JP7867775B2 - エレクトロクロミック装置、レンズユニット、撮像装置、窓材及びエレクトロクロミック素子の駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、エレクトロクロミック装置、レンズユニット、撮像装置、窓材及びエレクトロクロミック素子の駆動方法に関する。

電気化学的な酸化還元反応により物質の光学吸収の性質（吸収波長、吸光度）が変化するエレクトロクロミック（以降、「ＥＣ」と略する場合がある）材料を利用したＥＣ素子が知られている。ＥＣ素子は、消色時の高い透過率と着色時の低い透過率とを両立できるという特徴を利用して、表示装置、可変反射率ミラー、可変透過窓、可変ＮＤ（Neutral Density）フィルタ等に応用されている。

ＮＤフィルタの一種として、フィルタ内の光透過率にグラデーションを持たせたグラデーションフィルタと呼ばれる光学がある。カメラ等に用いられるグラデーションフィルタの例としては、取得像のボケの輪郭を柔らかくするアポダイゼーションフィルタや、光量を部分的に低下させるハーフＮＤフィルタが挙げられる。このようなグラデーションフィルタの透過率グラデーションを電子的に制御することができれば、画像表現の幅を拡大することができる。

エレクトロクロミック素子の透過率可変領域の透過率を部分的に変化するように構成した光学フィルタとして、電子可変絞りが知られている。特許文献１には、１組の電極とその周囲シールに沿って配線を配置した可変絞りが開示されている。この可変絞りは、電極の抵抗を利用してエレクトロクロミック素子の透過率可変領域の一部を連続的な透過率グラデーションに制御するものである。具体的には、ＥＣ素子の典型的な駆動方法である直流または、駆動電圧／開回路電圧のパルス幅変調電圧印加によって、電極の実効電圧を高めることにより、低透過率領域を拡大する（高透過率領域を絞る、狭くする）ことができる。

特表２００２－５３７５８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のような駆動方法でグラデーションフィルタの低透過率領域を拡大した場合には、（中心の）最高透過率も同時に低下することになる。この最高透過率の低下は、高透過率が望まれる中心領域における透過光量を減少させることとなる。このため、特許文献１に記載されるようなエレクトロクロミック素子には、レンズやカメラに適用した場合にシグナルの低下による取得画像の画質低下につながるという課題があった。

本発明の目的は、ＥＣ素子の光透過領域制御時における最大透過率に対する影響を低減することができるＥＣ装置を提供することにある。

本明細書の一開示によれば、一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されたエレクトロクロミック層と、前記一対の電極に接続された配線と、を有するエレクトロクロミック素子と、前記エレクトロクロミック素子に接続され、前記配線を介して前記一対の電極に電圧を供給する駆動回路と、を有し、前記エレクトロクロミック素子は、前記電極の抵抗により、前記エレクトロクロミック層が配置された透過率変化部に透過率のグラデーションを形成するエレクトロクロミック素子であり、前記透過率変化部は、前記配線から近い前記透過率変化部の前記電極内の位置に第１の光透過状態を形成する第１領域と、前記配線から前記第１領域よりも遠い前記電極内の位置に第２の光透過状態を形成する第２領域と、を有し、前記駆動回路は、前記透過率のグラデーションを制御する際に、前記エレクトロクロミック層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる第１の電圧と、前記エレクトロクロミック層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる第２の電圧とを繰り返し供給することを、前記第１領域における、前記電極における前記エレクトロクロミック層の電気化学反応が進行し、かつ、前記第１領域の透過率変化が視認できない時間領域で行うことを特徴とするエレクトロクロミック装置が提供される。

本明細書の他の一開示によれば、一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されたエレクトロクロミック層と、前記一対の電極に接続された配線と、を有するエレクトロクロミック素子の駆動方法であって、前記エレクトロクロミック素子は、前記電極の抵抗により、前記エレクトロクロミック層が配置された透過率変化部に透過率のグラデーションを形成するエレクトロクロミック素子であり、前記透過率変化部は、前記配線から近い前記透過率変化部の前記電極内の位置に第１の光透過状態を形成する第１領域と、前記配線から前記第１領域よりも遠い前記電極内の位置に第２の光透過状態を形成する第２領域と、を有し、前記配線を介して前記一対の電極に電圧を供給し、前記透過率のグラデーションを制御する際に、前記エレクトロクロミック層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる第１の電圧と、前記エレクトロクロミック層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる第２の電圧とを繰り返し供給することを、前記第１領域における、前記電極における前記エレクトロクロミック層の電気化学反応が進行し、かつ、前記第１領域の透過率変化が視認できない時間領域で行うことを特徴とするエレクトロクロミック素子の駆動方法が提供される。

本発明によれば、ＥＣ素子の光透過領域制御時における最大透過率に対する影響を低減することができるＥＣ装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態によるＥＣ装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態によるＥＣ素子の概略構成を示す平面図である。 同心円状の透過率グラデーションを形成する配線の配置を説明する平面図である。 本発明の第１実施形態によるＥＣ素子における電極反応の概要を説明するエネルギーダイアグラムである。 本発明の第１実施形態によるＥＣ装置の駆動回路の電圧印加方法の概要を説明するグラフである。 実施例１及び比較例１のアポダイゼーションフィルタの中心からの距離－透過率プロファイルと、対応する透過像とを例示する図である。 実施例２及び実施例３のアポダイゼーションフィルタの中心からの距離－透過率プロファイルを例示する図である。 本発明の第３実施形態による撮像装置の構成例を示す概略図である。 本発明の第４実施形態による窓材の構成例を示す図である。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態によるエレクトロクロミック装置（ＥＣ装置）の概略構成について、図１乃至図３を用いて説明する。図１は、本実施形態によるＥＣ装置の概略構成を示す断面図である。図２は、本実施形態によるＥＣ素子の概略構成を示す平面図である。図３は、同心円状の透過率グラデーションを形成する配線の配置を説明する平面図である。

図１に示すように、本実施形態によるＥＣ装置１０００は、エレクトロクロミック素子（ＥＣ素子）１００９と、ＥＣ素子１００９に接続された駆動回路１０１０とを有する。ＥＣ素子１００９は、一対の電極１００１と、一対の電極１００１の間に配置されているエレクトロクロミック層（ＥＣ層）１００２と、駆動回路１０１０が接続される配線１００４とを有する。駆動回路１０１０は、配線１００４を介して一対の電極１００１に電気的に接続されてＥＣ素子１００９に電気的に接続されている。なお、ＥＣ素子１００９は、一対の電極１００１を支持する基材１００６を有していてもよいし、ＥＣ層１００２を区画する隔壁１００５を有していてもよい。また、ＥＣ装置１０００は、温度センサ（不図示）を有していてよい。この場合、温度センサは、ＥＣ素子１００９の温度を検知する機能を有することが好ましい。

図２に示すように、本実施形態によるＥＣ素子１００９は、一対の電極１００１の抵抗によりＥＣ素子１００９の透過率変化部２０１０に透過率のグラデーションを形成するＥＣ素子である。透過率変化部２０１０は、ＥＣ素子１００９のＥＣ層１００２が配置された部分である。透過率変化部２０１０は、配線１００４から近い電極１００１内の位置に第１の光透過状態を形成する第１領域２００１と、配線１００４から第１領域２００１よりも遠い電極１００１内の位置に第２の光透過状態を形成する第２領域２００２とを有する。

次に、本実施形態によるＥＣ装置１０００及びその各構成要素について、より詳しく説明する。
（ＥＣ素子１００９）
ＥＣ素子は、エレクトロクロミック化合物（ＥＣ化合物）の電気化学反応により電気的に光の吸収量を変化させることが可能な素子である。ＥＣ素子には、透過する光の量を制御する透過型のＥＣ素子と、反射する光の量を制御する反射型のＥＣ素子とがある。本実施形態によるＥＣ素子は、透過型及び反射型のいずれの形態にも適用可能であるが、光学フィルタの用途には主に透過型のＥＣ素子が利用される。

