JP2003198943A

JP2003198943A - 撮像装置

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Publication number: JP2003198943A
Application number: JP2001401018A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Funaki; 英之舟木; Keitaro Shigenaka; 圭太郎重中; Ikuo Fujiwara; 郁夫藤原; Naoya Mashio; 尚哉真塩; Yujiro Naruse; 雄二郎成瀬
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-11
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: JP3954380B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ミリ波帯から赤外光の領域に至る波長帯の電
磁波の進行方向を簡単に制御出来、軽量、小型な撮像装
置を低コストで提供する。【解決手段】反射鏡１１、反射鏡１１で反射された電
磁波を更に反射するマイクロ・ミラー・アレイ１２、マ
イクロ・ミラー・アレイ１２により電磁波の入射方向を
制御され、電磁波を感知する電磁波センサ１４とを備え
る。マイクロ・ミラー・アレイ１２は、複数のマイクロ
・ミラーと、この複数のマイクロ・ミラーの角度を制御
する電子回路を半導体基板上に集積化した構造を有す
る。それぞれのマイクロ・ミラーは、電磁波の波長以
上、電磁波の波長の３０倍以下の最大寸法を有する。マ
イクロ・ミラー・アレイ１２は、反射鏡１１の焦点付近
に配置され、撮像装置に入射した電磁波は、反射鏡１１
により反射され、マイクロ・ミラー・アレイ１２に集光
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス等の光学媒
体による安価なレンズが入手困難な、ミリ波帯から赤外
光の領域に至る波長帯の電磁波を感知する撮像装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】赤外線によるイメージ・センシングは夜
間でも使用出来る等のメリットがあり、近年、半導体Ｌ
ＳＩ技術を用いた非冷却型の赤外線撮像装置が低コスト
で実現されるようになってきた。これに従い、例えば車
載用のナイトビジョン或いはロボットの自律歩行障害物
検知用カメラやセキュリティ用監視カメラ等への幅広い
赤外線撮像装置の応用が考え出されている。しかしなが
ら、赤外光によるイメージ・センシングは、可視光と比
較して波長が長いために、赤外光を透過する光学材料の
種類が極めて限定されている。特に、波長２．５μｍ以
上の中間赤外領域では、光学レンズの材質としての一般
ガラス、石英ガラス、プラスチック等が利用出来ない。
高価なサファイアガラスを用いても、波長６．５μｍ程
度までしか透過しない。波長６．５μｍ以上の長波長帯
では、ダイアモンドやＧｅ等の材質を用いる必要があ
り、光学系が非常に高価且つ大きなものとなっている。

【０００３】図２１及び２２は、現状の撮像装置の概念
図を示している。物体より放出された赤外線は、凸レン
ズ１５１及び凹レンズ１５２により集光され、赤外線セ
ンサ１５５に入射する。凸レンズ１５１の前方には、第
１スリット１５３が、凹レンズ１５２の後方には、第２
スリット１５４が配置されている。例えば、波長域８−
１２μｍで透過率９０％、焦点距離２５ｍｍ、Ｆ値１．
０の凸型Ｇｅレンズ５１を用いた場合、収差を補正する
ために凹レンズ１５２をはじめ複数枚のＧｅレンズ１５
１，１５２，・・・・・が必要となる。従って、カメラ
の大きさとして直径５ｃｍ、高さ１０ｃｍ程度の円筒形
の鏡筒１５６に電子回路部分を加えた大きさが必要で、
その重量は数百ｇに達する。

【０００４】一方で、一般に、車両等の移動する装置に
カメラを装着した場合、進行方向前方に設置されるが、
進行方向が変化する場合には、予め進行しようとする方
向の画像情報を得ていることが望ましい。これを実現さ
せるためには、光学系の光軸を進行しようとする方向へ
向けなければならないが、現状のカメラでは図２２に示
されるように光学系全体を向けることが必要となり、大
掛かりな駆動装置が必要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】可視光の領域では、ガ
ラス等の安価な光学材料により広角レンズ等の種々の光
学レンズが、簡単に作成出来る。このため、可視光の領
域では低コスト、軽量、小型の撮像装置が多く開発され
ている。一方、ミリ波帯から赤外光の領域に至る波長帯
は、従来から「電波の暗黒地帯」と言われ、増幅素子、
発信素子、変調素子、制御素子（光学系）等が未開発の
領域である。例えば、上述の赤外光から遠赤外光の領域
では、レンズ等の光学系の材料が極めて限定され、且つ
その駆動系も非常に大型化するので、撮像装置は大型、
高価である。

