JP7308440B2 - 撮像装置、およびカメラシステム - Google Patents

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Description

本開示は、電気的に感度を変更できる撮像装置、およびカメラシステムに関する。
近年、照度を調整する際に、絞りやシャッタだけではなく、いわゆる電子ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ機能を用いる手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この手法では、照度に対応した透過率になるように電圧を印加し、電気的に照度を調整している。
特開２０１３－８８５９６号公報
明るさの変化に対して感度をより細かく調整できる撮像装置が求められている。
本開示の一態様に係る撮像装置は、入射光を電荷に変換する光電変換層と、前記光電変換層に対して光が入射される側に位置する対向電極と、前記光電変換層を介して前記対向電極に対向する画素電極と、を含む光電変換部と、前記画素電極と前記対向電極との間に電圧を供給する電圧印加回路と、を備え、前記電圧印加回路は、第１のフレームにおいて、一定の電圧値を有する第１電圧を供給し、前記第１のフレームとは異なる第２のフレームにおいて、パルス状の第２電圧を供給し、前記電圧印加回路は、フレーム毎に設定されるＮＤ値に応じて、前記第１電圧および前記第２電圧を選択的に供給する。
本開示によれば、明るさの変化に対して感度をより細かく調整できる撮像装置を提供することができる。
図１は、第１の実施形態に係るカメラシステムの構成を示す機能ブロック図である。 図２は、ユーザＩ／Ｆ部の例を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係るカメラシステムにおける第１変換手段及び第２変換手段の構成を説明する図である。 図４は、第１の実施形態に係るカメラシステムにおける第１変換手段及び第２変換手段の感度調整方法を説明する図である。 図５は、周波数フィルタの概略断面図である。 図６は、周波数フィルタの周波数特性を説明するグラフである。 図７は、第１の実施形態の変形例１に係るカメラシステムの構成を示す機能ブロック図である。 図８は、第１の実施形態の変形例１における第１変換手段及び第２変換手段の制御パターンを示す表である。 図９は、第２の実施形態に係るカメラシステムの構成を示す機能ブロック図である。 図１０は、第２の実施形態に係るカメラシステムにおける第１変換手段及び第２変換手段の構成を説明する図である。 図１１は、光電変換膜への印加電圧と受光部からの出力電圧との関係を示すグラフである。 図１２は、光電変換部が電子ＮＤフィルタとして使用される場合の、光電変換部の光感度を補正する手順を示すフローチャートである。 図１３は、電圧制御方式により光感度を調整するタイミングチャートの一例である。 図１４は、電圧制御方式により光感度を調整するタイミングチャートの他の例である。 図１５は、パルスデューティ制御方式により光感度を調整するタイミングチャートの一例である。 図１６は、パルスデューティ制御方式による光感度を調整するタイミングチャートの他の例である。 図１７は、第２の実施形態の変形例１に係るカメラシステムの構成を示す機能ブロック図である。 図１８は、第２の実施形態の変形例１における第１変換手段及び第２変換手段の感度調整方法を説明する図である。 図１９は、第２の実施形態の変形例２における受光部を説明する図である。 図２０は、第２の実施形態の変形例２における光電変換部の構成を説明するための図である。 図２１は、第２の実施形態の変形例２における光電変換部の感度調整方法を説明する図である。 図２２は、第２の実施形態の変形例２における光電変換部の感度調整方法を説明する図である。 図２３は、第２実施形態の変形例３に係るカメラシステムの構成を示す機能ブロック図である。 図２４は、光電変換膜への印加電圧と波長の分光特性との関係を示すグラフである。 図２５は、第３の実施形態に係るカメラシステムの構成を示す機能ブロック図である。 図２６は、第３の実施形態に係るカメラシステムにおける第１変換手段及び第２変換手段の構成を説明する図である。 図２７は、第３の実施形態における第１変換手段及び第２変換手段の感度調整方法を説明する図である。
電子ＮＤフィルタは、絞りに比べて、撮像画像の明るさを均質に制御することができることが知られている。また、電子ＮＤフィルタは、絞りにおいて見られる回析現象が発生しないため画質の低下を低減できる。しかしながら、明るさの変化に対して、感度をより細かく調整できることが求められている。本開示は、明るさの変化に対して、感度をより細かく調整できる撮像装置を提供する。
本開示の一態様の概要は、以下のとおりである。
［項目１］
画素電極と、対向電極と、前記画素電極と前記対向電極との間に挟まれ、入射光を電荷に変換する光電変換層と、を含む光電変換部と、前記画素電極と前記対向電極との間に電圧を供給する電圧印加回路と、を備え、前記電圧印加回路は、第１のフレームにおいて、一定の電圧値を有する第１電圧を供給し、前記第１のフレームとは異なる第２のフレームにおいて、パルス状の第２電圧を供給する、撮像装置。
［項目２］
第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し入射光を電荷に変換する光電変換層と、前記第１面上に位置する対向電極と、前記第２面上に位置する画素電極および補助電極と、を含む光電変換部と、前記対向電極と前記補助電極との間に電圧を供給する電圧印加回路と、を備え、前記電圧印加回路は、第１のフレームにおいて、一定の電圧値を有する第１電圧を供給し、前記第１のフレームとは異なる第２のフレームにおいて、パルス状の第２電圧を供給する、撮像装置。
［項目３］
前記電圧印加回路は、フレーム毎に設定されるＮＤ値に応じて、前記第１電圧および前記第２電圧を選択的に供給する、項目１または２に記載の撮像装置。
［項目４］
前記電圧印加回路は、第１の値以上のＮＤ値に設定されたフレームにおいて前記第１電圧を供給し、前記第１の値よりも小さいＮＤ値に設定されたフレームにおいて前記第２電圧を供給する、項目３に記載の撮像装置。
［項目５］
前記電圧印加回路は、前記第１の値以上のＮＤ値に設定されたフレームにおいて、前記ＮＤ値に対応する電圧値を有する前記第１電圧を供給する、項目４に記載の撮像装置。
［項目６］
前記電圧印加回路は、前記第１の値よりも小さいＮＤ値に設定されたフレームにおいて、前記ＮＤ値に対応するデューティを有する前記第２電圧を供給する、項目４または５に記載の撮像装置。
［項目７］
前記電圧印加回路は、前記第１の値よりも小さいＮＤ値に設定されたフレームにおいて、前記ＮＤ値に対応する電圧値およびデューティを有する前記第２電圧を供給する、項目４または５に記載の撮像装置。
［項目８］
入射光の強度に応じて前記電圧印加回路が供給する電圧を変化させる自動モードと、ユーザからの指示に応じて前記電圧印加回路が供給する電圧を変化させる手動モードとを切り替える自動手動制御部をさらに備える、項目１から項目７のいずれか一項に記載の撮像装置。
［項目９］
項目１から項目８のいずれか一項に記載の撮像装置と、ディスプレイと、前記ディスプレイに、感度を連続的に変えるための指示を受け付ける第１画像、及び、前記感度を段階的に変えるための指示を受け付ける第２画像を切り替えて表示するグラフィックインターフェース部と、を備える、カメラシステム。
また、本開示の一態様の概要は、以下のとおりである。
本開示の一態様に係るカメラシステムは、入射光を電気信号に変換する受光部と、印加された電圧に応じて、前記入射光が入射してから前記受光部によって電気信号に変換されるまでの過程における利得を変化させる第１変換手段及び第２変換手段と、前記第１変換手段及び前記第２変換手段に電圧を印加する印加電圧制御部と、を備え、前記第２変換手段は、前記第１変換手段を通過した光が入射される位置に配置されている。
このように変換手段を２つ有するため、それぞれ独立して前記利得を変化させることができる。よって、明るさの変化に対して感度をより細かく調整することができる。また、変換手段を２つ有することにより、１つの変換手段で行う前記利得の変化を２つの変換手段で行うため、１つの変換手段のサイズを小さくすることができる。さらに、個々の変換手段を制御する印加電圧を小さくすることができるため、１つの変換手段しか有しない場合よりも、前記利得の変化をより高速に行うことができる。
例えば、本開示の一態様に係るカメラシステムでは、前記第１変換手段は、印加された電圧に応じて入射光の光量を減衰させることによって前記利得を変化させるフィルタであり、前記第２変換手段は、前記第１変換手段を通過した光が入射され、印加された電圧に応じて入射光の光量を減衰させることによって前記利得を変化させるフィルタであり、前記受光部は、前記第２変換手段を通過した光を入射光として電気信号に変換してもよい。
これにより、例えば、１つだけ電子ＮＤフィルタを有する通常の撮像装置に電子ＮＤフィルタをもう１つ追加するだけで、明るさの変化に対して感度をより細かく調整することができる。
例えば、本開示の一態様に係るカメラシステムでは、前記第１変換手段及び前記第２変換手段は、異なる種類のＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）機構を持つフィルタであってもよい。
これにより、異なる種類のＮＤ機構の長所を生かして、入射光の光量を調整することができる。
例えば、本開示の一態様に係るカメラシステムでは、前記第１変換手段は、印加された電圧に応じて入射光の光量を減衰させることによって前記利得を変化させるフィルタであり、前記受光部は、前記第１変換手段を通過した光を入射光として電気信号に変換する第２光電変換層及び前記第２光電変換層を挟む２つの第２電極を有し、前記第２光電変換層は、前記第２変換手段として、印加された電圧に応じて、入射光を電気信号に変換する際の量子効率を変えることによって前記利得を変化させてもよい。
これにより、電子ＮＤフィルタの機能を受光部によって実現することができるため、電子ＮＤフィルタを２つ配置する場合に比べて、コンパクト化できる。
例えば、本開示の一態様に係るカメラシステムでは、前記受光部は、入射光を電気信号に変換する第１光電変換層及び前記第１光電変換層を挟む２つの第１電極と、前記第１変換手段を通過した光を入射光として電気信号に変換する第２光電変換層及び第２光電変換層を挟む２つの第２電極とを有し、前記第１光電変換層は、前記第１変換手段として、印加された電圧に応じて、入射光を電気信号に変換する際の量子効率を変えることによって前記利得を変化させ、前記第２光電変換層は、前記第２変換手段として、印加された電圧に応じて、入射光を電気信号に変換する際の量子効率を変えることによって前記利得を変化させてもよい。