ＥＣ素子としては、無機材料を用いたものと有機材料を用いたものとがあり、有機材料を用いたものには高分子有機材料を用いたものや低分子有機材料を用いたものがある。本実施形態によるＥＣ素子には、いずれのＥＣ材料を用いることも可能である。これらのうち、特に低分子有機材料を用いたＥＣ素子は、光吸収のコントラスト及び最大透過率の観点から好ましい。

ＥＣ素子の光吸収率の制御範囲は特に制限されるものではないが、部分可変透過率フィルタとしての性能を満たす範囲を包含していることが望ましい。

例えば、理想的な吸収率の制御範囲としては、０％～１００％の範囲が挙げられ、実用的な光吸収率の制御範囲としては０．１％～９５％の範囲が挙げられる。またこれらの範囲における光吸収率の制御においては、無段階のグラデーションを実現できることが好ましい。

（電極１００１）
一対の電極１００１は、これらに印加する電圧によってＥＣ層１００２の着消色を制御する役割を有する。透過型のＥＣ素子１００９の場合、一対の電極１００１はともに透明な電極材料により構成される。反射型のＥＣ素子１００９の場合、一対の電極１００１のうちの少なくとも一方が透明な電極材料により構成される。この場合、一対の電極１００１のうち光路上における後方の電極は、光反射性の電極（例えば金属電極）としてもよい。ＥＣ素子１００９は、この一対の電極１００１間に電圧が印加されることによりＥＣ特性を示す。

一対の電極１００１には、透明性と導電性を有し、ＥＣ化合物の酸化還元反応に際して安定性を有しているものが好ましく使用できる。このような材料としては、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）やフッ素ドープ酸化スズ等の透明導電性酸化物材料が挙げられる。これらの電極材料に金属細線や金属薄膜を設けて抵抗値を低減したものや、カーボンナノチューブ等の他の導電性物質を用いた透明導電膜により一対の電極１００１を構成してもよい。

一対の電極１００１が基材（例えば、基材１００６）の上に配置されている場合、基材は光透過性の材料により構成され得る。ここで、「光透過性」とは、光を透過することを意味し、例えば、対象となる波長の光に対して５０％以上１００％以下の光透過率を有することとして定義され得る。ここで対象となる光の波長は、ＥＣ素子１００９が対象とする光の波長のことであり、典型的な例としては可視光線の波長領域である。具体的な光の波長の例としては、４２０ｎｍ以上、７００ｎｍ以下を挙げることができる。具体的には、基材としてはガラスや高分子化合物等が用いられ、必要に応じて反射防止膜等の被膜が設けられ得る。

本実施形態のＥＣ素子は、電極抵抗により透過率グラデーションを形成するために、電極１００１は配線１００４より大きな抵抗を有することが好ましい。具体的な抵抗の値は、ＥＣ素子１００９のサイズ、一対の電極１００１間の距離、ＥＣ層、形成したいグラデーション等によって異なり得る。例えば、ＥＣ素子１００９をカメラ用のフィルタに適用する場合、電極１００１は、５Ω／□以上１０００Ω／□以下が好ましく、１０Ω／□以上２００Ω／□以下がさらに好ましく、２０Ω／□以上１００Ω／□以下が最も好ましい。

（ＥＣ層１００２）
ＥＣ層１００２は、ＥＣ特性を示す材料（ＥＣ材料）を含む。
ＥＣ材料は、有機ＥＣ化合物や無機ＥＣ化合物であるＥＣ化合物を含む。ＥＣ層１００２は、電極の上にＥＣ化合物を固定化した固定型ＥＣ層であってもよいし、電解質等（電解質溶液、電解質ゲル等）に溶解したＥＣ化合物が電解質等中を移動可能な浮遊型ＥＣ層であってもよい。本実施形態のＥＣ層１００２としては、浮遊型ＥＣ層が好ましく用いられる。

固定型ＥＣ層に用いられる材料の例としては以下のものを挙げることができる。すなわち、無機ＥＣ素子であれば、酸化タングステン、酸化イリジウム等の無機ＥＣ化合物を電極に固定化したものが固定型ＥＣ層に用いられる。有機ＥＣ素子であれば高分子ＥＣ化合物であるポリチオフェン、ポリアニリン等、低分子ＥＣ化合物であるピリジン塩の誘導体、芳香族アミン化合物、ヘテロ環式化合物の誘導体を電極に固定化したものが固定型ＥＣ層に用いられる。

本実施形態において好ましく用いられる浮遊型ＥＣ層のＥＣ化合物としては、有機低分子ＥＣ化合物が好ましく用いられる。有機低分子ＥＣ化合物の具体例としては、ピリジン塩の誘導体、芳香族アミン化合物、ヘテロ環式化合物の誘導体が好ましく用いられる。これらは、溶媒に溶解した状態で用いられてもよい。溶媒としては、後述の電解質層の溶媒を用いることができる。

上述したＥＣ層１００２の中には、通常透過ＥＣ層と、通常減光ＥＣ層とがある。通常透過ＥＣ層は、駆動回路から電圧を印加されない状態で透過状態、電圧印加時の実効電圧によって減光状態となるＥＣ層である。通常減光ＥＣ層は、電圧を印加されない状態で減光状態、電圧印加時の実効電圧によって透過状態となるＥＣ層である。本実施形態によるＥＣ層１００２としては、通常透過ＥＣ層が好ましく用いられる。通常透過ＥＣ層を用いることで、電極抵抗を利用して透過率グラデーションを形成する場合に給電部位から遠い部分を透過状態とすることが可能となる。この形態は、可変絞り、アポダイゼーションフィルタへの応用に適している。以降は表記を簡潔にするため、特に記載しない限り、透過状態、減光状態について、例として通常透過ＥＣ層を想定した記述を行うが、通常減光ＥＣ層の場合には、透過／減光の表記が反対になるものである。

ＥＣ素子は、一対の電極の片側において電気化学反応が進行する単極型のＥＣ素子と、両側の電極において酸化還元物質の電気化学反応が進行する相補型のＥＣ素子とがある。本実施形態によるＥＣ素子１００９としては、どちらのタイプも用いることができるが、フィルタの透過状態と減光状態の減光比を大きくできること、また後述する理由で、浮遊型で自己消色型のＥＣ素子として相補型のＥＣ素子が好ましい。

典型的な相補型のＥＣ素子におけるＥＣ層は、酸化反応によって透過状態から減光状態に変化するアノード性のＥＣ化合物と、還元反応によって透過状態から減光状態に変化するカソード性のＥＣ化合物との少なくとも一方を有する。ＥＣ化合物が電解質等中を移動可能な浮遊型のＥＣ素子は、以下の（１）から（４）の反応が生じるために減光状態を維持するために電極に実効的な電圧を印加し、電流を流し続ける必要がある。

（１）減光状態（酸化状態）となったアノード性のＥＣ化合物（Ａ^＋）がカソード電極に到達して還元反応し透過状態（Ａ）となる反応（Ａ^＋＋ｅ^－→Ａ）
（２）減光状態（還元状態）となったカソード性のＥＣ化合物（Ｃ^－）がアノード電極に到達して酸化反応し透過状態（Ｃ）となる反応（Ｃ^－→Ｃ＋ｅ^－）
（３）減光状態（酸化状態）となったアノード性のＥＣ化合物が還元状態のカソード性の酸化還元物質（ＥＣ化合物含む）と還元反応し透過状態となる反応（Ａ^＋＋Ｃ^－→Ａ＋Ｃ）
（４）減光状態（還元状態）となったカソード性のＥＣ化合物が酸化状態のアノード性の酸化還元物質（ＥＣ化合物含む）と酸化反応し透過状態となる反応（Ｃ^－＋Ａ^＋→Ｃ＋Ａ）

これら（１）から（４）の反応は自己消色反応と呼ばれ、これらを生じるＥＣ素子を自己消色型のＥＣ素子と呼ぶ。自己消色型のＥＣ素子は電流を流し続ける必要があるため、オームの法則に基づき電極抵抗による電圧降下を生じやすく、電極面内に実効電圧差を生じさせやすい。このことにより、透過率変化部の電極内に透過率のグラデーションを形成しやすい。このため、本実施形態によるＥＣ素子１００９としては、相補型、浮遊型、自己消色型のＥＣ素子が好ましく用いられる。

