒の間、通過
動作を行なわせる。更に、入射光量ＣＲｉがＩｔｈ以上
の場合は、変調素子駆動回路２６９は、間隙領域２３３
の各シャッタセルＣＥに対して、各フレーム毎に１６．
６ミリ秒の間、遮光動作を行なわせる。間隙領域２３３
の各シャッタセルＣＥは、各フレーム毎に入射光量ＣＲ
ｉに応じて、通過動作と遮光動作とをするので、図２３
（ｂ）に示すように、間隙領域２３３の各シャッタセル
ＣＥの出射光量ＣＲｏは、間隙領域２３３の各シャッタ
セルＣＥの入射光量ＣＲｉが０〜Ｉｔｈの場合は、入射
光量ＣＲｉとほぼ同じである。間隙領域２３３の各シャ
ッタセルＣＥの入射光量ＣＲｉがＩｔｈ以上の場合は、
間隙領域２３３の各シャッタセルＣＥの出射光量ＣＲｏ
は、入射光量ＣＲｉのほぼ半分である。

【０１１４】再結像レンズ２６３は、ステップ８におけ
る通過動作と遮光動作とによって、矩形領域２３１と楕
円領域２３２と間隙領域２３３毎に光量が変調された光
を、ＣＣＤ２６４の感光部の近傍に結像する。ＣＣＤ２
６４は、各感光部に入射する光を、画素毎の画像信号に
光電変換する。ＣＣＤ２６４の感光部の近傍に結像する
光の光量が、矩形領域２３１と楕円領域２３２と間隙領
域２３３毎に変調されているので、画像信号は、矩形領
域２３１と楕円領域２３２と間隙領域２３３とに対応し
て、変調されている。ＣＣＤ２６４は、画像信号をＣＣ
Ｄ駆動回路２６５に出力する。ＣＣＤ駆動回路２６５
は、画像信号を画像データにＡ／Ｄ変換する。画像信号
が矩形領域２３１と楕円領域２３２と間隙領域２３３と
に対応して変調されているので、画像データは、矩形領
域２３１と楕円領域２３２と間隙領域２３３とに対応し
て変調されている。ＣＣＤ駆動回路２６５は、フレーム
周期３３．３ミリ秒の標準的なビデオ信号のタイミング
に基づいて、画像データを中央制御回路２６６に出力す
る。中央制御回路２６６は、ステップ８に続いて、ステ
ップ９を実行する。ステップ９において、中央制御回路
２６６は、１フレーム分の画像データを入力する。

【０１１５】中央制御回路２６６は、ステップ９に続い
て、ステップ１０を実行する。ステップ１０において、
中央制御回路２６６は、画像データをディスプレイ２７
１に出力する。ディスプレイ２７１は、画像データを表
示する。画像データは、矩形領域２３１と楕円領域２３
２と間隙領域２３３とに対応して変調されているので、
ディスプレイ２７１には、矩形領域２３１と楕円領域２
３２と間隙領域２３３とに対応して明るさの変調されて
いる画像が、表示される。

【０１１６】中央制御回路２６６は、ステップ１０に続
いて、ステップ１１を実行する。ステップ１１におい
て、中央制御回路２６６は、撮影終了の操作がされるま
で、ステップ９及びステップ１０を繰り返し実行する。
尚、ステップ１１において、中央制御回路２６６は、撮
影終了の操作がされるまで、ステップ７及びステップ１
０を繰り返し実行してもよい。この場合は、１フレーム
毎に透過時間率が設定されるので、各シャッタセルＣＥ
の入射光量ＣＲｉが、時間とともに変化しても、入射光
量ＣＲｉに応じて、各シャッタセルＣＥの出射光量ＣＲ
ｏを、圧縮できる利点がある。