このように、第１変換手段及び第２変換手段が受光部に設けられることにより、２つの電子ＮＤフィルタの機能を受光部によって実現することができる。よって、受光部と別体に電子ＮＤフィルタを設ける場合よりもコンパクト化できる。
例えば、本開示の一態様に係るカメラシステムでは、前記印加電圧制御部は、前記量子効率に応じて、前記第２光電変換層に繰り返し印加する電圧パルスのデューティを変えてもよい。
これにより、例えば、パルスデューティを変えることによって、前記利得を変化させることができる。
例えば、本開示の一態様に係るカメラシステムは、さらに、入射光の強度に応じて前記印加電圧制御部が印加する電圧を変化させる自動モードと、ユーザからの指示に応じて前記印加電圧制御部が印加する電圧を変化させる手動モードとを切り替える自動手動制御部を備えてもよい。
これにより、撮影状況に応じてユーザが自由に所望のモードを選択することができる。
例えば、本開示の一態様に係るカメラシステムは、さらに、前記第２光電変換層に印加される電圧に応じて、前記受光部で変換された電気信号に対してホワイトバランスを調整するホワイトバランス制御部を備えてもよい。
これにより、印加電圧を変えてもホワイトバランスが保たれるため、バランスの取れた画像を得ることができる。
例えば、本開示の一態様に係るカメラシステムでは、前記受光部は、さらに、前記第２光電変換層に電圧を印加するための第３電極を有し、前記印加電圧制御部は、前記量子効率に応じて、前記第３電極に印加する電圧を変えてもよい。
このように、第３電極を有するため、第３電極の電圧を調整するたけで、量子効率を調整することができる。
例えば、本開示の一態様に係るカメラシステムでは、前記第１変換手段及び前記第２変換手段の少なくとも一方は、印加された電圧に応じて周波数フィルタとしての特性を変えてもよい。
このように、周波数フィルタを有するため、特定の波長域の光を選択的に通過させることができ、所望の色調の画像を得ることができる。
例えば、本開示の一態様に係るカメラシステムは、さらに、ディスプレイと、前記ディスプレイに、前記利得を連続的に変えるための指示を受け付ける第１画像、及び、前記利得を段階的に変えるための指示を受け付ける第２画像を切り替えて表示するグラフィックインターフェース部を備えてもよい。
これにより、所望のユーザインターフェースを実現することができる。
なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータで読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は当業者が本開示を十分に理解するためのものであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
なお、図面において、実質的に同一の構成、動作、及び効果を表す要素については、同一の符号を付す。また、以下において記述される数値は、全て本開示を具体的に説明するために例示するものであり、本開示は例示された数値に制限されない。さらに、構成要素間の接続関係は、本開示を具体的に説明するために例示するものであり、本開示の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。
本開示の一態様に係るカメラシステムは、入射光を電気信号に変換する受光部と、印加された電圧に応じて、入射光が入射してから受光部によって電気信号に変換されるまでの過程における利得を変化させる第１変換手段及び第２変換手段と、第１変換手段及び第２変換手段に電圧を印加する印加電圧制御部と、を備え、第２変換手段は、第１変換手段を通過した光が入射される位置に配置されている。例えば、カメラシステムは、動画像及び静止画像を撮像するカメラである。
本開示において、受光部は、撮像素子又は撮像装置であり、例えば、積層型の有機固体撮像装置であってもよく、フォトダイオードであってもよい。
また、第１変換手段及び第２変換手段は、印加電圧を変えることにより、入射光が入射してから受光部によって電気信号に変換されるまでの過程における利得を変化させる。ここで、入射光が入射してから受光部によって電気信号に変換されるまでの過程における利得とは、入射光を電気信号に変換する変換率だけではなく、光から光への変換率、つまり、入射光の光量を減衰させる減衰率も含む。例えば、上記利得を低下させる例として、カメラシステムが直射日光などの強い光を受けた場合、入射光の光量を減衰させることにより、受光部に過大な電圧が生じることを抑制することができる。また、上記利得を変化させる例として、入射光を電気信号に変換する際の量子効率を変化させることにより、受光部の光感度を調整することができる。
本開示のカメラシステムは、上記構成を有することにより、明るさの変化に対して、変換手段の感度をより細かく調整することができる。
以下、具体例として、第１の実施形態から第４の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
以下、本開示の第１の実施形態に係るカメラシステムの概要について説明する。図１は、本実施形態に係るカメラシステム７０Ａの構成を示す機能ブロック図である。
本実施形態に係るカメラシステム７０Ａでは、第１変換手段１２Ａは、印加された電圧に応じて入射光の光量を減衰させることによって利得を変化させるフィルタである。第２変換手段１３Ａは、第１変換手段１２Ａを通過した光が入射され、印加された電圧に応じて入射光の光量を減衰させることによって利得を変化させるフィルタである。受光部１１Ａは、第２変換手段１３Ａを通過した光を入射光として電気信号に変換してもよい。
図１に示すように、本実施形態に係るカメラシステム７０Ａは、被写体を撮像する撮像部１０Ａと、撮像部１０Ａから出力される電気信号を処理するグラフィックインターフェース部（以下、グラフィックＩ／Ｆ部）３０と、撮像部１０Ａ内の各構成の動作を制御するシステム制御部２０Ａと、グラフィックＩ／Ｆ部３０で処理された画像データを格納する記録媒体４０と、画像を表示するディスプレイ５０と、ユーザからの入力指示をシステム制御部２０Ａに伝達するユーザインターフェース部（以下、ユーザＩ／Ｆ部と呼ぶ）６０と、を備える。
撮像部１０Ａは、撮像部１０Ａに光が入射する側から順に、レンズ１４、メカシャッタ１５、フォーカスレンズ１６、第１変換手段１２Ａ、第２変換手段１３Ａ、及び受光部１１Ａを備える。つまり、第１変換手段１２Ａ及び第２変換手段１３Ａは、受光部１１Ａとは別体に設けられる。第２変換手段１３Ａは、第１変換手段１２Ａを通過した光が入射される位置に配置されている。
本実施形態における第１変換手段１２Ａは、印加された電圧に応じて入射光の光量を減衰させることによって、入射光が入射してから受光部１１Ａによって電気信号に変換されるまでの過程における利得を変化させるフィルタであり、いわゆる、電子ＮＤフィルタである。
第２変換手段１３Ａは、第１変換手段１２Ａを通過した光が入射され、印加された電圧に応じて入射光の光量を減衰させることによって、入射光が入射してから受光部１１Ａによって電気信号に変換されるまでの過程における利得を変化させるフィルタであり、いわゆる、電子ＮＤフィルタである。
つまり、本実施形態に係るカメラシステム７０Ａは、印加電圧により感度を変更可能な第１変換手段（第１の電子ＮＤフィルタ）１２Ａと第２変換手段（第２の電子ＮＤフィルタ）１３Ａとを備える。
なお、図１では、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａ及び第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａの２つの電子ＮＤフィルタを備える例を示しているが、電子ＮＤフィルタを３つ以上備えてもよい。
本実施形態では、受光部１１Ａは、第２変換手段１３Ａを通過した光を入射光として電気信号に変換する、いわゆる、撮像素子である。本実施形態では、受光部１１Ａは、例えば、入射した光に応じて光電変換する光電変換膜を用いた積層型の固体撮像素子から構成されてもよい。光電変換膜は、例えばアモルファスシリコンを含んでもよい。なお、受光部１１Ａは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ及びＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどの撮像装置であってもよい。
さらに、本実施形態に係るカメラシステム７０Ａは、ディスプレイ５０と、ディスプレイ５０に、上記利得を連続的に変えるための指示を受け付ける第１画像６０ａ、及び、上記利得を段階的に変えるための指示を受け付ける第２画像６０ｂを切り替えて表示するグラフィックＩ／Ｆ部３０を備えてもよい。
ディスプレイ５０は、画像を表示する表示装置であり、例えば、液晶（ＬＣ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）ディスプレイ又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイである。
グラフィックＩ／Ｆ部３０は、受光部１１Ａから出力されるデジタル処理された撮像データを受け取り、ＪＰＥＧ形式等の所定の圧縮方式で撮像データを圧縮し、圧縮された撮像データを記録媒体４０に格納する。記録媒体４０は、不揮発性のメモリであって、例えば、フラッシュメモリーなどである。
また、グラフィックＩ／Ｆ部３０は、デジタル処理された撮像データをディスプレイ５０のサイズに合わせた画像サイズに縮小してディスプレイ５０に表示する。
また、グラフィックＩ／Ｆ部３０は、受光部１１Ａから出力されるデジタル処理された撮像データから算出した特徴量の結果をシステム制御部２０Ａに送信する。ここで、特徴量とは、画像の特徴を示す情報であり、例えば、画像のピントずれ量、露光量又は色調などを表す数値である。
システム制御部２０Ａは、グラフィックＩ／Ｆ部３０で算出された撮像データの特徴量を受信して、その特徴量から適切な撮像条件を決定する。そして、決定された撮像条件に基づいて、撮像部１０Ａに制御信号を送信する。
本実施形態におけるシステム制御部２０Ａは、レンズ制御部２２と、露光制御部２３と、印加電圧制御部２４とを備える。
