JP2008124941A - 撮像システム、及び可変フィルタの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的な移動によりフィルタを挿抜、選択する機構を用いずに、一つの固体撮像素子を用いて可視光及び近赤外光の何れでも被写体を撮影する撮像システムを実現する。
【解決手段】可視光および近赤外光で被写体を撮像する固体撮像素子１０８と、固体撮像素子１０８と前記被写体との間に配置されるエレクトロクロミックフィルタ１０６と、エレクトロクロミックフィルタ１０６に制御電圧を印加する電圧源１０９、１１０、及びスイッチ１１１、１１２とからなり、電極１０１、１０５間に所定方向又は逆方向の制御電圧が印加されることによって、エレクトロクロミックフィルタ１０６が透過する光の波長領域が可視光又は近赤外光に切り替わる。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像システム、及び可変フィルタの制御方法に関し、特に、複数の波長帯域の１つに含まれる光を選択的に検出する技術に関する。

近年、夜間の自動車走行の安全性を高めるために近赤外カメラを搭載する車が増えている。そして、同時に搭載される近赤外ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などから近赤外光を発し、暗闇の中の歩行者や障害物などからの反射光をその近赤外カメラで認識することにより、運転者へ注意を喚起し、また車を自動停止させるなどして、事故の回避を図っている。

このような近赤外カメラは、一般に、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の固体撮像素子を備えている。前記固体撮像素子は、光電変換素子を含めて、シリコン基板に作成される。

シリコン基板に作られた光電変換素子は、近赤外光だけでなく可視光にも感度を持つ。そのため、その固体撮像素子を色フィルタと共に用いることによって、通常のカラー画像を得ることができる。つまり、１つの固体撮像素子で、可視光で被写体をカラー画像化し、また近赤外光で被写体をモノクロ画像化することが可能である。

可視光でカラー画像を得る場合、色の再現性を向上させるため、色フィルタに加えて近赤外光を遮断するフィルタが用いられる。例えば、青色画像を得るために用いられる色フィルタは、一般に、青色光以外に近赤外光を透過する。透過した近赤外光は、その固体撮像素子で青色画像に対するノイズとして検出される。そのため、近赤外光を除去して色の再現性を高めるために、近赤外光を遮断するフィルタの併用が必要となる。

他方、近赤外光でモノクロ画像を得る場合、十分な感度を得るためには、近赤外光を遮断するフィルタが取り除かれるべきことは言うまでもない。さらには、例えば対向車のヘッドライトといった可視光がノイズとなり得るため、可視光を遮断するフィルタを用いることが好ましい。

そこで従来、１つの固体撮像素子を用いた撮像システムにおいて、可視光によるカラー撮影における良好な色再現性と、近赤外光によるモノクロ撮影における良好な感度とを両立させるべく、入射光を固体撮像素子へ導く光学系において、機械的な移動によってフィルタを挿抜する技術が知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。

また、類似の技術として、固体撮像素子を検査するための光学系に、検査内容に応じた特性のフィルタを、機械的な移動によって選択的に挿入する技術が知られている（例えば、特許文献４を参照）。
特開２０００−０５９７９８号公報 特開２０００−０６９４６３号公報 特開２００２−０７７７２１号公報 特開２００３−０４２８４５号公報

しかしながら、従来の技術によれば、フィルタを機械的に移動させるための機構が必要となるため、装置の小型化及びコストダウンの妨げとなり、しかも故障しやすいという課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、機械的な移動によるフィルタの挿抜及び選択を行うことなく、１つの固体撮像素子を用いて、可視光によるカラー撮影と、近赤外光撮影とを良好に行うことができる撮像システムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明に係る撮像システムは、可視光および近赤外光で被写体を撮像する固体撮像素子と、前記固体撮像素子と前記被写体との間に配置され、光の透過特性を電圧制御可能な可変フィルタと、前記可変フィルタに制御電圧を印加する制御手段とからなり、前記可変フィルタは、第１電極と、イオンの含有量に応じて透過する光の波長領域が変化する光透過膜と、前記光透過膜に前記イオンを供給する固体電解質と、第２電極とが積層されてなり、前記制御手段が前記第１及び第２電極間に所定方向又は逆方向の制御電圧を印加することによって、前記可変フィルタが透過する光の波長領域が可視光又は近赤外光に切り替わる。

