(57)【要約】【課題】  光透過率可変素子の温度上昇による特性変化を抑え、取得される画像への影響を低減すること。【解決手段】  光の透過率を変更可能な光学素子と、前記光学素子を通過した光を光電変換して、画像信号を出力する撮像素子と、前記光学素子の温度を測定する測定手段と、前記光学素子の透過率を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記測定手段により測定された前記温度が、予め決められた温度を超えた場合に、前記光学素子の透過率を上げるように制御することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の透過率を変更可能な光学素子と、
前記光学素子を通過した光を光電変換して、画像信号を出力する撮像素子と、
前記光学素子の温度を測定する測定手段と、
前記光学素子の透過率を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記測定手段により測定された前記温度が、予め決められた温度を超えた場合に、前記光学素子の透過率を上げるように制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
測光手段を更に有し、
前記制御手段は、前記測光手段による計測結果に基づいて、シャッタースピード、絞り値、ゲインを含む露出を制御し、
前記測定手段により測定された前記温度に基づいて前記制御手段により前記光学素子の透過率が変更された場合に、前記制御手段は、露出状態を保持するように、シャッタースピード、絞り値、ゲインの少なくともいずれかを制御する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記測定手段により測定された前記温度に基づいて前記制御手段により前記光学素子の透過率が変更された場合に、前記制御手段は、ゲインを優先的に制御することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記光学素子の少なくとも一部の温度が前記予め決められた温度を超えた場合に、前記光学素子の透過率を上げるように制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記測定手段は、周囲温度と、入射光量とに基づいて、前記光学素子の温度を推定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
光の透過率を変更可能な光学素子と、
前記光学素子を通過した光を光電変換して、画像信号を出力する撮像素子と、
前記光学素子の透過率を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された透過率に基づいて、前記光学素子の透過率を制御する制御手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
前記測定手段は、前記光学素子を挟んで対向するように設けられた発光手段と受光手段とを含み、
前記発光手段は、前記光学素子より前記撮像素子側に設けられ、前記撮像素子の方向と反対の方向に発光することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記測定手段と、前記撮像素子との間に赤外光を遮断する光学フィルタを備え、
前記発光手段は、赤外光を発光することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記光学フィルタは光路から挿抜可能であって、
前記制御手段は、前記光学フィルタが光路から退避された場合に、前記発光手段の発光を停止し、前記測定手段により測定された透過率に基づく前記光学素子の透過率の制御を停止することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記赤外光のピーク波長は、前記光学フィルタの半値波長より長く、前記光学素子の透過率が、印加電圧によって変化する波長域にあることを特徴とする請求項８または９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記発光手段と前記光学素子との間に設けられ、前記ピーク波長より短い所定の波長以下の光を遮断する第２の光学フィルタをさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記光学素子における透過率のムラを検出する検出手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記検出手段によりムラが検出された場合に、前記測定手段により測定された透過率に基づく前記光学素子の透過率の制御を停止することを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
光の透過率を変更可能な光学素子と、
前記光学素子を通過した光を光電変換して、第１の画像信号を出力する第１の撮像素子と、
前記光学素子を通過しない光を光電変換して、第２の画像信号を出力する第２の撮像素子と、
前記第１の画像信号を複数の領域に分割した分割領域毎の平均の露出値と、前記第２の画像信号を複数の領域に分割した分割領域毎の平均の露出値との分割領域毎の差に基づいて、前記分割領域毎に前記第１の画像信号を補正する補正手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１４】
入射した光を、前記光学素子および前記第１の撮像素子と、前記第２の撮像素子とに入射するように分離する分離手段を有することを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
光の透過率を変更可能な光学素子と、
前記光学素子を光路から挿抜する駆動手段と、
入射した光を光電変換して、画像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子が、前記光学素子を光路に挿入した状態で取得した第１の画像信号を複数の領域に分割した分割領域毎の平均の露出値と、前記光学素子を光路から退避させた状態で取得した第２の画像信号を複数の領域に分割した分割領域毎の平均の露出値との分割領域毎の差に基づいて、前記分割領域毎に前記第１の画像信号を補正する補正手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１６】
光路から挿抜可能な光学部材を更に有し、
前記光学部材は、前記光学素子を光路から退避させた場合に光路に挿入され、前記光学素子が挿入されている場合と同じ光路長とするための特性を有することを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記光学部材は、固定の濃度を有することを特徴とする請求項１６に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記第１の画像信号の平均の露出値と前記第２の画像信号の平均の露出値との差に基づいて、前記光学素子の透過率を制御する制御手段を更に有することを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記光学素子は、有機エレクトロクロミック素子または液晶素子であることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２０】
光の透過率を変更可能な光学素子と、
前記光学素子を通過した光を光電変換して、画像信号を出力する撮像素子と、
前記光学素子の温度を測定する測定手段と、
前記光学素子の透過率を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記測定手段により測定された前記温度が、予め決められた温度を超えた場合に、前記光学素子の透過率を上げるように制御することを特徴とするレンズユニット。
【請求項２１】
光の透過率を変更可能な光学素子と、
前記光学素子を通過した光を光電変換して、画像信号を出力する撮像素子と、
前記光学素子の透過率を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された透過率に基づいて、前記光学素子の透過率を制御する制御手段と
を有することを特徴とするレンズユニット。
【請求項２２】
光の透過率を変更可能な光学素子と、前記光学素子を通過した光を光電変換して、画像信号を出力する撮像素子と、前記光学素子の温度を測定する測定手段と、を有する撮像装置の制御方法であって、
制御手段が、前記測定手段により測定された前記温度が、予め決められた温度を超えた場合に、前記光学素子の透過率を上げるように制御することを特徴とする制御方法。
【請求項２３】
光の透過率を変更可能な光学素子と、前記光学素子を通過した光を光電変換して、画像信号を出力する撮像素子と、前記光学素子の透過率を測定する測定手段と、を有する撮像装置の制御方法であって、
制御手段が、前記測定手段により測定された透過率に基づいて、前記光学素子の透過率を制御することを特徴とする制御方法。
【請求項２４】
光の透過率を変更可能な光学素子と、前記光学素子を通過した光を光電変換して、第１の画像信号を出力する第１の撮像素子と、前記光学素子を通過しない光を光電変換して、第２の画像信号を出力する第２の撮像素子と、を有する撮像装置の制御方法であって、
制御手段が、前記第１の画像信号の平均の露出値と前記第２の画像信号の平均の露出値との差に基づいて、前記光学素子の透過率を制御することを特徴とする制御方法。
【請求項２５】
光の透過率を変更可能な光学素子と、前記光学素子を光路から挿抜する駆動手段と、入射した光を光電変換して、画像信号を出力する撮像素子と、を有する撮像装置の制御方法であって、
前記撮像素子が、前記光学素子を光路に挿入した状態で取得した第１の画像信号の平均の露出値と、前記光学素子を光路から退避させた状態で取得した第２の画像信号の平均の露出値との差に基づいて、制御手段が、前記光学素子の透過率を制御することを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及びその制御方法及びレンズユニットに関し、更に詳しくは、光の透過率を変更な光学素子を有する撮像装置及びその制御方法及びレンズユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像機器中の撮像素子に入射する光を低減するＮＤフィルタ等の、光透過率を低減する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が知られている。この光透過率可変素子を用いることで、露出調整の自由度が広がり、固定の透過率が設定された素子では困難であった表現が可能となる。光透過率可変素子は、透過率の変化幅を拡大することで、より効果的な光量調節を行うことが可能となる。例えば、透過率の変化幅の広い光透過率可変素子は、強い入射光に対してその透過率を低くして減光を行うことで、撮像素子の信号が飽和することを防止し、階調を保持した像の取得を可能とする。
【０００３】
光透過率可変素子としては、液晶素子、有機エレクトロクロミック（ＥＣ）素子といった、有機分子を用いた素子の開発が進められている。これらの素子は、機械的な動作部を必要とせず、光透過率を連続的に電気的に制御可能であるという特徴を持つ。例えば、ＥＣ素子を用いた光透過率制御においては、ＥＣ素子に使われる材料の電気化学的反応量で透過率が決まるため、所望の透過率となる反応量を電気的制御（印加電圧）よって調整することができる。
【０００４】
一方で、有機分子の運動が関与する素子であるために、温度変化、特に高温における動作に課題がある。すなわち、光透過率可変素子が入射光を減光する際に吸収した光が熱となり、素子の温度が上昇してしまう。特に、入射光が強く、透過率を低くした（＝光を吸収する率が高い）場合においては、吸収する熱量が大きく、光透過率可変素子の温度が大きく上昇し、光透過率可変素子の透過率変化の特性が不安定となってしまう。
【０００５】
この課題に対して、特許文献１では、熱により特性が変化する物性絞りを有した撮像機器において入射光により生じる熱で減光特性に変化が生じないように、次のような制御を行うことが開示されている。すなわち、光学部材から撮像素子へ入射する光の減光量を算出し、該減光量に基づき物性絞りの透過率を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−４９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１で提案された技術では、画像を取得している際に、当該画像に透過率変化の影響が反映されることになる。その結果、取得される画像が不自然な明るさとなってしまう虞がある。
【０００８】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、光透過率可変素子の温度上昇による特性変化を抑え、取得される画像への影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、光の透過率を変更可能な光学素子と、前記光学素子を通過した光を光電変換して、画像信号を出力する撮像素子と、前記光学素子の温度を測定する測定手段と、前記光学素子の透過率を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記測定手段により測定された前記温度が、予め決められた温度を超えた場合に、前記光学素子の透過率を上げるように制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光透過率可変素子の温度上昇による特性変化を抑え、取得される画像への影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】有機エレクトロクロミック素子の説明図。
【図３】入射光のスペクトル形状を用いた入射光量の算出例を説明する図。
【図４】光透過率可変素子上の集光径と温度の関係を示す図。
【図５】基準太陽光のスペクトルを示す図。
【図６】第１の実施形態における静止画撮影時の主ルーチン、及び、温度上昇時の処理を示すフローチャート。
【図７】光透過率可変素子が吸収する光のスペクトルを示す図。
【図８】第２の実施形態における撮像装置の一部を示す光軸を通る断面図。