レンズ制御部２２は、グラフィックＩ／Ｆ部３０で算出されたピントずれ量に基づいて、フォーカスレンズ１６を移動させる位置を制御する。図１では、撮像部１０Ａは、フォーカスレンズ１６を１枚のみ備えているが、フォーカスレンズ１６を複数枚備えてもよい。フォーカスレンズ１６を複数枚備えることにより、収差の影響を受けにくくなり、より細かくピントを調節することができる。
露光制御部２３は、グラフィックＩ／Ｆ部３０で算出された露光量に基づいて、メカシャッタ１５の絞り値及びシャッタ速度を制御する。メカシャッタ１５は、撮像部１０Ａに入射した光の光量（照度）を調整する。
印加電圧制御部２４は、グラフィックＩ／Ｆ部３０で算出された撮像データの特徴量に基づいて、第１変換手段１２Ａ（例えば、透過率可変減光フィルタ）及び第２変換手段１３Ａへの印加電圧を制御する。これにより、第１変換手段１２Ａ及び第２変換手段１３Ａにおける光から光への変換率、つまり、光量の減衰率を調整する。
なお、システム制御部２０Ａは、受光部１１Ａの電荷蓄積の開始タイミングを制御する電子シャッタ制御部を備えてもよい。また、以下で説明する各実施形態及び変形例においても同様にシステム制御部は電子シャッタ制御部を備えてもよい。
ユーザインターフェース（ユーザＩ／Ｆ）部６０は、ユーザからの操作を受け付ける操作部を有し、ユーザからの操作信号をシステム制御部２０Ａに送信する。ユーザＩ／Ｆ部６０は、例えば、タッチパネル、ダイヤル、プッシュボタンである。タッチパネルは、ディスプレイ５０に配置され、タッチパネル上でユーザの指が触れた位置を検出し、システム制御部２０Ａに位置情報を送信する。ユーザは、ディスプレイ５０に表示された設定パラメータなどの表示項目を確認しながら操作することにより、容易に所望の設定パラメータを指定することができる。
ユーザＩ／Ｆ部６０について具体例を挙げて説明する。図２は、ユーザＩ／Ｆ部６０の例を示す図である。
図２に示すように、ユーザがＮＤ値の設定を変更する手段として、ユーザがディスプレイ５０に表示されたパラメータを指定するタッチ式と、ユーザがダイヤル及びプッシュボタンなどでパラメータを指定する機械式とがある。また、パラメータを多段階で調節できる多段階制御と、パラメータを連続的に調節できる無段階制御とがある。ここでは、パラメータは、ＮＤ値である。
図２の（ａ）に示すタッチ式無段階ＮＤ制御では、ディスプレイ５０に、第１画像６０ａであるＮＤ値の階調を示すバーが表示される。ユーザがディスプレイ５０に表示されたＮＤ値の階調を示すバー６０ａを指でなぞると、なぞった指の位置をタッチパネルが検出する。タッチパネルは、検出した指の位置情報をシステム制御部２０Ａに送信する。これにより、ユーザは、所望のＮＤ値への変更をシステム制御部２０Ａに指示することができる。このとき、ユーザが第１画像６０ａのＮＤ値の階調を示すバーを指でなぞると、指で触れた透過率に対応した画像が連続的にディスプレイ５０に表示される。
図２の（ｂ）に示すタッチ式多段階ＮＤ制御では、ディスプレイ５０に、第２画像６０ｂである、各段階のＮＤ値を示すアイコンが表示される。ユーザがディスプレイ５０に表示された多段階のＮＤ値を示すアイコン６０ｂを指で触れて選択すると、指が触れた位置をタッチパネルが検出する。タッチパネルは、検出した指の位置情報をシステム制御部２０Ａに送信する。これにより、ユーザは、所望のＮＤ値への変更をシステム制御部２０Ａに指示することができる。このとき、ユーザが第２画像６０ｂの各段階のＮＤ値を示すアイコンを指で触れて選択すると、指で触れたＮＤ値に対応した画像がディスプレイ５０に表示される。
図２の（ｃ）に示す機械式多段階ＮＤ制御では、ユーザは、カメラ本体に配置されたダイヤル６０ｃを回すことにより、所望のＮＤ値への変更をシステム制御部２０Ａに指示することができる。
上記のいずれの場合も、ユーザは、ディスプレイ５０に表示された画像を見ながらＮＤ値を調整することができるため、より細かくより早く連続的又は多段階に感度調整を行うことが可能となる。これにより、露出の急激な変化に伴いディスプレイ５０の表示が急激に変化することを防ぐことができる。したがって、ユーザの、例えば眼精疲労を軽減することも可能となる。
続いて、図３を用いて、本実施形態に係るカメラシステム７０ＡにおけるＮＤ機構について詳細を説明する。図３は、第１の実施形態に係るカメラシステム７０Ａにおける第１変換手段１２Ａ及び第２変換手段１３Ａの構成を説明する図である。なお、図３では、ＮＤ機構を説明するために必要な構成のみを記載している。本実施形態では、第１変換手段１２Ａ及び第２変換手段１３Ａは、共に電子ＮＤフィルタである。以下、本実施形態において、第１変換手段１２Ａ及び第２変換手段１３Ａをそれぞれ第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａ及び第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａと呼ぶ。
図３に示すように、入射光は、レンズ１４を通して撮像部１０Ａに入射する。撮像部１０Ａに入射した光は、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａを通過した後、第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａを通過する。これにより、撮像部１０Ａに入射した光は、所望の光量まで減衰され、受光部１１Ａに入射する。
第１のＮＤフィルタ１２Ａは、一対の電極１２０Ａ及び１２２Ａと、一対の電極１２０Ａ及び１２２Ａに挟まれた第１ＮＤフィルタ層１２１Ａとを有する。第２のＮＤフィルタ１３Ａは、一対の電極１３０Ａ及び１３２Ａと、一対の電極１３０Ａ及び１３２Ａに挟まれた第２ＮＤフィルタ層１３１Ａとを有する。
本実施形態に係るカメラシステム７０Ａでは、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａ及び第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａは、異なる種類のＮＤ機構を持つフィルタであってもよい。
例えば、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａは、第１ＮＤフィルタ層１２１Ａとして液晶層を有する液晶型の電子ＮＤフィルタであり、第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａは、第２ＮＤフィルタ層１３１Ａとして反応物質層を有する析出型の電子ＮＤフィルタである。
次に、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａ及び第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａの感度調整方法について説明する。図４は、本実施形態に係るカメラシステム７０Ａにおける第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａ及び第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａの感度調整方法を説明する図である。図４の電圧電源８０は、フィルタの電極に電圧を印加する電源であり、パルスデューティ電圧電源８１は、フィルタの電極にパルスデューティ化された電圧を印加する電源である。
ここでは、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａは、液晶型の電子ＮＤフィルタであり、第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａは、析出型の電子ＮＤフィルタである。これらの電子ＮＤフィルタは、電圧電源８０で印加電圧を調整することにより光の透過率を変化させる。液晶型の電子ＮＤフィルタは、液晶が光を吸収する調光材料を含むため、印加電圧を調整することにより液晶分子の傾きを変化させて、調光の度合い、つまり、光の透過率を変化させる。析出型の電子ＮＤフィルタは、内面に電極が設けられたセルの内部に、可逆的に酸化還元反応する反応物質を含む反応溶液が満たされており、印加電圧を調整することによりセル内の反応物質の酸化還元反応を制御する。より具体的には、印加電圧を調整することにより、反応溶液中で反応物質である塩化銀が酸化還元反応を起こして銀を析出させたり溶解させたりする。
これらの液晶型及び析出型の電子ＮＤフィルタは、均質に光の透過率を変化させることができるが、入射光の光量変化に対する応答速度が比較的遅いことが知られている。しかしながら、本実施形態に係るカメラシステム７０Ａのように、２つの電子ＮＤフィルタを組み合わせて用いることで、１つの電子ＮＤフィルタを用いる場合よりも、個々の電子ＮＤフィルタが減衰する光量を少なくすることができる。そのため、本実施形態では、電子ＮＤフィルタを１つのみ備える場合に比べ、入射光を所望の光量に減衰させるまでの応答時間を約１／２倍にすることができる。つまり、被写体の急激な露光量の変化に対しても、電子ＮＤフィルタが入射光を所望の光量に減衰させる光透過率に変化するまでの応答速度を短縮することが可能となる。
なお、図３及び図４に示すＮＤ機構は一例であり、本開示におけるＮＤ機構は、２つ以上の電子ＮＤフィルタから構成されてもよい。また、本実施形態では、個々の電子ＮＤフィルタは、液晶型及び析出型のように異なる構成を有する例を示したが、２つ以上の電子ＮＤフィルタは、全て同じ構成であってもよく、任意の組み合わせで構成されてもよい。
本実施形態では、上述の液晶型及び析出型の電子ＮＤフィルタ以外の特性を有するフィルタを備えてもよい。例えば、本実施形態に係るカメラシステム７０Ａでは、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａ及び第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａの少なくとも一方は、印加された電圧に応じて周波数フィルタとしての特性を変えてもよい。以下、周波数フィルタについて説明する。
図５は、周波数フィルタ３００の概略断面図である。周波数フィルタ３００は、陽極３０１と陰極３０２を対とする電極対と、電極対に挟まれたフィルタ層３０３と、電極対の間隔を保持しながらフィルタ層の外周を囲むように封止するスペーサ３０４とを含む。
フィルタ層３０３は、電極対及びスペーサ３０４により囲まれた閉空間に配置され、電極対に電圧を印加することにより色調及び色彩が変化する物質を含む。一般に、このような色変化は、エレクトロクロミズムと呼ばれ、電気化学的な酸化還元反応によって引き起こされる、物質の色調及び色彩の可逆的変化である。つまり、色変化は、物質に含まれる分子及び金属イオンの酸化還元状態が変化して光の吸収帯が変化することに起因する。このようなエレクトロクロミズムを示す物質は、エレクトロクロミック物質と呼ばれる。なお、エレクトロクロミック物質については、後述する。