この構成によれば、前記第１及び第２電極間に所定方向の制御電圧を印加し、前記固体電解質のイオンを前記光透過膜へ注入することで、前記光透過膜を可視光が透過する特性とし、また、逆方向の制御電圧を印加し、前記光透過膜のイオンを前記固体電解質へ引き抜くことで、前記光透過膜を近赤外光が透過する特性とすることができる。これにより、前記可変フィルタの透過特性を電気的に制御できる。

従って、前記可変フィルタを用いることで、機械的な移動によってフィルタを挿抜する機構を用いることなく、可視光及び近赤外光を切り替えて用いて被写体を撮像する撮像システムを実現できる。この構成は、撮像システムを小型かつ低コストに実現する上で役立つ。

また、前記可変フィルタは、複数の個別可変フィルタが積層してなり、それぞれの個別可変フィルタは、第１電極と、イオンの含有量に応じて透過する光の波長領域が、互いに異なる特性に従って変化する光透過膜と、前記光透過膜に前記イオンを供給する固体電解質と、第２電極とが積層されてなり、前記制御手段は、前記個別可変フィルタの前記第１及び第２電極間に、それぞれ独立した制御電圧を印加してもよい。

この構成によれば、前記互いに異なる特性の典型的な一例として、それぞれの個別可変フィルタにおいて、可視光に含まれる赤、緑、及び青色光の１つと近赤外光とを透過する第１特性と、可視光を透過し近赤外光を遮断する第２特性とを電気的に切り替えることが可能となる。

前記可変フィルタは、全ての個別可変フィルタを第１特性で用いた場合、可視光を遮断し近赤外光を透過する。また、全ての個別可変フィルタを第２特性で用いた場合、可視光を透過し近赤外光を遮断する。さらにまた、個別可変フィルタの１つを第１特性で用いると共に他を第２特性で用いた場合、赤、緑、及び青色光の１つを選択的に透過する。つまり、前記可変フィルタは、可視光及び近赤外光の一方を選択的に透過するフィルタとして機能するだけでなく、さらに可視光の色分解フィルタとしても機能する。

この撮像システムによれば、機械的な移動によってフィルタを挿抜及び選択することなく、前記可変フィルタを電気的に制御するだけで、可視光及び近赤外光での撮影に加えて、可視光を色分解した３色マルチバンド撮影を行うことができる。

また、前記撮像システムにおいて、前記可変フィルタが前記固体撮像素子上に一体に形成されているとしてもよい。

この構成によれば、前記固体撮像素子と前記可変フィルタとが一体に形成されることで部品点数が２点から１点へ削減できる。前記可変フィルタを別基盤に作成し、固体撮像素子と共に最終モジュールに組み立てる場合と比べると、より小さな空間に実装できる。また一般的に可変フィルタを別基盤に作成する製造コストとは同一であるため、組み立て工程が省かれる分、製造コストを削減できる。

また、前記撮像システムにおいて、前記制御手段は、前記可変フィルタにおいて一定の光の透過特性を得ようとする期間に、持続時間が前記期間よりも短い一定方向のパルス電圧を、前記第１及び第２電極間に１回以上断続的に印加してもよい。

この構成によれば、前記光透過膜に電界がかかり続けることがなくなり、前記光透過膜の過剰な酸化還元反応による劣化を防ぐことができる。また、前記光透過膜に流れ続けるリーク電流がなくなるため、定常的な消費電力も低く抑えることができる。また、制御電圧の印加を停止すると、時間の経過に伴い前記光透過膜と前記固体電解質との間でイオンが拡散し、その結果、前記可変フィルタの特性が変動することがある。前記パルス電圧を断続的に印加することは、前記光透過膜の劣化を抑制しつつ、そのようなイオンの拡散を防止して前記一定の光の透過特性を確実に得るために役立つ。

また、前記撮像システムにおいて、前記制御手段と前記固体撮像素子とが同一の半導体基板上に形成されているとしてもよい。

この構成によれば、前記制御手段と前記固体撮像素子とを、それぞれ別体に作成して組み立てる必要がないので、製造コストの削減と装置の小型化に役立つ。

また、前記撮像システムは、さらに、前記固体撮像素子と前記可変フィルタとの間、又は前記可変フィルタと前記被写体との間に色フィルタを備えてもよい。

この構成によれば、前記色フィルタで色分解を行うことができるため、前記可変フィルタを可視光と近赤外光との切り替えだけに用いることができる。その結果、制御電圧の印加を最小限の回数に抑えることができる。電圧を印加するたびに前記光透過膜の透過特性が変化し劣化する場合、制御電圧の印加回数を抑制することで前記光透過膜の寿命を延ばすことができる。