【０００６】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ミリ波帯から赤外光の
領域に至る波長帯の電磁波の進行方向を簡単に制御出
来、軽量、小型な撮像装置を低コストで提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の特徴は、ミリ波帯から赤外光の領域に至る
波長の電磁波を反射する反射鏡と、この反射鏡で反射さ
れた電磁波を更に反射するマイクロ・ミラー・アレイ
と、複数のマイクロ・ミラーで反射された電磁波が入射
され、この電磁波を感知する電磁波センサとを備える撮
像装置であることを要旨とする。ここで、「マイクロ・
ミラー・アレイ」は、複数のマイクロ・ミラーと、この
複数のマイクロ・ミラーのそれぞれの角度を制御する電
子回路を基板上に集積化した構造を有する。それぞれの
「マイクロ・ミラー」は、ミリ波帯から赤外光の領域に
至る波長の電磁波の波長と同程度、若しくはこれ以上、
且つ、電磁波の波長の３０倍以下の最大寸法を有するこ
とが望ましい。例えば、ミリ波帯、若しくはサブミリ波
帯の電磁波を受光するためには、直径０．４μｍ程度の
微細なショットキーダイオードアレイを用いたミリ波帯
撮像素子が使用可能である。このショットキーダイオー
ドとしては、例えば、白金（Ｐｔ）／ガリウムヒ素（Ｇ
ａＡｓ）ショットキーダイオード等が好適である。一
方、波長１００μｍ〜２５μｍ程度の遠赤外領域及び波
長２５μｍ〜２．５μｍ程度の中間赤外領域において
は、ボロメータ型の赤外線撮像素子が、安価且つ冷却装
置を不要とする撮像素子として、好適である。

【０００８】先ず、電磁波として赤外線を例示し、図５
及び図６を用いて、本発明の特徴に係るマイクロ・ミラ
ー・アレイによる「電磁波（赤外線）の入射方向」の制
御を具体的に説明する。図５は、原理説明のための、反
射鏡２５の焦点付近に平面ミラー２２を配置した場合の
幾何光学系を示す。図５（ａ）に示すように、光軸上の
物点にある物体Ｐ１の像は、反射鏡２５で反射され、そ
の像点に像Ｑ１を形成する。更に平面ミラー２２により
反射され、像Ｑ１と鏡像関係の結像位置に像Ｒ１を形成
する。一方、物体Ｐ１とは異なり、光軸上から離れた物
点にある物体Ｐ２の像は、反射鏡２５の像点に像Ｑ２を
形成し、更に平面ミラー２２により反射され像Ｑ２と鏡
像関係の結像位置に像Ｒ２を形成する。図５（ａ）に示
すように、光軸から物体Ｐ２が離なれれば、像Ｒ２の位
置も光軸から離れるので、同一の赤外線センサで受光す
るのは困難である。この場合、図５（ｂ）に示すよう
に、平面ミラー２２を傾ければ、光軸上から離れた物点
にある物体Ｐ３の像は、反射鏡２５の像点に像Ｑ３を形
成する。そして、更に傾いた平面ミラー２２により反射
され、像Ｑ３と鏡像関係の結像位置に像Ｒ３を形成し、
ほぼ光軸上の物体Ｐ１の像Ｒ１と同一の位置に結像出来
る。しかし、図５（ｂ）に示すように、結像位置が光軸
の前後にずれてしまう。即ち、図５（ｂ）の光学系では
コマ収差が生じてしまう。これは、平面ミラー２２を用
いた場合の大きな欠点である。そこで、図６に示すよう
に、マイクロ・ミラー・アレイ１２を用いると、光軸か
ら離れた物点にある物体Ｐ３の像Ｒ３を、ほぼ光軸上の
物体Ｐ１の像Ｒ１と同一の位置に結像出来、結像位置が
前後にずれることもない。したがって、コマ収差を最小
限にすることが可能になる。具体的には、それぞれのマ
イクロ・ミラーの角度を電磁波センサ（赤外線センサ）
の各ピクセルに集光するように、それぞれのマイクロ・
ミラーの角度を調整・制御することで、撮像装置の鏡筒
の向きを変えずに、望む方向（電磁波の入射方向）の画
像情報が得られる。

【０００９】図５及び図６では、電磁波として赤外線を
例示したが、ミリ波帯、若しくはサブミリ波帯の電磁波
の場合も同様である。

【００１０】本発明の特徴に係る撮像装置において、基
板上に、加速度を感知する慣性センサが更に集積化さ
れ、この慣性センサからの信号により、電子回路は、感
知された加速度の方向に基づいて、複数のマイクロ・ミ
ラーのそれぞれの角度を制御するようにすれば、よりコ
ンパクトなシステム構成となり好ましい。

【００１１】又、電磁波センサを搭載している基板上
に、慣性センサがモノリシックに集積化されてなるよう
に構成しても、コンパクトな撮像装置が実現出来る。

【００１２】更に、電子回路が、電磁波の入射方向が一
定角度の範囲内を周期的に掃引するように、複数のマイ
クロ・ミラーのそれぞれの角度を周期的に制御（首振り
制御）するようにすれば、広角レンズと同等な、広い入
射角の電磁波を受信する撮像装置が実現出来る。

【００１３】或いは、電子回路が、外部信号により、電
磁波の入射方向が所望の方向になるように、複数のマイ
クロ・ミラーのそれぞれの角度を制御するようにしても
良い。例えば車両（自動車）のハンドルのステアリング
を検出して、車両の曲がる方向に予め撮像装置の光軸方
向（電磁波の入射方向）を調整すれば、車載用の撮像装
置として、小型軽量且つ安価な装置が提供出来る。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明の
第１乃至第４の実施の形態を説明する。以下の図面の記
載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符
号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、
厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実の
ものとは異なることに留意すべきである。したがって、
具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべき
ものである。又図面相互間においても互いの寸法の関係
や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

