(57)【要約】【課題】複数の波長帯域の入射光量を制御することが可能な調光装置を提供する。【解決手段】エレクトロクロミック素子を備え、透過率が変化する波長領域を複数有する調光装置であって、透過率が変化する波長領域毎に、透過率の変化が制御される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロクロミック素子を備え、透過率が変化する波長領域を複数有する調光装置であって、前記透過率が変化する波長領域毎に、前記透過率の変化が制御されることを特徴とする調光装置。
【請求項２】
前記透過率が変化する波長領域毎に、前記透過率の変化が独立に制御されることを特徴とする請求項１に記載の調光装置。
【請求項３】
一つのエレクトロクロミック素子を備え、前記一つのエレクトロクロミック素子は、透過率が変化する波長領域が異なる複数のエレクトクロミック化合物を有することを特徴とする請求項１または２に記載の調光装置。
【請求項４】
複数のエレクトロクロミック素子を備え、前記複数のエレクトロクロミック素子のそれぞれは、前記透過率が変化する波長領域が異なることを特徴とする請求項１または２に記載の調光装置。
【請求項５】
前記複数のエレクトロクロミック素子のうちの少なくとも一つは、前記透過率が変化する波長領域が異なる複数のエレクトクロミック化合物を有することを特徴とする請求項４に記載の調光装置。
【請求項６】
前記透過率が変化する波長領域は、赤外領域、赤色領域、緑色領域、青色領域のいずれかの波長領域であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の調光装置。
【請求項７】
制御器をさらに備え、前記制御器が、前記透過率が変化する波長領域毎に、前記透過率の変化を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の調光装置。
【請求項８】
前記エレクトロクロミック素子は、一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されている、エレクトロクロミック化合物を含むエレクトロクロミック層とを備え、前記エレクトロクロミック化合物は、低分子有機材料であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の調光装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の調光装置と、前記調光装置を透過した光を検出する光検出器と、を備えることを特徴とする光検出装置。
【請求項１０】
前記光検出器は、前記調光装置の前記透過率が変化する波長領域に対応した、複数の異なる波長領域に感度を有し、
前記調光装置は、前記光検出器で検出された光強度を参照して、前記透過率が変化する波長領域毎に、前記透過率の変化が制御されることを特徴とする請求項９に記載の光検出装置。
【請求項１１】
前記光検出器が感度を有する波長領域は、赤外領域、赤色領域、緑色領域、青色領域のいずれかの波長領域であることを特徴とする請求項１０に記載の光検出装置。
【請求項１２】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の調光装置と、第一の光検出器と、第二の光検出器と、を備える光検出装置であって、
前記第一の光検出器は、前記調光装置を透過した光を検出し、
前記第二の光検出器は、前記第一の光検出器が感度を有する波長領域の一部の波長領域に感度を有することを特徴とする光検出装置。
【請求項１３】
前記第二の光検出器は、前記調光装置の前記透過率が変化する波長領域に対応した、複数の異なる波長領域に感度を有することを特徴とする請求項１２に記載の光検出装置。
【請求項１４】
前記調光装置は、前記第二の光検出器で検出された光強度を参照して、前記透過率が変化する波長領域毎に、前記透過率の変化が制御されることを特徴とする請求項１２または１３に記載の光検出装置。
【請求項１５】
前記第二の光検出器が感度を有する波長領域は、赤外領域、赤色領域、緑色領域、青色領域のいずれかの波長領域であることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１６】
制御器をさらに備え、前記制御器が、前記透過率が変化する波長領域毎に、前記調光装置の透過率の変化を制御することを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１７】
前記光検出器は撮像素子であり、前記光検出装置は撮像装置であることを特徴とする請求項９乃至１６のいずれか一項に記載の光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調光装置及び光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、自動車向けの撮像装置やそれを用いた運転補助システムの開発が盛んに行われている。撮像装置、とくに動画の撮像装置には、受光デバイスの入射光路上にＮＤフィルタ等の光透過率低減素子が配置されることが多く、受光デバイスへの入射光量を調整することで高度な情報収集を可能としている。その光透過率低減素子の透過率を電気的に制御可能とした光透過率可変素子は、露出調整の自由度を広げることで透過率が固定された素子では不可能であったデータの取得を可能とする。