なお、本発明は、前記撮像システムとして実現されるだけでなく、前記可変フィルタの制御方法として実現することも可能である。

本発明の撮像システムは、可視光および近赤外光で被写体を撮像する固体撮像素子と共に、光の透過特性を電圧制御可能な可変フィルタを用いる。前記可変フィルタで、所定方向の制御電圧を印加することで可視光を透過させ、逆方向の制御電圧を印加することで近赤外光を透過させることで、機械的な移動によってフィルタを挿抜する機構を用いることなく、可視光及び近赤外光を切り替えて用いて被写体を撮像する撮像システムを実現できる。この構成は、撮像システムを小型かつ低コストに実現する上で役立つ。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態における撮像システムについて、図面を参照しながら説明する。この撮像システムは、可視光及び近赤外光の両方に感度を持つ固体撮像素子と、透過する光の波長範囲を電気的に変更可能なエレクトロクロミックフィルタとを用いることによって、可視光でのカラー撮影と近赤外光での撮影とを切り替えて行う。

図１は、この撮像システムの特徴部分を表す模式図である。この撮像システムの特徴部分は、エレクトロクロミックフィルタ１０６、色フィルタ１０７、固体撮像素子１０８、電圧源１０９、１１０、及びスイッチ１１１、１１２からなる。エレクトロクロミックフィルタ１０６は、電極１０１、１０５、固体電解質１０３、及びエレクトロクロミック膜１０４から構成される。

エレクトロクロミックフィルタ１０６は、被写体からの入射光に含まれる可視光及び近赤外光のうち所望の一方が透過するように、電圧源１０９、１１０、及びスイッチ１１１、１１２によって電気的に制御される。

この構成において、請求項に記載の可変フィルタの一例がエレクトロクロミックフィルタ１０６であり、制御手段の一例が電圧源１０９、１１０、及びスイッチ１１１、１１２の総体である。また、請求項に記載の光透過膜の一例がエレクトロクロミック膜１０４である。

固体撮像素子１０８は、可視光及び近赤外光の両方に感度を持ち、エレクトロクロミックフィルタ１０６を透過した後の入射光により、被写体を撮像する。

エレクトロクロミックフィルタ１０６の具体的な構成の一例を、製造の手順に従って詳細に説明する。

電極１０５として、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）を、色フィルタ１０７上に１００ｎｍ程度の厚みに製膜する。ここで、電極１０５と色フィルタ１０７との密着性を高めるため、色フィルタ１０７の上にまずシリコン酸化物（不図示）を製膜し、その上に電極１０５を形成してもよい。

エレクトロクロミック膜１０４として、例えばβ−ＺｒＮＣｌ（β型窒化塩化ジルコニウム）を、電極１０５上に１００ｎｍ程度の厚みに製膜する。エレクトロクロミック膜１０４は、後述する反応を促進させるために、例えばポーラス状に形成するなど、表面積が大きくなるように形成することが好ましい。

固体電解質１０３として、例えば、Ｌｉ_xＶ₂Ｏ₅（リチウム酸化バナジウム）を１０００ｎｍ程度の厚みに製膜する。固体電解質１０３は、エレクトロクロミック膜１０４へ注入されるＬｉイオンの源である。

そして、電極１０１として、再びＩＴＯを１００ｎｍ程度の厚みに製膜する。ここで、電極１０１、１０５は、透明電極である。

このようにして構成されたエレクトロクロミックフィルタ１０６は、次のように機能する。すなわち、エレクトロクロミック膜１０４において、反応式
β−ＺｒＮＣｌ＋ｘＬｉ⁺＋ｘｅ^- ＜＝＞ Ｌｉ_xＺｒＮＣｌ
に従って、β−ＺｒＮＣｌは、Ｌｉイオンのインターカレーションが生じる（広義には酸化される）ことでＬｉ_xＺｒＮＣｌに変化し、またＬｉ_xＺｒＮＣｌは、Ｌｉイオンのデインターカレーションが生じる（広義には還元される）ことでβ−ＺｒＮＣｌに変化する。