【００１５】（第１の実施の形態）図１に示すように、
本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置は、ミリ波帯
から赤外光の領域に至る波長の電磁波を反射する反射鏡
１１と、この反射鏡１１で反射された電磁波を更に反射
するマイクロ・ミラー・アレイ１２と、マイクロ・ミラ
ー・アレイ１２により光軸（電磁波の入射方向）を制御
され、電磁波を感知する電磁波センサ１４とを備える撮
像装置であることを要旨とする。第１の実施の形態に係
る撮像装置においては、ミリ波帯から赤外光の領域に至
る波長の電磁波として赤外光を例示し、説明する。ここ
で、「マイクロ・ミラー・アレイ１２」は、図１０、図
１１及び図１２に示すように、複数のマイクロ・ミラー
２₁₁，２₁₂，２₁₃，・・・・・・，２_nmと、この複数のマイク
ロ・ミラー２₁₁，２₁₂，２₁₃，・・・・・・，２_nmのそれぞれ
の角度θ_ijを制御する電子回路（検出駆動回路）６１を
基板（半導体基板）１上に集積化した構造を有する。そ
れぞれのマイクロ・ミラー２₁₁，２₁₂，２₁₃，・・・・・・，
２_nmは、ミリ波帯から赤外光の領域に至る波長の電磁波
の波長と同程度、若しくはこれ以上、且つ、電磁波の波
長の３０倍以下の最大寸法を有する。例えば、図１０、
図１１及び図１２に示す赤外光のマイクロ・ミラー・ア
レイ１２では、マイクロ・ミラー２₁₁，２₁₂，２₁₃，・・
・・・・，２_nmはそれぞれ、一辺が３μｍ〜３ｍｍ程度の矩
形の形状をなし、ｍ×ｎマトリクス状に配置された構造
である。波長１０μｍ帯の赤外光であれば、一辺が１０
μｍ〜０．３ｍｍ程度の矩形の形状にマイクロ・ミラー
２₁₁，２₁₂，２₁₃，・・・・・・，２_nmの寸法を選定すれば良
い。より集積化し、コンパクトにするためには、反射す
る電磁波と同程度〜３倍程度の寸法が好ましいので、マ
イクロ・ミラー２₁₁，２₁₂，２₁₃，・・・・・・，２_nmはそれ
ぞれ、例えば、一辺が１０μｍ〜２０μｍ程度の矩形の
形状にすれば良い。一辺が１０μｍ〜２０μｍ程度の矩
形にすれば、例えば、ｍ×ｎ＝８００×６００，１０２
４×７６８或いは１２８０×１０２４程度に半導体基板
（半導体チップ）１の上に集積化可能である。

【００１６】図１に示すように、マイクロ・ミラー・ア
レイ１２は、反射鏡１１の焦点付近に配置されている。
撮像装置に入射した赤外光は、反射鏡１１により反射さ
れ、マイクロ・ミラー・アレイ１２に集光される。

【００１７】各マイクロ・ミラー２₁₁，２₁₂，２₁₃，・・
・・・・，２_nmは、図１０、図１１及び図１２に示すよう
に、サポートポスト３₁₁，３₁₂，３₁₃，・・・・・・，３_nmに
よりヨーク５₁₁，５₁₂，５₁₃，・・・・・・，５_nmに接続され
ている。ヨーク５は、ヒンジ４ａ，４ｂにより固定され
ている。図１２においては、添え字ｉｊを省略している
が、それぞれのマイクロ・ミラー２₁₁，２₁₂，２₁₃，・・
・・・・，２_nmにおいて同様である。マイクロ・ミラー２
は、図１２（ｂ）に示すミラーアドレス電極７ａ，７ｂ
に印加する電圧で、その反射角度θ_ijを調整出来る。図
１１では、マイクロ・ミラー２_ijが−１０°方向、マイ
クロ・ミラー２_ij+1が＋１０°方向に傾いた場合を模式
的に示している。ヨーク５_ij+1の４角には、緩衝用のス
プリングチップ６_ij+1が取りつけられている。

【００１８】電磁波センサ１４は、図２０に示すよう
に、半導体基板２０３上に光熱変換部δ_i,j及び熱電変
換部γ_i,jからなる１０μｍ×１０μｍ程度のピクセル
（画素）がマトリクス状に形成されたボロメータ型の赤
外線センサ（撮像素子）である。光熱変換部δ_i,j及び
熱電変換部γ_i,jは、支持脚２３，２４により、半導体
基板２０３上にマトリクス状に配置された複数の凹部の
内部に、中空状態に支持されている。複数のビット線Ｂ
_i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・、この複数のビット線Ｂ_i-1，
Ｂ_i，Ｂ_i+1，・・・・・に垂直方向で凹部のそれぞれに対応
して設けられた複数のワード線Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ_j+1，・・・
・・により、Ｘ−Ｙアドレス線が構成されている。