エレクトロクロミック物質を含む電解質層の構成材料が液状又はゲル状である場合は、構成材料を例えば導電性フィルムに封止して電極間に配置してもよく、電極対とスペーサとで封止された空間に直接注入してもよい。また、エレクトロクロミック物質を含む電解質層の構成材料が、例えば粉末状、粒子状、フィルム状、層状、又は板状などの固体状である場合は、構成材料をプレスにより成型してもよく、樹脂等と練合して成型してもよい。構成材料を、一般に固体状と言われる流動性のない状態に成型すればよい。この場合、フィルタ層３０３を電極対の間に封止するスペーサ３０４は、あっても無くてもよい。
上述のとおり、周波数フィルタ３００は、周波数フィルタ３００への印加電圧を調整することにより、色調及び色彩が変化する。色変化を起こす際のメカニズムは、電極対におけるエレクトロクロミック物質の可逆的な酸化還元反応であり、電極対への印加電圧を調整することにより消色と着色とを切り替えることが可能である。
また、陽極３０１及び陰極３０２は、透明電極であるとよい。これにより、周波数フィルタ３００を透過した光を受光部１１Ａに入射させることができる。なお、透明電極は、一般に使用されるものであればよい。具体的な材料及び透明の定義については、第２の実施形態における対向電極で後述する。
次に、エレクトロクロミック物質について具体的に説明する。エレクトロクロミック物質は、有機化合物及び無機化合物の両方に存在する。エレクトロクロミック物質が有機化合物の場合は、電極対に電圧を印加すると、分子が酸化還元反応により他の物質に変化する、又は、ラジカル状態に変化することにより色が変わる。また、エレクトロクロミック物質が無機化合物の場合にも、電極対に電圧を印加すると、分子が酸化還元反応により変化することにより、色が変わる。例えば、無機化合物の例としては、ペンタシアノカルボニル鉄酸塩が挙げられる。ペンタシアノカルボニル鉄酸塩は、酸化時に青に着色するが還元時は無色となる。また、酸化ニッケル（ＮｉＯｘ）は酸化時に褐色で還元時は無色となる。これらの無機化合物は、酸化発色型である。有機化合物での例としては、ヘプチルビオロゲンが挙げられる。ヘプチルビオロゲンは還元時に紫に着色し、酸化時には無色となる。つまり、ヘプチルビオロゲンは、還元発色型である。
続いて、周波数フィルタ３００の周波数特性について説明する。図６は、周波数フィルタ３００の周波数特性を説明するグラフである。図６では、縦軸は出力、横軸はフィルタを透過する光の波長を示している。
図６の（ａ）は、短波長域の波長の、つまり、高い周波数の光のみ透過率が高いハイパスフィルタの周波数特性を示すグラフである。ハイパスフィルタでは、エレクトロクロミック物質として、ペンタシアノカルボニル鉄酸塩を使用している。上述したように、ペンタシアノカルボニル鉄酸塩は、酸化されると青に着色するため、図６の（ａ）に示すように、青色の波長が含まれる短波長域の波長の光に対してのみ、透過率を高める。
図６の（ｂ）は、長波長域の波長の、つまり、低い周波数の光のみ透過率が高いローパスフィルタの周波数特性を示すグラフである。ローパスフィルタでは、エレクトロクロミック物質として、酸化ニッケル（ＮｉＯｘ）を使用している。上述したように、酸化ニッケル（ＮｉＯｘ）は、酸化されると褐色に変化するため、褐色の波長が含まれる赤外及び近赤外領域などの長波長域の波長の光に対してのみ、透過率を高める。
図６の（ｃ）は、中波長域の波長の光のみ透過率が高いバンドパスフィルタの周波数特性を示すグラフである。バンドパスフィルタは、上述のローパス特性及びハイパス特性を持つエレクトロクロミック物質を組み合わせることにより、短波長域及び長波長域の波長の光の透過率を低下させ、可視光領域などの中波長域の波長の光の透過率を向上させる。これにより、赤外領域及び紫外領域の波長の光を吸収し、可視光領域の波長の光に対してのみ、透過率を高める。
図６の（ｄ）は、バンドパスフィルタとは逆に、短波長域及び長波長域の波長の光のみ透過率が高いバンドエリミネーションフィルタの周波数特性を示すグラフである。バンドエリミネーションフィルタは、短波長域及び長波長域の光の透過率を向上させ、可視光領域などの中波長域の光の透過率を低下させる。これにより、赤外領域及び紫外領域の波長の光のみを透過させる使い方が可能となる。
このように、電子ＮＤフィルタとして周波数フィルタを使用することにより、色変換フィルタをレンズに付け外しするよりはるかに早くかつ簡単に受光部１１Ａへ入射する光の波長分布（色温度）を変えることが可能となる。
（第１の実施形態の変形例１）
続いて、第１の実施形態の変形例１に係るカメラシステムについて説明する。図７は、本変形例に係るカメラシステム７０Ｂの構成を示す機能ブロック図である。以下、第１の実施形態に係るカメラシステム７０Ａと異なる点についてのみ説明する。
本変形例に係るカメラシステム７０Ｂは、さらに、入射光の強度に応じて印加電圧制御部２４が印加する電圧を変化させる自動モードと、ユーザからの指示に応じて印加電圧制御部２４が印加する電圧を変化させる手動モードとを切り替える自動手動制御部２６を備えてもよい。
図７に示すように、本変形例に係るカメラシステム７０Ｂは、システム制御部２０Ｂに自動手動制御部２６を有する点で、第１の実施形態に係るカメラシステム７０Ａと異なる。
自動手動制御部２６は、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａと第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａに接続され、ユーザＩ／Ｆ６０により選択された自動制御又は手動制御のいずれか選択された制御方式を第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａ及び第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａに伝える回路である。
自動手動制御部２６は、グラフィックＩ／Ｆ部３０で算出された撮像データの特徴量を受信して、その特徴量から適切な撮像条件を決定し、決定された撮像条件で撮像部１０Ａに制御信号を送信する自動制御を行う。さらに、自動手動制御部２６は、グラフィックＩ／Ｆ部３０からディスプレイ５０に出力された撮像データをユーザが確認し、ユーザがユーザＩ／Ｆ部６０に入力した撮像条件に基づいて撮像部１０Ａに制御信号を送信する手動制御も行う。
例えば、ユーザが電子ＮＤフィルタの自動制御を選択した場合は、自動手動制御部２６が選択した推奨ＮＤ値に制御するための印加電圧及び／又はパルスデューティ化された印加電圧が第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａ及び第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａに供給される。また、ユーザが電子ＮＤフィルタの手動制御を選択した場合は、ユーザがユーザＩ／Ｆ部６０で指定したＮＤ値に相当する印加電圧及び／又は印加電圧のパルスデューティ化された印加電圧が、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａ及び第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａに供給される。
図８は、本変形例に係るカメラシステム７０Ｂにおける第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａ及び第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａの制御パターンを示す表である。
図８のパターン１、パターン３、パターン７及びパターン９のように、ユーザは、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａ及び第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａの２つとも常に自動制御又は手動制御のいずれかで固定される制御パターンを選択することができる。あるいは、図８のパターン５のように、ユーザは、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａ及び第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａの２つとも常に自動制御又は手動制御に切り替え可能な制御パターンを選択することができる。また、ユーザは、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａ及び第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａのいずれか一方が自動制御又は手動制御に切り替え可能であり、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ａ及び第２の電子ＮＤフィルタ１３Ａのいずれか他方が常に手動制御又は自動制御に固定される制御パターンを選択することができる。
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係るカメラシステムの概要について説明する。図９は、本実施形態に係るカメラシステム７０Ｃの構成を示す機能ブロック図である。なお、図９では、第１の実施形態に係るカメラシステム７０Ａと異なる構成についてのみ異なる符号を付している。
本実施形態に係るカメラシステム７０Ｃでは、第１変換手段１２Ｃは、印加された電圧に応じて入射光の光量を減衰させることによって利得を変化させるフィルタであってもよい。受光部１１Ｃは、光電変換部を有する。光電変換部は、第１変換手段１２Ｃを通過した光を電気信号に変換する光電変換層と、光電変換層を挟む２つの電極とを含んでいてもよい。光電変換部は、第２変換手段１３Ｃとして、印加された電圧に応じて、入射光を電気信号に変換する際の量子効率を変えることによって利得を変化させてもよい。
以下、第１の実施形態に係るカメラシステム７０Ａと異なる構成についてのみ説明する。
図９に示すように、本実施形態に係るカメラシステム７０Ｃは、受光部１１Ｃ内の光電変換部が第２変換手段１３Ｃとして機能する点で、第１の実施形態と異なる。このとき、第１変換手段１２Ｃは、受光部１１Ｃと別体に配置される。