この反応の前後で、エレクトロクロミック膜１０４における電子バンド構造が変化するため、透過する光の波長範囲が変化する。この現象は、クロミズム現象として知られている。

具体的に、Ｌｉ_xＺｒＮＣｌは近赤外光のみを透過し、β−ＺｒＮＣｌは可視光の波長の大部分を透過させる。従って、エレクトロクロミック膜１０４は、Ｌｉイオンのインターカレーションが生じた状態（つまり酸化状態）で近赤外光撮影のためのフィルタとして機能し、Ｌｉイオンのデインターカレーションが生じた状態（つまり還元状態）で可視光を透過するフィルタとして機能する。

Ｌｉイオンのインターカレーション及びデインターカレーションは、電極１０１、１０５間に所望の方向に電圧を印加することによって制御される。

印加された電圧に応じた方向の電界が固体電解質１０３中に生じ、生じた電界の方向に固体電解質１０３中のＬｉイオンが移動する。この方向に応じて、Ｌｉイオンをエレクトロクロミック膜１０４に注入してインターカレーションを生じさせるか、又はＬｉイオンをエレクトロクロミック膜１０４から引き抜いてデインターカレーションを生じさせることができる。

次に、第１実施形態の撮像システムにおけるエレクトロクロミックフィルタ１０６の制御方法について説明する。

図２は、スイッチ１１１、１１２に対する制御信号、電圧源１０９の出力電圧、及び電圧源１１０の出力電圧の、タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図中の右方向が時間の経過に対応する。

可視光で撮像する場合、エレクトロクロミックフィルタ１０６により近赤外光を遮断し可視光のみを透過させる必要がある。この場合、図２の左部分に示されるように、電圧源１０９、１１０からそれぞれ接地電圧及び正電圧を出力しつつ、スイッチ１１１、１１２をオンする。

こうすることで、エレクトロクロミックフィルタ１０６には電極１０５から電極１０１へ向かう電界が生じ、エレクトロクロミック膜１０４から固体電解質１０３へＬｉイオンが引き抜かれ、Ｌｉイオンのデインターカレーションが生じる（言い換えれば、エレクトロクロミック膜１０４が還元される）。その結果、エレクトロクロミックフィルタ１０６は、可視光を透過するようになる。

他方、近赤外光で撮像する場合、エレクトロクロミックフィルタ１０６により近赤外光のみを透過させる必要がある。この場合、図２の右部分に示されるように、電圧源１０９、１１０からそれぞれ正電圧及び接地電圧を出力しつつ、スイッチ１１１、１１２をオンする。

こうすることで、エレクトロクロミックフィルタ１０６には電極１０１から電極１０５へ向かう電界が生じ、固体電解質１０３からエレクトロクロミック膜１０４へＬｉイオンが注入され、Ｌｉイオンのインターカレーションが生じる（言い換えれば、エレクトロクロミック膜１０４が酸化される）。その結果、エレクトロクロミックフィルタ１０６は、近赤外光のみを透過するようになる。なお、この状態のエレクトロクロミックフィルタ１０６は可視光を吸収するため、肉眼では黒く見える。

このように、エレクトロクロミックフィルタ１０６を用いることにより、単一のフィルタの透過特性を電気的に変更することができるので、機械的な移動によるフィルタの挿抜及び選択を行うことなく、１つの固体撮像素子を用いて、可視光による撮影と近赤外光による撮影とを良好に行うことができる撮像システムが得られる。

なお、上述したインターカレーション（酸化）反応、及びデインターカレーション（還元）反応が、それぞれ所望の程度まで進行したとき、スイッチ１１１、１１２をオフにしてもよい。つまり、エレクトロクロミックフィルタ１０６の透過特性を変更するために、所定の持続時間のパルス電圧を印加してもよい。

そのパルス電圧の持続時間の経過後（つまり制御電圧の印加停止後）、エレクトロクロミックフィルタ１０６と電圧源１０９、１１０とが電気的に切り離されることで、エレクトロクロミック膜１０４に電界がかかり続けることがなくなり、エレクトロクロミック膜１０４の過剰な酸化還元反応による劣化を防ぐことができる。また、エレクトロクロミック膜１０４に流れ続けるリーク電流がなくなるため、定常的な消費電力も低く抑えることができる。