【００１９】図１に示す第１の実施の形態に係る撮像装
置は、ニュートン式反射望遠鏡に類似の構造であり、図
７に示すように、固定金具１８を用いて、マイクロ・ミ
ラー・アレイ１２が、鏡筒１５に固定されている。図１
において、マイクロ・ミラー・アレイ１２の各マイクロ
・ミラー２₁₁，２₁₂，２₁₃，・・・・・・，２_nmは、反射鏡１
１による反射光が対応する電磁波センサ１４の各ピクセ
ルに入射するように、反射角度θ_ijがそれぞれ制御され
る。マイクロ・ミラー・アレイ１２で反射方向を調整さ
れた赤外光は、スリット１３を介して、電磁波センサ１
４に入力される。そして、電磁波センサ１４に入力され
た赤外光は、電磁波センサ１４により、電気信号に変換
されて画像情報として出力される。

【００２０】図２は本発明の第１の実施の形態に係る撮
像装置において加速度が加わった場合の概念図を示して
いる。加速度が加わった場合、慣性センサからの信号に
より、移動する方向を予め予測し、各マイクロ・ミラー
の角度θ_ijを調節して、光路を変更し、望む方向の画像
情報を得ることが可能である。慣性センサは、図１０に
示すように、マイクロ・ミラー・アレイ１２と同一半導
体基板１上に一体形成、或いは、図２０に示すように、
電磁波センサ（赤外線センサ）１４と一体形成されてい
る。図２０は、同一半導体基板２０３上に赤外線センサ
部２０１と慣性センサ部２０２が集積化された状態を示
している。

【００２１】図１０のマイクロ・ミラー・アレイ１２と
慣性センサとを同一半導体基板１上にモノリシックに集
積化した構造では、半導体基板１の右上のコーナー部、
即ち、１行目・ｍ列のマイクロ・ミラー２_1mの位置に、
慣性センサが配置されている。図１０の１行目・ｍ−１
列及びｍ列のモノリシック集積化構造の分解図が、図１
２である。図１２（ｂ）に示すように、慣性センサは、
重り部５５を４方からサスペンション（板バネ）５４
ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄで弾性的に保持している。
サスペンション５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄは、そ
れぞれ対応するアンカー５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１
ｄにより、図１２（ｃ）に示す第１メタル層７２に固定
されている。第１メタル層７２には、櫛歯状の固定電極
５２ａ，５２ｂも固定されている。一方、重り部５５に
は、検出電極５３ａ，５３ｂが取りつけられている。振
動により、重り部５５が、アンカー５１ａ，５１ｂ，５
１ｃ，５１ｄに対して相対的に移動すると、検出電極５
３ａ，５３ｂと固定電極５２ａ，５２ｂとの間の静電容
量が変化するので、加速度を検出出来る。

【００２２】各マイクロ・ミラーの角度θ_ijを調節して
光路を変更するためには、図３に示すように、加速度検
知センサ（慣性センサ）１０１からの電気信号を進行方
向予測部１０２に入力する。進行方向予測部１０２は、
加速度検知センサ（慣性センサ）１０１からの電気信号
を用いて、進行方向の回転速度を計算する。更に、一定
時間後に期待される新たな赤外光の入力方向（光軸）を
計算し、この新たな光軸を実現するに必要な、それぞれ
のマイクロ・ミラーの角度θ_ijを計算する。計算された
マイクロ・ミラーの角度θ_ijは、ミラー角調整部１０３
を駆動するに必要な信号として、ミラー角調整部１０３
に入力される。その結果、ミラー角調整部１０３は、そ
れぞれのマイクロ・ミラーの角度θ_ijを所定の値に調整
する。そして、赤外光検知センサ１０４は、設定された
新たな赤外光の光軸に入射する赤外光を感知する。更
に、この赤外光を検出強度が最大になるように、赤外光
検知センサ１０４の出力を、ミラー角調整部１０３にフ
ィードバックし、フィードバック制御しても良い。

【００２３】図３に示されたようなブロック図に示す制
御システムにより、各マイクロ・ミラーの角度θ_ijを調
節し、撮像装置の光軸をその方向に向けて、鏡筒１５の
向きを変えずに、望む方向の画像情報が得られる。な
お、この機構は、振動による撮像装置の振れを抑えるこ
とにも適用出来る。

【００２４】なお、このマイクロ・ミラー・アレイ１２
は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に用いられるマ
イクロマシニングの製造技術を用いることにより、比較
的容易に製造することが出来る。図１３〜図１９を用い
て、図１０に示すマイクロ・ミラー・アレイ１２と同一
基板（半導体基板）１上に慣性センサを同時に形成する
方法を説明する。

【００２５】（イ）先ず、半導体基板１の表面に、周知
のＣＭＯＳ製造技術を用いて、慣性センサ用の検出回路
及びマイクロ・ミラーのそれぞれの角度θ_ijを調整する
駆動回路を集積化する。慣性センサ用の検出回路には、
波形整形回路と、波形整形回路からのアナログ信号を２
値パルス信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、Ａ／Ｄコ
ンバータからの２値パルス信号を入力するマイクロプロ
セッサ（ＣＰＵ）等が接続され、これらの回路も半導体
基板１の表面に、検出駆動回路６１として集積化され
る。更に、図３に示した進行方向予測部１０２及びミラ
ー角調整部１０３も、検出駆動回路６１の一部として、
半導体基板１上に集積化される。