続いて、図１０を用いて、本実施形態に係るカメラシステム７０ＣにおけるＮＤ機構について詳細を説明する。図１０は、本実施形態に係るカメラシステム７０Ｃにおける第１変換手段１２Ｃ及び第２変換手段１３Ｃの構成を説明する図である。なお、図１０では、ＮＤ機構を説明するために必要な構成のみを記載している。本実施形態では、第１変換手段１２Ｃは、電子ＮＤフィルタである。以下、本実施形態において、第１変換手段１２Ｃを第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃと呼ぶ。なお、本実施形態では、受光部１１Ｃと別体に第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃを備える例を示しているが、受光部１１Ｃと別体に電子ＮＤフィルタを２つ以上備えてもよい。また、それらの電子ＮＤフィルタは、異なるＮＤ機構を持つフィルタであってもよい。
図１０に示すように、入射光は、レンズ１４を通して撮像部１０Ｃに入射する。撮像部１０Ｃに入射した光は、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃを通過した後、受光部１１Ｃ内の第２変換手段１３Ｃに入射する。ここで、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃは、例えば、液晶型の電子ＮＤフィルタであり、第２変換手段１３Ｃは、受光部１１Ｃ内の光電変換部である。第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃは、一対の電極１２０Ａ及び１２２Ａと、一対の電極１２０Ａ及び１２２Ａに挟まれた第１ＮＤフィルタ層１２１Ａとを有する。光電変換部は、一対の電極１０５及び１０１と、一対の電極１０５及び１０１の間に挟まれた光電変換層１０４とを有し、光電変換部に入射した光を電気信号に変換する。
グラフィックＩ／Ｆ部３０は、受光部１１Ｃから出力されるデジタル処理された撮像データから算出した特徴量の結果を、システム制御部２０Ａに送信する。印加電圧制御部２４は、システム制御部２０Ａが受信した特徴量に基づき、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃと第２変換手段１３Ｃである光電変換部への印加電圧を調整する指示を撮像部１０Ｃに送信する。
本実施形態では、印加電圧制御部２４は、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃの印加電圧を制御することにより、光の減衰率を調整すると共に、第２変換手段１３Ｃである光電変換部への印加電圧を制御することにより、光電変換部の光感度を調整する。なお、光電変換部の光感度の調整方法については、図１２にて後述する。
本実施形態に係るカメラシステム７０Ｃは、このような構成を有することにより、明るさの変化に対して感度をより細かく、かつ、素早く調整することができる。
次に、光電変換部について説明する。光電変換部は、一対の電極と、一対の電極である対向電極１０５及び画素電極１０１の間に挟まれた光電変換層１０４とを有する。
対向電極１０５は、典型的には、透明な導電性材料から形成される透明電極である。対向電極１０５は、光電変換部において光が入射される側に配置される。そのため、光電変換層１０４には、対向電極１０５を透過した光が入射する。なお、撮像部１０Ｃによって検出される光は、可視光の波長範囲（例えば、３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下）内の光に限定されない。本明細書における「透明」は、検出しようとする波長範囲の光の少なくとも一部を透過することを意味し、可視光の波長範囲全体に亘って光を透過することは必須ではない。本明細書では、赤外線及び紫外線を含めた電磁波全般を、便宜上「光」と表現する。対向電極１０５には、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ－ｄｏｐｅｄ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＦＴＯ（Ｆｌｏｒｉｎｅ－ｄｏｐｅｄ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ２などの透明導電性酸化物（ＴＣＯ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ）を用いることができる。図１１はＩＴＯを用いた光電変換膜における印加電圧と受光部の出力の関係を示している。
光電変換層１０４は、入射する光を受けて正孔－電子対を発生させる。発生した正孔－電子対のうち一方の電荷が、信号電荷として画素電極１０１に捕捉される。画素電極１０１に捕捉された電荷は、公知の信号検出回路により検出される。信号検出回路は、信号電荷に応じた信号を増幅して出力する増幅トランジスタを含んでいてもよい。増幅トランジスタのゲートは画素電極１０１に電気的に接続されていてもよい。光電変換層１０４は、典型的には、有機半導体材料から形成される。
続いて、光電変換部を電子ＮＤフィルタとして機能させる方法の概要について説明する。
図１１は、光電変換膜への印加電圧と受光部からの出力電圧との関係を示すグラフである。図１１の縦軸は、規格化出力電圧を示している。ここで、規格化出力電圧は、光電変換部への印加電圧が１０Ｖであるときの受光部からの出力電圧を１．０として規格化した値である。なお、印加電圧が１０Ｖであるときの出力電圧を規格化の基準とする必要はなく、適宜変更してもよい。また、近似直線の算出方法及び算出範囲により閾値も変わり得るため、リニアリティが確保される領域も本図とは異なり得る。
図１１から、光電変換部への印加電圧を調整することで、受光部からの出力電圧を調整することができることがわかる。例えば、図１１に示すグラフから、出力される光の光量をフィルタに入射する光の光量の半分に減光するＮＤ２に相当する規格化出力電圧は、１．０の半分の０．５である。そのため、規格化出力電圧を０．５に調整する印加電圧を光電変換部に印加することにより、ＮＤ２に相当するＮＤ機能を光電変換部で実現できることがわかる。また、出力される光の光量をフィルタに入射する光の光量の４分の１に減光するＮＤ４に相当する規格化出力電圧は、１．０の４分の１の０．２５であり、出力される光の光量をフィルタに入射する光の光量の８分の１に減光するＮＤ８に相当する規格化出力電圧は、１．０の８分の１の０．１２５である。これらのＮＤについても、同様に、規格化出力電圧に調整する印加電圧を光電変換部に印加することにより、ＮＤ機能を光電変換部で実現することができる。
したがって、所望のＮＤ機能に相当する規格化出力電圧に対応する電圧を光電変換部に印加することにより、光電変換部が電子ＮＤフィルタとしても機能するように制御が可能である。但し、光電変換部への印加電圧と受光部からの出力電圧との関係は、光電変換部がこれらのＮＤ機能を奏する電圧領域において曲線的であり、光電変換部への印加電圧の全領域に亘ってリニアリティが確保されているわけではない。
例えば、図１１に示すように、光電変換部への印加電圧と受光部からの出力電圧（ここでは、規格化出力電圧）との間にリニアリティが確保されている領域とリニアリティが確保されていない領域とが存在する。印加電圧が閾値よりも大きい領域、つまり、印加電圧と規格化出力電圧との間にリニアリティが確保される電圧領域内では、印加電圧と規格化出力電圧との間に直線的な相関関係が得られるため、光電変換部への印加電圧の大きさを調整することにより光電変換部の光感度を容易に調整可能である。一方、印加電圧が閾値よりも小さい領域、つまり、印加電圧と規格化出力電圧との間にリニアリティが確保されていない電圧領域では、光電変換部への印加電圧と規格化出力電圧との関係を表す関数から、所望の規格化出力電圧に対応する印加電圧を算出する。そのため、カメラシステムに印加電圧と規格化出力電圧との関係を示す関数を記憶させる必要がある。
したがって、光電変換部の光感度を調整して所望のＮＤ機能を発揮させる場合には、印加電圧と規格化出力電圧との関係にリニアリティが確保されている領域の印加電圧と規格化出力電圧とを用いると、光電変換部の光感度の制御が容易になる。これにより、カメラシステムに関数を記憶させる必要がなくなり、簡便に、光電変換部の光感度を調整することができ、ＮＤ機能を光電変換部で実現することができる。
続いて、電子ＮＤフィルタとして、光電変換部の光感度を制御する手順について説明する。図１２は、光電変換部が電子ＮＤフィルタとして使用される場合の、光電変換部の光感度を補正する手順を示すフローチャートである。
本実施形態に係るカメラシステム７０Ｃでは、印加電圧制御部２４は、量子効率に応じて、光電変換部に繰り返し印加する電圧パルスのデューティを変えてもよい。本実施形態では、上記光電変換部は、第２変換手段１３Ｃである。
図１２に示すように、印加電圧制御部２４は、まず、所望のＮＤ値に相当する、光電変換部の出力電圧に対応する印加電圧が閾値（図１１参照）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１）。印加電圧が閾値よりも大きい場合（ステップＳ１にてＹＥＳ）、光電変換部への印加電圧と出力電圧との間に直線的な相関関係が得られるため、所望のＮＤ値に対応する印加電圧を決定し（ステップＳ２）、光電変換部への印加電圧を調整する（ステップＳ３）。これにより、光電変換部を、所望のＮＤ値に対応する光感度に変更することができる（ステップＳ４）。
次に、印加電圧と規格化出力電圧との間にリニアリティが確保されていない電圧領域における光電変換部の光感度の調整方法（ステップＳ１にてＮＯ）について説明する。
印加電圧制御部２４は、まず、所望のＮＤ値に相当する、受光部の出力電圧に対応する印加電圧が閾値（図１１参照）、例えば、９Ｖよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１）。そして、印加電圧制御部２４が当該印加電圧は閾値９Ｖ以下であると判定した場合（ステップＳ１にてＮＯ）、印加電圧の調整によるＮＤ値の補正が可能か否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５での閾値は、例えば、７Ｖである。ステップＳ５では、７Ｖより大きいか否かで、印加電圧の調整によるＮＤ値の補正が可能か否かを判定する。