なお、制御電圧の印加を停止すると、時間の経過に伴いエレクトロクロミック膜１０４と固体電解質１０３との間でＬｉイオンが拡散し、その結果、エレクトロクロミックフィルタ１０６の特性が変動することがある。そのようなイオンの拡散を防止して一定の透過特性を確実に維持することが重要である場合は、図２に示されるように、一定の透過特性を得ようとする期間を通して、一定方向の電圧を印加し続けてもよい。

図３は、スイッチ１１１、１１２に対する制御信号、電圧源１０９の出力電圧、及び電圧源１１０の出力電圧の、他のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。図３に示されるように、一定の透過特性を得ようとする期間を通して、持続時間がその期間よりも短い一定方向のパルス電圧を断続的に印加してもよい。

そうすれば、エレクトロクロミック膜１０４の劣化を抑えつつ、エレクトロクロミックフィルタ１０６の所望の透過特性を安定して維持することが可能となる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態における撮像システムについて、図面を参照しながら説明する。この撮像システムは、第１実施形態における撮像システムと比べて、可視光及び近赤外光の両方に感度を持つ固体撮像素子を用いる点で同じであるが、光の透過特性が互いに異なる複数のエレクトロクロミックフィルタを用いる点で異なる。

図４は、この撮像システムの特徴部分を表す模式図である。この撮像システムの特徴部分は、エレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８、色フィルタ２１７、固体撮像素子２１８、電圧源２０９〜２１２、及びスイッチ２１３〜２１６からなる。エレクトロクロミックフィルタ２０６は、電極２０１、２０５、エレクトロクロミック膜２０３、及び固体電解質２０４から構成される。

エレクトロクロミックフィルタ２０７、２０８もまた、２つの電極と、それらに挟まれた固体電解質及びエレクトロクロミック膜から構成される。

図４において、電極、固体電解質、及びエレクトロクロミック層は、それぞれ同じ図柄で示され、いくつかの電極、固体電解質、及びエレクトロクロミック層の符号は省略される。

電極２０５は、エレクトロクロミックフィルタ２０６の下側の電極と、エレクトロクロミックフィルタ２０７の上側の電極とに兼用される。同様に、エレクトロクロミックフィルタ２０７の下側の電極と、エレクトロクロミックフィルタ２０８の上側の電極も、１つの電極で兼用される。

この構成において、請求項に記載の個別可変フィルタの一例がエレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８であり、制御手段の一例が電圧源２０９〜２１２、及びスイッチ２１３〜２１６の総体である。また、請求項に記載の光透過膜の一例がエレクトロクロミック膜２０４である。

エレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８は、光の波長に対する相対透過率の特性がそれぞれ異なるように構成される。

図５は、エレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８の特性を、典型的な一例として示すグラフである。図５において、特性Ａ、Ｂ、Ｃが、それぞれエレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８の特性を示している。このような特性を有することで、エレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８は、可視光領域に含まれるそれぞれ赤、緑、青の光と共に、近赤外光を透過するフィルタとして機能する。

特性Ｄは、エレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８を重ねて用いた場合の総合的な特性、言い換えればエレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８の全てを白色光が透過したときの分光特性、を示している。

これらの個々の特性を得るためのエレクトロクロミック膜の材料が、例えば、Ｇｕｒｓｅｌ Ｓｏｎｍｅｚ ａｎｄ Ｈａｙａｌ Ｂ． Ｓｏｎｍｅｚ，“Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃｓ ｆｏｒ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ”，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００６，（１６），２４７３−２４７７に開示されている。

この文献には、（Ａ）ポリ３−アルキルチオフェン Ｐｏｌｙ（３−ａｌｋｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、（Ｂ）ポリ（２，３−ジ（シアン３−イル）−５，７−ジ（シアン２−イル）チエノ［３，４−ｂ］ピラジン） ｐｏｌｙ（２，３−ｄｉ（ｔｈｉｅｎ−３−ｙｌ）−５，７−ｄｉ（ｔｈｉｅｎ−２−ｙｌ）ｔｈｉｅｎｏ［３，４−ｂ］ｐｙｒａｚｉｎｅ）、及び（Ｃ）ポリエチレンジオキシチオフェン ＰＥＤＯＴのそれぞれをエレクトロクロミック膜に用いることによって、エレクトロクロミック膜が還元された状態で、それぞれ図５の特性Ａ、Ｂ、Ｃを有するエレクトロクロミックフィルタが得られることが示されている。