【図９】第２の実施形態における光透過率可変素子、ＩＲカットフィルタ、撮像素子を示す模式図。
【図１０】第２の実施形態における有機ＥＣ素子の透過率スペクトルを示したグラフを示す図。
【図１１】第２の実施形態におけるデューティー比と有機ＥＣ素子の透過率との関係を示したグラフを示す図。
【図１２】第２の実施形態におけるＩＲカットフィルタの透過率スペクトルを示したグラフを示す図。
【図１３】第２の実施形態におけるＬＥＤの発光スペクトルを示したグラフを示す図。
【図１４】第３の実施形態における光透過率可変素子、ＩＲカットフィルタ、撮像素子を示す模式図。
【図１５】第３実施形態におけるＩＲカットフィルタの透過率スペクトルと、赤外ＬＥＤの発光スペクトルを示したグラフを示す図。
【図１６】第４の実施形態における光透過率可変素子、ＩＲカットフィルタ、撮像素子を示す模式図。
【図１７】第５の実施形態における撮像装置の概略構成を示す模式図。
【図１８】第５の実施形態における撮像装置の機能構成を示すブロック図。
【図１９】第５の実施形態における光透過率可変素子の濃度状態と、第一及び第二の撮像素子から得られる第一及び第二の画像の露出状態を示す模式図。
【図２０】第５の実施形態における補正方法を説明するフローチャート。
【図２１】第５の実施形態における補正方法により第一の画像の露出ムラ及び露出ズレが補正される様子を説明する図。
【図２２】第６の実施形態における撮像装置の概略構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置１００の概略構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１において、撮像装置１００に入射した被写体光１０５は、撮像素子１０３上に被写体像を結像するための複数のレンズ１０６及び入射された光量を制限する絞り１０７を含む撮影光学系１０８を通過する。さらに、光透過率可変素子１０１及びＩＲフィルタ１１６を通って、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどにより構成される撮像素子１０３上に結像する。
【００１５】
光透過率可変素子１０１の透過率は、電気信号によって制御可能であり、撮像素子１０３への入射光量を制御する役割を担う。光透過率可変素子１０１としては、液晶素子や有機エレクトロクロミック素子等の、有機分子を用いた素子を用いることができる。中でもゲスト−ホスト式の液晶素子や有機エレクトロクロミック素子は、コントラストや偏光特性の点で優れており、さらには、コントラスト及び最大透過率の観点では、有機エレクトロクロミック（ＥＣ）素子がより優れている。なお、光透過率可変素子１０１として用いられる有機ＥＣ素子の構成例については、詳細に後述する。透過率制御部１０２は、光透過率可変素子１０１の透過率を制御する。
【００１６】
撮像素子１０３では、入射した被写体光１０５がその情報（色、強度の分布など）を有する画像信号に変換されて、出力される。そして、撮像素子１０３から出力された画像信号は、信号処理部１１２において、例えば、標準ビデオ信号などに変換処理する処理を含む各種の処理が施され、記録部１１３により不図示の記録媒体に記録されたり、画像表示部１２８に表示される。
【００１７】
露出パラメータ制御部１０４は、光透過率可変素子１０１の透過率を変化させた際に、同期的に露出パラメータを調整し、撮像素子１０３において取得される像に対する透過率変化の影響を低減する機能を果たす。ここで調整される露出パラメータとしては、シャッタースピード、絞り値、ＩＳＯ感度（ゲイン）が挙げられる。また、この露出パラメータ制御部１０４では、露出計１１５の計測結果に応じて露出パラメータが所望の露出となるよう、手動または自動の制御を行う機能を有していてもよい。また、第１の実施形態においては、露出パラメータ制御部１０４は、後述する光透過率可変素子１０１の透過率の変化に伴って、露出パラメータによる同期的な制御を行う機能を有する。
【００１８】
絞り１０７は、露出計１１５により得られた測光値に基づいて露出パラメータ制御部１０４により求められた露出値に基づいて、絞り制御部１１１及び絞り駆動部１１０により制御される。
【００１９】
温度情報取得部１０９は、光透過率可変素子１０１の温度情報を取得する。なお、温度情報取得部１０９による温度情報を取得する方法については、詳細に後述する。
【００２０】
また、撮像装置１００は、メインスイッチ（以降、スイッチをＳＷと記載する）１２０、レリーズＳＷ１（１２１），レリーズＳＷ２（１２２）を有する。メインＳＷ１２０は、撮像装置１００の主電源を入／切とするスイッチ、レリーズＳＷ１（１２１）は、撮像装置１００に測光や焦点調節処理などの撮影準備を指示するスイッチ、レリーズＳＷ２は、撮像装置１００に撮影の開始／終了を指示するスイッチである。記録部１１３は、変換処理された画像信号等を記録する装置である。
【００２１】
制御部１１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭなどで構成され、撮像装置１００全体の動作を包括的に制御する。なお、制御部１１４は、光透過率可変素子１０１の透過率制御部１０２、露出パラメータ制御部１０４、温度情報取得部等と一体的に構成されていてもよい。
【００２２】
画像表示部１２８は、例えば、ＴＦＴ方式のＬＣＤ等から成り、信号処理部１１２の処理により表示用の画像データが画像表示部１２８に表示される。画像表示部１２８を用いて、撮像した画像データを逐次表示することで、電子ビューファインダー（ＥＶＦ）機能を実現することができる。
【００２３】
なお、以降の第１の実施形態の説明において、上記構成を有する撮像装置１００において、光透過率可変素子１０１よりも光路上被写体側に位置し、撮像装置１００に入射された被写体光１０５を光透過率可変素子１０１に入射する前に低減する要素（ここでは撮影光学系１０８）を、前置光透過低減要素１０８と呼ぶ。また、光透過率可変素子１０１よりも光路上結像面側に位置し、光透過率可変素子１０１を透過した被写体光１０５を撮像素子１０３に入射する前に低減する要素（ここではＩＲフィルタ１１６）を、後置光透過低減要素１１６と呼ぶ。
【００２４】
●有機エレクトロクロミック（ＥＣ）素子の構成
ここで、撮像装置１００の特徴部分である、光透過率可変素子１０１として用いられる有機エレクトロクロミック（ＥＣ）素子の構成例について説明する。図２は、有機ＥＣ素子の構成例を示す模式図である。図２（ａ）は素子外形が略四角形である場合の有機ＥＣ素子を示す図である。なお、図２（ａ）において、有機ＥＣ素子の長辺方向をＸ軸、短辺方向をＹ軸、紙面奥行き方向をＺ軸と定義する。図２（ｂ）は図２（ａ）のＤ−Ｄ’断面図であり、Ｘ軸方向から見た図である。
【００２５】
なお、撮像装置１００のいわゆる正位置において、Ｙ軸は重力方向を、Ｚ軸は光軸方向を表している。一方で、撮像装置１００のいわゆる縦位置においては、Ｘ軸が重力方向となる。したがって、撮像装置１００の撮影姿勢に応じて、重力方向がＹ軸、Ｘ軸と変化する。以下、基本的には正位置の場合、つまりＹ軸が重力方向の場合について説明する。
【００２６】
図２において、３１は有機ＥＣ素子における、撮影光束が通過する有効光線領域を表しており、３２，３６は透明基板、３３，３５はそれぞれの透明基板３２，３６上に設けられた透明電極を表している。３４はスペーサを表しており、透明基板３２，３６及び、透明電極３３，３５が対向するようにスペーサ３４を介して貼り合わされている。この一対の透明電極３３，３５及びスペーサ３４で形成された空隙内に有機ＥＣ層３７が設けられている。
【００２７】
スペーサ３４は、有機ＥＣ素子の透明電極３３，３５間の幅を調整をすることで、有機ＥＣ層３７の厚さを調整する。また、スペーサ３４は、有効光線領域３１を避けて透明電極３３，３５の外周を囲繞するように配置される。このような場合、スペーサ３４は有機ＥＣ材料を含む溶液が外部に漏れ出すことがないよう、シール材の役割を兼ねても良い。また、透明電極３３，３５面における透過光量のムラを気にしなくても良い（すなわち、透明電極３３，３５面における透過光量のムラに対する許容度が大きい）場合は、スペーサ３４は電極の光路となる部分に配置されても構わない。この場合としては、例えば、撮像素子１０３に対する有機ＥＣ素子３１の有効光線領域が十分に大きく、スペーサ３４を配することで生じるムラの影響が小さい場合などである。スペーサ３４は、有機ＥＣ材料を溶解している溶液に対して耐性を有することが好ましい。
【００２８】
好適なスペーサの材料としては、公知である各種汎用プラスチック、エンジニア・プラスチック、スーパーエンジニアリング・プラスチックの様な樹脂材料が挙げられる。また、ガラスやアルミナ、ジルコニア、フェライト、フォルステライト、ジルコン、ステアタイト、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、の如くの各種セラミック材料が挙げられる。また、各種金属材料が挙げられる。
【００２９】
低抵抗配線３８ａ，３８ｂは、それぞれ透明電極３３，３５に有効光線領域３１を挟んで対向するように配置され、透明電極３３，３５よりも抵抗値が小さい。図２においては、透明電極３５に設けられたものを低抵抗配線３８ａ、透明電極３３に設けられたものを低抵抗配線３８ｂとして表している。給電端子３９ａ，３９ｂは、低抵抗配線３８ａ，３８ｂとそれぞれ接点を有するように形成され、透過光量操作部１２と接続している。低抵抗配線３８ａ，３８ｂと同様に、透明電極３５に設けられたものを給電端子３９ａ、透明電極３３に設けられたものを給電端子３９ｂとして表している。駆動電圧は透過光量操作部１２を介して、給電端子３９ａ，３９ｂ及び低抵抗配線３８ａ，３８ｂを経て透明電極３３，３５に印加される。透過光量操作部１２は、不図示の任意の駆動電圧波形を発生するための波形発生回路、端子間の極性を反転させるためのリレーやスイッチ回路を少なくとも有する。また、電源やレギュレーターなど、周辺装置を更に含んでいても構わない。また、電気化学反応で生じる電流、あるいは、電荷を測定するための回路機構を含んでいてもよい。
【００３０】
有機ＥＣ層３７は、少なくとも１種以上のアノード性有機ＥＣ材料、または、少なくとも１種以上のカソード性有機ＥＣ材料を含む。以下、１種以上のアノード性有機ＥＣ材料または１種以上のカソード性有機ＥＣ材料を含むものを有機ＥＣ材料と定義する。透明電極３３，３５の間に電圧を印加することで、有機ＥＣ材料は電気化学的反応を起こす。
【００３１】
一般に有機ＥＣ材料は、電圧が印加されていない状態で中性状態を取り、可視光領域の光を吸収する特性を持たない。図２（ｃ）は消色状態を示す。このような消色状態では、有機ＥＣ材料の着色が無く、着色に伴う可視光域での吸収が生じないため、有機ＥＣ素子は高い透過率を示す。
【００３２】
透明電極３３，３５間に電圧を印加すると、有機ＥＣ材料中で電気化学反応が起き、中性状態から酸化状態（カチオン）あるいは還元状態（アニオン）となる。有機ＥＣ材料はカチオンあるいはアニオンの状態で可視光領域の光を吸収する特性を有すようになり、着色する。図２（ｄ）は着色状態を示す。図２（ｄ）では、有機ＥＣ層３７の厚み方向全般に渡って着色している状態を示している。このような着色状態では、可視光領域での吸収が生じるため、有機ＥＣ素子の光透過率は減少する。また、ビオロゲン系材料のように、初期状態で透明なジカチオン構造を形成し、一電子還元でラジカル種を形成して着色する材料も使用される。
【００３３】
以下では、有機ＥＣ素子の光透過率を有機ＥＣ素子の吸光度に置き換えて説明する。なお、透過率と吸光度は、−ＬＯＧ（透過率）＝（吸光度）の関係を有し、透過率が１／２になる毎に吸光度は約０．３ずつ増大する。
【００３４】
有機ＥＣ素子を調光素子に用いる場合、光学系への影響を小さくするために消色状態では高い透過率を保つことが好ましい。そのため、透明基板３２，３６は可視光を十分に透過させる透明基板であることが好ましく、一般的にはガラス材が用いられ、Ｃｏｒｎｉｎｇ＃７０５９やＢＫ−７等の光学ガラス基板を好適に使用することができる。また、プラスチックやセラミック等の材料であっても十分な透明性があれば適宜使用が可能である。透明基板３２，３６は剛性で歪みを生じることが少ない材料が好ましい。また、基板として可撓性が少ないことがより好ましい。透明基板３２，３６の厚みは一般に、数十μｍから数ｍｍである。
【００３５】
また、透明電極３３，３５も可視光を十分に透過させる透明電極であることが好ましく、可視光領域における高い光透過性とともに高い導電性を有した材料からなることがより好ましい。電極材料には、例えば、酸化インジウムスズ合金（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＮＥＳＡ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化銀、酸化バナジウム、酸化モリブデン、金、銀、白金、銅、インジウム、クロムなどの金属や金属酸化物、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン系材料、カーボンブラック、グラフェン、グラファイト、グラッシーカーボン等の炭素材料などを挙げることができる。
【００３６】
また、ドーピング処理などで導電率を向上させた導電性ポリマー（例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）など）も好適に用いられる。中でも本発明の有機ＥＣ素子においては、消色状態で高い透過率を有するように、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＮＥＳＡ、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、グラフェンなどが特に好ましく用いられる。これらはバルク状、微粒子状など様々な形態で使用できる。なお、これらの電極材料は、単独で使用してもよく、あるいは複数併用してもよい。
【００３７】
さらに、有機ＥＣ層３７としては、電解質と、低分子系有機材料等の有機ＥＣ材料とを溶媒に溶解したものであることが好ましい。
【００３８】
溶媒としては、電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、特に極性を有するものが好ましい。具体的には水の他、例えば、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、アセトニトリル、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、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が挙げられる。