ここで、ステップＳ１の閾値９Ｖ以下の近傍領域では、近似直線の算出方法などによってはリニアリティが得られる場合があり、所望のＮＤ値に対応する印加電圧を決定することにより、光電変換部の光感度を制御することも可能となる。例えば、図１１における印加電圧７Ｖより大きく９Ｖ以下の範囲の領域では、７Ｖ以下の領域に比べて、近似直線の算出方法によってはリニアリティが得られると考えられる。このような領域では、印加電圧と後述するパルスデューティとを組み合わせて、所望のＮＤ値に対応する光感度に調整してもよい。
したがって、印加電圧の調整によるＮＤ値の補正が可能であると判定された場合（ステップＳ５にてＹＥＳ）、印加電圧とパルスデューティとの組み合わせを決定する（ステップＳ６）。次に、ステップＳ６で決定された印加電圧に調整し（ステップＳ７）、パルスデューティを調整する（ステップＳ８）。これにより、光電変換部を、所望のＮＤ値に対応する光感度に変更することができる（ステップＳ４）。
一方、印加電圧の調整によるＮＤ値の補正が可能でないと判定された場合（ステップＳ５にてＮＯ）、つまり、所望のＮＤ値に相当する出力電圧に対応する印加電圧が７Ｖ以下である場合、印加電圧と規格化出力電圧との間にリニアリティは得られない。また、この場合、所望のＮＤ値に相当する出力電圧に対応する印加電圧をそのまま光電変換部に印加すると、図２４を用いて後述するように、ホワイトバランスが悪化する。そのため、例えば、印加電圧がステップＳ１の閾値９Ｖより大きい領域、つまり、リニアリティが確保されている領域の印加電圧と規格化出力電圧との関係から、所望のＮＤ値を実現できるパルスデューティを決定する（ステップＳ９）。そして、印加電圧を所定の値として、決定されたパルスデューティに調整する（ステップＳ１０）。所定の値は、閾値９Ｖより大きい値であってもよい。これにより、光電変換部を、所望のＮＤ値に対応する光感度に変更することができる（ステップＳ４）。印加電圧を閾値９Ｖより大きい値に設定することにより、ホワイトバランスの悪化を抑制することができる。
なお、本実施形態では、上記のように閾値９Ｖ以下の領域を、閾値の近傍領域（７Ｖより大きく９Ｖ以下）とそれ以下（７Ｖ以下）の領域とに分けて説明したが、閾値９Ｖ以下の領域を上記のように細かく分けなくてもよい。例えば、所望のＮＤ値に対応する印加電圧が閾値９Ｖよりも大きい領域では、ステップＳ１～Ｓ４の印加電圧の調整により光感度を調整し、所望のＮＤ値に対応する印加電圧が閾値９Ｖ以下の領域では、ステップＳ９～Ｓ１０のパルスデューティの調整により光感度を調整してもよい。パルスデューティの調整により光感度を調整する場合、印加電圧の大きさを調整してもよく、印加電圧の大きさを所定の値に固定してもよい。
以上のように、図１２では、光電変換部への印加電圧と規格化出力電圧との間にリニアリティが確保されている領域とリニアリティが確保されていない領域の閾値を設ける例を説明した。しかしながら、閾値に関係なく、印加電圧の大きさを制御する電圧制御方式による印加電圧の制御と、印加電圧をパルスデューティ化して制御するパルスデューティ制御方式による印加電圧の制御との間には、相関関係が得られる。以下、それらの相関関係について説明する。
図１３は、電圧制御方式により光感度を調整するタイミングチャートの一例である。図１４は、電圧制御方式により光感度を調整するタイミングチャートの他の例である。
図１３及び図１４では、縦軸が光電変換部への印加電圧を示し、横軸が印加時間を示している。ここでは、任意の３フレームである、Ｎ－１フレーム、Ｎフレーム及びＮ＋１フレームの印加電圧の変化を例示している。なお、後述する図１５及び図１６についても同様である。
被写体から撮像部１０Ｄへの入射光の光量が安定している場合、図１３に示すように、Ｎ－１フレーム、Ｎフレーム、Ｎ＋１フレームにおける光電変換部への印加電圧は一定である。このように、入射光の光量が安定している場合は、フレーム毎にＮＤ値を調整する必要がなく、印加電圧が一定の値（Ｖ０）であっても安定した動画像を取得することが可能である。
被写体から撮像部１０Ｄへの入射光の光量が変動する場合、つまり、被写体の明るさが明暗を繰り返す場合、図１４に示すように、Ｎ－１フレーム、Ｎフレーム、Ｎ＋１フレームの各フレームにおいて印加電圧は調整される。このように、入射光の光量が変動する場合は、例えば、Ｎ－１フレームでは印加電圧Ｖ１、ＮフレームではＶ２（＞Ｖ１）、Ｎ＋１フレームではＶ３（＜Ｖ２）のように、フレーム毎に印加電圧を調整して所望のＮＤ値に相当する出力電圧に変更する。これにより、光電変換部の光感度を入射光の光量の変化に合わせて適切に調整することができるため、光量が安定した動画像を取得可能となる。なお、図１４においては、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３［Ｖ］は図１１の閾値電圧以上の印加電圧とする。
続いて、パルスデューティ制御方式により光電変換部の光感度を調整する例について説明する。図１５は、パルスデューティ制御方式により光感度を調整するタイミングチャートの一例である。
図１４に示すタイミングチャートにおいて、Ｖ１及びＶ３が、図１１の閾値電圧よりも小さい値である場合には、パルスデューティ制御方式により光感度を調整する方法も有効である。以下、Ｖ１及びＶ３は、図１１の閾値電圧よりも小さい値であるとする。
図１５に示すタイミングチャートでは、印加電圧値を一定（Ｖ２）にし、フレーム毎に印加電圧のパルスデューティを変化させている。このとき、図１５に示す各フレームにおける印加電圧は、それぞれ図１４に示す各フレームにおける印加電圧と相関関係を有する。具体的には、例えば、図１５のＮ－１フレームの印加電圧のパルス期間Ｔ１［ｓ］のデューティとして、Ｈｉｇｈ期間をＶ１／Ｖ２、Ｌｏｗ期間を（Ｖ２－Ｖ１）／Ｖ２と設定する。これにより、図１４のＮ－１フレームの印加電圧Ｖ１に相当する印加電圧を再現できる。同様に、図１５のＮ＋１フレームの印加電圧のパルス期間Ｔ２［ｓ］のパルスデューティとして、Ｈｉｇｈ期間をＶ３／Ｖ２、Ｌｏｗ期間を（Ｖ２－Ｖ３）／Ｖ２と設定する。これにより、図１４のＮ＋１フレームの印加電圧Ｖ３に相当する印加電圧を再現できる。図１４に示す印加電圧のみで光電変換部の光感度、つまり、ＮＤ値を調整した場合の光電変換部の量子効率は、図１５に示すパルスデューティのみでＮＤ値を調整した場合の光電変換部の量子効率と同じになる。
図１６は、パルスデューティ制御方式により光感度を調整するタイミングチャートの他の例である。図１６に示すタイミングチャートでは、フレーム毎に印加電圧値と印加電圧のパルスデューティを変化させている。このとき、図１６に示す各フレームにおける印加電圧は、それぞれ図１４に示す各フレームにおける印加電圧と相関関係を有する。具体的には、図１６のＮ－１フレームの印加電圧をＶ４（＜Ｖ２）［Ｖ］、パルス期間Ｔ３［ｓ］のデューティとして、Ｈｉｇｈ期間をＶ１／Ｖ４、Ｌｏｗ期間を（Ｖ４－Ｖ１）／Ｖ４と設定する。これにより、図１４のＮ－１フレームの印加電圧Ｖ１に相当する印加電圧を再現できる。同様に、図１６のＮ＋１フレームの印加電圧をＶ５（＜Ｖ２）［Ｖ］、パルス期間Ｔ４［ｓ］のパルスデューティとして、Ｈｉｇｈ期間をＶ３／Ｖ５、Ｌｏｗ期間を（Ｖ５－Ｖ３）／Ｖ５と設定する。これにより、図１４のＮ＋１フレームの印加電圧Ｖ３に相当する印加電圧を再現できる。図１４に示す印加電圧のみでＮＤ値を調整した場合の光電変換部の量子効率は、図１６に示す印加電圧とパルスデューティとでＮＤ値を調整した場合の光電変換部の量子効率と同じになる。
なお、図１５及び図１６においては、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ５［Ｖ］は図１１の閾値電圧以上のリニアリティが確保される印加電圧とする。また、図１３から図１６は１フレームが１／６０［ｓ］の例である。しかし、本開示では、１フレームが１／１２０［ｓ］又は１／１８０［ｓ］など他のフレームレートにも同じ効果が期待できる。
なお、本実施形態において、第２の実施形態の変形例３にて後述するように、システム制御部２０Ａにホワイトバランス制御部及びホワイトバランステーブルを備えてもよい。さらに、システム制御部２０Ａは、自動手動制御部を備えてもよい。
また、図１１及び図２４では、印加電圧を下げると、印加電圧と規格化出力電圧との間のリニアリティの悪化及びホワイトバランスの崩れが発生する例を示した。それとは逆に、印加電圧を上げることにより、リニアリティの悪化又はホワイトバランスの崩れが発生するような光電変換部についても、上述した効果と同じ効果を得ることが可能である。例えば、印加電圧を上げることによりリニアリティが悪化するような光電変換部に対しては、リニアリティの良い印加電圧領域に対応する光感度に調整する場合において一定電圧を印加し、リニアリティの悪い印加電圧領域に対応する光感度に調整する場合においてパルス電圧を印加するようにしてもよい。
（第２の実施形態の変形例１）
続いて、第２の実施形態の変形例１に係るカメラシステムについて説明する。図１７は、本変形例に係るカメラシステム７０Ｄの構成を示す機能ブロック図である。以下、第２の実施形態に係るカメラシステム７０Ｃと異なる点についてのみ説明する。
図１７に示すように、本変形例に係るカメラシステム７０Ｄは、システム制御部２０Ｄにパルスデューティ制御部２９を有する点で、第２の実施形態に係るカメラシステム７０Ｃと異なる。
パルスデューティ制御部２９は、グラフィックＩ／Ｆ部３０から送信された撮像データの特徴量に基づき、光電変換部の光感度を制御する。第２の実施形態では、印加電圧制御部２４が受光部１１Ｃとは別体に配置された第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃ及び第２変換手段１３Ｃである光電変換部への印加電圧を制御する。本変形例では、印加電圧制御部２４は、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃの印加電圧を制御し、パルスデューティ制御部２９は、第２の実施形態で上述した制御と同様に、光電変換部への印加電圧を制御する。
以下、図１８を用いて、より具体的に説明する。図１８は、本変形例に係るカメラシステム７０Ｄにおける第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃ及び第２変換手段１３Ｃの感度調整方法を説明する図である。本図では、説明に必要な構成のみ記載している。
図１８に示すように、入射光は、レンズ１４を通じて撮像部１０Ｃに入射する。撮像部１０Ｃに入射した光は、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃを通過した後、受光部１１Ｃ内の光電変換部である第２変換手段１３Ｃに入射する。ここで、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃは、例えば、液晶型の電子ＮＤフィルタである。