この光透過率可変素子としては、液晶素子、エレクトロクロミック（以下、「ＥＣ」と称する場合がある）素子といった素子の開発が進められている。なかでもＥＣ素子は、着色時の低い光透過率と消色時の高い光透過率を両立できるという、光透過率可変素子として有用な特長を持つ。
特許文献１では、ＥＣ素子を光透過率可変素子として用いて焦点検出情報を算出する光学装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９２９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法は、ＥＣを光透過率可変素子として用いることで、光透過状態の光透過率を高いものとしつつ、必要な波長領域（赤色領域）の光透過率を制御できるという点で効果的である。一方、光透過率可変素子の制御可能な波長領域や、制御の独立性をさらに高めることができれば、光検出装置の取得可能な情報をさらに高度化することができる。
本発明は、上述した課題を解決するためになされるものであり、その目的は、複数の波長帯域の入射光量を制御することが可能な調光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の調光装置は、エレクトロクロミック素子を備え、透過率が変化する波長領域を複数有する調光装置であって、前記透過率が変化する波長領域毎に、前記透過率の変化が制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の調光装置は、複数の波長帯域の入射光量を制御することが可能であり、撮像装置等の光検出装置に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態で用いるＥＣ素子の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光検出装置の構成の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る撮像装置の構成の一例を示す模式図である。
【図４】実施例の光検出装置の概略を示す模式図である。
【図５】実施例で用いたＥＣ化合物の着色状態の吸収スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【０００９】
≪調光装置≫
本発明の実施形態に係る調光装置は、エレクトロクロミック素子を備え、透過率が変化する波長領域を複数有する調光装置である。そして、本実施形態の調光装置は、透過率が変化する波長領域毎に、透過率の変化が制御される、好ましくは、透過率の変化が独立に制御される。透過率が変化する波長領域は、赤外領域、赤色領域、緑色領域、青色領域のいずれかの波長領域であることが好ましい。
【００１０】
具体的には、本実施形態の調光装置は、それぞれ異なる光波長領域において光吸収特性を変化させることができる複数のエレクトロクロミック化合物（ＥＣ化合物）を用いた光学フィルタから構成されることが好ましい。ＥＣ化合物は、電気的に光学的な特性を変化させることのできる材料である。本実施形態の調光装置は、ＥＣ化合物を用いて電気的に透過率を変化させことのできるＥＣ素子を備える。ＥＣ素子は調光素子としてよく知られる液晶素子等と比較して、最大透過率が例えば可視光領域では９０％以上と高い。このため素子を光路上に複数重ねて配置しても、調光素子よりも下流に配置された光検出器への入射光量の最大値の低下の程度は小さく、実用的に利用可能な透過率の範囲（例えば透過率６０−８０％程度）を実現できる。
【００１１】
ＥＣ素子の透過率の制御範囲は、特に制限されるものではないが、最大透過率（ＥＣ素子が非着色時）、最小透過率（ＥＣ素子の着色濃度が最大の時）ともに、調光装置としての性能を満たすことが望まれる。具体的な数値としては、１００％〜０．０１％という値が理想的には挙げられ、９５％〜０．１％という値が現実的には挙げられる。またこれらの間の透過率の制御については、ＯＮ／ＯＦＦの制御もありうるが、複数の階調、もしくは無段階の階調で制御できることが好ましい。
【００１２】
ＥＣ素子は、一対の電極と、その電極の間に配置されている、ＥＣ化合物を含むエレクトロクロミック層（ＥＣ層）を有する素子である。ＥＣ素子としては、無機材料を用いたものと、有機材料を用いたものとがあり、有機材料を用いたものとしては、高分子有機材料を用いたものと、低分子有機材料を用いたものとがある。本実施形態のＥＣ素子としては、いずれの素子も用いることが可能であるが、コントラスト、最大透過率の観点から、特に低分子有機材料を用いたＥＣ素子が好ましく用いられる。
【００１３】
本実施形態の調光装置としては、例えば、以下の二種類を挙げることができる。
タイプ１：複数のＥＣ素子を備え、複数のＥＣ素子のそれぞれは、透過率が変化する波長領域が異なる。
タイプ２：一つのＥＣ素子を備え、前記一つのエレクトロクロミック素子は、透過率が変化する波長領域が異なる複数のエレクトクロミック化合物を有する。
【００１４】
タイプ１は、異なる光波長領域において光吸収特性が変化する複数のＥＣ化合物を用いた複数のＥＣ素子を備える。即ち、光吸収特性が変化する波長領域が異なる複数のＥＣ素子を光路上に重ねたタイプの調光装置である。この複数のＥＣ素子それぞれに用いるＥＣ化合物は、単数であっても、複数であってもよい。
【００１５】