【００３９】
電解質としては、イオン解離性の塩で、良好な溶解性を示し、有機ＥＣ材料の着色を確保できる程度に電子供与性を有するカチオンあるいはアニオンを含む塩であれば特に限定されない。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挙げられる。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、（Ｃ2Ｈ5）4ＮＢｒ、（Ｃ2Ｈ5）4ＮＣｌＯ4、（ｎ−Ｃ4Ｈ9）4ＮＣｌＯ4等の４級アンモニウム塩及び環状４級アンモニウム塩等が挙げられる。アニオン種として、ＣｌＯ4-、ＣＦ3ＳＯ3-、ＢＦ4-、ＰＦ6-、（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ−、など一般的に知られる構造が用いられる。また、イオン液体を用いてもよい。これらの電解質材料は、単独で使用してもよく、あるいは複数併用してもよい。
【００４０】
有機ＥＣ材料としては、溶媒に対して溶解性を有し、電気化学的な反応で着色と消色を表現できるものであれば、どのようなものであっても構わない。公知の酸化／還元着色性有機ＥＣ材料を使用することができる。また、複数の材料を併用することも可能である。すなわち、本実施形態に係る有機ＥＣ素子は、複数種類の有機ＥＣ材料を有していてよい。有機ＥＣ素子を調光素子に用いた場合、透過率コントラストと波長平坦性が求められる。これらを考慮して有機ＥＣ材料はできるだけ消色状態での透過率が高く、且つ着色効率（注入電荷量に対する光学濃度の比）が高い材料を用いることが好ましい。さらに、波長平坦性という点では一つの材料で平坦な吸収を実現することが難しい場合は、複数の材料を併用することも可能である。
【００４１】
有機ＥＣ材料の組合せとして、酸化反応で着色を示すアノード性の材料を単材料、或いは、複材料で用いても良く、還元反応で着色を示すカソード性の材料を単材料、或いは、複材料で用いても良い。また、アノード性の材料とカソード性の材料を単材料同士、或いは、単材料と複材料、或いは、複材料と複材料で用いても良く、組合せは任意である。ＥＣ特性を示さないアノード性材料、あるいは、カソード性材料を別に含んでいても構わない。
【００４２】
有機ＥＣ材料の具体例としては、例えば、ビオロゲン系化合物、スチリル系化合物、フルオラン系化合物、シアニン系化合物、アントラキノン系化合物、芳香族アミン系化合物等の有機色素、金属−ビピリジル錯体、金属−フタロシアニン錯体等の有機金属錯体等を使用することができる。なお、ビオロゲン系化合物は、対イオンを伴う安定なジカチオン状態で消色していて、一電子還元反応でカチオン状態になると着色するカソード性の有機ＥＣ材料として用いることができる。また、無機ＥＣ材料を溶液に分散させたものを用いることも可能である。無機ＥＣ材料としては、例えば、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化イリジウム、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化チタン等を挙げることができる。
【００４３】
アノード性の有機ＥＣ材料としては、チオフェン誘導体、フェロセンなどメタロセン誘導体、フェナジン誘導体やトリフェニルアミン誘導体、フェノチアジン誘導体、フェノキサジン誘導体など芳香族アミン誘導体、ピロール誘導体、ピラゾリン誘導体等が挙げられる。但し、本発明に用いるアノード性有機ＥＣ材料はこれらに限定されるものではない。
【００４４】
カソード性の有機ＥＣ材料としては、ビオロゲン系化合物、アントラキノン系化合物、フェロセニウム塩系化合物、スチリル化系化合物などが挙げられる。但し、本発明に用いるカソード性有機ＥＣ材料はこれらに限定されるものではない。
【００４５】
特に温度変化に対して吸収スペクトルを保持するためには、これら材料が会合体を形成しにくいことが好ましい。材料が会合体を形成すると、吸収スペクトルにおいて、単量体の吸収と会合体の吸収が重畳される。会合体の形成のし易さは温度に対して変化するため、このような材料においては、温度の変化で単量体の吸収と会合体の吸収の比が変化してしまう。会合体形成を避けるためには、嵩高い置換基を設け立体障害により会合体形成を抑制する方法が好適に用いられる。
【００４６】
有機ＥＣ層３７は液体またはゲルであることが好ましい。有機ＥＣ層３７は、好適には溶液状態として用いられるが、応答速度を著しく損なわない範囲でゲル状で用いることも可能である。ゲル化には、溶液にさらにポリマーやゲル化剤を含有させる。ポリマー（ゲル化剤）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、ポリ臭化ビニル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、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、ポリフッ化ビニリデン、ナフィオンなどが挙げられる。このように有機ＥＣ層３７として粘稠若しくはゲル状としたもの等を用いることができる。
【００４７】
また、上記のような混合状態で使用する他、透明かつ柔軟な網目構造を有した構造体（例えばスポンジ状のもの）にこれら溶液を担持させても良い。
【００４８】
低抵抗配線３８ａ，３８ｂは、給電端子３９ａ，３９ｂから透明電極３３，３５に供給する電圧の面内分布を低減する目的で形成される。給電端子３９ａ，３９ｂからの距離で透明電極３３，３５の面内に電位勾配ができると有機ＥＣ素子の面内で電気化学反応量にむらが生じてしまう。電位が高い給電端子側ほど有機ＥＣ材料の電気化学反応が生じやすいため、電位分布の大きな状態で有機ＥＣ素子を駆動していると、アノード性有機ＥＣ材料はアノード給電端子（プラス電極）側に、カソード性有機ＥＣ材料はカソード給電端子（マイナス電極）側に反応が偏在するようになる。この結果、電位分布の影響によるセグリゲーションが生じてしまう。有効光線領域３１内における電位分布をできるだけ小さく抑えるために、給電端子３９ａ，３９ｂは長辺側で且つ有効光線領域を挟んで互いに対向する位置、図２で言えばＡ１端子とＣ１端子のように設置するのが好適である。
【００４９】
さらに、このとき長辺方向の電位降下を１０ｍＶ程度に抑えて長辺方向の電位分布によるセグリゲーションを抑制するために、長辺に沿って低抵抗配線３８ａ，３８ｂを設置する必要がある。この低抵抗配線３８ａ，３８ｂの面抵抗は透明電極３３，３５の抵抗の１／１００未満、さらに好ましくは１／５００未満であることが好ましい。低抵抗配線３８ａ，３８ｂとしては、真空成膜によって形成した薄膜銀配線や、スクリーン印刷やインクジェット塗布等によって形成した厚膜銀配線を好適に使用することができる。
【００５０】
●光透過率可変素子の透過率の制御
光透過率可変素子１０１の透過率は、透過率制御部１０２によって制御される。透過率制御部１０２による光透過率可変素子１０１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光透過率可変素子１０１に入力する方法や、透過率の設定値に対して光透過率可変素子１０１の透過率を比較して、設定値に合うように条件を選択、入力する方法が挙げられる。入力する条件としては、電圧、電流、デューティー比を挙げることができる。光透過率可変素子１０１の透過率を変化させることによって、絞り、シャッタースピード、ゲインといった他の露出パラメータから独立して、撮像素子１０３への入射光量を制御することができる。光透過率可変素子１０１の透過率を増減することで、撮像素子１０３に入射する被写体光１０５の光量を増減することができ、撮影条件に対して所望の値を選択して用いることができる。例えば撮影者の所望の入射光量が、光透過率可変素子１０１の透過率変化前の入射光量のＲ倍であるときには、光透過率可変素子１０１の透過率をＲ倍とすることで所望の光量を実現することができる。この光透過率可変素子１０１は基本的に減光素子であるために、その透過率（Ｔ）の範囲は、０＜Ｔ＜１である。
【００５１】
ここで、図２を参照して説明した有機ＥＣ素子を光透過率可変素子１０１として用いた場合の、透過率の具体的な制御方法について説明する。ここでは、有機ＥＣ材料として酸化反応により中性種からカチオンを形成して着色する材料を想定する。有機ＥＣ素子の透過率は、下記の式（１）に示すランベルト・ベールの法則に従う。
-Log(T/100) = OD = ε・c・L      …（１）
【００５２】
式（１）中、Ｔは透過率［％］、ＯＤは光学濃度、εはカチオンのモル吸光係数、ｃは生成したカチオンの濃度、Ｌは光路長である。式（１）から分かるように、有機ＥＣ素子の透過率はカチオンの濃度で調整される。また、カチオンの濃度は電気化学反応で調整される。
電気化学反応において、材料は中性状態とカチオン状態の間を行き来する場合、材料自身が持つ酸化に要する電位（酸化電位）よりも正な（大きな）電位を与えることで、材料は中性状態から酸化し、カチオンとなる。反対に還元電位よりも負な（小さな）電位を与えることで、材料はカチオン状態から中性状態へと戻る。
【００５３】
酸化電位と還元電位は、室温と一電子反応での理想状況で約６０ｍＶのずれを示す。特に酸化電位と還元電位の和の１／２を酸化還元電位と呼ぶ。電気化学反応では、材料の酸化電位に対して、より大きな電位を与えるほど、酸化反応が進みやすい。速度論的な平衡状態が電位によって変わるため、経験的に酸化電位の大きさによってカチオンの濃度を適宜調整することが可能である。即ち印加する電圧の大きさを調整することで、カチオンの濃度を調整し、透過率の変化量を調整することができる。
【００５４】
以上説明したように、有機ＥＣ素子は、透過光量操作部１２から印加される電圧を制御することで、有機ＥＣ層３７の透過率を変化させ、透過する光量を調節することができる。
【００５５】
●温度情報の取得方法
温度情報取得部１０９は、光透過率可変素子１０１の温度情報を取得する。取得する温度情報は、直接取得する方法、間接的に測定する方法のいずれを用いてもよい。前者の例としては、温度計により直接温度を測定するもの、後者の例としては、入射光量と周囲温度検知手段を利用して温度を推定するものが挙げられる。前者の温度計としては、サーミスタ、熱電対、放射温度計などを用いることができる。ここでは以下に、後者の例について詳細に記述する。
【００５６】
撮像機器に入射された光は、前置光透過低減要素１０８と、光透過率可変素子１０１と、ＩＲフィルタ１１６等の後置光透過低減要素１１６を透過して撮像素子１０３に入射する。温度情報取得部１０９は、光透過率可変素子１０１の周囲温度を検知する働きを担う。光透過率可変素子１０１の周囲温度を正確に測定するために、温度情報取得部１０９を光透過率可変素子１０１の近傍に配置するとよい。
【００５７】
光透過率可変素子１０１の温度（ＴＦ）変化は、以下の式（２）のように記述することができる。
【００５８】
2019128379.tif 000003
ここで、Ｃは光透過率可変素子１０１の熱容量、ＱFは光透過率可変素子１０１の熱量の収支である。熱量の収支を熱量の入力、出力に分けて考えると、以下の式（３）のように表される。
【００５９】
2019128379.tif 000004
ここでＱF_INは熱量入力、ＱF_OUTは熱量出力である。
【００６０】
光透過率可変素子１０１の熱伝導性は低く、その素子からの熱量の出力は、ニュートンの冷却の法則が適用されると想定する。素子からの熱量の出力は、光透過率可変素子１０１の温度と、周囲温度との温度差に比例するので、以下の式（４）のように記述できる。
【００６１】
2019128379.tif 000005
ここで、αは熱交換係数、Ｓは光透過率可変素子１０１の対象とする部位の表面積、Ｔmは周囲温度である。
【００６２】
一方、光透過率可変素子１０１として用いられる素子への時間当たりの入射光による熱量の入力（ｑF）は、以下の式（５）のように記述される。
【００６３】
2019128379.tif 000006
ここで、ｑ0（λ）は時間当たりの入射熱量、ＴｒU（λ）は前置光透過低減要素１０８の透過率、ＴｒF（λ）は光透過率可変素子１０１の透過率である。
【００６４】
式（２）の微分方程式をｑFを一定として解くと、光透過率可変素子１０１の温度は以下の式（６）のように記述できる。
【００６５】
2019128379.tif 000007
ここで、Ｔ0は光透過率可変素子１０１の初期温度である。
【００６６】
ここから、光透過率可変素子１０１の入射光線方向に直交する方向の面内（光路内）各ポイントにおける時間当たりの入射熱量（ｑ0（λ））を得ることができれば、光透過率可変素子１０１の面内各ポイントにおける温度を、光透過率可変素子１０１の面内各ポイントに温度センサを配置することなく推定できることがわかる。
【００６７】
さて、撮像装置１００に入射した被写体光は、前置光透過低減要素１０８、光透過率可変素子１０１、後置光透過低減要素１１６を透過して撮像素子１０３に入射することになる。このことから、前置光透過低減要素１０８、光透過率可変素子１０１、後置光透過低減要素１１６の透過スペクトルの情報があれば、この撮像装置１００の対応可能な波長領域における入射光量を求めることができる。具体的には、撮像素子１０３信号から算出される撮像素子１０３への到達光量をＩＤ（λ）とすると、撮像機器への入射光量Ｉ０（λ）は以下の式（７）のように記述できる。
【００６８】
2019128379.tif 000008
ここで、ＴｒL（λ）は後置光透過低減要素１１６の透過率である。
【００６９】
また、入射光のスペクトル形状（入射光エネルギーの波長分布）を規定することで、後置光透過低減要素１１６が透過しない波長領域や、撮像素子１０３の感度がない波長領域の光に該当する熱量も含めて温度を推定することができる。この入射光のスペクトル形状については、想定される入射光を用いるのが好ましく、第１の実施形態においては、太陽光スペクトルが最も好ましく用いられる。これは一般に像を撮影する際に、撮像素子１０３に入射する高強度光は太陽光、あるいは太陽光と類似のスペクトル（白色光）を持つ可能性が高いためである。
【００７０】