第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃは、印加電圧制御部２４により電圧電源８０の印加電圧を制御される。これにより、第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃに入射する光の減衰率が調整される。
第２変換手段１３Ｃである光電変換部に対して、パルスデューティ制御部２９により、電圧電源８０とパルスデューティ電圧電源８１とを組み合わせた電源の、印加電圧及びパルスデューティが制御される。光電変換部を電子ＮＤフィルタとして機能させる場合、光電変換部への印加電圧と受光部の出力電圧との間にリニアリティが確保されている領域の電圧を使用するため、素早く感度を調整することができる。このとき、利用可能な印加電圧値は限られるが、電圧をパルスデューティ化することにより、所望のＮＤ値に相当する印加電圧に調整することができる。これにより、光電変換部の光感度をより細かく調整することができる。
なお、ユーザＩ／Ｆ部６０により選択されたＮＤ値により、必要に応じて、印加電圧制御部２４が第１の電子ＮＤフィルタ１２Ｃの印加電圧を調整してもよく、パルスデューティ制御部２９が第２変換手段１３Ｃである光電変換部への印加電圧を調整してもよい。このように、光電変換部を電子ＮＤフィルタとして機能させる場合に、パルスデューティ制御部２９が光電変換部への印加電圧を制御することにより、印加電圧制御部２４への負荷を軽減することができる。
（第２の実施形態の変形例２）
以下、第２の実施形態の変形例２に係るカメラシステムの概要について説明する。
図１９は、本変形例における受光部１１Ｅを説明する図である。本実施形態における受光部１１Ｅは、図１９に示すように、半導体基板に形成された複数の画素１００及び周辺回路を有する。各画素１００は、半導体基板の上方に配置された光電変換部を含み、例えば、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎは、２以上の整数である。）のマトリクス状に配置されることにより、撮像領域２００を形成する。周辺回路は、行走査回路２０１、信号処理回路２０２、制御部２０３、及び出力回路２０４を含んでいる。行走査回路２０１は、それぞれの画素信号を読み出し走査を行う。信号処理回路２０２は、読み出された画素信号の信号処理を行う。制御部２０３は、行走査回路２０１及び信号処理回路２０２を制御するための制御信号を生成する。出力回路２０４は、信号処理回路の信号を出力する。
本実施形態に係るカメラシステムは、光電変換部が電子ＮＤフィルタとして機能する点で、第２の実施形態に係るカメラシステム７０Ｃ及び第３の実施形態に係るカメラシステム７０Ｇ（図２５参照）と共通するが、光電変換部の電極構造が異なる。
図２０は、本変形例における光電変換部の構成を説明するための図である。なお、本図では、説明の容易のため、異なる構成のみ記載している。
図２０に示すように、本変形例における光電変換部は、画素１００内の画素電極１０１の周囲を囲むように配置された第３電極１０２を有する点で、第２の実施形態及び第３の実施形態と異なる。
以下、本変形例における光電変換部の感度調整方法について説明する。図２１及び図２２は、本変形例における光電変換部の感度調整方法を説明する図である。
第２の実施形態の変形例２に係るカメラシステムでは、受光部１１Ｅは、さらに、光電変換層１０４に電圧を印加するための第３電極１０２を有し、印加電圧制御部２４（不図示）は、必要とする量子効率に応じて、第３電極１０２に印加する電圧を変えてもよい。
図２１に示すように、画素１００は、光が入射する側から、対向電極１０５、光電変換層１０４、画素電極１０１、画素電極１０１の周囲を囲むように配置された第３電極１０２、配線が配置された層間絶縁層１０７、及び読み出し回路が配置された半導体基板１０８を含む。第３電極１０２は補助電極とも呼ぶ。
ここで、光電変換部１２Ｅは、対向電極１０５、光電変換層１０４、画素電極１０１及び第３電極１０２から構成される。光電変換部１２Ｅの光感度は、画素電極１０１と対向電極１０５との電位差によって生じる電界の強さと、第３電極１０２と対向電極１０５との電位差によって生じる電界の強さとの関係によって調整される。
例えば、第３電極１０２と対向電極１０５との間に電位差がない場合、第３電極１０２が電荷１０６を捕獲可能な領域の形成範囲は小さい（領域１０４Ａ）。そのため、第３電極１０２の近傍の光電変換層１０４で発生した電荷１０６は、第３電極１０２には捕獲されず、画素電極１０１に流れ込むため、光電変換部１２Ｅの光感度に寄与する。
一方、図２２に示すように、第３電極１０２と対向電極１０５との間の電位差がある場合、電位差の増加に伴い、第３電極１０２が電荷１０６を捕獲可能な領域が拡大する（領域１０４Ｂ）。そのため、第３電極１０２近傍の光電変換層１０４で発生した電荷１０６は、電位差が小さい場合に比べてより多く捕獲されるため、光電変換部１２Ｅの光感度は低下する。
また、捕獲される電荷１０６の量は、第３電極１０２と対向電極１０５との電位差によって生じる電界の強さに比例する。つまり、光電変換部１２Ｅの光感度は、第３電極１０２の電圧によって調整される。例えば、第３電極１０２の電圧を上げると光電変換部１２Ｅの光感度は向上させることができ、第３電極１０２の電圧を下げると光電変換部１２Ｅの光感度を低下させることができる。
以上のように、第２の実施形態の変形例２に係るカメラシステムは、第３電極１０２への印加電圧を調整することにより、光電変換部の光感度を調整することができる。これにより、受光部１１Ｅの感度が最適化され、ダイナミックレンジが拡大される。
（第２の実施形態の変形例３）
続いて、第２の実施形態の変形例３に係るカメラシステムについて説明する。図２３は、本変形例に係るカメラシステム７０Ｆの構成を示す機能ブロック図である。以下、第２の実施形態に係るカメラシステム７０Ｃと異なる点についてのみ説明する。
本変形例に係るカメラシステム７０Ｆは、さらに、光電変換部に印加される電圧に応じて、受光部１１Ｃで変換された電気信号に対してホワイトバランスを調整するホワイトバランス制御部２７を備えてもよい。本変形例では、上記光電変換部は、受光部１１Ｃ内の光電変換部である。
図２３に示すように、本変形例に係るカメラシステム７０Ｆは、システム制御部２０Ｆにホワイトバランス制御部２７とホワイトバランステーブル２８とを有する点で、第２の実施形態に係るカメラシステム７０Ｃ及び第２の実施形態の変形例１に係るカメラシステム７０Ｄと異なる。
ホワイトバランスの制御は、光電変換部への印加電圧を調整することにより、光感度を調整する場合に必要となる。例えば、本変形例のように、受光部１１Ｃ内の光電変換部を第２変換手段として機能させる場合である。
以下、ホワイトバランスの制御について具体的に説明する。図２４は、光電変換膜への印加電圧と波長の分光特性との関係を示すグラフである。
図２４に示すように、光電変換部への印加電圧が高くなるほど、光電変換部の量子効率は高くなる。しかしながら、光電変換部への印加電圧の大きさにより、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光の波長域によって、量子効率に違いが生じる。例えば、図２４に示す印加電圧が最も高い場合のグラフは、Ｂの波長域の量子効率が高く、緑色（Ｇ）の波長域及びＲの波長域の量子効率は同程度である。この場合、得られる画像は、ホワイトバランスを調整しないと、青みを帯びた色調になる。一方、図２４に示す印加電圧が最も低い場合のグラフは、赤色（Ｒ）の波長域の量子効率が高く、青色（Ｂ）の波長域の量子効率が低い。この場合、得られる画像は、ホワイトバランスを調整しないと、赤みを帯びた色調になる。
このように、光電変換部への印加電圧によって、赤色（Ｒ）の波長域、緑色（Ｇ）の波長域、青色（Ｂ）の波長域の量子効率が異なるため、これらの波長域の光に対する光感度を調整することにより、ホワイトバランスを調整する必要がある。
ホワイトバランス制御部２７は、図２４に示した光電変換部の印加電圧の大きさにより波長の分光特性が変化する光電変換部の特性を補正するための回路である。
ホワイトバランステーブル２８には印加電圧が変わってもホワイトバランスが一定となるようにＲＧＢの画像信号をそれぞれに係数掛けできるように印加電圧及び係数がテーブルとして保存されている。また、別の手法として光電変換部への印加電圧が変わっても、所望の透過率となる光電変換部の印加電圧に応じたＲＧＢのホワイトバランスが一定を維持するような関数をホワイトバランス制御部２７に記憶させてもよい。
これにより、本変形例では、光電変換部への印加電圧が変わっても、ホワイトバランス制御部２７に保存された関数により、又は、ホワイトバランス制御部２７とホワイトバランステーブル２８とを相互に機能させることにより、ホワイトバランスを調整することができる。したがって、ＲＧＢの画素信号のバランスを制御し、受光部１１Ａの感度を可変制御可能となり、良好な画像の撮像が可能となる。また、色毎に最適な感度調整が可能なため、ホワイトバランスの良好なカラー画像の撮像が可能となる。
また、ホワイトバランステーブル２８はシステム制御部２０Ｆに配置する必要はなく、記録媒体４０など他の場所に配置されていてもよい。なお、第２の実施形態の変形例１にて上述したとおり、受光部１１Ｃ内の光電変換部を電子ＮＤフィルタとして機能させる場合、パルスデューティ制御部２９（図１７参照）を備えてもよい。光電変換部に印加する電圧をパルスデューティ化することにより、より細かく光電変換部の光感度を調整することができる。
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係るカメラシステムの概要について説明する。図２５は、本実施形態に係るカメラシステム７０Ｇの構成を示す機能ブロック図である。なお、図２５では、第１の実施形態に係るカメラシステム７０Ａ及び第２の実施形態に係るカメラシステム７０Ｃと異なる構成についてのみ異なる符号を付している。
本実施形態に係るカメラシステム７０Ｇでは、受光部１１Ｇは、入射光を電気信号に変換する第１光電変換層及び第１光電変換層を挟む２つの第１電極を含む第１光電変換部を有してもよい。また、受光部１１Ｇは、第１変換手段１２Ｇを通過した光を入射光として電気信号に変換する第２光電変換層及び第２光電変換層を挟む２つの第２電極を含む第２光電変換部を有してもよい。第１光電変換部は、第１変換手段１２Ｇとして、印加された電圧に応じて、入射光を電気信号に変換する際の量子効率を変えることによって利得を変化させてもよい。第２光電変換部は、第２変換手段１３Ｇとして、印加された電圧に応じて、入射光を電気信号に変換する際の量子効率を変えることによって利得を変化させてもよい。