相補型のＥＣ素子に用いられ得る有機低分子ＥＣ化合物中、アノード性のＥＣ化合物としては、芳香族アミン化合物、なかでもジヒドロフェナジン誘導体が優れた耐久性から好ましく用いられる。また、カソード性のＥＣ化合物としては、ピリジン塩の誘導体、特にビオロゲン誘導体が優れた耐久性と減光状態の光吸収能から好ましく用いられる。なかでも、ジヒドロフェナジン誘導体とビオロゲン誘導体の組み合わせは、可視光の吸収領域を広くカバーでき、低い駆動電圧で作動することから特に好ましく用いられる。

ＥＣ素子１００９は、電解質を含む電解質層を有していてよい。この電解質層は、ＥＣ層１００２と一体となって配置されていてもよいし、ＥＣ層１００２に重なる形で配置されていてもよい。この電解質層としては、電解質を溶媒に溶解したものが好ましく用いられる。この溶媒としては、ＥＣ化合物を始めとする溶質の溶解性、蒸気圧、粘性、電位窓等を考慮して、用途に応じて選択されるが、極性を有する溶媒であることが好ましい。具体的には、電解質層の溶媒として、メタノール、エタノール、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、ジメトキシエタン、γ－ブチロラクトン、γ－バレロラクトン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、プロピオンニトリル、ベンゾニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジオキソラン等の有機極性溶媒や水が挙げられる。中でも環状エステル化合物が、沸点、溶解度の点から好ましく用いられる。

また、ＥＣ層１００２には、必要に応じて、電解質、粘度調整剤、ＵＶ安定化剤等を含んでいてよい。電解質は、上述した電解層の形でＥＣ層に含ませることができる。

ＥＣ層１００２や電解質層を一対の電極１００１の間に保持するために、また、両電極１００１間の距離を保つために隔壁１００５が好ましく用いられる。隔壁１００５としては、シール材が好ましく用いられる。シール材は、化学的に安定で、気体及び液体を透過しにくく、ＥＣ化合物の酸化還元反応を阻害しない材料であることが好ましい。シール材としては、例えば、ガラスフリット等の無機材料、エポキシ系やアクリル系樹脂等の有機材料、金属等を用いることができる。

なお、シール材は、一対の電極１００１の間の距離を規定し保持するためのスペーサとしての機能を有していてもよい。この場合、シール材は、スペーサ材料を含有することができる。シール材が一対の電極１００１間の距離を規定する機能を有していない場合は、別途スペーサを配置して両電極１００１間の距離を保持するようにしてもよい。スペーサ材料としては、例えば、シリカビーズ、ガラスファイバー等の無機材料や、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジビニルベンゼン、フッ素ゴム、エポキシ樹脂等の有機材料が挙げられる。なお、これらのようなスペーサにより、電極１００１間の距離を規定、保持することが可能である。

（配線１００４）
本実施形態によるＥＣ素子１００９は、駆動回路１０１０等の外部回路から一対の電極１００１に駆動電圧を効率的に印加するための配線１００４を有する。配線の構成材料としては、単位体積当たりの導電率が高い材料であれば特に限定されるものではないが、中でも金属材料、特に銀、銅、アルミニウム等が好ましい。配線１００４の形成方法は、配線１００４、電極１００１、基材１００６の特性に応じた方法を選択することができ、例えば、金属ペーストを用いた印刷、スパッタリング、めっき等の手法を適用可能である。これらの形成方法とともに、パターニングや研磨といった手法を組み合わせることで、所望の領域に所望の形状の配線１００４を形成することができる。配線１００４の抵抗は、電極１００１の抵抗より低いことが好ましく、電極１００１の抵抗より１桁以上低いことがさらに好ましい。

配線１００４の形状、配置によってＥＣ素子１００９の透過率グラデーションのパターンの大枠が決まることになる。具体例としては、可変絞り、アポダイゼーションフィルタ等の同心円状の透過率グラデーションを形成する場合に適した配線１００４の配置として、図３に示すように円形の電極１００１の周縁部に沿って円形の隔壁１００５の外周を取り囲む配置が挙げられる。また、ハーフＮＤフィルタ等の直線状の透過率グラデーションを形成したい場合に適した配線１００４の配置としては、図２に示すように方形の電極１００１の一辺に位置するような配置が挙げられる。

（透過率グラデーション）
本実施形態によるＥＣ装置１０００は、ＥＣ素子１００９の透過率変化部２０１０に透過率のグラデーションを形成する。ＥＣ素子１００９は、電極１００１の実効電圧に依存して透過率が変化する素子である。ＥＣ素子１００９の透過率グラデーションは、電極１００１に電流が流れる際に電極１００１の電極抵抗により生じる電圧降下により電極１００１内に実効電圧のグラデーションが形成されることによって形成される。

上述のように形成される透過率グラデーションは、電極１００１の抵抗によって生じるため、電極１００１と比べて抵抗の低い配線１００４からの距離によって異なる光透過状態が形成される。ここで、配線１００４から近い透過率変化部２０１０の電極１００１内の位置に形成される光透過状態を第１の光透過状態、その第１の光透過状態が形成される領域を第１領域２００１とする。また、配線１００４から第１領域２００１よりも遠い電極１００１内の位置に形成される光透過状態を第２の光透過状態、その第２の光透過状態が形成される領域を第２領域２００２とする。通常透過ＥＣ素子であれば、第１の光透過状態は低光透過状態、第２の光透過状態は高光透過状態となり、反対に通常減光ＥＣ素子であれば、第１の光透過状態は高光透過状態、第２の光透過状態は低光透過状態となる。以下では、領域について通常透過ＥＣ素子を例として透過率グラデーション形成時の光透過率について記載する。

透過率変化部２０１０の電極１００１を電極面に対して垂直な方向から見た場合において、（例：図２の上面図）電極面内の透過率が低い側から面積比で１０％を占める領域を第１領域２００１とする。また、電極面内の透過率が高い側から面積比で１０％を占める領域を第２領域とする。本実施形態においては、給電部位から遠い部分を透過状態とすることが可能となる通常透過ＥＣ層が好ましく用いられる。通常透過ＥＣ層は、通常減光ＥＣ層とは透過率の高低が逆となり、可変絞り、アポダイゼーションフィルタへの応用に適している。また、通常透過ＥＣ層は、最大透過率の観点からも通常減光ＥＣ層より有利なことが多い。このため、第１の光透過状態は、第２の光透過状態よりも光透過率が低いことが好ましい。また、透過率グラデーションを形成するグラデーションＥＣ素子は、素子内部の光透過率の差を利用してその効果を発揮するものである。このため、ＥＣ素子１００９の透過率グラデーションの形成時において、第１の光透過状態の光透過率と第２の光透過状態の光透過率とには十分な差があることが好ましい。

透過率グラデーションの形成時の第１の光透過状態と第２の光透過状態との光透過率の差の具体的な値の例としては、最高値と最低値で２倍以上の差があることが好ましく、４倍以上の差があることがさらに好ましく、８倍以上の差があることが最も好ましい。

（駆動回路１０１０）
本実施形態によるＥＣ装置１０００のＥＣ素子１００９の電極１００１に配線１００４を通じて接続される駆動回路１０１０について、通常透過ＥＣ素子を例に説明する。駆動回路１０１０は、配線１００４を介して電極１００１に電圧を供給してＥＣ素子１００９を駆動する。ＥＣ素子１００９は、電極１００１の実効電圧を増大させることにより透過率が低下する。本実施形態によるＥＣ装置１０００のＥＣ素子１００９の透過率変化部２０１０に形成される透過率グラデーションは、電極１００１内に実効電圧のグラデーションが形成され、その結果、電極の実効電圧に応じて形成される。電極１００１内における実効電圧のグラデーションは、電極１００１に電流が流れる際に電極抵抗により生じる電圧降下により形成される。