タイプ２は、異なる光波長領域において光吸収特性が変化する複数のＥＣ化合物を用いた一つのＥＣ素子を備える。即ち、異なる光波長領域において光吸収特性を変化させることができる複数のＥＣ化合物を一つのＥＣ素子で使用し、複数のＥＣ化合物の光吸収特性を区別して制御するものである。具体例としては、光吸収特性を変化させる印加電圧が異なる複数の材料を一つのＥＣ素子内に配置し、印加する電圧によって、ＥＣ素子の透過率の波長依存性を変化させるものである。より具体的には、電位Ｅａで酸化されることで、波長λａの光を吸収するＥＣ化合物ａと、電位Ｅｂで酸化されることで、波長λｂの光を吸収するＥＣ化合物ｂがあり、Ｅａ＜Ｅｂであるとする。この時、電極電位Ｅが、Ｅ＜Ｅａである場合には、ＥＣ化合物ａは波長λａの光を、ＥＣ化合物ｂは波長λｂの光を、共に吸収しない。この電極電位ＥをＥａ＜Ｅ＜Ｅｂと設定した場合には、ＥＣ化合物ａは波長λａの光を吸収するようになるが、ＥＣ化合物ｂは波長λｂの光を吸収しない。さらに、電極電位Ｅ＞Ｅｂと設定した場合には、ＥＣ化合物ａは波長λａの光を、ＥＣ化合物ｂは波長λｂの光をともに吸収するようになる。このようにして、異なる光波長領域において光吸収特性を変化させることができる複数のＥＣ化合物を一つのＥＣ素子で使用し、複数のＥＣ化合物の光吸収特性を区別して制御することができる。
【００１６】
タイプ１の長所は、ＥＣ素子を複数とすることで、それぞれの素子におけるＥＣ化合物の選択幅を拡大することができることにある。具体例としては、素子が異なるＥＣ化合物間の酸化還元の電位の関係を気にすることなく材料を選択することができる。一方のＥＣ化合物を選択して着色、消色させることや、それぞれの素子の濃度を詳細に制御することも容易に行うことができる。
【００１７】
タイプ２は、ＥＣ素子を単数とすることで透明電極等の数を減らすことができるため、消色時の透過率が高い、構造を小さくしやすい、コスト面での優位性といった特長がある。
【００１８】
本実施形態の調光装置として、いずれのタイプも用いることはできるが、光波長領域を独立して制御するという観点より、タイプ１が好ましい。
【００１９】
＜ＥＣ素子＞
図１は、本実施形態で用いるＥＣ素子の構成の一例を示す模式図である。本実施形態のＥＣ素子は、一対の電極１と、その一対の電極間に配置されているＥＣ層２と、を有している。また、ＥＣ素子は、基板３、シール材４を有していてもよい。ＥＣ層は、ＥＣ化合物を有する。なお、図１のＥＣ素子は本実施形態のＥＣ素子構成の一例であり、これに限定されるものではない。例えば反射防止膜の層を、基板３と電極１との間や、電極１とＥＣ層２との間に設けてもよい。
【００２０】
［電極１］
ＥＣ素子の電極１としては、透明導電性電極が好ましく用いられる。透明導電性電極の材料としては、透明性と導電性を有し、ＥＣ化合物の反応に際して安定性を有しているものが好ましく使用できる。例としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ），フッ素ドープ酸化スズなどの透明導電性酸化物電極が好ましく用いられる。また、金属細線や薄膜を配置して抵抗値を低減したもの、ＣＮＴ等の他の導電性物質を用いてもよい。
【００２１】
［ＥＣ層２］
ＥＣ層２はＥＣ性を示す化合物であるＥＣ化合物を有する。具体例としては、無機ＥＣ化合物は、酸化タングステン、酸化イリジウム等が挙げられ、有機高分子ＥＣ化合物は、ポリチオフェン、ポリアニリン等が挙げられる。有機低分子ＥＣ化合物の例としては、ピリジン塩の誘導体、芳香族アミン化合物、ヘテロ環式化合物の誘導体が挙げられ、これらは、溶媒に溶解した状態で用いられてよい。また、これらの材料は単独で用いられても、複数種を組み合わせて用いられてもよい。中でもピリジン塩誘導体とヘテロ環式化合物とを組み合わせることが好ましく、特に、ビオロゲン系化合物と、芳香族アミン化合物とを組み合わせることが特に好ましい。
【００２２】
ＥＣ層２は、ＥＣ化合物からなる層と、電解質からなる層とを有してもよい。また、ＥＣ化合物と電解質とを有する溶液としてＥＣ層２を設けてもよい。このような形態をＥＣ層２が溶液層であるということができる。本実施形態に係るＥＣ素子は、ＥＣ層２が溶液層であることが好ましい。ＥＣ層２が溶液層である場合、ＥＣ性の有機化合物、溶液、その他の溶解物をまとめて、ＥＣ媒体やＥＣ溶液と呼ぶことがある。
【００２３】
ＥＣ化合物を溶解する溶媒としては、ＥＣ化合物を始めとする溶質の溶解性、蒸気圧、粘性、電位窓等を考慮して、用途に応じて選択されるが、極性を有する溶媒であることが好ましい。具体的には、メタノール、エタノール、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、プロピオンニトリル、ベンゾニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジオキソラン等の有機極性溶媒や水が挙げられ、２種類以上を併用してよい。また、このＥＣ層２には、必要に応じて、電解質、粘度調整剤、ＵＶ安定化剤等を含んでいてよい。
【００２４】
電解質としては、イオン解離性の塩であり、かつ溶媒に対して良好な溶解性、固体電解質においては高い相溶性を示すものであれば限定されない。中でも電子供与性を有する電解質が好ましい。これら電解質は、支持電解質と呼ぶこともできる。
【００２５】