【０１１７】微小シャッタ素子２６２は、各シャッタセ
ルＣＥに入射する光の波長特性を変更することなく、各
シャッタセルＣＥに入射する光の光量を変調できるの
で、撮像装置２６０では、被写体光の波長特性を損なう
ことなく、光量の変調された被写体光を、撮像できる利
点がある。微小シャッタ素子２６２は、各シャッタセル
ＣＥに入射する光の光量の大小に対する、各シャッタセ
ルＣＥから出射する光の光量の直線性を、変更すること
なく、各シャッタセルＣＥに入射する光の光量を変調で
きるので、撮像装置２６０では、被写体光の光量の直線
性を、変更することなく、光量の変調された被写体光
を、撮像できる利点がある。微小シャッタ素子２６２
は、各シャッタセルＣＥ毎に、被写体光の光量を変調で
きるので、撮像装置２６０では、領域毎に光量が変調さ
れた被写体光を、撮像できる利点がある。したがって、
例えば夕日を背景とする人物のように、逆光で被写体を
撮像する場合、人物の影の部分の光量と波長特性とを変
えずに、背景の夕日の部分の光量を、夕日の部分の波長
特性を変えずに、圧縮して撮像できる。

【０１１８】なお、第１、第２及び第３の実施形態にお
いては、シャッタＳＨは駆動壁３４に沿って配置された
ロッド５０の近傍を中心に回転する光変調素子を説明し
ている。しかしながら、ヒンジ６０ａ、６０ｂを孔の開
口部の対角線の両端の位置に設け、シャッタＳＨを、こ
の位置に設けるヒンジ６０ａ、６０ｂに接合することも
できる。更に、このような位置に設けるヒンジ６０ａ、
６０ｂに、平板状の形状のブレードとこのブレードの対
角線の位置に設けたロッドを有するシャッタを、接合す
ることもできる。このような構成によれば、シャッタの
回転時のシャッタの重心の移動が少なくなるので、シャ
ッタを短時間で回転できる。

【０１１９】

【発明の効果】第１〜第２の発明によれば、それぞれ遮
光部材を備えた貫通孔を複数個備えた光変調素子におい
て、遮光部材による光の透過時間率を各開口ごとに独立
に調整できる。光の透過時間率は、遮光部材が第１の位
置と第２の位置とにある時間の比率を調整することによ
り調整できる。このような構成により、簡単な装置構成
および制御により、光量の変調を的確に行なうことが可
能になる。この場合、従来の液晶素子のように光量が不
必要に減衰することもなく、光の波長特性が変化するこ
ともない。

【０１２０】第２〜第１６の発明によれば、前記第１〜
第２の発明が有する利点の他に、遮光部材を静電引力及
び静電反発力で移動するから、簡単な駆動機構で高速度
の駆動を安定して行なうことが可能になる。また、駆動
機構が各貫通孔における開口率を低下させることもほと
んどなく、通過光量の損失が極めて少ない光変調素子が
実現できる。

【０１２１】第１７〜１９の発明によれば、前記第１〜
１６の発明において、各貫通孔を通る光の通過光量を、
遮光部材が光を遮光している時間と遮光していない時間
との比率を制御するのみで、制御することが可能にな
る。したがって、透過光量の制御のための構成が簡単に
なると共に、確実かつ信頼性の高い制御が行なわれる。

【０１２２】第２０〜２２の発明によれば、光量圧縮装
置の変調領域の内の任意の領域を範囲指定機構で指定
し、この指定された領域の透過時間率を制御することが
できる。これにより、例えば画面内の所望の領域の光量
を補正あるいは変更することが可能になる。

【０１２３】第２３〜２５の発明によれば、撮像装置に
おいて、範囲指定機構で指定された変調領域の時間透過
率を制御して撮像を行なうことができる。このため、撮
像装置に入射する光の光量を適切に補正しまたは変更し
てより的確な撮像を行なうことが可能になる。

【０１２４】第２６の発明によれば、透過型の光変調素
子を収容するのに適したパッケージを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる光変調素子を収容するパッケー
ジの構成を示す頭部面図（ａ）、Ａ−Ａ線に沿った断面
図（ｂ）、および底部面図（ｃ）である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係わる光変調素子が
形成された半導体基板を上から見た状態を示す上面図
（ａ）および部分的拡大図である。