ＥＣ素子の典型的な駆動方法である直流または、駆動電圧／開回路電圧のパルス幅変調電圧印加によってこの透過率グラデーションを制御する場合、電極の実効電圧を変化させることによって制御することになる。例としては、印加電圧を高めることや駆動電圧のデューティ比を高めることで実効電圧を高めることにより、低透過率領域を拡大する（高透過率領域を絞る、狭くする）ことができる。しかしながら、これらのような駆動方法でグラデーションフィルタの低透過率領域を拡大した場合には、ＥＣ素子に印加される実効電圧を高めることによりＥＣ素子の最高透過率も同時に低下することになる。この最高透過率の低下は、フィルタを通した透過光量を減少させることとなり、レンズやカメラに適用した場合には、シグナルの低下による取得画像の画質低下につながるという課題があった。

この課題を解決するため、本実施形態による駆動回路１０１０は、互いに異なる電圧を繰り返し電極１００１に供給する。すなわち、本実施形態の駆動回路１０１０は、透過率のグラデーションを制御する際、ＥＣ層１００２の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧と、ＥＣ層１００２の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧とを繰り返し供給する。この駆動回路１０１０による電圧供給の詳細について、酸化反応によって低光透過状態となるアノード性のＥＣ化合物（Ａ）と、還元反応によって低光透過状態となるカソード性のＥＣ化合物（Ｃ）を用いた相補型のＥＣ素子を例に図４を用いて説明する。図４は、ＥＣ素子の電極反応のエネルギーダイアグラムである。

図４（ａ）には、ＥＣ層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧（Ｖ_Ｆｗｄ）を印加した時のＥＣ素子の電極反応を示す。ここでは、例えば、アノード性のＥＣ化合物の式量電位（Ｅ^０’ _Ａ）とカソード性のＥＣ化合物の式量電位（Ｅ^０’ _Ｃ）の差分となる電圧をかけた場合について説明する。アノード性のＥＣ化合物は電極Ｅ１において、酸化反応を受け、低光透過状態である酸化体に変化する。一方、カソード性のＥＣ化合物は電極Ｅ２において、還元反応を受け、低光透過状態である還元体に変化する。（代表的なカソード性のＥＣ化合物であるビオロゲン誘導体では、高光透過状態がジカチオン、低光透過状態がモノカチオンであるが、ここでは、前者をＣ、後者をＣ^－に対応するものとして記載する。）そして外部回路には、電流（ｉ_Ｆｗｄ）が流れる。

図４（ｂ）には、上記のＥＣ層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧（Ｖ_Ｆｗｄ）に続いて、ＥＣ層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧（ここではＶ_Ｆｗｄの逆極性の電圧であるＶ_Ｒｅｖ）を印加した場合を示す。電極Ｅ１の近傍では、Ｖ_Ｆｗｄの印加によって生成したアノード性のＥＣ化合物の酸化体（低光透過状態）が多く存在しており、Ｖ_Ｒｅｖの印加により、これらが還元され高光透過状態となる反応が急速に進行する。同様に電極Ｅ２の近傍では、Ｖ_Ｆｗｄの印加によって生成したカソード性のＥＣ化合物の酸化体（低光透過状態）が多く存在しており、Ｖ_Ｒｅｖの印加により、これらが酸化され高光透過状態となる反応が急速に進行する。そして外部回路には、電流（ｉ_Ｒｅｖ）が流れる。

本実施形態による駆動回路１０１０は、上述のように、ＥＣ層１００２の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧と、ＥＣ層１００２の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧とを繰り返し電極１００１に供給する。これにより、駆動回路１０１０は、ＥＣ層１００２の透過率の低下に寄与しない電流を増大させることができる。このＥＣ層１００２の透過率低下に寄与しない電流により、ＥＣ層１００２の透過率を変化させることなく、電流が流れる際の電極抵抗により生じる電圧降下を制御することができる。これにより、電極１００１内の実効電圧のグラデーションを制御して透過率変化部２０１０における透過率のグラデーションを制御することが可能となる。

ＥＣ層１００２の透過率を低下させる電圧の好ましい例としては、電極１００１のサイズ、抵抗によって異なるが、アノード性のＥＣ化合物の式量電位とカソード性のＥＣ化合物の式量電位との差の絶対値から０．２Ｖを差し引いた値以上が挙げられる。また、アノード性のＥＣ化合物の式量電位とカソード性のＥＣ化合物の式量電位との差の絶対値以上が、より好ましい例として挙げられる。この電圧の上限は、ＥＣ層１００２が安定して透過率変化を繰り返すことができる電圧によって定められる。なお、ＥＣ層１００２に用いられるＥＣ化合物の式量電位は、単独のＥＣ化合物を溶解させた電解質溶液中、参照電極を用いたサイクリックボルタンメトリーの酸化波、還元波のピーク電位の中点電位等から見積もることができる。

一方、ＥＣ層１００２の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧の例としては、ＥＣ層１００２の透過率を低下させる電圧を正の電圧として０Ｖ以下が挙げられる。特に好ましいこの電圧の範囲として、ＥＣ層１００２の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧の逆極性の電圧（負の電圧）が挙げられる。これは、ＥＣ層１００２の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧の逆電圧を印加することにより、限られた時間領域内で短絡（０Ｖ印加）するよりも速くＥＣ層１００２の透過率を低下させる電気化学反応を進行させることができるためである。この電圧の下限は、ＥＣ層１００２が安定して透過率変化を繰り返すことができる電圧によって定められる。この電圧の典型的な例としてはＥＣ層１００２の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧の同じ絶対値で正負の符号を逆にした電圧が挙げられる。

本実施形態による駆動回路１０１０は、透過率グラデーションを制御する際に、ＥＣ層１００２の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧と、ＥＣ層１００２の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧とを繰り返し供給する。そして、駆動回路１０１０は、これらの電圧の繰り返しの供給を、第１領域２００１における、電極１００１におけるＥＣ層１００２の電気化学反応が進行し、かつ、第１領域２００１の透過率変化が実質的に視認できない時間領域で行う。ここで、第１領域における、と記載するのは次のことを意味する。すなわち、少なくともＥＣ素子１００９内の電極１００１内の配線１００４から比較的に近い位置に第１の光透過状態を形成する第１領域２００１において、ＥＣ層１００２の電気化学反応が進行し、透過率変化が実質的に視認できないことを意味する。これは、配線１００４に比較的に近く、電気化学反応が比較的に活発に行われる第１領域２００１において電気化学反応の進行および透過率変化の視認の検証を行うものである。

電極１００１におけるＥＣ層１００２の電気化学反応が進行する要件については以下のように説明できる。ＥＣ層１００２の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧とＥＣ層１００２の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧とを繰り返し供給する時間領域（周波数）について考える。この周波数を高くしていくと、ＥＣ層１００２の電極１００１における過程として、ファラデー電流が流れるＥＣ化合物の電気化学反応の寄与が小さくなり、キャパシタ電流が流れる充放電過程が主となる。この電圧の繰り返し供給の周波数が、充放電過程が主となる比較的に短い時間領域で印加された場合には、ＥＣ層１００２の透過率の増減にかかわる電気化学反応に対応する電荷移動抵抗に十分な実効電圧がかからずＥＣ層１００２が低光透過状態とならなくなる。この状態はＥＣ素子１００９の透過率変化部２０１０に透過率グラデーションを形成するために好ましくないため、ＥＣ層１００２の電気化学反応が進行する、ファラデー電流が流れるＥＣ化合物の電気化学反応が主となる周波数で繰り返しの電圧供給が行われる。この電気化学反応を進行させるための繰り返し供給の適した周波数範囲は、ＥＣ素子１００９の種類、構成によって異なる。この周波数範囲について相補型、自己消色型の有機低分子ＥＣ素子の一例を挙げると、１０ｋＨｚ以下が好ましく、１ｋＨｚ以下がさらに好ましく、３００Ｈｚ以下が最も好ましい。