電解質としては、例えば、各種のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などの無機イオン塩や４級アンモニウム塩や環状４級アンモニウム塩などがあげられる。具体的にはＬｉＣｌＯ4、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＢＦ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＰＦ6、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＮａＳＣＮ、ＮａＣｌＯ4、ＮａＢＦ4、ＮａＡｓＦ6、ＫＳＣＮ、ＫＣｌ等のＬｉ、Ｎａ、Ｋのアルカリ金属塩等や、（ＣＨ3）4ＮＢＦ4、（Ｃ2Ｈ5）4ＮＢＦ4、（ｎ−Ｃ4Ｈ9）4ＮＢＦ4、（ｎ−Ｃ4Ｈ9）4ＮＰＦ6、（Ｃ2Ｈ5）4ＮＢｒ、（Ｃ2Ｈ5）4ＮＣｌＯ4、（ｎ−Ｃ4Ｈ9）4ＮＣｌＯ4等の４級アンモニウム塩および環状４級アンモニウム塩等が挙げられる。
【００２６】
さらに、上記ＥＣ媒体に、ポリマーやゲル化剤を含有させて粘稠性が高いもの若しくはゲル状としたもの等を用いることもできる。これらポリマーやゲル化剤は、増粘剤と呼ぶこともできる。増粘剤を有し、ＥＣ溶液の粘度を増すことで、有機化合物が会合体を形成しにくくなり、吸収スペクトルの温度依存性を低減することができる。したがって、ＥＣ溶液は、増粘剤を有することが好ましい。
【００２７】
ＥＣ溶液の粘度は、１０から５０００ｃＰであってよく、５０から１０００ｃＰであってよい。ＥＣ溶液の粘度は、１５０ｃＰ以下であってよく、好ましくは１００ｃＰ以下、さらに好ましくは６５ｃＰ以下である。また、ＥＣ溶液の粘度は、２０ｃＰ以上であってよく、好ましくは５０ｃＰ以上である。
【００２８】
増粘剤は、前記エレクトロクロミック層の重量を１００ｗｔ％とした場合に、２０ｗｔ％以下の重量比であってよい。好ましくは、１ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下であり、より好ましくは、５ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下である。
【００２９】
上記ポリマーとしては、特に限定されず、例えばポリアクリロニトリル、カルボキシメチルセルロース、ポリ塩化ビニル、ポリアルキレンオキサイド、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアミド、ポリアクリルアミド、ポリエステル、ナフィオン（登録商標）などが挙げられる。ポリメチルメタクリレートやポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドが好ましい。
【００３０】
ＥＣ溶液の粘度が高い場合、ＥＣ溶液内の分子の動きを抑制できるので、会合を抑制できる場合がある。一方で、ＥＣ溶液内の電子の動きを抑制するので、ＥＣ素子の応答速度が小さくなるので、粘度が大きすぎるのは好ましくない。
【００３１】
［基板３］
基板３としては、光透過性の基材が用いられる。ここで、「光透過性」とは、該当する基板、電極等が光を透過することを意味し、透過率が、５０％以上１００％以下であることを意味する。具体的にはガラス、高分子化合物などが用いられ、必要に応じて、反射防止等のコートが行われる。
【００３２】
［シール材４］
一対の電極間にＥＣ層２を保持するために、また、両電極間の距離を保つためにシール材４が好ましく用いられる。このシール材４としては、化学的に安定で、気体及び液体を透過しにくく、ＥＣ化合物の酸化還元反応を阻害しない材料であることが好ましい。例えば、ガラスフリット等の無機材料、エポキシ系、アクリル系樹脂等の有機材料、金属等を用いることができる。尚、シール材４は、スペーサー材料を含有する等して電極間の距離を保持する機能を有していてもよい。
【００３３】
シール材４が電極間の距離を規定する機能を有していない場合は、別途スペーサーを配置して両電極間の距離を保持してもよい。スペーサーの素材としては、シリカビーズ、ガラスファイバー等の無機材料や、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジビニルベンゼン、フッ素ゴム、エポキシ樹脂等の有機材料を用いることができる。
【００３４】
＜制御器＞
本実施形態の調光装置は、ＥＣ素子の透過率を制御する制御器を有していてよい。制御器によるＥＣ素子の透過率の制御方法は、用いられる素子に適した方法が採用される。具体的には、所望の透過率の設定値に対して、予め規定されている条件をＥＣ素子に入力する方法や、透過率の設定値とＥＣ素子の透過率を比較して、設定値に合うように条件を選択して入力する方法が挙げられる。変化させるパラメータとしては、電圧、電流、デューティー比を挙げることができる。
【００３５】
≪光検出装置≫
本発明の実施形態に係る光検出装置は、本発明の調光装置と、調光装置を透過した光を検出する光検出器（第一の光検出器）と、を備える。図２は、本発明の実施形態に係る光検出装置の構成の一例を示す模式図である。図２において、光検出装置１０は、調光装置１１と、第一の光検出器１２と、第二の光検出器１３とを有する。調光装置１１は第一の光検出器１２への入射光路上に配置されている。光検出装置１０に入射した入射光１４は調光装置１１を通して第一の光検出器１２に入射する。尚、後述するように、第一の光検出器１２の一部あるいは全部を第二の光検出器１３として利用する場合、第二の光検出器１３は必ずしも必要ではない。
【００３６】
光検出装置１０は、必要に応じて、レンズ、絞り等を含む撮影光学系、ＵＶ，ＩＲフィルタ等のその他のフィルタを有していてよい。この場合、入射光は撮影光学系、フィルタ等を通して第一の光検出器１２に入射することが好ましく行われる。また光検出装置１０は、調光装置１１を構成する複数のエレクトロクロミック材料の光吸収特性を制御する制御器１５を有していてよい。この制御器１５を通じて、第二の光検出器１３で検出された光強度を参照して、エレクトロクロミック材料の光吸収特性を制御することができる。