【００２６】（ロ）その後、半導体基板１の表面に、Ｃ
ＶＤ法で第１酸化膜７１を堆積し、更にスパッタリング
法で、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデ
ン（Ｍｏ）等の高融点金属、若しくはアルミニウム（Ａ
ｌ）等の第１メタル層７２を形成する。更に、第１メタ
ル層７２の上部にフォトレジストをスピン塗布し、フォ
トリソグラフィを用いて、第１メタル層７２のエッチン
グマスクを形成する。そして、このエッチングマスクを
用いて、図１２（ｃ）に示すようなリセットバス９やヨ
ークアドレス電極８ａ，８ｂのパターンを形成する。図
１２（ａ）に示すように慣性センサ形成予定領域は平坦
な第１メタル層７２のプレートが残留する。更に、第１
メタル層７２の上部にフォトレジストをスピン塗布し、
フォトリソグラフィを用いて、図１３に示すようにパタ
ーニングする。その後、紫外線を照射し、いわゆるＵＶ
キュアにより、フォトレジストを硬化し、第１スペーサ
７３を形成する（図１３は、図１２（ｂ）のＡ−Ａ方向
に対応する工程断面図である）。

【００２７】（ハ）第１スペーサ７３の上に、高融点金
属若しくはＡｌ等の第２メタル層（ヒンジメタル）７４
をスパッタリング法で形成する。更に、プラズマＣＶＤ
等の低温ＣＶＤ法で、第２メタル層（ヒンジメタル層）
７４の上に第２酸化膜７５を堆積する。この第２酸化膜
７５の上部にフォトレジストをスピン塗布し、フォトリ
ソグラフィを用いて、慣性センサ形成予定領域をパター
ニングする。フォトレジストをマスクとして、第２酸化
膜７５を選択的にエッチングし、この第２酸化膜７５を
マスクとし、第２メタル層（ヒンジメタル層）７４の慣
性センサ形成予定領域に対して、図１４（ｂ）に示すよ
うに選択的にエッチングする。図１４（ｂ）は、図１２
（ｂ）に示す慣性センサの固定電極５２ａ，５２ｂ及び
検出電極５３ａ，５３ｂを構成する櫛状の歯の長さ方向
（Ｂ−Ｂ方向）の工程断面図である。なお、図１４
（ａ）は、図１２（ｂ）に示すヒンジ４ａ及び４ｂの方
向（Ａ−Ａ方向）に沿った工程断面図であり、この断面
には、第２メタル層（ヒンジメタル）７４のＡ−Ａ方向
の空隙部は現れず、一体（連続体）として示されてい
る。

【００２８】（ニ）次に、第２メタル層（ヒンジメタル
層）７４のエッチングに用いたフォトレジストを除去
後、再び第２酸化膜７５の上部に、新たなフォトレジス
トをスピン塗布し、フォトリソグラフィを用いてフォト
レジストのエッチングマスクを形成し、このエッチング
マスクを用いて図１５に示すように、第２酸化膜７５を
選択的にエッチングする。図１５（ａ）は、図１２
（ｂ）のＡ−Ａ方向に対応する工程断面図であり、ヒン
ジの形状に第２酸化膜７５がパターニングされた様子を
示す。図１５（ｂ）は、図１２（ｂ）のＢ−Ｂ方向に対
応する工程断面図であり、慣性センサ形成予定領域に残
留している第２酸化膜７５を示す。

【００２９】（ホ）更に、第２酸化膜７５の上に、Ａｌ
等の第３メタル層（ヨークメタル層）７６をスパッタリ
ング法で堆積する。更に、第３メタル層（ヨークメタル
層）７６の上に、プラズマＣＶＤ等の低温ＣＶＤ法で、
第３酸化膜７７を堆積する。この第３酸化膜７７の上部
にフォトレジストをスピン塗布し、フォトリソグラフィ
を用いて、フォトレジストのエッチングマスクを形成す
る。このエッチングマスクを用いて、第３酸化膜７７
を、図１６に示すように選択的にエッチングする。

【００３０】（ヘ）更に、第３酸化膜７７をエッチング
マスクとして用いて、第３メタル層（ヨークメタル層）
７６を、第２酸化膜７５が露出するまで選択的にエッチ
ングする。その後、露出した第２酸化膜７５と同時に第
３酸化膜７７を除去すれば、図１７（ａ）に示すよう
に、ヨーク５及びヒンジ脚７８ａ，７８ｂのパターンが
出来る（図１７（ａ）は、図１２（ｂ）のＡ−Ａ方向に
対応する工程断面図である）。又、図１７（ｂ）に示す
ように、慣性センサ形成予定領域には、重り部５５のパ
ターンが完成する（図１７（ｂ）は、図１２（ｂ）のＢ
−Ｂ方向に対応する工程断面図である。）。

【００３１】（ト）そして、ヨーク５及びヒンジ脚７８
ａ，７８ｂのパターンの上部にフォトレジストをスピン
塗布し、フォトリソグラフィを用いて、フォトレジスト
をパターニングする。その後、ＵＶキュアにより、フォ
トレジストを硬化し、第２スペーサ７９を形成する。こ
の第２スペーサ７９の上に、Ａｌ等の第４メタル層８０
をスパッタリング法で堆積する。更に、第４メタル層８
０の上に、低温ＣＶＤ法で、第４酸化膜８１を堆積す
る。この第４酸化膜８１の上部にフォトレジストをスピ
ン塗布し、フォトリソグラフィを用いて、フォトレジス
トのエッチングマスクを形成する。このエッチングマス
クを用いて、第４酸化膜８１を、図１８に示すように選
択的にエッチングする（図１８は、図１２（ｂ）のＡ−
Ａ方向に対応する工程断面図である）。