撮像装置１００では、撮像装置１００に含まれる前置光透過低減要素１０８、光透過率可変素子１０１、後置光透過低減要素１１６の透過率の波長依存性データをあらかじめ取得しておく。その上で、撮像素子１０３で取得した光強度プロファイルと、入射光のスペクトル形状を用いることで、入射光量を算出することができる。
【００７１】
具体的な例を図３に示す。縦軸は、各波長のエネルギー密度、横軸は波長を表す。図３中、領域１３０より下の領域は、入射光のスペクトル、領域１３１より下の領域は、絞り１０７を開放状態とした場合に前置光透過低減要素１０８を透過して光透過率可変素子１０１に入射する光強度である。ここで、光透過率可変素子１０１の周囲温度が２５℃で減光度を３段とした時には、光透過率可変素子１０１の吸収によって、可視光領域の光は約１２．５％に低減される。ここで減光度（ｎ段）とは、透過率Ｔが（Ｔ＝１／２ｎ）となる減光状態（光吸収状態）のことである。具体的には、１段であれば５０％、２段であれば透過率２５％となる。その結果、後置光透過低減要素１１６に入射する光強度は、領域１３２及び領域１３３が示す領域に低減されて、最終的に撮像素子１０３に入射する光強度は、領域１３３（０．１８Ｗ）となる。このとき、光透過率可変素子１０１上に入射する光のほとんどが、５ｍｍ径の部位に集中していた場合には、光透過率可変素子１０１のその部位における温度は、図４に示すように１１８℃に達する。なお、図４は、周囲温度を２５℃とした時の光透過率可変素子１０１上の集光径（横軸）と温度（縦軸）の関係を示す図である。光透過率可変素子１０１は撮像素子１０３の直前に配置されているため、光透過率可変素子１０１上に照射される光強度の面内位置分布は、撮像素子１０３の面内位置分布とほぼ同様であり特定することができる。このようにして、光透過率可変素子１０１の面内の温度情報を取得することができる。
【００７２】
●光透過率可変素子の温度変化
ここで、光透過率可変素子１０１が高温となる場合について説明する。一例として、撮像装置１００に基準太陽光（ＡＭ１．５、１０００Ｗ／ｍ２）を入射させたものとする。図５は、基準太陽光のスペクトルを示す。縦軸は波長当たりの熱量密度、横軸は波長である。このように太陽光は、紫外から可視、赤外の広い領域にわたって熱量を持つ。レンズ径を７０ｍｍとし、光透過率可変素子１０１上の集光径が５ｍｍであるとすると、単純には光透過率可変素子１０１上には、太陽光の約２００倍の光が照射されることになり、入射光による素子の温度上昇を引き起こすことになる。
【００７３】
入射光と光透過率可変素子１０１の温度上昇の関係について、第１の実施形態で使用する前置光透過低減要素１０８、光透過率可変素子１０１、後置光透過低減要素１１６の値を用いて以下に具体的に記述する。
【００７４】
レンズ径を７０ｍｍとすると、撮像装置１００に入射される光量は、３．８５Ｗ（＝１０００Ｗｍ−２×（０．００７ｍ÷２）２×π）である。ここで、基準太陽光が撮像装置１００に入射したとき、絞り１０７が開放状態の場合の前置光透過低減要素１０８を透過して光透過率可変素子１０１に入射する光量は、太陽光スペクトルと透過スペクトルより、３．３４Ｗとなる。また光透過率可変素子１０１の減光度を３段とした場合、この素子によって吸収される光量は、２．４５Ｗ、ＩＲフィルタ１１６等の後置光透過低減要素１１６を透過して撮像素子１０３に入射する光量は、０．１８Ｗである。式（６）において、十分な時間が経過したとすると、右辺の第一項はゼロに近づくため、光透過率可変素子１０１の温度は、周囲温度と入射光量（熱量）によって記述することができる。図４に示す集光径と温度との関係から、光透過率可変素子１０１上の集光径が小さい場合には、光透過率可変素子１０１は高温になることがわかる。
【００７５】
光透過率可変素子１０１として好ましく用いられる液晶素子、有機エレクトロクロミック素子といった素子は、有機分子の運動が関与する素子であるために、温度変化、特に高温における特性の維持に課題がある。この光透過率可変素子１０１が高温となる原因は、以下の２つが挙げられる。（Ａ）光透過率可変素子１０１の周囲の温度が高い、（Ｂ）光透過率可変素子１０１の光吸収による熱量が大きい。これら二つの原因は単独ではなく和として光透過率可変素子１０１の温度を上昇させる。
【００７６】
このうち（Ａ）の温度の低減は、放熱部材を利用するなど、公知の技術を利用して対応することが可能である。これに対して、本第１の実施形態における技術は、（Ｂ）の温度の低減に対して有効に機能する。具体的には、光透過率可変素子１０１の光吸収による熱量が大きい場合に、その透過率を向上させて光吸収による熱量を抑制する。その際に、その透過率の向上と同期的に光透過率可変素子１０１の透過率の変化の影響を低減するように露出パラメータを変化させることで、取得像への影響を抑制する。これにより、光透過率可変素子１０１の温度上昇による像への影響を抑制しながら、適正露出の画像を取得することができる。
【００７７】
先に記載したように、光透過率可変素子１０１の温度上昇は、上記２つの原因（Ａ）と（Ｂ）の和として現れてくる。そのため、その温度上昇による特性への影響を抑制するためには、（Ｂ）に関連する光透過率可変素子１０１の光吸収量だけを観測するだけでは十分でない場合がある。その場合には、それに加えて（Ａ）に関連する光透過率可変素子１０１の周囲の温度、またはそれらの和として現れる光透過率可変素子１０１の温度に関する情報を取得することが望ましい。これは、入射光量のみを用いた場合には、入射光量の光透過率可変素子１０１の温度への影響を過大あるいは過少に見積もる可能性があるためである。以下に具体例を記載する。
【００７８】
光透過率可変素子１０１の温度による特性変化に関して、特性が変化しない上限となる温度を一定とすると、周囲温度が高い場合には、入射光による温度上昇の許容幅は小さくなる。また、逆に周囲温度が低い場合には、その許容幅は大きくなる。入射光量情報のみを用いて光透過率可変素子１０１の透過率を変化させることにより温度上昇を抑制しようとした場合、この周囲温度による許容幅の増減を反映させることができない。その結果、入射光量による光透過率可変素子１０１の温度への影響を過大あるいは過少に見積もる可能性がある。これを防止するために、本実施形態の撮像機器は、光透過率可変素子１０１の温度情報を取得する温度情報取得部１０９を有する。この温度情報取得部１０９を使用することによって入射光量の光透過率可変素子１０１の温度への影響をより正確に見積もることができ、より適した対応（透過率の制御）を行うことができる。
【００７９】
具体的には、光透過率可変素子１０１の少なくとも一部の温度が、所定の温度を越えた場合に、光透過率可変素子１０１の透過率を高くする、つまり、「明るく」することで、光吸収量（熱量）を低減する。この所定の温度とは、光透過率可変素子１０１の特性が変化する温度よりも低く設定することが好ましい。具体的な温度範囲は、用いる光透過率可変素子１０１によって異なるが、例としては、４０℃から１２０℃、特には６０℃から１００℃の範囲を挙げることができる。
【００８０】
●光透過率可変素子の温度と透過率制御
以下、第１の実施形態における光透過率可変素子１０１の温度上昇時の対応について、図６のフローチャートを参照して説明する。図６（ａ）は、撮像装置１００において、静止画を撮影する際の主ルーチンを示すフローチャートであり、図６（ｂ）は、温度上昇時の処理を示している。
【００８１】
図６（ａ）において、Ｓ１０１で制御部１１４は、メインＳＷ１２０がＯＮであるかどうかを判定する。ＯＮでなければ、処理を終了し、ＯＮであればＳ１０２に進む。Ｓ１０２では、画像表示部１２８の画像表示をＯＮ状態にし、撮像した画像データを逐次画像表示部１２８に表示するスルー表示に設定して、Ｓ１０３に進む。なお、スルー表示状態に於いては、光透過率可変素子１０１を透過した被写体像を撮像素子１０３により光電変換し、信号処理部１１２により処理された画像データを、画像表示部１２８により逐次表示する。このようにして、画像モニタ機能を実現している。
【００８２】
Ｓ１０３では、制御部１１４は、レリーズＳＷ１（１２１）がＯＮになったかどうかの判定を行う。ＯＮであればＳ１０４に進み、ＯＮでなければ、Ｓ１０３の判定を繰り返す。Ｓ１０４では、制御部１１４は、焦点調節処理を行ってレンズ１０６の焦点を被写体に合わせると共に、露出計１１５等によって測光処理を行って、絞り値及びシャッタースピードを決定する。Ｓ１０４の焦点調節・測光処理を終えるとＳ１０５に進み、制御部１１４は、レリーズＳＷ２（１２２）がＯＮになったかどうかの判定を行う。レリーズＳＷ２（１２２）がＯＮされなければ、Ｓ１０３に戻る。
【００８３】
レリーズＳＷ２（１２２）がＯＮされるとＳ１０５に進み、撮影処理を実行する。撮影処理では、撮像素子１０３により得られた画像信号を信号処理部１１２により処理された画像データを、記録部１１３を介して記録媒体に記録する。
【００８４】
撮影処理が終了するとＳ１０７に進み、制御部１１４は、レリーズＳＷ２の状態を判断する。レリーズＳＷ２がＯＮの状態であったならば（Ｓ１０７でＮＯ）、レリーズＳＷ２がＯＦＦされるのを待ち、レリーズＳＷ２がＯＦＦの状態であったならば（Ｓ１０７でＹＥＳ）、Ｓ１０１に戻って、上述した処理を繰り返す。
【００８５】
図６（ｂ）は、スルー表示を行った場合に起こり得る温度上昇時の対応を表している。この処理は、図６（ａ）に示した主ルーチンと並行して行われ、Ｓ１０２からＳ１０７までの処理の間に繰り返し割り込み処理される。
【００８６】
まず、Ｓ１１１において、温度情報取得部１０９が上述したようにして光透過率可変素子１０１の温度を検知する。次に、Ｓ１１２において、制御部１１４が光透過率可変素子１０１の少なくとも一部における温度が所定温度以上か否かの判定を行う。判定の結果、所定温度以上の場合は、Ｓ１１３に進み、所定温度未満の場合は、この処理を終了する。
【００８７】
一例として、１００℃を越える温度領域で、光透過率可変素子１０１として用いられている有機ＥＣ素子が室温と同様の特性を保持することが難しく、温度を低減する必要が生じるものとする。この場合、Ｓ１１１において、先に記述した方法で、温度情報取得部１０９が光透過率可変素子１０１の特定の部位における温度が１１８℃に達するという情報を得ると、その温度を低減する処理をＳ１１３で行う。
【００８８】
具体的には、Ｓ１１３では、光透過率可変素子１０１の透過率を上昇させると同時に、露出パラメータを制御する。なお、制御する露出パラメータとその値については詳細に後述するが、一例として、ゲインを低減する。Ｓ１１３の処理が終了すると、割り込み処理を終了する。
【００８９】
なお、上述した例では、静止画を撮影（取得）する場合の処理について説明したが、記録用の動画を撮影（取得）している間に図６（ｂ）に示す処理を行うこともできる。
【００９０】
図７は、入射光のうち、光透過率可変素子１０１が吸収する光のスペクトルを示す。縦軸は各波長のエネルギー密度、横軸は波長を表す。光透過率可変素子１０１の減光度が３段（透過率１２．５％）の場合は、領域１６０及び領域１６１が示す領域に相当するエネルギーを吸収する。これに対して、光透過率可変素子１０１の減光度を１段（透過率５０％）に変更した場合は、領域１６１に相当するエネルギーを吸収することとなる。その結果、全体として吸収するエネルギーを、減光度が３段の場合の７３％に低減することができる。その結果、光透過率可変素子１０１の温度は、減光度が３段の場合の１１８℃から９３℃へと低減される。このことによって、光透過率可変素子１０１として用いられている有機エレクトロクロミック素子は、室温と同等の特性を保持することができるようになる。
【００９１】
ところで、光透過率可変素子１０１が高温となる場合以外に、本第１の実施形態の有用な効果として、消費電力の低減を挙げることができる。光透過率可変素子１０１として好ましく用いられる液晶素子、有機エレクトロクロミック素子といった素子は、素子への電圧の印加によりその透過率が変化する素子であるため、その素子を駆動させるには一定の電力が必要となる。撮像機器の省エネルギーや熱対策の観点からは、この消費電力は低減させることが好ましい。このことは、電池等の容量制限のある電源を使用している撮像機器においては、特に重要である。光透過率可変素子１０１は、素子によって電圧印加時に着色するもの、反対に消色するものの二種類がある。いずれの場合においても長時間一定の条件で撮影する場合には、電圧を非印加とした状態に近い着色状態で保持することが、消費電力を低減することにつながる。具体的には、光透過率可変素子１０１の透過率を、他の露出パラメータによって補償できる範囲内で、電力を低減した状態へと変化させ、それと同期的に露出パラメータを光透過率可変素子１０１の透過率の変化の影響を低減するように変化させる。その結果、取得像への影響を抑制しながら、消費電力を低減することができる。特に有機エレクトロクロミック素子は、電圧印加によって流れる電流により着色する素子のため、電圧印加で動作する液晶素子と比較して、この効果が大きい。
【００９２】
第１の実施形態の撮像装置１００では、光透過率可変素子１０１の透過率を変化させた際に、同期的に露出パラメータを調整し、撮像素子１０３において取得される像に対する、透過率変化に伴う光量変化の影響を低減する。この露出パラメータとしては、シャッタースピード、絞り値、ＩＳＯ感度（ゲイン）が挙げられ、これらは露出パラメータ制御部１０４によって制御される。これらの露出パラメータのうち、ゲインが優先的に用いられる。これは、ゲインで光透過率可変素子１０１の透過率を変化させた影響を抑制することができれば、シャッタースピードや絞り値を変える必要が無いため、被写界深度や撮影像中の被写体の動きの連続性に影響を与えることなく、像を取得することができるからである。また、光透過率可変素子１０１の透過率を下げた場合は、ゲインの増大によるノイズ増大の影響が有り得るが、光透過率可変素子１０１の透過率を上げた場合にはノイズ増大も無いため、露出パラメータのうち、ゲインが最も好ましく優先的に用いられる。
【００９３】
もちろん、ゲイン以外の露出パラメータである、シャッタースピード、絞り値についても、光透過率可変素子１０１の透過率変化による影響を低減するために用いてもよい。シャッタースピードを変化させた場合は、静止画の被写体の動きに、また動画であれば動画の連続性に変化が出る可能性があるが、それらの影響が問題にならない範囲で用いるとよい。逆に、それらの影響を表現として積極的に利用してもよい。また、絞り値を変化させた場合は、被写界深度が変化するが、その影響が問題にならない範囲で用いるとよい。逆に、その影響を表現として積極的に利用してもよい。また、これらのパラメータを複合的に使用して調整してもよい。