透過率変化が実質的に視認できない時間領域で行う要件については以下の（１）及び（２）の２つの意味がある。（１）繰り返しの電圧供給の周波数を低くしていき、ＥＣ化合物の電極反応応答よりも低周波数となると、ＥＣ素子１００９の電極１００１においてはファラデー電流が流れるＥＣ化合物の電気化学反応が進行するためＥＣ層１００２の透過率の増減が起こる。この透過率の増減が視認されると、ＥＣ素子１００９を透過する光のチラツキとなり、ＥＣ装置１０００の品位を低下させてしまう。この実質的に視認できないために適した周波数範囲は、ＥＣ装置１０００の用途、特にＥＣ素子１００９を通じた光の検出器の検出速度によって異なる。人間の眼を例に記載すると、繰り返しの電圧供給の周波数は、透過率の増減の視認を防ぐ観点から、２４Ｈｚ以上が好ましく、３０Ｈｚ以上が次に好ましく、６０Ｈｚ以上がさらに好ましい。この値と、上述の電気化学反応の好ましい周波数との関係で使用する周波数が選択されることが好ましい。典型的な周波数の例は、６０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下である。（２）本実施形態による駆動回路１０１０は、駆動時のＥＣ素子１００９の定常的なグラデーションパターンの制御を主な目的としている。そのため、ＥＣ層１００２の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧とＥＣ層１００２の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧とを繰り返し印加することを、ＥＣ素子１００９の透過率変化が実質的に視認できない時間領域で行う。また、この実質的に視認できないために適した透過率変動幅は、５％以下が好ましく、１％以下がさらに好ましい。

本実施形態による駆動回路１０１０の具体的な駆動例を以下に図５を用いて説明する。駆動回路１０１０は、ＥＣ層１００２の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧とＥＣ層１００２の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧とを供給する際にそれらを供給する時間の比を変化させることを好ましく行うことができる。

図５は、本実施形態による駆動回路１０１０の電圧印加方法の概要を説明する模式図である。図５において、縦軸は駆動回路１０１０からＥＣ素子１００９に印加される電圧、横軸は時間である。図５に示すように、駆動回路１０１０は、ＥＣ素子１００９にＥＣ層１００２の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧（Ｖ_Ｆｗｄ）と、ＥＣ層１００２の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧（Ｖ_Ｒｅｖ）とを繰り返し印加する。駆動回路１０１０は、この繰り返しの電圧印加を、第１領域２００１における、電極１００１におけるＥＣ層１００２の電気化学反応が進行し、かつ、第１領域２００１の透過率変化が実質的に視認できない時間領域、周期（Ｔ）で行う。このとき、Ｔは、Ｖ_Ｆｗｄを印加する時間Ｔ_Ｆｗｄと、Ｖ_Ｆｗｄを印加する時間Ｔ_Ｒｅｖとから構成されるのが好ましい。そして、駆動回路１０１０は、Ｔ_ＦｗｄとＴ_Ｒｅｖとの比を変化させることで透過率のグラデーションを制御することを好ましく行うことができる。さらに具体的には、駆動回路１０１０は、ＥＣ素子１００９の可変透過率のグラデーションを制御する際、パルス幅変調駆動の１周期において、Ｔ_ＦｗｄとＴ_Ｒｅｖとの比を変化させることで透過率のグラデーションを制御することを好ましく行うことができる。

本実施形態による駆動回路１０１０は、前述の繰り返し印加する駆動方法とＥＣ素子の典型的な駆動方法である直流または、駆動電圧／開回路電圧のパルス幅変調電圧印加等を、状況、条件に応じて切り替えて使用してもよい。具体例としては、次のように駆動方法を切り替えることができる。すなわち、アポダイゼーションフィルタや絞りの使用時において、スローシャッター撮影や動画撮影などを行う等の理由で周辺部だけでなく中央部の光量も落としたい場合には、直流または、駆動電圧／開回路電圧のパルス幅変調電圧印加の駆動方法を選択する。一方、アポダイゼーションフィルタや絞りの使用時において、ブレ防止や、シャッタースピードの速い撮影などで光量を増大させたいときには、前述の繰り返し電圧を印加する駆動方法を選択する。

ＥＣ素子は、温度低下により同じ減光状態を実現するための電流値が小さくなることが知られている。このような電流値の低下は、実効電圧グラデーションの鈍化、透過率グラデーションの鈍化につながる。これに対応するために、本実施形態によるＥＣ装置１０００には、温度センサが好ましく配置される。この場合、温度センサの計測温度に対して予め設定されている前述の電圧、時間の比を適用することが好ましく行われる。具体的には、例えば、温度低下時にはＥＣ層１００２の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させ、温度低下により減少した電流の補償を行うことが挙げられる。

以上説明したように、本実施形態によるＥＣ装置１０００は、駆動回路１０１０により、ＥＣ層１００２の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧と、ＥＣ層１００２の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧とを繰り返し供給する。これにより、本実施形態によるＥＣ装置１０００によれば、以下の効果が得られる。

従来の直流または、駆動電圧／開回路電圧のパルス幅変調電圧印加等による駆動では、実効電圧による電流制御により、透過率グラデーションを制御していたため、透過率グラデーションとともに、最高透過率も同時に変化してしまう課題があった。これに対し、本実施形態によるＥＣ装置１０００の駆動回路１０１０による駆動方法では、透過率を増大させない電気化学反応制御による電流制御を行うことで、電圧降下プロファイルを透過率から独立して変化させることができる。これにより、本実施形態では、高い自由度で透過率グラデーションの制御を行うことができる。具体的な効果としては、レンズやカメラに適用した場合には、シグナルの低下を抑制した高品位の画像の取得が可能となる。また眼鏡、窓に適用した場合には、所望のグラデーションパターンを実現可能となり、製品の機能を向上させることができる。

なお、先行例としては、相補型のＥＣ層を有するＥＣ素子の透過率上昇時の速度向上のために、ＥＣ層に着色時とは逆極性の電圧を印加する方法が報告されている（先行例１：特開２０２０－１６８０５号公報）。この手法は、電極に逆極性の電圧を印加することにより、減光状態のＥＣ化合物を透過状態とする反応を速く進行させるものである。この手法は、ＥＣ素子の透過率上昇時の速度を向上させる手法であるために透過率変化が視認できる時間領域で行われる。

これに対し、本実施形態によるＥＣ装置１０００は、先の駆動回路１０１０の項で説明したようにＥＣ素子１００９の定常的なグラデーションパターンの制御を主な目的としており、先行例１とは目的が異なる。そのため、本実施形態では、ＥＣ層１００２の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧と、ＥＣ層１００２の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧とを繰り返し印加することを行う。この際、本実施形態では、ＥＣ素子１００９の透過率変化が実質的に視認できない時間領域でその駆動を行う。この点で、本実施形態によるＥＣ装置１０００は、先行例１の構成とは明確に異なる。具体的には、仮に先行例１の電圧印加方法をそのまま適用した場合には、透過率グラデーションの変化が視認されることとなり、駆動時のＥＣ素子の定常的なグラデーションパターンの制御の実現には寄与しない。

また、他の先行例として、ＥＣ素子を駆動電圧／開回路電圧のパルス幅変調駆動を行う際に、ＥＣ素子を高光透過状態からごくわずかに低光透過状態にしたい場合の駆動方法が報告されている（先行例２：特許第６７２７７５５号公報）。この方法は、前記パルス幅変調駆動の１周期における電圧非印加時に一対の電極間を短絡させる。この方法は、パルス幅変調駆動を用いた場合に、ごくわずかな低光透過状態を実現する際のＥＣ化合物を低光透過状態とするための電圧印加の時間が電気化学反応の過渡応答時間よりも小さくなる場合を扱っている。このケースでは、低光透過状態とするための電圧印加の時間の算出上の値が小さすぎて電気化学反応の過渡応答時間よりも小さくなり、パルス幅の変調では制御することが困難である。そして、この方法は、このようなごくわずかな低光透過状態を実現する場合においてのみ、ＥＣ化合物を低光透過状態とするための電圧印加に短絡時間（高光透過状態とする時間）を加えることでごくわずかな低光透過状態を実現するものである。また、先行例２には、上記ごく僅かな低光透過状態よりもより低光透過状態を実現する際にＥＣ化合物を低光透過状態とするための電圧印加の時間が電気化学反応の過渡応答時間よりも大きくなる場合には、電極間を短絡させず開回路とすることが記載されている。