図６は、エレクトロクロミック膜が酸化された状態での、これらのエレクトロクロミックフィルタの特性であり、同じ文献に示されている。図５の特性との対応を、同じ符号を付して示している。

なお、エレクトロクロミック膜の酸化還元反応は、第１実施形態で説明したように、そのエレクトロクロミック膜と固体電解質とを挟む一対の電極に所望の方向に電圧を印加することによって電気的に制御できる。

図７は、図５に示される還元時の総合的な特性と、図６に示される酸化時の総合的な特性とを比較して示すグラフである。このグラフに見られるように、前述したエレクトロクロミックフィルタを重ねて用いることによって、可視光を遮断して近赤外光を透過する特性と、可視光を透過して近赤外光を遮断する特性とを、電気的に切り替え可能なフィルタが実現されることが分かる。

なお、エレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８のエレクトロクロミック膜の材料は、前述した材料に限定されない。光の波長に対する透過特性がそれぞれ異なる材料であれば、有機材料及び無機材料の何れを用いてもかまわない。

次に、第２実施形態の撮像システムにおけるエレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８の制御方法について説明する。

図８は、スイッチ２１３〜２１６に対する制御信号、及び電圧源２０９〜２１２のそれぞれの出力電圧の時間変化を示すタイミングチャートである。

可視光で撮像する場合、エレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８により近赤外光を遮断し可視光のみを透過させる必要がある。この場合、図８の左部分に示されるように、電圧源２０９、２１１から接地電圧を出力し、電圧源２１０、２１２から正電圧を出力しつつ、スイッチ２１３〜２１６をオンする。

こうすることで、エレクトロクロミックフィルタ２０６には電極２０５から電極２０１へ向かう電界が生じ、固体電解質２０４からエレクトロクロミック膜２０３へＬｉイオンが注入され、Ｌｉイオンのインターカレーションが生じる（つまり、エレクトロクロミック膜２０３が酸化される）。このとき、エレクトロクロミックフィルタ２０７、２０８においても、エレクトロクロミック膜が酸化される。

その結果、エレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８は総合的に可視光を透過する特性を示す（図７の酸化時）。

他方、近赤外光で撮像する場合、エレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８により可視光を遮断し近赤外光のみを透過させる必要がある。この場合、図８の右部分に示されるように、電圧源２０９、２１１から正電圧を出力し、電圧源２１０、２１２から接地電圧を出力しつつ、スイッチ２１３〜２１６をオンする。

こうすることで、エレクトロクロミックフィルタ２０６には電極２０１から電極２０５へ向かう電界が生じ、エレクトロクロミック膜２０３から固体電解質２０４へＬｉイオンが引き抜かれ、Ｌｉイオンのデインターカレーションが生じる（言い換えれば、エレクトロクロミック膜２０３が還元される）。このとき、エレクトロクロミックフィルタ２０７、２０８においても、エレクトロクロミック膜が還元される。

その結果、エレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８は総合的に近赤外光を透過する特性を示す（図７の還元時）。

このように、エレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８を用いることにより、フィルタの総合的な透過特性を電気的に変更することができるので、機械的な移動によるフィルタの挿抜及び選択を行うことなく、１つの固体撮像素子を用いて、可視光による撮影と近赤外光による撮影とを良好に行うことができる撮像システムが得られる。

特に、複数のエレクトロクロミックフィルタを用いる構成では、より解像度の高い画像を撮像するためにそれぞれのエレクトロクロミックフィルタの特性を個別に変えながら駆動することが可能になる。

例えば、エレクトロクロミックフィルタ２０６を還元時の特性（図５のＡ）で用い、エレクトロクロミックフィルタ２０７、２０８を酸化時の特性（図６のＢ、Ｃ）で用いれば、総合的には赤色光のみを選択的に透過する特性が得られる。同様に、特性の他の組み合わせに応じて、総合的に緑色光又は青色光を選択的に透過する特性を得ることもできる。

つまり、エレクトロクロミックフィルタ２０６、２０７、２０８は、総合的に可視光及び近赤外光の一方を選択的に透過するフィルタとして機能するだけでなく、さらに可視光の色分解フィルタとしても機能する。