【００３７】
光検出装置１０は、第一の光検出器１２を用いて光検出装置１０に入射する入射光１４の光量を測定する装置である。この光検出装置１０は、撮像装置であってよく、その場合、第一の光検出器１２としては撮像素子が用いられる。
【００３８】
＜調光装置１１＞
光検出装置１０は、上述した本発明の調光装置１１を有している。図２の光検出装置１０は、タイプ１の調光装置１１を有している。具体的には、図２の調光装置１１は、３枚のＥＣ素子を備え、ＥＣ素子のそれぞれは、異なる光波長領域において透過率を変化させることができる複数のＥＣ材料を含有している。
【００３９】
＜第一の光検出器１２＞
第一の光検出器１２は、光検出装置１０が目的とする光強度特性を取得するための光検出器である。具体的には、光検出装置１０が撮像装置であれば撮像素子であり、光検出装置１０が例えば分光光度計であれば光半導体や光電子増倍管である。
【００４０】
＜第二の光検出器１３＞
第二の光検出器１３は、第一の光検出器１２が感度を有する波長領域の一部の波長領域、好ましくは複数の異なる光波長領域に感度を有する光検出器である。そして、この第二の光検出器１３が感度を有する複数の異なる光波長領域は、好ましくは調光装置１１の透過率が変化する複数の異なる波長領域、本実施形態では複数のＥＣ化合物の光吸収特性が変化する、複数の異なる光波長領域に対応している。第二の光検出器１３が感度を有する波長領域は、赤外領域、赤色領域、緑色領域、青色領域のいずれかの波長領域であることが好ましい。第二の光検出器１３は、光検出装置１０に入射した入射光１４の波長領域ごとの強度を検出し、その情報に基づいて調光装置１１を制御するための機能を果たす。具体的な例を以下に記述する。第二の光検出器１３は、波長λＡ、λＢを中心とした光に対応した感度を有し、それぞれの波長領域に対応する光の強度を検出することができる。ここで光検出装置１０にある入射光１４が入射し、その入射光１４はλＢの波長領域の光強度がλＡと比較して十分に高い場合を考える。この入射光１４がそのまま第一の光検出器１２に入射し、λＢの光強度に対応した露出条件でデータを取得した場合、λＡの波長領域のデータが十分な階調をもって取得できない場合がある。第二の光検出器１３は、調光装置１１に用いられている複数のＥＣ化合物の光吸収特性が変化する、複数の異なる光波長領域（ここでは波長λＡ、λＢを中心とした波長領域）に対応した光波長領域に感度を有する。そのため、これらの複数のＥＣ化合物の光吸収特性を制御できれば波長λＡ、λＢを中心とした波長領域の透過率を制御することができる。そこで、波長λＢを中心とした波長領域のＥＣ化合物を用いたＥＣ素子の光透過率を適切に減少させることにより、λＡ、λＢを中心とした波長領域の両方において十分な階調をもってデータを取得することを可能とする。
【００４１】
第二の光検出器１３が感度を有する複数の異なる光波長領域のうちの少なくとも一つ、および、複数のＥＣ化合物の光吸収特性が変化する複数の異なる光波長領域の内の少なくとも一つ、の両方が、主に赤外光の波長領域を含むことが好ましい。これによって、例えば後述の例１（リアビューカメラの認識）で述べるように、光検出技術が最も進んでいる可視光領域の情報を得ることと、可視光では取得しきれない情報を含む赤外光領域の情報を一つの光検出装置で取得することが可能となる。そのため、可視光領域の情報、あるいは赤外光領域の情報のみを用いるよりも高度な情報収集を可能となる。尚、ここでいう赤外光とは、波長７００ｎｍから１ｍｍまでの光を指し、特に７００ｎｍから２．５μｍの近赤外光を指す。
【００４２】
第二の光検出器１３の配置は、光路上、調光装置１１の上流であっても、下流であってもよい。また、第二の光検出器１３は、光路を分岐させて配置してもよく、光路を分岐させる位置は調光装置１１の上流側でも下流側でもよい。
【００４３】
第二の光検出器１３を調光装置１１の上流に配置した場合には、調光装置１１による入射光の低減がなく、より直接的に入射光強度が得られる点で有利である。その場合には、第二の光検出器１３が第一の光検出器１２に対する影とならないよう配置するのが好ましい。
【００４４】
また、第二の光検出器１３を調光装置１１の下流に配置した場合には、調光装置１１を透過した入射光を検出できるため、調光装置１１の透過率を含んだ情報が得られる。このことは、入射光に対応して調光装置１１を（例えばフィードバック的に）制御する観点で有利である。また、下流に配置する場合には、この第二の光検出器１３として第一の光検出器１２の一部、あるいは全部が用いられてよい。第二の光検出器１３として第一の光検出器１２の一部、あるいは全部を利用する場合、さらに以下のような優位点を持つため、最も好ましく用いられる。
１．光検出装置１０が目的とする光強度特性を取得する第一の光検出器１２に到達する光強度に関する情報を直接用いて調光装置１１を制御できる。そのことにより目的とする光強度特性の取得に適した条件を直接的に与えることができる。
２．第二の光検出器１３を別途設置する必要がないので、省スペース、低コスト化に有利である。
【００４５】
また、第二の光検出器１３を光路を分岐させて配置した場合には、配置上の自由度が上昇する点で有利である。
【００４６】
＜制御器１５＞
本実施形態の光検出装置１０では、透過率を変化させることによって、第一の光検出器１２への入射光量を制御することができる。また第二の光検出器１３で検出された光強度を参照して、ＥＣ化合物の光吸収特性を制御することができる。