【００３２】（チ）そして、第４酸化膜８１をマスクと
して、第４メタル層８０を選択的にエッチング除去すれ
ば、マイクロミラー２及びサポートポスト３のパターン
が出来る。その後、オゾンアッシング等により、第２ス
ペーサ７９及び第１スペーサ７３を灰化すれば、図１９
（ａ）に示すようなヨーク５及びヒンジ４ａ、４ｂで中
空に支持されたマイクロミラー２が完成する（図１９
（ａ）は、図１２（ｂ）のＡ−Ａ方向に対応する工程断
面図である）。同時に、図１９（ｂ）に示すように、慣
性センサ形成予定領域には、重り部５５のパターンが中
空に支持される（図１９（ｂ）は、図１２（ｂ）のＡ−
Ａ方向に対応する工程断面図である）。

【００３３】以上のように、マイクロ・ミラー・アレイ
１２と慣性センサとが、簡単に同一半導体基板１上に形
成される。

【００３４】（第２の実施の形態）図４に示すように、
本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置は、カセグレ
ン式反射望遠鏡に類似の構造であり、第１の実施の形態
のニュートン式とは異なり、反射鏡２１の中央部には、
光取り出し用開口部を有している。そして、第１の実施
の形態と同様に、反射鏡２１の焦点付近には、ｍ×ｎマ
トリクスのマイクロ・ミラー・アレイ１２が配置されて
いる。撮像装置に入射した赤外光は、反射鏡２１により
反射され、マイクロ・ミラー・アレイ１２に集光され
る。マイクロ・ミラー・アレイ１２の各マイクロ・ミラ
ーは、反射鏡２１による反射光が、反射鏡２１の中央部
の光取り出し用開口部を介して、電磁波センサ２４の各
ピクセルに入射するように、反射角度θ_ijがそれぞれ制
御される。第１の実施の形態と同様に、マイクロ・ミラ
ーは、反射鏡２１による反射光が、対応する電磁波セン
サ２４の各ピクセルに入射するように、反射角度θ_ijが
それぞれ制御される。そして、電磁波センサ２４に入力
された赤外光は、電磁波センサ２４により、電気信号に
変換されて画像情報として出力される。カセグレン式
は、第１の実施の形態のニュートン式に比較すると、構
造が複雑になるが、装置をコンパクトに出来るメリット
がある。

【００３５】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置
においても、図３に示されたようなブロック図に示す制
御システムにより、各マイクロ・ミラーの角度θ_ijを調
節し、撮像装置の光軸をその方向に向けて、鏡筒１５の
向きを変えずに、望む方向の画像情報を得ることが出来
る。

【００３６】（第３の実施の形態）図８に示すように、
本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置は、第２の実
施の形態に係る撮像装置と同様に、カセグレン式反射望
遠鏡に類似の構造であるが、反射鏡３１の中央部に光取
り出し用開口部がない。その代わり、反射鏡３１の中央
部に電磁波センサ１４が配置されている。図８に示すよ
うに、マイクロ・ミラー・アレイ１２は、固定金具１８
ａ，１８ｂ，１８ｃを用いて鏡筒１５に固定されてい
る。マイクロ・ミラー・アレイ１２は、反射鏡３１の焦
点距離の半分程度の中間的な位置に配置されている。

【００３７】撮像装置に入射した赤外光は、反射鏡３１
により反射され、マイクロ・ミラー・アレイ１２に集光
される。マイクロ・ミラー・アレイ１２の各マイクロ・
ミラーは、反射鏡３１による反射光が、反射鏡３１の中
央部の電磁波センサ１４の各ピクセルに入射するよう
に、反射角度θ_ijがそれぞれ制御される。そして、電磁
波センサ１４に入力された赤外光は、電磁波センサ１４
により、電気信号に変換されて画像情報として出力され
る。

【００３８】本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置
においても、図３に示されたようなブロック図に示す制
御システムにより、各マイクロ・ミラーの角度θ_ijを調
節し、撮像装置の光軸をその方向に向けて、鏡筒１５の
向きを変えずに、望む方向の画像情報を得ることが出来
る。カセグレン式は、第１の実施の形態のニュートン式
に比較すると、構造が複雑になるが、図８に示すよう
に、装置をコンパクトに出来るメリットがあるのは、第
２の実施の形態に係る撮像装置において述べたのと同様
である。

【００３９】（第４の実施の形態）図９に示すように、
本発明の第４の実施の形態に係る撮像装置は、第３の実
施の形態に係る撮像装置と同様に、反射鏡４１の中央部
に電磁波センサ１４が配置されている。本発明の第４の
実施の形態に係る撮像装置は、一応、カセグレン式に分
類出来る。