【００９４】
光透過率可変素子１０１の透過率変化と、その影響を低減するための露出調整の関係について、ＡＰＥＸシステムを用いて以下に記述する。
【００９５】
適正露出を得るためには、以下の式（８）に示す条件を満たすこととなる。
Ｓｖ＋Ｂｖ＝Ａｖ＋Ｔｖ      …（８）
Ｓｖ：感度値、Ｂｖ：輝度値、Ａｖ：絞り値、Ｔｖ：時間値
それぞれのパラメータのＡＰＥＸ単位は、以下の式（９）で物理量から変換して与えられる。
Ｓｖ＝ｌｏｇ２（ＩＳＯ・Ｎ）
Ｂｖ＝ｌｏｇ２（Ｂ・ＮＫ）
Ａｖ＝ｌｏｇ２（Ｆ２）
Ｔｖ＝ｌｏｇ２（１／Ｔ）      …（９）
ＩＳＯ：ＩＳＯ感度、Ｂ：輝度、Ｎ，Ｋ：定数、Ｆ：レンズ絞り（Ｆ値）、Ｔ：シャッター速度（秒）
【００９６】
ここで、光透過率可変素子１０１の透過率をＲ倍に変化させ、その影響をＩＳＯ感度で抑制する場合を考える。透過率がＲ倍に変化すると、輝度ＢがＲ倍に変化するため、式（８）の右辺を一定とすると、ＩＳＯ感度を変化前の１／Ｒ倍とすることで、光透過率可変素子１０１の透過率変化による影響を抑制することができる。
【００９７】
同様に、レンズ絞り（Ｆ値）で影響を抑制する場合には、Ｆ値を変化前のＲ１／２倍とすることで、光透過率可変素子１０１の透過率変化の影響を抑制することができる。
【００９８】
また、シャッター速度で影響を抑制する場合には、シャッター速度を変化前の１／Ｒ倍とすることで、光透過率可変素子１０１の透過率変化の影響を抑制することができる。表１は、光透過率可変素子１０１の透過率をＲ倍に変化させた時にその影響を抑制するための各露出パラメータの変更倍率の関係を示す。
【００９９】
2019128379.tif 000009
【０１００】
この光透過率可変素子１０１の透過率を変化させたときの露出パラメータによる同期的な制御は、自動、手動のいずれの方法を用いてもよいが、好ましくは自動で行われる。いずれの場合においても、光透過率可変素子１０１の透過率を変化させる信号に同期させて露出パラメータを変化させる。また、この露出パラメータによる同期的な制御を行う機能は、撮像機器内のいずれかの構成要素が担ってもよいが、露出パラメータ制御部１０４または制御部１１４に担わせるとよい。
【０１０１】
なお、非同期的な制御の方法としては、例えば、光透過率可変素子１０１の透過率が変化した結果、撮像素子１０３に到達する光量が変化したことを検知して露出パラメータを変化させる手法も考えられる。ただし、この方法では、例えば動画の撮影時であれば、光透過率可変素子１０１の透過率変化が取得像に影響してから対応することとなる。そのため、同期的に露出パラメータを変化させた場合と比較して、光透過率可変素子１０１の透過率変化の影響が取得像に対して大きくなる。また、撮像素子１０３に到達する光量変化が光透過率可変素子１０１の透過率変化に起因するものであるか、外部から撮像機器への入射光量変化によるものであるかを区別するために工夫が必要となる。これは、撮像素子１０３に到達する光量変化が光透過率可変素子１０１の透過率変化に起因するものであれば対応が必要となるが、外部から撮像機器への入射光量変化によるものであれば対応しない方がよい場合があるためである。この点で、光透過率可変素子１０１の透過率を変化させる信号に同期して露出パラメータを変化させることが好ましい。
【０１０２】
また、この同期した露出パラメータの制御は、例えば制御部１１４、露出パラメータ制御部１０４が連動した自動制御によって行うとよい。一方で、ユーザーが露出パラメータをマニュアルモードで操作している際には、例えば制御部１１４によって、この自動制御機能は停止されることが好ましい。これによって、ユーザーが露出パラメータをマニュアルで制御している場合に、光透過率可変素子１０１の透過率変化に同期して露出パラメータが変化することを防止することができる。
【０１０３】
また、動画の撮影時、もしくは、連続して静止画を撮影している際に、単純に光透過率可変素子１０１の透過率を上昇させると、撮像素子１０３に入射する光量が増大し、その影響が撮影した画像に反映されることになる。このような意図しない像の変化は好ましくないために、抑制することが望まれる。
【０１０４】
以下に動画撮影時に光透過率可変素子１０１の減光度を３段（透過率１２．５％）から１段（透過率５０％）に変更する場合に、同期的に露出パラメータを、光透過率可変素子１０１の透過率の変化の影響を低減するように変化させる例について説明する。
【０１０５】
透過率制御部１０２によって、光透過率可変素子１０１の減光度を３段から１段に変更する信号が発生され、それと同期して、露出パラメータ制御部１０４から露出パラメータを制御する信号が発信される。ここでは、シャッタースピード、絞り値、ゲインの三種類の露出パラメータを、表１を参照してそれぞれ２段分、同期的に光透過率可変素子１０１の減光度変化の影響を相殺する方向に変化させた場合に、得られた画像の品質を評価した結果を、表２に示す。
【０１０６】
2019128379.tif 000010
【０１０７】
光量変化については、いずれのパラメータを選択した場合においても、取得映像における光量変化は認識されなかった。これに対して、撮像素子１０３に到達する光量が変化したことを検知して露出パラメータを変化させる手法では、光透過率可変素子１０１の透過率変化が取得像に影響してから対応するために、光量変化が認識される。このように、光透過率可変素子１０１の透過率を変化させた際に、この透過率の変化の影響を低減するように、露出パラメータを同期的に変化させることにより、効果的に光透過率可変素子１０１の透過率の変化の影響を抑制することができる。
【０１０８】
また、変更するパラメータとしてシャッタースピードを選択した場合は、光透過率可変素子１０１の透過率の上昇に伴い、シャッタースピードを高速にすることになる。その結果、画像への影響はほとんどないものの、わずかにパラパラ感（被写体の動きの連続性が低いこと）を認識することとなる。また、変更するパラメータとして絞り値を選択した場合は、光透過率可変素子１０１の透過率の上昇に伴い、絞り値を大きくする（絞る）ことになる。その結果、画像への影響は、小さいものの、わずかに被写界深度が深くなることを認識することとなる。また、変更するパラメータとしてゲインを選択した場合は、光透過率可変素子１０１の透過率の上昇に伴い、ゲインを低減することになる。その結果、画像への影響は認識されなかった。これらのことから、光透過率可変素子１０１の透過率の変化の影響を低減するように同期的に露出パラメータを変化させることは、有効であり、その中でも、変更するパラメータとしてゲインを選択することが最も有効であることがわかる。
【０１０９】
上記の通り第１の実施形態によれば、光透過率可変素子１０１の温度上昇を透過率を上げることにより防ぎながら、透過率の変化に応じて露出を調整することにより、透過率の変化による画像への影響を低減することができる。
【０１１０】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図８は、第２の実施形態における撮像装置２００のレンズユニット２０２と、カメラユニット２０３の一部を示す光軸Ｏを通る断面図である。
【０１１１】
レンズユニット２０２は、複数のレンズあるいはレンズ群を有するユニットであり、不図示のマウント部材を介してカメラユニット２０３に着脱可能に接続されている。図８において、レンズユニット２０２は、開口絞り２０８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を表している。物体側より順に正の屈折力の第１のレンズ群２０４、負の屈折力の第２のレンズ群２０５、正の屈折力の第３のレンズ群２０６、正の屈折力の第４のレンズ群２０７の４つのレンズ群を有する。第２のレンズ群２０５と第３のレンズ群２０６の間隔を変化させて変倍を行い、第４のレンズ群２０７を移動させてフォーカシングを行う。
【０１１２】
開口絞り２０８は、レンズユニット２０２内に配置され、第２のレンズ群２０５と第３のレンズ群２０６との間に位置する。レンズユニット２０２を通過する光が、各レンズ群及び開口絞り２０８を通過するよう配置されており、開口絞り２０８を用いた光量の調整を行うことができる。
【０１１３】
なお、レンズユニット２０２の構成は適宜選択可能であり、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良く、その他の方式であっても構わない。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。
【０１１４】
カメラユニット２０３は、レンズユニット２０２側から順に、光透過率可変素子２０１、ＩＲカットフィルタ２０９、撮像素子２１０を有する。
【０１１５】
光透過率可変素子２０１は、液晶素子や有機エレクトロクロミック（ＥＣ）素子等により構成され、透過する光量の調整を行うことができる光学フィルタである。第２の実施形態では、光透過率可変素子２０１及びＩＲカットフィルタ２０９はカメラユニット２０３に備えられているため、他のレンズユニットに交換したとしても、同様に光量の調整を行うことができる。なお、光透過率可変素子２０１の配置は適宜変更可能であり、例えばレンズユニット２０２の内部に配置されてもよい。その際、光が収束する位置に配置すれば、光透過率可変素子２０１の面積を小さくすることができる。
【０１１６】
ＩＲカットフィルタ２０９は、光透過率可変素子２０１を通過した光に対し、赤外線を吸収または反射することで遮断するとともに、可視光を透過させる光学フィルタである。後述の撮像素子２１０で生成される画像に対する赤外光による影響を低減することができる。
【０１１７】
撮像素子２１０は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなり、入射した光から画像を生成することができる。撮像素子２１０は、ＩＲカットフィルタ２０９を通過した光を受光するように配置されている。したがって、撮像素子２１０には、物体側から入射した光に対し、光透過率可変素子２０１によって光量が調節され、ＩＲカットフィルタ２０９によって赤外光が遮断された光が入射することになる。
【０１１８】
次に、光透過率可変素子２０１の構成について説明する。図９は、本第２の実施形態における光透過率可変素子２０１、ＩＲカットフィルタ２０９、撮像素子２１０を示す模式図である。図９（ａ）は、正面から見た模式図、図９（ｂ）は断面を示す模式図である。第２の実施形態における光透過率可変素子２０１は、ここでは、有機ＥＣ素子２１１と、赤外ＬＥＤ２１８、フォトトランジスタ２１９、制御回路２２０を含む。
【０１１９】
なお、有機ＥＣ素子２１１は、図２を参照して第１の実施形態で説明したものと同様の構成を有し、上述したランベルト・ベールの法則に従って、その透過率を変更することができるため、ここでは説明を省略する。
【０１２０】
赤外ＬＥＤ２１８は、赤外光領域にピーク発光波長を持つＬＥＤ（発光手段）であり、有機ＥＣ素子２１１に対してＩＲカットフィルタ２０９側（撮像素子側）に配置されており、本第２の実施形態では、そのピーク発光波長を８００ｎｍとする。電圧を印加することで、赤外ＬＥＤ２１８は発光部２１８ａから外部に赤外光を発光する。発光部２１８ａは、光軸方向について、ＩＲカットフィルタ２０９より物体側に配置される。したがって、発光部２１８ａと撮像素子２１０との間にＩＲカットフィルタ２０９が配置されることになる。また、図９（ｂ）中、点線矢印で示す赤外ＬＥＤ２１８の発光方向は、物体側から撮像素子２１０への光の入射方向とは逆方向である。したがって、発光部２１８ａから発光された赤外光が直接撮像素子２１０に入射することがなく、撮影画像に与える影響を低減できる。
【０１２１】
フォトトランジスタ２１９は、赤外ＬＥＤ２１８のピーク発光波長を含む波長範囲に感度を持つフォトトランジスタ（検出手段）であり、有機ＥＣ素子２１１に対して物体側に配置されている。受光面２１９ａは有機ＥＣ素子２１１を挟んで発光部２１８ａと対向しており、赤外ＬＥＤ２１８が発光する光を受光して、受光した光量に対応した電気信号を出力する。
【０１２２】
制御回路２２０は、内部に外部電源を備え、有機ＥＣ素子２１１、赤外ＬＥＤ２１８、フォトトランジスタ２１９にそれぞれ電気的に接続されている。赤外ＬＥＤ２１８に流れる電流を制御する定電流制御を行うことで、発光部２１８ａの発光量を変化させることができる。また、フォトトランジスタ２１９から出力される電気信号に応じて、外部電源から有機ＥＣ素子２１１に印加される電圧を制御し、有機ＥＣ素子２１１の透過率を変化させることができる。
【０１２３】
赤外ＬＥＤ２１８が発光する光は、有機ＥＣ素子２１１の透過率によって減衰された後、フォトトランジスタ２１９によって受光される。したがって、赤外ＬＥＤ２１８の光量を一定にした場合、フォトトランジスタ２１９で検出される光量及びフォトトランジスタ２１９から出力される電気信号は、有機ＥＣ素子２１１の透過率に応じて変化することになる。すなわち、フォトトランジスタ２１９は、有機ＥＣ素子２１１の透過率を検出することができる。
【０１２４】
制御回路２２０は、フォトトランジスタ２１９から出力される電気信号が所定の目標値に近づくように、有機ＥＣ素子２１１に印加する電圧をフィードバック制御することができる。したがって、温度や着色時間により有機ＥＣ素子２１１の特性が変化したとしても、有機ＥＣ素子２１１の透過率を目標値に対して正確に制御することが可能となる。
【０１２５】
赤外ＬＥＤ２１８及びフォトトランジスタ２１９は、正面から見てＩＲカットフィルタ２０９の外側に配置されている。また、不図示の遮光部材によって、正面から見てＩＲカットフィルタ２０９の外側にはカメラユニット２０３の外部から外光が入射しないように遮光されている。したがって、後述するフォトトランジスタ２１９に外光が入射することはなく、赤外ＬＥＤ２１８から発光された光のみが入射する。したがって、外光の入射による誤差が発生せず、より正確なフィードバック制御が可能となる。
【０１２６】