【００４７】
制御器１５の作動方法の具体例について、以下に記述する。例として、λａ，λｂ，λｃに吸収ピークを持つＥＣ化合物をそれぞれ使用した３種類のＥＣ素子を備える調光装置１１を使用したケースについて記載する。第二の光検出器１３は、ＥＣ化合物の吸収ピークλａ，λｂ，λｃに対応する波長に感度を持つ。各ＥＣ素子は、光透過状態にあるときに第一の光検出器１２に入射光が照射される。この時、第二の光検出器１３において検出される光強度が、波長λａに対応する光強度が飽和、波長λｂ，λｃに対応する光強度が適正であるとする。この場合、波長λａに吸収ピークを持つＥＣ化合物を使用したＥＣ素子に対する条件を着色状態とすることで、波長λａに対応する光強度を低減し、波長λａに対応する光の検出状態を適正状態とすることができる。制御器１５は、波長λａに対応するＥＣ素子に対して、電圧制御方式であれば電圧を、電流制御方式であれば電流を、ハルス幅変調方式であればデューティー比をそれぞれ増大させることで、対応するＥＣ素子の着色濃度を増大、入射光を低減することができる。この他にも、各ＥＣ素子の初期の着色状態を中間濃度としておいて、入射光の強度に応じて着色濃度を増減することも好ましく行われる。例えば入射光強度が高い場合には、ＥＣ素子の着色濃度を増大、例えば入射光強度が低い場合には、ＥＣ素子の着色濃度を低減することである。この時、ＥＣ素子の着色濃度を増大させるためには、上記の手法（電圧等の増大）を用いることができ、着色濃度を減少させるためには、反対に電圧等の低減が用いられる。
【００４８】
＜応用例＞
本実施形態の光検出装置１０は、第一の光検出器１２に入射する光の光量を波長領域ごとに制御、好ましくは独立に制御することができる。このことは以下のような場合において有用である。
【００４９】
［例１：リアビューカメラの認識］
自動車の後部に設置されたカメラによって取得された自動車後方の像を、運転者に提示することで安全性を高めることが広く行われている。このリアビューカメラには、太陽光のうち赤外光の影響を除き、可視光線の情報を選択して取得するためにＩＲフィルタが設置されることが多い。一方、夜間にこのカメラで画像を取得する場合には、昼間と比較して不足する光量を補うために、自動車の後部に設置された光源から光を照射することが行われる。その光として不可視のＩＲ光を選択し、後続車の運転者を幻惑しないようにする方法が広く使用されている。この場合、昼間と同じカメラで画像を取得するためには、ＩＲフィルタを除くことが必要となる。また、後続車等の強い可視光線が入射することで、可視光線と比較してＩＲ光の入射光量が小さすぎる場合には、可視光を低減する仕組みがあることが望ましい。このような場合に、第一の光検出器１２に入射する光の光量を、波長領域ごとに制御することができる調光装置１１があれば、この課題の解決を行うことができる。例えば可視光とＩＲ光を独立して制御できる調光装置１１があれば、昼間はＩＲ光を吸収低減し可視光を透過することで、赤外光の影響を除きつつ可視光線の情報を選択して取得することができる。また夜間は、ＩＲ光を透過し可視光線を低減することにより、光源から照射されたＩＲ光が被写体に反射した反射光を透過しつつ、可視光の透過率を制御することで後続車等の強い可視光線が入射しても、ＩＲ反射光による像を明確に取得することができる。
【００５０】
［例２：フロントカメラの認識］
自動車の前部（たとえば、バックミラーの背面）に設置されたカメラによって取得された像から検出された対象を、運転者に提示したり、記録したりすることで安全性を高めることが広く検討されている。このカメラに対して入射する可視光の透過率を波長帯域ごとに制御することができれば、カメラの取得像からの認識能を拡大することができる。たとえば、前方の自動車のブレーキランプ等の赤色光の強度が高い場合、透過率を波長帯域ごとに独立して制御することができない場合には、その飽和を防止するために全波長領域に渡って入射光量の低減を行うことになる。その例としては、ＮＤフィルタの導入や、露光時間の短時間化が挙げられる。そのような場合、周囲の他の波長領域の光、例えば、青色光、緑色光等の入射光量も同様に低減されてしまい、その波長の光によって認識される物体、例えば標識、他の車両、歩行者等の検出感度が低下してしまう。これに対し、透過率を波長帯域ごとに制御することができる場合には、強度の高い赤色光の透過率を選択して低減することで、赤色光の飽和を防止しつつ、青色光、緑色光等の入射光量を維持することが可能となる。その結果、その波長の光によって認識される物体の検出感度が低下することを防止できる。
【００５１】
≪撮像装置≫
本発明の光検出装置は、撮像装置であってよく、その場合、第一の光検出器１２としては撮像素子が用いられる。図３は、本実施形態に係る撮像装置の構成の一例を示す模式図である。
【００５２】
撮像装置１００は、レンズユニット１０２と、撮像ユニット１０３と、を有する撮像装置である。本実施形態に係る撮像装置１００は、例えば、デジタルカメラやデジタルビデオカメラである。本実施形態に係る撮像装置１００が有する調光装置としての光学フィルタ１０１は、撮像素子１１０の直前に設けられてもよい。撮像素子１１０の直前とは、撮像素子１１０と光学フィルタ１０１との間に配置されている部材がないことを意味する。撮像装置１００がレンズを有する場合は、レンズの外側に設けられてもよい。光学フィルタ１０１をレンズの外側に設けるとは、光学フィルタ１０１と、撮像素子１１０との間にレンズが配置されるように光学フィルタ１０１を配置することを指す。また、撮像装置１００がレンズを複数有する場合は、レンズとレンズとの間に設けられてもよい。