【図３】図２の半導体基板を斜め上から見た部分的拡大
斜視図である。

【図４】図２の半導体基板をＡ−Ａ線に沿って見た部分
的断面図である。

【図５】図２の半導体基板をＢ−Ｂ線に沿って見た部分
的断面図である。

【図６】図２の半導体基板に形成されたシャッタセルの
構成を示す拡大斜視図である。

【図７】図６のシャッタセルに用いられるシャッタの構
成を示す拡大斜視図である。

【図８】図７のシャッタを取り付けるためのヒンジの構
造を示す拡大図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面
図である。

【図９】図８のヒンジによってシャッタと記憶壁とを結
合した様子を示す部分的拡大断面図である。

【図１０】図６〜図９に示されるシャッタセルの電気的
回路構成を示すブロック図である。

【図１１】図２の半導体基板を収容した光変調素子に照
明光が入射される状態を示す説明的断面図である。

【図１２】本発明の第１の実施形態に係わる光変調素子
の動作を説明するための部分的断面図であり、（ａ）は
シャッタセルが光透過状態にある様子を示し、（ｂ）は
シャッタセルが遮光状態にある状態を示している。

【図１３】本発明の第２の実施形態に係わる光変調素子
のシャッタセル付近の構成を示す部分的断面図である。

【図１４】図１３に示される光変調素子の電気的構成を
示すブロック図である。

【図１５】本発明の第３の実施形態に係わる光変調素子
のシャッタセル付近の構成を示す部分的断面図である。

【図１６】図１５に示される光変調素子の電気的構成を
示すブロック図である。

【図１７】本発明に係わる撮像素子のシャッタセル付近
の構成を示す部分的拡大断面図である。

【図１８】本発明に係わるカラー光変調素子のシャッタ
セル付近の構成を示す部分的拡大断面図である。

【図１９】本発明の第４の実施形態としての撮像装置の
構成を示す説明的ブロック図である。

【図２０】図１９の撮像装置における光量特性の指定例
を示す説明図である。

【図２１】図１９に示される撮像装置において指定され
る光量特性の一例を示すグラフである。

【図２２】図１９の撮像装置において指定される光量特
性の他の例を示すグラフである。

【図２３】図１９の撮像装置において画面内の各範囲で
指定される光量特性の例を示す説明図である。

【図２４】図１９の撮像装置の動作を説明するためのフ
ローチャートである。

【図２５】図２４とともに図１９の撮像装置の動作を説
明するためのフローチャートである。

【図２６】従来の光変調素子の例としての液晶素子の構
造を示す上面図である。

【図２７】図２６の液晶素子のＡ−Ａ線に沿った断面図
である。

【符号の説明】

２０ パッケージ ２０ａ カバー部材 ２０ｂ ベース部材 ２１ 上窓 ２２ 下窓 ２３ 透明支持部材 ２４ ピン ４０ 半導体基板 ３０ シャッタセル ３１ シャッタ ３２ ホール ３３ 記憶壁 ３４ 駆動壁 ４１ 駆動電極 ４２ 着地電極 ４５ 記憶回路 ４６ 溝 ４７ 凹部 ４８ 駆動回路 ５０ ロッド ５１ ブレード ６０ ヒンジ ６１ フック ６２ リング ７０ 照明光 ８０ 停止端 ８１ 停止電極 ８２ ホール内壁