次に、各部材の分光特性について説明する。図１０は、有機ＥＣ素子２１１の透過率スペクトルを示したグラフである。本第２の実施形態では、制御回路２２０はＰＷＭ制御のデューティー比を変えることによって有機ＥＣ素子２１１に印加する電圧を制御している。図１０は、デューティー比Ａ％、Ｂ％、Ｃ％、Ｄ％、Ｅ％のそれぞれの透過率を示している。デューティー比はＡ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｅの関係にあり、実効電圧はＡ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｅの関係にある。デューティー比を高めることで印加する実効電圧を大きくすると、有機ＥＣ材料のカチオンの濃度が大きくなり、透過率が小さくなることがわかる。第２の実施形態の有機ＥＣ材料は、吸収波長の異なる複数の材料を混合することで、可視光域において透過率が均一になる、すなわち波長平坦性が確保できるように調整してある。そのため、透過率は可視光の中心を含む５００〜７００ｎｍでほぼ均一となっている。また、印加電圧によって透過率が変化する波長域は、例えば４５０〜８５０ｎｍとなっている。
【０１２７】
ＥＣ材料やその混合比を変更することで、印加電圧によって透過率が変化する波長域を拡大することも可能であるが、透過率の波長平坦性を調整することが難しくなる。撮影画像で用いられる可視光域での透過率の波長平坦性など各種特性への影響を最小化するため、印加電圧によって透過率が変化する波長域は、可視光域とほぼ一致するようにＥＣ材料が調整されることが望ましい。
【０１２８】
図１１は、デューティー比と有機ＥＣ素子２１１の透過率との関係を示したグラフである。７００ｎｍではデューティー比の対数に比例して透過率が単純減少し、デューティー比がＢ％からＥ％へと上昇させた時に透過率が大きく低下する。８００ｎｍでは、７００ｎｍよりは変化量は小さいが、同様に透過率が低下する。一方、９００ｎｍでは、８００ｎｍと比較しても、透過率がほとんど変化しない。すなわち、７００ｎｍ及び８００ｎｍではデューティー比すなわち印加電圧に応じて透過率が変化しているが、９００ｎｍでは透過率がほぼ変化していないことがわかる。
【０１２９】
図１２は、ＩＲカットフィルタ２０９の透過率スペクトルを示したグラフである。ＩＲカットフィルタ２０９は半値波長が６５０ｎｍの吸収タイプのフィルタである。赤外ＬＥＤ２１８のピーク波長である８００ｎｍ周辺では透過率が十分に低い。
【０１３０】
図１３は、ＬＥＤの発光スペクトルを示したグラフである。ＬＥＤＡとＬＥＤＣは従来例としてのＬＥＤの特性を示し、ＬＥＤＢは第２の実施形態の赤外ＬＥＤ２１８の特性を示している。
【０１３１】
仮に、ＬＥＤＡで示す従来例としてのＬＥＤを光透過率可変素子２０１に用いた場合を考える。ＬＥＤＡのピーク発光波長は６５０ｎｍである。一般的な赤色ＬＥＤはピーク発光波長が６５０ｎｍ前後であることが多く、ＬＥＤＡの特性に近い。図１２で示したように、６５０ｎｍはＩＲカットフィルタ２０９の半値波長であり、ＬＥＤＡで示すＬＥＤで発光した光は、ある程度ＩＲカットフィルタ２０９を透過してしまう。そのため、ＬＥＤで発光した光がカメラユニット２０３の内面で反射するなどして、ＩＲカットフィルタ２０９を透過して撮像素子２１０に到達した場合には、撮影画像に影響を与えてしまう虞がある。
【０１３２】
また、仮にＬＥＤＣで示す従来例としてのＬＥＤを光透過率可変素子２０１に用いた場合を考える。ＬＥＤＣのピーク発光波長は９００ｎｍである。一般的な近赤外ＬＥＤはピーク発光波長が９００ｎｍ前後であることが多く、ＬＥＤＣの特性に近い。しかしながら、図１１で示したように、９００ｎｍでは有機ＥＣ素子２１１の透過率は変化しない。そのため、フォトトランジスタ２１９で検出される光量もほぼ変化せず、有機ＥＣ素子２１１の透過率を検出してフィードバック制御する際の精度が低下してしまう。
【０１３３】
そこで、第２の実施形態ではＬＥＤＢを赤外ＬＥＤ２１８として用いる。この場合のピーク波長は８００ｎｍである。赤外ＬＥＤ２１８のピーク波長はＩＲカットフィルタ２０９の半値波長６５０ｎｍより長く、発光した光の多くはＩＲカットフィルタ２０９により減衰される。したがって、反射などにより赤外ＬＥＤ２１８から撮像素子２１０に到達する光は大幅に減少し、撮影画像への影響を低減することができる。また、赤外ＬＥＤ２１８のピーク波長は、印加電圧によって有機ＥＣ素子２１１の透過率が変化する波長域にあって、特に、有機ＥＣ素子２１１が印加電圧に応じて透過率が変化しなくなる９００ｎｍより短い。そのため、印加電圧によって有機ＥＣ素子２１１の透過率が変化すると、フォトトランジスタ２１９で検出される光量が変化する。したがって、フォトトランジスタ２１９から出力される電気信号によって有機ＥＣ素子２１１の透過率を検出し、フィードバック制御することが可能となる。
【０１３４】
なお、赤外ＬＥＤ２１８の代わりに、紫外光を発光するＬＥＤを使うことも考えられる。紫外光を利用することで撮影画像への影響を低減できるが、エネルギーが高く、ＥＣ材料が破壊されてしまう恐れがある。したがって、本第２の実施形態の撮像装置２００では、赤外光を発光する赤外ＬＥＤ２１８を用いる事で、有機ＥＣ素子２１１の信頼性を確保した上で、撮影画像への影響を低減しながら有機ＥＣ素子２１１の透過率を検出することができる。
【０１３５】
また、本実施形態で示した光透過率可変素子２０１として、液晶を用いた液晶ＮＤ素子を使用してもよい。有機ＥＣ素子２１１と同様の透過率分光特性を持っている液晶ＮＤ素子であれば、本第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３６】
有機ＥＣ素子２１１は、部分的な集光や重力によって、光軸に直交する面内で透過率や波長平坦性にムラが発生する場合がある。ムラが発生すると、図９（ａ）に示す撮像素子２１０の撮像範囲における有機ＥＣ素子２１１の透過率や色と、図９（ｂ）に示す受光面２１９ａにおける有機ＥＣ素子２１１の透過率や色が異なり、正確なフィードバック制御ができない。したがって、このムラを検出するムラ検出手段をさらに設け、ムラが所定以上である場合は有機ＥＣ素子２１１のフィードバック制御を停止するフィードバック停止手段を設けてもよい。フィードバック制御が停止している間は、制御回路２２０の内部に記憶してある印加電圧と透過率のテーブルを参照して有機ＥＣ素子２１１の印加電圧を決定する、いわゆるオープン制御を行う。
【０１３７】
ムラ検出手段は、外光を遮断するシャッタ及び光軸に直交する面内の複数点で有機ＥＣ素子２１１の透過率や波長平坦性を検出する透過率検出手段によって構成することができる。この場合、ムラを検出している間は、赤外ＬＥＤ２１８の発光を禁止するか、透過率検出手段の一部として機能することが望ましい。また、ムラ検出手段は撮像装置１００の電源をＯＮする際や、撮影開始前にムラの検出を行ってもよい。
【０１３８】
上記の通り第２実施形態によれば、光透過率可変素子の透過率を検出し、検出した透過率に基づいて光透過率可変素子の透過率をフィードバック制御することで、所望の透過率となるように制御することができる。
【０１３９】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、第２の実施形態で説明した撮像装置２００のＩＲカットフィルタ２０９の構成を変更したものである。したがって、第２の実施形態と同じ構成には同じ符号を用い、適宜説明を省略する。
【０１４０】
図１４は、第３実施形態における光透過率可変素子３０１、ＩＲカットフィルタ３０９、撮像素子２１０を示す模式図であり、第２実施形態の図９に相当する。第３の実施形態では、光透過率可変素子２０１に、赤外ＬＥＤ２１８の代わりに赤外ＬＥＤ３１１が設けられ、可視光カットフィルタ３１２が追加されている点、ＩＲカットフィルタ２０９の代わりにＩＲカットフィルタ３０９が設けられている点が、図９と異なる。
【０１４１】
赤外ＬＥＤ３１１は、ピーク発光波長が７５０ｎｍのＬＥＤであり、第２実施形態の赤外ＬＥＤ２１８よりピーク発光波長が短い。ＩＲカットフィルタ３０９は、半値波長が６５０ｎｍの反射タイプのフィルタである。可視光カットフィルタ３１２は、赤外ＬＥＤ３１１の発光方向において発光部３１８ａと重なるように設けられており、赤外ＬＥＤ３１１で発光される光のうち、赤外ＬＥＤ３１１のピーク発光波長より短い所定の遮断波長以下の波長の光を遮断する。可視光カットフィルタ３１２は、請求項中の第２光学フィルタに相当し、その遮断波長を７００ｎｍとする。
【０１４２】
図１５は、第３の実施形態における、ＩＲカットフィルタ３０９の透過率スペクトルと、赤外ＬＥＤ３１１の発光スペクトルを示したグラフである。ＩＲＣＦはＩＲカットフィルタ３０９の透過率を示している。ＩＲカットフィルタ３０９は反射タイプのフィルタであり、図７で示したＩＲカットフィルタ２０９に対して急峻な分光特性を示している。約６７５ｎｍ以上の波長で透過率がゼロとなる。また、ＬＥＤ＋ＣＦは可視光カットフィルタ３１２を透過した後の赤外ＬＥＤ３１１の光出力を示している。可視光カットフィルタ３１２によって７００ｎｍ以下の波長で光出力がゼロとなる。すなわち、赤外ＬＥＤ３１１から発光された反射光はＩＲカットフィルタ３０９で遮断される。したがって、本第３の実施形態の撮像装置は、第２の実施形態と同様に、光透過率可変素子の透過率を検出し、検出した透過率に基づいて光透過率可変素子の透過率をフィードバック制御することで、所望の透過率となるように制御することができる。
【０１４３】
第３の実施形態では、第２実施形態よりも赤外ＬＥＤのピーク発光波長を小さくしても同様の効果を得ることができる。図６で示したように、７００〜９００ｎｍの赤外域では、波長が小さいほど印加電圧に応じて有機ＥＣ素子２１１の透過率が変化しやすい。したがって、第３の実施形態では、透過率の変化を検出しやすくなり、より正確なフィードバック制御が可能となる。
【０１４４】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、第２の実施形態で説明した撮像装置２００のＩＲカットフィルタ２０９の構成を変更したものである。したがって、第２の実施形態と同じ構成には同じ符号を用い、適宜説明を省略する。
【０１４５】
図１６は、第４実施形態における光透過率可変素子４０１、ＩＲカットフィルタ２０９、撮像素子２１０を示す模式図であり、第２実施形態における図９に相当する。第４の実施形態では、アクチュエータ４１３及びセンサ４１４が追加されている点が、図９と異なる。
【０１４６】
アクチュエータ４１３は、撮像素子２１０と不図示の部材にて一体に固定されており、電気信号または撮影者の操作によりＩＲカットフィルタ２０９の位置を変更することができる（光路から挿抜可能）。アクチュエータ４１３によって、ＩＲカットフィルタ２０９は、光軸方向から見て撮像素子２１０の撮像範囲と重なる挿入位置（図中実線で示す）から、光軸方向から見て撮像素子２１０の撮像範囲と重ならない退避位置（図中一点鎖線で示す）に移動可能である。ＩＲカットフィルタ２０９が退避位置にあるときは、撮像素子２１０に赤外光が入射するため、例えば暗所での赤外線撮影などの用途に有用である。
【０１４７】
センサ４１４は、ＩＲカットフィルタ２０９が挿入位置と退避位置のどちらにあるか検出し、電気信号として出力することができる。
【０１４８】
制御回路４１５は、センサ４１４の出力によりＩＲカットフィルタ２０９が退避位置にあることを検出した場合、赤外ＬＥＤ２１８の発光を停止するとともに、有機ＥＣ素子２１１のフィードバック制御を停止し、オープン制御を行う。オープン制御では、制御回路４１５の内部に記憶してある印加電圧と透過率のテーブルを参照して有機ＥＣ素子２１１の印加電圧を決定する。
【０１４９】
ＩＲカットフィルタ２０９が退避位置にあるときは、赤外ＬＥＤ２１８で発光し、カメラユニット３０３の内面で反射するなどして撮像素子２１０に到達した光はＩＲカットフィルタ２０９により減衰されない。したがって、撮像素子２１０で得られる撮影画像に影響が生じる可能性がある。しかし、第４の実施形態では、ＩＲカットフィルタ２０９が退避位置にあることを検出して赤外ＬＥＤ２１８の発光を停止するため、撮影画像への影響を低減することができる。
【０１５０】
上記の通り第４の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１５１】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。始めに、図１７と図１８を参照して、第５の実施形態における撮像装置の概念的な構成について説明する。
【０１５２】
図１７は、第５の実施形態の撮像装置５００の機械的な概略構成を示す模式図である。図１７（ａ）は外観の斜投影図であり、図１７（ｂ）は断面模式図である。図１７において、撮像装置５００は、第一の撮像素子５０１ａ、第二の撮像素子５０１ｂ、レンズ群５０２（撮像光学系）、ビームスプリッタ５０３（分離手段）、透過型光学素子に相当する光透過率可変素子５０４、モニタ５０５を含む。５０２ａ〜５０２ｃは撮像光軸である。なお、第５の実施形態における撮像装置５００は、他にも各種の操作部材や、各種演算・制御を行うための電子部品、放熱部材等の様々な部材を有しているが、本発明の要部ではないため、図１７では図示を省略している。
【０１５３】
第５の実施形態における第一の撮像素子５０１ａと第二の撮像素子５０１ｂは、共にレンズ群５０２により集光、結像される被写体光を光電変換し、画像信号として出力する。このうち、第一の撮像素子５０１ａは一般的な撮像装置における静止画や動画を撮影するための撮像素子に相当し、一般的なＣＭＯＳセンサや、ＣＣＤセンサ等を利用することができる。一方、第二の撮像素子５０１ｂは、詳細は後述するが、本発明において第一の撮像素子５０１ａの補助的に利用されるものであり、一般的なＣＭＯＳセンサや、ＣＣＤセンサ等の他、二次元平面内の光強度分布を取得することが可能な光位置センサ（ＰＳＤ）や、自動測光用のＡＥセンサ等を利用することができる。なお、第一の撮像素子５０１ａ及び第二の撮像素子５０１ｂの種類を制限するものではない。
【０１５４】
ビームスプリッタ５０３はレンズ群５０２の撮像光軸５０２ａ上に配置されており、レンズ群５０２を通る不図示の撮像光束の一部を透過するとともに、一部を反射し、主要な２つの光束に分割する。これにより、撮像光軸５０２ａが２つに分割されるため、図１７では、それぞれの光軸を透過後は５０２ｂ、反射後は５０２ｃと記載している。更に、撮像光軸５０２ｂと５０２ｃに対して、それぞれ第一の撮像素子５０１ａ及び第二の撮像素子５０１ｂが軸上に位置するように配置されている。
【０１５５】