一方、本実施形態によるＥＣ装置１０００は、ＥＣ素子１００９の透過率変化部２０１０に明確な透過率のグラデーションを形成するものである。この透過率グラデーションは、電極１００１に電流が流れる際に電極抵抗により生じる電圧降下により電極１００１内に実効電圧のグラデーションが形成されることと、ＥＣ素子１００９が電極の実効電圧に依存して透過率が変化することにより形成される。本実施形態では、前述の先行例２のような、ごくわずかな低光透過状態を実現する際に流れる電流は微小であるため電極抵抗により生じる電圧降下は小さく、透過率のグラデーションはほとんど形成されない。また、本実施形態によるＥＣ装置１０００のように、ＥＣ素子１００９の透過率変化部２０１０に明確な透過率のグラデーションを形成するような、明確な低光透過状態を形成する場合には、先行例２では電極間を短絡させず、開回路とすることが記載されている。この点で、本実施形態によるＥＣ装置１０００は、先行例２の構成と明確に異なる。具体的には、仮に先行例２の電圧印加方法をそのまま適用した場合には、電圧非印加時に一対の電極間を短絡させる駆動方法を採用するときに透過率グラデーションは形成されない。また、電圧非印加時に一対の電極間を開回路とする駆動方法（典型的な駆動方法である駆動電圧／開回路電圧のパルス幅変調電圧印加）を採用する場合には、グラデーションフィルタの最高透過率も同時に低下することとなる。これらは、ＥＣ素子の光透過領域制御時における最大透過率に対する影響低減の実現には寄与しない。

本実施形態によるＥＣ装置１０００は、可変アポダイゼーションフィルタ、可変絞り、可変ハーフＮＤフィルタ等の光学用途に適用することができる。また、本実施形態によるＥＣ装置１０００は、眼鏡、窓に適用することができる。眼鏡、窓に適用した場合には、所望のグラデーションパターンを実現可能となり、製品の機能を向上させることができる。また、本実施形態によるＥＣ装置１０００は、撮像装置、レンズユニット、又はこれらに取り付ける部品として用いることができる。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、本実施形態によるＥＣ装置１０００を用いた光学フィルタは、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適用可能である。また、本実施形態によるＥＣ装置１０００を用いた光学フィルタは、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。本実施形態によるＥＣ装置１０００を光学フィルタとして用いることで、一つのフィルタで画角内の光量を部分的に自由度高く変化させることが可能となり、部材点数の削減、省スペース化にも有効である。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（１）ＥＣ素子の作製
（ａ）ＥＣ素子躯体の作製
図３に概要を示す実施例のＥＣ装置（アポダイゼーションフィルタ装置）のＥＣ素子を、以下の工程により作製した。まず、シート抵抗６０Ω／□の一様なＩＴＯ膜付きガラスに、透過率変化部となる電極サイズが４６ｍｍφの円形となるよう、その外周に銀配線（１５．８ｍΩ／□，２．２ｍｍ幅）をマスクスパッタリングにより形成した。次いで、隔壁として３０μｍのスペーサービーズを混合したＵＶ硬化性のシール材をＩＴＯ膜上に塗布し、一対の基板のＩＴＯ膜の面が対向するように基板を重ね合わせてＵＶ光を照射することで、シール材を硬化させた。

（ｂ）電解質溶液の注入
ＥＣ化合物とＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）とを炭酸プロピレンに溶解させて電解質溶液（ＥＣ溶液）を調製した。ＥＣ化合物としては、特開２０２０－９５２５３号公報を参考に合成した以下に示す複数のＥＣ化合物（１）～（６）を用いた。

このときのＥＣ化合物（１）～（６）の減光状態の濃度（単位ｍｍｏｌＬ^－１）を以下の表１に示す。ＰＭＭＡの濃度は、２５ｇ／Ｌとした。ここで、ＥＣ化合物（１）～（３）は、ジヒドロフェナジン誘導体であるアノード性ＥＣ化合物である。ＥＣ化合物（４）～（６）は、ビオロゲン誘導体であるカソード性ＥＣ化合物である。これらのＥＣ化合物は低分子有機材料であり、これらを用いたＥＣ素子は、相補型、浮遊型、自己消色型の低分子有機ＥＣ素子である。

次に、このように調製した電解質溶液を、隔壁に形成しておいた注入口（不図示）からＥＣ層となる空隙に注入し、その後、ＵＶ硬化性シール材で封止した。こうしてＥＣ素子を形成した。形成されたＥＣ素子は、アノード性のＥＣ化合物とカソード性ＥＣ化合物とを電解質溶液中に溶解させた自己消色型のＥＣ素子であった。また、このＥＣ素子は、駆動回路から電圧を印加されない状態で透過状態、電圧印加時の実効電圧によって減光状態となる通常透過ＥＣ素子であった。そして配線から近い第１の光透過状態は、第２の光透過状態よりも光透過率が低かった。

（２）ＥＣ素子の駆動
（ａ）従来のＤＣ駆動に対する優位性
関数発生器を接続したポテンショスタットを駆動回路として使用してＥＣ装置を構成した。１ｃｍ×１ｃｍの単位面積を持つＥＣ素子から抽出したパラメータを用いて、実施例、比較例のＥＣ素子の透過率シミュレーションを行った。透過率シミュレーションでは、電極のシート抵抗を６０Ω／□（全領域）、配線のシート抵抗を１５．８ｍΩ／□、配線の幅を２．２ｍｍ幅、対向する電極間距離を３０μｍとした。

実施例１の駆動方法として、ＥＣ層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧である＋１．４Ｖの矩形波と、＋１．４Ｖで低光透過状態となったＥＣ層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる－１．４Ｖの矩形波とを繰り返し印加した。このときの駆動周波数としては、電極におけるＥＣ層の電気化学反応が進行し、かつ、配線に近い低透過率領域である第１領域の透過率変化が実質的に視認できない１００Ｈｚを選択した。全印加時間における＋１．４Ｖ印加した時間の割合（デューティ比）でグラデーションを制御した。図５を用いて説明すると、実施例１では、Ｖ_Ｆｗｄ＝＋１．４Ｖ、Ｖ_Ｒｅｖ＝－１．４Ｖ、Ｔ＝０．０１ｓ（＝１００Ｈｚ）、デューティ比：Ｔ_Ｆｗｄ／Ｔでグラデーションを制御した。一方、比較例１の駆動方法としては、ＤＣ駆動を選択した。比較例１では、この印加直流電圧を変化させることでグラデーションを制御した。

図６には、実施例１及び比較例１のそれぞれについて、アポダイゼーションフィルタの中心からの距離－透過率プロファイルの五例と、対応する透過像の二例を示す。図６に示すグラフにおいて、縦軸は光透過率、横軸はアポダイゼーションフィルタの中心からの距離（ｄ＝０．０が中心、ｄ＝１．０が端部）である。

図６（ａ）は、実施例１のアポダイゼーションフィルタ装置においてデューティ比を０．５５から０．７５まで０．０５刻みで変化させたときの各デューティ比でのプロファイルを示す。図６（ａ）に示す結果から、実施例１のアポダイゼーションフィルタ装置では、中心部分の透過率がほとんど低下することなく、低透過率領域を変化させる（グラデーションを制御する）ことができていることが確認された。また、この時に低透過率領域である第１領域において、定常状態の透過率変化ほぼゼロであり視認できるものではなかった。

これに対し、図６（ｂ）は、比較例１のアポダイゼーションフィルタ装置において直流電圧を０．５Ｖから０．９Ｖまで０．１Ｖ刻みで変化させたときの各直流電圧でのプロファイルを示す。図６（ｂ）に示す結果から、比較例１のアポダイゼーションフィルタ装置では、印加電圧を上げ低透過率領域を拡大（グラデーションを制御する）すると、フィルタ中心部の透過率が大きく低下することが確認された。

以上の実施例１と比較例１との比較から以下のことを確認することができた。
・ＥＣ層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧とＥＣ層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧とを繰り返し供給することで、ＥＣ素子の光透過領域制御時の最大透過率に対する影響を低減できること。

・第１領域における、電極におけるＥＣ層の電気化学反応が進行し、かつ、第１領域の透過率変化が実質的に視認できない時間領域で電圧供給を繰り返し行うことで、ＥＣ素子の光透過領域制御時の最大透過率に対する影響を低減できること。

・ＥＣ層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧を、ＥＣ層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧の逆極性の電圧とすることで、ＥＣ素子の光透過領域制御時の最大透過率に対する影響を低減できること。