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貫通孔を有し、電気回路を形成可能な半
   導体基板と、前記貫通孔に設けられ、前記貫通孔に入射
   する光を透過する第１の位置と、透過する光の光量が前
   記第１の位置にある場合と異なる第２の位置との間で移
   動可能な遮光部材と、前記第１の位置と前記第２の位置
   との間で、前記遮光部材を移動する移動手段とを備える
   ことを特徴とする光変調素子。
2. 【請求項２】 前記貫通孔は、複数であって、配列を形
   成することを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
3. 【請求項３】 前記貫通孔は、前記基板の厚さ方向と略
   平行な内壁を有する略直方体であることを特徴とする請
   求項１に記載の光変調素子。
4. 【請求項４】 前記貫通孔は、１辺の長さが前記半導体
   基板の厚さより短い、前記半導体基板の厚さ方向と垂直
   な方向の断面を有することを特徴とする請求項３に記載
   の光変調素子。
5. 【請求項５】 前記遮光部材は、前記第１の位置と前記
   第２の位置との間で回転移動する回転軸を有し、この回
   転軸は前記貫通孔の内壁の近傍に設けられたことを特徴
   とする請求項１に記載の光変調素子。
6. 【請求項６】 前記遮光部材は、光を遮光する遮光面を
   有し、前記第１の位置は、前記遮光面が前記半導体基板
   の厚さ方向に略平行になる通過位置であることを特徴と
   する請求項５に記載の光変調素子。
7. 【請求項７】 前記遮光部材は、前記半導体基板の厚さ
   方向と垂直な方向における前記貫通孔の断面の広さより
   狭い遮光面を有し、前記第２の位置は、前記遮光面が前
   記半導体基板の厚さ方向と略垂直になる遮光位置である
   ことを特徴とする請求項５に記載の光変調素子。
8. 【請求項８】 前記遮光位置の近傍の前記半導体基板に
   設けられ、前記遮光部材が前記第１の位置から遠ざかる
   方向に移動するときに、前記遮光部材に当接する停止部
   材を更に有することを特徴とする請求項７に記載の光変
   調素子。
9. 【請求項９】 前記停止部材は、前記遮光部材が当接す
   る位置に、前記遮光部材と電気的に接続される着地電極
   を有することを特徴とする請求項８に記載の光変調素
   子。
10. 【請求項１０】 前記遮光部材は、前記半導体基板の厚
    さ方向と垂直な方向における前記貫通孔の断面の広さよ
    り広い遮光面を有し、前記第２の位置は、前記遮光部材
    が前記第１の位置から遠ざかる方向に移動するときに、
    前記遮光部材が前記内壁と当接する遮光位置であること
    を特徴とする請求項５に記載の光変調素子。
11. 【請求項１１】 前記遮光部材は、導電性を有し、前記
    移動手段は、前記貫通孔の内壁に設けられる駆動電極
    と、前記貫通孔の内壁の前記第１の位置の近傍に設けら
    れる第１の着地電極と、電圧発生回路とを有し、前記第
    １の着地電極は、前記遮光部材に接続し、前記電圧発生
    回路は、前記駆動電極と前記遮光部材との間に駆動電圧
    を印加することを特徴とする請求項５に記載の光変調素
    子。
12. 【請求項１２】 前記移動手段は、前記貫通孔の内壁の
    前記第２の位置の近傍に設けられる第２の着地電極を有
    し、前記第２の着地電極は、前記遮光部材に接続するこ
    とを特徴とする請求項１１に記載の光変調素子。
13. 【請求項１３】 略螺旋形状部を有する弾性部材を更に
    有し、前記弾性部材は、前記略螺旋形状部の一端が前記
    貫通孔の内壁の近傍に接合し、前記略螺旋形状部の他端
    が前記遮光部材に接合することを特徴とする請求項１に
    記載の光変調素子。
14. 【請求項１４】 前記遮光部材は、前記弾性部材に支持
    されて、前記略螺旋形状部の螺旋の中心軸の近傍を中心
    に、前記第１の位置と前記第２の位置との間で、回転移
    動することを特徴とする請求項１３に記載の光変調素
    子。
15. 【請求項１５】 前記弾性部材は、導電性を有し、前記
    遮光部材は、導電性を有し、前記移動手段は、前記半導
    体基板に設けられる駆動電極と、電圧発生回路とを有
    し、前記電圧発生回路は、前記駆動電極と前記弾性部材
    との間に駆動電圧を印加することを特徴とする請求項１
    ３に記載の光変調素子。
16. 【請求項１６】 ２つの状態を記憶する記憶手段を更に
    有し、前記移動手段は、前記記憶手段の記憶する２つの