なお、本実施形態では、受光部１１Ｇ内に第１変換手段１２Ｇ及び第２変換手段１３Ｇを備える例を示しているが、受光部１１Ｇとは別体に電子ＮＤフィルタをさらに備えてもよい。
以下、第１の実施形態に係るカメラシステム７０Ａ及び第２の実施形態に係るカメラシステム７０Ｃと異なる構成についてのみ説明する。
図２５に示すように、本実施形態に係るカメラシステム７０Ｇは、第１変換手段１２Ｇ及び第２変換手段１３Ｇが受光部１１Ｇの内部にある点で、第１の実施形態及び第２の実施形態と異なる。
続いて、図２６を用いて、本実施形態に係るカメラシステム７０ＧにおけるＮＤ機構について詳細に説明する。図２６は、本実施形態に係るカメラシステム７０Ｇにおける第１変換手段１２Ｇ及び第２変換手段１３Ｇの構成を説明する図である。
図２６に示すように、入射光は、レンズ１４を通して撮像部１０Ｇに入射する。撮像部１０Ｇに入射した光は、受光部１１Ｇ内の第１変換手段１２Ｇである光電変換部に入射する。第１変換手段１２Ｇは、第１光電変換層１０４１及び第１光電変換層１０４１を挟む２つの第１電極１０５１及び１０１１を有する。第１光電変換層１０４１は、第１変換手段１２Ｇに入射した光を電気信号に変換する。第１変換手段１２Ｇを通過した入射光は、第２変換手段１３Ｇである光電変換部に入射する。第２変換手段１３Ｇは、第２光電変換層１０４２及び第２光電変換層１０４２を挟む２つの第２電極１０５２及び１０１２を有する。第２光電変換層１０４２は、第２変換手段１３Ｇに入射した光を電気信号に変換する。
本実施形態では、これらの２つの光電変換部の量子効率を変えることにより、光から電気への変換率を変化させる。以下、図２７を用いて、より具体的に説明する。図２７は、本実施形態における第１変換手段１２Ｇ及び第２変換手段１３Ｇの感度調整方法を説明する図である。
図２７に示すように、第１変換手段１２Ｇである光電変換部に対して、印加電圧制御部２４により、電圧電源８０の印加電圧が制御される。図１２で上述したステップＳ１～Ｓ３のとおり、印加電圧制御部２４は、光電変換部への印加電圧を調整することにより、光電変換部の量子効率を変化させる。すなわち、所望のＮＤ値に対応する電圧を光電変換部に印加することにより、光電変換部の光感度を調整する。例えば、図１３及び図１４に示す電圧制御方式で光感度を調整する場合、光電変換部への印加電圧と出力電圧との間にリニアリティが確保されている電圧領域内では、光電変換部への印加電圧の大きさを調整することにより、光電変換部の光感度を容易に調整可能である。なお、リニアリティが確保されている電圧領域内では、光電変換部への印加電圧の大きさを調整することにより、後述するパルスデューティ化による印加電圧の調整よりも、光電変換部の光感度をより素早く調整可能である。
第２変換手段１３Ｇである光電変換部に対して、印加電圧制御部２４により、電圧電源８０とルスデューティ電圧電源８１とを組み合わせた電源の、印加電圧及びパルスデューティが制御される。図１２で上述したステップＳ５～Ｓ７及びステップＳ９～Ｓ１０のとおり、印加電圧制御部２４は、光電変換部への印加電圧及びパルスデューティを調整することにより、光電変換部の量子効率を変化させる。このとき、所望のＮＤ値に対応する電圧が、光電変換部への印加電圧と受光部からの出力電圧との間にリニアリティが確保されていない電圧領域内に存在するため、リニアリティが確保されている電圧領域内の電圧をパルスデューティ化する必要がある。例えば、図１５及び図１６に示すパルスデューティ制御方式で光感度を調整する場合、リニアリティが確保されている領域の値、例えば、印加電圧が９Ｖ以上の値の印加電圧をパルスデューティ化することにより、所望のＮＤ値に相当する出力電圧に調整することができる。これにより、光電変換部を所望のＮＤ値に相当する光感度に調整することができる。なお、光電変換部への印加電圧をパルスデューティ化して調整することにより、印加電圧の大きさで調整する場合よりも、光電変換部の光感度をより細かく調整可能である。
以上、本開示に係る撮像装置およびカメラシステムについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態及び変形例に施したものや、実施の形態及び変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲に含まれる。
また、上記各実施の形態において、各構成要素の一部は、当該構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。構成要素は、ＣＰＵ又はプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスク又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
本発明に係る撮像装置およびカメラシステムは、デジタルスチルカメラ、放送・業務用カメラ、医療用カメラ、監視用カメラ、車載用カメラ、デジタル一眼レフカメラ、デジタルミラーレス一眼カメラ等、様々なカメラシステム及びセンサシステムへの利用が可能である。
１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｇ 撮像部
１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｅ、１１Ｇ 受光部
１２Ａ、１２Ｃ 第１変換手段（第１の電子ＮＤフィルタ）
１２Ｅ 光電変換部
１２Ｇ 第１変換手段
１３Ａ 第２変換手段（第２の電子ＮＤフィルタ）
１３Ｃ 第２変換手段
１３Ｇ 第２変換手段
１４ レンズ
１５ メカシャッタ
１６ フォーカスレンズ
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｄ、２０Ｆ システム制御部
２２ レンズ制御部
２３ 露光制御部
２４ 印加電圧制御部
２６ 自動手動制御部
２７ ホワイトバランス制御部
２８ ホワイトバランステーブル
２９ パルスデューティ制御部
３０ グラフィックインターフェース部（グラフィックＩ／Ｆ部）
４０ 記録媒体
５０ ディスプレイ
６０ ユーザインターフェース部（ユーザＩ／Ｆ部）
６０ａ 第１画像
６０ｂ 第２画像
７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ、７０Ｆ、７０Ｇ カメラシステム
８０ 電圧電源
８１ パルスデューティ電圧電源
１００ 画素
１０１ 画素電極（電極）
１０２ 第３電極
１０４ 光電変換層
１０４Ａ、１０４Ｂ 領域
１０５ 対向電極（電極）
１０６ 電荷
１０７ 層間絶縁層
１０８ 半導体基板
１２０Ａ 電極
１２１Ａ 第１ＮＤフィルタ層
１２２Ａ 電極
１３０Ａ 電極
１３１Ａ 第２ＮＤフィルタ層
１３２Ａ 電極
２００ 撮像領域
２０１ 行走査回路
２０２ 信号処理回路
２０３ 制御部
２０４ 出力回路
１０４１ 第１光電変換層
１０４２ 第２光電変換層
１０５１、１０１１ 第１電極
１０５２、１０１２ 第２電極

Claims (8)

  1. 入射光を電荷に変換する光電変換層と、前記光電変換層に対して光が入射される側に位置する対向電極と、前記光電変換層を介して前記対向電極に対向する画素電極と、を含む光電変換部と、
    前記画素電極と前記対向電極との間に電圧を供給する電圧印加回路と、
    を備え、
    前記電圧印加回路は、第１のフレームにおいて、一定の電圧値を有する第１電圧を供給し、前記第１のフレームとは異なる第２のフレームにおいて、パルス状の第２電圧を供給し、
    前記電圧印加回路は、フレーム毎に設定されるＮＤ値に応じて、前記第１電圧および前記第２電圧を選択的に供給する、
    撮像装置。
  2. 第１面と前記第１面に対向する第２面とを有し入射光を電荷に変換する光電変換層と、前記第１面上に位置する対向電極と、前記第２面上に位置する画素電極および補助電極と、を含む光電変換部と、
    前記対向電極と前記補助電極との間に電圧を供給する電圧印加回路と、
    を備え、
    前記電圧印加回路は、第１のフレームにおいて、一定の電圧値を有する第１電圧を供給し、前記第１のフレームとは異なる第２のフレームにおいて、パルス状の第２電圧を供給し、
    前記電圧印加回路は、フレーム毎に設定されるＮＤ値に応じて、前記第１電圧および前記第２電圧を選択的に供給する、
    撮像装置。
  3. 前記電圧印加回路は、第１の値以上のＮＤ値に設定されたフレームにおいて前記第１電圧を供給し、前記第１の値よりも小さいＮＤ値に設定されたフレームにおいて前記第２電圧を供給する、
    請求項１または２に記載の撮像装置。
  4. 前記電圧印加回路は、前記第１の値以上のＮＤ値に設定されたフレームにおいて、前記ＮＤ値に対応する電圧値を有する前記第１電圧を供給する、
    請求項３に記載の撮像装置。
  5. 前記電圧印加回路は、前記第１の値よりも小さいＮＤ値に設定されたフレームにおいて、前記ＮＤ値に対応するデューティを有する前記第２電圧を供給する、
    請求項３に記載の撮像装置。
  6. 前記電圧印加回路は、前記第１の値よりも小さいＮＤ値に設定されたフレームにおいて、前記ＮＤ値に対応する電圧値およびデューティを有する前記第２電圧を供給する、
    請求項３または４に記載の撮像装置。
  7. 入射光の強度に応じて前記電圧印加回路が供給する電圧を変化させる自動モードと、ユーザからの指示に応じて前記電圧印加回路が供給する電圧を変化させる手動モードとを切り替える自動手動制御部をさらに備える、
    請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の撮像装置。
  8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の撮像装置と、
    ディスプレイと、
    前記ディスプレイに、感度を連続的に変えるための指示を受け付ける第１画像、及び、前記感度を段階的に変えるための指示を受け付ける第２画像を切り替えて表示するグラフィックインターフェース部と、
    を備える、
    カメラシステム。
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