【００４０】第４の実施の形態に係る撮像装置は、自動
車のヘッドライトの形状をなし、３枚の第１マイクロ・
ミラー・アレイ１２ａ，第２マイクロ・ミラー・アレイ
１２ｂ及び第３マイクロ・ミラー・アレイ，１２ｃが、
反射鏡４１の内部に配置されている点が、第３の実施の
形態に係る撮像装置と異なる。反射鏡４１の開口端部に
接して、カバーグラス１７が接続され、閉じた空間にマ
イクロ・ミラー・アレイ１２ａ，１２ｂ，１２ｃが収納
されている。

【００４１】撮像装置にカバーグラス１７を透過して、
入射した赤外光は、反射鏡４１により反射され、マイク
ロ・ミラー・アレイ１２ａ，１２ｂ，１２ｃに集光され
る。マイクロ・ミラー・アレイ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ
の各マイクロ・ミラーは、反射鏡４１による反射光が、
反射鏡４１の中央部の電磁波センサ１４の各ピクセルに
入射するように、反射角度θ_ijがそれぞれ制御される。
そして、電磁波センサ１４に入力された赤外光は、電磁
波センサ１４により、電気信号に変換されて画像情報と
して出力される。

【００４２】本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置
においても、図３に示されたようなブロック図に示す制
御システムにより、第１マイクロ・ミラー・アレイ１２
ａ，第２マイクロ・ミラー・アレイ１２ｂ及び第３マイ
クロ・ミラー・アレイ，１２ｃのそれぞれのマイクロ・
ミラーの角度θ_ijを調節し、撮像装置の光軸をその方向
に向けて、鏡筒１５の向きを変えずに、望む方向の画像
情報を得ることが出来る。本発明の第４の実施の形態に
係る撮像装置により、よりコンパクトな車載用撮像装置
が提供出来る。

【００４３】（その他の実施の形態）上記のように、本
発明は第１乃至第４の実施の形態によって記載したが、
この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定す
るものであると理解すべきではない。この開示から当業
者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明
らかとなろう。

【００４４】既に述べた第１乃至第４の実施の形態の説
明においては、電磁波として赤外光を用いた例を示した
が、ミリ波帯、若しくはサブミリ波帯の電磁波の場合も
同様である。ミリ波帯、若しくはサブミリ波帯の電磁波
を受光するためには、直径０．４μｍ程度の微細なショ
ットキーダイオードアレイを用いたミリ波帯撮像素子が
使用可能である。このショットキーダイオードとして
は、例えば、白金（Ｐｔ）／ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）
ショットキーダイオード等が使用可能であり、衛星通信
の受信用アンテナや電波望遠鏡に応用しても良い。

【００４５】又、図１２（ｄ）に示す電子回路６１は、
光軸方向（実効的な電磁波の入射方向）が一定角度の範
囲内を周期的に掃引するように、複数のマイクロ・ミラ
ー２ ₁₁，２₁₂，２₁₃，・・・・・・，２_nmのそれぞれの角度を
周期的に制御するようにすれば、広角レンズ同様な機能
を、ミリ波帯から赤外光の領域に至る波長の電磁波の領
域で簡単に実現出来る。

【００４６】又、電子回路６１は、外部信号により、電
磁波の入射方向が所望の方向になるように、複数のマイ
クロ・ミラー２₁₁，２₁₂，２₁₃，・・・・・・，２_nmのそれぞ
れの角度を制御するようにしても良い。例えば、車両
（自動車）のステアリングからの信号を検出し、これを
外部信号として、電子回路６１に入力すれば、車両（自
動車）の曲がる方向に常に撮像装置の光軸を予め設定し
ておくことが可能になる。

【００４７】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。した
がって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特
許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められ
るものである。

【００４８】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
ミリ波帯から赤外光の領域に至る波長の電磁波の入射方
向を制御に反射鏡と副反射鏡としてのマイクロ・ミラー
・アレイを用いるため、光学系が非常に簡単化され、軽
量化、小型化、低価格化が可能となる。

【００４９】又、本発明によれば、加速度を感知して移
動する方向を予め予測し、各マイクロ・ミラー角度を調
節して撮像装置の入射方向（光軸）をその方向に向ける
ことで、鏡筒の向きを変えずに望む方向の画像情報が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の概
念図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置にお
いて、加速度が加わった場合の電磁波の入射方向（光
軸）の制御を説明する概念図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置にお
けるマイクロ・ミラーの角度制御システムのブロック図
である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の概
念図である。

【図５】本発明のマイクロ・ミラー・アレイによる「電
磁波（赤外線）の入射方向」の制御を説明するための模
式的な原理図である（その１）。

【図６】本発明のマイクロ・ミラー・アレイによる「電
磁波（赤外線）の入射方向」の制御を説明するための模
式的な原理図である（その２）。

【図７】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置にお
けるマイクロ・ミラー・アレイの鏡筒への支持形態を示
す模式図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置の概
念図である。

【図９】本発明の第４の実施の形態に係る撮像装置の概
念図である。

【図１０】本発明の第１〜第４の実施の形態に係る撮像
装置に用いることが可能な、慣性センサとマイクロ・ミ
ラー・アレイとを同一半導体基板上にモノリシックに集
積化した構造を説明する平面図である。