光透過率可変素子５０４は撮像光軸５０２ｂ上に固定的に配置されており、レンズ群５０２とビームスプリッタ５０３を通り、第一の撮像素子５０１ａ上に結像する、不図示の撮像光束の光量を制御する。このような光透過率可変素子５０４としては、例えば、液晶素子や、図２を参照して上述した有機エレクトロクロミック（ＥＣ）素子を利用することができる。
【０１５６】
第一の撮像素子５０１ａと第二の撮像素子５０１ｂは、共にレンズ群５０２により集光、結像される光束を撮像するため、それぞれ撮像光軸５０２ｂと５０２ｃ上において、レンズ群５０２からの光路長が略等しくなる位置に配置される。
【０１５７】
以上説明した構成をとることで、第５の実施形態の撮像装置５００は、同じレンズ群５０２により集光、結像される、光透過率可変素子５０４を透過した光束を撮像した第一の画像と、光透過率可変素子５０４を透過しない光束を撮像した第二の画像の２種類の画像を同時的に取得することができる。
【０１５８】
図１８は、撮像装置５００の機能構成を示すブロック図である。なお、図１８において、図１７中で図示したものと同一の構成については同一の番号を付している。図１８において、第一の撮像素子制御部５１１ａ及び第二の撮像素子制御部５１１ｂは、それぞれ第一の撮像素子５０１ａ及び第二の撮像素子５０１ｂを制御する。また、撮像光学系制御部５１２は、レンズ群５０２を制御し、光透過率可変素子制御部５１４は、光透過率可変素子５０４の透過率を制御する。さらに、撮像装置５００は、メインＣＰＵ５２０、第一のメモリ５２１ａ及び第二のメモリ５２１ｂ、画像調整部５２２、露出差検出部５２３、露出補正部５２４を有する。本第５の実施形態の撮像装置５００は、他にも様々な演算・制御部を有しているが、本発明の要部ではないため、図１８では図示を省略している。
【０１５９】
メインＣＰＵ５２０は、撮像装置５００における撮影や設定等の各種の動作時の主要な演算及び制御を行う。例えば、メインＣＰＵ５２０は、第一及び第二の撮像素子制御部５１１ａ，５１１ｂや、撮像光学系制御部５１２、光透過率可変素子制御部５１４、モニタ５０５等に制御信号を出力することで、各種の撮影に関わる各部の駆動制御を直接または間接的に行う。また、メインＣＰＵ５２０は、第一及び第二の撮像素子制御部５１１ａ，５１１ｂを通じて、第一及び第二の撮像素子５０１ａ，５０１ｂが出力する画像信号を取得し、各種の画像処理を行うことができる。
【０１６０】
画像調整部５２２、露出差検出部５２３、露出補正部５２４は、第一の撮像素子５０１ａで撮影した画像に関する露出誤差の検出及び補正を行う。本第５の実施形態においては、これらの構成はメインＣＰＵ５２０の機能の一部として実装されるものとして説明するが、別途独立した制御部として実装されてもよい。
【０１６１】
光透過率可変素子５０４は、例えば、図２を参照して上述した有機ＥＣ素子、または、液晶素子などにより構成されている。そのような光透過率可変素子５０４を内蔵することで、撮像装置５００は、光透過率可変素子５０４を利用した多彩な撮影表現や、高品位な動画撮影を、多くのシーンにおいて行うことができる。一方、光透過率可変素子５０４は、動作時の濃度誤差、すなわち、全体的な濃度が意図したレベルからずれてしまう濃度ズレや、透過面内で場所により濃度の濃淡を生じてしまう濃度ムラ等を生じることがある。そのような場合には、撮影する画像に露出誤差、すなわち露出ズレや露出ムラを重畳させてしまう可能性がある。
【０１６２】
特に、図２で説明した構成の有機ＥＣ素子を有する光透過率可変素子５０４は、材料の電気化学反応を利用した濃度制御原理であるがゆえに、温度の影響を受けやすい。例えば撮像装置５００を高温環境下に長時間放置した場合は全体の温度が上昇し、主として濃度ズレを生じる可能性がある。また、例えば撮像装置５００で動画を長時間撮影した場合は、内部の電子部品が多量の熱を発生し、その熱が局所的に光透過率可変素子５０４に伝わることで、濃度ムラを生じる可能性もある。
【０１６３】
撮像装置５００は、上記のような光透過率可変素子５０４の濃度誤差を生じた場合も、撮影する画像に重畳される露出誤差の影響を高精度に補正することが可能な構成及び補正手法を有している。続いて、以上説明した露出誤差の詳細と、その補正方法について説明する。
【０１６４】
図１９は、第５の実施形態の撮像装置５００における露出誤差の発生原理を説明する模式図である。各種の撮影時の第一及び第二の撮像素子５０１ａ，５０１ｂから得られる第一及び第二の画像の露出状態の模式図と、光透過率可変素子５０４の濃度状態を示している。図１９において、１９００は被写体、１９１０ａは第一の撮像素子５０１ａから得られる、後述する画像調整部５２２による画像調整前の第一の画像、１９１０ｂは第二の撮像素子５０１ａから得られる画像調整前の第二の画像を表している。１９１１ａ及び１９１１ｂはそれぞれ画像調整後の第一及び第二の画像を示す。また、１１４０は光透過率可変素子５０４の駆動指示値を、１９４０は光透過率可変素子５０４の透過面内における、撮像領域の実際の濃度状態の模式図をそれぞれ示す。なお、それぞれの画像及び光透過率可変素子５０４の模式図の大きさは説明ための便宜的なものであり、実際の大小関係を反映するものではない。
【０１６５】
また、図１９においては、以降の説明の便宜を図るために、画像及び光透過率可変素子５０４の模式図には、併せて、数値による露出状態及び濃度状態の指標を示している。それぞれ、画像の露出状態の指標はＥＶ値の差分であり、ＥＶ±０が適切な露出状態、すなわち、意図した通りの明るさが得られている状態を示している。これに対して、ＥＶ＋は露出オーバーの状態、すなわち、明るさが過剰な状態を示しており、反対に、ＥＶ−は露出アンダーの状態、すなわち、明るさが不足した状態をしている。また、光透過率可変素子５０４の濃度状態の指標は透過率（全光線平均値、略号Ｔ）である。なお、画像及び光透過率可変素子５０４共に、面内における露出及び濃度ムラの影響を、数値のプラスマイナスにより概念的に表現している。例えば、数値が±０である場合は、露出及び濃度ムラが無いことを示している。
【０１６６】
更に、図１９ではビームスプリッタ５０３の分光割合（透過光量と反射光量の比率）を数値で付記している。第５の実施形態においては、第一の撮像素子５０１ａから得られる第一の画像１９１０ａが主として撮影する画像であるため、第一の画像１９１０ａの撮像光束となるビームスプリッタ５０３の透過光束の割合がなるべく大きくなるように設定している。
【０１６７】
図１９（ａ）は光透過率可変素子５０４が意図した通りに動作し、濃度誤差が無い状態を、図１９（ｂ）は光透過率可変素子５０４に濃度ズレが生じた状態を、図１９（ｃ）は光透過率可変素子５０４に濃度ムラが生じた状態を示す。図１９（ａ）〜（ｃ）それぞれにおいて、画像は後述する露出補正を行う前の露出状態を示している。
【０１６８】
図１９では、撮像装置５００において光透過率可変素子５０４が有用に機能するシーンの一例として、被写体１９００として、日中の屋外で走り回る犬を長秒露光により流し撮りするシーンを想定している。このようなシーンでは、光量が過剰となり、撮影する画像は露出オーバーとなりがちであるが、光透過率可変素子５０４を動作させて撮影光束を減光させることで、適切な露出で撮影を行うことができるようになる。図１９では、設定の一例として、撮影光量を二分の一にする、すなわち、撮像装置５００のシステムとしての減光設定がＮＤ２となるように設定している。その上で、第一の画像１９１１ａが適切な露出状態（ＥＶ±０）で得られるように、各種の露出条件（レンズ群５０２の絞り値、露光時間、ＩＳＯ感度等）を手動で設定した状態を想定して図示している。ここで言う手動とは、撮像装置５００に内蔵される不図示の自動測光（ＡＥ）手段を使用せず、別途測光装置を用いて測定した被写体輝度に合わせて、露出条件を手動で設定した状態を示している。
【０１６９】
図１９では、システムとしての減光設定がＮＤ２となるようにするために、光透過率可変素子５０４は透過率が約５５％（Ｔ＝５５％）となるような駆動指示が行われている。
【０１７０】
ここで、第５の実施形態においては、ビームスプリッタ５０３により撮像光束を２つに分割して撮影を行っている。そのため、画像調整前の第一の画像１９１０ａの露出状態は、光透過率可変素子５０４で減光処理を行わない場合（透過率が１００％の場合）でも、ビームスプリッタ５０３が無い一般の撮像装置で同じ露出条件で撮影したものよりも暗くなる。また、限定的な条件下を除き、第二の画像１９１０ｂの露出は第一の画像１９１０ａの露出とは揃わない。更に、第二の画像１９１０ｂは、第二の撮像素子５０１ｂに第一の撮像素子５０１ａと同じ大きさの物を用いない限り、第一の画像１９１０ａとは撮像範囲が揃わない。したがって、第一及び第二の撮像素子５０１ａ，５０１ｂから得られる第一及び第二の画像１９１０ａ，１９１０ｂは、保存や後述する比較処理を行う前に、画像調整部５２２により各種の画像調整を行い、露出と撮像範囲を揃えることが望ましい。
【０１７１】
画像調整の具体的な内容として、第一及び第二の画像１９１０ａ，１９１０ｂはそれぞれ、ビームスプリッタ５０３の反射及び透過により低減した分の光量を回復するように感度調整（ゲイン調整）を行うとよい。さらに、第二の画像１９１０ｂは仮想的に光透過率可変素子５０４が適用され、第一の画像１９１０ａと露出が揃うように、感度調整（ゲイン調整）を行うとよい。また、補正用の第二の画像１９１０ｂの撮像範囲が第一の画像１９１０ａの撮像範囲と揃うように、第二の画像１９１０ｂをトリミング及び（画像解像度の）拡大縮小をするとよい。これらの画像調整のパラメータは、いずれも撮像装置１００におけるビームスプリッタ５０３及び第二の撮像素子５０１ｂの設計内容及び組み立て時の調整結果と、光透過率可変素子５０４の駆動指示内容により、一意に決めることができる。また、感度調整やトリミング、拡大縮小等の個々の処理については、基本的な画像処理手法であるため、詳細な説明は省略する。
【０１７２】
なお、画像調整を行うにあたり、システムとしての第一の画像１９１０ａの減光設定を、ビームスプリッタ５０３により第一の画像１９１０ａの光量が低減する分よりも大きくなるように設定する場合は、次のように光透過率可変素子５０４を駆動するとよい。すなわち、上記の画像調整における第一の画像１９１０ａの感度調整処理（ゲインアップ）は行わずに、ビームスプリッタ５０３による光量の低減分を差し引いて光透過率可変素子５０４を駆動するようにするとよい。この場合、増感処理を行わないため、階調保持やノイズ対策の点でより高画質な画像を得ることができる。図１９における第一の画像１９１１ａはこのような処理がなされており、これより、図１９に示す条件においては、画像調整前後の第一の画像１９１０ａ，１９１１ａは同様である。また、図１９において、画像調整前の第二の画像１９１０ｂは、ビームスプリッタ５０３の分光比率及び光透過率可変素子５０４の濃度設定に応じたゲインアップと、第一の画像１９１１ａに合わせたトリミング及び拡大縮小がなされて調整後の画像１９１１ｂとなる。
【０１７３】
これに対して、光透過率可変素子５０４が指示値よりも濃くなる濃度ズレを生じた図１９（ｂ）の条件においては、画像調整前後の第一の画像１９１０ａ，１９１１ａは濃度ズレの影響を受けて、想定よりも暗くなる露出ズレが重畳された状態となる。一方、画像調整前の第二の画像１９１０ｂは光透過率可変素子５０４を透過しない光束（ビームスプリッタ５０３の反射光束）を撮像しているため、露出ズレは重畳されていない。更に、画像調整は光透過率可変素子５０４の駆動指示内容に基づいて行われるため、画像調整後の第二の画像１９１１ｂには露出ズレは重畳されず、図１９（ａ）の場合と同様の画像が得られる。
【０１７４】
同様に、光透過率可変素子５０４が濃度ムラを生じた図１９（ｃ）の条件においては、画像調整後の第一の画像１９１１ａは濃度ムラの影響を受けて、露出ムラが重畳された状態となる一方で、画像調整後の第二の画像１９１１ｂは露出ムラが重畳されず、図１９（ａ）の場合と同様の画像が得られる。
【０１７５】
ここまで、光透過率可変素子５０４に濃度ズレ及び濃度ムラがそれぞれ個別に生じた場合について説明したが、実際にはこれらが同時に発生する場合もある。その場合、第一の画像１９１１ａには露出ズレ及び露出ムラが同時に重畳するが、第二の画像１９１１ｂにはどちらも重畳せず、やはり図１９（ａ）と同様の適切な露出状態の画像が得られる。
【０１７６】
以上を鑑みると、本実施形態の撮像装置５００において、光透過率可変素子５０４に濃度誤差を生じ、第一の画像１９１１ａに露出誤差が重畳される場合も、第二の画像１９１１ｂは露出誤差のない画像が得られる。したがって、第二の画像１９１１ｂを適正な露出状態の目安として、第二の画像１９１１ｂに対する第一の画像１９１１ａの差分が解消されるように光透過率可変素子５０４の駆動制御や第一の画像の露出補正を行う。これにより、第一の画像１９１１ａに重畳される露出誤差の影響を補正することができる。
【０１７７】
図２０は、第５の実施形態の撮像装置５００における、第一の画像１９１１ａに重畳される露出誤差の補正方法を説明するフローチャートである。図２０（ａ）が補正のメインルーチンであり、図２０（ｂ）と図２０（ｃ）はそのサブルーチンである。図２０に示す処理は、メインＣＰＵ５２０において、その機能である露出差検出部５２３及び露出補正部５２４により実行される。
【０１７８】
始めに、図２０（ａ）のメインルーチンについて、図１９を参照して説明した例と照らし合わせながら説明する。メインルーチンは１回の静止画撮影毎、または動画の１フレーム撮影毎に適用することができる。本実施形態における補正方法では、大別して高速モードと通常モードの２種類のモードを選択することができるため、撮像装置５００での撮影時に補正を行うにあたっては、予めどちらかのモードを選択しておくようにする。詳細は後述するが、前者の高速モードは補正に要する時間の短縮を優先して、高精度化のためのいくつかのステップをスキップするものである。よって、例えば静止画の連写時や、動画撮影時に高頻度で補正を実行したい場合には高速モードを適用するとよい。
【０１７９】
補正に先立ち、まず、Ｓ５０１において、システム減光設定を決定し、その設定に応じて光透過率可変素子５０４を駆動する。この処理は、図１９に示した例において、システム減光設定をＮＤ２として、光透過率可変素子５０４の透過率が５５％となるように駆動制御したことに相当する。前回のフロー実行時から変化がない場合は、Ｓ５０１をスキップすることができる。
【０１８０】
次に、Ｓ５０２において、画像調整部５２２による画像調整が行われた後の第一の画像１９１１ａと、第二の画像１９１１ｂを取得する。これらの画像は、露出誤差補正前のものである。
【０１８１】