【００５３】
レンズユニット１０２は、絞りより後でフォーカシングを行うリアフォーカス式のズームレンズである。図３（ａ）では、レンズユニット１０２は、光学フィルタ１０１と、複数のレンズ又はレンズ群を有する撮像光学系と、を有する。光学フィルタ１０１は、本発明の調光装置である。光学フィルタ１０１は、光学フィルタ１０１を通過した光が撮像光学系を通過するように配置されていてもよいし、撮像光学系を通過した光が光学フィルタ１０１を通過するように配置されていてもよい。光学フィルタ１０１は、レンズよりも撮像素子１１０側に配置されていてもよいし、レンズよりも物体側に配置されているもよい。レンズユニット１０２はマウント部材（不図示）を介して撮像ユニット１０３に着脱可能に接続されている。
【００５４】
レンズユニット１０２は、被写体（物体）側より順に、正の屈折力の第１のレンズ群１０４、負の屈折力の第２のレンズ群１０５、正の屈折力の第３のレンズ群１０６及び正の屈折力の第４のレンズ群１０７の４つのレンズ群と光学フィルタ１０１とを有する。第２のレンズ群１０５と第３のレンズ群１０６との間隔を変化させて変倍を行い、第４のレンズ群１０７の一部のレンズ群を移動させてフォーカスを行う。レンズユニット１０２は、例えば、第２のレンズ群１０５と第３のレンズ群１０６との間に開口絞り１０８を有し、また、第３のレンズ群１０６と第４のレンズ群１０７との間に光学フィルタ１０１を有する。レンズユニット１０２を通過する光は、各レンズ群１０４〜１０７、開口絞り１０８及び光学フィルタ１０１を通過するよう配置されており、開口絞り１０８及び光学フィルタ１０１を用いて光量の調整を行うことができる。
【００５５】
撮像ユニット１０３は、ガラスブロック１０９と、撮像素子１１０と、を有する。ガラスブロック１０９は、ローパスフィルタやフェースプレートや色フィルタ等のガラスブロックである。撮像素子１１０は、レンズユニット１０２を通過した光を受光するセンサ部であって、ＣＣＤやＣＭＯＳ等が使用できる。また、撮像素子１１０は、他の受光素子、例えばフォトダイオードのような光センサであってもよく、光の強度あるいは波長の情報を取得し出力するものを適宜利用可能である。
【００５６】
なお、本実施形態では、レンズユニット１０２内の第３のレンズ群１０６と第４のレンズ群１０７との間に光学フィルタ１０１が配置されているが、撮像装置１００はこの構成に限定されない。例えば、光学フィルタ１０１は、開口絞り１０８の前（被写体側）あるいは後（撮像ユニット１０３側）のいずれにあってもよく、また、第１〜第４のレンズ群１０４〜１０７のいずれの前、後、レンズ群の間にあってもよい。なお、光学フィルタ１０１を光の収束する位置に配置すれば、光学フィルタ１０１の面積を小さくできるなどの利点がある。
【００５７】
また、レンズユニット１０２の構成も上述の構成に限定されず、例えば、リアフォーカス式の他、絞りより前でフォーカシングを行うインナーフォーカス式であってもよく、その他の方式であってもよい。また、ズームレンズ以外にも魚眼レンズやマクロレンズなどの特殊レンズも適宜選択可能である。
【００５８】
さらに、本実施形態では、光学フィルタ１０１のＥＣ素子及び駆動装置がレンズユニット１０２の内部に配置されている。しかし、本実施形態の撮像装置１００がこれに限定されず、光学フィルタ１０１のうちのＥＣ素子がレンズユニット内に存在し、ＥＣ素子の駆動装置は、レンズユニット１０２外、すなわち撮像ユニット１０３に配置されていてもよい。駆動装置がレンズユニット１０２外に配置される場合は、配線を通してレンズユニット１０２内外のＥＣ素子と駆動手段を接続し、駆動制御する。
【００５９】
上述の撮像装置１００の構成では、光学フィルタ１０１がレンズユニット１０２の内部に配置されているが、これに限らず、図３（ｂ）に示したように、撮像ユニット１０３が光学フィルタ１０１を有していてもよい。図３（ｂ）においては、光学フィルタ１０１は、撮像素子１１０の直前に配置されている。光学フィルタ１０１は、撮像ユニット１０３内部の適当な箇所に配置され、撮像素子１１０は光学フィルタ１０１を通過した光を受光するよう配置されていれば、光学フィルタ１０１は、撮像素子１１０とガラスブロック１０９の間以外の位置に配置されてもよい。撮像ユニット１０３の内部に光学フィルタ１０１を内蔵する場合、接続されるレンズユニット１０２自体が光学フィルタ１０１を持たなくても良いため、既存のレンズユニットを用いた調光可能な撮像装置を構成することが可能となる。
【００６０】
本実施形態の撮像装置１００は、光量調整と撮像素子の組合せを有する製品に適用可能である。例えばカメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオカメラに使用可能であり、また、携帯電話やスマートフォン、ＰＣ、タブレットなど撮像装置を内蔵する製品にも適用できる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明していくが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００６２】
≪光検出装置の概要≫