・配線から近い第１の光透過状態が配線から遠い第２の光透過状態よりも光透過率が低いＥＣ装置に適切な駆動回路を用いることで、ＥＣ素子の光透過領域制御時の最大透過率に対する影響を低減したアポダイゼーションフィルタを提供できること。

・ＥＣ層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧と、ＥＣ層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧とを供給する時間の比を変化させる駆動回路を用いることでＥＣ素子の光透過領域制御時の最大透過率に対する影響を低減できること。

・パルス幅変調駆動の１周期において、ＥＣ層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧と、ＥＣ層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧とを供給する時間の比を変化させる駆動回路を用い得ること。これにより、ＥＣ素子の光透過領域制御時の最大透過率に対する影響を低減できること。

（ｂ）逆極性電圧印加の優位性
実施例２、３の駆動方法として、ＥＣ層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧である＋０．９Ｖを印加し、＋０．９Ｖで低光透過状態となったＥＣ層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる異なる電圧を印加した場合について説明する。

実施例２の駆動方法としては、＋０．９Ｖで低光透過状態となったＥＣ層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧として－０．９Ｖを印加した。また、実施例３の駆動方法では、＋０．９Ｖで低光透過状態となったＥＣ層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧として０Ｖを印加した。図５を用いて説明すると、実施例２の駆動方法では、Ｖ_Ｆｗｄ＝＋０．９Ｖ、Ｖ_Ｒｅｖ＝－０．９Ｖ、Ｔ＝０．０１ｓ（＝１００Ｈｚ）、ｄｕｔｙ比：Ｔ_Ｆｗｄ／Ｔ＝０．６５を選択した。実施例３の駆動方法では、実施例２にと同様の条件でＶ_Ｒｅｖのみ０Ｖに変更した。ここで、実施例２では、ＥＣ層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧として、ＥＣ層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧の逆極性の電圧を印加した。一方、実施例３では、ＥＣ層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧として、ＥＣ層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧の逆極性でない０Ｖの電圧を印加した。

図７には、実施例２、３のそれぞれについて、アポダイゼーションフィルタの中心からの距離－透過率プロファイルを示す。逆極性の－０．９Ｖを印加した実施例２のアポダイゼーションフィルタ装置では、中心部分の透過率がほとんど低下することなく、低透過率領域を変化させることができていることが確認された。これに対して、逆極性でない０Ｖの電圧を印加した実施例３のアポダイゼーションフィルタ装置では、中心部の透過率がやや低下していることがわかる。

図７に示す結果から、ＥＣ層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる電圧として、ＥＣ層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧の逆極性の電圧を印加することの有効性が確認された。すなわち、そのような逆極性の電圧を印加することにより、より効果的にグラデーションＥＣ素子の光透過領域制御時の最大透過率に対する影響を低減できることが確認された。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態によるレンズユニットについて説明する。本実施形態によるレンズユニットは、複数のレンズを有する撮像光学系と、光学フィルタと、を含んで構成され得る。光学フィルタとしては、第１実施形態によるＥＣ装置のＥＣ素子を適用可能である。光学フィルタは、ＥＣ素子を駆動する駆動回路を含み得る。光学フィルタは、撮像光学系の複数のレンズの間及びレンズの外側のいずれに設けられていてもよい。光学フィルタは、レンズの光軸上に配置することが好ましい。

第１実施形態によるＥＣ装置のＥＣ素子を用いた光学フィルタを有するレンズユニットを構成することにより、レンズユニットに入射する光を様々な透過率プロファイルに従って変調することができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による撮像装置について、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態による撮像装置の構成例を示す概略図である。

本実施形態による撮像装置は、光学フィルタと、この光学フィルタを通過した光を受光する受光素子と、を含んで構成され得る。撮像装置とは、具体的には、カメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話等が挙げられる。撮像装置は、受光素子を有する本体と、レンズを有するレンズユニットとが分離できる形態であってもよい。ここで撮像装置が、本体と、レンズユニットとで分離できる場合は、撮像時に撮像装置とは別体の光学フィルタを用いる形態も本発明に含まれる。なお、係る場合、光学フィルタの配置位置としては、レンズユニットの外側、レンズユニットと受光素子との間、複数あるレンズの間（レンズユニットが複数のレンズを有する場合）等が挙げられる。

図８（ａ）は、光学フィルタがレンズユニットに配置されている撮像装置の一例の模式図である。図８（ｂ）は、光学フィルタが撮像装置に配置されている撮像装置の一例の模式図である。

撮像装置２００は、レンズユニット２０２と、撮像ユニット２０３と、を有する。レンズユニット２０２は、光学フィルタ２０１と、複数のレンズ又はレンズ群を有する撮像光学系と、を有する。光学フィルタ２０１は、上述の第２実施形態の光学フィルタである。

図８（ａ）には、レンズユニット２０２として、絞りより後ろ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。レンズユニット２０２は、被写体側から順に、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の一部のレンズ群を移動させてフォーカスを行う。

レンズユニット２０２は、例えば、第２のレンズ群２０５と第３のレンズ群２０６との間に開口絞り２０８を有し、また、第３のレンズ群２０６と第４のレンズ群２０７との間に光学フィルタ２０１を有する。レンズユニット２０２を通過する光は、第１～第４各レンズ群２０４～２０７、開口絞り２０８及び光学フィルタ２０１を通過するよう配置されており、開口絞り２０８及び光学フィルタ２０１を用いた光量の調整を行うことができる。

レンズユニット２０２は、マウント部材（不図示）を介して撮像ユニット２０３に着脱可能に接続されている。

なお、本実施形態では、レンズユニット２０２内の第３のレンズ群２０６と第４のレンズ群２０７との間に光学フィルタ２０１が配置されているが、撮像装置２００はこの構成に限定されない。例えば、光学フィルタ２０１は、開口絞り２０８の前（被写体側）あるいは後（撮像ユニット２０３側）のいずれにあってもよく、また、第１～第４のレンズ群２０４～２０７のいずれの前、後、レンズ群の間にあってもよい。なお、光学フィルタ２０１を光の収束する位置に配置すれば、光学フィルタ２０１の面積を小さくできるなどの利点がある。

また、レンズユニット２０２の構成も上述の構成に限定されず、適宜選択可能である。例えば、リアフォーカス式の他、絞りより前でフォーカシングを行うインナーフォーカス式であってもよく、その他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。

撮像ユニット２０３は、ガラスブロック２０９と、受光素子２１０と、を有する。ガラスブロック２０９は、ローパスフィルタやフェースプレートや色フィルタ等のガラスブロックである。また、受光素子２１０は、レンズユニットを通過した光を受光するセンサ部であって、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子が使用できる。また、フォトダイオードのような光センサであっても良く、光の強度あるいは波長の情報を取得し出力するものを適宜利用可能である。

図８（ａ）のように、光学フィルタ２０１がレンズユニット２０２に組み込まれている場合、駆動装置はレンズユニット２０２内に配置されてもよく、レンズユニット２０２外に配置されてもよい。レンズユニット２０２外に配置される場合は、配線を通してレンズユニット２０２の内のＥＣ素子と駆動装置とを接続し、駆動制御する。

また、上述の撮像装置２００の構成では、光学フィルタ２０１がレンズユニット２０２の内部に配置されている。しかし、本発明はこの形態に限らず、光学フィルタ２０１は、撮像装置２００内部の適当な箇所に配置され、受光素子２１０は光学フィルタ２０１を通過した光を受光するよう配置されていればよい。

例えば、図８（ｂ）に示したように、撮像ユニット２０３が光学フィルタ２０１を有していてもよい。図８（ｂ）は、本実施形態の撮像装置の別の一例の構成を説明する図であり、光学フィルタ２０１を撮像ユニット２０３に有する撮像装置の構成の模式図である。図８（ｂ）においては、例えば光学フィルタ２０１は受光素子２１０の直前に配置されている。撮像装置自体が光学フィルタ２０１を内蔵する場合、接続されるレンズユニット２０２自体が光学フィルタ２０１を持たなくてもよいため、既存のレンズユニット２０２を用いた調光可能な撮像装置を構成することが可能となる。