【図１１】本発明の第１〜第４の実施の形態に係る撮像
装置に用いるマイクロ・ミラー・アレイの構造と動作を
説明するための模式的な鳥瞰図である。

【図１２】慣性センサとマイクロ・ミラー・アレイとを
同一半導体基板上にモノリシックに集積化した構造を説
明する分解鳥瞰図である。

【図１３】慣性センサとマイクロ・ミラー・アレイとを
同一半導体基板上にモノリシックに集積化する製造方法
を示す工程断面図である（その１）。

【図１４】慣性センサとマイクロ・ミラー・アレイとを
同一半導体基板上にモノリシックに集積化する製造方法
を示す工程断面図である（その２）。

【図１５】慣性センサとマイクロ・ミラー・アレイとを
同一半導体基板上にモノリシックに集積化する製造方法
を示す工程断面図である（その３）。

【図１６】慣性センサとマイクロ・ミラー・アレイとを
同一半導体基板上にモノリシックに集積化する製造方法
を示す工程断面図である（その４）。

【図１７】慣性センサとマイクロ・ミラー・アレイとを
同一半導体基板上にモノリシックに集積化する製造方法
を示す工程断面図である（その５）。

【図１８】慣性センサとマイクロ・ミラー・アレイとを
同一半導体基板上にモノリシックに集積化する製造方法
を示す工程断面図である（その６）。

【図１９】慣性センサとマイクロ・ミラー・アレイとを
同一半導体基板上にモノリシックに集積化する製造方法
を示す工程断面図である（その７）。

【図２０】図２０（ａ）は、本発明の第１〜第４の実施
の形態に係る撮像装置に用いることが可能な、慣性セン
サ部と電磁波センサ（赤外線センサ）部とを同一半導体
基板上にモノリシックに集積化した構造を説明する平面
図で、図２０（ｂ）は、電磁波センサ（赤外線センサ）
部の１ピクセルの詳細を説明する部分破断平面図であ
る。

【図２１】従来の撮像装置の概念図である。

【図２２】従来の撮像装置において加速度が加わった場
合の概念図である。

【符号の説明】

１，２０３半導体基板２，２₁₁，２₁₂，２₁₃，・・・・・・，２_nm マイクロミラー３，３₁₁，３₁₂，３₁₃，・・・・・・，３_nm サポートポスト４ａ、４ｂヒンジ５ヨーク７ａ，７ｂミラーアドレス電極８ａ，８ｂヨークアドレス電極９リセットバス１１，２１，２５，３１，４１反射鏡１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃマイクロ・ミラー・ア
レイ１３スリット１４，２４電磁波センサ１５，１５６鏡筒１７カバーグラス１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ固定金具２２平面ミラー２３，２４支持脚５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄアンカー５２ａ，５２ｂ固定電極５３ａ，５３ｂ検出電極５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄサスペンション５５重り部６１検出駆動回路７１第１酸化膜７２第１メタル層７３第１スペーサ７４第２メタル層（ヒンジメタル）７５第２酸化膜７６第３メタル層（ヨークメタル層）７７第３酸化膜７８ａ，７８ｂヒンジ脚７９第２スペーサ８０第４メタル層８１第４酸化膜１０１加速度検知センサ（慣性センサ）１０２進行方向予測部１０３ミラー角調整部１０４赤外光検知センサ１５１凸レンズ１５２凹レンズ１５３第１スリット１５４第２スリット１５５赤外線センサ２０１赤外線センサ部２０２慣性センサ部Ｂ_i-1，Ｂ_i，Ｂ_i+1ビット線Ｗ_j-1，Ｗ_j，Ｗ_j+1ワード線

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｋ // Ｈ０１Ｌ 31/0232 Ｄ 31/02 Ｄ (72)発明者藤原郁夫神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者真塩尚哉神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者成瀬雄二郎神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 2H041 AA16 AB14 AC06 AZ02 AZ06 AZ08 4M118 AA10 AB01 CA14 FC20 GA10 GD15 5C022 AA04 AB62 AC51 AC61 AC69 5C024 AX06 BX04 CY49 EX41 5F088 AA04 AA20 AB07 BA15 BA16 BB03 EA04 EA06 FA05 JA11 LA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ミリ波帯から赤外光の領域に至る波長の
電磁波を反射する反射鏡と、前記反射鏡で反射された前記電磁波を更に反射する複数
のマイクロ・ミラーと、該複数のマイクロ・ミラーのそ
れぞれの角度を制御する電子回路を基板上に集積化した
マイクロ・ミラー・アレイと、前記複数のマイクロ・ミラーで反射された前記電磁波が
入射され、該電磁波を感知する電磁波センサとを備える
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記基板上に、加速度を感知する慣性セ
ンサが更に集積化され、該慣性センサからの信号によ
り、前記電子回路は、感知された前記加速度の方向に基
づいて、前記複数のマイクロ・ミラーのそれぞれの角度
を制御することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】前記電磁波センサを搭載している基板上
に、慣性センサがモノリシックに集積化されてなること
を特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】前記電子回路は、前記電磁波の入射方向
が一定角度の範囲内を周期的に掃引するように、前記複
数のマイクロ・ミラーのそれぞれの角度を周期的に制御
することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】前記電子回路は、外部信号により、前記
電磁波の入射方向が所望の方向になるように、前記複数
のマイクロ・ミラーのそれぞれの角度を制御することを
特徴とする請求項１記載の撮像装置。