次に、Ｓ５０３において、通常モードであるか否かを判定する。通常モードである場合はＳ５０４に進み、通常モードでは無く、高速モードである場合はＳ５０７に進む。通常モードにおける処理として、Ｓ５０４では、露出差検出部５２３により、第一の画像１９１１ａと第二の画像１９１１ｂを比較することで、光透過率可変素子５０４の濃度誤差のうち、特に濃度ズレ成分の大きさを推定する、濃度ズレ推定処理を行う。この濃度ズレ推定処理の詳細は図２０（ｂ）を参照して後述するが、本処理を経ることで、光透過率可変素子５０４の濃度ズレ成分を０にするための濃度ズレ補正量を導出することができる。濃度ズレ推定処理後、Ｓ５０５に進み、露出補正部５２４により、光透過率可変素子５０４の濃度ズレ補正を行う。
【０１８２】
Ｓ５０５では、光透過率可変素子５０４の濃度ズレ補正として、露出補正部５２４により、駆動指示値１１４０を更新する。これにより、光透過率可変素子制御部５１４から光透過率可変素子５０４への印加電圧が制御されることで濃度補正がなされる。その後、Ｓ５０６に進み、再度第一の画像１９１１ａと、第二の画像１９１１ｂを取得する。Ｓ５０５で濃度ズレ補正を行っているため、ここで取得される第一の画像１９１１ａは、Ｓ５０２で取得した第一の画像１９１１ａと比べて、露出誤差に含まれる露出ズレ成分はより小さいものとなる。
【０１８３】
次に、Ｓ５０７では、露出差検出部５２３により、第一の画像１９１１ａと第二の画像１９１１ｂを比較することで、第一の画像１９１１ａに重畳されている露出ズレ及び露出ムラ成分をまとめて検出する、露出誤差検出処理を行う。露出誤差検出処理の詳細は図２０（ｃ）を参照して後述するが、本処理を経ることで、第一の画像１９１１ａの所定の分割領域毎の露出補正量を導出することができる。この後、Ｓ５０８に進み、露出補正部５２４により、露出誤差補正を行う。
【０１８４】
Ｓ５０８では、露出誤差補正として、露出補正部５２４により、第一の画像１９１１ａの分割領域毎にゲイン調整を行う。これにより、露出誤差が補正された第一の画像１９１１ａが得られ、補正が完了する。
【０１８５】
次に、Ｓ５０４で行われる濃度ズレ推定処理について、図２０（ｂ）を参照して説明する。濃度ズレ推定処理では、まずＳ５１１において、第一及び第二の画像１９１１ａ，１９１１ｂについてそれぞれ、画像全体としての平均の露出値を導出する（例えば、ＥＶ＋１とＥＶ±０等）。この際、中央重視や、測距点重視等の各種の重みづけ処理を行ってもよい。次に、Ｓ５１２に進み、導出した第一及び第二の画像の露出値の差分をとる（例えば、ΔＥＶ＋１）。更に、Ｓ５１３に進み、これを相当する濃度差分値に変換する（例えば、ΔＴ＝５０％）。その後、Ｓ５１４に進み、濃度差分値が適用されるように、光透過率可変素子５０４の駆動制御を行う濃度ズレ補正量（例えば、透過率の指示値や電圧値等）を推定する。以上の処理により濃度ズレ推定処理が完了し、濃度ズレ補正量を出力することができる。
【０１８６】
次に、Ｓ５０７で行われる露出誤差検出処理について、図２０（ｃ）を参照して説明する。露出誤差検出処理は、まずＳ５２１において、第一及び第二の画像１９１１ａ，１９１１ｂをそれぞれ、露出ムラの検出用に、所定の領域毎に仮想的に分割する。次に、Ｓ５２２に進み、領域毎に領域内の平均の露出値を計算する。その後、Ｓ５２３に進み、領域毎に露出差分をとる。以上の処理により露出誤差検出処理が完了し、領域毎の露出補正量を出力することができる。
【０１８７】
図２１は、図２０のフローチャートに示す処理により、第一の画像１９１０ａの露出誤差が補正される様子を示す模式図である。図は通常モードにおける処理内容を示している。ここでは図示の便宜を図るために、各ステップにおける第一及び第二の画像１９１１ａ，１９１１ｂ、及び光透過率可変素子５０４の模式図の上に重ねて、露出状態の指標となるＥＶ値と、濃度状態の指標となる透過率Ｔを記している。また、図１９と同様に、露出及び濃度のムラは数値のプラスマイナスにより概念的に表現している。
【０１８８】
始めに、Ｓ５０１では、システム減光設定を行う。図２１に示す例では、光透過率可変素子５０４の透過率を１００％として撮影条件を設定した場合に、第一の画像２１１０ａの露出値がＥＶ＋１でオーバーとなったために、システム減光設定をＮＤ２と設定した状態を示している。これにより、ＥＶ±０の適露出状態の第一の画像２１０１ａを得ることを想定している。以下、数値は図１９の場合と同様とする。
【０１８９】
次に、Ｓ５０２では、システム減光設定をＮＤ２とすることに伴い、光透過率可変素子５０４の濃度制御指示を透過率５５％と指定したのに対して、実際の濃度状態が透過率７０％とズレて、ムラも発生した状態を示している。この状態において、第一の画像２０１１ａには露出ズレ及び露出ムラが重畳し、露出状態は本来意図したＥＶ±０とはならない。一方、第二の画像２０１１ｂはＥＶ±０となり、本来意図した適露出が得られる。
【０１９０】
次に、Ｓ５０４に進み、露出差検出部５２３により第一の画像２０１１ａと第二の画像２０１１ｂを比較し、濃度ズレ推定処理を行う。Ｓ５１１からＳ５１２に示す露出差分演算により、露出差分値ΔＥＶ1（＝約０．５）が得られ、Ｓ５１３の濃度差分へ変換する処理により、濃度差分値ΔＴ（＝２０％）が得られる。そしてＳ５０５において、光透過率可変素子５０４の濃度ズレ補正を行った後、Ｓ５０６に進んで、再度画像を取得する。
【０１９１】
Ｓ５０６では、光透過率可変素子５０４の濃度ズレ補正後の濃度制御指示として、透過率３５％が指示されており、これに応じて、実際の光透過率可変素子５０４の濃度状態が透過率５８％となった状態を示している。すなわち、補正前の濃度状態（Ｔ＝７０％）と比べて、透過率は当初意図した値（Ｔ＝５５％）に近くなり、濃度ズレが軽減される。この状態における第一の画像２１１２ａには、Ｓ５０２で得られた第一の画像２０１１ａと比べてより小さい露出ズレ（ＥＶ＋０．１）と、露出ムラ（ＥＶ±β’）が重畳される。一方、第二の画像２１１２ｂは先のＳ５０２の場合と同様にＥＶ±０となり、本来意図した適露出の画像が得られる。
【０１９２】
次に、Ｓ５０７に進み、露出差検出部５２３により第一の画像２１１２ａと第二の画像２１１２ｂを比較し、露出誤差推定処理を行う。Ｓ５２１からＳ５２３の領域毎の露出差分演算処理により、第一の画像２１１２ａの分割領域の情報を含む露出差分値ΔＥＶ2（＝０．１±β’）が得られる。
【０１９３】
最後に、Ｓ５０８に進み、露出差分値ΔＥＶ2を基に第一の画像２１１２ａを領域毎に感度調整を行うことで、最終的に露出ズレ及び露出ムラが補正され、当初想定した第一の画像２１０１ａとほぼ等しい第一の画像２１１３ａを得ることができる。
【０１９４】
以上、図２０及び図２１に示した補正処理において、通常モードの場合は、初めに光透過率可変素子５０４の濃度ズレ補正を行った後、最小限の感度調整により第一の画像１９１１ａの露出ズレ補正を行う。そのため、高速モードの場合と比べて、階調性や低ノイズの点で有利であり、高精度な補正結果を得ることができる。
【０１９５】
上記の通り第５の実施形態における補正方法では、透過型光学素子を透過した光束を撮像した第一の画像と、透過型光学素子を透過しない光束を撮像した第二の画像をそれぞれ取得し、比較して補正を行う。そのため、透過型光学素子の濃度誤差要因によらずに、所望の露出状態の画像を得ることができる。
【０１９６】
また、本実施形態では撮像装置５００に内蔵し、濃度誤差補正を行う対象の透過型光学素子として、有機ＥＣ素子を光透過率可変素子５０４として用いた構成例を示した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、他の方式の可変ＮＤフィルタや、可変ＮＤフィルタ以外の透過型光学素子に対しても同様に適用することができる。
【０１９７】
また、本実施形態ではビームスプリッタ５０３と光透過率可変素子５０４をそれぞれ別の部材により構成したが、これらは一体化しても構わない。すなわち、例えば光透過率可変素子５０４の前面のガラス部をビームスプリッタ機能を有する光学部材で形成することで、省スペース化を図ることができる。
【０１９８】
＜第６の実施形態＞
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。第６の実施形態では、補正用の第二の画像を、空間分割ではなく、時分割で取得する。以下、図２２を参照して、第６の実施形態について説明する。
【０１９９】
上述した第５の実施形態では、ビームスプリッタ５０３を用いて撮像光束を２つに分割することにより、光透過率可変素子５０４を透過した光束を撮像する第一の画像と、可変ＮＤフィルタを透過しない光束を撮像する第二の画像の２種類の画像を取得する構成とした。これに対し、第６の実施形態では、撮像装置６００内において、光透過率可変素子５０４を撮像光軸上に挿抜させることが可能な構成として、単一の撮像素子から、時分割的に第一の画像と第二の画像が得られるようにする。
【０２００】
図２２は、第６の実施形態の撮像装置６００の機械的な概略構成を示す模式図である。なお、図２２において、図１７に示す第５の実施形態と同じ機能を有する部材については同じ番号を付している。第６の実施形態における撮像装置６００において、撮像素子６０１は第一の撮像素子５０１ａに相当し、光透過率可変素子６０４は軸６１４を略中心として回動可能に配置され、ガラス部材６０７は軸６１７を略中心として回動可能に配置される。また、６０８ａ及び６０８ｂは、それぞれ、光透過率可変素子６０４及びガラス部材６０７を不図示のギアを介して回動させる駆動部材であるモータを示す。
【０２０１】
図２２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、モータ６０８ａ、６０８ｂによる２種類の回動制御状態を示している。第６の実施形態の撮像装置６００においては、光透過率可変素子６０４とガラス部材６０７はそれぞれ、画像撮像時は常にどちらか一方が撮像光軸上に位置する挿入状態にあり、もう一方は撮像光軸上に位置しない退避状態にあるように制御される。
【０２０２】
ガラス部材６０７は撮像装置２００における光路長を調整するための部材である。ガラス部材６０７は、図２２（ｂ）に示すような回動制御状態における光路長が、図２２（ａ）に示すような光透過率可変素子６０４の挿入状態における光路長と等しくなるように、形状、材質及び挿入位置を調整されて配置される。これにより、撮像装置６００は光透過率可変素子６０４の挿入状態と退避状態のどちらにおいても、同じ焦点状態で撮像を行うことができる。
【０２０３】
以上説明した構成により、撮像装置６００は、図２２（ａ）に示すように光透過率可変素子６０４の挿入状態と、図２２（ｂ）に示す光透過率可変素子６０４の退避状態にで、撮像素子６０１から２種類の画像を取得することができる。すなわち、光透過率可変素子６０４を透過した光束を撮像する第一の画像と、光透過率可変素子６０４を透過しない光束を撮像する第二の画像を取得することができる。このようにして求めた第一の画像と第２の画像とを用いることにより、第５の実施形態で説明した方法と同様の補正方法により、光透過率可変素子６０４の濃度誤差に起因して第一の画像に重畳する露出誤差の補正を行うことができる。
【０２０４】
なお、図２２（ｂ）に示す光透過率可変素子６０４の退避状態においては、撮影光量が過剰となることで第二の画像が露出オーバーとなり、正しく補正が行えない可能性がある。よって、ガラス部材６０７の代わりに所定の濃度を有する固定ＮＤフィルタを用いて、一定の割合で減光させた状態で第二の画像を撮像するようにしてもよい。
【０２０５】
本第６の実施形態の構成は、第５の実施形態の構成と比べて、第二の撮像素子５０１ｂやビームスプリッタ５０３といった複雑な光学部材を省略できるために、省スペース化や低コスト化できる可能性が高いという長所がある。一方、第５の実施形態の構成は、第６の実施形態の構成と比べて、第一の画像と第二の画像を同時に取得可能であるために、高速かつ連続的な補正処理に向くという長所がある。よって、目的に応じてそれぞれの構成を選択して適用するとよい。
【０２０６】
なお、第１乃至第６の実施形態で示した撮像装置は、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。本実施形態のように、有機ＥＣ素子等からなる光透過率可変素子を調光部材として用いることで、調光量を一つのフィルタで適宜可変させることが可能となり、部材点数の削減や省スペース化といった利点がある。
【０２０７】
本発明は第１乃至第６の実施形態で説明した構成に限らず、その要旨の範囲内で自由に変形して適用することができる。
【０２０８】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インターフェイス機器、スキャナ、ビデオカメラなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。
【符号の説明】
【０２０９】
１００，２００，５００，６００：撮像装置、１０１，２０１，３０１，４０１，５０４，６０４：光透過率可変素子、１０２：透過率制御部、１０３，２１０：撮像素子、１０４：露出パラメータ制御部、１０８：撮影光学系、１０９：温度情報取得部、１１０：絞り駆動部、１１１：絞り制御部、１１２：信号処理部、１１４：制御部、１１５：露出計、１１６：ＩＲフィルタ、１２８：画像表示部、２０２：レンズユニット、２０３：カメラユニット、２０９，３０９：ＩＲカットフィルタ、２１１：有機ＥＣ素子、２１８，３１１：赤外ＬＥＤ、２１８ａ：発光部、２１９：フォトトランジスタ、２１９ａ：受光面、２２０，４１５：制御回路、３１２：可視光カットフィルタ、４１３：アクチュエータ、４１４：センサ、５０１ａ：第一の撮像素子、５０１ｂ：第二の撮像素子、５０３：ビームスプリッタ、５０５：モニタ、５２０：メインＣＰＵ、５２１ａ：第一のメモリ、５２１ｂ：第二のメモリ、５２２：画像調整部、５２３：露出差検出部、５２４：露出補正部、６１４，６１７：軸、６０７：ガラス部材、６０８ａ，６０８ｂ：モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【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】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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