本実施形態の撮像装置２００は、光量調整と受光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。

本実施形態の撮像装置２００によれば、光学フィルタ２０１を調光部材として用いることにより、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。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による窓材について、図９を用いて説明する。
本実施形態による窓材は、第１実施形態によるエレクトロクロミック装置１０００を有し、ＥＣ素子１００９と、駆動回路１０１０とを有する。

駆動回路１０１０は、ＥＣ素子１００９を駆動し、ＥＣ素子１００９を通過する光の光量を調整する駆動回路を構成する。駆動回路１０１０は、能動素子により構成することができる。能動素子としては、例えば、トランジスタ等が挙げられる。トランジスタは活性領域に、ＩｎＧａＺｎＯなどの酸化物半導体を有していてもよい。本実施形態による窓材は、透過率可変窓と呼ぶこともできる。

図９（ａ）はＥＣ素子を用いた窓材としての調光窓を示す概観図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＸ－Ｘ’断面図を示す模式である。本実施形態の調光窓３００は、ＥＣ素子１００９（光学フィルタ）と、それを挟持する基板である透明板３１３と、全体を囲繞して一体化するフレーム３１２とから成る。駆動回路１０１０は、フレーム３１２内に一体化されていてもよく、フレーム３１２外に配置され配線を通してＥＣ素子１００９と接続されてもよい。

透明板３１３は光透過率が高い材料であれば特に限定されず、窓としての利用を考慮すればガラス素材であることが好ましい。フレーム３１２の材質は問わないが、ＥＣ素子１００９の少なくとも一部を被覆し、一体化された形態を有するもの全般をフレームとして見なして構わない。図９においてＥＣ素子１００９は透明板３１３とは独立した構成部材であるが、例えば、ＥＣ素子１００９の基材１００６を透明板３１３と見なしても構わない。

調光窓３００は、例えば日中の太陽光の室内への入射量を調整する用途に適用できる。太陽の光量の他、熱量の調整にも適用できるため、室内の明るさや温度の制御に使用することが可能である。また、シャッターとして、室外から室内への眺望を遮断する用途にも適用可能である。このような調光窓は、建造物用のガラス窓の他に、自動車や電車、飛行機、船など乗り物の窓にも適用可能である。

［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。

また、上記実施形態では、本発明によるＥＣ素子を、光学フィルタ、レンズユニット、撮像装置及び窓材に適用した例を示したが、本発明によるＥＣ素子の適用例はこれらに限定されるものではない。

例えば、ＥＣ素子の一方の光の経路に反射部材を設けることで、ＥＣミラーとすることもできる。ＥＣミラーは、防眩ミラーとして、自動車に設けられてよい。ＥＣミラーは、ＥＣ素子と、ＥＣ素子の内部または外部に反射部材とを有することで構成することができる。内部に反射部材を有するとは、ＥＣ素子の電極が反射性であることを示す。外部に反射部材を有するとは、ＥＣ素子の透明電極に接してまたは他の透明部材を介して、反射部材が設けられていることを示す。

なお、上記実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０００：ＥＣ装置
１００１：電極
１００２：ＥＣ層
１００４：配線
１００５：隔壁
１００６：基材
１００９：ＥＣ素子
１０１０：駆動回路
２００１：第１領域
２００２：第２領域
２０１０：透過率変化部

Claims (17)

1. 方形の一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されたエレクトロクロミック層と、前記一対の電極に接続され、前記方形の前記電極の一辺にのみ配された配線と、を有するエレクトロクロミック素子と、
   前記エレクトロクロミック素子に接続され、前記配線を介して前記一対の電極に電圧を供給する駆動回路と、
   を有し、
   前記エレクトロクロミック素子は、前記電極の抵抗により、前記エレクトロクロミック層が配置された透過率変化部に透過率のグラデーションを形成するエレクトロクロミック素子であり、
   前記透過率変化部は、前記配線から近い前記透過率変化部の前記電極内の位置に第１の光透過状態を形成する第１領域と、前記配線から前記第１領域よりも遠い前記電極内の位置に第２の光透過状態を形成する第２領域と、を有し、
   前記駆動回路は、前記透過率のグラデーションを制御する際に、前記エレクトロクロミック層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる第１の電圧と、前記エレクトロクロミック層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる第２の電圧とを繰り返し供給することを、前記第１領域における、前記電極における前記エレクトロクロミック層の電気化学反応が進行し、かつ、前記第１領域の透過率変化が視認できない周波数で行う
   ことを特徴とするエレクトロクロミック装置。
2. 前記第２の電圧は、前記エレクトロクロミック層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる電圧の逆極性の電圧である
   ことを特徴とする請求項１に記載のエレクトロクロミック装置。
3. 前記第１の光透過状態は、前記第２の光透過状態よりも光透過率が低い
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエレクトロクロミック装置。
4. 前記透過率のグラデーションの形成時において、前記第１の光透過状態と前記第２の光透過状態との光透過率には、最高値と最低値で２倍以上の差がある
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック装置。
5. 前記駆動回路は、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを供給する時間の比を変化させることで、前記透過率のグラデーションを制御する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック装置。
6. 前記駆動回路が前記第１の電圧と前記第２の電圧とを繰り返し供給する周波数は、２４Ｈｚ以上である
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック装置。
7. 前記周波数は、６０Ｈｚ以上である
   ことを特徴とする請求項６に記載のエレクトロクロミック装置。
8. 前記周波数は、６０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下である
   ことを特徴とする請求項７に記載のエレクトロクロミック装置。
9. 前記駆動回路は、前記透過率のグラデーションを制御する際に、パルス幅変調駆動の１周期において、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを供給する
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック装置。
10. 前記エレクトロクロミック素子は、前記エレクトロクロミック層が、アノード性のエレクトロクロミック化合物と、カソード性のエレクトロクロミック化合物との少なくとも一方を有する、相補型のエレクトロクロミック素子である
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック装置。
11. 前記エレクトロクロミック素子は、前記エレクトロクロミック層が浮遊型のエレクトロクロミック層を有する、自己消色型のエレクトロクロミック素子である
    ことを特徴とする請求項１０に記載のエレクトロクロミック装置。
12. 前記アノード性のエレクトロクロミック化合物がジヒドロフェナジン誘導体である
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のエレクトロクロミック装置。
13. 前記カソード性のエレクトロクロミック化合物がピリジン塩の誘導体である
    ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック装
    置。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック装置と、
    複数のレンズを有する撮像光学系と、
    を有することを特徴とするレンズユニット。
15. 請求項１から１３のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック装置と、
    前記エレクトロクロミック装置の前記エレクトロクロミック素子を透過した光を受光する撮像素子と
    を有することを特徴とする撮像装置。
16. 請求項１から１３のいずれか１項に記載のエレクトロクロミック装置と、
    前記エレクトロクロミック装置の前記エレクトロクロミック素子を挟持する基板と
    を有することを特徴とする窓材。
17. 方形の一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されたエレクトロクロミック層と、前記一対の電極に接続され、前記方形の前記電極の一辺にのみ配された配線と、を有するエレクトロクロミック素子の駆動方法であって、
    前記エレクトロクロミック素子は、前記電極の抵抗により、前記エレクトロクロミック層が配置された透過率変化部に透過率のグラデーションを形成するエレクトロクロミック素子であり、
    前記透過率変化部は、前記配線から近い前記透過率変化部の前記電極内の位置に第１の光透過状態を形成する第１領域と、前記配線から前記第１領域よりも遠い前記電極内の位置に第２の光透過状態を形成する第２領域と、を有し、
    前記配線を介して前記一対の電極に電圧を供給し、前記透過率のグラデーションを制御する際に、前記エレクトロクロミック層の透過率を低下させる電気化学反応を進行させる第１の電圧と、前記エレクトロクロミック層の透過率を上昇させる電気化学反応を進行させる第２の電圧とを繰り返し供給することを、前記第１領域における、前記電極における前記エレクトロクロミック層の電気化学反応が進行し、かつ、前記第１領域の透過率変化が視認できない周波数で行う
    ことを特徴とするエレクトロクロミック素子の駆動方法。