図４は本実施例の光検出装置の概略を示す模式図である。光検出装置１０は、入射光学系１６を通じて入射光１４が４枚のＥＣ素子を備える調光装置１１を通して、第二の光検出器を兼ねる第一の光検出器１２である撮像素子に入射する。入射光学系１６にはレンズ、絞り等の光学系を含む。また調光装置１１の光路上上流には、調光装置１１へのＵＶ光の入射を防ぐＵＶカットフィルタ１７が、下流には第一の光検出器１２に対する７６０ｎｍを超える長波長のＩＲ光入射を防ぐＩＲカットフィルタ１８を配置する。この光検出装置１０は、第一の光検出器１２の検出波長領域ごとの入射光強度を検知して、入射光強度を適正とするために制御器１５を通じて調光装置１１の透過率を制御する。そして、適した条件において、像処理／記録装置１９にその情報を記録する。表１に示す様に、４枚のＥＣ素子は、それぞれ４６０ｎｍ、５２０ｎｍ、６１０ｎｍ、７３０ｎｍに吸収ピークを持つＥＣ化合物を使用した４種類のＥＣ素子である。また、第一の光検出器１２である撮像素子は、４枚のＥＣ素子それぞれに対応する波長領域に感度を有する。具体的には、それぞれ６００ｎｍ、５２０ｎｍ、４６０ｎｍにピークを有するＲＧＢの可視光３領域に加えて、７３０ｎｍのＩＲ領域に感度を有する。
【００６３】
【表１】
2020016836.tif 000002
【００６４】
≪ＥＣ素子の作製≫
図１に示される構造を有する４枚のＥＣ素子を、以下の方法により作製した。インジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）膜（電極１）が成膜されている透明導電性ガラス（基板３）を２枚用意し、ＩＴＯ膜同士が対向するように配置した。そして、２枚の透明導電性ガラスの外周を、粒径５０μｍのスペーサービーズを混合したシール材４を用いて接着した。アノード性化合物（電圧印加時に酸化される化合物）と、カソード性化合物（電圧印加時に還元される化合物）とを、それぞれ２０ｍｍｏｌ／Ｌの濃度で炭酸プロピレンに溶解させた溶液を準備した。その溶液を透明導電性ガラスに予め形成した注入口（不図示）から注入することで、２枚の基板３とシール材４によって形成されている空間内に当該溶液を充填した。その後、シール剤で注入口（不図示）を封止して、ＥＣ素子を得た。各ＥＣ素子で用いたアノード性化合物と、カソード性化合物の構造一覧と組合せを以下に示す。
【００６５】
【化１】
2020016836.tif 000003
【００６６】
【表２】
2020016836.tif 000004
【００６７】
上記化合物中、化合物１、２、３、５は酸化還元反応により対応する波長領域において光吸収率が変化するＥＣ化合物である。これらの着色状態の吸収スペクトルを図５に示す。尚、図５において、横軸は波長、縦軸は規格化された吸光度である。一方、化合物４、６は、対応する波長領域において光吸収率がほとんど変化しない（ＥＣ化合物ではない）酸化還元物質であり、ＥＣ化合物１、２、３、５を着色させるときの電子の授受相手として機能する。
【００６８】
≪調光装置の作製≫
４枚のＥＣ素子を重ねて調光装置１１を形成した。それぞれのＥＣ素子は、表２に記載の印加電圧を用いたパルス幅変調駆動で制御した。具体的には以下のような制御を行った。予めそれぞれのＥＣ素子の透過率とデューティー比の関係をまとめたテーブルを作成する。撮像素子でそれぞれの波長領域の入射光強度を測定し、その値から適正な入射光強度となるよう、テーブルを参照してデューティー比を変化させることによりＥＣ素子の透過率を制御した。
【００６９】
≪光検出装置の動作と評価≫
前述した「例１：リアビューカメラの認識」ケースについて、光検出装置を動作させ、評価を行った。昼間の使用環境を想定し、擬似太陽光照射下、被写体を撮影し、取得された画像を評価した。結果を表３に示す。
【００７０】
【表３】
2020016836.tif 000005
【００７１】
ＥＣ素子の制御状態をＥＣ−ＩＲのみ着色とした場合の画像では、見た目に近い色バランスであった画像が、ＥＣ素子の制御状態を全て透過状態とすることで、大きく色バランスが崩れることが確認された。これは、ＥＣ−ＩＲを着色することでＩＲ光の透過を抑制することができていたものが、撮像素子のＲＧＢ部にも入射、特にＩＲ領域の透過率が高いＲ部の応答が大きくなったためであると考えられる。
【００７２】
次に夜間の使用環境を想定し、光検出装置の上に取り付けたピーク波長７３０ｎｍのＬＥＤアレイで被写体を照射し被写体を撮影した。このことによって、夜間、後続車の運転者を幻惑しないように、不可視のＩＲ光を照射して撮影した状況を再現した。その結果、被写体が明確に認識できる画像が得られた。
【００７３】
この実施例において複数のＥＣ化合物の光吸収特性が変化する光波長領域に感度を有する撮像素子で検出された光強度を参照して、調光装置としての複数のＥＣ素子を制御することで、可視光／赤外光の入射光強度を制御することで、以下のことが可能となった。
可視光とＩＲ光を独立して制御することで、昼間の状況では、ＩＲ光を吸収低減し、可視光を透過して赤外光の影響を除きつつ、可視光線の情報を選択して取得すること。
夜間の状況では、光源から照射されたＩＲ光が被写体に反射した反射光を透過すること。
【符号の説明】
【００７４】
１：電極、２：エレクトロクロミック層、３：基板、４：シール材、１０：光検出装置、１１：調光装置、１２：第一の光検出器、１３：第二の光検出器、１４：入射光、１５：制御器、１６：入射光学系、１７：ＵＶカットフィルタ、１８：ＩＲカットフィルタ、１９：像処理／記録装置
【図１】
2020016836.tif 000006
【図２】
2020016836.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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