    状態に基づいて、前記遮光部材を前記第１の位置と前記
    第２の位置との間で、移動することを特徴とする請求項
    １に記載の光変調素子。
17. 【請求項１７】 請求項１〜請求項１６に記載の光変調
    素子の制御方法であって、前記遮光部材が前記第１の位
    置にある透過時間と、前記遮光部材が前記第２の位置に
    ある遮光時間との比率を、制御することを特徴とする制
    御方法。
18. 【請求項１８】 前記比率を、前記貫通孔に入射する光
    の光量に基づいて、制御することを特徴とする請求項１
    ７の制御方法。
19. 【請求項１９】 複数回繰り返され、前記透過時間或い
    は前記遮光時間を有する変調期間において、前記比率を
    制御することを特徴とする請求項１７の制御方法。
20. 【請求項２０】 （ａ）貫通孔を有し、電気回路を形成
    可能な半導体基板と、前記貫通孔に設けられ、前記貫通
    孔に入射する光を透過する第１の位置と、透過する光の
    光量が前記第１の位置にある場合と異なる第２の位置と
    の間で移動可能な遮光部材と、前記第１の位置と前記第
    ２の位置との間で、前記遮光部材を移動する移動手段と
    を備える光変調素子と、（ｂ）１つ以上の前記貫通孔を
    含む領域を、指定する領域指定手段と、（ｃ）前記領域
    指定手段が指定する前記領域における、前記遮光部材が
    前記第１の位置にある透過時間と前記遮光部材が前記第
    ２の位置にある遮光時間との比率である透過時間率を、
    指定する比率指定手段と、（ｄ）前記領域指定手段が指
    定する前記領域と、前記比率指定手段が指定する前記透
    過時間率とに基づいて、前記光変調素子を制御する制御
    手段とを具備することを特徴とする光量圧縮装置。
21. 【請求項２１】 前記制御手段は、前記領域指定手段が
    指定する前記領域と、前記比率指定手段が指定する前記
    透過時間率とに基づいて、前記領域指定手段が指定する
    前記領域に含まれる、それぞれの前記貫通孔の位置にお
    ける前記透過時間率を演算し、前記それぞれの透過時間
    率に基づいて、前記光変調素子を制御することを特徴と
    する請求項２０の光量圧縮装置。
22. 【請求項２２】 前記制御手段は、前記透過時間或いは
    前記遮光時間を含み、繰り返される変調期間において、
    それぞれの前記変調期間毎に、前記領域指定手段が指定
    する前記領域と、前記比率指定手段が指定する前記透過
    時間率とに基づいて、前記光変調素子を制御することを
    特徴とする請求項２０の光量圧縮装置。
23. 【請求項２３】 （ａ）貫通孔を有し、電気回路を形成
    可能な半導体基板と、前記貫通孔に設けられ、前記貫通
    孔に入射する光を透過する第１の位置と、透過する光の
    光量が前記第１の位置にある場合と異なる第２の位置と
    の間で移動可能な遮光部材と、前記第１の位置と前記第
    ２の位置との間で、前記遮光部材を移動する移動手段と
    を備える光変調素子と、（ｂ）前記貫通孔の前記遮光部
    材が、前記第１の位置にある通過時間と前記第２の位置
    にある遮光時間との通過時間比率を、前記貫通孔ごとに
    指定する指定手段と、（ｃ）前記光変調素子からの光
    を、画像信号に光電変換する撮像手段と、（ｄ）前記指
    定手段が指定する前記貫通孔ごとの前記透過時間率と、
    前記撮像手段が光電変換する前記画像信号とに基づい
    て、前記光変調素子を制御する制御手段とを具備するこ
    とを特徴とする撮像装置。
24. 【請求項２４】 前記撮像手段は、複数の感光部を有
    し、前記複数の感光部のそれぞれが、前記貫通孔からの
    光を１対１に受光する位置に、設けられることを特徴と
    する請求項２３の撮像装置。
25. 【請求項２５】 前記指定手段は、１つ以上の前記貫通
    孔が含まれる領域を指定する領域指定手段と、前記領域
    指定手段が指定する前記領域の前記透過時間率を指定す
    る比率指定手段とを備えることを特徴とする請求項２３
    の撮像装置。
26. 【請求項２６】 半導体基板を収容する空間が設けら
    れ、前記空間に面する第１の領域を有する第１の保持部
    材と、前記空間を挟んで前記第１の領域と対向する位置
    に第２の領域を有する、第２の保持部材と、を有するパ
    ッケージであって、前記第１の領域には、光を透過する
    第１の透過部材が設けられ、前記第２の領域には、前記
    光を透過する第２の透過部材が設けられることを特徴と
    するパッケージ。