従って、この撮像システムによれば、機械的な移動によってフィルタを挿抜及び選択することなく、前記可変フィルタを電気的に制御するだけで、可視光及び近赤外光での撮影に加えて、可視光を色分解してマルチバンド撮影を行うことができる。マルチバンド撮影は、例えば星空のようにほとんど静止した被写体を、高い解像度で撮像する場合に適している。

本発明に係る撮像システムは、可視光によるカラー撮影と近赤外光による撮影とを行うカメラに広く利用でき、特に、車載カメラ、道路、河川等の監視カメラ、防犯カメラ等に好適である。

第１実施形態における撮像システムの特徴部分を表す模式図 第１実施形態における主要な制御信号のタイミングの一例を示す図 第１実施形態における主要な制御信号のタイミングの他の一例を示す図 第２実施形態における撮像システムの特徴部分を表す模式図 第２実施形態におけるエレクトロクロミックフィルタの特性を示す図 第２実施形態におけるエレクトロクロミックフィルタの特性を示す図 第２実施形態におけるエレクトロクロミックフィルタの特性を比較する図 第２実施形態における主要な制御信号のタイミングの一例を示す図

符号の説明

１０１、１０５、２０１、２０５ 電極
１０３、２０４ 固体電解質
１０４、２０３ エレクトロクロミック膜
１０６、２０６、２０７、２０８ エレクトロクロミックフィルタ
１０７、２１７ 色フィルタ
１０８、２１８ 固体撮像素子
１０９、１１０、２０９、２１０、２１１、２１２ 電圧源
１１１、１１２、２１３、２１４，２１５、２１６ スイッチ

Claims (8)

1. 可視光および近赤外光で被写体を撮像する固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子と前記被写体との間に配置され、光の透過特性を電圧制御可能な可変フィルタと、
   前記可変フィルタに制御電圧を印加する制御手段とからなり、
   前記可変フィルタは、
   第１電極と、
   イオンの含有量に応じて透過する光の波長領域が変化する光透過膜と、
   前記光透過膜に前記イオンを供給する固体電解質と、
   第２電極とが積層されてなり、
   前記制御手段が前記第１及び第２電極間に所定方向又は逆方向の制御電圧を印加することによって、前記可変フィルタが透過する光の波長領域が可視光又は近赤外光に切り替わる
   ことを特徴とする撮像システム。
2. 前記可変フィルタは、複数の個別可変フィルタが積層してなり、
   それぞれの個別可変フィルタは、
   第１電極と、
   イオンの含有量に応じて透過する光の波長領域が互いに異なる特性に従って変化する光透過膜と、
   前記光透過膜に前記イオンを供給する固体電解質と、
   第２電極とが積層されてなり、
   前記制御手段は、前記個別可変フィルタの前記第１及び第２電極間に、それぞれ独立した制御電圧を印加する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記可変フィルタが前記固体撮像素子上に一体に形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像システム。
4. 前記制御手段は、前記可変フィルタにおいて一定の光の透過特性を得ようとする期間に、持続時間が前記期間よりも短い一定方向のパルス電圧を、前記第１及び第２電極間に１回以上断続的に印加する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像システム。
5. 前記制御手段と前記固体撮像素子とが同一の半導体基板上に形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像システム。
6. さらに、前記固体撮像素子と前記可変フィルタとの間、又は前記可変フィルタと前記被写体との間に色フィルタを備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像システム。
7. 第１電極と、イオンの含有量に応じて透過する光の波長領域が変化する光透過膜と、前記光透過膜に前記イオンを供給する固体電解質と、第２電極とが積層されてなる可変フィルタの制御方法であって、
   前記可変フィルタにおいて一定の光の透過特性を得ようとする期間に、前記第１及び第２電極間に一定方向の電圧を印加し続ける
   ことを特徴とする制御方法。
8. 第１電極と、イオンの含有量に応じて透過する光の波長領域が変化する光透過膜と、前記光透過膜に前記イオンを供給する固体電解質と、第２電極とが積層されてなる可変フィルタの制御方法であって、
   前記可変フィルタにおいて一定の光の透過特性を得ようとする期間に、持続時間が前記期間よりも短い一定方向のパルス電圧を、前記第１及び第２電極間に断続的に印加する
   ことを特徴とする制御方法。

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